JP2017085835A - Dc/dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DCDCコンバータに関するものである。 The present invention relates to a DCDC converter.
スイッチング素子の駆動によって直流電圧を昇圧又は降圧するDCDCコンバータでは、出力電圧又は出力電流と目標値との偏差を求め、偏差に基づくフィードバック制御を行うことで所望の出力を得ている。この種のDCDCコンバータでは、出力の開始時に、目標値を徐々に上げることで出力電圧を次第に上昇させるソフトスタートを行っており、これにより、突入電流を抑え、出力の安定化を図っている(特許文献1参照)。 In a DCDC converter that boosts or lowers a DC voltage by driving a switching element, a deviation between an output voltage or output current and a target value is obtained, and a desired output is obtained by performing feedback control based on the deviation. In this type of DCDC converter, at the start of output, soft start is performed to gradually increase the output voltage by gradually increasing the target value, thereby suppressing inrush current and stabilizing the output ( Patent Document 1).
ところで、この種のDCDCコンバータで行われるフィードバック制御では、急激な電流変動時に生じるオーバーシュートが問題となる。例えば出力開始直後の突入電流発生時には、フィードバックループでの遅延により、出力が目標値を超えた後も突入電流を抑える制御がなされず、電流が抑制されるまでに遅れが生じてしまうという問題がある。この遅延期間では、電流を増加させる動作が継続してしまうため、追加的な電流増加が生じることになる。 By the way, in the feedback control performed by this type of DCDC converter, overshoot occurring at the time of sudden current fluctuation becomes a problem. For example, when an inrush current occurs immediately after the start of output, there is a problem that a delay occurs until the current is suppressed because the delay in the feedback loop does not control the inrush current even after the output exceeds the target value. is there. In this delay period, the operation for increasing the current is continued, so that an additional current increase occurs.
本発明は上述した事情に基づいてなされたものであり、出力値に基づいてデューティ比の更新を繰り返すフィードバック制御がなされるDCDCコンバータにおいて、急激な出力変動が生じた場合に出力をより早期に安定化させ得る構成を実現することを目的とする。 The present invention has been made based on the above-described circumstances, and in a DCDC converter that performs feedback control that repeatedly updates the duty ratio based on the output value, the output is stabilized earlier when a sudden output fluctuation occurs. It aims at realizing the structure which can be made into.
本発明のDCDCコンバータは、
入力された電圧を変換して出力する電圧変換部と、
前記電圧変換部からの出力電圧又は出力電流の少なくともいずれかを反映した値を検出する検出部と、
PWM信号により前記電圧変換部を制御し、出力の目標値と前記検出部の検出結果とに基づいて前記PWM信号のデューティ比を更新するフィードバック制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力電流又は前記出力電圧の少なくともいずれかの変化度合いが所定の急変動状態となった場合に、前記PWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化する。
The DCDC converter of the present invention
A voltage converter that converts and outputs the input voltage; and
A detection unit for detecting a value reflecting at least one of an output voltage or an output current from the voltage conversion unit;
A control unit for controlling the voltage conversion unit by a PWM signal and performing feedback control for updating a duty ratio of the PWM signal based on a target value of an output and a detection result of the detection unit;
With
The control unit stops and fixes the update of the duty ratio of the PWM signal when the degree of change of at least one of the output current and the output voltage becomes a predetermined sudden fluctuation state.
本発明のDCDCコンバータによれば、電圧変換部からの出力が「所定の急変動状態」となった場合にデューティ比を速やかに固定し、追加的な電流増加又は追加的な電流減少が生じることを抑えることができる。例えば、目標値に達する少し前に出力の急変動が生じた場合、目標値に達した後に追加的な電流増加又は追加的な電流減少が継続しすぎることを抑えることができるため、過剰なオーバーシュート又は過剰なアンダーシュートを抑制することができる。 According to the DCDC converter of the present invention, when the output from the voltage conversion unit becomes a “predetermined sudden fluctuation state”, the duty ratio is quickly fixed, and an additional current increase or an additional current decrease occurs. Can be suppressed. For example, if the output suddenly fluctuates shortly before reaching the target value, it is possible to prevent excessive current increase or additional current decrease from continuing after the target value is reached. Shooting or excessive undershooting can be suppressed.
このように、本発明によれば、出力値に基づいてデューティ比の更新を繰り返すフィードバック制御がなされるDCDCコンバータにおいて、急激な出力変動が生じた場合に出力をより早期に安定化させることができる。 As described above, according to the present invention, in a DCDC converter that performs feedback control that repeatedly updates the duty ratio based on the output value, the output can be stabilized earlier when a sudden output fluctuation occurs. .
