JP2007159226A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、安定し且つ最適な応答特性を持つスイッチング電源を提供する。
【解決手段】 出力電圧Ｖoutを検出して、入力Ｖin側に設けたメインスイッチに制御信号を出力する制御回路１０を備えたスイッチング電源において、前記スイッチング電源の出力に外部コンデンサＣoutを接続し、前記制御回路は、ＰＩＤ制御値データを格納してあるデータ記憶手段１２とを備え、前記外部コンデンサの出力容量を、前記ＰＩＤ制御値と照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいて前記メインスイッチに前記制御信号を出力するように構成してあることを特徴とするスイッチング電源。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源に関するものであり、特に外部コンデンサの出力容量とＰＩＤ制御値データとを照らし合わせて、安定し且つ最適な応答特性を持たせるように制御するデジタル制御方式のスイッチング電源に関するものである。

従来、テーブルを用いてスイッチング信号を制御する手段として、インダクタ電流と単位時間における出力電圧の落ち込み量から演算した負荷の変化量を格納したテーブルと照らし合わせて、デューティの増加動作の内容を設定して制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０９２７号公報

しかし、従来、スイッチング電源の出力に外部コンデンサを接続した場合、最大容量で接続された条件で制御系を決定する必要があった。一方、最大容量で接続された条件で制御系を決定しない場合、図４のフィルタ部の伝達関数を表す波形図に示すように、接続された外部コンデンサによって出力フィルタの伝達関数が変わってしまい初期の制御系が適切でなくなるため、最悪の場合、発振してしまうという問題が生じた。一方、最大容量で接続された条件で制御系を決定した場合に外部コンデンサが無い状態だと、図５のフィルタ部の伝達関数を表す波形図に示すように、応答特性が悪い電源になるという問題もある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、安定し且つ最適な応答特性を持つスイッチング電源を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源は、出力電圧を検出して、入力側に設けたメインスイッチに制御信号を出力する制御回路を備えたスイッチング電源において、前記スイッチング電源の出力に外部コンデンサを接続し、前記制御回路は、ＰＩＤ制御値データを格納してあるデータ記憶手段とを備え、前記外部コンデンサの出力容量を、前記ＰＩＤ制御値と照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいて前記メインスイッチに前記制御信号を出力するように構成してあることを特徴とする。

前記制御回路は、前記外部コンデンサに定電流を流して、出力電圧閾値に達するまでの時間を測定する外部コンデンサ出力電圧測定手段と、前記出力電圧閾値に達するまでの時間から前記外部コンデンサの出力容量を算出する出力容量算出手段とを備えてあることを特徴とする。
前記制御回路は、前記外部コンデンサに定電流を流して、前記外部コンデンサの出力容量を算出する学習モードに入るか否かを判定する学習モード判定手段を備えてあることを特徴とする。

前記データ記憶手段は、前記出力容量と前記ＰＩＤ制御値との関係のデータをマトリクス状のテーブルとして格納してあることを特徴とする。
前記データ記憶手段は、書き換え可能な不揮発性メモリ若しくはバックアップされたメモリで構成してあることを特徴とする。

本発明によれば、外部コンデンサの出力容量に応じて、ＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力するように構成したことにより、より安定し、最適な応答特性を持つスイッチング電源を提供することができる。

以下、添付図面を用いて本発明スイッチング電源に係る実施例を説明する。図１は本発明に係るスイッチング電源に適用する回路を示した図である。このスイッチング電源は、主回路１の出力側に出力インダクタＬと平滑コンデンサＣｏを接続してある。さらに外部に外部コンデンサＣoutを接続してある。出力電圧Ｖoutを検出して、入力側に設けたメインスイッチに制御信号を出力する制御回路１０を備えてある。

制御回路１０は、外部コンデンサＣoutに定電流を流して、出力電圧閾値に達するまでの時間を測定する外部コンデンサ出力電圧測定手段１１を備えてある。なお、本実施例では、定電流を流しているが、定電流に限定する必要はなく、例えば、ソフトスタート時間を測定してもよい。また、制御回路１０は、出力電圧閾値に達するまでの時間から外部コンデンサＣoutの出力容量を算出する出力容量算出手段１１を備えてある。

制御回路１０は、外部コンデンサに定電流を流して、外部コンデンサＣoutの出力容量を算出する学習モードに入るか否かを判定する学習モード判定手段１３を備えてある。この学習モードはスイッチング電源の出力に外部コンデンサを接続した場合、最大容量で接続された条件で制御系を決定する必要があるために設けられたモードである。従って、最大容量が予め明記されている外部コンデンサＣoutを用いる場合は、この学習モード判定手段１３は必要ない。

学習モード判定手段１３は新しく外部コンデンサＣoutを設けた場合に学習モードにすることにより起動し、外部コンデンサ出力電圧測定手段１１を起動させる。そのため、学習モード判定手段１３は外部コンデンサ出力電圧測定手段１１に接続してある。

制御回路１０は、ＰＩＤ制御値データを格納してあるデータ記憶手段１２とを備えてあり、出力容量算出手段１１より得られた出力容量を、ＰＩＤ制御値と照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力するように構成してある。なお、外部コンデンサＣoutの出力容量を予め算出してある場合は、学習モード判定手段１３はデータ記憶手段１２を起動させて、予め算出してある出力容量を、ＰＩＤ制御値と照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力するため、学習モード判定手段１３はデータ記憶手段１２に接続してある。

