JP2014099995A - Switching power supply device and power supply system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、並列運転が可能なスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムに関する。 The present invention relates to a switching power supply device capable of parallel operation and a power supply system using the same.
スイッチングレギュレータやDC−DCコンバータ等のスイッチング電源装置は、一般に、主スイッチング素子のスイッチング動作により入力電圧を直流の出力電圧に変換して出力する電力変換部と、主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を規定する駆動パルスを生成し、その駆動パルスを用いて主スイッチング素子のオンオフを制御する制御部とを備えている。 A switching power supply device such as a switching regulator or a DC-DC converter generally includes a power conversion unit that converts an input voltage into a DC output voltage by a switching operation of the main switching element, and an on time and an off time of the main switching element. And a control unit for controlling on / off of the main switching element using the drive pulse.
複数台のスイッチング電源装置を並列運転し、共通の負荷に電力供給する電源システムを構築する場合、特定のスイッチング電源装置に負担が集中しないように、各スイッチング電源装置の出力電流を自動的にバランスさせる機能を備えたスイッチング電源装置が使用される。出力電流のバランス制御には様々な方式があるが、各スイッチング電源装置の制御部同士が連絡を取り合い、互いの出力電流の差が小さくなるように、各主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間が調整される方式が用いられることが多い。 When building a power supply system that operates multiple switching power supplies in parallel and supplies power to a common load, the output current of each switching power supply is automatically balanced so that the load is not concentrated on a specific switching power supply. A switching power supply device having a function to be used is used. There are various methods for balance control of the output current, but the on-time and off-time of each main switching element are reduced so that the control units of each switching power supply device communicate with each other and the difference between the output currents becomes small. In many cases, a regulated method is used.
従来、例えば特許文献1に開示されているように、複数台のスイッチング電源装置の制御回路同士が連絡を取り合うため、外部接続用の電流バランス端子(CB端子)が電流バランス線により互いに連結された並列運転電源システムがある。各スイッチング電源装置の制御回路は、自己の出力電流をアナログ電圧情報に変換し、そのアナログ電圧情報を電流バランス線を通じて交換し合い、互いの出力電流が歩み寄って等しくなるように主スイッチング素子をオンオフ制御する。
Conventionally, as disclosed in, for example,
この並列運転電源システムは、同一構成のスイッチング電源装置を複数台用意して上記の配線を行えば、外部に特別な制御装置を設けなくても、自動的に出力電流のバランス制御を行うことができる。また、いわゆるN+1冗長運転も可能であり、1台が故障した場合に、残りの正常なスイッチング電源装置のみで、負荷に必要な出力電力を供給し続けることができる。 In this parallel operation power supply system, if a plurality of switching power supply devices having the same configuration are prepared and the above wiring is performed, the balance of output current can be automatically controlled without providing a special control device outside. it can. Also, so-called N + 1 redundant operation is possible, and when one unit fails, only the remaining normal switching power supply device can continue to supply the output power necessary for the load.
特許文献1のスイッチング電源装置及び並列運転電源システムの場合、スイッチング電源装置の出力電流のバランス制御がアナログ制御によって行われるので、バランス制御用の回路の構成が複雑化し、部品点数が多くなる。また、特許文献1の図2に記載されたバランス制御用の回路では、2つのオペアンプと複数の抵抗を用いて微小電圧を増幅しており、実用レベルのバランス精度を実現するためには、低オフセットのオペアンプと高精度な抵抗を使用しなければならず、部品コストが高くなる。さらに、出力電流のバランス制御が出力電圧の安定化制御に干渉して発振するのを防止するため、出力電流のバランス制御のゲイン及び位相特性の調整が重要であるが、実施例に記載されたバランス制御用の回路の構成では、各種の制約事項があるのでゲイン及び位相特性の調整を自由に行うことができない。
In the case of the switching power supply device and the parallel operation power supply system disclosed in
本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、出力電流の制御を容易に行うことができ、シンプルな構成のスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described background art, and an object thereof is to provide a switching power supply apparatus having a simple configuration and a power supply system using the same, which can easily control an output current. To do.
請求項1記載の発明は、入力端に供給される直流又は交流の入力電圧を主スイッチング素子のスイッチング動作によって変換し、出力端に接続される負荷に出力電圧及び出力電流を供給する電力変換部と、前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を規定する駆動パルスを生成し、その駆動パルスを用いて前記主スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、を備えたスイッチング電源装置であって、前記出力電圧又はそれに相当する電圧を検出して自己電圧信号を出力する電圧検出回路と、前記出力電流又はそれに相当する電流を検出して自己電流信号を出力する電流検出回路とが設けられ、前記制御部には、前記自己電圧信号と所定の電圧目標値との差が小さくなるように前記駆動パルスを生成し、前記主スイッチング素子に向けて出力する駆動パルス出力部と、前記駆動パルス出力部の前記電圧目標値を規定する電圧制御情報を出力すると共に、前記自己電流信号に対応した電流制御情報を出力する電圧目標値設定部と、前記電流制御情報に対応した直流の電流制御電圧を生成し出力する電流制御電圧出力部と、前記電流制御電圧出力部の出力を外部に接続可能にする電流制御用端子とが設けられ、前記電圧目標値設定部は、前記電流制御用端子の電圧を検出し、前記電流制御情報に基づいて生成されるべき前記電流制御電圧と一致しない場合、その電圧差に応じて前記電圧目標値を補正する前記電圧制御情報を出力し、前記主スイッチング素子が前記補正後の電圧目標値に基づいてオンオフすることによって、前記電流制御情報に基づいて生成されるべき前記電流制御電圧が前記電流制御用端子電圧に近づき、前記電圧差が一定以下に小さくなるスイッチング電源装置である。
The invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載のスイッチング電源装置であって、前記電流制御電圧出力部は、一定周期でハイレベルとローレベルとを繰り返すパルス電圧を出力するパルス発生回路と、前記パルス電圧を平滑して前記直流の電流制御電圧に変換するローパスフィルタである平滑回路とで構成され、前記パルス発生回路は、前記電流制御情報に基づいて、前記パルス電圧のハイレベル及びローレベルの時比率を決定するスイッチング電源装置である。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項1記載のスイッチング電源装置であって、前記電流制御電圧出力部は、一定周期でハイレベルとローレベルとを繰り返すパルス電圧を出力するパルス発生回路と、前記パルス電圧を平滑して前記直流の電流制御電圧に変換するローパスフィルタである平滑回路と、入力端が前記平滑回路の出力に接続され出力端が前記電流制御用端子に接続された増幅回路とで構成され、前記パルス発生回路は、前記電流制御情報に基づいて、前記パルス電圧のハイレベル及びローレベルの時比率を決定するスイッチング電源装置である。
The invention according to claim 3 is the switching power supply device according to
請求項4記載の発明は、請求項3記載のスイッチング電源装置であって、前記増幅回路がエミッタフォロア回路であるスイッチング電源装置である。 The invention according to claim 4 is the switching power supply device according to claim 3, wherein the amplifier circuit is an emitter follower circuit.
請求項5記載の発明は、請求項1記載のスイッチング電源装置であって、前記電流制御電圧出力部は、デジタル信号である前記電流制御情報に対応した前記直流の電流制御電圧を、所定の出力インピーダンスを介して出力するデジタル−アナログ変換器であるスイッチング電源装置である。
The invention according to claim 5 is the switching power supply device according to
請求項6記載の発明は、請求項1記載のスイッチング電源装置であって、前記電流制御電圧出力部は、デジタル信号である前記電流制御情報に対応した前記直流の電流制御電圧を出力するデジタル−アナログ変換器と、入力端が前記デジタル−アナログ変換器の出力に接続され出力端が前記電流制御用端子に接続された増幅回路とで構成されているスイッチング電源装置である。
The invention according to claim 6 is the switching power supply device according to
請求項7記載の発明は、請求項6記載のスイッチング電源装置であって、前記増幅回路がエミッタフォロア回路であるスイッチング電源装置である。 The invention according to claim 7 is the switching power supply device according to claim 6, wherein the amplifier circuit is an emitter follower circuit.
請求項8記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか記載のスイッチング電源装置であって、前記電圧目標値設定部はデジタルプロセッサ内に設けられ、前記デジタルプロセッサに記録されたプログラムを書き換えることによって、前記電圧目標値、及び前記電圧目標値を補正する際の補正量を変更することができるスイッチング電源装置である。
The invention according to claim 8 is the switching power supply device according to any one of
請求項9記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか記載のスイッチング電源装置を複数台使用した電源システムであって、前記複数台のスイッチング電源装置は、前記出力端が互いに並列に接続され、前記電流制御用端子同士が互いに連結され、前記各電圧目標値設定部は、自己の前記電流制御用端子を観測してその電圧を検出し、その電流制御用端子電圧と自己の前記電流制御電圧との差に応じて自己の前記電圧目標値を補正する前記電圧制御情報を出力し、前記各主スイッチング素子が前記補正された自己の電圧目標値に基づいてオンオフすることによって、前記複数台のスイッチング電源装置の前記各出力電流が均等化される電源システムである。 A ninth aspect of the present invention is a power supply system using a plurality of the switching power supply units according to any one of the first to seventh aspects, wherein the plurality of switching power supply units have the output terminals connected in parallel to each other. The current control terminals are connected to each other, and each voltage target value setting unit observes the current control terminal and detects the voltage, and detects the current control terminal voltage and the current control terminal. The voltage control information for correcting the voltage target value of itself according to a difference from the voltage is output, and the main switching elements are turned on / off based on the corrected voltage target value of the plurality of units. The power supply system in which the output currents of the switching power supply apparatus are equalized.
請求項10記載の発明は、請求項9記載の電源システムであって、前記各電圧目標値設定部は、自己の前記電流制御電圧から自己の前記電流制御用端子電圧を引き算した値が、第一基準値(正の値)以上の場合に、自己の前記電圧目標値を補正して上昇させる旨の前記電圧制御情報を出力し、それ以外の場合は、自己の前記電圧目標値が維持されるように前記電圧制御情報を出力する電源システムである。
The power supply system according to
請求項11記載の発明は、請求項9記載の電源システムであって、前記各電圧目標値設定部は、自己の前記電流制御電圧から自己の前記電流制御用端子電圧を引き算した値が、第二基準値(負の値)以下の場合に、自己の前記電圧目標値を補正して低下させる旨の前記電圧制御情報を出力し、それ以外の場合は、自己の前記電圧目標値が維持されるように前記電圧制御情報を出力する電源システムである。
The invention according to
請求項12記載の発明は、請求項9記載の電源システムであって、前記各電圧目標値設定部は、自己の前記電流制御電圧から自己の前記電流制御用端子電圧を引き算した値が、第一基準値(正の値)以上の場合に、自己の前記電圧目標値を補正して上昇させる旨の前記電圧制御情報を出力し、第二基準値(負の値)以下の場合に、自己の前記電圧目標値を補正して低下させる旨の前記電圧制御情報を出力し、それ以外の場合は、自己の前記電圧目標値が維持されるように前記電圧制御情報を出力する電源システムである。 A power supply system according to a twelfth aspect is the power supply system according to the ninth aspect, wherein each voltage target value setting unit has a value obtained by subtracting the current control terminal voltage from the current control voltage. When the reference voltage (positive value) or more is output, the voltage control information for correcting and increasing the voltage target value is output, and when the reference value is less than or equal to the second reference value (negative value) The power supply system outputs the voltage control information for correcting and lowering the voltage target value, and otherwise outputs the voltage control information so that the voltage target value of itself is maintained. .
