JP6048323B2 - DCDC converter and power supply device including the DCDC converter - Google Patents
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Description
本発明は、ＰＩ（Proportional Integral）制御又はＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御を用いたＤＣＤＣコンバータに関する。 The present invention relates to a DCDC converter using PI (Proportional Integral) control or PID (Proportional Integral Derivative) control.
電源装置では、出力電圧を目標電圧に近づける制御として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御又はＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御が行われている。ＰＷＭ制御では、直流電圧変換回路の一次側回路のスイッチング素子をオンオフさせる時比率の制御が行われ、ＰＦＭ制御では、スイッチング素子をオンオフさせる周波数の制御が行われる。 In the power supply device, PWM (Pulse Width Modulation) control or PFM (Pulse Frequency Modulation) control is performed as control for bringing the output voltage close to the target voltage. In the PWM control, the control of the time ratio for turning on / off the switching element of the primary side circuit of the DC voltage conversion circuit is performed, and in the PFM control, the control of the frequency for turning on / off the switching element is performed.
この時比率と周波数は、通常、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行う制御器から出力される操作量に基づいて決定される。この制御器は、出力電圧と目標電圧の誤差又は出力電流と目標電流の誤差に基づいて操作量を生成する。この操作量には、比例要素と積分要素又はこれらに加えて微分要素が含まれている。また、応答性を良くするために、これらの要素に関するゲインが調整されることがある。 The time ratio and frequency are usually determined based on an operation amount output from a controller that performs PI control or PID control. The controller generates an operation amount based on an error between the output voltage and the target voltage or an error between the output current and the target current. This manipulated variable includes a proportional element, an integral element, or a differential element in addition to these. Moreover, in order to improve responsiveness, the gain regarding these elements may be adjusted.
例えば。特許文献１では、出力電流の目標値が小さくなるに従い、積分要素のゲインを大きくする調整を行っている。また、特許文献２では、インダクタンス係数が大きくなると比例要素、積分要素及び微分要素のゲインを大きくする調整を行っている。 For example. In Patent Document 1, adjustment is performed to increase the gain of the integral element as the target value of the output current decreases. In Patent Document 2, adjustment is performed to increase the gains of the proportional element, the integral element, and the differential element as the inductance coefficient increases.
しかしながら、特許文献１に開示されたゲイン調整は、ＬＥＤ（発光ダイオード）用の電源装置を想定したものであり、特許文献２に開示されたゲイン調整は、溶接用の電源装置を想定したものである。従って、これらのゲイン調整を一般的な電源装置に適用しても良好な応答特性を得ることができない。つまり、これらのゲイン調整は、一般的な電源装置に広く用いることができない。 However, the gain adjustment disclosed in Patent Document 1 assumes a power supply device for LED (light emitting diode), and the gain adjustment disclosed in Patent Document 2 assumes a power supply device for welding. is there. Therefore, even if these gain adjustments are applied to a general power supply device, good response characteristics cannot be obtained. That is, these gain adjustments cannot be widely used for general power supply devices.
そこで、本発明は、一般的な電源装置に広く用いることができるゲイン調整方法を提供するものであり、このゲイン調整方法を用いることにより、応答性が良く広範囲な用途に対応可能な電源装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a gain adjustment method that can be widely used for general power supply devices. By using this gain adjustment method, a power supply device that has good response and can be used for a wide range of applications. The purpose is to provide.
本発明に係る第１のＤＣＤＣコンバータは、ＰＷＭ制御によりスイッチング動作の時比率が制御されるＤＣＤＣコンバータであって、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧と当該出力電圧の目標値に基づいて、又は前記ＤＣＤＣコンバータの出力電流と当該出力電流の目標値に基づいて操作量を生成する操作量生成手段と、前記操作量生成手段により生成された前記操作量に基づいて前記時比率を決定する時比率生成手段とを備え、前記操作量生成手段は、比例要素、積分要素及び微分要素のうちの１つ又は複数の要素を含んだ前記操作量を生成し、当該操作量に含まれる要素のうちの少なくとも１つの要素に関するゲインを直前に生成した前記操作量に基づいて調整する。 A first DCDC converter according to the present invention is a DCDC converter in which a duty ratio of a switching operation is controlled by PWM control, and is based on an output voltage of the DCDC converter and a target value of the output voltage, or the DCDC converter An operation amount generating means for generating an operation amount based on the output current of the output current and a target value of the output current; a time ratio generating means for determining the time ratio based on the operation amount generated by the operation amount generation means; The manipulated variable generation means generates the manipulated variable including one or more of a proportional element, an integral element, and a derivative element, and at least one of the elements included in the manipulated variable The gain related to the element is adjusted based on the operation amount generated immediately before.
