JP2009106097A

JP2009106097A - 電源装置

Info

Publication number: JP2009106097A
Application number: JP2007276321A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Miura; 啓伸三浦
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】電圧降下を抑制するように電源電圧を制御できる電源装置を提供する。
【解決手段】電力供給制御部２２２は、電力供給オン信号を出力する所定時間前に、電力供給オン予告信号を電圧制御部２２６に対して出力する。電圧制御部２２６は、電力供給制御部２２２から電力供給オン予告信号を受信すると、負荷側の消費電力および電源装置２の温度それぞれのデジタルデータに基づいて、電圧降下値Ｖdrop1を算出する。また、電圧制御部２２６は、調整電圧を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、調整電圧を受け入れると、この調整電圧に基づいて、電圧降下Ｖdrop1およびΔＶを２次側の電圧に加味することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源装置に関する。

たとえば、特許文献１は、負荷に電源を供給する直流電源回路を突入電流から保護するための突入電流保護回路を開示する。
しかしながら、電圧降下が想定される場合にその電圧降下に対する特性改善の対策については考慮されていない。
特開２００２−２０４５６６号公報

本発明は、上述した背景からなされたものであって、電圧降下を抑制するように電源電圧を制御できる電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、負荷に電力を供給する電源装置であって、前記負荷に電力を供給する所定時間前に信号を発生する信号発生手段と、前記信号発生手段からの信号に応じて、前記負荷に電力を供給することによって生じる電圧降下を抑制させるための調整電圧を生成する調整電圧生成手段と、前記調整電圧に基づいて、前記負荷に供給する電力の電圧を制御する電圧制御手段とを有する。

本発明によれば、電圧降下を抑制するように電源電圧を制御できる電源装置を提供できる。

［本発明の背景］
本発明の理解を助けるために、まず、本発明がなされるに至った背景を説明する。
図１は、従来の電源装置１の構成を示す図である。
図１に示すように、電源装置１は、直流電源１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、平滑コンデンサ１０６−１〜１０６−ｎ、無線装置の送信部などの負荷１０４、疑似スイッチ１０８および電力供給制御部１１０から構成される。
電源装置１において、直流電源１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に接続され、直流電流を供給する。
なお、図１においては、入力電源は直流電源１０２としているが、入力電源は交流電源であってもよい、
その場合、入力電源とＤＣ／ＤＣコンバータ１２との間にＡＣ／ＤＣコンバータが実装される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、直流電源１０２からの直流電流の電圧をＶout1に変換し、電圧が変換された直流電力を２次側に供給する。
２次側に供給された直流電力は、平滑コンデンサ１０６−１〜１０６−ｎによって後述する図２に示すように電圧Ｖout2に平滑され、平滑された直流電力が疑似スイッチ１０８を介して負荷１０４に供給される。
疑似スイッチ１０８は、電力供給制御部１１０から電力供給オン信号（ＴＸ−ＯＮ）を受け入れると、スイッチがオンして負荷１０４に直流電力を供給する。
電力供給制御部１１０は、負荷１０４に電力を供給したいタイミングで、電力供給オン信号を、疑似スイッチ１０８に対して出力する。
たとえば、負荷１０４が無線送信部である場合、電力供給制御部１１０は、送信を行うタイミングで電力供給オン信号を出力する。

図２は、電力供給オン信号と２次側の電圧との関係を例示する図であり、図２（Ａ）は電力供給オン信号のタイミングを示し、図２（Ｂ）はＶout1の波形を示し、図２（Ｃ）はＶout2の波形を示す。
図２（Ａ）に示すように電力供給オン信号が発信されて疑似スイッチ１０８がオンすると、図２（Ｂ）に示すように、Ｖout1は、遅延時間Ｔd1後に（Ｖout1−Ｖdrop1）にまで低下し、低下が始まってから遅延時間Ｔd3後に元の電圧値Ｖout1に回復する。
さらに、図２（Ｃ）に示すように、Ｖout1は、平滑コンデンサ１０６−１〜１０６−ｎによって、電圧降下Ｖdrop1a、遅延時間Ｔd3aのＶout2に平滑される。

