CN106329935B - 电源装置的控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以简便的结构也能稳定地以高应答性来实行恒压恒流控制的电源装置的控制装置及控制方法。电源装置(100)的控制装置(1)具备：电压差分值生成部(40)，从电压目标值(Vref)减去输出电压值(Vo)并生成电压差分值(ΔEv)；电流差分值生成部(50)，从电流目标值(Iref)减去输出电流值(Io)并生成电流差分值(ΔEi)；差分值选择部(70)，对电压差分值(ΔEv)或基于电压差分值(ΔEv)的值和电流差分值(ΔEi)或者基于电流差分值(ΔEi)的值(ΔEia)实施比较并选择小的一方作为控制用差分值(ΔE)；操作量生成部(80)，根据控制用差分值(ΔE)生成控制电源装置(100)的操作量(U)。

Description

电源装置的控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及DC/DC转换器和AC/DC转换器等的电源装置的控制装置以及控制方法，特别是涉及实行恒压恒流控制的装置。
背景技术
近年来，在商用电源等电力供给领域，伴随于太阳能发电和风力发电等可再生能源的普及而由二次电池的有效利用来配备补偿需求和供给的不匹配(mismatching)的构件的下一代电力基础设施即智能电网(smart grid)正在不断被构筑。另外，在汽车领域，除了用发动机对二次电池实施充电的现有HV(混合动力汽车)之外还有由商用电源等对二次电池实施充电为可能的PHEV(插电式混合动力plug-in hybrid)和EV(电动车)等也正在急剧扩大市场。为此，近年来将电力储存于二次电池的技术的重要性被重新认识，出于所谓电力的稳定供给或CO2的减排的观点而积极地做着研究开发。
作为像这样的二次电池，替代现有的铅酸蓄电池和镍镉电池以及镍氢电池等而有能量密度高且尽管小型轻量却在高电压条件下没有记忆效应的锂离子电池正慢慢成为主力。该锂离子电池因为具有所谓如果维持充满电状态的话则容易发生劣化的特性，并且因为不适合于点滴式充电(trickle charge，也称作为涓流充电)再则还有由过充电引起的发热和着火的危险性，所以在充电时要求有严密管理电压和电流双方的CVCC控制即恒压恒流控制。具体地来说，例如通过在充电初期的低电压状态下大致恒定地保持(恒流控制)充电电流并且在充电量增加后的高电压状态下大致恒定地保持(恒压控制)充电电压从而实行防止过度充电的控制等。
就CVCC控制而言有必要大致同时检测来自电源的输出电压和输出电流双方并实行反馈控制，作为控制方式大致被区分为2种：第一为串联地配置实行CC控制的CC控制部(恒流控制部)和实行CV控制 的CV控制部(恒压控制部)的级联方式(cascade method)；第二为并联配置CC控制部以及CV控制部的并联控制方式。另外，在级联方式中有2种：一种为按CC控制→CV控制的顺序实行控制的CV控制小回路(minor loop)/CC控制主回路(majorloop)；另一种为按CV控制→CC控制的顺序实行控制的CC控制小回路/CV控制主回路。
CV控制小回路/CC控制主回路的级联方式主要是在将恒流控制功能追加到根据来自外部的信号输出电压可变的结构构成的市售的恒压电源装置中的时候被使用(例如参照专利文献1)。在市售的一般的电源装置中作为附属功能而具备以TRM功能、PV功能或者VR功能等为称呼的输出电压可变功能，并且设置有来自外部的电压调整信号的输入端子。因此，能够利用该端子而容易地追加恒流功能，该方法作为应用方法也在目录册等当中有所记载。
图5是表示CV控制小回路/CC控制主回路的级联方式的构成的一个例子的方块图。还有，以下的说明所表示的一个例子就是将具备已知构成的1个正向转换器(forwardconverter)(DC/DC转换器)作为电源装置100的情况。具体地来说电源装置100具备一对输入端子101、一对输出端子102、变压器103、开关104、驱动器105、整流电路106、平滑电路107、输入电容器108，输入电压值Vin的直流电压被施加于一对输入端子101并且二次电池等的负载200被连接于一对输出端子102。于是，通过驱动器105根据从控制装置110发送的驱动脉冲P切换开关104的ON/OFF，从而成为能够控制输出到负载200的输出电压值Vo以及输出电流值Io。
CV控制小回路/CC控制主回路的级联方式的控制装置110具备CC控制部111、CV控制部112、驱动脉冲生成部113。CC控制部111对由目标值设定部114进行设定的电流目标值Iref、输出电流检测部115进行检测的输出电流值Io实施比较，并以使其差分即电流差分值ΔEi接近于零的形式由PID控制等生成电压目标值Vref。还有，该电压目标值Vref以不超过目标值设定部114进行设定的电压目标上限值V0ref的形式被限制器(limiter)116限制。
然后，CV控制部112对由CC控制部111生成的电压目标值Vref、输出电压检测部117检测出的输出电压值Vo实施比较，并以使其差分 即电压差分值ΔEv接近于零的形式由PID控制等生成操作量U。另外，驱动脉冲生成部113根据该操作量U由调制脉冲宽度的PWM方式等来生成驱动脉冲P并将其发送至驱动器105。
因此，关于该方式例如在充电初期的低电压状态下因为输出电压值Vo低，所以电压目标值Vref作为用于使电流差分值ΔEi接近于零的值而生成，该结果则变成控制装置110实行CC控制。于是，输出电压值Vo伴随于充电量的增加而上升，并且为了使电流差分值ΔEi接近于零而在必要的电压目标值Vref超过电压目标上限值V0ref之后因为成为电压目标值Vref由限制器116而被保持在与电压目标上限值V0ref相同的值那样，所以从结果上来说成为控制装置110实行CV控制。
CC控制小回路/CV控制主回路的级联方式是更换了上述CV控制小回路/CC控制主回路的级联方式的CC控制部111和CV控制部112的方式，能够适用于实行二次电池充放电的双向性电源装置等(例如参照专利文献2)。
