JP5252213B2 - Power supply - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置に係り、特にフライバックトランスを有し、1次側と2次側とを絶縁した状態で2次側に接続された複数の負荷回路に電力を供給する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device that has a flyback transformer and supplies power to a plurality of load circuits connected to a secondary side in a state where the primary side and the secondary side are insulated.
従来、絶縁型のスイッチング電源として、フライバックトランスを備えたフライバック型の電源装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このフライバック型の電源装置においては、2次側に複数の負荷回路を同時に接続可能であり、2次側の出力電圧制御のために3次コイルを設け、この3次コイルに接続される負荷回路は、消費電力が2次側に接続される負荷回路の消費電力条件を満たすように構成されており、3次コイル(制御用コイル)に接続される負荷回路に流れる電流の電圧を検出することで、出力電圧の制御を行うようになっていた。
In this flyback type power supply device, a plurality of load circuits can be simultaneously connected to the secondary side, a tertiary coil is provided for controlling the output voltage on the secondary side, and the load is connected to the tertiary coil. The circuit is configured so that the power consumption satisfies the power consumption condition of the load circuit connected to the secondary side, and detects the voltage of the current flowing through the load circuit connected to the tertiary coil (control coil). As a result, the output voltage was controlled.
ところで、フライバック型の電源装置は、安価に複数の絶縁された出力を得るのに適した構成であるが、フィードバックが1系統しかないため、クロスレギュレーションが良くないという問題点があった。
すなわち、フィードバックがなされている系統は安定化するが、他の系統については、巻線比、結合率、配線抵抗(銅損)、鉄損などの違いにより、各出力系統の特性を同じにすることは困難であった。
By the way, the flyback type power supply apparatus has a configuration suitable for obtaining a plurality of insulated outputs at low cost, but has a problem that cross regulation is not good because there is only one system of feedback.
In other words, the system to which feedback is made is stabilized, but the characteristics of each output system are made the same for other systems due to differences in winding ratio, coupling rate, wiring resistance (copper loss), iron loss, etc. It was difficult.
これを解決するための手法として、各相毎に2次側にLDO(Low Drop Out linear regulator)を設けて電圧を安定化させたり、負荷の変動を抑制する方法が提案されている。
しかしながら、出力系統数が多くなると、無駄に消費電力が増加するとともに、部品点数の増加による回路構成の複雑化および部品コスト上昇などの不具合が生じることとなっていた。
As a technique for solving this problem, a method has been proposed in which an LDO (Low Drop Out linear regulator) is provided on the secondary side for each phase to stabilize the voltage or suppress fluctuations in the load.
However, when the number of output systems increases, power consumption increases unnecessarily, and problems such as a complicated circuit configuration and increased component costs due to an increase in the number of components have occurred.
また出力系統毎に出力電流を整流するためのダイオードの順電圧Vfのばらつき(個体差、周囲温度、電流値などによる)、トランスの漏れインダクタンスおよびフライバックトランスの巻線抵抗、整流器オフ時の出力非カップリング状態等によっても、クロスレギュレーションが低下するおそれがあった。
一方、出力電圧の出力系統毎の差を小さくするためには、大型のトランスを利用し、低い周波数でスイッチングする方法が有効である。しかしながら、近年の小型化の要望からは相反する方向性であり、小型のトランスで安定したレギュレーションを得ることが望まれている。
そこで、本発明の目的は、消費電力や部品点数を抑制しつつ、小型のフライバックトランスを用いた場合でも、多数の出力系統間における出力電圧の差を小さくし、クロスレギュレーションの向上を図ることが可能なフライバック型の電源装置を提供することにある。
Also, variations in diode forward voltage Vf for rectifying the output current for each output system (depending on individual differences, ambient temperature, current value, etc.), transformer leakage inductance and winding resistance of flyback transformer, output when rectifier is off There is a possibility that the cross regulation may be lowered due to a non-coupling state or the like.
On the other hand, in order to reduce the difference in output voltage for each output system, a method of switching at a low frequency using a large transformer is effective. However, there is a contradictory direction from the recent demand for miniaturization, and it is desired to obtain stable regulation with a small transformer.
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the difference in output voltage among a large number of output systems and improve cross regulation even when a small flyback transformer is used while suppressing power consumption and the number of parts. It is an object of the present invention to provide a flyback type power supply device capable of achieving the above.
上記課題を解決するため、本発明の第1態様は、制御用コイルを有し、該制御用コイルにブリーダー抵抗を接続した多出力型のフライバックトランスを備え、前記フライバックトランスの複数の出力のそれぞれに負荷を接続し、これら複数の負荷に前記フライバックトランスの出力電圧を供給するとともに、前記ブリーダー抵抗の電圧に応じて変化するフィードバック電圧値に基づいて前記フライバックトランスの1次側の入力電圧を制御し、出力電圧値を一定値に調整する調整回路を備えた電源装置において、前記複数の負荷は、それぞれ負荷駆動制御信号が繰り返し入力されることにより駆動され、各前記負荷は、駆動時の負荷量が同一であり、前記負荷駆動制御信号の有無に基づいて、駆動されている前記負荷の数の変動を検出し、前記負荷の数の変動に起因する前記出力電圧の変動を補償するように、前記調整回路に入力される前記フィードバック電圧値を調整するフィードバック値調整回路を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、複数の負荷は、それぞれ負荷駆動制御信号が繰り返し入力されることにより駆動されていることから、同時に駆動されている負荷の数は負荷駆動制御信号の有無で把握でき、各負荷は、駆動時の負荷量が同一であるため、負荷量の変動による出力電圧の変動量は、同時に駆動されている負荷の数の変動から推測できる。したがって、フィードバック値調整回路は、負荷駆動制御信号の有無に基づいて、駆動されている負荷の数の変動を検出し、各負荷の駆動時の負荷量に対応する負荷の数の変動に起因する出力電圧の変動を補償するように、調整回路に入力されるフィードバック電圧値を調整する。
In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention includes a multi-output type flyback transformer having a control coil and a bleeder resistor connected to the control coil, and a plurality of outputs of the flyback transformer. A load is connected to each of the plurality of loads, and an output voltage of the flyback transformer is supplied to the plurality of loads, and a primary side of the flyback transformer is changed based on a feedback voltage value that changes according to the voltage of the bleeder resistor. In the power supply apparatus including an adjustment circuit that controls an input voltage and adjusts an output voltage value to a constant value, the plurality of loads are driven by repeatedly inputting a load drive control signal, and each of the loads is The load amount at the time of driving is the same, and based on the presence or absence of the load drive control signal, a change in the number of the driven loads is detected, To compensate for variations in the output voltage caused by the change of the number of loads, characterized by comprising a feedback value adjusting circuit for adjusting the feedback current inputted to the adjusting circuit.