本発明において、所定の急変動状態とは、出力電流又は出力電圧を反映する物理量が、予め定められた条件(予め定められた急変動を示す条件)を満たした状態であればよい。例えば、出力電流の変動率が予め定められた閾値以上又は閾値以下となる条件であってもよく、出力電圧の変動率が予め定められた閾値以上又は閾値以下となる条件であってもよい。 In the present invention, the predetermined sudden change state may be a state in which a physical quantity reflecting the output current or output voltage satisfies a predetermined condition (a condition indicating a predetermined sudden change). For example, the output current variation rate may be a condition that is equal to or greater than or equal to a predetermined threshold value, or the output voltage variation rate may be equal to or greater than a predetermined threshold value.
発明の望ましい形態を以下に例示する。
本発明において、制御部は、所定時間当たりの出力電流の変動量である電流変動率、又は所定時間当たりの出力電圧の変動量である電圧変動率の少なくともいずれかが設定された設定閾値に達した場合にPWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化する構成であってもよい。
The desirable form of invention is illustrated below.
In the present invention, the control unit reaches a set threshold in which at least one of a current fluctuation rate that is a fluctuation amount of the output current per predetermined time and a voltage fluctuation rate that is the fluctuation amount of the output voltage per predetermined time is set. In such a case, the update of the duty ratio of the PWM signal may be stopped and fixed.
この構成によれば、電流又は電圧の急変動が生じたか否かをより正確に判断し、急変動が生じた場合にはその事態をより確実に把握してデューティ比を固定することができる。 According to this configuration, it is possible to more accurately determine whether or not a sudden change in current or voltage has occurred, and when a sudden change occurs, it is possible to more reliably grasp the situation and fix the duty ratio.
本発明において、制御部は、PWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化した後、電流変動率又は電圧変動率が解除閾値に達した場合に更新の停止を解除し、目標値と検出部の検出結果とに基づいてPWM信号のデューティ比を更新する制御を再開する構成であってもよい。 In the present invention, after stopping and fixing the update of the duty ratio of the PWM signal, the control unit cancels the update stop when the current fluctuation rate or voltage fluctuation rate reaches the release threshold, and detects the target value and The configuration may be such that the control for updating the duty ratio of the PWM signal is restarted based on the detection result of the unit.
この構成によれば、電流又は電圧の急変動が生じている期間に絞ってデューティ比を固定化することができる。急変動が解消された場合には、通常のフィードバック制御を再開することができるため、急変動の解消後に固定化されたデューティが継続してしまい出力と目標値とが乖離しすぎてしまうことを防ぐことができる。 According to this configuration, it is possible to fix the duty ratio by focusing on a period in which a sudden change in current or voltage occurs. When sudden fluctuations are eliminated, normal feedback control can be resumed, so that the fixed duty continues after elimination of sudden fluctuations, and the output and target value are too far apart. Can be prevented.
<実施例1>
以下、本発明を具体化した実施例1について説明する。
図1で示すDCDCコンバータ1は、例えば、車載用の多相型DCDCコンバータとして構成されている。このDCDCコンバータ1は、入力側導電路7Aに印加された入力電圧を変換して出力する電圧変換部3と、電圧変換部3をPWM信号によって制御する制御部2とを備え、入力側導電路7Aに印加された直流電圧(入力電圧)を降圧方式で電圧変換し、入力電圧を降圧した出力電圧を出力側導電路7Bに出力する構成となっている。
<Example 1>
Embodiment 1 of the present invention will be described below.
The DCDC converter 1 shown in FIG. 1 is configured as, for example, a vehicle-mounted multiphase DCDC converter. The DCDC converter 1 includes a voltage conversion unit 3 that converts and outputs an input voltage applied to the input side conductive path 7A, and a control unit 2 that controls the voltage conversion unit 3 using a PWM signal. The DC voltage (input voltage) applied to 7A is voltage-converted by a step-down method, and an output voltage obtained by stepping down the input voltage is output to the output side
入力側導電路7Aは、例えば、相対的に高い電圧が印加される一次側(高圧側)の電源ラインとして構成され、一次側の蓄電装置91の高電位側端子に導通するとともに、その蓄電装置91から所定の直流電圧(例えば、48V)が印加される構成をなす。蓄電装置91は、例えば、リチウムイオン電池、或いは電気二重層キャパシタ等の蓄電手段によって構成され、高電位側端子からは例えば48Vの電圧が出力される。また、入力側導電路7Aには、電源93や負荷94なども接続されている。
