JP5971850B2 - DC power supply unit and DC power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、直流電源ユニットおよび直流電源システムに関する。 The present invention relates to a DC power supply unit and a DC power supply system.
直流電源システムには、直流電源ユニットを複数台設けて、並列冗長運転方式の直流電源システムを構成しているものがある。この方式の直流電源システムは電源ユニットが1台故障しても、負荷のシステムの動作に影響を与えないようにしている。 Some DC power supply systems include a plurality of DC power supply units to constitute a parallel redundant operation type DC power supply system. In this type of DC power supply system, even if one power supply unit fails, the operation of the load system is not affected.
図7は、並列冗長運転方式の直流電源システムの構成例を示す図である。同図に示す直流電源システム300は、N+1台(Nは自然数)の直流電源ユニット300−1,300−2,…,300−N,300−N+1を搭載しており、各直流電源ユニットは、交流の入力電圧Viを直流の出力電圧Voに変換して負荷(図示なし)に直流電力を供給する直流電源装置である。また、直流電源ユニット300−1,300−2,…,300−N,300−N+1のそれぞれは、出力電圧Voと所定の出力電圧基準信号との差分に応じて、出力トランスの一次側に接続されたスイッチング素子のON(オン)幅を制御するDC/DCコンバータを有している。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a DC power supply system of a parallel redundant operation method. The DC
図7に示す直流電源システム300は、通常動作時には、N+1台の直流電源ユニット300−1〜300−N+1を作動させて負荷に直流電力を供給しながら、バッテリBATTへ充電する。
In the normal operation, the DC
通常、この種の直流電源ユニットは、過電流保護回路(出力電流制限回路)を備えている(特許文献1)。この過電流保護回路は、負荷の過電流状態が電流検出器等により検出された場合、出力電圧を低下(垂下)させて電力を一定に保つための、所謂、定電力垂下特性に基づく動作を実施する。この定電力垂下特性によれば、後述する図5(a)に例示するように、出力電流Ioが定格電流ILを超えると、出力電圧Voが低下され、これにより、出力電力が一定に維持される。従って、例えば電源投入時に負荷に過電流が流れる場合、定格最大電流ILL以上の電流が負荷に流れないようにすることができる。 Usually, this type of DC power supply unit includes an overcurrent protection circuit (output current limiting circuit) (Patent Document 1). This overcurrent protection circuit performs an operation based on a so-called constant power drooping characteristic for keeping the power constant by lowering (drooping) the output voltage when an overcurrent state of the load is detected by a current detector or the like. carry out. According to this constant power drooping characteristic, as illustrated in FIG. 5A, which will be described later, when the output current Io exceeds the rated current IL, the output voltage Vo is lowered, thereby maintaining the output power constant. The Therefore, for example, when an overcurrent flows through the load when the power is turned on, it is possible to prevent a current exceeding the rated maximum current ILL from flowing through the load.
しかしながら、上述の従来技術によれば、複数台の直流電源ユニットを並列接続して並列冗長運転する場合、以下に説明するように、各直流電源ユニットの特性のばらつきに起因して、定電力垂下特性での動作領域において出力電圧Voが不安定になるという問題がある。 However, according to the above-described prior art, when a plurality of DC power supply units are connected in parallel and operated in parallel redundant operation, the constant power droop is caused by the variation in characteristics of each DC power supply unit as described below. There is a problem that the output voltage Vo becomes unstable in the operation region in the characteristics.
上述の定電力垂下特性での動作領域においては、出力電流Ioに応じて出力電圧Voが随時変化する。このような動作領域において、仮に全ての直流電源ユニットが同一の特性を有しており、全ての直流電源ユニットの出力電圧Voが同一であれば、各直流電源ユニットから出力電圧Voを安定的に出力することができる。 In the operation region with the above-described constant power drooping characteristic, the output voltage Vo changes as needed according to the output current Io. In such an operation region, if all the DC power supply units have the same characteristics and the output voltages Vo of all the DC power supply units are the same, the output voltage Vo is stably supplied from each DC power supply unit. Can be output.
しかしながら、実際には、各直流電源ユニットにおいて、例えば出力電流Ioを検出するためのシャント抵抗の抵抗値等のばらつきが存在する。このため、各直流電源ユニットにおいて検出される出力電流Ioは異なり、この出力電流Ioから算出される出力電圧Voは直流電源ユニット毎に異なる。特に、出力電流Ioに応じて出力電圧Voが随時変化する定電力垂下特性の領域において、各直流電源ユニットの出力電圧Voの違いが顕著になる。この結果、複数台の直流電源ユニットを並列運転したときの出力電圧Voの波形に規格外のリップルが発生し、評価雑音も規格値を満足することができなくなる。 Actually, however, there is variation in the resistance value of the shunt resistor, for example, for detecting the output current Io in each DC power supply unit. For this reason, the output current Io detected in each DC power supply unit is different, and the output voltage Vo calculated from this output current Io is different for each DC power supply unit. In particular, in the region of constant power drooping characteristics where the output voltage Vo changes as needed according to the output current Io, the difference in the output voltage Vo of each DC power supply unit becomes significant. As a result, non-standard ripples occur in the waveform of the output voltage Vo when a plurality of DC power supply units are operated in parallel, and the evaluation noise cannot satisfy the standard value.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、並列運転時に出力電圧を安定的に発生させることができる直流電源ユニットおよび直流電源システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a DC power supply unit and a DC power supply system capable of stably generating an output voltage during parallel operation.
