JP5355617B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、入力電圧が変動したときに、スイッチング周波数を変化させ、入力電圧に係わらずリプル電流を許容値以下にできる電源装置を提供することを目的とするものである。
図1はこの発明の実施の形態1における電源装置の構成を示すブロック図である。図に
おいて、電源装置は、入力端子1に接続されスイッチング駆動されるスイッチ素子2と、陽極側が接地され陰極側がスイッチ素子2の出力端に接続された整流素子3と、スイッチ素子2の出力端に接続され、スイッチ素子2と整流素子3により変圧された入力電圧を平滑するリアクトル4と、リアクトル4の出力側に設けられ出力電流を検出する電流検出器5と、リアクトル4の出力側と接地間に接続されリアクトル4の出力を平滑する平滑コンデンサ6と、スイッチ素子2を制御するスイッチ制御手段8とから構成される。スイッチ制御手段8は、入力端子1に入力される入力電圧と、電流検出器5で検出される電流から判断される負荷状態と、出力端子7に出力される出力電圧を用いて、スイッチ素子2のDUTY比とスイッチング周波数を演算して、スイッチ素子2を制御する。
どの直流電圧)として入力された入力電圧を、DUTY比の演算を行うために取得し、取
得した入力電圧と目標とする出力電圧(設定された目標電圧)とを用いて、DUTY比(=目標電圧/入力電圧)の演算を行う(ステップ21,22)。なお、初回(又は初期)のDUTY比は入力電圧と目標電圧を用いて行う演算を示したが、所望のDUTY比を与えて、演算を行ってもよい。
ル4に流れるリアクトル電流、Ioutは出力端子7に流れる出力電流、Irは平滑コンデンサ6へ流れるコンデンサリプル電流、Iminは最小値リプル電流である。電流不連続モー
ドとはリアクトルに電流が流れない区間ができる現象をいう。電流不連続モードでは、リアクトル電流ILが断続的になるため、リアクトル電流ILが連続的に流れる(電流連続モ
ード) で演算されるDUTY比の計算方法と電流不連続モードで行うDUTY比の計算方法が異なる。電流連続モードと同じタイミングでスイッチングを行った場合、負荷に供給するエネルギー量が過剰となってしまう。
従い計算できる。電流不連続モードにならない条件は最小値リプル電流Iminが負の値に
ならなければ、リアクトル電流ILが連続的に流れるため、式(3)となる。ここから、
スイチング周波数fswは、式(4)で計算できる。
(=5×10−6H)、DUTY比DをVout/Vin、入力電圧Vinを30V、出力電流Iout
を6A〜50Aとした場合、スイッチング周波数fswが計算できる。図4はこのときの出力電流[A]変動に対するスイッチング周波数[kHz]の設定例を示す図である。
5)で計算できる。
を10V、リアクトルの容量Lを5μH(=5×10−6H)、DUTY比DをVout/Vin、入力電圧Vinが15V〜30Vとした場合、スイッチング周波数fswが計算できる。図5はこのときの入力電圧[V]変動に対するスイッチング周波数[kHz]の設定例を示す図である。
周波数よりも低くならないようにスイッチング周波数を制限する(ステップ32)。
DUTY比×出力電圧/目標電圧に更新する(ステップ26,27)。ステップ23〜27及びステップ30〜32を繰り返し行うことで、安定した電圧を供給できる。
図6は実施の形態2の電源装置におけるスイッチ制御手段の動作を示すフローチャートである。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。図6に示すように、スイッチ制御手段8は、ステップ22の処理後、ステップ23,24と並行して、入力端子1より入力された入力電圧をスイッチング周波数の演算を行うために取得し、取得した入力電圧を用いて、リプル電流が許容量を超えないように、実施の形態1と同様に、スイッチング周波数の演算を行う(ステップ30,31)。
図7は実施の形態3における電源装置の構成を示すブロック図である。電源装置において、構成要素1〜8はスイッチ制御手段8の動作を除いて、構成は実施の形態1と同様である。発電装置9は、交流電圧を出力する発電機10、発電機10で出力された交流電圧を整流して直流電圧を出力する整流器11と、整流器11が出力する直流電圧を監視し、その直流電圧が設定電圧になるように発電機10の回転数を制御する発電制御手段12で構成される。
