JP4937631B2 - Digital converter and control method thereof - Google Patents

Digital converter and control method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4937631B2
JP4937631B2 JP2006112231A JP2006112231A JP4937631B2 JP 4937631 B2 JP4937631 B2 JP 4937631B2 JP 2006112231 A JP2006112231 A JP 2006112231A JP 2006112231 A JP2006112231 A JP 2006112231A JP 4937631 B2 JP4937631 B2 JP 4937631B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
current
switching element
control
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006112231A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007288892A (en
Inventor
直樹 西村
春幸 吉岡
靖弘 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diamond Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2006112231A priority Critical patent/JP4937631B2/en
Publication of JP2007288892A publication Critical patent/JP2007288892A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4937631B2 publication Critical patent/JP4937631B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

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、スイッチング素子の過渡動作を改善したデジタルコンバータ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 digital converter with improved transient operation of a switching element and a control method thereof.

出願人は先に、大型のコイルを使用しなくても精密なPWM制御が実現できる装置について提案している(特許文献1)。
特願2004−268135
The applicant has previously proposed a device capable of realizing precise PWM control without using a large coil (Patent Document 1).
Japanese Patent Application No. 2004-268135

この特許文献1に記載の発明は、コイル及びスイッチング素子を備えた昇圧チョッパと、コイルに入力電流を供給する整流回路と、スイッチング素子Q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において、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つつ、その判定結果に基づいて異なるアルゴリズムでPWM制御を行うようにしている。   The invention described in Patent Document 1 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 performs PWM control of the switching element Q in a predetermined control cycle. In the converter, while determining whether the input current to the coil is a continuous mode that is not interrupted during the control cycle or a discontinuous mode that is interrupted during the control cycle, PWM control is performed using a different algorithm based on the determination result. Yes.

この発明によれば、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制御が可能となる。また、全てをソフトウェア制御で実現できるため、ハードウェア制御の場合のような力率改善回路を省略でき、また一般のコイルも使用できるので低コストで装置全体を小型化できるという利点がある。   According to the present invention, it is possible to perform precise PWM control over a wide range of input current while having a simple configuration. In addition, since all can be realized by software control, the power factor correction circuit as in the case of hardware control can be omitted, and since a general coil can be used, there is an advantage that the entire apparatus can be downsized at low cost.

しかしながら、電源の大電流化に伴い、スイッチング素子のON/OFF遷移動作時に発生するスパイク状のノイズが、他の回路に悪影響を与えることがあった。図18は、特許文献1の昇圧チョッパについて、そこに発生するスパイクノイズI,Iを図示したものである。図示の通り、スイッチングトランジスタQがOFF状態からON状態に遷移する時、ダイオードDの少数キャリア蓄積効果によるスパイク状の逆方向電流Iが流れる。また、スイッチングトランジスタQがON状態からOFF状態に遷移する時にも、スパイク状の電流Iが流れる。 However, with the increase in the current of the power supply, spike-like noise generated during the ON / OFF transition operation of the switching element may adversely affect other circuits. FIG. 18 illustrates spike noises I 1 and I 2 generated in the step-up chopper of Patent Document 1. As illustrated, when the switching transistor Q transitions from the OFF state to the ON state, a spike-like reverse current I 1 due to the minority carrier accumulation effect of the diode D flows. Further, even when the switching transistor Q transits from ON to OFF, the spike-like current I 2 flows.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、スパイク状のノイズを低減ないし解消した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 an object thereof is to provide a digital converter that reduces or eliminates spike noise and a control method thereof.

上記の目的を達成するため、本発明に係るデジタルコンバータは、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において、前記昇圧チョッパと並列にスイッチング回路を設け、前記スイッチング回路は、前記スイッチング素子のON遷移動作に先行してON動作して、前記スイッチング素子のON遷移後にOFF動作し、前記スイッチング素子のOFF遷移動作に先行してON動作して、前記スイッチング素子のOFF遷移後にOFF動作するよう設定されている。 In order to achieve the above object, a digital converter according to the present invention 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 PWM control of the switching element in a predetermined control cycle. A switching circuit provided in parallel with the step-up chopper, wherein the switching circuit is turned on prior to an ON transition operation of the switching element, and is turned off after the switching element is turned on The switching element is set to perform an ON operation prior to an OFF transition operation of the switching element and to perform an OFF operation after the OFF transition of the switching element .

図17は、第一スイッチング素子Q1による昇圧チョッパと、第二スイッチング素子Q2によるスイッチング回路とで構成された本発明の実施態様について、その動作内容を説明するための図面である。このスイッチング回路は、昇圧チョッパと同一回路構成としているが、好ましくは、入力コイルL2<入力コイルL1であり、ダイオードD2の逆回復電荷QrrはダイオードD1の逆回復電荷より小さく設定される。また、ダイオードD2は、好ましくは、逆回復時間の短い素子が選択される。   FIG. 17 is a diagram for explaining the operation contents of an embodiment of the present invention constituted by a step-up chopper by the first switching element Q1 and a switching circuit by the second switching element Q2. This switching circuit has the same circuit configuration as that of the step-up chopper, but preferably, input coil L2 <input coil L1, and reverse recovery charge Qrr of diode D2 is set smaller than reverse recovery charge of diode D1. For the diode D2, an element having a short reverse recovery time is preferably selected.

図示のデジタルコンバータでは、第一スイッチング素子Q1のON/OFF遷移動作に先行して、第二スイッチング素子Q2を短時間だけON動作させている。したがって、第二スイッチング素子Q2は、殆どの時間帯でOFF状態であり、このOFF時間帯に、スイッチング回路が昇圧チョッパのバイパス路として機能してコンデンサを充電する。しかも、第一スイッチング素子のON動作に先行して、第二スイッチング素子がON動作するので、ダイオードD1の蓄積電荷が低減されてスパイク状の電流の発生を抑制できる。   In the illustrated digital converter, the second switching element Q2 is turned on for a short time prior to the ON / OFF transition operation of the first switching element Q1. Therefore, the second switching element Q2 is in an OFF state in most time periods, and in this OFF time period, the switching circuit functions as a bypass path of the boost chopper and charges the capacitor. In addition, since the second switching element is turned on prior to the ON operation of the first switching element, the accumulated charge of the diode D1 is reduced and the generation of spike-like current can be suppressed.

第一スイッチング素子は、その後、OFF状態からON状態に遷移し、次に、所定時間後にON状態からOFF状態に遷移して所定のPWM制御を実現する。第二スイッチング素子Q2は、第一スイッチング素子Q1のOFF遷移動作時にも、これに先行してON動作する(図17(b))。したがって、第一スイッチング素子がON状態からOFF状態に遷移するときにもスパイク状の電流の発生が抑制される。   The first switching element then transitions from the OFF state to the ON state, and then transitions from the ON state to the OFF state after a predetermined time to realize the predetermined PWM control. The second switching element Q2 is also turned on prior to the first switching element Q1 during the OFF transition operation (FIG. 17B). Therefore, even when the first switching element transitions from the ON state to the OFF state, generation of spike-like current is suppressed.

