JPH0854902A - フィードバックコントロールシステム - Google Patents

フィードバックコントロールシステム

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JPH0854902A
JPH0854902A JP7109452A JP10945295A JPH0854902A JP H0854902 A JPH0854902 A JP H0854902A JP 7109452 A JP7109452 A JP 7109452A JP 10945295 A JP10945295 A JP 10945295A JP H0854902 A JPH0854902 A JP H0854902A
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xcont
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 システムの動作点または環境条件の変動によ
っても変化しないか、又は予測可能に変化する開ループ
ゲイン特性をもつ閉ループフィードバックシステムを提
供する。 【構成】 第1及び第2ゲイン要素からなる閉ループフ
ィードバックシステム。第1ゲイン要素104はXd=
Kg*(Xcont)zなる伝達関数を有する。ここで、Xc
ontは第1ゲイン要素の制御変化入力信号を示し、Xd
は第1ゲイン要素の被制御変化出力信号を示し、Kg及
びzはXcontから独立している。前記第2ゲイン要素1
02はXcont=h1(Xe)なる伝達関数を有する。こ
こで、Xeは前記第2ゲイン要素の制御変化入力信号を
示し、Xcontは前記第2ゲイン要素の被制御変化出力信
号を示している。前記伝達関数h1は、[1/h1(X
e)]*[δh1(Xe)/δXe]=Keとして表わ
され、KeはXeから独立である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、フィードバックコントロールシ
ステムに関する。
【0002】
【背景技術】図1に示されるフィードバックコントロー
ルシステムにおいて、パワーコンバータ10は、電圧V
inの入力電源14から電力を受け入れ、調整された負荷
電圧Voutにて負荷18に電力を供給する。出力電圧調
整は、ネガティブフィードバックによってなされる。出
力電圧Voutの所望の設定値を示す基準電圧32と分圧
器24によって得られる電圧Vd,31すなわちVout
の測定値との差を示すエラー電圧Ve,34がコントロー
ラ28に供給され、コントローラ28は、コントロール
信号Vcont,22を電力変換ステージ12に供給する。
もし、VdがVrefより高いときは、Vcontは減少す
る。もし、VdがVrefより低いときは、Vcontは高く
なる。Vcontの値は、電力変換ステージ12の出力を制
御するパラメータの値を示している。例えば、パルス幅
変調(PWM)電力変換形式の場合、Vcontは、デュー
ティ比を示している。また、零電流スイッチング電力変
換形式の場合、Vcontは動作周波数を示している。Vco
ntの上昇及び下降は電力変換ステージを通る電力を増大
し及び減少せしめる。
【0003】閉ループの安定性やフィードバック制御閉
ループの定常状態及び過渡状態特性について種々の文献
がある。この点について、フィードバックコントロール
システム10の開ループ特性、すなわち、周波数の関数
としての開ループゲイン及び位相シフト特性が重要であ
る。通常、閉ループシステムの設計においては、ループ
内の異なる素子のゲイン/位相特性を理解してリニアな
コントローラを設計することである。ここに言うリニア
なコントローラとは、ゲインが動作点の関数ではなく、
図1の例においては、Veの固定的増加変化に起因する
Vcontの増加的変化はVe及びVcontの平均値に無関係
に同じであるようなコントローラである。かかるリニア
なコントローラは、他のループ素子と組み合わされて、
あらかじめ定められた安定状態及び過渡状態特性条件を
充足する開ループゲイン/位相特性を生ずるのである。
よって、例えば、コントローラは、単純に、図2に示さ
れるような周波数対開ループゲイン特性を呈するように
ゲイン/位相特性を有するリニアアンプによって構成出
来る。この開ループゲインは、周波数f1まではほぼ一
定でA1に等しく周波数f1を超えると、ゲインはロー
ルオフしてゲインAo1=1における周波数でのゲイン
及び位相(位相は図示されていない)は、安定な閉ルー
プ動作に整合している。
【0004】また、コントローラ28は、図3に示すが
如く変形されて、図4の特性38の如き開ループゲイン
特性を呈する。変形されたコントローラ28において、
アンプ42は周波数変化によってロールオフする非常に
高いDCゲインを有する(すなわち積分器である)。閉
ループシステムにおいて、このアンプ42は、その出力
電圧Vegをシステムエラー電圧Veの平均値をゼロと
する平均値に調整し、従って、コンバータのDC出力電
圧Voutを非常に精確に調整することを確実にする。ア
ンプ42の出力電圧Veqは、別のリニアアンプ40の
出力に加算される。リニアアンプ40は、これが他のル
ープ素子と組み合わされたとき、開ループゲイン特性が
図4に示された如くなるように設計されている。周波数
fo以下においては、積分アンプの高ゲインが支配的で
ある。fo以上においては、リニアアンプが支配的であ
り、比較的高い、“中域”ゲイン領域(周波数foとf
1との間)及びf1以上におけるロールオフするゲイン
の領域を生じ、クロスオーバ点(周波数f2でゲインA
01=1)におけるゲイン(及び位相)マージンが安定
的閉ループ動作に整合することを確実にしている。
【0005】多くの装置において、開ループゲイン特性
は、システムの動作点及び環境ファクタによって変化す
る。例えば、広いクラスのPWMパワーコントロールス
テージは、コンバータ入力電圧Vinに比例するゲイン特
性を呈する。このことは、かかるコンバータを用いるシ
ステムが入力電圧変化の4:1のレンジに亘って動作す
るように設計されるならば、開ループゲインは、Vinが
当該レンジに亘って変化するにつれてこの量だけ変化す
ることを意味する。例えば、零電流スイッチングコンバ
ータの如き他のタイプのコンバータも動作条件(Vin,
出力電圧,等)によるゲイン変化やノンリニアゲイン特
性を呈する。非理想的システムにおいて、システムコン
ポーネントの正規許容誤差の変化、エネルギ蓄積素子の
ロス及びコンポーネント特性の温度等の環境ファクタへ
の依存性は、開ループゲインに影響を与える。
【0006】その結果、多くの場合、開ループゲイン
は、図2及び図4に示したような単一プロットによって
表わすことは出来ない。換言すれば、開ループゲイン
は、図5の多数のゲインプロットによって示したよう
に、システムの動作点及び環境の変化によって種々変化
するのである。開ループゲインが変化した場合、低域及
び中域ゲイン、クロスオーバー周波数、及びゲイン/位
