JP2009072004A - Power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、出力端子から負荷に至る負荷線の電圧降下を考慮して、負荷端にセンシング線を繋ぐことにより、負荷端電圧を検出する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus that detects a load end voltage by connecting a sensing line to a load end in consideration of a voltage drop of a load line from an output terminal to a load.
従来のこの種の電源装置として、例えば特許文献1には、直流電源からの入力電圧を直流出力電圧に変換する電源部として、FETなどのスイッチング素子と、このスイッチング素子のスイッチングにより、トランスを介して伝送される入力電圧が断続的に供給されるインダクタと、このインダクタに流れる電流を平滑化する出力コンデンサとを備え、インダクタと共に出力平滑回路を構成する出力コンデンサの両端間に負荷を接続することで、この負荷に出力電圧を供給するDC−DCコンバータが開示されている。 As a conventional power supply device of this type, for example, in Patent Document 1, as a power supply unit that converts an input voltage from a DC power supply into a DC output voltage, a switching element such as an FET and switching of the switching element are used to pass a transformer. A load is connected between both ends of the output capacitor that forms an output smoothing circuit together with the inductor. A DC-DC converter that supplies an output voltage to the load is disclosed.
また、この特許文献1では、電源部の出力電圧を監視して、スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、電源部を制御する制御部を備えている。
従来の電源装置は、次のような問題点がある。 The conventional power supply device has the following problems.
出力電圧が発生する電源装置の出力端子(出力端)には、前述の負荷が接続される。ところが、出力端から負荷の端部すなわち負荷端に至るまでの負荷線長が延びるに従って、負荷線の電気的な特性による制御系の影響が無視できなくなり、最適な制御が行なわれなくなる。 The aforementioned load is connected to the output terminal (output terminal) of the power supply device that generates the output voltage. However, as the load line length from the output end to the end of the load, that is, the load end increases, the influence of the control system due to the electrical characteristics of the load line cannot be ignored, and optimal control cannot be performed.
こうした問題に対し、従来は負荷線の抵抗分による電圧降下を考慮して、出力端子の他にセンシング端子を電源装置に設け、このセンシング端子と負荷端との間に負荷線とは別なセンシング線を接続することで、出力端の電圧ではなく、負荷端の電圧が設定電圧に近づくような制御を行なう電源装置が提案されている。 Conventionally, in consideration of the voltage drop due to the resistance of the load line, a sensing terminal is provided in the power supply unit in addition to the output terminal, and sensing is performed separately from the load line between the sensing terminal and the load end. There has been proposed a power supply apparatus that performs control such that the voltage at the load end approaches the set voltage by connecting the lines, not the voltage at the output end.
しかし、こうしたセンシング機能は、負荷線の抵抗成分に対しては有効であるものの、負荷線のインダクタンス成分を考慮したものではなく、負荷線長の変動に伴ない、負荷線のインダクタンスが増減したり、ユーザがノイズ低減のために、負荷線にインダクタを挿入接続する場合には、出力端から負荷端の間に存在するインダクタンスが変化したのを制御部が正確に把握できない。そのため、予め設定した制御パラメータのままでは、最適な応答特性でスイッチング素子に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給できない懸念を生じる。 However, although such a sensing function is effective for the resistance component of the load line, it does not consider the inductance component of the load line, and the load line inductance increases or decreases as the load line length varies. When the user inserts and connects an inductor to the load line in order to reduce noise, the control unit cannot accurately grasp that the inductance existing between the output end and the load end has changed. For this reason, there is a concern that a drive signal having an appropriate pulse conduction width cannot be supplied to the switching element with an optimal response characteristic if the control parameters are set in advance.
そこで本発明は、こうした問題に鑑み、出力端と負荷端との間に存在するインダクタンスが変動する場合であっても、制御部がこれを正しく把握することができる電源装置を提供することをその第1の目的とする。 Therefore, in view of such a problem, the present invention provides a power supply device that allows the control unit to correctly grasp this even when the inductance existing between the output end and the load end varies. The first purpose.
また本発明の第2の目的は、最適な応答特性でスイッチング素子に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給できる電源装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a power supply device that can supply a drive signal having an appropriate pulse conduction width to a switching element with optimum response characteristics.
本発明は、上記第1の目的を達成するために、インダクタおよび出力コンデンサからなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子のスイッチングにより、前記インダクタに入力電圧を断続的に供給すると共に、前記インダクタに流れる電流を前記出力コンデンサで平滑して、前記出力コンデンサの両端に接続する出力端子間に接続可能な負荷に出力電圧を供給する電源部と、前記負荷の端部にセンシング線を介して接続可能なセンシング端子とを備え、このセンシング端子におけるセンシング電圧を監視することにより、前記スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、前記電源部を制御する制御部とを備えた電源装置において、前記センシング線のセンシング端子側におけるインピーダンスを可変させるインピーダンス可変回路を備え、前記制御部は、前記インピーダンス可変回路に制御パルス信号を出力して、前記センシング線の前記センシング端子側におけるインピーダンスを可変させたときに、前記センシング電圧の変動値から、前記出力端子と前記負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定するインダクタンス推定器を備えた構成としている。 In order to achieve the first object, the present invention includes an output smoothing circuit including an inductor and an output capacitor, and intermittently supplies an input voltage to the inductor and flows through the inductor by switching of a switching element. A power source that smoothes the current with the output capacitor and supplies an output voltage to a load that can be connected between output terminals connected to both ends of the output capacitor, and can be connected to an end of the load via a sensing wire In a power supply device comprising a sensing terminal, and by determining a pulse conduction width of a drive signal supplied to the switching element by monitoring a sensing voltage at the sensing terminal, and a control unit for controlling the power supply unit, Impedance that varies the impedance on the sensing terminal side of the sensing wire The control unit outputs a control pulse signal to the impedance variable circuit, and when the impedance on the sensing terminal side of the sensing line is varied, the output from the fluctuation value of the sensing voltage An inductance estimator for estimating the inductance value of the inductor existing between the terminal and the load is provided.
