JP6185325B2 - Switching power supply device and semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング電源装置および半導体集積回路装置に関し、特に、ディジタル制御の負帰還制御による電源制御を行う電源装置に有効な技術に関する。   The present invention relates to a switching power supply device and a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technique effective for a power supply device that performs power supply control by digitally controlled negative feedback control.

スイッチング電源装置として、例えばDC/DCコンバータが知られている。DC/DCコンバータは、例えばインダクタ、コンデンサ、およびスイッチ素子とからなるパワーステージ回路と、制御系とで構成されている。   For example, a DC / DC converter is known as a switching power supply device. The DC / DC converter includes a power stage circuit including an inductor, a capacitor, and a switch element, for example, and a control system.

パワーステージ回路では、スイッチ素子のオン/オフによってインダクタの磁束エネルギーを充放電させ、コンデンサによって出力電圧を平滑化する。制御系は、コンデンサにより平滑化された出力電圧が目標値と等しくなるようにスイッチ素子のオン/オフ動作を制御することによって電源レギュレータとして動作する。   In the power stage circuit, the magnetic flux energy of the inductor is charged / discharged by turning on / off the switch element, and the output voltage is smoothed by the capacitor. The control system operates as a power supply regulator by controlling the on / off operation of the switch element so that the output voltage smoothed by the capacitor becomes equal to the target value.

このとき、スイッチ素子のオン/オフの制御速度は、スイッチング周波数と呼ばれ、高速なほどインダクタの充放電による出力の変動、いわゆるリプルを小さくすることができる。また、スイッチング周波数の1周期内におけるスイッチ素子のオン期間の割合は時比率と呼ばれ、時比率を増減することによって出力の大きさを調整することができる。   At this time, the ON / OFF control speed of the switch element is called a switching frequency, and the higher the speed, the smaller the fluctuation in output due to charging / discharging of the inductor, the so-called ripple. Further, the ratio of the ON period of the switching element within one cycle of the switching frequency is called a time ratio, and the magnitude of the output can be adjusted by increasing or decreasing the time ratio.

スイッチング電源装置の制御系においては、パワーステージ回路の出力と目標値との誤差を打ち消すように時比率を調整する負帰還制御が行われる。   In the control system of the switching power supply device, negative feedback control is performed to adjust the time ratio so as to cancel the error between the output of the power stage circuit and the target value.

近年、制御系における負帰還制御の方式が、アナログ方式からディジタル方式に代わりつつある。例えば、アナログ方式では、出力電圧と設定電圧との差をエラーアンプ回路によって増幅・積分・微分した負帰還電圧を生成し、この負帰還電圧をのこぎり波とアナログ・コンパレータで比較することでPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成する。   In recent years, the method of negative feedback control in a control system is changing from an analog method to a digital method. For example, in the analog method, a negative feedback voltage obtained by amplifying, integrating, and differentiating the difference between the output voltage and the set voltage by an error amplifier circuit is generated, and this negative feedback voltage is compared with a sawtooth wave by an analog comparator to generate PWM ( Pulse Width Modulation) signal is generated.

そして、生成したPWM信号によりスイッチ回路のパワーMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の時比率を制御する。この時比率をエラーアンプ回路によって位相補償して変化させることによって出力電圧を変化させ、出力電圧が設定電圧と等しくなるように負帰還制御を行っている。   The duty ratio of the power MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) of the switch circuit is controlled by the generated PWM signal. At this time, the output voltage is changed by changing the phase ratio by phase compensation by an error amplifier circuit, and negative feedback control is performed so that the output voltage becomes equal to the set voltage.

一方、ディジタル方式では、例えば、増幅・積分・微分といった動作をDSP(Digital Signal Processor)によるIIR(Infinite Impulse Response)フィルタに代表されるディジタル信号処理に置き換える。   On the other hand, in the digital system, for example, operations such as amplification, integration, and differentiation are replaced with digital signal processing represented by an IIR (Infinite Impulse Response) filter by a DSP (Digital Signal Processor).

具体的には、出力電圧をADC(Analog to Digital Converter)によりディジタル信号に変換し、DSPによって目標値から減算した誤差値についてディジタル信号処理を行う。   Specifically, the output voltage is converted into a digital signal by an ADC (Analog to Digital Converter), and digital signal processing is performed on the error value subtracted from the target value by the DSP.

そして、当該信号処理結果に応じたパルス幅を生成するディジタルPWM回路によってパワーMOS−FETの時比率を制御することにより、出力電圧が設定電圧と等しくなるように負帰還制御を行う。   Then, negative feedback control is performed so that the output voltage becomes equal to the set voltage by controlling the time ratio of the power MOS-FET by a digital PWM circuit that generates a pulse width according to the signal processing result.

このディジタル方式によれば、制御パラメータをソフトウェアにより調整することが可能となり、用途や機能に応じた柔軟性のある電源装置の設計が実現可能である。また、アナログ方式に比べて、制御特性の製造バラツキや環境変動の影響を抑えることが可能となる。   According to this digital method, it is possible to adjust control parameters by software, and it is possible to realize a flexible power supply device design according to applications and functions. In addition, it is possible to suppress the influence of manufacturing variations of control characteristics and environmental fluctuations compared to the analog method.

この種のディジタル方式による負帰還制御として、例えば入力電流、温度あるいは出力電圧の変動に応じて制御方法をソフトウェアによって変更することにより出力電圧精度が向上させ、リプルを小さくして低電力化を図る技術がある(例えば特許文献1参照)。   As negative feedback control by this type of digital method, for example, the control method is changed by software in accordance with fluctuations in input current, temperature, or output voltage, thereby improving output voltage accuracy and reducing ripples to reduce power consumption. There is a technology (see, for example, Patent Document 1).

その反面、ディジタル方式には、アナログ方式にはなかった遅延時間、例えば、ADCによる変換時間やDSPによる演算時間が負帰還ループ内の遅延要素になるといった問題が内在する。   On the other hand, the digital method has a problem that a delay time not found in the analog method, for example, a conversion time by the ADC or a calculation time by the DSP becomes a delay element in the negative feedback loop.

負帰還系路上の遅延は、位相余裕を少なくする要因となり、負帰還利得の制約となるため出力応答性の妨げとなる。一般に、出力応答性と系の安定性とは相反関係にあり、負帰還利得を上げると出力応答性は向上するが位相余裕が低減する。そして、最悪の場合は、負帰還であるべき制御が正帰還になってしまい発振する。発振を抑止するために負帰還利得を小さくすると出力応答性が劣化し、スタートアップ時や大きな負荷変動があった場合のアンダーシュートやオーバーシュートとなる。   The delay on the negative feedback system becomes a factor to reduce the phase margin and restricts the negative feedback gain, which hinders output response. In general, output response and system stability are in a reciprocal relationship. Increasing the negative feedback gain improves output response but reduces phase margin. In the worst case, the control that should be negative feedback becomes positive feedback and oscillates. If the negative feedback gain is reduced to suppress oscillation, the output response will deteriorate, resulting in undershoot or overshoot during startup or when there is a large load fluctuation.

この対策としては、例えば、出力電圧に応じた負帰還利得と周波数特性の動的な変更により出力応答性を改善する技術(例えば特許文献2参照)や出力と目標値との誤差に応じて制御量を動的に変更して立ち上がり時間を犠牲にすることなくオーバーシュートを低減するもの(例えば特許文献3参照)などがある。   As countermeasures, for example, a technique for improving output responsiveness by dynamically changing a negative feedback gain and a frequency characteristic according to an output voltage (for example, refer to Patent Document 2), or controlling according to an error between an output and a target value. There are some that dynamically change the amount to reduce overshoot without sacrificing the rise time (see, for example, Patent Document 3).

ところで、上記のディジタル演算器の構成例としては、ADC、DSP、およびPWM間のデータ転送がDMACで行われることによってCPU(Central Processing Unit)負荷が軽減でき、消費電力の向上や性能の向上を図る技術がある(例えば特許文献4参照)。   By the way, as an example of the configuration of the above digital arithmetic unit, the data transfer between the ADC, DSP, and PWM is performed by the DMAC, so that the load on the CPU (Central Processing Unit) can be reduced, and the power consumption and the performance can be improved. There is a technique (see, for example, Patent Document 4).

特開平11−289753号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-289553 特開2004−304961号公報JP 2004-304961 A 特開2012−110124号公報JP2012-110124A 特開2013−25590号公報JP 2013-25590 A

しかしながら、上記した特許文献2〜3の技術は、ディジタル化に伴い発生する演算処理に係る遅延時間を克服することに着目したものであって、ディジタル演算器自体を高速化する構成について言及するものではない。   However, the above-described techniques of Patent Documents 2 to 3 focus on overcoming the delay time related to the arithmetic processing that occurs with digitization, and refer to a configuration that speeds up the digital arithmetic unit itself. is not.

また、ディジタル方式は、一般に、アナログ方式に比べて物理的な回路規模が大きくなるため小型化、低コスト化の観点から部品点数を抑え回路をできる限り小さくする最適化が求められる。そのため、制御系のディジタル演算器の構成としては、浮動小数点演算器よりも回路規模が大幅に小さくてすむ固定小数点演算器、すなわち整数演算器が適する。   In general, the digital system has a larger physical circuit scale than the analog system, so that optimization is required to reduce the number of components and make the circuit as small as possible from the viewpoint of miniaturization and cost reduction. For this reason, as the configuration of the digital arithmetic unit of the control system, a fixed-point arithmetic unit, that is, an integer arithmetic unit, whose circuit scale is significantly smaller than that of the floating point arithmetic unit is suitable.

しかし、固定小数点演算器にて構成した場合には、特に回路規模を小さくした場合にビット長数不足によるオーバーフロー、いわゆる桁あふれやアンダーフロー、いわゆる桁落ちなどが問題となる。上記いずれの特許文献においてもオーバーフローやアンダーフローを回避するものではない。   However, in the case of a fixed-point arithmetic unit, particularly when the circuit scale is reduced, overflow due to insufficient bit length, so-called overflow or underflow, so-called loss of digits, etc. becomes a problem. None of the above-mentioned patent documents avoids overflow or underflow.

また、特許文献4の場合には、CPUによるシステム処理とDSPによるディジタルフィルタ演算が並行して動作することで負帰還制御系の処理の高速化が可能である。また、DSPは16ビット固定小数点演算器で構成され、積和演算結果等を格納するアキュムレータは36ビットとされ、16回以内の積和演算であればオーバーフローすることなく演算結果は正確である。ここで、16回以内の積和演算は、IIRフィルタ計算では8タップ以内に相当する。   In the case of Patent Document 4, the processing of the negative feedback control system can be speeded up by operating the system processing by the CPU and the digital filter operation by the DSP in parallel. The DSP is composed of a 16-bit fixed point arithmetic unit, and the accumulator for storing the product-sum operation result is 36 bits. If the product-sum operation is 16 times or less, the operation result is accurate without overflowing. Here, the product-sum operation within 16 times corresponds to within 8 taps in the IIR filter calculation.

そして、制御パラメータや変数として割り当て可能なメモリ領域としてのレジスタファイルは16ビットとされ、アキュムレータからレジスタファイルにデータをシフト、すなわち桁あわせする際にオーバーフローした場合は正の最大値、あるいは負の最小値に飽和するように動作し、符号は正確である。   The register file as a memory area that can be allocated as a control parameter or variable is 16 bits. If data overflows when shifting data from the accumulator to the register file, that is, when the digit is aligned, the maximum positive value or the minimum negative It works to saturate to the value and the sign is accurate.

しかしながら、特許文献4におけるオーバーフロー処理は、演算の符号を保証するものであって、一連の演算の手続きをプログラムしたことによって成されるディジタルフィルタ計算について考慮されたものではない。よって、オーバーフローやアンダーフローに起因してディジタルフィルタの出力がスタックしてしまった状態からの回復に係る制御の継続性について検討されていない。   However, the overflow processing in Patent Document 4 guarantees the sign of the operation, and does not take into account the digital filter calculation performed by programming a series of operation procedures. Therefore, the continuity of control related to recovery from a state where the output of the digital filter is stuck due to overflow or underflow has not been studied.

本発明の目的は、ビット長の少ない固定小数点演算器により高精度なディジタル電源制御を実現することのできる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of realizing highly accurate digital power supply control by a fixed-point arithmetic unit having a small bit length.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

一実施の形態におけるスイッチング電源装置は、DC/DCコンバータおよびDC/DCコンバータから出力される出力信号に基づいて、該DC/DCコンバータが生成する電源電圧を制御する電圧制御部を有する。   The switching power supply in one embodiment includes a DC / DC converter and a voltage control unit that controls a power supply voltage generated by the DC / DC converter based on an output signal output from the DC / DC converter.