图6是表示CC控制小回路/CV控制主回路的级联方式的构成的一个例子的方块图。在该方式中，CV控制部112对由目标值设定部114进行设定的电压目标值Vref、输出电力检测部117检测出的输出电压值Vo实行比较，以使其差分即电压差分值ΔEv接近于零的形式由PID控制等生成电流目标值Iref。还有，该电流目标值Iref以不超过目标值设定部114进行设定的电流目标上限值I0ref的形式被限制器116限制。
然后，CC控制部111对由CV控制部112生成的电流目标值Iref、输出电流检测部115检测出的输出电流值Io实施比较，并以使其差分即电流差分值ΔEi接近于零的形式由PID控制等生成操作量U。另外，驱动脉冲生成部113根据该操作量U由调制脉冲宽度的PWM方式等来生成驱动脉冲P并将其发送至驱动器105。
因此，关于该方式在输出电流值Io小的状态下电流目标值Iref作为使电压差分值ΔEv接近于零的值被生成，其结果成为控制装置110实行CV控制。于是，输出电流值Io上升，并且为了使电压差分值ΔEv接近于零而在必要的电流目标值Iref超过电流目标上限值I0ref之后，因为变成电流目标值Iref由限制器116而被保持在与电流目标上限值I0ref相同的值那样，所以成为控制装置110实行CC控制。
并联控制方式是一种并联配置CC控制部111以及CV控制部112并且选择实行CC控制以及CV控制任意一个的控制方式(例如参照专利文献3)。图7是表示并联控制方式的结构的一个例子的方块图。在该方式中，控制装置110除了具备CC控制部111和CV控制部112以及驱动脉冲生成部113之外还具备目标值选择部118。CC控制部111对由目标设定部114进行设定的电流目标值Iref、输出电流检测115检测出的输出电流值Io实行比较，并以使其差分即电流差分值ΔEi接近于零的形式由PID控制等生成CC控制操作量Ui。同样，CV控制部112对由目标设定部114进行设定的电压目标值Vref、输出电压检测117检测出的输出电压值Vo实行比较，并以使其差分即电压差分值ΔEv接近于零的形式由PID控制等生成CV控制操作量Uv。
然后，目标值选择部118将CC控制操作量Ui以及CV控制操作量Uv任意一个作为操作量U来进行选择，驱动脉冲生成部113根据该被选择的操作量U由调制脉冲宽度的PWM方式等来生成驱动脉冲P并将其发送至驱动器105。因此，控制装置110在目标值选择部118选择CC控制操作量Ui的情况下变成实行CC控制，并且在选择CV控制操作量Uv的情况下变成实行CV控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开平7-219652号公报
专利文献2：日本专利第5185328号公报
专利文献3：日本专利第4162546号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，关于现有的级联方式，因为小回路(minor loop)的目标值根据主回路(major loop)变动，所以在小回路的应答速度与主回路的应答速度相接近的情况下，由于在由小回路实行的控制中发生由主回路实行的目标值的变动而有可能由小回路实行的控制变得不安定。因此，关于级联方式，有必要以在由小回路实行的控制中不发生目标值的变动 的形式与小回路相比较相对充分减低由主回路实行的控制的应答速度。
为此，在将应答性很大程度上依存于负载200阻抗等的CC控制设定为主回路的情况下，会产生起因于应答速度降低的不良状况，为了消除该不良状况而对应于负载200的状态的调谐(tuning)成为必要。其结果为CV控制小回路/CC控制主回路的级联方式成为高成本并且变得凡用性缺乏。另外，在将CV控制设定为主回路的情况下，变成在电源装置中最重要的CV控制的应答速度大幅度地降低。其结果为CV控制小回路/CC控制主回路的级联方式成为其用途限定为高应答速度没有被要求的双向性电源装置和功率因数改善升压转换器等的方式。
另外，关于并联控制方式，CC控制部111以及CV控制部112因为分别独立并生成CC控制操作量Ui以及CV控制操作量Uv，所以不会产生如级联方式那样的问题，CC控制以及CV控制中任一个都能够确保恰当的应答性。但是，关于并联控制方式，因为CC控制部111以及CV控制部112不管是否作为操作量U进行选择也总是会生成CC控制操作量Ui以及CV控制操作量Uv，所以有所谓控制由于从CC控制被切换到CV控制或者从CV控制被切换到CC控制的时候的操作量U的变更而变得不稳定的问题。
具体地来说例如在CC控制中输出电流值Io成为接近于电流目标值Iref的值，但是因为输出电压值Vo成为从电压目标值Vref乖离(背离)的值，所以在CC控制中生成的CV控制操作量Uv主要由积分动作而变成大幅地大于CC控制操作量Ui。因此，如果在从CC控制被切换到CV控制的时候CV控制操作量Uv作为操作量U被选择的话则变得输出电压以及输出电流发生大变动，并产生所谓直至落于稳定状态为止需要时间的问题。
相对于以上所述那样的技术问题，就上述专利文献3所记载的控制方法而言是通过消除没有被选择的控制中的积分动作从而以确保控制被切换的时候的稳定性的形式进行处理。然而，在上述专利文献3控制方法中，因为有必要基于CC控制操作量Ui以及CV控制操作量Uv中任一个被选择来判定是否消除积分动作，所以有所谓控制变复杂的问题。再有，在上述专利文献3控制方法中，因为个别设置生成CC控制操作量Ui的控制电路以及生成CV控制操作量Uv的控制电路，所以会 有控制装置110的成本增大并且设置空间要扩大的问题。
本发明就是借鉴了以上所述实际情况而做出的不懈努力之结果，其目的在于提供一种即使是简便的结构也能够以高应答性来实行恒电压恒电流控制的电源装置的控制装置以及控制方法。
解决技术问题的手段