この場合の前記制御部は、監視した前記センシング電圧の検出レベルを入力として、制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタにより、前記電源部が所望のセンシング電圧を生成するための操作量を算出する操作量算出部と、前記操作量に応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、前記スイッチング素子に供給する駆動信号生成部とを備え、前記推定した前記インダクタのインダクタンス値に応じて、前記制御パラメータの値を可変するかまたは前記フィルタの構成を変えることで、前記伝達関数を可変する構成とするのが好ましい。 In this case, the control unit calculates an operation amount for the power supply unit to generate a desired sensing voltage by using a filter having a desired transfer function including a control parameter, with the detected detection level of the sensing voltage as an input. An operation amount calculation unit that performs operation, and a drive signal generation unit that supplies a drive signal having the pulse conduction width corresponding to the operation amount to the switching element, and controls the control according to the estimated inductance value of the inductor. It is preferable that the transfer function is changed by changing a parameter value or changing the configuration of the filter.
また本発明は、上記第1の目的を達成するために、インダクタおよび出力コンデンサからなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子のスイッチングにより、前記インダクタに入力電圧を断続的に供給すると共に、前記インダクタに流れる電流を前記出力コンデンサで平滑して、前記出力コンデンサの両端間に接続可能な負荷に出力電圧を供給する電源部と、前記出力電圧を監視して、前記スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、前記電源部を制御する制御部とを備えた電源装置において、前記制御部は、前記出力電圧と前記負荷の両端間に発生する負荷端電圧とを監視し、所定期間における前記出力端子と前記負荷との間の負荷線電流の変動値と、前記所定期間中の前記出力電圧および前記負荷端電圧の各値とにより、前記出力端子と前記負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定するインダクタンス推定器を備えた構成としている。 In order to achieve the first object, the present invention includes an output smoothing circuit including an inductor and an output capacitor, and intermittently supplies an input voltage to the inductor by switching of a switching element, and also supplies the inductor to the inductor. A power supply unit that smoothes a flowing current with the output capacitor and supplies an output voltage to a load connectable between both ends of the output capacitor; and a pulse of a drive signal that monitors the output voltage and supplies the output to the switching element In a power supply device including a control unit that determines a conduction width and controls the power supply unit, the control unit monitors the output voltage and a load end voltage generated between both ends of the load, and in a predetermined period According to the fluctuation value of the load line current between the output terminal and the load, and each value of the output voltage and the load end voltage during the predetermined period. Has a configuration which includes an inductance estimator for estimating the inductance value of the inductor which is present between the output terminal and the load.
この場合の前記制御部は、監視した前記出力電圧の検出レベルを入力として、制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタにより、前記電源部が所望の出力電圧を生成するための操作量を算出する操作量算出部と、前記操作量に応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、前記スイッチング素子に供給する駆動信号生成部とを備え、前記推定した前記インダクタのインダクタンス値に応じて、前記制御パラメータの値を可変するかまたは前記フィルタの構成を変えることで、前記伝達関数を可変する構成とするのが好ましい。 In this case, the control unit calculates the operation amount for the power supply unit to generate a desired output voltage by using the detected detection level of the output voltage as an input and a filter having a desired transfer function including a control parameter. An operation amount calculation unit that performs operation, and a drive signal generation unit that supplies a drive signal having the pulse conduction width corresponding to the operation amount to the switching element, and controls the control according to the estimated inductance value of the inductor. It is preferable that the transfer function is changed by changing a parameter value or changing the configuration of the filter.
請求項1の発明によれば、インピーダンス可変回路に制御パルス信号を出力して、センシング線のセンシング端子側におけるインピーダンスを可変させたときに、インダクタンス推定器が、センシング電圧の変動値から、負荷の端部とセンシング端子との間に存在するインダクタのインダクタンス値、ひいては出力端子と負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定することができる。そのため、ユーザ側で出力端子と負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を変動させた場合であっても、制御部に備えたインダクタンス推定器がセンシング電圧を監視することで、これを正しく把握することが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, when the control pulse signal is output to the impedance variable circuit and the impedance on the sensing terminal side of the sensing line is varied, the inductance estimator can detect the load voltage from the fluctuation value of the sensing voltage. It is possible to estimate the inductance value of the inductor existing between the end portion and the sensing terminal, and hence the inductance value of the inductor existing between the output terminal and the load. Therefore, even when the inductance value of the inductor that exists between the output terminal and the load is changed on the user side, the inductance estimator provided in the control unit monitors the sensing voltage to correctly grasp this. It becomes possible to do.