According to the above configuration, since the plurality of loads are driven by repeatedly inputting the load drive control signal, the number of simultaneously driven loads can be grasped by the presence or absence of the load drive control signal. Since the load has the same load amount at the time of driving, the fluctuation amount of the output voltage due to the fluctuation of the load amount can be estimated from the fluctuation of the number of simultaneously driven loads. Therefore, the feedback value adjustment circuit detects a change in the number of driven loads based on the presence or absence of the load drive control signal, and is caused by the change in the number of loads corresponding to the load amount at the time of driving each load. The feedback voltage value input to the adjustment circuit is adjusted so as to compensate for fluctuations in the output voltage.
本発明の第2態様は、第1態様において、前記負荷は、同期式多相モーターのいずれかの相に対応するモーター駆動回路であり、前記負荷駆動制御信号は、1次側から2次側に絶縁回路を介して供給され、各モーター駆動回路が対応する相におけるPWM制御信号であり、前記フィードバック値調整回路は、前記PWM制御信号を前記1次側で検出することを特徴とする。
上記構成によれば、同期式多相モーターの駆動時に、フィードバック値調整回路は、前記PWM制御信号を1次側で検出し、当該同期式多相モーターの回転数の変動などに起因する、駆動されているモーター駆動回路の数の変動をPWM制御信号の有無に基づいて検出して、フライバックトランスの出力電圧の変動を抑制する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the load is a motor drive circuit corresponding to any phase of a synchronous multiphase motor, and the load drive control signal is transmitted from the primary side to the secondary side. The PWM control signal is supplied to each of the motor drive circuits in a corresponding phase, and the feedback value adjustment circuit detects the PWM control signal on the primary side.
According to the above configuration, when the synchronous multiphase motor is driven, the feedback value adjustment circuit detects the PWM control signal on the primary side, and drives due to fluctuations in the rotational speed of the synchronous multiphase motor. Fluctuations in the number of motor drive circuits are detected based on the presence or absence of a PWM control signal, and fluctuations in the output voltage of the flyback transformer are suppressed.
本発明の第3態様は、第1または第2態様において、前記フライバックトランスの1次コイルに接続される電力変換用のスイッチング素子を有し、駆動されている前記負荷の数が最も少ない低負荷状態、駆動されている負荷の数が最も多い高負荷状態およびそれらの中間の中負荷状態の3状態に区分し、前記中負荷状態においては、前記低負荷状態および前記高負荷状態における前記スイッチング素子の所定のスイッチング周波数よりも低い所定のスイッチング周波数で、前記スイッチング素子の駆動を行うことを特徴とする。
上記構成によれば、負荷変動範囲が大きい中負荷状態において、低負荷状態および高負荷状態におけるスイッチング素子の所定のスイッチング周波数よりも低い所定のスイッチング周波数で、スイッチング素子の駆動を行う。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the power conversion switching element is connected to a primary coil of the flyback transformer, and the number of the driven loads is the smallest. It is divided into a load state, a high load state having the largest number of driven loads, and an intermediate load state between them, and in the intermediate load state, the switching in the low load state and the high load state is performed. The switching element is driven at a predetermined switching frequency lower than a predetermined switching frequency of the element.
According to the above configuration, in the middle load state where the load variation range is large, the switching element is driven at a predetermined switching frequency lower than the predetermined switching frequency of the switching element in the low load state and the high load state.
本発明の第1態様によれば、フィードバック値調整回路は、負荷駆動制御信号の有無に基づいて、駆動されている負荷の数の変動を検出し、各負荷の駆動時の負荷量に対応する負荷の数の変動に起因する出力電圧の変動を補償するように、調整回路に入力されるフィードバック電圧値を調整するので、駆動されている負荷の数の変動に起因するフライバックトランスの出力電圧の変動を抑制でき、出力電圧の出力系統毎の差を小さくしてクロスレギュレーションの向上を図れ、フライバック型の電源装置において、小型のフライバックトランスを用いることが容易となる。
さらに、負荷の駆動制御に必要な負荷駆動制御信号を利用して変動した負荷の数を検出しているので、新たに検出のための回路を設ける必要が無く、部品コストの上昇を抑制することができる。
According to the first aspect of the present invention, the feedback value adjustment circuit detects a change in the number of driven loads based on the presence / absence of a load drive control signal, and corresponds to the load amount at the time of driving each load. The feedback voltage value input to the adjustment circuit is adjusted so as to compensate for output voltage fluctuations due to fluctuations in the number of loads, so the output voltage of the flyback transformer due to fluctuations in the number of loads being driven Fluctuations can be suppressed, and the difference in output voltage between output systems can be reduced to improve cross regulation, so that it is easy to use a small flyback transformer in a flyback power supply device.
