JP5495288B2 - Power supply device and output stabilization method for power supply device - Google Patents
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本発明は、電源装置の出力安定化、特に、負荷の変動や特性の変化に対して、その出力を適応的に安定化できるようにする電源装置、および電源装置の出力安定化方法に関するものである。 The present invention relates to output stabilization of a power supply device, and more particularly to a power supply device that can adaptively stabilize its output against load fluctuations and characteristic changes, and an output stabilization method for the power supply device. is there.
従来の電源装置の出力安定化について、図２を参照して説明する。
出力電圧検出器２１は、電圧変換器２３の出力電圧の瞬時値を検出し、制御器２２に送っていた。
この場合、検出しているのが、電圧の絶対値のみであることと、制御器２２のパラメータが固定であるため、負荷の絶対値の変動や負荷の特性の変化に対し、所望の応答特性を得ることができないという問題点があった。
The output stabilization of the conventional power supply apparatus will be described with reference to FIG.
The
In this case, since only the absolute value of the voltage is detected and the parameter of the
そこで、上述の問題点を解決する技術が特許文献１および特許文献２に記載されている。特許文献１および特許文献２に記載の発明では、電圧変換器の出力電圧に加えて、出力電流も検出して制御器に送り、電源装置の出力を安定化させようとする技術が開示されている。
Therefore, Patent Literature 1 and
しかしながら、上記の特許文献１および特許文献２に記載の電源装置の出力安定化においては、出力電圧の瞬時値、および出力電流の瞬時値を制御器に入力しているが、制御器のパラメータが固定であった。このため、負荷の絶対値の変動や負荷の特性の変化に対して、柔軟に、適応的に対応することができないという問題点があった。
However, in the output stabilization of the power supply device described in Patent Document 1 and
そこで、本発明の目的は、上述した課題である負荷の絶対値の変動や負荷の特性の変化に対して、柔軟に、適応的に対応することができないということを解決する電源装置、及び電源装置の出力安定化方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a power supply apparatus and a power supply that solves the problem that it is not possible to flexibly and adaptively cope with the change in the absolute value of the load and the change in the characteristics of the load, which are the problems described above. An object of the present invention is to provide a method for stabilizing the output of an apparatus.
上記の課題を解決するため、本発明の電源装置は、出力電流の瞬時値を検出する出力電流検出部と、出力電圧の瞬時値を検出する出力電圧検出部と、出力電流検出部で検出された瞬時値と出力電圧検出部で検出された瞬時値を元に、伝達関数のパラメータを決定する演算部と、負荷の絶対値の変動や特性の変化に対して、所望の出力電圧への安定化を実行する制御部とを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a power supply device of the present invention is detected by an output current detection unit that detects an instantaneous value of an output current, an output voltage detection unit that detects an instantaneous value of an output voltage, and an output current detection unit. Based on the measured instantaneous value and the instantaneous value detected by the output voltage detector, a calculation unit that determines the parameters of the transfer function, and stability to the desired output voltage against changes in the absolute value of the load and changes in characteristics And a control unit for executing the conversion.
また、上記の課題を解決するため、本発明の電源装置の出力安定化方法は、出力電流の瞬時値を検出する第１のステップと、出力電圧の瞬時値を検出する第２のステップと、第１のステップで検出された瞬時値と第２のステップで検出された瞬時値を元に、伝達関数のパラメータを決定する第３のステップと、負荷の絶対値の変動や特性の変化に対して、所望の出力電圧への安定化を実行する第４のステップとを含むことを特徴とする。 In order to solve the above problem, the output stabilization method of the power supply device of the present invention includes a first step of detecting an instantaneous value of the output current, a second step of detecting an instantaneous value of the output voltage, Based on the instantaneous value detected in the first step and the instantaneous value detected in the second step, a third step for determining the parameters of the transfer function, and for variations in the absolute value of the load and changes in characteristics And a fourth step of performing stabilization to a desired output voltage.
本発明によれば、出力電流検出部で検出された瞬時値と出力電圧検出部で検出された瞬時値を元に、制御器のパラメータを自律的に決定することにより、負荷の絶対値の変動や負荷の特性の変化に対して、所望の出力電圧への安定化を実行するという効果を奏する。 According to the present invention, the absolute value of the load is changed by autonomously determining the controller parameter based on the instantaneous value detected by the output current detector and the instantaneous value detected by the output voltage detector. In addition, there is an effect of performing stabilization to a desired output voltage with respect to changes in the characteristics of the load.