相マージンがこれに伴って変化して、閉ループ効率及び
閉ループシステムの安定特性を変化させる。故に、従来
のフィードバックコントロールシステムの設計において
は、種々の動作条件の下での閉ループ効率をトレードオ
フして“最悪のケース”の条件の下での安定な閉ループ
動作を達成するようにするのである。
【0007】
【発明の概要】本発明の1つの特徴によれば、第1及び
第2ゲイン要素を含む閉ループフィードバックシステム
が提供される。当該第1ゲイン要素は Xd=Kg*(Xcont)Z なる伝達関数を有する。ここで、Xcontは第1ゲイン要
素の制御変化入力信号であり、Xdは、第1ゲイン要素
の被制御変化出力信号であり、Kg及びZはXcontから
独立である。当該第2ゲイン要素は、Xcont=hi(X
e)を充足する伝達関数h1を有する。ここで、Xeは
第2ゲイン要素の制御変化入力信号を示し、Xcontは第
2ゲイン要素の被制御変化出力信号を示している。関数
h1は、次式を充足する形態である。すなわち、 [1/h1(Xe)]*[δh1(Xe)/δXe]=
Ke ここで、KeはXeに対して独立している。
【0008】本発明による実施例においては次の点を特
徴としている。すなわち、関数h1は次式によって表わ
される。すなわち、 h1(Xe)=Kx*exp(Ke*Xe) ここで、Kx及びKeはXeに対して独立である。シス
テムへの入力は所定の値Xrefであり得る。このXrefは
システムの出力信号Xdの所望の値を示している。この
システムはz*Ke*Xdにほぼ等しい開ループゲイン
Ao1を有する。また、第2ゲイン要素のゲインはその
平均出力信号に比例し得る。第2ゲイン要素はゲインコ
ントロール入力端子を有する可変ゲインアンプと、該可
変ゲインアンプのゲインコントロール入力端に接続した
ゲインコントロール出力端を有する制御回路とを有する
回路を含み得る。該コントロール回路は高ゲインアンプ
からなる。この高ゲインアンプはシステムの開ループ特
性の帯域より狭い帯域を有し得る。可変ゲインアンプの
出力及びコントロールの回路の出力は加算要素によって
相加えられる。可変ゲインアンプ及びコントロール回路
の入力は同一の入力信号を受信するように接続され得
る。システム入力信号は、システムへの別な入力である
所定の基準値Xrefからのシステムの出力Xdの偏倚の
度合を示すエラー信号Xeであり得る。該コントロール
回路は積分器すなわちローパスフィルタを含み得る。該
ローパスフィルタは可変ゲインアンプのゲインコントロ
ール入力に接続された出力を有し、該ローパスフィルタ
は該ゲインコントロールアンプの出力に接続された入力
を有する。
【0009】該第1のゲイン要素は電源と負荷との間に
接続されたパワーコンバータからなる。該パワーコンバ
ータは制御されて変化する動作周波数を有し、この動作
周波数はパワーコンバータの入力において受信するコン
トロール信号に基づいて制御され得る。この第2ゲイン
要素はパワーコンバータの出力に接続された入力及びコ
ンバータのコントロール入力に接続された出力を有す
る。該コントローラはコントローラの入力からコントロ
ーラの出力を電流的アイソレーションするためのアイソ
レーション素子を含み得る。このアイソレーション素子
は磁気カプラであってもよい。また、該コントローラは
ゲイン適応アンプを有し、このゲイン適応アンプのゲイ
ンはコントローラの出力の平均値に比例する。該パワー
コンバータはPWMパワーコンバータであってもよい。
また、このパワーコンバータは零電流スイッチングパワ
ーコンバータであってもよい。
【0010】システムの開ループゲインは、中低周波域
においては一定のゲインを有し、その他の周波数帯域に
おいては周波数の増加と共に減少するゲインを有するこ
とが出来る。第1の(第2の)ゲイン要素はサブ要素を
含むことができ、該第1(第2)ゲイン要素の伝達関数
は複合伝達関数であり得る。Xd,Xe,Xref及びXc
ontは各々電圧又は電流である。
【0011】本発明においては、電源から負荷に供給さ
れる電力を変換する電力変換システムが提供され、この
電力変換システムはパワーコンバータ及び上記した特徴
を備えたコントローラからなる閉ループフィードバック
システムを構成している。また、本発明の他の特徴によ
れば、上記した特徴によってほぼ一定の値の開ループゲ
インを有する。閉ループフィードバックシステムを構成
する方法を提供する。
【0012】本発明の有利な点の1つは以下の通りであ
る。すなわち、開ループゲインにおける変化は閉ループ
システムの動作及び安定性に大きな影響を及ぼすので、
システムの動作点または環境条件の変動によっても変化
しないか又は予測可能に変化する開ループゲイン特性
(式6)を提供するコントローラを用いることは大いな
る利点を提供する。例えば、かかるコントローラを用い
ることによって電気的及び環境の動作条件の広い範囲に
わたる変化において閉ループシステムの動作は均一であ
り、あるいは予測可能となるのである。
【0013】その他の利点及び特徴は以下の図面及び請
求の範囲からも明らかである。
【0014】
【実施例】図6は閉ループフィードバックコントロール
システム 100を全体として示している。ループ出力Vd
はループ基準点Vrefと比較され、その差すなわちエラ
ー信号Veは第1ゲイン要素 102の入力として供給され
る。この第1ゲイン要素 102はコントロール信号Vcont
を第2ゲイン要素 104に供給し、第2ゲイン要素 104は
ループ出力Vdを生成する。このループは、電圧Vdの
値のVrefの値からの偏倚がVe及びVcontの変化に帰
結し、これらの変化がその偏倚に対抗するようになって
いる。この閉ループを構成する要素 102,104の各要素
は、その伝達関数及びゲインによって特徴づけられる。
例えば、図7は仮想的な第2ゲイン要素104の為の伝達
関数50の一部を示している。伝達関数50はこの要素
の出力の絶対値Voutをこの要素への入力の絶対値Vcon
tを関連づけている。伝達関数50の各点は動作点を示
しており、例えば、図示した如く、入力Vcont=Vcont
1は出力Vout=Vrに帰結する。どの動作点において
も、ゲイン要素のゲインはその動作点における伝達関数
の傾斜に等しい。図示した動作点60においては、ゲイ
ンがAc1である。図7の下方のグラフにおいては、ゲ
イン要素への仮想入力Vcont(t)の波形62が示され
ており、この仮想入力波形はVcont1に等しいDC成分
と周波数fsのピーク間振巾がΔVcontを有する正弦波
成分とからなっている。この図示された入力波形によっ
て、伝達関数は出力波形64によって示される出力電圧
Vout(t)を生成し、この出力電圧Vout(t)はVr
に等しいDC成分と、ΔVoutに等しい。ピーク間振巾
を有し、周波数fsの正弦波成分を有する。ここで、Δ
Vout=Ac1*ΔVcontである。
【0015】ゲイン要素の伝達関数、すなわち、ゲイン
特性は周波数fsの変化の範囲に亘って適用されるとす
る。また、ある周波数以上において、各要素の伝達関数
