JP4669502B2 - Abnormality detection method for resonant switching power supply and resonant switching power supply - Google Patents

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Description

本発明は、直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子が、共振回路が共振するようにスイッチングして、電源を供給する共振型スイッチング電源装置の異常検出方法及び共振型スイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to an abnormality detection method for a resonant switching power supply apparatus and a resonant switching power supply apparatus in which one or a plurality of switching elements that switch an output from a DC power supply are switched so that a resonant circuit resonates and supplies the power. It is about.

共振型スイッチング電源装置は、例えば、図1に示すように、二次電池B等の直流電源からの出力を、スイッチング素子Q1,Q2が、変圧器Tの一次巻線L1を含む共振回路4が共振するようにスイッチングし、変圧器Tの二次側から電源を供給するように構成されている。
スイッチング電源装置は、通常、電流波形及び電圧波形共に方形波に近いスイッチング動作を行うが、共振型スイッチング電源装置では、電流波形及び電圧波形の何れか又は両方を、共振回路で全共振又は部分共振させて、正弦波状のスイッチング動作を行う。これにより、スイッチング時の電圧及び電流が同時にオンになるときに発生するスイッチング損失を低減させることができ、単位時間当たりの電流変化率が小さくなって、ノイズの発生量を低減させることができる。
For example, as shown in FIG. 1, the resonance type switching power supply device has an output from a DC power source such as a secondary battery B, and a switching circuit Q 1, Q 2 includes a resonance circuit 4 including a primary winding L 1 of a transformer T. It switches so that it may resonate and it is comprised so that a power supply may be supplied from the secondary side of the transformer T.
A switching power supply device normally performs a switching operation close to a square wave for both a current waveform and a voltage waveform. In a resonant switching power supply device, either or both of a current waveform and a voltage waveform are fully or partially resonant in a resonance circuit. Thus, a sinusoidal switching operation is performed. As a result, the switching loss that occurs when the voltage and current during switching are simultaneously turned on can be reduced, the rate of current change per unit time can be reduced, and the amount of noise generated can be reduced.

特許文献1には、直列に接続された2つのスイッチング素子を備え、一方のスイッチング素子の両端電圧(他方のスイッチング素子のソース電圧)を検出し、その検出信号により他方のスイッチング素子をオンにすることで、両スイッチング素子が同時にオンになることを防止する共振型のスイッチング電源装置が開示されている。
特許文献2には、直流電源装置の出力電圧の波形をウェーブレット変換し、ウェーブレット変換した波形の代表値を参照値と比較することにより、直流電源装置の劣化検出を行う劣化診断装置が開示されている。
特開2007−006614号公報 特開2005−287108号公報
Patent Document 1 includes two switching elements connected in series, detects a voltage across one switching element (a source voltage of the other switching element), and turns on the other switching element based on the detection signal. Thus, a resonance type switching power supply device that prevents both switching elements from being turned on simultaneously is disclosed.
Patent Document 2 discloses a deterioration diagnosis device that detects the deterioration of a DC power supply device by wavelet transforming the waveform of the output voltage of the DC power supply device and comparing the representative value of the wavelet transformed waveform with a reference value. Yes.
JP 2007-006614 A Japanese Patent Laying-Open No. 2005-287108

共振型スイッチング電源装置では、従来、負荷電流及びスイッチング電流の異常増大(共振はずれ)を検出する為に、複数の抵抗を使用した分流器、又はシャント抵抗等を用いているが、抵抗による損失が発生するという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第1,3発明では、抵抗を使用することなく、負荷電流及びスイッチング電流の異常増大(共振はずれ)を検出することができる共振型スイッチング電源装置の異常検出方法を提供することを目的とする。
第2,4,5発明では、抵抗を使用することなく、負荷電流及びスイッチング電流の異常増大(共振はずれ)を検出することができる共振型スイッチング電源装置を提供することを目的とする。
In a resonant switching power supply device, a shunt resistor using a plurality of resistors or a shunt resistor is conventionally used to detect an abnormal increase (loss of resonance) of load current and switching current. There is a problem that occurs.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances. In the first and third inventions, an abnormal increase (resonance deviation) in load current and switching current can be detected without using a resistor. An object of the present invention is to provide a method for detecting an abnormality in a resonant switching power supply device.
It is an object of the second, fourth, and fifth inventions to provide a resonance type switching power supply device that can detect an abnormal increase (loss of resonance) of load current and switching current without using a resistor.

