JP4510569B2 - Digital converter and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、昇圧チョッパを用いたデジタルコンバータに関し、特に、一般のコイルを使用しても精密なPWM制御が実現でき、しかも負荷変動などにも適切に対応できる装置及びその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a digital converter using a step-up chopper, and more particularly to a device that can realize precise PWM control even when a general coil is used, and can appropriately cope with load fluctuations, and a control method therefor. .

出願人は、精密なPWM制御が実現できる類似出願を既に特許出願している(特許文献1)。この特許出願は、安価な一般のコイルも使用可能な簡易な構成でありながら、入力電流の広い範囲で精密な制御が可能なデジタルコンバータを提案したものであり、周波数20KHz程度で繰り返される制御サイクル毎に、コイル入力電流、交流入力電圧、直流出力電圧を計測しており、その計測値に基づいて次回の制御サイクルにおけるPWM制御の制御オン時間を決定している。
特願2004−268135
The applicant has already applied for a similar application that can realize precise PWM control (Patent Document 1). This patent application proposes a digital converter capable of precise control over a wide range of input current while having a simple configuration that can also use inexpensive general coils, and a control cycle that is repeated at a frequency of about 20 KHz. Every time, the coil input current, the AC input voltage, and the DC output voltage are measured, and the control ON time of the PWM control in the next control cycle is determined based on the measured values.
Japanese Patent Application No. 2004-268135

しかしながら、上記の発明には、負荷急変時などの対策に更に改善の余地があった。すなわち、上記の発明は、制御アルゴリズムの一部がPI制御で構成されている関係などから、負荷の急変時などに必ずしも迅速に応答できず、出力直流電圧が基準値を大きく上回ってしまうおそれがあった。   However, in the above-described invention, there is room for further improvement in measures against a sudden load change or the like. That is, in the above invention, because a part of the control algorithm is configured by PI control, it is not always possible to respond quickly when the load suddenly changes, and the output DC voltage may greatly exceed the reference value. there were.

このようなオーバシュートは、時間の経過と共にやがて解消されるが、その間にスイッチング素子などの破壊の可能性もあるので、適切な対策を採ることが望ましい。その対策として、出力側に設ける平滑コンデンサを大容量化することは考えられるが、これでは装置の大型化やコスト増の弊害の方が大きい。   Such overshoot will eventually be resolved with the passage of time, but since there is a possibility of destruction of the switching element or the like during that time, it is desirable to take appropriate measures. As a countermeasure, it is conceivable to increase the capacity of the smoothing capacitor provided on the output side. However, this has a greater negative effect of increasing the size and cost of the apparatus.

また、電源投入直後のような過渡状態では、出力電圧が低いなどの理由から制御アルゴルズムで算出されるPWM波のデューティ比が大きくなるので、この算出値をそのまま適用すると、上記と同様のオーバシュートの問題が生じる。なお、このようなオーバシュートの問題は、電源投入時に限らず、瞬時停電からの復帰時などにも生じるおそれがある。   Also, in a transient state immediately after the power is turned on, the PWM wave duty ratio calculated by the control algorithm becomes large because the output voltage is low. If this calculated value is applied as it is, an overshoot similar to the above will occur. Problem arises. Such an overshoot problem may occur not only when the power is turned on, but also when returning from an instantaneous power failure.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、安価な一般のコイルも使用可能な簡易な構成でありながら、入力電流の広い範囲で精密な制御が可能であるという特徴を生かしつつ、負荷急変時や電源投入時などの対策が十分なデジタルコンバータ及びその制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and is characterized in that precise control is possible over a wide range of input current while having a simple configuration in which an inexpensive general coil can be used. It is an object of the present invention to provide a digital converter and a control method therefor that are sufficient to take measures such as sudden load changes and power on.

上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、コイル及びスイッチング素子を備えた昇圧チョッパと、前記コイルに入力電流を供給する整流回路と、前記スイッチング素子を所定の制御サイクルでPWM制御するコンピュータ回路とを有するデジタルコンバータであって、定常状態では、コイルへの入力電流が制御サイクル中に途切れない連続モードか、制御サイクルの途中で途絶える不連続モードかを判定して、その判定結果に基づく異なるアルゴリズムでPWM制御を行う一方、出力直流電圧が増加して上向き限界値を超えると、PWM制御を停止して出力直流電圧を迅速に降下させるようにしている。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to a step-up chopper provided with a coil and a switching element, a rectifier circuit for supplying an input current to the coil, and PWM control of the switching element in a predetermined control cycle. In a steady state, a digital converter having a computer circuit that determines whether the input current to the coil is a continuous mode in which the current is not interrupted during the control cycle or a discontinuous mode in which the current is interrupted in the middle of the control cycle. On the other hand, when the output DC voltage increases and exceeds the upward limit value, the PWM control is stopped and the output DC voltage is rapidly lowered when the output DC voltage increases and exceeds the upper limit value.

本発明では、出力直流電圧が上向き限界値を超えるか否かを監視して、上向き基準値を超えた場合には、PWM制御を停止して出力直流電圧を強制的に降下させるので、出力側に設ける平滑コンデンサを大容量化することなく、スイッチング素子などの破壊が防止される。なお、上向き限界値は、適宜な値が採用されるが、好ましくは、出力直流電圧の基準値Vo(目標値)に、コイルでの昇圧量αの2倍程度を加算した値(≒Vo+2×α)に設定される。そして、コイルの昇圧量は、好ましくは、5〜30V程度に設定される。   In the present invention, whether or not the output DC voltage exceeds the upward limit value is monitored, and if it exceeds the upward reference value, the PWM control is stopped and the output DC voltage is forcibly dropped. The switching element or the like can be prevented from being destroyed without increasing the capacity of the smoothing capacitor provided in the circuit. An appropriate value is adopted as the upward limit value. Preferably, a value obtained by adding about twice the boost amount α in the coil to the reference value Vo (target value) of the output DC voltage (≈Vo + 2 × α). The boosting amount of the coil is preferably set to about 5 to 30V.

また、請求項2に係る発明は、コイル及びスイッチング素子を備えた昇圧チョッパと、前記コイルに入力電流を供給する整流回路と、前記スイッチング素子を所定の制御サイクルでPWM制御するコンピュータ回路とを有するデジタルコンバータであって、定常状態では、コイルへの入力電流が制御サイクル中に途切れない連続モードか、制御サイクルの途中で途絶える不連続モードかを判定して、その判定結果に基づく異なるアルゴリズムでPWM制御を行う一方、前記定常状態に至るまでの過渡状態では、前記アルゴリズムで算出された本来の制御時間を補正してPWM制御を行うようにしている。   The invention according to claim 2 includes a step-up chopper provided with a coil and a switching element, a rectifier circuit that supplies an input current to the coil, and a computer circuit that PWM-controls the switching element in a predetermined control cycle. It is a digital converter, and in steady state, it is determined whether the input current to the coil is a continuous mode in which the current is not interrupted during the control cycle or a discontinuous mode in which the current is interrupted in the middle of the control cycle. While the control is performed, in the transient state up to the steady state, the original control time calculated by the algorithm is corrected and the PWM control is performed.

前記過渡状態は、典型的には、前記コンピュータ回路が動作を開始してから所定時間が経過するまでの時間帯を意味する。ここで「コンピュータ回路が動作を開始する」とは、典型的には、CPUがリセットされた状態を意味し、電源投入時や瞬時停電からの復帰時がこれに該当する。また、「コンピュータ回路が動作を開始する状態」には、プログラムの暴走状態を監視するウォッチドックタイマが起動してCPUがリセットされる状態を含んでも良い。   The transient state typically means a time period from when the computer circuit starts to operate until a predetermined time elapses. Here, “the computer circuit starts to operate” typically means a state in which the CPU is reset, and this corresponds to the time when the power is turned on or the time of recovery from an instantaneous power failure. The “state in which the computer circuit starts operating” may include a state in which a CPU is reset by starting a watchdog timer that monitors a program runaway state.

また過渡状態の別の典型例として、PWM制御を停止して出力直流電圧を降下させた結果、下向き限界値を下回った後、所定時間が経過するまでの時間帯を挙げることができる。このような過渡状態が生じるためには、PWM制御を停止する動作を先行させる必要があるが、先行動作としては、出力直流電圧が増加して上向き限界値を超えることを条件に、PWM制御を停止させるのが効果的である。ここで、PWM制御を停止するとは、スイッチング素子をOFF状態に維持することを意味する。なお、下向き限界値は、簡易的には、上向き限界値と同一値が選択される。   Another typical example of the transient state is a time period from when the PWM control is stopped and the output DC voltage is lowered to fall below the downward limit value until a predetermined time elapses. In order to generate such a transient state, it is necessary to precede the operation for stopping the PWM control. However, as the preceding operation, the PWM control is performed on the condition that the output DC voltage increases and exceeds the upward limit value. It is effective to stop. Here, stopping the PWM control means maintaining the switching element in the OFF state. For simplicity, the same value as the upward limit value is selected as the downward limit value.

いずれにしても、前記過渡状態では、時間の経過と共に、本来の制御時間に近づける補正アルゴリズムが採用するのが好適である。補正アルゴリズムとしては、経過時間に対応して、制御時間(PWM波のデューティ比を規定する時間)の最大値の規定し、算出された本来の制御時間を、前記の最大値を超えないように制限すればよい。   In any case, in the transient state, it is preferable to employ a correction algorithm that approaches the original control time as time passes. As the correction algorithm, the maximum value of the control time (time for specifying the duty ratio of the PWM wave) is specified corresponding to the elapsed time, and the calculated original control time is set not to exceed the maximum value. Limit it.

また、本発明は、上記各発明の動作を実現する制御方法であり、言い換えると、請求項1〜3に記載の各技術的要素を具備するデジタルコンバータの制御方法である。   The present invention is also a control method for realizing the operation of each of the above inventions. In other words, the present invention is a control method for a digital converter including the technical elements according to claims 1 to 3.