及びゲインは、開ループシステムの伝達関数及びゲイン
全体が閉ループの安定性及び動作の条件を満たすように
なっているとする。例えば、図2,4及び5に示したよ
うな特性である。ここで、“なされている”とは、ゲイ
ン要素の周波数特性が、コントローラ素子の周波数応答
特性を成形すべく補償コンポーネントを加えるようにす
るなどして意図的に定めることを意味するか又は周波数
特性が該要素内に存在したはずの回路コンポーネント及
び寄生容量によって定まることを意味する。上記した回
路コンポーネントとしてはスイッチングパワーコンバー
タステージ内に存在する出力フィルタ素子がある。以下
の説明において、伝達関数及びゲインは、特に断らない
限りDCから周波数f1に至る周波数範囲における回路
の振舞いをさすこととする。ここでf1はこれを越えた
周波数範囲においては中域ゲインがロールオフして閉ル
ープ動作の安定を確実にする周波数である。すなわち、
f1は図2,4及び5に示した周波数f1である。ま
た、単一のゲイン要素がいくつかの副要素の組合せを表
わすように用いることができる。例えば図6のゲイン要
素 102はアンプ、アイソレーション素子及び付加的素子
(例えば図12の素子 228)を含むことが考えられる。
しかし乍ら、ゲイン要素の伝達関数及びゲインはこのゲ
イン要素が含む全てのサブ素子の組合せ効果を示すもの
である。
【0016】ゲイン要素の伝達関数は、しばしば入力コ
ントロール信号の他の変数に依存する。例えば、図7の
伝達関数がパワーコンバータステージのものであるとす
るならば、コントロール入力の固定値(例えばVcont
1)については、ステージの出力電圧Voutは動作温度
T及び入力電圧Vinの値に依存し得る。よって、これら
の変数が変化するならば、ゲイン要素の伝達関数及びゲ
インも変化し、これらの変化は図7の破線によって示さ
れる追加の伝達関数プロット52,54によって示され
ている。ループ内の信号条件に影響を及ぼす変数の種類
を識別するためにある術語を定義することは有益であ
る。
【0017】閉ループシステムの各要素は少なくとも1
つの入力信号及び少なくとも1つの出力信号を有する。
(図6のループにおいては、要素 102,104の各々が1つ
の入力信号及び1つの出力信号を有する。)制御される
変数が要素によって送出される出力信号として定義され
る。制御変数は要素の入力でありこの入力はループにお
ける他の要素の出力でもある。例えば、図6においてV
cont及びVdは要素 102及び104の被制御変数(すなわ
ち出力信号)である。Vcontはゲイン要素のための制御
変数であり、ゲイン要素 102の出力端子から導出され
る。Veはゲイン要素 102への制御変数であり、加算接
続 103を介してゲイン要素 104の出力から導かれる。従
って、この閉ループにおいては、各制御変数が被制御変
数でもある。他の変数がゲイン要素の出力に影響を与え
るので、これらの変数を“攪乱(パータービング)変
数”と名づけるが、これらはループを形成するゲイン要
素の出力からは導かれない。すなわち、これらの変数は
被制御変数ではない。1つの例において、Kgの値すな
わち、ゲイン要素 104の伝達関数及びゲインは動作温度
によって影響を受ける。しかしながら、動作温度は被制
御変数ではなく、すなわち、他のループ要素の出力では
ない。よって、この動作温度は攪乱変数である。同様
に、Vinの変動分は図1のパワーコンバータステージ1
2の出力に影響を与える。しかし乍ら、Vinは被制御変
数ではなく、攪乱変数である。図7において、伝達関数
50は攪乱変数を固定した状態においてゲイン要素の被
制御及び制御変数の間の関係を示している。攪乱変数の
変化は異なる伝達関数(例えば伝達関数52,54)を
生ずる。典型的な攪乱変数の例としては、環境条件(例
えば温度、高度、圧力)、ループ内素子へのバイアス電
圧又は入力電圧、回路素子の回路定数の変化等である。
【0018】図6において、第1ゲイン要素は伝達関数
Vcont=h1(Ve)を有するものと仮定する。そうす
ると、第1ゲイン要素の出力Vcontが次のような伝達関
数を有する第2ゲイン要素に伝送される。すなわち、 Vd=Kg*(Vcont)Z (1) ここでKg及びzはVcontから独立している。ゲイン要
素 102及び 104の伝達関数を組合せるとシステムの開ル
ープ伝達関数は次のようになる。すなわち、 Vd=Kg*(h1(Ve))Z (2) となる。
【0019】また、このシステムのある動作点における
開ループゲインは次のようになる。すなわち、 Ao1=δVd/δVe=z*Kg*(h1(Ve))Z-1*δh1(Ve) /δVe=z*[Kg*(h1)Ve))Z]*[1/h1(Ve)] *[δh1(Ve)/δVe] (3) ここで、δh1(Ve)/δVeの表現は、h1(V
e)のVeに対する部分導関数であり、全ての値は1つ
の動作点に対応している。
【0020】上記(2)式を(3)式に代入すると、次
の式が得られる。すなわち、 Ao1=z*Vd*[1/h1(Ve)]*[δh1(Ve)/δVe] (4) ここで、第1ゲイン要素の伝達関数h1(Ve)が次の
式、すなわち、 [1/h1(Ve)]*[δh1(Ve)/δVe]=Ke (5) を充足する場合(ここで、KeはVeから独立してい
る)、システムの開ループゲインは次の式によって表わ
される。すなわち、 Ao1=z*Vd*Ke (6) したがって、システムの開ループゲインの変化はz、V
d及びKeの変化にのみ依存する。そして、もし、よく
ある事であるが、システムのゲインが比較的高い場合、
Vdは基準値Vrefにほぼ等しいかこれに非常に近い値
であり、これらの条件の下でz及びKeが一定であるな
らば、開ループゲインAo1はほぼ一定であり、以下の
式で表わされる。すなわち、 Ao1=z*Vref*Ke (7) 式(6)によって予測される動作をなす閉ループシステ
ムの一例においては、式(5)を満たす1つの伝達関数
は以下の通りである。すなわち、 Vcont=h1(Ve)=Kx*exp(Ke*Ve) (8) である。
【0021】ところで上記した指数(すなわちアンチロ
グ)伝達関数を有するアンプはよく知られており、標準
のモノリシック集積回路として入手可能である。例え
ば、米国マサチューセッツ州ノーウードのアナログデバ
イスインク社によって製造された部品 NO.755N“Wideb
and Log, Antilog Amplifier”がある。図8に示した電
力変換システム 110において、コントローラ 128は式
(8)の伝達関数を有する指数アンプであるとする。ま
た、電力変換ステージ 112はVout=Kp*Vin*Vcon
tなる伝達関数を有するPWMコンバータであるとす
る。なお、この伝達関数は式(1)においてz=1とし
た場合である。また分圧器 124はVd=Kd*Vout
(ここでKdは<1)の分圧比を有するものとする。そ
うして、各ゲイン要素のこれらの伝達関数を組合せて全
体として開ループ伝達関数は次のように表わされる。す
なわち、 Vd=Kd*Kp*Vin*Kx*exp(Ke*Ve) (9) となる。