本発明に係る第２のＤＣＤＣコンバータは、ＰＦＭ制御によりスイッチング動作のスイッチング周波数が制御されるＤＣＤＣコンバータであって、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧と当該出力電圧の目標値に基づいて、又は前記ＤＣＤＣコンバータの出力電流と当該出力電流の目標値に基づいて操作量を生成する操作量生成手段と、前記操作量生成手段により生成された前記操作量に基づいて前記スイッチング周波数を決定する時比率生成手段とを備え、前記操作量生成手段は、比例要素、積分要素及び微分要素のうちの１つ又は複数の要素を含んだ前記操作量を生成し、当該操作量に含まれる要素のうちの少なくとも１つの要素に関するゲインを直前に生成した前記操作量に基づいて調整する。 A second DCDC converter according to the present invention is a DCDC converter in which a switching frequency of a switching operation is controlled by PFM control, and is based on an output voltage of the DCDC converter and a target value of the output voltage, or the DCDC converter An operation amount generating means for generating an operation amount based on the output current of the output current and a target value of the output current; a time ratio generation means for determining the switching frequency based on the operation amount generated by the operation amount generation means; The manipulated variable generation means generates the manipulated variable including one or more of a proportional element, an integral element, and a derivative element, and at least one of the elements included in the manipulated variable The gain related to the element is adjusted based on the operation amount generated immediately before.
また、本発明に係る電源装置は、上記の第1のＤＣＤＣコンバータ又は第２のＤＣＤＣコンバータを備える。 A power supply device according to the present invention includes the first DCDC converter or the second DCDC converter.
本発明に係るＤＣＤＣコンバータによれば、操作量を生成する際のゲインが直前に生成された操作量に基づいて調整されるように構成されているため、負荷変動、目標値の変更等への応答性が向上する。また、本発明に係る操作量生成手段によれば、自身が生成した操作量に基づいて、その次に操作量を生成するときのゲインが調整されるように構成されているので、簡素な構成で良好なゲイン調整を行うことができる。更に、このゲイン調整は広範囲な電源装置に適用することができる。 According to the DCDC converter according to the present invention, since the gain when generating the operation amount is adjusted based on the operation amount generated immediately before, the load variation, the change of the target value, etc. Responsiveness is improved. Further, according to the operation amount generation means according to the present invention, since the gain when the operation amount is generated next is adjusted based on the operation amount generated by itself, a simple configuration With this, good gain adjustment can be performed. Furthermore, this gain adjustment can be applied to a wide range of power supply devices.
以下、本発明のＤＣＤＣコンバータを実施するための形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for implementing a DCDC converter according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係るＰＩＤ制御を、ＰＦＭ制御を採用した共振型コンバータを例として説明する。図１は、ＰＦＭ制御を採用した共振型コンバータに於ける制御システム（制御系）を示したブロック線図であり、図２は、ＰＦＭ制御を採用した共振型コンバータの回路図である。 The PID control according to the present invention will be described using a resonant converter that employs PFM control as an example. FIG. 1 is a block diagram showing a control system (control system) in a resonant converter that employs PFM control, and FIG. 2 is a circuit diagram of the resonant converter that employs PFM control.
図１に示した制御システム（制御系）は、減算器１１、ＰＩＤ制御器１２、乗算器１３、加算器１４及びゲイン制御器１５により構成されている。この制御システム（制御系）は、図２の制御回路３１に組み込まれている。制御回路３１は、指令電圧生成回路３２から与えられる目標電圧Ｖｔｇｔと出力電圧Ｖｏに基づいて、トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ３、Ｑ４のスイッチング周波数ｆｓｗ（スイッチング周期Ｔｓｗ＝１／ｆｓｗ）を制御する。次に、このスイッチング周波数ｆｓｗ（スイッチング周期Ｔｓｗ＝１／ｆｓｗ）の制御を詳細に説明する。 The control system (control system) shown in FIG. 1 includes a subtractor 11, a PID controller 12, a multiplier 13, an adder 14, and a gain controller 15. This control system (control system) is incorporated in the control circuit 31 of FIG. The control circuit 31 controls the switching frequency fsw (switching cycle Tsw = 1 / fsw) of the transistors (FETs) Q3 and Q4 based on the target voltage Vtgt and the output voltage Vo given from the command voltage generation circuit 32. Next, the control of the switching frequency fsw (switching cycle Tsw = 1 / fsw) will be described in detail.
