JP2011166947A - Power supply apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】電源装置において、負荷駆動をPWMによるDUTY制御で行なう時、低DUTY制御においては、間欠運転に近くなるため、負荷のうなりによる騒音の問題が生じていた。また、電源に対する負荷ストレスが大きくなると同時に、ノイズに対する影響も大きくなるためにコイルなどのノイズ軽減の部品が必要となる、余分な設計工数が増えるなどの個々の課題を有していた。
【解決手段】負荷駆動でのPWM制御における電圧値を2つ以上の電圧間で制御し、HI、LOの電位差を小さくすることによってファンモータなどの電圧変動に応じて生じるうなりなどの騒音を軽減させ、同時に電源に対する負荷ストレスも軽減させることにより、ノイズの影響を小さくし、ノイズ対策を安易化する。
【選択図】図2In a power supply apparatus, when load driving is performed by DUTY control by PWM, in low DUTY control, since it is close to intermittent operation, there has been a problem of noise due to load swaying. In addition, the load stress on the power source is increased, and at the same time, the influence on noise is increased, so that noise reduction parts such as a coil are required, and extra design man-hours are increased.
The voltage value in PWM control in load drive is controlled between two or more voltages, and the potential difference between HI and LO is reduced to reduce noise such as beating caused by voltage fluctuations of a fan motor or the like. At the same time, by reducing the load stress on the power supply, the influence of noise is reduced and noise countermeasures are simplified.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、負荷を駆動する機器に搭載する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device mounted on a device that drives a load.
一般に、負荷を駆動させる制御にPWM制御を用いる方法があり、負荷としてファンモータを挙げると、ファンモータの駆動PWM信号の搬送波周波数を変更することによる制御技術が開示されている。(例えば、特許文献1)
また、PWM制御の波形の外形元となるパルス波形においては、100%のON、OFFにおける使用ではなく、オフセット電圧を利用したものを利用してロジックICの歪み対策のために使用する技術が開示されている。(例えば、特許文献2)
In general, there is a method of using PWM control for controlling driving of a load. If a fan motor is cited as a load, a control technique by changing a carrier frequency of a driving PWM signal of the fan motor is disclosed. (For example, Patent Document 1)
In addition, the pulse waveform that is the source of the external shape of the PWM control waveform is not used at 100% ON / OFF, but a technique that uses an offset voltage to prevent distortion of the logic IC is disclosed. Has been. (For example, Patent Document 2)
しかしながら、上記特許文献1を含めて一般的なPWM制御の振幅は100%、0%出力によるON、OFF制御を行なうため、負荷と電源には必ず100%か0%という過渡なストレスが加わる上に、ON、OFFの電流の変動が大きいためにノイズに対する影響が大きくなっていた。 However, since the amplitude of general PWM control including the above-mentioned Patent Document 1 is 100% and ON / OFF control is performed with 0% output, transient stress of 100% or 0% is always applied to the load and the power source. In addition, since the ON and OFF currents fluctuate greatly, the influence on the noise is large.
加えて、負荷がファンモータの場合において低DUTYによるPWM制御では、ノイズ軽減を無視した極めて大きな搬送周波数にしない限り、どの搬送周波数に変更したとしても多少の間欠運転は否めないため、ノイズを軽減させようとした時にはファンモータのうなりによる騒音が発生していた。 In addition, when the load is a fan motor, PWM control with low DUTY reduces noise because it can not be denied even if it is changed to any carrier frequency unless it is set to a very large carrier frequency ignoring noise reduction. When I tried to do it, there was noise caused by the fan motor's beating.
また、上記特許文献2のパルス波形に関しては、ロジックICの出力を改善するための入力波形であって、負荷制御を行なうことには使用できるものではない。 The pulse waveform disclosed in Patent Document 2 is an input waveform for improving the output of the logic IC and cannot be used for load control.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、負荷駆動でのPWM制御における電圧値を2つ以上の電圧間で制御し、HI、LOの電位差を小さくすることによって負荷にファンモータを使用したときに生じるうなりなどの騒音を軽減させ、同時に電源に対する負荷ストレスも軽減させることにより、ノイズの影響を小さくし、ノイズ対策を安易化するものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and uses a fan motor for the load by controlling the voltage value in the PWM control in the load drive between two or more voltages and reducing the potential difference between HI and LO. By reducing noise such as beats generated at the same time, and simultaneously reducing load stress on the power supply, the effect of noise is reduced and noise countermeasures are facilitated.
上記課題を解決するために本発明は、負荷に対してPWM制御を行なう制御手段を備えた電源装置であり、前記制御手段は、PWM制御の電圧値を変更する電圧変更手段によって、前記負荷を駆動するPWM制御のHI、LOの電圧値を少なくとも2つ以上用いて制御するように構成したものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a power supply device including a control unit that performs PWM control on a load, and the control unit controls the load by a voltage changing unit that changes a voltage value of PWM control. It is configured to control using at least two voltage values of HI and LO of the PWM control to be driven.
かかることにより、負荷に加える電圧波形の電位差を小さくすることによって負荷へ加えるストレスを軽減させ、同時に電源に対する負荷ストレスも軽減させることにより、ノイズの影響を小さくし、ノイズ対策を安易にすることができる。 As a result, the stress applied to the load can be reduced by reducing the potential difference of the voltage waveform applied to the load, and at the same time the load stress on the power supply can be reduced, thereby reducing the influence of noise and facilitating noise countermeasures. it can.
