JP6886450B2 - 電源調整システム - Google Patents
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Description
この際、電流計を見ながらボリューム抵抗を調整する必要があるので、作業には労力および時間を要する。あるいは、任意の調光率(例えば調光率100%)で電流調整し、それ以外(調光率0〜99%)は、予め設定した条件(正比例、近似式など)によって決定したとしても、調整精度に難があり、この精度の向上が望まれていた。
前記電子負荷は、負荷電圧を任意に設定可能に構成される。
前記電源基板は、前記電子負荷へ電流を供給する。
前記情報処理装置は、前記電子負荷の負荷電圧と、前記負荷電圧に流れる電流値に基づいて前記電子負荷に対する前記電源基板の出力電流とを制御する。
前記情報処理装置は、前記電子負荷の負荷電圧を所定範囲において複数設定し、前記出力電流をあらかじめ設定された目標電流値に調整するための補正電流値を、複数の負荷電圧各々について設定する制御部を有する。
前記記憶媒体は、前記複数の負荷電圧各々について設定された複数の補正電流値を記憶する。
前記電源回路は、記憶された補正電流値に対応する電流値を出力可能に構成される。
前記電源基板は、前記電源基板の出力電流値をRGBW各色の調光率および出力電圧値と紐付けて記憶する記憶媒体を有する。
図1は、本発明の一実施形態における電源調整システム10の構成を示した概略回路図である。電源調整システム10は、例えば、電源基板2の出荷前テストの段階で用いられる。
図2は、図1の電源調整システム10の通信構成を示した概略図である。
同図に示す電源調整システム10は、PC1、電源基板2、電子負荷61〜64、入力電源(Vin)7、電流計8を備える。
上記ルックアップテーブルの作成の際は、この所定の範囲の入力電圧、(0%以上100%以下の)RGBW各色の調光率および所定の範囲の負荷電圧の、運用範囲すべての組み合わせにおける補正電流値が算出される。したがって、このルックアップテーブルは、入力電圧、RGBW各色の調光率および負荷電圧の3次元配列に対する補正電流値が保存されることになる。
電源調整システム10は、この種のフィードバック要素をさらに向上させるために、他のセンサ類(例えばFET11(図3参照)用の温度センサやLED用の照度計)を備えてもよい。
電源基板2は、調整モードおよび運用モードの2つのモードを有しており、調整モードにおいて電流調整を行い、調整完了後に運用モードに遷移するように構成されている。
FETドライバ9は、マイコン3からのPWM信号出力を、FET11のゲート用の制御電圧にレベルシフトするためのものである。各電子負荷61'〜64'はそれぞれ、RGBW各色の複数の発光ダイオードが色ごとに直列接続された素子群である。
図3(b)に示されているように、FETドライバ9の出力側(OUT)は、FET11のゲート入力端子に接続されている。FET11のソース側には信号用接地(GND)が接続されている。
この状態において、入力電源7からインダクタLに磁気エネルギが蓄えられる。ここで入力電源7からインダクタLへ流れる電流が所望より足りないときに電流補償するための、キャパシタがさらに配置されてもよい(図示せず)。
この状態において、インダクタLに蓄えられた磁気エネルギが、電子負荷6やキャパシタCへ移動する。キャパシタCは、インダクタLから電子負荷6へ流れる電流が所望より足りないときに、この電流を補償するように電子負荷6へ電流を流すように機能する。
電圧A(V)とB(V)との比は、このON/OFFのデューティ比で決定される。このデューティ比は、CPU3からのPWM制御信号により調整可能である。
つまり、DC−DCの平滑化の降圧チョッパ回路(DC−DCコンバータ部)が構成されている。ここで、DC−DCコンバータ部は、降圧チョッパ回路に限定されず、用途に応じてハーフブリッジ回路やフルブリッジ回路などが代わりに用いられてもよい。
電流センスアンプ8'の反転入力部(入力マイナス側)は、抵抗R3とインダクタLとキャパシタCとの間に接続されている。電流センスアンプ8'の非反転入力部(入力プラス側)は、抵抗R2と抵抗R3と電子負荷61'の最下流の発光ダイオードRとの間に接続されている。
ここで、電子負荷61'〜64'のプラス(上流)側は共通電位であり、かつ、マイナス(下流)側が異なる電位となるように、RGBWそれぞれの抵抗R2、R3および電流センスアンプ8'の非反転入力部に接続されている。これにより、電源回路10'全体の配線をより少なくすることができる。
図4は、図1および図2に示した電源調整システム10における電源基板2に対するPC1の電流調整機能を示したシーケンス図である。
まず、マスタとなるPC1側で1パターンのRGBW各色の調光率および負荷電圧が個別に設定される。(例えば、Rの調光率は50%、他のGBWの調光率は0%、そして、すべての電子負荷61〜64の負荷電圧はDC100Vに設定される。)