DC/DCコンバータは、PWM信号に基づいて、スイッチングを行うスイッチ部を有し、直流の電源電圧を任意の直流電圧に変換する。電圧制御部は、DC/DCコンバータから出力される出力信号に基づいて、DC/DCコンバータが生成する電源電圧を制御する。   The DC / DC converter has a switch unit that performs switching based on the PWM signal, and converts a DC power supply voltage into an arbitrary DC voltage. The voltage control unit controls a power supply voltage generated by the DC / DC converter based on an output signal output from the DC / DC converter.

また、電圧制御部は、A/D変換器、ディジタル演算器、およびPWM生成部を有する。A/D変換器はDC/DCコンバータから出力される電圧をディジタルデータに変換する。   The voltage control unit includes an A / D converter, a digital arithmetic unit, and a PWM generation unit. The A / D converter converts the voltage output from the DC / DC converter into digital data.

ディジタル演算器は、A/D変換器が変換したディジタルデータに基づいて、スイッチ部をオンする時間的割合を算出し、制御ディジタルデータとして出力する。PWM生成部は、ディジタル演算器が算出した制御ディジタルデータに基づいて、スイッチ部を駆動するPWM信号を生成する。   Based on the digital data converted by the A / D converter, the digital arithmetic unit calculates a time ratio for turning on the switch unit, and outputs it as control digital data. The PWM generation unit generates a PWM signal for driving the switch unit based on the control digital data calculated by the digital arithmetic unit.

そして、ディジタル演算器は、少なくともA/D変換器のサンプリング周波数に同期して、A/D変換器が変換したディジタルデータから設定された指令値を減算した誤差データ、ディジタル演算器におけるディジタル演算の内部状態データ、およびディジタルフィルタによる計算結果である算出結果データをそれぞれ保持および更新し、算出結果データに加算するオフセットデータを保持する。   The digital computing unit then synchronizes at least the sampling frequency of the A / D converter with error data obtained by subtracting the set command value from the digital data converted by the A / D converter, and the digital computation in the digital computing unit. The internal state data and the calculation result data which is the calculation result by the digital filter are respectively held and updated, and offset data to be added to the calculation result data is held.

高精度なディジタル電源制御を行うことができる。   High-precision digital power supply control can be performed.

本実施の形態1における電源装置の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the power supply device in this Embodiment 1. FIG. 図1の電源装置が有するDSPにおける構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure in DSP which the power supply device of FIG. 1 has. IIR計算における式5の計算手順を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the calculation procedure of Formula 5 in IIR calculation. DSPプログラムの一例を示すリストである。It is a list which shows an example of a DSP program. 図4のDSPプログラムのリストにおけるレジスタファイルの割り当ての一例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of register file allocation in the DSP program list of FIG. 4. CPUによるメインプログラムの処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process example of the main program by CPU. 図6のステップS103の処理にて有効化される電源制御割り込みルーチンにおける処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process in the power supply control interruption routine validated by the process of step S103 of FIG. 図6のステップS216の処理におけるIIR再起処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the IIR restart process in the process of step S216 of FIG. 負荷変動が発生した際のパワーステージにおける出力電圧の変化の一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the change of the output voltage in the power stage at the time of load fluctuation | variation generate | occur | producing. パワーステージのスタートアップにおける出力電圧の変化の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the change of the output voltage in the startup of a power stage. 本実施の形態2によるDSPにおける演算器の動作を論理回路にて実現したときのブロック線図の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the block diagram when the operation | movement of the arithmetic unit in DSP by this Embodiment 2 is implement | achieved by the logic circuit.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of components, etc., the shape of the component is substantially the case unless it is clearly specified and the case where it is clearly not apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
〈概要〉
電源装置100は、インダクタ112とコンデンサ115とMOSFET113とを含んで入力を目標の出力に変換するパワーステージ110と、パワーステージ110のMOSFET113を駆動する制御系120とにて構成する。
(Embodiment 1)
<Overview>
The power supply apparatus 100 includes an inductor 112, a capacitor 115, and a MOSFET 113, and includes a power stage 110 that converts an input to a target output, and a control system 120 that drives the MOSFET 113 of the power stage 110.

制御系120は、パワーステージ110の出力をディジタル値に変換するADC121と、位相補償部としてのIIRフィルタ計算結果にオフセット値を加算してMOSFET113の時比率とする減算器122およびDSP123とで構成するディジタル演算器と、時比率をパルス信号に変換してパワーステージ110のMOSFET113を駆動するPWM生成部124にて構成する。   The control system 120 includes an ADC 121 that converts the output of the power stage 110 into a digital value, and a subtractor 122 and a DSP 123 that add the offset value to the IIR filter calculation result as a phase compensation unit to obtain the time ratio of the MOSFET 113. A digital calculator and a PWM generator 124 that drives the MOSFET 113 of the power stage 110 by converting the time ratio into a pulse signal are configured.

ディジタル演算器は、ADC121のサンプリング周期に呼応して、IIRフィルタ計算を実行し、並行してCPU127は誤差値の時間的変化を監視し、誤差値が所定の許容値以内の場合には指令値を目標値に線形に近づけていき、許容値を超過した場合は指令値を維持し、許容値の超過が所定の許容期間連続した場合は指令値を現在のパワーステージの出力にするとともに、IIRフィルタのZバッファの内部状態データを零クリアしてオフセット値を現在の時比率に基づき更新する。   The digital arithmetic unit executes IIR filter calculation in response to the sampling period of the ADC 121, and in parallel, the CPU 127 monitors the temporal change of the error value, and if the error value is within a predetermined allowable value, the command value When the allowable value is exceeded, the command value is maintained, and when the allowable value is exceeded for a predetermined allowable period, the command value is set to the output of the current power stage and the IIR. The internal state data of the Z buffer of the filter is cleared to zero and the offset value is updated based on the current duty ratio.

以下、実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail.

〈電源装置の構成例〉
図1は、本実施の形態1における電源装置の構成の一例を示す説明図である。この図1では、入力電圧を昇圧して出力電圧をレギュレーションする電源装置100の例を示している。
<Configuration example of power supply device>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the power supply device according to the first embodiment. FIG. 1 shows an example of a power supply apparatus 100 that boosts an input voltage and regulates an output voltage.

電源装置100は、例えば携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの電子機器に設けられる電源装置であり、電子機器に備えられたバッテリを入力電圧として、電子機器の動作電源電圧となる直流電源を生成して出力するスイッチング電源装置である。   The power supply device 100 is a power supply device provided in an electronic device such as a mobile phone or a notebook personal computer, for example, and generates a direct-current power source serving as an operation power supply voltage of the electronic device using a battery provided in the electronic device as an input voltage. Switching power supply that outputs the output.

電源装置100は、この他にも、停電時などにバッテリに蓄えた電力を供給する蓄電システムの電源装置などにも適用することができる。この場合、電源装置100には、バッテリから供給される直流電源電圧が入力される。   In addition to this, the power supply device 100 can also be applied to a power supply device of a power storage system that supplies power stored in a battery during a power failure or the like. In this case, the DC power supply voltage supplied from the battery is input to the power supply device 100.

そして、電源装置100によって、例えば200V程度の直流電圧を生成し、電源装置100の出力部に接続されたインバータ回路などに供給する。インバータ回路では、供給された200程度の直流電圧を交流100V程度の電源に変換して供給する。   Then, for example, a DC voltage of about 200 V is generated by the power supply device 100 and supplied to an inverter circuit or the like connected to the output unit of the power supply device 100. In the inverter circuit, the supplied DC voltage of about 200 is converted into an AC power supply of about 100 V and supplied.

電源装置100は、パワーステージ110および電圧制御部である制御系120により構成されている。パワーステージ110は、入力電源端子111、インダクタ112、MOSFET113、ダイオード114、コンデンサ115、出力端子116、および抵抗117,118を有する。   The power supply apparatus 100 includes a power stage 110 and a control system 120 that is a voltage control unit. The power stage 110 includes an input power supply terminal 111, an inductor 112, a MOSFET 113, a diode 114, a capacitor 115, an output terminal 116, and resistors 117 and 118.

また、パワーステージ110におけるMOSFET113、ダイオード114、抵抗117,118、および制御系120は、たとえば、半導体集積回路装置内に設けられた回路である。パワーステージ110におけるインダクタ112およびコンデンサ115は、半導体集積回路装置の外部に設けられた回路である。   The MOSFET 113, the diode 114, the resistors 117 and 118, and the control system 120 in the power stage 110 are, for example, circuits provided in a semiconductor integrated circuit device. The inductor 112 and the capacitor 115 in the power stage 110 are circuits provided outside the semiconductor integrated circuit device.

なお、ここでは、一例としてパワーステージ110のMOSFET113、ダイオード114、および抵抗117,118を半導体集積回路装置内に設けた構成としたが、これらの回路は、半導体集積回路装置の外部に設けるようにしてもよい。   Here, as an example, the MOSFET 113, the diode 114, and the resistors 117 and 118 of the power stage 110 are provided in the semiconductor integrated circuit device. However, these circuits are provided outside the semiconductor integrated circuit device. May be.

入力電源端子111には、外部から直流電圧が入力される。また、インダクタ112、MOSFET113、ダイオード114、およびコンデンサ115によって一般的なDC/DCコンバータ回路が構成され、出力端子116を介して接続された外部の負荷に対して直流電圧を供給する。ダイオード114は、還流ダイオード、すなわちフリーホイールダイオードである。DC/DCコンバータ回路は、特に制限されないが、図1においては、昇圧コンバータの代表的なトポロジであるブーストコンバータを例示している。   A DC voltage is input to the input power supply terminal 111 from the outside. The inductor 112, the MOSFET 113, the diode 114, and the capacitor 115 constitute a general DC / DC converter circuit, and supplies a DC voltage to an external load connected through the output terminal 116. The diode 114 is a free wheel diode, that is, a free wheel diode. Although the DC / DC converter circuit is not particularly limited, FIG. 1 illustrates a boost converter that is a typical topology of a boost converter.

パワーステージ110において、スイッチ部となるMOSFET113のゲートは、制御系120が出力するPWM信号であるゲート信号GSによってドライブされる。なお、ゲート信号GSは、必要に応じてドライバ101などを介してMOSFET113のゲートに入力される。   In the power stage 110, the gate of the MOSFET 113 serving as a switch unit is driven by a gate signal GS which is a PWM signal output from the control system 120. Note that the gate signal GS is input to the gate of the MOSFET 113 via the driver 101 or the like as necessary.

抵抗117および抵抗118は、出力端子116間に直列接続されている。これら抵抗117,118によって分圧された信号は、出力電圧モニタ信号VMとして制御系120に出力されている。   The resistor 117 and the resistor 118 are connected in series between the output terminals 116. The signals divided by the resistors 117 and 118 are output to the control system 120 as the output voltage monitor signal VM.

制御系120は、ADC121、減算器122、DSP123、PWM生成部124、DMAC( Direct Memory Access Controller)125,126、およびCPU127などを有する。また、減算器122およびDSP123によってディジタル演算器が構成されている。   The control system 120 includes an ADC 121, a subtractor 122, a DSP 123, a PWM generation unit 124, DMACs (Direct Memory Access Controllers) 125 and 126, a CPU 127, and the like. The subtractor 122 and the DSP 123 constitute a digital arithmetic unit.

制御系120において、出力電圧モニタ信号VMは、A/D変換器であるADC121によってアナログ信号からディジタルデータに変換され、減算器122によって指令値データレジスタ131に設定される指令値Vrefから減算した誤差値データEoutが計算される。   In the control system 120, the output voltage monitor signal VM is converted from an analog signal to digital data by the ADC 121, which is an A / D converter, and is subtracted from the command value Vref set in the command value data register 131 by the subtractor 122. Value data Eout is calculated.

そして、DSP123によって位相補償した制御ディジタルデータである時比率データDoutが計算され、PWM生成部124によってパルス幅変調されることでゲート信号GSを生成してパワーステージ110を制御する。   Then, the time ratio data Dout, which is control digital data phase-compensated by the DSP 123, is calculated, and the pulse width modulation is performed by the PWM generator 124, thereby generating the gate signal GS and controlling the power stage 110.

ADC121は、図中省略したが、PWM生成部124からキャリア周期開始パルス信号が入力されており、該キャリア周期開始パルス信号のエッジにて、出力電圧モニタ信号VMの電圧レベルを保持し、出力モニタディジタルデータMDDに変換して減算器122に出力する。   Although not shown in the figure, the ADC 121 receives the carrier cycle start pulse signal from the PWM generation unit 124, holds the voltage level of the output voltage monitor signal VM at the edge of the carrier cycle start pulse signal, and outputs the output monitor. The digital data MDD is converted and output to the subtractor 122.