本発明の電源装置は、負荷駆動でのPWM制御における電圧値を2つ以上の電圧間で制御し、HI、LOの電位差を小さくすることによって負荷にファンモータを使用したときに生じるうなりなどの騒音を軽減させ、同時に電源に対する負荷ストレスも軽減させることにより、ノイズの影響を小さくし、信頼性を高めることができる。 The power supply apparatus of the present invention controls the voltage value in PWM control in load driving between two or more voltages, and reduces the potential difference between HI and LO, thereby generating a beat when a fan motor is used as a load. By reducing the noise and simultaneously reducing the load stress on the power supply, the influence of the noise can be reduced and the reliability can be improved.
請求項1に記載の発明は、負荷と、前記負荷に対してPWM制御を行なう制御手段と、前記制御手段のPWM制御の電圧値を変更する電圧変更手段とを具備し、前記制御手段から前記負荷を駆動するPWM制御の振幅を前記電圧変更手段により少なくとも2つ以上用いて制御することを特徴とする。 The invention according to claim 1 comprises a load, a control means for performing PWM control on the load, and a voltage changing means for changing a voltage value of PWM control of the control means. Control is performed using at least two or more amplitudes of PWM control for driving a load by the voltage changing means.
かかることにより、負荷に加える電圧波形の電位差を小さくすることによって負荷へ加えるストレスを軽減させ、同時に電源に対する負荷ストレスも軽減させることにより、ノイズの影響を小さくし、ノイズ対策を安易にすることができる。 As a result, the stress applied to the load can be reduced by reducing the potential difference of the voltage waveform applied to the load, and at the same time the load stress on the power supply can be reduced, thereby reducing the influence of noise and facilitating noise countermeasures. it can.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記負荷がファンモータであることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the load is a fan motor.
かかることにより、低DUTYによるPWM制御において、うなりなどの騒音を軽減と、ノイズの軽減を同時に行なうことができるため、実用性が増し、信頼性を高めることができる。 Thus, in PWM control with low DUTY, noise such as beat can be reduced and noise can be reduced at the same time, so that practicality increases and reliability can be improved.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、雰囲気温度を検出する温度検出手段を具備し、前記制御手段よるPWM制御のDUTYを前記温度検出手段の温度に応じて行なうことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the apparatus includes a temperature detection unit that detects an ambient temperature, and the duty of PWM control by the control unit is set according to the temperature of the temperature detection unit. It is characterized by performing.
かかることにより、エアコンなどの温度による負荷制御に追従した負荷動作を行なえるだけでなく、負荷が温度により影響を受けるものであっても、補正を行なうことができるため、実用性が増す。 As a result, not only can the load operation follow load control depending on the temperature of an air conditioner or the like, but also correction can be performed even if the load is affected by the temperature, thus increasing practicality.
請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の発明において、前記ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段を具備し、前記制御手段よるPWM制御のDUTYを前記駆動検出手段の検出値に応じて補正を行なうことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the present invention, the present invention further comprises a rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the fan motor, and the DUTY of PWM control by the control means is the drive detection means. Correction is performed according to the detected value.
かかることにより、ファンモータ動作が外乱による影響や様々なばらつきによって目標値と異なってしまった場合においても、補正を適宜行なうことができるため、実用性が増すと共に、信頼性を高めることができる。 As a result, even when the fan motor operation differs from the target value due to the influence of disturbance or various variations, correction can be performed as appropriate, so that practicality increases and reliability can be increased.
請求項5に記載の発明は、請求項2または3に記載の発明において前記ファンモータの電流を検出する電流検出手段を有し、前記制御手段は前記ファンモータを駆動する際に数秒間100%で駆動させて前記電流検出手段により電流検出値を記憶し、PWM制御のD
UTY比率の補正を前記電流検出手段で取得した電流検出値を比較して行なうことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the invention, there is provided a current detecting means for detecting the current of the fan motor in the invention of the second or third aspect, wherein the control means is 100% for several seconds when driving the fan motor. And the current detection value is stored by the current detection means, and PWM control D
The correction of the UTY ratio is performed by comparing the current detection values acquired by the current detection means.
かかることにより、ファンモータ動作が外乱による影響や様々なばらつきがあった場合においても、個々の能力を検出することにより、目標値に対しての補正を適宜行なうことができるため、実用性が増すと共に、信頼性を高めることができる。 As a result, even when the fan motor operation is affected by disturbances and various variations, it is possible to appropriately correct the target value by detecting individual capabilities, thereby increasing practicality. At the same time, reliability can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態における電源装置の機能構成を示すブロック回路図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a functional configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
図1において、電源装置は、負荷1をPWM制御する制御手段2と、負荷1に加えるPWMの電圧値のHI、LOの値を変更する電圧変更手段3と、負荷1が動作時に電流値を取得する電流検出手段4と、雰囲気温度を検出する温度検出手段5を具備している。 In FIG. 1, the power supply apparatus includes a control unit 2 that performs PWM control of a load 1, a voltage changing unit 3 that changes HI and LO values of a PWM voltage value applied to the load 1, and a current value when the load 1 is in operation. Current detection means 4 for acquiring and temperature detection means 5 for detecting the ambient temperature are provided.
制御手段2は、電流検出手段4によって負荷動作時の運転状態の電流値を検出することにより、異常判断に加えてPWM制御の出力DUTY値のフィードバック制御を行なう機能、及び、温度検出手段5によって取得した雰囲気温度に応じて負荷1の運転状態を制御する機能を具備している。 The control means 2 detects the current value of the operating state during the load operation by the current detection means 4, and performs a feedback control of the output DUTY value of the PWM control in addition to the abnormality determination, and the temperature detection means 5 A function of controlling the operating state of the load 1 according to the acquired ambient temperature is provided.