ここで、Ｖdrop1はＤＣ／ＤＣコンバータ１２内の回路の制御の遅延によって引き起こされる電圧降下である。
すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、このような２次側の電圧変動によって出力電圧Ｖout1が低下した場合、その内部回路の構成要素（フォトカプラ、制御ＩＣ、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor：金属酸化膜形電界効果トランジスタ）など）を制御して、出力電圧の安定化を行う。

しかしながら、遅延時間Ｔd3は数ミリ秒となる可能性が高いため、電圧降下によって装置（負荷が無線送信部ならば無線装置）の特性劣化が引き起こされるという問題が生ずる。
このため、従来は、２次側の消費電力よりも十分大きな容量を有するＤＣ／ＤＣコンバータが電源装置に実装されるなどといった対策がとられることもあるが、このような対策は、装置の外形寸法面およびコスト面で問題を有している。
以下で説明する電源装置２は、このような問題点を解消するように構成されている。

［本発明の実施形態］
以下、本発明の実施形態を説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態にかかる電源装置２の構成を示す図である。
図３に示すように、電源装置２は、直流電源１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、平滑コンデンサ１０６−１〜１０６−ｎ、負荷１０４、疑似スイッチ１０８、電流検出用抵抗２０２、電力検出部２０４、温度監視部２０６、定電圧部２０８、平滑コンデンサ２１０、電力供給制御部２２２、アナログ／デジタル変換部２２４、電圧制御部２２６、デジタル／アナログ変換部２２８、オペアンプ２３０および抵抗２３２ａ〜２３２ｄから構成される。
なお、図３に示す電源装置２の内、図１に示した電源装置１の構成部分と実質的に同一のものには、同一の符号が付してある。

電流検出部２０４は、電流検出用抵抗２０２の両端に接続されており、電流検出用抵抗２０２を流れる電流を検出して負荷側の消費電力を算出し、この負荷側の消費電力値をアナログ／デジタル変換部２２４に対して出力する。
温度監視部２０６は、電源装置２の温度を検出し、検出した温度値をアナログ／デジタル変換部２２４に対して出力する。
定電圧部２０８は、入力電圧Ｖout2の変動を抑制して、変動が抑制された電圧Ｖout3を負荷側に出力する。
負荷側に出力された電力Ｖout3は、平滑コンデンサ２１０によって後述する図４に示すように電圧Ｖout4に平滑され、平滑された直流電力が疑似スイッチ１０８を介して負荷１０４に供給される。

電力供給制御部２２２は、電力供給オン信号を出力する所定時間（図４（Ｂ）の予告時間Ｔpr）前に、図４（Ａ）に示す電力供給オン予告信号（ＰｒｅＴＸ−ＯＮ）を電圧制御部２２６に対して出力する。
さらに、電力供給制御部２２２は、電力供給オン予告信号を出力してから所定時間（予告時間Ｔpr）後に、電力供給オン信号を疑似スイッチ１０８に対して出力する。
アナログ／デジタル変換部２２４は、電力検出部２０４から負荷側の消費電力のアナログデータを受け入れ、このアナログデータをデジタルデータに変換して、変換したデジタルデータを電圧制御部２２６に対して出力する。
また、アナログ／デジタル変換部２２４は、温度監視部２０６から電源装置２の温度のアナログデータを受け入れ、このアナログデータをデジタルデータに変換して、変換したデジタルデータを電圧制御部２２６に対して出力する。

電圧制御部２２６は、アナログ／デジタル変換部２２４から、負荷側の消費電力および電源装置２の温度それぞれのデジタルデータを受け入れる。
さらに、電圧制御部２２６は、電力供給制御部２２２から電力供給オン予告信号を受信すると、受け入れた負荷側の消費電力および電源装置２の温度それぞれのデジタルデータに基づいて、電圧降下値Ｖdrop1を算出する。

また、電圧制御部２２６は、以下の式（１）および式（２）を満たすような調整電圧Ｖadj(D)を生成し、生成したデジタルデータＶadj(D)をデジタル／アナログ変換部２２８に対して出力する。
（１）（Ｖout1−Ｖdrop1）−ΔＶ＞Ｖout3
（ΔＶは、定電圧部２０８における必要入出力電圧差である）
（２）Ｖout1＝（a＋bＶadj(D)）×Ｖ0
（a,bは定数、Ｖ0はＤＣ／ＤＣコンバータ１２の定格出力電圧（定数）である）
なお、式（２）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２において、電圧調整端子に印加される調整電圧Ｖadjと出力電圧Ｖout1との関係に基づいて算出される式である。