減算器１１には、目標電圧Ｖｔｇｔと出力電圧Ｖｏが入力される。そして、減算器１１は、目標電圧Ｖｔｇｔから出力電圧Ｖｏを減算した値であるＶｄ（＝Ｖｔｇｔ−Ｖｏ）を出力する。 The subtracter 11 receives the target voltage Vtgt and the output voltage Vo. The subtractor 11 outputs Vd (= Vtgt−Vo) that is a value obtained by subtracting the output voltage Vo from the target voltage Vtgt.
ＰＩＤ制御器１２には、減算器１１から出力されるＶｄ（＝Ｖｔｇｔ−Ｖｏ）が入力される。そして、ＰＩＤ制御器１２は、Ｖｄ（＝Ｖｔｇｔ−Ｖｏ）に基づいて操作量Ｕを生成する。ＰＩＤ制御器１２により生成された操作量Ｕは、乗算器１３とゲイン制御器１５に入力される。ゲイン制御器１５は、入力された操作量Ｕに応じたゲイン定数を出力する。このゲイン定数はＰＩＤ制御器１２に入力され、次にＰＩＤ制御器１２が操作量Ｕをするときには、このゲイン定数を用いて操作量Ｕが生成される。つまり、ＰＩＤ制御器１２が操作量Ｕ生成するときに用いるゲイン定数は、新たな操作量Ｕが生成される毎に再設定される。本発明に係る操作量生成手段は、このようなＰＩＤ制御器１２とゲイン制御器１５により構成されていることを特徴とする。 Vd (= Vtgt−Vo) output from the subtractor 11 is input to the PID controller 12. Then, the PID controller 12 generates an operation amount U based on Vd (= Vtgt−Vo). The operation amount U generated by the PID controller 12 is input to the multiplier 13 and the gain controller 15. The gain controller 15 outputs a gain constant corresponding to the input operation amount U. This gain constant is input to the PID controller 12, and when the PID controller 12 next operates the operation amount U, the operation amount U is generated using this gain constant. That is, the gain constant used when the PID controller 12 generates the operation amount U is reset every time a new operation amount U is generated. The manipulated variable generating means according to the present invention is characterized by comprising such a PID controller 12 and a gain controller 15.
一方、乗算器１３に入力された操作量Ｕには、定数Ｋａが乗算される。そして、この演算（乗算）により得られた値（Ｋａ・Ｕ）が乗算器１３から出力され、この値（Ｋａ・Ｕ）が加算器１４に入力される。加算器１４には、更に、最小周期Ｔｍｉｎが入力される。加算器１４では、乗算器１３から出力された値（Ｋａ・Ｕ）に最小周期Ｔｍｉｎが加算される。そして、この演算（加算）により得られた値（Ｋａ・Ｕ＋Ｔｍｉｎ）が加算器１４から出力される。 On the other hand, the manipulated variable U input to the multiplier 13 is multiplied by a constant Ka. Then, the value (Ka · U) obtained by this calculation (multiplication) is output from the multiplier 13, and this value (Ka · U) is input to the adder 14. Further, the minimum period Tmin is input to the adder 14. In the adder 14, the minimum period Tmin is added to the value (Ka · U) output from the multiplier 13. Then, a value (Ka · U + Tmin) obtained by this calculation (addition) is output from the adder 14.
図２に示した共振型コンバータのトランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ３、Ｑ４は、加算器１４から出力される値（Ｋａ・Ｕ＋Ｔｍｉｎ）のスイッチング周期Ｔｓｗでオンオフする。 The transistors (FETs) Q3 and Q4 of the resonant converter shown in FIG. 2 are turned on and off at the switching period Tsw of the value (Ka · U + Tmin) output from the adder 14.