第1発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法は、直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子と、共振回路とを備え、前記スイッチング素子が、該共振回路が共振するようにスイッチングして、電源を供給する共振型スイッチング電源装置の異常検出方法において、前記スイッチング素子の両端電圧値を検出し、検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングし、複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換し、ウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較し、比較した結果に基づき、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測することを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an abnormality detection method for a resonance type switching power supply apparatus comprising one or more switching elements for switching an output from a DC power supply and a resonance circuit, wherein the switching element causes the resonance circuit to resonate. In the abnormality detection method of the resonance type switching power supply apparatus that supplies power by switching to the voltage, the voltage values at both ends of the switching element are detected, the detected voltage values are sampled in time series, and the sampled data is wavelet The maximum value and the predetermined value obtained by the conversion and wavelet transform are compared, and an abnormal increase in the current flowing through the switching element is predicted based on the comparison result.

第2発明に係る共振型スイッチング電源装置は、直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子と、共振回路とを備え、前記スイッチング素子が、該共振回路が共振するようにスイッチングして、電源を供給するように構成してある共振型スイッチング電源装置において、前記スイッチング素子の両端電圧値を検出する手段と、該手段が検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングする手段と、該手段が複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換する手段と、該手段がウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較する手段と、該手段の比較結果に基づき、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測する予測手段とを備えることを特徴とする。   A resonant switching power supply device according to a second aspect of the present invention comprises one or more switching elements that switch an output from a DC power supply and a resonance circuit, and the switching element is switched so that the resonance circuit resonates. In the resonant switching power supply device configured to supply power, means for detecting a voltage value across the switching element, means for sampling a plurality of voltage values detected by the means in time series, and Means for wavelet transforming a plurality of sampled data; means for comparing a maximum value and a predetermined value as a result of the wavelet transform by the means; and an abnormal increase in the current flowing through the switching element based on the comparison result of the means. And prediction means for predicting.

第1発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法、及び第2発明に係る共振型スイッチング電源装置では、1又は複数のスイッチング素子が、直流電源からの出力を、共振回路が共振するようにスイッチングして、電源を供給する。スイッチング素子の両端電圧値を検出し、検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングする。複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換し、ウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較する。その比較した結果に基づき、スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測する。   In the resonant switching power supply device abnormality detection method according to the first invention and the resonant switching power supply device according to the second invention, one or a plurality of switching elements resonate the output from the DC power supply and the resonant circuit resonates. Switch to supply power. The voltage values at both ends of the switching element are detected, and a plurality of detected voltage values are sampled in time series. Wavelet transform is performed on a plurality of sampled data, and a maximum value and a predetermined value as a result of the wavelet transform are compared. Based on the comparison result, an abnormal increase in the current flowing through the switching element is predicted.

第3発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法は、変圧器と、直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子と、共振回路とを備え、前記スイッチング素子が、該共振回路が共振するようにスイッチングして、前記変圧器の二次側から電源を供給する共振型スイッチング電源装置の異常検出方法において、前記スイッチング素子の両端電圧値を検出し、検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングし、複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換し、ウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較し、比較した結果に基づき、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an abnormality detection method for a resonance type switching power supply apparatus comprising a transformer, one or more switching elements for switching an output from a DC power supply, and a resonance circuit, the switching element being the resonance circuit. In the abnormality detection method of the resonance type switching power supply device that switches so as to resonate and supplies power from the secondary side of the transformer, the voltage value at both ends of the switching element is detected, and the detected voltage value is time-series A plurality of samples, wavelet transform of the sampled data, compare the maximum value of the wavelet transform result and a predetermined value, and predict an abnormal increase in the current flowing through the switching element based on the comparison result And