本発明は、好ましくは、第一昇圧チョッパの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つつ、その判定結果に基づいて異なるアルゴリズムでPWM制御を行っている。本発明では、連続モードか不連続モードかの判定は、毎回の制御サイクルで行っても良いし、複数回の制御サイクルに一回行ったのでも良い。何れにしても、連続モードか不連続モードかの判定は、好ましくは、今回の制御サイクルにおける、コイル充電開始電流Iv(n−2)、整流回路の出力電圧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、今回の制御サイクルにおけるPMW波の制御時間Ton(n−1)とコイルのインダクタンス値とに基づいて決定される。 The present invention preferably differs based on the determination result while determining whether the input current to the coil of the first step-up chopper 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. PWM control is performed using an algorithm. In the present invention, the determination of the continuous mode or the discontinuous mode may be performed in each control cycle, or may be performed once in a plurality of control cycles. In any case, it is preferable to determine whether the current mode is the continuous mode or the discontinuous mode. In this control cycle, the coil charging start current Iv (n−2), the output voltage Vac (n−1) of the rectifier circuit , and the boost It is determined based on each measured value of the DC output voltage Vdc (n−1) of the chopper, the control time Ton (n−1) of the PMW wave in the current control cycle, and the inductance value of the coil.

PMW波の制御時間は、実施例では、制御オン時間Ton(n−1)を意味しているが、特に限定されるものではなく、スイッチング素子のOFF時間をPWM制御する場合であれば、制御オフ時間がこれに該当する。また、コイルのインダクタンス値は、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。   The control time of the PMW wave means the control on time Ton (n−1) in the embodiment, but is not particularly limited. If the OFF time of the switching element is PWM controlled, the control time is controlled. This is the off time. Further, the inductance value of the coil is preferably corrected in accordance with the measured value of the coil current.

また、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、PMW波の制御時間Ton(n)を決定すべきである。更に好ましくは、次回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。ここで、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 should be determined using an arithmetic expression corresponding to the determination result of the continuous mode or the discontinuous mode. More preferably, the control time Ton (n) of the PMW wave in the next control cycle is determined using the predicted value Iav (n) of the coil average current in the next control cycle as an arithmetic element. Here, 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 value of the DC output voltage Vdc. It is preferably determined by PI (Proportional-Integral) control based on a deviation Verr from Vo.

また、本発明のコンピュータ回路は、アナログ入力信号をデジタル変換するAD変換部と、各種レジスタへの設定データに基づいて任意のパルス幅のパルス波を自動的に出力可能なタイマ部とを有するワンチップマイコンであるのが好ましい。前記AD変換部は、前記タイマ部からの指令に基づいて、一群のアナログ入力信号をデジタル変換する構成、言い換えると、CPUからの指令を経ることなく動作する構成を採るのが好ましい。更に好ましくは、前記AD変換部は、必要なデジタル変換処理が終われば、その旨をCPUに通知する構成を採るべきである。また、本発明は、請求項1〜6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 computer circuit according to the present invention also includes an AD converter that digitally converts an analog input signal, and a timer that can automatically output a pulse wave having an arbitrary pulse width based on setting data to various registers. A chip microcomputer is preferred. The AD conversion unit preferably adopts a configuration that digitally converts a group of analog input signals based on a command from the timer unit, in other words, a configuration that operates without receiving a command from the CPU. More preferably, the AD conversion unit should be configured to notify the CPU when the necessary digital conversion processing is completed. Moreover, this invention is a control method of the digital converter which comprises each technical element of Claims 1-6.

以上説明した本発明によれば、昇圧チョッパの過渡動作を改善して高周波ノイズの発生を抑制したデジタルコンバータを実現できる。   According to the present invention described above, it is possible to realize a digital converter that improves the transient operation of the step-up chopper and suppresses the generation of high-frequency noise.

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1を示す回路構成図であり、モータ制御システムの一部として組み込まれている。このデジタルコンバータ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)制御がされる昇圧チョッパ4A及びその補助動作をするスイッチング回路4B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。なお、全波整流回路2の出力側にはリップル抑制用のコンデンサCinが接続されている。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a digital converter 1 under software control, which is incorporated as a part of a motor control system. In this digital converter 1, a single-phase AC voltage (for example, 200V) is rectified by a full-wave rectifier circuit 2 to become a pulsating current, and then a step-up chopper 4A and a PWM (Pulse Width Modulation) control by a one-chip microcomputer 3 The switching circuit 4B that performs the auxiliary operation 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. A ripple suppressing capacitor Cin is connected to the output side of the full-wave rectifier circuit 2.

昇圧チョッパ4Aは、整流回路2の脈流出力Vacを受ける入力コイルL1と、入力コイルL1に直列接続されるダイオードD1と、入力コイルL1とダイオードD1(アノード端子)の接続点とグランドとの間に配置されてON/OFF動作するスイッチング素子Q1と、ダイオードD1(カソード端子)とグランドとの間に接続される平滑コンデンサCとを中心に構成されている。   The step-up chopper 4A includes an input coil L1 that receives the pulsating flow output Vac of the rectifier circuit 2, a diode D1 connected in series to the input coil L1, and a connection point between the input coil L1 and the diode D1 (anode terminal) and the ground. And a smoothing capacitor C connected between the diode D1 (cathode terminal) and the ground.

スイッチング素子Q1として、この実施例では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用されており、ゲート端子に受けるPWM波に基づいてON/OFF動作している。そして、スイッチング素子Q1のON電流は、シャント抵抗rから検出されるよう構成されている。   In this embodiment, an insulated gate bipolar transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as the switching element Q1, and the ON / OFF operation is performed based on the PWM wave received at the gate terminal. The ON current of the switching element Q1 is configured to be detected from the shunt resistor r.

図示の通り、スイッチング回路4Bは、回路構成上は、昇圧チョッパ4Aと同じである。すなわち、スイッチング回路4Bは、整流回路2の脈流出力Vacを受ける入力コイルL2と、入力コイルL2に直列接続されるダイオードD2と、入力コイルL2とダイオードD2(アノード端子)の接続点とグランドとの間に配置されてON/OFF動作するスイッチング素子Q2とで構成されている。但し、入力コイルL2の平均電流は、入力コイルL1の平均電流より十分小さく設定されるので、これに対応して、入力コイルL2のインダクタンスは、入力コイルL1より適宜に小さい。   As illustrated, the switching circuit 4B is the same as the boost chopper 4A in terms of circuit configuration. That is, the switching circuit 4B includes an input coil L2 that receives the pulsating output Vac of the rectifier circuit 2, a diode D2 connected in series to the input coil L2, a connection point between the input coil L2 and the diode D2 (anode terminal), and the ground. And a switching element Q2 which is disposed between the two and performs an ON / OFF operation. However, since the average current of the input coil L2 is set sufficiently smaller than the average current of the input coil L1, the inductance of the input coil L2 is appropriately smaller than that of the input coil L1.

スイッチング素子Q2は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタIGBTで構成され、ゲート端子に受ける制御信号CTLに基づいてON/OFF動作している。制御信号CTLは、昇圧チョッパ4Aが受けるPWM波に先行するON信号であり、スイッチング素子Q2は、スイッチング素子Q1に先行して短時間だけON状態となり、それ以外はOFF状態となる。したがって、OFF状態のスイッチング回路4Bは、平滑コンデンサCへのいわばバイパス路として機能している。   The switching element Q2 is composed of, for example, an insulated gate bipolar transistor IGBT, and is turned on / off based on a control signal CTL received at the gate terminal. The control signal CTL is an ON signal that precedes the PWM wave received by the step-up chopper 4A, and the switching element Q2 is turned on for a short time before the switching element Q1, and is otherwise turned off. Therefore, the switching circuit 4B in the OFF state functions as a so-called bypass path to the smoothing capacitor C.