同時に、図中省略したが減算器122に対しては変換終了信号が出力されており、ADC121は、該変換終了信号をアサートする。なお、この変換終了信号は、変換開始時にADC121がネゲートする。   At the same time, although not shown in the figure, a conversion end signal is output to the subtractor 122, and the ADC 121 asserts the conversion end signal. This conversion end signal is negated by the ADC 121 at the start of conversion.

また、ADC121には、CPU127から出力される制御信号が入力され、上述したキャリア周期開始パルス信号と同様に動作する。ここで、CPU127が出力する制御信号は、例えばCPU127のメモリ空間上にマッピングされた機能レジスタへのビット操作にてアサート/ネゲートする信号である。   The ADC 121 receives a control signal output from the CPU 127 and operates in the same manner as the carrier cycle start pulse signal described above. Here, the control signal output by the CPU 127 is a signal that is asserted / negotiated by, for example, a bit operation on a function register mapped in the memory space of the CPU 127.

減算器122は、ADC121からの変換終了信号がアサートしたことを受けて、指令値データレジスタ131の指令値Vrefから、出力モニタディジタルデータMDDを減算して、その結果を誤差値データ計算結果レジスタ130に書き込む。   In response to the assertion of the conversion end signal from the ADC 121, the subtracter 122 subtracts the output monitor digital data MDD from the command value Vref of the command value data register 131, and the result is an error value data calculation result register 130. Write to.

同時に、図中省略したがDMAC125に対しては転送要求パルス信号を出力する。なお、指令値データレジスタ131は、少なくともキャリア周波数でCPU127のプログラムによって書き換え可能なように構成される。   At the same time, although not shown in the figure, a transfer request pulse signal is output to the DMAC 125. The command value data register 131 is configured to be rewritable by a program of the CPU 127 at least at a carrier frequency.

減算器122は、例えば16ビット符号付整数演算器とし、指令値データレジスタ131および誤差値データ計算結果レジスタ130は、16ビットにて構成する。   The subtractor 122 is, for example, a 16-bit signed integer arithmetic unit, and the command value data register 131 and the error value data calculation result register 130 are configured with 16 bits.

DMAC125は、減算器122からの転送要求パルス信号のエッジで、誤差値データ計算結果レジスタ130の内容を、DSP123の誤差値データEinの格納場所に書き込む。   The DMAC 125 writes the contents of the error value data calculation result register 130 to the storage location of the error value data Ein of the DSP 123 at the edge of the transfer request pulse signal from the subtractor 122.

DSP123は、誤差値データEinが書き込まれたことに呼応して、予めDSP123にプログラムされているディジタルフィルタ計算であるIIR計算DFIを実行する。   In response to the writing of the error value data Ein, the DSP 123 executes an IIR calculation DFI, which is a digital filter calculation programmed in advance in the DSP 123.

そして、IIR計算の結果であるデータdataに、オフセットoffsetを加算して時比率計算結果データDoutの格納場所に書き込み、同時に図中省略したがDMAC126に対して転送要求パルス信号を出力する。   Then, the offset offset is added to the data data that is the result of the IIR calculation and written to the storage location of the time ratio calculation result data Dout. At the same time, a transfer request pulse signal is output to the DMAC 126 although omitted in the figure.

本実施の形態において、CPU127のプログラムは、誤差値データEinを監視して必要と判断した場合には、予めDSP123にプログラムされたIIR計算DFIとは別のルーチンを起動するなどの操作を行い、IIR計算の内部状態であるZバッファ群BFFの内部状態データを零クリアする。Zバッファ群BFFは、例えばZ00〜Zklである。但し、k=0〜各セクションkのタップ数−1、l=0〜セクション数−1である。   In the present embodiment, when the program of the CPU 127 determines that it is necessary by monitoring the error value data Ein, an operation such as starting a routine different from the IIR calculation DFI programmed in advance in the DSP 123 is performed. The internal state data of the Z buffer group BFF that is the internal state of the IIR calculation is cleared to zero. The Z buffer group BFF is, for example, Z00 to Zkl. However, k = 0 to the number of taps of each section k−1, and 1 = 0 to the number of sections−1.

続いて、そのときの時比率計算結果データDoutの格納場所の内容にCPU127が与える係数mを乗じたデータを新たなオフセットoffsetの内容として該オフセットoffsetの格納場所に書き込む。   Subsequently, data obtained by multiplying the content of the storage location of the duty ratio calculation result data Dout at that time by the coefficient m given by the CPU 127 is written to the storage location of the offset offset as the content of the new offset offset.

そして、そのときの指令値データレジスタ131の内容から誤差値データEinを減算したデータを新たな指令値データレジスタ131の内容として書き込む。その後、DSP123のプログラムが誤差値データEinが書き込まれることに呼応したIIR計算DFIの起動が可能な状態に戻すように構成される。   Then, data obtained by subtracting the error value data Ein from the content of the command value data register 131 at that time is written as the content of the new command value data register 131. Thereafter, the program of the DSP 123 is configured to return to a state where the IIR calculation DFI can be activated in response to the error value data Ein being written.

DMAC126は、DSP123からの転送要求パルス信号のエッジで、時比率計算結果データDoutが格納された番地の内容を、PWM生成部124内の時比率データレジスタ150に書き込む。   The DMAC 126 writes the contents of the address where the time ratio calculation result data Dout is stored in the time ratio data register 150 in the PWM generation unit 124 at the edge of the transfer request pulse signal from the DSP 123.

PWM生成部124は、ディジタルPWMで構成され、パワーステージ110のスイッチング周波数と同一周波数(以下、キャリア周波数と記載し、その周期をキャリア周期と記載する)の三角波を搬送波として、時比率データレジスタ150の内容をパルス幅変調したゲート信号GSを生成する。   The PWM generation unit 124 is configured by digital PWM, and uses a triangular wave having the same frequency as the switching frequency of the power stage 110 (hereinafter referred to as carrier frequency, and the cycle is referred to as carrier cycle) as a carrier wave, the time ratio data register 150. The gate signal GS is generated by pulse width modulation of the content of.

〈DSPの構成例〉
図2は、図1の電源装置100が有するDSP123における構成の一例を示す説明図である。
<Configuration example of DSP>
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the DSP 123 included in the power supply apparatus 100 of FIG.

DSP123は、図2に示すように、レジスタファイル201、積和演算レジスタ202、演算器203、コントロールストレージ204、およびプログラム実行制御部205を有する。   As shown in FIG. 2, the DSP 123 includes a register file 201, a product-sum operation register 202, an arithmetic unit 203, a control storage 204, and a program execution control unit 205.

レジスタファイル201は、演算器203にて演算の対象となるデータ格納領域である。このレジスタファイル201は、例えば16ビットレジスタの16本からなり、演算器203の演算に用いられるデータの格納領域である。   The register file 201 is a data storage area that is a calculation target in the calculator 203. This register file 201 is composed of 16 16-bit registers, for example, and is a data storage area used for the operation of the arithmetic unit 203.

レジスタファイル201は、CPUインタフェース206を介してCPU127あるいはDMAインタフェース207を介して制御系120内のその他の機能モジュール、例えば減算器122やPWM生成部124などとのデータアクセスが可能となっている。   The register file 201 can be accessed via the CPU interface 206 via the CPU 127 or the DMA interface 207 to other functional modules in the control system 120 such as the subtractor 122 and the PWM generator 124.

レジスタファイル201への書き込みが同一アドレスまたは同一時刻で競合した場合は、演算器203の演算結果の格納を最優先とされる。次いでDMAインタフェース207を優先し、優先順位の低いアクセスは、優先順の高い書き込みが終了するのを待ってから書き込むように、DMAインタフェース207およびCPUインタフェース206が構成される。   When writing to the register file 201 competes at the same address or at the same time, the storage of the calculation result of the calculator 203 is given the highest priority. Next, the DMA interface 207 and the CPU interface 206 are configured so that the DMA interface 207 is prioritized and the low-priority access is written after the high-priority write finishes.

演算器203は、16ビット固定小数点演算器、すなわち整数演算器である。演算器203は、コントロールストレージ204に格納されたプログラムの演算命令にしたがって、レジスタファイル201に格納された16ビットデータあるいは最大ビット(MSB:Most Significant Bit)側にビット拡張された36ビットの積和演算レジスタ202に格納された36ビットデータを演算して格納する。   The arithmetic unit 203 is a 16-bit fixed point arithmetic unit, that is, an integer arithmetic unit. The computing unit 203 is a 16-bit data stored in the register file 201 or a 36-bit multiply-accumulated bit expanded to the most significant bit (MSB) side in accordance with an operation instruction of the program stored in the control storage 204. The 36-bit data stored in the arithmetic register 202 is calculated and stored.

演算器203の演算命令は、特に限定されないが、算術加減算命令、算術シフト命令、算術乗算命令、積和演算命令、および36ビット16ビット算術シフト命令などを有する。   The arithmetic instruction of the arithmetic unit 203 is not particularly limited, and includes an arithmetic addition / subtraction instruction, an arithmetic shift instruction, an arithmetic multiplication instruction, a product-sum operation instruction, a 36-bit 16-bit arithmetic shift instruction, and the like.

算術加減算命令は、演算命令で指定されたレジスタファイル201上の任意の2データについて16ビット加減算して指定されたレジスタファイル201に格納する。算術シフト命令は、レジスタファイル201上の任意データについて算術シフトして指定されたレジスタファイル201に格納する。   The arithmetic addition / subtraction instruction adds and subtracts 16 bits of arbitrary two data on the register file 201 designated by the arithmetic instruction and stores the result in the designated register file 201. The arithmetic shift instruction arithmetically shifts arbitrary data on the register file 201 and stores it in the designated register file 201.

算術乗算命令は、レジスタファイル201上の任意2データについて16ビット乗算して結果の32ビットを符号拡張して積和演算レジスタ202に格納する。積和演算命令は、レジスタファイル201上の任意2データについて乗算して結果の32ビットを符号拡張して積和演算レジスタ202上の36ビットデータを加算して積和演算レジスタ202に格納する。36ビット16ビット算術シフト命令は、積和演算レジスタ202上の36ビットデータを算術シフトして指定されたレジスタファイル201に格納する。   The arithmetic multiplication instruction multiplies any two data on the register file 201 by 16 bits, sign-extends the resulting 32 bits, and stores the result in the product-sum operation register 202. The product-sum operation instruction multiplies two arbitrary data on the register file 201, sign-extends 32 bits of the result, adds 36-bit data on the product-sum operation register 202, and stores the result in the product-sum operation register 202. The 36-bit 16-bit arithmetic shift instruction arithmetically shifts 36-bit data on the product-sum operation register 202 and stores it in the designated register file 201.

なお、演算器203は、例えば符号付固定小数点演算器にて構成され、小数点位置の管理は例えばDSPプログラムによって行われる。   Note that the arithmetic unit 203 is constituted by, for example, a signed fixed point arithmetic unit, and management of the decimal point position is performed by, for example, a DSP program.

上記した算術加減算、算術乗算、算術シフト演算によって結果を格納する際、格納先のビット長によりオーバーフローする場合は、符号の最大値のデータを該演算ステップ内で出力することができる。ここで、符号の最大値は、正の場合には最大値であり、負の場合には最小値である。   When the result is stored by the above arithmetic addition / subtraction, arithmetic multiplication, or arithmetic shift operation, if the overflow occurs due to the bit length of the storage destination, the data of the maximum value of the code can be output in the operation step. Here, the maximum value of the sign is a maximum value when positive, and a minimum value when negative.

そして、特に制限はしないが演算精度を向上するために、例えば右シフト演算で切り捨てられるデータについて、出力データの最小ビット(LSB:Least Significant Bit)に四捨五入のまるめ(LSBからの桁上がりを含む)を該演算ステップ内で行うことができる。   In order to improve the calculation accuracy, although not particularly limited, for example, data rounded down by right shift calculation is rounded to the minimum bit (LSB: Least Significant Bit) of the output data (including carry from LSB) Can be performed in the calculation step.

コントロールストレージ204は、DSPプログラムを格納するメモリであり、CPU127によって書き込まれる。プログラム実行制御部205は、プログラム実行制御レジスタCTLやプログラムカウンタレジスタPCを有する。   The control storage 204 is a memory that stores a DSP program, and is written by the CPU 127. The program execution control unit 205 includes a program execution control register CTL and a program counter register PC.

