JP5659410B2

JP5659410B2 - Inverter power supply

Info

Publication number: JP5659410B2
Application number: JP2011189398A
Authority: JP
Inventors: 孝輔天井; 浩光宮嶋; 孝典青木
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: JP2013051853A

Description

本発明は、インバータ電源装置に関する。 The present invention relates to an inverter power supply device.

インバータ電源装置に関する技術文献として、下記特許文献１，２，３がある。 The following patent documents 1, 2, and 3 are provided as technical documents related to the inverter power supply device.

特許文献１には、ＣＰＵ（中央演算装置：Central Processing Unit）、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）等を含む、過電流保護装置が開示されている。当該装置は、過電流を確実に検出するため、電流閾値の設定、ＦＥＴの導通のオン／オフの切換等を行う。 Patent Document 1 discloses a CPU (Central Processing Unit), an analog / digital converter (A / D), a digital / analog converter (D / A), a field effect transistor (FET), and the like. An overcurrent protection device is disclosed. In order to reliably detect an overcurrent, the device performs setting of a current threshold, switching of FET on / off, and the like.

特許文献２には、アナログ／デジタル変換回路、スイッチ手段としてのＭＯＳＦＥＴ、電流検出手段としてのＭＯＳＦＥＴ等を含む、信号検出装置が開示されている。当該装置は、複数の信号を簡単かつ効率的に検出するため、スイッチ手段であるＦＥＴのオン／オフの切換等を行い、１つのＡ／Ｄ変換回路に複数のアナログ電圧信号を時分割してＡ／Ｄ変換させ、回路規模の増大を抑制する。 Patent Document 2 discloses a signal detection device including an analog / digital conversion circuit, a MOSFET as a switch means, a MOSFET as a current detection means, and the like. In order to detect a plurality of signals simply and efficiently, the device performs on / off switching of the FET as a switching means, and time-divides a plurality of analog voltage signals into one A / D conversion circuit. A / D conversion is performed to suppress an increase in circuit scale.

特許文献３には、高い出力電圧を発生する直流電圧源と、低い出力電圧を発生し高速に応答する直流電流源とを直列に接続した、電磁石電源装置が開示されている。当該装置は、電流基準値と負荷定数から直流電圧源の電圧基準を算出する手段をさらに有する。上記構成によって、電流基準値のみを外部からもらうだけでも、負荷電流を高速で立ち上げ、制御できるということである。 Patent Document 3 discloses an electromagnet power supply device in which a DC voltage source that generates a high output voltage and a DC current source that generates a low output voltage and responds at high speed are connected in series. The apparatus further includes means for calculating the voltage reference of the DC voltage source from the current reference value and the load constant. With the above configuration, the load current can be raised and controlled at high speed only by obtaining only the current reference value from the outside.

特開２００５−３２８６３２号公報（特に、図１）Japanese Patent Laying-Open No. 2005-328632 (particularly FIG. 1) 特開２００７−８９３５４号公報（特に、図１）JP 2007-89354 A (particularly FIG. 1) 特開平６−１６３２４２号公報（特に、図１）JP-A-6-163242 (especially FIG. 1)

しかしながら、上記各特許文献に記載のようなアナログ制御のみでは、制御上の制約があり（抵抗やコンデンサを組み合わせた場合、細かい設定が困難）、フィードバック制御に限界がある。すなわち、出力電圧のパルス毎にフィードバックを行うというような制御は不可能である。そのため、出力電流のオーバーシュートが生じ易いという問題がある。 However, only analog control as described in the above-mentioned patent documents has control restrictions (fine setting is difficult when combining resistors and capacitors), and feedback control is limited. That is, such control that feedback is performed for each pulse of the output voltage is impossible. Therefore, there is a problem that output current overshoot easily occurs.

本発明の目的は、出力電流のオーバーシュートを効果的に抑制することができるインバータ電源装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the inverter power supply device which can suppress the overshoot of an output current effectively.