請求項13記載の発明は、請求項8記載のスイッチング電源装置を複数台使用した電源システムであって、前記複数台のスイッチング電源装置は、前記出力端が互いに並列に接続され、前記電流制御用端子同士が互いに連結され、複数台のうちの1台がマスタ電源、その他がスレーブ電源であり、前記マスタ電源は、前記電圧目標値を補正する際の補正量がゼロに設定され、前記スレーブ電源は、前記電圧目標値を補正する際の補正量がゼロ以外の値に設定され、前記各スレーブ電源の電圧目標値設定部は、自己の前記電流制御用端子を観測してその電圧を検出し、自己の前記電流制御電圧から自己の前記電流制御用端子電圧を引き算した値が、第一基準値(正の値)以上の場合に、設定された前記補正量の分だけ自己の前記電圧目標値を上昇させる旨の前記電圧制御情報を出力し、第二基準値(負の値)以下の場合に、設定された前記補正量の分だけ自己の前記電圧目標値を低下させる旨の前記電圧制御情報を出力し、それ以外の場合は、自己の前記電圧目標値が維持されるように前記電圧制御情報を出力する電源システムである。 The invention described in claim 13 is a power supply system using a plurality of the switching power supply devices according to claim 8, wherein the plurality of switching power supply devices are connected in parallel to each other, and the current control The terminals are connected to each other, one of the plurality is a master power supply, the other is a slave power supply, and the master power supply has a correction amount for correcting the voltage target value set to zero, and the slave power supply The correction amount when correcting the voltage target value is set to a value other than zero, and the voltage target value setting unit of each slave power supply observes its current control terminal and detects its voltage. When the value obtained by subtracting the current control terminal voltage from the current control voltage is equal to or greater than a first reference value (positive value), the voltage target of the self is set by the set correction amount. Value above Output the voltage control information to the effect that the voltage control information to lower the voltage target value by the amount of the set correction amount when the voltage control information is less than or equal to a second reference value (negative value). In other cases, the power supply system outputs the voltage control information so as to maintain the voltage target value of itself.
本発明のスイッチング電源装置は、出力電流制御用の回路の部品点数を従来よりも格段に少なくすることができる。また、電圧目標値設定部をデジタルプロセッサ内に設けることによって、プログラム(補正パラメータ)を書き換えるだけで、使用部品の個体差(特性のばらつき)によって発生する電流バランスの誤差をキャンセルして、制御の精度を向上させたり、出力電流バランスの制御のゲイン及び位相特性を自在に調整したりすることが可能になる。また、スイッチング電源装置を単体で使用する際、電流制御用端子に対して外部から所定の直流電圧を印加して電流制御用端子電圧を規定することによって、スイッチング電源装置を定電流電源として使用することも可能である。 The switching power supply device of the present invention can significantly reduce the number of parts of the circuit for controlling the output current as compared with the prior art. In addition, by providing a voltage target value setting unit in the digital processor, simply rewriting the program (correction parameters) cancels the current balance error caused by individual differences (characteristic variations) in the parts used, and It becomes possible to improve accuracy and freely adjust the gain and phase characteristics of the output current balance control. Further, when the switching power supply device is used alone, the switching power supply device is used as a constant current power supply by applying a predetermined DC voltage from the outside to the current control terminal to define the current control terminal voltage. It is also possible.
本発明の電源システムは、上記のスイッチング電源装置を複数台用意して並列運転する構成なので、各スイッチング電源装置の出力電流が精度よく均等化され、同時にN+1冗長運転も実現できる。また、電圧目標値設定部をデジタルプロセッサ内に設けたスイッチング電源装置を使用し、1台のプログラムを書き換えてマスタ電源に設定すれば、マスタ電源の電圧目標値を変更することによって、全てのスイッチング電源装置の出力電圧を一律に可変するマスタ・スレーブ運転も可能である。 Since the power supply system of the present invention has a configuration in which a plurality of the above-described switching power supply devices are prepared and operated in parallel, the output currents of the respective switching power supply devices are equalized with high accuracy, and at the same time, N + 1 redundant operation can be realized. In addition, if a switching power supply device in which a voltage target value setting unit is provided in the digital processor is used and a single program is rewritten and set to the master power supply, all the switching can be performed by changing the master power supply voltage target value. Master / slave operation is also possible in which the output voltage of the power supply is uniformly varied.
以下、本発明のスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムの第一実施形態について、図1〜図6に基づいて説明する。この実施形態の電源システム10は、図1に示すように、1つの直流入力電源12から電力の供給を受け、1つの負荷14に所定の電圧及び電流を出力するシステムであり、第一実施形態のスイッチング電源装置16が2台使用されている。以下、必要に応じて、各スイッチング電源装置の符号の末尾に、スイッチング電源装置の台数番号を表わす(1),(2)の符号を付して区別し、その他の関係する各構成についても、符号の末尾に(1),(2)を付して区別する。
Hereinafter, a first embodiment of a switching power supply device and a power supply system using the same according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the
スイッチング電源装置16は、図2に示すように、電力変換部18、電圧検出回路20、電流検出回路22及び制御部24を備えている。
As illustrated in FIG. 2, the switching
電力変換部18は、一対の入力端子であるIN端子の間に供給された直流の入力電圧Viを断続する主スイッチング素子26と、主スイッチング素子26と相補的にオンオフして上記の断続電圧を整流する整流素子27とを備え、さらに、上記の整流電圧を平滑して直流の出力電圧Voを出力するローパスフィルタである出力平滑回路28とを備えている。ここでは、主スイッチング素子26、整流素子27は、いずれもNチャネルのMOS型FETである。出力平滑回路28は、インダクタ28aとコンデンサ28bとで構成されるローパスフィルタであり、出力端子である一対のOUT端子にコンデンサ28bの両端が引き出され、外部接続される負荷14に出力電圧Vo、出力電流Ioを供給する。出力電圧Voは、スイッチング素子26がスイッチングするオン時間及びオフ時間によって決まる。
The
電圧検出回路20は、出力電圧Vo又はこれに相当する電圧を検出する回路である。例えば、一対のOUT端子の間に2つの抵抗を直列に接続し、中点に発生する電圧を自己電圧信号Vaとして出力する。他の方法として、出力平滑回路28のインダクタ28aに補助巻線を設け、補助巻線に発生する電圧を利用して自己電圧信号Vaを得る方法も考えられる。
The
電流検出回路22は、出力電流Io又はこれに相当する電流を検出する回路である。例えば、出力平滑回路28のコンデンサ28bとOUT端子とを結ぶラインに電流検出用の抵抗を挿入し、出力電流Ioが流れることによって発生する電圧降下を検出し、自己電流信号Iaとして出力する。他の方法として、主スイッチング素子26に流れるスイッチング電流を、カレントトランス(又は抵抗)を介して電圧に変換し、その波高値又は平均値を検出して自己電流信号Iaを得る方法も考えられる。
The
制御部24は、主スイッチング素子26のオン時間及びオフ時間を規定する駆動パルスVgを生成し、その駆動パルスVgで主スイッチング素子26のオンオフを制御する回路ブロックであり、駆動パルス出力部30、電圧目標値設定部32、電流制御電圧出力部34を備えている。
The
駆動パルス出力部30は、自己電圧信号Vaと所定の電圧目標値Vrとの差を反転増幅する誤差増幅器30aと、一定周期の基準三角波電圧を出力する三角波発生回路30bとを備え、さらに、誤差増幅器30aの出力電圧と基準三角波電圧とを比較してパルス幅変調を行う比較器30cを備えている。駆動パルスVgは、図示しないバッファ回路等を通じて主スイッチング素子26の駆動端子に入力される。駆動パルス出力部30は、自己電圧信号Vaと所定の電圧目標値Vrとの差が小さくなるように駆動パルスVgのオン時間及びオフ時間を可変調整し、前記主スイッチング素子に向けて出力する。
The drive
また、この駆動パルス出力部30は、整流素子27を駆動する機能も備えており、駆動パルスVgのロジックを逆転させた反転パルスを出力する反転器30dが設けられ、反転パルスが、バッファ回路等を通じて整流素子27の駆動端子に入力される。整流素子27がダイオード素子の場合は、駆動回路は不要であり、反転器30dを省略することができる。
The drive
電圧目標値設定部32は、ここではデジタルプロセッサ内に設けられ、駆動パルス出力部30の電圧目標値Vrを規定する電圧制御情報Svを出力すると共に、自己電流信号Iaに対応した電流制御情報Siを出力する機能を備えている。電圧目標値設定部32は、通常、電圧目標値Vrをデフォルト値Vr0にする旨の電圧制御情報Svを出力する。そして、電流制御用ライン36(以下、CBライン36と言う。)の電圧(CBライン電圧Vbm)を検出し、図3(a)に示す所定の条件を満たした場合に、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk1,Vk2だけ変化させる旨の電圧制御情報Svを出力する。電圧目標値Vrを補正するか否かの判断は、CBライン電圧Vbmを取得(サンプリング)する毎に繰り返し行われる。電圧制御情報Sv及び電流制御情報Siについては、後で詳しく説明する。
Here, the voltage target
電流制御電圧出力部34は、電圧目標値設定部32が出力した電流制御情報Siに基づいてパルス電圧V38を生成するパルス発生器38と、パルス電圧V38を平滑して出力する平滑回路40とを備えている。
The current control
パルス発生器38は、電圧目標値設定部32と同様にデジタルプロセッサ内に設けられ、ここでは、クロック、カウンタ、パルス出力回路等を組み合わせて構成されたデジタルPWMにより、周期と時比率Dutyが制御されたパルス電圧V38を出力する。以下、パルス発生器38の動作を図4に基づいて説明する。
The