請求項2の発明によれば、推定したインダクタのインダクタンス値に応じて、操作量算出部に記憶される制御パラメータの値を可変するかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を適切に変更することができるので、この制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタから算出された操作量を受けて、駆動信号生成部が最適な応答特性でスイッチング素子に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給することが可能になる。 According to the invention of claim 2, the transfer function is appropriately changed by changing the value of the control parameter stored in the manipulated variable calculation unit or changing the configuration of the filter in accordance with the estimated inductance value of the inductor. In response to the operation amount calculated from the filter having a desired transfer function including this control parameter, the drive signal generator generates a drive signal with an appropriate pulse conduction width to the switching element with an optimum response characteristic. It becomes possible to supply.
請求項3の発明によれば、例えば出力電圧の立上がり時を利用して、出力電圧と負荷端電圧を監視するインダクタンス推定器が、所定期間における負荷線電流の変動値と、所定期間中の出力電圧および負荷端電圧の各値から、出力端子と負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定することができる。そのため、センシング端子を備えていない電源装置において、ユーザ側で出力端子と負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を変動させた場合であっても、制御部に備えたインダクタンス推定器がセンシング電圧を監視することで、これを正しく把握することが可能になる。 According to the invention of claim 3, the inductance estimator for monitoring the output voltage and the load end voltage, for example, using the rise time of the output voltage, the fluctuation value of the load line current in the predetermined period and the output in the predetermined period The inductance value of the inductor existing between the output terminal and the load can be estimated from each value of the voltage and the load end voltage. Therefore, in a power supply device that does not include a sensing terminal, even if the inductance value of the inductor that exists between the output terminal and the load is varied on the user side, the inductance estimator provided in the control unit does not detect the sensing voltage. By monitoring this, it becomes possible to grasp this correctly.
請求項4の発明によれば、推定したインダクタのインダクタンス値に応じて、操作量算出部に記憶される制御パラメータの値を可変するかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を適切に変更することができるので、この制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタから算出された操作量を受けて、駆動信号生成部が最適な応答特性でスイッチング素子に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給することが可能になる。 According to the invention of claim 4, the transfer function is appropriately changed by changing the value of the control parameter stored in the operation amount calculation unit or changing the configuration of the filter in accordance with the estimated inductance value of the inductor. In response to the operation amount calculated from the filter having a desired transfer function including this control parameter, the drive signal generator generates a drive signal with an appropriate pulse conduction width to the switching element with an optimum response characteristic. It becomes possible to supply.
以下、本発明における電源装置の好ましい一実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a power supply device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
同図において、1は電源装置の入力端子2A,2B間に直流入力電圧Viを供給する直流電源、3はこの入力電圧Viを出力電圧Voに変換して、これを出力端子4A,4B間から負荷5に供給する電源部である。なお、ここでの負荷5は、一定の負荷電流Ioを発生する電流源として等価的に示されている。
In the figure, 1 is a DC power supply for supplying a DC input voltage Vi between the
電源部3は、入力電圧Viよりも低い出力電圧Voを負荷5に供給する非絶縁の降圧型コンバータとして、整流および転流用の各スイッチング素子11,12と、これらの各スイッチング素子11,12のスイッチングにより生じる電流を平均化する出力平滑回路としてのチョークコイル13および出力コンデンサ14と、を備えている。そして、各スイッチング素子11,12には後述するPWM信号発生器24からのパルス駆動信号が交互に与えられ、整流用スイッチング素子11がオン,転流用スイッチング素子12がオフしている時には、入力電圧Viと出力電圧Voとの差電圧がチョークコイル13に印加され、直流電源1から整流用スイッチング素子11を通してチョークコイル13や負荷5に電力が供給されると共に、整流用スイッチング素子11がオフ,転流用スイッチング素子12がオンしている時には、チョークコイル13の両端間電圧が出力電圧Voと等しくなり、それまでチョークコイル13に蓄えられていたエネルギーが、出力コンデンサ14および負荷5に送り出される。こうして、各スイッチング素子11,12のスイッチングにより、インダクタであるチョークコイル13に入力電圧Viが断続的に供給され、当該チョークコイル13がエネルギーの蓄積と放出を繰り返すと共に、チョークコイル13に流れるインダクタ電流iLが出力コンデンサ14で平滑され、この出力コンデンサ14の両端間に接続した負荷5に、出力電圧Voが供給されるようになっている。
