JP2017229149A

JP2017229149A - 電源制御装置および電源制御方法

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Publication number: JP2017229149A
Application number: JP2016123322A
Authority: JP
Inventors: 加藤　毅; Takeshi Kato; 毅加藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-06-22
Also published as: JP6699888B2

Abstract

【課題】変調信号の信号レベルに追従したパルス電源の制御ができない場合においても、適切にパルス電源を制御して省電力化を図る。
【解決手段】電源制御装置１は、負荷４に供給されるパルス信号の波形を取得する取得部１１、取得部１１によって取得されたパルス信号の予め定められた時間幅の波形が予め定められた基準を満たすか否かを判別する判別部１２、判別部１２による判別結果に従って、パルス信号の波形に基づいて、上記時間幅における負荷４の消費電力量を求める算出部１３、および算出部１３によって求められた消費電力量に基づいて、上記時間幅においてパルス電源を供給する時間の長さを決定し、当該決定した時間に基づいてパルス電源の供給および休止を行うよう前記電源装置を制御する制御部１４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源制御装置および電源制御方法に関する。

パルスレーダ等の送信機に備えられる電源回路は、パルス電源を高周波（ＲＦ：Radio Frequency）負荷に供給する。従来、高周波負荷（以下、負荷という）に供給されるレーダ用のパルス信号（変調信号）の波形を監視し、その信号レベルに応じて電源回路を制御する電源制御回路が知られている。電源制御回路は、例えば、変調信号がハイレベルのときにパルス電源を出力し、変調信号がロウレベルのときにパルス電源を出力しないよう電源回路を制御する。

また、この種の技術として、特許文献１には、複数の送信モジュール間で生成されるパルス電源の波形を同期させる装置が開示されている。この装置においても、各送信モジュールは、ゲート信号（変調信号）やクロック信号の信号レベルに応じてパルス電源を出力する。

一方、負荷に供給される変調信号の周期や出力制御時間（変調信号のハイレベルの時間）が短くなると、変調信号の信号レベルに追従した電源回路の制御ができなくなる。このような場合、電源制御回路は、電源回路を適切に制御できず、省電力化を図ることが難しくなる。

特開２００９−１７５０９４号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、変調信号の信号レベルに追従したパルス電源の制御ができない場合においても、適切にパルス電源を制御して省電力化を図ることができる、電源制御装置および電源制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電源制御装置は、
パルス電源を負荷に供給する電源装置を制御する電源制御装置であって、
前記負荷に供給されるパルス信号の波形を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記パルス信号の予め定められた時間幅の波形が予め定められた基準を満たすか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段による判別結果に従って、前記パルス信号の波形に基づいて、前記時間幅における前記負荷の消費電力量を求める算出手段と
前記算出手段によって求められた前記消費電力量に基づいて、前記時間幅において前記パルス電源を供給する時間の長さを決定し、当該決定した時間に基づいて前記パルス電源の供給および休止を行うよう前記電源装置を制御する制御手段と、を備える。

本発明の一実施形態に係る電源制御装置の構成を示したブロック図である。電源制御装置が行う制御処理を示したフローチャートである。予め定められた時間幅のパルス信号の波形を抽出した例を示した図である。電源装置が供給するパルス電源の波形の例を示した図である。パルス電源および負荷用電源の関係を示した図である。変調信号の信号レベルに追従して制御される場合のパルス電源の波形を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電源制御装置および電源制御方法を説明する。電源制御装置は、例えばパルスレーダ等の送信機に備えられる。

図１に示すように、送信機１００は、電源制御装置１、発生装置２、電源装置３および負荷４を備える。

電源制御装置１は、発生装置２から負荷４に供給されるパルス信号（変調信号）の波形を取得し、予め定められた時間幅のパルス信号（変調信号）の波形が予め定められた基準を満たすか否かによって、変調信号の信号レベルに追従した制御ができるか否かを判別する。電源制御装置１は、当該判別結果に基づいて電源装置３から負荷４に供給されるパルス電源の出力を制御する。

電源制御装置１は、機能的には、取得部１１と、判別部１２と、算出部１３と、制御部１４とを備える。また、電源制御装置１は、各構成の機能を実現するために、電圧センサ、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ：Analog Digital Converter）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を備える。

発生装置２は、レーダ用のパルス信号（変調信号）を生成し、生成したパルス信号を信号線を介して負荷４に供給する。なお、発生装置２から供給されるパルス信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号、パルス周波数変調（ＰＦＭ：Pulse Frequency Modulation）信号の何れでもよい。

電源装置３は、電源制御装置１の制御によってレーダ用のパルス電源を生成し、生成したパルス電源を、コンデンサバンク３１を介して負荷４に供給する。コンデンサバンク３１は、電源装置３から供給されたパルス電源を蓄え、蓄えた電力を負荷４（スイッチ素子４１）の動作に従って放出する。

