JP2021023013A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device.
入力された電圧を所望の電圧に変換して出力する電力変換装置の1つとして、スイッチング電源装置が広く利用されている。近年、スイッチング電源装置は、出力電圧や出力電流、温度などの帰還信号をA/D変換してマイコン制御回路に取り込み、当該帰還信号に基づいて電力変換を行うフルデジタル制御によるものが増加している。このようなフルデジタル制御によるスイッチング電源装置は、負荷条件や入力条件の変化に対して、スイッチング動作のタイミングを正確に制御することができるため、ノイズや電力損失を低減することができる。また、フルデジタル制御によるスイッチング電源装置は、様々なシーケンス動作をファームウェアで設定できるため、部品の削減が可能となり、システムを小型化することができる。 A switching power supply device is widely used as one of the power conversion devices that converts an input voltage into a desired voltage and outputs it. In recent years, an increasing number of switching power supply devices are fully digitally controlled by A / D converting feedback signals such as output voltage, output current, and temperature and incorporating them into a microcomputer control circuit to perform power conversion based on the feedback signals. There is. Such a switching power supply device by full digital control can accurately control the timing of the switching operation in response to changes in load conditions and input conditions, so that noise and power loss can be reduced. Further, in the switching power supply device by full digital control, various sequence operations can be set by the firmware, so that the number of parts can be reduced and the system can be miniaturized.
ところで、スイッチング電源装置は、出力電圧や出力電流が異常に上昇した場合に動作を停止する保護機能が搭載されていることが多い。例えば、スイッチング電源装置の出力電圧が所定の閾値以上となる場合にラッチオフ状態となる過電圧保護機能(OVP:Over Voltage Protection)や、スイッチング電源装置の出力電流が所定の閾値以上となる場合にラッチオフ状態となる過電流保護機能(OCP:Over Current Protection)が知られており、後者の機能を搭載したスイッチング電源装置が特許文献1に開示されている。より具体的には、特許文献1に記載された従来技術は、過電流を検出した場合にラッチオフ状態とし、所定のタイミングでラッチオフを解除するスイッチング電源装置である。
By the way, switching power supply devices are often equipped with a protection function that stops operation when the output voltage or output current rises abnormally. For example, an overvoltage protection function (OVP) that enters a latch-off state when the output voltage of a switching power supply exceeds a predetermined threshold, or a latch-off state when the output current of a switching power supply exceeds a predetermined threshold. An overcurrent protection function (OCP: Over Current Protection) is known, and a switching power supply device equipped with the latter function is disclosed in
しかしながら、デジタル制御によるスイッチング電源装置は、出力電圧の変動を抑制するフィードバック制御をクロック周波数に伴う離散時間で行うため、急激な入力変動に対しては出力電圧の変動抑制制御が間に合わず、やはり出力電圧の変動を抑制できない虞が生じる。 However, since the digitally controlled switching power supply performs feedback control that suppresses fluctuations in the output voltage at a discrete time associated with the clock frequency, the fluctuation suppression control of the output voltage is not in time for sudden input fluctuations, and the output is still output. There is a risk that voltage fluctuations cannot be suppressed.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、入力電圧が急激に変動する場合であっても出力電圧の変動を抑制することができるスイッチング電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of suppressing fluctuations in output voltage even when input voltages fluctuate abruptly. To provide.
<本発明の第1の態様>
本発明の第1の態様は、入力電圧をスイッチング素子のパルス変調制御により目標電圧に変換して出力するスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力電圧に基づいて前記パルス変調制御の次回変調量を演算する変調量演算部と、前記入力電圧の変化量と所定の変化量閾値との比較に基づいて前記次回変調量に対する補正の要否を判定し、前記次回変調量の補正が必要な場合に、所定の第1ゲインと前記変化量とを乗じて得られる補正値を前記変調量演算部へ出力する変調量補正部と、を備え、前記変調量演算部は、前記補正値により補正された前回変調量で前記次回変調量を補正する、スイッチング電源装置である。
<First aspect of the present invention>
The first aspect of the present invention is a switching circuit that converts an input voltage into a target voltage by pulse modulation control of a switching element and outputs it, and calculates the next modulation amount of the pulse modulation control based on the output voltage of the switching circuit. When the necessity of correction for the next modulation amount is determined based on the comparison between the modulation amount calculation unit and the change amount of the input voltage and the predetermined change amount threshold, and the correction of the next modulation amount is necessary, A modulation amount correction unit that outputs a correction value obtained by multiplying a predetermined first gain and the change amount to the modulation amount calculation unit is provided, and the modulation amount calculation unit is previously corrected by the correction value. This is a switching power supply device that corrects the next modulation amount with the modulation amount.