The power supply unit 3 is a non-isolated step-down converter that supplies an output voltage Vo lower than the input voltage Vi to the
電源装置には、出力端子4A,4Bから負荷5の両端間に至る負荷線15の電圧降下を考慮して、負荷5の両端間(負荷端)の電圧を検知可能にするセンシング端子16が設けられる。これにより、電圧の検出点である負荷5の端部とセンシング端子16との間にはセンシング線17が接続される。図1では、出力端子4A,4Bと負荷5との間にインダクタ18とコンデンサ19とによるローパスフィルタ20が挿入接続される。このローパスフィルタ20は、負荷5にノイズ成分が侵入するのを防止するために、ユーザが必要に応じて付加するもので、出力電圧Voの直流成分はそのままローパスフィルタ20を通過するものの、出力電圧Voに含まれる高周波ノイズ成分は遮断される。
The power supply device is provided with a
また、ここではセンシング線17そのもののインダクタンス成分をインダクタ21として記している。前述したローパスフィルタ20を設けない構成では、負荷線15のインダクタンス値LLは、センシング線17そのもののインダクタンス値Lsと近似するものと考えられる(LL≒Ls)。一方、ローパスフィルタ20を設けた場合には、このローパスフィルタ20を構成するインダクタ18(インダクタンス値LL)に近似するインダクタンス値Lsのインダクタ21をセンシング線17に挿入接続する。さもなければ、インダクタ21の代わりに、他の位相遅れ素子として所定の抵抗を挿入接続してもよい。
Here, the inductance component of the
24は、センシング線17のセンシング端子16側端部におけるインピーダンスを可変するインピーダンス可変回路である。このインピーダンス可変回路24は、コンデンサ25とFETなどのスイッチ素子26との直列回路からなり、その一端はセンシング端子16に接続されると共に、他端は例えばグランドなどの固定電位に接続される。これにより、スイッチ素子26がオンしたときに、センシング端子16とグランドとの間にインピーダンス可変素子であるコンデンサ25が接続され、センシング線17のセンシング端子16側端部のインピーダンスが可変するようになっている。
31は、電源部3の動作を制御する制御部としてのディジタルシグナルプロセッサ(DSP)である。このDSP31は、A/D変換器32と、PWM(パルス幅変調)制御器33と、PWM信号発生器34と、インダクタンス推定器35と、キャリア波生成手段36とを内蔵している。A/D変換器32は、アナログ信号である入力端子4A,4B間に発生する出力電圧Voの他に、センシング端子16におけるセンシング電圧Vsを、DSP31の内部で処理可能なディジタル信号に変換するものである。PWM制御器33は、センシング電圧Vsまたは出力電圧Voに応じたA/D変換器32からのディジタル検出信号と、図示しない基準電源で生成された基準電圧Vrefとを入力として、内蔵する一乃至複数の制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタ(図示せず)により、電源部3が所望のセンシング電圧Vsまたは出力電圧Voを生成するための操作量uを算出する操作量算出部としての機能を備えている。駆動信号生成部としてのPWM信号発生器34は、前記PWM制御器33で算出された操作量uと、キャリア波生成手段36で生成される固定周期の鋸波との比較により、操作量uに応じたパルス導通幅の駆動信号をそれぞれ生成して、これをスイッチング素子11,12のゲートに供給するものである。
インダクタンス推定器35は、所定のタイミングでスイッチ素子26をオンにする制御パルス信号SSを当該スイッチ素子26に送出し、A/D変換器32で得られたセンシング電圧Vsのディジタル検出信号から、制御パルス信号SSの送出中において、所定期間ΔT中のセンシング電圧Vsの変動値ΔVSを決定することで、負荷5の端部とセンシング端子16との間に存在するインダクタ21のインダクタンス値LS、ひいては出力端子4Aと負荷5との間に存在するインダクタ18のインダクタンス値LLを推定するものである。なお、ここでいうセンシング電圧Vsの変動値ΔVSは、制御パルス信号SSの送出開始のタイミングから所定期間ΔT後におけるセンシング電圧Vsの電圧値、若しくは制御パルス信号SSの送出中におけるセンシング電圧Vsの傾きから、インダクタンス推定器35により算出することができる。この場合のインダクタンス推定器35は、センシング電圧Vsの電圧レベルを監視する機能を必要とする。
また別な変形例として、インダクタンス推定器35は、負荷5の両端間電圧(負荷端電圧)VLおよび出力電圧Voの各値と、負荷線15を流れる電流(負荷線電流)ILLの各値より、負荷5の端部とセンシング端子16との間に存在するインダクタ21のインダクタンス値LSとを推定し、さらにはコンデンサ19の容量CLをも推定する構成であってもよい。この場合は、前記インピーダンス可変回路24を設ける必要はなく、またインダクタンス推定値35も、前記制御パルス信号SSの送出部を必要としない。ここでのインダクタンス推定値35は、出力電圧Voが立ち上がるタイミングで、インダクタ21のインダクタンス値LSやコンデンサ19の容量CLを推定する。
As another modified example, the
この変形例では、負荷線電流ILLを直接監視する代わりに、入力電圧Viおよび出力電圧Voの各電圧レベルを監視し、所定期間ΔT中における駆動信号のデューティの平均値から、インダクタンス推定器35が負荷線電流ILLを推定する構成であってもよい。但しこの場合は、インダクタンス推定器35に、出力コンデンサ14の容量Cfを記憶させておく必要がある。駆動信号のデューティは、PWM制御器33で算出された操作量uと、キャリア波生成手段36から発生する鋸波の振幅の各情報をインダクタンス推定器35が取り込めば、容易に導くことができる。
In this modification, instead of directly monitoring the load line current I LL , the voltage levels of the input voltage Vi and the output voltage Vo are monitored, and the
そして上記何れの例でも、インダクタンス推定器35が出力コンデンサ14の容量を推定すると、この推定した結果に基づき、制御系の定数としてPWM制御器33に記憶された制御パラメータの値を書き替えるかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を可変することで、出力端子4Aと負荷5との間に存在するインダクタ18の変動に対応して制御系を最適化できるようになっている。
In any of the above examples, when the
なお、電源部3の変形例として、図1では非絶縁の降圧型コンバータの回路構成を示しているが、他の非絶縁または絶縁型のコンバータを採用してもよい。例えば絶縁型のコンバータとして、フォワード型,プッシュ・プル型,ハーフブリッジ型,フルブリッジ型など、各種回路構成の電源部3を代わりに用いることが可能である。 As a modification of the power supply unit 3, FIG. 1 shows a circuit configuration of a non-insulated step-down converter, but other non-insulated or insulated converters may be employed. For example, a power supply unit 3 having various circuit configurations such as a forward type, a push-pull type, a half bridge type, and a full bridge type can be used instead as an insulating converter.
