KR20080079239A - 디지털 제어기 - Google Patents

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KR20080079239A
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에이지 다케가미
가즈시 와타나베
사토시 도미오카
고우지 히구치
가즈시 나카노
다츠요시 가지카와
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덴세이.라무다 가부시기가이샤
고쿠리쓰다이가쿠호진 덴키쓰신다이가쿠
캠퍼스 크리에이트 가부시끼가이샤
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Abstract

부하측을 센싱해도 발진하지 않고, 부하에 원하는 전압을 부여하도록 제어 가능한 디지털 제어기를 제공한다.
부하선을 통해 접속된 부하에 출력 전압(vo)을 공급하는 전력 증폭기에 있어서, 부하 전압(vL)과 출력 전압(vo)을 주기적으로 샘플링하여, 출력 전압(vo)와 부하 전압(vL)과 임의의 목표치(r)로부터 조작량(ξ1)을 산출하고, 이 조작량(ξ1)에 의거하여 전력 증폭기에 제어 신호를 출력한다. 이에 의해, 제어 대상이 되는 전력 증폭기의 부하 장치(9)에 LC 필터를 접속한 경우나 부하선이 긴 경우에 있어서, 부하측을 센싱해도 출력 발진하지 않는 로버스트한 디지털 제어기를 실현할 수 있다.

Description

디지털 제어기{DIGITAL CONTROLLER}
본 발명은, 예를 들면 스위칭 전원 장치와 같은 전력 증폭기 등에 장착되어, 부하에 공급하는 출력 전압에 대해 제어를 행하는 디지털 제어기에 관한 것으로, 특히 광역인 부하 변동이나 전원 전압 변동에 대해서도, 단독의 구성으로 대응할 수 있는 디지털 제어기에 관한 것이다.
부하 장치에 전력을 공급하는 전력 증폭기의 일종인 스위칭 전원 장치에서는, 노이즈 제거를 위해 스위칭 전원 장치의 출력 단자와 부하 장치의 사이에 LC 필터를 삽입하는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 또, 스위칭 전원 장치의 출력 단자와 부하 장치를 연결하는 부하선이 긴 경우에는, 당해 부하선에 존재하는 부유 용량이나 인덕턴스 성분에 의해, 등가적으로 상기와 같은 LC 필터를 삽입한 것과 같은 동일한 회로 구성이 된다.
도 7은, 스위칭 전원 장치의 출력 단자와 부하 장치의 사이에 LC 회로가 삽입된 상태를 도시한 회로도이다. 이 도면에 있어서, 입력 전압(vi)을 갖는 직류 전원(1)의 양단에는 예를 들면 MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자(2, 3)의 직렬 회로가 접속되어 있고, 이 스위칭 소자(2, 3)의 구동 단자로서의 게이트에 제어기(4)로부터 서로 반전하는 스위칭 펄스가 입력됨으로써 이들이 교호로 도통한다. 스위 칭 소자(3)의 드레인-소스 사이에는, 초크 코일(5)과 평활 콘덴서(6)의 직렬 회로가 접속되어 있다. 이 평활 콘덴서(6)의 양단이 출력 전압(vo)을 출력하는 출력 단자에 상당하고, 이 사이에 예를 들면 LC 필터나 부하선에 의해 구성된 인덕터(7)와 콘덴서(8)의 직렬 회로가 접속되어 있다. 콘덴서(8)의 양단이 부하 장치(9)에 접속되고, 부하 장치(9)에 전력이 공급된다.
또, 콘덴서(8)의 양단과 부하 장치(9)를 연결하는 부하 라인에는, 부하 전압(vL)을 리모트 센싱하기 위해, 네거티브(negative) 피드백 회로(18)가 접속되어 있다. 이하, 네거티브 피드백 회로(18)에 대해 설명한다. 당해 부하 라인 사이에는, 저항(10, 11)의 직렬 회로가 접속되고, 이 저항(10, 11)에 의해 부하 전압(vL)이 분압되어 에러 앰프(12)의 반전 입력 단자에 입력되어 있다. 에러 앰프(12)의 비반전 입력 단자에는 기준 전압원(13)의 기준 전압이 입력되어 있다. 에러 앰프(12)의 출력 단자는, 포토다이오드(15)의 캐소드가 접속되고, 그 애노드로부터 저항(14)을 통해 부하 전압(vL)의 양극측이 되는 콘덴서(8)의 일단에 접속되어 있다. 또, 에러 앰프(12)의 출력 단자-반전 입력 단자 사이에는 콘덴서(16)가 접속되어 있다. 포토다이오드(15)는 포토 트랜지스터(17)와 쌍으로 되어 있고, 포토다이오드(15)가 도통하면 그 신호가 포토 트랜지스터(17)를 통해 제어기(4)에 입력된다. 이들 네거티브 피드백 회로(18)에 의해 부하 전압(vL)과 기준 전압의 비교 정보가 피드백됨으로써, 제어기(4)가 스위칭 소자(2, 3)의 게이트에 입력되는 스위칭 펄스에 대해 예를 들면 PWM 제어나 PFM 제어 등 주지의 펄스 제어를 행한다.