Furthermore, since the number of fluctuating loads is detected by using a load drive control signal necessary for load drive control, there is no need to newly provide a circuit for detection, thereby suppressing an increase in component costs. Can do.
本発明の第2態様によれば、第1態様の効果に加えて、同期式多相モーターの実効的な負荷状態を1次側で検出し、検出結果に応じて同期式多相モーターに供給する電力を安定させることができ、ひいては、同期式多相モーターの回転数などが大きく変動する場合でも、安定に駆動することができる。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the effective load state of the synchronous multiphase motor is detected on the primary side and supplied to the synchronous multiphase motor according to the detection result. Therefore, even when the rotational speed of the synchronous multiphase motor fluctuates greatly, it can be driven stably.
本発明の第3態様によれば、第1態様または第2態様の効果に加えて、負荷量が変動する中負荷状態において、低負荷状態および高負荷状態におけるスイッチング素子の所定のスイッチング周波数よりも低い所定のスイッチング周波数で、スイッチング素子の駆動を行うので、2次側に整流用ダイオードが設けられている場合でも、整流用ダイオードのオン/オフ回数を低減させることができ、順電圧の影響を抑制して、過渡的な負荷変動を確実に吸収してより安定した出力電圧を得ることができる。 According to the third aspect of the present invention, in addition to the effects of the first aspect or the second aspect, in the middle load state where the load amount fluctuates, the switching element is lower than the predetermined switching frequency in the low load state and the high load state. Since the switching element is driven at a low predetermined switching frequency, even when a rectifying diode is provided on the secondary side, the number of on / off times of the rectifying diode can be reduced, and the influence of forward voltage is reduced. In this way, it is possible to reliably absorb transient load fluctuations and obtain a more stable output voltage.
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の概要構成説明図である。
電源装置10は、フライバックトランス11を有し、電源12から入力された1次側の入力電圧Vinを所定の出力電圧Vout(=Vout1、Vout2、…)に変換して2次側に接続された複数の負荷回路13−1、13−2、…に出力する電力変換部14と、複数の負荷回路13−1、13−2、…全体の駆動状態(=全負荷量に相当)を検出する駆動状態検出部15と、検出回路からの負荷全体の駆動状態に応じて、出力電圧Voutを制御するためのフィードバック電圧を調整するためにブリーダー抵抗値および電力変換用のPWM制御用の発振器の周波数を調整する調整値制御部16と、を備えている。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of the present invention.
The
ここで、複数の負荷回路13−1、13−2、…は、それぞれ負荷駆動制御信号が繰り返し入力されることにより駆動され、各負荷回路13−1、13−2、…は、駆動時の負荷量が同一となっている。
したがって駆動状態検出部15は、負荷駆動制御信号の有無に従って同時に駆動されている負荷回路の数に基づけば、負荷回路13−1、13−2、…全体の駆動状態、すなわち、負荷回路13−1、13−2、…全体の負荷量を予測でき、全体の負荷量を検出したことと等価となる。
また、調整値制御部16は、負荷駆動制御信号の有無に基づいて駆動されている負荷回路の数の変動を検出し、想定されている各負荷回路13−1、13−2、…の駆動時の負荷量に基づいて、駆動されている負荷回路の数の変動に起因する出力電圧Voutの変動を補償するように、フィードバック電圧を調整するためにブリーダー抵抗値および電力変換用のPWM制御用の発振器の周波数を調整している。
上記構成において、フライバックトランス11には、制御用コイル(3次コイル)が設けられており、この制御用コイルにブリーダー抵抗を接続し、ブリーダー抵抗の電圧に応じて変化するフィードバック電圧に基づいて、フライバックトランス11に接続した複数の負荷回路13−1、13−2、…への出力電圧Voutを調整している。
Here, the plurality of load circuits 13-1, 13-2,... Are driven by repeatedly inputting the load drive control signal, and each load circuit 13-1, 13-2,. The load is the same.
Therefore, the
Further, the adjustment
In the above configuration, the
上記構成によれば、電力変換部14は、電源12から入力された1次側の入力電圧Vinを所定の出力電圧Vout(=Vout1、Vout2、…)に変換して2次側に接続された複数の負荷回路13−1、13−2、…に出力する。
これと並行して、駆動状態検出部15は、負荷駆動制御信号の有無に従って同時に駆動されている負荷回路の数の変動に基づいて、複数の負荷回路13−1、13−2、…全体の駆動状態として検出し、検出結果を調整値制御部16に出力する。
これにより、調整値制御部は、駆動状態検出部15から出力された検出結果である負荷全体の駆動状態、すなわち、実際に駆動状態にある負荷回路の数の変動に応じて、出力電圧Voutを制御するためのフィードバック電圧を調整するためにブリーダー抵抗値および電力変換用のPWM制御用の発振器の周波数を調整する。
According to the above configuration, the
In parallel with this, the drive
Thereby, the adjustment value control unit changes the output voltage Vout according to the drive state of the entire load, which is the detection result output from the drive
したがって、同時に駆動されている負荷回路13−1、13−2、…の数の変動に起因する出力電圧Voutの変動を補償するように、負荷回路13−1、13−2、…全体の駆動状態に応じてフィードバック電圧が適切に調整されるため、出力電圧の出力系統毎の差を小さくでき、ひいては、クロスレギュレーションの向上を図ることが可能となる。 Therefore, the entire load circuits 13-1, 13-2,... Are driven so as to compensate for fluctuations in the output voltage Vout due to fluctuations in the number of load circuits 13-1, 13-2,. Since the feedback voltage is appropriately adjusted according to the state, the difference of the output voltage for each output system can be reduced, and as a result, the cross regulation can be improved.