上記目的を達成するため、本発明によると、出力電流信号をアナログからデジタルに変換するアナログ／デジタル変換部と、前記アナログ／デジタル変換部によってデジタルに変換された出力電流信号が示す出力電流値に基づいて電流設定値に対する電流閾値の演算を行う演算部、および、前記出力電流値と前記演算部が演算した電流閾値とに基づいて第１駆動信号および第２駆動信号を出力する出力部を含むデジタル制御部と、前記第１駆動信号に基づいて電流変化を生じさせる第１スイッチング素子と、前記出力部から出力された前記第１駆動信号をデジタルからアナログに変換するデジタル／アナログ変換部と、前記デジタル／アナログ変換部によってアナログに変換された前記第１駆動信号を前記第１スイッチング素子に出力するアナログ制御部と、前記出力部から出力された前記第２駆動信号に基づいて前記第１スイッチング素子よりも大きな電流変化を生じさせる第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の出力側と前記アナログ／デジタル変換部とに接続されたデータ取込部と、前記デジタル／アナログ変換部と前記アナログ制御部とに接続されたデータ比較部と、を備え、前記データ取込部から前記データ比較部へフィードバック制御を行うことを特徴とする、インバータ電源装置が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, an analog / digital converter that converts an output current signal from analog to digital, and an output current value indicated by the output current signal converted into digital by the analog / digital converter. A calculation unit that calculates a current threshold value based on a current setting value, and an output unit that outputs a first drive signal and a second drive signal based on the output current value and the current threshold value calculated by the calculation unit. A digital control unit, a first switching element that causes a current change based on the first drive signal, a digital / analog conversion unit that converts the first drive signal output from the output unit from digital to analog, The first drive signal converted into analog by the digital / analog converter is output to the first switching element. A log control unit; a second switching element that causes a larger current change than the first switching element based on the second drive signal output from the output unit; an output side of the first switching element; and the analog A data acquisition unit connected to a digital / analog conversion unit, and a data comparison unit connected to the digital / analog conversion unit and the analog control unit, from the data acquisition unit to the data comparison unit An inverter power supply device is provided that performs feedback control.

上記構成によると、第１および第２スイッチング素子を設けるとともに、アナログ制御とデジタル制御とを併用したことで、電流閾値の精度を向上させることができ、出力電流のオーバーシュートを効果的に抑制することができる。 According to the above configuration, the first and second switching elements are provided and the analog control and the digital control are used together, so that the accuracy of the current threshold can be improved and the overshoot of the output current is effectively suppressed. be able to.

また、前記演算部は、下記式に基づいて前記演算を行ってよい。
Ｉｓ＝ｉ−Ｔｏ＊(ΔＩ／Δｔ)
（Ｉｓは電流閾値、ｉは電流設定値、Ｔｏは前記第２スイッチング素子がオンになった時点から前記出力電流値Ｉが上昇し始めるまでの時間（遅延時間）、ΔＩ／Δｔは電流変化率）
この場合、電流閾値を正確に取得することができる。 Moreover, the said calculating part may perform the said calculation based on a following formula.
Is = i−To * (ΔI / Δt)
(Is is a current threshold value, i is a current setting value, To is a time (delay time) from when the second switching element is turned on until the output current value I starts to rise, and ΔI / Δt is a current change rate. )
In this case, the current threshold value can be obtained accurately.

さらに、前記演算部は、前記第２スイッチング素子の出力電圧のパルス毎に、前記演算を行ってよい。
この場合、次のパルスへのフィードバック制御が実現され、電流閾値の精度をより向上させることができる。 Furthermore, the calculation unit may perform the calculation for each pulse of the output voltage of the second switching element.
In this case, feedback control to the next pulse is realized, and the accuracy of the current threshold can be further improved.

そして、前記出力部は、前記出力電流値が前記電流閾値に達した場合、前記第２スイッチング素子をオフにし、かつ、その後、前記出力電流値が前記電流閾値を超えた範囲において、前記第２スイッチング素子がオフに維持されつつ前記第１スイッチング素子のみが駆動するように、前記第１および第２駆動信号を出力してよい。
この場合、出力電流のオーバーシュートをより確実に抑制しつつ、出力電流を電流設定値に到達させることができる。 When the output current value reaches the current threshold value, the output unit turns off the second switching element, and then, in a range where the output current value exceeds the current threshold value, The first and second drive signals may be output so that only the first switching element is driven while the switching element is kept off.
In this case, the output current can reach the current set value while more reliably suppressing the overshoot of the output current.

また、前記デジタル制御部は、前記電流設定値に対する１以上の中間電流値を設定する中間電流値設定手段と、前記中間電流値設定手段による設定の後、前記第２スイッチング素子をオンにする第２スイッチング素子オン手段と、サンプリング周期毎に電流変化率を算出する電流変化率算出手段と、前記第２スイッチング素子がオンになった時点から前記出力電流値が上昇し始めるまでの遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、前記演算部により前記電流閾値を演算する閾値演算手段と、前記出力電流値が前記中間電流値に達した場合に、前記第２スイッチング素子をオフにし、その後前記出力電流値の上昇が停止したら前記第２スイッチング素子をオンにする前記第２スイッチング素子オン／オフ切換手段と、を有し、前記第２スイッチング素子オン／オフ切換手段は、前記中間電流値毎に、前記第２スイッチング素子のオフおよびオンの処理を行い、前記電流変化率算出手段は、前記サンプリング周期毎に前記電流変化率を更新し、前記遅延時間算出手段は、前記中間電流値毎に前記遅延時間を更新し、前記閾値演算手段は、最新の前記電流変化率および最新の前記遅延時間を用いて、前記演算部により前記電流閾値を演算してよい。
この場合、出力電流値が階段状に変化することとなり、また、中間電流値毎かつサンプリング周期毎に電流閾値が更新される。したがって、電流閾値の精度をより一層向上させることができる。 The digital control unit includes an intermediate current value setting unit that sets one or more intermediate current values for the current setting value, and a second switching element that turns on the second switching element after setting by the intermediate current value setting unit. 2 switching element ON means, current change rate calculating means for calculating the current change rate for each sampling period, and delay time from when the second switching element is turned on until the output current value starts to rise Delay time calculating means, threshold calculating means for calculating the current threshold by the calculating unit, and when the output current value reaches the intermediate current value, the second switching element is turned off, and then the output current Said second switching element on / off switching means for turning on said second switching element when the increase in value stops, said second switch The switching element on / off switching means performs processing of turning off and on the second switching element for each intermediate current value, and the current change rate calculating means updates the current change rate for each sampling period. The delay time calculation means updates the delay time for each intermediate current value, and the threshold value calculation means uses the latest current change rate and the latest delay time to calculate the current threshold value by the calculation unit. May be calculated.
In this case, the output current value changes stepwise, and the current threshold is updated for each intermediate current value and for each sampling period. Therefore, the accuracy of the current threshold can be further improved.