なお、制御手段2、電圧変更手段3、電流検出手段4、温度検出手段5を合せて、電源ブロック6と称する。 The control unit 2, the voltage changing unit 3, the current detecting unit 4, and the temperature detecting unit 5 are collectively referred to as a power supply block 6.
上記構成において、図2について構成の詳細を説明する。 In the above configuration, details of the configuration will be described with reference to FIG.
図2は、同実施の形態における電源装置の詳細な回路図である。
なお、本実施の形態においては、便宜上、負荷に対して3つの異なる電圧が用いられる場合とするが、実際は3種類に限られるわけではない。
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the power supply device according to the embodiment.
In the present embodiment, for convenience, it is assumed that three different voltages are used for the load. However, the present embodiment is not limited to three types.
また、本実施の形態における電圧変更手段、および電流検出手段の詳細回路については、一例であり、構成はこの限りでない。 Further, the detailed circuit of the voltage changing means and the current detecting means in the present embodiment is an example, and the configuration is not limited to this.
図2において、負荷1はファンモータであり、制御手段2は、電圧変更手段3に対してP01、P02、P03の信号出力を行ない、電圧変更手段3を介して負荷1に対してHI、LOの電圧値を2つ以上の値を使用したPWM制御を出力する。制御手段2のP04、P05、P06はそれぞれVa、Vb、Vcの電圧を電圧検出手段3、電流検出手段4の回路に供給し、P07は、電流検出手段4で取得した電流値を入力する。 In FIG. 2, the load 1 is a fan motor, and the control means 2 outputs P01, P02, and P03 signals to the voltage changing means 3, and HI, LO to the load 1 through the voltage changing means 3. The PWM control using two or more values of the voltage value is output. P04, P05, and P06 of the control unit 2 supply voltages Va, Vb, and Vc to the circuits of the voltage detection unit 3 and the current detection unit 4, respectively, and P07 inputs the current value acquired by the current detection unit 4.
電圧変更手段3は、3つの異なる電圧を出力する回路を構成している。 The voltage changing means 3 constitutes a circuit that outputs three different voltages.
1つ目の電圧は、制御手段2のP01をHI出力した時である。P01がHI出力になると、トランジスタ101が駆動し、それに伴いFET102が駆動する。抵抗103はFET102のゲート用の保護抵抗であり、抵抗104はFET102のソースに対してゲートが駆動する電位を確保するためのバイアス抵抗である。ダイオード105は、FET102にかかる逆起電力用の保護部品である。負荷1に加えられる電圧は、FET102の損失がほぼないため、Vaが加えられる。 The first voltage is when P01 of the control means 2 is HI output. When P01 becomes a HI output, the transistor 101 is driven, and the FET 102 is driven accordingly. The resistor 103 is a protective resistor for the gate of the FET 102, and the resistor 104 is a bias resistor for securing a potential for driving the gate with respect to the source of the FET 102. The diode 105 is a protection component for back electromotive force applied to the FET 102. Va is applied to the load 1 because there is almost no loss of the FET 102.
2つ目、3つ目の電圧は、制御手段2のP01はLO出力であり、P02をHI出力した時である。P02がHI出力になると、トランジスタ106が駆動し、それに伴いFET107が駆動する。抵抗108はFET106のゲート用の保護抵抗であり、抵抗109はFET102に対する抵抗104と同様の役割であり、FET107のバイアス抵抗である。ダイオード110は、ダイオード110は、FET107にかかる逆起電力用の保護部品である。 The second and third voltages are when P01 of the control means 2 is LO output and P02 is HI output. When P02 becomes HI output, the transistor 106 is driven, and the FET 107 is driven accordingly. The resistor 108 is a protective resistor for the gate of the FET 106, and the resistor 109 has a role similar to that of the resistor 104 for the FET 102 and is a bias resistor for the FET 107. The diode 110 is a protection component for back electromotive force applied to the FET 107.
トランジスタ111を含む以下の説明の回路は、FET107が動作したことによる電圧Vaを所定の電圧に減圧させる回路である。トランジスタ111のコレクタ電圧はVaであるが、ベースに加わる値はオペアンプ112の出力によって決定される。オペアンプの+側の入力は、電圧Vbを抵抗113と抵抗114との分圧によって入力される値となる。この入力値を変更するために、トランジスタ115を利用し、トランジスタ115が駆動することにより、抵抗114がショートされたことになるので、オペアンプ112の+側の入力には電圧Vbが加えられる。トランジスタ115は、制御手段2のP03の出力がHIかLOかによって、オペアンプの+側の入力は電圧Vbとなるか、電圧Vbを抵抗113と抵抗114との分圧となる。オペアンプ112の−側の入力は抵抗116と抵抗117の分圧となり、オペアンプの出力は+側の電位と−側の電位が等しくなるように電流出力される。回路上、オペアンプ112の−側の入力とオペアンプ112の出力が短絡されているため、オペアンプ112の出力は、「(1+ 抵抗116÷抵抗117)×オペアンプ112の+側入力」となる。抵抗113、抵抗114、トランジスタ115、抵抗116、抵抗117で構成される回路は、非反転増幅回路であり、非反転増幅回路は周知の技術であることは言うまでもない。 The circuit in the following description including the transistor 111 is a circuit for reducing the voltage Va due to the operation of the FET 107 to a predetermined voltage. The collector voltage of the transistor 111 is Va, but the value applied to the base is determined by the output of the operational amplifier 112. The input on the + side of the operational amplifier is a value in which the voltage Vb is input by dividing the resistance 113 and the resistance 114. In order to change the input value, the transistor 115 is used, and the transistor 115 is driven, whereby the resistor 114 is short-circuited. Therefore, the voltage Vb is applied to the + side input of the operational amplifier 112. In the transistor 115, depending on whether the output of P03 of the control means 2 is HI or LO, the input on the + side of the operational amplifier becomes the voltage Vb or the voltage Vb is divided between the resistor 113 and the resistor 114. The input on the negative side of the operational amplifier 112 is divided by the resistors 116 and 117, and the output of the operational amplifier is output so that the positive potential and the negative potential are equal. Since the negative input of the operational amplifier 112 and the output of the operational amplifier 112 are short-circuited in the circuit, the output of the operational amplifier 112 is “(1 + resistance 116 ÷ resistor 117) × the positive input of the operational amplifier 112”. Needless to say, the circuit composed of the resistor 113, the resistor 114, the transistor 115, the resistor 116, and the resistor 117 is a non-inverting amplifier circuit, and the non-inverting amplifier circuit is a well-known technique.