上記課題を解決するために、本発明に係る直流電源ユニットは、複数台の直流電源ユニットを並列接続して備えた直流電源システムにおける、定電力垂下特性を有する直流電源ユニットであって、当該直流電源ユニットの出力電流を一定周期毎に取得し、今回の前記出力電流と前回の前記出力電流との差分が所定値を超えている場合、前記定電力垂下特性に従って当該直流電源ユニットの出力電圧の参照値を生成し、前記参照値が上限値と下限値との間の値である場合、前記参照値を出力し、前記参照値が前記上限値以上である場合、前記参照値として前記上限値を出力し、前記参照値が前記下限値以下である場合、前記参照値として前記下限値を出力し、前記差分が前記所定値以下である場合、前回出力した前記参照値を維持させる制御部を備え、前記制御部は、前記参照値に基づいて当該直流電源ユニットの動作を制御する。 In order to solve the above problems, a DC power supply unit according to the present invention is a DC power supply unit having a constant power drooping characteristic in a DC power supply system including a plurality of DC power supply units connected in parallel. When the output current of the power supply unit is acquired at regular intervals, and the difference between the current output current and the previous output current exceeds a predetermined value, the output voltage of the DC power supply unit is determined according to the constant power drooping characteristic. When a reference value is generated and the reference value is a value between an upper limit value and a lower limit value, the reference value is output, and when the reference value is equal to or greater than the upper limit value, the upper limit value is used as the reference value. When the reference value is less than or equal to the lower limit value, the lower limit value is output as the reference value, and when the difference is less than or equal to the predetermined value, the control unit that maintains the previously output reference value Wherein the control unit controls the operation of the DC power supply unit based on the reference value.
前記直流電源ユニットにおいて、例えば、前記制御部は、当該直流電源ユニットの出力電圧を検出するための電圧検出部と、当該直流電源ユニットの出力電流を検出するための電流検出部と、前記電流検出部により検出された出力電流が所定量だけ変化した場合、前記定電力垂下特性に従って当該直流電源ユニットの出力電圧の参照値を生成する参照電圧生成部と、前記参照電圧生成部により生成された出力電圧の参照値と前記電圧検出部により検出された出力電圧とから、当該直流電源ユニットを定電力垂下特性に従って動作させるための制御量を演算する演算部と、を備え、前記制御量に基づいて当該直流電源ユニットの動作を制御する。 In the DC power supply unit, for example, the control unit includes a voltage detection unit for detecting an output voltage of the DC power supply unit, a current detection unit for detecting an output current of the DC power supply unit, and the current detection When the output current detected by the unit changes by a predetermined amount, a reference voltage generation unit that generates a reference value of the output voltage of the DC power supply unit according to the constant power drooping characteristic, and an output generated by the reference voltage generation unit A calculation unit for calculating a control amount for operating the DC power supply unit according to a constant power drooping characteristic from a reference value of the voltage and the output voltage detected by the voltage detection unit, and based on the control amount Controls the operation of the DC power supply unit.
前記直流電源ユニットにおいて、例えば、前記参照電圧生成部は、前記出力電流と前記参照値との対応関係が規定されたテーブルを有し、前記テーブルを参照して前記参照値を生成する。
前記直流電源ユニットにおいて、例えば、前記テーブルに規定された前記出力電流と前記参照値との対応関係は、直線近似化されている。
In the DC power supply unit, for example, the reference voltage generation unit has a table in which a correspondence relationship between the output current and the reference value is defined, and generates the reference value with reference to the table.
In the DC power supply unit, for example, the correspondence relationship between the output current and the reference value defined in the table is linearly approximated.
上記課題を解決するために、本発明に係る直流電源システムは、複数台の前記直流電源ユニットを並列接続して備えた直流電源システムの構成を有する。 In order to solve the above problems, a DC power supply system according to the present invention has a configuration of a DC power supply system including a plurality of DC power supply units connected in parallel.
本発明によれば、出力電流が所定量だけ変化した場合に定電力垂下特性に従って直流電源ユニットを動作させるので、並列運転時に出力電圧を安定的に発生させることができる。 According to the present invention, when the output current changes by a predetermined amount, the DC power supply unit is operated according to the constant power drooping characteristic, so that the output voltage can be stably generated during parallel operation.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
なお、全実施形態および全図面にわたって、同一符号は同一要素を表している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the same reference numerals denote the same elements throughout the embodiments and the drawings.