実施例の昇圧チョッパ4は、上記の通りに構成されているので、スイッチング素子Q1がON動作すると、脈流入力電圧Vacが、スイッチング素子Q1と、これに直列接続されたコイルLi及びシャント抵抗rとで短絡されることになり、コイルL1に充電電流が流れることになる。この状態で、スイッチング素子Q1がOFF状態になると、ダイオードD1がON状態となって、コイルL1の放電電流が、コイルL1→ダイオードD1→平滑コンデンサCの経路で流れ、平滑コンデンサCは充電される。   Since the step-up chopper 4 of the embodiment is configured as described above, when the switching element Q1 is turned on, the pulsating input voltage Vac is changed to the switching element Q1, the coil Li and the shunt resistor r connected in series to the switching element Q1. And a charging current flows through the coil L1. In this state, when the switching element Q1 is turned off, the diode D1 is turned on, and the discharge current of the coil L1 flows through the path of the coil L1 → diode D1 → smoothing capacitor C, and the smoothing capacitor C is charged. .

従来の回路構成であれば、このダイオードD1のON遷移時に、スパイク状の電流が流れる(図18)。しかし、この実施例では、ダイオードD1がON遷移する前のOFF状態でも、ダイオードD2がON状態であって平滑コンデンサCを充電しており、且つ、スイッチング素子Q1のOFF遷移に先立って、スイッチング素子Q2がON遷移して入力電流を吸収するので、スパイク状の電流は生じない。   In the conventional circuit configuration, a spike-like current flows when the diode D1 is turned on (FIG. 18). However, in this embodiment, even when the diode D1 is in the OFF state before the ON transition, the diode D2 is in the ON state and the smoothing capacitor C is charged, and prior to the OFF transition of the switching element Q1, the switching element Since Q2 is turned on to absorb the input current, no spike-like current is generated.

次に、ダイオードD1がON状態であって、コイルL1→ダイオードD1→平滑コンデンサCの経路で、平滑コンデンサCが充電されている状態で、スイッチング素子Q1がOFF状態からON状態に遷移した場合を考える。従来の回路構成であれば、この時、ダイオードD1の蓄積電荷の放電によって逆方向電流が流れるが(図18)、バイパス路として機能するスイッチング回路4Bの存在と、スイッチング素子Q1のON遷移に先立つスイッチング素子Q2がON遷移によって、本実施例では、スパイク状電流の発生を抑えることができる。   Next, a case where the switching element Q1 transitions from the OFF state to the ON state in a state where the diode D1 is in the ON state and the smoothing capacitor C is charged through the path of the coil L1 → the diode D1 → the smoothing capacitor C. Think. In the conventional circuit configuration, a reverse current flows at this time due to the discharge of the charge accumulated in the diode D1 (FIG. 18), but prior to the presence of the switching circuit 4B functioning as a bypass path and the ON transition of the switching element Q1. In the present embodiment, the occurrence of spike-like current can be suppressed due to the ON transition of the switching element Q2.

さて、図1の他の回路構成について説明すると、ワンチップマイコン3には、信号入力部IN1,IN3を通して、それぞれエミッタ電流IE1(=第一コイルL1の充電電流I)と、入力交流電圧Vacと、出力直流電圧Vdcとが入力されており、内蔵されたA/DコンバータAD1,AD4によって、それぞれ入力信号が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、第一コイルL1の充電電流Iを異なるタイミングで取得している。 Now, another circuit configuration of FIG. 1 will be described. The one-chip microcomputer 3 has an emitter current I E1 (= charging current I of the first coil L1) and an input AC voltage Vac through the signal input units IN1 and IN3, respectively. And the output DC voltage Vdc are input, and the input signals are digitally converted by the built-in A / D converters AD1 and AD4, respectively. The A / D converter AD1 and the A / D converter AD4 acquire the charging current I of the first coil L1 at different timings.

信号入力部IN1は、昇圧チョッパ4Aのシャント抵抗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。   The signal input unit IN1 is configured by an OP amplifier circuit that receives the voltage across the shunt resistor r of the boost chopper 4A, 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によって演算処理され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、ワンチップマイコン3は、制御オン時間をパルス幅とするPWM信号を、TIOCA_0端子から出力する。また、これに合せて、ワンチップマイコン3は、ONパルス信号CTLを、TIOCA_1端子及びTIOCA_2端子とから出力する。なお、ワンチップマイコン3の各出力端子(TIOCA_0,TIOCA_1,TIOCA_2)については、詳細に後述する。   The data acquired through the signal input units IN1 and IN3 and the A / D converters AD1 and AD4 are arithmetically processed by the one-chip microcomputer 3 to calculate the PWM signal ON time (hereinafter referred to as control on time). Then, the one-chip microcomputer 3 outputs a PWM signal having the control on time as a pulse width from the TIOCA_0 terminal. In accordance with this, the one-chip microcomputer 3 outputs the ON pulse signal CTL from the TIOCA_1 terminal and the TIOCA_2 terminal. The output terminals (TIOCA_0, TIOCA_1, TIOCA_2) of the one-chip microcomputer 3 will be described later in detail.

そして、ワンチップマイコン3の各出力端子(TIOCA_0,TIOCA_1,TIOCA_2)から出力された各パルス信号(PWM,CTL)は、OR回路やバッファ回路DRを通して、スイッチング素子Q1,Q2のゲート端子に供給される。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 pulse signals (PWM, CTL) output from the output terminals (TIOCA_0, TIOCA_1, TIOCA_2) of the one-chip microcomputer 3 are supplied to the gate terminals of the switching elements Q1, Q2 through the OR circuit and the buffer circuit DR. The 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、ワンチップマイコン3の具体的な制御動作を説明するに先立って、昇圧チョッパ4Aに関して、その制御原理から説明する。図2は、ワンチップマイコン3から出力されるPWM波と、昇圧チョッパ4AのコイルL1に流れる電流の関係を図示したタイムチャートである。   Hereinafter, prior to describing the specific control operation of the one-chip microcomputer 3, the control principle of the boost chopper 4A 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 L1 of the step-up chopper 4A.

図示の通り、コイルL1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L1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。   As shown in the figure, a triangular wave due to a coil charging current and a coil discharging current flows in the coil L1, but the energy stored in the coil L1 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45.6μSにしている。   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 45.6 μS.

以下、コイルL1のインダクタンス値をLとして、回路方程式を説明する。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T(=45.6μS)が十分短いのでVac(n−1)を一定値とみなすことができる。   Hereinafter, the circuit equation will be described with the inductance value of the coil L1 as L. The circuit equation during coil charging (switching element ON) is Vac (n−1) = L × {Ip (n−1) −Iv (n−2)} / Ton (n−1) (Equation 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 T (= 45.6 μS) is sufficiently short with respect to the power supply frequency, Vac (n−1) is constant. Can be regarded as a value.

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8(c)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. 8C), the measured value AD1 is corrected in consideration of this time delay Ts and coil charging is started. The current is Iv (n−2). Now, assuming that the current measurement value at the timing Ts of the control cycle (n−1) is AD1, the inclination (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 amount of increase in current at the time delay Ts can be calculated as Vac (n−1) / L × Ts. Using this value, Iv (n−2) = AD1−Vac (n−1) / L × Ts (Expression 4) Substituting (Equation 4) 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 input at the final timing of the current control cycle (n−1) (= start timing of the next control cycle) The current value Iv (n-1) can be accurately determined based on the measured value AD1 of the input current at the start timing of the current control cycle (n-1).

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11,図12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. Note that the calculation procedures of the above (formula 1) and (formula 5) are supplemented in FIGS. 11 and 12.

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9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. 9). Therefore, the discriminant of the present embodiment is, precisely, 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9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. 9 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.

<不連続モード>
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)。
<Discontinuous mode>
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).

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。   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). (Formula 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13,図14に示した。   Then, when these (Equation 6) and (Equation 8) are solved for Ton (n), Ton (n) × Ton (n) = {2 × T × L × Iav (n) × (Vdc (n) −Vac (N))} / {Vac (n) × Vdc (n)} (Equation 9) The calculation process of (Equation 9) is shown in FIGS.