上記各発明において、連続モードか不連続モードかの判定は、前記計測サイクルにおける、コイル充電開始電流Iv(n−2)、昇圧チョッパへの交流入力電圧Vac(n−1)、及び昇圧チョッパの直流出力電圧Vdc(n−1)の各計測値と、前記計測サイクルにおけるPMW波の制御時間とコイルのインダクタンス値とに基づいて決定されるのが好ましい。この場合、前記インダクタンス値は、前記計測サイクルにおけるコイル電流の計測値に対応して補正されるのが好ましい。   In each of the above inventions, the determination of whether the mode is continuous mode or discontinuous mode is performed by determining whether the coil charging start current Iv (n−2), the AC input voltage Vac (n−1) to the boost chopper, and the boost chopper in the measurement cycle. It is preferably determined based on each measured value of the DC output voltage Vdc (n−1), the control time of the PMW wave in the measurement cycle, and the inductance value of the coil. In this case, it is preferable that the inductance value is corrected corresponding to the measured value of the coil current in the measurement cycle.

本発明は、好ましくは、連続モードか不連続モードかの判定結果に対応する演算式を用いて、次回以降の制御サイクルにおけるPMW波の制御時間Ton(n)を決定している。また、次回以降の制御サイクルにおけるPMW波の制御時間Ton(n)は、次回の制御サイクルにおける、コイル平均電流の予測値Iav(n)を演算要素にして決定されるのが好ましい。更にまた、前記コイル平均電流の予測値Iav(n)は、前記交流入力電圧の予測値Vac(n)と積算パラメータβとの積算で決定され、前記積算パラメータβは、直流出力電圧Vdcの目標値Voとの偏差VerrによるPI(Proportional-Integral)制御で決定されるのが好ましい。   In the present invention, preferably, the control time Ton (n) of the PMW wave in the next and subsequent control cycles is determined using an arithmetic expression corresponding to the determination result of the continuous mode or the discontinuous mode. Further, it is preferable that the control time Ton (n) of the PMW wave in the subsequent control cycle is determined by using the predicted value Iav (n) of the coil average current in the next control cycle as an arithmetic element. Furthermore, the predicted value Iav (n) of the coil average current is determined by the integration of the predicted value Vac (n) of the AC input voltage and the integration parameter β, and the integration parameter β is the target of the DC output voltage Vdc. It is preferably determined by PI (Proportional-Integral) control based on a deviation Verr with respect to the value Vo.

以上説明した本発明によれば、簡易な構成でありながら、入力電流の広い範囲で精密なPWM制御が可能である。しかも、大容量の平滑コンデンサを使用しなくても、負荷変動などにも適切に対応できて、オーバシュートによるスイッチング素子などの破壊が防止される。   According to the present invention described above, it is possible to perform precise PWM control over a wide range of input current with a simple configuration. In addition, even if a large-capacity smoothing capacitor is not used, it is possible to appropriately cope with load fluctuations and the like, and destruction of the switching element due to overshoot is prevented.

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1は、ソフトウェア制御によるデジタルコンバータを示す回路構成図であり、実施例のデジタルコンバータは、モータ制御システムの一部として組み込まれている。すなわち、本実施例のコンバータ1では、単相交流電圧(例えば200V)が全波整流回路2で整流されて脈流となった後、ワンチップマイコン3によってPWM(Pulse Width Modulation)制御される昇圧チョッパ4によって所定の直流電圧Vdc(例えば350V)に変換される。そして、三相モータMは、ワンチップマイコン3に制御されるインバータ回路5によって駆動される。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a digital converter under software control. The digital converter of the embodiment is incorporated as a part of a motor control system. That is, in the converter 1 of this embodiment, a single-phase AC voltage (for example, 200 V) is rectified by the full-wave rectifier circuit 2 to become a pulsating current, and then boosted by PWM (Pulse Width Modulation) control by the one-chip microcomputer 3 The chopper 4 converts the voltage into a predetermined DC voltage Vdc (for example, 350 V). The three-phase motor M is driven by an inverter circuit 5 controlled by the one-chip microcomputer 3.

昇圧チョッパ4は、コイルLとコンデンサCとスイッチング素子Qと電流検出用シャント抵抗rとで構成され、コイルLとコンデンサCとシャント抵抗rとが直列接続され、コンデンサCには、コンデンサCを短絡させるスイッチング素子Qが並列接続されている。そして、昇圧チョッパ4の入力電流は、コイルLに向かって流れ込み、シャント抵抗rを通して帰還する。なお、この実施例では、スイッチング素子Qとして、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を使用している。   The step-up chopper 4 includes a coil L, a capacitor C, a switching element Q, and a shunt resistor r for current detection. The coil L, the capacitor C, and a shunt resistor r are connected in series, and the capacitor C is short-circuited to the capacitor C. Switching elements Q to be connected are connected in parallel. The input current of the boost chopper 4 flows toward the coil L and returns through the shunt resistor r. In this embodiment, an insulated gate bipolar transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as the switching element Q.

図示の通り、ワンチップマイコン3には、信号入力部IN1〜IN3を通して、それぞれ入力電流Iと入力交流電圧Vacと出力直流電圧Vdcが入力されており、内蔵されたA/DコンバータAD1〜AD4によって、それぞれデジタル変換されている。なお、A/DコンバータAD1とA/DコンバータAD4は、同じ入力電流Iを異なるタイミングで取得している。ここで、信号入力部IN1は、シャント抵抗rの両端電圧を受けるOPアンプ回路で構成されており、シャント抵抗rと合わせて、電流検出センサとして機能している。また、信号入力部IN2及び信号入力部IN3は、抵抗分圧回路とOPアンプ増幅回路とで構成されている。   As shown in the figure, the input current I, the input AC voltage Vac, and the output DC voltage Vdc are input to the one-chip microcomputer 3 through the signal input units IN1 to IN3, respectively, and the built-in A / D converters AD1 to AD4 are used. , Each has been digitally converted. The A / D converter AD1 and the A / D converter AD4 acquire the same input current I at different timings. Here, the signal input unit IN1 is composed of an OP amplifier circuit that receives the voltage across the shunt resistor r, and functions as a current detection sensor together with the shunt resistor r. Further, the signal input unit IN2 and the signal input unit IN3 are configured by a resistance voltage dividing circuit and an OP amplifier amplifier circuit.

このような信号入力部IN1〜IN3及びA/DコンバータAD1〜AD4を通して取得されたデータは、ワンチップマイコン3によって処理されPWM信号のON時間(以下、制御オン時間という)が算出される。そして生成されたPWM信号は、出力ポートPTから信号出力部OUT1を通してスイッチング素子Qのゲートに供給される。なお、ワンチップマイコン3は、信号入力部IN4と信号出力部OUT2を介してインバータ回路5に接続されて、三相モータMをインバータ制御している。   The data acquired through the signal input units IN1 to IN3 and the A / D converters AD1 to AD4 are processed by the one-chip microcomputer 3 to calculate the PWM signal ON time (hereinafter referred to as control on time). The generated PWM signal is supplied from the output port PT to the gate of the switching element Q through the signal output unit OUT1. The one-chip microcomputer 3 is connected to the inverter circuit 5 through the signal input unit IN4 and the signal output unit OUT2, and controls the three-phase motor M by inverter.

以下、スイッチング素子QをPWM波でON/OFF制御する本実施例の動作原理について説明する。図2は、ワンチップマイコン3から出力されるPWM波と、コイルLに流れる電流の関係を図示したタイムチャートである。図示の通り、コイルLにはコイル充電電流とコイル放電電流による三角波が流れるが、コイルLに蓄えられたエネルギーが十分であって連続的に電流が流れる連続モード(図2(a)参照)と、エネルギーが不十分であるため、電流が途中で途切れる不連続モード(図2(b)参照)とがある。   Hereinafter, the operation principle of this embodiment in which the switching element Q is ON / OFF controlled by the PWM wave will be described. FIG. 2 is a time chart illustrating the relationship between the PWM wave output from the one-chip microcomputer 3 and the current flowing through the coil L. As shown in the figure, a triangular wave due to the coil charging current and the coil discharging current flows through the coil L, but the energy stored in the coil L is sufficient and the continuous current flows (see FIG. 2A). Since there is insufficient energy, there is a discontinuous mode (see FIG. 2B) in which the current is interrupted in the middle.

本実施例では、何れの動作モードにあるかに応じて、異なるPWM制御を行っているので、先ず、動作モードを判定する判定式を説明する。図2のタイムチャートにおいて、今現在が、制御サイクル(n−1)であるとする。そして、この制御サイクル(n−1)中の計測値に基づいて、次の制御サイクル(n)における制御オン時間Ton(n)を決定することを考える。なお、交流入力電圧の周波数は50Hz又は60Hzであるが、十分迅速に制御するため、本実施例では、制御周期Tを50μSにしている。また、実施例の制御サイクルには、計測サイクルと非計測サイクルとが繰り返されるが(図13参照)、原理説明であるため、以下では、全ての制御サイクルが計測サイクルであると扱う。   In this embodiment, since different PWM control is performed depending on which operation mode is in use, first, a determination formula for determining the operation mode will be described. In the time chart of FIG. 2, it is assumed that the current time is the control cycle (n−1). Then, it is considered that the control on time Ton (n) in the next control cycle (n) is determined based on the measured value in the control cycle (n−1). Note that the frequency of the AC input voltage is 50 Hz or 60 Hz, but in order to control it sufficiently quickly, in this embodiment, the control cycle T is set to 50 μS. In addition, although the measurement cycle and the non-measurement cycle are repeated in the control cycle of the embodiment (see FIG. 13), since it is a principle explanation, hereinafter, all the control cycles are treated as measurement cycles.