(第1実施形態)
[構成の説明]
図1に、本発明の第1実施形態による直流電源ユニット100の構成を示す。
直流電源ユニット100は、定電力垂下特性を有する直流電源ユニットであり、概略的には、整流部110(REC)、力率改善回路120(PFC)、DC/DCコンバータ部130(DC/DC)、制御部140から構成される。本実施形態では、定電力垂下特性は、設計段階で予め設定されている。
(First embodiment)
[Description of configuration]
FIG. 1 shows a configuration of a DC
The DC
ここで、整流部110は、入力電圧Viを有する商用の交流入力(AC)を整流するためのものである。整流部110の後段には力率改善回路120が接続される。この力率改善回路120は、整流部110により整流される電流波形を電圧波形と整合させることにより力率を改善するためのものである。力率改善回路120の後段には、DC/DCコンバータ部130が接続される。このDC/DCコンバータ部130は、力率改善回路120の出力電圧を所望の直流出力電圧VOに変換するものである。DC/DCコンバータ部130の出力部に接続された配線には、本実施形態の特徴部である制御部140を構成するシャント抵抗142(SHT)が介挿されている。
Here, the rectifying
ここで、制御部140は、定電力垂下特性の動作領域において、直流電源ユニット100の出力電流Ioの変化量が所定値を超えた場合に、本直流電源ユニット100を所定の定電力垂下特性に従って動作させ、出力電流Ioの変化量が所定値以下である場合には、それまでの動作状態を維持させるためのものであり、電圧検出部141、シャント抵抗142(SHT)、差動増幅器143、参照電圧生成部144、演算部145から構成される。本実施形態では、制御部140は、直流電源ユニット100の出力電流Ioを一定周期(後述のフィードバック制御のサイクル)毎に取得し、今回の周期で取得した出力電流Ioと、前回の周期で取得した出力電流Ioとの差分が所定値を超えている場合、直流電源ユニット100を定電力垂下特性に従って動作させ、前記差分が前記所定値以下である場合、直流電源ユニット100のそれまでの動作状態を維持させる。
Here, in the operation region of the constant power drooping characteristic, the
電圧検出部141は、直流電源ユニット100の出力電圧Voを検出するためのものである。シャント抵抗142と差動増幅部143は、直流電源ユニット100の出力電流Ioを検出するための電流検出部を構成する。出力電流Ioがシャント抵抗142を流れたときの電圧降下量が差動増幅部143により出力電流Ioとして検出される。なお、本実施形態では、シャント抵抗142を用いて出力電流IOを検出するものとするが、この例に限定されず、どのような手段を用いて出力電流IOを検出してもよい。
The
参照電圧生成部144は、シャント抵抗142と差動増幅部143から構成される電流検出部により検出された出力電流Ioの変化量が所定値を超えた場合、予め設定された定電力垂下特性に従って直流電源ユニット100が定電力垂下動作するときに用いられる参照電圧値Vrefを生成するものである。この詳細については後述する。
When the change amount of the output current Io detected by the current detection unit including the
演算部145は、参照電圧生成部144により生成された参照電圧値Vrefと、電圧検出部141により検出された出力電圧Voとから、直流電源ユニット100を所定の定電力垂下特性に従って動作させるための制御量CVを演算するものである。制御部140は、制御量CVをDC/DCコンバータ部130に供給し、この制御量CVによりDC/DCコンバータ部130のスイッチング動作を定電力垂下特性に従って制御する。
The
図2(a)は、上述の制御部140が備える参照電圧生成部144の構成の一例を説明するための図であり、同図(b)は、その構成を補足説明するための図である。同図(a)に示すように、参照電圧生成部144は、第1参照電圧生成部1441と第2参照電圧生成部1442とから構成される。このうち、第1参照電圧生成部1441は、次式(1)に従って、第1参照電圧値Vref1_nを算出するためのものである。
FIG. 2A is a diagram for explaining an example of the configuration of the reference
Vref1_n = Voffset-(Vgain×Io_n) …(1) Vref1_n = Voffset- (Vgain × Io_n) (1)
上式(1)において、Vref1_n(nは自然数)は、図2(b)に示す定電力垂下特性領域における出力電圧Voと出力電流Ioの対応関係を示す特性を直線近似化したときの出力電圧Voを表し、Voffsetは、上記の直線近似化により得られる直線と縦軸(Vo軸)との切片を表し、Vgainは、上記直線の傾きを表す。VoffsetおよびVgainは、設計段階で予め設定された値(所定値)である。また、nは、定電力垂下特性領域で実施される後述のフィードバック制御の各サイクルに対応している。従って、例えば、上式(1)のVref1_nは、フィードバック制御のn番目のサイクルにおいて上式(1)で算出された第1参照電圧値Vref1を表す。 In the above equation (1), Vref1_n (n is a natural number) is an output voltage obtained by linearly approximating the characteristic indicating the correspondence between the output voltage Vo and the output current Io in the constant power drooping characteristic region shown in FIG. Vo represents Voffset, which represents the intercept between the straight line obtained by the above linear approximation and the vertical axis (Vo axis), and Vgain represents the slope of the straight line. Voffset and Vgain are values (predetermined values) preset in the design stage. Further, n corresponds to each cycle of feedback control to be described later performed in the constant power drooping characteristic region. Therefore, for example, Vref1_n in the above equation (1) represents the first reference voltage value Vref1 calculated by the above equation (1) in the nth cycle of the feedback control.
第2参照電圧生成部1442は、次式(2)に従って、上式(1)により算出された第1参照電圧値Vref1_nから第2参照電圧値Vref_nを算出するためのものである。
The second
Vref_n = (G1×Vref1_n)-(G2×Vref1_n-1)+(G3×Vref_n-1) …(2) Vref_n = (G1 × Vref1_n)-(G2 × Vref1_n-1) + (G3 × Vref_n-1) (2)
上式(2)において、Vref_nは、後述する定電力垂下特性領域で実施されるフィードバック制御のn番目のサイクルにおける第2参照電圧値Vrefを表し、Vref1_nは、前述したように、フィードバック制御のn番目のサイクルにおいて上式(1)で算出された第1参照電圧値Vref1を表し、Vref1_n−1は、フィードバック制御のn−1番目のサイクルにおいて上式(1)で算出された第1参照電圧値Vref1を表し、Vref_n−1は、フィードバック制御のn−1番目のサイクルにおいて上式(2)により算出された第2参照電圧値Vrefを表す。G1,G2,G3は定数を表す。 In the above equation (2), Vref_n represents the second reference voltage value Vref in the nth cycle of feedback control performed in the constant power drooping characteristic region described later, and Vref1_n is n of feedback control as described above. The first reference voltage value Vref1 calculated by the above equation (1) in the th cycle is represented, and Vref1_n−1 is the first reference voltage calculated by the above equation (1) in the n−1 th cycle of the feedback control. The value Vref1 is represented, and Vref_n−1 represents the second reference voltage value Vref calculated by the above equation (2) in the (n−1) th cycle of the feedback control. G1, G2, and G3 represent constants.