次に、ＰＷＭ制御を採用した場合の制御システム（制御系）を説明する。図３は、ＰＷＭ制御を採用したコンバータに於ける制御システム（制御系）を示したブロック線図である。 Next, a control system (control system) when the PWM control is employed will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a control system (control system) in a converter that employs PWM control.
図３に示した制御システム（制御系）は、減算器１１、ＰＩＤ制御器１２、ゲイン制御器１５及び乗算器１６により構成されている。この制御システム（制御系）おいて、減算器１１、ＰＩＤ制御器１２及びゲイン制御器１５は、図１に示したＰＦＭ制御を採用した場合の制御システム（制御系）と同じ処理を行う。つまり、減算器１１は、目標電圧Ｖｔｇｔから出力電圧Ｖｏを減算した値であるＶｄ（＝Ｖｔｇｔ−Ｖｏ）を出力する。ＰＩＤ制御器１２は、Ｖｄ（＝Ｖｔｇｔ−Ｖｏ）に基づいて操作量Ｕを生成する。そして、ゲイン制御器１５は、入力された操作量Ｕに応じたゲイン定数を出力する。 The control system (control system) shown in FIG. 3 includes a subtractor 11, a PID controller 12, a gain controller 15, and a multiplier 16. In this control system (control system), the subtractor 11, the PID controller 12, and the gain controller 15 perform the same processing as the control system (control system) when the PFM control shown in FIG. 1 is adopted. That is, the subtractor 11 outputs Vd (= Vtgt−Vo) that is a value obtained by subtracting the output voltage Vo from the target voltage Vtgt. The PID controller 12 generates an operation amount U based on Vd (= Vtgt−Vo). Then, the gain controller 15 outputs a gain constant corresponding to the input operation amount U.
乗算器１６は、ＰＩＤ制御器１２により生成された操作量Ｕに定数Ｋｂを乗算し、この演算（乗算）により得られた値（Ｋａ・Ｕ）を出力する。そして、この値（Ｋａ・Ｕ）がＰＷＭ制御における時比率Ｄとして用いられる。 The multiplier 16 multiplies the operation amount U generated by the PID controller 12 by a constant Kb, and outputs a value (Ka · U) obtained by this calculation (multiplication). This value (Ka · U) is used as the duty ratio D in the PWM control.
次に、ＰＩＤ制御器１２により生成される操作量Ｕを、図４を参照して説明する。操作量Ｕは、所定の時間間隔で生成される。図４に示した例では、操作量Ｕ（ｎ）の生成から所定の期間が経過した後に、操作量Ｕ（ｎ＋１）が生成される。尚、図４には示されていないが、操作量Ｕ（ｎ）が生成される前に操作量Ｕ（ｎ−１）が生成されている。つまり、操作量Ｕ（ｎ）は、操作量Ｕ（ｎ−１）の生成から所定の期間が経過した後に生成される。 Next, the operation amount U generated by the PID controller 12 will be described with reference to FIG. The operation amount U is generated at predetermined time intervals. In the example shown in FIG. 4, the operation amount U (n + 1) is generated after a predetermined period has elapsed since the operation amount U (n) was generated. Although not shown in FIG. 4, the operation amount U (n−1) is generated before the operation amount U (n) is generated. That is, the operation amount U (n) is generated after a predetermined period has elapsed from the generation of the operation amount U (n−1).
