JP2006352935A - オフセット調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 オフセット値を補正するオフセット調整回路に関し、運転中に於けるオフセット値の変化に対しても精度の高いオフセット補正を行う。
【解決手段】 スイッチング電源部１とフィードバック制御ループとを含む電源部のオフセット補正を行うオフセット調整回路に於いて、電源部の初期のオフセット値を初期オフセット補正値として保持させる不揮発性のメモリ１１と、負荷２を含む装置に電源部を実装して、負荷２に電流を供給する構成とした時のオフセット値を運転時オフセット補正値として保持する書替え可能のメモリ１２と、不揮発性のメモリ１１に保持した初期オフセット補正値と、書替え可能のメモリ１２に保持した運転時オフセット補正値とを用いて、オフセット補正を行うオフセット演算部１０とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フィードバック制御ループのオフセット補正を行うオフセット調整回路に関する。

負荷に動作電力を供給する電源部は、フィードバック制御回路を含むスイッチング制御による構成が一般的である。例えば、設定電流を負荷に供給する構成として、図５に示す構成が知られている。同図に於いて、１０１は平滑回路を含むスイッチング電源部、１０２は負荷、１０３は抵抗の両端の電圧として電流を検出する電流検出部、１０４はスイッチング電源部１０１のスイッチングのオン幅を制御する制御部、１０５は可変抵抗（ボリューム）によりフィードバックループのループゲインを調整するゲイン調整部、１０６は演算増幅器からなる増幅部、１０７は演算増幅器からなる誤差増幅部、１０８は可変抵抗（ボリューム）により調整するオフセット調整部を示す。

負荷１０２に供給する電流を、電流検出部１０３により検出し、ゲイン調整部１０５を介して増幅部１０６に入力し、オフセット調整部１０８によりオフセット補正を行い、増幅部１０６の出力と、負荷１０２に供給する電流の指令値とを加算して誤差増幅部１０７に入力し、図示を省略した基準電圧と比較して、誤差分を制御部１０４に入力し、制御部１０４によりスイッチング電源部１０１を制御するフィードバック制御ループを構成している。

制御部１０４は、誤差増幅部１０７の出力誤差分レベルと鋸歯状波電圧との比較により、スイッチングのオン幅の制御信号、即ち、パルス幅変調した制御信号をスイッチング電源部１０１に入力し、負荷１０２に供給する電流を、指令値に従った値となるように制御する。このように指令値に従った電流を負荷１０２に供給するように制御する構成に於けるフィードバック制御ループのループゲインを、ゲイン調整部１０５により調整する。又電流検出部１０３や増幅器１０６を含む構成に於けるオフセット値を、オフセット調整部１０８により調整する。

又各部の調整や制御は、アナログ処理により行う構成が一般的であり、その為に、オフセット調整やループゲイン調整も、可変抵抗（ボリューム）を用いるものである。なお、プログラマブル・コントローラのレンジ切替えを、スイッチを操作することにより行う構成を、ディジタルポテンショメータと、これをパルス数によって制御するコントロール回路とにより構成し、手動によるスイッチの選択的なオン，オフ操作を不用とした手段が知られている（例えば、特許文献１参照）。又基準値を有するオフセット判定手段によりオフセット値に相当する値をカウンタによりカウントアップ又はカウントダウンし、このカウンタのカウント値を基にオフセット調整を行う手段も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−２８２３２０号公報 特開２００５−３３５４１号公報

従来のオフセット調整は、アナログ回路構成により行うと共に、可変抵抗を用いたマニュアル調整手段が一般的である。しかし、このようなオフセット調整手段は、熟練を要すると共に、調整後の経年変化により再調整が必要となる場合が多いものである。更に、この調整手段は、常に調整操作するものではないから、装置の前面ではなく、内部に設けられる場合が多く、従って、再調整を行うことは困難である問題がある。

又負荷１０２を含む装置内に、スイッチング電源部１０１を実装するものであるが、その場合に、装置内各部の温度の上昇等による温度変化が比較的大きくなる可能性があり、この温度変化によりオフセット調整結果がずれることになる。このような温度変化毎に、オフセットの再調整を行うことが望ましいが、装置の運転状態に於いて実行することは、実際上は不可能であり、スイッチング電源部としてオフセット調整済みとしても、その後のオフセット値の変化に対応することができない問題がある。

本発明は、スイッチング電源部とフィードバック制御ループとを含む電源部を装置内に実装し、運転中に於けるオフセット値変化にも対応して精度の高いオフセット補正を行うことを目的とする。

