JP5319404B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、アンプ、充電器、放電器等の電力変換装置に関する。   The present invention relates to power conversion devices such as amplifiers, chargers, and dischargers.

従来より、電力変換装置として、デジタルアンプがある(例えば、非特許文献1参照)。   Conventionally, there is a digital amplifier as a power conversion device (see, for example, Non-Patent Document 1).

図14は、従来例に係るデジタルアンプ100の回路図である。デジタルアンプ100は、電力変換部120と、電力変換部120に電圧を印加する電圧印加部110と、を備える。   FIG. 14 is a circuit diagram of a digital amplifier 100 according to a conventional example. The digital amplifier 100 includes a power conversion unit 120 and a voltage application unit 110 that applies a voltage to the power conversion unit 120.

電圧印加部110は、インダクタL1と、ダイオードD1と、キャパシタC1と、NチャネルMOSFETで構成されるスイッチ素子Q1と、第1制御部111と、を備える。   The voltage application unit 110 includes an inductor L1, a diode D1, a capacitor C1, a switch element Q1 including an N-channel MOSFET, and a first control unit 111.

インダクタL1の一端には、端子Aが接続され、インダクタL1の他端には、ダイオードD1のアノードと、スイッチ素子Q1のドレインと、が接続される。ダイオードD1のカソードには、第1制御部111と、キャパシタC1の一方の電極と、が接続される。なお、以降では、ダイオードD1のカソードと、第1制御部111と、キャパシタC1の一方の電極と、の接点を、接点J1とする。   The terminal A is connected to one end of the inductor L1, and the anode of the diode D1 and the drain of the switch element Q1 are connected to the other end of the inductor L1. The first controller 111 and one electrode of the capacitor C1 are connected to the cathode of the diode D1. Hereinafter, a contact point between the cathode of the diode D1, the first control unit 111, and one electrode of the capacitor C1 is referred to as a contact point J1.

キャパシタC1の他方の電極と、スイッチ素子Q1のソースとは、接地される。スイッチ素子Q1のゲートには、第1制御部111が接続される。第1制御部111には、接点J1と、スイッチ素子Q1のゲートと、に加えて、端子Dが接続される。   The other electrode of the capacitor C1 and the source of the switch element Q1 are grounded. The first control unit 111 is connected to the gate of the switch element Q1. In addition to the contact J1 and the gate of the switch element Q1, a terminal D is connected to the first control unit 111.

以上の構成を備える電圧印加部110では、第1制御部111は、端子Dから入力される基準信号Ref1と、接点J1と同電圧であるフィードバック信号FB1と、に応じて、制御信号をスイッチ素子Q1のゲートに供給する。スイッチ素子Q1は、供給された制御信号に応じて、スイッチングする。   In the voltage application unit 110 having the above configuration, the first control unit 111 switches the control signal according to the reference signal Ref1 input from the terminal D and the feedback signal FB1 having the same voltage as the contact J1. Supply to the gate of Q1. The switch element Q1 performs switching according to the supplied control signal.

端子Aから入力信号INが入力されると、この入力信号INは、スイッチ素子Q1のスイッチングに応じて、インダクタL1およびダイオードD1を介して、キャパシタC1の一方の電極に供給される。これにより、キャパシタC1は、チャージされる。   When the input signal IN is input from the terminal A, the input signal IN is supplied to one electrode of the capacitor C1 through the inductor L1 and the diode D1 according to the switching of the switch element Q1. As a result, the capacitor C1 is charged.

なお、基準信号Ref1の電圧は、時間によらず一定である。このため、第1制御部111は、定電圧である基準信号Ref1に対するフィードバック信号FB1の電圧に応じて、スイッチ素子Q1のゲートに制御信号を供給することとなる。その結果、接点J1は、定電圧となる。   Note that the voltage of the reference signal Ref1 is constant regardless of time. Therefore, the first control unit 111 supplies a control signal to the gate of the switch element Q1 according to the voltage of the feedback signal FB1 with respect to the reference signal Ref1 that is a constant voltage. As a result, the contact J1 becomes a constant voltage.

電力変換部120は、PチャネルMOSFETで構成されるスイッチ素子Q2と、NチャネルMOSFETで構成されるスイッチ素子Q3と、インダクタL2と、キャパシタC2と、第2制御部121と、を備える。   The power conversion unit 120 includes a switch element Q2 configured with a P-channel MOSFET, a switch element Q3 configured with an N-channel MOSFET, an inductor L2, a capacitor C2, and a second control unit 121.

スイッチ素子Q2のソースには、上述の接点J1が接続され、スイッチ素子Q2のドレインには、スイッチ素子Q3のドレインと、インダクタL2の一端と、が接続される。インダクタL2の他端には、キャパシタC2の一方の電極と、端子Bと、第2制御部121と、が接続される。なお、以降では、インダクタL2の他端と、キャパシタC2の一方の電極と、端子Bと、第2制御部121と、の接点を、接点J2とする。   The contact J1 is connected to the source of the switch element Q2, and the drain of the switch element Q3 and one end of the inductor L2 are connected to the drain of the switch element Q2. One end of the capacitor C2, one terminal B, and the second control unit 121 are connected to the other end of the inductor L2. Hereinafter, a contact point between the other end of the inductor L2, one electrode of the capacitor C2, the terminal B, and the second control unit 121 is referred to as a contact point J2.

キャパシタC2の他方の電極と、スイッチ素子Q3のソースとは、接地される。スイッチ素子Q2、Q3のゲートには、第2制御部121が接続される。第2制御部121には、接点J2と、スイッチ素子Q2のゲートと、スイッチ素子Q3のゲートと、に加えて、端子Cが接続される。   The other electrode of the capacitor C2 and the source of the switch element Q3 are grounded. The second controller 121 is connected to the gates of the switch elements Q2 and Q3. In addition to the contact J2, the gate of the switch element Q2, and the gate of the switch element Q3, the terminal C is connected to the second controller 121.

以上の構成を備える電力変換部120では、第2制御部121は、端子Cから入力される制御信号Sigと、接点J2と同電圧であるフィードバック信号FB2と、に応じて、制御信号をスイッチ素子Q2のゲートおよびスイッチ素子Q3のゲートに供給する。スイッチ素子Q2、Q3は、供給された制御信号に応じて、スイッチングする。   In the power conversion unit 120 having the above configuration, the second control unit 121 switches the control signal to the switch element in accordance with the control signal Sig input from the terminal C and the feedback signal FB2 having the same voltage as the contact J2. This is supplied to the gate of Q2 and the gate of the switch element Q3. The switch elements Q2 and Q3 switch according to the supplied control signal.

スイッチ素子Q2がオン状態でかつスイッチ素子Q3がオフ状態の場合には、インダクタL2の一端は、接点J1と導通する。一方、スイッチ素子Q2がオフ状態でかつスイッチ素子Q3がオン状態の場合には、インダクタL2の一端は、接地される。このため、インダクタL2の一端の電圧は、スイッチ素子Q2、Q3のスイッチングに応じて変化する。   When switch element Q2 is on and switch element Q3 is off, one end of inductor L2 is electrically connected to contact J1. On the other hand, when the switch element Q2 is off and the switch element Q3 is on, one end of the inductor L2 is grounded. For this reason, the voltage at one end of the inductor L2 changes according to the switching of the switch elements Q2 and Q3.