상기와 같은 아날로그 제어에서는, 스위칭 전원 장치의 부하에 LC 필터를 접속한 경우나 부하선이 긴 경우에 있어서, 부하측을 센싱하면 출력 발진하는 문제가 있었다. 도 8은, 도 7에 나타낸 회로의 보드선도인데, 이 도면에서는 위상이 0°일 때의 게인이 0보다 커지고 있고, 발진하는 것을 알 수 있다. 발진을 억제하기 위한 방책으로서, 전체의 게인을 낮추는 것을 생각할 수 있지만, 응답 특성이 나빠져 버린다. 또, 센싱 포인트를 전원 출력단으로 변경하면 발진은 하지 않지만, 부하선이나 인덕터의 저항 성분에 의해 전압 강하하여, 원하는 부하 전압(vL)을 얻을 수 없다.
이 문제를 해결하는 하나의 수단으로서, 특허 문헌 1에는, 센싱 포인트를 부하단에 설정하지 않고, 부하 도선의 전압 강하분을 예상한 출력단 전압 목표치를 산출함으로써, 부하 도선의 전압 강하의 영향을 가미한 피드백 제어를 행하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특허공개 평9-34561호 공보
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 상기 특허 문헌 1의 방식에서는, 부하 전류치와 부하 도선 도통 저항치의 승산 결과로부터 부하 도선에 의한 전압 강하분을 추정하여 부하단 전압 목표치의 보정을 행하기 때문에, 부하 변동에 대해 고속 추종할 수 없고, 출력 전압이 불안정해진다.
그래서 본 발명은 상기 문제점을 감안하여, 부하측을 센싱해도 발진하지 않고, 부하에 원하는 전압을 부여하도록 제어 가능한 디지털 제어기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명에 있어서의 청구항 1∼5에서는, 부하선을 통해 접속된 부하에 출력 전압(vo)을 공급하는 전력 증폭기에 장착된 디지털 제어기로서, 출력 전압(vo)과 부하단의 전압인 부하 전압(vL)과 임의의 목표치(r)를 입력으로 하여 상기 전력 증폭기에 대한 조작량(ξ1)의 산출식을 등가 변환하여 얻어진 제어계를 실현하도록 구성된 조작량 연산부를 구비하고 있다.
이와 같이 하면, 제어 대상이 되는 전력 증폭기의 부하에 LC 필터를 접속한 경우나 부하선이 긴 경우에 있어서, 부하측을 센싱해도 출력 발진하지 않는 로버스트한 디지털 제어기를 실현할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서의 청구항 6의 디지털 제어기에서는, 상기 조작량 연산부가, 조작량(ξ1)의 산출에 사용되는 파라미터의 중 그 값이 작고 제어계에 주는 영향이 작은 것을 생략하여 구성되어 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 청구항 7의 디지털 제어기에서는, 상기 조작량 연산부가 상기 각 피드포워드 승산기를 생략하여 구성되어 있다.
이와 같이 하면, 조작량(ξ1)의 산출식이 간단화되고, 연산 처리의 고속화나 연산기의 간단화가 가능해진다.
[발명의 효과]
본 발명의 청구항 1∼5에 의하면, 부하측을 센싱해도 발진하지 않고, 부하에 원하는 전압을 부여하도록 제어 가능한 디지털 제어기를 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 청구항 6, 7에 의하면, 고속의 디지털 제어가 가능해지거나, 또는 연산기의 구성을 간이한 것으로 함으로써 비용을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 있어서의 디지털 제어기를 탑재한 스위칭 전원 장치의 구성을 도시한 회로도이다.
도 2는 상기와 동일한, 디지털 제어기의 제어계를 도시한 블록선도이다.
도 3은 도 2의 블록선도를 등가 변환한 변형예를 도시한 블록선도이다.
도 4는 도 3에 나타내어진 전달 함수의 공통 구성을 도시한 블록선도이다.
도 5는 도 3의 블록선도를 도 4의 구성을 이용하여 등가 변환한 변형예를 도시한 블록선도이다.
도 6은 도 1의 스위칭 전원 장치의 주파수 특성을 도시한 보드선도이다.
도 7은 종래예에 있어서의 아날로그 제어기를 탑재한 스위칭 전원 장치의 구성을 도시한 회로도이다.
도 8은 도 7의 스위칭 전원 장치의 주파수 특성을 도시한 보드선도이다.
