JP2007189800A

JP2007189800A - Pulse power supply

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Publication number: JP2007189800A
Application number: JP2006004785A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwanaga; 浩岩永; Fujio Sudo; 富士雄須藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse power supply in which bouncing ripple current of an upstream power supply is reduced in order to enhance the performance of a radar. <P>SOLUTION: The pulse power supply comprises a constant current circuit 11, a DC/DC converter 12, and a choke coil 13 and a capacitor 14 connected in series therewith. When an output load feeds a pulse current, a current exceeding the limit current of the constant current circuit 11 is supplied from the capacitor 14 in addition to the current supplied from the constant current circuit 11 at the input section. When the output load is turned off, the capacitor 14 is charged from the constant current circuit 11. Bouncing ripple current to the input voltage can be limited by a capacitor 14 of small capacity because of the constant current circuit 11. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、パルス電源一般に関し、特にレーダの送受信用モジュールにパルス電圧を与えるパルス電源装置に関する。 The present invention relates generally to pulse power supplies, and more particularly to a pulse power supply apparatus that applies a pulse voltage to a radar transmission / reception module.

従来、パルス電源にレーダ装置を負荷として接続すると、そのレーダが使用している繰り返し周波数で負荷電流が流れるので、接続したパルス電源装置の電圧にそのリップルが生じ、さらに上流の一次電源装置までリップルが戻り、一次電源の高周波損や送受信の波形歪みを生ずることがある。この一次電源装置までリップルが戻ることを跳ね返りリップル電流と呼ぶ。この跳ね返りリップル電流は、周波数が高いものでは数kHzにもなる。 Conventionally, when a radar device is connected to a pulse power supply as a load, a load current flows at the repetition frequency used by the radar, so that a ripple occurs in the voltage of the connected pulse power supply and further ripples to the upstream primary power supply device. May return, causing high-frequency loss of the primary power supply and waveform distortion of transmission and reception. The return of the ripple to the primary power supply device is called a bounce ripple current. This bounce ripple current is several kHz at high frequencies.

従来、このような跳ね返りリップル電流の問題を解決するために、電源に、高価なトランスと大型で低インピーダンスの大容量コンデンサから構成されたフィルタを配置して、リップルの影響を低減してきた。しかし、このような電源を用いるとパルス電源装置が大型化してしまうといった欠点があった。 Conventionally, in order to solve such a problem of the bounce ripple current, a filter composed of an expensive transformer and a large-sized low-impedance large-capacitance capacitor has been arranged in the power supply to reduce the influence of the ripple. However, when such a power supply is used, there is a drawback that the pulse power supply device is enlarged.

レーダ装置の送受信時にリップル電流が生じるのを防止する技術として、特許文献１に開示されているように、レーダ装置の送受信時に、スイッチで切替えて大容量のコンデンサから電力供給を行うものがある。しかし、上述したように低インピーダンスで容量の大きなコンデンサを用意する必要があり、低価格化や小型化に適していない。また容量の大きなコンデンサを配置することは本質的な解決策ではなかった。
特許第２７２６３５６号公報 As a technique for preventing a ripple current from being generated at the time of transmission / reception of a radar apparatus, as disclosed in Patent Document 1, there is a technique in which power is supplied from a large-capacity capacitor by switching with a switch at the time of transmission / reception of the radar apparatus. However, as described above, it is necessary to prepare a capacitor having a low impedance and a large capacity, which is not suitable for cost reduction and miniaturization. Also, placing a capacitor with a large capacity was not an essential solution.
Japanese Patent No. 2726356

本発明は、上記のような従来のパルス電源装置の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上流の電源装置への跳ね返りリップル電流が少ないパルス電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional pulse power supply device as described above, and an object of the present invention is to provide a pulse power supply device that has a small rebound ripple current to the upstream power supply device. is there.