The input side conductive path 7A is configured, for example, as a primary (high voltage side) power supply line to which a relatively high voltage is applied, and is connected to the high potential side terminal of the primary side
出力側導電路7Bは、相対的に低い電圧が印加される二次側(低圧側)の電源ラインとして構成されている。この出力側導電路7Bは、例えば、二次側の蓄電装置92の高電位側端子に導通するとともに、その蓄電装置92から蓄電装置91の出力電圧よりも小さい直流電圧(例えば12V)が印加される構成をなす。蓄電装置92は、例えば、鉛蓄電池等の蓄電手段によって構成され、高電位側端子からは例えば12Vの電圧が出力される。また、出力側導電路7Bには、負荷95なども接続されている。
The output side
入力側導電路7Aと出力側導電路7Bとの間には、同期整流方式の降圧型コンバータとして機能する電圧変換部3が設けられている。電圧変換部3は、ハイサイド側のスイッチング素子4と、ローサイド側のスイッチング素子6と、インダクタ12とを備える。スイッチング素子4は、Nチャネル型のMOSFETとして構成され、スイッチング素子4のドレインには、入力側導電路7Aが接続されている。スイッチング素子4のソースには、ローサイド側のスイッチング素子6のドレイン及びインダクタ12の一端が接続されている。スイッチング素子6は、スイッチング素子4とインダクタ12との接続点にドレインが接続され、ソースは接地されている。インダクタ12の他端は出力側導電路7Bに接続されている。更に、入力側導電路7Aには、入力コンデンサ8が接続され、出力側導電路7Bには、出力コンデンサ10が接続され、それぞれの他端は接地されている。
Between the input-side conductive path 7A and the output-side
検出部20は、出力電流を検出する電流検出部22と、出力電圧を検出する電圧検出部24とを備え、出力側導電路7Bにおける出力電流及び出力電圧を反映した値をそれぞれ検出し、出力する。電流検出部22は、出力側導電路7Bを流れる電流(出力電流)に対応する電圧値を検出値として出力する構成であればよい。例えば、電流検出部22は、出力側導電路7Bに介在する抵抗器と差動増幅器とを有し、抵抗器の両端電圧が差動増幅器に入力され、出力側導電路7Bを流れる電流によって抵抗器に生じた電圧降下量が差動増幅器で増幅され、検出値として出力されるようになっている。電圧検出部24は、例えば出力側導電路7Bの電圧(出力電圧)を反映した値(例えば、出力側導電路7Bの電圧そのもの、或いは分圧値等)を出力する。以下では、電流検出部22から出力される値を、出力電流を示す値である「電流値」とし、電圧検出部24から出力される値を、出力電圧を示す値である「電圧値」とする。
図2のように、制御部2は、主として、マイクロコンピュータ30と、電流変動量測定回路32Aと、電圧変動量測定回路32Bと、急変動判定回路33と、PWM駆動回路31とを備える。
The
As shown in FIG. 2, the control unit 2 mainly includes a
マイクロコンピュータ(マイコン)30は、例えばCPU、ROM、RAM、不揮発性メモリ等を備える。マイクロコンピュータ30には、電流変動率に関する設定閾値ΔIt1、解除閾値ΔIt2と、電圧変動率に関する設定閾値ΔVt1、解除閾値ΔVt2が記憶されている。
The microcomputer (microcomputer) 30 includes, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a nonvolatile memory, and the like. The
電流変動量測定回路32Aは、電流検出部22からの出力値を監視し、所定時間当たりの出力電流の変動率ΔIrを測定する。所定時間当たりの出力電流の変動量であるΔIrは、出力電流の変動率に相当する。
The current fluctuation
電圧変動量測定回路32Bは、電圧検出部24からの出力値を監視し、所定時間当たりの出力電圧の変動率ΔVrを測定する。所定時間当たりの出力電圧の変動量であるΔVrは、出力電流の変動率に相当する。
The voltage
急変動判定回路33は、図4で示す急変動判定処理を行う回路であり、電流変動量測定回路32Aから出力される出力電流の変動率ΔIr、電圧変動量測定回路32Bから出力される出力電圧の変動率ΔVrが入力されるようになっている。また、マイクロコンピュータ30から、電流変動率に関する設定閾値ΔIt1、解除閾値ΔIt2と、電圧変動率に関する設定閾値ΔVt1、解除閾値ΔVt2が入力されるようになっている。
The sudden change determination circuit 33 is a circuit that performs the sudden change determination process shown in FIG. 4, and includes the output current change rate ΔIr output from the current change
PWM駆動回路31は、電圧変換部3からの出力が設定された目標値となるようにフィードバック制御を行う回路である。具体的には、出力側導電路7Bの電流値Iout及び電圧値Voutと、出力電流の目標値Ita(目標電流値)及び出力電圧の目標値Vta(目標電圧値)とに基づき、公知のPID制御方式によるフィードバック演算によって制御量(デューティ比)を決定する。そして、決定したデューティ比のPWM信号を、電圧変換部3に対して相補的に出力する。
The
このように構成されるDCDCコンバータ1では、制御部2は、デッドタイムを設定した上で、電圧変換部3に対してPWM信号を相補的に出力し、スイッチング素子4のゲートへのオン信号の出力中には、スイッチング素子6のゲートにオフ信号を出力し、スイッチング素子4のゲートへのオフ信号の出力中には、スイッチング素子6のゲートにオン信号を出力する。電圧変換部3は、このような相補的なPWM信号に応じて、スイッチング素子4のオン動作とオフ動作との切り替えをスイッチング素子6のオフ動作とオン動作との切り替えと同期させて行い、これにより、入力側導電路7Aに印加された直流電圧を降圧し、出力側導電路7Bに出力する。出力側導電路7Bの出力電圧は、スイッチング素子4,6の各ゲートに与えるPWM信号のデューティ比(即ち、PWM駆動回路31で設定されるデューティ比)に応じて定まる。
In the DCDC converter 1 configured as described above, the control unit 2 sets a dead time and then outputs a PWM signal to the voltage conversion unit 3 in a complementary manner, and outputs an ON signal to the gate of the switching element 4. During output, an OFF signal is output to the gate of the
図3等を参照し、制御部2によるフィードバック制御について説明する。
図3のフィードバック制御は、PWM駆動回路31によって実行される制御であり、短い時間間隔で繰り返される処理である。PWM駆動回路31は、所定の動作開始条件の成立に伴い、図3の流れで制御を行う。動作開始条件は、例えばイグニッション信号のオフからオンへの切り替わり等であり、これ以外の動作開始条件であってもよい。
The feedback control by the control unit 2 will be described with reference to FIG.