図2は、実施形態の電源装置を用いたモーター駆動装置の概要構成図である。
このモーター駆動装置20は、電気自動車あるいはハイブリッド自動車などにおいて、電気モーターを駆動する装置であり、電源であるバッテリー12、バッテリー12から供給された直流電源の平滑化を行う平滑化コンデンサー22と、モーター駆動装置20を中枢的に制御するコントローラー23と、複数のIGBT(Insulatede Gate Bipolar Transistor)を備えたインバーター回路24と、後述する6系統のモーター駆動制御信号(負荷駆動制御信号)MDCが入力され、インバーター回路24を構成するIGBTを駆動するIGBTドライバー部25と、インバーター回路24により駆動される三相交流モーター26と、三相交流モーター26の各相の駆動電流を検出する電流センサー27−U、27−V、27−Wと、を備えている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a motor driving device using the power supply device of the embodiment.
The
コントローラー23は、マイクロコンピューターとして構成されており、図示しないMPU、ROM、RAMを備え、MPUがROMに予め記憶した制御プログラムに基づいて、RAMをワークエリアとして、各種処理を行っている。
インバーター回路24は、直列接続された二つのIGBTを有するIGBT直列回路24U、24V、24Wを備え、IGBT直列回路24U、24V、24Wがバッテリー21の正極及び負極間に並列接続されている。
The
The
ここで、IGBT直列回路24U、24V、24Wは、同一回路構成であるので、IGBT直列回路24Uを例として説明する。
IGBT直列回路24Uは、正側アームを構成するIGBT31Hと、IGBT31Hのコレクタ−エミッタ間に並列に接続されたダイオード32Hと、IGBT31Hのコレクタ−エミッタ間に並列に接続されたコンデンサー33Hと、負側アームを構成するIGBT31Lと、IGBT31Lのコレクタ−エミッタ間に並列に接続されたダイオード32Lと、IGBT31Lのコレクタ−エミッタ間に並列に接続されたコンデンサー33Lと、を備えている。
ここで、各IGBT31H、31Lのゲートは、IGBTドライバー部25に接続されている。
Here, since the
The
Here, the gates of the IGBTs 31 </ b> H and 31 </ b> L are connected to the
IGBTドライバー部25は、U相に対応するU相IGBT駆動部25UH、25UL、V相に対応するV相IGBT駆動部25VH、25VL、W相に対応するW相IGBT駆動部25WH、25WLを備えており、コントローラー23の制御下で、入力された6系統のモーター駆動制御信号(負荷駆動制御信号)MDCに対応してIGBT31H、31Lを駆動する。
この6系統のモーター駆動制御信号MDCは、1次側からフォトカプラーなどの絶縁ユニットIUを介して2次側のIGBTドライバー部25に供給されるモーター駆動用のPWM信号である。
電流センサー27−U、27−V、27−Wは、対応する各相を流れる電流を検出し、電流検出信号SIU、SIV、SIWをコントローラー23に出力する。
上記構成において、U相IGBT駆動部25UH、25UL、V相IGBT駆動部25VH、25VL、W相IGBT駆動部25WH、25WLおよび対応するIGBTは、それぞれ系統毎に負荷回路13に相当している。
The
The six systems of motor drive control signals MDC are motor drive PWM signals supplied from the primary side to the secondary side
The current sensors 27-U, 27-V, 27-W detect currents flowing through the corresponding phases, and output current detection signals SIU, SIV, SIW to the
In the above configuration, the U-phase IGBT drive units 25UH and 25UL, the V-phase IGBT drive units 25VH and 25VL, the W-phase IGBT drive units 25WH and 25WL, and the corresponding IGBT correspond to the load circuit 13 for each system.
図3は、コントローラーの概要構成ブロック図である。
コントローラー23は、バッテリーとして構成された電源12から電力が供給され、電力変換を行うフライバックトランス11と、このフライバックトランス11の制御用コイルである3次コイル50に接続され、3次コイル50に流れる電流の整流を行うダイオード51と、3次コイル50に流れ、整流された電流の平滑化を行うコンデンサー52と、コンデンサー52に並列に接続された抵抗値が可変のブリーダー抵抗RBLEと、を備えている。
ここで、ブリーダー抵抗RBLEは、抵抗値を可変とするために、例えば、ディジタルポテンショメーター、電圧制可変抵抗器などとして構成されている。
FIG. 3 is a schematic configuration block diagram of the controller.
The
Here, the bleeder resistor RBLE is configured as, for example, a digital potentiometer, a voltage-controlled variable resistor, or the like in order to make the resistance value variable.