スイッチング電源装置は、出力電圧に基づいてスイッチング素子をパルス変調制御することにより、入力電圧を目標電圧に変換して出力する。このとき、スイッチング電源装置の変調量補正部は、入力電圧の変化量と所定の変化量閾値とを比較することにより、入力電圧の急激な変動を検出した場合に、パルス変調制御における次回変調量に対する補正が必要であると判定する。また、変調量補正部は、入力電圧の変化量に応じた補正値を算出し、パルス変調制御の次回変調量を演算する変調量演算部に当該補正値を出力する。そして、変調量演算部は、当該補正値により補正された前回変調量により、演算する次回変調量を補正する。 The switching power supply device converts the input voltage into a target voltage and outputs it by controlling the switching element by pulse modulation based on the output voltage. At this time, when the modulation amount correction unit of the switching power supply device detects a sudden change in the input voltage by comparing the change amount of the input voltage with the predetermined change amount threshold, the next modulation amount in the pulse modulation control It is determined that correction is necessary. Further, the modulation amount correction unit calculates a correction value according to the change amount of the input voltage, and outputs the correction value to the modulation amount calculation unit that calculates the next modulation amount of the pulse modulation control. Then, the modulation amount calculation unit corrects the next modulation amount to be calculated by the previous modulation amount corrected by the correction value.
すなわち、スイッチング電源装置は、変調量演算部における次回変調量の演算において、入力電圧の急激な変動が検出された場合には、その変化量に基づく補正値により補正された前回変調量で次回変調量が補正されるため、入力変動に応じたパルス変調制御を出力電圧が変動する前に行うことができる。また、次回変調量の補正は、演算に除算が使用されないため高速処理が可能となる。更に、次回変調量が補正されるのは入力電圧の急激な変動が検出された場合に限られるため、出力電圧に大きく影響を与える当該補正は通常動作時においては行われず、入力電圧の僅かな変動に対して出力電圧の安定化を妨げないようにすることができる。これにより本発明の第1の態様に係るスイッチング電源装置は、入力電圧が急激に変動する場合であっても出力電圧の変動を抑制することができる。 That is, when a sudden change in the input voltage is detected in the calculation of the next modulation amount in the modulation amount calculation unit, the switching power supply device performs the next modulation with the previous modulation amount corrected by the correction value based on the change amount. Since the amount is corrected, pulse modulation control according to the input fluctuation can be performed before the output voltage fluctuates. Further, the correction of the next modulation amount enables high-speed processing because division is not used in the calculation. Furthermore, since the next modulation amount is corrected only when a sudden fluctuation in the input voltage is detected, the correction that greatly affects the output voltage is not performed during normal operation, and the input voltage is slight. It is possible to prevent the stabilization of the output voltage from being hindered by fluctuations. As a result, the switching power supply device according to the first aspect of the present invention can suppress fluctuations in the output voltage even when the input voltage fluctuates abruptly.
<本発明の第2の態様>
本発明の第2の態様は、上記した本発明の第1の態様において、前記変調量補正部は、前記入力電圧の低下に伴い前記補正値を上昇させるよう設定されている、スイッチング電源装置である。
<Second aspect of the present invention>
A second aspect of the present invention is the switching power supply device according to the first aspect of the present invention, wherein the modulation amount correction unit is set to increase the correction value as the input voltage decreases. is there.
本発明の第2の態様に係るスイッチング電源装置によれば、入力電圧が低下するほど補正値が高く設定されるため、入力電圧の低下幅に応じた適切なパルス変調制御により、出力電圧の変動幅を更に抑制することができる。 According to the switching power supply device according to the second aspect of the present invention, the correction value is set higher as the input voltage decreases, so that the output voltage fluctuates by appropriate pulse modulation control according to the decrease width of the input voltage. The width can be further suppressed.