上式(2)によれば、n番目のサイクルの第2参照電圧値Vref_nは、n番目のサイクルにおいて上式(1)により算出した第1参照電圧値Vref1_nと、その前回のn−1番目のサイクルにおいて上式(1)により算出した第1参照電圧値Vref1_n−1と、n番目のサイクルにおいて上式(2)により算出した第2参照電圧値Vref_nとから決定される。即ち、上式(2)によれば、n番目のサイクルの第2参照電圧値Vref_nは、n番目のサイクルでの第1参照電圧値Vref1_nのみに基づいて決定されるのではなく、第2参照電圧値Vref_nには、n番目のサイクルの第1参照電圧値Vref1_nをG1で重み付けした量と、その前のn−1番目のサイクルの第1参照電圧値Vref1_n−1をG2で重み付けした量との差分“(G1×Vref1_n)-(G2×Vref1_n-1)”が反映される。このように、n番目のサイクルとn−1番目のサイクルの各参照電圧値を含む上式(2)を用いて第2参照電圧値Vref_nを決定することにより、第2参照電圧生成部1442の周波数特性を調整することが可能になる。
According to the above equation (2), the second reference voltage value Vref_n of the nth cycle is equal to the first reference voltage value Vref1_n calculated by the above equation (1) in the nth cycle and its previous (n−1) th. Is determined from the first reference voltage value Vref1_n−1 calculated by the above equation (1) in the second cycle and the second reference voltage value Vref_n calculated by the above equation (2) in the nth cycle. That is, according to the above equation (2), the second reference voltage value Vref_n in the nth cycle is not determined based on only the first reference voltage value Vref1_n in the nth cycle, but the second reference voltage value Vref_n. The voltage value Vref_n includes an amount obtained by weighting the first reference voltage value Vref1_n of the nth cycle by G1, and an amount obtained by weighting the first reference voltage value Vref1_n-1 of the previous (n-1) th cycle by G2. The difference “(G1 × Vref1_n) − (G2 × Vref1_n−1)” is reflected. Thus, by determining the second reference voltage value Vref_n using the above equation (2) including the reference voltage values of the nth cycle and the (n−1) th cycle, the second reference
一例として、上式(1)および上式(2)において、Voffsetは、89V(AD値1619相当)であり、Vgainは、−0.862であり、G1は、0.00955であり、G2は0.00953であり、G3は0.99998である。ただし、この例に限定されず、所望の定電力垂下特性に応じて、各値は任意に設定され得る。 As an example, in the above formulas (1) and (2), Voffset is 89V (corresponding to an AD value of 1619), Vgain is −0.862, G1 is 0.00955, and G2 is It is 0.00953 and G3 is 0.99998. However, the present invention is not limited to this example, and each value can be arbitrarily set according to a desired constant power drooping characteristic.
図3は、第2参照電圧生成部1442の周波数特性の一例を示す図であり、この例では、上述のように、G1を0.00955とし、G2を0.00953とし、G3を0.99998としている。同図において、増幅度および位相遅れは、後述のフィードバック制御における増幅度および位相遅れを指している。同図の例では、フィードバック制御のサイクル周波数を134kHzとした場合、このフィードバック制御における増幅度が一定となって安定化する。従って、第2参照電圧生成部1442が有する周波数特性が直流電源ユニットの動作の安定に寄与することになる。このように定電力垂下特性に従った動作におけるフィードバック制御の増幅度が一定の範囲に収まるようにG1,G2,G3の各値を適切に選定すれば、フィードバック制御における所望の周波数特性を得ることができ、直流電源ユニットの動作を安定化させることができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the frequency characteristic of the second reference
[動作の説明]
次に、図4および図5を参照しながら、本実施形態による直流電源ユニット100の動作を説明する。
図4は、直流電源ユニット100の動作の流れの一例を説明するためのフローチャートである。また、図5は、直流電源ユニット100の動作領域を説明するための図であり、図5(a)に示す各領域CV,CP,CCは、前述の図2(b)に示す各領域に対応している。
[Description of operation]
Next, the operation of the DC
FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of the operation flow of the DC
直流電源ユニット100は、図5(a)に示すように、出力電流Ioに応じて、定電圧特性領域CV、定電力垂下特性領域CP、定電流特性領域CCの3つの動作領域で動作する。この例に示すように、出力電流Ioが定格電流ILを超えない場合、直流電源ユニット100は、定電圧特性領域CVで動作して出力電圧Voを一定に維持する。また、出力電流Ioが定格電流ILを超えた場合(例えば電源投入時)、直流電源ユニット100は、定電力垂下特性領域CPで動作して出力電力P(P=Vo×Io))を一定に維持する。更に、出力電流Ioが定格最大電流ILLを超えた場合、直流電源ユニット100は、定電流特性領域CCで動作して出力電流Ioを一定に制限する。上述の各動作領域を含む定電力垂下特性は設計段階で予め設定され、この定電力垂下特性の各動作領域は、直流電源ユニット100の主制御部(図示なし)により出力電流Ioに応じて切り替えられる。
As shown in FIG. 5A, the DC
以下、図4のフローに沿って、定電力垂下特性領域CPに着目して直流電源ユニット100の動作を説明する。
なお、定電圧特性領域CVおよび定電流特性領域CCでの動作は、従来装置と同様であるので、その説明は省略する。
Hereinafter, the operation of the DC
Note that the operations in the constant voltage characteristic region CV and the constant current characteristic region CC are the same as those of the conventional device, and thus description thereof is omitted.