The feedback control in FIG. 3 is a control executed by the
まず、検出部20から出力される出力電流値Iout及び出力電圧値Voutを取得する(S1)。例えば、図3の処理を図2で示すハードウェア回路で実現する場合、偏差算出回路34が出力電流値Ioutを取得し、偏差算出回路35が出力電圧値Voutを取得する。更に、偏差算出回路34は、マイクロコンピュータ30で設定される電流目標値Itaを取得し、偏差算出回路35は電圧目標値Vtaを取得する(S2)。
First, an output current value Iout and an output voltage value Vout output from the
なお、マイクロコンピュータ30は、例えば、定常出力状態のときに電流目標値Itaを所定の固定電流値に設定し、DCDCコンバータ1の動作開始直後に行われるソフトスタート中は電流目標値Itaを、0から上記固定電流値となるまで時間経過に応じて徐々に上昇させるようになっている。同様に、定常出力状態のときに電流目標値Vtaを所定の固定電圧値に設定し、ソフトスタート中は電流目標値Vtaを、0から上記固定電圧値となるまで時間経過に応じて徐々に上昇させるようになっている。
For example, the
更に、前回の図3の処理で設定されたデューティ比(即ち、前回のS9で設定された最新のデューティ比)を取得する(S3)。例えば、S9で設定される毎の最新のデューティ比は、図示しないメモリに記憶されており、S3の処理ではこのメモリから最新のデューティ比を取得する。 Further, the duty ratio set in the previous processing of FIG. 3 (that is, the latest duty ratio set in the previous S9) is acquired (S3). For example, the latest duty ratio set in S9 is stored in a memory (not shown), and the latest duty ratio is acquired from this memory in the process of S3.
更に、演算回路36,37は、急変動判定回路33から演算停止信号が出力されているか否かを判断する(S4)。急変動判定回路33から演算出力信号が出力されていない場合には、S4でNに進む。急変動判定回路33から演算出力信号が出力されている場合には、S4でYに進む。
Further, the
S4の判断処理でNに進む場合、即ち、急変動判定回路33から演算出力信号が出力されていない場合、演算回路36は、電流制御演算を行い(S5)、演算回路37は、電圧制御演算を行う(S6)。S5の処理では、演算回路36は、偏差算出回路34から出力される出力電流値Ioutと電流目標値Itaとの偏差を取得し、その偏差と、予め設定された比例ゲイン、微分ゲイン、積分ゲインとに基づき、公知のPID演算式により出力電流を電流目標値Itaに近づけるための操作量(デューティ比の増減量)を決定する。S6の処理では、演算回路37は、偏差算出回路35から出力される出力電圧値Voutと電圧目標値Vtaとの偏差を取得し、その偏差と、予め設定された比例ゲイン、微分ゲイン、積分ゲインとに基づき、公知のPID演算式により出力電圧を電圧目標値Vtaに近づけるための操作量(デューティ比の増減量)を決定する。
When the process proceeds to N in the determination process of S4, that is, when the calculation output signal is not output from the sudden fluctuation determination circuit 33, the
S7の処理では、調停回路38が、電流・電圧制御の調停を行う。この処理では、調停回路38が、電流制御又は電圧制御のいずれを優先させるかを決定する。具体的には、演算回路36で決定した操作量と、演算回路37で決定した操作量のいずれを優先させるかを決定する。いずれを優先させるかの決定方法は様々に考えられ、例えば、演算回路36,37の操作量のうち、小さい操作量(デューティ比が小さくなる演算結果)を優先させる方法が考えられる。なお、調停方法はこの方法に限定されず、公知の他の方法を用いてもよい。
In the processing of S7, the
調停回路38は、現在の制御量(デューティ比)に、演算回路36,37の操作量のうち優先する操作量(デューティ比の増減量)を加え、新たなデューティ比を算出する。S7で新たなデューティ比が決定した場合、そのデューティ比を新たなデューティ比としとして反映するようにメモリを更新する(S9)。このように、S9で新たなデューティ比が設定された場合、少なくとも次にS9の処理が行われるまでの間、そのデューティ比のPWM信号が上述の電圧変換部3に出力され続け、電圧変換がなされる。
The
一方、S4の判断処理でYに進む場合、S3で取得した前回のデューティ比をそのまま新たなデューティ比として設定し(S8)、S9では、デューティ比をこの設定内容のままとする。つまり、図3の処理では、演算停止信号が出力されている間は、デューティ比の更新がなされず、演算停止信号が出力される直前のデューティ比で固定されることになる。 On the other hand, when the process proceeds to Y in the determination process of S4, the previous duty ratio acquired in S3 is set as a new duty ratio as it is (S8), and in S9, the duty ratio is left as it is. That is, in the process of FIG. 3, while the calculation stop signal is output, the duty ratio is not updated, and is fixed at the duty ratio immediately before the calculation stop signal is output.