【0022】よって全体としての開ループゲインは次の
ようになる。すなわち、 Ao1=δVd/δVe =Ke*Kd*Kp*Vin*Kx*eixp(Ke*Ve) (10) となる。ここで、式(9)を式(10)に代入すれば、
次の式が得られる。すなわち、 Ao1=Ke*Vd (11) となる。
【0023】このゲインは、z=1とした時の式(5)
によって表わされる開ループゲインに対応する。閉ルー
プシステムの出力VdがVrefの値に近い時、開ループ
ゲインは次の式によって近似される。すなわち、 Ao1=Ke*Vref (12) 式(12)はシステムの開ループゲインがVref及びK
eのみの関数であることを示している。コントローラと
してリニアアンプを用い、攪乱変数Vinの変化又は温度
等の他の攪乱変数の変換によるKd,Kp及びK1の変
化が開ループゲインに直接影響を与えるようなシステム
に対して、このシステムにおいてはKd,Kp,Vin及
びK1の変化は開ループゲインに対して影響を与えな
い。ただKe及びVrefの変化のみが開ループゲインに
影響を与える。
【0024】このシステムの動作及び利点を明らかにす
るためにこのシステムはVout=Kp*Vin*Vcontな
る伝達関数を有するPWM電力変換ステージ 112を含む
こととし、この電力変換ステージにおけるKp*Vinの
値は20〜 180まで変化することとする。このことはV
inの4:1レンジに亘る変化にKpの値における2:1
変化を生ずるような温度変化を組合せたものを示してい
る。さらに、指数アンプ 128のKxの値が2〜22(1
1:1レンジの変化)をすることとし、さらにKeの値
は40であるとする。Vref及びKdの値は5ボルトの
Voutの公称電圧に対応して各々 2.5ボルト及び 0.5で
あると仮定する。図8及び式(9)及び(10)を参照
して、閉ループ動作点(すなわち、Ve,Vcont)及び
閉ループシステムのゲインAo1はKx,Ke及びVin
の変動範囲に亘って計算される。この計算結果は図9に
おいて示されている。Kp*Vin及びKxの99:1レ
ンジ(9900%)の組合せ変化にも拘らず、開ループゲイ
ンAo1は 102.1及び 106.6の範囲の変化をするだけで
あり、この変化は 4.5%よりも小さい変化である。ゲイ
ンAo1のこれらの値は式(11)によって正確に予想
でき、Ao1における変化はVd=Vref−Verrの変化
のみによるのである。これはループのゲインが有限であ
ることに起因する。しかしながら、ゲインは十分高く、
Ao1の値の範囲は式(12)によって予想される範囲
にほぼ一致する(すなわち、Ao1= 100)。
【0025】もし、図8の指数(アンチログ)アンプが
上記したKxの変動(11:1)と同じ範囲の変動を示
す伝達関数を有するリニアアンプに置き変えられた場
合、そして、このアンプが上記したPWM電力変換ステ
ージ 112と共に用いられた場合開ループゲインの変動は
99:1(9900%)である。図5を参照して既に検討し
たように、攪乱変数の影響の結果としての開ループゲイ
ンの変動は開ループクロスオーバ周波数に直接的な影響
を与え、従って、閉ループシステムの動作及び安定性を
損なうのであり、式(6)に示されるようなシステムの
動作点又は環境条件の変動によっても変化しないか又は
予測できるように変化する開ループゲイン特性を有する
コントローラは大いに有利である。例えば、かかるコン
トローラを用いることによって電気的及び環境的攪乱変
数における大なる変動にも拘らず閉ループシステムの動
作においてクロスオーバ周波数が固定されるか又は予想
し得る変化をするのである。
【0026】上述した例においては、開ループゲインの
小なる変化はシステムの有限なゲインによる有限なエラ
ー電圧によるものであった。しかしながら、既に式
(3)及び(4)を参照して検討した如く平均のループ
エラーをほぼ零にすることが望ましい場合が多いのであ
る。本発明の範囲の中でこのことをなす方法が式(5)
によって示唆されている。ここで、式(5)を変形すれ
ば、次の式が得られる。すなわち、 δh1(Ve)/δVe=Ke*h1(Ve) (13) である。式(13)の左辺はある動作点におけるコント
ローラのゲインであり、右辺はKeによって乗算された
コントローラの出力Vcontである。よって、その平均出
力信号に比例するゲインを有するコントローラは所望の
結果を生ずる。さらに、Vcont(図6)の平均値がVe
qの値になるように制御されて第2ゲイン要素(図6,
104)の出力が正確にVrefに等しくなるようになされ
るならば、また第1ゲイン要素(図6,102)のゲイン
がVeqに比例するならば、システムの開ループゲイン
は式(12)によって与えられる。別な方法に言及する
ならば、もし第2ゲイン要素が式(1)に示される形の
伝達関数を有し、かつVcontの値がVeqに等しい場
合、第2ゲイン要素 112の出力がVd=Vrefに等しく
なるならば、その動作点における第2ゲイン要素のゲイ
ンはAc=z*Vref/Veqに等しくなる。一定のル
ープゲインを得るためには、第1ステージ 128のゲイン
がVeqに比例しなければならない(すなわちAa=K
x*Veq)。なんとなれば、これは2つの要素の積が
一定になることになるからである。
【0027】これをなす1つの方法が図10に示されて
いる。コントローラ 528(すなわち図6における第1ゲ
イン要素に等価である。)は、低周波の狭帯域の高ゲイ
ンのアンプ 142(すなわち積分器)を含んでいる。この
アンプは閉ループシステムにおいて信号Veqを送出す
る。この信号Veqの平均値はループエラーVeの平均
値をほぼ零にするに十分である。コントローラ 528は更
に広帯域の可変ゲインアンプ 140を含んでいる。この可
変ゲインアンプ 140はVeqに比例するゲインすなわち
Aa=Kx*Veqなるゲインを有する。図10に示し
た種類のコントローラ 528は図4に示したようなゲイン
対周波数特性を生成するのに用いられ得る。このコント
ローラにおいては高ゲインアンプ 142によって大なるD
Cゲインが与えられてこれによって平均出力電圧におけ
るエラーが小さくなるのである。しかしながら、Vdの
値はほぼ一定でVrefに等しいので中域ゲインは式(1
2)によって与えられ、もしz及びKeがほぼ一定であ
るならば図9の例において示されたゲインのわずかな変
化さえも除去されるのである。
【0028】図10の方式は図11に示した如く積分器
を除いても用いることができる。この場合、コントロー
ラ 128は図10のコントローラにおいて用いられたと同
じ可変ゲインアンプ 140を用いている。しかしながら、
VcontのDC成分Vcdcはローパスフィルタ 144を用
いて導かれてアンプ 140のゲインをセットするために用
いられる。これは図9に示されたと同様な結果を生ず
る。なんとなれば、Veの平均値は零に駆動されないか
らである。
【0029】図8,10及び11に示されたタイプのコ
ントローラであって、ゲイン要素のバランスの基での伝