またコントローラー23は、三相交流モーター26を駆動するためのインバーター回路24を構成するIGBTを駆動するIGBTドライバー部25から各IGBTに出力される6系統のモータ駆動制御信号(U相H、U相L、V相H、V相L、W相H、W相L)に基づいて負荷回路13−1、13−2、…全体の負荷状態に相当する負荷状態検出信号SDETを出力する負荷駆動状態検出回路41と、負荷状態検出信号SDETに基づいて、後述する発振器43に第1調整値切替信号SOSCを出力し、後述するフィードバック値調整回路53に第2調整値切替信号SFBを出力する調整値切替回路42と、第1調整値切替信号SOSCに基づくPWM制御用の所定の三角波信号Vtriを生成する発振器(三角波生成回路)43と、を備えている。
The
この場合において、インバーター回路の2次側の負荷は、合計6個のIGBT31H、31Lと、これらを駆動するIGBTドライバー部25であるので、IGBTドライバー部25から各IGBTに出力される6系統の信号(U相H、U相L、V相H、V相L、W相H、W相L)のそれぞれの有無によって駆動される負荷量を想定することが可能となっており、6系統の信号(U相H、U相L、V相H、V相L、W相H、W相L)のそれぞれの有無により、フライバックトランス11の2次側の出力電圧の低下分が予想できるため、負荷状態検出信号SDETに基づいて制御(具体的にはフィードバック電圧の制御)を行えば、負荷状態に応じた制御が行えるようになっているのである。
In this case, since the loads on the secondary side of the inverter circuit are a total of six
さらに三相交流モーター26の駆動が安定するまでの間は、各相の制御信号も周期的とはならず、各IGBTに出力される6系統の信号(U相H、U相L、V相H、V相L、W相H、W相L)自体も安定していないため、フライバックトランス11の二次側の出力電圧も安定しないこととなる。このため、本実施形態においては、各相(U相H、U相L、V相H、V相L、W相H、W相L)のモータ駆動制御信号が周期的とはならない駆動開始時、あるいは、駆動停止時には、制御値を固定した場合に、大きく外れる相が存在することとなるので、後述するスイッチングトランジスター46のスイッチング周波数を低い側にずらし、オンデューティーは変えないまま、スイッチングトランジスター46のオン期間を実効的に長くして、2次コイル47−1、47−2、…に接続されている整流用のダイオード48−1、48−2、…の導通期間を長くすることにより、ダイオード48−1、48−2、…の順電圧Vfの影響を抑制して負荷変動による2次側出力電圧の変動の割合を低減させている。
Further, until the drive of the three-
さらにコントローラー23は、ブリーダー抵抗RBLEの電圧を分圧して、原フィードバック電圧VFB0として出力する分圧回路55と、原フィードバック電圧VFB0をそのまま、あるいは、電圧増幅してフィードバック電圧VFBとして出力するフィードバック値調整回路53と、フィードバック電圧VFBと、基準電圧VREFと、の差を増幅して誤差増幅信号Verrを出力する誤差増幅器54と、発振器43の出力した三角波信号Vtriと誤差増幅器54が出力した誤差増幅信号Verrと、を比較して、PWM制御信号CPWMをフライバックトランス11の1次コイル45に直列に接続されたスイッチングトランジスター46のゲートに出力して、スイッチング動作を行わせる比較器(コンパレータ)44と、を備えている。
Further, the
次に実施形態の動作について説明する。
図4は、実施形態の動作フローチャートである。
初期状態において、ブリーダー抵抗RBLEの抵抗値、および発振器43の出力する三角波信号Vtriの周波数は、電源装置の起動時のデフォルト設定の値とされ、フィードバック値調整回路53は、入力された原フィードバック電圧VFB0をそのままフィードバック電圧VFBとして出力するように第1調整値切替信号SOSCおよび第2調整値切替信号SFBが出力している。
コントローラー23は、電源が投入され電源装置が起動されると(ステップS11)、電源12から供給された電力は、フライバックトランス11の1次コイル45に供給され、インバーター回路24を構成するIGBTを駆動するIGBTドライバー部25から各IGBTに出力される6系統のモータ駆動制御信号(U相H、U相L、V相H、V相L、W相H、W相L)としてのPWM信号(負荷駆動制御信号)が出力され、三相交流モーター26が駆動されることとなる(ステップS13)。ここで、PWM信号は、パルス幅が変調された信号が繰り返し入力されて各IGBTを駆動することとなるが、本実施形態では、負荷駆動制御信号の有無をPWM信号のパルスの有無として検出している。
Next, the operation of the embodiment will be described.
FIG. 4 is an operation flowchart of the embodiment.
In the initial state, the resistance value of the bleeder resistor RBLE and the frequency of the triangular wave signal Vtri output from the
When the power is turned on and the power supply device is activated (step S11), the
これと並行して、フライバックトランス11の1次コイル45に供給された電力は、3次コイル50に供給され、ダイオード51により整流され、コンデンサー52により平滑化されて、ブリーダー抵抗RBLEに供給される。
これにより、分圧回路55には、ブリーダー抵抗RBLEの電圧、すなわち、所定の一つの系統の負荷回路13−Xが定常動作を行っている場合に相当する電圧が供給され、分圧回路55を構成する抵抗の分圧比に応じて分圧されて、原フィードバック電圧VFB0としてフィードバック値調整回路53に出力する(ステップS14)。
これにより、フィードバック値調整回路53は、第2調整値切替信号SFBに基づいて、入力された原フィードバック電圧VFB0をそのままフィードバック電圧VFBとして誤差増幅器54に出力する。
In parallel with this, the power supplied to the
As a result, the voltage of the bleeder resistor RBLE, that is, the voltage corresponding to the case where the load circuit 13-X of a predetermined one system is performing a steady operation, is supplied to the
Thus, the feedback value adjustment circuit 53 outputs the input original feedback voltage VFB0 as it is to the