[부호의 설명]
9 : 부하 장치
20 : 로버스트 디지털 제어기
22 : 조작량 연산부
32 : 가합점(가산기)
33 : 피드백 요소(제2 조작량 연산부, 제2 디지털 필터)
40 : 피드포워드 요소(제1 조작량 연산부, 제1 디지털 필터)
41 : 피드백 요소(제3 조작량 연산부, 제3 디지털 필터)
42 : 가합점(감산기)
43 : 적분 요소(적분기)
44 : 전달 요소(제4 디지털 필터)
51 : 가합점(제1 가산기)
52, 54 : 피드백 요소(피드백 승산기)
53 : 지연 요소(제1 지연 소자)
55 : 가합점(제2 가산기)
57 : 지연 요소(제2 지연 소자)
60, 61 : 피드포워드 요소(피드포워드 승산기)
62∼65 : 피드백 요소(피드백 승산기)
66, 67 : 전달 요소(승산기)
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명에 있어서의 디지털 제어기의 바람직한 실시예를 설명한다. 또한, 종래예와 동일 개소에는 동일 부호를 붙이고, 공통되는 부분의 설명은 중복되므로 최대한 생략한다.
도 1은, 본 발명에 있어서의 디지털 제어기를 탑재한 스위칭 전원 장치의 회로 구성을 도시한 회로도이고, 종래예의 도 7과 동일하게, 인덕터(7)와 콘덴서(8)로 이루어지는 LC 회로를 통해 부하 장치(9)가 접속된 상태로 되어 있다. 이 도면에서는, 도 7의 회로 중 제어기(4) 및 네거티브 피드백 회로(18)를 예를 들면 DSP(디지털·시그널·프로세서) 등으로 이루어지는 로버스트 디지털 제어기(20)로 치환한 구성으로 되어 있다. 이 도면에 있어서, 입력 전압(vi)을 갖는 직류 전원(1)의 양단에는 예를 들면 MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자(2, 3)의 직렬 회로가 접속되어 있고, 이 스위칭 소자(2, 3)의 구동 단자로서의 게이트에 로버스트 디지털 제어기(20)로부터 서로 반전하는 스위칭 펄스가 입력됨으로써 이들이 교호로 도통한다. 스위칭 소자(3)의 드레인-소스 사이에는, 초크 코일(5)과 평활 콘덴서(6)의 직렬 회로가 접속되어 있다. 이 평활 콘덴서(6)의 양단이 출력 전압(vo)을 출력하는 출력 단자에 상당하고, 이 사이에 예를 들면 LC 필터나 부하선에 의해 구성된 인덕터(7)와 콘덴서(8)의 직렬 회로가 접속되어 있다. 콘덴서(8)의 양단이 부하 장치(9)에 접속되고, 부하 장치(9)에 전력이 공급된다. 또, 콘덴서(8)의 양단과 부하 장치(9)를 연결하는 부하 라인에는, 부하 전압(vL)을 리모트 센싱하기 위해, 로버스트 디지털 제어기(20)가 접속되어 있다.
로버스트 디지털 제어기(20)는, 예를 들면 출력 전압(vo)이나 부하 전압(vL) 등의 아날로그 신호를 주기적으로 샘플링(이산화)하여 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터(21)와, AD 컨버터(21)에 의해 이산화된 피드백 신호, 즉 상기 디지털 신호와 목표치(r)에 의거하여 조작량(ξ1)을 산출하는 조작량 연산부(22)와, 당해 조작량(ξ1)에 따라 제어 신호로서의 스위칭 펄스를 생성하여 스위칭 소자(2, 3)의 게이트에 출력하는 제어 출력부로서의 PWM 출력부(23)로 구성된다. 본 발명에 있어서의 로버스트 디지털 제어기(20)는, 적어도 출력 전압(vo)과 부하 전압(vL)의 2개소, 또는 출력 초크 코일 전류(iLf)나 부하 인덕턴스 전류(iLL)를 포함시키면 최대 4개소를 AD 컨버터(21)에서 검출하여, 제어의 조작량(ξ1)을 결정하고 있다. 여기에서 말하는 조작량(ξ1)이란, 예를 들면 PWM 제어의 경우는 상기 스위칭 펄스의 듀티에 대응하는 것이고, 본 발명을 PFM 제어 등에도 응용할 수 있다. PFM 제어의 경우는 상기 스위칭 펄스의 주파수에 대응하게 된다. 또한 본 발명은, 전원 장치의 부하에 LC 필터를 접속한 모든 전원 장치에 응용할 수 있으므로, 전원 출력 노이즈의 저감을 용이하게 달성할 수 있다.