次に、上記構成における作用を説明する。先ず、定常時における電源部3の動作を説明すると、各スイッチング素子11,12には後述するPWM信号発生器34からのパルス駆動信号が交互に与えられ、整流用スイッチング素子11がオン,転流用スイッチング素子12がオフしている時には、入力電圧Viと出力電圧Voとの差電圧がチョークコイル13に印加され、直流電源1から整流用スイッチング素子11を通してチョークコイル13や負荷5に電力が供給されると共に、整流用スイッチング素子11がオフ,転流用スイッチング素子12がオンしている時には、チョークコイル13の両端間電圧が出力電圧Voと等しくなり、それまでチョークコイル13に蓄えられていたエネルギーが、出力コンデンサ14および負荷5に送り出される。
Next, the operation of the above configuration will be described. First, the operation of the power supply unit 3 in a steady state will be described. Each pulsed drive signal from a
一方、電源装置の起動時における動作を説明すると、電源装置を起動させるために、入力端子2A,2B間に直流入力電圧Viが供給され、DSP31としての動作が開始すると、PWM制御器33からPWM信号発生器34に、出力電圧Voを徐々に上昇させるような操作量uが与えられる。これを受けてPWM信号発生器34は、PWM制御器33からの操作量uの電圧レベルが、キャリア波生成手段36で生成される鋸波の電圧レベルを越えると、整流用スイッチング素子11がオンし、転流用スイッチング素子12がオフするようなパルス駆動信号を生成出力し、逆に操作量uの電圧レベルが、キャリア波生成手段36からの鋸波の電圧レベルを越えない場合は、整流用スイッチング素子11がオフし、転流用スイッチング素子12がオンするようなパルス駆動信号を生成出力する。これにより、チョークコイル13を通して出力コンデンサ14に充電電流が流れ、チョークコイル13に一定のインダクタ電流が流れると共に、出力コンデンサ14の両端間電圧すなわち出力電圧Voや、負荷端電圧VLおよびセンシング電圧Vsが徐々に上昇する。
On the other hand, the operation at the time of starting the power supply device will be described. When the DC input voltage Vi is supplied between the
やがて、センシング電圧Vsが所定値に達すると、前述の定常時に移行し、センシング電圧Vsに応じたA/D変換器32からのディジタル検出信号と、基準電圧Vrefとを入力として、当該センシング電圧Vsが設定電圧に一致するような操作量uがPWM制御器33により算出され、これがPWM信号発生器34に送出される。これによりPWM信号発生器34は、前記PWM制御器33からの操作量uと、キャリア波生成手段36で生成される鋸波との比較により、操作量uに応じたパルス導通幅の駆動信号をそれぞれ生成して、これをスイッチング素子11,12のゲートに供給し、センシング電圧Vsが設定電圧に一致するようなスイッチング制御が行なわれる。
Eventually, when the sensing voltage Vs reaches a predetermined value, it shifts to the above-described steady state, and receives the digital detection signal from the A /
ここでユーザがローパスフィルタ20やインダクタ21を意図的に取付けていない場合、インダクタンス推定器35は、出力電圧Voが一方的に上昇している起動中か、或いは定常時直後に、図2に示すように、所定のタイミングでスイッチ素子26をオンにする制御パルス信号SSを当該スイッチ素子26に送出し、センシング端子16のインピーダンスを変化させる。これによりセンシング電圧Vsの電圧レベルは、制御パルス信号SSの送出直後に0になり、そこから負荷線17そのもののインダクタ21に依存した傾斜で、徐々に上昇する。インダクタンス推定器35は、A/D変換器32を通じてセンシング電圧Vsのディジタル検出信号を取り込み、制御パルス信号SSの送出開始のタイミングから所定期間ΔT後におけるセンシング電圧Vsの電圧値、若しくは制御パルス信号SSの送出中におけるセンシング電圧Vsの傾きから、所定期間ΔT中のセンシング電圧Vsの変動値ΔVSを決定し、センシング線17そのもののインダクタ21のインダクタンス値LSを推定する。そしてインダクタンス値LSが推定されれば、インダクタンス推定器35は、この推定したインダクタンス値LSが負荷線15そのもののインダクタ18のインダクタンス値LLと近い値であると見なし、これをインダクタンス値LLとして推定する。
When the user does not intentionally attach the low-