第4発明に係る共振型スイッチング電源装置は、変圧器と、直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子と、共振回路とを備え、前記スイッチング素子が、該共振回路が共振するようにスイッチングして、前記変圧器の二次側から電源を供給するように構成してある共振型スイッチング電源装置において、前記スイッチング素子の両端電圧値を検出する手段と、該手段が検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングする手段と、該手段が複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換する手段と、該手段がウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較する手段と、該手段の比較結果に基づき、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測する予測手段とを備えることを特徴とする。   A resonance-type switching power supply device according to a fourth aspect of the present invention includes a transformer, one or more switching elements that switch output from a DC power supply, and a resonance circuit. The switching element resonates with the resonance circuit. In the resonant switching power supply device configured to supply power from the secondary side of the transformer, means for detecting a voltage value across the switching element, and a voltage value detected by the means Means for time-sequential sampling, means for wavelet transforming the data sampled by the means, means for comparing the maximum value and the predetermined value obtained by the wavelet transform, and the comparison result of the means And a predicting means for predicting an abnormal increase in the current flowing through the switching element.

第3発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法、及び第4発明に係る共振型スイッチング電源装置では、1又は複数のスイッチング素子が、直流電源からの出力を、共振回路が共振するようにスイッチングして、変圧器の二次側から電源を供給する。スイッチング素子の両端電圧値を検出し、検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングする。複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換し、ウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較する。その比較した結果に基づき、スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測する。   In the resonance type switching power supply apparatus according to the third aspect of the invention and the resonance type switching power supply apparatus according to the fourth aspect of the invention, the resonance circuit resonates the output from the DC power supply with one or a plurality of switching elements. Switch to supply power from the secondary side of the transformer. The voltage values at both ends of the switching element are detected, and a plurality of detected voltage values are sampled in time series. Wavelet transform is performed on a plurality of sampled data, and a maximum value and a predetermined value as a result of the wavelet transform are compared. Based on the comparison result, an abnormal increase in the current flowing through the switching element is predicted.

第5発明に係る共振型スイッチング電源装置は、前記予測手段は、前記比較結果が、前記極大値が所定値より大きいときに、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測するように構成してあることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, the predicting means is configured to predict an abnormal increase in the current flowing through the switching element when the comparison result is greater than a predetermined value. It is characterized by being.

この共振型スイッチング電源装置では、比較した結果が、ウェーブレット変換した結果の極大値が所定値より大きいときに、予測手段が、スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測する。   In this resonant switching power supply device, when the comparison result shows that the maximum value of the wavelet transform result is larger than a predetermined value, the predicting means predicts an abnormal increase in the current flowing through the switching element.

第1,3発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法によれば、抵抗を使用することなく、負荷電流及びスイッチング電流の異常増大(共振はずれ)を検出することができ、抵抗による損失を低減させることができる。   According to the abnormality detection method of the resonant switching power supply device according to the first and third aspects of the invention, it is possible to detect an abnormal increase (loss of resonance) of the load current and the switching current without using a resistor, and to reduce the loss due to the resistor Can be reduced.

第2,4,5発明に係る共振型スイッチング電源装置によれば、抵抗を使用することなく、負荷電流及びスイッチング電流の異常増大(共振はずれ)を検出することができ、抵抗による損失を低減させることができる。   According to the resonance type switching power supply device according to the second, fourth, and fifth inventions, it is possible to detect an abnormal increase (resonance loss) of the load current and the switching current without using a resistor, and to reduce the loss due to the resistor. be able to.

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図1は、本発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法及び共振型スイッチング電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この共振型スイッチング電源装置は、直流電源であるバッテリBに、2つのNチャンネル型FETQ1,Q2が直列接続されており、バッテリBの陽極にFETQ1のドレインが、バッテリBの陰極にFETQ2のソースがそれぞれ接続されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of an embodiment of a resonant switching power supply apparatus abnormality detection method and a resonant switching power supply apparatus according to the present invention.
In this resonant switching power supply device, two N-channel FETs Q1 and Q2 are connected in series to a battery B which is a DC power supply, the drain of the FET Q1 is connected to the anode of the battery B, and the source of the FET Q2 is connected to the cathode of the battery B. Each is connected.