インダクタL2の一端の電圧は、インダクタL2およびキャパシタC2を含んで構成されるフィルタによりリップルを低減され、出力信号OUTとして端子Bから出力される。   The ripple at the one end of the inductor L2 is reduced by a filter including the inductor L2 and the capacitor C2, and is output from the terminal B as the output signal OUT.

http://japan.maxim−ic.com/appnotes.cfm/an_pk/3977http: // japan. maxim-ic. com / appnotes. cfm / an_pk / 3777

上述のデジタルアンプ100では、キャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に対応するために、キャパシタC1にチャージされている電力を用いる。   In the above-described digital amplifier 100, the electric power charged in the capacitor C1 is used in order to cope with a sudden load fluctuation at the time of charging the capacitor C2.

ところが、上述のように、接点J1は定電圧であるため、キャパシタC1にチャージされている電力は、略一定となる。このため、キャパシタC1にチャージされている電力ではキャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に対応できない場合には、入力信号INの電力を用いることとなり、入力信号INを端子Aに供給する供給源に負荷がかかってしまう。   However, as described above, since the contact J1 is a constant voltage, the power charged in the capacitor C1 is substantially constant. For this reason, when the electric power charged in the capacitor C1 cannot cope with a rapid load fluctuation at the time of charging the capacitor C2, the electric power of the input signal IN is used, and the supply for supplying the input signal IN to the terminal A is used. The source is overloaded.

そこで、接点J1が定電圧の場合に、この接点J1に一方の電極が接続されたキャパシタC1でチャージできる電力量を増加させるためには、キャパシタC1の容量を大きくする必要がある。ところが、キャパシタC1の容量を大きくすると、キャパシタC1が大型化してしまい、キャパシタC1を備えるデジタルアンプ100を小型化するのが困難であった。   Therefore, when the contact J1 is a constant voltage, in order to increase the amount of power that can be charged by the capacitor C1 having one electrode connected to the contact J1, it is necessary to increase the capacitance of the capacitor C1. However, when the capacitance of the capacitor C1 is increased, the capacitor C1 increases in size, and it is difficult to downsize the digital amplifier 100 including the capacitor C1.

上述の課題を鑑み、本発明は、電力変換装置を小型化することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to reduce the size of a power converter.

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
(1)本発明は、容量および容量負荷と、前記容量に蓄えられた電力を前記容量負荷に伝達する電力伝達手段と、前記容量に印加されている電圧と、前記容量負荷に印加されている電圧と、に基づいて、前記容量に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を備え、前記電圧制御手段は、前記容量に印加されている電圧と、前記容量負荷に印加されている電圧と、に基づいて、前記容量に印加する電圧を制御して、前記容量に蓄えられている電力と、前記容量負荷に蓄えられている電力と、の和を所定値に保つことを特徴とする電力変換装置を提案している。
The present invention proposes the following items in order to solve the above-described problems.
(1) The present invention is applied to a capacitor and a capacitive load, power transmission means for transmitting the power stored in the capacitor to the capacitive load, a voltage applied to the capacitor, and the capacitive load. Voltage control means for controlling the voltage applied to the capacitor based on the voltage, and the voltage control means includes a voltage applied to the capacitor and a voltage applied to the capacitive load. And controlling the voltage applied to the capacity based on the power to maintain the sum of the power stored in the capacity and the power stored in the capacity load at a predetermined value. A conversion device is proposed.

この発明によれば、容量および容量負荷と、容量に蓄えられた電力を容量負荷に伝達する電力伝達手段と、容量に印加されている電圧と容量負荷に印加されている電圧とに基づいて容量に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を設けた。そして、電圧制御手段により、容量に印加されている電圧と、容量負荷に印加されている電圧と、に基づいて、容量に印加する電圧を制御して、容量に蓄えられている電力と、容量負荷に蓄えられている電力と、の和を所定値に保つこととした。   According to this invention, the capacity is based on the capacity and the capacity load, the power transmission means for transmitting the power stored in the capacity to the capacity load, the voltage applied to the capacity and the voltage applied to the capacity load. Voltage control means for controlling the voltage applied to the. The voltage control means controls the voltage applied to the capacitor based on the voltage applied to the capacitor and the voltage applied to the capacitor load, and the power stored in the capacitor and the capacitor The sum of the electric power stored in the load and the predetermined value is maintained.

このため、所定値を、容量負荷を充電する際の急激な負荷変動を考慮して設定することで、容量負荷に蓄えられている電力が「0」の場合であっても、容量を大きくすることなく、容量に蓄えられている電力で、容量負荷を充電する際の急激な負荷変動に対応できる。したがって、電力変換装置を小型化できる。   For this reason, the predetermined value is set in consideration of sudden load fluctuations when charging the capacitive load, so that the capacity is increased even when the power stored in the capacitive load is “0”. Therefore, it is possible to cope with a sudden load fluctuation when charging a capacitive load with the electric power stored in the capacity. Therefore, the power converter can be reduced in size.

(2)本発明は、(1)の電力変換装置について、前記容量は、容量負荷で構成されることを特徴とする電力変換装置を提案している。   (2) The present invention proposes a power conversion device according to (1), wherein the capacity is a capacitive load.

この発明によれば、容量を容量負荷で構成することとした。これによれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   According to the present invention, the capacity is constituted by the capacitive load. According to this, an effect similar to the effect mentioned above can be produced.

(3)本発明は、(1)または(2)の電力変換装置について、前記容量負荷に印加される電圧の最大値を最大電圧とするとともに、前記最大電圧を印加した場合に前記容量に蓄えられる電力と、前記最大電圧を印加した場合に前記容量負荷に蓄えられる電力と、の和を最大総電力とすると、前記所定値は、前記最大総電力に等しいことを特徴とする電力変換装置を提案している。   (3) In the power converter of (1) or (2), the present invention sets the maximum value of the voltage applied to the capacitive load as the maximum voltage, and stores the maximum voltage in the capacitor when the maximum voltage is applied. The power conversion device is characterized in that the predetermined value is equal to the maximum total power, where the sum of the power to be stored and the power stored in the capacitive load when the maximum voltage is applied is the maximum total power. is suggesting.

この発明によれば、容量に蓄えられている電力と、容量負荷に蓄えられている電力と、の和を最大総電力に等しい値に保つこととした。ここで、最大総電力とは、最大電圧を印加した場合に容量に蓄えられる電力と、最大電圧を印加した場合に容量負荷に蓄えられる電力と、の和のことであり、最大電圧とは、容量負荷に印加される電圧の最大値のことである。   According to the present invention, the sum of the power stored in the capacity and the power stored in the capacity load is maintained at a value equal to the maximum total power. Here, the maximum total power is the sum of the power stored in the capacity when the maximum voltage is applied and the power stored in the capacitive load when the maximum voltage is applied, and the maximum voltage is It is the maximum voltage applied to the capacitive load.

このため、容量負荷に蓄えられている電力が「0」の場合であっても、容量に蓄えられている電力により、容量負荷を充電して、容量負荷を最大電圧が印加された状態にすることができる。したがって、容量を大きくすることなく、容量に蓄えられている電力で、容量負荷に電力を蓄える際の急激な負荷変動に対応できる。よって、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   For this reason, even if the electric power stored in the capacitive load is “0”, the capacitive load is charged by the electric power stored in the capacity so that the maximum voltage is applied to the capacitive load. be able to. Therefore, it is possible to cope with a sudden load fluctuation when the electric power is stored in the capacity load with the electric power stored in the capacity without increasing the capacity. Therefore, the same effect as described above can be achieved.

(4)本発明は、(1)〜(3)のいずれかの電力変換装置について、前記容量負荷に蓄えられた電力を前記容量に伝達する電力回生手段を備えることを特徴とする電力変換装置を提案している。   (4) The power converter according to any one of (1) to (3), wherein the power converter includes power regeneration means for transmitting the power stored in the capacitive load to the capacity. Has proposed.