u(t) = Kp(r(t)-y(t))
で式表現される。ここで、u(t)は操作量(出力電流値)、Kpは比例ゲイン、r(t)は目標電流値、y(t)は、電子負荷6へ実際に流れた電流値である。
この所定の比率は、鉄道の室内灯用のLEDには65%以上75%以下が望ましい。これにより、P制御の応答性を向上させることができる。
これにより、実際の電流値をPC1が認識するまでの時間差による影響が低減されるため、より正確なフィードバック電流値がPC1に返されるようになり、P制御の応答性を向上させることができる。この送信待機制御は、上述した比例ゲイン調整制御および操作量調整制御と組み合わされてよい。
上述した設定ファイルを、PC1上の既定のフォルダに追加してアプリケーションを再起動(実行)することにより、選択可能な設定セットが自動的に増えて(表示されて)もよい。
電流調整として出力電流値(u(t)、操作量)に、UP(上昇)、DOWN(下降)、STABLE(保持)、およびCOMPLETE(調整完了)の4つの状態が定義される。
その後、PC1側でフィードバック電流値に基づき、出力電流値がUP、DOWN、またはSTABLEのうち、いずれが実行されるべきであるかが判定される。
各状態に応じた処理は、所定の周期で実行される。UPまたはDOWNコマンド送信時の出力電流値には、上述した条件(図5〜8)で変動があり、目標値に近づいたときは変動量を小さくする。この変動量は、P制御のゲインKpで決定される。PI、PD、PIDは基本的には用いられないが、必要に応じて使用してもよい。
ここでSTABLEは、出力電流値が、1サンプリングタイムにおいて最大許容誤差(残留偏差のオーダー)の範囲内にある(つまり、出力電流値が収束している)ことを意味している。
その後、電流計8により出力電流(出力電圧)が取得される(ステップS3)。
ステップS2からS5が繰り返されることにより、電源基板における出力電流のバラツキを簡便かつ正確に調整することができる。これにより、電源基板2にアセンブリされたLED(室内灯)の照度を均一にすることができる。
上述した各実施形態の電力変換装置の制御方式は、PWM(Pulse Width Modulation)に限られず、PAM(Pulse Amplitude Modulation)、PFM(Pulse Frequency Modulation)などの他の制御方式も適用可能である。
2・・・・電源基板
3・・・・CPU
4・・・・電源回路
5・・・・メモリ(記憶媒体)
6・・・・電子負荷(LED負荷)
61〜64・・・・RGBWそれぞれの電子負荷
7(Vin)・・・・入力電源
8,8'・・・・電流計(電流センスアンプ)
10・・・電源調整システム
11・・・FET(スイッチング素子)
12・・・ダイオード(D)
100・・・照明装置
L・・・・インダクタ
C・・・・キャパシタ
GND・・・・信号用接地
Claims (6)
- 負荷電圧を任意に設定可能な電子負荷と、
前記電子負荷へ電流を供給する電源基板と、
前記電子負荷の負荷電圧と、前記電子負荷に流れる電流値に基づいて前記電子負荷に対する前記電源基板の出力電流とを制御する情報処理装置と
を具備し、
前記情報処理装置は、前記電子負荷の負荷電圧を所定範囲において複数設定し、前記出力電流をあらかじめ設定された目標電流値に調整するための補正電流値を、複数の負荷電圧各々について設定する制御部を有し、
前記電源基板は、
前記複数の負荷電圧各々について設定された複数の補正電流値を記憶する記憶媒体と、
記憶された補正電流値に対応する電流値を出力可能な電源回路と、を有する
電源調整システム。 - 請求項1に記載の電源調整システムであって、
前記制御部は、前記負荷電圧をLED電圧に設定したときのその最大電圧と最小電圧との間における所定の複数の電圧について前記補正電流値をそれぞれ設定する
電源調整システム。 - 請求項1又は2に記載の電源調整システムであって、
前記電源基板は、前記情報処理装置の指令に基づき、前記出力電流が前記目標電流値となるように前記電源回路を制御するフィードバック制御部をさらに有する
電源調整システム。 - 請求項3に記載の電源調整システムであって、
前記フィードバック制御部は、P制御(比例制御)の操作量が前記目標電流値の所定の比率以内になったときに、比例ゲインを所定の比率で減少させる
電源調整システム。 - 請求項4に記載の電源調整システムであって、
前記目標電流値の所定の比率は±5.0%であり、前記比例ゲインにおける所定の比率は、65%以上75%以下である
電源調整システム。 - 請求項4または5に記載の電源調整システムであって、
前記フィードバック制御部は、前記出力電流が前記目標電流値から所定以内になったときは前記操作量を所定の値に固定する
電源調整システム。
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