デジタル／アナログ変換部２２８は、電圧制御部２２６からのデジタルデータＶadj(D)をアナログデータＶadj(A)に変換し、変換したアナログデータをオペアンプ２３０および抵抗２３２ａ〜２３２ｄに対して出力する。
オペアンプ２３０および抵抗２３２ａ〜２３２ｄは、アナログデータＶadj(A)を抵抗２３２ａ〜２３２ｄの抵抗値に基づいて増幅させ、増幅した調整電圧ＶadjをＤＣ／ＤＣコンバータ１２の電圧調整端子に対して出力する。
たとえば、抵抗２３２ａ，２３２ｂの抵抗値をＲａ、抵抗２３２ｃ，２３２ｄの抵抗値をＲｃとすると、以下の式（３）のようになる。
（３）Ｖadj＝（Ｒｃ／Ｒａ）×Ｖadj(A)
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、調整電圧Ｖadjを受け入れると、この調整電圧Ｖadjに基づいて、電圧降下Ｖdrop1およびΔＶを２次側の電圧に加味することができる。

図４は、電力供給オン予告信号と電力供給オン信号とＶadjと２次側の電圧との関係を例示する図であり、図４（Ａ）は電力供給オン予告信号のタイミングを示し、図４（Ｂ）は電力供給オン信号のタイミングを示し、図４（Ｃ）はＶout1の波形を示し、図４（Ｄ）はＶadjの波形を示し、図４（Ｅ）はＶout2の波形を示し、図４（Ｆ）はＶout3の波形を示し、図４（Ｇ）はＶout4の波形を示す。
図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、電力供給オン予告信号が発信されてから予告時間Ｔpr後に電力供給オン信号が発信される。
図４（Ｃ）に示すように、Ｖout1は、遅延時間Ｔd1後に（Ｖout1−Ｖdrop1）にまで低下し、低下が始まってから遅延時間Ｔd3後に元の電圧値Ｖout1に回復する。

図４（Ｄ）に示すように、電力供給オン予告信号が発信されてから遅延時間Ｔd2後に、補償電圧Ｖupを最大値とするＶadjがＤＣ／ＤＣコンバータ１２に入力される。
図４（Ｅ）〜図４（Ｇ）に示すように、Ｖadjに基づいて、Ｖout2，Vout3，Vout4は、それぞれ、電圧降下Ｖdrop1，Ｖdrop2，Ｖdrop3の電圧波形となる。
ここで、Ｖdrop1＞Ｖdrop2＞Ｖdrop3であるので、負荷１０４に供給される電圧の電圧降下を最小限に抑えることができる。

図５は、本発明の第２の実施形態にかかる電源装置３の構成を示す図である。
図５に示すように、電源装置３は、直流電源１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、平滑コンデンサ１０６−１〜１０６−ｎ、負荷１０４、疑似スイッチ１０８、電圧調整部３０−１，３０−２、電力供給制御部３２０、および、抵抗調整部３２２から構成される。
なお、図５に示す電源装置３の内、図３に示した電源装置２の構成部分と実質的に同一のものには、同一の符号が付してある。
また、以下、電圧調整部３０−１，３０−２など、複数ある構成部分のいずれかを特定せずに示すときには、単に、電圧調整部３０などと略記することがある。

電力供給制御部３２０は、電力供給オン信号を出力する所定時間前に、電力供給オン予告信号ＰｒｅＴＸ−ＯＮ１を電圧調整部３０−１に対して出力し、電力供給オン信号を出力する所定時間前に、電力供給オン予告信号ＰｒｅＴＸ−ＯＮ２を電圧調整部３０−２に対して出力する。
さらに、電力供給制御部３２０は、電力供給オン予告信号を出力してから所定時間後に、電力供給オン信号ＴＸ−ＯＮを疑似スイッチ１０８に対して出力する。
抵抗調整部３２２は、後述するデジタルポテンショメータ３０４の抵抗値を調整するための信号Ｒadj1およびＲadj2を、それぞれ、電圧調整部３０−１および電圧調整部３０−２に対して出力する。

