JP2015166998A - 直流安定化電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】離れた位置にある、負荷電圧を正確に制御することが必要な負荷に、位相補償を行うことなく接続できる小型化可能な直流安定化電源装置を提供すること。【解決手段】一例の直流安定化電源装置２１によれば、外部の直流電源２２から電力を供給され、電圧が予め所定電圧に設定される負荷２３に、配線により接続される直流安定化電源装置であって、前記電力をスイッチングして幅が可変のパルス信号に変換するスイッチ回路部２４と、このスイッチ回路部の出力信号を平滑化する平滑化回路部２８と、出力電流を検知する出力電流検知部２９と、を備え、前記負荷における電圧が前記所定電圧になるように、前記スイッチ回路部のパルス幅を制御して、前記出力電流を制御する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、直流安定化電源装置に関する。

ＤＣＤＣコンバータを用いた直流安定化電源は、従来から知られている。この種の装置に接続される負荷に対して、所定の精度の高い入力電圧を印加する必要がある場合がある。このような状況では精度の高い電圧を負荷に印加する直流安定化電源装置が必要とされる。

この場合に用いられる従来の直流安定化電源装置の構成例を、図１に示す。図１において、この直流安定化電源装置１は、直流電源２から電力の供給を受けて、負荷３の電圧を所定の直流電圧になるように制御する。このために負荷３の電圧を検知し、この入力電圧になるように電源装置の出力を調整する。

直流安定化電源装置１は、入力される直流電源２からの入力をスイッチングしパルス幅可変の出力信号に変えるスイッチ回路部４と、このスイッチ回路部４のパルス幅を変える駆動部５と、負荷３の電圧を検知する負荷電圧検知部６と、スイッチ回路部４におけるパルス幅を決めるアナログ制御回路部７と、検知した負荷電圧に対して、例えばＦＥＴ素子によるスイッチ回路部４においてスイッチングされた波形を平滑回路部８と、平滑回路部８で平滑化された出力を直流安定化電源装置１として出力する電流を検知する出力電流検知部９と、を有する。

アナログ制御回路部７は、負荷電圧検知部６により検知された負荷電圧が一定となるように、スイッチ回路部４におけるパルスの幅、すなわち直流をオンオフにスイッチする時間を求め、スイッチ回路部４のパルス幅がこのパルス幅になるように駆動部５を駆動制御する。

しかし、このような電源装置では負荷は通常離れた場所にあり負荷の入力電圧の検知はリモートセンスとなるが、一般的にリモートセンスは位相補償を行う必要があり、負荷までの距離が遠いほど補償回路が大型化し、装置としては複雑となる。

特開平１１−１７８３４４号公報

この発明の課題は、離れた位置にある、負荷電圧を正確に制御することが必要な負荷に、位相補償を行うことなく接続できる小型化可能な直流安定化電源装置を提供することである。

一例によれば、外部の直流電源から電力を供給され、電圧が予め所定電圧に設定される負荷に、配線により接続される直流安定化電源装置であって、前記電力をスイッチングして幅が可変のパルス信号に変換するスイッチ回路部と、このスイッチ回路部の出力信号を平滑化する平滑化回路部と、出力電流を検知する出力電流検知部と、を備え、前記負荷における電圧が前記所定電圧になるように、前記スイッチ回路部のパルス幅を制御して、前記出力電流を制御する直流安定化電源装置を提供する。

従来の直流安定化電源装置の構成例を示す図である。 一実施形態の直流安定化電源装置の構成例を示す図である。 従来の場合の出力電流と出力電圧の関係の特性例を示す図である。 一実施形態の出力電流と負荷電圧の関係の特性例を示す図である。

以下、実施形態について図面を用いて説明する。一実施形態の構成例を図２に示す。

この実施形態において、直流安定化電源装置２１は、直流電源２２から電力の供給を受けて、負荷２３の負荷電圧Ｖｒを所定の電圧になるように制御する。このために直流安定化電源装置１１の出力電流Ｉｏと、配線３２の長さ、周囲温度を検知し出力電圧Ｖｏを調整する。

直流安定化電源装置２１は、例えばＦＥＴ素子により構成され、入力される直流電源２２からの入力をスイッチングしパルス幅可変の出力信号に変えるスイッチ回路部２４と、このスイッチ回路部２４のパルス幅を変える駆動部２５と、スイッチ回路部２４の出力パルス信号を平滑化する平滑化回路部２８と、この装置２１の出力電流を検知する出力電流検知部２９と、出力電圧を検知する出力電圧検知部３０と、この装置２１と負荷２３を接続する配線３２の近辺に置かれる温度モニタ３１と、これらの情報によりスイッチ回路２４において決められるパルス幅を決定するデジタル制御回路部２７と、を有する。

スイッチ回路部２４の出力パルス信号は平滑化回路部２８で平滑化され、所定の電圧とされ、出力電流検知部２９を通って直流安定化電源装置２１から出力される。

デジタル制御回路部２７は、出力電圧検知部３０で直流安定化電源装置２１の出力電圧を検知する。またデジタル制御回路部２７は出力電流検知部２９において、直流安定化電源装置２１の出力電流も検知する。更に温度モニタ３１により配線３２の近辺の温度（ｔ）も検知する。

また、別途、直流安定化電源装置２１と接続される負荷２３までの配線３２の長さＬ、この配線３２の単位当たりの抵抗値Ｒを求めておく。

上記直流安定化電源装置の出力電圧、出力電流、配線周囲の温度と配線３２の長さＬ、この配線３２の単位当たりの抵抗値Ｒにより、負荷２３の負荷電圧Ｖｒに対する直流安定化電源装置１から出力されるべき電圧を求める。