この例では、操作量Ｕ（ｎ）は、比例要素Ｐ（ｎ）、積分要素Ｉ（ｎ）及び微分要素Ｄ（ｎ）の総和に対応する。比例要素Ｐ（ｎ）は、目標電圧Ｖｔｇｔと出力電圧Ｖｏの誤差であるＶｄ（ｎ）に比例ゲインＫｐを乗算することにより求められる。積分要素Ｉ（ｎ）は、前回の積分要素の値Ｉ（ｎ−１）に、誤差Ｖｄ（ｎ）と積分ゲインＫｉを乗算して得られた値（Ｋｉ・Ｖｄ（ｎ））を加算することにより求められる。微分要素Ｄ（ｎ）は、誤差Ｖｄ（ｎ）から前回の誤差の値Ｖｄ（ｎ−１）を減算して得られた値（Ｖｄ（ｎ）−Ｖｄ（ｎ−１））に、微分ゲインＫｄを乗算することにより求められる。従って、操作量Ｕ（ｎ）を生成するときには、まず、比例要素Ｐ（ｎ）、積分要素Ｉ（ｎ）及び微分要素Ｄ（ｎ）を求める演算が行われ、その後、これらの総和が求められる。 In this example, the manipulated variable U (n) corresponds to the sum of the proportional element P (n), the integral element I (n), and the differential element D (n). The proportional element P (n) is obtained by multiplying Vd (n), which is an error between the target voltage Vtgt and the output voltage Vo, by a proportional gain Kp. The integral element I (n) adds the value (Ki · Vd (n)) obtained by multiplying the previous integral element value I (n−1) by the error Vd (n) and the integral gain Ki. Is required. The differential element D (n) is obtained by subtracting a differential gain from a value (Vd (n) −Vd (n−1)) obtained by subtracting the previous error value Vd (n−1) from the error Vd (n). It is obtained by multiplying by Kd. Therefore, when generating the manipulated variable U (n), first, an operation for obtaining the proportional element P (n), the integral element I (n), and the differential element D (n) is performed, and then the sum of these is obtained. .
次に操作量を求めるときには、つまり、操作量Ｕ（ｎ＋１）を求めるときには、そのときの誤差であるＶｄ（ｎ＋１）に基づいて、比例要素Ｐ（ｎ＋１）、積分要素Ｉ（ｎ＋１）及び微分要素Ｄ（ｎ＋１）が求められる。つまり、比例要素Ｐ（ｎ＋１）は、誤差Ｖｄ（ｎ＋１）に比例ゲインＫｐを乗算することにより求められる。積分要素Ｉ（ｎ＋１）は、積分要素Ｉ（ｎ）に、誤差Ｖｄ（ｎ＋１）と積分ゲインＫｉを乗算して得られた値（Ｋｉ・Ｖｄ（ｎ＋１））を加算することにより求められる。微分要素Ｄ（ｎ＋１）は、誤差Ｖｄ（ｎ＋１）から誤差Ｖｄ（ｎ）を減算して得られた値（Ｖｄ（ｎ＋１）−Ｖｄ（ｎ））に、微分ゲインＫｄを乗算することにより求められる。 Next, when the operation amount is obtained, that is, when the operation amount U (n + 1) is obtained, the proportional element P (n + 1), the integral element I (n + 1), and the differential element are based on the error Vd (n + 1) at that time. D (n + 1) is obtained. That is, the proportional element P (n + 1) is obtained by multiplying the error Vd (n + 1) by the proportional gain Kp. The integral element I (n + 1) is obtained by adding a value (Ki · Vd (n + 1)) obtained by multiplying the integral element I (n) by the error Vd (n + 1) and the integral gain Ki. The differential element D (n + 1) is obtained by multiplying the value (Vd (n + 1) −Vd (n)) obtained by subtracting the error Vd (n) from the error Vd (n + 1) by the differential gain Kd. .
尚、比例要素Ｐ（ｎ＋１）、積分要素Ｉ（ｎ＋１）及び微分要素Ｄ（ｎ＋１）を求めるときに使用される比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄは、操作量Ｕ（ｎ）に基づいて決定される。つまり、操作量Ｕ（ｎ）を求めるときに用いられる比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄは、操作量Ｕ（ｎ−１）に基づいて決定され、操作量Ｕ（ｎ＋１）を求めるときに用いられる比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄは、操作量Ｕ（ｎ）に基づいて決定される。 The proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd used when obtaining the proportional element P (n + 1), the integral element I (n + 1), and the derivative element D (n + 1) are based on the manipulated variable U (n). Determined. That is, the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd used when obtaining the operation amount U (n) are determined based on the operation amount U (n−1), and when the operation amount U (n + 1) is obtained. The proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd used in the above are determined based on the manipulated variable U (n).
次に、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄを決定するゲイン制御器１５の構成を、図５を参照して説明する。この例では、ゲイン制御器１５は、比例ゲイン生成器２１、積分ゲイン生成器２２及び微分ゲイン生成器２３により構成されている。比例ゲイン生成器２１は、入力された操作量Ｕに基づいて比例ゲインＫｐを生成する。積分ゲイン生成器２２は、入力された操作量Ｕに基づいて積分ゲインＫｉを生成する。微分ゲイン生成器２３は、入力された操作量Ｕに基づいて微分ゲインＫｄを生成する。 Next, the configuration of the gain controller 15 that determines the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd will be described with reference to FIG. In this example, the gain controller 15 includes a proportional gain generator 21, an integral gain generator 22, and a differential gain generator 23. The proportional gain generator 21 generates a proportional gain Kp based on the input operation amount U. The integral gain generator 22 generates an integral gain Ki based on the input manipulated variable U. The differential gain generator 23 generates a differential gain Kd based on the input operation amount U.