本発明によると、第１および第２スイッチング素子を設けるとともに、アナログ制御とデジタル制御とを併用したことで、電流閾値の精度を向上させることができ、出力電流のオーバーシュートを効果的に抑制することができる。 According to the present invention, since the first and second switching elements are provided and the analog control and the digital control are used together, the accuracy of the current threshold can be improved, and the overshoot of the output current is effectively suppressed. be able to.

本発明の一実施形態に係るインバータ電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the inverter power supply device concerning one embodiment of the present invention. 電源の出力電流、ＩＧＢＴ（第２スイッチング素子）の出力電圧、およびＦＥＴ（第１スイッチング素子）の出力電圧のそれぞれの時間的変化を示すグラフである。It is a graph which shows each time change of the output current of a power supply, the output voltage of IGBT (2nd switching element), and the output voltage of FET (1st switching element). 出力電流の制御に係る処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process which concerns on control of output current.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るインバータ電源装置１の回路構成について説明する。
インバータ電源装置１は、デジタル制御部１０、アナログ制御部２０、アナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）３１、デジタル／アナログ変換部（Ｄ／Ａ）３２、データ比較部３３、データ取込部３４、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）４０、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ：Insulated gate bipolar transistor)５０、および、負荷６０により、構成されている。 First, the circuit configuration of an inverter power supply device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The inverter power supply device 1 includes a digital control unit 10, an analog control unit 20, an analog / digital conversion unit (A / D) 31, a digital / analog conversion unit (D / A) 32, a data comparison unit 33, and a data capture unit 34. , A field effect transistor (FET) 40, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) 50, and a load 60.

Ａ／Ｄ３１は、電源の出力電流信号をアナログからデジタルに変換する。 The A / D 31 converts the output current signal of the power source from analog to digital.

デジタル制御部１０は、ＣＰＵ（中央演算装置：Central Processing Unit）１０ａから構成されている。ＣＰＵ１０ａは、演算部１１および出力部１２を含む。
演算部１１は、Ａ／Ｄ３１によってデジタルに変換された出力電流信号が示す出力電流値に基づいて、電流設定値に対する電流閾値の演算を行う。
出力部１２は、出力電流値と演算部１１が演算した電流閾値とに基づいて、第１駆動信号および第２駆動信号を出力する。
なお、演算部１１による演算手法、および、出力部１２から出力された各信号に基づく出力電流の制御については、後に詳述する。 The digital control unit 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 10a. The CPU 10 a includes a calculation unit 11 and an output unit 12.
The computing unit 11 computes a current threshold value for the current set value based on the output current value indicated by the output current signal digitally converted by the A / D 31.
The output unit 12 outputs the first drive signal and the second drive signal based on the output current value and the current threshold value calculated by the calculation unit 11.
Note that the calculation method by the calculation unit 11 and the control of the output current based on each signal output from the output unit 12 will be described in detail later.

