CN105940598B - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源装置，具有：变换器部；输出电压检测部；输出电压控制部，根据变换器部的输出电压与基准电压的比较结果，来进行使电源装置的输出电压的检测值接近目标值的控制；以及指令值读取单元，从外部读取与输出电压相关的指令值，在所述电源装置中，即使在变换器部停止动作时，也会从连接在输出端子间的外部电路向输出端子间施加预偏置电压，其中，在变换器部开始动作时，设定输出电压以使输出电压成为与预偏置电压相同的值或近似的值，在输出电压达到与预偏置电压相同的值或近似的值之后，设定输出电压以使输出电压成为基于来自外部的指令值的电压。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及即使在变换器停止动作时也会从外部向输出端子间施加预偏置电压的电源装置。
背景技术
具备降压型变换器电路的一般的开关电源装置示于例如专利文献1。该专利文献1的开关电源装置构成为，具备对高压侧MOS-FET和低压侧MOS-FET进行同步整流的控制电路，通过该控制电路的控制来提高电力变换效率。
此外，在专利文献2中示出了将具备变换器和蓄电池的电源装置进行并联连接来进行并行运转的电源装置。该专利文献2的各电源装置具有变更变换器的输出电压的功能。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2013-207993号公报
专利文献2：JP特开平10-112942号公报
发明内容
发明要解决的课题
在如专利文献2所示的将多个电源装置进行并联连接来进行并行运转的电源***中，在输出端子连接有蓄电池即电池、包括电池的电源电路的电源装置中，会产生即使在变换器停止动作时也会在输出端子间施加来自电池等外部的电压(以下，称为“预偏置电压”)的状态。
在使如专利文献1所示的对设定电压和实际的输出电压进行比较而通过反馈控制来控制开关元件的、包括变换器的电源装置动作的情况下，当输出电压的设定值与当前值之差过大时，有时变换器不能正常启动。例如会产生如下现象，即，由于输出电压的设定值与当前值之差过大，所以直到变换器启动为止通过保护类电路等其它电路的动作来实施保护动作，从而不能正常启动。
此外，在输出设定电压比由预偏置电压造成的输出端子间电压低的情况下、在启动时等电源装置的输出电压瞬间较低的情况下，当采用如专利文献1所示的同步整流方式的变换器时，会从输出端子向变换器流过反向电流。
此外，在电源装置的输出电压的设定值(设定电压)高的情况下，有可能从电源装置向电池流过过大的充电电流。
本发明的目的在于，提供一种在产生输出端子间施加有预偏置电压的状态的电源装置中消除了启动时的异常动作的电源装置。
用于解决课题的技术方案
(1)本发明的电源装置具有：变换器部，进行电力变换；输出电压检测部，检测输出电压；输出电压控制部，根据所述变换器部的输出电压的检测电压与基准电压的比较结果，来进行使电源装置的输出电压接近设定电压的控制；以及指令值读取单元，从外部读取与输出电压相关的指令值，在所述电源装置中，即使在所述变换器部停止动作时，也会从连接在输出端子间的外部电路向所述输出端子间施加电压，所述电源装置的特征在于，具备：
临时输出电压设定单元，在所述变换器部开始动作时，设定输出电压以使输出电压成为与预先设定的目标电压相同的值或近似的值，所述目标电压比从所述外部电路施加的电压高且比所述指令值低；以及
稳定输出电压设定单元，在所述输出电压达到与所述目标电压相同的值或近似的值之后，设定输出电压以使输出电压成为基于来自外部的指令值的电压。
(2)本发明的电源装置具有：变换器部，进行电力变换；输出电压检测部，检测输出电压；输出电压控制部，根据所述变换器部的输出电压的检测电压与基准电压的比较结果，来进行使电源装置的输出电压接近设定电压的控制；以及指令值读取单元，从外部读取与输出电压相关的指令值，即使在所述变换器部停止动作时，也会从连接在输出端子间的外部电路向所述输出端子间施加电压，所述电源装置的特征在于，具备：