便宜上、以降の説明を簡素化するために、抵抗116=0、抵抗117=∞とした、非反転増幅回路の一種である電圧フォロア回路を例に挙げて説明する。 For the sake of convenience, in order to simplify the following description, a voltage follower circuit which is a kind of non-inverting amplifier circuit in which the resistance 116 = 0 and the resistance 117 = ∞ will be described as an example.
電圧フォロアでは、オペアンプ112の出力は、「(1+ 抵抗116÷抵抗117)×オペアンプ112の+側入力」に対して、抵抗116=0、抵抗117=∞を代入することにより、オペアンプ112の出力 = オペアンプ112の+側の入力となるので、オペアンプ112の+側入力は上述の通り、電圧Vbとなるか、電圧Vbを抵抗113と抵抗114との分圧となり、オペアンプ112の出力も電圧Vb、もしくは電圧Vbを抵抗113と抵抗114との分圧した電圧となる。 In the voltage follower, the output of the operational amplifier 112 is the output of the operational amplifier 112 by substituting the resistance 116 = 0 and the resistance 117 = ∞ for “(1 + resistor 116 ÷ resistor 117) × the positive input of the operational amplifier 112”. = Since the input to the + side of the operational amplifier 112 is the + side input of the operational amplifier 112, as described above, the voltage Vb becomes the voltage Vb or the voltage Vb is divided between the resistor 113 and the resistor 114, and the output of the operational amplifier 112 is also the voltage Vb. Alternatively, the voltage Vb is divided by the resistor 113 and the resistor 114.
便宜上、以降の説明を簡素化するために、電圧Vbを抵抗113と抵抗114との分圧した電圧を電圧Vdと称する。 For convenience, in order to simplify the following description, a voltage obtained by dividing the voltage Vb by the resistor 113 and the resistor 114 is referred to as a voltage Vd.
従って、トランジスタのソースの電位はVa−ベース電位となり、言い換えれば、Va−オペアンプ112の出力)となり、2つ目の電圧は、制御手段2のP02をHI出力、P03をLO出力した時の電圧であり、Va−Vdとなり、3つ目の電圧は、制御手段2のP02をHI出力、P03をHI出力した時の電圧であり、電圧Va−Vbとなる。 Therefore, the source potential of the transistor becomes Va-base potential, in other words, Va-output of the operational amplifier 112), and the second voltage is the voltage when P02 of the control means 2 outputs HI and P03 outputs LO. Va−Vd, and the third voltage is a voltage when P02 of the control means 2 outputs HI and P03 outputs HI, and becomes voltage Va−Vb.
また、トランジスタ111のソース側のダイオード118は、制御手段2のP01がHI出力したときに発生する電圧Vaによってトランジスタ111側に流れ込まないための逆流防止部品である。上述で2つ目、3つ目の電圧の条件に制御手段2のP01はLO出力としているのは、P01がHI出力であった時の電圧Vaは、2つ目の電圧Va−Vd、3つ目の電圧Va−Vbより必ず大きくなるため、制御手段2のP02、P03の動作に関わらず優先される。従って、2つ目、3つ目の電圧の印加時には制御手段2のP01はLO出力させる。 Further, the diode 118 on the source side of the transistor 111 is a backflow prevention component for preventing the transistor 111 from flowing into the transistor 111 due to the voltage Va generated when P01 of the control means 2 outputs HI. In the above-described second and third voltage conditions, P01 of the control means 2 is set to LO output because the voltage Va when P01 is HI output is the second voltage Va-Vd, 3 Since it always becomes larger than the first voltage Va-Vb, priority is given regardless of the operations of P02 and P03 of the control means 2. Therefore, P01 of the control means 2 outputs LO when the second and third voltages are applied.
かかることにより、制御手段2のP01、P02、P03の組合せによって、異なる3
つの電圧を発生させることができる。
As a result, it differs depending on the combination of P01, P02 and P03 of the control means 2.
Two voltages can be generated.
制御手段2が負荷1に対してPWM制御するにあたり、PWMのHIにあたる電圧、LOにあたる電圧をP01、P02、P03の組合せにより2つ決定することによって、負荷1に加わるPWM制御時のHI、LOの電圧値を決定する。 When the control means 2 performs PWM control on the load 1, the voltage corresponding to the HI of the PWM and the voltage corresponding to the LO are determined by the combination of P01, P02 and P03, so that the HI, LO during the PWM control applied to the load 1 are determined. Determine the voltage value.