負荷４は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチから構成されるスイッチ素子４１と、高周波（ＲＦ：Radio Frequency）アンテナ等から構成されるＲＦ素子４２とを備える。

スイッチ素子４１は、発生装置２から供給される変調信号の信号レベルに応じてオン、オフが切り替えられる。電源装置３から供給された電源（コンデンサバンク３１に蓄えられた電力）は、スイッチ素子４１の切り替え動作に従って、負荷用電源としてＲＦ素子４２に供給される。

以下、図２を参照して、電源制御装置１によって行われる制御処理を説明する。制御処理は、例えば送信機１００の主電源が投入された場合に開始される。

はじめに、取得部１１は、予め定められた計測タイミングが到来したか否かを判別し（ステップＳ１０１）、計測タイミングが到来するまで待機する（ステップＳ１０１；ＮＯ）。計測タイミングが到来した場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、取得部１１は、発生装置２から供給されているパルス信号（変調信号）の波形を信号線を介して取得する（ステップＳ１０２）。

判別部１２は、取得部１１によって取得された変調信号の波形から、図３に示すように、予め定められた時間幅Ｔａの変調信号の波形を抽出する（ステップＳ１０３）。時間幅Ｔａは、変調信号の信号レベルに追従した制御ができるか否かを判別するためのものであり、例えば、電源装置３が供給するパルス電源の周期等に基づいて設定される。

判別部１２は、抽出した時間幅Ｔａの変調信号の波形が予め定められた基準を満たすか否かを判別する（ステップＳ１０４）。

ここで、変調信号の信号レベルに追従した制御ができるか否かは、例えば、時間幅Ｔａにおける負荷４の電力消費回数や、時間幅Ｔａにおける負荷４の１回当たりの電力消費時間とパルス電源の１周期当たりの電力供給時間との関係等によって判別できる。つまり、時間幅Ｔａにおいて負荷４の電力消費回数が複数回以上ある場合や、時間幅Ｔａにおいて電力供給時間より短い電力消費時間が１以上ある場合には、変調信号の信号レベルに追従した制御ができないと考えられる。

このような基準および条件が予め設定されていた場合、図３に示した負荷４の電力消費回数は３回であり、各時間幅ｔ１，ｔ２，ｔ３は、図４に示すパルス電源の１周期当たりの電力供給時間Ｔｂより短いため、判別部１２は基準を満たすと判別する（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）。

判別部１２によって基準を満たすと判別された場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、つまり、変調信号の信号レベルに追従した制御ができないと判別された場合には、算出部１３は、時間幅Ｔａの変調信号の波形に基づいて、時間幅Ｔａにおける負荷４の消費電力量Ｗｘを求める（ステップＳ１０５）。消費電力量Ｗｘは、時間幅Ｔａにおける負荷４の電力消費時間Ｔｘに、予め記憶された電源装置３が供給する単位時間当たりの電力量Ｗｓを乗算することにより求められる。

負荷４の電力消費時間Ｔｘは、図３に示したように、時間幅Ｔａにおいて電力が消費される時間幅ｔ１，ｔ２，ｔ３の合計によって求められる。電源装置３が供給する単位時間当たりの電力量Ｗｓは、パルス電源のハイレベル時の電力Ｗｈ、デューティ比等から求められる。

制御部１４は、算出部１３によって求められた消費電力量Ｗｘに基づいて、時間幅Ｔａにおいてパルス電源を供給する時間の長さを決定する（ステップＳ１０６）。

例えば、制御部１４は、予め記憶された電源装置３が供給する１周期当たりの電力量Ｗｔと、算出部１３によって求められた消費電力量Ｗｘとから、時間幅Ｔａに要するパルス電源の周期数Ｎを求め、これをパルス電源の供給する時間として決定する。電源装置３が供給する１周期当たりの電力量Ｗｔは、パルス電源の単位時間当たりの電力量Ｗｓに、図４に示したパルス電源の周期Ｔｓを乗算することにより求められる。

制御部１４は、決定した時間の長さ（周期数Ｎ）に基づいてパルス電源の供給および休止を行うよう電源装置３を制御する。電源装置３は、制御部１４の制御に従って、図５に示すように、レーダ用のパルス電源を生成し、生成したパルス電源をコンデンサバンク３１を介して負荷４に供給する。

スイッチ素子４１は、発生装置２から供給される変調信号の信号レベルに応じてオン、オフが切り替えられ、これにより、電源装置３から供給されたパルス電源（コンデンサバンク３１に蓄えられた電力）は、図５に示したように負荷用電源としてＲＦ素子４２に供給される。
以上のようにして、変調信号の信号レベルに追従したパルス電源の制御ができない場合の制御処理が行われ、その後はステップＳ１０１に戻る。