<本発明の第3の態様>
本発明の第3の態様は、上記した本発明の第1又は2の態様において、前記変化量閾値は、前記入力電圧の前記変化量が正値である場合に適用される入力上昇閾値と、前記入力電圧の前記変化量が負値である場合に適用される入力下降閾値と、を含むスイッチング電源装置である。
<Third aspect of the present invention>
In the third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention described above, the change amount threshold is the input rise threshold applied when the change amount of the input voltage is a positive value. It is a switching power supply device including an input lowering threshold value applied when the change amount of the input voltage is a negative value.
本発明の第3の態様に係るスイッチング電源装置によれば、入力電圧が上昇する場合と下降する場合とに分けて変化量閾値が設定されているため、例えば入力電圧の下降時よりも上昇時に対する対応を重視するなどの場合に、検出基準に差を設けることができる。 According to the switching power supply device according to the third aspect of the present invention, since the change amount threshold value is set separately for the case where the input voltage rises and the case where the input voltage falls, for example, when the input voltage rises more than when it falls. It is possible to set a difference in the detection criteria when the response to the above is emphasized.
<本発明の第4の態様>
本発明の第4の態様は、上記した本発明の第3の態様において、前記変調量補正部は、前記入力電圧の前記変化量が正値又は負値のいずれかの場合に、前記補正値の出力を無効化する、スイッチング電源装置である。
<Fourth aspect of the present invention>
In the fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention described above, the modulation amount correction unit uses the correction value when the change amount of the input voltage is either a positive value or a negative value. It is a switching power supply that invalidates the output of.
本発明の第4の態様に係るスイッチング電源装置によれば、例えば出力電圧が変化量閾値以上に上昇したときに変調量演算部がパルスをスキップする機能を備えている場合に、変調量補正部についても補正値の出力を停止するなど、入力電圧の変化量の符号によって補正値の出力を無効化することで、変調量演算部による制御との整合を図り、より出力電圧を安定化させることができる。 According to the switching power supply device according to the fourth aspect of the present invention, for example, when the modulation amount calculation unit has a function of skipping a pulse when the output voltage rises above the change amount threshold value, the modulation amount correction unit By disabling the output of the correction value by the sign of the change amount of the input voltage, such as stopping the output of the correction value, the output voltage can be further stabilized by matching with the control by the modulation amount calculation unit. Can be done.
<本発明の第5の態様>
本発明の第5の態様は、上記した本発明の第1乃至4のいずれかの態様において、前記変調量補正部は、前記入力電圧に対する所定の上限値と前記入力電圧との差分値に所定の第2ゲインを乗じた補正係数により前記補正値を調整する、スイッチング電源装置である。
<Fifth aspect of the present invention>
In a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention described above, the modulation amount correction unit is set to a difference value between a predetermined upper limit value and the input voltage with respect to the input voltage. This is a switching power supply device that adjusts the correction value by a correction coefficient multiplied by the second gain of.
本発明の第5の態様に係るスイッチング電源装置によれば、予め設定された入力電圧の上限値に対して入力電圧を差し引いた差分値を算出し、当該差分値に比例する補正係数で補正値が調整されるため、簡易な制御で入力電圧の変動幅に応じた補正が可能となる。 According to the switching power supply device according to the fifth aspect of the present invention, a difference value obtained by subtracting the input voltage from the preset upper limit value of the input voltage is calculated, and the correction value is a correction coefficient proportional to the difference value. Is adjusted, so it is possible to make corrections according to the fluctuation range of the input voltage with simple control.
<本発明の第6の態様>
本発明の第6の態様は、上記した本発明の第1乃至5のいずれかの態様において、前記パルス変調制御は、PWM制御である、スイッチング電源装置である。
<Sixth Aspect of the Present Invention>
A sixth aspect of the present invention is a switching power supply device in which the pulse modulation control is PWM control in any one of the first to fifth aspects of the present invention described above.
本発明の第6の態様に係るスイッチング電源装置によれば、PWM制御方式が採用されたスイッチング電源装置に対して次回変調量の補正を行うことができる。 According to the switching power supply device according to the sixth aspect of the present invention, it is possible to correct the next modulation amount for the switching power supply device in which the PWM control method is adopted.
<本発明の第7の態様>
本発明の第7の態様は、上記した本発明の第1乃至5のいずれかの態様において、前記パルス変調制御は、PFM制御である、スイッチング電源装置である。
<7th aspect of the present invention>
A seventh aspect of the present invention is a switching power supply device in which the pulse modulation control is PFM control in any one of the first to fifth aspects of the present invention described above.