直流電源ユニット100は、定電力垂下特性領域CPでの動作において、DC/DCコンバータ部130の出力電圧Voと出力電流Ioに基づいて制御部140により生成された制御量CVをDC/DCコンバータ部130のスイッチング動作に反映させることにより、所望の定電力垂下特性に従ったフィードバック制御を実施する。定電力垂下特性領域CPにおいて、このフィードバック制御のサイクル(周期)毎に、以下に説明するように、図4のステップS1〜S12を実施する。なお、1サイクルの時間長は、必要とするフィードバック制御の精度等を考慮して、任意に設定することができる。
In the operation in the constant power drooping characteristic region CP, the DC
図4に示すステップS1において、参照電圧生成部144は、定電力垂下特性領域でのフィードバック制御のn番目のサイクルにおいて、シャント抵抗142と差動増幅部143から構成される電流検出部(符号なし)により検出される出力電流Io_nを取得する。そして、参照電圧生成部144は、前回のn−1番目のサイクルで取得された出力電流Io_n−1と今回のn番目のサイクルで取得された出力電流Io_nとの差分ΔIo(=|Io_n−Io_n−1|)を算出する。
In step S1 shown in FIG. 4, the reference
続いて、ステップS2において、参照電圧生成部144は、前回の出力電流Io_n−1と今回の出力電流Io_nとの差分ΔIoが所定値Iosを超えているかどうかを判定する。ここで、差分ΔIoが所定値Iosを超えていないと判定されれば(ステップS2;NO)、参照電圧生成部144は、今回のn番目のサイクルの処理を終了する。この場合、参照電圧生成部144から出力される参照電圧値Vref_nは、前回のn−1番目のサイクルで算出した参照電圧値Vref_n−1の値に維持される。
Subsequently, in step S2, the reference
一方、差分ΔIoが所定値Iosを超えていると判定されれば(ステップS2;YES)、ステップS3において、参照電圧生成部144は、前述の式(1)により、第1参照電圧値Vref1_nを算出する。即ち、参照電圧生成部144は、直線近似化された所定の定電力垂下特性に基づいて第1参照電圧値Vref1_nを算出する。
On the other hand, if it is determined that the difference ΔIo exceeds the predetermined value Ios (step S2; YES), in step S3, the reference
続いて、ステップS4において、参照電圧生成部144は、今回のn番目のサイクルで算出した第1参照電圧値Vref1_nで、前回のn−1番目のサイクルで算出した第1参照電圧値Vref1_n−1を更新する。換言すれば、今回のサイクルで算出した第1参照電圧値Vref1_nは、前回のサイクルで算出した第1参照電圧値Vref1_n−1として記憶部(図示なし)に一時的に格納される。
Subsequently, in step S4, the reference
続いて、ステップS5において、参照電圧生成部144は、上述のステップS3において式(1)を用いて算出した第1参照電圧値Vref1_nから、上述の式(2)を用いて今回のn番目のサイクルの第2参照値Vref_nを算出する。
Subsequently, in step S5, the reference
続いて、ステップS6において、参照電圧生成部144は、今回のn番目のサイクルで算出した第2参照電圧値Vref_nで、前回のn−1番目のサイクルで算出した第2参照電圧値Vref_n−1を更新する。換言すれば、今回のサイクルで算出した第2参照電圧値Vref_nは、前回のサイクルで算出した第2参照電圧値Vref_n−1として記憶部(図示なし)に一時的に格納される。
Subsequently, in step S6, the reference
続いて、ステップS7において、参照電圧生成部144は、上述のステップS5において算出した第2参照電圧値Vref_nが上限値VUを超えているかどうかを判定する。この上限値VUは、参照電圧値Vref_nの上限として予め設定された値であり、任意に設定可能な値である。
Subsequently, in step S7, the reference
ここで、第2参照電圧値Vref_nが上限値VUを超えていると判定された場合(ステップS7:YES)、ステップS8において、参照電圧生成部144は、第2参照電圧値Vref_nを上限値VUで更新する。換言すれば、参照電圧生成部144は、上述のステップS5で算出された第2参照電圧値Vref_nを破棄し、上限値VUを第2参照電圧値Vref_nとして採用する。これに対し、第2参照電圧値Vref_nが上限値VUを超えていないと判定された場合(ステップS7:NO)、ステップS8は実施されず、処理はステップS9に移行される。
Here, when it is determined that the second reference voltage value Vref_n exceeds the upper limit value VU (step S7: YES), in step S8, the reference
続いて、ステップS9において、参照電圧生成部144は、第2参照電圧値Vref_nが下限値VLを下回っているかどうかを判定する。この下限値VLは、参照電圧値Vref_nの下限として予め設定された値であり、任意に設定可能な値である。上述のステップS7において第2参照電圧値Vref_nが上限値VUを上回っている旨の肯定的な判定がなされた場合(ステップS7;YES)、ステップS8において上限値VUが第2参照電圧値Vref_nとされ、ステップS9では、上限値VUが第2参照電圧値Vref_nとして判定の対象とされる。このため、ステップS9の判定結果としては、第2参照電圧値Vref_nが下限値VLを下回っていない旨の否定的な判定結果しか存在し得ない。
Subsequently, in step S9, the reference
また、上述のステップS7において第2参照電圧値Vref_nが上限値VUを上回っていない旨の否定的な判定がなされた場合には、ステップS9では、上述のステップS5で算出された第2参照電圧値Vref_nが判定の対象とされる。このため、ステップS9の判定結果として、第2参照電圧値Vref_nが下限値VLを下回っている旨の判定結果と、第2参照電圧値Vref_nが下限値VLを下回っていない旨の判定結果の両方が存在し得る。 If a negative determination is made in step S7 that the second reference voltage value Vref_n does not exceed the upper limit value VU, in step S9, the second reference voltage calculated in step S5 is used. The value Vref_n is determined. For this reason, both the determination result that the second reference voltage value Vref_n is lower than the lower limit value VL and the determination result that the second reference voltage value Vref_n is not lower than the lower limit value VL are included as the determination results of step S9. Can exist.