コイル充電時(スイッチング素子ON)における回路方程式は、
Vac(n−1)=L×{Ip(n−1)−Iv(n−2)}/Ton(n−1)・・・(式1)となる。ここで、Iv(n−2)はコイル充電開始電流、Ip(n−1)はコイル充電ピーク電流、Ton(n−1)は制御オン時間であり、それぞれ制御サイクル(n−1)における値である。また、Vac(n−1)は制御サイクル(n−1)における入力電圧であるが、電源周波数に対して、制御周期(50μS)が十分短いのでVac(n−1)を一定値とみなすことができる。
The circuit equation during coil charging (switching element ON) is
Vac (n−1) = L × {Ip (n−1) −Iv (n−2)} / Ton (n−1) (Expression 1) Here, Iv (n-2) is a coil charging start current, Ip (n-1) is a coil charging peak current, and Ton (n-1) is a control ON time, and each value in the control cycle (n-1). It is. Vac (n-1) is an input voltage in the control cycle (n-1). Since the control cycle (50 μS) is sufficiently short with respect to the power supply frequency, Vac (n-1) is regarded as a constant value. Can do.

一方、コイル放電時(スイッチング素子OFF)における回路方程式は、
Vdc(n−1)−Vac(n−1)=L×{Ip(n−1)−Iv(n−1)}/Toff(n−1)・・・(式2)となる。ここで、Vdc(n−1)はコンデンサCの両端電圧、Iv(n−1)は今回の制御サイクル終了時のコイル電流(次回の制御サイクルのコイル充電開始電流)、Toff(n−1)はOFF時間であり、それぞれ制御サイクル(n−1)における値である。
On the other hand, the circuit equation at the time of coil discharge (switching element OFF) is
Vdc (n−1) −Vac (n−1) = L × {Ip (n−1) −Iv (n−1)} / Toff (n−1) (Expression 2) Here, Vdc (n-1) is the voltage across the capacitor C, Iv (n-1) is the coil current at the end of the current control cycle (coil charging start current of the next control cycle), Toff (n-1). Are OFF times, which are values in the control cycle (n−1), respectively.

(式1)及び(式2)からIp(n−1)を消去してIv(n−1)について解くと、
Iv(n−1)=Iv(n−2)+T/L×[{Vac(n−1)−Vdc(n−1)}+Ton(n−1)×Vdc(n−1)]・・・(式3)となる。なお、制御周期Tは、T=Ton(n−1)+Toff(n−1)である。
If Ip (n-1) is eliminated from (Equation 1) and (Equation 2) and Iv (n-1) is solved,
Iv (n−1) = Iv (n−2) + T / L × [{Vac (n−1) −Vdc (n−1)} + Ton (n−1) × Vdc (n−1)]... (Equation 3) The control period T is T = Ton (n−1) + Toff (n−1).

上記の(式3)において、Iv(n−1)>0であれば連続モード、Iv(n−1)=0であれば不連続モードとなる。但し、(式3)は、今回の制御サイクル(n−1)におけるコイル充電開始電流Iv(n−2)を用いて、次回の制御サイクル(n)におけるコイル充電開始電流Iv(n−1)を求めているので、充電開始電流Iv(n−2)が正確でないと、連続モードか不連続モードかの判定が狂うことになる。すなわち、Iv(n−2)を一つ手前の制御サイクルにおける制御オン時間(Ton(n−2))などに基づく予測演算によって決定したのでは、(式3)の演算によって誤差が累積されることになり、制御の指示値自体が目標から外れて発散してしまうおそれがある。そこで、この実施例では、制御サイクルごとに、コイル充電開始時の入力電流ad1を計測するようにしている。   In the above (Formula 3), if Iv (n−1)> 0, the continuous mode is selected, and if Iv (n−1) = 0, the discontinuous mode is selected. However, (Formula 3) uses the coil charging start current Iv (n-2) in the current control cycle (n-1), and the coil charging start current Iv (n-1) in the next control cycle (n). Therefore, if the charging start current Iv (n−2) is not accurate, the determination of the continuous mode or the discontinuous mode will be wrong. That is, if Iv (n−2) is determined by a prediction calculation based on the control on time (Ton (n−2)) in the immediately preceding control cycle, an error is accumulated by the calculation of (Equation 3). As a result, the control instruction value itself may diverge from the target. Therefore, in this embodiment, the input current ad1 at the start of coil charging is measured for each control cycle.

但し、制御サイクル開始時から入力電流の取得時までに不可避的に時間遅れTsが生じるので(図4(b)参照)、この時間遅れTsを考慮して計測値ad1を補正してコイル充電開始電流Iv(n−2)としている。今、制御サイクル(n−1)のTsのタイミングにおける電流計測値をad1とすると、コイル充電電流の傾斜(Δi/Δt)は、L×Δi/Δt=eの関係からΔi/Δt=e/Lである。ここで、eは電圧、iは電流、tは時間である。   However, since a time delay Ts inevitably occurs from the start of the control cycle to the time of acquisition of the input current (see FIG. 4B), the coil charge is started by correcting the measured value ad1 in consideration of this time delay Ts. The current is Iv (n−2). Assuming that the current measurement value at the timing Ts of the control cycle (n−1) is ad1, the slope (Δi / Δt) of the coil charging current is Δi / Δt = e / from the relationship of L × Δi / Δt = e. L. Here, e is voltage, i is current, and t is time.

したがって、時間遅れTsにおける電流増加量は、Vac(n−1)/L×Tsと算出することができ、この値を用いると、Iv(n−2)=ad1−Vac(n−1)/L×Ts・・・(式4)となる。そして、この(式4)を(式3)に代入すると、
Iv(n−1)=ad1−[Vac(n−1)×Ts+T×{Vdc(n−1)−Vac(n−1)}−Ton(n−1)×Vdc(n−1)]/L・・・(式5)となり、今回の制御サイクル(n−1)の最終タイミング(=次回の制御サイクルの開始タイミング)における入力電流値Iv(n−1)を、今回の制御サイクル(n−1)の開始タイミングにおける入力電流の計測値ad1に基づいて正確に決定することができる。
Therefore, the current increase amount at the time delay Ts can be calculated as Vac (n−1) / L × Ts, and using this value, Iv (n−2) = ad1−Vac (n−1) / L × Ts (Expression 4) And if this (Equation 4) is substituted into (Equation 3),
Iv (n-1) = ad1- [Vac (n-1) * Ts + T * {Vdc (n-1) -Vac (n-1)}-Ton (n-1) * Vdc (n-1)] / L (Expression 5), and the input current value Iv (n−1) at the final timing of the current control cycle (n−1) (= start timing of the next control cycle) is expressed as the current control cycle (n -1) can be accurately determined based on the measured value ad1 of the input current at the start timing.

そして、このようにして求めた次回制御サイクルのコイル充電開始電流Iv(n−1)が正か否かに応じて、連続モードか不連続モードかを正確に判定でき、それに応じた最適な制御が可能となる。すなわち、今回の制御サイクル(n−1)における、交流入力電圧Vac(n−1)、直流出力電圧Vdc(n−1)、及び入力電流ad1の各計測値と、前回の制御サイクルで決定された制御オン時間Ton(n−1)とに基づいて、連続モード用の制御をすべきか、不連続モード用の制御をすべきかを確定できる。なお、以上の(式1)〜(式5)の算出手順については、図7〜図8に補充説明をしている。   Then, depending on whether or not the coil charging start current Iv (n-1) of the next control cycle obtained in this way is positive, it is possible to accurately determine whether it is a continuous mode or a discontinuous mode, and an optimal control corresponding to that mode. Is possible. That is, the measured values of the AC input voltage Vac (n-1), the DC output voltage Vdc (n-1), and the input current ad1 in the current control cycle (n-1) and the previous control cycle are determined. On the basis of the control on time Ton (n−1), it can be determined whether the control for the continuous mode or the control for the discontinuous mode should be performed. In addition, the calculation procedure of the above (Formula 1)-(Formula 5) is supplementary description to FIGS.

ところで、直流出力電圧Vdc(n−1)は、必ずしも、制御サイクル毎に更新される必要はないので、本実施例では、1mS毎に値が更新されるVdc(i)を使用している(図5のステップST30参照)。したがって、本実施例の判別式は、正確には、Iv(n−1)=ad1−[Vac(n−1)×Ts+T×{Vdc(i)−Vac(n−1)}−Ton(n−1)×Vdc(i)]/L・・・(式5’)となる。   By the way, the DC output voltage Vdc (n−1) does not necessarily need to be updated every control cycle. Therefore, in this embodiment, Vdc (i) whose value is updated every 1 mS is used ( (See step ST30 in FIG. 5). Therefore, the discriminant of the present embodiment is, exactly, Iv (n-1) = ad1- [Vac (n-1) * Ts + T * {Vdc (i) -Vac (n-1)}-Ton (n −1) × Vdc (i)] / L (Expression 5 ′).

更にまた、直流出力電圧として、図5のステップST38の処理で算出される過去0.5秒間の平均値Vdcを使用しても良い。この場合には、Iv(n−1)=ad1−[Vac(n−1)×Ts+T×{Vdc−Vac(n−1)}−Ton(n−1)×Vdc]/L・・・(式5’’)の判別式が採用される。   Furthermore, the average value Vdc for the past 0.5 seconds calculated by the process of step ST38 in FIG. 5 may be used as the DC output voltage. In this case, Iv (n−1) = ad1− [Vac (n−1) × Ts + T × {Vdc−Vac (n−1)} − Ton (n−1) × Vdc] / L. The discriminant of equation 5 ″) is adopted.

続いて、各制御サイクル中のコイル平均電流Iavに基づいて、制御オン時間Ton(n)を算出する方法について説明する。先ず、不連続モードにおける制御オン時間Ton(n)を算出する(図2(b)参照)。   Next, a method for calculating the control on time Ton (n) based on the coil average current Iav during each control cycle will be described. First, the control on time Ton (n) in the discontinuous mode is calculated (see FIG. 2B).

<不連続モード>
コイル充電時における回路方程式は、Vac(n)=L×{Ip(n)−Iv(n−1)}/Ton(n)となるが、不連続モードゆえに、Iv(n−1)=0であり、結局、Vac(n)=L×Ip(n)/Ton(n)・・・(式6)となる。ここで、Vac(n)は交流入力電圧、Ip(n)はコイル充電ピーク時の電流値、Iv(n−1)はコイル充電開始時の電流値、Ton(n)は制御オン時間である。
<Discontinuous mode>
The circuit equation at the time of charging the coil is Vac (n) = L × {Ip (n) −Iv (n−1)} / Ton (n), but Iv (n−1) = 0 because of the discontinuous mode. In the end, Vac (n) = L × Ip (n) / Ton (n) (Formula 6). Here, Vac (n) is the AC input voltage, Ip (n) is the current value at the coil charging peak, Iv (n−1) is the current value at the start of coil charging, and Ton (n) is the control on time. .