<連続モード>
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)。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>
Subsequently, the control ON time Ton (n) in the continuous mode is calculated (see FIG. 2A). A circuit equation at the time of 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15,図16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, when (Equation 10) and (Equation 12) are solved 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) (Formula 13) Therefore, Ton (n) Is calculated as Ton = T−Toff (n) (Equation 14). Note that (Equation 14) and other calculation processes are supplemented in FIGS. 15 and 16.

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9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. 9). 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、A/D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 A / D 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)/{γ×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、γ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) / {γ × 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, γ 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。図示の通り、連続モードか不連続モードかを各制御サイクル毎に判定し、不連続モードであれば(式9’/式9’’)を使用し、連続モードであれば(式14’/式14’’)を使用して制御オン時間Tonを算出する。そして、算出された制御オン時間Tonに等しいパルス幅を有するPWM波によって昇圧チョッパ4Aのスイッチング素子Q1をON動作させる。   FIG. 3 is a control block diagram for explaining the above-described control operation. As shown in the figure, it is determined for each control cycle whether it is a continuous mode or a discontinuous mode. If it is a discontinuous mode, (Equation 9 ′ / Equation 9 ″) is used. The control on time Ton is calculated using Equation 14 ″). Then, the switching element Q1 of the step-up chopper 4A is turned on by a PWM wave having a pulse width equal to the calculated control on time Ton.

以上、図2と図3に基づいて、PWM制御の制御原理を説明したので、次に、図3の制御動作を実現するワンチップマイコン3について具体的に説明する。   As described above, the control principle of the PWM control has been described based on FIGS. 2 and 3. Next, the one-chip microcomputer 3 that realizes the control operation of FIG. 3 will be specifically described.

図4は、ワンチップマイコン3の内部構成図を例示したものであり、ここでは、シングルチップRISCマイコンSH7046(株ルネサステクノロジー)を使用している。このワンチップマイコン3は、CPUコア30と、クロック発生部31と、AD変換部32と、マルチファンクションタイマパルスユニット(MTU)33とを内蔵している。この実施例のクロック発生部31は、50MHzのシステムクロックを発振しており、システムクロックを二分周した25MHzの周辺クロックPΦがMTU33に供給されている。そして、この周辺クロックPΦは、その後分周されることなく、そのまま計数クロック(周波数25MHz)としてMTU33のカウンタに供給される。   FIG. 4 illustrates an internal configuration diagram of the one-chip microcomputer 3. Here, a single-chip RISC microcomputer SH7046 (Renesas Technology Corp.) is used. The one-chip microcomputer 3 includes a CPU core 30, a clock generation unit 31, an AD conversion unit 32, and a multifunction timer pulse unit (MTU) 33. The clock generator 31 of this embodiment oscillates a 50 MHz system clock, and a 25 MHz peripheral clock PΦ obtained by dividing the system clock by two is supplied to the MTU 33. Then, the peripheral clock PΦ is supplied to the counter of the MTU 33 as it is as a counting clock (frequency 25 MHz) without being divided thereafter.

図5は、AD変換部32の内部構成を概略的に図示したものである。このAD変換部32は、8チャネルのアナログ入力端子AN8,AN15を有しており、入力されたアナログ信号は、逐次比較方式によりAD変換され、AD変換後のデジタルデータ(分解能10ビット)は、データレジスタADDR8,ADDR15に格納される。   FIG. 5 schematically illustrates the internal configuration of the AD conversion unit 32. The AD converter 32 has 8-channel analog input terminals AN8 and AN15. The input analog signal is AD converted by a successive approximation method, and the digital data after AD conversion (resolution of 10 bits) is: It is stored in the data registers ADDR8 and ADDR15.

この実施例では、昇圧チョッパ4の動作状態を示す各アナログ信号は、信号入力部IN1,IN3を経由して、上記したAD変換部32に供給されており、AD変換部32は、実質的に、4チャネルのA/DコンバータAD1,AD4として機能している。4チャネルのA/DコンバータAD1,AD4は、連続スキャンモードで動作するよう設定されており、MTU33からAD変換開始トリガ(図5参照)を受けると、A/DコンバータAD1,AD4がその順番にAD変換動作を実行するようになっている。   In this embodiment, each analog signal indicating the operation state of the step-up chopper 4 is supplied to the above-described AD conversion unit 32 via the signal input units IN1 and IN3. It functions as a 4-channel A / D converter AD1, AD4. The 4-channel A / D converters AD1 and AD4 are set to operate in the continuous scan mode. When receiving an AD conversion start trigger (see FIG. 5) from the MTU 33, the A / D converters AD1 and AD4 are in that order. An AD conversion operation is executed.

そして、すべてのAD変換動作が完了すると、CPUコア30に対して、割込み信号(ADI割込み)を出力するよう設定されている。したがって、CPUコア30は、ADI割込みに起因する割込み処理プログラムにおいて、AD変換された入力データに基づく演算処理を行い、前述した制御オン時間Tonを算出することになる。   When all the AD conversion operations are completed, an interrupt signal (ADI interrupt) is set to be output to the CPU core 30. Therefore, the CPU core 30 performs arithmetic processing based on the AD-converted input data in the interrupt processing program caused by the ADI interrupt, and calculates the control on time Ton described above.

図6は、MTU(マルチファンクションタイマパルスユニット)33の内部構成を図示したものである。このMTU33は、5チャネル(channel_0〜channel_4)の16ビットタイマにより構成されており、各種のレジスタへの設定データに基づいて、任意のパルス幅のPWM波を出力できるようになっている。   FIG. 6 illustrates the internal configuration of an MTU (multifunction timer pulse unit) 33. The MTU 33 is composed of a 5-bit (channel_0 to channel_4) 16-bit timer, and can output a PWM wave having an arbitrary pulse width based on data set in various registers.

本実施例の場合、MTU33の各設定は、以下の通りである。
<AD変換部32に関連する設定>
TGRA_0(チャネル0のジェネラルレジスタA)のコンペアマッチによりAD変換開始トリガを発生させる。なお、このAD変換開始トリガによって、ワンチップマイコン3のAD変換部32がAD変換の動作を開始するのは、前述した通りである。
<CPUコア30への割込み要求の設定>
TGRA_0(チャネル0のジェネラルレジスタA)のコンペアマッチによりCPUコアに割込み要求信号を発生させる。この割込み要求信号に応じて、CPUコア30は、TGRB_0(チャネル0のジェネラルレジスタB)、TGRA_2,TGRB_2(チャネル2のジェネラルレジスタAとB)に設定値を書込む(図6の「*」記号参照)。
In the case of the present embodiment, each setting of the MTU 33 is as follows.
<Settings related to the AD conversion unit 32>
An AD conversion start trigger is generated by a compare match of TGRA_0 (channel 0 general register A). Note that, as described above, the AD conversion unit 32 of the one-chip microcomputer 3 starts the AD conversion operation by the AD conversion start trigger.
<Setting of interrupt request to CPU core 30>
An interrupt request signal is generated in the CPU core by a compare match of TGRA_0 (channel 0 general register A). In response to this interrupt request signal, the CPU core 30 writes a set value to TGRB_0 (general register B of channel 0), TGRA_2 and TGRB_2 (general registers A and B of channel 2) (the symbol “*” in FIG. 6). reference).