Ａ／Ｄ３１とＤ／Ａ３２とは各々、データバスでデジタル制御部１０と接続されるとともに、データ取込部３４とデータ比較部３３とに接続されている。
Ｄ／Ａ３２は、出力部１２から出力された第１駆動信号をデジタルからアナログに変換し、データ比較部３３に出力する。
データ比較部３３は、Ｄ／Ａ３２から出力された第１駆動信号とデータ取込部３４が取り込んだデータとを比較する。
データ取込部３４からデータ比較部３３へフィードバック制御されるので、データ比較部３３では、Ｄ／Ａ３２の値を基準として、データ取込部３４との誤差分を増幅し、アナログ制御部２０に出力する。
アナログ制御部２０は、Ｄ／Ａ３２によってアナログに変換され、データ比較部３３で誤差分を増幅された第１駆動信号を、ＦＥＴ（第１スイッチング素子）４０に出力する。
ＦＥＴ４０は、第１駆動信号に基づいて電流変化を生じさせる。
また、デジタル／アナログ、アナログ／デジタルの信号変換制御は、各々、Ｄ／Ａ３２、Ａ／Ｄ３１とデジタル制御部とのパラレル通信にて行う。 Each of A / D 31 and D / A 32 is connected to the digital control unit 10 through a data bus, and is also connected to the data fetching unit 34 and the data comparison unit 33.
The D / A 32 converts the first drive signal output from the output unit 12 from digital to analog and outputs the converted signal to the data comparison unit 33.
The data comparison unit 33 compares the first drive signal output from the D / A 32 and the data acquired by the data acquisition unit 34.
Since feedback control is performed from the data acquisition unit 34 to the data comparison unit 33, the data comparison unit 33 amplifies an error with the data acquisition unit 34 based on the value of the D / A 32, and sends it to the analog control unit 20. Output.
The analog control unit 20 outputs the first drive signal converted into analog by the D / A 32 and amplified by the data comparison unit 33 to the FET (first switching element) 40.
The FET 40 causes a current change based on the first drive signal.
Digital / analog and analog / digital signal conversion control is performed by parallel communication between the D / A 32 and A / D 31 and the digital control unit, respectively.

ＩＧＢＴ（第２スイッチング素子）５０は、出力部１２から出力された第２駆動信号に基づいて、ＦＥＴ４０よりも大きな電流変化を生じさせる。
即ち、ＩＧＢＴ５０はデジタル制御による大幅な電流変化、ＦＥＴ４０はアナログ制御による微小な電流変化を生じさせる。 The IGBT (second switching element) 50 causes a current change larger than that of the FET 40 based on the second drive signal output from the output unit 12.
That is, the IGBT 50 causes a large current change by digital control, and the FET 40 causes a minute current change by analog control.

次に、図２および図３を参照し、インバータ電源装置１における電源の出力電流の制御について、説明する。 Next, control of the output current of the power supply in the inverter power supply apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