一方、コイル放電時における回路方程式は、Vdc(n)−Vac(n)=L/Tcut(n)×{Ip(n)−Iv(n)}となる。なお、Tcut(n)は、コイル充電ピーク状態の電流値Ip(n)が、放電されてゼロになるまでの時間である(図2(b)参照)。ここでは不連続モードの回路方程式を問題にしているので、Iv(n)=0となり、Vdc(n)−Vac(n)=L/Tcut(n)×Ip(n)・・・(式7)となる。また、この制御サイクルにおける入力電流の平均値Iav(n)は、
Iav(n)={Ip(n)×Ton(n)+Ip(n)×Tcut(n)}/(2×T)・・・(式8)となる。
On the other hand, the circuit equation at the time of coil discharge is Vdc (n) −Vac (n) = L / Tcut (n) × {Ip (n) −Iv (n)}. Tcut (n) is a time until the current value Ip (n) in the coil charge peak state is discharged and becomes zero (see FIG. 2B). Since the circuit equation in the discontinuous mode is considered here, Iv (n) = 0, and Vdc (n) −Vac (n) = L / Tcut (n) × Ip (n) (Expression 7) ) The average value Iav (n) of the input current in this control cycle is
Iav (n) = {Ip (n) × Ton (n) + Ip (n) × Tcut (n)} / (2 × T) (Expression 8).

そして、これら(式6)〜(式8)をTon(n)について解くと、
Ton(n)×Ton(n)={2×T×L×Iav(n)×(Vdc(n)−Vac(n))}/{Vac(n)×Vdc(n)}・・・(式9)と算出される。なお、(式9)の算出過程は、図9〜図10に示した。
And solving these (Equation 6) to (Equation 8) for Ton (n),
Ton (n) × Ton (n) = {2 × T × L × Iav (n) × (Vdc (n) −Vac (n))} / {Vac (n) × Vdc (n)} Equation 9) is calculated. In addition, the calculation process of (Formula 9) was shown in FIGS.

続いて、連続モードにおける制御オン時間Ton(n)を算出する(図2(a)参照)。   Subsequently, the control ON time Ton (n) in the continuous mode is calculated (see FIG. 2A).

<連続モード>
コイル充電時における回路方程式は、Vac(n)=L×{Ip(n)−Iv(n−1)}/Ton(n)・・・(式10)となる。一方、コイル放電時における回路方程式は、Vdc(n)−Vac(n)=L/Toff(n)×{Ip(n)−Iv(n)}・・・(式11)となる。ここで、Toff(n)=T−Ton(n)であり、コイル放電開始から次回の制御サイクルにおけるコイル充電開始までの時間である。
<Continuous mode>
The circuit equation during coil charging is Vac (n) = L × {Ip (n) −Iv (n−1)} / Ton (n) (Equation 10) On the other hand, the circuit equation at the time of coil discharge is Vdc (n) −Vac (n) = L / Toff (n) × {Ip (n) −Iv (n)} (Equation 11). Here, Toff (n) = T−Ton (n), which is the time from the start of coil discharge to the start of coil charge in the next control cycle.

そして、この制御サイクルにおける平均電流Iav(n)は、Iav(n)=
[{Ip(n)+Iv(n−1)}×Ton(n)+{Ip(n)+Iv(n)}×Toff(n)]/{2×T}・・・(式12)となる。ここで、Ip(n),Iv(n)を消去しつつ(式10)〜(式12)をToff(n)について解くと、
Toff(n)×Toff(n)=[2×T×L×{Iv(n−1)−Iav(n)}/Vdc(n)]+T×T×Vac(n)/Vdc(n)・・・(式13)となるので、結局、Ton(n)は、Ton=T−Toff(n)・・・(式14)と算出される。なお、(式14)その他の算出過程は、図11〜図12に補充説明している。
The average current Iav (n) in this control cycle is Iav (n) =
[{Ip (n) + Iv (n−1)} × Ton (n) + {Ip (n) + Iv (n)} × Toff (n)] / {2 × T} (Expression 12) . Here, solving (Equation 10) to (Equation 12) for Toff (n) while erasing Ip (n) and Iv (n),
Toff (n) × Toff (n) = [2 × T × L × {Iv (n−1) −Iav (n)} / Vdc (n)] + T × T × Vac (n) / Vdc (n) · Since (Equation 13) is obtained, Ton (n) is eventually calculated as Ton = T−Toff (n) (Equation 14). Note that (Equation 14) and other calculation processes are supplemented in FIGS.

本実施例では、不連続モードか連続モードかに応じて(式9)か、又は(式14)を用いて制御オン時間Ton(n)を算出するが、その演算には、次回の制御サイクル(n)における、交流入力電圧Vac(n)、直流出力電圧Vdc(n)、及び平均入力電流Iav(n)の予測パラメータが必要となる。   In this embodiment, the control on-time Ton (n) is calculated using (Equation 9) or (Equation 14) according to the discontinuous mode or the continuous mode. Prediction parameters for the AC input voltage Vac (n), the DC output voltage Vdc (n), and the average input current Iav (n) in (n) are required.

交流入力電圧Vac(n)については、今回の交流入力電圧の計測値Vac(n−1)と、前回の交流入力電圧の計測値Vac(n−2)に基づいて予測することとし、具体的には、今回の計測値Vac(n−1)に、制御サイクル(n−2)と制御サイクル(n−1)計測値の差分を加算して以下の通りとする。
Vac(n)=2×Vac(n−1)−Vac(n−2)・・・(式15)
一方、直流出力電圧Vdc(n)については、直流電圧についての過去の計測値の平均値Vdcを採用する。平均値Vdcの算出法は適宜に決定されるが、この実施例では0.5秒毎に実行される平均化処理によって過去0.5秒間の計測値を平均化して、直流出力電圧Vdcとしている(図5のステップST38参照)。この直流出力電圧Vdcは、メモリの適当なワークエリアに格納されており、このワークエリアの値Vdcが0.5秒毎に更新されるようになっている。
The AC input voltage Vac (n) is predicted based on the current AC input voltage measurement value Vac (n-1) and the previous AC input voltage measurement value Vac (n-2). The difference between the control cycle (n-2) and the control cycle (n-1) measurement value is added to the current measurement value Vac (n-1) as follows.
Vac (n) = 2 × Vac (n−1) −Vac (n−2) (Equation 15)
On the other hand, for the DC output voltage Vdc (n), an average value Vdc of past measurement values for the DC voltage is adopted. Although the calculation method of the average value Vdc is determined as appropriate, in this embodiment, the measured values for the past 0.5 seconds are averaged by the averaging process executed every 0.5 seconds to obtain the DC output voltage Vdc. (See step ST38 in FIG. 5). This DC output voltage Vdc is stored in an appropriate work area of the memory, and the value Vdc of this work area is updated every 0.5 seconds.

したがって、この場合には、不連続モードで、Ton(n)×Ton(n)={2×T×L×Iav(n)×(Vdc−Vac(n))}/{Vac(n)×Vdc}・・・(式9’)となり、一方、連続モードでは、Toff(n)×Toff(n)=[2×T×L×{Iv(n−1)−Iav(n)}/Vdc]+T×T×Vac(n)/Vdc・・・(式13’)、Ton=T−Toff(n)・・・(式14’)となる。   Therefore, in this case, in the discontinuous mode, Ton (n) × Ton (n) = {2 × T × L × Iav (n) × (Vdc−Vac (n))} / {Vac (n) × On the other hand, in continuous mode, Toff (n) × Toff (n) = [2 × T × L × {Iv (n−1) −Iav (n)} / Vdc. ] + T × T × Vac (n) / Vdc (Equation 13 ′), Ton = T−Toff (n) (Equation 14 ′).

但し、0.5秒間の平均値Vdcを使用するのに変えて、ADコンバータAD3の出力値ad3を1mS毎に取得したVdc(i)の値を使用しても良い。この場合には、不連続モードで、Ton(n)×Ton(n)={2×T×L×Iav(n)×(Vdc(i)−Vac(n))}/{Vac(n)×Vdc(i)}・・・(式9’’)となり、一方、連続モードでは、Toff(n)×Toff(n)=[2×T×L×{Iv(n−1)−Iav(n)}/Vdc(i)]+T×T×Vac(n)/Vdc(i)・・・(式13’’)、Ton=T−Toff(n)・・・(式14’’)となる。なお、図3では、便宜上、Vdc(i)を使用する場合を実線で示し、直流出力電圧Vdcを使用する場合を破線で示している。   However, instead of using the average value Vdc for 0.5 seconds, the value of Vdc (i) obtained from the output value ad3 of the AD converter AD3 every 1 mS may be used. In this case, in the discontinuous mode, Ton (n) × Ton (n) = {2 × T × L × Iav (n) × (Vdc (i) −Vac (n))} / {Vac (n) × Vdc (i)} (Equation 9 ″) On the other hand, in continuous mode, Toff (n) × Toff (n) = [2 × T × L × {Iv (n−1) −Iav ( n)} / Vdc (i)] + T × T × Vac (n) / Vdc (i) (Equation 13 ″), Ton = T−Toff (n) (Equation 14 ″) Become. In FIG. 3, for convenience, the case where Vdc (i) is used is indicated by a solid line, and the case where the DC output voltage Vdc is used is indicated by a broken line.

また、平均入力電流Iav(n)の予測値は、交流入力電圧Vac(n)の予測値との関係からIav(n)=β×Vac(n)とする。ここでゲインβは、直流出力電圧の基準値(目標値)Voと、上記の平均化された直流出力電圧Vdcとを比較しながら、その差VerrがゼロになるようにPI制御によって調整する。   The predicted value of the average input current Iav (n) is Iav (n) = β × Vac (n) from the relationship with the predicted value of the AC input voltage Vac (n). Here, the gain β is adjusted by PI control so that the difference Verr becomes zero while comparing the reference value (target value) Vo of the DC output voltage with the above-mentioned averaged DC output voltage Vdc.