前記課題を解決するために、本発明の請求項１によれば、定電流源と、DC／DCコンバータと、チョークコイルと、コンデンサとを備え、前記定電流源と前記DC／DCコンバータとの間に前記チョークコイルが直列に接続され、かつ前記DC／DCコンバータの入力に前記コンデンサが並列に接続され、前記DC/DCコンバータに接続される負荷の消費電力の大きさに対応する電流が前記定電流源から前記DC/DCコンバータに流されることを特徴とするパルス電源装置を提供する。 In order to solve the above problem, according to claim 1 of the present invention, a constant current source, a DC / DC converter, a choke coil, and a capacitor are provided, and the constant current source and the DC / DC converter include: The choke coil is connected in series, and the capacitor is connected in parallel to the input of the DC / DC converter. The current corresponding to the power consumption of the load connected to the DC / DC converter is There is provided a pulse power supply device characterized in that a constant current source is passed through the DC / DC converter.

本発明の請求項２によれば、電圧の変動分を有する直流電源に接続された定電流回路と、この定電流回路に接続され、負荷にパルス電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータと前記定電流回路の間に直列に接続されたチョークコイルと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力に並列に接続されたコンデンサとを有し、前記定電流回路の出力電流は、前記負荷に供給される消費電力の大きさに対応する平均電流が前記ＤＣ／ＤＣコンバータに供給されるように設定されることを特徴とするパルス電源装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, a constant current circuit connected to a DC power source having a voltage fluctuation, a DC / DC converter connected to the constant current circuit and supplying a pulse current to a load, and the DC A choke coil connected in series between the DC / DC converter and the constant current circuit, and a capacitor connected in parallel to the input of the DC / DC converter, the output current of the constant current circuit is the load The pulse power supply apparatus is characterized in that an average current corresponding to the magnitude of the power consumption supplied to is supplied to the DC / DC converter.

本発明によれば、出力パルス電流が入力側に戻ることが大幅に軽減されるので、小型かつ安価で、入力電圧源に高周波リップル電流を流さない高性能なパルス電源装置を実現できる。 According to the present invention, since the output pulse current returns to the input side is greatly reduced, a high-performance pulse power supply device that is small and inexpensive and that does not allow a high-frequency ripple current to flow through the input voltage source can be realized.

以下、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態のパルス電源装置の回路構成を示している。この実施形態のパルス電源回路は、定電流回路１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、その間に直列接続されたチョークコイル１３と、並列接続されたコンデンサ１４から構成される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a circuit configuration of a pulse power supply device according to an embodiment of the present invention. The pulse power supply circuit of this embodiment includes a constant current circuit 11, a DC / DC converter 12, a choke coil 13 connected in series therebetween, and a capacitor 14 connected in parallel.

定電流回路１１の入力側には、電圧の変動分を有する直流電源２１が接続される。この直流電源２１に接続された定電流回路１１は、定電流制限付チョッパ回路を形成しており、入力部に前記直流電源２１に並列に接続されたコンデンサ２２と前記直流電源２１の＋側に接続され、反対側をスイッチ２３と整流ダイオード２４のアノードに接続されたチョークコイル２５とこの整流ダイオード２４のカソード側に片端を接続されたコンデンサ２６を備え、コンデンサ２２及びスイッチ回路２３の反対側の端子はいずれも入力側の直流電源２１の−側に共通に接続されている。 A DC power source 21 having a voltage variation is connected to the input side of the constant current circuit 11. The constant current circuit 11 connected to the DC power supply 21 forms a chopper circuit with a constant current limit. The capacitor 22 connected in parallel to the DC power supply 21 and the + side of the DC power supply 21 are connected to the input section. A choke coil 25 connected on the opposite side to the anode of the switch 23 and the rectifier diode 24, and a capacitor 26 connected at one end to the cathode side of the rectifier diode 24, on the opposite side of the capacitor 22 and the switch circuit 23. Both terminals are commonly connected to the negative side of the DC power supply 21 on the input side.

定電流回路１１の出力側コンデンサ２６の＋側にはチョークコイル１３とこのチョークコイル２５の反対側端子にはコンデンサ１４が直流電源２１に並列に接続され、フィルタ回路を形成している。 A capacitor 14 is connected in parallel to the DC power source 21 on the opposite side terminal of the choke coil 13 and the choke coil 25 on the positive side of the output side capacitor 26 of the constant current circuit 11 to form a filter circuit.