一方、ユーザが出力端子4A,4Bと負荷5との間にローパスフィルタ20を設けた場合にも、インダクタンス推定器35によって、ローパスフィルタ20を構成するインダクタ18のインダクタンス値LLを正しく推定できるようにする。そのためには、インダクタ18とほぼ同じインダクタンス値LSのインダクタ21Lを、予めセンシング線17に挿入接続する。この場合も、インダクタンス推定器35は、出力電圧Voが一方的に上昇している起動中か、或いは定常時直後に、図2に示すように、所定のタイミングでスイッチ素子26をオンにする制御パルス信号SSを当該スイッチ素子26に送出し、センシング端子16のインピーダンスを変化させる。これによりセンシング電圧Vsの電圧レベルは、制御パルス信号SSの送出直後に0になり、そこから負荷線17そのもののインダクタ21に依存した傾斜で、徐々に上昇する。インダクタンス推定器35は、A/D変換器32を通じてセンシング電圧Vsのディジタル検出信号を取り込み、制御パルス信号SSの送出開始のタイミングから所定期間ΔT後におけるセンシング電圧Vsの電圧値、若しくは制御パルス信号SSの送出中におけるセンシング電圧Vsの傾きから、所定期間ΔT中のセンシング電圧Vsの変動値ΔVSを決定し、センシング線17に挿入接続されたインダクタ21のインダクタンス値LSを推定する。そしてインダクタンス値LSが推定されれば、インダクタンス推定器35は、この推定したインダクタンス値LSがインダクタ18のインダクタンス値LLと近い値であると見なし、これをインダクタンス値LLとして推定する。
On the other hand, even when the user provides the low-
なお、上記一連の動作で、スイッチ素子26がオンしている間は、センシング電圧Vsによって制御系のDSP31が誤った操作量uを算出しないように、スイッチ素子26がオンする直前のセンシング電圧Vsの値を用いて、PWM制御器33が操作量uを算出するか、さもなければスイッチ素子26のオン動作の影響を受けない出力電圧Voを取り込んで、この出力電圧Voと基準電圧Vrefとにより、操作量uを算出するのが好ましい。
In the above series of operations, while the
別な変形例において、インダクタンス推定器35は、出力電圧Voが一方的に上昇している所定期間ΔT中に、A/D変換器32を通じて負荷端電圧VL,出力電圧Voおよびの負荷線電流ILLの各ディジタル検出信号を取り込む。そして、所定期間ΔTの開始時点と終了時点における各負荷端電圧VLの差から求められる負荷端電圧VLの変動値ΔVLと、所定期間ΔT中に取り込んだ負荷線電流ILLの平均値ILLaveとをそれぞれ算出し、次の式によってユーザが装着したコンデンサ19の容量CLを推定する。
In another modified example, the
また、出力端子4Aと負荷5との間に存在するインダクタ18のインダクタンス値LLも、インダクタンス推定器35によって次の式で推定される。
Further, the inductance value L L of the
ここで、負荷線電流ILLの変動値ΔILLは、所定期間ΔTの開始時点と終了時点における各負荷線電流ILLの差から求めることができる。 Here, the variation value [Delta] I LL of the load line current I LL can be determined from the difference between the load line currents I LL in at the start and end of a predetermined time period [Delta] T.
また、インダクタンス推定器35に出力コンデンサ14の容量Cfが記憶されていれば、入力電圧Viおよび出力電圧Voの各電圧レベルと、駆動信号のデューティから、負荷線電流ILLを推定できる。
If the capacitance C f of the
具体的には、先ず次の式によって、所定期間ΔT中の入力電圧Viおよび出力電圧Voの各電圧レベルと、駆動信号のデューティとから、チョークコイル13を流れるインダクタ電流ILfを算出する。
Specifically, first, the inductor current I Lf flowing through the
このインダクタ電流ILfから、次の式で負荷線電流ILLを推定する。 From this inductor current I Lf , the load line current I LL is estimated by the following equation.
なお、上記数4で得られる負荷線電流ILLは、所定期間ΔT中の平均値であり、前記数1の平均値ILLaveとしてそのまま利用することができる。また、数2の変動値ΔILLは、数4で得られる負荷線電流ILLを異なる時間で2回算出し、その偏差を求めることで得られる。つまり数3の所定期間ΔTは、数4の所定期間ΔTよりも長い。上記数3および数4により、主電源部3に対する電圧監視だけで、負荷線電流ILLを推定することが可能になる。 The load line current I LL obtained by the above equation 4 is an average value during the predetermined period ΔT, and can be used as it is as the average value I LL ave of the equation 1. Further, the fluctuation value ΔI LL in Equation 2 is obtained by calculating the load line current I LL obtained in Equation 4 twice at different times and obtaining the deviation. That is, the predetermined period ΔT of Equation 3 is longer than the predetermined period ΔT of Equation 4. By the above formulas 3 and 4, it is possible to estimate the load line current I LL only by monitoring the voltage for the main power supply unit 3.