負荷1のファンモータに対して電圧を加えて駆動させると、ファンモータの逆電圧が発生するため、保護部品としてダイオード119を負荷1に対して並列に、逆方向の電流を逃がすために順電流方向とは逆向きに設置する。 When a voltage is applied to the fan motor of the load 1 to drive it, a reverse voltage of the fan motor is generated. Therefore, the diode 119 is connected in parallel to the load 1 as a protective component and the forward current is used to release the reverse current. Install in the opposite direction.
また、PWM制御の電圧値を直流により近づけて安定化させるために、場合によってはコンデンサ120を負荷1とGND間に設置する。 Further, in order to stabilize the voltage value of the PWM control closer to the direct current, a capacitor 120 is installed between the load 1 and GND in some cases.
以上のように、負荷1に対して制御手段2は電圧変更手段3を介してPWM制御時のHI、LOの電圧値を任意に設定した制御を行なうことができる。通常のPWM制御とは異なり、HI、LOの電位差を極力小さく設定できるため、負荷1を駆動するときに発生するノイズを軽減できる。 As described above, the control unit 2 can control the load 1 by arbitrarily setting the voltage values of HI and LO during PWM control via the voltage changing unit 3. Unlike normal PWM control, the potential difference between HI and LO can be set as small as possible, so that noise generated when the load 1 is driven can be reduced.
また、本実施の形態のように、負荷1がファンモータである場合、通常のPWM制御、HI、LOで危惧される回転数ばらつきで発生するうなり音などの軽減させることができる。 In addition, when the load 1 is a fan motor as in the present embodiment, it is possible to reduce a beat sound generated due to variations in the rotational speed that are a concern in normal PWM control, HI, and LO.
電流検出手段4は、抵抗121の両端電圧によって、負荷1に流れる電流を検出する回路を構成している。 The current detection means 4 constitutes a circuit that detects the current flowing through the load 1 based on the voltage across the resistor 121.
抵抗121の両端電圧をオペアンプ122が入力し、差動増幅を利用して抵抗125、抵抗126、抵抗127、抵抗128の比によって、抵抗121の両端電圧値を増幅して制御手段2のP07へ出力する。なお、オペアンプの差動増幅回路は周知の技術であることは言うまでもない。抵抗121と並列に接続しているコンデンサ123、コンデンサ124は、抵抗121での安定した両端電圧をオペアンプ122に入力するための安定化部品である。また、抵抗121は、オペアンプ122の入力インピーダンスに対して無視できる値であるものとする。 The voltage across the resistor 121 is input to the operational amplifier 122, and the voltage value across the resistor 121 is amplified by the ratio of the resistor 125, the resistor 126, the resistor 127, and the resistor 128 using differential amplification, and the voltage is supplied to P07 of the control unit 2. Output. Needless to say, the differential amplifier circuit of the operational amplifier is a well-known technique. A capacitor 123 and a capacitor 124 connected in parallel with the resistor 121 are stabilizing components for inputting a stable voltage across the resistor 121 to the operational amplifier 122. The resistor 121 is assumed to be a value that can be ignored with respect to the input impedance of the operational amplifier 122.
抵抗125は、オペアンプ122の反転入力の入力インピーダンスであり、抵抗126、抵抗127は、オペアンプ122の非反転入力の入力インピーダンス、抵抗128は、オペアンプ122の帰還抵抗である。コンデンサ129、コンデンサ130、コンデンサ131はそれぞれ、オペアンプ122の入力に対するノイズ軽減用で必要な場合は設置するが、必ず必要なものではない。 The resistor 125 is the input impedance of the inverting input of the operational amplifier 122, the resistor 126 and the resistor 127 are the input impedance of the non-inverting input of the operational amplifier 122, and the resistor 128 is the feedback resistor of the operational amplifier 122. The capacitor 129, the capacitor 130, and the capacitor 131 are installed when necessary for noise reduction with respect to the input of the operational amplifier 122, but are not necessarily required.
以上のように、電流検出手段4は、オペアンプの差動増幅回路を利用して電流を検出し、制御手段2のP07へ電流値を出力する。制御手段2は、この電流値を受けてPWM制御のDUTYの補正、負荷1の異常検出等を行ない、負荷1の駆動に対しての安全性、信頼性を高めることができる。 As described above, the current detection unit 4 detects the current using the differential amplifier circuit of the operational amplifier, and outputs the current value to P07 of the control unit 2. The control means 2 receives this current value, corrects the duty of PWM control, detects the abnormality of the load 1 and the like, and can improve the safety and reliability for driving the load 1.
温度検出手段5は、例えばサーミスタ回路などにより構成されるものであり、検出値を制御手段2のP08へ出力する。制御手段2は、温度検出手段5の検出値によって、負荷1を駆動するPWM制御での目標値を変更して制御する。 The temperature detection means 5 is constituted by a thermistor circuit, for example, and outputs a detection value to P08 of the control means 2. The control unit 2 controls the target value in the PWM control for driving the load 1 by changing the detection value of the temperature detection unit 5.
次に制御手段2が電圧変更手段3を介して負荷1に対して行なうPWM制御の説明を図3、図4を用いて行なう。 Next, PWM control performed by the control unit 2 on the load 1 via the voltage changing unit 3 will be described with reference to FIGS.
図3は、図2において制御手段2が負荷1へPWM制御を行なうフローチャートを示しており、図4は、図3のフローチャートによる分岐に対して異なる負荷1への出力波形に対して時間軸を大きくt1、t2、t3の3つに分けてそれぞれ対応する波形を示している。 FIG. 3 shows a flowchart in which the control means 2 performs PWM control on the load 1 in FIG. 2, and FIG. 4 shows a time axis with respect to the output waveform to the load 1 different from the branch in the flowchart of FIG. Corresponding waveforms are divided into three parts, t1, t2, and t3.