デジタル制御部１０が以下の処理Ｓ１〜Ｓ１６を順次行う（図３参照）。
・Ｓ１：電流設定値ｉに対する１以上の中間電流値を設定する。
中間電流値は、電流設定値ｉ未満の電流値であり、例えば電流設定値ｉを２〜３等分して得られる値であってよい。図２に示すような出力電流値Ｉの階段状変化の回数を多くする（即ち、中間電流値の数を多くする）ことで、電流閾値Ｉｓの精度を向上させることはできるが、電流設定値ｉに到達するまで時間がかかる。
・Ｓ２：ＩＧＢＴ５０をオンにする。
・Ｓ３，Ｓ４：サンプリング周期Ｔｓ毎に、出力電流値Ｉを測定し、電流変化率ΔＩ／Δｔが０を超えたか否かを判断する。
・Ｓ５：電流変化率ΔＩ／Δｔが０を超えた場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、電流変化率ΔＩ／Δｔと、ＩＧＢＴ５０がオンになった時点から出力電流値Ｉが上昇し始めるまでの時間（遅延時間）Ｔｏとを算出する。
・Ｓ６：演算部１１により、電流閾値Ｉｓを演算する（下記式（１）参照）。
・Ｓ７：出力電流値Ｉが中間電流値以上であるか否かを判断する。
・Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０：出力電流値Ｉが中間電流値未満の場合（Ｓ７：ＮＯ）、サンプリング周期Ｔｓ毎に、出力電流値Ｉを測定し、電流変化率ΔＩ／Δｔの算出（Ｓ９）、及び、電流閾値Ｉｓの演算（Ｓ１０）を行う。
Ｓ９では、今回算出したΔＩ／Δｔとこれまでに算出したΔＩ／Δｔとの平均値を、新たなΔＩ／Δｔとして設定する（即ち、ΔＩ／Δｔはサンプリング周期Ｔｓ毎に更新される）。このときＴｏは更新されず、Ｓ５で算出された値のままである。
Ｓ１０では、最新の（更新後の）ΔＩ／Δｔを用いて、演算部１１により電流閾値Ｉｓを演算する（即ち、電流閾値Ｉｓを更新する）。
・Ｓ１１：出力電流値Ｉが中間電流値以上であるか否かを判断する。出力電流値Ｉが中間電流値未満の場合（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ８に処理を戻し、Ｓ８以降の処理を再び行う。
・Ｓ１２：出力電流値Ｉが中間電流値以上の場合（Ｓ７又はＳ１１：ＹＥＳ）、出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓ以上であるか否かを判断する。
出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓ未満の場合（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１３に処理を進める。
出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓ以上の場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、Ｓ１６に処理を進める。
・Ｓ１３：ＩＧＢＴ５０をオフにする。
・Ｓ１４，Ｓ１５：サンプリング周期Ｔｓ毎に、出力電流値Ｉを測定し、電流変化率ΔＩ／Δｔが０であるか否かを判断する。
電流変化率ΔＩ／Δｔが０でない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ１４に処理を戻し、Ｓ１４，Ｓ１５の処理を再び行う。
電流変化率ΔＩ／Δｔが０の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、Ｓ２に処理を戻し、Ｓ２以降の処理を再び行う。
Ｓ１５：ＹＥＳでＳ２に処理を戻した後のＳ５では、今回算出したＴｏとこれまでに算出したＴｏとの平均値を、新たなＴｏとして設定する（即ち、Ｔｏは中間電流値毎に更新される）。このとき、ΔＩ／ΔｔについてもＳ９の場合と同様に更新する。
Ｓ１５：ＹＥＳでＳ２に処理を戻した後のＳ６，Ｓ１０では、最新の（更新後の）Ｔｏ及びΔＩ／Δｔを用いて、演算部１１により電流閾値Ｉｓを演算する（即ち、電流閾値Ｉｓを更新する）。
また、Ｓ１５：ＹＥＳでＳ２に処理を戻した後のＳ７，Ｓ１１では、次の中間電流値を適用する。つまり、Ｓ１で２以上の中間電流値を設定した場合、これら２以上の中間電流値の小さい方の値から順に、Ｓ７，Ｓ１１の中間電流値として適用する。
・Ｓ１６：ＩＧＢＴ５０をオフにし、ＦＥＴ４０をオンにする。 The digital control unit 10 sequentially performs the following processes S1 to S16 (see FIG. 3).
S1: An intermediate current value of 1 or more with respect to the current setting value i is set.
The intermediate current value is a current value less than the current set value i, and may be a value obtained by dividing the current set value i into two or three equal parts, for example. The accuracy of the current threshold value Is can be improved by increasing the number of stepwise changes in the output current value I as shown in FIG. 2 (that is, increasing the number of intermediate current values). It takes time to reach i.
S2: Turn on the IGBT 50.
S3, S4: The output current value I is measured every sampling cycle Ts, and it is determined whether or not the current change rate ΔI / Δt exceeds 0.
S5: When the current change rate ΔI / Δt exceeds 0 (S4: YES), the current change rate ΔI / Δt and the time from when the IGBT 50 is turned on until the output current value I starts to rise (delay) Time) To is calculated.
S6: The calculation unit 11 calculates the current threshold Is (see the following formula (1)).
S7: It is determined whether or not the output current value I is greater than or equal to the intermediate current value.
S8, S9, S10: When the output current value I is less than the intermediate current value (S7: NO), the output current value I is measured every sampling cycle Ts, and the current change rate ΔI / Δt is calculated (S9). And the calculation of the current threshold value Is (S10) is performed.
In S9, an average value of ΔI / Δt calculated this time and ΔI / Δt calculated so far is set as a new ΔI / Δt (that is, ΔI / Δt is updated every sampling period Ts). At this time, To is not updated and remains the value calculated in S5.
In S10, the current threshold Is is calculated by the calculation unit 11 using the latest (updated) ΔI / Δt (that is, the current threshold Is is updated).
S11: It is determined whether or not the output current value I is greater than or equal to the intermediate current value. When the output current value I is less than the intermediate current value (S11: NO), the process returns to S8, and the processes after S8 are performed again.
S12: When the output current value I is greater than or equal to the intermediate current value (S7 or S11: YES), it is determined whether or not the output current value I is greater than or equal to the current threshold Is.
If the output current value I is less than the current threshold Is (S12: NO), the process proceeds to S13.
If the output current value I is greater than or equal to the current threshold Is (S12: YES), the process proceeds to S16.
S13: Turn off the IGBT 50.
S14, S15: The output current value I is measured every sampling period Ts, and it is determined whether or not the current change rate ΔI / Δt is zero.
When the current change rate ΔI / Δt is not 0 (S15: NO), the process returns to S14, and the processes of S14 and S15 are performed again.
When the current change rate ΔI / Δt is 0 (S15: YES), the process returns to S2, and the processes after S2 are performed again.
S15: In S5 after returning the process to S2 with YES, the average value of To calculated this time and To calculated so far is set as a new To (that is, To is updated for each intermediate current value). ) At this time, ΔI / Δt is also updated as in the case of S9.
S15: In S6 and S10 after returning the process to S2 with YES, the current threshold Is is calculated by the calculation unit 11 using the latest (updated) To and ΔI / Δt (that is, the current threshold Is is set). Update).
Further, in S7 and S11 after returning the process to S2 in S15: YES, the next intermediate current value is applied. That is, when an intermediate current value of 2 or more is set in S1, the intermediate current values of S7 and S11 are applied in order from the smaller value of the two or more intermediate current values.
S16: Turn off the IGBT 50 and turn on the FET 40.