本発明の第7の態様に係るスイッチング電源装置によれば、PFM制御方式が採用されたスイッチング電源装置に対して次回変調量の補正を行うことができる。 According to the switching power supply device according to the seventh aspect of the present invention, it is possible to correct the next modulation amount for the switching power supply device in which the PFM control method is adopted.
本発明によれば、入力電圧が急激に変動する場合であっても出力電圧の変動を抑制することができるスイッチング電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply device capable of suppressing fluctuations in the output voltage even when the input voltage fluctuates abruptly.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the contents described below, and can be arbitrarily modified and implemented without changing the gist thereof. In addition, the drawings used for explaining the embodiments are all schematically showing the constituent members, and are partially emphasized, enlarged, reduced, or omitted in order to deepen the understanding of the constituent members. It may not accurately represent the scale or shape.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るスイッチング電源装置1の構成を示す回路図である。スイッチング電源装置1は、本実施形態においては、2つの入力端子TINに外部電源2が接続され、2つの出力端子TOUTに外部負荷3が接続されることにより、外部電源2から入力される直流の入力電圧Vinを所望の目標電圧VTARGETに変換して外部負荷3へ安定した直流の出力電圧Voutを出力する所謂DC−DCコンバータである。スイッチング電源装置1は、電力の変換を行うスイッチング回路10、スイッチング回路10のスイッチング素子SWを駆動するドライバ回路20、及びスイッチング回路10の入出力電圧に基づいてドライバ回路20を制御する制御部30を備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching
スイッチング回路10は、入力コンデンサCIN、スイッチング素子SW、チョークコイルL、転流ダイオードD、及び出力コンデンサCOUTを含む。
The switching
入力コンデンサCINは、一端が高電位側の入力端子TINに接続され、他端が低電位側の入力端子TINに接続されることにより、外部電源2から一対の入力端子に入力された入力電圧Vinの変動を抑制する。
One end of the input capacitor C IN is connected to the input terminal T IN on the high potential side, and the other end is connected to the input terminal T IN on the low potential side, so that the input capacitor C IN is input to the pair of input terminals from the
スイッチング素子SWは、本実施形態においては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)からなり、ドレインが高電位側の入力端子TINに接続され、ソースがチョークコイルLを介して高電位側の出力端子TOUTに接続されている。そして、スイッチング素子SWは、後述するように、ドライバ回路20からのパルス信号がゲートに入力されることによりパルス変調制御される。尚、スイッチング素子SWは、公知のバイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などの他の素子であってもよい。
In this embodiment, the switching element SW is composed of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), the drain is connected to the input terminal T IN on the high potential side, and the source is the choke coil L. It is connected to the output terminal T OUT on the high potential side via. Then, as will be described later, the switching element SW is pulse-modulated controlled by inputting a pulse signal from the
チョークコイルLは、スイッチング素子SWがONの状態において、スイッチング素子SWから高電位側の出力端子TOUTへ流れる電流によりエネルギーを蓄える。転流ダイオードDは、例えばショットキバリアダイオードからなり、アノードが入力コンデンサCINと低電位側の入力端子TINとの接続点に接続され、カソードがスイッチング素子SWとチョークコイルLとの接続点に接続されている。転流ダイオードDは、スイッチング素子SWがOFFの状態において順方向電流が流れることにより、チョークコイルLに蓄えられたエネルギーを開放する。 The choke coil L stores energy by the current flowing from the switching element SW to the output terminal T OUT on the high potential side when the switching element SW is ON. The commutation diode D is composed of, for example, a Schottky barrier diode, the anode is connected to the connection point between the input capacitor C IN and the input terminal T IN on the low potential side, and the cathode is the connection point between the switching element SW and the choke coil L. It is connected. The commutation diode D releases the energy stored in the choke coil L by flowing a forward current in a state where the switching element SW is OFF.
出力コンデンサCOUTは、一端がチョークコイルLと高電位側の出力端子TOUTとの接続点に接続され、他端が転流ダイオードDのアノードと低電位側の出力端子TOUTとの接続点に接続されている。 One end of the output capacitor C OUT is connected to the connection point between the choke coil L and the output terminal T OUT on the high potential side, and the other end is the connection point between the anode of the commutation diode D and the output terminal T OUT on the low potential side. It is connected to the.