また、図3、図4は相互に関係があるため、交互に説明を行なう。 Since FIGS. 3 and 4 are mutually related, description will be made alternately.
以下の説明において、負荷1に対する制御手段2のPWM制御のDUTYを変更する条件として、温度検出手段5が検出する温度によってPWM制御のDUTY値の目標値に対して制御し、電流検出手段4の検出値によって行なうものである。 In the following description, as a condition for changing the DUTY of the PWM control of the control unit 2 with respect to the load 1, the target value of the DUTY value of the PWM control is controlled by the temperature detected by the temperature detection unit 5, and the current detection unit 4 This is performed based on the detected value.
PWM制御について、DUTYによってHI、LOの電圧の組合せを3つに分ける。例えば、0〜30%をDUTY設定1、30〜60%をDUTY設定2、60〜100%をDUTY設定3というように、負荷1の最大出力を100%とした時に、PWM制御により、負荷1に対するDUTY出力の割合を3段階に区切る。DUTY設定1、DUTY設定2、DUTY設定3は出力の小さい順番に定義する。 For PWM control, the HI and LO voltage combinations are divided into three by DUTY. For example, when the maximum output of load 1 is 100%, such as 0 to 30% is DUTY setting 1, 30 to 60% is DUTY setting 2, and 60 to 100% is DUTY setting 3, load 1 is controlled by PWM control. The ratio of the DUTY output with respect to is divided into three stages. DUTY setting 1, DUTY setting 2, and DUTY setting 3 are defined in ascending order of output.
また、図3と図4の相関として、図3のDUTY設定1の範囲である出力波形は、図4の区間t1、DUTY設定2の範囲の出力波形が区間t2、DUTY設定3の範囲の出力波形が区間t3となっている。 Further, as a correlation between FIG. 3 and FIG. 4, the output waveform in the range of DUTY setting 1 in FIG. 3 is the output waveform in the range of section t 1 and DUTY setting 2 in FIG. 4 and the output waveform in the range of section t 2 and DUTY setting 3 in FIG. The waveform is a section t3.
S101は、3つに区切った1つ目のDUTY設定値が目標かどうかを判断するものであり、DUTY設定値の目標が1つ目の範囲内であれば、S102移行し、DUTY設定値の目標が2つ目、もしくは3つ目であった場合は、S105へ移行する。 S101 determines whether or not the first DUTY set value divided into three is a target. If the target of the DUTY set value is within the first range, the process proceeds to S102, and the DUTY set value If the target is the second or third target, the process proceeds to S105.
S102は、上述の通りDUTY設定値1の場合に通過するStepである。まず、前提としてDUTYが最も小さい範囲となるため、図2で説明した通り、P02、及びP03を使用して制御する必要がある。ここで、P01をHI出力すると本実施の形態の構成上、P02、P03の出力に関わらずにP01の出力が優先されてしまうので、P02、P03による動作を行ないたい場合は、P01をLO出力としなければならず、そのStepがS102にあたる。 S102 is a step that passes when the DUTY setting value is 1 as described above. First, since DUTY is the smallest range as a premise, it is necessary to control using P02 and P03 as described in FIG. Here, when P01 is output as HI, the output of P01 is given priority regardless of the outputs of P02 and P03 because of the configuration of the present embodiment. Therefore, when performing the operation according to P02 and P03, P01 is output as LO. And Step corresponds to S102.
S103では、P02、P03で制御する場合、電圧変更手段3の電圧が小さくなる条件として、トランジスタ115駆動することにより電圧Va−VbとするためにP03=HIとするStepである。 In S103, in the case of controlling with P02 and P03, as a condition for reducing the voltage of the voltage changing means 3, Step 03 is set to P03 = HI in order to set the voltage Va−Vb by driving the transistor 115.
S104は、PWM制御を行なうStepであり、HIをVa−Vb、LOを0としたPWM出力を行なう条件として、P02をHI、LOとしたPWM出力を行なうStepである。P02をHIとした時には電圧Va−Vbが出力され、LOにした時には電圧が遮断されるために出力は0となる。 S104 is a step for performing PWM control, and is a step for performing PWM output with P02 set to HI and LO under the condition of performing PWM output with HI set to Va-Vb and LO set to 0. When P02 is set to HI, the voltage Va-Vb is output, and when it is set to LO, the voltage is cut off and the output becomes zero.
上記S102、S103、S104のStepで行なわれる制御手段2が電圧変更手段3を介して負荷1に行なうPWM制御の出力波形が図4のt1区間の波形となる。 The output waveform of the PWM control performed by the control means 2 performed at Step S102, S103, and S104 on the load 1 via the voltage changing means 3 is the waveform in the t1 section of FIG.
S105は、DUTY設定の目標値がDUTY設定値2の範囲かを判断するものであり、DUTY設定値の目標が2つ目の範囲内であれば、S106移行し、DUTY設定値の目標が3つ目であった場合は、S109へ移行する。 S105 determines whether the target value of the DUTY setting is within the range of the DUTY setting value 2. If the target of the DUTY setting value is within the second range, the process proceeds to S106, and the target of the DUTY setting value is 3. If it is the first time, the process proceeds to S109.
S106は、上述の通りDUTY設定値2の場合に通過するStepである。DUTY
設定2の範囲の場合は、DUTY設定1の範囲の場合と同様にP02、及びP03を使用して制御する必要があるため、S102のStep同様にP01をLO出力しなければならず、そのStepがS106にあたる。
S106 is a step that passes when the DUTY setting value is 2 as described above. DUTY
In the case of the range of setting 2, since it is necessary to control using P02 and P03 as in the case of the range of DUTY setting 1, it is necessary to output LO of P01 like the step of S102. Corresponds to S106.