(1)本发明所涉及的电源装置的控制装置的特征在于：具备：输出电压检测部，检测电源装置的输出电压值；电压目标值设定部，设定作为所述输出电压值的目标的电压目标值；电压差分值生成部，从所述电压目标值减去所述输出电压值并生成电压差分值；输出电流检测部，检测所述电源装置的输出电流值；电流目标值设定部，设定作为所述输出电流值的目标的电流目标值；电流差分值生成部，从所述电流目标值减去所述输出电流值并生成电流差分值；差分值选择部，对所述电压差分值或者基于所述电压差分值的值和所述电流差分值或者基于所述电流差分值的值实施比较并选择小的一方作为控制用差分值；操作量生成部，根据所述控制用差分值生成控制所述电源装置的操作量。
(2)本发明所涉及的上述(1)所记载的电源装置的控制装置的特征在于：具备对于所述电流差分值实施规定的运算处理并生成调整电流差分值的滤波器部，所述差分值选择部对所述电压差分值和所述调整电流差分值实施比较。
(3)本发明所涉及的上述(1)所记载的电源装置的控制装置的特征在于：具备对于所述电压差分值实施规定的运算处理并生成调整电压差分值的滤波器部，所述差分值选择部对所述调整电压差分值和所述电流差分值实施比较。
(4)本发明所涉及的上述(1)所记载的电源装置的控制装置的特征在于：具备对于所述电压差分值以及所述电流差分值实施规定的运算处理并生成调整电压差分值以及调整电流差分值的滤波器部，所述差分值选择部对所述调整电压差分值和所述调整电流差分值实施比较。
(5)本发明所涉及的上述(2)～(4)任意一项所记载的电源装置的控制装置的特征在于：所述滤波器部具有乘以规定增益的增益补偿器和补偿相位的相位补偿器以及调整增益的增益调整器中至少任意一个。
(6)本发明所涉及的上述(5)所记载的电源装置的控制装置的特征在于：所述增益调整器以对应于输入值的大小实行不同的增益补偿的形式构成。
(7)本发明所涉及的上述(1)所记载的电源装置的控制装置的特征在于：所述差分值选择部对所述电压差分值和所述电流差分值实行比较。
(8)本发明所涉及的上述(1)～(7)任意一项所记载的电源装置的控制装置的特征在于：所述操作量生成部以由具有比例动作和积分动作以及微分动作当中至少一个特性的控制方式来生成所述操作量的形式构成。
(9)本发明所涉及的电源装置的控制方法的特征在于：具有：输出电压检测处理，检测电源装置的输出电压值；电压目标值设定处理，设定作为所述输出电压值的目标的电压目标值；电压差分值生成处理，从所述电压目标值减去所述输出电压值并生成电压差分值；输出电流检测处理，检测所述电源装置的输出电流值；电流目标值设定处理，设定作为所述输出电流值的目标的电流目标值；电流差分值生成处理，从所述电流目标值减去所述输出电流值并生成电流差分值；差分值选择处理，对所述电压差分值或者基于所述电压差分值的值和所述电流差分值或者基于所述电流差分值的值实施比较并选择小的一方作为控制用差分值；操作量生成处理，根据所述控制用差分值生成控制所述电源装置的操作量。
发明效果
根据本发明所涉及的电源装置的控制装置以及控制方法，能够取得所谓即使是简便的结构也能够以高应答性来稳定地实行恒电压恒电流控制的优异的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的电源装置的控制装置的结构的方块图。
图2是表示滤波器部结构的方块图。
图3是示意性地表示该控制装置的控制动作的示意图。
图4(a)～(c)是表示该控制装置的其他形态的例子的方块图。
图5是表示现有的CV控制小回路/CC控制主回路的级联方式的构成的一个例子的方块图。
图6是表示现有的CC控制小回路/CV控制主回路的级联方式的构成的一个例子的方块图。
图7是表示现有的并联控制方式的构成的一个例子的方块图。
具体实施方式
以下是参照附图并就本发明的实施方式作如下说明。
图1是表示本实施方式所涉及的电源装置的控制装置1(以下单单称之为控制装置1)的结构的方块图。控制装置1是一种例如在DC/DC转换器等的电源装置100中实行输出CVCC控制(恒电压恒电流控制)的控制装置。
本实施方式的电源装置100与上述现有例子相同是一种具备已知单开关结构的正向转换器。具体地来说电源装置100具备一对输入端子101、一对输出端子102、变压器103、开关104、驱动器105、整流电路106、平滑电路107、输入电容器108，输入电压值Vin的直流电压被施加于一对输入端子101，并且二次电池等的负载200被连接于一对输出端子102。于是，通过驱动器105根据从控制装置1被发送的驱动脉冲P切换开关104的ON/OFF，从而变成输出到负载200的输出电压值Vo以及输出电流值Io被控制那样。
还有，电源装置100毋庸说即使是其他结构的DC/DC转换器或AC/DC转换器也是可以的。例如，电源装置100的绝缘即使是绝缘以及非绝缘中的任一个都是可以的。另外，电源装置100的电压变换比即使是降压[降压转换器(buck converter)]、升压[升压转换器(boost converter)]以及升降压[降压-升压转换器(buck-boost converterBuck-boostconverter)]中的任一种都是可以的。电源装置100的振荡方式即使是自激方式以及他激方式中的任一个都是可以的。另外，电源装置100的控制方式即使是PWM控制、PFM控制以及相位偏移控制当中的任一个都是可以的。另外，电源装置100的转换部的结构 即使是返驰式(flyback)、正向式(forward)、半桥式(half-bridge)、全桥式(full-bridge)以及推挽式(push-pull)等当中哪一个都是可以的。
控制装置1是由适当的MCU(微控制器micro controller)等构成，如图1所表示具备输出电压检测部10、输出电流检测部20、目标设定部30、电压差分值生成部40、电流差分值生成部50、滤波器部60、差分值选择部70、操作量生成部80、驱动脉冲生成部90。
输出电压检测部10是一种检测电源装置100的输出电压值Vo的电压检测部。具体地来说输出电压检测部具备电平转换器以及ADC(模拟-数字转换器)，将输出电压值Vo转换成与电压目标值Vref相比较为可能的电平数字信号并将其发送至电压差分值生成部40。还有，为了防止由噪音引起的误动作等而可以以将由电阻以及电容器构成的RC相位补偿器设置于输出电压检测部10的形式进行处理。