次に、図4を参照し、演算停止信号の切替制御について説明する。
図4の制御は、図2の急変動判定回路33でなされる制御である。急変動判定回路33は、マイクロコンピュータ30から電流変動率に関する設定閾値ΔIt1、解除閾値ΔIt2と、電圧変動率に関する設定閾値ΔVt1、解除閾値ΔVt2を取得する(S11)。更に、急変動判定回路33は、電流変動量測定回路32Aから、出力電流の変動率ΔIrを取得し、電圧変動量測定回路32Bから出力電圧の変動率ΔVrを取得する(S12)。
Next, the calculation stop signal switching control will be described with reference to FIG.
The control shown in FIG. 4 is performed by the sudden change determination circuit 33 shown in FIG. The sudden change determination circuit 33 acquires a setting threshold value ΔIt1 and a release threshold value ΔIt2 relating to the current fluctuation rate, a setting threshold value ΔVt1 and a release threshold value ΔVt2 relating to the voltage fluctuation rate from the microcomputer 30 (S11). Further, the sudden fluctuation determination circuit 33 acquires the output current fluctuation rate ΔIr from the current fluctuation
そして、急変動判定回路33は、現在、演算停止中であるか否か、即ち演算停止信号の出力中であるか否かを判断する(S13)。急変動判定回路33は、S13の処理が行われる時点で、演算停止信号が出力中でないと判断した場合、出力電流の変動率ΔIrが設定閾値ΔIt1を超えているか否か、及び出力電圧の変動率ΔVrが設定閾値ΔVt1を超えているか否かを判断する(S13にてN、S14)。 Then, the sudden change determination circuit 33 determines whether or not the calculation is currently stopped, that is, whether or not the calculation stop signal is being output (S13). When the sudden change determination circuit 33 determines that the calculation stop signal is not being output at the time when the process of S13 is performed, whether or not the output current change rate ΔIr exceeds the set threshold value ΔIt1 and the output voltage change It is determined whether rate ΔVr exceeds set threshold value ΔVt1 (N in S13, S14).
急変動判定回路33は、S14の判断において、出力電流の変動率ΔIrが設定閾値ΔIt1を超えている、又は出力電圧の変動率ΔVrが設定閾値ΔVt1を超えていると判断した場合、演算停止信号を出力する(S14でY、S15)。出力電流の変動率ΔIrが設定閾値ΔIt1以下であり、且つ出力電圧の変動率ΔVrが設定閾値ΔVt1以下であると判断した場合、演算停止信号を出力しない状態で維持する(S14でN、S16)。 The abrupt change determination circuit 33 determines that the output current change rate ΔIr exceeds the set threshold value ΔIt1 or the output voltage change rate ΔVr exceeds the set threshold value ΔVt1 in S14. Is output (Y in S14, S15). When it is determined that the variation rate ΔIr of the output current is equal to or less than the set threshold value ΔIt1 and the variation rate ΔVr of the output voltage is equal to or less than the set threshold value ΔVt1, the calculation stop signal is not output (N in S14, S16). .
急変動判定回路33は、S13の判断において、演算停止信号が出力中であると判断した場合、出力電流の変動率ΔIrが解除閾値ΔIt2を超えているか否か、及び出力電圧の変動率ΔIrが解除閾値ΔVt2を超えているか否かを判断する(S13にてY、S17)。 If it is determined in S13 that the calculation stop signal is being output, the sudden fluctuation determination circuit 33 determines whether or not the output current fluctuation rate ΔIr exceeds the release threshold ΔIt2 and the output voltage fluctuation rate ΔIr. It is determined whether or not release threshold value ΔVt2 is exceeded (Y in S13, S17).