カウンタにはクロック信号が供給されており、カウンタがクロック数をカウントする。カウンタのカウント値がゼロにリセットされると、パルス発生器38の出力であるパルス電圧V38がハイレベルになる。その後、パルス電圧V38がハイレベルの状態でカウントが継続され、カウント値が第一レジスタ設定値D1に達すると、パルス電圧V38がローレベルに転じ、さらにカウント値が第二レジスタ設定値D2に達するとカウンタがリセットされ、パルス電圧V38がハイレベルに転じる。パルス発生器38は、上記の動作を繰り返すことによって、ハイレベルとローレベルを繰り返すパルス電圧V38を発生させる。従って、パルス電圧V38の周期と時比率Dutyは、第一及び第二レジスタ設定値D1,D2によって定めることができる。例えば、「D1=50、D2=100」のときは、時比率Duty=0.5のパルス電圧V38を出力する。
A clock signal is supplied to the counter, and the counter counts the number of clocks. When the count value of the counter is reset to zero, the pulse voltage V38 that is the output of the
パルス発生器38は、ローレベルが0V、ハイレベルがVh(例えば5V)のパルスを発生する。第二レジスタ設定値D2は固定されており、パルス電圧V38の周期は一定である。第一レジスタ設定値D1は、電圧目標値設定部32が出力した電流制御情報Siによって規定され、その電流制御情報Siは、電流検出回路22で検出された自己電流信号Iaに対応して変化する。したがって、パルス電圧V38の時比率Dutyは、自己電流信号Iaに対応して変化する。ここでは、図5(a)に示すように、自己電流信号Iaと時比率Duty(及び電流制御情報Si)との関係が一次関数で定義され、「Ia=0Aのとき、Si=Duty=0」、「Ia=10Aのとき、Si=Duty=1.0」となっている。なお、この関係は一次関数以外の関数で定義されていてもよく、例えば、図5(b)に示すように、曲線的な関数でも構わない。
The
平滑回路40は、抵抗40aとコンデンサ40bとで成るローパスフィルタであり、コンデンサ40bのプラス出力がCBライン36に接続され、CBライン36には、CBライン36を外部に接続可能にする電流制御用端子(以下、CB端子と言う。)が設けられている。平滑回路40は、パルス電圧V38を平滑して直流の電圧を生成し、CBライン36に向けて出力する。CB端子が開放されているとき、平滑回路40の出力には、パルス電圧V38の波高値Vhに時比率dutyを乗算して求まる直流の電流制御電圧Vboが発生する。抵抗40aは、インダクタに置き換えても構わない。
The smoothing
次に、電圧目標値設定部32が出力する電圧制御情報Svについて説明する。電圧目標値設定部32は、CBライン電圧Vbmを検出し、電流制御情報Siに基づいて生成されるべき電流制御電圧Vbo(=Vh×Duty)と一致しない場合、その電圧差に応じて、電圧目標値Vrを補正する旨の電圧制御情報Svを出力する。
Next, the voltage control information Sv output from the voltage target
ここでは、図3(a)に示すように、電圧差ΔVb(=Vbo−Vbm)が第一基準値k1(k1>0)以上のときは、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk1だけ低下させる旨の電圧制御情報Svを出力する。電圧差ΔVbが第二基準値−k2(k2>0)以下のときは、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk2だけ上昇させる旨の電圧制御情報Svを出力する。それ以外のときは電圧目標値Vrを補正せず、直前の値が維持されるように電圧制御情報Svを出力する。電圧目標値Vrを補正するか否かの判断は、CBライン電圧Vbmを取得(サンプリング)する毎に繰り返し行う。 Here, as shown in FIG. 3A, when the voltage difference ΔVb (= Vbo−Vbm) is equal to or larger than the first reference value k1 (k1> 0), the immediately preceding voltage target value Vr is decreased by the correction amount Vk1. The voltage control information Sv indicating that it is to be output. When the voltage difference ΔVb is equal to or smaller than the second reference value −k2 (k2> 0), the voltage control information Sv indicating that the previous voltage target value Vr is increased by the correction amount Vk2 is output. In other cases, the voltage target value Vr is not corrected, and the voltage control information Sv is output so that the previous value is maintained. The determination of whether or not to correct the voltage target value Vr is repeated every time the CB line voltage Vbm is acquired (sampled).
一般的には、第一及び第二基準値k1,k2を同じ値(例えば0.1)に設定し、補正量Vk1,Vk2を同じ値にするとよい。なお、図3(a)では、電圧差ΔVbの絶対値が基準値k1,k2以上の範囲で補正量Vk1,Vk2が一定の値になっているが、図3(b)に示すように。電圧差ΔVbの絶対値が大きくなるにつれて、補正量Vk1,Vk2が徐々に大きくなるようにしてもよい。 In general, the first and second reference values k1 and k2 may be set to the same value (for example, 0.1), and the correction amounts Vk1 and Vk2 may be set to the same value. In FIG. 3A, the correction amounts Vk1 and Vk2 are constant values in the range where the absolute value of the voltage difference ΔVb is equal to or larger than the reference values k1 and k2, but as shown in FIG. The correction amounts Vk1 and Vk2 may gradually increase as the absolute value of the voltage difference ΔVb increases.
電源システム10は、上述したスイッチング電源装置16(1),16(2)の2台で構成され、図1に示すように、IN(1),IN(2)端子が入力電源12の両端に接続され、OUT(1),OUT(2)端子が共通の負荷14に対して互いに並列に接続され、並列運転を行う構成になっている。さらに、CB(1),CB(2)端子も互いに連結されている。負荷14に流れ込む負荷電流Io(all)は、スイッチング電源装置16(1),16(2)の出力電流Io(1),Io(2)を合計した電流であり、ここでは常に一定の値であるとする。
The
次に、電源システム10の動作について、図6のフローチャートに基づいて説明する。ここでスイッチング電源16(1),16(2)は、2台で合計9Aの負荷電流Io(all)を出力しており、初期状態で、一方の出力電流Io(1)が5A、他方の出力電流Io(2)が4Aであり、バランスがとれていないとする。
Next, the operation of the
まず、各スイッチング電源装置16は、電圧目標値設定部32が電流検出回路22で測定された自己電流信号Iaを取得し、図5(a)に示す関係に基づき、自己電流信号Iaに対応する制御情報Siを作成する。(ステップS11,S12)。次に、「CB端子が開放された状態で、パルス発生器38が制御情報Siに基づいて生成したパルス電圧V38を出力した」と仮定し、この場合に平滑回路40から出力されるべき直流の電流制御電圧Vboを予測演算する(ステップS13)。
First, in each switching
スイッチング電源装置16(1)の場合、出力電流Io(1)=Ia(1)=5Aなので、パルス発生器38(1)の第一レジスタ設定値D1を50にする旨の電流制御情報Si(1)が作成される(ステップS11,S12)。そして、「CB(1)端子が開放された状態で、パルス発生器38(1)から波高値Vh=5V、時比率Duty=0.5のパルス電圧V38(1)が出力された」と仮定し、電流制御電圧Vbo(1)として、波高値Vhに時比率Dutyを乗算した2.5Vが算出される(ステップS13)。 In the case of the switching power supply 16 (1), since the output current Io (1) = Ia (1) = 5A, the current control information Si (1) indicating that the first register set value D1 of the pulse generator 38 (1) is set to 50. 1) is created (steps S11 and S12). Assuming that "the pulse voltage V38 (1) having a peak value Vh = 5V and a duty ratio = 0.5 is output from the pulse generator 38 (1) with the CB (1) terminal open", As the current control voltage Vbo (1), 2.5V obtained by multiplying the peak value Vh by the duty ratio Duty is calculated (step S13).
一方、スイッチング電源装置16(2)の場合、出力電流Io(2)=Ia(2)=4Aなので、パルス発生器38(2)の第一レジスタ設定値D1を40にする旨の電流制御情報Si(2)が作成される(ステップS11,S12)。そして、「CB(2)端子が開放された状態で、パルス発生器38(2)から波高値Vh=5V、時比率Duty=0.4のパルス電圧V38(2)が出力された」と仮定し、電流制御電圧Vbo(2)として、波高値Vhに時比率Dutyを乗算した2.0Vが算出される(ステップS13)。 On the other hand, in the case of the switching power supply 16 (2), since the output current Io (2) = Ia (2) = 4A, the current control information indicating that the first register setting value D1 of the pulse generator 38 (2) is 40. Si (2) is created (steps S11 and S12). Assuming that "the pulse voltage V38 (2) with a peak value Vh = 5V and a duty ratio = 0.4 was output from the pulse generator 38 (2) with the CB (2) terminal open" As the current control voltage Vbo (2), 2.0V is calculated by multiplying the peak value Vh by the duty ratio Duty (step S13).
次に、各スイッチング電源装置16の電圧目標値設定部32が、ステップS12で作成した電流制御情報Siを出力し、パルス発生器38が発生したパルス電圧V38が平滑回路40で平滑され、CBライン36に向けて出力される。(ステップS14)。その結果、CB(1)端子とCB(2)端子が互いに連結されているので、CBライン電圧Vbm(1),Vbm(2)が等しくなり、その電圧値は、上記の電流制御電圧Vbo(1)=2.5V、Vbo(2)=2.0Vの平均値である2.25Vとなる。
Next, the voltage target
次に、各スイッチング電源装置16は、電圧目標値設定部32がCBライン電圧Vbmを検出し、ステップS13で算出した電流制御電圧Vboと比較する(ステップS15,S16)。スイッチング電源装置16(1)の場合、ΔVb(1)=Vbo(1)−Vbm(1)=0.25Vであり、k1=0.1よりも大きいので、条件A1を満たす。一方、スイッチング電源装置16(2)の場合、ΔVb(2)=Vbo(2)−Vbm(2)=−0.25Vであり、−k2=−0.1よりも小さいので、条件A2を満たす。
Next, in each switching
次に、スイッチング電源装置16(1)は、条件A1を満たすのでステップS17に進み、電圧目標値設定部32(1)が、図3(a)の関係に基づき、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk1だけ低下させる旨の電圧制御情報Sv1(1)を作成し出力する。その結果、主スイッチング素子26(1)のオン時間が短くなって出力電流Io(1)が減少し、当初の5Aが例えば4.8Aになる。 Next, since the switching power supply 16 (1) satisfies the condition A1, the process proceeds to step S17, and the voltage target value setting unit 32 (1) sets the previous voltage target value Vr based on the relationship of FIG. The voltage control information Sv1 (1) for reducing the correction amount Vk1 is created and output. As a result, the ON time of the main switching element 26 (1) is shortened, the output current Io (1) is reduced, and the initial 5A becomes, for example, 4.8A.