输出电流检测部20是一种检测电源装置100的输出电流值Io的电流检测部。具体地来说输出电流检测部20具备IVC(电流电压转换器)、电平转换器以及ADC，将输出电流值Io转换成与电流目标值Iref相比较为可能的电平数字信号并将其发送至电流差分值生成部50。还有，IVC例如在以输出端子102等的流过直流电流的位置来检测电流的情况下是由电阻元件和霍尔元件(Hall element)等构成，并且在以流过交流电流的位置或者以交流电流重叠于直流电流的位置来检测电流的情况下是由电阻元件和霍尔元件或者电流变压器(current transformer)等构成。另外，与输出电压检测部10相同可以以将RC相位补偿器设置于输出电流检测部20的形式进行处理。
目标值设定部30是一种设定作为输出电压值Vo的目标的电压目标值Vref、以及作为输出电流值Io的目标的电流目标值Iref的设定部。目标值设定部30具备从外部接收信号的端子32，根据通过该端子32接收到的信号生成与输出电压值Vo相比较的电压目标值Vref、以及与输出电流值Io相比较的电流目标值Iref。另外，目标值设定部30将所生成的电压目标值Vref以及电流目标值Iref发送至电压差分值生成部40以及电流差分值生成部50。
还有，为了防止由噪音引起的误动作和变更电压目标值Vref或者电流目标值Iref的时候的超调量(overshoot)等而可以以将RC相位补 偿器设置于目标值设定部30的形式进行处理。另外，也可以以将ROM和RAM等记忆储存构件设置于目标值设定部30，并且根据被记忆储存在该记忆储存构件中的信息设定电压目标值Vref或者电流目标值Iref的形式进行处理。另外，目标值设定部30也可以是对每个电压目标值Vref以及电流目标值Iref作个别设置的设定部。
电压差分值生成部40是一种生成电压目标值Vref与输出电压值Vo的差分即电压差分值ΔEv的电压差分值生成部。具体地来说电压差分值生成部40是由减法器等构成，从电压目标值Vref减去输出电压值Vo并生成电压差分值ΔEv。另外，电压差分值生成部40将所生成的电压差分值ΔEv发送至差分值选择部70。还有，电压差分值生成部40在输出电压值Vo大于电压目标值Vref的情况下生成负值的电压差分值ΔEv。
电流差分值生成部50是一种生成电流目标值Iref与输出电流值Io的差分即电流差分值ΔEi的电流差分值生成部。具体地来说电流差分值生成部50是由减法器等构成，从电流目标值Iref减去输出电流值Io并生成电流差分值ΔEi。另外，电流差分值生成部50将所生成的电流差分值ΔEi发送至滤波器部60。还有，电流差分值生成部50在输出电流值Io大于电流目标值Iref的情况下生成负值的电流差分值ΔEi。
滤波器部60是一种通过实行增益补偿以及相位补偿从而调整CC控制的应答性的滤波器部。具体地来说滤波器部60对电流差分值ΔEi实施规定的运算处理并生成调整电流差分值ΔEia，将该调整电流差分值ΔEia发送至差分值选择部70。后面虽然有详述，但是在控制装置1中因为由1个操作量生成部80来实行CV控制以及CC控制双方，所以通过设置滤波器部60从而在输出电压值Vo与输出电流值Io的电平差大的那样的情况下也能够取得CV控制的应答性与CC控制的应答性的平衡。另外，因为通过设置滤波器部60从而就能够调整差分值选择部70进行比较的差分值大小，所以能够防止发生在CV控制与CC控制之间的相互干扰。
图2是表示滤波器部60结构的方块图。如图2所示，滤波器部60是由增益补偿器62、相位补偿器64、增益调整器66构成。
增益补偿器62是一种通过将规定的增益K1乘以电流差分值ΔEi 从而实行增益补偿的增益补偿器，将增益补偿后的一次调整电流差分值ΔEi1＝K1ΔEi发送至相位补偿器64。相位补偿器64是一种通过实施将相位补偿于一次调整电流差分值ΔEi1的运算处理从而实行相位补偿的相位补偿器，将相位补偿后的二次调整电流差分值ΔEi2发送至增益调整器66。还有，相位补偿的运算式例如成为ΔEi2(n+1)＝α[ΔEi1(n)-ΔEi2(n)]+ΔEi2(n)。在此，所谓ΔEi2(n+1)是指第n+1次反馈中的ΔEi2，所谓ΔEi1(n)以及ΔEi2(n)分别是指第n次反馈中的ΔEi1以及ΔEi2。另外，α是规定常数。增益调整器66是一种根据二次调整电流差分值ΔEi2的大小实行不同的增益补偿从而调整增益的增益调整器。
具体地来说增益调整器66是由主路径66a、分支路径66b、被设置于主路径66a上的死区66c以及辅助增益补偿器66d、以连结主路径66a和分支路径66b的形式进行设置的加法器66e构成。主路径66a是一种对二次调整电流差分值ΔEi2实施凭借死区66c以及辅助增益补偿器66d的规定运算处理之后将结果发送至加法器66e的路径。分支路径66b是一种就这样将二次调整电流差分值ΔEi2发送至加法器66e的路径。
死区66c是以在二次调整电流差分值ΔEi2为规定阈值Vth以下的情况下切断信号并且在大于阈值Vth的情况下将从二次调整电流差分值ΔEi2减去阈值Vth的三次调整电流差分值ΔEi3＝ΔEi2-Vth发送至辅助增益补偿器66d的形式进行构成。辅助增益补偿器66d将规定的增益K2乘以三次调整电流差分值ΔEi3的四次调整电流差分值ΔEi4＝K2ΔEi3发送至加法器66e。加法器66e是一种将来自主路径66a的辅助增益补偿器66d的信号和来自分支路径66b的信号加起来并将结果发送至差分值选择部70的加法器。
因此，加法器66e在二次调整电流差分值ΔEi2大于规定阈值Vth的情况下，将在来自辅助增益补偿器66d的四次调整电流差分值ΔEi4上加上二次调整电流差分值ΔEi2的结果作为调整电流差分值ΔEia并发送至差分值选择部70。另外，加法器66e因为在二次调整电流差分值ΔEi2为规定阈值Vth以下的情况下死区66c切断信号，所以将二次调整电流差分值ΔEi2作为调整电流差分值ΔEia并发送至差分值选择部70。