この発明によれば、容量負荷に蓄えられた電力を容量に伝達する電力回生手段を設けた。このため、容量負荷に蓄えられている電力を放電する場合には、この電力を電力回生手段により容量に伝達させて、容量を充電できる。したがって、容量を充電するために、電力変換装置に新たに電力を供給する必要がないので、省電力化を実現できる。   According to this invention, the power regeneration means for transmitting the power stored in the capacitive load to the capacity is provided. For this reason, when discharging the electric power stored in the capacitive load, the electric power can be transmitted to the capacity by the power regeneration means to charge the capacity. Therefore, since it is not necessary to supply new power to the power conversion device in order to charge the capacity, power saving can be realized.

(5)本発明は、(1)〜(4)のいずれかの電力変換装置について、前記容量負荷は、ピエゾ素子であることを特徴とする電力変換装置を提案している。   (5) The present invention proposes a power conversion device according to any one of (1) to (4), wherein the capacitive load is a piezo element.

この発明によれば、容量負荷をピエゾ素子とした。これによれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   According to the present invention, the capacitive load is a piezo element. According to this, an effect similar to the effect mentioned above can be produced.

(6)本発明は、(5)の電力変換装置について、前記容量は、ピエゾ素子であることを特徴とする電力変換装置を提案している。   (6) The present invention proposes a power converter according to (5), wherein the capacitor is a piezo element.

この発明によれば、容量をピエゾ素子とした。これによれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   According to the present invention, the capacitor is a piezo element. According to this, an effect similar to the effect mentioned above can be produced.

本発明によれば、電力変換装置を小型化できる。   According to the present invention, the power converter can be reduced in size.

本発明の第1実施形態に係るデジタルアンプの概略を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an outline of a digital amplifier according to a first embodiment of the present invention. 前記デジタルアンプの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said digital amplifier. 前記デジタルアンプの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said digital amplifier. 前記デジタルアンプの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said digital amplifier. 本発明の第2実施形態に係るデジタルアンプの回路図である。It is a circuit diagram of a digital amplifier according to a second embodiment of the present invention. 前記デジタルアンプにおける電流回生を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the current regeneration in the said digital amplifier. 前記デジタルアンプにおける電流回生を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the current regeneration in the said digital amplifier. 前記デジタルアンプにおける電流回生を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the current regeneration in the said digital amplifier. 前記デジタルアンプのタイミングチャートである。It is a timing chart of the digital amplifier. 本発明の第3実施形態に係るデジタルアンプの回路図である。It is a circuit diagram of the digital amplifier which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 前記デジタルアンプの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said digital amplifier. 前記デジタルアンプの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said digital amplifier. 前記デジタルアンプの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the said digital amplifier. 従来例に係るデジタルアンプの回路図である。It is a circuit diagram of a digital amplifier according to a conventional example.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the constituent elements in the following embodiments can be appropriately replaced with existing constituent elements, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Accordingly, the description of the following embodiments does not limit the contents of the invention described in the claims.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るデジタルアンプ1の概略を示す回路図である。デジタルアンプ1は、エネルギー変換装置50と、キャパシタC1、C2と、を備える。エネルギー変換装置50は、第1のエネルギー変換部51および第2のエネルギー変換部52を備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing an outline of a digital amplifier 1 according to the first embodiment of the present invention. The digital amplifier 1 includes an energy conversion device 50 and capacitors C1 and C2. The energy conversion device 50 includes a first energy conversion unit 51 and a second energy conversion unit 52.

第1のエネルギー変換部51には、端子Aと、キャパシタC1の一方の電極と、が接続され、第2のエネルギー変換部52には、キャパシタC1の一方の電極と、キャパシタC2の一方の電極と、が接続される。キャパシタC1の他方の電極と、キャパシタC2の他方の電極とは、接地される。なお、以降では、第1のエネルギー変換部51と、第2のエネルギー変換部52と、キャパシタC1の一方の電極と、の接点を、接点J1とする。また、第2のエネルギー変換部52と、キャパシタC2の一方の電極と、の接点を、接点J2とする。   The terminal A and one electrode of the capacitor C1 are connected to the first energy conversion unit 51, and one electrode of the capacitor C1 and one electrode of the capacitor C2 are connected to the second energy conversion unit 52. And are connected. The other electrode of the capacitor C1 and the other electrode of the capacitor C2 are grounded. Hereinafter, a contact point between the first energy conversion unit 51, the second energy conversion unit 52, and one electrode of the capacitor C1 is referred to as a contact point J1. A contact point between the second energy conversion unit 52 and one electrode of the capacitor C2 is referred to as a contact point J2.

まず、以上の構成を備えるデジタルアンプ1において、キャパシタC1にチャージされている電力でキャパシタC2をチャージする場合について、図2、3を用いて以下に説明する。   First, the case where the capacitor C2 is charged with the electric power charged in the capacitor C1 in the digital amplifier 1 having the above configuration will be described below with reference to FIGS.

まず、図2に示すように、第1のエネルギー変換部51を駆動して、端子Aから入力される入力信号INを、キャパシタC1の一方の電極に供給する。これによれば、キャパシタC1は、端子Aから入力される入力信号INでチャージされる。   First, as shown in FIG. 2, the first energy converter 51 is driven to supply the input signal IN input from the terminal A to one electrode of the capacitor C1. According to this, the capacitor C1 is charged by the input signal IN inputted from the terminal A.

次に、図3に示すように、第2のエネルギー変換部52を駆動して、既にチャージされているキャパシタC1の一方の電極から、キャパシタC2の一方の電極に、電流を流す。これによれば、キャパシタC2は、キャパシタC1にチャージされている電力でチャージされる。   Next, as shown in FIG. 3, the second energy conversion unit 52 is driven to pass a current from one electrode of the already charged capacitor C1 to one electrode of the capacitor C2. According to this, the capacitor C2 is charged with the electric power charged in the capacitor C1.

ここで、キャパシタC1の容量をC、キャパシタC2の容量をC、接点J1の電圧をV、接点J2の電圧をV、接点J2の電圧Vの設定電圧最大値をVmaxとする。設定電圧最大値とは、接点J2の電圧Vが取り得る最大値のこととする。また、キャパシタC1の容量Cと、キャパシタC2の容量Cと、設定電圧最大値Vmaxとは、既知の固定値とし、接点J2の電圧Vは、図示しない電圧測定部により測定された既知の値とする。すると、以下の式(1)が成り立つように接点J1の電圧Vを制御すれば、電圧Vが印加されているキャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力で対応できる。 Here, the capacitance of the capacitor C1 C 1, C 2 the capacitance of the capacitor C2, V 1 the voltage on the node J1, V 2 the voltage at the node J2, and the set voltage maximum value of the voltage V 2 of the contact J2 V max To do. Setting the voltage maximum value, and that the maximum value of the voltage V 2 of the node J2 is possible. The capacitance C 1 of the capacitor C 1 , the capacitance C 2 of the capacitor C 2, and the set voltage maximum value V max are known fixed values, and the voltage V 2 at the contact J 2 is measured by a voltage measurement unit (not shown). Use a known value. Then, by controlling the voltage V 1 of the contact point J1 as shown in Equation (1) below is established, the abrupt load change at the time of charging the capacitor C2 the voltage V 2 is applied, it is charged in the capacitor C1 It can cope with the power that is.