こうして、インダクタンス推定器35がインダクタ18のインダクタンス値LLと、コンデンサ19の容量CLを推定すると、この推定した結果がPWM制御器33に送り出される。PWM制御器33は、インダクタンス推定器35で推定されたインダクタ18のインダクタンス値LLと、コンデンサ19の容量CLとに応じて、制御パラメータを最適な値に書き替えるかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を可変し、以後定常時には、この制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタによって、出力電圧Voが安定化する操作量uを算出する。
Thus, when the
以上のように本実施例では、チョークコイル13および出力コンデンサ14からなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子11,12のスイッチングにより、チョークコイル13に入力電圧Viを断続的に供給すると共に、チョークコイル13に流れるインダクタ電流ILfを出力コンデンサ14で平滑して、この出力コンデンサ14の両端に接続する出力端子4A,4B間に接続可能な負荷5に、出力電圧Voを供給する電源部3と、負荷5の端部にセンシング線を介して接続可能なセンシング端子16とを備え、このセンシング端子16におけるセンシング電圧Vsを監視することにより、スイッチング素子11,12に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、電源部3を制御する制御部としてのDSP31を備えた電源装置において、センシング端子16にインピーダンス可変回路24を接続すると共に、前記DSP31は、インピーダンス可変回路24に制御パルス信号SSを出力して、センシング線17のセンシング端子16側におけるインピーダンスを可変させたときに、センシング電圧Vsの変動値ΔVSから、出力端子4A,4Bと負荷5との間に存在するインダクタ18のインダクタンス値LLを推定するインダクタンス推定器35を備えている。
As described above, in this embodiment, the output smoothing circuit including the
こうすると、インピーダンス可変回路24に制御パルス信号SSを出力して、センシング線17のセンシング端子16側におけるインピーダンスを可変させたときに、インダクタンス推定器35が、センシング電圧Vsの変動値ΔVSから、負荷5の端部とセンシング端子16との間に存在するインダクタ21のインダクタンス値LS、ひいては出力端子4Aと負荷5との間に存在するインダクタ18のインダクタンス値LLを推定することができる。そのため、ユーザ側で出力端子4Aと負荷5との間に存在するインダクタ18のインダクタンス値LLを変動させた場合であっても、DSP31に備えたインダクタンス推定器35がセンシング電圧Vsを監視することで、これを正しく把握することが可能になる。
In this way, by outputting a control pulse signal S S to the
また別な例として、センシング端子16を有しない電源装置では、チョークコイル13および出力コンデンサ14からなる出力平滑回路を備え、スイッチング素子11,12のスイッチングにより、チョークコイル13に入力電圧Viを断続的に供給すると共に、チョークコイル13に流れるインダクタ電流ILfを出力コンデンサ14で平滑して、この出力コンデンサ14の両端に接続する出力端子4A,4B間に接続可能な負荷5に、出力電圧Voを供給する電源部3を備え、この出力端子4A,4B間における出力電圧Voを監視することにより、スイッチング素子11,12に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、電源部3を制御する制御部としてのDSP31を備えた構成を採用している。この場合のDSP31は、少なくとも出力電圧Voおよび負荷5の両端間に発生する負荷端電圧VLと、場合によっては出力端子4A,4Bと負荷5との間の負荷線電流ILLを監視し、所定期間ΔTにおける負荷線電流ILLの変動値ΔILLと、前記所定期間ΔT中における出力電圧Voおよび負荷端電圧VLの各平均値とにより、上記数2〜数4の各式を利用して、インダクタ18のインダクタンス値LLを推定するインダクタンス推定器35を備えていることが好ましい。
As another example, the power supply apparatus that does not have the
こうすると、例えば出力電圧Voの立上がり時を利用して、出力電圧Voと負荷端電圧VLを監視するインダクタンス推定器35が、所定期間ΔTにおける負荷線電流ILLの変動値ΔILLと、所定期間ΔT中の出力電圧Voおよび負荷端電圧VLの各値から、インダクタ18のインダクタンス値LLを推定することができる。そのため、センシング端子16を備えていない電源装置において、ユーザ側で出力端子4Aと負荷5との間に存在するインダクタ18のインダクタンス値LLを変動させた場合であっても、DSP31に備えたインダクタンス推定器35がセンシング電圧Vsを監視することで、これを正しく把握することが可能になる。
In this way, the
なお、上記何れの場合も、DSP31は、監視したセンシング電圧Vsまたは出力電圧Voの検出レベルを入力として、制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタにより、電源部3が所望のセンシング電圧Vsまたは出力電圧Voを生成するための操作量uを算出する操作量算出部としてのPWM制御器33と、操作量uに応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、スイッチング素子11,12に供給する駆動信号生成部としてのPWM信号発生器34を備え、推定したインダクタ18のインダクタンス値LLに応じて、制御パラメータの値を可変するかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を可変する構成とするのが好ましい。
In any of the above cases, the
こうすると、推定したインダクタ18のインダクタンス値LLに応じて、PWM制御器33に記憶される制御パラメータの値を可変するかまたはフィルタの構成を変えることで、伝達関数を適切に変更することができるので、この制御パラメータを含む所望の伝達関数を持つフィルタから算出された操作量uを受けて、PWM信号発生器34が最適な応答特性でスイッチング素子11,12に適切なパルス導通幅の駆動信号を供給することが可能になる。
In this way, the transfer function can be appropriately changed by changing the value of the control parameter stored in the
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。図1に示す電源装置の回路構成はあくまでも一例に過ぎず、同等の機能を実現する別な回路構成を採用してもよいことは勿論である。例えば、DSP31に代わって、アナログ信号をそのまま演算処理する制御部を用いてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible in the range of the summary of this invention. The circuit configuration of the power supply device shown in FIG. 1 is merely an example, and it is needless to say that another circuit configuration that realizes an equivalent function may be adopted. For example, instead of the
3 電源部
11,12 スイッチング素子
13 チョークコイル(インダクタ)
14 出力コンデンサ
31 制御部(DSP)
33 PWM制御器(操作量算出部)
34 PWM信号発生器(駆動信号生成部)
35 インダクタンス推定器
3
14
33 PWM controller (operation amount calculation unit)
34 PWM signal generator (drive signal generator)
35 Inductance estimator
Claims (4)
前記負荷の端部にセンシング線を介して接続可能なセンシング端子とを備え、このセンシング端子におけるセンシング電圧を監視することにより、前記スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、前記電源部を制御する制御部とを備えた電源装置において、
前記センシング線のセンシング端子側におけるインピーダンスを可変させるインピーダンス可変回路を備え、