还有，滤波器部60中的增益补偿器62、相位补偿器64以及增益调整器66的配置顺序并不限定于图2所表示的例子，也可以是其他配置顺序。另外，死区66c也可以是一种在二次调整电流差分值ΔEi2为规定阈值Vth以上的情况下切断信号并且在未满阈值Vth的情况下将从二次调整电流差分值ΔEi2减去阈值Vth的三次调整电流差分值ΔEi3发送至辅助增益补偿器66d的死区。另外，死区66c的阈值Vth的设定可以是一种具有迟滞现象(hysteresis)的设定。
返回到图1，差分值选择部70选择电压差分值ΔEv以及调整电流差分值ΔEia中任意一个小的值。具体地来说差分值选择部70是由恰当的选择器构成，对电压差分值ΔEv以及调整电流差分值ΔEia实行比较，将任意一个小的值作为控制用差分值ΔE并发送至操作量生成部80。
操作量生成部80是一种生成为根据控制用差分值ΔE控制电源装置输出的操作量U的操作量生成部。在本实施方式中，因为控制装置1由PWM(脉冲宽度调制)方式来控制电源装置100所具备的开关104的ON/OFF，所以操作量生成部80是将开关104的ON/OFF的时间比率(Duty)作为操作量U来进行生成的。具体地来说操作量生成部80是由实行比例作(P)、积分动作(I)以及微分动作(D)的PID控制器构成，以由PID控制来使控制用差分值ΔE接近于零的形式生成操作量，并将该操作量U发送至驱动脉冲生成部90。
因此，操作量生成部80成为在作为控制用差分值ΔE来选择电压差分值ΔEv的情况下以使电压差分值ΔEv接近于零的形式生成操作量U，并且在作为控制用差分值ΔE来选择调整电流差分值ΔEia的情况下是使调整电流差分值ΔEia接近于零的形式生成操作量U。即，控制装置1一般成为以一个操作量生成部80实行应答特性不同的CV控制以及CC控制双方。
为此，在本实施方式中通过如以上所述设置滤波器部60并由滤波器部60来调整CC控制的应答性，从而就能够将操作量生成部80专门化成CV控制来进行最优化。通过将操作量生成部80最优化成CV控制，从而就对于电源装置100来说最重要的CV控制中的恰当的应答性的确保变得容易。另外，因为有效地利用现有的一般的CV控制用的PID控制器就能够实现控制装置1，所以降低控制装置1的成本就成为可能。
另外，通过能够做到由滤波器部60进行的调整，从而随着容易地做到很大程度上依存于负载200的状态的CC控制的应答性的调整而能够以CC控制的应答性的调整不影响到CV控制的应答性的形式进行处理。即，根据本实施方式的控制装置1，能够容易地使CV控制的应答性和CC控制的应答性处于平衡。另外，通过恰当设定滤波器部60，从而能够防止由CC控制中的噪音引起的误动作或发送等的不良状况。
还有，操作量生成部80也可以是一种由PID控制以外的各种控制方式来生成操作量U的操作量生成部。但是，为了简便而且稳定地实行CV控制以及CC控制而操作量生成部80优选为一种由具有比例动作和积分动作以及微分动作中至少1个特性的控制方式来生成所述操作量的操作量生成部，更加优选为一种由具有比例动作和积分动作以及微分动作当中至少2个特性的控制方式来生成所述操作量的操作量生成部，最优选为一种由具有比例动作和积分动作以及微分动作所有特性的控制方式来生成所述操作量的操作量生成部。
驱动脉冲生成部90是一种根据操作量U生成切换电源装置100所具备的开关104的ON/OFF的驱动脉冲P并将其发送至驱动开关104的驱动器105的驱动脉冲生成部。具体地来说驱动脉冲生成部90是由以PWM方式来生成驱动脉冲P的PWM发生器(PWM generator)构成，根据操作量U生成调制脉冲宽度的驱动脉冲P并将其发送至驱动器105。驱动器105按照驱动脉冲P驱动开关104，由此通过以基于操作量U的时间比率来切换开关104的ON/OFF，从而控制电源装置100的输出即输出电压值Vo以及输出电流值Io。
还有，驱动脉冲生成部90也可以是一种由根据操作量U调制驱动脉冲P周期的PFM(脉冲周期调制)方式来生成驱动脉冲P的驱动脉冲生成部。在此情况下，操作量生成部80如果是以将开关104的ON/OFF的周期作为操作量U来生成的形式进行构成的话即可。另外，驱动脉冲生成部90也可以是一种适当切换PWM方式和PFM方式并生成驱动脉冲P的驱动脉冲生成部，并且也可以是一种在操作量生成部80所生成的操作量U为时间比率的情况下以PWM方式生成驱动脉冲P并且在操作量生成部80所生成的操作量U为周期的情况下以PFM方式生成驱动脉冲P的驱动脉冲生成部。
接着，就控制装置1的控制动作作如下说明。由以上所述结构，在控制装置1中通过检测输出电压值Vo以及输出电流值Io并从电压目标值Vref以及电流目标值Iref减去所检测到的值，从而生成电压差分值ΔEv以及电流差分值ΔEi。通过由电流差分值ΔEi来进一步实行增益补偿以及相位补偿，从而生成调整电流差分值ΔEia。于是，在电压差分值ΔEv小于调整电流差分值ΔEia的情况下，作为为了生成操作量U的控制用差分值ΔE选择电压差分值ΔEv。另外，在调整电流差分值ΔEia小于电压差分值ΔEv的情况下，作为为了生成操作量U的控制用差分值ΔE选择调整电流差分值ΔEia。
该结果为控制装置1在电压差分值ΔEv小于调整电流差分值ΔEia的情况下，以使电压差分值ΔEv接近于零的形式生成操作量U并将基于该操作量U的时间比率的驱动脉冲P发送至电源装置100。即，控制装置1在电压差分值ΔEv小于调整电流差分值ΔEia的情况下以将输出电压值Vo保持在电压目标值Vref的形式实行CV控制。
另外，在调整电流差分值ΔEia小于电压差分值ΔEv的情况下，控制装置1，以使调整电流差分值ΔEia接近于零的形式生成操作量U，将基于该操作量U的时间比率的驱动脉冲P发送至电源装置100。即，控制装置1在调制电流差分值ΔEia小于电压差分值ΔEv的情况下以将输出电流值Io保持在电流目标值Iref的形式实行CC控制。