この例では、２次関数を用いて比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄが生成される。比例ゲインＫｐは、２次関数Ｋｐ＝Ａｐ・Ｕ２＋Ｂｐ・Ｕ＋Ｃｐを用いて生成される。係数Ａｐ、Ｂｐ及びＣｐは、所望の応答性が得られるように設定される。同様に、積分ゲインＫｉは、２次関数Ｋｉ＝Ａｉ・Ｕ２＋Ｂｉ・Ｕ＋Ｃｉを用いて生成され、微分ゲインＫｄは、２次関数Ｋｄ＝Ａｄ・Ｕ２＋Ｂｄ・Ｕ＋Ｃｄを用いて生成される。係数Ａｉ、Ｂｉ及びＣｉ並びに係数Ａｄ、Ｂｄ及びＣｄは、所望の応答性が得られるように設定される。尚、この例示では、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄのそれぞれの値と操作量Ｕとの関係を、２次関数を用いて設定したが、２次関数より高次の関数、例えば、３次関数や４次関数を用いて設定してもよい。また、１次関数を用いて設定してもよい。 In this example, a proportional gain Kp, an integral gain Ki, and a differential gain Kd are generated using a quadratic function. The proportional gain Kp is generated using a quadratic function Kp = Ap · U 2 + Bp · U + Cp. The coefficients Ap, Bp and Cp are set so as to obtain a desired response. Similarly, the integral gain Ki is generated using a quadratic function Ki = Ai · U 2 + Bi · U + Ci, and the differential gain Kd is generated using a quadratic function Kd = Ad · U 2 + Bd · U + Cd. The coefficients Ai, Bi, and Ci and the coefficients Ad, Bd, and Cd are set so as to obtain a desired response. In this example, the relationship between the values of the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd and the manipulated variable U is set using a quadratic function, but a higher order function than the quadratic function, for example, You may set using a cubic function or a quartic function. Moreover, you may set using a linear function.
次に、この２次関数の設定方法を、図６を参照して説明する。例えば、操作量Ｕが０のとき比例ゲインＫｐがＫ１になり、操作量ＵがＵｍｉｄのとき比例ゲインＫｐがＫ２になり、操作量ＵがＵｍａｘのとき比例ゲインＫｐがＫ３になるように比例ゲインＫｐ用の２次関数を設定する場合について説明する。この場合、次の３つの式を満足する係数Ａｐ、Ｂｐ及びＣｐを求め、これらを係数とした２次関数Ｋｐ＝Ａｐ・Ｕ２＋Ｂｐ・Ｕ＋Ｃｐを用いて、比例ゲインＫｐと操作量Ｕの関係を設定する。
Ｋ１＝Ｃｐ
Ｋ２＝Ａｐ・Ｕｍｉｄ２＋Ｂｐ・Ｕｍｉｄ＋Ｃｐ
Ｋ３＝Ａｐ・Ｕｍａｘ２＋Ｂｐ・Ｕｍａｘ＋Ｃｐ
ここで、Ｕｍａｘは、操作量Ｕの最大値であり、Ｕｍｉｄは中間値（Ｕｍｉｄ＝Ｕｍａｘ／２）である。積分ゲインＫｉ用の２次関数及び微分ゲインＫｄ用の２次関数についても同様に設定することができる。
Next, a method for setting the quadratic function will be described with reference to FIG. For example, the proportional gain Kp is K1 when the manipulated variable U is 0, the proportional gain Kp is K2 when the manipulated variable U is Umid, and the proportional gain Kp is K3 when the manipulated variable U is Umax. A case where a quadratic function for Kp is set will be described. In this case, the coefficients Ap, Bp and Cp satisfying the following three expressions are obtained, and the relationship between the proportional gain Kp and the manipulated variable U is obtained using a quadratic function Kp = Ap · U 2 + Bp · U + Cp using these as coefficients. Set.