ここで、TGRB_0の設定値(Ton)は、MTU33から出力されるPWM波の立下りタイミングを規定する変数値である。また、TGRA_2,TGRB_2の設定値(図6ではTon−20,Ton+20と表示)は、第一スイッチング素子Q1のOFF遷移動作に先立って、第二スイッチング素子Q2をON動作させるタイミングを規定する変数値である。
<MTU33の動作に関する設定>
[設定(1)] チャネル0〜2の全てを「同期動作」に設定する。そして、チャネル0のカウンタクリア要因を「TGRA_0(チャネル0のジェネラルレジスタA)のコンペアマッチ」に設定し、チャネル1〜2のカウンタクリア要因を「同期クリア」に設定する。したがって、チャネル0〜2のタイマカウンタTCNT_0〜TCNT_2は、全てTGRA_0のコンペアマッチ時に同期してクリアされる。
[設定(2)] チャネル0〜2を「PWMモード1」に設定する。PWMモード1の場合、チャネル0では、TGRA(ジェネラルレジスタA)とTGRB(ジェネラルレジスタB)をペアで使用することになる。そして、TIOCA端子(MTU33のPWM出力端子)からTGRAとTGRBのコンペアマッチによるPWM波が出力される。
Here, the set value (Ton) of TGRB_0 is a variable value that defines the falling timing of the PWM wave output from the MTU 33. Also, the set values of TGRA_2 and TGRB_2 (indicated as Ton-20 and Ton + 20 in FIG. 6) are variable values that define the timing at which the second switching element Q2 is turned on prior to the OFF transition operation of the first switching element Q1. It is.
<Settings related to the operation of the MTU 33>
[Setting (1)] All channels 0 to 2 are set to “synchronous operation”. Then, the channel 0 counter clearing factor is set to “TGRA — 0 (channel 0 general register A) compare match”, and the channel 1-2 counter clearing factors are set to “synchronous clear”. Accordingly, the timer counters TCNT_0 to TCNT_2 of the channels 0 to 2 are all cleared in synchronization with the TGRA_0 compare match.
[Setting (2)] Channels 0 to 2 are set to “PWM mode 1”. In the case of PWM mode 1, channel 0 uses TGRA (general register A) and TGRB (general register B) in pairs. A PWM wave resulting from a compare match between TGRA and TGRB is output from the TIOCA terminal (PWM output terminal of the MTU 33).

そこで、この実施例では、TIOCA_0端子(チャネル0のPWM出力端子)から、TGRA(ジェネラルレジスタA:設定値1140)及びTGRB(ジェネラルレジスタB:制御サイクル毎の設定値Ton)の各コンペアマッチによってPWM波を出力している(図7(a)参照)。
[設定(3)] TGRA_1,TGRB_1(チャネル1のジェネラルレジスタAとB)には、初期設定により、CPUコア30が1140−αとγとを固定的に書込む。ここでは、α=γ=20としているので、TGRA_1とTGRB_1には、1120=1140−20と、20が書き込まれる。なお、このαとγは、ONパルス信号CTLのパルス幅を決定する値であるから、制御サイクル毎にエミッタ電流に基づいて変更しても良く、この場合には、TGRA_0のコンペアマッチによる割込み要求信号に応答して制御サイクル毎に書き換えることになる。
[設定(4)] 先に、<CPUコア30への割込み要求の設定>、に関して説明した通り、TGRA_2,TGRB_2(チャネル2のジェネラルレジスタAとB)には、TGRA_0のコンペアマッチによる割込み要求に応じて、CPUコア30が、それぞれ、Ton−α、Ton+γを書込む。なお、Tonは、制御サイクル毎に算出される制御オン時間である。図6及び図7では、α=γ=20として記載している。
[設定(5)] TIOCA端子(MTU33のPWM出力端子)の出力レベルは、TGRA(ジェネラルレジスタA)のコンペアマッチ時と、TGRB(ジェネラルレジスタB)のコンペアマッチ時に変化する。そして、TIOCA_0〜TIOCA_2の各出力は、各チャネルのTIOR(タイマIOコントロールレジスタ)への初期設定により、TGRA_0〜TGRA_2のコンペアマッチでHレベルに立ち上がり、TGRB_0〜TGRB_2のコンペアマッチでLレベルに立下るよう設定する。
[設定(6)] タイマカウンタTCNTの計数クロックは、周辺クロックPΦと同じ25MHz(周期40nS)とする。
In this embodiment, therefore, PWM is performed by each compare match of TGRA (general register A: set value 1140) and TGRB (general register B: set value Ton for each control cycle) from the TIOCA_0 terminal (PWM output terminal of channel 0). A wave is output (see FIG. 7A).
[Setting (3)] In the TGRA_1 and TGRB_1 (general registers A and B of the channel 1), the CPU core 30 writes 1140-α and γ fixedly by the initial setting. Here, since α = γ = 20, 1120 = 1140-20 and 20 are written in TGRA_1 and TGRB_1. Since α and γ are values that determine the pulse width of the ON pulse signal CTL, they may be changed based on the emitter current for each control cycle. In this case, an interrupt request due to a TGA_0 compare match In response to the signal, it is rewritten every control cycle.
[Setting (4)] As described above regarding <setting of interrupt request to CPU core 30>, TGRA_2 and TGRB_2 (general registers A and B of channel 2) have an interrupt request due to a compare match of TGRA_0. In response, the CPU core 30 writes Ton−α and Ton + γ, respectively. Note that Ton is a control ON time calculated for each control cycle. In FIG. 6 and FIG. 7, it is described as α = γ = 20.
[Setting (5)] The output level of the TIOCA terminal (the PWM output terminal of the MTU 33) changes at the time of TGRA (general register A) compare match and at the time of TGRB (general register B) compare match. Each output of TIOCA_0 to TIOCA_2 rises to an H level by a compare match of TGRA_0 to TGRA_2 and falls to an L level by a compare match of TGRB_0 to TGRB_2 by the initial setting to the TIOR (timer IO control register) of each channel. Set as follows.
[Setting (6)] The counting clock of the timer counter TCNT is set to 25 MHz (period 40 nS) which is the same as the peripheral clock PΦ.

MTU33は、上記のように設定されて動作する。図7(a)は、MTU33の動作に関連して、各チャネル0〜2のタイマカウンタTCNT(TCNT_0〜TCNT_2)と各ジェネラルレジスタ(TGRA_0,TGRB_0)との関係、PWM出力端子(TIOCA_0)から出力されるPWM波、及び、MTU33の各出力端子(TIOCA_1〜TIOCA_2)から出力されるパルス信号CTLを図示したものである。   The MTU 33 is set and operated as described above. FIG. 7A shows the relationship between the timer counters TCNT (TCNT_0 to TCNT_2) of the channels 0 to 2 and the general registers (TGRA_0, TGRB_0) and the output from the PWM output terminal (TIOCA_0) in relation to the operation of the MTU 33. The PWM signal to be output and the pulse signal CTL output from each output terminal (TIOCA_1 to TIOCA_2) of the MTU 33 are illustrated.

先に説明した通り、本実施例では、固定値1140に設定されたTGRA_0のコンペアマッチ時に、チャネル0〜2のタイマカウンタTCNT_0〜TCNT_2が同期してクリアされる。そのため、各タイマカウンタTCNTは、0,1139を循環する1140進カウンタとして機能する。一方、タイマカウンタTCNTの計数クロックは、25MHz(周期40nS)であるから、タイマカウンタは、45.6μS(=1140×40nS)を一周期(制御周期T)として循環動作することになり、PWM制御のキャリア周波数は約22KHzとなる。   As described above, in this embodiment, the timer counters TCNT_0 to TCNT_2 of the channels 0 to 2 are synchronously cleared at the time of a compare match of TGRA_0 set to the fixed value 1140. Therefore, each timer counter TCNT functions as a 1140 base counter that circulates 0,1139. On the other hand, since the count clock of the timer counter TCNT is 25 MHz (period 40 nS), the timer counter circulates with 45.6 μS (= 1140 × 40 nS) as one period (control period T), and PWM control is performed. The carrier frequency is about 22 KHz.