急変動判定回路33は、S17の判断において、出力電流の変動率ΔIrが解除閾値ΔIt2未満ではない、又は出力電圧の変動率ΔIrが解除閾値ΔVt2未満ではないと判断した場合、演算停止信号を出力した状態を維持する(S17でN、S15)。出力電流の変動率ΔIrが解除閾値ΔIt2未満であり、且つ出力電圧の変動率ΔIrが解除閾値ΔVt2未満であると判断した場合、演算停止信号を出力しない状態で維持する(S17でY、S16)。 The abrupt fluctuation determination circuit 33 outputs an operation stop signal when it is determined in S17 that the output current fluctuation rate ΔIr is not less than the release threshold value ΔIt2 or the output voltage fluctuation rate ΔIr is not less than the release threshold value ΔVt2. The maintained state is maintained (N in S17, S15). When it is determined that the fluctuation rate ΔIr of the output current is less than the release threshold value ΔIt2 and the fluctuation rate ΔIr of the output voltage is less than the release threshold value ΔVt2, the calculation stop signal is not output (Y in S17, S16). .
以上のように、本構成では、制御部2は、PWM信号により電圧変換部3を制御し、出力の目標値と検出部20の検出結果とに基づいてPWM信号のデューティ比を更新するフィードバック制御を行い、出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかの変化度合いが所定の急変動状態となった場合に、PWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化するようになっている。
As described above, in this configuration, the control unit 2 controls the voltage conversion unit 3 with the PWM signal, and updates the duty ratio of the PWM signal based on the output target value and the detection result of the
具体的には、制御部2は、所定時間当たりの出力電流の変動量である電流変動率ΔIr、又は所定時間当たりの出力電圧の変動量である電圧変動率ΔVrの少なくともいずれかが設定された設定閾値に達した場合にPWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化する。更に、制御部2は、PWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化した後、電流変動率ΔIr又は電圧変動率ΔVrのいずれか一方又は両方が解除閾値に達した場合に更新の停止を解除し、目標値と検出部20の検出結果とに基づいてPWM信号のデューティ比を更新する制御を再開する構成となっている。
Specifically, the control unit 2 is set to at least one of a current fluctuation rate ΔIr that is a fluctuation amount of the output current per predetermined time and a voltage fluctuation rate ΔVr that is a fluctuation amount of the output voltage per predetermined time. When the set threshold value is reached, the updating of the duty ratio of the PWM signal is stopped and fixed. Further, after stopping and fixing the update of the duty ratio of the PWM signal, the control unit 2 stops the update when one or both of the current fluctuation rate ΔIr and the voltage fluctuation rate ΔVr reach the release threshold. The control for canceling and updating the duty ratio of the PWM signal based on the target value and the detection result of the
以下、本構成の効果を例示する。
本構成のDCDCコンバータ1によれば、電圧変換部3からの出力が「所定の急変動状態」となった場合にデューティ比を速やかに固定し、追加的な電流増加又は追加的な電流減少が生じることを抑えることができる。例えば、目標値に達する少し前に出力の急変動が生じた場合、目標値に達した後に追加的な電流増加又は追加的な電流減少が継続しすぎることを抑えることができるため、過剰なオーバーシュート又は過剰なアンダーシュートを抑制することができる。
Hereinafter, the effect of this configuration will be exemplified.
According to the DCDC converter 1 of this configuration, when the output from the voltage conversion unit 3 is in a “predetermined sudden fluctuation state”, the duty ratio is quickly fixed, and an additional current increase or an additional current decrease occurs. It is possible to suppress the occurrence. For example, if the output suddenly fluctuates shortly before reaching the target value, it is possible to prevent excessive current increase or additional current decrease from continuing after the target value is reached. Shooting or excessive undershooting can be suppressed.
具体的には、制御部2は、所定時間当たりの出力電流の変動量である電流変動率ΔIr、又は所定時間当たりの出力電圧の変動量である電圧変動率ΔVrの少なくともいずれかが設定された設定閾値に達した場合にPWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化する構成となっている。この構成によれば、電流又は電圧の急変動が生じたか否かをより正確に判断し、急変動が生じた場合にはその事態をより確実に把握してデューティ比を固定することができる。 Specifically, the control unit 2 is set to at least one of a current fluctuation rate ΔIr that is a fluctuation amount of the output current per predetermined time and a voltage fluctuation rate ΔVr that is a fluctuation amount of the output voltage per predetermined time. When the set threshold value is reached, the updating of the duty ratio of the PWM signal is stopped and fixed. According to this configuration, it is possible to more accurately determine whether or not a sudden change in current or voltage has occurred, and when a sudden change occurs, it is possible to more reliably grasp the situation and fix the duty ratio.