Figure 0005319404
Figure 0005319404

すなわち、エネルギー変換装置50を制御して、式(1)が成り立つように接点J1の電圧Vを制御すれば、式(1)が成り立つのに不足している電力を入力信号INでキャパシタC1にチャージでき、接点J2の電圧Vが設定電圧最大値Vmaxになるまで、キャパシタC1にチャージされている電力でキャパシタC2をチャージできる。これによれば、電圧Vが印加されているキャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力で対応できる。 That is, by controlling the energy converter 50, by controlling the voltage V 1 of the node J1 to equation (1) holds, the capacitor C1 of the power is insufficient to equation (1) holds the input signal IN be charged to until the voltage V 2 of the node J2 is the set voltage maximum value V max, you can charge a capacitor C2 with power being charged in the capacitor C1. According to this, the rapid load change at the time of charging the capacitor C2 the voltage V 2 is applied, it can be dealt with power being charged in the capacitor C1.

なお、式(1)の右辺は、設定電圧最大値Vmaxを印加した場合にキャパシタC2にチャージされる電力に等しく、上述のように設定電圧最大値Vmaxが既知の固定値であるため、予め定められた所定値となる。このため、式(1)が成り立つように接点J1の電圧Vを制御することで、キャパシタC1にチャージされている電力と、キャパシタC2にチャージされている電力と、の和は、所定値に保たれることとなる。 Note that the right side of Equation (1) is equal to the power charged in the capacitor C2 when the set voltage maximum value V max is applied, and the set voltage maximum value V max is a known fixed value as described above. The predetermined value is set in advance. Thus, by controlling the voltage V 1 of the node J1 to equation (1) holds, the power being charged in the capacitor C1, the power being charged to the capacitor C2, the sum of a predetermined value Will be kept.

次に、以上の構成を備えるデジタルアンプ1において、キャパシタC1とキャパシタC2との間で電流回生を行う場合、すなわちキャパシタC2にチャージされている電力でキャパシタC1をチャージする場合について、図4を用いて以下に説明する。   Next, in the digital amplifier 1 having the above configuration, when current regeneration is performed between the capacitor C1 and the capacitor C2, that is, when the capacitor C1 is charged with the power charged in the capacitor C2, FIG. 4 is used. Will be described below.

図4に示すように、第2のエネルギー変換部52を駆動して、既にチャージされているキャパシタC2の一方の電極から、キャパシタC1の一方の電極に、回生電流を流す。これによれば、キャパシタC1は、キャパシタC2にチャージされている電力でチャージされる。   As shown in FIG. 4, the second energy conversion unit 52 is driven, and a regenerative current is caused to flow from one electrode of the capacitor C2 that has already been charged to one electrode of the capacitor C1. According to this, the capacitor C1 is charged with the electric power charged in the capacitor C2.

以上のデジタルアンプ1によれば、以下の効果を奏することができる。   According to the digital amplifier 1 described above, the following effects can be obtained.

エネルギー変換装置50を制御して、式(1)が成り立つように接点J1の電圧Vを制御することで、キャパシタC1にチャージされている電力と、キャパシタC2にチャージされている電力と、の和を、設定電圧最大値Vmaxを印加した場合にキャパシタC2にチャージされる電力に保つことができる。このため、キャパシタC2に印加される電圧Vが設定電圧最大値Vmaxになるまで、キャパシタC1にチャージされている電力でキャパシタC2をチャージできる。これによれば、キャパシタC1の容量を大きくすることなく、キャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力で対応できるので、デジタルアンプ1を小型化できる。 By controlling the energy converter 50, by controlling the voltage V 1 of the node J1 to equation (1) holds, the power being charged in the capacitor C1, the power being charged to the capacitor C2, the the sum, can be kept on the power is charged in the capacitor C2 in the case of applying a set voltage maximum value V max. Therefore, it charges the capacitor C2 in the power voltage V 2 applied to the capacitor C2 until the set maximum voltage value V max, is charged in the capacitor C1. According to this, it is possible to cope with a sudden load fluctuation when charging the capacitor C2 without increasing the capacitance of the capacitor C1, using the power charged in the capacitor C1, and thus the digital amplifier 1 can be downsized.

また、エネルギー変換装置50を制御して、キャパシタC2の一方の電極からキャパシタC1の一方の電極に、回生電流を流すことができる。このため、キャパシタC2を放電する場合には、このキャパシタC2から放電させた電力によりキャパシタC1をチャージできる。したがって、キャパシタC1をチャージするために、デジタルアンプ1に新たに電力を供給する必要がないので、省電力化を実現できる。   Further, the energy conversion device 50 can be controlled to allow a regenerative current to flow from one electrode of the capacitor C2 to one electrode of the capacitor C1. For this reason, when discharging the capacitor C2, the capacitor C1 can be charged by the electric power discharged from the capacitor C2. Therefore, since it is not necessary to supply new power to the digital amplifier 1 in order to charge the capacitor C1, power saving can be realized.

<第2実施形態>
図5は、本発明の第2実施形態に係るデジタルアンプ1Aの回路図である。デジタルアンプ1Aは、図14に示した従来例に係るデジタルアンプ100とは、特定制御部10を備える点が異なる。なお、デジタルアンプ1Aにおいて、デジタルアンプ100と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 5 is a circuit diagram of a digital amplifier 1A according to the second embodiment of the present invention. The digital amplifier 1A is different from the digital amplifier 100 according to the conventional example shown in FIG. In the digital amplifier 1A, the same components as those of the digital amplifier 100 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

特定制御部10は、上述の第1制御部111に加えて、変換部11を備える。変換部11は、接点J2および第1制御部111に接続され、接点J2と同電圧であるフィードバック信号FB2の電圧を変換し、リファレンス信号Ref2として第1制御部111に供給する。   The specific control unit 10 includes a conversion unit 11 in addition to the first control unit 111 described above. The conversion unit 11 is connected to the contact J2 and the first control unit 111, converts the voltage of the feedback signal FB2 that is the same voltage as the contact J2, and supplies the converted voltage to the first control unit 111 as a reference signal Ref2.

以下に、まず、特定制御部10の基本概念について説明する。   Below, the basic concept of the specific control part 10 is demonstrated first.

ここで、容量としてのキャパシタC1の容量をC、容量負荷としてのキャパシタC2の容量をC、接点J1の電圧をV、接点J2の電圧をV、接点J2の電圧Vの設定電圧最大値をVmaxとする。設定電圧最大値とは、接点J2の電圧Vが取り得る最大値のことであり、デジタルアンプ1Aが端子Bから出力する出力信号OUTの電圧の最大値に等しいものとする。また、設定電圧最大値Vmaxを印加した場合にキャパシタC1にチャージされる電力と、設定電圧最大値Vmaxを印加した場合にキャパシタC2にチャージされる電力と、の和である必要総電力をPmaxとする。すると、必要総電力Pmaxは、以下の式(2)のように表すことができる。 Here, C 1 and the capacitance of the capacitor C1 as a capacitive, setting the capacitance of the capacitor C2 C 2, V 1 the voltage on the node J1, V 2 the voltage at the node J2, the voltage V 2 of node J2 as a capacitive load The maximum voltage value is V max . Setting a voltage maximum value is that of the maximum value that can take the voltage V 2 of the contact J2, digital amplifier 1A is assumed to be equal to the maximum value of the voltage of the output signal OUT to be output from the terminal B. Further, the electric power is charged in the capacitor C1 in the case of applying the set voltage maximum value V max, the electric power is charged in the capacitor C2 in the case of applying a set voltage maximum value V max, the required total power is the sum of Let P max . Then, the required total power P max can be expressed as the following formula (2).