本実施形態におけるスイッチング回路10は、スイッチング素子SWに対するPWM制御(PWM:Pulse Width Modulation)により、入力電圧Vinを降圧して出力電圧Voutを出力することができる。ただし、スイッチング素子SWに対するパルス変調制御は、PWM制御に限定されるものではなく、用途に応じてPFM制御(PFM:Pulse Frequency Modulation)としてもよい。
The switching
また、本発明に係るスイッチング回路10は、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、スイッチング回路10は、外部電源2から交流電力が入力される場合にはAC−DCコンバータとして構成してもよく、また、入力電圧Vinを昇圧して出力電圧Voutを形成してもよい。さらに、スイッチング回路10は、ダイオード整流に限られず、転流ダイオードDに替えてスイッチング素子を採用した同期整流であってもよい。また、スイッチング回路10は、絶縁トランスを介した絶縁型のDC−DCコンバータであってもよく、所謂フライバック方式、フォーワード方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式、及びフルブリッジ方式などの様々な形態の回路構成を採用することができる。
Further, the switching
ドライバ回路20は、制御部30の出力信号に基づいてスイッチング素子SWのゲートにパルス電圧を出力することにより、スイッチング回路10の出力電圧Voutが目標電圧VTARGETとなるよう制御する。
The
制御部30は、例えば公知のマイコン制御回路からなり、外部電源2からスイッチング回路10へ入力される入力電圧Vin、及びスイッチング回路10から外部負荷へ出力される出力電圧Voutを検出すると共に、目標電圧VTARGETに対して出力電圧Voutが変動しないようにドライバ回路20を介してスイッチング素子SWを制御するためのパルス変調制御を行う。また、本実施形態の制御部30は、入力用ADC31、出力用ADC32、演算部33、及びパルス生成部34を含む。
The
入力用ADC31は、高電位側の入力端子TINと入力コンデンサCINとの接続点において入力電圧Vinを検出し、アナログ値をデジタル値に変換して演算部33に取り込むためのADコンバータである。尚、入力用ADC31は、入力電圧Vinをより高精度に取得する場合には、高電位側の入力端子TINに加えて低電位側の入力端子TINに接続されてもよい。
The
出力用ADC32は、スイッチング回路10の出力電圧Voutを取得するために、高電位側の出力端子TOUTから電圧Vsense(+)を検出すると共に、低電位側の出力端子TOUTから電圧Vsense(−)を検出し、アナログ値をデジタル値に変換して演算部33に取り込むためのADコンバータである。尚、出力用ADC32は、高電位側の出力端子TOUTにおける電圧Vsense(+)のみを検出して出力電圧Voutとしてもよい。
Output ADC32, in order to obtain the output voltage Vout of the switching
演算部33は、入力用ADC31及び出力用ADC32から入力されたスイッチング回路10の入出力電圧に基づいて、出力電圧Voutが目標電圧VTARGETとなるように、スイッチング素子SWを変調制御するためのパルス系列の変調量を演算する。このとき、演算部33は、パルス変調制御の動作周波数でスイッチング回路10の入出力電圧をサンプリングする。演算部33の具体的な構成及び動作については詳細を後述する。
The
パルス生成部34は、演算部33が演算した変調量の情報に基づいてパルス系列を生成し、ドライバ回路20に対して当該パルス系列を出力する。
The
次に、上記した演算部33の構成及び動作について、より具体的に説明する。図2は、演算部33における変調量の演算を表すブロック線図である。演算部33は、変調量演算部40及び変調量補正部50を含む。
Next, the configuration and operation of the
変調量演算部40は、第1加算器41、第2加算器42、及び補償器43を含み、スイッチング回路10の出力電圧Voutをフィードバックしてスイッチング素子SWを駆動するためのパルス系列を変調制御するための変調量を演算する。
The modulation
第1加算器41は、出力用ADC32を介して検出されるスイッチング回路10の電圧Vsense(+)と電圧Vsense(−)との差により出力電圧Voutを算出して第2加算器42に出力する。また、第2加算器42は、目標電圧VTARGETに対応する基準電圧Vrefと第1加算器41から出力される出力電圧Voutの値との差により、出力電圧Voutと目標電圧VTARGETとの誤差(Error)を算出して補償器43に出力する。
The
補償器43は、演算部33が出力した前回の変調量による出力電圧Voutに基づいて、誤差(Error)が0になるように次回の変調量を算出してパルス生成部34に出力する。本実施形態における補償器43は、PWM制御方式が採用されているため、パルス系列のDutyを変調量として出力している。尚、補償器43がPFM制御方式を採用する場合には、パルス系列の周波数を変調量として出力することになる。
The
変調量補正部50は、デジタルハイパスフィルタ51、第3加算器52、第2増幅器53、判定部54、第1増幅器55、及び第4加算器56を含み、補償器43が出力する変調量を必要に応じて補正する。
The modulation
デジタルハイパスフィルタ51は、入力用ADC31を介して取得される入力電圧Vinの変化量ΔVinを算出して判定部54に出力する。第3加算器52は、入力電圧Vinに対する所定の上限値Vkと入力電圧Vinとの差分値dを算出する。第2増幅器53は、差分値dに所定の第2ゲインG2を乗じて補正係数c=(Vk−Vin)×G2を算出して判定部54に出力する。