このプログラム実行制御部205は、CPUインタフェース206を介して、CPU127がプログラム実行制御レジスタCTL内のビット操作により、予めCPU127がプログラムカウンタレジスタPCに設定したプログラム番地、すなわちコントロールストレージ204のアドレスからコントロールストレージ204内に格納されたプログラムを実行するように制御する。   This program execution control unit 205 controls the control storage from the program address set by the CPU 127 in the program counter register PC in advance by the bit operation in the program execution control register CTL via the CPU interface 206, that is, from the address of the control storage 204. Control is performed so that the program stored in the program 204 is executed.

すなわち、プログラムカウンタレジスタPCが指し示すアドレスに格納されたコントロールストレージ204内の命令をデコードする。そして、演算命令の場合には、演算器203を該命令で制御してプログラムカウンタレジスタPCをインクリメントし、制御命令の場合には、該命令を実行してプログラムカウンタレジスタPCを更新していくことでDSPプログラムを実行する。なお、制御命令の場合は、演算器203には、何もしないことを意味するNOP(Non OPeration)が送信される。   That is, the instruction in the control storage 204 stored at the address indicated by the program counter register PC is decoded. In the case of an arithmetic instruction, the arithmetic unit 203 is controlled by the instruction to increment the program counter register PC. In the case of a control instruction, the instruction is executed to update the program counter register PC. To execute the DSP program. In the case of a control command, NOP (Non OPeration) indicating that nothing is performed is transmitted to the arithmetic unit 203.

制御命令は、特に制限されないが、例えば、wait(待機)命令、goto(分岐)命令、event(転送要求発効)命令などを有する。wait命令は、命令で指定されたレジスタファイル201のデータが更新されるまで、すなわちCPUインタフェース206またはDMAインタフェース207を介したアクセスによって書き換えられるまで、プログラムカウンタレジスタPCを保持しつづける。   The control instruction is not particularly limited, and includes, for example, a wait (wait) instruction, a goto (branch) instruction, an event (transfer request effective) instruction, and the like. The wait instruction continues to hold the program counter register PC until the data in the register file 201 specified by the instruction is updated, that is, until rewritten by access through the CPU interface 206 or the DMA interface 207.

goto命令は、命令で指定されたアドレスに分岐する。event命令は、DMAインタフェース207を介してDSP123から他の機能モジュールにデータ転送するDMAC125,126に対して、そのタイミングを与えるための転送要求パルス信号を発効する。   The goto instruction branches to the address specified by the instruction. The event command issues a transfer request pulse signal for giving the timing to the DMACs 125 and 126 that transfer data from the DSP 123 to other functional modules via the DMA interface 207.

以上、パワーステージ110の出力電圧モニタ信号VMを負帰還して、MOSFET113のゲート信号GSをディジタル制御する構成例について述べた。   The configuration example in which the output voltage monitor signal VM of the power stage 110 is negatively fed back and the gate signal GS of the MOSFET 113 is digitally controlled has been described above.

〈電源装置の詳細構成および動作〉
次に、本実施の形態に係る動作を実現するための構成の詳細と動作について説明する。
<Detailed configuration and operation of power supply unit>
Next, the details and operation of the configuration for realizing the operation according to the present embodiment will be described.

パワーステージ110において、ブーストコンバータを構成する回路パラメータは色々な組み合わせが考えられる。ここで、例えば、電源装置100の仕様を入力電源端子111に与える入力電圧が50V、出力端子116からの出力電圧の目標値が200V、最大出力電流が2Aであるとし、スイッチング周波数を50KHzとすれば、インダクタ112を0.4mH、コンデンサ115は、2700μFとすることができる。   In the power stage 110, various combinations of circuit parameters constituting the boost converter can be considered. Here, for example, the input voltage giving the specification of the power supply device 100 to the input power supply terminal 111 is 50 V, the target value of the output voltage from the output terminal 116 is 200 V, the maximum output current is 2 A, and the switching frequency is 50 KHz. For example, the inductor 112 can be 0.4 mH, and the capacitor 115 can be 2700 μF.

制御系120におけるADC121は、例えば、0V〜3.3Vを入力とし、後述に詳細を説明するPWM生成部124が出力するキャリア周期開始パルス信号のエッジに呼応して出力電圧モニタ信号VMの電圧レベルを保持する。また、オペレーション時間250nsで分解能10bitのディジタル値に変換して出力モニタディジタルデータMDDを出力するように構成する。   The ADC 121 in the control system 120 receives, for example, 0 V to 3.3 V, and the voltage level of the output voltage monitor signal VM in response to the edge of the carrier cycle start pulse signal output from the PWM generation unit 124 described in detail later. Hold. In addition, the output monitor digital data MDD is output after being converted into a digital value with a resolution of 10 bits in an operation time of 250 ns.

パワーステージ110の分圧抵抗である抵抗117,118は、0Vから目標電圧200Vを含んで変動する出力端子116間電圧について、例えば、抵抗117を198kΩ、抵抗118をWkΩとすることで、出力電圧モニタ信号VMの電圧レベルを制御系120のADC121が変換可能な電圧範囲に分圧する。   The resistors 117 and 118, which are voltage dividing resistors of the power stage 110, can output the output voltage by changing the voltage between the output terminals 116 from 0V to include the target voltage 200V, for example, by setting the resistor 117 to 198 kΩ and the resistor 118 to WkΩ. The voltage level of the monitor signal VM is divided into a voltage range that can be converted by the ADC 121 of the control system 120.

減算器122、DMAC125、DSP123、およびDMAC126は、出力モニタディジタルデータMDDが生成されてから、スイッチング周波数の逆数であるキャリア周期の1/2となる10μsで減算、IIR計算、オフセット加算、およびオフセット更新を行う。   The subtractor 122, the DMAC 125, the DSP 123, and the DMAC 126 perform subtraction, IIR calculation, offset addition, and offset update in 10 μs that is 1/2 of the carrier period that is the reciprocal of the switching frequency after the output monitor digital data MDD is generated. I do.

PWM生成部1244内の時比率データレジスタ150を更新するように動作することで、サンプリング周期、スイッチング周期、およびキャリア周期を同一として量子化に係る遅延時間を最短とするスイッチング電源ディジタル制御系を構成する。そのためには、例えば、減算器122の減算速度、DSP123の演算・制御命令実行速度、CPU127の命令実行速度、およびDMAC125,126のバス速度を50MHzにて構成する。   The switching power supply digital control system which makes the sampling cycle, the switching cycle, and the carrier cycle the same and minimizes the delay time related to the quantization is configured by updating the duty ratio data register 150 in the PWM generator 1244. To do. For this purpose, for example, the subtraction speed of the subtractor 122, the calculation / control instruction execution speed of the DSP 123, the instruction execution speed of the CPU 127, and the bus speed of the DMACs 125 and 126 are configured at 50 MHz.

減算器122は、ADC121が出力モニタディジタルデータMDDを出力してから60ns以内に整数減算を実行し、結果を誤差値データ計算結果レジスタ130に書き込む。なお、出力モニタディジタルデータMDDの10ビットデータは、例えば、16ビットデータのLSB側としてMSB側6ビットに“0”を補って16ビット符号付整数演算が行われる。   The subtractor 122 performs integer subtraction within 60 ns after the ADC 121 outputs the output monitor digital data MDD, and writes the result in the error value data calculation result register 130. For example, the 10-bit data of the output monitor digital data MDD is subjected to 16-bit signed integer calculation by adding 6 to the MSB side 6 bits as the LSB side of the 16-bit data.

DMAC126は、誤差値データ計算結果レジスタ130のデータを80ns以内にDSP123内の誤差値データEinの格納場所に転送する。   The DMAC 126 transfers the data in the error value data calculation result register 130 to the storage location of the error value data Ein in the DSP 123 within 80 ns.

DSP123において、図1における誤差値データEin、時比率データDout、Zバッファ群BFF、オフセットoffset、あるいは係数mは、図2におけるレジスタファイル201に割り当てられる。   In the DSP 123, the error value data Ein, the duty ratio data Dout, the Z buffer group BFF, the offset offset, or the coefficient m in FIG. 1 are assigned to the register file 201 in FIG.

そして、図1におけるIIR計算DFIおよびオフセットoffsetの加算・更新に係る計算は、図2においてコントロールストレージ204に格納されたプログラムによってCPU127がプログラム実行制御部205内のレジスタのビットを操作することで、1演算当り20nsの速度にて実行する。   The calculation related to the addition / update of the IIR calculation DFI and offset offset in FIG. 1 is performed by the CPU 127 operating the bits of the register in the program execution control unit 205 by the program stored in the control storage 204 in FIG. It is executed at a speed of 20 ns per calculation.

IIR計算DFIは、位相補償器としての動作を実現する計算である。位相補償器の特性は、特に制限しないが、一般に式1に示す3P2Z型の伝達関数とすることができる。   The IIR calculation DFI is a calculation for realizing an operation as a phase compensator. The characteristics of the phase compensator are not particularly limited, but can generally be a 3P2Z type transfer function shown in Equation 1.

Figure 0006185325
Figure 0006185325

ここで、式1において、sはラプラス演算子、Kは負帰還利得パラメータ、fz0とfz1は零点周波数パラメータ、fp0とfp1は極点周波数パラメータである。上述した仕様のパワーステージ110に対して、上記パラメータとして、例えば、   In Equation 1, s is a Laplace operator, K is a negative feedback gain parameter, fz0 and fz1 are zero frequency parameters, and fp0 and fp1 are pole frequency parameters. For the power stage 110 having the above specifications, as the above parameters, for example,

Figure 0006185325
Figure 0006185325

とすることで、負帰還ループのカットオフ周波数であるクロスオーバ周波数fcを、およそ360Hz近辺として、位相が180度にならない、すなわち負帰還が正帰還とならない位相補償器とすることができる。 By setting the crossover frequency fc, which is the cut-off frequency of the negative feedback loop, to approximately 360 Hz, the phase does not become 180 degrees, that is, a phase compensator in which the negative feedback does not become positive feedback can be obtained.

式1の伝達関数は、Z変換することで、一般的にディジタル演算に適した離散時間の伝達関数とすることができる。3P2Z型の伝達関数について、Zが最大2次式の要素となるようにZ変換することで、式5に示すように2セクションからなるIIR計算式とすることができる。   The transfer function of Equation 1 can be converted to a discrete-time transfer function that is generally suitable for digital computation by performing Z conversion. By converting the 3P2Z type transfer function so that Z becomes a maximum quadratic element, an IIR calculation formula consisting of two sections can be obtained as shown in Formula 5.

Figure 0006185325
Figure 0006185325

式5において、Zは離散時間のデータ列を表すもので、Zの−n乗はnサンプル前のデータであることを示す。   In Expression 5, Z represents a discrete-time data string, and Z to the power of −n indicates that the data is n samples before.

図3は、IIR計算DFIにおける式5の計算手順を示すブロック線図である。   FIG. 3 is a block diagram showing the calculation procedure of Equation 5 in the IIR calculation DFI.

式5および図3において、C02は、第2セクション(初段)の係数、Z12は第2セクションのZバッファ、a12 ,b12は第2セクションの係数である。 In Equation 5 and FIG. 3, C 02 is a coefficient of the second section (first stage), Z 12 is a Z buffer of the second section, and a 12 and b 12 are coefficients of the second section.

また、C01は、第1セクション(後段)の係数、Z11は第1セクションの第1タップのZバッファ、a11,b11は、第1セクションの第1タップの係数である。Z21は第1セクションの第2タップのZバッファ、a21,b21は、第1セクションの第2タップの係数である。 Further, C 01 is a coefficient of the first section (following stage), Z 11 is a Z buffer of the first tap of the first section, and a 11 and b 11 are coefficients of the first tap of the first section. Z 21 is the Z buffer of the second tap of the first section, and a 21 and b 21 are the coefficients of the second tap of the first section.

式5および図3におけるパラメータは、前記伝達関数(式1)のパラーメタ(式2〜式4)としてサンプリング周期を20μsとすれば、IIRのパラメータを、   The parameters in Equation 5 and FIG. 3 are the parameters of IIR if the sampling period is 20 μs as the parameter (Equation 2 to Equation 4) of the transfer function (Equation 1).

Figure 0006185325
Figure 0006185325

とする。 And

これによって、図3の誤差値データEinからデータdataの動作速度、すなわち図3におけるnを更新する速度を50KHzにすることで、パラーメタ(式2〜式4)による前記伝達関数(式1)を等価的に実現できる。   As a result, the operation speed of the data data from the error value data Ein of FIG. 3, that is, the speed of updating n in FIG. It can be realized equivalently.