다음에, 도 2를 참조하면서 로버스트 디지털 제어기(20)의 특징부를 이루는 조작량 연산부(22)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는, 도 1에서 나타낸 전기 회로계 시스템을 모델화한 제어계의 기본 구조를 도시한 블록선도이다. 또한, 이하에서 설명되는 로버스트 디지털 제어계는, 본원 출원인이 먼저 출원한 특허 협력 조 약에 의거한 국제 출원 PCT/JP2005/013834에 대개 따른 것이고, 제어계에 이용되는 예를 들면 상태 방정식이나 각 전달 요소 등의 상세한 것에 대해서는 상기 국제 출원에 따른 명세서 등을 참조하기 바란다.
도 2의 블록선도에 있어서의 각 부의 구성을 설명하면, 30은, 행렬(x)의 각 요소를 이루는 출력 전류에 상당하는 부하 인덕턴스 전류(iLL)와 부하 전압(vL)에 관한 것이고, 입력(u=ξ1), 제어량(y)이 각각 주어졌을 때에, 다음의 수학식 6의 상태 방정식을 만족하는 제어 대상 요소로, 이것은 구체적으로는 스위칭 전원 장치의 컨버터부나, 인덕터(7)와 콘덴서(8)로 이루어지는 LC 필터에 상당한다.
[수학식 6]
Figure 112008029908819-PCT00001
Ad, Bd, Cd의 각 행렬은 회로 구성에 따라 적당한 값이 결정된다.
한편, 상기 제어 대상 요소(30)를 제외한 부분이, 적분형 제어계의 구성이 되는 로버스트 디지털 제어기(20)의 조작량 연산부(22)에 상당한다. 당해 조작량 연산부(22)는, 디지털 필터로서의 각 전달 요소(31, 33, 34)와, 가산기로서의 가합점(32)의 조합에 의해 구성된다. 여기에서, 각 전달 요소(31, 33, 34)의 전달 함수(Gr, GVO, GVL)는, 다음의 수학식 7로 표시된다.
[수학식 7]
Figure 112008029908819-PCT00002
GVO : 출력 전압(vo)으로부터 조작량(ξ1)까지의 전달 함수.
GVL : 부하 전압(vL)으로부터 조작량(ξ)까지의 전달 함수.
Gr : 부하 전압 목표치(r)로부터 조작량(ξ1)까지의 전달 함수.
따라서, 가합점(32)으로부터의 출력이 되는 조작량(ξ1)은 다음의 수학식 8로 표시된다.
[수학식 8]
Figure 112008029908819-PCT00003
상기 수학식 7, 8 중, z=exp(jωt)이고, H, Hr은 목표치(r)와 제어량(y)의 사이에 지정된 전달 함수의 극이며, kz, F12, F14, F15, F16, F112, F132는 제어계에 따라 미리 설정된 파라미터이다.
도 2에 나타낸 기본 구조를 보다 상세하게 설명하면, 목표치(r)를 입력으로 하여 전달 함수(Gr)의 전달 요소(31)가 접속되고, 출력 전압(vo)을 입력으로 하여 전달 함수(GVO)의 피드백 요소(33)가 접속되고, 부하 전압(vL)을 입력으로 하여 전달 함수(GVL)의 피드백 요소(34)가 접속되고, 전달 요소(31)로부터의 출력과 각 피드백 요소(33, 34)로부터의 출력이, 가합점(32)에서 가산되고, 이 가합점(32)에서 가산한 출력이, 로버스트 디지털 제어기(20) 내부에 있어서의 연산 지연 출력(ξ1)을 입력으로 하여 제어 대상 요소(30)에 부여되도록, 로버스트 디지털 제어기(20)의 조작량 연산부(22)가 구성된다. 또한, 각 전달 요소(31, 33, 34)는, 입력된 목표치(r), 출력 전압(vo), 부하 전압(vL)에 대해 전달 함수(Gr, GVO, GVL)를 이용하여 연산을 행하는 별개의 조작량 연산부로서 구성할 수도 있다.
상기 수학식에 있어서, 각 전달 함수(GVL, Gr)에 있는 적분기 1/(z-1)에 주목하면, 도 2에 나타낸 제어기 구성은 도 3과 같은 구성으로 치환하는 것도 가능하다. 도 3에서는, 조작량 연산부(22)는, 디지털 필터로서의 각 전달 요소(33, 40, 41, 44)와, 차수 1/(z-1)의 적분기로서의 요소(83)와, 가산기로서의 가합점(32)과, 감산기로서의 가합점(42)의 조합에 의해 구성된다. 여기에서, 각 전달 요소(40, 41, 44)의 전달 함수(Gr2, GVL2, Ge)는, 다음의 수학식 9로 표시된다.