チャネル0、チャネル1の各ジェネラルレジスタ(TGRA_0,TGRA_1,TGRB_1)には、初期設定処理により、それぞれ1140、1140−α、0+γが固定的に設定される。一方、チャネル0、チャネル2の各ジェネラルレジスタ(TGRB_0,TGRA_2,TGRB_2)には、チャネル0のTGRA(TGRA_0)のコンペアマッチ時(つまり各タイマカウンタTCNTの同期クリア時)に生じる割込みにより、CPUコア30によって、それぞれTon、Ton−α、Ton+γが書込まれる。   In the general registers (TGRA_0, TGRA_1, TGRB_1) of channel 0 and channel 1, 1140, 1140-α, and 0 + γ are fixedly set by the initial setting process, respectively. On the other hand, each of the general registers (TGRB_0, TGRA_2, TGRB_2) of channel 0 and channel 2 has a CPU core due to an interrupt that occurs at the time of a channel 0 TGRA (TGRA_0) compare match (that is, when each timer counter TCNT is synchronously cleared). 30 writes Ton, Ton-α, and Ton + γ, respectively.

以上の設定のため、タイマカウンタTCNTがクリアされるのに合わせて、TIOCA_0(チャネル0のTIOCA端子)はHレベルに立ち上がる。その後、チャネル0のタイマカウンタTCNT_0が進行して、TGRB_0(チャネル0のジェネラルレジスタB)の値であるTonに一致すると、TIOCA_0はLレベルに立下がる。このようなPWM波のON/OFF遷移動作に先立って、TIOCA_1端子とTIOCA_2端子からは先行してONパルス信号CTLが出力される。   Due to the above settings, TIOCA_0 (the TIOCA terminal of channel 0) rises to the H level as the timer counter TCNT is cleared. Thereafter, when the timer counter TCNT_0 of the channel 0 advances and coincides with Ton which is the value of TGRB_0 (general register B of the channel 0), the TIOCA_0 falls to the L level. Prior to the ON / OFF transition operation of the PWM wave, the ON pulse signal CTL is output in advance from the TIOCA_1 terminal and the TIOCA_2 terminal.

以上の通り、PWM波は、パルス幅Tonでスイッチング素子Q1をON動作させ、且つ、スイッチング素子Q1がON遷移動作に先立ってスイッチング素子Q2が、ONパルス信号CTLによってON状態になる。なお、図7(b)は、スイッチング回路4Bに対する駆動回路DRの出力波形を図示したものである。また、図7(c)は、TGRA_0(チャネル0のジェネラルレジスタA)のコンペアマッチに基づくCPUコア30の割込み処理を図示したものである。先に説明した通り、各制御周期の最初のタイミングで(TGRA_0のコンペアマッチ時)、CPUコア30は、MTU33のTGRB_0(チャネル0のジェネラルレジスタB)に、パルス幅が制御オン時間Tonとなる設定値を書込む。なお、この制御オン時間Tonは、一つ手前の制御サイクルにおいて算出された値である。   As described above, the PWM wave turns on the switching element Q1 with the pulse width Ton, and the switching element Q2 is turned on by the ON pulse signal CTL before the switching element Q1 is turned on. FIG. 7B illustrates an output waveform of the drive circuit DR with respect to the switching circuit 4B. FIG. 7C shows the interrupt processing of the CPU core 30 based on the compare match of TGRA_0 (channel 0 general register A). As described above, at the first timing of each control cycle (at the time of TGRA_0 compare match), the CPU core 30 sets the pulse width to the TGRB_0 (channel 0 general register B) of the MTU 33 so that the pulse width becomes the control on time Ton. Write the value. The control on time Ton is a value calculated in the immediately preceding control cycle.

図7(d)は、TGRA_0(チャネル0のジェネラルレジスタA)のコンペアマッチによるAD変換開始トリガに関して図示したものである。図示の通り、各制御周期の最初のタイミングで(TGRA_0のコンペアマッチ時)、AD変換開始トリガがMTU33からAD変換部32に供給され、これに呼応して、A/DコンバータAD1,AD4が連続スキャンモードで動作して、この順番にAD変換動作を実行する。そして、A/DコンバータAD4がAD変換を終了すると、CPUコア30に対して、AD変換終了割込み信号を出力する。   FIG. 7D illustrates an AD conversion start trigger by a compare match of TGRA — 0 (channel 0 general register A). As shown in the figure, at the first timing of each control cycle (when a compare match of TGRA_0), an AD conversion start trigger is supplied from the MTU 33 to the AD conversion unit 32, and in response, the A / D converters AD1 and AD4 continue. The AD conversion operation is executed in this order by operating in the scan mode. When the A / D converter AD4 finishes AD conversion, it outputs an AD conversion end interrupt signal to the CPU core 30.

以上の通り、MTU33は、CPUコア30及びAD変換部32と協働して、PWM波を、約50μSの制御周期Tで出力する。図8,図9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。図3に示す制御処理は、45.6μS毎に繰り返されるMTU33によるPWM波の出力動作(図7(a)、図8(a)参照)と、1mS毎に起動されるタイマ割込みTM_INT(図9)と、AD変換動作が完了すると起動されるAD変換終了割込みAD_INT(図8(b))とを中心に構成されている。   As described above, the MTU 33 cooperates with the CPU core 30 and the AD conversion unit 32 to output a PWM wave with a control period T of about 50 μS. 8 and 9 are flowcharts showing the processing contents of the one-chip microcomputer 3 that realizes the control operation of FIG. The control process shown in FIG. 3 includes a PWM wave output operation (see FIGS. 7A and 8A) performed by the MTU 33 repeated every 45.6 μS, and a timer interrupt TM_INT activated every 1 mS (FIG. 9). ) And an AD conversion end interrupt AD_INT (FIG. 8B) that is started when the AD conversion operation is completed.

以下、図8(a)に基づいて、MTU33の動作内容を確認する。タイマカウンタTCNTは、45.6μS(=計数クロックの1140個分)毎に同期してクリアされる。このクリア時にCPUコア30に割込みがかかり、CPUコア30は、TGRB_0,TGRA_2,TGRB_2への書込み処理によって各PWM波の立下りタイミングと、それに先行するONパルス信号CTLの動作タイミングとを規定する(図7(b)(c)参照)。また、タイマカウンタTCNTのクリア時に、AD変換部33に対してAD変換開始トリガが供給される(図7(d)参照)。   Hereinafter, the operation content of the MTU 33 is confirmed based on FIG. The timer counter TCNT is cleared in synchronization every 45.6 μS (= 1140 count clocks). The CPU core 30 is interrupted at the time of clearing, and the CPU core 30 defines the falling timing of each PWM wave and the operation timing of the ON pulse signal CTL preceding it by the writing process to TGRB_0, TGRA_2, and TGRB_2 ( (Refer FIG.7 (b) (c)). Further, when the timer counter TCNT is cleared, an AD conversion start trigger is supplied to the AD conversion unit 33 (see FIG. 7D).

その後、連続スキャンモードで動作するA/DコンバータAD1,AD4のAD変換処理を完了すると、CPUコア30に、AD変換終了割込みがかかる。なお、図8(c)に示すように、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。   Thereafter, when the AD conversion processing of the A / D converters AD1 and AD4 operating in the continuous scan mode is completed, an AD conversion end interrupt is applied to the CPU core 30. As shown in FIG. 8C, there is a time delay Ts from the start of the control cycle to the start of the first AD conversion, and the start of the fourth AD conversion from the start of the first AD conversion. Until there is a delay time Td.