は、ステップ50に続くステップ51では、発電量変更信号の情報を判断する。発電量変更信号が入力電圧増加の情報である場合、スイッチ制御手段8は、負荷の状態や入力電圧に係わらず、スイッチングを可能にするために最高級のスイッチング周波数(高い周波数)を設定する(ステップ51)。その後、ステップ25〜27を実施し、再び、ステップ50に戻る。これを繰り返し行うことで、安定した電圧を供給できる。最高級のスイッチング周波数とは式(5)の入力電圧Vinに設計時に想定した最大入力電圧を代入し、演算されるスイッチング周波数である。
、スイッチ制御手段8は、ステップ23〜27を実施し、再び、ステップ50に戻る。これを繰り返し行うことで、安定した電圧を供給できる。
を組み合わせることで実現でき、電流検出器5はシャント抵抗とアンプを組み合わせたものや、ホール式電流検出ICなどを用いることで実現でき、発電制御手段12はマイコンを用いることで実現できる。また、整流器3としてダイオードを例にあげたが、MOSFETやIGBTなどのスイッチング素子により整流を行うことができるため、必ずしもこれに限るものではない。
3 整流素子 4 リアクトル
5 電流検出器 6 平滑コンデンサ
7 出力端子 8 スイッチ制御手段
9 発電装置 10 発電機
11 整流器 12 発電制御手段
Claims (4)
- 入力端子に接続されスイッチング駆動されるスイッチ素子と、
整流素子と、
前記スイッチ素子と前記整流素子により変圧された入力電圧を平滑するリアクトルと、
前記リアクトルの出力を平滑する平滑コンデンサと、
出力電流を検出する電流検出器と、
前記スイッチ素子のDUTY比を出力電圧と目標電圧から演算し、前記電流検出器で検出される電流から判断される負荷状態からスイッチング周波数を演算し、前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御手段とを備え、
スイッチング周波数の演算を前記電流検出器で検出される電流によって、電流が大きければスイッチング周波数を低く、電流が小さければスイッチング周波数を高く設定するように演算する電源装置であって、
入力端子に入力される入力電圧によって、入力電圧が高ければ、スイッチング周波数を高く、入力電圧が低ければ、スイッチング周波数を低く設定し、
前記電流検出器で検出される電流で設定されるスイッチング周波数が、入力電圧によって設定されるスイッチング周波数よりも低くならないようにスイッチング周波数を制限して前記スイッチ素子を制御することを特徴とする電源装置。 - 前記電流検出器で検出される電流で設定されるスイッチング周波数と、入力電圧によって設定されるスイッチング周波数とを比較し、高い方のスイッチング周波数を選択して前記スイッチ素子を制御するようにした請求項1記載の電源装置。
- 入力端子に接続されスイッチング駆動されるスイッチ素子と、
整流素子と、
前記スイッチ素子と前記整流素子により変圧された入力電圧を平滑するリアクトルと、
前記リアクトルの出力を平滑する平滑コンデンサと、
出力電流を検出する電流検出器と、
前記スイッチ素子のDUTY比を出力電圧と目標電圧から演算し、前記電流検出器で検出される電流から判断される負荷状態からスイッチング周波数を演算し、前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御手段とを備え、
スイッチング周波数の演算を前記電流検出器で検出される電流によって、電流が大きければスイッチング周波数を低く、電流が小さければスイッチング周波数を高く設定するように演算する電源装置であって、
さらに、発電機と、
前記発電機から出力された交流電圧を整流して得た直流電圧が設定電圧に対して許容範囲を超えたときに前記発電機を制御する発電機制御手段とを備え、
前記許容範囲を超えたときに前記発電機制御手段から前記発電機を制御する信号が発生した場合、前記信号を前記スイッチ制御手段で受け、前記信号が発電量を増やす増加信号であるとき、前記スイッチ制御手段は、前記電流検出器で検出される電流で設定されるスイッチング周波数に替えて、スイッチングが可能な最高級のスイッチング周波数を設定し、前記スイッチ素子を制御することを特徴とする電源装置。 - 前記スイッチ素子における初期のDUTY 比は、入力端子から入力される入力電圧と前記
目標電圧から演算する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。
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