本発明の一実施形態を以下に示す。
図１において、出力電流検出器１は、電圧変換器５の出力電流の瞬時値を検出する。出力電圧検出器２は、電圧変換器５の出力電圧の瞬時値を検出する。演算器３は、出力電流検出器１と出力電圧検出器２からの瞬時値を元に、出力電流の変化量の絶対値および出力電圧の変化量の絶対値を算出する。なお、詳しくは後述するが、出力電流の変化量の絶対値及び出力電圧の変化量の絶対値は、位相の関数である。
One embodiment of the present invention is shown below.
In FIG. 1, the output current detector 1 detects an instantaneous value of the output current of the
次に、演算器３は、算出した出力電圧の変化量の絶対値および出力電流の変化量の絶対値の情報と、非安定化電源や電圧変換器５の所定の値に基づき、所望の出力電圧の応答特性を得るため、伝達関数における制御器４のパラメータを決定し、制御器４に送信する。こうして、制御器４のパラメータは、適応的に変化することが可能となる。
Next, based on the calculated absolute value of the output voltage change amount and the absolute value of the output current change amount, and the predetermined value of the unstabilized power supply or the
このように、本発明の電源装置では、出力電圧の変化量の絶対値、および出力電流の変化量の絶対値の情報等を元に、制御器のパラメータを自律的に決定しているので、負荷の絶対値の変動や負性抵抗性をもつ負荷に対しても、所望の応答特性が得られる。 Thus, the power supply device of the present invention, the absolute value of the change in the output voltage, based on your and information of the absolute value of the change amount of the output current or the like, since the parameters of the controller are determined autonomously Desired response characteristics can be obtained even for a load having a change in the absolute value of the load or a negative resistance.
次に、演算器３からの出力電圧の変化量の絶対値、および出力電流の変化量の絶対値の情報等を元に、所望の出力電圧の応答特性を得るため、制御器４のパラメータを適応的に変化させることについて詳細に説明する。
Next, the absolute value of the change in the output voltage from the
本発明の制御器に関する一実施例について説明する。
所望の系を２次系とし、減衰定数をδM、固有振動数をωMとすると、本発明の電源装置に関する伝達関数の特性方程式は、
An embodiment relating to the controller of the present invention will be described.
Assuming that the desired system is a quadratic system, the damping constant is δ M , and the natural frequency is ω M , the characteristic equation of the transfer function relating to the power supply device of the present invention is
ここで、制御器の一例として、比例−微分の制御器を用い、モデルマッチング法で、比例ゲインｋｐと微分器の角周波数ωZを求めると、 Here, as an example of the controller, when a proportional-derivative controller is used and the proportional gain kp and the angular frequency ω Z of the differentiator are obtained by a model matching method,
ここで、
here,
ただし、
Ｖｂ：非安定化電源の電圧
Ｄ１：定常状態におけるデユーティ比
Ｌｉ：電圧変換器の平滑用インダクタンス
Ｃ ：電圧変換器の平滑用キャパシタンス
ｒL：電圧変換器の損失抵抗分
である。
However,
Vb: Unstabilized power supply voltage D1: Duty ratio in steady state Li: Voltage converter smoothing inductance C: Voltage converter smoothing capacitance r L : Loss resistance of voltage converter.
は、出力電圧の変化量の絶対値ΔＶ、および出力電流の変化量の絶対値ΔＩから
The absolute value ΔV of the change in the output voltage, the absolute value ΔI of change of and output current
式（２）、式（３）に、非安定化電源、電圧変換器の回路定数から式（４）、式（５）、式（６）で求められるＧｖｄｏ、ωO、δ、および、式（８）で演算器により求められるＲｎｅｇを代入すれば、所望の特性を実現するための制御器のパラメータが求められる。このパラメータを、制御器４に設定すれば、常に所望の応答性能が得られる。
Gvdo, ω O , δ, and formulas obtained from formulas (4), (5), and (6) from the circuit constants of the unregulated power supply and the voltage converter in formulas (2) and (3) By substituting Rneg obtained by the arithmetic unit in (8), parameters of the controller for realizing desired characteristics can be obtained. If this parameter is set in the
なお、上記の実施例では、伝達関数の特性方程式を２次系としたが、特に、これに限定するものではない。また、制御器について、比例−微分の制御器を用いたが、これも、比例−微分−積分の制御器等の他の制御器を用いても良い。 In the above embodiment, the characteristic equation of the transfer function is a quadratic system, but the present invention is not particularly limited to this. In addition, although a proportional-derivative controller is used as the controller, another controller such as a proportional-differential-integral controller may also be used.