また、DUTY設定2の範囲では、負荷1に加えるPWM制御のHIの電圧をVa−Vd、LOの電圧をVa−Vbとするために、HI、LO必ず電圧を加える制御となる。負荷1に対して電圧を印加する場合、P01、もしくはP02のいずれかをHI出力する必要があり、P01を駆動させる場合は電圧はVa固定となるため、DUTY設定2の範囲における条件としては、P02をHI出力する。そのStepがS106にあたる。P02がHI出力固定の時、P03がLO出力であれば、負荷1に加わる電圧はVa−Vbとなり、P03がHI出力であればVa−Vdとなる。 Further, in the range of DUTY setting 2, in order to set the voltage of HI of PWM control applied to the load 1 to Va-Vd and the voltage of LO to Va-Vb, the control always adds the voltage of HI and LO. When applying a voltage to the load 1, it is necessary to output either P01 or P02 as HI, and when driving P01, the voltage is fixed to Va. Therefore, as a condition in the range of DUTY setting 2, P02 is output as HI. That Step corresponds to S106. When P02 is fixed to HI output, if P03 is LO output, the voltage applied to the load 1 is Va-Vb, and if P03 is HI output, Va-Vd.
S108は、負荷1に対してPWM制御を行なうStepであり、上述のように、P03をLO出力、HI出力と交互に出力することにより、その割合がDUTY比となり、負荷1に対してPWM制御を行なう。 S108 is a step for performing PWM control on the load 1. As described above, by alternately outputting P03 to LO output and HI output, the ratio becomes the DUTY ratio, and PWM control is performed on the load 1. To do.
上記S106、S107、S108のStepで行なわれる制御手段2が電圧変更手段3を介して負荷1に行なうPWM制御の出力波形が図4のt2区間の波形となる。図4のVdは、上述の定義の通り電圧Vbを抵抗113と抵抗114との分圧した電圧値である。 The output waveform of the PWM control performed by the control means 2 performed at Step S106, S107, and S108 on the load 1 via the voltage changing means 3 is the waveform in the t2 section of FIG. Vd in FIG. 4 is a voltage value obtained by dividing the voltage Vb between the resistor 113 and the resistor 114 as defined above.
また、DUTY設定値の目標範囲が変更となった時には、必ず電圧の変更幅が小さくなるように制御を行なう。 In addition, when the target range of the DUTY set value is changed, control is performed so that the voltage change width is always reduced.
図4では、t1からt2、つまり、DUTY設定値の目標範囲がDUTY設定1からDUTY設定2となった時、PWM制御による出力をLOからHIとした時に設定を変更するのではなく、HIの区間中に次のHIの電圧に変更させる。そうすることにより、負荷1に対して電圧が一気に加わらず、突入電流が最小限に抑えることができる。 In FIG. 4, when the target range of DUTY setting value is changed from DUTY setting 1 to DUTY setting 2 when t1 to t2, the setting is not changed when the output by PWM control is changed from LO to HI. The voltage is changed to the next HI voltage during the interval. By doing so, the voltage is not applied to the load 1 at a stretch, and the inrush current can be minimized.
S109は、上述の通りDUTY設定値3の場合に通過するStepである。DUTY設定3の範囲の場合は、DUTY設定1、DUTY設定2の場合とは異なりP01、P02、P03を使用して制御する必要がある。但し、P02、及びP03を使用した負荷1に加える電圧の種類は1つであるので、P02、P03の制御は固定となる。さらに、上述の通り、P01の出力は、P02、P03に対して優先されるため、P02、P03はP01への影響を考える必要はない。P02、P03により必要とする電圧はVa−Vdである。その設定条件は、P03をHI出力、P02をHI出力させることであり、それぞれがS109、S110のStepに対応する。 S109 is a step that passes when the DUTY setting value is 3, as described above. In the case of the range of DUTY setting 3, unlike the case of DUTY setting 1 and DUTY setting 2, it is necessary to control using P01, P02 and P03. However, since only one type of voltage is applied to the load 1 using P02 and P03, the control of P02 and P03 is fixed. Furthermore, as described above, since the output of P01 has priority over P02 and P03, P02 and P03 do not need to consider the influence on P01. The voltage required by P02 and P03 is Va-Vd. The setting condition is that P03 is output as HI and P02 is output as HI, which correspond to the steps of S109 and S110, respectively.
また、DUTY設定値3の設定にてS109、S110にてP02、P03にて電圧Va−Vdを常に印加する設定となっているものの、P01をHI出力させた時に加わる電圧Vaは電圧Va−Vdの値に対して大きくなるため、必ず負荷1には電圧Vaが加わる。 Further, although the voltage Va-Vd is always applied at P02 and P03 at S109, S110 when the DUTY setting value 3 is set, the voltage Va applied when P01 is output HI is the voltage Va-Vd. Therefore, the voltage Va is always applied to the load 1.
従って、DUTY設定値3の負荷1に対するPWM制御として、HI電圧をVa、LO電圧をVa−Vdと設定して、PWM制御を行なう条件は、P01をHI出力、LO出力させればよい。そのStepがS111にあたる。 Therefore, as a PWM control for the load 1 with the DUTY setting value 3, the HI voltage is set to Va and the LO voltage is set to Va−Vd, and the condition for performing the PWM control is that P01 is output as HI and LO. That Step corresponds to S111.