達関数が式(1)によって示される形であるような閉ル
ープシステムに用いられるコントローラ(すなわち、図
8の第2ゲイン要素 112)は“ゲイン適応”コントロー
ラと称すことにする。式(1)によって示されたよう
に、もしゲイン適応コントローラがノンリニアな第2ゲ
イン要素(すなわち式(1)に示された伝達関数であっ
てzが1ではない伝達関数を有する第2ゲイン要素)に
組合されるならば同様な開ループゲイン特性が達成され
る。式(1)によって近似される特性の伝達関数を有す
る要素の一例は零電流スイッチングコンバータ(米国特
許第 4,415,959号に記載されているコンバータ)であ
る。かかるコンバータは、電流シンク負荷に対してはV
out=Kw*Vcont/Ioutによって近似される伝達関数
を有する。ここで、Vcontはコンバータ動作周波数を示
す制御信号入力であり、Ioutは負荷に供給される出力
電流を表わす。もし、図8のシステム 110において、電
力変換ステージ 112が零電流スイッチングコンバータで
あって負荷 118が電流シンク負荷であるならば開ループ
ゲインはz=1とした式(6)によって与えられる。一
方、同じコンバータ 112が抵抗負荷 118に電流を供給す
る場合コンバータの伝達関数はVout=sqrt(Kw
*Vcont*Ro)によって近似される。ここで、Roは
負荷の抵抗である。この場合は、システムは式(5)に
おいてz=1/2とした時の開ループゲインを示す。も
し図8のコントローラが図10のコントローラ 528に置
き替えられた場合、システム(電流シンク負荷及び抵抗
負荷のシステム)の開ループゲインは式(6)において
Vd=Vrefとすることによって与えられる。
【0030】図10に示した種類のゲイン適応コントロ
ーラ 228の一例が図12及び図13によって以下に説明
される。図12に示された閉ループDC−DC電力変換
システムは零電流スイッチングコンバータ 240及びコン
トローラ 228からなる。このコントローラ 228の中にお
いて、ゲイン適応アンプ 328は電流Icontrolを生成
し、この電流は磁気的アイソレーションカップリング回
路 229を介して電圧制御発振器 230の周波数fcontrol
を制御する。この周波数fcontrolはZCSコンバータ
240の動作周波数をセットする。実際の用途において、
コンバータ最大動作周波数(例えば1MHz)及び出力電
力はコントローラ出力電流Icontrolがほぼ2ミリアン
ペアに等しい時に達成される。かかるシステムの詳細は
“Power Converter Configuration, Control and Const
ruction”と題する米国特許出願第 08/077,011号におい
て開示されている。
【0031】図13はゲイン適応アンプ 328の回路例を
示している。ゲイン適応アンプ 328は、2つのアンプか
らなっている。すなわち、狭帯域高ゲインアンプ82及
び広帯域低ゲインアンプ86である。トータルのエラー
電圧Verr(例えば図12におけるVref及びVdの差)
が両方のアンプの入力端の間に現われる。高ゲインアン
プ82への入力においてVerrは差動アンプとして接続
された一対のPNPトランジスタ 130,132に供給され
る。アンプは電流Id(約 375マイクロアンペア)によ
ってバイアスされる。2つのマッチングしたNPNトラ
ンジスタ 150,151からなる電流ミラー 134はトランジス
タ 130のコレクタ電流Ipをトランジスタ 132及びキャ
パシタ 136に接続したノード 152に供給する。ノード 1
52における電圧Vnはバイアストランジスタ 138のベー
ス及び抵抗 146の両端に現われる。抵抗 146はほぼ 100
0Ωに等しい抵抗値Rを有する。かかるアンプのDCト
ランスコンダクタンス(すなわちトランジスタ 138のコ
レクタ電流ICのVerrの直流成分Vdcに対する比)
は次の式によって近似され得る。すなわち、 Ic/Vdc=Id*Rcomp/2*Vt*R (14) である。ここで、RcompはCが接続されているノードに
おけるDCインピーダンスであり、Vtはk*Ta/q
(k=ボルツマン定数= 1.381×10-23ジュール/°
K;Ta=ケルビン温度における絶対温度;q=電子の
電荷= 1.602*10-19クーロン)に等しい。
【0032】ここで、抵抗Rは1KΩであり、トランジ
スタ 138の直流電流ゲインを 150とし、Rcompの値を約
100,000Ωとする。常温(Ta= 273°K)のもとで
は、高ゲインアンプ82及びバイアストランジスタ 138
の組合せのDCトランスコンダクタンスは約 0.72アン
ペア/ボルトである。以下において示す如く、この大き
なDCトランスコンダクタンスはVerrのDC成分を殆
ど無視し得る値(例えば3ミリボルト以下)にまで減少
せしめる。高ゲインアンプ82の帯域はキャパシタ 136
の値及びノードインピーダンスRcompによって定まる。
キャパシタCの値が 0.1マイクロファラッドであると、
アンプ82のトランスコンダクタンスは約1/(2*p
i*Rcomp*C)=16Hzの第1のブレークポイント
周波数を越えると周波数と共にリニアに減少しはじめ
る。
【0033】バイアストランジスタ 138によって運ばれ
る(ほぼ直流の)電流Icは、広帯域アンプ86の差動
対を構成するNPNトランジスタ 160,162のエミッタに
供給されるバイアス電流Ibの一部をなしている。図1
3において示すように、トランジスタ 162のコレクタ電
流I1はカレントミラー 164及びデュアルカレントミラ
ー 166のトランジスタ 170,172及び抵抗 176,178を介し
てトランジスタ 172のコレクタ電流に反映され電流Ic
に加えられてバイアス電流Ibを形成する。よって、I
b=Ic+I1である。IbはまたI1+Iに等しいの
で、I2=Icである。閉ループシステムがバランス状
態にあるとき、VerrのDC成分はほぼ零であり、トラ
ンジスタ 160,162のベース間のDC電圧はほぼ零であ
り、トランジスタ 160,162のDCベース・エミッタ電圧
及びDCコレクタ電流は共にほぼ等しいのである。よっ
て、I2のDC成分=Icならば、I1のDC成分もま
たIcに等しい。電流I1=Icは、トランジスタ 17
0,180及び抵抗 178,182によって構成されるデュアルカ
レントミラーの部分によってIcontrolに反映せしめら
れる。しかしながら、抵抗 182は抵抗 178の半分の値な
ので、IcontrolのDC成分は2*Icに等しくなる。
よって、アンプ82の入力からアンプ86の出力に至る
までの全体のDCトランスコンダクタンスは高ゲインア
ンプ82及びバイアストランジスタ 138の組合せのトラ
ンスコンダクタンス(式14)の2倍であり、すなわち
約 1.44アンペア/ボルトである。もし、IcontrolのD
C値=2ミリアンペアがZCSコンバータ( 240,図1
2)のフルパワー出力を招来するならば、フルパワース
ループットを実現するに必要なVerrのDC成分は約 1.
