JP2007189800A - Pulse power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルス電源一般に関し、特にレーダの送受信用モジュールにパルス電圧を与えるパルス電源装置に関する。 The present invention relates generally to pulse power supplies, and more particularly to a pulse power supply apparatus that applies a pulse voltage to a radar transmission / reception module.
従来、パルス電源にレーダ装置を負荷として接続すると、そのレーダが使用している繰り返し周波数で負荷電流が流れるので、接続したパルス電源装置の電圧にそのリップルが生じ、さらに上流の一次電源装置までリップルが戻り、一次電源の高周波損や送受信の波形歪みを生ずることがある。この一次電源装置までリップルが戻ることを跳ね返りリップル電流と呼ぶ。この跳ね返りリップル電流は、周波数が高いものでは数kHzにもなる。 Conventionally, when a radar device is connected to a pulse power supply as a load, a load current flows at the repetition frequency used by the radar, so that a ripple occurs in the voltage of the connected pulse power supply and further ripples to the upstream primary power supply device. May return, causing high-frequency loss of the primary power supply and waveform distortion of transmission and reception. The return of the ripple to the primary power supply device is called a bounce ripple current. This bounce ripple current is several kHz at high frequencies.
従来、このような跳ね返りリップル電流の問題を解決するために、電源に、高価なトランスと大型で低インピーダンスの大容量コンデンサから構成されたフィルタを配置して、リップルの影響を低減してきた。しかし、このような電源を用いるとパルス電源装置が大型化してしまうといった欠点があった。 Conventionally, in order to solve such a problem of the bounce ripple current, a filter composed of an expensive transformer and a large-sized low-impedance large-capacitance capacitor has been arranged in the power supply to reduce the influence of the ripple. However, when such a power supply is used, there is a drawback that the pulse power supply device is enlarged.
レーダ装置の送受信時にリップル電流が生じるのを防止する技術として、特許文献1に開示されているように、レーダ装置の送受信時に、スイッチで切替えて大容量のコンデンサから電力供給を行うものがある。しかし、上述したように低インピーダンスで容量の大きなコンデンサを用意する必要があり、低価格化や小型化に適していない。また容量の大きなコンデンサを配置することは本質的な解決策ではなかった。
本発明は、上記のような従来のパルス電源装置の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上流の電源装置への跳ね返りリップル電流が少ないパルス電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional pulse power supply device as described above, and an object of the present invention is to provide a pulse power supply device that has a small rebound ripple current to the upstream power supply device. is there.
前記課題を解決するために、本発明の請求項1によれば、定電流源と、DC/DCコンバータと、チョークコイルと、コンデンサとを備え、前記定電流源と前記DC/DCコンバータとの間に前記チョークコイルが直列に接続され、かつ前記DC/DCコンバータの入力に前記コンデンサが並列に接続され、前記DC/DCコンバータに接続される負荷の消費電力の大きさに対応する電流が前記定電流源から前記DC/DCコンバータに流されることを特徴とするパルス電源装置を提供する。
In order to solve the above problem, according to
本発明の請求項2によれば、電圧の変動分を有する直流電源に接続された定電流回路と、この定電流回路に接続され、負荷にパルス電流を供給するDC/DCコンバータと、このDC/DCコンバータと前記定電流回路の間に直列に接続されたチョークコイルと、前記DC/DCコンバータの入力に並列に接続されたコンデンサとを有し、前記定電流回路の出力電流は、前記負荷に供給される消費電力の大きさに対応する平均電流が前記DC/DCコンバータに供給されるように設定されることを特徴とするパルス電源装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, a constant current circuit connected to a DC power source having a voltage fluctuation, a DC / DC converter connected to the constant current circuit and supplying a pulse current to a load, and the DC A choke coil connected in series between the DC / DC converter and the constant current circuit, and a capacitor connected in parallel to the input of the DC / DC converter, the output current of the constant current circuit is the load The pulse power supply apparatus is characterized in that an average current corresponding to the magnitude of the power consumption supplied to is supplied to the DC / DC converter.
本発明によれば、出力パルス電流が入力側に戻ることが大幅に軽減されるので、小型かつ安価で、入力電圧源に高周波リップル電流を流さない高性能なパルス電源装置を実現できる。 According to the present invention, since the output pulse current returns to the input side is greatly reduced, a high-performance pulse power supply device that is small and inexpensive and that does not allow a high-frequency ripple current to flow through the input voltage source can be realized.