上記S109、S110、S111のStepで行なわれる制御手段2が電圧変更手段3を介して負荷1に行なうPWM制御の出力波形が図4のt3区間の波形となる。DUTY設定の目標範囲が変更となった時、t2の説明と同様にt3においても電圧の振幅が最
小となるように変更を行なう。
The output waveform of the PWM control performed by the control unit 2 performed at Steps S109, S110, and S111 on the load 1 via the voltage changing unit 3 is a waveform in the t3 section of FIG. When the target range of the DUTY setting is changed, the change is made so that the voltage amplitude is minimized at t3 as well as the description of t2.
以上のように、DUTY設定の範囲に応じて負荷1に対してPWM制御を行なう際の電圧値を変更する。 As described above, the voltage value when the PWM control is performed on the load 1 is changed according to the range of the DUTY setting.
図5は通常のPWM制御におけるDUTY制御を示したものであり、図4のt1、t2、t3区間で示したPWM制御のDUTYに相当するものを置き換えたものである。 FIG. 5 shows the DUTY control in the normal PWM control, and the one corresponding to the DUTY of the PWM control shown in the t1, t2, and t3 sections in FIG. 4 is replaced.
図4、図5を照らし合わせると、はじめにt1、つまり低DUTYの設定範囲において、図5においては間欠運転に近い形となっている。さらに、t1、t2、t3全般として負荷に対して印加する電圧が過渡に変わるため、負荷1に対する突入電流が大きくなることが想定でき、電流の間欠によりノイズ源となりやすい。 4 and 5 are compared, first, in the setting range of t1, that is, low DUTY, in FIG. 5, it is close to intermittent operation. Furthermore, since the voltage applied to the load changes transiently as a whole at t1, t2, and t3, it can be assumed that the inrush current to the load 1 becomes large, and it is likely to be a noise source due to intermittent current.
また、図4は、DUTYが一定の出力波形を例に挙げているが、その限りではなく、DUTYの設定は可変である。 FIG. 4 shows an example of an output waveform with a constant DUTY, but this is not a limitation, and the setting of DUTY is variable.
一例に、負荷1に対するHI電圧をVa−Vb、LO電圧を0としたPWM制御、図4で示すt1に対してDUTYが可変である場合の出力波形を図6に示す。 PWMによるDUTYつまり、HI電圧とLO電圧の割合は、図6で示すところでのVa−Vbと0の割合である。制御手段2において、P01をLO出力、P03をHI出力で固定の上、P02のHI出力、LO出力のHIとLOの時間を変更することによりDUTYを変更することが可能であることは、PWM制御は周知の技術であるので言うまでもない。図2、図3、図4で説明の通り、制御手段2が負荷1に対してPWM制御を行なうために、電圧変更手段3に対してP01、P02、P03の出力により、必要電圧を生成し、その組合せの時間によりDUTYを変更することができる。 As an example, FIG. 6 shows an output waveform when the DUTY is variable with respect to the PWM control in which the HI voltage for the load 1 is Va-Vb and the LO voltage is 0, and t1 shown in FIG. DUTY by PWM, that is, the ratio between the HI voltage and the LO voltage is the ratio between Va-Vb and 0 as shown in FIG. In the control means 2, it is possible to change DUTY by fixing P01 to LO output and P03 to HI output, and changing HI and LO time of P02 HI output and LO output. Needless to say, control is a well-known technique. 2, 3, and 4, in order for the control unit 2 to perform PWM control on the load 1, a necessary voltage is generated by the output of P01, P02, and P03 to the voltage changing unit 3. , DUTY can be changed according to the time of the combination.
以上のように、本発明の実施により、負荷1に対してPWM制御を行なう電圧の振幅をより小さな値で抑えることができることにより、負荷1に加えられる突入電流を抑えることができ、ノイズを軽減することができる。 As described above, by implementing the present invention, the amplitude of the voltage for performing PWM control on the load 1 can be suppressed to a smaller value, so that the inrush current applied to the load 1 can be suppressed and noise can be reduced. can do.
また、温度制御などにより、出力DUTYを微調整しなければならないような場合においても、PWM波形のHI、LOの電圧の差が小さいので、DUTYを変更した時に負荷1に加わる電圧に対してもより平滑に近い一定の電圧を供給する事ができるため、精度の良い制御が可能となる。 Even in the case where the output DUTY must be finely adjusted by temperature control or the like, the difference between the HI and LO voltages of the PWM waveform is small, so the voltage applied to the load 1 when the DUTY is changed Since a constant voltage that is closer to smoothness can be supplied, accurate control can be performed.
本発明にかかる電源装置は、PWM制御における電圧値を2つ以上の電圧間で制御し、HI、LOの電位差を小さくした電圧で負荷駆動させるもので、ファンモータなどの加える電位差が大きい際によりうなりなどの騒音が発生する機器、ノイズの信頼性を求める機器に適応することができるものである。 The power supply device according to the present invention controls the voltage value in PWM control between two or more voltages, and drives the load with a voltage in which the potential difference between HI and LO is reduced. When the potential difference applied by a fan motor or the like is large, It can be applied to devices that generate noise such as roar and devices that require noise reliability.
1 負荷
2 制御手段
3 電圧変更手段
4 電流検出手段
5 温度検出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load 2 Control means 3 Voltage change means 4 Current detection means 5 Temperature detection means
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104579038A (en) * | 2014-12-19 | 2015-04-29 | 广东威灵电机制造有限公司 | Refrigeration equipment and speed adjustment system of direct-current brushless fan for refrigeration equipment |
-
2010
- 2010-02-10 JP JP2010027243A patent/JP2011166947A/en active Pending
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