4ミリボルトである。もし、コンバータの基準電圧Vref
が 2.5ボルトならばこのエラー電圧は 0.06%以下の出
力電圧エラーを表わす。
【0034】高周波帯域においては、高ゲインアンプ8
2のゲインが減少する故、広帯域アンプ86のゲインが
支配的となり、システムの中域ゲインを設定する。差動
対トランジスタ 160,162のゲインはバイアス電流Ibの
関数である。上記した如く、閉ループが安定状態にある
ときは、この電流IbのDC値は2*Ic(Icは式1
4で与えられる)であり、電流I1及びI2のDC成分
は各々Icに等しい。そこで、差動対のゲインはほぼ次
の式によって近似される。すなわち、 δI1/δVerr=(Ic/Vt)*exp(Verr/Vt) (15) である。
【0035】また、カレントミラー 166はこの電流を2
倍にする故、アンプの中域ゲインは次の式で与えられ
る。すなわち、 Aa=δIcontrol/δVerr=(2*Ic/Vt) *exp(Verr/Vt) (16) である。
【0036】Vtに対してVinが小さい場合、Aa=2
*Ic/Vt及びKe=2/Vtとなる。式16は、ア
ンプ86のゲインがその平均出力電流Icに比例するこ
とを示し、このことは、式13によって既に述べた如く
式6によって予測される開ループゲインの振舞いを達成
するに必要な条件である。要約すれば、図13のゲイン
適応アンプ 328はほぼ2*Icに等しいDC成分を含む
出力電流Icontrolを生成するのである。ここでIcは
閉ループのエラーをほぼ零(すなわちVd=Vref)と
する為に必要な電流である。電流Icは高ゲインアンプ
82によって設定されバイアス電流Ibを介した低ゲイ
ンアンプ86を通過する。低ゲインアンプのゲインはま
たIcの値によって設定され、このアンプのゲインを平
均出力電流に依存せしめるのである。よって、高ゲイン
アンプ82は図10のアンプ 142に等価であり実質的に
直流の電流Icは図10の信号Veqに等価であり、低
ゲインアンプ86は図10のアンプ 140に対応する。
【0037】図12のシステムの開ループゲインは図4
に示した如く振舞い、ここで中域開ループゲインはA1
に等しく、このA1は次式によって示される。すなわ
ち、 A1=z*Ke*Vref=2*z*Vref/Vt (17) である。既に明らかなように、零電流スイッチングコン
バータについては、zは負荷(すなわち、電流シンク又
は抵抗性負荷)の特性に応じて 0.5及び1の間の値をと
るのである。ここでz=1及びVref= 2.5Vとするな
らば、中域ゲインA1は25℃( 298°K)において 1
92となる。図13のアンプはKeの一定の値をとらず、
Keは絶対温度(Ke=2/Vt=(2*q)/(k*
T))に依存することがわかる。温度が−55℃から+
105℃( 218K〜 378K)に亘って変化すると、Vtの
値は 0.019ボルトから 0.033ボルトに亘って変化し、K
eは105.2から 60.6に亘って変化し、A1は 264〜152
に亘って変化する。ここで更に注意すべきは、Vin又は
他の攪乱変数の変化によるループ内の他の素子のゲイン
変化はこれらの素子の組合せ伝達関数の振舞いが式1に
よって示された振舞いに従う限り、開ループゲインには
なんらの影響を及ぼさないことである。
【0038】図13に示したゲイン適応アンプの例は回
路の簡略化のために小にしてかつ予測できる温度依存量
を取扱った。同様な結果を達成できる温度補償回路のそ
の他の例が多数考えられる。例えば図14はかかるアン
プのブロック図である。図14においては、ゲイン適応
アンプ 428は高ゲイン狭帯域アンプ 482(図13におけ
るアンプ82と同じであってもよい)を含み、このアン
プ 428は閉ループエラーのDC成分のVerrをほぼ零に
するに必要とされる直流電流Icを生成する。電流ミラ
ー 462はマルチプライヤ 466の1つの入力にIcを反映
させる。ここで用いるマルチプライヤとしては、米国マ
サチューセッツ州ノーウードのアナログディバイスイン
ク社によって刊行されたAnalog Devices 1990/91 Liner
Products Databookのセクション6に記載されている。
マルチプライヤ 466の他方の入力はK1*Taの値の電
流を受け入れる。ここで、K1は定数であり、Taは絶
対温度である。絶対温度に比例する信号を送出する装置
PTATの例としてはアナログデバイスインク社によっ
て製造されかつ上記したアナログデバイス社のデータブ
ックの12乃至7頁に記載され且つ米国特許第 4,123,6
98号に記載された部品番号AD 590を用いることができ
る。このマルチプライヤの出力は、2つの電流の積に等
しい電流であり、カレントミラー 461に供給され、バイ
アス電流Ib=K1*Ta*Icとして広帯域アンプ 4
86に含まれて差動結合されたNPNトランジスタ 450,4
52のエミッタに反映せしめられる。高ゲインアンプ 482
はIcをVerrのDC成分の閉ループ値をほぼ零にする
故、コレクタ電流I1及びI2のDC成分はほぼ等し
い。カレントミラー 464は、I1及びI2の差に電流I
3を等しくするようになされている故、I3のDCの成
分はほぼ零となる。I3の値は次の式によって近似され
る。すなわち、 I3=Ib*exp(Verr/Vt) (18) である。
【0039】また、アンプ 486のゲインは次式で表され
る。すなわち、 δI3/δVerr=(Ib/Vt)*exp(Verr/Vt) =(K1*Ic*q/k)*exp(Verr/Vt) (19) である。Verrの値がVtに対して比較的小なる値であ
る場合、次式が成立する。すなわち、 δI3/δVerr=K1*q*Ic/k (20) である。
【0040】ここで、kはボルツマン定数である。ゲイ
ンは温度から独立しており、結果としてKe=K1*q
/kである。もし、図13の高ゲインアンプ82が図1
4のアンプ 482の為に用いられた場合DCトランスコン
ダクタンスにおいて温度依存性が依然として存在するこ
とに注意すべきである(式14はVtを含んでいる)。
実際の応用においては、かかる効果は余り重要ではな
い。低周波ゲインは非常に高く、直流出力変化における
温度変化の影響は余り重要ではない。同様に低周波特性
はループ過渡動作及び安定性に対して余り大きな影響を
与えない。なんとなれば、中域ゲインA1及びクロスオ
ーバー周波数f2は、基本的には、広帯域アンプ(例え
ば図14の 486)のゲインの関数からである。例えば積
分器として構成されたオペアンプのような殆ど温度依存
性を持たない高ゲインアンプを用いることによって更に
回路の複雑さを増すことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 フィードバックコントロールシステムのブロ
ックダイヤグラムである。
【図2】 周波数に対する開ループゲインの変化を示す
グラフ。
【図3】 閉ループシステムに用いるコントローラのブ
ロックダイヤグラム。
【図4】 周波数に対する開ループゲインの変化の別の
態様を示すグラフ。
【図5】 周波数に対する開ルーブゲインの変化を示す
グラフ。
【図6】 別のフィードバックコントロールシステムの
ブロックダイヤグラム。
【図7】 要素の伝達関数とその要素のゲインとの関係
を示すグラフ。
【図8】 ゲイン適応アンプを含む閉ループ電力変換シ
ステムのブロックダイヤグラム。
【図9】 開ループゲイン及び他のループ変数の変化を
示す表。
【図10】 他のゲイン適応コントローラのブロックダ
イヤグラム。
【図11】 他のゲイン適応コントローラのブロックダ
イヤグラム。
【図12】 別の閉ループ電力変換システムのブロック
ダイヤグラム。
【図13】 ゲイン適応アンプの回路図。
【図14】 ゲイン適応アンプの回路図。