FETQ2には、電圧共振コンデンサCrvと、変圧器Tの一次巻線L1及び電流共振コンデンサCriからなる直列共振回路とが、並列に接続され、共振回路4を構成している。一次巻線L1の巻始め端は、FETQ2のドレインに接続されている。
Nチャンネル型FETQ1,Q2の各ゲートは、それぞれPWM(Pulse Width Modulation)制御部1に接続され、PWM制御部1により交互にオン/オフ制御される。PWM制御部1は、マイクロコンピュータにより構成されており、FETQ1のソース及びFETQ2のドレインの接続節点の電圧値を、電圧検出手段(両端電圧値を検出する手段)2で検出しサンプリングする。
A voltage resonance capacitor Crv and a series resonance circuit including a primary winding L1 of the transformer T and a current resonance capacitor Cri are connected in parallel to the FET Q2 to form a resonance circuit 4. The winding start end of the primary winding L1 is connected to the drain of the FET Q2.
The gates of the N-channel FETs Q1 and Q2 are respectively connected to a PWM (Pulse Width Modulation) control unit 1 and are turned on / off alternately by the PWM control unit 1. The PWM control unit 1 is constituted by a microcomputer, and detects and samples the voltage value at the connection node between the source of the FET Q1 and the drain of the FET Q2 by the voltage detection means (means for detecting the voltage value at both ends) 2.

変圧器Tの直列接続された二次巻線L2,L3は、一次巻線L1と巻方向を揃えられ、二次巻線L2の巻始め端がダイオードD1のアノードに、二次巻線L3の巻終り端がダイオードD2のアノードに接続され、ダイオードD1,D2の各カソードは、電解コンデンサCの陽極端子に接続されている。電解コンデンサCの陰極端子は、二次巻線L2,L3の接続節点に接続されている。
平滑コンデンサである電解コンデンサCには、負荷機器の抵抗RLが並列に接続されている。
The secondary windings L2 and L3 connected in series of the transformer T are aligned with the winding direction of the primary winding L1, the winding start end of the secondary winding L2 is the anode of the diode D1, and the secondary winding L3 The winding end is connected to the anode of the diode D2, and the cathodes of the diodes D1 and D2 are connected to the anode terminal of the electrolytic capacitor C. The cathode terminal of the electrolytic capacitor C is connected to the connection node of the secondary windings L2 and L3.
A resistance RL of a load device is connected in parallel to the electrolytic capacitor C which is a smoothing capacitor.

以下に、このような構成の共振型スイッチング電源装置の動作を説明する。
PWM制御部1は、電流共振回路L1,Cri及び電圧共振回路L1,Crvの共振周波数で、FETQ1,Q2の各ゲートを交互にオン/オフ制御する。
FETQ1がオン、FETQ2がオフであるとき、一次巻線L1に電流が流れて電流共振コンデンサCriが充電され、変圧器Tの二次側で起電力が誘導される。そのとき、バッテリBの出力電圧と、一次巻線L1及び二次巻線L3の巻線比とに応じた電圧が、変圧器Tの二次側に誘導される。
The operation of the resonant switching power supply device having such a configuration will be described below.
The PWM control unit 1 alternately turns on / off the gates of the FETs Q1 and Q2 at the resonance frequencies of the current resonance circuits L1 and Cri and the voltage resonance circuits L1 and Crv.
When the FET Q1 is on and the FET Q2 is off, a current flows through the primary winding L1, the current resonance capacitor Cri is charged, and an electromotive force is induced on the secondary side of the transformer T. At that time, a voltage corresponding to the output voltage of the battery B and the winding ratio of the primary winding L1 and the secondary winding L3 is induced to the secondary side of the transformer T.

次の、FETQ1がオフ、FETQ2がオンであるとき、電流共振コンデンサCriに充電された電荷が、一次巻線L1を通じて放電されて、充電時とは逆方向に電流が流れ、変圧器Tの二次側で起電力が誘導される。そのとき、電流共振コンデンサCriの両端電圧と、一次巻線L1及び二次巻線L2の巻線比とに応じた電圧が、変圧器Tの二次側に誘導される。
変圧器Tの二次側に誘導される電力量は、FETQ1のオン期間、つまり電流共振コンデンサCriへの充電期間を変化させ、電流共振コンデンサCriの両端電圧を変化させることにより、設定制御される。
Next, when the FET Q1 is off and the FET Q2 is on, the electric charge charged in the current resonance capacitor Cri is discharged through the primary winding L1, and a current flows in a direction opposite to that at the time of charging. An electromotive force is induced on the secondary side. At that time, a voltage corresponding to the voltage across the current resonance capacitor Cri and the turn ratio of the primary winding L1 and the secondary winding L2 is induced on the secondary side of the transformer T.
The amount of power induced on the secondary side of the transformer T is set and controlled by changing the ON period of the FET Q1, that is, the charging period of the current resonance capacitor Cri and changing the voltage across the current resonance capacitor Cri. .

