JP4418788B2 - スイッチング電源及び該スイッチング電源を含む電子機器、並びにスイッチング電源の制御方法 - Google Patents
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Description
前記スイッチ回路の出力を直流に変換して出力する出力回路と、
前記出力回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
設定電圧に対応して前記スイッチ回路のオン期間及びオフ期間に関するデータが記憶されている制御テーブルと、前記制御テーブルの読み出し及びPWM演算を行う演算処理部とを有し、PWM信号を出力して前記スイッチ回路を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、目標とする出力電圧が変更されない場合は、検出された前記出力電圧と前記目標とする出力電圧とに基づいたフィードバック制御によって前記スイッチ回路を制御する第1の制御と、前記目標とする出力電圧が変更された場合は、前記制御テーブルから読み出したデータに基づいて前記スイッチ回路を制御する第2の制御とを行い、
前記第1の制御により前記スイッチ回路が制御されていて、前記目標とする出力電圧がより高い値に変更される場合に、前記制御部は、前記スイッチング素子の周期において前記コイル電流が中心値より大きく最大値以下の第1の範囲にあるタイミングで、前記第1の制御による制御から前記第2の制御による制御に切り換え、
前記第1の制御により前記スイッチ回路が制御されていて、前記目標とする出力電圧がより低い値に変更される場合に、前記切換部は、前記スイッチング素子の周期において前記コイル電流が中心値より小さく最小値以上の第2の範囲にあるタイミングで、前記第1の制御による制御から前記第2の制御による制御に切り換えることを特徴とする。
図1は、本発明に係るスイッチング電源の第1の実施形態の構成を、該スイッチング電源を含む電子機器の一部と共に示すブロック図である。
となる。ここで負荷電流Io=0[A]とした場合、
IL=Ic ・・・(3)
となることより、コイル電流ILの変化(動き)により、出力電圧Voutが調整できることがわかる。
Duty=Vout/Vin ・・・(4)
となる。すなわち、出力電圧Voutが定常状態にあるとき、Dutyは同期整流型DC/DCコンバータの入出力電圧の比により決定される。
(2)電圧が目標値に到達したとき、コイル電流ILは無負荷時であればIL=0[A]、負荷時にはIL=Ioに戻っていること。
入力電圧Vin=20[V]、出力電圧Vout=10[V]、
負荷条件:負荷電流Io=0[A]、
第1の制御におけるSW周波数:300kHz、
Vout変化幅:+1[V](10Vから11Vへ変更)、
出力回路5のLC平滑フィルタ定数:L=4.2μH、C=39μF。
(1)電子機器の要求する電圧変更指令に対し、効率を悪化させないで高速にスイッチング電源の出力電圧の変更ができる。
(2)出力電圧値を、細かく(多段階に)設定可能である。
(3)スイッチング電源の制御部分に、フィードバック制御とテーブルに基づいたフィードフォワード的な制御とを切り換えて適用しているので、制御テーブルのデータが少なくて済む。
電子機器本体の制御装置(CPU)12の処理能力に余裕がある場合には、スイッチング電源17の機能の一部を制御装置12が受け持ってもよく、このような場合、上記図1に示した構成をより簡単なものに変更できる。図2は、図1のブロック図の変形例であり、スイッチング電源の構成の一部を電子機器の制御装置12に含めた構成例を示している。
以下、本発明に係るスイッチング電源の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態も第1の実施形態と同様な電子機器に用いられるスイッチング電源であり、以下の説明では第1の実施形態と同様な部分については説明を省略し、第2の実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
(1)スイッチ回路4のスイッチングのオン期間、オフ期間の調整の仕方が変わる。
(2)スイッチング周期Tswが変化する。
次に、第2の実施形態の変形例について説明する。この変形例は、第1の実施形態での第2の制御方法を応用したものである。第2の制御方法の実行中に、スイッチ回路のオン期間オフ期間のデータを修正し、予測不可能な外乱や、回路構成部品の特性ばらつきに対しても対応できる制御を行うことができるようにしている。ただし、第2の実施形態のA/D変換器10と、A/D変換器23のサンプリング時間が、スイッチ回路4のスイッチング周期に比べて十分早いことが前提となる。
その誤差に基づいてオフのタイミングDを早める制御を行う(頂点Dは左側へ移動する)。あるいは、期間CのA/D変換後に出力電圧が想定している電圧より低い場合には、その誤差に基づいてオフのタイミングDを遅らせる制御を行う(頂点Dは右側へ移動する)。このタイミングDをメモリ手段に保持する。
図15は本発明に係るスイッチング電源を有する電子機器の代表例としてのインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、複数の機器から構成されるシステム(電子機器)に適用しても良いし、また、一つの機器からなるスイッチング電源に適用しても良い。
2 入力端子
3 デジタル制御部
4 スイッチ回路
5 出力回路
6 出力端子