出力電流検知部２９により検知される出力電流をＩｏ、出力電圧検知部３０により検知された出力電圧をＶｏ、配線３２の長さをＬ、配線３２の常温時の単位当たりの抵抗値をＲ、とすると、この配線における損失はＩｏ×Ｌ×Ｒ（ｔ）となる。

ここで、配線３２の単位当たりの抵抗値は、配線の温度すなわち、温度モニタ３１により検知される温度ｔにより変わるので、Ｒ（ｔ）と表している。したがって、負荷電圧Ｖｒ＝Ｖｏ−｛Ｉｏ×Ｌ×Ｒ（ｔ）｝となる。この負荷電圧Ｖｒが一定なるように上記スイッチ回路部２４でオンオフするパルス幅を制御する。

直流安定化電源装置の出力電流に対する出力電圧の特性を、図３（ａ）（ｂ）に、対比して示す。図３（ａ）（ｂ）において横軸には出力電流（Ｉｏ）を取り、縦軸は出力電圧（Ｖｏ）を取っている。

従来の場合の電流電圧特性を示す図３（ａ）では、負荷電圧を検出して電圧制御を行っている。したがって、直流安定化電源装置の出力電流Ｉｏが増加しても、出力電圧Ｖｏのレファレンス電圧Ｖｆは一定である。出力電流Ｉｏが最大負荷電流Ｉａより大きくなると、出力電圧Ｖｏは徐々に低下する。

これに対して、本発明の一実施形態における出力電流出力電圧の特性は、図３（ｂ）に示すようになる。すなわち、直流安定化電源装置２１の出力電圧Ｖｏを検知しているので、この装置２１の出力端から負荷までの配線３２による電圧降下を考慮する必要がある。

そこで、出力電流Ｖｏの増加と共にレファレンス電圧Ｖｆを増加させて補正する。直流安定化電源装置２１の出力電圧Ｖｏの変化と、負荷２３の負荷電圧Ｖｒの関係を図４に示す。

図４（ａ）は、直流安定化電源装置２１の出力電圧Ｖｏのレファレンス電圧Ｖｆの変化を示し、図４（ｂ）は負荷２３の負荷電圧Ｖｒを示す。

直流安定化電源装置２１の出力電流に増加に対して、ように負荷２３の負荷電圧Ｖｒは一定となる（図４（ｂ）で直線４２）ように、直流安定化電源装置２１の出力レファレンス電圧Ｖｆを増加させていく（図４（ａ）で直線４１）ことを示している。

また配線３２による抵抗Ｒは温度によりその値が変化するので、温度モニタ３１により配線周りの温度を検知する。そしてその温度情報をデジタル制御回路部２７に入力している。この温度情報を制御回路に取り込むことにより配線抵抗の温度変化を補正している。

温度がＴ℃の時の温度補正値をαＴとすると、Ｔ℃のときの配線抵抗値はαＴ×Ｒとなる。出力電流Ｉｏの値をＩａとすると、電圧降下値はＲＴ×Ｉａとなるので、直流安定化電源装置の出力電圧値Ｖｏの電圧降下分ＲＴ×Ｉａを加えた値を電圧リファレンス値Ｖｆとする。

このように、出力電流に応じてスイッチ回路部２４のパル幅を制御して電圧補正を行うことで、負荷２３の負荷電圧Ｖｒを一定に制御することが可能となる。

上記実施形態では、温度モニタを備えていたが、配線の周囲温度における抵抗値が判明しており温度変化があまり変わらない場合には、温度モニタはなくてもよい。

上記実施形態では、リモートセンスを用いておらずしたがって位相補償を行う必要はない。また、上記実施形態では負荷の電圧を検知することなく、直流安定化電源装置内で検出した出力電流に応じて出力電圧を調整するので、負荷変動に対して高速応答が可能となる。

実施形態によれば、離れた位置にある、負荷電圧を正確に制御することが必要な負荷に、位相補償を行うことなく接続できる小型化可能な直流安定化電源装置が得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２１・・・・直流安定化電源装置
２２・・・・直流電源
２３・・・・負荷
２４・・・・スイッチ回路部
２５・・・・駆動部
２７・・・・デジタル制御回路部
２８・・・・平滑化回路部
２９・・・・出力電流検知部
３０・・・・出力電圧検知部
３１・・・・温度モニタ
３２・・・・配線

Claims (3)

1. 外部の直流電源から電力を供給され、電圧が予め所定電圧に設定される負荷に、配線により接続される直流安定化電源装置であって、
   前記電力をスイッチングして幅が可変のパルス信号に変換するスイッチ回路部と、
   このスイッチ回路部の出力信号を平滑化する平滑化回路部と、
   出力電流を検知する出力電流検知部と、を備え、
   前記負荷における電圧が前記所定電圧になるように、前記スイッチ回路部のパルス幅を制御して、前記出力電流を制御する直流安定化電源装置。
2. 外部の直流電源から電力を供給され、電圧が予め所定電圧に設定される負荷に、配線により接続される直流安定化電源装置であって、
   前記電力をスイッチングして幅が可変のパルス信号に変換するスイッチ回路部と、
   このスイッチ回路部の出力信号を平滑化する平滑化回路部と、
   出力電流を検知する出力電流検知部と、
   出力電圧を検知する出力電圧検知部と、
   前記出力電流及び前記出力電圧から、前記配線における損失を求め、前記負荷における電圧が前記所定電圧になるように前記スイッチ回路部のパルス幅を制御するデジタル制御回路部と、
   を有する直流安定化電源装置。
3. 前記配線の近辺に置かれ周囲温度を検知する温度モニタを、更に備えることを特徴とする請求項２記載の直流安定化電源装置。

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