[수학식 9]
Figure 112008029908819-PCT00004
도 3에 나타낸 구조를 보다 상세하게 설명하면, 목표치(r)를 입력으로 하여 전달 함수(Gr2)의 피드포워드 요소(40)가 접속되고, 출력 전압(vo)을 입력으로 하여 전달 함수(GVO)의 피드백 요소(33)가 접속되고, 부하 전압(vL)을 입력으로 하여 전달 함수(GVL2)의 피드백 요소(41)가 접속되고, 목표치(r)와 부하 전압(vL)의 편차가 가합점(42)으로부터 차수 1/(z-1)의 적분 요소(43)에 입력되고, 이 적분 요소(43)로부터의 출력이 전달 함수(Ge)의 전달 요소(44)에 입력되고, 이 전달 요소(44)의 출력과 피드포워드 요소(40)로부터의 출력과 각 피드백 요소(33, 41)로부터의 출력이, 가합점(32)에서 가산되고, 이 가합점(32)에서 가산한 출력이, 로버스트 디지털 제어기(20) 내부에 있어서의 연산 지연 출력(ξ1)을 입력으로 하여 제어 대상 요소(30)에 부여되도록, 로버스트 디지털 제어기(20)의 조작량 연산부(22)가 구성된다.
또한, 도 3의 각 전달 함수(GVO, Gr2, GVL2, Ge)의 구조에 주목하면, 다음의 수학식 10으로 일반화할 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112008029908819-PCT00005
이 일반화한 전달 함수(G)에 대해 입력(u), 출력(y)으로 하면, 다음의 수학식 11로 표시할 수 있고, 이것을 블록선도로 표현하면 도 4가 된다.
[수학식 11]
Figure 112008029908819-PCT00006
도 4에서는, 입력(u)을 입력으로 하여 파라미터(X, Y)의 전달 요소(50, 51)가 접속되고, 출력(y)을 입력으로 하여 파라미터(F15)의 피드백 요소(52)가 접속됨과 더불어, 전달 요소(50)로부터의 출력과, 각 피드백 요소(52, 54)로부터의 출력이, 가합점(51)에서 가산되고, 이 가합점(51)에서 가산한 출력이 차수 1/z의 지연 요소(53)에 입력되고, 이 지연 요소(53)로부터의 지연 출력이 파라미터(F16)의 피드백 요소(54)에 입력되고, 지연 요소(53)로부터의 지연 출력과, 전달 요소(51)로부터의 출력이, 가합점(55)에서 가산되고, 이 가합점(55)에서 가산한 출력이 차수 1/z의 지연 요소(57)에 입력되고, 지연 요소(57)로부터의 지연 출력이 출력(y)이 되도록 구성되어 있다.
도 3에 나타낸 각 전달 요소(33, 40, 41, 44)는 동일 구조이기 때문에, 이들 전달 요소는 도 4의 구조를 이용하여 도 5의 형태로 정리할 수 있다. 도 5에서는, 조작량 연산부(22)는, F12, F14, F15, F16, F112, F132, H, Hr, Hkz, Hrkz의 각 파라미터를 갖는 승산기로서의 전달 요소(52, 54, 60∼67)와, 1샘플 지연에 상당하는 차수 1/z의 지연 소자로서의 지연 요소(53, 57)와, 차수 1/(z-1)의 적분기로서의 적분 요소(43)와, 감산기로서의 가합점(42)과, 가산기로서의 가합점(51, 55)의 조합에 의해 구성된다. 또한, 파라미터(H, Hr, kz, F12, F14, F15, F16, F112, F132) 중, 그 값 이 작고 제어계에 주는 영향이 작은 것은 생략할 수 있고, 각 피드포워드 요소(60, 61)도 생략할 수 있다. 이에 의해, 조작량(ξ1)의 산출식이 간단화되어 연산 부담이 경감되고, 연산 처리의 고속화나 연산기의 간단화가 가능해진다.
도 5에 나타낸 구조를 보다 상세하게 설명하면, 목표치(r)를 입력으로 하여 파라미터(Hr, H)의 각 피드포워드 요소(60, 61)가 접속되고, 출력 전압(vo)을 입력으로 하여 파라미터(F12, F14)의 각 피드백 요소(62, 64)가 접속되고, 부하 전압(vL)을 입력으로 하여 파라미터(F112, F132)의 각 피드백 요소(63, 65)가 접속됨과 더불어, 목표치(r)와 부하 전압(vL)의 편차가 가합점(42)으로부터 차수 1/(z-1)의 적분 요소(43)에 입력되고, 이 적분 요소(43)로부터의 출력이 파라미터(Hkz, Hrkz)의 각 전달 요소(66, 67)에 입력되고, 이 전달 요소(67)로부터의 출력과, 각 피드백 요소(64, 65)로부터의 출력과, 파라미터(F15, F16)의 각 피드백 요소(52, 54)로부터의 출력과, 피드포워드 요소(60)로부터의 출력이, 가합점(51)에서 가산되고, 이 가합점(51)에서 가산한 출력이 차수 1/z의 지연 요소(53)에 입력되고, 이 지연 요소(53)로부터의 지연 출력(ξ2)이 파라미터(F16)의 피드백 요소(54)에 입력되고, 지연 요소(53)로부터의 지연 출력(ξ2)과, 각 피드백 요소(62, 63)로부터의 출력과, 피드포워드 요소(61)로부터의 출력과, 전달 요소(66)로부터의 출력이, 가합점(55)에서 가산되고, 이 가합점(55)에서 가산한 출력이 차수 1/z의 지연 요소(57)에 입 력되고, 이 지연 요소(57)로부터의 지연 출력(ξ1)이 파라미터(F15)의 피드백 요소(52)에 입력됨과 더불어, 제어 대상 요소(30)에 부여되도록, 로버스트 디지털 제어기(20)의 조작량 연산부(22)가 구성된다.