例えば、図5で示すデューティ比(演算結果)の波形、及び図6で示す出力電流波形のように、DCDCコンバータ1の駆動開始に伴うソフトスタートにおいて、デューティ比を徐々に上昇させ、それに伴って出力電流が徐々に上昇しているとき、時間t1でΔIr>ΔIt1又はΔVr>ΔVt1となった場合、その時間t1で、演算停止信号の出力が開始され、デューティ比がその時間t1での値に固定される。このため、電流又は電圧の急上昇時に、図5の破線のようにデューティ比の増大が継続してしまうことを抑えることができ、図6の破線のように過大なオーバーシュートが生じることを抑えることができる。 For example, as shown in the waveform of the duty ratio (calculation result) shown in FIG. 5 and the output current waveform shown in FIG. 6, in the soft start accompanying the start of driving of the DCDC converter 1, the duty ratio is gradually increased. When the output current gradually increases, if ΔIr> ΔIt1 or ΔVr> ΔVt1 at time t1, output of the calculation stop signal is started at that time t1, and the duty ratio becomes the value at that time t1. Fixed. For this reason, when the current or voltage suddenly increases, it is possible to suppress the increase in the duty ratio as indicated by the broken line in FIG. 5 and to suppress the occurrence of excessive overshoot as indicated by the broken line in FIG. Can do.
また、制御部2は、PWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化した後、電流変動率ΔIr又は電圧変動率ΔVrのいずれか一方又は両方が解除閾値に達した場合に更新の停止を解除し、目標値と検出部20の検出結果とに基づいてPWM信号のデューティ比を更新する制御を再開する構成となっている。例えば、図5のように、時間t1でデューティ比を固定した後、時間t2でΔIr<ΔIt2及びΔVr<ΔVt2となった場合、時間t2で、演算停止信号の出力を停止し、デューティ比の固定を解除している。なお、電流の解除閾値ΔIt2は、電流の設定閾値ΔIt1よりも小さい値であり、例えば負の値となっている。また、電圧の解除閾値ΔVt2は、電圧の設定閾値ΔVt1よりも小さい値であり、例えば負の値となっている。
In addition, after stopping and fixing the update of the duty ratio of the PWM signal, the control unit 2 stops the update when one or both of the current fluctuation rate ΔIr and the voltage fluctuation rate ΔVr reach the release threshold. The control for canceling and updating the duty ratio of the PWM signal based on the target value and the detection result of the
この構成によれば、電流又は電圧の急変動が生じている期間に絞ってデューティ比を固定化することができる。急変動が解消された場合には、通常のフィードバック制御を再開することができるため、急変動の解消後に固定化されたデューティが継続してしまい出力と目標値とが乖離しすぎてしまうことを防ぐことができる。 According to this configuration, it is possible to fix the duty ratio by focusing on a period in which a sudden change in current or voltage occurs. When sudden fluctuations are eliminated, normal feedback control can be resumed, so that the fixed duty continues after elimination of sudden fluctuations, and the output and target value are too far apart. Can be prevented.
<他の実施例>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1)実施例1では、降圧型の単相コンバータを例示したが、昇圧型の単相コンバータであってもよく昇降圧型の単相コンバータであってもよい。また、電流の流れる方向に関しては、電源93から蓄電装置92の方向だけでなく、蓄電装置92から電源93側に流れてもよく、その両方の双方向型のコンバータであってもよい。
(2)実施例1では、単相のDCDCコンバータを例示したが、電圧変換部3と同様の構成の電圧変換部が複数並列に接続された多相式のDCDCコンバータであってもよい。この場合、相数は、2以上の数であればよい。また、降圧型の多相コンバータでもよく、昇圧型の多相コンバータでもよく、昇降圧型の多相コンバータであってもよい。また、電流の流れる方向に関しては、電源93から蓄電装置92の方向だけでなく、蓄電装置92から電源93側に流れてもよく、その両方の双方向型のコンバータであってもよい。
(3)実施例1では、出力電流及び出力電圧のいずれの変動率をも検出し、いずれかの変動率が設定閾値に達した場合にデューティ比を固定する例を示したが、この例に限られない。例えば、出力電流の変動率ΔIrのみを検出し、この変動率ΔIrが設定閾値ΔIt1に達した場合にデューティ比を固定する構成であってもよい。或いは、出力電圧の変動率ΔVrのみを検出し、この変動率ΔVrが設定閾値ΔVt1に達した場合にデューティ比を固定する構成であってもよい。或いは、出力電流の変動率ΔIrが設定閾値ΔIt1に達し、且つ出力電圧の変動率ΔVrが設定閾値ΔVt1に達した場合にデューティ比を固定してもよい。
(4)実施例1では、出力電流及び出力電圧のいずれの変動率も検出し、両変動率が解除閾値未満となった場合にデューティ比の固定を解除する例を示したが、この例に限られない。例えば、出力電流の変動率ΔIrが解除閾値ΔIt2未満となった場合、又は出力電圧の変動率ΔVrが解除閾値ΔVt2未満となった場合に、デューティ比の固定を解除してもよい。或いは、出力電流の変動率ΔIrのみを検出し、この変動率ΔIrが解除閾値ΔIt2未満となった場合にデューティ比の固定を解除する構成であってもよい。或いは、出力電圧の変動率ΔVrのみを検出し、この変動率ΔVrが解除閾値ΔVt2未満となった場合にデューティ比の固定を解除する構成であってもよい。
(5)実施例1では、ローサイド側にスイッチング素子6を設けたが、接地電位にアノードが接続されたダイオードに置き換えることが可能である。また、スイッチング素子4,6は、Pチャネル型のMOSFETであってもよく、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子であってもよい。
(6)実施例1における蓄電装置91や蓄電装置92の具体例はあくまで一例であり、蓄電手段の種類や発生電圧は上述した例に限定されず、様々に変更することができる。また、例えば二次側電源部が存在しない構成とすることもできる。
(7)図1の例では、入力側導電路や出力側導電路に接続される発電機や負荷などの一例を示したが、様々な装置や電子部品を入力側導電路や出力側導電路に接続することができる。
(8)図2の例では、マイクロコンピュータとは別で、電流変動量測定回路32Aと、電圧変動量測定回路32Bと、急変動判定回路33と、PWM駆動回路31とを設けた例を示したが、これらの一部又は全部の機能をマイクロコンピュータ30が行ってもよい。
(1) Although the step-down single-phase converter is illustrated in the first embodiment, it may be a step-up single-phase converter or a step-up / step-down single-phase converter. Further, regarding the direction of current flow, not only the direction from the