FETQ1がオフになった直後に、一次巻線L1の励磁インダクタンスによる励磁電流が、FETQ2の図示しないボディダイオードを通じて流れるが、この間にFETQ2をオンにする。これにより、FETQ2は、ゼロ電圧/ゼロ電流スイッチングすることになり、スイッチング損失は極めて小さくなる。
FETQ2がオフになるとき、電流共振コンデンサCriからの放電は殆ど終了しており、流れている電流は小さく、また、電圧共振コンデンサCrvにより電圧擬似共振状態になっているので、スイッチング損失は極めて小さい。
Immediately after the FET Q1 is turned off, an exciting current due to the exciting inductance of the primary winding L1 flows through a body diode (not shown) of the FET Q2, and during this time, the FET Q2 is turned on. As a result, the FET Q2 performs zero voltage / zero current switching, and the switching loss becomes extremely small.
When the FET Q2 is turned off, the discharge from the current resonance capacitor Cri is almost completed, the flowing current is small, and the voltage resonance capacitor Crv is in a voltage quasi-resonance state, so that the switching loss is extremely small. .

FETQ2がオフになった直後に、循環電流はFETQ1の図示しないボディダイオードを通じて流れるが、この間にFETQ1をオンにする。これにより、FETQ1は、ゼロ電圧/ゼロ電流スイッチングすることになり、スイッチング損失は極めて小さくなる。
FETQ1がオフになるとき、電流共振コンデンサCriへの充電は殆ど終了しており、流れている電流は小さく、また、電圧共振コンデンサCrvにより電圧擬似共振状態になっているので、スイッチング損失は極めて小さい。
以上により、FETQ1,Q2のスイッチング損失は極めて小さくなっている。
Immediately after the FET Q2 is turned off, the circulating current flows through a body diode (not shown) of the FET Q1, and during this time, the FET Q1 is turned on. As a result, the FET Q1 performs zero voltage / zero current switching, and the switching loss becomes extremely small.
When the FET Q1 is turned off, the charging of the current resonance capacitor Cri is almost completed, the flowing current is small, and the voltage resonance capacitor Crv is in a voltage quasi-resonance state, so that the switching loss is extremely small. .
As described above, the switching loss of the FETs Q1 and Q2 is extremely small.

以下に、本発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出動作を、それを示す図2のフローチャートを参照しながら説明する。
PWM制御部1は、抵抗RLを有する負荷機器が起動してから、所定時間が経過した(S1)後、パラメータKを0にする(S3)。次いで、負荷機器が操作されているか否かを判定し(S5)、操作されていなければ、電圧検出手段2で検出したFETQ1,Q2の接続節点の電圧値をサンプリングする(S7)。
The abnormality detection operation of the resonant switching power supply device according to the present invention will be described below with reference to the flowchart of FIG.
The PWM control unit 1 sets the parameter K to 0 (S3) after a predetermined time has elapsed after the load device having the resistance RL is activated (S1). Next, it is determined whether or not the load device is operated (S5). If not, the voltage value at the connection node of the FETs Q1 and Q2 detected by the voltage detection means 2 is sampled (S7).

PWM制御部1は、次に、パラメータKに1を加算した(S9)後、パラメータKが、ウェーブレット変換の演算に必要なデータ数であるN(Nは自然数)以上であるか否かを判定し(S11)、パラメータKがN以上であれば、パラメータKをNにする(S13)。
PWM制御部1は、負荷機器が操作されていれば(S5)、それ迄にサンプリングしたデータを削除した(S23)後、パラメータKを0にして(S3)、サンプリングし直す。
PWM制御部1は、パラメータKがN以上でなければ(S11)、負荷機器が操作されているか否かを判定する(S5)。
Next, after adding 1 to the parameter K (S9), the PWM control unit 1 determines whether the parameter K is equal to or greater than N (N is a natural number), which is the number of data necessary for the wavelet transform operation. If the parameter K is greater than or equal to N (S11), the parameter K is set to N (S13).
If the load device is operated (S5), the PWM controller 1 deletes the data sampled so far (S23), sets the parameter K to 0 (S3), and resamples.
If the parameter K is not N or more (S11), the PWM controller 1 determines whether or not the load device is being operated (S5).