이와 같이 하여 얻어진 로버스트 디지털 제어기(20)를 이용한 스위칭 전원 장치는, 그 부하에 LC 필터를 접속한 경우나 부하선이 긴 경우에 있어서, 부하측을 센싱해도 출력 발진하지 않는다. 도 6은, 도 1에 나타낸 회로의 보드선도인데, 이 도면에서는, 종래예를 나타낸 도 8과는 달리, 위상이 0°일 때의 게인이 0보다 작아지고 있고, 발진이 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 실시예의 로버스트 디지털 제어기(20)는, 부하선을 통해 접속된 부하 장치(9)에 출력 전압(vo)을 공급하는 전력 증폭기에 장착된 디지털 제어기로서, 상기 출력 전압(vo)과 부하단의 전압인 부하 전압(vL)과 임의의 목표치(r)를 입력으로 하여 상기 전력 증폭기에 대한 조작량(ξ1)을 산출하는 조작량 연산부(22)를 구비하고 있다.
또 본 실시예의 로버스트 디지털 제어기(20)에서는, 조작량 연산부(22)는, 상기 목표치(r)를 입력으로 하는 제1 조작량 연산부에 상당하는 피드포워드 요소(40)와, 상기 출력 전압(vo)을 입력으로 하는 제2 조작량 연산부에 상당하는 피드백 요소(33)와, 상기 부하 전압(vL)을 입력으로 하는 제3 조작량 연산부에 상당하는 피드백 요소(41)와, 상기 목표치(r)와 상기 부하 전압(vL)의 편차를 출력하는 감산 기로서의 가합점(42)과, 이 가합점(42)으로부터 출력되는 당해 편차를 적분하는 적분기로서의 적분 요소(43)와, 이 적분 요소(43)로부터의 출력을 입력으로 하는 제4 조작량 연산부에 상당하는 전달 요소(44)를 구비하고, 상기 제1에서 제4 조작량 연산부로부터의 출력을 이용하여 연산해, 조작량(ξ1)을 출력하는 것임을 특징으로 한다.
또한 본 실시예의 로버스트 디지털 제어기(20)에서는, 상기 조작량 연산부가 다음의 수학식 12에 따라,
[수학식 12]
Figure 112008029908819-PCT00007
(단, z=exp(jωt), H, Hr은 목표치(r)와 제어량(y)의 사이에 지정된 전달 함수의 극, kz, F12, F14, F15, F16, F112, F132는 미리 설정된 소정의 파라미터이다)
조작량(ξ1)을 산출하도록 구성되어 있다.
또 본 실시예의 로버스트 디지털 제어기(20)에서는, 조작량 연산부(22)가, 상기 목표치(r)를 입력으로 하여 다음의 수학식 13으로 표시되는 전달 함수(Gr2)를 갖는 제1 디지털 필터로서의 피드포워드 요소(40)와,
[수학식 13]
Figure 112008029908819-PCT00008
상기 출력 전압(vo)을 입력으로 하여 다음의 수학식 14로 표시되는 전달 함수(GVO)를 갖는 제2 디지털 필터로서의 피드백 요소(33)와,
[수학식 14]
Figure 112008029908819-PCT00009
상기 부하 전압(vL)을 입력으로 하여 다음의 수학식 15로 표시되는 전달 함수(GVL2)를 갖는 제3 디지털 필터로서의 피드백 요소(41)와,
[수학식 15]
Figure 112008029908819-PCT00010
상기 목표치(r)와 상기 부하 전압(vL)의 편차를 출력하는 감산기로서의 가합점(42)와, 이 가합점(42)으로부터 출력되는 당해 편차를 적분하는 적분기로서의 적분 요소(43)와, 이 적분 요소(43)로부터의 출력을 입력으로 하여 다음의 수학식 16으로 표시되는 전달 함수(Ge)를 갖는 제4 디지털 필터로서의 전달 요소(44)와,
[수학식 16]
Figure 112008029908819-PCT00011
피드포워드 요소(40)와 피드백 요소(33, 41)와 전달 요소(44)로부터의 출력을 가산하여 조작량(ξ1)을 출력하는 가산기로서의 가합점(32)으로 구성되어 있다.