临时输出电压设定单元，在由所述输出电压检测部检测到从所述外部电路施加的电压、且所述变换器部开始动作时，设定输出电压以使输出电压成为与从所述外部电路施加的电压相同的值或近似的值；以及稳定输出电压设定单元，在所述输出电压达到与从所述外部电路施加的电压相同的值或近似的值之后，设定输出电压以使输出电压成为基于来自外部的指令值的电压。
通过上述(1)或(2)的结构，指令值与当前值之差不会过大，能够防止启动时的异常动作。
(3)在上述(1)或(2)中，优选构成为，具备对所述输出端子间的电压进行分压的电阻分压电路，临时输出电压设定单元以及稳定输出电压设定单元通过切换叠加在电阻分压电路上的电压来设定输出电压。通过该结构，变得容易设定输出电压。
(4)在上述(1)或(2)中，如果能够设定所述基准电压，则优选构成为，所述临时输出电压设定单元以及稳定输出电压设定单元通过控制基准电压来设定输出电压。
(5)在上述(1)～(4)的任一项中，能够由微控制器IC来构成所述指令值读取单元、临时输出电压设定单元以及稳定输出电压设定单元，能够由PWM控制IC来构成所述输出电压控制部。通过该结构，能够使用通用的PWM控制IC，可通过微控制器IC的控制容易地进行启动时的控制。
(6)在上述(1)～(4)的任一项中，能够由单个DSP来构成所述指令值读取单元、临时输出电压设定单元、稳定输出电压设定单元以及输出电压控制部。通过该结构，可使电路集成化，可谋求小型化。
(7)在上述(1)～(6)的任一项中，所述变换器部优选为降压型变换器，该降压型变换器具备：电感器，以串联方式连接在输入电源与输出电源之间；第一开关元件，导通时向电感器通电励磁电流；以及第二开关元件，导通时向电感器通电回流电流。通过该结构，可由少量的部件来构成电路，且能够进行高效的变换器动作。而且，仅在输出电压的设定值比预偏置电压低的短期间内流过反向电流。
发明效果
根据本发明，不会成为指令值与当前值之差过大的状态，能够防止启动不良等异常动作。
附图说明
图1是将第一实施方式所涉及的电源装置的一部分进行框图化的电路图。
图2是第一实施方式所涉及的电源装置的电路图。
图3是示出基于微控制器11以及PWM控制IC12的控制的电源装置101启动时的各电压的推移的图。
图4是表示图3中的各区间的状态的图。
图5是第二实施方式所涉及的电源装置102的电路图。
图6是第三实施方式所涉及的电源***的框图。
图7是示出第四实施方式所涉及的电源装置启动时的各电压的推移的图。
图8是表示图7中的各区间的状态的图。
图9是第五实施方式所涉及的电源装置105的主要部分的电路图。
具体实施方式
《第一实施方式》
图1是将第一实施方式所涉及的电源装置的一部分进行框图化的电路图，图2是该电源装置的电路图。
本实施方式的电源装置101是将端子+Vin作为输入电源端子并将端子+Vout作为输出电源端子的电源装置，由输出电压设定部1、输出电压控制部2以及变换器部构成。变换器部具备与第一开关元件Q1一同以串联方式连接在输入电源端子与输出电源端子之间的电感器L1、导通时向电感器L1通电励磁电流的第一开关元件Q1、导通时向电感器通电回流电流的第二开关元件Q2、输入电容器C1、以及平滑电容器C2。通过输出电压控制部2对第一开关元件Q1以及第二开关元件Q2进行开关，由此上述变换器部作为降压型变换器而动作。即，第一开关元件Q1、第二开关元件Q2交替地导通/截止，在第一开关元件Q1的导通期间电感器L1被励磁，在第二开关元件Q2的导通期间向电感器流过回流电流。而且，通过第一开关元件Q1的导通占空比来控制降压电压。
输出电压设定部1接收从外部输入的指令信号，针对输出电压控制部2来确定输出电压的设定值。
图2示出上述输出电压设定部1以及输出电压控制部2的具体例子。在图2中，在输出端子+Vout与GND端子之间连接有电池。该电池是本发明所涉及的外部电路的例子。微控制器11将电源装置101的输出端子+Vout的电压(电池电压)作为电源电压而动作。该微控制器11读取从外部的主机装置输入到远程控制端子REC的串行数据的指令值，从信号端子Sig输出对PWM控制IC12的控制电压。此外，将输入到微控制器11的电源端子Vin的输入电压作为电源而动作，且检测该输入电压。该微控制器11的进行电压检测的部分是本发明所涉及的“输出电压检测部”的例子。