Figure 0005319404
Figure 0005319404

なお、キャパシタC1の容量Cと、キャパシタC2の容量Cと、設定電圧最大値Vmaxとは、既知の固定値とする。これによれば、式(2)において、必要総電力Pmaxは、一定となる。 Incidentally, the capacitance C 1 of capacitor C1, the capacitance C 2 of capacitor C2, and the set maximum voltage V max, the known fixed value. According to this, in formula (2), the required total power P max is constant.

また、電圧Vが印加されている場合にキャパシタC1にチャージされている電力をPとし、電圧Vが印加されている場合にキャパシタC2にチャージされている電力をPとすると、電力Pは、以下の式(3)のように表すことができ、電力Pは、以下の式(4)のように表すことができる。 Further, the power is voltages V 1 is charged in the capacitor C1 when it is applied to the P 1, when the power is charged in the capacitor C2 and P 2 when the voltage V 2 is applied, the power P 1 can be expressed as in the following formula (3), and power P 2 can be expressed as in the following formula (4).

Figure 0005319404
Figure 0005319404

Figure 0005319404
Figure 0005319404

電圧Vが印加されている場合にキャパシタC1にチャージされている電力Pと、電圧Vが印加されている場合にキャパシタC2にチャージされている電力Pと、の和が、必要総電力Pmax以上であれば、すなわち以下の式(5)を満たせば、電力Pが既にチャージされているキャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力Pで対応できることとなる。 The sum of the power P 1 charged in the capacitor C 1 when the voltage V 1 is applied and the power P 2 charged in the capacitor C 2 when the voltage V 2 is applied is the total required if power P max or more, that satisfies the following equation (5), a sudden load variation at the time of charging the capacitor C2 the power P 2 is already charged, the power P, which is charged in the capacitor C1 1 can be used.

Figure 0005319404
Figure 0005319404

そこで、式(5)に式(2)〜(4)を代入すると、以下の式(6)のようになる。   Therefore, when the equations (2) to (4) are substituted into the equation (5), the following equation (6) is obtained.

Figure 0005319404
Figure 0005319404

以上によれば、式(6)を満たす場合に、電力Pが既にチャージされているキャパシタC2において、このキャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力Pで対応できる。 According to the above, when satisfying the expression (6), in the capacitor C2 to the power P 2 is already charged, the abrupt load change at the time of charging the capacitor C2, the power P, which is charged in the capacitor C1 1 can respond.

例えば、キャパシタC1の容量Cが10μF、キャパシタC2の容量Cが10μF、接点J2の電圧Vの設定電圧最大値Vmaxが100Vである場合において、接点J2の電圧Vが0Vであるものとする。この場合、これらの値を式(6)に代入すると、以下の式(7)のようになる。 For example, when the capacitance C 1 of the capacitor C 1 is 10 μF, the capacitance C 2 of the capacitor C 2 is 10 μF, and the set voltage maximum value V max of the voltage V 2 of the contact J 2 is 100 V, the voltage V 2 of the contact J 2 is 0 V. Shall. In this case, substituting these values into Equation (6) yields Equation (7) below.

Figure 0005319404
Figure 0005319404

このため、接点J1の電圧Vを141.42V以上にすることで、接点J2の電圧Vが0VであるキャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力Pで対応できる。 Therefore, when the voltage V 1 of the node J1 than 141.42V, to sudden load variations when the voltage V 2 of the node J2 is to charge the capacitor C2 is 0V, power being charged in the capacitor C1 P 1 can handle this.

次に、特定制御部10の動作について説明する。   Next, the operation of the specific control unit 10 will be described.

変換部11は、入力されたフィードバック信号FB2の電圧、すなわち接点J2の電圧Vを以下の式(8)に代入する。そして、代入した結果得られた電圧V11と同電圧の信号をリファレンス信号Ref2として、第1制御部111に供給する。なお、式(8)におけるV11は、式(6)を満たすVの最小値であり、キャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動にキャパシタC1にチャージされている電力で対応するために接点J1で必要な電圧の最小値である。 Converter 11, the voltage of the feedback signal FB2 input, i.e. into equation (8) below the voltage V 2 of the contact J2. Then, a signal of the same voltage as the voltage V 11 obtained as a result of substituting the reference signal Ref2, supplied to the first control unit 111. Note that V 11 in equation (8) is the minimum value of V 1 that satisfies equation (6), in order to cope with sudden load fluctuations when charging the capacitor C 2 with the power charged in the capacitor C 1. This is the minimum voltage required at the contact J1.

Figure 0005319404
Figure 0005319404

第1制御部111は、接点J1の電圧Vと同電圧であるフィードバック信号FB1と、上述の接点J1で必要な電圧の最小値V11と同電圧であるリファレンス信号Ref2と、を比較する。そして、V≧V11を満たす場合には、スイッチ素子Q1をオン状態にする制御信号をスイッチ素子Q1のゲートに供給し、V<V11を満たす場合には、スイッチ素子Q1をオフ状態にする制御信号をスイッチ素子Q1のゲートに供給する。 The first control unit 111 compares the feedback signal FB1 is voltages V 1 and the voltage at the node J1, the minimum value V 11 of the voltage required by the above contact J1 reference signal Ref2 to be the same voltage. When V 1 ≧ V 11 is satisfied, a control signal for turning on the switch element Q1 is supplied to the gate of the switch element Q1, and when V 1 <V 11 is satisfied, the switch element Q1 is turned off. Is supplied to the gate of the switch element Q1.

以上のデジタルアンプ1は、キャパシタC1とキャパシタC2との間で電流回生を行う。この電流回生について、図6〜9を用いて以下に説明する。   The digital amplifier 1 performs current regeneration between the capacitor C1 and the capacitor C2. This current regeneration will be described below with reference to FIGS.

図5では図示を省略したが、スイッチ素子Q2、Q3のそれぞれは、図6〜8に示すように、ボディーダイオードD2、D3をそれぞれ備える。   Although not shown in FIG. 5, each of the switch elements Q2 and Q3 includes body diodes D2 and D3, respectively, as shown in FIGS.

キャパシタC2にチャージされている電力を放電する場合に、スイッチ素子Q2をオフ状態にするとともにスイッチ素子Q3をオン状態にすると、図7に示すように、キャパシタC2の一方の電極から、インダクタL2およびオン状態のスイッチ素子Q3を介してグラウンドに、回生電流Iが流れる。 When the power charged in the capacitor C2 is discharged, if the switch element Q2 is turned off and the switch element Q3 is turned on, as shown in FIG. to ground via a switching element Q3 in the oN state, the regenerative current I 1 flows.

一方、キャパシタC2にチャージされている電力を放電する場合に、スイッチ素子Q2をオフ状態にするとともにスイッチ素子Q3をオフ状態にすると、図8に示すように、キャパシタC2の一方の電極から、インダクタL2およびボディーダイオードD2を介してキャパシタC1の一方の電極に、回生電流Iが流れる。この場合におけるタイミングチャートを図9に示す。 On the other hand, when the power charged in the capacitor C2 is discharged, when the switch element Q2 is turned off and the switch element Q3 is turned off, as shown in FIG. A regenerative current I1 flows to one electrode of the capacitor C1 via L2 and the body diode D2. A timing chart in this case is shown in FIG.

図9において、STQ2は、スイッチ素子Q2の状態を示し、STQ3は、スイッチ素子Q3の状態を示す。また、Vは、スイッチ素子Q2のドレインと、スイッチ素子Q3のドレインと、インダクタL2の一端と、の接点である接点J3の電圧を示す。 In FIG. 9, ST Q2 indicates the state of the switch element Q2, and ST Q3 indicates the state of the switch element Q3. Also, V 3 denotes a drain of the switching element Q2, and the drain of the switching element Q3, one end of the inductor L2, the voltage at the node J3 is in contact.