또한 본 실시예의 로버스트 디지털 제어기(20)에서는, 조작량 연산부(22)가, 상기 목표치(r)를 입력으로 하여 상기 파라미터(Hr, H)를 승산하는 각 피드포워드 승산기로서의 피드포워드 요소(60, 61)가 접속되고, 상기 출력 전압(vo)을 입력으로 하여 상기 파라미터(F12, F14)를 승산하는 각 피드백 승산기로서의 피드백 요소(62, 64)가 접속되고, 상기 부하 전압(vL)을 입력으로 하여 상기 파라미터(F112, F132)를 승산하는 각 피드백 승산기로서의 피드백 요소(63, 65)가 접속됨과 더불어, 상기 목표치(r)와 상기 부하 전압(vL)의 편차가 감산기로서의 가합점(42)으로부터 적분기로서의 적분 요소(43)에 입력되고, 이 적분 요소(43)로부터의 출력이 상기 파라미터(Hkz, Hrkz)를 승산하는 각 승산기로서의 전달 요소(66, 67)에 입력되고, 이 파라미터(Hrkz)의 전달 요소(67)로부터의 출력과, 상기 파라미터(F14, F15, F16, F132)를 승산하는 각 피드백 승산기로서의 피드백 요소(64, 52, 54, 65)로부터의 출력과, 상기 파라미터(Hr)를 승산하는 피드포워드 요소(60)로부터의 출력이, 제1 가산기로서의 가합점(51)에서 가산되고, 이 가합점(51)에서 가산한 출력이 1샘플 시간 지연시키는 제1 지연 소자로서의 지연 요소(53)에 입력되고, 이 지연 요소(53)로부터의 지연 출력(ξ2)이 상기 파라미터(F16)의 피드백 요소(54)에 입력되고, 지연 요소(53)로부터의 지연 출력(ξ2)과, 상기 파라미터(F12, F112)의 각 피드백 요소(62, 63)로부터의 출력과, 상기 파라미터(H)의 피드포워드 요소(61)로부터의 출력과, 상기 파라미터(Hkz)의 전달 요소(66)로부터의 출력이, 제2 가산기로서의 가합점(55) 에서 가산되고, 이 가합점(55)에서 가산한 출력이 1샘플 시간 지연시키는 제2 지연 소자로서의 지연 요소(57)에 입력되고, 이 지연 요소(57)로부터의 지연 출력(ξ1)이, 상기 파라미터(F15)의 피드백 요소(52)에 입력됨과 더불어 조작량(ξ1)으로서 출력되도록 구성되어 있다.
이와 같이 하면, 제어 대상이 되는 전력 증폭기의 부하 장치(9)에 LC 필터를 접속한 경우나 부하선이 긴 경우에 있어서, 부하측을 센싱해도 출력 발진하지 않는 로버스트한 디지털 제어기를 실현할 수 있다. 따라서, 부하측을 센싱해도 발진하지 않고, 부하 장치(9)에 원하는 전압을 부여하도록 제어 가능한 디지털 제어기를 제공할 수 있다.
또 본 실시예의 로버스트 디지털 제어기(20)에서는, 상기 조작량 연산부(22)가, 상기 파라미터(H, Hr, kz, F12, F14, F15, F16, F112, F132) 중 그 값이 작고 제어계에 주는 영향이 작은 것을 생략하여 구성되어 있다.
또한 본 실시예의 로버스트 디지털 제어기(20)에서는, 조작량 연산부(22)가 각 피드포워드 요소(60, 61)를 생략하여 구성되어 있다.
이와 같이 하면, 조작량(ξ1)의 산출식이 간단화되고, 연산 처리의 고속화나 연산기의 간단화가 가능해진다. 따라서, 고속의 디지털 제어가 가능해지거나, 또는 연산기의 구성을 간이한 것으로 함으로써 비용을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 제어 대상이 되는 컨버터부의 구성은 트랜스를 이용한 절연형 컨버터나, 복수의 스위칭 소자를 갖는 컨버터(예를 들면, 하프 브리지 컨버터나 풀 브리지 컨버터) 등, 여러 가지 형식의 것을 적용할 수 있다. 또한 본 실시예의 디지털 제어기는, 피드백 제어를 행하는 모든 기기에 적용이 가능하다.