此外，PWM控制IC12将电源装置101的输出端子+Vom的电压(电池电压)作为电源电压而动作。该PWM控制IC12根据反馈端子FB的输入电压与在内部产生的基准电压的比较结果来生成PWM调制信号，从输出端子HO、LO向第一开关元件Q1以及第二开关元件Q2输出栅极信号。
在图2中，电阻R1、R2是分压电路，对向输出端子+Vout输出的输出电压进行分压而输入到上述反馈端子FB。微控制器11的信号端子Sig经由电阻R3连接到反馈端子FB。
PWM控制IC12控制PWM调制信号的导通占空比以使反馈端子FB的电压变得与上述基准电压相等。由此，将输出端子+Vout的电压保持为设定值。
从微控制器11提供的控制电压与由电阻R1、R2构成的电阻分压电路的电压叠加，该叠加后的电压成为反馈端子FB的电压。因此，微控制器11通过向信号端子Sig输出的输出电压来进行输出电压的设定。
图3是示出基于上述微控制器11以及PWM控制IC12的控制的电源装置101启动时的各电压的推移的图。此外，图4是表示图3中的各区间的状态的图。
每个区间的动作如下。
[区间(1)]
在区间(1)中，作为电源电压，对微控制器11以及PWM控制IC12施加作为从外部电路施加的电压的电池电压(预偏置电压)，但是未从外部接收对微控制器11的指令值。此外，PWM控制IC12是停止动作的状态。因此，第一开关元件Q1、第二开关元件Q2都是截止状态。
[区间(2)]
当从外部输入了输出电压的指令值时，微控制器11首先检测电池电压(预偏置电压)。
[区间(3)]
根据在区间(2)检测的电池电压来确定输出电压的临时输出电压设定值，向PWM控制IC12输出与该临时输出电压设定值相当的控制电压。如果在区间(2)检测的电池电压例如为10V，则将临时输出电压设定值确定为10V。PWM控制IC12开始动作，控制PWM调制信号的导通占空比以使输出端子+Vout的输出电压成为上述临时输出电压设定值，由此进行反馈控制。因此，如图3的区间(3)所示，输出电压逐渐上升。该微控制器11的动作单元是本发明所涉及的“临时输出电压设定单元”的例子。该区间(3)例如为几ms。区间(3)是状态转变的期间，时间短。
[区间(4)]
保持电源装置101的输出电压达到电池电压的状态。该区间(4)例如为几ms～50ms左右。
[区间(5)]
向PWM控制IC12输出与基于上述指令值的固有的输出电压的设定值(稳定输出设定值，例如为12V)相当的控制电压。由此，PWM控制IC12控制PWM调制信号的导通占空比以使输出端子+Vout的输出电压成为上述稳定输出设定值，由此进行反馈控制。因此，如图3的区间(5)所示，输出电压成为稳定输出设定值，并且电池的充电电压逐渐上升。此后，电源装置101的输出电压以及电池电压保持稳定值12V。该微控制器11的动作单元是本发明所涉及的“稳定输出电压设定单元”的例子。
另外，在预偏置电压为0时，由于微控制器11以及PWM控制IC12不动作，所以该期间也与上述区间(1)相同。
此外，即使在不从外部输入有输出电压的指令值时也可以施加预偏置电压，使微控制器11在开始启动时首先检测电池电压(预偏置电压)。该期间相当于上述区间(2)。
如上所示，不会成为输出电压的指令值与当前值之差过大的状态，此外，也不会产生输出电压的指令值极度低于预偏置电压的状态，因此能够防止启动不良等异常动作。
根据本实施方式，能够使用不具有如后面的第二实施方式所示的基准电压端子的PWM控制IC。
另外，虽然在图3所示的例子中临时输出电压设定单元将与预偏置电压相等的电压设定为临时输出电压，但是临时输出电压也可以不与预偏置电压精确地一致。只要临时输出电压与实际的预偏置电压之差小至某程度并且变换器可正常进行启动，实质上也可以是相同的值或近似的值。
另外，信号端子Sig的输出不限于模拟信号，也可以是PWM调制信号。在该情况下，只要在外部设置有与信号端子Sig连接的平滑电路即可。
《第二实施方式》