さらにコンデンサ１４の後段には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１２はブリッジ形ＤＣ／ＤＣコンバータで構成されており、４つのスイッチ２７，２８，２９，３０により構成されたスイッチ部とスイッチ２７，２８とスイッチ２９，３０の中点に接続されたトランス３１の１次側と２次側にはダイオード３２，３３，３４，３５で構成された全波整流回路が接続されている。全波整流回路の＋端子にはチョークコイル３６と反対側の端子にはコンデンサ３７が並列に接続されている。そしてこのコンデンサ３７の両端にパルス電流を流す負荷３８を接続する構成となっている。 Further, a DC / DC converter 12 is connected to the subsequent stage of the capacitor 14. This DC / DC converter 12 is constituted by a bridge type DC / DC converter, and is connected to a switch section constituted by four switches 27, 28, 29, 30 and a middle point of the switches 27, 28 and 29, 30. A full-wave rectifier circuit composed of diodes 32, 33, 34, and 35 is connected to the primary side and the secondary side of the transformer 31. A capacitor 37 is connected in parallel to the + terminal of the full-wave rectifier circuit and to the terminal opposite to the choke coil 36. A load 38 for supplying a pulse current is connected to both ends of the capacitor 37.

図２は、図１で示した本発明一実施形態におけるパルス電源装置の各部の波形を示している。この図２を用いて上記一実施形態の動作を説明する。ここで、直流電源２１から出力される電流をＩｄｃ、定電流回路１１から出力される電流をＩｃ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電圧をＶｃ、入力電流をＩｏ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧をＥｏ、その負荷電流をＩｐとする。 FIG. 2 shows waveforms of respective parts of the pulse power supply device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The operation of the above embodiment will be described with reference to FIG. Here, the current output from the DC power source 21 is Idc, the current output from the constant current circuit 11 is Ic, the input voltage of the DC / DC converter 12 is Vc, the input current is Io, and the output voltage of the DC / DC converter 12 is output. Is Eo, and its load current is Ip.

図２(ａ)は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から負荷に供給される電流Ｉｐの様子を示している。パルス周期Ｔでパルス幅Ｔｐの負荷が繰り返されているとする。当然パルス電源装置はレーダ装置に必要なパルス応答が必要である。このとき、ブリッジ形ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は出力電圧が一定になるように動作し、図２(ｂ)に示すように、そのコンバータの入力電圧ＶｃはＶ１からＶ２で変動している。 FIG. 2A shows the state of the current Ip supplied from the DC / DC converter 12 to the load. It is assumed that a load having a pulse width Tp is repeated in the pulse period T. Naturally, the pulse power supply device needs a pulse response necessary for the radar device. At this time, the bridge type DC / DC converter 12 operates so that the output voltage becomes constant, and as shown in FIG. 2B, the input voltage Vc of the converter varies from V1 to V2.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電圧制御電圧は、図２（ｂ）に示す電圧値Ｖ１から電圧値Ｖ２の範囲より広いことが要求される。従来のように定電流回路１１がなければ、この電圧のリップルが上流の電源へ戻る可能性が生じる。レーダ等のＲＦ素子には大きなパルス状の電流を供給する必要があり、このリップルを低減するために、従来は直流電源２１の出力に直接大きな容量のコンデンサを並列に接続することにより、パルス電流はこのコンデンサより供給され、容量が大きいという単純な原理により電流のリップルを低減していた。 The input voltage control voltage of the DC / DC converter 12 is required to be wider than the range from the voltage value V1 to the voltage value V2 shown in FIG. Without the constant current circuit 11 as in the prior art, this voltage ripple may return to the upstream power supply. It is necessary to supply a large pulsed current to an RF element such as a radar. Conventionally, in order to reduce this ripple, a pulsed current is obtained by connecting a capacitor having a large capacity directly to the output of the DC power supply 21 in parallel. Was supplied from this capacitor, and the ripple of current was reduced by the simple principle that the capacitance was large.