Claims (7)

  1. 부하선을 통해 접속된 부하에 출력 전압(vo)을 공급하는 전력 증폭기에 장착된 디지털 제어기로서, 상기 출력 전압(vo)과 부하단의 전압인 부하 전압(vL)과 임의의 목표치(r)를 입력으로 하여 상기 전력 증폭기에 대한 조작량(ξ1)을 산출하는 조작량 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 디지털 제어기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조작량 연산부는, 상기 목표치(r)를 입력으로 하는 제1 조작량 연산부와, 상기 출력 전압(vo)을 입력으로 하는 제2 조작량 연산부와, 상기 부하 전압(vL)을 입력으로 하는 제3 조작량 연산부와, 상기 목표치(r)와 상기 부하 전압(vL)의 편차를 출력하는 감산기와, 이 감산기로부터 출력되는 당해 편차를 적분하는 적분기와, 이 적분기로부터의 출력을 입력으로 하는 제4 조작량 연산부를 구비하고, 상기 제1에서 제4 조작량 연산부로부터의 출력을 이용하여 연산해, 조작량(ξ1)을 출력하는 것임을 특징으로 하는 디지털 제어기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 조작량 연산부가 다음의 수학식 1에 따라,
    [수학식 1]
    Figure 112008029908819-PCT00012
    (단, z=exp(jωt), H, Hr은 목표치(r)와 제어량(y)의 사이에 지정된 전달 함수의 극, kz, F12, F14, F15, F16, F112, F132는 미리 설정된 소정의 파라미터이다)
    조작량(ξ1)을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 제어기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 조작량 연산부가, 상기 목표치(r)를 입력으로 하여 다음의 수학식 2로 표시되는 전달 함수(Gr2)를 갖는 제1 디지털 필터와,
    [수학식 2]
    Figure 112008029908819-PCT00013
    상기 출력 전압(vo)을 입력으로 하여 다음의 수학식 3으로 표시되는 전달 함수(GVO)를 갖는 제2 디지털 필터와,
    [수학식 3]
    Figure 112008029908819-PCT00014
    상기 부하 전압(vL)을 입력으로 하여 다음의 수학식 4로 표시되는 전달 함 수(GVL2)를 갖는 제3 디지털 필터와,
    [수학식 4]
    Figure 112008029908819-PCT00015
    상기 목표치(r)와 상기 부하 전압(vL)의 편차를 출력하는 감산기와, 이 감산기로부터 출력되는 당해 편차를 적분하는 적분기와, 이 적분기로부터의 출력을 입력으로 하여 다음의 수학식 5로 표시되는 전달 함수(Ge)를 갖는 제4 디지털 필터와,
    [수학식 5]
    Figure 112008029908819-PCT00016
    상기 제1 내지 제4 디지털 필터로부터의 출력을 가산하여 조작량(ξ1)을 출력하는 가산기로 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 제어기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 조작량 연산부가, 상기 목표치(r)를 입력으로 하여 상기 파라미터(Hr, H)를 승산하는 각 피드포워드 승산기가 접속되고, 상기 출력 전압(vo)을 입력으로 하여 상기 파라미터(F12, F14)를 승산하는 각 피드백 승산기가 접속되고, 상기 부하 전압(vL)을 입력으로 하여 상기 파라미터(F112, F132)를 승산하는 각 피드백 승산기가 접속됨과 더불어, 상기 목표치(r)와 상기 부하 전압(vL)의 편차가 감산기로부터 적분기에 입력되고, 이 적분기로부터의 출력이 상기 파라미터(Hkz, Hrkz)를 승산하는 각 승산기에 입력되고, 이 파라미터(Hrkz)의 승산기로부터의 출력과, 상기 파라미터(F14, F15, F16, F132)를 승산하는 각 피드백 승산기로부터의 출력과, 상기 파라미터(Hr)를 승산하는 피드포워드 승산기로부터의 출력이, 제1 가산기에서 가산되고, 이 제1 가산기에서 가산한 출력이 1샘플 시간 지연시키는 제1 지연 소자에 입력되고, 이 제1 지연 소자로부터의 지연 출력(ξ2)이 상기 파라미터(F16)의 피드백 승산기에 입력되고, 상기 제1 지연 소자로부터의 지연 출력(ξ2)과, 상기 파라미터(F12, F112)의 각 피드백 승산기로부터의 출력과, 상기 파라미터(H)의 피드포워드 승산기로부터의 출력과, 상기 파라미터(Hkz)의 승산기로부터의 출력이, 제2 가산기에서 가산되고, 이 제2 가산기에서 가산한 출력이 1샘플 시간 지연시키는 제2 지연 소자에 입력되고, 이 제2 지연 소자로부터의 지연 출력(ξ1)이, 상기 파라미터(F15)의 피드백 승산기에 입력됨과 더불어 조작량(ξ1)으로서 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 제어기.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조작량 연산부가, 상기 파라미터(H, Hr, kz, F12, F14, F15, F16, F112, F132) 중 그 값이 작고 제어계에 주는 영향이 작은 것을 생략하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 제어기.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 조작량 연산부가 상기 각 피드포워드 승산기를 생략하여 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 제어기.
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