ここで、時刻t1の直前では、スイッチ素子Q2、Q3はオフ状態であるものとする。また、回生電流Iは「0」であり、接点J2の電圧Vおよび接点J3の電圧Vは、Vであるものとする。 Here, immediately before time t1, the switch elements Q2 and Q3 are assumed to be in the off state. The regenerative current I 1 is “0”, and the voltage V 2 at the contact J2 and the voltage V 3 at the contact J3 are VA .

時刻t1において、スイッチ素子Q3をオン状態にする。すると、上述のように、回生電流IがインダクタL2およびオン状態のスイッチ素子Q3を介してグラウンドに流れる。この回生電流Iは、時間が経過するに従って増加して、時刻t2ではIとなる。一方、接点J3の電圧Vは、グラウンドと同電圧であるGNDとなる。また、接点J2の電圧Vは、時間が経過するに従って低下して、時刻t3ではVとなる。 At time t1, the switch element Q3 is turned on. Then, as described above, it flows into the ground through the regenerative current I 1 inductor L2 and the switch element Q3 in the ON state. The regenerative current I 1 increases as time passes, and becomes I A at time t2. On the other hand, the voltage V 3 of the contact J3 becomes GND is ground and the voltage. Further, the voltage V 2 of the node J2 is reduced in accordance with the passage of time, the V B at time t3.

時刻t2において、スイッチ素子Q3をオフ状態にする。すると、上述のように、回生電流IがインダクタL2およびボディーダイオードD2を介してキャパシタC1の一方の電極に流れる。この回生電流Iは、時間が経過するに従って減少して、時刻t3では「0」となる。一方、接点J1の電圧Vは、キャパシタC1の一方の電極の電圧、すなわち接点J1の電圧Vと同電圧となった後、回生電流Iが「0」となる時刻t3において、接点J2の電圧Vと同電圧であるVとなる。 At time t2, switching element Q3 is turned off. Then, as described above, it flows to one electrode of the capacitor C1 regenerative current I 1 through the inductor L2 and the body diode D2. The regenerative current I 1 decreases as time passes, and becomes “0” at time t3. On the other hand, the voltage V 3 of the node J1, the voltage of one electrode of the capacitor C1, i.e. after a voltages V 1 and the voltage at the node J1, at time t3 the regenerative current I 1 becomes "0", the node J2 It becomes a voltage V 2 and V B is the same voltage.

以上によれば、キャパシタC2にチャージされている電力の放電が完了すると、接点J2の電圧V、すなわちキャパシタC2の一方の電極の電圧は、Vとなる。ここで、このVは、デジタルアンプ1の設計者が設定した値である。 According to the above, the discharge of the power being charged in the capacitor C2 is completed, the voltage of one electrode of the voltage V 2, i.e. the capacitor C2 of the node J2 becomes V B. Here, V B is a value set by the designer of the digital amplifier 1.

以上のデジタルアンプ1Aによれば、以下の効果を奏することができる。   According to the above digital amplifier 1A, the following effects can be obtained.

特定制御部10は、変換部11により、接点J2の電圧Vに基づいて、電圧Vが印加されているキャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力で対応するために接点J1で必要な電圧の最小値V11を算出する。そして、第1制御部111により、接点J1の電圧Vと、上述の接点J1で必要な電圧の最小値V11と、を比較して、V≧V11を満たす場合には、スイッチ素子Q1をオン状態にする制御信号をスイッチ素子Q1のゲートに供給し、V<V11を満たす場合には、スイッチ素子Q1をオフ状態にする制御信号をスイッチ素子Q1のゲートに供給する。 The specific control unit 10, converting unit 11, power based on the voltage V 2 of the contact J2, which rapid load change at the time of charging the capacitor C2 the voltage V 2 is applied, is charged in the capacitor C1 in calculating the minimum value V 11 of the required voltage at the junction J1 to the corresponding. Then, the first control unit 111, when satisfying the voltage V 1 of the contact point J1, the minimum value V 11 of the voltage required by the above contact J1, compares, the V 1V 11, the switch elements A control signal for turning on Q1 is supplied to the gate of the switch element Q1. When V 1 <V 11 is satisfied, a control signal for turning off the switch element Q1 is supplied to the gate of the switch element Q1.

これによれば、接点J1の電圧Vは、上述の接点J1で必要な電圧の最小値V11と同電圧に保たれることとなる。また、上述の接点J1で必要な電圧の最小値V11は、式(8)に示したように、接点J2の電圧Vが大きくなるに従って小さくなるので、接点J1の電圧Vも、接点J2の電圧Vが大きくなるに従って小さくなる。以上より、キャパシタC1にチャージされている電力と、キャパシタC2にチャージされている電力と、の和は、予め定められた所定値である必要総電力Pmaxに保たれることとなる。このため、キャパシタC2に印加される電圧Vが設定電圧最大値Vmaxになるまで、キャパシタC1にチャージされている電力でキャパシタC2をチャージできる。これによれば、キャパシタC1の容量を大きくすることなく、キャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力で対応できるので、デジタルアンプ1Aを小型化できる。 According to this, the voltage V 1 of the node J1 is a be kept to a minimum value V 11 and the voltage of the required voltage in the above-mentioned contact J1. The minimum value V 11 of the voltage required by the above node J1, as shown in equation (8), becomes smaller as the voltage V 2 of the node J2 is increased, the voltage V 1 of the node J1, the contact J2 decreases with the voltage V 2 becomes large. From the above, the sum of the power charged in the capacitor C1 and the power charged in the capacitor C2 is maintained at the required total power P max that is a predetermined value. Therefore, it charges the capacitor C2 in the power voltage V 2 applied to the capacitor C2 until the set maximum voltage value V max, is charged in the capacitor C1. According to this, since the power charged in the capacitor C1 can cope with a sudden load fluctuation when the capacitor C2 is charged without increasing the capacitance of the capacitor C1, the digital amplifier 1A can be downsized.

また、スイッチ素子Q2、Q3をオフ状態にすることで、インダクタL2およびボディーダイオードD2を介して、キャパシタC2の一方の電極からキャパシタC1の一方の電極に、回生電流Iを流すことができる。このため、キャパシタC2を放電する場合には、このキャパシタC2から放電させた電力によりキャパシタC1をチャージできる。したがって、キャパシタC1をチャージするために、デジタルアンプ1に新たに電力を供給する必要がないので、省電力化を実現できる。 Further, the switching elements Q2, Q3 by turning OFF state, via the inductor L2 and the body diode D2, to one electrode of the capacitor C1 from one electrode of the capacitor C2, can flow regenerative current I 1. For this reason, when discharging the capacitor C2, the capacitor C1 can be charged by the electric power discharged from the capacitor C2. Therefore, since it is not necessary to supply new power to the digital amplifier 1 in order to charge the capacitor C1, power saving can be realized.