7 出力電圧検出回路
8 誤差増幅器
9 基準電圧
10、23 A/D変換器
11 CLK発振器
12 電子機器本体の制御装置
13 電圧変更回路
14 PWM信号
15 演算処理部
16 制御テーブル
17 スイッチング電源
22 電流検出回路
Claims (7)
- 入力された電力をスイッチング素子によって切り換えてパルス状の出力を生成するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路の出力を直流に変換して出力する出力回路と、
前記出力回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
設定電圧に対応して前記スイッチ回路のオン期間及びオフ期間に関するデータが記憶されている制御テーブルと、前記制御テーブルの読み出し及びPWM演算を行う演算処理部とを有し、PWM信号を出力して前記スイッチ回路を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、目標とする出力電圧が変更されない場合は、検出された前記出力電圧と前記目標とする出力電圧とに基づいたフィードバック制御によって前記スイッチ回路を制御する第1の制御と、前記目標とする出力電圧が変更された場合は、前記制御テーブルから読み出したデータに基づいて前記スイッチ回路を制御する第2の制御とを行い、
前記第1の制御により前記スイッチ回路が制御されていて、前記目標とする出力電圧がより高い値に変更される場合に、前記制御部は、前記スイッチング素子の周期において前記コイル電流が中心値より大きく最大値以下の第1の範囲にあるタイミングで、前記第1の制御による制御から前記第2の制御による制御に切り換え、
前記第1の制御により前記スイッチ回路が制御されていて、前記目標とする出力電圧がより低い値に変更される場合に、前記切換部は、前記スイッチング素子の周期において前記コイル電流が中心値より小さく最小値以上の第2の範囲にあるタイミングで、前記第1の制御による制御から前記第2の制御による制御に切り換えることを特徴とするスイッチング電源。 - 前記制御部による前記第2の制御は、前記制御テーブルから読み出したデータを、前記検出された出力電圧値に基づいて修正し、該修正したデータに基づいて前記スイッチ回路を制御することを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源。
- 前記出力回路がコイル及びコンデンサからなる平滑フィルタを含み、
前記制御部は、前記コイルに流れるコイル電流が飽和しない程度に前記第2の制御を行う期間が短くなるように制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のスイッチング電源。 - 前記制御テーブルには、設定電圧に対応して前記スイッチ回路のオン期間及びオフ期間の補正データが記憶されており、
前記第2の制御は、前記制御テーブルから読み出した補正データに基づいてフィードバック制御によって前記スイッチ回路を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のスイッチング電源。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のスイッチング電源を有する電子機器であって、
前記制御部が、該電子機器を制御する制御装置内に含まれていることを特徴とする電子機器。 - 複数の記録素子を有する記録ヘッドによって記録を行うように構成され、前記記録ヘッドの駆動電圧が、前記スイッチング電源から供給されることを特徴とする請求項5に記載の電子機器。
- 入力された電力をスイッチング素子によって切り換えてパルス状の出力を生成するスイッチ回路と、前記スイッチ回路の出力を直流に変換して出力する出力回路と、前記出力回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、設定電圧に対応して前記スイッチ回路のオン期間及びオフ期間に関するデータが記憶されている制御テーブル、及び前記制御テーブルの読み出し及びPWM演算を行う演算処理部を有し、PWM信号を出力して前記スイッチ回路を制御する制御部とを備えたスイッチング電源の制御方法であって、
目標とする出力電圧が変更されない場合は、検出された前記出力電圧と前記目標とする出力電圧とに基づいたフィードバック制御によって前記スイッチ回路を制御する第1の制御を行い、
前記目標とする出力電圧が変更された場合は、前記制御テーブルから読み出したデータに基づいて前記スイッチ回路を制御する第2の制御を行うように制御を切り換え、
前記第1の制御により前記スイッチ回路が制御されていて、前記目標とする出力電圧がより高い値に変更される場合に、前記制御部は、前記スイッチング素子の周期において前記コイル電流が中心値より大きく最大値以下の第1の範囲にあるタイミングで、前記第1の制御による制御から前記第2の制御による制御に切り換え、
前記第1の制御により前記スイッチ回路が制御されていて、前記目標とする出力電圧がより低い値に変更される場合に、前記切換部は、前記スイッチング素子の周期において前記コイル電流が中心値より小さく最小値以上の第2の範囲にあるタイミングで、前記第1の制御による制御から前記第2の制御による制御に切り換えることを特徴とするスイッチング電源の制御方法。
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