图5是第二实施方式所涉及的电源装置102的电路图。微控制器11和PWM控制IC12的连接关系与在第一实施方式中图1所示的电源装置101不同。在图5中，PWM控制IC12具备从外部输入基准电压的基准电压端子Vref。微控制器11的信号端子Sig连接到PWM控制IC12的基准电压端子Vref。通过该结构，微控制器11向PWM控制IC12的基准电压端子Vref提供基准电压。
PWM控制IC12控制PWM调制信号的导通占空比以使基准电压端子的电压(基准电压)与反馈端子FB的电压变得相等。微控制器11通过控制PWM控制IC12的基准电压来控制输出电压。即，通过PWM控制IC12的基准电压来确定在第一实施方式中示出的输出电压的临时输出电压设定值以及稳定输出设定值的设定。例如，在进行与图3所示的例子同等的控制的情况下，在区间(3)确定PWM控制IC12的基准电压以使输出电压成为10V。此外，在区间(5)确定PWM控制IC12的基准电压以使输出电压成为12V。
根据本实施方式，在使用具备基准电压端子的PWM控制IC的情况下，可简化微控制器11与PWM控制IC12的连接结构。
《第三实施方式》
图6是第三实施方式所涉及的电源***的框图。本实施方式是将多个电源装置101A、101B、…、101N的输入部以及输出部分别进行并联连接而进行并行运转的电源***的例子。各电源装置101A、101B、…、101N的结构与在第一或第二实施方式中示出的电源装置相同。
虽然在第一、第二实施方式中示出了在电源装置的输出端子间连接有电池的例子，但是在像本实施方式这样将多个电源装置的输出部进行并联连接的***中，只要有任一个电源装置的变换器部在动作，就会在其它电源装置的输出端子间施加预偏置电压。本发明在这种进行并行运转的电源***中也能通过在第一、第二实施方式中示出的作用来防止启动不良等异常动作。
《第四实施方式》
第四实施方式的电源装置的电路结构与在第一实施方式中图1、图2所示的结构相同，但是输出电压设定部1的控制内容不同。
图7是示出本实施方式的电源装置启动时的各电压的推移的图。此外，图8是表示图7中的各区间的状态的图。每个区间的动作如下。
[区间(1)]
作为电源电压施加有电池电压(预偏置电压)，但是未接收来自外部的指令值。该区间(1)与在第一实施方式中图3所示的区间(1)相同。
[区间(2)]
确定比电池电压(预偏置电压)高且比上述指令值低的作为目标电压的临时输出电压设定值。电池电压的范围事先已知，且不依赖于当前的电池电压，因此可以事先决定临时输出电压设定值。只要不是会引起启动不良的程度，该临时输出电压设定值也可以是比电池电压(预偏置电压)高的电压。由此，如图7的区间(2)所示，输出电压逐渐上升。
[区间(3)]
保持电源装置的输出电压达到临时输出电压设定值的电压的状态。该区间(3)与在第一实施方式中图3所示的区间(4)对应。
[区间(4)]
进行控制以使电源装置的输出电压成为如下的电压，该电压相当于基于上述指令值的固有的输出电压的设定值(稳定输出设定值)。由此，如图7的区间(4)所示，输出电压成为稳定输出设定值，并且电池的充电电压逐渐上升。此后，电源装置的输出电压以及电池电压保持稳定值。该区间(4)与在第一实施方式中图3所示的区间(5)对应。
通过以上的控制，不会成为输出电压的指令值与当前值之差过大的状态，此外，也不会产生输出电压的指令值比预偏置电压低的状态，因此能够防止启动不良等异常动作。
根据本实施方式，临时输出电压设定值是预先决定的值，无需在启动前检测电池电压(预偏置电压)，因此能够简化启动时的动作顺序。即，不需要在第一实施方式中示出的图3的区间(2)。
《第五实施方式》
图9是第五实施方式所涉及的电源装置的主要部分的电路图。与在第一实施方式中图2所示的电源装置的不同点在于，在输出电源端子+Vout的线上具备开关元件SW。此外，微控制器11的控制不同。
本实施方式的电源装置105的微控制器11进行图3或图7所示的控制，在图3中的区间(4)、(5)或图7中的区间(3)、(4)将开关SW导通。