電圧調整部３０−１は、電圧切替スイッチ３０２−１、デジタルポテンショメータ３０４−１およびダイオード３０６−１を有する。
同様に、電圧調整部３０−２は、電圧切替スイッチ３０２−２、デジタルポテンショメータ３０４−２およびダイオード３０６−２を有する。
電圧調整部３０は、これらの構成部分により、電力供給オン予告信号ＰｒｅＴＸ−ＯＮ１およびＰｒｅＴＸ−ＯＮ２のタイミングに基づいて、定常時のＶout1に対するＶdropを最小にするための調整電圧Ｖadjを、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に対して出力する。

以下、電圧調整部３０−１について説明する。
電圧切替スイッチ３０２−１は、一方は電圧Ｖccの電源に接続され、他方は、抵抗を介して、デジタルポテンショメータ３０４−１およびダイオード３０６−１に接続されている。
電圧切替スイッチ３０２−１は、電力供給制御部３２０から電力供給オン予告信号ＰｒｅＴＸ−ＯＮ１を受け入れると、スイッチがオンして電圧調整部３０−１の各構成部分に電力を供給する。

デジタルポテンショメータ３０４−１は、信号Ｒadj1に応じて抵抗値を調整し、ダイオード３０６−１のアノード側の電圧をＥ１に調整する。
ここで、ダイオード３０６−１のアノード側とカソード側の電位差はＶＦなので、ダイオード３０６−１のカソード側の電圧はＥ１−ＶＦとなる。
電圧調整部３０−１は、このＥ１−ＶＦを調整電圧Ｖadjとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に対して調整電圧Ｖadjを出力する。

電圧調整部３０−２においても同様にして、デジタルポテンショメータ３０４−２は、信号Ｒadj2に応じて抵抗値を調整し、ダイオード３０６−２のアノード側の電圧をＥ２に調整する。
ここで、ダイオード３０６−２のアノード側とカソード側の電位差もＶＦなので、ダイオード３０６−２のカソード側の電圧はＥ２−ＶＦとなる。
電圧調整部３０−２は、このＥ２−ＶＦを調整電圧Ｖadjとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に対して調整電圧Ｖadjを出力する。

以上のように、上述した実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に調整電圧Ｖadjを入力させるように構成したので、電圧降下を抑制でき、無線送信部などの負荷１０４の性能を改善できる。

本発明は、電源装置に利用可能である。

従来の電源装置の構成を示す図である。電力供給オン信号と２次側の電圧との関係を例示する図である。本発明の第１の実施形態にかかる電源装置の構成を示す図である。電力供給オン予告信号と電力供給オン信号とＶadjと２次側の電圧との関係を例示する図である。本発明の第２の実施形態にかかる電源装置の構成を示す図である。

符号の説明

１・・・電源装置，
１０２・・・直流電源，
１２・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ，
１０６・・・平滑コンデンサ，
１０４・・・負荷，
１０８・・・疑似スイッチ，
１１０・・・電力供給制御部，
２・・・電源装置，
２０２・・・電流検出用抵抗，
２０４・・・電力検出部，
２０６・・・温度監視部，
２０８・・・定電圧部，
２１０・・・平滑コンデンサ，
２２２・・・電力供給制御部，
２２４・・・アナログ／デジタル変換部，
２２６・・・電圧制御部，
２２８・・・デジタル／アナログ変換部，
２３０・・・オペアンプ，
３・・・電源装置，
３０・・・電圧調整部，
３０２・・・電圧切替スイッチ，
３０４・・・デジタルポテンショメータ，
３０６・・・ダイオード，
３２０・・・電力供給制御部，
３２２・・・抵抗調整部，

Claims

負荷に電力を供給する電源装置であって、
前記負荷に電力を供給する所定時間前に信号を発生する信号発生手段と、
前記信号発生手段からの信号に応じて、前記負荷に電力を供給することによって生じる電圧降下を抑制させるための調整電圧を生成する調整電圧生成手段と、
前記調整電圧に基づいて、前記負荷に供給する電力の電圧を制御する電圧制御手段と
を有する電源装置。