誤差増幅器54は、フィードバック電圧VFBと、基準電圧VREFと、の差を増幅して誤差増幅信号Verrを比較器44の非反転入力端子に出力する。
これと並行して発振器43は、第1調整値切替信号SOSCに基づいて、PWM制御用の所定の三角波信号Vtriを生成して、比較器44の反転入力端子に出力する。
比較器44は、発振器43の出力した三角波信号Vtriと誤差増幅器54の出力した誤差増幅信号Verrと、を比較して、PWM制御信号CPWMを生成し、スイッチングトランジスター46のゲートに出力して、スイッチング動作を行わせる。
この結果、フライバックトランス11の2次コイル47−1、47−2には、所定電圧の電力が供給され、負荷回路13−1、13−2、…に供給される。
The
In parallel with this, the
The
As a result, power of a predetermined voltage is supplied to the secondary coils 47-1 and 47-2 of the
そして、フィードバック電圧VFBに基づいて、2次側の出力電圧Voutが安定し、三相交流モーター26の駆動が安定すると、負荷駆動状態検出回路41は、IGBTドライバー部25から各IGBTに出力される6系統の負荷駆動制御信号(U相H、U相L、V相H、V相L、W相H、W相L)に基づいて負荷回路13−1、13−2、…全体の負荷状態、すなわち、同時に駆動されている負荷回路の数を検出し、検出した負荷状態の変動、すなわち、負荷量の変動に対応する出力電圧値の変動量に相当する負荷状態検出信号SDETを調整値切替回路42に出力する(ステップS15)。
つづいて、調整値切替回路は42は、負荷状態検出信号SDETに基づく駆動状態、すなわち、同時に駆動されている負荷回路の数の変動に応じて発振器43に第1調整値切替信号SOSCを出力し、フィードバック値調整回路53に第2調整値切替信号SFBを出力することとなる。
When the output voltage Vout on the secondary side is stabilized based on the feedback voltage VFB and the driving of the three-
Subsequently, the adjustment
図5は、負荷状態と負荷駆動処理の説明図である。
図5(a)は、6系統のIGBTのいずれも駆動されていない状態(低負荷状態)、図5(b)は、6系統のIGBTのうち一部が駆動されている状態(中負荷状態)、図5(c)は、6系統すべてが駆動されている状態(高負荷状態)に対応する負荷駆動処理の説明図である。
また、図6は、電源の負荷状態と出力電圧の関係説明図である。
図6に示すように、電源12は、負荷が高くなる、すなわち、本実施形態の場合には、同時に駆動されている負荷回路の数が増加すると出力電圧が低下する特性を有しており、本実施形態では、電源12の出力可能な電圧範囲のうち、比較的直線性が高い領域を出力電圧範囲として用いている。
また、本実施形態において、負荷回路13−1、13−2、…は、駆動時の負荷量が同一、かつ、予め想定可能であるため、いずれの負荷回路が駆動状態にあるか否かを識別する必要はなく、駆動状態にある負荷回路の数がわかれば、2次側の出力電圧の低下が把握できるようになっている。さらに上記状況から、駆動状態にある負荷回路が切り替わったとしても、駆動状態にある負荷回路の数が変化していなければ、現在の制御を継続することが可能となっている。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the load state and the load driving process.
5A shows a state where none of the six IGBTs is driven (low load state), and FIG. 5B shows a state where some of the six IGBTs are driven (medium load state). FIG. 5C is an explanatory diagram of the load driving process corresponding to a state where all six systems are driven (high load state).
FIG. 6 is an explanatory diagram of the relationship between the load state of the power source and the output voltage.
As shown in FIG. 6, the
In the present embodiment, since the load circuits 13-1, 13-2,... Have the same load amount during driving and can be assumed in advance, it is determined which load circuit is in a driving state. There is no need to identify, and if the number of load circuits in the driving state is known, the decrease in the output voltage on the secondary side can be grasped. Furthermore, even if the load circuit in the driving state is switched from the above situation, the current control can be continued if the number of load circuits in the driving state has not changed.
以下、駆動状態にある負荷回路の数に応じた制御について具体的に説明する。
6系統のIGBTのいずれも駆動されていない状態(低負荷状態)においては(ステップS16;駆動なし)、調整値切替回路42から第2調整値切替信号SFBが出力され、出力目標電圧Vfbは、図5(a)に示すように、低負荷時の出力電圧範囲における平均値Laveに設定されてフィードバック値調整回路53から最終的に出力され、このときブリーダー抵抗RBLEの値も低負荷時の値となるようにされる。
これと並行して、調整値切替回路42から第1調整値切替信号SOSCが出力され、発振器43からは、第1調整値切替信号SOSCに基づく低負荷時の駆動周波数に相当するPWM制御用の所定の三角波信号Vtriが生成され、比較器44に出力される。
Hereinafter, the control according to the number of load circuits in the drive state will be specifically described.