なお、図3におけるnは説明の便宜上、離散時間を1進める毎に同時に更新することを示すために記載したものであり、nを付した変数は現離散時間のデータのみを保持すればよく、配列とする必要はない。図3において、離散時間を更新した過去の状態n−1およびn−2は、Zバッファに内部状態データとして保持される。   For convenience of explanation, n in FIG. 3 is described to indicate that the discrete time is updated simultaneously every time one is advanced, and the variable with n need only hold the data of the current discrete time, There is no need for an array. In FIG. 3, past states n-1 and n-2 whose discrete times have been updated are held as internal state data in the Z buffer.

DSP123において、上述したIIRのパラメータ(式6〜式13)は、レジスタファイル201に割り当てられ、予めCPU127によって書き込まれる。そして、IIR計算DFIの計算結果のデータdataに、オフセットoffsetを加算して時比率データDoutとして出力する。なお、図3のブロック線図の計算およびオフセットの加算や更新をする際の中間データなども適宜レジスタファイル201に割り当てられる。   In the DSP 123, the above-described IIR parameters (Expression 6 to Expression 13) are allocated to the register file 201 and written in advance by the CPU 127. Then, the offset offset is added to the data data of the calculation result of the IIR calculation DFI, and the result is output as the time ratio data Dout. It should be noted that intermediate data and the like when calculating the block diagram of FIG. 3 and adding or updating offsets are also assigned to the register file 201 as appropriate.

DSP123は、上記したDSPプログラムを実行することにより、誤差値データEinにデータが書き込まれてから、9.53μs以内に時比率データDoutを出力する。   The DSP 123 outputs the time ratio data Dout within 9.53 μs after the data is written in the error value data Ein by executing the above-described DSP program.

DMAC126は、DSP123内のレジスタファイル201上の時比率データDoutを80ns以内にPWM生成部124内の時比率データレジスタ150に転送する。   The DMAC 126 transfers the time ratio data Dout on the register file 201 in the DSP 123 to the time ratio data register 150 in the PWM generator 124 within 80 ns.

制御系120におけるPWM生成部124は、上記スイッチング周波数50KHzの搬送波(キャリア周期20μs)で動作するように構成するもので、例えば分解能1nsであり、搬送波を三角波とすれば、1GHzにて動作する14bitアップ/ダウンカウンタで構成される。   The PWM generator 124 in the control system 120 is configured to operate with a carrier wave with a switching frequency of 50 KHz (carrier cycle 20 μs). For example, the resolution is 1 ns, and if the carrier wave is a triangular wave, 14 bits that operate at 1 GHz. Consists of an up / down counter.

初期値10,000から0までカウントダウンした後、10,000(0x2710)までカウントアップし、再び0までカウントダウンする動作を反復することで、50KHzの三角波としての動作が実現される。   By counting down from the initial value 10,000 to 0, counting up to 10,000 (0x2710), and counting down to 0 again, the operation as a 50 KHz triangular wave is realized.

そして、14bitアップ/ダウンカウンタが時比率データレジスタ150の内容未満であるとき、ゲート信号GSをアサートしてパワーステージ110のMOSFET113をオンし、該14bitアップ/ダウンカウンタの内容が時比率データレジスタ150の内容以上であるときゲート信号GSをネゲートしてMOSFET113をオフする。   When the 14-bit up / down counter is less than the content of the time ratio data register 150, the gate signal GS is asserted to turn on the MOSFET 113 of the power stage 110, and the content of the 14-bit up / down counter is The gate signal GS is negated and the MOSFET 113 is turned off.

これにより、時比率データレジスタ150の大きさがキャリア周期内のMOSFET113のオン期間とするパルス幅に変調される。そして、14bitアップ/ダウンカウンタ値が10,000(0x2710)となる度に、ADC121に対するキャリア周期開始パルス信号を出力する。   As a result, the size of the time ratio data register 150 is modulated to a pulse width which is the ON period of the MOSFET 113 within the carrier period. Each time the 14-bit up / down counter value reaches 10,000 (0x2710), a carrier cycle start pulse signal for the ADC 121 is output.

〈DSPプログラムの処理例〉
次に、上記した構成によるDSPプログラムの処理例について説明する。
<Example of DSP program processing>
Next, a processing example of the DSP program having the above configuration will be described.

図4は、DSPプログラムの一例を示すリストであり、図5は、図4のDSPプログラムのリストにおけるレジスタファイル201の割り当ての一例を示す説明図である。   4 is a list showing an example of the DSP program, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of assignment of the register file 201 in the DSP program list of FIG.

図4におけるリストのステップにおいて、「step」には、コントロールストレージ204の格納アドレスを示しており、前述の演算速度(1ステップ当り20μs)で動作するものとする。   In the steps of the list in FIG. 4, “step” indicates the storage address of the control storage 204, and it is assumed that the operation is performed at the above-described calculation speed (20 μs per step).

また、各ステップに記載した演算命令(上述した制御命令を除く命令)の書式は、特に制限されるものではなく、一般的なDSPにおける演算器構成技術によって容易に実現可能な演算をC言語の書式に準じて示している。   In addition, the format of the operation instructions (instructions other than the above-described control instructions) described in each step is not particularly limited, and operations that can be easily realized by the arithmetic unit construction technology in a general DSP are written in the C language. Shown according to the format.

変数SUMは、積和演算レジスタ202(36ビット)を示し、それ以外の変数は、図5にて示すように割り当てたレジスタファイル201上の格納領域(16ビットデータ)である。   The variable SUM indicates the product-sum operation register 202 (36 bits), and the other variables are storage areas (16-bit data) on the register file 201 assigned as shown in FIG.

また、シフト演算の定数は、当該ステップとともにコントロールストレージ204に格納された4ビットデータである。制御命令は、前記説明した機能を実行するものであり、その引数は、当該ステップの制御命令とともにコントロールストレージ204に格納された定数である。   The shift operation constant is 4-bit data stored in the control storage 204 together with the step. The control instruction executes the function described above, and the argument is a constant stored in the control storage 204 together with the control instruction of the step.

初期状態において、プログラム実行制御部205内のプログラムカウンタレジスタPCは、ステップ0を指し示している。CPU127によるプログラム実行制御部205内のプログラム実行制御レジスタCTLのビット操作によってDSPプログラムが開始されると、プログラム実行制御部205は、step0から図4のリストにおけるプログラムの各ステップが順次実行されていく。   In the initial state, the program counter register PC in the program execution control unit 205 points to step 0. When the DSP program is started by the bit operation of the program execution control register CTL in the program execution control unit 205 by the CPU 127, the program execution control unit 205 sequentially executes each step of the program in the list of FIG. 4 from step0. .

図4のリストのstep0において、DSP123は、係数mの格納番地(アドレス3)にデータが書きこまれるまで、プログラムカウンタレジスタPCをstep0のまま保持する。   In step 0 of the list of FIG. 4, the DSP 123 holds the program counter register PC as step 0 until data is written in the storage address (address 3) of the coefficient m.

CPU127がレジスタファイル201のアドレス3(係数m)にデータを書き込むことに呼応して、プログラムカウンタレジスタPCは、インクリメントされstep1以降のプログラムを順次実行していく。   In response to the CPU 127 writing data to address 3 (coefficient m) of the register file 201, the program counter register PC is incremented and sequentially executes the program after step1.

step1〜step3の実行において、IIR計算DFIの内部状態を保持するZバッファ群BFFの内部状態データが零クリアされる。そして、step4〜step5の実行においてオフセットoffsetが更新される。   In the execution of step 1 to step 3, the internal state data of the Z buffer group BFF that holds the internal state of the IIR calculation DFI is cleared to zero. Then, the offset offset is updated in the execution of step 4 to step 5.

step6において、DSP123は、誤差値データEinの格納番地について、step3同様にプログラムカウンタレジスタPCを保持(アドレス2のデータ書き込み待ち状態を保持)し、アドレス2のデータが書き込まれると、次ステップ以降のプログラムに進む。   At step 6, the DSP 123 holds the program counter register PC (holds the data write waiting state at address 2) in the same manner as step 3 for the storage address of the error value data Ein, and when the data at address 2 is written, Proceed to the program.

step7〜step24がIIR計算DFIであり、図3に示したブロック線図をプログラムしたものである。step7の左4ビットシフトする変数xは、図5に示すとおり誤差値データEinであり固定小数点位置を、(整数ビット.少数ビット)=(6.10)と見做して、当該stepからの固定小数点演算がなされる。   Steps 7 to 24 are IIR calculation DFIs, which are obtained by programming the block diagram shown in FIG. As shown in FIG. 5, the variable x that shifts 4 bits to the left of step 7 is error value data Ein, and the fixed-point position is (integer bit.fractional bit) = (6.10). An operation is performed.

すなわち、ADC121の出力の10ビットであるため、出力電圧モニタ信号VMが3.3V、すなわち、パワーステージ110の出力が330Vに対して1.0、正確には0x3FF/0x400となるように固定小数点位置を定める。前述した伝達関数の負帰還利得の計算は、このフィードバック利得(1/330)が織り込まれたものになっている。   That is, since it is 10 bits of the output of the ADC 121, the output voltage monitor signal VM is 3.3V, that is, the output of the power stage 110 is 1.0 with respect to 330V, more precisely 0x3FF / 0x400. Determine the location. The calculation of the negative feedback gain of the transfer function described above incorporates this feedback gain (1/330).

そして、前述のIIRパラメタータ(式6〜式13)は、図4に示すレジスタファイル201のアドレス7〜14に図5に示した固定小数点位置で整数化した初期値がCPU127によって書き込まれている。   In the IIR parameter data (Equation 6 to Equation 13) described above, the CPU 127 writes an initial value converted to an integer at the fixed-point position shown in FIG. 5 at addresses 7 to 14 of the register file 201 shown in FIG.

step8〜step22の桁合わせを含む演算の逐次的な実行により、一時データとしてtemp(アドレス3)に、固定小数点位置(1.15)の0.0〜1.0に正規化された時比率が計算される。   By sequential execution of operations including digit alignment of step 8 to step 22, the temporal ratio normalized to 0.0 to 1.0 of the fixed point position (1.15) is stored in temp (address 3) as temporary data. Calculated.

step23〜step24で、該時比率に前述したPWM生成部124における三角波の最大値10,000(0x2710)を乗じて、スケールを時比率データDoutに出力すべきデータ範囲にスケーリングする。   In step 23 to step 24, the time ratio is multiplied by the maximum value of the triangular wave 10,000 (0x2710) in the PWM generation unit 124 described above, and the scale is scaled to the data range to be output to the time ratio data Dout.

その後、step25にてオフセットoffsetを加算して、時比率データDout(アドレス0)に格納し、step26においてアドレス0に格納したデータの転送要求を発効する。   Thereafter, an offset offset is added at step 25 and stored in the duty ratio data Dout (address 0), and the transfer request for the data stored at address 0 is made effective at step 26.

続いて、step27にてプログラムカウンタレジスタPCがstep6に無条件に分岐し、上記アドレス2のデータ書き込み待ち状態に戻る。なお、Zバッファの離散時間の更新は、step12とstep20〜step21の演算命令で実行される。   Subsequently, at step 27, the program counter register PC branches unconditionally to step 6, and returns to the data write waiting state at the address 2. The update of the discrete time of the Z buffer is executed by operation instructions of step 12 and step 20 to step 21.

〈CPUの処理例〉
次に、CPU127におけるプログラムの処理、いわゆるCPUプログラムの処理について説明する。CPU127は、CPUプログラムに基づいて、DSPプログラムを含む制御系全体の動作を制御する。
<CPU processing example>
Next, processing of a program in the CPU 127, that is, processing of a so-called CPU program will be described. The CPU 127 controls the operation of the entire control system including the DSP program based on the CPU program.

図6は、CPU127によるメインプログラム500の処理例を示すフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart showing a processing example of the main program 500 by the CPU 127.

まず、CPU127は、ハードウェア設定処理を実行する(ステップS101)。このハードウェア設定処理は、ADC121、減算器122、DMAC125,126、およびPWM生成部124における動作設定処理であり、プログラムデータの書き込み処理および初期値の書き込み処理である。   First, the CPU 127 executes a hardware setting process (step S101). This hardware setting process is an operation setting process in the ADC 121, the subtractor 122, the DMACs 125 and 126, and the PWM generation unit 124, and is a program data writing process and an initial value writing process.

プログラムデータの書き込み処理は、DSP123のコントロールストレージ204への図4に示すリストのプログラムデータの書き込みである。初期値の書き込み処理は、レジスタファイル201への図5に示した初期値の書き込みを行う処理である。   The program data writing process is writing the program data of the list shown in FIG. 4 to the control storage 204 of the DSP 123. The initial value writing process is a process of writing the initial value shown in FIG.

続いて、CPU127が実行するプログラム内の変数の初期化、および制御系120内のディジタル処理する機能モジュール内の変数の初期化が行われる(ステップS102)。このステップS102の処理において、CPU127におけるプログラム内の変数および定数のうち、広域変数として用いられる主な変数および定数の初期化は次のとおりである。   Subsequently, initialization of the variables in the program executed by the CPU 127 and initialization of the variables in the functional module for digital processing in the control system 120 are performed (step S102). In the processing of step S102, initialization of main variables and constants used as global variables among the variables and constants in the program in the CPU 127 is as follows.

目標値は、電源装置100の出力電圧の目標値となる出力電圧モニタ信号VMのディジタル変換値である。出力電圧200Vを示す0x026Cを設定する。   The target value is a digital conversion value of the output voltage monitor signal VM that becomes the target value of the output voltage of the power supply apparatus 100. 0x026C indicating an output voltage of 200 V is set.

指令値Vrefは、パワーステージ110に対する出力電圧の指令値であり、指令値データレジスタ131に設定する変数値である。指令値Vrefの初期化は後述するステップS104の処理にて実行される。   The command value Vref is a command value of an output voltage for the power stage 110 and is a variable value set in the command value data register 131. The initialization of the command value Vref is executed in the process of step S104 described later.

異常値は、電源装置100が規定する出力電圧となる出力電圧モニタ信号VMのディジタル変換値である。例えば出力電圧200Vの10%とする場合は、220Vを示す0x02AAを設定する。   The abnormal value is a digital conversion value of the output voltage monitor signal VM that is an output voltage defined by the power supply apparatus 100. For example, when the output voltage is 10% of 200V, 0x02AA indicating 220V is set.

許容値は、IIR計算がスタック状態に陥ったことを検出するための誤差値データEinの絶対値に対する許容電圧である。例えば出力電圧200V±5%とする場合は、10Vを示す0x001Fを設定する。   The allowable value is an allowable voltage with respect to an absolute value of the error value data Ein for detecting that the IIR calculation is stuck. For example, when the output voltage is 200V ± 5%, 0x001F indicating 10V is set.

収束値は、IIR計算においてパワーステージが定常状態になったか否かを判定するための誤差値データEinの絶対値に対する収束電圧である。例えば出力電圧200V±2%、これはリプル電圧を1%以内としてその4倍とする場合は、4Vを示す0x000Cを設定する。   The convergence value is a convergence voltage with respect to the absolute value of the error value data Ein for determining whether or not the power stage is in a steady state in the IIR calculation. For example, when the output voltage is 200V ± 2%, and the ripple voltage is within 1% and is four times that, 0x000C indicating 4V is set.

ΔVrefは、スタートアップおよびスタックからの再起時に指令値Vrefを目標値
まで上昇させるための刻み量である。誤差値の絶対値の収束値より大きいとし、例えば5Vとする。
ΔVref is a step amount for increasing the command value Vref to a target value at the time of start-up and restart from the stack. It is assumed that it is larger than the convergence value of the absolute value of the error value, for example, 5V.

収束カウンタは、IIR計算においてパワーステージが定常状態になったことを判定するためのカウンタ変数である。ステップS102の処理における初期化では、0に設定する。   The convergence counter is a counter variable for determining that the power stage is in a steady state in the IIR calculation. In the initialization in the process of step S102, 0 is set.

収束判定カウント値は、IIR計算においてパワーステージが定常状態に収束したと判断する収束カウンタの値であり、キャリア周期の回数で指定する。例えば、指令値Vrefに比例して算出する変数とする。あるいは、例えば20(400μsに相当)とする定数の設定としてもよい。   The convergence determination count value is a value of a convergence counter that determines that the power stage has converged to a steady state in IIR calculation, and is specified by the number of carrier cycles. For example, the variable is calculated in proportion to the command value Vref. Alternatively, for example, a constant of 20 (corresponding to 400 μs) may be set.

スタック検出カウンタは、IIR計算がスタック状態に陥ったことを検出するためのカウンタ変数である。ステップS102の処理の初期化では、0に設定する。   The stack detection counter is a counter variable for detecting that the IIR calculation is stuck. In initialization of the processing in step S102, 0 is set.

スタック判定カウント値は、IIR計算がスタック状態に陥ったと判断する収束カウンタの値であり、キャリア周期の回数で指定する。例えば250(5msに相当)を設定する。   The stack determination count value is a value of a convergence counter that determines that the IIR calculation is stuck, and is specified by the number of carrier cycles. For example, 250 (corresponding to 5 ms) is set.

異常検出フラグは、電源装置100の出力電圧が前述した異常値を超過した場合に“1”とする状態変数である。ステップS102の処理の初期化では、0に設定する。   The abnormality detection flag is a state variable that is set to “1” when the output voltage of the power supply apparatus 100 exceeds the abnormal value described above. In initialization of the processing in step S102, 0 is set.

また、ステップS102の処理において、PWM生成部124内の時比率データレジスタ150、および減算器122内の誤差値データ計算結果レジスタ130と指令値データレジスタ131を零(0x0000)に初期化する。そして、ステップS102の処理において、DSP123のプログラム実行制御部205内のプログラムカウンタレジスタPCを零(0x0000)に初期化する。   In the process of step S102, the time ratio data register 150 in the PWM generation unit 124, the error value data calculation result register 130 in the subtractor 122, and the command value data register 131 are initialized to zero (0x0000). In step S102, the program counter register PC in the program execution control unit 205 of the DSP 123 is initialized to zero (0x0000).

そして、電源制御割り込み有効化処理を実行する(ステップS103)。この電源制御割り込み有効化処理は、電源装置100におけるスイッチング電源制御方式を、図7に示すキャリア周期単位に実行する電源制御割り込みルーチンにて実現するために、電源制御割り込みルーチンに対する割り込みを有効化する。   Then, a power supply control interrupt enabling process is executed (step S103). This power control interrupt enabling process enables the interrupt for the power control interrupt routine to realize the switching power control method in the power supply apparatus 100 in the power control interrupt routine executed in the carrier cycle unit shown in FIG. .

電源制御割り込みルーチンに対する割り込みは、例えば、DMAC125における誤差値データEinへのデータ転送完了毎に割り込み要因を生成するデータ転送完了割り込みとすることができる。   The interrupt for the power control interrupt routine can be, for example, a data transfer completion interrupt that generates an interrupt factor each time data transfer to the error value data Ein in the DMAC 125 is completed.

続いて、ADC121、減算器122、DMAC125、およびDMAC126を動作可能状態にする(ステップS104)。その後、CPU127からADC121への制御信号をアサートしてネゲートすることでADC121を1度だけ動作させる。   Subsequently, the ADC 121, the subtractor 122, the DMAC 125, and the DMAC 126 are made operable (step S104). Thereafter, the ADC 121 is operated only once by asserting and negating the control signal from the CPU 127 to the ADC 121.

これにより、減算器122およびDMAC125が動作し、レジスタファイル201上の誤差値データEinにデータが格納された後、該誤差値データEinをリードし、現在の指令値データレジスタ131に設定されている指令値Vref(初期値は任意)を減算する。これによって、現在の出力電圧を求めて、求めた出力電圧を指令値Vrefの初期値とするとともに、該初期化した指令値Vrefを指令値データレジスタ131に書き込む。   As a result, the subtractor 122 and the DMAC 125 operate, and after the data is stored in the error value data Ein on the register file 201, the error value data Ein is read and set in the current command value data register 131. The command value Vref (initial value is arbitrary) is subtracted. Thus, the current output voltage is obtained, the obtained output voltage is set as the initial value of the command value Vref, and the initialized command value Vref is written in the command value data register 131.

そして、DSP123のプログラム実行制御部205内のプログラム実行制御レジスタCTLをビット操作して、図4に示すDSPプログラムの実行を開始し、レジスタファイル201内の係数m(アドレス3)に零(0x0000)を書き込む。   Then, the program execution control register CTL in the program execution control unit 205 of the DSP 123 is bit-operated to start execution of the DSP program shown in FIG. 4, and the coefficient m (address 3) in the register file 201 is zero (0x0000). Write.

これにより、ADC121、減算器122、およびDMAC125,126は、各実行開始を制御する信号待ち状態となり、DSP123は、IIR計算(図4のstep6以降)をするためのレジスタファイル201内の誤差値データEin(アドレス2)への書き込み待ち状態となる。その後、PWM生成部124の実行を開始することで、出力電圧の立ち上がりをなだらかにする制御であるソフトスタートからの昇圧変換が開始される。   As a result, the ADC 121, the subtractor 122, and the DMACs 125 and 126 enter a signal waiting state for controlling the start of execution, and the DSP 123 performs error value data in the register file 201 for performing IIR calculation (step 6 and subsequent steps in FIG. 4). It enters a state of waiting for writing to Ein (address 2). Thereafter, by starting the execution of the PWM generation unit 124, the boost conversion from the soft start, which is a control for smoothing the rising of the output voltage, is started.

そして、CPU127は、システム監視処理を実行する(ステップS105)。システム監視処理は、例えば外部から与えられる停止などのシステム全般の信号制御、あるいは過電流検出などの異常検出の異常処理が行われ、外部からの停止要求や回復不可能なエラーを検出した場合に、PWM生成部124から出力するゲート信号GSをネゲートして電源装置100の動作を停止する(ステップS106)。   The CPU 127 executes system monitoring processing (step S105). System monitoring processing is performed when, for example, signal control of the entire system such as stop given from the outside, or abnormal processing of abnormality detection such as overcurrent detection is performed, and an external stop request or an unrecoverable error is detected. The gate signal GS output from the PWM generator 124 is negated to stop the operation of the power supply apparatus 100 (step S106).

〈電源制御割り込みルーチンの処理例〉
図7は、図6のステップS103の処理にて有効化される電源制御割り込みルーチンにおける処理の一例を示すフローチャートである。
<Example of power control interrupt routine processing>
FIG. 7 is a flowchart showing an example of processing in the power control interrupt routine that is validated in the processing of step S103 in FIG.

電源制御割り込みルーチンは、図6にて説明したとおり、キャリア周期毎の割り込みによって呼び出される。   As described with reference to FIG. 6, the power control interrupt routine is called by an interrupt for each carrier cycle.

図7において、電源制御割り込みルーチンは、異常処理、IIR計算のスタックの検出とIIR再起処理、およびソフトスタート処理が行われる。   In FIG. 7, the power supply control interrupt routine performs an abnormal process, IIR calculation stack detection, IIR restart process, and soft start process.

まず、異常処理について説明する。DSP123の誤差値データEinがリードされ、現在の指令値Vrefから誤差値データEinを減算した値、すなわち出力電圧を計算して、これと異常値と比較する(ステップS201)。   First, the abnormality process will be described. The error value data Ein of the DSP 123 is read, and a value obtained by subtracting the error value data Ein from the current command value Vref, that is, an output voltage is calculated and compared with an abnormal value (step S201).

減算値が異常値以上、すなわち出力電圧が異常電圧である場合は、異常検出フラグを“1”にセットして割り込み処理を終了する(ステップS202)。異常検出フラグが“1”である場合には、図6におけるステップS105において処理され、電源装置100の動作を終了する。   If the subtraction value is equal to or greater than the abnormal value, that is, the output voltage is an abnormal voltage, the abnormality detection flag is set to “1” and the interrupt process is terminated (step S202). If the abnormality detection flag is “1”, the process is performed in step S105 in FIG. 6 and the operation of the power supply apparatus 100 is terminated.

続いて、IIR計算DFIのスタック検出および再起処理について説明する。   Next, stack detection and restart processing of IIR calculation DFI will be described.

ステップS201の処理においてリードした誤差値データEinの絶対値と許容値とを比較する(ステップS203)。許容値を超過していた場合は、収束カウンタを零クリアし(ステップS204)、スタック検出カウンタをインクリメントする(ステップS205)。   The absolute value of the error value data Ein read in the process of step S201 is compared with the allowable value (step S203). If the allowable value is exceeded, the convergence counter is cleared to zero (step S204), and the stack detection counter is incremented (step S205).

そして、スタック検出カウンタが比較され(ステップS206)、スタック判定カウント値未満であれば割り込み処理を終了する。また、スタック判定カウント値に達している場合は、スタック状態に陥ったと判断され、指令値Vrefを更新し(ステップS207)、IIR計算DFIの再起処理を行った後(ステップS216)、スタック検出カウンタを零クリアし(ステップS208)、割り込み処理を終了する。   Then, the stack detection counter is compared (step S206), and if it is less than the stack determination count value, the interrupt process is terminated. If the stack determination count value has been reached, it is determined that the stack state has been reached, the command value Vref is updated (step S207), the IIR calculation DFI is restarted (step S216), and then the stack detection counter Is cleared to zero (step S208), and the interrupt process is terminated.

ステップS207の処理では、CPU127が広域変数で管理する現在の指令値Vrefから誤差値データEinを減算することでパワーステージ110の出力電圧を示すディジタル値を求めて該指令値Vrefを更新する。このとき、該減算した結果が目標値を超過した場合、指令値Vrefが目標値となるように更新する。   In the process of step S207, the CPU 127 obtains a digital value indicating the output voltage of the power stage 110 by subtracting the error value data Ein from the current command value Vref managed by the wide area variable, and updates the command value Vref. At this time, when the subtraction result exceeds the target value, the command value Vref is updated so as to become the target value.

〈IIR再起処理の例〉
図8は、図6のステップS216の処理におけるIIR再起処理の一例を示すフローチャートである。
<Example of IIR restart processing>
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the IIR restart process in the process of step S216 of FIG.

まず、DSPプログラムの実行を、図4のstep0に移して係数mの書き込み待ち状態にする(ステップS301)。そして、図6のステップS207の処理において更新した指令値Vrefを減算器122の指令値データレジスタ131に書き込む(ステップS302)。   First, the execution of the DSP program is shifted to step 0 of FIG. 4 to wait for the writing of the coefficient m (step S301). Then, the command value Vref updated in the process of step S207 of FIG. 6 is written in the command value data register 131 of the subtractor 122 (step S302).

そして、係数mに書き込む値を通常は1.0(0x7FFF)とし(ステップS303)、図7のステップS207の処理にて減算が目標値超過した場合にはその度合いに応じて1.0より小さく(ただし、0.0以上)なるように計算する。   Then, the value to be written to the coefficient m is normally set to 1.0 (0x7FFF) (step S303), and when the subtraction exceeds the target value in the process of step S207 in FIG. 7, it is smaller than 1.0 depending on the degree. (However, it is calculated to be 0.0 or more).

レジスタファイル201の係数mに係数を書き込むことで、DSP123は、IIR計算DFIの内部状態であるZバッファ群BFFの内部状態データを零クリアし、現在の時比率データDoutを乗数mしてオフセットoffsetとした後、図4のstep6以降のIIR計算の実行開始待ち状態になる。   By writing the coefficient to the coefficient m of the register file 201, the DSP 123 clears the internal state data of the Z buffer group BFF, which is the internal state of the IIR calculation DFI, to zero, and multiplies the current time ratio data Dout by the multiplier m to offset offset. After that, the execution wait state for IIR calculation after step 6 in FIG.

ステップS207,S216の処理により、IIRの内部状態はクリアされるが、パワーステージ110の出力電圧を指令値Vrefにすることで引き続き入力する誤差データEinは零から始まるデータ列となり、オーバーフローすることなく計算可能な状態となる。そして、IIRの出力をオフセットとして出力に加算することで、PWM生成部124の時比率データレジスタ150への出力を連続にすることができる。   Although the internal state of the IIR is cleared by the processing of steps S207 and S216, the error data Ein that is continuously input by setting the output voltage of the power stage 110 to the command value Vref becomes a data string starting from zero, and does not overflow. It can be calculated. Then, by adding the output of IIR to the output as an offset, the output to the time ratio data register 150 of the PWM generation unit 124 can be made continuous.

〈出力電圧の変化による処理例〉
図9は、負荷変動が発生した際のパワーステージ110における出力電圧の変化の一例を示した説明図である。
<Example of processing due to change in output voltage>
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a change in output voltage in the power stage 110 when a load change occurs.

図9において、目標値と等しい出力電圧に制御されている定常状態から、急激な負荷変動に伴い時比率を大きく変動させるIIR計算において、オーバーフローあるいはアンダーフローが発生し、これによって、出力電圧が点線にて示す出力電圧変化802に示すようにスタックした場合であっても、実線で示す出力電圧変化801の動作となるようにスタック状態を解消してIIR計算を再起させる制御を可能とすることができる。   In FIG. 9, an overflow or underflow occurs in the IIR calculation in which the time ratio is greatly changed with a sudden load change from the steady state where the output voltage is controlled to be equal to the target value. Even when stacking is performed as indicated by the output voltage change 802 indicated by, it is possible to perform control for resuming the IIR calculation by eliminating the stack state so that the operation of the output voltage change 801 indicated by the solid line is performed. it can.

また、図7のステップS207の処理において、指令値Vrefを現在の出力電圧にする際、目標値以下に制限することで、IIR計算のオーバーフローやアンダーフローによってパワーステージ110の出力電圧が異常値となることを未然に回避することができる。   Further, in the process of step S207 in FIG. 7, when the command value Vref is set to the current output voltage, the output voltage of the power stage 110 becomes an abnormal value due to overflow or underflow of IIR calculation by limiting it to a target value or less. Can be avoided in advance.

〈ソフトスタート処理例〉
次に、ソフトスタート処理について説明する。
<Example of soft start processing>
Next, the soft start process will be described.

図7において、現在の指令値Vrefと目標値が比較され、目標値未満の場合にステップS210の処理以降のソフトスタート処理を実行し(ステップS209)、目標値である場合は、定常状態としてスタック検出カウンタを零クリアし(ステップS208)、割り込み処理を終了する。   In FIG. 7, the current command value Vref is compared with the target value, and if it is less than the target value, the soft start processing after the processing in step S210 is executed (step S209). The detection counter is cleared to zero (step S208), and the interrupt process is terminated.

目標値でない場合は、ステップS201の処理においてリードした誤差値データEinの絶対値が収束値と比較され(ステップS210)、収束値を超過している場合はステップS203の処理以降のスタック検出と再起処理と同一の処理が行われる。また、収束値以下である場合は、ステップS211の処理以降の収束判定と指令値Vrefの更新、およびIIR再起処理を用いたソフトスタートが行われる。   If it is not the target value, the absolute value of the error value data Ein read in the process of step S201 is compared with the convergence value (step S210). If the convergence value is exceeded, the stack detection and restart after the process of step S203 are performed. The same processing as the processing is performed. On the other hand, if the value is equal to or less than the convergence value, the convergence determination after the processing in step S211, the update of the command value Vref, and the soft start using the IIR restart process are performed.

ステップS210の処理において、収束値を超過している場合は、リードした誤差値データEinの絶対値が収束値以内の場合に収束カウンタをインクリメントする(ステップS211)。   In the process of step S210, if the convergence value is exceeded, the convergence counter is incremented if the absolute value of the read error value data Ein is within the convergence value (step S211).

続いて、収束カウンタが収束判定カウント値以上であるか否かを判断し(ステップS212)、収束判定カウント値未満であれば割り込み処理を終了する。また、ステップS212の処理において、収束カウンタが収束判定カウント値に達している場合は、収束したと判断し、現在の指令値VrefにΔVrefを加算して指令値Vrefを更新する(ステップS213)。ステップS213の処理の加算結果が目標値を超過する場合は、指令値Vrefを目標値とする。   Subsequently, it is determined whether or not the convergence counter is equal to or greater than the convergence determination count value (step S212). If the convergence counter is less than the convergence determination count value, the interrupt process is terminated. In the process of step S212, if the convergence counter has reached the convergence determination count value, it is determined that it has converged, and ΔVref is added to the current command value Vref to update the command value Vref (step S213). When the addition result of the process of step S213 exceeds the target value, the command value Vref is set as the target value.

そして、収束カウンタを零クリアする(ステップS214)。その後、ステップS216の処理を行うことにより、スタートアップに伴うZバッファの増加を抑制し、IIR計算のオーバーフローやアンダーフローすることを未然に回避することができる。   Then, the convergence counter is cleared to zero (step S214). After that, by performing the process of step S216, it is possible to suppress an increase in the Z buffer accompanying startup and avoid an overflow or underflow of IIR calculation.

なお、ソフトスタート期間中であっても、誤差値データEinが許容値を逸脱した場合は、反復的な電源制御割り込みルーチンの実行において、ステップS203の処理による分岐においてスタック検出および再起処理と同一の処理が行われる。   Even during the soft start period, if the error value data Ein deviates from the allowable value, in the execution of the repetitive power control interrupt routine, the same processing as the stack detection and restart processing is performed in the branch by the processing in step S203. Processing is performed.

また、スタートアップにおいて、急激な時比率の増加は過大な突入電流となる。それを防ぐためには、例えばインタバルカウンタが広域変数として設けられる。そして、ステップS212の処理では、指令値Vrefの更新から少なくとも必要期間経過後に、ステップS213の処理を行うための判定が追加され、指令値Vrefの時間的な増加が制限される。   Also, at start-up, a sudden increase in duty ratio results in an excessive inrush current. In order to prevent this, for example, an interval counter is provided as a global variable. In the process of step S212, a determination for performing the process of step S213 is added at least after a necessary period has elapsed since the update of the command value Vref, and the increase in the command value Vref over time is limited.

インタバルカウンタは、電源制御割り込みルーチンが呼び出される都度インクリメントし、ステップS214の処理の収束カウンタのクリアともに零クリアする。必要期間の経過を判定するインタバル判定カウント値は例えば500とされる。   The interval counter is incremented each time the power control interrupt routine is called, and is cleared to zero together with the clearing of the convergence counter in the process of step S214. The interval determination count value for determining the passage of the necessary period is, for example, 500.

〈スタートアップの出力電圧の変化による処理例〉
図10は、パワーステージ110のスタートアップにおける出力電圧の変化の一例を示す説明図である。
<Example of processing due to change in startup output voltage>
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a change in the output voltage at the startup of the power stage 110.

この図10において、定常状態の制御に最適化されたビット長の演算器が、スタートアップ時に大きな電圧変化でZバッファがオーバーフローしてしまう場合には、出力電圧が点線にて示す出力電圧変化903となってしまうことになる。   In FIG. 10, when a bit length arithmetic unit optimized for steady-state control causes the Z buffer to overflow due to a large voltage change at start-up, the output voltage is changed to an output voltage change 903 indicated by a dotted line. Will end up.

しかし、パワーステージ110では、指令値Vrefの上昇とともに増加するZバッファの内部状態データを零クリアしながら時比率を上昇させることができるのでオーバーフローを起こすことなく、出力電圧を実線にて示す出力電圧変化901となるようにソフトスタートを実現することが可能になる。   However, in the power stage 110, since the duty ratio can be increased while clearing the internal state data of the Z buffer that increases with the increase of the command value Vref to zero, the output voltage is indicated by a solid line without causing an overflow. It is possible to realize a soft start so that the change 901 occurs.

また、ソフトスタート期間中に、温度変化などの外乱によって、IIR計算におけるオーバーフローあるいはアンダーフローが発生し、出力がスタックするような場合には、IIR計算によるスタックの検出およびIIR再起処理が実行される。   In addition, when an overflow or underflow occurs in the IIR calculation due to a disturbance such as a temperature change during the soft start period and the output is stacked, the stack detection and the IIR restart process are executed by the IIR calculation. .

これによって、出力電圧は、例えば図10の一点鎖線に示す出力電圧変化902となるようにスタック状態を解消してIIR計算を再起させる制御を可能とすることができる。   As a result, the output voltage can be controlled such that the stack state is canceled and the IIR calculation is restarted so that the output voltage changes 902 indicated by the one-dot chain line in FIG. 10, for example.

以上により、誤差値が所定の許容値以内の場合には指令値Vrefを目標値に近づけていくことによってスタートアップのソフトスタート制御を実現することができる。   As described above, when the error value is within a predetermined allowable value, the soft start control of the startup can be realized by bringing the command value Vref close to the target value.

また、IIR計算に係る変数の格納領域のビット長が桁あふれ(オーバーフロー)または桁落ち(アンダーフロー)を起こして時比率の更新がされない状態に陥っても、指令値Vrefを現在のパワーステージ110の出力値に設定する。そして、DSP123におけるIIRフィルタのZバッファの内部状態データを零クリアすることで、スタートアップ時同様のIIR計算が可能な状態に復帰することができる。   Even if the bit length of the storage area of the variable related to the IIR calculation overflows (overflows) or drops (underflows) and the time ratio is not updated, the command value Vref is set to the current power stage 110. Set to the output value of. Then, the internal state data of the Z buffer of the IIR filter in the DSP 123 can be cleared to zero to return to a state where IIR calculation similar to that at the start-up is possible.

桁あふれ(オーバーフロー)または桁落ち(アンダーフロー)は、スタートアップ時のパワーステージ110の過渡状態における突入電流や定常状態を含めた負荷変動や温度変化などの外乱に起因した回路パラメータの変動により、時比率に大きな変更を要したことにより発生する。   The overflow (overflow) or underflow (underflow) is caused by fluctuations in circuit parameters caused by disturbances such as inrush current in the transient state of the power stage 110 at start-up and load fluctuations including steady state and temperature changes. This is caused by a large change in the ratio.

同時に、オフセット値に現在の時比率を設定することで、時比率は連続した動作になるので、線形性を大きく逸脱することなく時比率の制御が可能にできる。   At the same time, by setting the current duty ratio to the offset value, the duty ratio becomes a continuous operation, so that the duty ratio can be controlled without greatly deviating from linearity.

すなわち、本実施の形態による電源装置100の制御技術によれば、回路パラメータの変動で時比率に大きな変更があった場合には、ディジタル演算器のオーバーフローあるいはアンダーフローを許容することができる。これによって、IIRフィルタ計算に係る変数の整数部をパワーステージ110の定常状態に演算に必要最低限のビット長とすることができる。   In other words, according to the control technique of power supply apparatus 100 according to the present embodiment, when the time ratio is largely changed due to a change in circuit parameters, overflow or underflow of the digital arithmetic unit can be allowed. As a result, the integer part of the variable related to the IIR filter calculation can be set to the minimum bit length necessary for the calculation in the steady state of the power stage 110.

このことは、パワーステージ110の定常状態についてのディジタル制御に、メモリ格納領域のビット長の内の多くの桁数を小数部として割り当てることを可能とさせ、その結果、ビット長の少ない固定小数点演算器にて高精度なディジタル電源制御技術を提供するということができる。   This makes it possible to assign a large number of digits in the bit length of the memory storage area as a fractional part to the digital control of the power stage 110 in the steady state, and as a result, a fixed-point operation with a small bit length. It can be said that a high-precision digital power supply control technology is provided by the device.

(実施の形態2)
〈概要〉
本実施の形態2では、IIR計算DFIをハードウェア化したディジタル制御スイッチング電源装置の例について説明する。
(Embodiment 2)
<Overview>
In the second embodiment, an example of a digitally controlled switching power supply device in which the IIR calculation DFI is implemented as hardware will be described.

前記実施の形態1では、図3の演算器203の機能をDSPソフトウェアによって構成したが、演算器203は、論理回路によるハードウェアによって構成することもできる。   In the first embodiment, the function of the arithmetic unit 203 in FIG. 3 is configured by DSP software. However, the arithmetic unit 203 can also be configured by hardware by a logic circuit.

〈演算器の構成例〉
図11は、本実施の形態2によるDSP123における演算器203の動作を論理回路にて実現したときのブロック線図の一例を示す説明図である。
<Configuration example of computing unit>
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a block diagram when the operation of the arithmetic unit 203 in the DSP 123 according to the second embodiment is realized by a logic circuit.

図11において、IIR計算を行う論理回路は、1本の制御信号modifyが外部から与えられる。制御信号modifyがアサートすると、Zバッファの内部状態データは零クリアされ、オフセットには、IIR計算DFIの出力である時比率データDoutに係数mを乗じて格納される。   In FIG. 11, a logic circuit that performs IIR calculation is given one control signal “modify” from the outside. When the control signal modify is asserted, the internal state data of the Z buffer is cleared to zero, and the offset is stored by multiplying the time ratio data Dout, which is the output of the IIR calculation DFI, by the coefficient m.

前記実施の形態1にて説明したDSP123を図11に示すブロック線図で動作する論理回路に置き換える。そして、図8にて示したIIR再起処理であるステップS216の処理において、ステップS301の処理を省き、ステップS303の処理の次に図11の制御信号modifyを、該論理回路の動作クロックの1クロックだけアサートする実行ステップを設ける。   The DSP 123 described in the first embodiment is replaced with a logic circuit that operates according to the block diagram shown in FIG. Then, in the process of step S216 which is the IIR restart process shown in FIG. 8, the process of step S301 is omitted, and after the process of step S303, the control signal “modify” of FIG. There is an execution step that only asserts.

これによって、その他の回路構成、CPU127の制御、制御系120の動作、および効果を前記実施の形態1と同様に実現することができる。さらに、回路の最適化が可能になるので、ハードウェアをより小さく実現することができる。   As a result, other circuit configurations, control of the CPU 127, operation of the control system 120, and effects can be realized as in the first embodiment. Furthermore, since the circuit can be optimized, the hardware can be made smaller.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。   Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

100 電源装置
110 パワーステージ
111 入力電源端子
112 インダクタ
113 MOSFET
114 ダイオード
115 コンデンサ
116 出力端子
117 抵抗
118 抵抗
120 制御系
121 ADC
122 減算器
123 DSP
124 PWM生成部
130 誤差値データ計算結果レジスタ
131 指令値データレジスタ
150 時比率データレジスタ
201 レジスタファイル
202 積和演算レジスタ
203 演算器
204 コントロールストレージ
205 プログラム実行制御部
206 CPUインタフェース
207 DMAインタフェース
CTL プログラム実行制御レジスタ
PC プログラムカウンタレジスタ
100 power supply device 110 power stage 111 input power supply terminal 112 inductor 113 MOSFET
114 Diode 115 Capacitor 116 Output terminal 117 Resistor 118 Resistor 120 Control system 121 ADC
122 Subtractor 123 DSP
124 PWM generation unit 130 Error value data calculation result register 131 Command value data register 150 Time ratio data register 201 Register file 202 Product-sum operation register 203 Calculator 204 Control storage 205 Program execution control unit 206 CPU interface 207 DMA interface CTL Program execution control Register PC Program counter register

Claims (6)

PWM信号に基づいて、スイッチングを行うスイッチ部を有し、直流の電源電圧を任意の直流電圧に変換するDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータから出力される出力電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータが生成する電源電圧を制御する電圧制御部と、
を備え、
前記電圧制御部は、
前記DC/DCコンバータから出力される電圧をディジタルデータに変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器が変換した前記ディジタルデータに基づいて、前記スイッチ部をオンする時間的割合を算出し、制御ディジタルデータとして出力するディジタル演算器と、
前記ディジタル演算器が算出した前記制御ディジタルデータに基づいて、前記スイッチ部を駆動する前記PWM信号を生成するPWM生成部と、
を有し、
前記ディジタル演算器は、少なくとも前記A/D変換器のサンプリング周波数に同期して、前記A/D変換器が変換したディジタルデータから設定された指令値を減算した誤差データ、前記ディジタル演算器におけるディジタル演算の内部状態データ、およびディジタルフィルタによる計算結果である算出結果データをそれぞれ保持および更新し、前記算出結果データに加算するオフセットデータを保持し、前記誤差データの時間的変化に応じて、前記ディジタル演算器が算出した前記制御ディジタルデータを次の算出結果データへの加算値とするように前記オフセットデータに保持し、前記内部状態データをクリアし、クリアした際の前記A/D変換器から出力される前記ディジタルデータを前記指令値とすることにより前記誤差データをクリアする、スイッチング電源装置。
A DC / DC converter that has a switch unit that performs switching based on the PWM signal and converts a DC power supply voltage into an arbitrary DC voltage;
A voltage control unit that controls a power supply voltage generated by the DC / DC converter based on an output voltage output from the DC / DC converter;
With
The voltage controller is
An A / D converter that converts the voltage output from the DC / DC converter into digital data;
Based on the digital data converted by the A / D converter, a time ratio for turning on the switch unit is calculated and output as control digital data;
Based on the control digital data calculated by the digital arithmetic unit, a PWM generation unit that generates the PWM signal for driving the switch unit;
Have
The digital computing unit includes error data obtained by subtracting a command value set from digital data converted by the A / D converter in synchronization with at least the sampling frequency of the A / D converter, and digital data in the digital computing unit. The internal state data of the calculation and the calculation result data which is the calculation result by the digital filter are respectively held and updated, the offset data to be added to the calculation result data is held, and the digital data is changed according to the temporal change of the error data. The control digital data calculated by the arithmetic unit is held in the offset data so as to be added to the next calculation result data, the internal state data is cleared, and output from the A / D converter when cleared The error data is obtained by using the digital data to be the command value. To Rear, switching power supply device.
請求項記載のスイッチング電源装置において、
前記ディジタル演算器は、前記誤差データが、設定された期間以上継続してしきい値よりも大きくなると、前記ディジタル演算器が算出した直前の前記制御ディジタルデータを次の前記算出結果データへの加算値とするように前記オフセットデータに保持する、スイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 1 ,
The digital computing unit adds the control digital data immediately before the calculation by the digital computing unit to the next calculation result data when the error data continuously exceeds a threshold value for a set period or longer. A switching power supply device that holds the offset data so as to be a value.
請求項記載のスイッチング電源装置において、
前記ディジタル演算器は、前記しきい値または前記期間の少なくともいずれかを、前記A/D変換器が変換した前記ディジタルデータあるいは前記指令値の大きさに応じて算出する、スイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 2 ,
The switching unit according to claim 1, wherein the digital computing unit calculates at least one of the threshold value and the period in accordance with the digital data converted by the A / D converter or the magnitude of the command value.
PWM信号に基づいて、スイッチングを行うスイッチ部を有し、直流の電源電圧を任意の直流電圧に変換するDC/DCコンバータから出力される出力電圧に基づいて、前記DC/DCコンバータが生成する電源電圧を制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部は、
前記DC/DCコンバータから出力される電圧をディジタルデータに変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器が変換した前記ディジタルデータに基づいて、前記スイッチ部をオンする時間的割合を算出し、制御ディジタルデータとして出力するディジタル演算器と、
前記ディジタル演算器が算出した前記制御ディジタルデータに基づいて、前記スイッチ部を駆動する前記PWM信号を生成するPWM生成部と、
を有し、
前記ディジタル演算器は、少なくとも前記A/D変換器のサンプリング周波数に同期して、前記A/D変換器が変換したディジタルデータから設定された指令値を減算した誤差データ、前記ディジタル演算器におけるディジタル演算の内部状態データ、およびディジタルフィルタによる算出結果データをそれぞれ保持および更新し、前記算出結果データに加算するオフセットデータを保持し、前記誤差データの時間的変化に応じて、前記ディジタル演算器が算出した前記制御ディジタルデータを次の算出結果データへの加算値とするように前記オフセットデータに保持し、前記内部状態データをクリアし、クリアした際の前記A/D変換器から出力される前記ディジタルデータを前記指令値とすることにより前記誤差データをクリアする、半導体集積回路装置。
A power supply generated by the DC / DC converter based on an output voltage output from a DC / DC converter that has a switch unit that performs switching based on a PWM signal and converts a DC power supply voltage into an arbitrary DC voltage A voltage control unit for controlling the voltage;
The voltage controller is
An A / D converter that converts the voltage output from the DC / DC converter into digital data;
Based on the digital data converted by the A / D converter, a time ratio for turning on the switch unit is calculated and output as control digital data;
Based on the control digital data calculated by the digital arithmetic unit, a PWM generation unit that generates the PWM signal for driving the switch unit;
Have
The digital computing unit includes error data obtained by subtracting a command value set from digital data converted by the A / D converter in synchronization with at least the sampling frequency of the A / D converter, and digital data in the digital computing unit. The internal state data of the calculation and the calculation result data by the digital filter are respectively held and updated, the offset data to be added to the calculation result data is held, and the digital arithmetic unit calculates in accordance with the temporal change of the error data The control digital data is stored in the offset data so as to be added to the next calculation result data, the internal state data is cleared, and the digital output from the A / D converter when the data is cleared clearing the error data by the data and the command value, half Body integrated circuit device.
請求項記載の半導体集積回路装置において、
前記ディジタル演算器は、前記誤差データが、設定された期間以上継続してしきい値よりも大きくなると、前記ディジタル演算器が算出した直前の前記制御ディジタルデータを次の前記算出結果データへの加算値とするように前記オフセットデータに保持する、半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to claim 4 .
The digital computing unit adds the control digital data immediately before the calculation by the digital computing unit to the next calculation result data when the error data continuously exceeds a threshold value for a set period or longer. A semiconductor integrated circuit device which holds the offset data so as to be a value.
請求項記載の半導体集積回路装置において、
前記ディジタル演算器は、前記しきい値または前記期間の少なくともいずれかを、前記A/D変換器が変換した前記ディジタルデータあるいは前記指令値の大きさに応じて算出する、半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to claim 5 .
The semiconductor integrated circuit device, wherein the digital arithmetic unit calculates at least one of the threshold value and the period in accordance with the digital data converted by the A / D converter or the magnitude of the command value.
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