本発明のオフセット調整回路は、スイッチング電源部とフィードバック制御ループとを含む電源部のオフセット補正を行うオフセット調整回路に於いて、前記電源部の初期のオフセット値を初期オフセット補正値として保持させる不揮発性メモリと、負荷を含む装置に前記電源部を実装して前記負荷に電流を供給する構成とした時のオフセット値を運転時オフセット補正値として保持する書替え可能のメモリと、前記不揮発性メモリに保持した前記初期オフセット補正値と前記メモリに保持した前記運転時オフセット補正値とを用いて前記オフセット補正を行う構成を備えている。

又前記負荷に供給する電流の検出値を、前記不揮発性メモリに保持した初期オフセット補正値と前記書替え可能のメモリに保持した前記運転時オフセット補正値との和により補正して、過電流検出を行うアラーム処理部を設けた構成とすることができる。

又温度とオフセット補正値とを対応して格納した温度補正テーブルと、温度検出部からの温度検出値に対応して前記温度補正テーブルから読出した前記オフセット補正値と、前記不揮発性メモリに保持した前記初期オフセット補正値と、前記書替え可能のメモリに保持した前記運転時オフセット補正値とを用いて前記オフセット補正を行うオフセット演算部とを設けることができる。

又温度を順次変化させて求めた温度対応のオフセット補正値を書込んだ温度補正テーブルと、温度検出部からの温度検出値に対応して前記温度補正テーブルから読出した前記オフセット補正値と、前記不揮発性メモリに保持した前記初期オフセット補正値と、前記書替え可能のメモリに保持した前記運転時オフセット補正値とを用いて前記オフセット補正を行うオフセット演算部とを設けることができる。

電源部としてのオフセット値を初期オフセット補正値として不揮発性のメモリに保持し、又電源部を装置内に実装した時のオフセット値を運転時オフセット補正値として書替え可能のメモリに保持することにより、長期間の運転を行った場合でも、運転時オフセット補正値の書替えが可能であることにより、継続して高精度のオフセット補正を行うことができる。

本発明のオフセット調整回路は、図１を参照すると、スイッチング電源部１とフィードバック制御ループとを含む電源部のオフセット補正を行うオフセット調整回路に於いて、電源部の初期のオフセット値を初期オフセット補正値として保持させる不揮発性のメモリ１１と、負荷２を含む装置に電源部を実装して、負荷２に電流を供給する構成とした時のオフセット値を運転時オフセット補正値として保持する書替え可能のメモリ１２と、不揮発性のメモリ１１に保持した初期オフセット補正値と、書替え可能のメモリ１２に保持した運転時オフセット補正値とを用いて、オフセット補正を行うオフセット演算部１０とを備えている。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１はスイッチング電源部、２は負荷、３は電流検出部、４は制御部、５は誤差増幅部、６はパルス幅制御部、７はオフセット調整回路、１０はオフセット演算部、１１，１２はメモリ（Ｍ）、１３はＡＤ変換器（Ａ／Ｄ）、１４はＤＡ変換器（Ｄ／Ａ）、Ｓ１，Ｓ２は書込信号を示す。スイッチング電源部１は、制御部４からの制御により、入力電圧をスイッチング制御して平滑化し、負荷２に動作電力を供給し、その負荷２に供給する電流値を電流検出部３により検出し、指令値入力との誤差分を誤差増幅部５により求め、パルス幅制御部６に鋸歯状波信号を入力し、誤差分に対応したパルス幅変調信号として制御部４に入力し、制御部４によりスイッチング電源部１のスイッチング制御のオン幅を制御して、指令値入力に従った電流を、負荷２に供給する。

誤差増幅部５は加算器構成の場合を示し、従って、電流検出部３による電流検出値を、例えば、＋極性とすると、指令値入力は−極性、オフセット調整回路７からのオフセット補正値も−極性として、指令値入力と電流検出値との差分をオフセット補正値により補正して、パルス幅制御部６に入力する。なお、誤差増幅部５とパルス幅制御部６とは、既に知られている各種の構成を適用することができ、適用した構成に対応して各信号の極性等を選定するものである。

又オフセット調整回路７は、オフセット演算部１０と、オフセット補正値を書込むメモリ１１，１２と、ＡＤ変換器１３と、ＤＡ変換器１４とを含む構成を有し、メモリ１１は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリとし、書込信号Ｓ１により、オフセット値をＡＤ変換器１３によってディジタル信号に変換して書込むものである。又メモリ１２は、書替えが可能の不揮発性メモリ或いは揮発性のＲＡＭ構成とし、書込信号Ｓ２により、オフセット値をＡＤ変換器１３によってディジタル信号に変換して書込むものである。