また、データ記憶手段１２は、書き換え可能な不揮発性メモリ若しくはバックアップされたメモリで構成するのが最適である。このメモリは外部コンデンサＣoutの出力容量及びＰＩＤ制御値データについてマトリクス状のデータにし、テーブルとして格納し、このテーブルから適切な制御動作となる値を検索するように構成してある。なお、マトリクスの構成の一例を図３で示してある。このマトリクスは横軸にＰＩＤ制御値データ（比例制御値データ、積分制御値データ、微分制御値データ）を、縦軸に外部コンデンサＣoutの出力容量の値を表示し、外部コンデンサ出力電圧測定手段１１により測定した出力容量をこのマトリクスの縦軸の出力容量値と照らし合わせ、照らし合わせた値から横軸のＰＩＤ制御値データと照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力するようにしてある。

本発明に係るスイッチング電源は以下のように作用する。なお、図２に本発明に係るスイッチング電源の制御回路の動作フローチャートを示す。先ず、学習モード判定手段１３で学習モードであるか否かを確認する（Ｓ１）。新たに外部コンデンサＣoutを設けた場合は、学習モードが起動する。学習モードに入ると、定電流回路をオンさせて、外部コンデンサＣoutに定電流を流す（Ｓ２）。このときの外部コンデンサＣoutの出力電圧が閾値に達するまでの時間を外部コンデンサ出力電圧測定手段１１で測定する（Ｓ３，Ｓ４）。外部コンデンサＣoutの出力電圧が閾値に達すると、外部コンデンサＣoutの出力電圧が閾値に達するまでの時間から外部コンデンサＣoutの出力容量を出力容量算出手段１１より算出する（Ｓ５）。出力容量算出手段１１より得られた出力容量を、データ記憶手段１２に設けたメモリよりＰＩＤ制御値と照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出する（Ｓ６）。このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力して通常動作に入る（Ｓ７）。

また本電源を使用する側で外部コンデンサＣoutの容量を指定できる場合は、学習モードを使用しなくてもよい。この場合、学習モード判定手段１３に学習モード不使用フラグおよび接続する外部コンデンサＣoutの容量を入力する事でデータ記憶手段１２に設けたメモリよりＰＩＤ制御値と照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出し（Ｓ６）、このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力して通常動作に入る（Ｓ７）。なお、本実施例では学習モード判定手段１３を設けてあるが、予め外部コンデンサＣoutの最大容量を入力する場合は、学習モード判定手段１３は必要ないため、この場合も、予め入力してある出力容量を、データ記憶手段１２に設けたメモリよりＰＩＤ制御値と照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出し（Ｓ６）、このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力して通常動作に入る（Ｓ７）。

以上より、外部コンデンサＣoutの出力容量に応じて、ＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力するように構成したことにより、より安定し、最適な応答特性を持つことができる。

本発明によれば、外部コンデンサの出力容量に応じて、ＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいてメインスイッチに制御信号を出力するように構成したことにより、より安定し、最適な応答特性を持つスイッチング電源を提供することができ、産業上利用可能である。

本発明に係るスイッチング電源を示した回路図である。 図１図示スイッチング電源の制御回路の動作フローチャートである。 図１図示スイッチング電源におけるテーブルが構成するマトリクス図である。 外部コンデンサを付したスイッチング電源のフィルタ部の伝達関数を表した波形図である。 外部コンデンサを外したスイッチング電源のフィルタ部の伝達関数を表した波形図である。

符号の説明

１ スイッチング電源主回路
１０ 制御回路
１１ コンデンサ出力電圧測定手段並びに出力容量算出手段
１２ データ記憶手段
１３ 学習モード判定手段
Ｃｏ 平滑コンデンサ
Ｃout 外部コンデンサ
Ｌ 出力インダクタ

Claims (5)

1. 出力電圧を検出して、入力側に設けたメインスイッチに制御信号を出力する制御回路を備えたスイッチング電源において、前記スイッチング電源の出力に外部コンデンサを接続し、前記制御回路は、ＰＩＤ制御値データを格納してあるデータ記憶手段とを備え、前記外部コンデンサの出力容量を、前記ＰＩＤ制御値と照らし合わせてＰＩＤ定数値を算出し、このＰＩＤ定数値に基づいて前記メインスイッチに前記制御信号を出力するように構成してあることを特徴とするスイッチング電源。
2. 前記制御回路は、前記外部コンデンサに定電流を流して、出力電圧閾値に達するまでの時間を測定する外部コンデンサ出力電圧測定手段と、前記出力電圧閾値に達するまでの時間から前記外部コンデンサの出力容量を算出する出力容量算出手段とを備えてあることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源。
3. 前記制御回路は、前記外部コンデンサに定電流を流して、前記外部コンデンサの出力容量を算出する学習モードに入るか否かを判定する学習モード判定手段を備えてあることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源。
4. 前記データ記憶手段は、前記出力容量と前記ＰＩＤ制御値との関係のデータをマトリクス状のテーブルとして格納してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスイッチング電源。
5. 前記データ記憶手段は、書き換え可能な不揮発性メモリ若しくはバックアップされたメモリで構成してあることを特徴とする請求項４記載のスイッチング電源。

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