一方、スイッチング電源装置16(2)は、条件A2を満たすのでステップS18に進み、電圧目標値設定部32(2)が、図3(a)の関係に基づき、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk2だけ低下させる旨の電圧制御情報Sv1(2)を作成し出力する。その結果、主スイッチング素子26(2)のオン時間が長くなって出力電流Io(2)が増加し、当初の4Aが例えば4.2Aになる。負荷電流Io(all)は、9Aで一定である。 On the other hand, since the switching power supply 16 (2) satisfies the condition A2, the process proceeds to step S18, and the voltage target value setting unit 32 (2) corrects the immediately preceding voltage target value Vr based on the relationship of FIG. Create and output voltage control information Sv1 (2) to reduce the amount by Vk2. As a result, the on-time of the main switching element 26 (2) becomes longer, the output current Io (2) increases, and the initial 4A becomes 4.2A, for example. The load current Io (all) is constant at 9A.
その後、上記のステップS11〜S18を何回か繰り返すうちに、出力電流Io(1)が5Aから徐々に減少し、出力電流Io(2)が4Aから徐々に増加し、やがてスイッチング電源装置16(1),16(2)の双方が条件Bを満たすようになり、出力電流Io(1),Io(2)が約4.5Aに収束してバランスされ、スイッチング電源装置16(1),16(2)の負担がほぼ均等化される。 After that, while repeating the above steps S11 to S18 several times, the output current Io (1) gradually decreases from 5A, the output current Io (2) gradually increases from 4A, and eventually the switching power supply device 16 ( 1) and 16 (2) both satisfy the condition B, and the output currents Io (1) and Io (2) converge to about 4.5A and are balanced, and the switching power supply devices 16 (1) and 16 ( The burden of 2) is almost equalized.
ここで、出力電流バランスの精度について説明する。図3(a)のグラフから分かるように、第一規定値及び第二規定値の絶対値であるk1,k2を小さくすると、電圧差ΔVbの小さいときでもステップS17,S18が行われるようになるので、電流バランスの精度を相対的に高くすることができる。ただし、あまり小さくし過ぎると、各出力電流Io(1),Io(2)が収束するまでの時間が長くなる等、新たな弊害が発生するおそれがあるので注意する必要がある。また、スイッチング電源装置16の内部素子の特性ばらつきがあると、出力電流バランスの精度が悪くなるが、この問題については、スイッチング電源装置16を組み立てた後に試験を行い、各スイッチング電源装置16の電気特性のばらつき具合を測定し、必要に応じて電圧目標値設定部32に記録されたプログラムを書き換えるとよい(例えば、取得した自己電流信号Iaを補正する、図3に示す電圧制御情報Svに関する特性を補正する、図5に示す電流制御情報Siに関する特性を補正する)。電圧目標値設定部をデジタルプロセッサ内に設けると、ソフトの変更だけでキャリブレーションを行うことができ、出力電流バランスの精度を容易に確保することができる。
Here, the accuracy of the output current balance will be described. As can be seen from the graph of FIG. 3A, when k1 and k2 which are absolute values of the first specified value and the second specified value are reduced, steps S17 and S18 are performed even when the voltage difference ΔVb is small. Therefore, the accuracy of current balance can be relatively increased. However, if it is made too small, there is a possibility that new adverse effects may occur such as the time until the output currents Io (1) and Io (2) converge. In addition, if there are variations in the characteristics of the internal elements of the switching
また、バランス制御の速度は、図3(a)の補正量Vk1,Vk2を大きくすれば、バランス制御のゲインが高くなるので、高速になる。ただし、あまり大きくし過ぎると、バランス制御系が発振するおそれがあるので注意が必要である。この場合、図3(b)に示すように、ΔVbの絶対値が大きいときは補正量Vk1,Vk2を大きくしておき、ΔVbの絶対値が小さくなると補正量Vk1,Vk2を小さくなるように設定すれば、出力電流Io(1),Io(2)を緩やかに収束させることができるので、発振の問題を回避しつつ、バランス制御の高速化を実現することができる。 Further, the balance control speed increases as the correction amounts Vk1 and Vk2 in FIG. 3A are increased, since the balance control gain increases. However, it should be noted that if the value is too large, the balance control system may oscillate. In this case, as shown in FIG. 3B, when the absolute value of ΔVb is large, the correction amounts Vk1 and Vk2 are set large, and when the absolute value of ΔVb decreases, the correction amounts Vk1 and Vk2 are set small. By doing so, the output currents Io (1) and Io (2) can be converged gently, so that the speed of balance control can be increased while avoiding the oscillation problem.
以上説明したように、スイッチング電源装置16は、従来に比べて、出力電流制御用の回路を構成する部品の点数を格段に少なくすることができる。また、電圧目標値設定部32がデジタルプロセッサ内に設けてあるので、プログラムを書き換えるだけで、使用部品の個体差をキャンセルし出力電流Ioの制御の精度を向上させたり、電流制御のゲイン及び位相特性を自在に調整したりすることができる。また、スイッチング電源装置16を単体で使用する際、CB端子に対して外部から所定の直流電圧を印加してCBライン電圧Vbmを規定することにより、スイッチング電源装置16を定電流電源として使用することも可能である。
As described above, the switching
また、電源システム10は、スイッチング電源装置16を2台用意して並列運転する構成なので、各スイッチング電源装置16の出力電流Ioが精度よく均等化される。また、並列台数が3台以上でも、上記と同様に出力電流Ioのバランス制御が行われ、それと同時に、N+1冗長運転も実現できる。
In addition, since the
次に、本発明の第二実施形態のスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムについて、図7〜図11に基づいて説明する。ここで、第一実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。第二実施形態の電源システムは、図1の電源システム10とほぼ同様の構成であるが、上記のスイッチング電源装置16に代えて第二実施形態のスイッチング電源装置42が2台使用されている。
Next, a switching power supply device according to a second embodiment of the present invention and a power supply system using the same will be described with reference to FIGS. Here, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The power supply system of the second embodiment has substantially the same configuration as the
スイッチング電源装置42は、図7に示すように、上記の電圧目標値設定部32に代えて電圧目標値設定部44が設けられ、上記の電流制御電圧出力部34に代えて電流制御電圧出力部46が設けられている。その他の構成は同じである。以下、構成の異なる部分について説明する。
As shown in FIG. 7, the switching
電圧目標値設定部44は、ここではデジタルプロセッサ内に設けられ、駆動パルス出力部30の電圧目標値Vrを規定する電圧制御情報Svを出力すると共に、自己電流信号Iaに対応した電流制御情報Siを出力する機能を備えている。電圧目標値設定部44は、通常、電圧目標値Vrをデフォルト値Vr0にする旨の電圧制御情報Svを出力する。そして、CBライン36の電圧(CBライン電圧Vbm)を検出し、図8(a)に示す所定の条件を満たす場合に、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk2だけ変化させる旨の電圧制御情報Svを出力する。電圧目標値Vrを補正するか否かの判断は、CBライン電圧Vbmを取得(サンプリング)する毎に繰り返し行われる。電圧制御情報Svについては、後で詳しく説明する。電流制御情報Siについては、上記と同様である。
Here, the voltage target
電流制御電圧出力部46は、電圧目標値設定部44が出力した電流制御情報Siに基づいてパルス電圧V38を生成するパルス発生器38と、パルス電圧V38を平滑して出力する平滑回路40と、平滑回路40の出力を増幅する増幅回路48を備えている。すなわち、上記の電流制御電圧出力部34の構成に加えて、新たに増幅回路48が設けられている。
The current control
増幅回路48はエミッタフォロアの一種であり、図9(a)に示すように、ベースが平滑回路40の出力端に接続され、コレクタが直流電源Vccに接続されたNPN型の出力トランジスタ50と、出力トランジスタ50のエミッタとグランドとの間に接続された出力抵抗52とで構成され、出力トランジスタ50のエミッタがCBライン36に接続されている。したがって、出力トランジスタ50のベース・エミッタ間飽和電圧が小さいとして無視すれば、増幅回路48は、平滑回路40が出力する直流の電流制御電圧Vboを、CBライン36に向けて出力することができる(電圧増幅率は1倍)。なお、出力トランジスタ50のベース・エミッタ間飽和電圧の影響をキャンセルして温度補償を行う場合、図9(b)に示すように、出力トランジスタ50のベース側にPNP型の補助トランジスタ54と補助抵抗56とを設けるとよい。
The
次に、電圧目標値設定部44が出力する電圧制御情報Svについて説明する。電圧目標値設定部44は、CBライン電圧Vbmを検出し、電流制御情報Siに基づいて生成されるべき電流制御電圧Vbo(=Vh×Duty)と一致しない場合、その電圧差に応じて、電圧目標値Vrを補正する旨の電圧制御情報Svを出力する。
Next, the voltage control information Sv output from the voltage target
ここでは、図8(a)に示すように、電圧差ΔVbが第二基準値−k2(k2>0)以下のときに、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk2だけ上昇させる旨の電圧制御情報Svを出力する。それ以外のときは電圧目標値Vrを補正せず、直前の値が維持されるように電圧制御情報Svを出力する。電圧目標値Vrを補正するか否かの判断は、CBライン電圧Vbmを取得(サンプリング)する毎に繰り返し行う。 Here, as shown in FIG. 8A, when the voltage difference ΔVb is equal to or smaller than the second reference value −k2 (k2> 0), the voltage control for increasing the immediately preceding voltage target value Vr by the correction amount Vk2. Outputs information Sv. In other cases, the voltage target value Vr is not corrected, and the voltage control information Sv is output so that the previous value is maintained. The determination of whether or not to correct the voltage target value Vr is repeated every time the CB line voltage Vbm is acquired (sampled).
補正量Vk2については、図8(b)に示すように、電圧差ΔVbが負の方向に大きくなるにつれて、徐々に大きくなるようにしてもよい。なお、スイッチング電源装置42の場合、電圧差ΔVbが正の値にならないので、第一基準値k1及び補正量Vk1が規定されていない。
As shown in FIG. 8B, the correction amount Vk2 may gradually increase as the voltage difference ΔVb increases in the negative direction. In the case of the switching
第二実施形態の電源システムは、上述したスイッチング電源装置42(1),42(2)の2台で構成され、図1と同様に、IN(1),IN(2)端子が入力電源12の両端に接続され、OUT(1),OUT(2)端子が共通の負荷14に対して互いに並列に接続され、並列運転を行う構成になっている。さらに、CB(1),CB(2)端子も互いに連結されている。負荷14に流れ込む負荷電流Io(all)は、スイッチング電源装置42(1),42(2)の出力電流Io(1),Io(2)を合計した電流であり、ここでは常に一定の値であるとする。
The power supply system of the second embodiment is composed of two switching power supply devices 42 (1) and 42 (2) described above, and the IN (1) and IN (2) terminals are
次に、この電源システムの動作について、図10のフローチャートに基づいて説明する。ここでスイッチング電源42(1),42(2)は、2台で合計9Aの負荷電流Io(all)を出力しており、初期状態で、一方の出力電流Io(1)が5A、他方の出力電流Io(2)が4Aであり、バランスがとれていないとする。また、出力トランジスタ50(1),50(2)のベース・エミッタ間飽和電圧は十分小さいとして無視する。 Next, the operation of this power supply system will be described based on the flowchart of FIG. Here, the two switching power supplies 42 (1) and 42 (2) output a total load current Io (all) of 9A. In the initial state, one output current Io (1) is 5A and the other It is assumed that the output current Io (2) is 4A and is not balanced. The base-emitter saturation voltage of the output transistors 50 (1) and 50 (2) is ignored because it is sufficiently small.