ここで、第2参照電圧値Vref_nが下限値VLを下回っていると判定された場合(ステップS9;YES)、ステップS10において、参照電圧生成部144は、第2参照電圧値Vref_nを下限値VLで更新する。換言すれば、参照電圧生成部144は、上述のステップS5で算出された第2参照電圧値Vref_nを破棄し、下限値VLを第2参照電圧値Vref_nとして採用する。これに対し、第2参照電圧値Vref_nが下限値VLを下回っていないと判定された場合(ステップS9:NO)、ステップS10は実施されず、処理はステップS11に移行される。
Here, when it is determined that the second reference voltage value Vref_n is lower than the lower limit value VL (step S9; YES), in step S10, the reference
続いて、参照電圧生成部144は、上述のステップS7〜S10の各処理により得られた第2参照電圧値Vref_nを、n番目のサイクルでの最終的な参照電圧値Vrefとして確定して演算部145に出力する。ここで、参照電圧生成部144が最終的に参照電圧値Vrefとして確定する値には、3種類の値が存在する。第1には、上述のステップS7において否定的判定がなされ、且つ、上述のステップS9においても否定的な判定がなされた場合の参照電圧値Vrefである。この場合、参照電圧値Vrefの値は、上述のステップS5で算出された値と一致する。第2には、上述のステップS7において肯定的判定がなされ、上述のステップ9において否定的判定がなされた場合である。この場合、参照電圧値Vrefは上限値VUと一致する。第3には、上述のステップS7において否定的判定がなされ、上述のステップ9において肯定的判定がなされた場合である。この場合、参照電圧値Vrefは下限値VLと一致する。
Subsequently, the reference
このように、参照電圧生成部144は、直流電源ユニット100の出力電流Ioを一定周期毎に検出して取得し、今回のサイクルの出力電流Io_nと前回のサイクルの出力電流Io_n−1との差分(出力電流Ioの変化量)が所定値Iosを超えている場合、参照電圧値Vrefを生成して更新し、この参照電圧値Vrefが所定の上限値と下限値との間の範囲の値である場合、この参照電圧値Vrefを演算部145に出力する。また、参照電圧生成部144は、参照電圧値Vrefが所定の上限値VU以上である場合、この上限値VUを参照電圧値Vrefとして演算部145に出力する。更に、参照電圧生成部144は、参照電圧値Vrefが所定の下限値VL以下である場合、この下限値VLを参照電圧値Vrefとして演算部145に出力する。
As described above, the reference
最後のステップS12において、参照電圧生成部144は、nの値をインクリメントして、次のサイクルに備える。
以上により、参照電圧生成部144は、フィードバック制御のサイクル毎に、出力電流Ioから定電力垂下特性の出力電圧Voの基準値である参照電圧値Vrefを生成する。
In the last step S12, the reference
As described above, the reference
演算部145は、参照電圧生成部144が実施する上述のステップS1〜S12の処理により得られた参照電圧値Vrefと、電圧検出部141により検出された出力電圧Voの値とから、直流電源ユニット100を所望の定電力垂下特性に基づいてフィードバック制御するための制御量CVを演算してDC/DCコンバータ部130に出力する。ここで、制御量CVは、電圧検出部141で検出される出力電圧Voを参照電圧値Vrefと一致させるためのDC/DCコンバータ部130のスイッチング動作に必要な情報を含んでいる。
The
DC/DCコンバータ部130は、演算部145から入力された制御量CVに基づいて、例えば、出力電圧Voが参照電圧値Vrefとなるようにスイッチング動作のデューティを調整する。ただし、出力電圧Voをフィードバック制御することができることを限度として、他の任意の回路要素の動作を制御量CVに基づいて制御してもよい。
The DC /
上述したように、参照電圧生成部144は、前回の出力電流Io_n−1と今回の出力電流Io_nとの差分ΔIoが所定値Iosを超えている場合に参照電圧値Vrefを更新し、直流電源ユニット100は、更新された参照電圧値Vrefに従って定電力垂下特性に基づくフィードバック制御動作を実施する。即ち、参照電圧生成部144は、入力される出力電流Ioの値に対して一種のヒステリシス特性を有している。このことは、出力電流Ioが変化しても、前回の出力電流Io_n−1と今回の出力電流Io_nとの差分ΔIoが所定値Iosを超えていなければ、参照電圧値Vrefは更新されず、定電力垂下特性に基づくフィードバック制御動作は、差分ΔIoが所定値Iosを超えるまで保留される。
As described above, the reference
ここで、図5(b)を参照して、上述の定電力垂下特性に基づくフィードバック制御動作について補足する。
図5(b)は、図5(a)において符号Aで示す定電力垂下特性の動作領域における出力電流Ioと参照電圧値Vrefとの関係を示す。図5(b)の例では、フィードバック制御における前回のサイクルの出力電流Io_n−1に対して参照電圧値Vref_n−1が得られている。今回のサイクルの出力電流Io_nと前回のサイクルの出力電流Io_n−1との差分ΔIが所定値Iosを超えていれば、今回のサイクルで出力電流Io_nから参照電圧値Vref_nが算出されて参照電圧値Vrefが更新される。図5(b)の例では、参照電圧値Vrefが参照電圧値Vref_n−1から参照電圧値Vref_nに更新されている。
Here, with reference to FIG.5 (b), it supplements about the feedback control operation | movement based on the above-mentioned constant power drooping characteristic.
FIG. 5B shows the relationship between the output current Io and the reference voltage value Vref in the operation region of the constant power drooping characteristic indicated by the symbol A in FIG. In the example of FIG. 5B, the reference voltage value Vref_n−1 is obtained for the output current Io_n−1 of the previous cycle in the feedback control. If the difference ΔI between the output current Io_n of the current cycle and the output current Io_n−1 of the previous cycle exceeds the predetermined value Ios, the reference voltage value Vref_n is calculated from the output current Io_n in the current cycle, and the reference voltage value Vref is updated. In the example of FIG. 5B, the reference voltage value Vref is updated from the reference voltage value Vref_n−1 to the reference voltage value Vref_n.