すなわち、Verr=Vo−Vdc・・・(式16)であり、Vo=Vac(pk)+α・・・(式17)である。ここで、直流出力電圧の基準値Voは、交流入力電圧(脈流)の波高値Vac(pk)に、コイルLによる昇圧量αを加算したものに設定する。このように設定することによって、入力電圧値に応じた効率の高い変換が可能となる。また、コイルLによる昇圧量を小さくできるので、大型化しない適当なサイズで安価で軽量のコイルを選択することが可能となる。なお、コイルLのインダクタンス最適値は、一般に、L=Vac×Vac×(Vdc−Vac)/{η×Pac×Vdc/T}の設計式に基づいて決定されるが、本実施例では、入力電圧値Vacに対応して出力電圧値Vdcを設定するので、コイルのインダクタンス値がほぼ最適値を常に維持する。なお、上記の設計式において、ηは入力電流のリプル含有率、Tは制御周期、Pacは最大入力電力、Vacは入力電圧の瞬時値である。   That is, Verr = Vo−Vdc (Expression 16), and Vo = Vac (pk) + α (Expression 17). Here, the reference value Vo of the DC output voltage is set to a value obtained by adding the amount of boost α by the coil L to the peak value Vac (pk) of the AC input voltage (pulsating flow). By setting in this way, conversion with high efficiency according to the input voltage value is possible. In addition, since the amount of pressure boosted by the coil L can be reduced, it is possible to select an inexpensive and lightweight coil with an appropriate size that does not increase in size. The optimum inductance value of the coil L is generally determined based on a design formula of L = Vac × Vac × (Vdc−Vac) / {η × Pac × Vdc / T}. Since the output voltage value Vdc is set in correspondence with the voltage value Vac, the inductance value of the coil always maintains an almost optimum value. In the above design formula, η is the ripple content of the input current, T is the control period, Pac is the maximum input power, and Vac is the instantaneous value of the input voltage.

図3は、上記した制御動作を説明する制御ブロック図である。また、図4〜図6は、図3の制御動作を実現するワンチップマイコン3の処理内容を示すフローチャートである。なお、ここまで動作原理を簡潔に説明するため、各制御サイクルを区別することなく扱ったが、本実施例のPWM制御では、二回の制御サイクルに一回だけ計測サイクルがあり、その計測結果に基づいて制御オン時間を更新するようにしている。図13は、その関係を図示したものであり、奇数回目の制御サイクルである計測サイクル(n−1,n+1,・・・)では、必要なデータが計測されて、その計測値に基づいて制御オン時間Ton(n+1)やTon(n+3)が決定される。一方、偶数回目の制御サイクル(n−2,n,n+2,・・・)では、一つ前の制御サイクルと同一の制御オン時間が使用される。   FIG. 3 is a control block diagram for explaining the above-described control operation. 4 to 6 are flowcharts showing the processing contents of the one-chip microcomputer 3 that realizes the control operation of FIG. In order to briefly explain the operation principle so far, each control cycle has been dealt with without distinction, but in the PWM control of this embodiment, there is only one measurement cycle in two control cycles, and the measurement result The control on time is updated based on the above. FIG. 13 illustrates the relationship. In a measurement cycle (n−1, n + 1,...) That is an odd-numbered control cycle, necessary data is measured, and control is performed based on the measured value. On-time Ton (n + 1) and Ton (n + 3) are determined. On the other hand, in the even-numbered control cycle (n−2, n, n + 2,...), The same control ON time as that of the previous control cycle is used.

以上を踏まえて説明するに、図3に示す制御処理は、50μS毎に起動される第1タイマ割込みINT1(図4(a))と、1mS毎に起動される第2タイマ割込みINT2(図5)と、第1タイマ割込みINT1で開始されたAD変換動作が完了すると起動されるAD変換終了割込みINT3(図6)とを中心に構成されている。なお、第1タイマと第2タイマは非同期であり、第1タイマ割込みINT1の方が、第2タイマ割込みINT2より高い優先順位に設定されている。以下、図4〜図6に基づいて、ワンチップマイコン3の動作内容を説明する。   Based on the above, the control process shown in FIG. 3 includes the first timer interrupt INT1 (FIG. 4A) activated every 50 μS and the second timer interrupt INT2 activated every 1 mS (FIG. 5). ) And an AD conversion end interrupt INT3 (FIG. 6) which is activated when the AD conversion operation started by the first timer interrupt INT1 is completed. Note that the first timer and the second timer are asynchronous, and the first timer interrupt INT1 is set to a higher priority than the second timer interrupt INT2. Hereinafter, the operation content of the one-chip microcomputer 3 will be described with reference to FIGS.

<第1タイマ割込みINT1(図4(a))>
図4(a)に示すように、第1タイマ割込みINT1が生じると、レジスタ類の保存処理(POP処理)や割込み要求フラグのクリア処理などを終えた後(ST1)、PWM信号をHレベルに立ち上げると共に、前回か、前々回の制御サイクルである計測サイクルでの計測値に基づいて決定されているPWMタイマの設定値Ton(n−1)のダウンカウント動作を開始させる(ST2)。なお、このダウンカウント動作は、その後、図4〜図6の処理とは独立に進行して、所定時間Ton(n−1)経過後にPWM信号がLレベルに戻ることでPWM制御が実現される(図4(b)参照)。
<First Timer Interrupt INT1 (FIG. 4 (a))>
As shown in FIG. 4A, when the first timer interrupt INT1 occurs, after the register saving process (POP process), the interrupt request flag clearing process, and the like are finished (ST1), the PWM signal is set to the H level. At the same time as starting up, a down-counting operation of the set value Ton (n−1) of the PWM timer determined based on the measured value in the previous measurement cycle or the previous measurement cycle is started (ST2). This down-counting operation then proceeds independently of the processing of FIGS. 4 to 6, and PWM control is realized by returning the PWM signal to the L level after a predetermined time Ton (n−1) has elapsed. (See FIG. 4 (b)).

次に、ワンチップマイコン3は、計測要求フラグFGの値をチェックし(ST3)、FG=0であれば、計測要求フラグFGを1にセットして割込み処理を終える。一方、FG=1であれば、計測要求フラグFGを0にセットしてステップ6の処理に移行する。ステップST6では、4chのADコンバータAD1〜AD4を連続スキャンモードで動作させてAD変換処理を開始させ、その後、割込み処理を終える。ここで、連続スキャンモードで実行されるAD変換処理が終わると、ワンチップマイコン3のCPUに、AD変換終了割込みがかかるよう設定されている。なお、図4(b)に示すように、第1タイマの割込みによって制御サイクルが開始されてから最初のAD変換が開始されるまでに時間遅れTsがあり、また、1番目のAD変換開始から4番目のAD変換開始までに遅延時間Tdがある。時間遅れTsは、例えば2.2μS程度であり、遅延時間Tdは、例えば20μS程度である。   Next, the one-chip microcomputer 3 checks the value of the measurement request flag FG (ST3), and if FG = 0, sets the measurement request flag FG to 1 and ends the interrupt process. On the other hand, if FG = 1, the measurement request flag FG is set to 0 and the process proceeds to step 6. In step ST6, the 4ch AD converters AD1 to AD4 are operated in the continuous scan mode to start the AD conversion process, and then the interrupt process is finished. Here, when the AD conversion process executed in the continuous scan mode is completed, the CPU of the one-chip microcomputer 3 is set to receive an AD conversion end interrupt. As shown in FIG. 4B, there is a time delay Ts from the start of the control cycle by the interrupt of the first timer until the start of the first AD conversion, and from the start of the first AD conversion. There is a delay time Td until the start of the fourth AD conversion. The time delay Ts is, for example, about 2.2 μS, and the delay time Td is, for example, about 20 μS.

以上のステップST3〜ST6の動作から明らかなように、計測要求フラグFGは、ADコンバータによる計測処理(ST6)を開始させるか否かを決定するフラグであり、0→1→0→1の循環動作をするようにしている(ST4,ST5参照)。そのため、制御サイクルの二回に一回が計測サイクルとなり、計測要求フラグFG=0の他の一回は、AD変換処理を開始させることなく第1タイマ割込みの処理を終える。但し、PWM制御については、ステップST2の処理によって実行される。   As is clear from the operations in steps ST3 to ST6, the measurement request flag FG is a flag for determining whether or not to start the measurement process (ST6) by the AD converter, and is a cycle of 0 → 1 → 0 → 1. The operation is performed (see ST4 and ST5). Therefore, once every two control cycles is a measurement cycle, and the other one of the measurement request flags FG = 0, the first timer interrupt process is terminated without starting the AD conversion process. However, the PWM control is executed by the process of step ST2.

<AD変換終了割込みINT3(図6)>
ステップST6の処理の後、全てのADコンバータについてAD変換動作が終了すると、図6(a)に示す割込み処理INT3によって制御演算が実行される。先ず、ADコンバータAD1,AD4の出力値ad1,ad4(コイルLへの入力電流)を取得する(ST10)。次に、平均演算(ad1+ad4)/2によって、制御サイクル(n−1)における入力電流の平均値Iav(n−1)を算出する(ST11)。なお、図4(b)に示すように、入力電流値は、サンプリング点によって変化するので、入力電流の平均値としての精度は高くないが、この平均値Iav(n−1)は、次に説明するインダクタンス値の補正に使用するだけであるから、特に問題は生じない。
<AD conversion end interrupt INT3 (FIG. 6)>
When the AD conversion operation is completed for all the AD converters after the process of step ST6, the control operation is executed by the interrupt process INT3 shown in FIG. First, the output values ad1, ad4 (input current to the coil L) of the AD converters AD1, AD4 are acquired (ST10). Next, the average value Iav (n−1) of the input current in the control cycle (n−1) is calculated by the average calculation (ad1 + ad4) / 2 (ST11). As shown in FIG. 4B, the input current value varies depending on the sampling point, so the accuracy as the average value of the input current is not high, but this average value Iav (n−1) Since it is only used for correcting the inductance value described, no particular problem occurs.