K1 = Cp
K2 = Ap · Umid 2 + Bp · Umid + Cp
K3 = Ap · Umax 2 + Bp · Umax + Cp
Here, Umax is the maximum value of the operation amount U, and Umid is an intermediate value (Umid = Umax / 2). The quadratic function for the integral gain Ki and the quadratic function for the differential gain Kd can be set similarly.
尚、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄは、全て、同じ次数の関数でなくてもよい。例えば、積分ゲインＫｉ用の関数だけを３次関数としてもよい。また、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄのちのいずれか１つだけを、操作量Ｕに基づいて変化するように設定し、他の２つは操作量Ｕに関わらず一定の値になるように設定してもよい。 Note that the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd may not all be functions of the same order. For example, only the function for the integral gain Ki may be a cubic function. Further, only one of the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd is set so as to change based on the manipulated variable U, and the other two are set to constant values regardless of the manipulated variable U. You may set so that.
また、図５に示した例では、比例ゲイン生成器２１、積分ゲイン生成器２２及び微分ゲイン生成器２３に、ＰＩＤ制御器１２により生成された操作量Ｕを直接入力しているが、図７に示したように、操作量Ｕをローパスフィルタ２４に入力し、ローパスフィルタ２４から出力されるＵ’を比例ゲイン生成器２１、積分ゲイン生成器２２及び微分ゲイン生成器２３に入力するようにしてもよい。このようにすれば、ノイズ等による操作量Ｕの変動がゲイン制御器に及ぼす影響を小さくすることができる。 In the example shown in FIG. 5, the manipulated variable U generated by the PID controller 12 is directly input to the proportional gain generator 21, the integral gain generator 22, and the differential gain generator 23. As shown in FIG. 4, the manipulated variable U is input to the low-pass filter 24, and U ′ output from the low-pass filter 24 is input to the proportional gain generator 21, the integral gain generator 22, and the differential gain generator 23. Also good. In this way, it is possible to reduce the influence of fluctuations in the operation amount U due to noise or the like on the gain controller.
また、図５に示した例では、関数を用いて比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄが生成されるが、これらがルックアップテーブルにより生成されるようにしてもよい。つまり、比例ゲイン生成器２１、積分ゲイン生成器２２及び微分ゲイン生成器２３がルックアップテーブルをそれぞれ備え、操作量Ｕの値に応じて、それらのテーブルから比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄが取り出されるようにしてもよい。 In the example shown in FIG. 5, the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd are generated using functions, but these may be generated by a lookup table. That is, the proportional gain generator 21, the integral gain generator 22, and the differential gain generator 23 are each provided with a look-up table, and the proportional gain Kp, integral gain Ki, and differential gain are obtained from these tables according to the value of the manipulated variable U. Kd may be taken out.
上述のように、本発明に係るＤＣＤＣコンバータは、出力電圧と当該出力電圧の目標値に基づいて、又は出力電流と当該出力電流の目標値に基づいて操作量を生成する操作量生成手段を備えている。つまり、操作量は、出力電圧と当該出力電圧の目標値に基づいて、又は出力電流と当該出力電流の目標値に基づいて生成される。この操作量に基づいて行われるスイッチング制御は、特に限定されることはなく、ＰＦＭ制御であってもＰＷＭ制御であってもよい。 As described above, the DCDC converter according to the present invention includes an operation amount generation unit that generates an operation amount based on the output voltage and the target value of the output voltage or based on the output current and the target value of the output current. ing. That is, the operation amount is generated based on the output voltage and the target value of the output voltage, or based on the output current and the target value of the output current. Switching control performed based on this operation amount is not particularly limited, and may be PFM control or PWM control.
操作量生成手段により生成される操作量には、比例要素、積分要素及び微分要素のうちの１つ又は複数の要素が含まれる。つまり、この操作量に含まれる要素は、特に限定されることはなく、比例要素、積分要素及び微分要素から適宜選択することができる。そして、この操作量に含まれる要素のうちの少なくとも１つの要素に関するゲイン調整が行われる。このゲイン調整が行われる要素は、特に限定されることはなく、操作量に含まれる全ての要素であっても一部の要素であってもよい。例えば、操作量に比例要素と積分要素が含まれている場合には、比例要素と積分要素の双方のゲイン調整を行っても、又は、いずれか一方のゲイン調整を行ってもよい。 The manipulated variable generated by the manipulated variable generating means includes one or more elements among a proportional element, an integral element, and a derivative element. That is, the element included in the manipulated variable is not particularly limited, and can be appropriately selected from a proportional element, an integral element, and a derivative element. Then, gain adjustment is performed on at least one of the elements included in the operation amount. The elements for which the gain adjustment is performed are not particularly limited, and may be all or some of the elements included in the operation amount. For example, when the manipulated variable includes a proportional element and an integral element, the gain adjustment of both the proportional element and the integral element may be performed, or one of the gain adjustments may be performed.