The digital high-
ここで、上限値Vkとは、入力電圧Vinとして入力され得る最大の電圧をVinMaxとした場合に、VinMax以下の値として予め任意に設定される閾値であり、入力電圧Vinが低下するほど補正係数cが上昇するように設定される。また、第2ゲインG2とは、補正係数cの上昇率を規定するために予め任意に設定されるパラメータである。尚、本実施形態においては、例えば、Vk=VinMax×0.7、G2=0.025としている。 Here, the upper limit value Vk is a threshold value arbitrarily set in advance as a value equal to or less than VinMax when the maximum voltage that can be input as the input voltage Vin is VinMax, and the correction coefficient as the input voltage Vin decreases. c is set to rise. The second gain G2 is a parameter that is arbitrarily set in advance to define the rate of increase of the correction coefficient c. In this embodiment, for example, Vk = VinMax × 0.7 and G2 = 0.025.
判定部54は、入力電圧Vinの変化量ΔVinを所定の変化量閾値Vsetと比較することにより、変調量演算部40が出力する次回変調量に対する補正の要否を判定する。より具体的には、判定部54は、変化量ΔVinの絶対値が変化量閾値Vset以上の場合に、入力電圧Vinの急変が発生したものとして次回変調量の補正が必要であると判定し、変化量ΔVinの絶対値が変化量閾値Vset未満の場合に、次回変調量の補正が不要であると判定する。
The
ここで、変化量閾値Vsetとは、入力電圧Vinの許容可能な変動幅を規定するために予め任意に設定される閾値であり、本実施形態においては例えばVset=0.1として設定されている。 Here, the change amount threshold value Vset is a threshold value arbitrarily set in advance in order to define the allowable fluctuation range of the input voltage Vin, and is set as, for example, Vset = 0.1 in the present embodiment. ..
そして、判定部54は、変化量ΔVinの絶対値の大きさに基づいて、次に示す出力値yを第1増幅器55に出力する。
|ΔVin|≧Vsetの場合、y=ΔVin×c=ΔVin×(Vk−Vin)×G2
|ΔVin|<Vsetの場合、y=0
Then, the
When | ΔVin | ≧ Vset, y = ΔVin × c = ΔVin × (Vk−Vin) × G2
When | ΔVin | <Vset, y = 0
第1増幅器55は、判定部54が出力する出力値yと所定の第1ゲインG1とを乗じて補正値xを算出し、第4加算器56に出力する。ここで、第1ゲインG1とは、変化量ΔVinに対する補正値xの上昇率を規定するために予め任意に設定されるパラメータであり、本実施形態においては例えばG1=2.5として設定されている。これにより、第1増幅器55は、変化量ΔVinの絶対値の大きさに基づいて、次に示す補正値xを第4加算器56に出力することになる。
|ΔVin|≧Vsetの場合、x=ΔVin×(Vk−Vin)×G2×G1
|ΔVin|<Vsetの場合、x=0
The
When | ΔVin | ≧ Vset, x = ΔVin × (Vk−Vin) × G2 × G1
When | ΔVin | <Vset, x = 0
第4加算器56は、補償器43が出力する前回変調量と第1増幅器55から出力される補正値xとの差分を補償器43に入力する。これにより、補償器43は、入力電圧Vinが変化量閾値Vsetを基準として急変した場合に、補正値xにより補正された前回変調量が入力され、補正後の前回変調量に基づいて次回変調量を算出するフィードフォーワード制御により、速やかに出力電圧Voutの変動を抑制するパルス変調制御を行うことができる。
The
図3は、入力電圧Vin及び変化量ΔVinに対する補正値xの一例を表す図である。より具体的には、図3は、変化量ΔVinが±0.4及び±0.2のそれぞれの場合において、入力電圧Vinと補正値xとの関係を表している。尚、横軸については、最大入力電圧VinMaxに対する入力電圧Vinの相対比率として示している。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a correction value x with respect to an input voltage Vin and a change amount ΔVin. More specifically, FIG. 3 shows the relationship between the input voltage Vin and the correction value x when the amount of change ΔVin is ± 0.4 and ± 0.2, respectively. The horizontal axis is shown as the relative ratio of the input voltage Vin to the maximum input voltage VinMax.