PWM制御部1は、パラメータKをNにした(S13)後、直近に時系列的にサンプリングしたN個のデータを使用してウェーブレット変換の演算を行い(S15)、その演算結果のピーク値が基準値(所定値)より大きいか否かを判定する(S17)。
PWM制御部1は、ピーク値が基準値より大きければ(S17)、変圧器Tの一次巻線L1に流れる電流量の異常増加を予測し(S19)、その電流量の異常増加を防止するように、FETQ1,Q2の各ゲートをPWM制御する(S21)。次いで、負荷機器が操作されているか否かを判定する(S5)。
PWM制御部1は、ピーク値が基準値より大きくなければ(S17)、負荷機器が操作されているか否かを判定する(S5)。
After the parameter K is set to N (S13), the PWM control unit 1 performs wavelet transform calculation using the N data sampled in a time series most recently (S15), and the peak value of the calculation result is It is determined whether it is larger than a reference value (predetermined value) (S17).
If the peak value is larger than the reference value (S17), the PWM control unit 1 predicts an abnormal increase in the amount of current flowing through the primary winding L1 of the transformer T (S19), and prevents the abnormal increase in the current amount. Next, each of the gates of the FETs Q1 and Q2 is PWM-controlled (S21). Next, it is determined whether or not the load device is operated (S5).
If the peak value is not larger than the reference value (S17), the PWM controller 1 determines whether or not the load device is being operated (S5).

ウェーブレット変換は、フーリエ変換と同様に、周波数解析に用いられる公知の手法の1つである。フーリエ変換では、サイン波及びコサイン波を拡大縮小し足し合わせることにより、波形を表現するのに対して、ウェーブレット変換では、小さい波(ウェーブレット)を拡大縮小、平行移動し足し合わせることで波形を表現する。また、フーリエ変換では、周波数成分のみを局在化する為、時系列情報が失われるが、ウェーブレット変換では、時間成分及び周波数成分の両方を局在化し、周波数に合わせて小さい波(基底関数;メキシカンハット関数、フレンチハット関数等)の幅が変化するので、周波数の解像度が良い。   The wavelet transform is one of known methods used for frequency analysis, like the Fourier transform. In the Fourier transform, the waveform is expressed by enlarging and adding the sine wave and cosine wave, while in the wavelet transform, the waveform is expressed by enlarging, reducing, translating, and adding the small wave (wavelet). To do. In the Fourier transform, only the frequency component is localized, so time series information is lost. In the wavelet transform, both the time component and the frequency component are localized, and a small wave (basis function; Since the width of the Mexican hat function, the French hat function, etc.) changes, the frequency resolution is good.

コンピュータでは、連続量を扱うのが難しく、信号を無理に連続ウェーブレット変換の式に当てはめて演算すると、かなりの情報が失われ、逆変換ができなくなるので、逆変換を考慮した離散ウェーブレット変換が行われる。離散ウェーブレット変換は、元信号を高周波成分と低周波成分とに分解し、分解した高周波成分を更に高周波成分と低周波成分とに分解するという処理を繰り返し行うので、多重解像度解析とも呼称される。   With computers, it is difficult to handle continuous quantities, and if a signal is forcibly applied to a continuous wavelet transform formula, a considerable amount of information is lost and inverse transform cannot be performed, so discrete wavelet transform that considers inverse transform is performed. Is called. The discrete wavelet transform is also referred to as multi-resolution analysis because it repeatedly performs a process of decomposing the original signal into a high-frequency component and a low-frequency component and further decomposing the decomposed high-frequency component into a high-frequency component and a low-frequency component.

例えば、定格値2.6Aの図1に示すような共振型スイッチング電源装置では、負荷電流と変圧器の一次側電圧値をウェーブレット変換した値のピーク値とは、図3に示すような関係になり、両者に有意な関係が有ることを示している。図3では、定格値2.6Aを超える負荷電流が流れる場合には、スイッチング周波数が変化して共振はずれが発生することを示している。   For example, in a resonant switching power supply device with a rated value of 2.6 A as shown in FIG. 1, the peak value of the value obtained by wavelet transforming the load current and the primary voltage value of the transformer has the relationship shown in FIG. This shows that there is a significant relationship between the two. FIG. 3 shows that when a load current exceeding the rated value 2.6 A flows, the switching frequency is changed and resonance is lost.