图3是示意性地表示控制装置1的控制动作的示意图。在图3中将纵轴表示为电压差分值ΔEv，将横轴表示为作为调整电流差分值ΔEia的二维空间，以点划线进行表示的直线L表示成为ΔEv＝ΔEia的线。
电源装置100的输出状态在处于比直线L来得低的区域的情况下具体地来说在处于第1象限的区域A1a、第3象限的区域A3a或者第4象限全体的区域A4的情况下因为电压差分值ΔEv小于调整电流差分值ΔEia，所以实行CV控制。因此，例如在控制开始时的电源装置100的输出状态处于点P1的情况下，因为控制装置1以由CV控制而使电压差分值ΔEv接近于零的形式生成操作量U，所以电源装置100的输出状态成为如实线箭头所示向横轴移动。于是，电源装置100的输出状态成为处于大致横轴的正的范围上的状态即成为ΔEv≈0并且ΔEia＞0的状态变成CV控制中的恒定动作状态。
另外，电源装置100的输出状态在处于比直线L更上面的区域的情况下具体地来说在处于第1象限的区域A1b、第2象限全体的区域A2或者第3象限的区域A3b的情况下因为调制电流差分值ΔEia小于电压差分值ΔEv，所以实行CC控制。因此，在例如控制开始时的电源装置100的输出状态处于点P2的情况下，因为控制装置1以调制电流差分值ΔEia由CC控制而接近于零的形式生成操作量U，所以电源装置100的输出状态变成如实线箭头所示向纵轴移动。于是，电源装置100的输出状态成为处于大致纵轴的正的范围上的状态即成为ΔEia≈0并且ΔEv＞0的状态变成关于CC控制的恒定动作状态。
还有，控制装置1在电源装置100的输出状态处于区域A3a或区域A4、或者区域A2或区域A3b的情况下，因为电压差分值ΔEv或者调制电流差分值ΔEia成为负值，所以使操作量U的值减小来缩小驱动脉冲P的脉冲宽度，并且使开关104的ON状态的时间比率减小。另外，在电源装置100的输出状态处于区域A1a或者区域A1b的情况下，因为电压差分值ΔEv或者调整电流差分值ΔEia成为正值，所以控制装置1使操作量U的值增大来扩大驱动脉冲P的脉冲宽度，并且使开关104的ON状态的时间比率增加。
在关于CV控制的恒定动作状态下，通常因为输出电压值Vo与电压目标值Vref大致相等并且输出电流值Io从电流目标值Iref乖离，所以电压差分值ΔEv变得小于调整电流差分值ΔEia。另外，在关于CC控制的恒定动作状态下，通常因为输出电流值Io与电流目标值Iref大致相等并且输出电压值Vo从电压目标值Vref乖离，所以调整电流差分值ΔEia变得小于电压差分值ΔEv。
因此，在控制装置1中，作为原则在CV控制中的恒定动作状态中电压差分值ΔEv作为控制用差分值ΔE被选择，在关于CC控制的恒定动作状态中变成调整电流差分值ΔEia作为控制用差分值ΔE被选择。即，根据控制装置1，即使就CV控制以及CC控制中的任一个而言都变得能够稳定维持恒定动作状态。
但是，关于恒定动作状态的电源装置100的输出状态在处于接近于原点的位置的情况下，具体地来说在处于CV控制中的恒定动作状态中调整电流差分值ΔEia为较小的情况下或者在处于CC控制中的恒定动 作状态中电压差分值ΔEv为较小的情况下，输出状态以由负载200的状态的骤变等而超过直线L的形式进行移动的可能性变高。例如，在CV控制的恒定动作状态下电源装置100的输出状态在处于图3所表示的点P3的情况下，因为到直线L的距离近所以通过输出电压值Vo或者输出电流值Io由负载200的状态的骤变等而发生变动，从而如由虚线箭头进行表示的那样会有输出状态超过直线L并进行变动的情况。
就这样在电源装置100的输出状态超过直线L进行变动的情况下，在本来应该实行CV控制的状态下实行CC控制，作为CC控制的结果变成直到电压差分值ΔEv成为小于调整电流差分值ΔEia为止不会恢复到CV控制。之后，CC控制因为是无视电压差分值ΔEv的变化并以使调整电流差分值ΔEia接近于零的形式进行控制，所以对于电压差分值ΔEv的降低来说会发生延迟，并且变得直至恢复到CV控制的恒定动作状态需要时间。即，因为负载200的状态的骤变后的一定时间段不能够将输出电压值Vo保持在电压目标值Vref，所以成为的结果是CV控制的稳定性被损坏。
相对于这样的问题在本实施方式中通过由滤波器部60的设定来调整调整电流差分值ΔEia，从而就能够从原点适当隔离恒定动作状态下的电源装置100的输出状态。即，在本实施方式中因为由滤波器部60的设定就能够调整调整电流差分值ΔEia和电压差分值ΔEv的大小的平衡，所以将CV控制的恒定动作状态中的调整电流差分值ΔEia的值、以及CC控制的恒定动作状态中的电压差分值ΔEv的值设定成适当大小，并且以输出状态难以超过直线L的形式进行控制就成为可能。
由此，在本实施方式中容易地确保CV控制以及CC控制的稳定性就成为可能。另外，通过以电源装置100的输出状态难以超过直线L的形式进行控制，从而也就能够防止在切换到CV控制和CC控制的过程当中的震颤(chattering)等不良状况。还有，滤波器部60的结构并不限定于图2所表示的结构，能够采用对应于电源装置100的规格和用途等的适当的结构。例如，滤波器部60既可以是一种只具备增益补偿器62和相位补偿器64以及增益调整器66当中任意一个或者任意两个的滤波器部，也可以是一种对电流差分值ΔEi施以与增益补偿以及相位补偿不同的运算处理的滤波器部。
接着，就控制装置1的其他方式作如下说明。图4(a)～(c)是表示控制装置1的其他形态的例子的方块图。还有，在图4(a)～(c)中省略了电源装置100的记载。
图4(a)表示了以将滤波器部60设置于电压差分值生成部40与差分值选择部70之间的形式进行处理的情况。即，在该例子中滤波器部60对电压差分值ΔEv施以规定的运算处理并生成调整电压差分值ΔEva，差分值选择部70对调整电压差分值ΔEva和电流差分值ΔEi实行比较，将任意一个小的一方作为控制用差分值ΔE来进行选择。在此情况下，因为能够在CC控制条件下对操作量生成部80实行最优化，所以更加稳定的控制由电源装置100的规格和用途等就会成为可能。另外，有效地利用现有的CC控制用的PID控制器等就能够实现控制装置1。