スイッチング電源部１と、フィードバック制御ループとを含み、負荷２を除く電源部を製作して、負荷２を内部に備えた装置内に実装するものであり、この実装前の電源部の構成に、擬似的な負荷を接続し、その負荷に供給する電流値を指示する指令値入力を零とした時に、フィードバック制御ループに於けるオフセット値が零でない場合に、電流検出部３により電流を検出することになる。この電流検出値を、オフセット調整回路７のＡＤ変換器１３によりディジタル信号に変換し、初期オフセット補正値として、メモリ１１に書込信号Ｓ１によって書込む。このメモリ１１は不揮発性のメモリとするものであるから、電源部単体としてのオフセット値を初期オフセット補正値として、メモリ１１に保持しておくことができる。

スイッチング電源部１とフィードバック制御ループとを含む電源部を、負荷２を含む装置に実装して、再度、指令値入力を零とし、その時の電流検出部３による電流検出値を、ＡＤ変換器１３によりディジタル信号に変換し、書込信号Ｓ２をメモリ１２に加えて、この場合の電流検出値を運転時オフセット補正値として保持させる。なお、この場合に、メモリ１１に保持した初期オフセット補正値を、オフセット演算部１０を介して誤差増幅部５に入力することにより、装置に実装した時に発生した分の運転時オフセット補正値がメモリ１２に保持されることになる。

前述のように、スイッチング電源部１とフィードバック制御ループとを含む電源部を、装置内に実装して、メモリ１１，１２にそれぞれ初期オフセット補正値と運転時オフセット補正値とを保持させることにより、実際の負荷２に動作電力を供給する運転時のオフセット補正を行うことができる。この場合に、オフセット演算部１０は、メモリ１１に保持されている初期オフセット補正値と、メモリ１２に保持されている運転時オフセット補正値との和を求めて、オフセット補正値として誤差増幅部５に入力する。

又或る期間、運転を継続したことにより、負荷２側の構成を含む回路素子の特性等が変化し、オフセット値も変化する場合がある。このような場合に、タイマ処理や保守者等による図示を省略した制御入力部からの制御により、指令値入力を零とし、且つ書込信号Ｓ２をメモリ１２に加え、その時のオフセット値を運転時オフセット補正値として、メモリ１２の書替えを行う。従って、メモリ１２は少なくとも書替え可能のメモリとする。その後、指令値入力を所望の電流値を示すように制御し、運転を再開する。従って、電源部単体としての初期オフセット値と、書替えられた新たな運転時オフセット補正値とを用いてオフセット補正を行うことにより、経年変化が生じるような構成に於いても、負荷２に対する精度の高い電流制御を行うことができる。

図２は、本発明の実施例２の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、１５はアラーム処理部を示す。このアラーム処理部１５は、電流検出部３による電流検出値をＡＤ変換器１３によりディジタル信号に変換して入力すると共に、オフセット演算部１０を介したオフセット補正値を入力し、負荷２に供給する電流が設定値を超えた過電流状態となった時に、それを検出して、制御部４にアラーム信号を加え、スイッチング電源部１の出力電圧を垂下させて、過電流保護を行うものである。その場合に、電流検出部３等によるオフセット値を無視できない場合が多いから、負荷２に供給する電流の検出値のみでなく、メモリ１１，１２にそれぞれ保持した初期オフセット補正値と運転時オフセット補正値との和のオフセット補正値を用いて、実際に負荷２に流れる電流値を判定し、その電流値が閾値を超えた時に過電流検出を行うものである。従って、アラーム処理部１５に於ける過電流検出の精度を向上することができる。

図３は、本発明の実施例３の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、１６は温度補正テーブル、１７はＡＤ変換器（Ａ／Ｄ）、２０は温度検出部を示す。温度補正テーブル１６は、全体的な温度特性を、各部の部品のカタログデータ等を基に予測ができる場合、温度Ｔｘに対応する特性変化に基づくオフセット補正値Ｄｘを求め、このオフセット補正値Ｄｘを温度と対応させて格納する。温度検出部２０は、トランジスタのｐｎ接合部の温度特性等を利用した構成や、サーミスタ等を用いた構成等を適用することができるものであり、オフセット値が、温度変化の影響を受け易い個所に設ける。この温度検出部２０の温度検出信号をＡＤ変換器１７によりディジタル信号に変換し、温度補正テーブル１６のアドレスとして、その時の温度Ｔｘに対応したオフセット補正値Ｄｘを読出して、オフセット演算部１０に入力する。