<AD変換終了割込みAD_INT>
全てのA/DコンバータについてAD変換動作が終了すると、図8(b)に示す割込み処理AD_INTによって制御演算が実行される。先ず、A/D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8(c)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(平均電流)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 AD_INT>
When the AD conversion operation is completed for all the A / D converters, the control operation is executed by the interrupt process AD_INT shown in FIG. First, output values AD1 and AD4 (input current to the coil L) of the A / D converters AD1 and 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. 8C, the input current value varies depending on the sampling point, so the accuracy as the average value (average current) of the input current is not high, but this average value Iav (n−1) Is used only for the correction of the inductance value described below, so that 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L1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L1は、図10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L1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。   When the average value Iav (n−1) of the input current is obtained, the inductance value of the coil L1 mounted on the circuit is specified based on the current value Iav (n−1). As shown in FIG. 10, the inductance value of the coil L <b> 1 often changes depending on the DC superimposed current (average current) flowing therethrough. Therefore, in this embodiment, the characteristics of the coil L1 mounted on the circuit are stored in advance in the memory, 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.

そのため、大型で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。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8(c)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。   Therefore, highly accurate control is possible without using a large and expensive coil. In order to further improve 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). In other words, 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. 8C), more accurate control can be realized if the average current is corrected based on this point.

続いて、A/D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)。次に、A/DコンバータAD3の出力値AD3(直流出力電圧Vdc(n−1))を取得する(ST15)。   Subsequently, the output value AD2 (AC input voltage Vac (n-1)) of the A / D 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). Next, the output value AD3 (DC output voltage Vdc (n-1)) of the A / D converter AD3 is acquired (ST15).

続いて、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(ST16)。なお。必要な積算パラメータβの値は、図9に示すタイマ割込み処理TM_INT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。   Subsequently, the input current command value Iav (n) is calculated by calculating Iav (n) = β × Vac (n) (ST16). Note that. A necessary value of the integration parameter β is updated every 1 mS in the timer interrupt process TM_INT shown in FIG. 9 and stored in an appropriate work area.

次に、A/D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(ST17)。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(ST17)。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。   Next, the acquired value AD1 from the A / D 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, Based on the control ON time Ton (n-1) and the DC output voltage value Vdc (i) in this control cycle, and based on the discriminant of (Expression 5 ′), the coil charging start current Iv (n−1) Is calculated (ST17). 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 (ST17). 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(ST19)、(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(ST20)。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(ST21)。   If Iv (n−1) ≦ 0 and the discontinuous mode is set, Iv (n−1) = 0 is set (ST19), (Equation 9 ′) or (Equation 9 ″). ) To calculate the control on time Ton (n) (ST20). On the other hand, if Iv (n−1)> and the continuous mode is set, the control on-time Ton (n) is calculated based on the arithmetic expression of (Expression 14 ′) (Expression 14 ″) (ST21). ).

そして、算出された制御オン時間Ton(n)について、それが制御上限値と制御下限値を超えていないことを条件に、次回の制御サイクル(n)の制御オン時間としてPWM用バッファ領域にTon(n)の値を設定する(ST22,23)。このようにしてPWM用バッファに書込まれたTon(n)は、次の制御サイクル開始時の割込み時に使用され、MTU33のTGRA_2,TGRB_2(チャネル2のジェネラルレジスタAとB)に、それぞれ、Ton−α,Ton+γが書込まれる。但し、算出された制御オン時間Ton(n)が、上限値か下限値を超えている場合には、PWM用バッファに、それぞれ制御上限値又は制御下限値を設定する。   Then, on the condition that the calculated control ON time Ton (n) does not exceed the control upper limit value and the control lower limit value, the Ton in the PWM buffer area is set as the control ON time of the next control cycle (n). The value of (n) is set (ST22, 23). The Ton (n) written in the PWM buffer in this way is used at the time of interruption at the start of the next control cycle, and is transferred to the TGRA_2 and TGRB_2 (channel 2 general registers A and B) of the MTU 33, respectively. -Α, Ton + γ are written. However, when the calculated control ON time Ton (n) exceeds the upper limit value or the lower limit value, the control upper limit value or the control lower limit value is set in the PWM buffer.

<タイマ割込みTM_INT>
続いて、上記したAD変換終了割込みAD_INTとは独立して、1mS毎に開始されるタイマ割込みTM_INTについて図9のフローチャートに基づいて説明する。
<Timer interrupt TM_INT>
Next, the timer interrupt TM_INT started every 1 mS independently of the above-described AD conversion end interrupt AD_INT will be described with reference to the flowchart of FIG.

タイマ割込みTM_INTでは、先ず、A/DコンバータAD3の出力であるVdc(i)を取得する(ST30)。なお、A/DコンバータAD3は45.6μS毎にAD変換動作を実行するが、タイマ割込みINT1では、AD変換された出力直流電圧を1mS毎に取得することになる。以下、取得した直流電圧をVdc(i)と表現する。   In the timer interrupt TM_INT, first, Vdc (i), which is the output of the A / D converter AD3, is acquired (ST30). The A / D converter AD3 executes an AD conversion operation every 45.6 μS, but the timer interrupt INT1 acquires the AD converted output DC voltage every 1 mS. Hereinafter, the acquired DC voltage is expressed as Vdc (i).

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、A/D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). Also, the AC input voltage Vac (i), which is the output of the A / D converter AD2, is acquired (ST32), and the AC input voltage Vac (i) and the peak value Vac (pk) stored in the memory are obtained. Contrast (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)の平均値を求める(ST37)。そして、この平均値によって直流出力電圧Vdcを特定する(ST38)。   Here, when the counter value CT becomes CT = 0, the average value of the output DC voltage Vdc (i) is obtained by multiplying the value of the average calculation buffer SUM by 1/500 (ST37). Then, the DC output voltage Vdc is specified by this average value (ST38).

このようにして直流出力電圧Vdcが求めれば、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。   When the DC output voltage Vdc is obtained in this way, 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. Is calculated (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を算出してタイマ割込み処理INT1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 timer interrupt process INT1 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AD変換終了割込み(図8(b))の内容は、制御ブロック図3に「INT1」と記載している。また、AD変換部33の動作には「A/D」と記載し、MTU33の動作には「MTU」と記載している。   The content of the AD conversion end interrupt (FIG. 8B) described above is described as “INT1” in the control block diagram 3. Further, “A / D” is described in the operation of the AD conversion unit 33, and “MTU” is described in the operation of the MTU 33.

以上の通り、実施例に係るデジタルコンバータ1では、スイッチング回路4Bが、昇圧チョッパ4Aに並列に接続されているので、各スイッチング素子Q1,Q2の平均電流が低下して、ON/OFF遷移動作時のスパイクノイズが低減される。しかも、スイッチング素子Q1のON/OFF遷移動作時には、必ずスイッチグ素子Q2がON状態であるので、この意味でもスパイクノイズの発生が有効に抑制される。   As described above, in the digital converter 1 according to the embodiment, since the switching circuit 4B is connected in parallel to the step-up chopper 4A, the average current of each of the switching elements Q1 and Q2 decreases, and the ON / OFF transition operation is performed. Spike noise is reduced. Moreover, since the switching element Q2 is always in the ON state during the ON / OFF transition operation of the switching element Q1, the occurrence of spike noise is effectively suppressed in this sense.