以下、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態のパルス電源装置の回路構成を示している。この実施形態のパルス電源回路は、定電流回路11と、DC/DCコンバータ12と、その間に直列接続されたチョークコイル13と、並列接続されたコンデンサ14から構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a circuit configuration of a pulse power supply device according to an embodiment of the present invention. The pulse power supply circuit of this embodiment includes a constant current circuit 11, a DC /
定電流回路11の入力側には、電圧の変動分を有する直流電源21が接続される。この直流電源21に接続された定電流回路11は、定電流制限付チョッパ回路を形成しており、入力部に前記直流電源21に並列に接続されたコンデンサ22と前記直流電源21の+側に接続され、反対側をスイッチ23と整流ダイオード24のアノードに接続されたチョークコイル25とこの整流ダイオード24のカソード側に片端を接続されたコンデンサ26を備え、コンデンサ22及びスイッチ回路23の反対側の端子はいずれも入力側の直流電源21の−側に共通に接続されている。
A
定電流回路11の出力側コンデンサ26の+側にはチョークコイル13とこのチョークコイル25の反対側端子にはコンデンサ14が直流電源21に並列に接続され、フィルタ回路を形成している。
A capacitor 14 is connected in parallel to the
さらにコンデンサ14の後段には、DC/DCコンバータ12が接続される。このDC/DCコンバータ12はブリッジ形DC/DCコンバータで構成されており、4つのスイッチ27,28,29,30により構成されたスイッチ部とスイッチ27,28とスイッチ29,30の中点に接続されたトランス31の1次側と2次側にはダイオード32,33,34,35で構成された全波整流回路が接続されている。全波整流回路の+端子にはチョークコイル36と反対側の端子にはコンデンサ37が並列に接続されている。そしてこのコンデンサ37の両端にパルス電流を流す負荷38を接続する構成となっている。
Further, a DC /
図2は、図1で示した本発明一実施形態におけるパルス電源装置の各部の波形を示している。この図2を用いて上記一実施形態の動作を説明する。ここで、直流電源21から出力される電流をIdc、定電流回路11から出力される電流をIc、DC/DCコンバータ12の入力電圧をVc、入力電流をIo、DC/DCコンバータ12の出力電圧をEo、その負荷電流をIpとする。
FIG. 2 shows waveforms of respective parts of the pulse power supply device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The operation of the above embodiment will be described with reference to FIG. Here, the current output from the
図2(a)は、DC/DCコンバータ12から負荷に供給される電流Ipの様子を示している。パルス周期Tでパルス幅Tpの負荷が繰り返されているとする。当然パルス電源装置はレーダ装置に必要なパルス応答が必要である。このとき、ブリッジ形DC/DCコンバータ12は出力電圧が一定になるように動作し、図2(b)に示すように、そのコンバータの入力電圧VcはV1からV2で変動している。
FIG. 2A shows the state of the current Ip supplied from the DC /
DC/DCコンバータ12の入力電圧制御電圧は、図2(b)に示す電圧値V1から電圧値V2の範囲より広いことが要求される。従来のように定電流回路11がなければ、この電圧のリップルが上流の電源へ戻る可能性が生じる。レーダ等のRF素子には大きなパルス状の電流を供給する必要があり、このリップルを低減するために、従来は直流電源21の出力に直接大きな容量のコンデンサを並列に接続することにより、パルス電流はこのコンデンサより供給され、容量が大きいという単純な原理により電流のリップルを低減していた。
The input voltage control voltage of the DC /
本発明のパルス電源装置では、DC/DCコンバータ12の上流に定電流回路11を付加することにより、出力負荷がパルス電流を流す時には、入力部の定電流回路11から供給される電流に加え、この定電流回路11で制限される電流を超える電流については、コンデンサ14から供給することになる。
In the pulse power supply device of the present invention, by adding the constant current circuit 11 upstream of the DC /
定電流回路11で制限される電流を超える電流分についてはコンデンサ14の電圧Vcが低下し変動する。出力負荷がOFFになった時には、定電流回路11からコンデンサ14を充電する。この負荷電流に応じてV1とV2の間で変動することがわかる(図2(b))。 For a current exceeding the current limited by the constant current circuit 11, the voltage Vc of the capacitor 14 decreases and fluctuates. When the output load is turned off, the capacitor 14 is charged from the constant current circuit 11. It can be seen that the voltage fluctuates between V1 and V2 depending on the load current (FIG. 2B).
次に、この定電流回路11の電流設定について説明を行う。負荷電流のピークをIp、パルス幅Tpであれば、1パルスの電荷量Q=Ip・Tpである。したがって平均電流とは、Iave=Ip・Tp/Tとなる。 Next, the current setting of the constant current circuit 11 will be described. If the peak of the load current is Ip and the pulse width is Tp, the charge amount of one pulse is Q = Ip · Tp. Therefore, the average current is Iave = Ip · Tp / T.
今、図1に示す回路構成において、定電流回路11からDC/DCコンバータ12へ入力されるエネルギーを1周期Tについて考える。Icが負荷パルス幅Tpの時間に流れ、OFF時にコンデンサ14をV1からV2へと充電したとすると、以下のようになる。
また、ブリッジ形DC/DCコンバータ12の出力エネルギーは
Iave・T+Wd (2)
ここでCはコンデンサ14の容量でWdはDC/DCコンバータの損失である。
The output energy of the bridge type DC /
Here, C is the capacitance of the capacitor 14 and Wd is the loss of the DC / DC converter.