本発明に係るゲイン調整は、直前に生成された操作量に基づいて行われる。つまり、操作量が新たに生成されると、その操作量に応じて操作量を生成する際に用いられるゲインが調整される。そして、次に操作量を生成するときには、このゲイン調整が行われた後のゲインを用いて操作量が生成される。このゲイン調整における操作量とゲインとの対応関係は、例えば、関数やルックアップテーブル等により規定される。但し、これらに限定されることはなく、他の方法で規定されるようにしてもよい。 The gain adjustment according to the present invention is performed based on the operation amount generated immediately before. That is, when an operation amount is newly generated, a gain used when generating the operation amount is adjusted according to the operation amount. Next, when the operation amount is generated, the operation amount is generated using the gain after the gain adjustment. The correspondence between the operation amount and the gain in the gain adjustment is defined by, for example, a function or a lookup table. However, it is not limited to these and may be defined by other methods.
１１ 減算器
１２ ＰＩＤ制御器
１３ 乗算器
１４ 加算器
１５ ゲイン制御器
１６ 乗算器
11 Subtractor 12 PID Controller 13 Multiplier 14 Adder 15 Gain Controller 16 Multiplier
Claims (3)
前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧と当該出力電圧の目標値に基づいて、又は前記ＤＣＤＣコンバータの出力電流と当該出力電流の目標値に基づいて操作量を生成する操作量生成手段と、
前記操作量生成手段により生成された前記操作量に基づいて前記時比率を決定する時比率生成手段とを備え、
前記操作量生成手段は、比例要素、積分要素及び微分要素のうちの１つ又は複数の要素を含んだ前記操作量を生成し、当該操作量に含まれる要素のうちの少なくとも１つの要素に関するゲインを直前に生成した前記操作量のみに基づいて調整するＤＣＤＣコンバータ。 A DCDC converter in which a duty ratio of a switching operation is controlled by PWM control,
An operation amount generating means for generating an operation amount based on an output voltage of the DCDC converter and a target value of the output voltage, or based on an output current of the DCDC converter and a target value of the output current;
A time ratio generating means for determining the time ratio based on the operation amount generated by the operation amount generating means,
The manipulated variable generation means generates the manipulated variable including one or more elements of a proportional element, an integral element, and a derivative element, and gain related to at least one element among the elements included in the manipulated variable Is a DCDC converter that adjusts only based on the operation amount generated immediately before.
前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧と当該出力電圧の目標値に基づいて、又は前記ＤＣＤＣコンバータの出力電流と当該出力電流の目標値に基づいて操作量を生成する操作量生成手段と、
前記操作量生成手段により生成された前記操作量に基づいて前記スイッチング周波数を決定する時比率生成手段とを備え、
前記操作量生成手段は、比例要素、積分要素及び微分要素のうちの１つ又は複数の要素を含んだ前記操作量を生成し、当該操作量に含まれる要素のうちの少なくとも１つの要素に関するゲインを直前に生成した前記操作量のみに基づいて調整するＤＣＤＣコンバータ。 A DCDC converter in which a switching frequency of a switching operation is controlled by PFM control,
An operation amount generating means for generating an operation amount based on an output voltage of the DCDC converter and a target value of the output voltage, or based on an output current of the DCDC converter and a target value of the output current;
A time ratio generation unit that determines the switching frequency based on the operation amount generated by the operation amount generation unit;
The manipulated variable generation means generates the manipulated variable including one or more elements of a proportional element, an integral element, and a derivative element, and gain related to at least one element among the elements included in the manipulated variable Is a DCDC converter that adjusts only based on the operation amount generated immediately before.
A power supply apparatus comprising the DCDC converter according to claim 1.
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