入力電流の平均値Iav(n−1)が求まれば、回路に実装されているコイルLのインダクタンス値を電流値Iav(n−1)に基づいて特定する。コイルLは、図14に示すように、そこに流れる直流重畳電流(平均電流)に応じて、そのインダクタンス値が変化する場合が多い。そこで、この実施例では、回路に実装されているコイルLの特性を予めメモリに格納しておき、入力電流の平均値Iav(n−1)に応じたインダクタンス値を、各演算式で使用するようにしている。そのため、大型に高価なコイルを使用しなくても高精度の制御が可能となる。   When the average value Iav (n−1) of the input current is obtained, the inductance value of the coil L mounted on the circuit is specified based on the current value Iav (n−1). As shown in FIG. 14, the inductance value of the coil L often changes in accordance with the DC superimposed current (average current) flowing therethrough. Therefore, in this embodiment, the characteristics of the coil L mounted in the circuit are stored in the memory in advance, and the inductance value corresponding to the average value Iav (n−1) of the input current is used in each arithmetic expression. I am doing so. Therefore, highly accurate control can be performed without using a large and expensive coil.

なお、制御精度を更に高めるためには、平均演算(ad1+ad4)/2によって求まった電流値Iav(n−1)を、その制御サイクル(n−1)における制御オン時間Ton(n−1)に応じて補正しても良い(図3参照)。すなわち、2つのサンプリング点ad1,ad4が、コイル充電電流ad1とコイル放電電流ad4に分かれる場合もあれば、制御オン時間Ton(n−1)が長いために、共にコイル充電電流となる場合もあるので(図4(b)参照)、この点を踏まえて平均電流を補正すれば、より精密な制御を実現できる。   In order to further increase the control accuracy, the current value Iav (n−1) obtained by the average calculation (ad1 + ad4) / 2 is used as the control on time Ton (n−1) in the control cycle (n−1). It may be corrected accordingly (see FIG. 3). That is, the two sampling points ad1 and ad4 may be divided into the coil charging current ad1 and the coil discharging current ad4, or the control on time Ton (n−1) may be long, and both may be the coil charging current. Therefore (see FIG. 4B), more accurate control can be realized if the average current is corrected based on this point.

続いて、ADコンバータAD2の出力値ad2(交流入力電圧Vac(n−1))を取得する(ST13)。そして、電圧予測式Vac(n)=2×Vac(n−1)−Vac(n−2)に基づいてVac(n)を算出する(ST14)。   Subsequently, the output value ad2 (AC input voltage Vac (n-1)) of the AD converter AD2 is acquired (ST13). Then, Vac (n) is calculated based on the voltage prediction formula Vac (n) = 2 × Vac (n−1) −Vac (n−2) (ST14).

次に、ADコンバータAD3の出力値ad3(直流出力電圧Vdc(n−1))を取得して(ST15)、この出力電圧値が限界値LMTを超えているか否か判定する(ST16)。限界値LMTは、PWM制御を一旦停止するか否かを決定する値で、この実施例では、出力直流電圧の目標値Voを基準としてLMT=Vo+20に設定している。なお、PWM制御を停止するとは、本実施例では、スイッチング素子をOFF状態にすることを意味する。   Next, the output value ad3 (DC output voltage Vdc (n-1)) of the AD converter AD3 is acquired (ST15), and it is determined whether or not the output voltage value exceeds the limit value LMT (ST16). The limit value LMT is a value that determines whether or not the PWM control is temporarily stopped. In this embodiment, the limit value LMT is set to LMT = Vo + 20 based on the target value Vo of the output DC voltage. Note that stopping the PWM control means turning off the switching element in this embodiment.

例えば、コンバータの負荷が急激に低下したような場合には、直流出力電圧Vdc(n−1)が大きく増加して限界値LMTを超えることがある。このように直流出力電圧Vdc(n−1)が限界値LMTを超えて、Vdc(n−1)>=LMTとなると、オーバシュートフラグOVFを1にセットすると共に(ST17)、PWMタイマに設定する制御オン時間Ton(n)を0にして割込み処理を終える(ST18)。この結果、次の制御サイクルでは、スイッチング素子Qが常時OFF状態となって、出力直流電圧Vdcが減少することになる。そして、PWM制御の一時停止の結果、オーバシュートした出力直流電圧Vdcは、やがて限界値LMTを下回ることになる。   For example, when the converter load suddenly decreases, the DC output voltage Vdc (n−1) may greatly increase and exceed the limit value LMT. When the DC output voltage Vdc (n−1) exceeds the limit value LMT and Vdc (n−1)> = LMT in this way, the overshoot flag OVF is set to 1 (ST17) and set to the PWM timer. The control ON time Ton (n) is set to 0 and the interrupt process is finished (ST18). As a result, in the next control cycle, the switching element Q is always in an OFF state, and the output DC voltage Vdc decreases. As a result of the suspension of PWM control, the overshooted output DC voltage Vdc eventually falls below the limit value LMT.

このようなオーバシュートからの復帰状態だけでなく、出力直流電圧Vdcが限界値LMTを超えていない定常制御状態でも、ステップST16の判定がVdc<LMTとなる。そこで、Vdc<LMTと判定された場合には、オーバシュートフラグOVFが1か否かが判定される。これは、現在がオーバシュートからの復帰状態なのか、それとも定常制御状態なのかを判定するためである。   The determination of step ST16 is Vdc <LMT not only in the return state from the overshoot but also in the steady control state where the output DC voltage Vdc does not exceed the limit value LMT. Therefore, when it is determined that Vdc <LMT, it is determined whether or not the overshoot flag OVF is 1. This is to determine whether the current state is a return state from overshoot or a steady control state.

そして、オーバシュートフラグOVF=0(定常制御状態)なら、ステップST23に移行するが、オーバシュートフラグOVF=1(オーバシュートからの復帰状態)ならリスタートフラグRSTを1にセットする(ST20)。また、復帰タイマBAKの動作を開始させると共に(ST21)、オーバシュートフラグOVFをリセットして0にする(ST22)。なお、復帰タイマBAKは、オーバシュート状態から復帰して定常制御状態に移行するまでの過渡的な動作時間(リスタート時間)を計時するものである。   If the overshoot flag OVF = 0 (steady control state), the process proceeds to step ST23. If the overshoot flag OVF = 1 (return state from overshoot), the restart flag RST is set to 1 (ST20). Further, the operation of the return timer BAK is started (ST21), and the overshoot flag OVF is reset to 0 (ST22). The return timer BAK measures a transient operation time (restart time) from the return from the overshoot state to the transition to the steady control state.

ここで、復帰タイマBAKはハードウェア構成としても良いが、本実施例ではソフトウェアで復帰タイマBAKを実現しており、具体的には、ステップST21の処理で200に設定したタイマ変数BAKの値を、1mS毎に生じる第2タイマ割込み(図5)においてデクリメント処理(BAK←BAK−1)するようにしている(但し、図5には不図示)。すなわち、本実施例では、復帰タイマBAKの計時処理によって200mSのリスタート時間が確保されている。   Here, the return timer BAK may have a hardware configuration, but in this embodiment, the return timer BAK is realized by software. Specifically, the value of the timer variable BAK set to 200 in the process of step ST21 is set. Decrement processing (BAK ← BAK-1) is performed in the second timer interrupt (FIG. 5) that occurs every 1 mS (however, not shown in FIG. 5). That is, in this embodiment, a restart time of 200 mS is ensured by the timing process of the return timer BAK.

次に、Iav(n)=β×Vac(n)の計算によって、入力電流指令値Iav(n)を算出する(ST23)。なお。必要な積算パラメータβの値は、図5に示す第2割込み処理INT2において1mS毎に更新されて適宜なワークエリアに格納されている。   Next, the input current command value Iav (n) is calculated by calculating Iav (n) = β × Vac (n) (ST23). Note that. The necessary value of the integration parameter β is updated every 1 mS in the second interrupt process INT2 shown in FIG. 5 and stored in an appropriate work area.

その後、ADコンバータAD1からの取得値ad1と、ステップST12の処理で補正されたコイルのインダクタンス値Lと、ステップST13の処理で取得された交流入力電圧値Vac(n−1)と、この制御サイクルにおける制御オン時間Ton(n−1)と、直流出力電圧値Vdc(i)とに基づいて、(式5’)の判別式に基づいて、コイル充電開始電流Iv(n−1)を算出する(ST24)。そして、コイル充電開始電流Iv(n−1)の値(正か否か)に応じて、連続モードとして制御すべきか不連続モードとして制御すべきかを決定する(ST25)。なお、(式5’)に代えて(式5’’)の判別式を用いても良いのは、前述の通りである。   Thereafter, the acquired value ad1 from the AD converter AD1, the inductance value L of the coil corrected in the process of step ST12, the AC input voltage value Vac (n−1) acquired in the process of step ST13, and this control cycle Based on the control ON time Ton (n−1) and the DC output voltage value Vdc (i), the coil charging start current Iv (n−1) is calculated based on the discriminant of (Expression 5 ′). (ST24). Then, according to the value (whether positive or not) of the coil charging start current Iv (n−1), it is determined whether the control should be controlled as the continuous mode or the discontinuous mode (ST25). As described above, the discriminant of (Expression 5 ″) may be used instead of (Expression 5 ′).

ここでIv(n−1)≦0であって不連続モードであった場合には、Iv(n−1)=0に設定すると共に(ST26)、(式9’)または(式9’’)の演算式に基づいて制御オン時間Ton(n)を算出する(ST27)。一方、Iv(n−1)>であって連続モードであった場合には、(式14’)(式14’’)の演算式に基づいて制御オン時間Ton(n)を算出する(ST28)。但し、この実施例では、連続する二回の制御サイクルに、同一の制御オン時間を割当てるので、図13では、Ton(n)ではなくTon(n+1)と表示している。   If Iv (n−1) ≦ 0 and the discontinuous mode is set, Iv (n−1) = 0 is set (ST26), (Equation 9 ′) or (Equation 9 ″). ) To calculate the control on time Ton (n) (ST27). On the other hand, if Iv (n−1)> and the continuous mode is selected, the control on-time Ton (n) is calculated based on the arithmetic expression of (Expression 14 ′) (Expression 14 ″) (ST28). ). However, in this embodiment, since the same control ON time is assigned to two consecutive control cycles, in FIG. 13, Ton (n + 1) is displayed instead of Ton (n).