図3に見られるように、例えば変化量ΔVinが±0.4である場合には、Vin/VinMaxの値が0.6以下に低下するまでは、補正値xを0に維持して変調量に対する補正を行わないよう設定されている。また、Vin/VinMaxの値が低下するにつれ、補正値xの絶対値が大きくなるよう設定されており、このとき変化量ΔVinの変動幅が大きいほど補正値xの傾斜も大きくなるよう設定されている。 As seen in FIG. 3, for example, when the change amount ΔVin is ± 0.4, the correction value x is maintained at 0 and the modulation amount is maintained until the Vin / VinMax value drops to 0.6 or less. Is set not to be corrected for. Further, the absolute value of the correction value x is set to increase as the value of Vin / VinMax decreases, and at this time, the inclination of the correction value x is set to increase as the fluctuation range of the change amount ΔVin increases. There is.
ここで、本実施形態においては、変調量補正部50は、変化量ΔVinが正値又は負値のいずれであっても、その絶対値が変化量閾値Vset以上の場合に0以外の補正値xを出力しているが、他の機能との兼ね合いによっては、変化量ΔVinの符号により一方を無効化してもよい。より具体的には、例えば入力電圧Vinが変化量閾値Vset以上に上昇したときに、所定期間に亘りパルスをスキップする機能を補償器43が備えている場合には、変調量補正部50についても当該所定期間に亘り補正値xの出力を停止するよう設定してもよい。
Here, in the present embodiment, the modulation
続いて、本発明の効果について、図4及び図5を参照しながら説明する。図4は、変調量補正部50を備えない場合の入力電圧Vin及び出力電圧Voutの波形図である。また、図5は、本発明の第1実施形態に係るスイッチング電源装置1の入力電圧Vin及び出力電圧Voutの波形図である。図4及び図5においては、入力電圧Vinが急激に低下したタイミングからの経過時間を横軸で表し、図の下半分及び上半分のそれぞれにおいて入力電圧Vin及び出力電圧Voutの変化を表している。
Subsequently, the effect of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a waveform diagram of an input voltage Vin and an output voltage Vout when the modulation
図4に見られるように、変調量補正部50による補正が行われない場合には、入力電圧Vinが48Vから36Vに急激に低下した場合に、出力電圧Voutも50Vから約30Vまで大幅に低下し、出力電圧Voutが入力変動前の電圧に回復するまで約4.6msの時間を要していることが確認できる。
As can be seen in FIG. 4, when the correction by the modulation
これに対し、図5に見られるように、変調量補正部50による補正が行われる場合には、入力電圧Vinが48Vから36Vに急激に低下した場合であっても、出力電圧Voutが50Vから約40Vへの低下として低下幅が抑制され、出力電圧Voutが入力変動前の電圧に回復するまでの時間が約0.8msまで短縮されていることが確認できる。
On the other hand, as seen in FIG. 5, when the correction by the modulation
以上のように、本発明に係るスイッチング電源装置1は、パルス変調制御においてフィードフォーワードにより変調量を補正しているため、入力電圧Vinの急激な変動に対しても比較的速やかに出力電圧Voutの変動を抑制することができる。このため、出力電圧Voutは、その低下幅を最小限に抑えられるほか、短時間で入力変動前の電圧に回復することができる。また、次回変調量の補正は、演算に除算が使用されないため高速処理が可能となる。このとき、スイッチング電源装置1は、入力電圧Vinの変化量ΔVinが変化量閾値Vsetを超えるまでは、次回変調量に対する補正が不要であるとして補正値xを0に維持する。これにより、変調量補正部50は、急激な入力変動を受けない通常動作時には、出力電圧Voutに基づく変調量演算部40のフィードバック制御に干渉せず、出力電圧Voutの安定化を妨げないようにすることができる。従って、本発明の第1実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、入力電圧Vinが急激に変動する場合であっても出力電圧Voutの変動を抑制することができる。
As described above, since the switching
<第2実施形態>
続いて、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係るスイッチング電源装置1は、上記の第1実施形態における変化量閾値Vsetの設定方法が第1実施形態とは異なる。以下、第1実施形態と異なる部分について説明することとし、第1実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
Subsequently, the second embodiment of the present invention will be described. The switching