これに対し、今回のサイクルの出力電流Io_nと前回のサイクルの出力電流Io_n−1との差分ΔIoが所定値Ios以下であれば、今回のサイクルでは参照電圧値Vrefが更新されず、前回のサイクルの参照電圧値Vref_n−1が参照電圧値Vrefとして維持される。従って、出力電流Ioの微小な変動に対しては参照電圧値Vrefは更新されず、この参照電圧値Vrefの変動が抑制される。このことは、参照電圧値Vrefに対して出力電圧Voの変動量が相対的に抑制されることを意味する。このため、演算部145において、出力電圧Voの値と参照電圧値Vrefとから算出される制御量CVの変動が抑制され、この制御量CVに基づくDC/DCコンバータ部130のスイッチング動作によって得られる出力電圧Voを安定化させることができる。このため、直流電源ユニット100を複数台並列接続した場合に、複数台の直流電源ユニットの相互間の出力電圧Voの変動の影響が抑制される。従って、本実施形態によれば、複数台の直流電源ユニット100を並列接続して並列運転した場合の出力電圧Voのリップルを抑制することができ、評価雑音を低減させることが可能になる。
In contrast, if the difference ΔIo between the output current Io_n of the current cycle and the output current Io_n−1 of the previous cycle is equal to or less than the predetermined value Ios, the reference voltage value Vref is not updated in the current cycle, and the previous cycle. The reference voltage value Vref_n−1 is maintained as the reference voltage value Vref. Therefore, the reference voltage value Vref is not updated for a minute change in the output current Io, and the change in the reference voltage value Vref is suppressed. This means that the fluctuation amount of the output voltage Vo is relatively suppressed with respect to the reference voltage value Vref. For this reason, in the
上述した第1実施形態では、定電流垂下特性を直線近似化するものとしたが、この例に限定されず、直線近似化せずに、定電力垂下特性における所望の出力電力Pと出力電流Ioとから得られる出力電圧Voの特性式(Vo=P/Io)に従って第1参照電圧値Vref1_nを算出してもよい。 In the first embodiment described above, the constant current drooping characteristic is linearly approximated. However, the present invention is not limited to this example, and the desired output power P and output current Io in the constant power drooping characteristic are not limited to the linear approximation. The first reference voltage value Vref1_n may be calculated according to the characteristic equation (Vo = P / Io) of the output voltage Vo obtained from the above.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
本実施形態では、ルックアップテーブルを用いて参照電圧値Vrefを生成する。
図6は、本実施形態による直流電源ユニット200の構成の一例を示す図である。直流電源ユニット200は、上述の図1に示す第1実施形態による直流電源ユニット100の構成において、制御部140に代えて制御部240を備える。この制御部240は、第1実施形態による制御部140が備える参照電圧生成部144に代えて参照電圧生成部244を備える点で第1実施形態の制御部140と異なる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, the reference voltage value Vref is generated using a lookup table.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the configuration of the DC
ここで、参照電圧生成部244は、所望の定電力垂下特性に基づいた出力電流Ioと参照電圧値Vrefとの対応関係が規定されたルックアップテーブルを有し、このルックアップテーブルを参照して参照電圧値Vrefを生成する。換言すれば、参照電圧生成部244は、図2(a)に示す第1実施形態による第1参照電圧生成部1441と第2参照電圧生成部1442の演算結果(参照電圧値Vrefの値)をルックアップテーブル2441として事前に備えている。そして、参照電圧生成部244は、差動増幅器143から入力される出力電流Ioの値に基づいてルックアップテーブル2441をアクセスすることにより参照電圧値Vrefを取得して演算部145に出力する。その他は第1実施形態と同様である。
Here, the reference
本実施形態によれば、ルックアップテーブル2441から参照電圧値Vrefを取得するので、第1実施形態の参照電圧生成部144を構成する第1参照電圧生成部1441と第2参照電圧生成部1442の演算動作を省略することができ、動作を高速化することができる。加えて、装置構成を簡略化することができ、従って装置コストを低減させることができる。
According to the present embodiment, since the reference voltage value Vref is acquired from the lookup table 2441, the first reference
なお、本実施形態では、ルックアップテーブル2441に備えられた参照電圧値Vrefの演算結果は、上述の第1実施形態と同様に直線近似化により得られたものとするが、この例に限定されず、直線近似化によらず、定電力垂下特性における所望の出力電力Pと出力電流Ioとから得られる出力電圧Voの特性式に従って事前に算出した参照電圧値Vrefの値をルックアップテーブル2441に格納してもよい。 In the present embodiment, the calculation result of the reference voltage value Vref provided in the lookup table 2441 is obtained by linear approximation as in the first embodiment, but is limited to this example. First, the reference voltage value Vref calculated in advance according to the characteristic equation of the output voltage Vo obtained from the desired output power P and the output current Io in the constant power drooping characteristic without using linear approximation is stored in the lookup table 2441. It may be stored.