また、図1に示すような共振型スイッチング電源装置(ここでは、定格値は2.6Aではないとする)で、図4(a)に示すように、負荷を変動させて、負荷電流を急激に3.0Aから7.5Aに増加させた場合、その前後の電圧検出手段2が検出したFETQ1のソース電圧値は、図4(a)に示すように推移する。その場合、FETQ1のソース電流値は、図4(b)に示すように推移し、FETQ1のソース電圧値をウェーブレット変換した値は、図5に示すように推移する。   Further, in the resonance type switching power supply device (here, the rated value is not 2.6A) as shown in FIG. 1, the load is changed rapidly as shown in FIG. 4 (a). When the voltage is increased from 3.0 A to 7.5 A, the source voltage value of the FET Q1 detected by the voltage detection means 2 before and after that changes as shown in FIG. In that case, the source current value of the FET Q1 changes as shown in FIG. 4B, and the value obtained by wavelet transforming the source voltage value of the FET Q1 changes as shown in FIG.

図4(a)、(b)及び図5から、急激に負荷が変動した場合には、共振はずれが発生しFETQ1のソース電流値が増大する前に、FETQ1のソース電圧値をウェーブレット変換した値が増大することが分かる。従って、変圧器の一次側電圧値をウェーブレット変換した値と、予め実測又は計算により定めた基準値との大小を比較することにより、共振はずれを事前に予測することが可能である。
尚、上述した実施の形態では、絶縁型の共振型スイッチング電源装置について説明してあるが、非絶縁型であるチョッパ方式等の共振型スイッチング電源装置についても同様のことが可能である。
4 (a), 4 (b) and FIG. 5, when the load fluctuates suddenly, the value obtained by wavelet transforming the source voltage value of the FET Q1 before the resonance shift occurs and the source current value of the FET Q1 increases. It can be seen that increases. Therefore, resonance deviation can be predicted in advance by comparing the value obtained by wavelet transform of the primary voltage value of the transformer with a reference value determined in advance by actual measurement or calculation.
In the above-described embodiment, the insulating resonance switching power supply device has been described. However, the same can be applied to a resonance switching power supply device such as a non-insulating chopper method.

本発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法及び共振型スイッチング電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of embodiment of the abnormality detection method of the resonance type switching power supply device which concerns on this invention, and a resonance type switching power supply device. 本発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the abnormality detection operation | movement of the resonance type switching power supply device which concerns on this invention. 共振型スイッチング電源装置の、負荷電流と変圧器の一次側電圧値をウェーブレット変換した値のピーク値との関係例を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the example of a relationship between the load current and the peak value of the value which carried out wavelet transform of the primary side voltage value of the transformer of a resonance type switching power supply device. 本発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法を説明する為の説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the abnormality detection method of the resonance type switching power supply device which concerns on this invention. 本発明に係る共振型スイッチング電源装置の異常検出方法を説明する為の説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the abnormality detection method of the resonance type switching power supply device which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 PWM制御部
2 電圧検出手段(両端電圧値を検出する手段)
4 共振回路
B バッテリ
C 電解コンデンサ
Cri 電流共振コンデンサ
Crv 電圧共振コンデンサ
D1,D2 ダイオード
L1 一次巻線
L2,L3 二次巻線
RL 負荷機器の抵抗
T 変圧器
Q1,Q2 FET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 PWM control part 2 Voltage detection means (means to detect voltage value between both ends)
4 Resonant circuit B Battery C Electrolytic capacitor Cri Current resonant capacitor Crv Voltage resonant capacitor D1, D2 Diode L1 Primary winding L2, L3 Secondary winding RL Resistance of load device T Transformer Q1, Q2 FET

Claims (5)