この両辺はエネルギー保存則から等しいので、(1)式と(2)式を等しいとおくことにより、定電流回路11の出力電流Icが決定できる。このようにして求めたIcが定電流回路11に設定されているとすると、コンバータ電流Ioは図2(c)に示すようになり、Icは図2(d)に示すようにリップルの低い電流となり得ることから、定電流回路11の出力電流Idcは一定となり、跳ね返りリップル電流を低減することができる。 Since both sides are equal from the energy conservation law, the output current Ic of the constant current circuit 11 can be determined by setting the equations (1) and (2) equal. Assuming that Ic thus obtained is set in the constant current circuit 11, the converter current Io is as shown in FIG. 2 (c), and Ic is a current with low ripple as shown in FIG. 2 (d). Therefore, the output current Idc of the constant current circuit 11 is constant, and the bounce ripple current can be reduced.
(1)式から理解されるように、Cを小さくしたとき、第2項は小さくなるが、第1項は大きくできるので、従来のように大容量コンデンサは必要なく、容量の小さいコンデンサ14で入力電圧への跳ね返りリップル電流を制限することができる。 As can be understood from the equation (1), when C is reduced, the second term is reduced, but the first term can be increased. The bounce ripple current to the input voltage can be limited.
以上述べた本発明にかかる一実施形態によれば、出力パルス電流が入力側に戻ることが大幅に軽減されるので、小型で安価で入力電圧源に高周波リップル電流を流さない高性能なパルス電源装置を実現できる。 According to the embodiment of the present invention described above, since the output pulse current is greatly reduced to the input side, it is small and inexpensive and has a high performance pulse power source that does not cause a high-frequency ripple current to flow through the input voltage source. A device can be realized.
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して具体化できる。例えば、上述の実施形態では非絶縁型の昇圧チョッパ型定電流源を用いたが、絶縁型のDC/DCコンバータを用いることも可能である。また上記実施形態においては、後段に接続されるDC/DCコンバータは絶縁型ブリッジコンバータを例として挙げたが、非絶縁型のブリッジコンバータを用いることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified and embodied without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, in the above-described embodiment, a non-insulated step-up chopper type constant current source is used, but an insulating type DC / DC converter can also be used. In the above-described embodiment, the DC / DC converter connected in the subsequent stage has been described as an insulated bridge converter. However, a non-insulated bridge converter can also be used.
11…定電流回路、
12…DC/DCコンバータ、
13…チョークコイル、
14…コンデンサ、
21…直流電源、
22、26、37…コンデンサ、
23…スイッチ、
24,32、33、34、35…ダイオード、
25、36…チョークコイル、
27、28、29、30…スイッチ、
31…トランス、
33…整流回路用チョークコイル、
38…負荷。
11 ... constant current circuit,
12 ... DC / DC converter,
13 ... Choke coil,
14: Capacitor,
21 ... DC power supply,
22, 26, 37 ... capacitors,
23 ... switch,
24, 32, 33, 34, 35 ... diodes,
25, 36 ... choke coil,
27, 28, 29, 30 ... switch,
31 ... Trans,
33 ... Choke coil for rectifier circuit,
38 ... Load.
Claims (3)
前記定電流源と前記DC/DCコンバータとの間に前記チョークコイルが直列に接続され、かつ前記DC/DCコンバータの入力に前記コンデンサが並列に接続され、前記DC/DCコンバータに接続される負荷の消費電力の大きさに対応する電流が、前記定電流源から前記DC/DCコンバータに流されることを特徴とするパルス電源装置。 A constant current source, a DC / DC converter, a choke coil, and a capacitor are provided.
The choke coil is connected in series between the constant current source and the DC / DC converter, the capacitor is connected in parallel to the input of the DC / DC converter, and the load is connected to the DC / DC converter. A current corresponding to the magnitude of the power consumption is caused to flow from the constant current source to the DC / DC converter.
この定電流回路に接続され、負荷にパルス電流を供給するDC/DCコンバータと、
このDC/DCコンバータと前記定電流回路の間に直列に接続されたチョークコイルと、
前記DC/DCコンバータの入力に並列に接続されたコンデンサとを有し、
前記定電流回路の出力電流は、前記負荷に供給される消費電力の大きさに対応する平均電流が前記DC/DCコンバータに供給されるように設定されることを特徴とするパルス電源装置。 A constant current circuit connected to a DC power supply having a voltage variation;
A DC / DC converter connected to the constant current circuit and supplying a pulse current to the load;
A choke coil connected in series between the DC / DC converter and the constant current circuit;
A capacitor connected in parallel to the input of the DC / DC converter;
An output current of the constant current circuit is set so that an average current corresponding to a magnitude of power consumption supplied to the load is supplied to the DC / DC converter.
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