In a state where none of the six IGBTs is driven (low load state) (step S16; no drive), the adjustment
In parallel with this, the adjustment
これらの結果、比較器44は、発振器43の出力した低負荷時の駆動周波数oscf=Hに相当する三角波信号Vtriと誤差増幅器54の出力した誤差増幅信号Verrと、を比較して、低負荷駆動に対応するPWM制御信号CPWMを生成し、スイッチングトランジスター46のゲートに出力して、スイッチング動作を行わせ、再び処理をステップS15に移行することとなる。
As a result, the
また、6系統のIGBTのうち一部が駆動されている状態(中負荷状態)においては(ステップS16;一部駆動)、調整値切替回路42から第2調整値切替信号SFBが出力され、出力目標電圧Vfbは、図5(b)に示すように、中負荷時の出力電圧範囲において、負荷の値(Load)をパラメーターとする所定の関数f(図5(b)の場合、1次関数で近似可)の演算値f(Load)として設定され、中負荷範囲における低負荷(例えば、1系統のみ動作)側では、フィードバック値調整回路53から最終的に出力される電圧は比較的高い出力電圧に設定され、中負荷範囲における高負荷(例えば、5系統が動作)側では、フィードバック値調整回路53から最終的に出力される電圧は比較的低い出力電圧に設定され、このとき、ブリーダー抵抗RBLEの値も中負荷時の所定の値となるようにされる。
Also, in a state where a part of the six IGBTs is driven (medium load state) (step S16; partial drive), the second adjustment value switching signal SFB is output from the adjustment
これと並行して、調整値切替回路42から第1調整値切替信号SOSCが出力され、発振器43からは、第1調整値切替信号SOSCに基づく中負荷時の駆動周波数に相当するPWM制御用の所定の三角波信号Vtriが生成され、比較器44に出力される。
ここで、中負荷時の駆動周波数oscfは、前述した低負荷時の駆動周波数oscf=Hと比較して低い値、すなわち、駆動周波数oscf=Lとされる。これは、スイッチングトランジスター46のオン期間を実効的に長くして、2次コイル47−1、47−2、…に接続されている整流用のダイオード48−1、48−2、…の導通期間を長くすることにより、ダイオード48−1、48−2、…の順電圧Vfの影響を抑制して負荷変動による2次側出力電圧の変動の割合を低減させるためである。
In parallel with this, the adjustment
Here, the driving frequency oscf at the time of medium load is set to a value lower than the driving frequency oscf = H at the time of low load, that is, the driving frequency oscf = L. This effectively lengthens the ON period of the switching
これらの結果、比較器44は、発振器43の出力した中負荷時の駆動周波数oscf=Lに相当する三角波信号Vtriと誤差増幅器54の出力した誤差増幅信号Verrと、を比較して、低負荷駆動に対応するPWM制御信号CPWMを生成し、スイッチングトランジスター46のゲートに出力して、スイッチング動作を行わせ、再び処理をステップS15に移行することとなる。
As a result, the
さらに、6系統すべてが駆動されている状態(高負荷状態)においては(ステップS16;全駆動)、調整値切替回路42から第2調整値切替信号SFBが出力され、出力目標電圧Vfbは、図5(c)に示すように、高負荷時の出力電圧範囲における平均値Haveに設定されてフィードバック値調整回路53から最終的に出力され、そのときブリーダー抵抗RBLEの値も高負荷時の値となるようにされる。
これと並行して、調整値切替回路42から第1調整値切替信号SOSCが出力され、発振器43からは、第1調整値切替信号SOSCに基づく高負荷時の駆動周波数oscf=Hに相当するPWM制御用の所定の三角波信号Vtriが生成され、比較器44に出力される。
Further, in a state where all six systems are driven (high load state) (step S16; full drive), the second adjustment value switching signal SFB is output from the adjustment
In parallel with this, the adjustment
これらの結果、比較器44は、発振器43の出力した高負荷時の駆動周波数oscf=Hに相当する三角波信号Vtriと誤差増幅器54の出力した誤差増幅信号Verrと、を比較して、低負荷駆動に対応するPWM制御信号CPWMを生成し、スイッチングトランジスター46のゲートに出力して、スイッチング動作を行わせ、再び処理をステップS15に移行することとなる。
As a result, the
以上は、駆動状態にある負荷回路の数に基づく制御についての説明であるが、実際の制御としては、駆動状態にある負荷回路の数の変動が生じた場合に、上記手順に従って、変動後の負荷回路の数に相当する制御に移行させればよいのである。すなわち、駆動状態にある負荷回路の数が変化していなければ、実際に駆動状態にある負荷回路が異なる組み合わせとなっていても現在行っている制御を継続させればよい。 The above is a description of the control based on the number of load circuits in the driving state. However, as the actual control, when the number of load circuits in the driving state changes, according to the procedure described above, It is only necessary to shift to control corresponding to the number of load circuits. In other words, as long as the number of load circuits in the driving state has not changed, the current control can be continued even if the load circuits actually in the driving state have different combinations.
具体的には、いずれかの検出タイミングで6系統のモーター駆動制御信号MDCのうち、3系統のモーター駆動制御信号が出力されたと検出した場合には、3系統の負荷(中負荷状態)に対応する制御が行われる。そして次の検出タイミングで、5系統のモーター駆動制御信号が出力されたと検出した場合には、増えた2系統分に相当する出力電圧Voutの電圧降下(電圧変動)が生じるので、当該電圧降下を補償し、出力電圧Voutが一定となるように制御がなされることとなる。さらに次の検出タイミングでは、2系統のモーター駆動制御信号が出力されたと検出した場合には、減った3系統分に相当する出力電圧Voutの電圧上昇(電圧変動)が生じるので、当該電圧上昇を補償し、出力電圧Voutが一定となるように制御がなされることとなる。さらにまた、次の検出タイミングでは、再び2系統のモータ駆動制御信号が出力されたと検出した場合には、いずれの負荷回路が駆動状態にあるかを判別することなく、駆動状態にある負荷回路の数の変動がないので、そのままの制御を継続することとなる。 Specifically, when it is detected that three motor drive control signals are output from six motor drive control signals MDC at any detection timing, it corresponds to three loads (medium load state). Control is performed. If it is detected at the next detection timing that five motor drive control signals have been output, a voltage drop (voltage fluctuation) of the output voltage Vout corresponding to the increased two systems occurs. Compensation is performed so that the output voltage Vout becomes constant. Further, at the next detection timing, when it is detected that two motor drive control signals are output, a voltage rise (voltage fluctuation) of the output voltage Vout corresponding to the reduced three systems occurs. Compensation is performed so that the output voltage Vout becomes constant. Furthermore, at the next detection timing, when it is detected that two motor drive control signals have been output again, it is possible to determine which load circuit is in the drive state without determining which load circuit is in the drive state. Since there is no change in the number, the control is continued as it is.