<第3実施形態>
図10は、本発明の第3実施形態に係るデジタルアンプ1Bの回路図である。デジタルアンプ1Bは、図5に示した本発明の第2実施形態に係るデジタルアンプ1Aとは、電力変換部120の代わりに電力変換部120Aを備える点と、キャパシタC1、C2がピエゾ素子あることと、が異なる。なお、デジタルアンプ1Bにおいて、デジタルアンプ1Aと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 10 is a circuit diagram of a digital amplifier 1B according to the third embodiment of the present invention. The digital amplifier 1B is different from the digital amplifier 1A according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 in that the power converter 120A is provided instead of the power converter 120, and the capacitors C1 and C2 are piezoelectric elements. And is different. In the digital amplifier 1B, the same components as those of the digital amplifier 1A are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

電力変換部120Aは、キャパシタC2と、駆動アンプ21と、を備える。駆動アンプ21は、NチャネルMOSFETで構成されるスイッチ素子Q4、Q5、Q6、Q7と、インダクタL2、L3と、インバータINVと、第2制御部121と、を備える。   The power conversion unit 120A includes a capacitor C2 and a drive amplifier 21. The drive amplifier 21 includes switch elements Q4, Q5, Q6, and Q7 configured by N-channel MOSFETs, inductors L2 and L3, an inverter INV, and a second control unit 121.

スイッチ素子Q4のドレインと、スイッチ素子Q6のドレインとには、インダクタL3を介して接点J1が接続される。スイッチ素子Q4のソースには、スイッチ素子Q5のソースが接続される。スイッチ素子Q6のソースは、接地される。   A contact J1 is connected to the drain of the switch element Q4 and the drain of the switch element Q6 via an inductor L3. The source of the switch element Q4 is connected to the source of the switch element Q4. The source of the switch element Q6 is grounded.

スイッチ素子Q5のドレインと、スイッチ素子Q7のドレインとには、インダクタL2を介して接点J2が接続される。スイッチ素子Q5のソースには、上述のように、スイッチ素子Q4のソースが接続される。スイッチ素子Q7のソースは、接地される。   A contact J2 is connected to the drain of the switch element Q5 and the drain of the switch element Q7 via an inductor L2. As described above, the source of the switch element Q5 is connected to the source of the switch element Q5. The source of the switch element Q7 is grounded.

スイッチ素子Q4〜Q7のゲートには、第2制御部121が接続される。特に、スイッチ素子Q4のゲートには、第2制御部121がインバータINVを介して接続されており、スイッチ素子Q4のゲートに供給される制御信号と、スイッチ素子Q5のゲートに供給される制御信号とは、互いに極性を反転させた信号となる。   The second control unit 121 is connected to the gates of the switch elements Q4 to Q7. In particular, the second control unit 121 is connected to the gate of the switch element Q4 via the inverter INV, and the control signal supplied to the gate of the switch element Q4 and the control signal supplied to the gate of the switch element Q5. Is a signal whose polarities are reversed.

ところで、本発明の第2実施形態に係るデジタルアンプ1Aでは、接点J2の電圧Vの設定電圧最大値をVmaxとすると、設定電圧最大値Vmaxを印加した場合にキャパシタC1にチャージされる電力と、設定電圧最大値Vmaxを印加した場合にキャパシタC2にチャージされる電力と、の和である必要総電力Pmaxは、上述の式(2)のように表すことができた。これに対して、本発明の第3実施形態に係るデジタルアンプ1Bでは、必要総電力Pmaxは、以下の式(9)のように表すことができる。 Incidentally, in the digital amplifier 1A according to the second embodiment of the present invention, when the setting voltage maximum value of the voltage V 2 of the node J2 and V max, is charged in the capacitor C1 in the case of applying the set voltage maximum value V max The required total power P max , which is the sum of the power and the power charged in the capacitor C2 when the set voltage maximum value V max is applied, can be expressed as in the above equation (2). On the other hand, in the digital amplifier 1B according to the third embodiment of the present invention, the required total power P max can be expressed as the following formula (9).

Figure 0005319404
Figure 0005319404

そこで、上述の式(5)に、式(3)、(4)、(9)を代入すると、以下の式(10)のようになる。   Therefore, when the equations (3), (4), and (9) are substituted into the above equation (5), the following equation (10) is obtained.

Figure 0005319404
Figure 0005319404

以上によれば、式(10)を満たす場合に、電力Pが既にチャージされているキャパシタC2において、このキャパシタC2をチャージする際の急激な負荷変動に、キャパシタC1にチャージされている電力Pで対応できる。 According to the above, when satisfying the expression (10), in the capacitor C2 to the power P 2 is already charged, the abrupt load change at the time of charging the capacitor C2, the power P, which is charged in the capacitor C1 1 can respond.

以上のデジタルアンプ1Bの動作について、図11〜13を用いて以下に説明する。なお、図10では図示を省略したが、スイッチ素子Q4〜Q7のそれぞれは、図12、13に示すように、ボディーダイオードD4〜D7をそれぞれ備える。   The operation of the digital amplifier 1B will be described below with reference to FIGS. Although not shown in FIG. 10, each of the switch elements Q4 to Q7 includes body diodes D4 to D7 as shown in FIGS.

図11は、接点J1の電圧Vと、接点J2の電圧Vと、の関係を示す図である。 Figure 11 is a diagram showing the voltage V 1 of the contact point J1, the voltage V 2 of the contact J2, the relationship.

時刻t11〜t12までの期間と、時刻t14〜t15までの期間とでは、デジタルアンプ1Bは定常動作を行っており、これら期間では、キャパシタC1にチャージされている電力により、キャパシタC2をチャージしている。このため、時間が経過するに従って、キャパシタC1に印加される電圧Vは低下し、キャパシタC2に印加される電圧Vは上昇している。 In the period from time t11 to t12 and in the period from time t14 to t15, the digital amplifier 1B performs a steady operation. In these periods, the capacitor C2 is charged by the power charged in the capacitor C1. Yes. Therefore, in accordance with the elapse of time, the voltage V 1 applied to the capacitor C1 decreases, the voltage V 2 applied to the capacitor C2 has risen.

一方、時刻t12〜t14までの期間では、デジタルアンプ1Bは電流回生動作を行っており、この期間では、キャパシタC2にチャージされている電力を放電させ、この放電させた電力によりキャパシタC1をチャージしている。このため、時間が経過するに従って、キャパシタC1に印加される電圧Vは上昇し、キャパシタC2に印加される電圧Vは低下している。 On the other hand, in the period from time t12 to t14, the digital amplifier 1B performs a current regeneration operation. In this period, the power charged in the capacitor C2 is discharged, and the capacitor C1 is charged by the discharged power. ing. Therefore, in accordance with the elapse of time, the voltage V 1 applied to the capacitor C1 rises, the voltage V 2 applied to the capacitor C2 is decreased.

図12は、定常動作時における駆動アンプ21の動作を示す図である。定常動作時には、スイッチ素子Q4、Q7をオフ状態にし、スイッチ素子Q5をオン状態にするとともに、スイッチ素子Q6をオン状態にしたりオフ状態にしたりする。   FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of the drive amplifier 21 during the steady operation. During the steady operation, the switch elements Q4 and Q7 are turned off, the switch element Q5 is turned on, and the switch element Q6 is turned on or turned off.

スイッチ素子Q6をオン状態にした場合には、キャパシタC1の一方の電極から、インダクタL3およびオン状態のスイッチ素子Q6を介してグラウンドに、定常電流Iが流れる。一方、スイッチ素子Q6をオフ状態にした場合には、キャパシタC1の一方の電極から、インダクタL3、ボディーダイオードD4、オン状態のスイッチ素子Q5、およびインダクタL2を介してキャパシタC2の一方の電極に、定常電流Iが流れる。 In the case where the switching element Q6 to the ON state, the one electrode of the capacitor C1, to ground via a switching element Q6 of the inductor L3 and the on-state, steady-state current I 2 flows. On the other hand, when the switch element Q6 is turned off, one electrode of the capacitor C1 is connected to one electrode of the capacitor C2 via the inductor L3, the body diode D4, the switch element Q5 in the on state, and the inductor L2. steady-state current I 2 flows.