演算部１１は、下記式（１）に基づいて演算を行う。
Ｉｓ＝ｉ−Ｔｏ＊(ΔＩ／Δｔ) ・・・式（１）
（Ｉｓは電流閾値、ｉは電流設定値、ＴｏはＩＧＢＴ５０がオンになった時点から出力電流値Ｉが上昇し始めるまでの時間（遅延時間）、ΔＩ／Δｔは電流変化率） The calculation unit 11 performs a calculation based on the following formula (1).
Is = i−To * (ΔI / Δt) (1)
(Is is the current threshold value, i is the current set value, To is the time from when the IGBT 50 is turned on until the output current value I starts to rise (delay time), and ΔI / Δt is the current change rate)

本実施形態において、演算部１１は、ＩＧＢＴ５０の出力電圧のパルス毎に、かつ、サンプリング周期毎Ｔｓに、最新の電流変化率ΔＩ／Δｔおよび最新の遅延時間Ｔｏを用いて、電流閾値Ｉｓを演算する。つまり、ＩＧＢＴ５０の出力電圧のパルス毎に、かつ、サンプリング周期毎Ｔｓに、電流閾値Ｉｓが更新される。 In this embodiment, the calculation unit 11 calculates the current threshold Is using the latest current change rate ΔI / Δt and the latest delay time To for each pulse of the output voltage of the IGBT 50 and for each sampling period Ts. To do. That is, the current threshold value Is is updated every pulse of the output voltage of the IGBT 50 and every sampling period Ts.

図２において、時点ｔ１でＩＧＢＴ５０がオンになると、遅延時間Ｔｏを経て、出力電流値Ｉは上昇していく。その後、時点ｔ２でＩＧＢＴ５０がオフになると、出力電流値Ｉは再び一定になる。さらに、時点ｔ３でＩＧＢＴ５０がオンになると、遅延時間Ｔｏを経て、出力電流値Ｉは再び上昇していく。そして、出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓに到達した時点ｔ４で、出力部１２はＩＧＢＴ５０をオフにする。その後、出力部１２は、出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓを超えた範囲（時点ｔ４以降）において、ＩＧＢＴ５０がオフに維持されつつＦＥＴ４０のみが駆動するように、第１および第２駆動信号を出力する。その結果、時点ｔ５（出力電流値Ｉが電流設定値ｉに到達した時点）でのオーバーシュートが抑制される。 In FIG. 2, when the IGBT 50 is turned on at the time point t1, the output current value I increases after a delay time To. Thereafter, when the IGBT 50 is turned off at time t2, the output current value I becomes constant again. Further, when the IGBT 50 is turned on at time t3, the output current value I rises again after a delay time To. Then, at the time t4 when the output current value I reaches the current threshold Is, the output unit 12 turns off the IGBT 50. Thereafter, the output unit 12 outputs the first and second drive signals so that only the FET 40 is driven while the IGBT 50 is kept off in a range where the output current value I exceeds the current threshold Is (after time t4). To do. As a result, overshoot at time t5 (when the output current value I reaches the current set value i) is suppressed.

上述したように、本実施形態のインバータ電源装置１によると、ＦＥＴ４０のアナログ制御とＩＧＢＴ５０のデジタル制御とを併用したことで、電流閾値Ｉｓの精度を向上させることができ、出力電流のオーバーシュートを効果的に抑制することができる。
即ち、デジタル制御を用いたことで、各パターン電流に対して安定した制御を行うことができる。
なお、オーバーシュートは、ＩＧＢＴ５０のみでＦＥＴ４０に切り換えなければ、図２において出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓに達した後、電流設定値ｉに達する際に点線のような形状で生じ得るが、本実施形態によれば、ＦＥＴ４０に切り換えることにより、実線のように効果的に抑制することができる。 As described above, according to the inverter power supply device 1 of the present embodiment, the combined use of the analog control of the FET 40 and the digital control of the IGBT 50 can improve the accuracy of the current threshold Is and reduce the output current overshoot. It can be effectively suppressed.
That is, by using digital control, stable control can be performed for each pattern current.
If the IGBT 50 alone is not switched to the FET 40, the overshoot can occur in a shape like a dotted line when the output current value I reaches the current threshold value Is in FIG. According to the embodiment, switching to the FET 40 can be effectively suppressed as indicated by a solid line.

演算部１１は、上記式（１）の各要素に基づく演算によって、電流閾値Ｉｓを正確に取得することができる。 The calculation unit 11 can accurately acquire the current threshold Is by calculation based on each element of the above formula (1).

演算部１１は、ＩＧＢＴ５０の出力電圧のパルス毎に、演算を行う。これにより、次のパルスへのフィードバック制御が実現され、電流閾値Ｉｓの精度をより向上させることができる。 The computing unit 11 performs computation for each pulse of the output voltage of the IGBT 50. Thereby, feedback control to the next pulse is realized, and the accuracy of the current threshold Is can be further improved.