図6は、本発明の第2実施形態に係る入力電圧Vin及び変化量ΔVinに対する補正値xの一例を表す図である。第2実施形態に係るスイッチング電源装置1においては、変調量演算部40が出力する変調量に対する補正が必要か否かを判定するための変化量閾値Vsetが変化量ΔVinの符号によって異なる。すなわち、第2実施形態に係る変化量閾値Vsetは、入力電圧Vinの変化量ΔVinが正値である場合に適用される入力上昇閾値と、入力電圧Vinの変化量ΔVinが負値である場合に適用される入力下降閾値と、を含む。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a correction value x with respect to an input voltage Vin and a change amount ΔVin according to the second embodiment of the present invention. In the switching
入力電圧Vinは、変化量ΔVinの変動幅が同じ場合であっても、急激に下降する場合と比較して急激に上昇する場合の方が、耐圧超過によりスイッチング電源装置1の各電子部品を損傷させてしまうリスクが高い場合が多い。そのため、変化量ΔVinの符号によって変化量閾値Vsetを異なる値に設定しておくことにより、条件に応じて変調量に対する補正の要否をより適切に判定することができる。
Even if the fluctuation range of the amount of change ΔVin is the same, the input voltage Vin is damaged in each electronic component of the switching
より具体的には、例えば図6の例においては、入力電圧Vinが急激に低下する場合に、Vin/VinMaxの値が0.5以下に低下するまでは補正値xを0に維持して変調量に対する補正を行わないよう設定されている。一方、入力電圧Vinが急激に上昇する場合には、Vin/VinMaxの値が0.6まで低下した時点で、補正値xを出力して変調量に対する補正を行うよう設定されている。従って、本発明の第2実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、入力電圧Vinの急激な変動により部品が損傷する虞を低減しつつ、次回変調量に対する補正をできる限り抑制して通常動作時における出力変動を抑制することができる。
More specifically, for example, in the example of FIG. 6, when the input voltage Vin drops sharply, the correction value x is maintained at 0 for modulation until the value of Vin / VinMax drops to 0.5 or less. It is set not to correct the amount. On the other hand, when the input voltage Vin rises sharply, the correction value x is output and the modulation amount is corrected when the value of Vin / VinMax drops to 0.6. Therefore, according to the switching
1 スイッチング電源装置
2 外部電源
3 外部負荷
10 スイッチング回路
30 制御部
33 演算部
40 変調量演算部
43 補償器
50 変調量補正部
51 デジタルハイパスフィルタ
54 判定部
SW スイッチング素子
1
Claims (7)
前記スイッチング回路の出力電圧に基づいて前記パルス変調制御の次回変調量を演算する変調量演算部と、
前記入力電圧の変化量と所定の変化量閾値との比較に基づいて前記次回変調量に対する補正の要否を判定し、前記次回変調量の補正が必要な場合に、所定の第1ゲインと前記変化量とを乗じて得られる補正値を前記変調量演算部へ出力する変調量補正部と、を備え、
前記変調量演算部は、前記補正値により補正された前回変調量で前記次回変調量を補正する、スイッチング電源装置。 A switching circuit that converts the input voltage to the target voltage by pulse modulation control of the switching element and outputs it,
A modulation amount calculation unit that calculates the next modulation amount of the pulse modulation control based on the output voltage of the switching circuit, and
The necessity of correction for the next modulation amount is determined based on the comparison between the change amount of the input voltage and the predetermined change amount threshold, and when the correction of the next modulation amount is necessary, the predetermined first gain and the predetermined first gain and the above. A modulation amount correction unit that outputs a correction value obtained by multiplying the change amount to the modulation amount calculation unit is provided.
The modulation amount calculation unit is a switching power supply device that corrects the next modulation amount with the previous modulation amount corrected by the correction value.
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