图4(b)是表示以将滤波器部60设置于电压差分值生成部40与差分值选择部70之间以及电流差分值生成部50与差分值选择部70之间双方的形式进行处理的情况。即，在该例子中2个滤波器部60分别生成调整电压差分值ΔEva以及调整电流差分值ΔEia，差分值选择部70对调整电压差分值ΔEva和调整电流差分值ΔEia实行比较，并将任意一个小的一方作为控制用差分值ΔE来进行选择。在此情况下，因为能够更加精细地调整CV控制以及CC控制中的增益以及相位，所以更加稳定的控制由电源装置100的规格和用途等而变得可能。
图4(c)表示了以省略滤波器部60的形式进行配置的情况。即，在该例子中，差分值选择部70就这样对电压差分值ΔEv以及电流差分值ΔEi做出比较并将任意一个小的一方作为控制用差分值ΔE来进行选择。由电源装置100的规格和用途等而会有能够以输出电压检测部10或者输出电流检测部20中的电平变换的调整或数字化的时候的分辨率的调整，来调整调整CV控制以及CC控制中的应答性的情况。在像这样的情况下，也可以以通过省略滤波器部60来简化控制装置1并且降低成本的形式进行处理。
还有，在控制装置1中因为包含正负来比较2个差分值的大小，所以即使在CV控制中电压差分值ΔEv于负侧发生大变化的情况，以及在CC控制中电流差分值ΔEi在负侧变化的情况下，控制也难以进行切换。即，控制装置1即使是在省略了滤波器部60的情况下照样能够取得比 现有更好的稳定性。
另外，虽省略了图示但是控制装置1也可以是一种由模拟电路构成的控制装置1。在由模拟电路来构成控制装置1的情况下，电压差分值生成部40以及电流差分值生成部50例如能够由差分放大电路等来进行构成。另外，就滤波器部60而言也能够由差分放大电路等来取得同样的功能。另外，差分值选择部70例如能够由连接了2个二极管的负极彼此的所谓二极管OR电路来构成。在此情况下，如果是以分别将电压差分值ΔEv以及调整电流差分值ΔEia输入到2个二极管的正极并从负极的连接端输出控制用差分值ΔE的形式进行工作的话即可。另外，操作量生成部80例如是由比例电路和积分电路以及微分电路等、已知各种运算电路来构成或者组合这些电路来进行构成。另外，驱动脉冲生成部90例如能够由三角波发生电路以及比较器等来构成。
另外，控制装置1既可以是与电源装置100一体设置也可以电源装置100分开来进行设置。另外，控制装置1中的各个部分的配置结构没有特别的限定。
如以上所说明的那样本实施方式所涉及的控制装置1具备：输出电压检测部10，检测电源装置100的输出电压值Vo；电压目标值设定部(目标值设定部30)，设定作为输出电压值的目标的电压目标值Vref；电压差分值生成部40，从电压目标值Vref减去输出电压值Vo并生成电压差分值ΔEv；输出电流检测部20，检测电源装置100的输出电流值Io；电流目标值设定部(目标值设定部30)，设定作为输出电流值Io的目标的电流目标值Iref；电流差分值生成部50，从电流目标值Ire减去输出电流值Io并生成电流差分值ΔEi；差分值选择部70，对电压差分值ΔEv或者基于电压差分值ΔEv的值(调整电压差分值ΔEva)和电流差分值ΔEi或者基于电流差分值ΔEi的值(调整电流差分值ΔEia)实施比较并将小的一方作为控制用差分值ΔE来进行选择；操作量生成部80，根据控制用差分值ΔE生成控制电源装置100的操作量U。
另外，本实施方式所涉及的控制方法具有：输出电压检测处理，检测电源装置100的输出电压值Vo；电压目标值设定处理，设定作为输出电压值Vo的目标的电压目标值Vref；电压差分值生成处理，从电压目标值Vref减去输出电压值Vo并生成电压差分值ΔEv；输出电流检测 处理，检测电源装置100的输出电流值Io；电流目标值设定处理，设定作为输出电流值Io的目标的电流目标值Iref；电流差分值生成处理，从电流目标值Iref减去输出电流值Io并生成电流差分值ΔEi；差分值选择处理，对电压差分值ΔEv或者基于电压差分值ΔEv的值(调整电压差分值ΔEva)和电流差分值ΔEi或者基于电流差分值ΔEi的值(调整电流差分值ΔEia)实施比较并将小的一方作为控制用差分值ΔE来进行选择；操作量生成处理，根据控制用差分值ΔE生成控制电源装置100的操作量U。
通过就这样进行构成，从而尽管是所谓以1个操作量生成部80实行CV控制以及CC控制的简便结构也能够以恰当的应答性稳定地实行CVCC控制。
另外，控制装置1具备对电流差分值ΔEi施以规定的运算处理并生成调整电流差分值ΔEia的滤波器部60，差分值选择部70对电压差分值ΔEv和调整电流差分值ΔEia实行比较。通过就这样进行处理，从而即使以1个操作量生成部80实行CV控制以及CC控制，也能够既在CV控制以及CC控制中确保恰当的应答性又防止两个控制之间的相互干涉并稳定地实行CVCC控制。另外，有效地利用现有的PID控制器等就能够以低成本实现控制装置1。
另外，控制装置1具备对电压差分值ΔEv施以规定的运算处理并生成调整电压差分值ΔEva的滤波器部60，差分值选择部70也可以是对调整电压差分值ΔEva和电流差分值ΔEi实行比较的差分值选择部。在此情况下也是即使是简便的结构也能够既确保恰当的应答性又稳定地实行CVCC控制。另外，有效地利用现有的PID控制器等就能够以低成本实现控制装置1。
另外，控制装置1具备对电压差分值ΔEv以及电流差分值ΔEi施以规定的运算处理并生成调整电压差分值ΔEva以及调整电流差分值ΔEia的滤波器部60，差分值选择部70也可以是对调整电压差分值ΔEva和调整电流差分值ΔEia实行比较的差分值选择部。在此情况下也是即使是简便的结构也能够既确保恰当的应答性又稳定地实行CVCC控制。
另外，滤波器部60具备乘法计算规定增益的增益补偿器62、补偿相位的相位补偿器64以及调整增益的增益调整器66当中至少1个。通 过就这样进行配置，从而就能够适当调整CC控制或者CV控制中的增益以及相位来确保恰当的应答性。另外，因为能够适当调整电压差分值ΔEv或者调整电压分值ΔEva和电流差分值ΔEi或者调整电流差分值ΔEia的大小的平衡，所以能够提高CVCC控制的稳定性。