(2) In the first embodiment, a single-phase DCDC converter is illustrated, but a multiphase DCDC converter in which a plurality of voltage converters having the same configuration as the voltage converter 3 are connected in parallel may be used. In this case, the number of phases should just be two or more. Further, it may be a step-down type multi-phase converter, a step-up type multi-phase converter, or a step-up / step-down type multi-phase converter. Further, regarding the direction of current flow, not only the direction from the
(3) In the first embodiment, an example in which any variation rate of the output current and the output voltage is detected and the duty ratio is fixed when any variation rate reaches the set threshold is shown. Not limited. For example, only the output current fluctuation rate ΔIr may be detected, and the duty ratio may be fixed when the fluctuation rate ΔIr reaches the set threshold value ΔIt1. Alternatively, only the output voltage fluctuation rate ΔVr may be detected, and the duty ratio may be fixed when the fluctuation rate ΔVr reaches the set threshold value ΔVt1. Alternatively, the duty ratio may be fixed when the output current fluctuation rate ΔIr reaches the set threshold value ΔIt1 and the output voltage fluctuation rate ΔVr reaches the set threshold value ΔVt1.
(4) In the first embodiment, an example in which both the fluctuation rate of the output current and the output voltage is detected and the fixation of the duty ratio is released when both the fluctuation rates are less than the release threshold is shown. Not limited. For example, the duty ratio may be released when the output current fluctuation rate ΔIr is less than the release threshold value ΔIt2 or when the output voltage fluctuation rate ΔVr is less than the release threshold value ΔVt2. Alternatively, the configuration may be such that only the fluctuation rate ΔIr of the output current is detected and the duty ratio is released when the fluctuation rate ΔIr becomes less than the release threshold value ΔIt2. Alternatively, the configuration may be such that only the output voltage fluctuation rate ΔVr is detected and the duty ratio is released when the fluctuation rate ΔVr becomes less than the release threshold value ΔVt2.
(5) Although the
(6) Specific examples of the
(7) In the example of FIG. 1, an example of a generator or a load connected to the input-side conductive path or the output-side conductive path is shown, but various devices and electronic components can be connected to the input-side conductive path and the output-side conductive path. Can be connected to.
(8) The example of FIG. 2 shows an example in which a current
1…DCDCコンバータ
2…制御部
3…電圧変換部
20…検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DCDC converter 2 ... Control part 3 ...
Claims (3)
前記電圧変換部からの出力電圧又は出力電流の少なくともいずれかを反映した値を検出する検出部と、
PWM信号により前記電圧変換部を制御し、出力の目標値と前記検出部の検出結果とに基づいて前記PWM信号のデューティ比を更新するフィードバック制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力電流又は前記出力電圧の少なくともいずれかの変化度合いが所定の急変動状態となった場合に、前記PWM信号のデューティ比の更新を停止して固定化するDCDCコンバータ。 A voltage converter that converts and outputs the input voltage; and
A detection unit for detecting a value reflecting at least one of an output voltage or an output current from the voltage conversion unit;
A control unit for controlling the voltage conversion unit by a PWM signal and performing feedback control for updating a duty ratio of the PWM signal based on a target value of an output and a detection result of the detection unit;
With
The control unit is a DCDC converter that stops and fixes the update of the duty ratio of the PWM signal when a change degree of at least one of the output current or the output voltage is in a predetermined sudden change state.
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