前記制御部は、前記インピーダンス可変回路に制御パルス信号を出力して、前記センシング線の前記センシング端子側におけるインピーダンスを可変させたときに、前記センシング電圧の変動値から、前記出力端子と前記負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定するインダクタンス推定器を備えたことを特徴とする電源装置。 An output smoothing circuit comprising an inductor and an output capacitor is provided, and by switching the switching element, an input voltage is intermittently supplied to the inductor, and a current flowing through the inductor is smoothed by the output capacitor. A power supply for supplying an output voltage to a load connectable between output terminals connected to
A sensing terminal connectable to the end of the load via a sensing wire, and monitoring a sensing voltage at the sensing terminal to determine a pulse conduction width of a drive signal supplied to the switching element, In a power supply device comprising a control unit for controlling the unit,
An impedance variable circuit that varies the impedance on the sensing terminal side of the sensing wire;
The control unit outputs a control pulse signal to the impedance variable circuit to vary the impedance on the sensing terminal side of the sensing line, and from the fluctuation value of the sensing voltage, the output terminal and the load A power supply apparatus comprising an inductance estimator for estimating an inductance value of an inductor existing between the two.
前記操作量に応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、前記スイッチング素子に供給する駆動信号生成部とを備え、
前記推定した前記インダクタのインダクタンス値に応じて、前記制御パラメータの値を可変するかまたは前記フィルタの構成を変えることで、前記伝達関数を可変する構成としたことを特徴とする請求項1記載の電源装置。 The control unit receives the monitored sensing voltage detection level as an input, and uses a filter having a desired transfer function including a control parameter to calculate an operation amount for the power source unit to generate a desired sensing voltage. A calculation unit;
A drive signal generation unit for supplying a drive signal having the pulse conduction width corresponding to the operation amount to the switching element;
The configuration according to claim 1, wherein the transfer function is varied by changing a value of the control parameter or changing a configuration of the filter according to the estimated inductance value of the inductor. Power supply.
前記出力電圧を監視して、前記スイッチング素子に供給する駆動信号のパルス導通幅を決定し、前記電源部を制御する制御部とを備えた電源装置において、
前記制御部は、前記出力電圧と前記負荷の両端間に発生する負荷端電圧とを監視し、所定期間における前記出力端子と前記負荷との間の負荷線電流の変動値と、前記所定期間中の前記出力電圧および前記負荷端電圧の各値とにより、前記出力端子と前記負荷との間に存在するインダクタのインダクタンス値を推定するインダクタンス推定器を備えたことを特徴とする電源装置。 An output smoothing circuit comprising an inductor and an output capacitor is provided, and by switching the switching element, an input voltage is intermittently supplied to the inductor, and a current flowing through the inductor is smoothed by the output capacitor. A power supply for supplying an output voltage to a load connectable between,
In the power supply apparatus comprising the control unit that monitors the output voltage, determines a pulse conduction width of a drive signal supplied to the switching element, and controls the power supply unit,
The control unit monitors the output voltage and a load end voltage generated between both ends of the load, a fluctuation value of a load line current between the output terminal and the load in a predetermined period, and the predetermined period A power supply apparatus comprising: an inductance estimator that estimates an inductance value of an inductor existing between the output terminal and the load based on each value of the output voltage and the load end voltage.
前記操作量に応じた前記パルス導通幅の駆動信号を、前記スイッチング素子に供給する駆動信号生成部とを備え、
前記推定した前記インダクタのインダクタンス値に応じて、前記制御パラメータの値を可変するかまたは前記フィルタの構成を変えることで、前記伝達関数を可変する構成としたことを特徴とする請求項3記載の電源装置。 The control unit receives an operation level of the monitored output voltage, and an operation amount for calculating an operation amount for the power supply unit to generate a desired output voltage by a filter having a desired transfer function including a control parameter. A calculation unit;
A drive signal generation unit for supplying a drive signal having the pulse conduction width corresponding to the operation amount to the switching element;
4. The configuration according to claim 3, wherein the transfer function is varied by varying the value of the control parameter or changing the configuration of the filter in accordance with the estimated inductance value of the inductor. Power supply.
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