另外，增益调整器66是以对应于输入值(二次调整电流差分值ΔEi2)的大小实行不同的增益补偿的形式进行构成的。通过就这样进行处理，从而就能够更加恰当地调整CC控制或者CV控制中的应答性以及差分值选择部70进行比较的差分值的平衡。
另外，差分值选择部70也可以是一种对电压差分值ΔEv和电流差分值ΔEi实行比较的差分值选择部。在此情况下，能够进一步简化控制装置1的结构并且能够进一步降低成本。
另外，操作量生成部80优选以由具有比例动作和积分动作以及微分动作当中至少一个特性的控制方式来生成所述操作量的形式进行构成。通过就这样进行构成，从而就能够简便而且稳定地实行CVCC控制。
以上就本发明的实施方式作了说明，但是本发明所涉及的电源装置的控制装置以及控制方法并不限定于以上所述的实施方式，只要是在不脱离本发明的宗旨的范围内当然能够增加各种各样的变更。另外，在上述实施方式中所表示的作用以及效果列举为从本发明产生的最优选的作用以及效果也不过，凭借本发明的作用以及效果并不限定于这些。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的电源装置的控制装置以及电源装置的控制方法能够在各种电气·电子设备领域中进行使用。
符号说明
1.控制装置
10.输出电压检测部
20.输出电流检测部
30.目标值设定部
40.电压差分值生成部
50.电流差分值生成部
60.滤波器部
62.增益补偿部
64.相位补偿器
66.增益调整器
70.差分值选择部
80.操作量生成部
100.电源装置
Io.输出电流值
Iref.电流目标值
Vo.输出电压值
Vref.电压目标值
U.操作量
ΔE.控制用差分值
ΔEi.电流差分值
ΔEia.调整电流差分值
ΔEv.电压差分值
ΔEva.调整电压差分值。

Claims (11)

1.一种电源装置的控制装置，其特征在于：
具备：
输出电压检测部，检测电源装置的输出电压值；
电压目标值设定部，设定作为所述输出电压值的目标的电压目标值；
电压差分值生成部，从所述电压目标值减去所述输出电压值并生成电压差分值；
输出电流检测部，检测所述电源装置的输出电流值；
电流目标值设定部，设定作为所述输出电流值的目标的电流目标值；
电流差分值生成部，从所述电流目标值减去所述输出电流值并生成电流差分值；
差分值选择部，对所述电压差分值或者基于所述电压差分值的值和所述电流差分值或者基于所述电流差分值的值实施比较并选择小的一方作为控制用差分值；
操作量生成部，根据所述控制用差分值生成控制所述电源装置的操作量。
2.如权利要求1所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
具备对于所述电流差分值实施规定的运算处理并生成调整电流差分值的滤波器部，
所述差分值选择部对所述电压差分值和所述调整电流差分值实施比较。
3.如权利要求1所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
具备对于所述电压差分值实施规定的运算处理并生成调整电压差分值的滤波器部，
所述差分值选择部对所述调整电压差分值和所述电流差分值实施比较。
4.如权利要求1所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
具备对于所述电压差分值以及所述电流差分值实施规定的运算处理并生成调整电压差分值以及调整电流差分值的滤波器部，
所述差分值选择部对所述调整电压差分值和所述调整电流差分值实施比较。
5.如权利要求2～4中任意一项所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
所述滤波器部具备乘以规定增益的增益补偿器和补偿相位的相位补偿器以及调整增益的增益调整器中至少任意一个。
6.如权利要求5所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
所述增益调整器以对应于输入值的大小实行不同的增益补偿的形式构成。
7.如权利要求1所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
所述差分值选择部对所述电压差分值和所述电流差分值实施比较。
8.如权利要求1～4、7中任意一项所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
所述操作量生成部以由具有比例动作、积分动作以及微分动作中至少一个特性的控制方式来生成所述操作量的形式构成。
9.如权利要求5所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
所述操作量生成部以由具有比例动作、积分动作以及微分动作中至少一个特性的控制方式来生成所述操作量的形式构成。
10.如权利要求6所述的电源装置的控制装置，其特征在于：
所述操作量生成部以由具有比例动作、积分动作以及微分动作中至少一个特性的控制方式来生成所述操作量的形式构成。
11.一种电源装置的控制方法，其特征在于：
具有：
输出电压检测处理，检测电源装置的输出电压值；
电压目标值设定处理，设定作为所述输出电压值的目标的电压目标值；
电压差分值生成处理，从所述电压目标值减去所述输出电压值并生成电压差分值；
输出电流检测处理，检测所述电源装置的输出电流值；
电流目标值设定处理，设定作为所述输出电流值的目标的电流目标值；
电流差分值生成处理，从所述电流目标值减去所述输出电流值并生成电流差分值；
差分值选择处理，对所述电压差分值或者基于所述电压差分值的值和所述电流差分值或者基于所述电流差分值的值实施比较并选择小的一方作为控制用差分值；
操作量生成处理，根据所述控制用差分值生成控制所述电源装置的操作量。
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