出力部１２は、出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓに達した場合、ＩＧＢＴ５０をオフにし、かつ、その後、出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓを超えた範囲において、ＩＧＢＴ５０（第２スイッチング素子）がオフに維持されつつＦＥＴ４０（第１スイッチング素子）のみが駆動するように、第１および第２駆動信号を出力する。
このように、出力電流値Ｉが電流閾値Ｉｓに達したとき（時点ｔ４）に、ＩＧＢＴ５０をオフにし、時点ｔ４以降はＦＥＴ４０のみの駆動に切り換えることで、出力電流のオーバーシュートをより確実に抑制しつつ、出力電流を電流設定値ｉに到達させることができる。 The output unit 12 turns off the IGBT 50 when the output current value I reaches the current threshold value Is, and then turns off the IGBT 50 (second switching element) in a range where the output current value I exceeds the current threshold value Is. The first and second drive signals are output so that only the FET 40 (first switching element) is driven while being maintained.
As described above, when the output current value I reaches the current threshold value Is (time t4), the IGBT 50 is turned off, and after time t4, the drive is switched to driving only the FET 40, thereby more reliably suppressing the overshoot of the output current. However, the output current can reach the current set value i.

デジタル制御部１０が、図３に示す処理Ｓ１〜Ｓ１６を順次行う。
これにより、出力電流値Ｉが階段状に変化することとなり、また、中間電流値毎かつサンプリング周期Ｔｓ毎に電流閾値Ｉｓが更新される。したがって、電流閾値Ｉｓの精度をより一層向上させることができる。 The digital control unit 10 sequentially performs the processes S1 to S16 shown in FIG.
As a result, the output current value I changes stepwise, and the current threshold Is is updated every intermediate current value and every sampling cycle Ts. Therefore, the accuracy of the current threshold Is can be further improved.

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made as long as they are described in the claims.

第１および第２スイッチング素子は、それぞれＦＥＴおよびＩＧＢＴに限定されず、任意のスイッチング素子を適用可能である。例えば、第２スイッチング素子として、ＩＧＢＴの代わりに、ＪＦＥＴ(Junction FET)、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、サイリスタ等を採用してもよい。 The first and second switching elements are not limited to FET and IGBT, respectively, and any switching element can be applied. For example, as the second switching element, a JFET (Junction FET), a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), a thyristor, or the like may be employed instead of the IGBT.

演算部１１による演算式は、適宜、変更可能である。 The arithmetic expression by the arithmetic unit 11 can be changed as appropriate.

演算部１１による演算の周期は、特に限定されない。例えば、第２スイッチング素子の出力電圧の２以上のパルス毎に、またはランダムに、演算を行ってもよい。 The cycle of calculation by the calculation unit 11 is not particularly limited. For example, the calculation may be performed every two or more pulses of the output voltage of the second switching element or randomly.

デジタル制御部１０による処理は、図３に示すものに限定されない。例えば、デジタル制御部１０は、出力電流値Ｉが階段状に変化しないよう、中間電流値の設定等を行わなくてもよい。 The processing by the digital control unit 10 is not limited to that shown in FIG. For example, the digital control unit 10 may not set the intermediate current value so that the output current value I does not change stepwise.

本発明に係るインバータ電源装置は、レーザー装置やスキャニング装置（例えばこれらは癌治療に使用される）、電磁石、その他任意の電子機器に適用可能である。 The inverter power supply device according to the present invention is applicable to laser devices, scanning devices (for example, these are used for cancer treatment), electromagnets, and other arbitrary electronic devices.

その他、回路構成を適宜に変更可能である。 In addition, the circuit configuration can be changed as appropriate.

１インバータ電源装置
１０デジタル制御部
１０ａＣＰＵ
１１演算部
１２出力部
２０アナログ制御部
３１Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル変換部）
３２Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ変換部）
３３データ比較部
３４データ取込部
４０ＦＥＴ（第１スイッチング素子）
５０ＩＧＢＴ（第２スイッチング素子） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter power supply device 10 Digital control part 10a CPU
11 arithmetic unit 12 output unit 20 analog control unit 31 A / D (analog / digital conversion unit)
32 D / A (digital / analog converter)
33 Data Comparison Unit 34 Data Acquisition Unit 40 FET (First Switching Element)
50 IGBT (second switching element)