直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子と、共振回路とを備え、前記スイッチング素子が、該共振回路が共振するようにスイッチングして、電源を供給する共振型スイッチング電源装置の異常検出方法において、
前記スイッチング素子の両端電圧値を検出し、検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングし、複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換し、ウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較し、比較した結果に基づき、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測することを特徴とする共振型スイッチング電源装置の異常検出方法。
An abnormality of a resonant switching power supply device that includes one or a plurality of switching elements that switch an output from a DC power source and a resonance circuit, and the switching element switches so that the resonance circuit resonates and supplies power. In the detection method,
Detecting the voltage value at both ends of the switching element, sampling a plurality of detected voltage values in time series, wavelet transforming a plurality of sampled data, comparing a maximum value and a predetermined value as a result of wavelet transform, and comparing results An abnormality detection method for a resonant switching power supply device, wherein an abnormal increase in current flowing through the switching element is predicted based on the above.
直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子と、共振回路とを備え、前記スイッチング素子が、該共振回路が共振するようにスイッチングして、電源を供給するように構成してある共振型スイッチング電源装置において、
前記スイッチング素子の両端電圧値を検出する手段と、該手段が検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングする手段と、該手段が複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換する手段と、該手段がウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較する手段と、該手段の比較結果に基づき、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測する予測手段とを備えることを特徴とする共振型スイッチング電源装置。
A resonance circuit comprising one or more switching elements for switching output from a DC power source and a resonance circuit, wherein the switching element is configured to switch the resonance circuit to resonate and supply power. Type switching power supply
Means for detecting a voltage value across the switching element, means for sampling a plurality of voltage values detected by the means in time series, means for wavelet transforming the data sampled by the means, and means for wavelet transform A resonance type switching power supply comprising: means for comparing the maximum value and the predetermined value of the result obtained; and prediction means for predicting an abnormal increase in the current flowing through the switching element based on the comparison result of the means.
変圧器と、直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子と、共振回路とを備え、前記スイッチング素子が、該共振回路が共振するようにスイッチングして、前記変圧器の二次側から電源を供給する共振型スイッチング電源装置の異常検出方法において、
前記スイッチング素子の両端電圧値を検出し、検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングし、複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換し、ウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較し、比較した結果に基づき、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測することを特徴とする共振型スイッチング電源装置の異常検出方法。
A transformer, one or more switching elements for switching an output from a DC power source, and a resonance circuit, wherein the switching element is switched so that the resonance circuit resonates, and the secondary side of the transformer In the abnormality detection method of the resonance type switching power supply that supplies power from
Detecting the voltage value at both ends of the switching element, sampling a plurality of detected voltage values in time series, wavelet transforming a plurality of sampled data, comparing a maximum value and a predetermined value as a result of wavelet transform, and comparing results An abnormality detection method for a resonant switching power supply device, wherein an abnormal increase in current flowing through the switching element is predicted based on the above.
変圧器と、直流電源からの出力をスイッチングする1又は複数のスイッチング素子と、共振回路とを備え、前記スイッチング素子が、該共振回路が共振するようにスイッチングして、前記変圧器の二次側から電源を供給するように構成してある共振型スイッチング電源装置において、
前記スイッチング素子の両端電圧値を検出する手段と、該手段が検出した電圧値を時系列的に複数サンプリングする手段と、該手段が複数サンプリングしたデータをウェーブレット変換する手段と、該手段がウェーブレット変換した結果の極大値及び所定値を比較する手段と、該手段の比較結果に基づき、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測する予測手段とを備えることを特徴とする共振型スイッチング電源装置。
A transformer, one or more switching elements for switching an output from a DC power source, and a resonance circuit, wherein the switching element is switched so that the resonance circuit resonates, and the secondary side of the transformer In the resonant switching power supply configured to supply power from
Means for detecting a voltage value across the switching element, means for sampling a plurality of voltage values detected by the means in time series, means for wavelet transforming the data sampled by the means, and means for wavelet transform A resonance type switching power supply comprising: means for comparing the maximum value and the predetermined value of the result obtained; and prediction means for predicting an abnormal increase in the current flowing through the switching element based on the comparison result of the means.
前記予測手段は、前記比較結果が、前記極大値が所定値より大きいときに、前記スイッチング素子に流れる電流の異常増加を予測するように構成してある請求項2又は4記載の共振型スイッチング電源装置。   5. The resonant switching power supply according to claim 2, wherein the predicting unit is configured to predict an abnormal increase in a current flowing through the switching element when the comparison result indicates that the maximum value is larger than a predetermined value. apparatus.
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