Claims (51)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 閉フィードバックシステムであって、 Xd=Kg*(Xcont)Zなる伝達関数を有する第1ゲ
    イン要素(ここで、Xcontは前記第1ゲイン要素への制
    御変化入力信号を示し、Zdは前記第1ゲイン要素の被
    制御変化出力信号を示し、Kg及びzはXcontから独立
    している)と、 Xcont=h1(Xe)なる伝達関数を有する第2ゲイン
    要素(ここで、Xeは前記第2ゲイン要素の制御変化入
    力信号を示し、Xcontは前記第2ゲイン要素の被制御変
    化出力信号を示す)と、からなり、 前記関数h1は、 [1/h1(Xe)]*[δh1(Xe)/δXe]=
    Keを充足し、KeはXeから独立していることを特徴
    とするシステム。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のシステムであって、前記
    関数h1は、h1(Xe)=Kx*exp(Ke*X
    e)として表され、Kx及びKeはXeから独立してい
    ることを特徴としていることを特徴とするシステム。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のシステムであって、前記
    システムの出力信号Xdの為の所望の値を示す設定値X
    refを前記システムへの入力として更に有することを特
    徴とするシステム。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のシステムであって、z*
    Ke*Xdにほぼ等しい開ループゲインAo1を有する
    ことを特徴とするシステム。
  5. 【請求項5】 請求項1記載のシステムであって、前記
    第2ゲイン要素のゲインがその平均出力信号に比例して
    いることを特徴とするシステム。
  6. 【請求項6】 請求項5記載のシステムであって、前記
    第2ゲイン要素は、 ゲイン制御入力端を有する可変ゲインアンプと、 前記可変ゲインアンプの前記ゲイン制御入力端に接続し
    たゲイン制御出力を有する制御回路と、からなる回路を
    有することを特徴とするシステム。
  7. 【請求項7】 請求項6記載のシステムであって、前記
    制御回路は高ゲインアンプを有することを特徴とするシ
    ステム。
  8. 【請求項8】 請求項7記載のシステムであって、前記
    高ゲインアンプは、前記システムの開ループ特性の帯域
    幅より狭い帯域幅を有することを特徴とするシステム。
  9. 【請求項9】 請求項6記載のシステムであって、前記
    可変ゲインアンプは出力端を有し、前記制御回路は出力
    端を有し、前記出力端の双方からの出力が加算回路によ
    って互いに加算されることを特徴とするシステム。
  10. 【請求項10】 請求項6記載のシステムであって、前
    記可変ゲインアンプは入力端を有し、前記制御回路は入
    力端を有し、前記入力端の双方は互いに接続されて同一
    の入力信号を受け入れることを特徴とするシステム。
  11. 【請求項11】 請求項10記載のシステムであって、
    前記入力信号は前記システムの出力Xdが前記システム
    への1つの入力である所定の設定値Xrefからの偏倚の
    度合を示すエラー信号Xeであることを特徴とするシス
    テム。
  12. 【請求項12】 請求項11記載のシステムであって、
    前記システムの開ループゲインAo1はz*Ke*Xre
    fにほぼ等しいことを特徴とするシステム。
  13. 【請求項13】 請求項6記載のシステムであって、前
    記制御回路は積分器を含むことを特徴とするシステム。
  14. 【請求項14】 請求項6記載のシステムであって、前
    記制御回路はローパスフィルタを含むことを特徴とする
    システム。
  15. 【請求項15】 請求項14記載のシステムであって、
    前記ローパスフィルタは前記可変ゲインアンプのゲイン
    コントロール入力に接続された出力端を有し、前記ロー
    パスフィルタは前記ゲインコントロールアンプの出力に
    接続された入力端を有することを特徴とするシステム。
  16. 【請求項16】 請求項1記載のシステムであって、前
    記第1ゲイン要素は電源及び負荷の間に接続した電力コ
    ンバータを含むことを特徴とするシステム。
  17. 【請求項17】 請求項16記載のシステムであって、
    前記電力コンバータは可変動作周波数を有し、前記動作
    周波数は前記電力コンバータの入力として受け入れた制
    御信号に基づいて制御されることを特徴とするシステ
    ム。
  18. 【請求項18】 請求項16記載のシステムであって、
    前記第2ゲイン要素は前記電力コンバータの出力端に接
    続した入力端を有するコントローラと、前記電力コンバ
    ータの制御入力に接続した出力端とを有することを特徴
    とするシステム。
  19. 【請求項19】 請求項18記載のシステムであって、
    前記コントローラは前記コントローラの出力を前記コン
    トローラの入力から電流的にアイソレーションするアイ
    ソレーション素子を含むことを特徴とするシステム。
  20. 【請求項20】 請求項19記載のシステムであって、
    前記アイソレーション素子は磁気カプラであることを特
    徴とするシステム。
  21. 【請求項21】 請求項18記載のシステムであって、
    前記コントローラは、ゲイン適応アンプを含み前記適応
    アンプのゲインは前記コントローラの出力の平均値に比
    例することを特徴とするシステム。
  22. 【請求項22】 請求項16記載のシステムであって、
    前記電力コンバータはパルス幅変調(PWM)電力コン
    バータからなることを特徴とするシステム。
  23. 【請求項23】 請求項16記載のシステムであって、
    前記電力コンバータは零電流スイッチング電力コンバー
    タからなることを特徴とするシステム。
  24. 【請求項24】 請求項1記載のシステムであって、前
    記システムの開ループゲインは中域周波数帯域における
    一定のゲイン及び他の周波数帯域における周波数の増大
    と共に減少するゲインとを含むことを特徴とするシステ
    ム。
  25. 【請求項25】 請求項1記載のシステムであって、前
    記第1ゲイン要素はいくつかのサブ要素を含み、前記第
    1ゲイン要素の伝達関数は組合せ伝達関数であることを
    特徴とするシステム。
  26. 【請求項26】 請求項1記載のシステムであって、前
    記第2ゲイン要素はいくつかのサブ要素からなり、前記
    第2ゲイン要素の伝達関数は組合せ伝達関数であること
    を特徴とするシステム。
  27. 【請求項27】 請求項3記載のシステムであって、前
    記Xd,Xe,Xref及びXcontは各々電圧又は電流で
    あることを特徴とするシステム。
  28. 【請求項28】 閉ループフィードバックシステムであ
    って、 Xd=Kg*(Xcont)Zなる伝達関数を有する第1ゲ
    イン要素(前記Xcontは前記第1ゲイン要素の制御変化
    入力信号を示し、Xdは前記第1ゲイン要素の被制御変
    化出力信号を示しKg及びzはXcontから独立してい
    る)と、 Xcont=h1(Xe)なる伝達関数h1を有する第2ゲ
    イン要素(Xeは前記第2ゲイン要素の制御変化入力信
    号を示し、Xcontは前記第2ゲイン要素の被制御変化出
    力信号を示すと、からなり、 前記第2ゲイン要素は前記第2ゲイン要素の出力の平均