一方、ステップＳ１０４において、判別部１２によって基準を満たさないと判別された場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、つまり、変調信号の信号レベルに追従したパルス電源の制御ができると判別された場合には、制御部１４は、変調信号の信号レベルに応じて電源装置３を制御する（ステップＳ１０８）。

この場合、電源装置３は、制御部１４の制御に従って、図６に示すように、変調信号がハイレベルのときにパルス電源を供給し、変調信号がロウレベルのときにはパルス電源を供給しない。スイッチ素子４１は、発生装置２から供給される変調信号の信号レベルに応じてオン、オフが切り替えられ、これにより、電源装置３から供給されたパルス電源（コンデンサバンク３１に蓄えられた電力）は、図６に示したように負荷用電源としてＲＦ素子４２に供給される。
以上のようにして、変調信号の信号レベルに追従したパルス電源の制御が行われ、その後はステップＳ１０１に戻る。

以上、説明したように、本実施の形態に係る電源制御装置１は、負荷４に供給されるパルス信号（変調信号）の信号レベルに追従したパルス電源の制御ができない場合においても、負荷４に供給されるパルス信号の波形に基づいて消費電力量を求め、当該消費電力量に基づいて必要十分なパルス電源の供給を行うよう電源装置３を制御するので、適切に電源装置３を制御して省電力化を図ることができる。

なお、電源装置３が負荷４に供給する電力量は、負荷４において消費される電力量よりも多ければよく、制御部１４は、必要十分と認められる以上の時間に基づいてパルス電源の供給を行うよう電源装置３を制御してもよい。

また、上記実施の形態では、制御部１４は、設定された時間幅Ｔａに要するパルス電源の周期数Ｎを求め、当該周期数Ｎをパルス電源を供給する時間として決定したが、周期数Ｎの代わりに、電源装置３が供給する単位時間当たりの電力量Ｗｓと時間幅Ｔａにおける負荷４の消費電力量Ｗｘとからパルス電源を供給する時間の長さを決定してもよい。

また、電源制御装置１は、パルスレーダ等の送信機に備えられた場合の例を説明したが、各種電気製品においても採用できるものである。

以上、いくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これら実施の形態は、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。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１…電源制御装置
１１…取得部
１２…判別部
１３…算出部
１４…制御部
２…発生装置
３…電源装置
３１…コンデンサバンク
４…負荷
４１…スイッチ素子
４２…ＲＦ素子
１００…送信機

Claims

パルス電源を負荷に供給する電源装置を制御する電源制御装置であって、
前記負荷に供給されるパルス信号の波形を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記パルス信号の予め定められた時間幅の波形が予め定められた基準を満たすか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段による判別結果に従って、前記パルス信号の波形に基づいて、前記時間幅における前記負荷の消費電力量を求める算出手段と
前記算出手段によって求められた前記消費電力量に基づいて、前記時間幅において前記パルス電源を供給する時間の長さを決定し、当該決定した時間に基づいて前記パルス電源の供給および休止を行うよう前記電源装置を制御する制御手段と、を備える、
電源制御装置。
前記制御手段は、前記判別手段によって前記基準を満たさないと判別された場合に、前記時間幅において前記パルス信号の信号レベルに追従して前記パルス電源を供給するよう前記電源装置を制御する、
請求項１に記載の電源制御装置。
前記制御手段は、予め記憶された前記電源装置が供給する単位時間当たりの電力量と前記算出手段によって求められた前記消費電力量とから、前記パルス電源を供給する時間の長さを決定する、
請求項１または２に記載の電源制御装置。
前記制御手段は、予め記憶された前記電源装置が供給する１周期当たりの電力量と前記算出手段によって求められた前記消費電力量とから、前記時間幅に要するパルス電源の周期数を求め、当該周期数を前記パルス電源を供給する時間として決定する、
請求項１または２に記載の電源制御装置。
前記算出手段は、前記時間幅のパルス信号の波形に基づいて、前記負荷が電力を消費する時間の合計を求め、予め記憶された前記電源装置が供給する単位時間当たりの電力量と前記合計時間とから、前記時間幅における前記負荷の消費電力量を求める、
請求項１から４の何れか１項に記載の電源制御装置。
パルス電源を負荷に供給する電源装置を制御する電源制御方法であって、
前記負荷に供給されるパルス信号の波形を取得し、
取得した前記パルス信号の予め定められた時間幅の波形が予め定められた基準を満たすか否かを判別し、
当該判別結果に従って、前記時間幅における前記負荷の消費電力量を求め、
求めた前記消費電力量に基づいて、前記時間幅においてパルス電源を供給する時間の長さを決定し、当該決定した時間に基づいてパルス電源の供給および休止を行うよう前記電源装置を制御する、
電源制御方法。