Claims

出力電流信号をアナログからデジタルに変換するアナログ／デジタル変換部と、
前記アナログ／デジタル変換部によってデジタルに変換された出力電流信号が示す出力電流値に基づいて電流設定値に対する電流閾値の演算を行う演算部、および、前記出力電流値と前記演算部が演算した電流閾値とに基づいて第１駆動信号および第２駆動信号を出力する出力部を含むデジタル制御部と、
前記第１駆動信号に基づいて電流変化を生じさせる第１スイッチング素子と、
前記出力部から出力された前記第１駆動信号をデジタルからアナログに変換するデジタル／アナログ変換部と、
前記デジタル／アナログ変換部によってアナログに変換された前記第１駆動信号を前記第１スイッチング素子に出力するアナログ制御部と、
前記出力部から出力された前記第２駆動信号に基づいて前記第１スイッチング素子よりも大きな電流変化を生じさせる第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の出力側と前記アナログ／デジタル変換部とに接続されたデータ取込部と、
前記デジタル／アナログ変換部と前記アナログ制御部とに接続されたデータ比較部と、を備え、
前記データ取込部から前記データ比較部へフィードバック制御を行うことを特徴とする、インバータ電源装置。 An analog / digital converter that converts the output current signal from analog to digital;
A calculation unit that calculates a current threshold value for a current set value based on an output current value indicated by an output current signal converted into digital by the analog / digital conversion unit, and a current calculated by the output current value and the calculation unit A digital control unit including an output unit that outputs the first drive signal and the second drive signal based on the threshold value;
A first switching element for causing a current change based on the first drive signal;
A digital / analog converter that converts the first drive signal output from the output unit from digital to analog;
An analog control unit that outputs the first drive signal converted into analog by the digital / analog conversion unit to the first switching element;
A second switching element that causes a larger current change than the first switching element based on the second drive signal output from the output unit;
A data capture unit connected to the output side of the first switching element and the analog / digital conversion unit;
A data comparison unit connected to the digital / analog conversion unit and the analog control unit,
An inverter power supply device that performs feedback control from the data fetching unit to the data comparing unit.

前記演算部は、下記式に基づいて前記演算を行うことを特徴とする、請求項１に記載のインバータ電源装置。
Ｉｓ＝ｉ−Ｔｏ＊(ΔＩ／Δｔ)
（Ｉｓは電流閾値、ｉは電流設定値、Ｔｏは前記第２スイッチング素子がオンになった時点から前記出力電流値Ｉが上昇し始めるまでの時間（遅延時間）、ΔＩ／Δｔは電流変化率） The inverter power supply apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit performs the calculation based on the following equation.
Is = i−To * (ΔI / Δt)
(Is is a current threshold value, i is a current setting value, To is a time (delay time) from when the second switching element is turned on until the output current value I starts to rise, and ΔI / Δt is a current change rate. )

前記演算部は、前記第２スイッチング素子の出力電圧のパルス毎に、前記演算を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載のインバータ電源装置。 The inverter power supply apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit performs the calculation for each pulse of the output voltage of the second switching element.

前記出力部は、前記出力電流値が前記電流閾値に達した場合、前記第２スイッチング素子をオフにし、かつ、その後、前記出力電流値が前記電流閾値を超えた範囲において、前記第２スイッチング素子がオフに維持されつつ前記第１スイッチング素子のみが駆動するように、前記第１および第２駆動信号を出力することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインバータ電源装置。 The output unit turns off the second switching element when the output current value reaches the current threshold value, and then, in a range where the output current value exceeds the current threshold value, the second switching element The inverter power supply according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second drive signals are output so that only the first switching element is driven while being maintained off. apparatus.

前記デジタル制御部は、
前記電流設定値に対する１以上の中間電流値を設定する中間電流値設定手段と、
前記中間電流値設定手段による設定の後、前記第２スイッチング素子をオンにする第２スイッチング素子オン手段と、
サンプリング周期毎に電流変化率を算出する電流変化率算出手段と、
前記第２スイッチング素子がオンになった時点から前記出力電流値が上昇し始めるまでの遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、
前記演算部により前記電流閾値を演算する閾値演算手段と、
前記出力電流値が前記中間電流値に達した場合に、前記第２スイッチング素子をオフにし、その後前記出力電流値の上昇が停止したら前記第２スイッチング素子をオンにする前記第２スイッチング素子オン／オフ切換手段と、を有し、
前記第２スイッチング素子オン／オフ切換手段は、前記中間電流値毎に、前記第２スイッチング素子のオフおよびオンの処理を行い、
前記電流変化率算出手段は、前記サンプリング周期毎に前記電流変化率を更新し、
前記遅延時間算出手段は、前記中間電流値毎に前記遅延時間を更新し、
前記閾値演算手段は、最新の前記電流変化率および最新の前記遅延時間を用いて、前記演算部により前記電流閾値を演算することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のインバータ電源装置。 The digital control unit
Intermediate current value setting means for setting one or more intermediate current values for the current set value;
A second switching element on means for turning on the second switching element after the setting by the intermediate current value setting means;
A current change rate calculating means for calculating a current change rate for each sampling period;
A delay time calculating means for calculating a delay time from when the second switching element is turned on until the output current value starts increasing;
Threshold calculation means for calculating the current threshold by the calculation unit;
When the output current value reaches the intermediate current value, the second switching element is turned off. After that, when the increase in the output current value stops, the second switching element is turned on. Off-switching means,
The second switching element on / off switching means performs an off and on process of the second switching element for each intermediate current value,
The current change rate calculation means updates the current change rate for each sampling period,
The delay time calculating means updates the delay time for each intermediate current value,
The said threshold value calculation means calculates the said current threshold value by the said calculating part using the said latest said current change rate and the latest said delay time, It is any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Inverter power supply.