本発明のパルス電源装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の上流に定電流回路１１を付加することにより、出力負荷がパルス電流を流す時には、入力部の定電流回路１１から供給される電流に加え、この定電流回路１１で制限される電流を超える電流については、コンデンサ１４から供給することになる。 In the pulse power supply device of the present invention, by adding the constant current circuit 11 upstream of the DC / DC converter 12, when the output load flows a pulse current, in addition to the current supplied from the constant current circuit 11 of the input unit, The current exceeding the current limited by the constant current circuit 11 is supplied from the capacitor 14.

定電流回路１１で制限される電流を超える電流分についてはコンデンサ１４の電圧Ｖｃが低下し変動する。出力負荷がＯＦＦになった時には、定電流回路１１からコンデンサ１４を充電する。この負荷電流に応じてＶ１とＶ２の間で変動することがわかる(図２(ｂ))。 For a current exceeding the current limited by the constant current circuit 11, the voltage Vc of the capacitor 14 decreases and fluctuates. When the output load is turned off, the capacitor 14 is charged from the constant current circuit 11. It can be seen that the voltage fluctuates between V1 and V2 depending on the load current (FIG. 2B).

次に、この定電流回路１１の電流設定について説明を行う。負荷電流のピークをＩｐ、パルス幅Ｔｐであれば、１パルスの電荷量Ｑ＝Ｉｐ・Ｔｐである。したがって平均電流とは、Ｉａｖｅ＝Ｉｐ・Ｔｐ／Ｔとなる。 Next, the current setting of the constant current circuit 11 will be described. If the peak of the load current is Ip and the pulse width is Tp, the charge amount of one pulse is Q = Ip · Tp. Therefore, the average current is Iave = Ip · Tp / T.

今、図１に示す回路構成において、定電流回路１１からＤＣ／ＤＣコンバータ１２へ入力されるエネルギーを１周期Ｔについて考える。Ｉｃが負荷パルス幅Ｔｐの時間に流れ、ＯＦＦ時にコンデンサ１４をＶ１からＶ２へと充電したとすると、以下のようになる。

In the circuit configuration shown in FIG. 1, energy input from the constant current circuit 11 to the DC / DC converter 12 is considered for one period T. Assuming that Ic flows during the load pulse width Tp and the capacitor 14 is charged from V1 to V2 when OFF, the following occurs.

また、ブリッジ形ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力エネルギーは
Ｉａｖｅ・Ｔ＋Ｗｄ（２）
ここでＣはコンデンサ１４の容量でＷｄはＤＣ／ＤＣコンバータの損失である。 The output energy of the bridge type DC / DC converter 12 is Iave · T + Wd (2)
Here, C is the capacitance of the capacitor 14 and Wd is the loss of the DC / DC converter.

この両辺はエネルギー保存則から等しいので、（１）式と（２）式を等しいとおくことにより、定電流回路１１の出力電流Ｉｃが決定できる。このようにして求めたＩｃが定電流回路１１に設定されているとすると、コンバータ電流Ｉｏは図２(ｃ)に示すようになり、Ｉｃは図２(ｄ)に示すようにリップルの低い電流となり得ることから、定電流回路１１の出力電流Ｉｄｃは一定となり、跳ね返りリップル電流を低減することができる。 Since both sides are equal from the energy conservation law, the output current Ic of the constant current circuit 11 can be determined by setting the equations (1) and (2) equal. Assuming that Ic thus obtained is set in the constant current circuit 11, the converter current Io is as shown in FIG. 2 (c), and Ic is a current with low ripple as shown in FIG. 2 (d). Therefore, the output current Idc of the constant current circuit 11 is constant, and the bounce ripple current can be reduced.

（１）式から理解されるように、Ｃを小さくしたとき、第２項は小さくなるが、第１項は大きくできるので、従来のように大容量コンデンサは必要なく、容量の小さいコンデンサ１４で入力電圧への跳ね返りリップル電流を制限することができる。 As can be understood from the equation (1), when C is reduced, the second term is reduced, but the first term can be increased. The bounce ripple current to the input voltage can be limited.