オフセット演算部１０は、メモリ１１に保持した初期オフセット補正値をａ、メモリ１２に保持した運転時オフセット補正値をｂ，温度検出部２０による検出温度に対応した温度補正テーブル１６から読出したオフセット補正値をＤｘとすると、オフセット演算部１０は、オフセット補正値Ｙを、Ｙ＝−（ａ＋ｂ＋Ｄｘ）の演算処理により求めて、ＤＡ変換器１４によりアナログ信号に変換し、誤差増幅部５に入力する。従って、温度変化によりオフセット値が変動する構成に於いても、精度の高いオフセット補正を行って、負荷２に指令値入力に従った電流を供給することができる。

図４は、本発明の実施例４の説明図であり、図３と同一符号は同一部分を示し、Ｓ３は温度補正データ書込信号を示す。この実施例は、電源部を装置内に実装する前に、恒温槽等に配置して、指令値入力を零とすると共に、温度を順次変化させ、温度補正データ書込信号Ｓ３を温度補正テーブル１６に加えて、その時に得られる値をオフセット補正値Ｄｘとし、その時の温度Ｔｘをアドレスとして、温度補正テーブル１６に書込む。この場合は、実際に温度を変化させて、オフセット値を求めることになり、温度補正テーブル１６は、実測した温度対応のオフセット値を格納することができる。従って、前述の実施例３に比較して、周囲温度が変化する環境下で運転する装置の負荷２に対する指令値入力に従った電流を高精度にオフセット補正して供給することができる。

又前述の実施例２，３，４に於いても、実施例１と同様に、メモリ１２に保持している運転時オフセット補正値を、装置の運転が所定期間継続した時に、指令値入力を零とし、且つ書込信号Ｓ２をメモリ１２に加えて、運転時オフセット補正値を更新することができる。又メモリ１１，１２を不揮発性メモリとして、メモリ１１の領域と、メモリ１２の領域とに分けて、書込信号Ｓ１，Ｓ２にはアドレス信号を含ませ、メモリ１１としての領域に初期オフセット補正値を書込み、メモリ１２としての領域に運転時オフセット値を書込む構成とすることも可能である。

本発明の実施例１の説明図である。 本発明の実施例２の説明図である。 本発明の実施例３の説明図である。 本発明の実施例４の説明図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

１ スイッチング電源部
２ 負荷
３ 電流検出部
４ 制御部
５ 誤差増幅部
６ パルス制御部
７ オフセット調整回路
１０ オフセット演算部
１１，１２ メモリ（Ｍ）
１３ ＡＤ変換器（Ａ／Ｄ）
１４ ＤＡ変換器（Ｄ／Ａ）
Ｓ１，Ｓ２ 書込信号

Claims (4)

1. スイッチング電源部とフィードバック制御ループとを含む電源部のオフセット補正を行うオフセット調整回路に於いて、
   前記電源部の初期のオフセット値を初期オフセット補正値として保持させる不揮発性メモリと、負荷を含む装置に前記電源部を実装して前記負荷に電流を供給する構成とした時のオフセット値を運転時オフセット補正値として保持する書替え可能のメモリと、前記不揮発性メモリに保持した前記初期オフセット補正値と前記書替え可能のメモリに保持した前記運転時オフセット補正値とを用いて前記オフセット補正を行う構成を備えた
   ことを特徴とするオフセット調整回路。
2. 前記負荷に供給する電流の検出値を、前記不揮発性メモリに保持した前記初期オフセット値と前記書替え可能のメモリに保持した前記運転時オフセット補正値との和により補正して、過電流検出を行うアラーム処理部を設けたことを特徴とする請求項１記載のオフセット調整回路。
3. 温度とオフセット補正値とを対応して格納した温度補正テーブルと、温度検出部からの温度検出値に対応して前記温度補正テーブルから読出した前記オフセット補正値と、前記不揮発性メモリに保持した前記初期オフセット補正値と、前記書替え可能のメモリに保持した前記運転時オフセット補正値とを用いて前記オフセット補正を行うオフセット演算部とを設けたことを特徴とする請求項１記載のオフセット調整回路。
4. 温度を順次変化させて求めた温度対応のオフセット補正値を書込んだ温度補正テーブルと、温度検出部からの温度検出値に対応して前記温度補正テーブルから読出した前記オフセット補正値と、前記不揮発性メモリに保持した前記初期オフセット補正値と、前記書替え可能のメモリに保持した前記運転時オフセット補正値とを用いて前記オフセット補正を行うオフセット演算部とを設けたことを特徴とする請求項１記載のオフセット調整回路。

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