本発明は、電子機器内に搭載される安定化電源装置全般に適用できる。特に、最近、ＬＳＩの低電圧化が進み、入力電圧から必要とする電圧まで、大きな変換を必要とする場合に、電圧変換器を２段設ける場合が多くなっている。この場合、１段目の電圧変換器の負荷となる２段目の電圧変換器の入力特性は、負性抵抗を示すので、従来の安定化制御方法では、所望の特性を得ることができない。本発明を用いれば、このような負性抵抗性をもつ負荷にも対応が可能である。 The present invention can be applied to all stabilized power supply devices mounted in electronic equipment. In particular, recently, LSIs have been lowered in voltage, and when a large conversion is required from an input voltage to a necessary voltage, two stages of voltage converters are often provided. In this case, since the input characteristic of the second-stage voltage converter serving as the load of the first-stage voltage converter exhibits a negative resistance, the conventional stabilization control method cannot obtain a desired characteristic. If this invention is used, it can respond also to such a load with negative resistance.
１ 出力電流検出器
２ 出力電圧検出器
３ 演算器
４ 制御器
５ 電圧変換器
２１ 出力電圧検出器
２２ 制御器
２３ 電圧変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Output
Claims (2)
入力電圧を安定出力電圧に変換する電圧変換部と、
前記電圧変換部の出力電流の瞬時値を検出する出力電流検出部と、
前記電圧変換部の出力電圧の瞬時値を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電流検出部で検出された瞬時値と前記出力電圧検出部で検出された瞬時値とを元に伝達関数のパラメータを決定する演算部と、
前記演算部で決定された前記パラメータを適用した前記伝達関数に基づき、負荷の絶対値の変動や特性の変化に対しても安定した所望の出力電圧を生成するよう前記電圧変換部を制御する制御部と、
を有し、
前記演算部は、
前記出力電流検出部で検出された瞬時値と前記出力電圧検出部で検出された瞬時値とから求めた出力電流の変化量の絶対値および出力電圧の変化量の絶対値に基づき、前記伝達関数のパラメータを決定する
ことを特徴とする電源装置。 A power supply unit,
A voltage converter that converts the input voltage to a stable output voltage;
An output current detector for detecting an instantaneous value of the output current of the voltage converter ;
An output voltage detector that detects an instantaneous value of the output voltage of the voltage converter ;
A calculation unit for determining the parameters of the transfer function based on the instantaneous value detected instantaneous value detected by the output current detecting unit in the output voltage detecting section,
Control for controlling the voltage conversion unit to generate a desired output voltage that is stable even with respect to fluctuations in the absolute value of the load or changes in characteristics based on the transfer function to which the parameter determined by the calculation unit is applied And
I have a,
The computing unit is
Based on the absolute value of the change amount of the output current and the absolute value of the change amount of the output voltage obtained from the instantaneous value detected by the output current detection unit and the instantaneous value detected by the output voltage detection unit, the transfer function Determining a parameter of the power supply.
入力電圧を安定出力電圧に変換する第１のステップと、
前記第１のステップにより出力される出力電流の瞬時値を検出する第２のステップと、
前記第１のステップにより出力される出力電圧の瞬時値を検出する第３のステップと、
前記第２のステップで検出された瞬時値と前記第３のステップで検出された瞬時値とを元に伝達関数のパラメータを決定する第４のステップと、
決定された前記パラメータを適用した前記伝達関数に基づき、負荷の絶対値の変動や特性の変化に対しても安定した所望の出力電圧を生成するよう前記安定出力電圧の変換を制御する第５のステップと、
を含み、
前記第４のステップは、
前記第２のステップで検出された瞬時値と前記第３のステップで検出された瞬時値とから求めた出力電流の変化量の絶対値および出力電圧の変化量の絶対値に基づき、前記伝達関数のパラメータを決定する
ことを特徴とする電源装置の出力安定化方法。 A method for stabilizing the output of a power supply device,
A first step of converting an input voltage into a stable output voltage;
A second step of detecting an instantaneous value of the output current output by the first step;
A third step of detecting an instantaneous value of the output voltage output by the first step;
A fourth step of determining a parameter of the transfer function based on the instantaneous value detected by said the detected instantaneous values by a second step third step,
Based on the determined applying the parameter the transfer function, the fifth control the conversion of the stable output voltage to also produce a stable desired output voltage to change in the absolute value of the variation and characteristics of the load Steps,
Only including,
The fourth step includes
Based on the absolute value of the change amount of the output current and the absolute value of the change amount of the output voltage obtained from the instantaneous value detected in the second step and the instantaneous value detected in the third step, the transfer function A method for stabilizing the output of a power supply device, characterized in that:
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