由此，能够有效地抑制变换器开始动作时从变换器部向电池流入的冲击电流。因此，能够在抑制瞬态电流的同时使变换器启动。此外，通过在图3中的区间(4)或图7中的区间(3)接通开关SW，从而能够抑制在开关SW导通时从电池到变换器部的涌入电流。
《其它实施方式》
虽然在第一、第二、第五实施方式中示出了由微控制器11构成图1所示的输出电压设定部1、由PWM控制IC12构成输出电压控制部2的主要部分的例子，但是也可以将图1所示的输出电压设定部1和输出电压控制部2合并而由单个DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)构成。由此，可使电路集成化，可谋求小型化。
附图标记说明
C1：输入电容器；
C2：平滑电容器；
FB：反馈端子；
HO、LO：输出端子；
L1：电感器；
Q1：第一开关元件；
Q2：第二开关元件；
R1、R2、R3：电阻；
REC：远程控制端子；
Sig：信号端子；
SW：开关；
Vin：电源端子；
Vref：基准电压端子；
1：输出电压设定部；
2：输出电压控制部；
11：微控制器；
12：PWM控制IC；
101、102、105：电源装置；
101A、101B、…、101N：电源装置。

Claims (7)

1.一种电源装置，具有：变换器部，进行电力变换；输出电压检测部，检测输出电压；输出电压控制部，根据所述变换器部的输出电压的检测电压与基准电压的比较结果，来进行使电源装置的输出电压接近设定电压的控制；以及指令值读取单元，从外部读取与输出电压相关的指令值，在所述电源装置中，即使在所述变换器部停止动作时，也会从连接在输出端子间的外部电路向所述输出端子间施加电压，所述电源装置的特征在于，具备：
临时输出电压设定单元，在所述变换器部开始动作时，设定输出电压以使输出电压成为与预先设定的目标电压相同的值或近似的值，所述目标电压比从所述外部电路施加的预偏置电压高且比所述指令值低；以及
稳定输出电压设定单元，在所述输出电压达到与所述目标电压相同的值或近似的值之后，设定输出电压以使输出电压成为基于来自外部的指令值的电压。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述临时输出电压设定单元在由所述输出电压检测部检测到从所述外部电路施加的预偏置电压、且所述变换器部开始动作时，设定输出电压以使输出电压成为与从所述外部电路施加的预偏置电压相同的值或近似的值，
所述稳定输出电压设定单元在所述输出电压达到与从所述外部电路施加的预偏置电压相同的值或近似的值之后，设定输出电压以使输出电压成为基于来自外部的指令值的电压。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
具备：电阻分压电路，对所述输出端子间的电压进行分压，
所述临时输出电压设定单元以及所述稳定输出电压设定单元通过切换叠加在所述电阻分压电路上的电压来设定输出电压。
4.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述临时输出电压设定单元以及所述稳定输出电压设定单元通过控制所述基准电压来设定输出电压。
5.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述指令值读取单元、所述临时输出电压设定单元以及所述稳定输出电压设定单元由微控制器IC构成，
所述输出电压控制部由PWM控制IC构成。
6.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述指令值读取单元、所述临时输出电压设定单元、所述稳定输出电压设定单元以及所述输出电压控制部由单个DSP构成。
7.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述变换器部是降压型变换器，具备：电感器，与第一开关元件一同以串联方式连接在输入电源与输出电源之间；所述第一开关元件，导通时向所述电感器通电励磁电流；以及第二开关元件，导通时向所述电感器通电回流电流。
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