そして、現在が、定常制御状態に移行するまでの過渡的な状態であれば、算出された制御オン時間Ton(n)を、予め経過時間毎に規定されている制御オン時間の上限値(上限デュティ)に応じて補正する(ST29)。次に、補正の有無に拘わらず、PWMタイマに制御オン時間Ton(n)を設定して割込み処理を終える(ST30)。なお、ここで設定された制御オン時間Ton(n)は、第1タイマ割込みのステップST2の処理で使用されてスイッチング素子QのPWM制御が実現される。   If the current state is a transitional state until shifting to the steady control state, the calculated control on time Ton (n) is set to the upper limit value (upper limit) of the control on time that is defined in advance for each elapsed time. It is corrected according to the duty) (ST29). Next, irrespective of the presence or absence of correction, the control on time Ton (n) is set in the PWM timer and the interrupt process is finished (ST30). Note that the control on time Ton (n) set here is used in the process of step ST2 of the first timer interrupt to realize the PWM control of the switching element Q.

図6(c)は、上限デューティに応じた補正処理(ST29)を示すフローチャートである。補正処理では、先ず、リスタートフラグRSTが1か否かが判定され(ST40)、リスタートフラグRSTがRST=0であれば、現在が定常制御状態であることを意味するので、何もしないでサブルーチン処理を終える。   FIG. 6C is a flowchart showing the correction process (ST29) according to the upper limit duty. In the correction process, first, it is determined whether or not the restart flag RST is 1 (ST40). If the restart flag RST is RST = 0, it means that the current state is a steady control state, so nothing is done. The subroutine processing is finished.

一方、リスタートフラグRSTがRST=1であれば、ステップST21の処理によって計時処理を開始したタイマ変数BAKの値をチェックして、200mSのリスタート時間を満了したかが判定される(ST41)。そして、もし、リスタート時間を満了していれば、リスタートフラグRSTをリセットしてサブルーチン処理を終える(ST43)。   On the other hand, if the restart flag RST is RST = 1, the value of the timer variable BAK that has started the timing process by the process of step ST21 is checked to determine whether the 200 mS restart time has expired (ST41). . If the restart time has expired, the restart flag RST is reset and the subroutine processing is terminated (ST43).

逆に、ステップST41において、現在がリスタート時間内であると判定されれば、オーバシュート復帰からの経過時間BAKに応じた上限デューティを取得して、この上限デューティγ(%)を考慮してステップST27やステップST28で算出された制御オン時間Ton(n)を補正する(ST42)。具体的には、算出された制御オン時間Ton(n)が、Ton(n)<γ×Tであれば、そのまま制御オン時間Ton(n)が使用されるが、Ton(n)>=γ×Tであれば、Ton(n)←γ×Tの処理が実行される。なお、Tは制御周期であり、この実施例では50μSである。   Conversely, if it is determined in step ST41 that the current time is within the restart time, an upper limit duty corresponding to the elapsed time BAK from the overshoot return is acquired, and this upper limit duty γ (%) is taken into consideration. The control on time Ton (n) calculated in step ST27 or step ST28 is corrected (ST42). Specifically, if the calculated control on time Ton (n) is Ton (n) <γ × T, the control on time Ton (n) is used as it is, but Ton (n)> = γ If xT, the process Ton (n) ← γ × T is executed. Note that T is a control period and is 50 μS in this embodiment.

上限デューティγ(%)は、オーバシュート復帰からの経過時間BAKに応じて決定され、経過時間BAKが延びて200mSに近づくほど100%に近づけている。この上限デューティγは、経過時間BAKを要素とする算術演算式によっても算出しても良いし、図6(b)に示すような参照テーブルTBLに基づいて決定しても良い。   The upper limit duty γ (%) is determined according to the elapsed time BAK from the overshoot return, and approaches 100% as the elapsed time BAK increases and approaches 200 mS. The upper limit duty γ may be calculated by an arithmetic expression using the elapsed time BAK as an element, or may be determined based on a reference table TBL as shown in FIG.

以上説明したように、本実施例では、出力直流電圧Vdcが大きくオーバシュートしたか否かを常にチェックして(ST16)、過大なオーバシュートが認められるとPWM出力を停止している(ST18)。そのため、PI制御による制御遅れなどが問題にならず、迅速に出力直流電圧を降下させることができる。   As described above, in this embodiment, it is always checked whether or not the output DC voltage Vdc has greatly overshooted (ST16), and when an excessive overshoot is recognized, the PWM output is stopped (ST18). . Therefore, control delay due to PI control does not become a problem, and the output DC voltage can be quickly lowered.

また、本実施例では、PWM出力の停止によって出力直流電圧が降下すると、200mS間のリスタート動作を開始させて(ST20〜22)、経過時間BAKに応じて制御オン時間Ton(n)を、(式9)や(式14)に示す理論値に近づけている(ST29)。そのため、図15に示すように、オーバシュート状態からの復帰から、定常制御状態までスムーズな移行が実現される。   Further, in this embodiment, when the output DC voltage drops due to the stop of the PWM output, the restart operation for 200 mS is started (ST20 to 22), and the control on time Ton (n) is set according to the elapsed time BAK. It is close to the theoretical values shown in (Equation 9) and (Equation 14) (ST29). Therefore, as shown in FIG. 15, a smooth transition from the return from the overshoot state to the steady control state is realized.

<第2タイマ割込みINT2>
続いて、上記した第1タイマ割込み処理INT1、AD変換終了割込みINT3とは独立して、1mS毎に開始される第2タイマ割込みINT2について図5のフローチャートに基づいて説明する。
<Second timer interrupt INT2>
Next, the second timer interrupt INT2 started every 1 mS independently of the above-described first timer interrupt processing INT1 and AD conversion end interrupt INT3 will be described based on the flowchart of FIG.

第2タイマ割込みINT2では、先ず、ADコンバータAD3の出力であるVdc(i)を取得する(ST30)。なお、ADコンバータAD3は50μS毎にAD変換動作を実行するが、第2タイマ割込みINT2では、第1タイマ割込みINT1に基づいて出力される出力直流電圧Vdc(i)の値を取得することになる。   In the second timer interrupt INT2, first, Vdc (i) that is the output of the AD converter AD3 is acquired (ST30). The AD converter AD3 performs an AD conversion operation every 50 μS, but the second timer interrupt INT2 acquires the value of the output DC voltage Vdc (i) output based on the first timer interrupt INT1. .

次に、SUM←SUM+Vdc(i)の演算を実行して、取得した出力直流電圧Vdc(i)の値をワークエリアの平均算出バッファSUMに加算する(ST31)。また、ADコンバータAD2の出力である交流入力電圧Vac(i)を取得して(ST32)、交流入力電圧Vac(i)と、メモリに保存されている波高最大値Vac(pk)とを対比する(ST33)。   Next, the calculation of SUM ← SUM + Vdc (i) is executed, and the acquired value of the output DC voltage Vdc (i) is added to the average calculation buffer SUM in the work area (ST31). Further, the AC input voltage Vac (i), which is the output of the AD converter AD2, is acquired (ST32), and the AC input voltage Vac (i) is compared with the peak value Vac (pk) stored in the memory. (ST33).

そして、Vac(i)>Vac(pk)であれば、Vac(pk)←Vac(i)の演算によって、メモリに記憶されている波高最大値Vac(pk)の値を更新する(ST34)。このようにして交流入力電圧の波高値Vac(pk)を求めた後、カウンタCTをデクリメント処理(−1)し(ST35)、カウンタ値CTがゼロか否かを判定する(ST36)。   If Vac (i)> Vac (pk), the maximum wave height value Vac (pk) stored in the memory is updated by calculating Vac (pk) ← Vac (i) (ST34). After obtaining the peak value Vac (pk) of the AC input voltage in this way, the counter CT is decremented (−1) (ST35), and it is determined whether or not the counter value CT is zero (ST36).

ここで、カウンタ値CTがCT=0となると、平均算出バッファSUMの値を1/500倍することで、出力直流電圧Vdc(i)の平均値Vdcを求める(ST37)。直流出力電圧Vdcが求まれば、平均算出バッファSUMとカウンタCTの値を初期設定し(ST39)、Vo←Vac(pk)+αの演算によって出力直流電圧の基準値(目標値)Voを算出する(ST40)。αは、入力交流電圧の波高値Vac(pk)と比較した場合の、コイルLにおける昇圧分である。そして、出力基準電圧Voと、計測値から得られる出力平均電圧Vdcとの差を算出する(ST41)。具体的には、Verr(i)←Vo−Vdcの演算を行う。   Here, when the counter value CT becomes CT = 0, the average value Vdc of the output DC voltage Vdc (i) is obtained by multiplying the value of the average calculation buffer SUM by 1/500 (ST37). When the DC output voltage Vdc is obtained, the values of the average calculation buffer SUM and the counter CT are initialized (ST39), and the reference value (target value) Vo of the output DC voltage is calculated by calculating Vo ← Vac (pk) + α. (ST40). α is a boosted amount in the coil L when compared with the peak value Vac (pk) of the input AC voltage. Then, the difference between the output reference voltage Vo and the output average voltage Vdc obtained from the measured value is calculated (ST41). Specifically, Verr (i) ← Vo−Vdc is calculated.

以上の結果に基づき、PI制御による指令値βを算出して第2タイマ割込み処理INT2を終える(ST42)。ここで、指令値βの算出は、β=Verr(i)×Kp+{Verr(i)×Ki+Verr(i−1)’×Ki}の演算式によるが、Verr(i−1)’×Kiは、前回(i−1)の積分制御値であって、Verr(i−1)’×Ki=Verr(i−1)×Ki+Verr(i−2)’×Kiとして算出されていた値である。   Based on the above result, the command value β by the PI control is calculated, and the second timer interrupt processing INT2 is finished (ST42). Here, the calculation of the command value β is based on an arithmetic expression of β = Verr (i) × Kp + {Verr (i) × Ki + Verr (i−1) ′ × Ki}, where Verr (i−1) ′ × Ki is , The previous integration control value (i−1), which is a value calculated as Verr (i−1) ′ × Ki = Verr (i−1) × Ki + Verr (i−2) ′ × Ki.