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内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a one-chip microcomputer. AD変換部の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of an AD conversion part. MTUの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of MTU. MTUの動作を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining operation | movement of MTU. MTUとAD変換割込み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 MTU and AD conversion interruption. タイマ割込み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 timer interruption. 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. (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). 本発明の動作原理を説明する図面である。It is drawing explaining the principle of operation of this invention. 従来技術の問題点を説明する図面である。It is drawing explaining the problem of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

L1,L3 コイル
Q1,Q3 スイッチング素子
1 デジタルコンバータ
2 整流回路
3 コンピュータ回路(ワンチップマイコン)
4A 昇圧チョッパ
L1, L3 Coils Q1, Q3 Switching element 1 Digital converter 2 Rectifier circuit 3 Computer circuit (one-chip microcomputer)
4A boost chopper

Claims (7)

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において、
前記昇圧チョッパと並列にスイッチング回路を設け、前記スイッチング回路は、
前記スイッチング素子のON遷移動作に先行してON動作して、前記スイッチング素子のON遷移後にOFF動作し、
前記スイッチング素子のOFF遷移動作に先行してON動作して、前記スイッチング素子のOFF遷移後にOFF動作するよう設定されていることを特徴とするデジタルコンバータ。
In 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,
A switching circuit is provided in parallel with the step-up chopper, and the switching circuit is
ON operation precedes the ON transition operation of the switching element, OFF operation after the ON transition of the switching element,
A digital converter configured to perform an ON operation prior to an OFF transition operation of the switching element and to perform an OFF operation after the OFF transition of the switching element .
前記スイッチング回路は、前記整流回路の脈流出力を受ける入力コイルと、前記入力コイルに直列接続されるダイオードと、前記入力コイルと前記ダイオードの接続点とグランドとの間に配置されてON/OFF動作する補助スイッチング素子とを備えて構成される請求項1に記載のデジタルコンバータ。   The switching circuit is disposed between an input coil that receives a pulsating current output of the rectifier circuit, a diode connected in series to the input coil, a connection point between the input coil and the diode, and a ground, and is turned ON / OFF. The digital converter according to claim 1, comprising an auxiliary switching element that operates. 前記ダイオードの出力端子は、前記昇圧チョッパのスイッチング素子のOFF動作時に充電されるコンデンサに接続され、前記コンデンサから、前記昇圧チョッパの直流出力電圧が得られるよう構成された請求項2に記載のデジタルコンバータ。   The digital output device according to claim 2, wherein an output terminal of the diode is connected to a capacitor that is charged when the switching element of the boost chopper is turned off, and a DC output voltage of the boost chopper is obtained from the capacitor. converter. 連続モードか不連続モードかの判定は、今回の制御サイクルにおける、前記コイルの充電開始電流、前記整流回路の出力電圧、及び前記昇圧チョッパの直流出力電圧の各計測値と、今回の制御サイクルにおけるPMW波の制御時間と、前記コイルのインダクタンス値とに基づいて決定される請求項1〜3の何れかに記載のデジタルコンバータ。 Whether the current mode is the continuous mode or the discontinuous mode is determined in the current control cycle by measuring each of the coil charging start current, the output voltage of the rectifier circuit , and the DC output voltage of the boost chopper. The digital converter in any one of Claims 1-3 determined based on the control time of a PMW wave, and the inductance value of the said coil. 前記コンピュータ回路は、アナログ入力信号をデジタル変換するAD変換部と、各種レジスタへの設定データに基づいて任意のパルス幅のパルス波を自動的に出力可能なタイマ部とを有するワンチップマイコンである請求項1〜4の何れかに記載のデジタルコンバータ。   The computer circuit is a one-chip microcomputer having an AD conversion unit for digitally converting an analog input signal and a timer unit capable of automatically outputting a pulse wave having an arbitrary pulse width based on setting data to various registers. The digital converter in any one of Claims 1-4. 前記AD変換部は、前記タイマ部からの指令に基づいて、一群のアナログ入力信号をデジタル変換するよう構成されている請求項5に記載のデジタルコンバータ。   The digital converter according to claim 5, wherein the AD conversion unit is configured to digitally convert a group of analog input signals based on a command from the timer unit. 請求項1〜6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.
JP2006112231A 2006-04-14 2006-04-14 Digital converter and control method thereof Expired - Fee Related JP4937631B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006112231A JP4937631B2 (en) 2006-04-14 2006-04-14 Digital converter and control method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006112231A JP4937631B2 (en) 2006-04-14 2006-04-14 Digital converter and control method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007288892A JP2007288892A (en) 2007-11-01
JP4937631B2 true JP4937631B2 (en) 2012-05-23

Family

ID=38760165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006112231A Expired - Fee Related JP4937631B2 (en) 2006-04-14 2006-04-14 Digital converter and control method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4937631B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010061654A1 (en) * 2008-11-25 2010-06-03 株式会社村田製作所 Pfc converter
JP5523733B2 (en) 2009-04-21 2014-06-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Power supply control device and power supply control method
CN102422519B (en) 2009-05-15 2014-05-14 株式会社村田制作所 PFC converter
JP4972142B2 (en) 2009-10-26 2012-07-11 日立コンピュータ機器株式会社 Power factor correction apparatus and control method thereof
JP4735761B1 (en) 2010-01-19 2011-07-27 ダイキン工業株式会社 Power converter
JP2011166946A (en) * 2010-02-10 2011-08-25 Panasonic Corp Dc/dc converter
JP6930260B2 (en) * 2017-07-13 2021-09-01 住友電気工業株式会社 DC voltage conversion circuit and its control method
JP6950403B2 (en) * 2017-09-27 2021-10-13 株式会社ノーリツ Power supply

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3480201B2 (en) * 1996-11-06 2003-12-15 松下電器産業株式会社 Interleaved switching converter
JP2000358363A (en) * 1999-05-17 2000-12-26 Multipower Inc Apparatus and method for multi-phase voltage conversion
JP2000083374A (en) * 1999-10-13 2000-03-21 Nippon Protector:Kk Switching regulator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007288892A (en) 2007-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4937631B2 (en) Digital converter and control method thereof
JP4565451B2 (en) Digital converter and control method thereof
US8026704B2 (en) System and method for controlling a converter
US8482948B2 (en) Interleave control power supply device and control circuit
US7116087B2 (en) Current sharing method and apparatus for alternately controlling parallel connected boost PFC circuits
US10199938B2 (en) Switching power source device, semiconductor device, and AC/DC converter including a switching control
JP4678215B2 (en) Switching power supply
RU2475806C1 (en) Method for single-cycle control of power factor correction
JP5182375B2 (en) PFC converter
JP5136364B2 (en) Control method of power factor correction circuit
US20110109283A1 (en) System and method for controlling a converter
JP4636249B2 (en) Current resonance type DC / DC converter and method for realizing zero current switching thereof
US20050270813A1 (en) Parallel current mode control
JP2009261079A (en) Digital converter and method of controlling the same
JP6398537B2 (en) AC-DC converter
CN115642804A (en) Loop gain compensation for interleaved boost converters using cycle time
JP2009254164A (en) Digital converter
US20220255415A1 (en) Control circuit for power converter apparatus provided with pfc circuit operating in current-critical mode
JP4510566B2 (en) Digital converter and control method thereof
JP4510568B2 (en) Digital converter and control method thereof
JP4167811B2 (en) Switching power supply
JP4510569B2 (en) Digital converter and control method thereof
CN102449895A (en) Determining output voltage or current in an SMPS
US20220271650A1 (en) Control circuit for power converter apparatus provided with pfc circuit operating in current critical mode
JP2008312278A (en) Power conversion equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090409

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090527

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110831

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110913

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111110

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120207

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120222

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4937631

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees