JP6392644B2 - 電源制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源制御装置に関する。より特定的には、本発明は、電流リップルの対策を図った電源制御装置に関する。

ＡＣ／ＤＣ電源から負荷に供給される電流には、電流リップル（電流ノイズ）が含まれる。電流リップルには、ノーマルモードとコモンモードとが存在する。

本発明は、電源の電流リップルに効果的に対処することができる電源制御装置を提供することを目的としている。

本発明の一の局面に従う電源制御装置は、直流電流を生成するＰ側コンバータの電流を負荷に出力するＰ側電源と、直流電流を生成するＮ側コンバータの電流を負荷に出力するＮ側電源と、前記Ｐ側電源に接続され、入力信号に応じて、前記Ｐ側電源が出力する電流の一部を前記負荷以外の場所に出力するＰ側電流アンプと、前記Ｎ側電源に接続され、入力信号に応じて、前記Ｎ側電源が出力する電流の一部を前記負荷以外の場所に出力するＮ側電流アンプと、前記Ｐ側電源およびＮ側電源の少なくとも一方の電流変動を検出し、その検出結果に応じて、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプへの入力信号を制御する電流検出回路とを備える。

好ましくは前記Ｐ側電流アンプは、前記Ｐ側電源のプラス側端子とマイナス側端子とに接続され、前記入力信号に基づいて、前記Ｐ側電源のプラス側端子とマイナス側端子からの電流をアースに出力するトランジスタを含み、前記Ｎ側電流アンプは、前記Ｎ側電源のプラス側端子とマイナス側端子とに接続され、前記入力信号に基づいて、前記Ｎ側電源のプラス側端子とマイナス側端子からの電流をアースに出力するトランジスタを含む。

好ましくは前記電流検出回路は、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプの少なくとも一方の出力電流を検出する電流検出アンプを備え、前記電流検出アンプの出力に基づいて、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプへの入力信号を制御する。

好ましくは前記電流検出回路は、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプの両者それぞれの出力電流を検出する２つの電流検出アンプを備え、前記２つの電流検出アンプの出力に基づいて、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプへの入力信号を制御する。

好ましくは前記電流検出回路は、前記電流検出アンプの出力を基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプへの入力信号を制御する。

好ましくは前記Ｐ側コンバータおよび前記Ｎ側コンバータは、同一のＡＣ電源からの電流をＤＣに変換する。

本発明によれば、電源の電流リップルに効果的に対処することができる電源制御装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における電源制御装置を含む、電源装置の構成を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態における電源制御装置を含む、電源装置の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態における電源制御装置を含む、電源装置の構成を示す回路図である。

図を参照して電源装置は、電磁石やモータなどの負荷１１３への電源供給を行うために用いられる。電源制御装置は、直流電流を生成するＰ側コンバータの電流を負荷１１３に出力するＰ側電源１０１と、直流電流を生成するＮ側コンバータの電流を負荷１１３に出力するＮ側電源１０３と、Ｐ側電源１０１に接続され、入力信号に応じて、Ｐ側電源１０１が出力する電流の一部を負荷１１３以外の場所１１７（本実施の形態ではその場所はアースとしているが、それに限定されるものではない。）に出力するＰ側電流アンプ１０５と、Ｎ側電源１０３に接続され、入力信号に応じて、Ｎ側電源１０３が出力する電流の一部を負荷１１３以外の場所１１７に出力するＮ側電流アンプ１０７と、Ｐ側電源１０１およびＮ側電源１０３の少なくとも一方の電流変動を検出し、その検出結果に応じて、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７への入力信号を制御する電流検出回路１５１，１２３，１２５，１２７とを備える。

Ｐ側コンバータおよびＮ側コンバータは、同一のＡＣ電源からの電流をＤＣに変換する。ＡＣ電源に基づくＤＣ電流にはリップルが含まれるが、図１の回路はその電流リップルに効果的に対処するものである。

Ｐ側電流アンプ１０５は、Ｐ側電源１０１のプラス側端子とマイナス側端子とに接続され、入力信号に基づいて、Ｐ側電源１０１のプラス側端子とマイナス側端子からの電流をアース１１７に出力するトランジスタを含み、Ｎ側電流アンプ１０７は、Ｎ側電源１０３のプラス側端子とマイナス側端子とに接続され、入力信号に基づいて、Ｎ側電源１０３のプラス側端子とマイナス側端子からの電流をアース１１７に出力するトランジスタを含む。

より詳しくは、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７は、図示されるように、それぞれＮＰＮ型のトランジスタとＰＮＰ型のトランジスタのエミッタ電極同士が接続されるプッシュプル回路を備える。ＮＰＮ型のトランジスタとＰＮＰ型のトランジスタのベース電極は共に接続される。そのベース電極に、電流検出回路１５１，１２３，１２５，１２７からの入力信号が入力される。

Ｐ側電流アンプ１０５中のＮＰＮ型のトランジスタのコレクタ端子は、Ｐ側電源１０１のプラス側端子に接続される。Ｐ側電流アンプ１０５中のＰＮＰ型のトランジスタのコレクタ端子は、Ｐ側電源１０１のマイナス側端子に接続される。

Ｎ側電流アンプ１０７中のＮＰＮ型のトランジスタのコレクタ端子は、Ｎ側電源１０３のプラス側端子に接続される。Ｎ側電流アンプ１０７中のＰＮＰ型のトランジスタのコレクタ端子は、Ｎ側電源１０３のマイナス側端子に接続される。

Ｐ側電源１０１およびＮ側電源１０３のそれぞれのセンター（中央）端子に、負荷１１３の両端部が接続される。

Ｐ側電流アンプ１０５とＮ側電流アンプ１０７のそれぞれに含まれるトランジスタのエミッタ端子（出力端）は、電流検出用抵抗１１９を介して接続される。Ｐ側電流アンプ１０５の出力端と電流検出用抵抗１１９との間は、ノード１２９を介してアース１１７に接続されている。

電流検出回路１５１，１２３，１２５，１２７は、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７の少なくとも一方（ここではＮ側電流アンプ１０７とするが、Ｐ側電流アンプ１０５でもよい。）の出力電流を、電流検出用抵抗１１９を用いて検出する電流検出アンプ１５１を備える。この電流検出アンプ１５１の出力に基づいて、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７に含まれるトランジスタのベース電極への入力信号が制御される。

電流検出回路１５１，１２３，１２５，１２７は、電流検出アンプ１５１の出力を基準電圧Ｒｅｆと比較し、その比較結果に基づいて、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７への入力信号を制御する、誤差増幅器１２３を含んでいる。誤差増幅器１２３は、入力電圧と基準電圧Ｒｅｆとの差を出力するアンプである。

電流検出回路１５１，１２３，１２５，１２７はさらに、誤差増幅器１２３の出力をバッファするバッファアンプ１２５と、バッファアンプ１２５の出力を反転させる反転アンプ１２７とを備えている。バッファアンプ１２５の出力は、そのままＮ側電流アンプ１０７の入力となる。反転アンプ１２７の出力は、Ｐ側電流アンプ１０５の入力となる。

通常動作状態において、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７に含まれるトランジスタのベース電極にはバイアスがかけられている。これにより通常動作状態において、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７に含まれるトランジスタのコレクタ−エミッタ間には電流が流れる。Ｐ側電流アンプ１０５の出力は、アース１１７に流れ込み、Ｎ側電流アンプ１０７の出力は、電流検出用抵抗１１９を介してアース１１７に流れ込む。電流検出アンプ１５１は、電流検出用抵抗１１９の両端部の電圧を測定することで、Ｎ側電流アンプ１０７の出力電流値をモニタする。

電流リップルが発生すると、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７の双方または一方の出力電流が変動する。その変動は、電流検出回路１５１，１２３，１２５，１２７により検出され、電流リップルを打ち消すように、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７に含まれるトランジスタのゲート電圧が制御される。これにより、簡易な構成で電源の電流リップルに効果的に対処することができる電源制御装置が提供される。

図２は、本発明の第２の実施の形態における電源制御装置を含む、電源装置の構成を示す回路図である。

図２の回路が図１の回路と異なる点は、Ｐ側電流アンプ１０５の出力とノード１２９との間にも、電流検出用抵抗１１５が設けられている点である。また、電流検出回路は、電流検出用抵抗１１９に流れる電流値を計測するＮ側用電流検出アンプ１０９と、電流検出用抵抗１１５に流れる電流値を計測するＰ側用電流検出アンプ１１１と、Ｎ側用電流検出アンプ１０９とＰ側用電流検出アンプ１１１との出力値を演算する演算器１２１とを備えている。本実施の形態では、演算器１２１の演算結果が誤差増幅器１２３に入力される。誤差増幅器１２３以降の処理段は、図１と同様である。

本実施の形態では、電流検出回路は、Ｐ側に生じた電流リップルおよびＮ側に生じた電流リップルの双方の大きさの演算結果に基づき、Ｐ側電流アンプ１０５およびＮ側電流アンプ１０７の入力を制御することができる。

例えば図２の一点鎖線で囲まれる回路の構成を適宜選択することで、Ｐ側電源およびＮ側電源からアースに流れ込む電流を補正し、コモンモードにおける電流リップルにも対処可能な装置を提供することができる。Ｐ側用電流検出アンプ１１１の出力からＮ側用電流検出アンプ１０９の出力を減算することで、コモンモード電流を算出し、それに応じた電圧をバッファアンプ１２５へ出力するように回路を構成するなどである。

上述の実施の形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０１ Ｐ側電源
１０３ Ｎ側電源
１０５ Ｐ側電流アンプ
１０７ Ｎ側電流アンプ
１０９ Ｎ側用電流検出アンプ
１１１ Ｐ側用電流検出アンプ
１１３ 負荷
１１５ 電流検出用抵抗
１１７ アース（接地電位）
１１９ 電流検出用抵抗
１２１ 演算器
１２３ 誤差増幅器
１２５ バッファアンプ
１２７ 反転アンプ
１５１ 電流検出アンプ

Claims (6)

1. 直流電流を生成するＰ側コンバータの電流を負荷に出力するＰ側電源と、
   直流電流を生成するＮ側コンバータの電流を負荷に出力するＮ側電源と、
   前記Ｐ側電源に接続され、入力信号に応じて、前記Ｐ側電源が出力する電流の一部を前記負荷以外の場所に出力するＰ側電流アンプと、
   前記Ｎ側電源に接続され、入力信号に応じて、前記Ｎ側電源が出力する電流の一部を前記負荷以外の場所に出力するＮ側電流アンプと、
   前記Ｐ側電源およびＮ側電源の少なくとも一方の電流変動を検出し、その検出結果に応じて、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプへの入力信号を制御する電流検出回路とを備えた、電源制御装置。
2. 前記Ｐ側電流アンプは、前記Ｐ側電源のプラス側端子とマイナス側端子とに接続され、前記入力信号に基づいて、前記Ｐ側電源のプラス側端子とマイナス側端子からの電流をアースに出力するトランジスタを含み、
   前記Ｎ側電流アンプは、前記Ｎ側電源のプラス側端子とマイナス側端子とに接続され、前記入力信号に基づいて、前記Ｎ側電源のプラス側端子とマイナス側端子からの電流をアースに出力するトランジスタを含む、請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記電流検出回路は、
   前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプの少なくとも一方の出力電流を検出する電流検出アンプを備え、
   前記電流検出アンプの出力に基づいて、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプへの入力信号を制御する、請求項１または２に記載の電源制御装置。
4. 前記電流検出回路は、
   前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプの両者それぞれの出力電流を検出する２つの電流検出アンプを備え、
   前記２つの電流検出アンプの出力に基づいて、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプへの入力信号を制御する、請求項１または２に記載の電源制御装置。
5. 前記電流検出回路は、
   前記電流検出アンプの出力を基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて、前記Ｐ側電流アンプおよび前記Ｎ側電流アンプへの入力信号を制御する、請求項３または４に記載の電源制御装置。
6. 前記Ｐ側コンバータおよび前記Ｎ側コンバータは、同一のＡＣ電源からの電流をＤＣに変換する、請求項１から５のいずれかに記載の電源制御装置。