以上の説明のように、本実施形態によれば、負荷の状態(低負荷、中負荷あるいは高負荷)、すなわち、駆動状態にある負荷回路の数、ひいては、負荷回路の数の変動に応じてフィードバック電圧(ブリーダー抵抗の抵抗値を変更する場合を含む)およびスイッチング素子に供給するPWM波形を生成するための発振器の周波数を変更するので、負荷状態に応じた最適な出力電圧を得ることができるとともに、負荷変動に起因する出力電圧の変動を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, according to the load state (low load, medium load or high load), that is, according to the number of load circuits in the drive state, and consequently the number of load circuits. Since the frequency of the oscillator for generating the feedback waveform (including changing the resistance value of the bleeder resistor) and the PWM waveform supplied to the switching element is changed, an optimum output voltage corresponding to the load state can be obtained. At the same time, fluctuations in output voltage due to load fluctuations can be suppressed.
したがって、出力電圧の出力系統毎の差を小さくし、クロスレギュレーションの向上を図ることができ、フライバック型の電源装置において、小型のフライバックトランスを用いて回路を構成することが容易となる。
以上の説明においては、フィードバック値調整回路53によるフィードバック電圧調整と、ブリーダー抵抗RBLEの変更を同時に行う構成としていたが、いずれか一方だけとすることも可能である。
Therefore, the difference in output voltage between output systems can be reduced, and cross regulation can be improved. In a flyback type power supply device, it is easy to configure a circuit using a small flyback transformer.
In the above description, the feedback voltage adjustment by the feedback value adjustment circuit 53 and the change of the bleeder resistance RBLE are performed at the same time. However, only one of them can be used.
10 電源装置
11 フライバックトランス
12 電源
13−1、13−2 負荷回路
14 電力変換部
15 駆動状態検出部
16 調整値制御部
20 モーター駆動装置
21 バッテリー
23 コントローラー
24 インバーター回路
25 IGBTドライバー部(モーター駆動回路)
26 三相交流モーター
31H、31L IGBT(モーター駆動回路)
41 負荷駆動状態検出回路
42 調整値切替回路
43 発振器
44 比較器
45 1次コイル
46 スイッチングトランジスター(スイッチング素子)
47 2次コイル
53 フィードバック値調整回路
54 誤差増幅器
55 分圧回路
CPWM PWM制御信号
oscf 駆動周波数
MDC モーター駆動制御信号(負荷駆動制御信号)
RBLE ブリーダー抵抗
SDET 負荷状態検出信号
SFB 第2調整値切替信号
SOSC 第1調整値切替信号
VFB フィードバック電圧
VREF 基準電圧
Verr 誤差増幅信号
Vfb 出力目標電圧
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
Vtri 三角波信号
DESCRIPTION OF
26 Three-
41 Load drive
47 Secondary coil 53 Feedback
RBLE bleeder resistance SDET load state detection signal SFB second adjustment value switching signal SOSC first adjustment value switching signal VFB feedback voltage VREF reference voltage Verr error amplification signal Vfb output target voltage Vin input voltage Vout output voltage Vtri triangular wave signal
Claims (3)
前記複数の負荷は、それぞれ負荷駆動制御信号が繰り返し入力されることにより駆動され、各前記負荷は、駆動時の負荷量が同一であり、
前記負荷駆動制御信号の有無に基づいて、駆動されている前記負荷の数の変動を検出し、前記負荷の数の変動に起因する前記出力電圧の変動を補償するように、前記調整回路に入力される前記フィードバック電圧値を調整するフィードバック値調整回路を備えたことを特徴とする電源装置。 A multi-output type flyback transformer having a control coil and a bleeder resistor connected to the control coil; a load connected to each of a plurality of outputs of the flyback transformer; The output voltage of the back transformer is supplied, and the input voltage on the primary side of the flyback transformer is controlled based on the feedback voltage value that changes according to the voltage of the bleeder resistor, and the output voltage value is adjusted to a constant value. In a power supply device equipped with an adjustment circuit,
Each of the plurality of loads is driven by repeatedly inputting a load drive control signal, and each of the loads has the same load amount during driving,
Based on the presence or absence of the load drive control signal, input to the adjustment circuit to detect a change in the number of loads being driven and to compensate for a change in the output voltage due to the change in the number of loads A power supply apparatus comprising a feedback value adjustment circuit for adjusting the feedback voltage value.
前記負荷は、同期式多相モーターのいずれかの相に対応するモーター駆動回路であり、前記負荷駆動制御信号は、1次側から2次側に絶縁回路を介して供給され、各モーター駆動回路が対応する相におけるPWM制御信号であり、
前記フィードバック値調整回路は、前記PWM制御信号を前記1次側で検出することを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1, wherein
The load is a motor drive circuit corresponding to any phase of a synchronous multiphase motor, and the load drive control signal is supplied from the primary side to the secondary side via an insulation circuit, and each motor drive circuit Is a PWM control signal in the corresponding phase,
The feedback value adjusting circuit detects the PWM control signal on the primary side.
前記フライバックトランスの1次コイルに接続される電力変換用のスイッチング素子を有し、
駆動されている前記負荷の数が最も少ない低負荷状態、駆動されている負荷の数が最も多い高負荷状態およびそれらの中間の中負荷状態の3状態に区分し、
前記中負荷状態においては、前記低負荷状態および前記高負荷状態における前記スイッチング素子の所定のスイッチング周波数よりも低い所定のスイッチング周波数で、前記スイッチング素子の駆動を行うことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1 or 2,
A power conversion switching element connected to the primary coil of the flyback transformer;
A low load state in which the number of driven loads is the smallest, a high load state in which the number of driven loads is the largest, and an intermediate load state between them,
In the medium load state, the switching element is driven at a predetermined switching frequency lower than a predetermined switching frequency of the switching element in the low load state and the high load state.
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