なお、以上説明した制御処理の内容は、制御ブロック図として図3にまとめており、INT1,INT2の記載のない処理は、AD変換終了割込み(図6)の処理INT3を意味している。   The contents of the control processing described above are summarized in FIG. 3 as a control block diagram, and the processing without INT1 and INT2 means processing INT3 of AD conversion end interrupt (FIG. 6).

以上の通り、実施例に係るデジタルコンバータ1は、制御サイクル毎に出力直流電圧が限界値を超えたか否かを判定して、限界値を超えた場合には、PWM制御を一時停止している。そのため、一度算出した制御オン時間を二回連続して使用することで時間的余裕を生じさせて、PWM制御に十分な演算時間を割当てても、制御遅れによる急激なオーバシュートが生じることがない。   As described above, the digital converter 1 according to the embodiment determines whether or not the output DC voltage exceeds the limit value for each control cycle. When the output value exceeds the limit value, the PWM control is temporarily stopped. . Therefore, even if sufficient control time is allocated to PWM control by generating a time margin by using the control ON time calculated once twice in succession, a sudden overshoot due to control delay does not occur. .

また、実施例に係るデジタルコンバータ1では、PWM制御を一時停止した後、出力直流電圧が限界値を下回ると、制限されたPWM制御を実行するので、円滑に定常動作に移行させることができる。   Further, in the digital converter 1 according to the embodiment, after the PWM control is temporarily stopped, when the output DC voltage falls below the limit value, the limited PWM control is executed, so that the transition to the steady operation can be smoothly performed.

ところで、上記の説明では、オーバシュートからの復帰時の過渡状態におけるリスタート動作のみを説明したが、電源投入直後や瞬時停電からの復帰時のような過渡状態においても、同様のリスタート動作を実行するのが好ましい。図16(a)は、電源投入時や瞬時停電後の復帰時の動作であり、言い換えるとCPUがリセットされた後の動作を説明するフローチャートである。   By the way, in the above description, only the restart operation in the transient state at the time of recovery from the overshoot has been described, but the same restart operation is performed in the transient state immediately after the power is turned on or at the recovery from the instantaneous power failure. Preferably it is performed. FIG. 16 (a) is a flowchart for explaining the operation at the time of power-on or return after an instantaneous power failure, in other words, the operation after the CPU is reset.

図示の通り、CPUがリセットされるとワンチップマイコン3の各レジスタ類の設定などのイニシャライズ処理がされた後、リスタートフラグRSTが1にセットされると共に、タイマ変数BAKに200がセットされる。そして、タイマ変数BAKは、1mSごとに生じる第2タイマ割込みINT2において、リスタートフラグRSTが1であることを条件にデクリメントされる。なお、タイマ変数BAKやリスタートフラグRSTはAD変換終了割込みINT3において参照されて(ST40,ST42)、RST=1且つBAK>0であることを条件に、制御オン時間Ton(n)の補正処理が行われる。その結果、最初の200mSだけは、算出された時間より短い制御オン時間となり、オーバシュートの発生が未然防止される。   As shown in the figure, when the CPU is reset, after initialization processing such as setting of each register of the one-chip microcomputer 3, the restart flag RST is set to 1, and 200 is set to the timer variable BAK. . The timer variable BAK is decremented on the condition that the restart flag RST is 1 in the second timer interrupt INT2 that occurs every 1 mS. Note that the timer variable BAK and the restart flag RST are referred to in the AD conversion end interrupt INT3 (ST40, ST42), and the control ON time Ton (n) is corrected on the condition that RST = 1 and BAK> 0. Is done. As a result, only the first 200 mS becomes a control ON time shorter than the calculated time, and the occurrence of overshoot is prevented.

その他、本実施例では、ハードウェア制御回路が存在せず、全てをソフトウェア制御で実現できるため、力率改善回路などを省略でき、低コストで小型化が可能となる。また一般のコイルを使用して、そのインダクタンス値をリアルタイムに補正して演算式に反映させるので、低コストでありながら高精度の制御が可能となる。   In addition, in this embodiment, since no hardware control circuit exists and all can be realized by software control, the power factor correction circuit and the like can be omitted, and the size can be reduced at low cost. In addition, since a common coil is used and its inductance value is corrected in real time and reflected in the arithmetic expression, high-precision control is possible at a low cost.

実施例に係るデジタルコンバータを示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the digital converter which concerns on an Example. 制御周期とコイルの充放電動作との関係を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the relationship between a control period and the charging / discharging operation | movement of a coil. 実施例に係るデジタルコンバータの制御動作を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining the control operation of the digital converter which concerns on an Example. ワンチップマイコンの動作内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement content of a one-chip microcomputer. ワンチップマイコンの動作内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement content of a one-chip microcomputer. ワンチップマイコンの動作内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement content of a one-chip microcomputer. (式5)の導出過程を説明する図面である。It is drawing explaining the derivation | leading-out process of (Formula 5). (式5)の導出過程を説明する図面である。It is drawing explaining the derivation | leading-out process of (Formula 5). (式9)の導出過程を説明する図面である。It is drawing explaining the derivation | leading-out process of (Formula 9). (式9)の導出過程を説明する図面である。It is drawing explaining the derivation | leading-out process of (Formula 9). (式14)の導出過程を説明する図面である。It is drawing explaining the derivation | leading-out process of (Formula 14). (式14)の導出過程を説明する図面である。It is drawing explaining the derivation | leading-out process of (Formula 14). 実施例に係るデジタルコンバータの動作内容を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the operation | movement content of the digital converter which concerns on an Example. コイルのインダクタンス値と平均電流との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the inductance value of a coil, and an average current. オーバシュートとソフトスタートを説明する図面である。It is drawing explaining an overshoot and a soft start. CPUリセット後の過渡動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the transient operation after CPU reset.

符号の説明Explanation of symbols

L コイル
Q スイッチング素子(IGBT)
4 昇圧チョッパ
2 整流回路(単相全波整流回路)
3 コンピュータ回路(ワンチップマイコン)
1 デジタルコンバータ
L Coil Q Switching element (IGBT)
4 Boost chopper 2 Rectifier circuit (Single-phase full-wave rectifier circuit)
3 Computer circuit (one-chip microcomputer)
1 Digital converter

Claims (6)

コイル及びスイッチング素子を備えた昇圧チョッパと、前記コイルに入力電流を供給する整流回路と、前記スイッチング素子を所定の制御サイクルでPWM制御するコンピュータ回路とを有するデジタルコンバータであって、
定常状態では、コイルへの入力電流が制御サイクル中に途切れない連続モードか、制御サイクルの途中で途絶える不連続モードかを判定して、その判定結果に基づく異なるアルゴリズムでPWM制御を行う一方、
出力直流電圧が増加して上向き限界値を超えると、PWM制御を停止して出力直流電圧を迅速に降下させるようにしたことを特徴とするデジタルコンバータ。
A digital converter having a step-up chopper provided with a coil and a switching element, a rectifier circuit that supplies an input current to the coil, and a computer circuit that performs PWM control of the switching element in a predetermined control cycle,
In the steady state, it is determined whether the input current to the coil is a continuous mode in which the current is not interrupted during the control cycle or a discontinuous mode in which the current is interrupted in the middle of the control cycle, and PWM control is performed using a different algorithm based on the determination result.
A digital converter characterized in that when the output DC voltage increases and exceeds an upward limit, PWM control is stopped and the output DC voltage is quickly reduced.
コイル及びスイッチング素子を備えた昇圧チョッパと、前記コイルに入力電流を供給する整流回路と、前記スイッチング素子を所定の制御サイクルでPWM制御するコンピュータ回路とを有するデジタルコンバータであって、
定常状態では、コイルへの入力電流が制御サイクル中に途切れない連続モードか、制御サイクルの途中で途絶える不連続モードかを判定して、その判定結果に基づく異なるアルゴリズムでPWM制御を行う一方、
前記定常状態に至るまでの過渡状態では、前記アルゴリズムで算出された本来の制御時間を補正してPWM制御を行うようにしたことを特徴とするデジタルコンバータ。
A digital converter having a step-up chopper provided with a coil and a switching element, a rectifier circuit that supplies an input current to the coil, and a computer circuit that performs PWM control of the switching element in a predetermined control cycle,
In the steady state, it is determined whether the input current to the coil is a continuous mode in which the current is not interrupted during the control cycle or a discontinuous mode in which the current is interrupted in the middle of the control cycle, and PWM control is performed using a different algorithm based on the determination result.
A digital converter that performs PWM control by correcting an original control time calculated by the algorithm in a transient state up to the steady state.
前記過渡状態は、前記コンピュータ回路が動作を開始してから所定時間が経過するまでの時間帯である請求項2に記載のデジタルコンバータ。 The digital converter according to claim 2, wherein the transient state is a time period from when the computer circuit starts to operate until a predetermined time elapses. 前記過渡状態は、PWM制御を停止して出力直流電圧を降下させて下向き限界値を下回った後、所定時間が経過するまでの時間帯である請求項2に記載のデジタルコンバータ。 3. The digital converter according to claim 2, wherein the transient state is a time period from when the PWM control is stopped and the output DC voltage is lowered to fall below a downward limit value until a predetermined time elapses. 前記過渡状態では、時間の経過と共に、本来の制御時間に近づける補正アルゴリズムが採用される請求項2に記載のデジタルコンバータ。 3. The digital converter according to claim 2, wherein in the transient state, a correction algorithm that approximates the original control time as time passes is adopted. 請求項1〜5のいずれかの動作を実現するデジタルコンバータの制御方法。 A method for controlling a digital converter that realizes the operation according to claim 1.
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