図10のフローチャートの各ステップは、上述した図6のフローチャートと同様のステップについては同一の符号が付してあり、異なる点は、「条件A1の場合のステップS17」が削除されている点である。以下、各ステップについて順番に説明する。 Each step of the flowchart of FIG. 10 is denoted by the same reference numeral for the same step as the flowchart of FIG. 6 described above, and the difference is that “step S17 in the case of condition A1” is deleted. is there. Hereinafter, each step will be described in order.
まず、ステップS11,S12が行われ、スイッチング電源装置42(1)の場合、出力電流Io(1)=Ia(1)=5Aなので、図5(a)の関係に基づき、パルス発生器38(1)の第一レジスタ設定値D1を50にする旨の電流制御情報Si(1)が作成される。そして、「CB(1)端子が開放された状態で、パルス発生器38(1)から波高値Vh=5V、時比率Duty=0.5のパルス電圧V38(1)が出力された」と仮定し、電流制御電圧Vbo(1)として、波高値Vhに時比率Dutyを乗算した2.5Vが算出される(ステップS13)。 First, steps S11 and S12 are performed. In the case of the switching power supply 42 (1), since the output current Io (1) = Ia (1) = 5A, based on the relationship of FIG. Current control information Si (1) for setting the first register set value D1 of 1) to 50 is created. Assuming that "the pulse voltage V38 (1) having a peak value Vh = 5V and a duty ratio = 0.5 is output from the pulse generator 38 (1) with the CB (1) terminal open", As the current control voltage Vbo (1), 2.5V obtained by multiplying the peak value Vh by the duty ratio Duty is calculated (step S13).
一方、スイッチング電源装置42(2)の場合、出力電流Io(2)=Ia(2)=4Aなので、パルス発生器38(2)の第一レジスタ設定値D1を40にする旨の電流制御情報Si(2)が作成される(ステップS11,S12)。そして、「CB(2)端子が開放された状態で、パルス発生器38(2)から波高値Vh=5V、時比率Duty=0.5のパルス電圧V38(2)が出力された」と仮定し、電流制御電圧Vbo(2)として、波高値Vhに時比率Dutyを乗算した2.0Vが算出される(ステップS13)。 On the other hand, in the case of the switching power supply 42 (2), since the output current Io (2) = Ia (2) = 4A, the current control information indicating that the first register set value D1 of the pulse generator 38 (2) is 40. Si (2) is created (steps S11 and S12). Assuming that "the pulse voltage V38 (2) having a peak value Vh = 5V and a duty ratio = 0.5 was output from the pulse generator 38 (2) with the CB (2) terminal open" As the current control voltage Vbo (2), 2.0V is calculated by multiplying the peak value Vh by the duty ratio Duty (step S13).
次に、各スイッチング電源装置42の電圧目標値設定部44が、ステップS12で作成した電流制御情報Siを出力し、パルス発生器38が生成したパルス電圧V38が平滑回路40で平滑され、増幅回路48を介してCBライン36に向けて出力可能になる。(ステップS14)。
Next, the voltage target
増幅回路48(1),48(2)は、CB(1)端子とCB(2)端子が互いに連結されているので、図11に示すように、ベース電位が高い出力トランジスタ50(1)だけが導通する。したがって、トランジスタ50(1)側の電流制御電圧Vbo(1)=2.5VだけがCBライン36(1),36(2)に現れ、CBライン電圧Vbm(1),Vbm(2)が共に2.5Vとなる。このとき、出力抵抗52(1),52(2)に流れる電流は、全て直流電源Vcc(1)から出力トランジスタ50(1)を通じて供給される。 Since the amplifier circuits 48 (1) and 48 (2) have the CB (1) terminal and the CB (2) terminal connected to each other, as shown in FIG. 11, only the output transistor 50 (1) having a high base potential is provided. Is conducted. Therefore, only the current control voltage Vbo (1) = 2.5V on the transistor 50 (1) side appears on the CB lines 36 (1) and 36 (2), and both the CB line voltages Vbm (1) and Vbm (2) are 2.5. V. At this time, all currents flowing through the output resistors 52 (1) and 52 (2) are supplied from the DC power source Vcc (1) through the output transistor 50 (1).
次に、ステップS15,S16を行い、各電圧目標値設定部44がCBライン電圧Vbmを検出し、ステップS13で算出した電流制御電圧Vboと比較する。スイッチング電源装置16(2)の場合、ΔVb(2)=Vbo(2)−Vbm(2)=−0.5Vであり、−k2=−0.1よりも小さいので、条件A2を満たす。一方、スイッチング電源装置42(1)の場合、ΔVb(1)=Vbo(1)−Vbm(1)≒0Vであり、−k2=−0.1よりも大きいので、条件Bを満たす。
Next, steps S15 and S16 are performed, and each voltage target
次に、スイッチング電源装置42(2)は、条件A2を満たすのでステップS18に進み、電圧目標値設定部44(2)が、図8(a)の関係に基づき、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk2だけ上昇させる旨の電圧制御情報Sv1(2)を作成し出力する。その結果、主スイッチング素子26(2)のオン時間が長くなって出力電流Io(2)が増加し、当初の4Aが例えば4.1Aになる。 Next, since the switching power supply 42 (2) satisfies the condition A2, the process proceeds to step S18, and the voltage target value setting unit 44 (2) sets the previous voltage target value Vr based on the relationship of FIG. The voltage control information Sv1 (2) for increasing the correction amount Vk2 is created and output. As a result, the on-time of the main switching element 26 (2) becomes longer, the output current Io (2) increases, and the initial 4A becomes 4.1A, for example.
一方、スイッチング電源装置42(1)は、条件Bを満たすので、電圧目標値設定部44(1)は、図8(a)の関係に基づき、電圧目標値Vrを補正せずに直前の値を維持させる。したがって、出力電流Io(1)を自発的に変化させる動作は行われない。ただし、負荷電流Io(all)は9Aで一定であり、9Aのうちの4.1Aを出力電流Io(2)が受け持つことになるので、受動的に出力電流Io(1)が4.9Aに減少する。 On the other hand, since the switching power supply 42 (1) satisfies the condition B, the voltage target value setting unit 44 (1) does not correct the voltage target value Vr based on the relationship of FIG. To maintain. Therefore, the operation of spontaneously changing the output current Io (1) is not performed. However, the load current Io (all) is constant at 9A, and since the output current Io (2) is responsible for 4.1A of 9A, the output current Io (1) is passively reduced to 4.9A. .
その後、上記のステップS11〜S16,S18を何回か繰り返すうちに、出力電流Io(1)が5Aから徐々に減少し、出力電流Io(2)が4Aから徐々に増加し、やがてスイッチング電源装置42(1),42(2)の双方が条件Bを満たすようになり、出力電流Io(1),Io(2)がそれぞれ約4.5Aに収束してバランスされ、スイッチング電源装置42(1),42(2)の負担がほぼ均等化される。 After that, while repeating the above steps S11 to S16, S18 several times, the output current Io (1) gradually decreases from 5A, the output current Io (2) gradually increases from 4A, and eventually the switching power supply device 42 (1) and 42 (2) both satisfy the condition B, and the output currents Io (1) and Io (2) converge and balance to about 4.5A, respectively, and the switching power supply 42 (1) 42 (2) is almost equalized.
以上説明したように、第二実施形態のスイッチング電源装置42及びこれを用いた電源システムは、上記のスイッチング電源装置16及び電源システム10と同様の作用効果を得ることができ、さらに、並列運転するスイッチング電源装置42の台数が多い場合でも容易に対応できるという利点がある。例えば、第一実施形態のスイッチング電源装置16を並列運転した場合、特定の1台の電流制御電圧出力部34(k)が、他の全ての電流制御電圧出力部34(2)〜34(n)に向かって電流を流さなければならない状況を考えると、1台当たりの負担を一定以下に抑えるため、並列運転の台数nを制限する必要がある。これに対して、スイッチング電源装置42及びこれを用いた電源システムの場合、増幅回路48の電流増幅作用によって、並列運転の台数nが多くても対応することができる。
As described above, the switching
また、この電源システムは、負荷14の直近の電圧(出力電圧Vo)が上昇する方向にのみ制御が行われるので、負荷14が過渡的な電圧低下を嫌うような場合に有利である。例えば、第一実施形態の電源システム10の場合、スイッチング電源装置16が出力電圧Voを低下させる機能を持っているため、電流のバランス制御を行う過程で電流バランスの制御系に外乱が入ると(例えば、CBライン36にノイズが侵入すると)、出力電圧Voが不必要に低下して負荷14に悪影響を与える可能性がある。これに対して、この実施形態の電源システムの場合、この種の外乱が入ったとしても、出力電圧Voが低下しないので安心である。
Further, since this power supply system is controlled only in the direction in which the latest voltage (output voltage Vo) of the
なお、スイッチング電源装置42を用いた電源システムの場合、主体的に出力電流Ioの制御を行うのが一方のスイッチング電源装置42だけなので、図1の電源システム10に比べると、バランス制御が収束するまでの時間が相対的に長くなる。この点については、上述したように、補正量Vk2を大きくしてバランス制御のゲインを高くする等して、制御の高速化を図るとよい。
In the case of a power supply system using the switching
次に、本発明の第三実施形態のスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムについて、図12〜図16に基づいて説明する。ここで、第一実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。第三実施形態の電源システムは、図1の電源システム10とほぼ同様の構成であるが、上記のスイッチング電源装置16に代えて第三実施形態のスイッチング電源装置58が2台使用されている。
Next, a switching power supply device according to a third embodiment of the present invention and a power supply system using the same will be described with reference to FIGS. Here, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The power supply system of the third embodiment has substantially the same configuration as the
スイッチング電源装置58は、図12に示すように、上記の電圧目標値設定部32に代えて電圧目標値設定部60が設けられ、上記の電流制御電圧出力部34に代えて電流制御電圧出力部62が設けられている。その他の構成は同じである。以下、構成の異なる部分について説明する。
As shown in FIG. 12, the switching
電圧目標値設定部60は、ここではデジタルプロセッサ内に設けられ、駆動パルス出力部30の電圧目標値Vrを規定する電圧制御情報Svを出力すると共に、自己電流信号Iaに対応した電流制御情報Siを出力する機能を備えている。電圧目標値設定部60は、通常、電圧目標値Vrをデフォルト値Vr0にする旨の電圧制御情報Svを出力する。そして、CBライン36の電圧(CBライン電圧Vbm)を検出し、図13(a)に示す所定の条件を満たす場合に、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk1だけ変化させる旨の電圧制御情報Svを出力する。電圧目標値Vrを補正するか否かの判断は、CBライン電圧Vbmを取得(サンプリング)する毎に繰り返し行われる。電圧制御情報Svについては、後で詳しく説明する。電流制御情報Siについては、上記と同様である。
Here, the voltage target
電流制御電圧出力部62は、電圧目標値設定部60が出力した電流制御情報Siに基づいてパルス電圧V38を生成するパルス発生器38と、パルス電圧V38を平滑して出力する平滑回路40と、平滑回路40の出力を増幅する増幅回路64を備えている。すなわち、上記の電流制御電圧出力部34の構成に加えて、新たに増幅回路64が設けられている。
The current control
増幅回路64はエミッタフォロアの一種であり、図14(a)に示すように、ベースが平滑回路40の出力端に接続され、コレクタがグランドに接続されたPNP型の出力トランジスタ66と、出力トランジスタ66のエミッタと直流電源Vccとの間に接続された出力抵抗68とで構成され、出力トランジスタ66のエミッタがCBライン36に接続されている。したがって、出力トランジスタ66のベース・エミッタ間飽和電圧が小さいとして無視すれば、増幅回路64は、平滑回路40が出力する直流の電流制御電圧Vboを、CBライン36に向けて出力することができる(電圧増幅率は1倍)。なお、出力トランジスタ66のベース・エミッタ間飽和電圧の影響をキャンセルして温度補償を行う場合、図14(b)に示すように、出力トランジスタ66のベース側にNPN型の補助トランジスタ70と補助抵抗72とを設けるとよい。
The
次に、電圧目標値設定部60が出力する電圧制御情報Svについて説明する。電圧目標値設定部66は、CBライン電圧Vbmを検出し、電流制御情報Siに基づいて生成されるべき電流制御電圧Vbo(=Vh×Duty)と一致しない場合、その電圧差に応じて、電圧目標値Vrを補正する旨の電圧制御情報Svを出力する。
Next, the voltage control information Sv output by the voltage target
ここでは、図13(a)に示すように、電圧差ΔVbが第一基準値k1(k1>0)以上のときに、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk1だけ低下させる旨の電圧制御情報Svを出力する。それ以外のときは電圧目標値Vrを補正せず、直前の値が維持されるように電圧制御情報Svを出力する。電圧目標値Vrを補正するか否かの判断は、CBライン電圧Vbmを取得(サンプリング)する毎に繰り返し行う。 Here, as shown in FIG. 13A, when the voltage difference ΔVb is equal to or larger than the first reference value k1 (k1> 0), the voltage control information indicating that the immediately preceding voltage target value Vr is decreased by the correction amount Vk1. Sv is output. In other cases, the voltage target value Vr is not corrected, and the voltage control information Sv is output so that the previous value is maintained. The determination of whether or not to correct the voltage target value Vr is repeated every time the CB line voltage Vbm is acquired (sampled).
補正量Vk1については、図13(b)に示すように、電圧差ΔVbが正の方向に大きくなるにつれて、徐々に大きくなるようにしてもよい。なお、スイッチング電源装置58の場合、電圧差ΔVbが負の値にならないので、第二基準値k2及び補正量Vk2が規定されていない。
As shown in FIG. 13B, the correction amount Vk1 may gradually increase as the voltage difference ΔVb increases in the positive direction. In the case of the switching
第三実施形態の電源システムは、上述したスイッチング電源装置58(1),58(2)の2台で構成され、図1と同様に、IN(1),IN(2)端子が入力電源12の両端に接続され、OUT(1),OUT(2)端子が共通の負荷14に対して互いに並列に接続され、並列運転を行う構成になっている。さらに、CB(1),CB(2)端子も互いに連結されている。負荷14に流れ込む負荷電流Io(all)は、スイッチング電源装置58(1),58(2)の出力電流Io(1),Io(2)を合計した電流であり、ここでは常に一定の値であるとする。
The power supply system of the third embodiment is composed of two switching power supply devices 58 (1) and 58 (2) described above, and the IN (1) and IN (2) terminals are
次に、この電源システムの動作について、図15のフローチャートに基づいて説明する。ここでスイッチング電源58(1),58(2)は、2台で合計9Aの負荷電流Io(all)を出力しており、初期状態で、一方の出力電流Io(1)が5A、他方の出力電流Io(2)が4Aであり、バランスがとれていないとする。また、出力トランジスタ66(1),66(2)のベース・エミッタ間飽和電圧は十分小さいとして無視する。 Next, the operation of this power supply system will be described based on the flowchart of FIG. Here, two switching power supplies 58 (1) and 58 (2) output a total load current Io (all) of 9A, and in the initial state, one output current Io (1) is 5A and the other It is assumed that the output current Io (2) is 4A and is not balanced. Further, the base-emitter saturation voltages of the output transistors 66 (1) and 66 (2) are ignored because they are sufficiently small.
図15のフローチャートの各ステップは、上述した図6のフローチャートと同様のステップについては同一の符号が付してあり、異なる点は、「条件A2の場合のステップS18」が削除されている点である。以下、各ステップについて順番に説明する。 In the steps of the flowchart of FIG. 15, the same steps as those in the flowchart of FIG. 6 described above are denoted by the same reference numerals, and the difference is that “step S18 in the case of condition A2” is deleted. is there. Hereinafter, each step will be described in order.
まず、ステップS11,S12が行われ、スイッチング電源装置58(1)の場合、出力電流Io(1)=Ia(1)=5Aなので、図5(a)の関係に基づき、パルス発生器38(1)の第一レジスタ設定値D1を50にする旨の電流制御情報Si(1)が作成される。そして、「CB(1)端子が開放された状態で、パルス発生器38(1)から波高値Vh=5V、時比率Duty=0.5のパルス電圧V38(1)が出力された」と仮定し、電流制御電圧Vbo(1)として、波高値Vhに時比率Dutyを乗算した2.5Vが算出される(ステップS13)。 First, steps S11 and S12 are performed. In the case of the switching power supply 58 (1), since the output current Io (1) = Ia (1) = 5A, based on the relationship of FIG. Current control information Si (1) for setting the first register set value D1 of 1) to 50 is created. Assuming that "the pulse voltage V38 (1) having a peak value Vh = 5V and a duty ratio = 0.5 is output from the pulse generator 38 (1) with the CB (1) terminal open", As the current control voltage Vbo (1), 2.5V obtained by multiplying the peak value Vh by the duty ratio Duty is calculated (step S13).
一方、スイッチング電源装置58(2)の場合、出力電流Io(2)=Ia(2)=4Aなので、パルス発生器38(2)の第一レジスタ設定値D1を40にする旨の電流制御情報Si(2)が作成される(ステップS11,S12)。そして、「CB(2)端子が開放された状態で、パルス発生器38(2)から波高値Vh=5V、時比率Duty=0.5のパルス電圧V38(2)が出力された」と仮定し、電流制御電圧Vbo(2)として、波高値Vhに時比率Dutyを乗算した2.0Vが算出される(ステップS13)。 On the other hand, in the case of the switching power supply 58 (2), since the output current Io (2) = Ia (2) = 4A, the current control information indicating that the first register set value D1 of the pulse generator 38 (2) is 40. Si (2) is created (steps S11 and S12). Assuming that "the pulse voltage V38 (2) having a peak value Vh = 5V and a duty ratio = 0.5 was output from the pulse generator 38 (2) with the CB (2) terminal open" As the current control voltage Vbo (2), 2.0V is calculated by multiplying the peak value Vh by the duty ratio Duty (step S13).
次に、各スイッチング電源装置58の電圧目標値設定部60が、ステップS12で作成した電流制御情報Siを出力し、パルス発生器38が生成したパルス電圧V38が平滑回路40で平滑され、増幅回路64を介してCBライン36に向けて出力可能になる。(ステップS14)。
Next, the voltage target
増幅回路64(1),64(2)は、CB(1)端子とCB(2)端子が互いに連結されているので、図16に示すように、ベース電位が低い出力トランジスタ66(2)だけが導通する。したがって、トランジスタ66(2)側の電流制御電圧Vbo(2)=2.0VだけがCBライン36(1),36(2)に現れ、CBライン電圧Vbm(1),Vbm(2)が共に2.0Vとなる。このとき、出力抵抗68(1),68(2)に流れる電流は、全て出力トランジスタ66(2)のコレクタ電流となって増幅回路64(2)に流れ込む。 In the amplifier circuits 64 (1) and 64 (2), since the CB (1) terminal and the CB (2) terminal are connected to each other, as shown in FIG. 16, only the output transistor 66 (2) having a low base potential is provided. Is conducted. Therefore, only the current control voltage Vbo (2) = 2.0V on the transistor 66 (2) side appears on the CB lines 36 (1) and 36 (2), and both the CB line voltages Vbm (1) and Vbm (2) are 2.0. V. At this time, all of the current flowing through the output resistors 68 (1) and 68 (2) flows into the amplifier circuit 64 (2) as the collector current of the output transistor 66 (2).
次に、ステップS15,S16を行い、各電圧目標値設定部60がCBライン電圧Vbmを検出し、ステップS13で算出した電流制御電圧Vboと比較する。スイッチング電源装置16(1)の場合、ΔVb(1)=Vbo(1)−Vbm(1)=0.5Vであり、k1=0.1よりも大きいので、条件A1を満たす。一方、スイッチング電源装置58(2)の場合、ΔVb(2)=Vbo(2)−Vbm(2)≒0Vであり、k1=0.1よりも小さいので、条件Bを満たす。
Next, steps S15 and S16 are performed, and each voltage target
次に、スイッチング電源装置58(1)は、条件A1を満たすのでステップS17に進み、電圧目標値設定部60(1)が、図13(a)の関係に基づき、直前の電圧目標値Vrを補正量Vk1だけ低下させる旨の電圧制御情報Sv1(1)を作成し出力する。その結果、主スイッチング素子26(1)のオン時間が短くなって出力電流Io(1)が減少し、当初の5Aが例えば4.9Aになる。 Next, since the switching power supply 58 (1) satisfies the condition A1, the process proceeds to step S17, and the voltage target value setting unit 60 (1) sets the previous voltage target value Vr based on the relationship of FIG. The voltage control information Sv1 (1) for reducing the correction amount Vk1 is created and output. As a result, the ON time of the main switching element 26 (1) is shortened, the output current Io (1) is reduced, and the initial 5A becomes, for example, 4.9A.
一方、スイッチング電源装置58(2)は、条件Bを満たすので、電圧目標値設定部60(2)は、図13(a)の関係に基づき、電圧目標値Vrを補正せずに直前の値を維持させる。したがって、出力電流Io(2)を自発的に変化させる動作は行われない。ただし、負荷電流Io(all)は9Aで一定であり、9Aのうちの4.9Aを出力電流Io(1)が受け持つことになるので、受動的に出力電流Io(2)が4.1Aに増加する。 On the other hand, since the switching power supply 58 (2) satisfies the condition B, the voltage target value setting unit 60 (2) does not correct the voltage target value Vr based on the relationship shown in FIG. To maintain. Therefore, the operation for spontaneously changing the output current Io (2) is not performed. However, the load current Io (all) is constant at 9A, and since the output current Io (1) takes charge of 4.9A of 9A, the output current Io (2) increases passively to 4.1A. .
その後、上記のステップS11〜S17を何回か繰り返すうちに、出力電流Io(1)が5Aから徐々に減少し、出力電流Io(2)が4Aから徐々に増加し、やがてスイッチング電源装置58(1),58(2)の双方が条件Bを満たすようになり、出力電流Io(1),Io(2)がそれぞれ約4.5Aに収束してバランスされ、スイッチング電源装置58(1),58(2)の負担がほぼ均等化される。 After that, while repeating the above steps S11 to S17 several times, the output current Io (1) gradually decreases from 5A, the output current Io (2) gradually increases from 4A, and eventually the switching power supply 58 ( 1) and 58 (2) both satisfy the condition B, and the output currents Io (1) and Io (2) are converged and balanced to about 4.5A, respectively, and the switching power supply devices 58 (1) and 58 The burden of (2) is almost equalized.
以上説明したように、第三実施形態のスイッチング電源装置58及びこれを用いた電源システムは、第二実施形態のスイッチング電源装置42及びそれを用いた電源システムと同様の作用効果を得ることができる。
As described above, the switching
また、この電源システムは、負荷14の直近の電圧(出力電圧Vo)が低下する方向にのみ制御が行われるので、負荷14が過渡的な電圧上昇を嫌うような場合に有利である。例えば、他の実施形態の電源システムの場合、スイッチング電源装置16,42が出力電圧Voを上昇させる機能を持っているため、電流バランスの制御系に外乱が入ると(例えば、CBライン36にノイズが侵入すると)、出力電圧Voが不必要に上昇して負荷14に悪影響を与える可能性がある。これに対して、この実施形態の電源システムの場合、この種の外乱が入ったとしても、出力電圧Voが上昇しないので安心である。
Further, since this power supply system is controlled only in the direction in which the latest voltage (output voltage Vo) of the
次に、本発明の第四実施形態のスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムについて、図17に基づいて説明する。ここで、第一実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。第四実施形態の電源システムは、図1の電源システム10とほぼ同様の構成であるが、上記のスイッチング電源装置16に代えて第四実施形態のスイッチング電源装置74が2台使用されている。
Next, a switching power supply device according to a fourth embodiment of the present invention and a power supply system using the same will be described with reference to FIG. Here, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The power supply system of the fourth embodiment has substantially the same configuration as that of the
スイッチング電源装置74は、図17に示すように、上記の電圧目標値設定部32に代えて電圧目標値設定部76が設けられ、上記の電流制御電圧出力部34に代えて電流制御電圧出力部78が設けられている。その他の構成は同じである。以下、構成の異なる部分について説明する。
As shown in FIG. 17, the switching
電圧目標値設定部78は、ここではデジタルプロセッサ内に設けられ、駆動パルス出力部30の電圧目標値Vrを規定する電圧制御情報Svを出力すると共に、自己電流信号Iaに対応した電流制御情報Siを出力する機能を備えている。電圧目標値設定部78は、電圧目標値設定部32と同様に、図3(a)の関係に基づく電圧制御情報Svを出力する。一方、電流制御情報Siは、後述する電流制御電圧出力部78が生成すべき電流制御電圧Vboを直接的に指定する情報である。
Here, the voltage target
電流制御電圧出力部78は、電圧目標値設定部32が出力したデジタル信号である電流制御情報Siを直流の電圧(電流制御電圧Vbo)に変換して出力するデジタル・アナログ変換器であり、図17に示すように、理想的なデジタル・アナログ変換器17aと出力インピーダンス78bとで表わされる。デジタル・アナログ変換器78aは、電流制御情報Siに基づいて、自己電流信号Iaに対応した(例えば比例した)電流制御電圧Vboを生成し、所定の出力インピーダンス78aを介してCBライン36に向けて出力する。
The current control
第四実施形態の電源システムは、上述したスイッチング電源装置74(1),74(2)の2台で構成され、図1と同様に、IN(1),IN(2)端子が入力電源12の両端に接続され、OUT(1),OUT(2)端子が共通の負荷14に対して互いに並列に接続され、並列運転を行う構成になっている。さらに、CB(1),CB(2)端子も互いに連結されている。
The power supply system of the fourth embodiment is composed of two switching power supply devices 74 (1) and 74 (2) described above, and the IN (1) and IN (2) terminals are
この電源システムは、上記の電源システム10と同様に、図6のフローチャートに従って出力電流Io(1),Io(2)のバランス制御が行われる。 In this power supply system, the balance control of the output currents Io (1) and Io (2) is performed according to the flowchart of FIG.
以上説明したように、第四実施形態のスイッチング電源装置74及びこれを用いた電源システムは、上記のスイッチング電源装置16及び電源システム10と同様の作用効果を得ることができる。
As described above, the switching
なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、電力変換回路は、降圧チョッパ方式のコンバータに限定されず、その他のチョッパ方式、シングルエンディッドフォワード方式、フライバック方式、ブリッジ方式のコンバータでもよい。また、DC−DCコンバータ、AC−DCコンバータのいずれであってもよいし、入出力絶縁型か非絶縁型かも問わない。ただし、入出力絶縁型の場合、制御部内の各部、電圧検出回路、電流検出回路を、それぞれ入力側ブロックと出力側ブロックに区分して絶縁し、入力側及び出力側ブロックの間の信号や情報のやり取りについては、入出力が絶縁された信号伝達素子(例えば、フォトカプラ、フォトリレー、トランス、コンデンサ等)を通じて行うとよい。 The switching power supply device of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the power conversion circuit is not limited to a step-down chopper converter, but may be another chopper converter, a single-ended forward converter, a flyback converter, or a bridge converter. Further, it may be either a DC-DC converter or an AC-DC converter, and may be an input / output insulation type or a non-insulation type. However, in the case of the input / output insulation type, each part in the control unit, the voltage detection circuit, and the current detection circuit are insulated by dividing them into an input side block and an output side block, respectively, and signals and information between the input side and the output side block These exchanges may be performed through signal transmission elements (eg, photocouplers, photorelays, transformers, capacitors, etc.) whose inputs and outputs are insulated.
また、スイッチング電源装置の駆動パルス出力部は、駆動パルス出力部30のようにアナログ信号処理によってパルス幅変調を行う構成にしてもよいが、デジタル信号処理によってパルス幅変調を行う構成にしても構わない。
Further, the drive pulse output unit of the switching power supply apparatus may be configured to perform pulse width modulation by analog signal processing like the drive
また、図2のスイッチング電源装置16は、図3(a)もしくは図3(b)の関係に基づいて動作する電圧目標値設定部32が使用されているが、図8(a)もしくは図8(b)の関係に基づいて動作する電圧目標値設定部44に置き換えることができる。この場合、第一実施形態の電源システム10は、図10のフローチャートに従って出力電流のバランス制御が行われる。同様に、電圧目標値設定部32を、図13(a)もしくは図13(b)の関係に基づいて動作する電圧目標値設定部60に置き換えることができる。この場合、第一実施形態の電源システム10は、図15のフローチャートに従って出力電流のバランス制御が行われる。
2 uses the voltage target
また、図7のスイッチング電源装置42は、図8(a)の関係に基づいて動作する電圧目標値設定部44が使用されているが、図3(a)の関係に基づいて動作する電圧目標値設定部32に置き換えることができる。この場合、増幅回路48が設けられている関係で電圧差ΔVbが正の値にならないので、スイッチング電源装置42としての動作は実質的に同じである。同様に、図12のスイッチング電源装置58は、図13(a)の関係に基づいて動作する電圧目標値設定部60が使用されているが、図3(a)の関係に基づいて動作する電圧目標値設定部32に置き換えることができる。この場合、増幅回路64が設けられている関係で電圧差ΔVbが負の値にならないので、スイッチング電源装置58としての動作は実質的に同じである。したがって、電圧目標値設定部32に置き換えた電源システムの場合も、それぞれ、図10、図15のフローチャートに従って、出力電流のバランス制御が行われる。
7 uses the voltage target
また、増幅回路は、上記の増幅回路48,64のようなエミッタフォロアに限定されず、オペアンプ等を使用して構成してもよい。例えば、図18に示す増幅回路80は、オペアンプとダイオードとで構成された逆流防止機能付きボルテージフォロアであり、トランジスタ等で構成された増幅回路48と同様の機能及び動作を実現することができる。
The amplifier circuit is not limited to the emitter follower such as the
また、図17のスイッチング電源装置74は、電流制御電圧出力部78の内部が、デジタル・アナログ変換器78aが出力インピーダンス78bを介して電流制御電圧Vboを出力するという構成であるが、図19に示すように、デジタル・アナログ変換器78aが増幅回路82を介して電流制御電圧Vboを出力するという構成に変更してもよい。増幅回路82は、例えば上記の増幅回路48,64,80等と同じものでよい。
Further, the switching
また、図2のスイッチング電源装置16を並列運転させる電源システムを構成し、特定の1台を「補正量Vk1,Vk2=ゼロ」に設定してマスタ電源とし、その他を「補正量Vk1,Vk2=ゼロ以外の値」に設定してスレーブ電源とすることによって、いわゆるマスタ・スレーブ運転が可能になる。マスタ電源は、電圧目標値Vrがデフォルト値Vr0に維持されるので、出力電圧Voがデフォルト値Vr0に基づいて定まる一定の値に保持される。そして、各スレーブ電源が自己の電圧目標値Vrを変化させることによって全てのスイッチング電源装置(マスタ電源及びスレーブ電源)の出力電流がバランスされ、その結果、各スレーブ電源の出力電圧Voがマスタ電源の出力電圧Voに近づく。したがって、マスタ電源の電圧目標値設定部32に記録されているデフォルト値Vr0を書き換えることによって、全てのスイッチング電源装置の出力電圧Voを一律に可変することができる。
In addition, a power supply system that operates the switching
また、図9(a)や図14(a)のような増幅回路を用いる場合において、トランジスタのベース・エミッタ間飽和電圧の値や温度特性が無視できない場合には、電流制御電圧Vboを予測演算する際に、ベース・エミッタ間飽和電圧の影響を含めた形で予測演算を行えばよい。 Further, when the amplifier circuit as shown in FIG. 9A or FIG. 14A is used, if the value of the base-emitter saturation voltage and the temperature characteristic of the transistor cannot be ignored, the current control voltage Vbo is predicted. In this case, the prediction calculation may be performed in a form including the influence of the base-emitter saturation voltage.
10 電源システム
16,42,58,74 スイッチング電源装置
18 電力変換部
20 電圧検出回路
22 電流検出回路
24 制御部
26 主スイッチング素子
30 駆動パルス出力部
32,44,60,76 電圧目標値設定部
34,46,62,78 電流制御電圧出力部
36 CBライン
38 パルス発生器
40 平滑回路
48,64,80,82 増幅回路
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記出力電圧又はそれに相当する電圧を検出して自己電圧信号を出力する電圧検出回路と、前記出力電流又はそれに相当する電流を検出して自己電流信号を出力する電流検出回路とが設けられ、
前記制御部には、前記自己電圧信号と所定の電圧目標値との差が小さくなるように前記駆動パルスを生成し、前記主スイッチング素子に向けて出力する駆動パルス出力部と、前記駆動パルス出力部の前記電圧目標値を規定する電圧制御情報を出力すると共に、前記自己電流信号に対応した電流制御情報を出力する電圧目標値設定部と、前記電流制御情報に対応した直流の電流制御電圧を生成し出力する電流制御電圧出力部と、前記電流制御電圧出力部の出力を外部に接続可能にする電流制御用端子とが設けられ、
前記電圧目標値設定部は、前記電流制御用端子の電圧を検出し、前記電流制御情報に基づいて生成されるべき前記電流制御電圧と一致しない場合、その電圧差に応じて前記電圧目標値を補正する前記電圧制御情報を出力し、前記主スイッチング素子が前記補正後の電圧目標値に基づいてオンオフすることによって、前記電流制御情報に基づいて生成されるべき前記電流制御電圧が前記電流制御用端子電圧に近づき、前記電圧差が一定以下に小さくなることを特徴とするスイッチング電源装置。 A power conversion unit that converts a DC or AC input voltage supplied to the input terminal by a switching operation of the main switching element and supplies an output voltage and an output current to a load connected to the output terminal, and the main switching element is turned on In a switching power supply comprising: a drive pulse that defines a time and an off time; and a control unit that controls on / off of the main switching element using the drive pulse,
A voltage detection circuit for detecting the output voltage or a voltage corresponding thereto and outputting a self-voltage signal; and a current detection circuit for detecting the output current or a current corresponding thereto and outputting a self-current signal;
The control unit generates the drive pulse so that a difference between the self-voltage signal and a predetermined voltage target value is small, and outputs the drive pulse to the main switching element, and the drive pulse output A voltage target value setting unit that outputs voltage control information that defines the voltage target value of the unit, and that outputs current control information corresponding to the self-current signal; and a DC current control voltage corresponding to the current control information. A current control voltage output unit that generates and outputs, and a current control terminal that enables the output of the current control voltage output unit to be connected to the outside;
The voltage target value setting unit detects the voltage of the current control terminal, and if the voltage control value does not match the current control voltage to be generated based on the current control information, the voltage target value setting unit sets the voltage target value according to the voltage difference. The voltage control information to be corrected is output, and the main switching element is turned on / off based on the corrected voltage target value, whereby the current control voltage to be generated based on the current control information is A switching power supply device, characterized by approaching a terminal voltage and reducing the voltage difference to a certain value or less.
前記各電圧目標値設定部は、自己の前記電流制御用端子を観測してその電圧を検出し、その電流制御用端子電圧と自己の前記電流制御電圧との差に応じて自己の前記電圧目標値を補正する前記電圧制御情報を出力し、前記各主スイッチング素子が前記補正された自己の電圧目標値に基づいてオンオフすることによって、前記複数台のスイッチング電源装置の前記各出力電流が均等化されることを特徴とする電源システム。 A power supply system using a plurality of the switching power supply devices according to any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of switching power supply devices have the output terminals connected in parallel to each other, and the current control terminals are connected to each other. Connected to each other,
Each voltage target value setting section detects its current control terminal and detects its voltage, and determines its voltage target according to the difference between its current control terminal voltage and its current control voltage. The voltage control information for correcting the value is output, and the main switching elements are turned on / off based on the corrected voltage target value, thereby equalizing the output currents of the plurality of switching power supply devices. Power supply system characterized by being made.
複数台のうちの1台がマスタ電源、その他がスレーブ電源であり、前記マスタ電源は、前記電圧目標値を補正する際の補正量がゼロに設定され、前記スレーブ電源は、前記電圧目標値を補正する際の補正量がゼロ以外の値に設定され、
前記各スレーブ電源の電圧目標値設定部は、自己の前記電流制御用端子を観測してその電圧を検出し、自己の前記電流制御電圧から自己の前記電流制御用端子電圧を引き算した値が、第一基準値(正の値)以上の場合に、設定された前記補正量の分だけ自己の前記電圧目標値を上昇させる旨の前記電圧制御情報を出力し、第二基準値(負の値)以下の場合に、設定された前記補正量の分だけ自己の前記電圧目標値を低下させる旨の前記電圧制御情報を出力し、それ以外の場合は、自己の前記電圧目標値が維持されるように前記電圧制御情報を出力することを特徴とする電源システム。
The power supply system using a plurality of switching power supply devices according to claim 8, wherein the plurality of switching power supply devices are connected in parallel to each other at the output ends, and the current control terminals are connected to each other.
One of the plurality of units is a master power source, and the other is a slave power source. The master power source is set to a correction amount for correcting the voltage target value, and the slave power source sets the voltage target value. The correction amount when correcting is set to a value other than zero,
The voltage target value setting unit of each slave power supply observes its own current control terminal and detects its voltage, and the value obtained by subtracting its own current control terminal voltage from its own current control voltage is: When the voltage is equal to or greater than the first reference value (positive value), the voltage control information is output to increase the voltage target value of itself by the set correction amount, and the second reference value (negative value) ) In the following cases, the voltage control information indicating that the voltage target value is decreased by the set correction amount is output. In other cases, the voltage target value is maintained. The power supply system outputs the voltage control information as described above.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016092957A (en) * | 2014-11-04 | 2016-05-23 | ローム株式会社 | Switching power unit |
US9563214B2 (en) | 2014-09-24 | 2017-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Power supply device including an electro-conductive cable wound around an output capacitor |
US9563241B2 (en) | 2014-09-24 | 2017-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Power supply device including an electro-conductive cable wound around an inductor or output capacitor |
WO2017094402A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 株式会社村田製作所 | Switching power source device and error correction method |
JP2019022329A (en) * | 2017-07-18 | 2019-02-07 | Tdk株式会社 | Electric power supply |
JP2019092244A (en) * | 2017-11-13 | 2019-06-13 | Tdk株式会社 | Power supply |
JP2019146336A (en) * | 2018-02-20 | 2019-08-29 | 株式会社アイケイエス | Constant voltage power supply |
JP2021061655A (en) * | 2019-10-03 | 2021-04-15 | 株式会社豊田自動織機 | Power supply device |
CN112865571A (en) * | 2021-01-22 | 2021-05-28 | 温州大学 | Single-bus high-voltage inverter system with current equalizing function |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04322129A (en) * | 1991-04-23 | 1992-11-12 | Fujitsu Ltd | Parallel operation system for power supply unit |
JPH0759348A (en) * | 1993-08-11 | 1995-03-03 | Sanken Electric Co Ltd | Parallel connecting device for dc-dc converter |
JPH1118415A (en) * | 1997-06-27 | 1999-01-22 | Nec Tohoku Ltd | Current balance circuit of parallel operation power unit |
JP2005086883A (en) * | 2003-09-08 | 2005-03-31 | Hitachi Ltd | Overvoltage protection circuit, power supply using same, power supply system, and electronic device |
JP2007143292A (en) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Cosel Co Ltd | Parallel operation power supply system |
JP2011030426A (en) * | 2005-02-02 | 2011-02-10 | Power-One Inc | Compensated droop method for paralleling of power supplies (c-droop method) |
-
2012
- 2012-11-14 JP JP2012250166A patent/JP5791582B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04322129A (en) * | 1991-04-23 | 1992-11-12 | Fujitsu Ltd | Parallel operation system for power supply unit |
JPH0759348A (en) * | 1993-08-11 | 1995-03-03 | Sanken Electric Co Ltd | Parallel connecting device for dc-dc converter |
JPH1118415A (en) * | 1997-06-27 | 1999-01-22 | Nec Tohoku Ltd | Current balance circuit of parallel operation power unit |
JP2005086883A (en) * | 2003-09-08 | 2005-03-31 | Hitachi Ltd | Overvoltage protection circuit, power supply using same, power supply system, and electronic device |
JP2011030426A (en) * | 2005-02-02 | 2011-02-10 | Power-One Inc | Compensated droop method for paralleling of power supplies (c-droop method) |
JP2007143292A (en) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Cosel Co Ltd | Parallel operation power supply system |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9563214B2 (en) | 2014-09-24 | 2017-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Power supply device including an electro-conductive cable wound around an output capacitor |
US9563241B2 (en) | 2014-09-24 | 2017-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Power supply device including an electro-conductive cable wound around an inductor or output capacitor |
JP2016092957A (en) * | 2014-11-04 | 2016-05-23 | ローム株式会社 | Switching power unit |
WO2017094402A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 株式会社村田製作所 | Switching power source device and error correction method |
JPWO2017094402A1 (en) * | 2015-11-30 | 2018-08-09 | 株式会社村田製作所 | Switching power supply device and error correction method |
US10243466B2 (en) | 2015-11-30 | 2019-03-26 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Switching power supply apparatus and error correction method |
JP2019022329A (en) * | 2017-07-18 | 2019-02-07 | Tdk株式会社 | Electric power supply |
JP2019092244A (en) * | 2017-11-13 | 2019-06-13 | Tdk株式会社 | Power supply |
JP7000804B2 (en) | 2017-11-13 | 2022-01-19 | Tdk株式会社 | Power supply |
JP2019146336A (en) * | 2018-02-20 | 2019-08-29 | 株式会社アイケイエス | Constant voltage power supply |
JP2021061655A (en) * | 2019-10-03 | 2021-04-15 | 株式会社豊田自動織機 | Power supply device |
CN112865571A (en) * | 2021-01-22 | 2021-05-28 | 温州大学 | Single-bus high-voltage inverter system with current equalizing function |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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