    値に比例するゲインを有し、 前記システムへの入力として、前記システムの出力信号
    Xdの所望の値を示す設定値Xrefを受け入れ、 前記システムの開ループゲインはある周波数範囲にわた
    ってAo1=z*Ke*Xdにほぼ等しいことを特徴と
    するシステム。
  29. 【請求項29】 請求項28記載のシステムであって、
    前記伝達関数h1は、h1(Xe)=Kx*exp(K
    e*Xe)として表され、Kx及びKeはXeから独立
    していることを特徴とするシステム。
  30. 【請求項30】 請求項28記載のシステムであって、
    前記周波数範囲の外の帯域においては周波数の増加とと
    もに前記ゲインが減少することを特徴とするシステム。
  31. 【請求項31】 電源から負荷に供給される電力を変換
    する電力コンバータシステムであって、 Xd=Kg*(Xcont)Zなる伝達関数を有する電力コ
    ンバータ(Xcontは前記電力コンバータの制御変化入力
    信号であり、Xdは前記電力コンバータの被制御変化出
    力信号であり、Kg及びzはXcontから独立している)
    と;Xcont=h1(Xe)なる伝達関数h1を有するコ
    ントローラ(Xeは前記コントローラの制御変化入力信
    号であり、Xcontは前記コントローラの被制御変化出力
    信号である)と、からなる閉ループフィードバックシス
    テムを有し、 前記コントローラは前記コントローラの出力の平均値に
    比例するゲインを有し、前記システムは、前記システム
    の出力信号Xdの所望の値を示す設定値Xrefを入力と
    して受け入れ、 前記システムの開ループゲインはある周波数範囲に亘っ
    てAo1=z*Ke*Xdにほぼ等しいことを特徴とす
    るシステム。
  32. 【請求項32】 請求項31記載の電力コンバータシス
    テムであって、前記伝達関数h1は、h1(Xe)=K
    x*exp(Ke*Xe)と表され、Kx及びKeはX
    eから独立していることを特徴とするシステム。
  33. 【請求項33】 請求項31記載のシステムであって、
    前記コントローラはゲインコントロール入力端を有する
    可変ゲインアンプと、前記可変ゲインアンプの前記ゲイ
    ンコントロール入力端に接続したゲインコントロール出
    力端を有するコントロール回路と、からなることを特徴
    とするシステム。
  34. 【請求項34】 請求項33記載のシステムであって、
    前記コントロール回路は高ゲインアンプを含むことを特
    徴とするシステム。
  35. 【請求項35】 請求項34記載のシステムであって、
    前記高ゲインアンプは前記システムの開ループ特性の帯
    域より狭い帯域を有することを特徴とするシステム。
  36. 【請求項36】 請求項33記載のシステムであって、
    前記可変ゲインアンプは出力端を有し、前記コントロー
    ル回路は出力端を有し、前記出力端の双方の出力が加算
    回路によって加算されることを特徴とするシステム。
  37. 【請求項37】 請求項33記載のシステムであって、
    前記可変ゲインアンプは入力端を有し、前記コントロー
    ル回路は入力端を有し、前記入力端の双方は互いに接続
    されて同一の入力信号を受け入れることを特徴とするシ
    ステム。
  38. 【請求項38】 請求項37記載のシステムであって、
    前記入力信号は、前記システムへの入力である所定の設
    定値Xrefからの前記システムの出力Xdの偏倚の度合
    を示すエラー信号Xeであることを特徴とするシステ
    ム。
  39. 【請求項39】 請求項38記載のシステムであって、
    前記システムの開ループゲインAo1は、z*Ke*X
    refにほぼ等しいことを特徴とするシステム。
  40. 【請求項40】 請求項33記載のシステムであって、
    前記コントロール回路は積分器からなることを特徴とす
    るシステム。
  41. 【請求項41】 請求項33記載のシステムであって、
    前記コントロール回路はローパスフィルタからなること
    を特徴とするシステム。
  42. 【請求項42】 請求項41記載のシステムであって、
    前記ローパスフィルタは前記可変ゲインアンプのゲイン
    コントロール入力端に接続した出力端を有し、前記ロー
    パスフィルタは前記ゲインコントロールアンプの出力端
    に接続した入力端を有することを特徴とするシステム。
  43. 【請求項43】 請求項31記載のシステムであって、
    前記電力コンバータは可変制御動作周波数を有し前記動
    作周波数は前記電力コンバータの入力端において受け入
    れたコントロール信号に基づいて制御されることを特徴
    とするシステム。
  44. 【請求項44】 請求項43記載のシステムであって、
    前記コントローラは前記コントローラの出力と前記コン
    トローラの入力とを電流的アイソレーションをなすアイ
    ソレーション素子を有することを特徴とするシステム。
  45. 【請求項45】 請求項44記載のシステムであって、
    前記アイソレーション素子は磁気カプラからなることを
    特徴とするシステム。
  46. 【請求項46】 請求項31記載のシステムであって、
    前記コントローラはゲイン適応アンプからなり前記適応
    アンプは前記コントローラの出力の平均値に比例するゲ
    インを有することを特徴とするシステム。
  47. 【請求項47】 請求項31記載のシステムであって、
    前記電力コンバータは零電流スイッチング電力コンバー
    タからなることを特徴とするシステム。
  48. 【請求項48】 閉ループフィードバックシステムがほ
    ぼ一定値の開ループゲインを有するようになす方法であ
    って、前記フィードバックシステムは、 Xd=Kg*(Xcont)Zなる伝達関数を有する第1ゲ
    イン要素(Xcontは前記第1ゲイン要素の制御変化入力
    信号であり、Xdは前記第1ゲイン要素の被制御変化出
    力信号であり、Kg及びzはXcontから独立である)
    と、 Xcont=h1(Xe)なる伝達関数を有する第2ゲイン
    要素(Xeは前記第2ゲイン要素の制御変化入力信号で
    あり、Xcontは前記第2ゲイン要素の被制御変化出力信
    号である)と、からなるシステムであり、 前記伝達関数h1は[1/h1(Xe)]*[δh1
    (Xe)/δXe]=Keで表わされ、KeはXeから
    独立していることを特徴とする方法。
  49. 【請求項49】 請求項48記載の方法であって、前記
    伝達関数h1は、h1(Xe)=Kx*exp(Ke*
    Xe)として表されるようになされ、Kx及びKeはX
    eから独立となされていることを特徴とする方法。
  50. 【請求項50】 請求項48記載の方法であって、前記
    システムの出力信号Xdの所望値を示す設定値Xrefを
    前記システムの入力信号として供給するステップを更に
    有することを特徴とする方法。
  51. 【請求項51】 請求項48記載の方法であって、 前記システムの出力信号と基準値との間の差に基づくエ
    ラー信号を生成するステップと、 高ゲイン制御回路及びゲイン適応アンプからなるコント
    ローラを設けて前記コントローラの出力の平均値を前記
    ゲイン適応アンプのゲインを設定するための基準として
    用いて前記エラー信号を零に近づけるようになすステッ
    プと、をさらに有することを特徴とする方法。
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