(第3実施形態)
次に、図6を援用して、本発明の第3実施形態を説明する。
本実施形態による直流電源システムは、上述の第1実施形態および第2実施形態による直流電源ユニットを備えて構成される。即ち、本実施形態による直流電源システムは、前述の図6に示す直流電源システム300の構成において、直流電源ユニット300−1,300−2,…,300−n−1,300−n,300−n+1のそれぞれを、図1に示す第1実施形態による直流電源ユニット100、または、図5に示す第2実施形態による直流電源ユニット200の何れかで置き替えたものに相当する。ただし、この例に限定されず、第1実施形態による複数台の直流電源ユニット100、または、第2実施形態による複数台の直流電源ユニット200、または、第1および第2実施形態の任意の組み合わせによる複数台の直流電源ユニットを並列接続して備えていれば、その他の構成は任意である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The DC power supply system according to this embodiment includes the DC power supply units according to the first and second embodiments described above. That is, the DC power supply system according to the present embodiment has the DC
本実施形態による直流電源システムによれば、上述の第1実施形態または第2実施形態による複数台の直流電源ユニットを並列接続して備えたので、並列冗長運転することが可能になる。従って、1台の直流電源ユニットに故障が発生したとして、他の直流電源ユニットがカバーできるので、負荷に対して安定的に直流電力を供給することができる。しかも、本実施形態によれば、直流電源システムを構成する複数台の直流電源ユニットは、前述の第1実施形態または第2実施形態で説明したように、定電力垂下特性領域において出力電圧Voを安定化させるので、出力電圧Voのリップルを抑制し、評価雑音を抑制することができる。従って、広い動作領域において安定した出力電圧Voを得ることが可能になる。 According to the DC power supply system according to the present embodiment, since the plurality of DC power supply units according to the first embodiment or the second embodiment described above are connected in parallel, parallel redundant operation can be performed. Accordingly, even if a failure occurs in one DC power supply unit, other DC power supply units can be covered, so that DC power can be stably supplied to the load. In addition, according to the present embodiment, the plurality of DC power supply units constituting the DC power supply system can output the output voltage Vo in the constant power drooping characteristic region as described in the first embodiment or the second embodiment. Since stabilization is achieved, ripple of the output voltage Vo can be suppressed and evaluation noise can be suppressed. Accordingly, it is possible to obtain a stable output voltage Vo in a wide operation region.
以上、本発明の第1実施形態から第3実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上述の各実施形態では、交流入力(AC)を直流電力に変換するものとして直流電源ユニットを構成したが、これに限定されず、直流入力を所望電圧の直流電力に変換するものとして直流電源ユニットを構成してもよい。
The first to third embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. .
For example, in each of the above-described embodiments, the DC power supply unit is configured as one that converts AC input (AC) into DC power. However, the present invention is not limited to this, and the DC input is converted into DC power having a desired voltage. A power supply unit may be configured.
100,200…直流電源ユニット、110…整流部、120…力率改善回路、130…DC/DCコンバータ部、140,240…制御部、141…電圧検出部、142…シャント抵抗、143…差動増幅部、144,244…参照電圧生成部、145…演算部、300…直流電源システム、1441…第1参照電圧生成部、1442…第2参照電圧生成部、2441…ルックアップテーブル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,200 ... DC power supply unit, 110 ... Rectification part, 120 ... Power factor improvement circuit, 130 ... DC / DC converter part, 140, 240 ... Control part, 141 ... Voltage detection part, 142 ... Shunt resistance, 143 ... Differential Amplifiers, 144, 244 ... reference voltage generator, 145 ... arithmetic unit, 300 ... DC power supply system, 1441 ... first reference voltage generator, 1442 ... second reference voltage generator, 2441 ... look-up table.
Claims (5)
当該直流電源ユニットの出力電流を一定周期毎に取得し、今回の前記出力電流と前回の前記出力電流との差分が所定値を超えている場合、前記定電力垂下特性に従って当該直流電源ユニットの出力電圧の参照値を生成し、前記参照値が上限値と下限値との間の値である場合、前記参照値を出力し、前記参照値が前記上限値以上である場合、前記参照値として前記上限値を出力し、前記参照値が前記下限値以下である場合、前記参照値として前記下限値を出力し、前記差分が前記所定値以下である場合、前回出力した前記参照値を維持させる制御部を備え、
前記制御部は、前記参照値に基づいて当該直流電源ユニットの動作を制御する、
直流電源ユニット。 A DC power supply unit having a constant power drooping characteristic in a DC power supply system comprising a plurality of DC power supply units connected in parallel ,
When the output current of the DC power supply unit is acquired at regular intervals, and the difference between the current output current and the previous output current exceeds a predetermined value, the output of the DC power supply unit according to the constant power drooping characteristic A reference value of voltage is generated, and when the reference value is a value between an upper limit value and a lower limit value, the reference value is output, and when the reference value is greater than or equal to the upper limit value, the reference value is Control that outputs an upper limit value, outputs the lower limit value as the reference value when the reference value is less than or equal to the lower limit value, and maintains the reference value that was output last time when the difference is less than or equal to the predetermined value with a part,
The control unit controls the operation of the DC power supply unit based on the reference value.
DC power supply unit.
当該直流電源ユニットの出力電圧を検出するための電圧検出部と、
当該直流電源ユニットの出力電流を検出するための電流検出部と、
前記電流検出部により検出された出力電流が所定量だけ変化した場合、前記定電力垂下特性に従って当該直流電源ユニットの出力電圧の参照値を生成する参照電圧生成部と、
前記参照電圧生成部により生成された出力電圧の参照値と前記電圧検出部により検出された出力電圧とから、当該直流電源ユニットを定電力垂下特性に従って動作させるための制御量を演算する演算部と、
を備え、
前記制御量に基づいて当該直流電源ユニットの動作を制御する請求項1に記載の直流電源ユニット。 The controller is
A voltage detector for detecting the output voltage of the DC power supply unit;
A current detector for detecting the output current of the DC power supply unit;
When the output current detected by the current detector changes by a predetermined amount, a reference voltage generator that generates a reference value of the output voltage of the DC power supply unit according to the constant power drooping characteristic;
An arithmetic unit that calculates a control amount for operating the DC power supply unit according to a constant power drooping characteristic from the reference value of the output voltage generated by the reference voltage generator and the output voltage detected by the voltage detector; ,
With
The DC power supply unit according to claim 1, wherein the operation of the DC power supply unit is controlled based on the control amount.
前記出力電流と前記参照値との対応関係が規定されたテーブルを有し、前記テーブルを参照して前記参照値を生成する請求項2に記載の直流電源ユニット。 The reference voltage generator is
The DC power supply unit according to claim 2, further comprising a table in which a correspondence relationship between the output current and the reference value is defined, and generating the reference value with reference to the table.
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