以上述べた本発明にかかる一実施形態によれば、出力パルス電流が入力側に戻ることが大幅に軽減されるので、小型で安価で入力電圧源に高周波リップル電流を流さない高性能なパルス電源装置を実現できる。 According to the embodiment of the present invention described above, since the output pulse current is greatly reduced to the input side, it is small and inexpensive and has a high performance pulse power source that does not cause a high-frequency ripple current to flow through the input voltage source. A device can be realized.

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して具体化できる。例えば、上述の実施形態では非絶縁型の昇圧チョッパ型定電流源を用いたが、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることも可能である。また上記実施形態においては、後段に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータは絶縁型ブリッジコンバータを例として挙げたが、非絶縁型のブリッジコンバータを用いることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified and embodied without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, in the above-described embodiment, a non-insulated step-up chopper type constant current source is used, but an insulating type DC / DC converter can also be used. In the above-described embodiment, the DC / DC converter connected in the subsequent stage has been described as an insulated bridge converter. However, a non-insulated bridge converter can also be used.

本発明の一実施例におけるパルス電源装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the pulse power supply device in one Example of this invention. 本発明の一実施例におけるパルス電源装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the pulse power supply device in one Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１…定電流回路、
１２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、
１３…チョークコイル、
１４…コンデンサ、
２１…直流電源、
２２、２６、３７…コンデンサ、
２３…スイッチ、
２４，３２、３３、３４、３５…ダイオード、
２５、３６…チョークコイル、
２７、２８、２９、３０…スイッチ、
３１…トランス、
３３…整流回路用チョークコイル、
３８…負荷。 11 ... constant current circuit,
12 ... DC / DC converter,
13 ... Choke coil,
14: Capacitor,
21 ... DC power supply,
22, 26, 37 ... capacitors,
23 ... switch,
24, 32, 33, 34, 35 ... diodes,
25, 36 ... choke coil,
27, 28, 29, 30 ... switch,
31 ... Trans,
33 ... Choke coil for rectifier circuit,
38 ... Load.

Claims

定電流源と、DC／DCコンバータと、チョークコイルと、コンデンサとを備え、
前記定電流源と前記DC／DCコンバータとの間に前記チョークコイルが直列に接続され、かつ前記DC／DCコンバータの入力に前記コンデンサが並列に接続され、前記DC/DCコンバータに接続される負荷の消費電力の大きさに対応する電流が、前記定電流源から前記DC/DCコンバータに流されることを特徴とするパルス電源装置。 A constant current source, a DC / DC converter, a choke coil, and a capacitor are provided.
The choke coil is connected in series between the constant current source and the DC / DC converter, the capacitor is connected in parallel to the input of the DC / DC converter, and the load is connected to the DC / DC converter. A current corresponding to the magnitude of the power consumption is caused to flow from the constant current source to the DC / DC converter.

電圧の変動分を有する直流電源に接続された定電流回路と、
この定電流回路に接続され、負荷にパルス電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
このＤＣ／ＤＣコンバータと前記定電流回路の間に直列に接続されたチョークコイルと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力に並列に接続されたコンデンサとを有し、
前記定電流回路の出力電流は、前記負荷に供給される消費電力の大きさに対応する平均電流が前記ＤＣ／ＤＣコンバータに供給されるように設定されることを特徴とするパルス電源装置。 A constant current circuit connected to a DC power supply having a voltage variation;
A DC / DC converter connected to the constant current circuit and supplying a pulse current to the load;
A choke coil connected in series between the DC / DC converter and the constant current circuit;
A capacitor connected in parallel to the input of the DC / DC converter;
An output current of the constant current circuit is set so that an average current corresponding to a magnitude of power consumption supplied to the load is supplied to the DC / DC converter.

前記DC／DCコンバータは、ブリッジ型コンバータであることを特徴とする請求項１又は２記載のパルス電源装置。 The pulse power supply device according to claim 1, wherein the DC / DC converter is a bridge type converter.