図13は、電流回生動作時における駆動アンプ21の動作を示す図である。電流回生動作時には、スイッチ素子Q4をオン状態にし、スイッチ素子Q5、Q6をオフ状態にするとともに、スイッチ素子Q7をオン状態にしたりオフ状態にしたりする。   FIG. 13 is a diagram illustrating the operation of the drive amplifier 21 during the current regeneration operation. During the current regeneration operation, the switch element Q4 is turned on, the switch elements Q5 and Q6 are turned off, and the switch element Q7 is turned on or turned off.

スイッチ素子Q7をオン状態にした場合には、キャパシタC2の一方の電極から、インダクタL2およびオン状態のスイッチ素子Q7を介してグラウンドに、回生電流Iが流れる。一方、スイッチ素子Q7をオフ状態にした場合には、キャパシタC2の一方の電極から、インダクタL2、ボディーダイオードD5、オン状態のスイッチ素子Q4、およびインダクタL3を介してキャパシタC1の一方の電極に、回生電流Iが流れる。 When the switching element Q7 to the ON state, the one electrode of the capacitor C2, to the ground via the inductor L2 and the ON-state switch elements Q7, regenerative current I 1 flows. On the other hand, when the switch element Q7 is turned off, one electrode of the capacitor C2 is connected to one electrode of the capacitor C1 via the inductor L2, the body diode D5, the switch element Q4 in the on state, and the inductor L3. regenerative current I 1 flows.

以上のデジタルアンプ1Bによれば、小型化および省電力化を実現できるという上述のデジタルアンプ1Aの効果に加えて、以下の効果を奏することができる。   According to the digital amplifier 1B described above, the following effects can be obtained in addition to the effects of the digital amplifier 1A described above which can realize miniaturization and power saving.

キャパシタC1、C2をピエゾ素子としたので、デジタルアンプ1Bをさらに小型化できる。   Since the capacitors C1 and C2 are piezoelectric elements, the digital amplifier 1B can be further reduced in size.

また、従来のデジタルアンプでは、上述のキャパシタC1、C2に対応する2つのキャパシタがピエゾ素子である場合、キャパシタC2に対応するものからキャパシタC1に対応するものに、定常動作時であるにもかかわらず電流が流れるおそれがあった。このため、上述端子Aに対応するものに入力信号INを入力する手段と、上述の駆動アンプ21に対応するものと、をそれぞれ2つずつ設ける必要があった。   Further, in the conventional digital amplifier, when the two capacitors corresponding to the above-described capacitors C1 and C2 are piezo elements, the one corresponding to the capacitor C2 is changed to the one corresponding to the capacitor C1, although it is in steady operation. There was a risk that current would flow. For this reason, it is necessary to provide two means each for inputting the input signal IN to the terminal corresponding to the terminal A and two corresponding to the driving amplifier 21 described above.

これに対して、デジタルアンプ1Bでは、定常動作時においては、電圧Vの最小値が電圧Vの最大値に等しくなるため、キャパシタC2からキャパシタC1に電流が流れることはない。このため、端子Aに入力信号INを入力する手段と、駆動アンプ21と、をそれぞれ1つ設ければよい。したがって、デジタルアンプ1Bや、このデジタルアンプ1Bの周辺回路を小型化できる。 In contrast, in the digital amplifier 1B, in a steady state operation, since the minimum value of the voltage V 1 is equal to the maximum value of the voltage V 2, will not be a capacitor C2 current flows into the capacitor C1. For this reason, it is only necessary to provide one means for inputting the input signal IN to the terminal A and one drive amplifier 21. Therefore, the digital amplifier 1B and peripheral circuits of the digital amplifier 1B can be reduced in size.

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上述の第1実施形態や第2実施形態において、キャパシタC2をピエゾ素子で構成してもよい。   For example, in the first embodiment and the second embodiment described above, the capacitor C2 may be configured by a piezo element.

また、上述の第2実施形態や第3実施形態では、電圧印加部110および電力変換部120を用いることで、デジタルアンプを構成したが、これに限らず、例えば充電器や放電器を構成してもよい。   In the second embodiment and the third embodiment described above, the digital amplifier is configured by using the voltage application unit 110 and the power conversion unit 120. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a charger or a discharger is configured. May be.

本発明は、アンプ、充電器、放電器等の電力変換装置に適用できる。   The present invention can be applied to power conversion devices such as amplifiers, chargers, and dischargers.

1、1A、1B、100;デジタルアンプ
10;特定制御部
11;変換部
21;駆動アンプ
50;エネルギー変換装置
51;第1のエネルギー変換部
52;第2のエネルギー変換部
110;電圧印加部
111;第1制御部
120、120A;電力変換部
121;第2制御部
C1、C2;キャパシタ
D2、D3、D4、D5、D6、D7;ボディーダイオード
L1、L2;インダクタ
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7;スイッチ素子
1, 1A, 1B, 100; digital amplifier 10; specific control unit 11; conversion unit 21; drive amplifier 50; energy conversion device 51; first energy conversion unit 52; second energy conversion unit 110; First control unit 120, 120A; power conversion unit 121; second control unit C1, C2; capacitors D2, D3, D4, D5, D6, D7; body diodes L1, L2; inductors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7; switch elements

Claims (6)

容量と、
第1の容量負荷と、
前記容量に蓄えられた電力を前記第1の容量負荷に伝達する電力伝達手段と、
前記容量に印加されている電圧と、前記第1の容量負荷に印加されている電圧と、に基づいて、前記容量に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を備え、
前記電圧制御手段は、
前記容量に印加されている電圧と、前記第1の容量負荷に印加されている電圧と、に基づいて、前記容量に印加する電圧を制御して、前記容量に蓄えられている電力と、前記第1の容量負荷に蓄えられている電力と、の和を所定値に保つことを特徴とする電力変換装置。
Capacity,
A first capacitive load;
Power transmission means for transmitting the power stored in the capacity to the first capacitive load;
Voltage control means for controlling the voltage applied to the capacitor based on the voltage applied to the capacitor and the voltage applied to the first capacitive load;
The voltage control means includes
Based on the voltage applied to the capacitor and the voltage applied to the first capacitive load, the voltage applied to the capacitor is controlled to store the power stored in the capacitor, A power converter that maintains a sum of power stored in the first capacitive load and a predetermined value.
前記容量は、第2の容量負荷で構成されることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The said capacity | capacitance is comprised by the 2nd capacity | capacitance load, The power converter device of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記第1の容量負荷に印加される電圧の最大値を最大電圧とするとともに、
前記最大電圧を印加した場合に前記容量に蓄えられる電力と、前記最大電圧を印加した場合に前記第1の容量負荷に蓄えられる電力と、の和を最大総電力とすると、
前記所定値は、前記最大総電力に等しいことを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
The maximum value of the voltage applied to the first capacitive load is set as the maximum voltage,
If the sum of the power stored in the capacity when the maximum voltage is applied and the power stored in the first capacitive load when the maximum voltage is applied is the maximum total power,
The power converter according to claim 1, wherein the predetermined value is equal to the maximum total power.
前記第1の容量負荷に蓄えられた電力を前記容量に伝達する電力回生手段を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 3, further comprising power regeneration means for transmitting the power stored in the first capacitive load to the capacity. 前記第1の容量負荷は、ピエゾ素子であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 4, wherein the first capacitive load is a piezo element. 前記容量は、ピエゾ素子であることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 5, wherein the capacitor is a piezo element.
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