JP2016131414A - Switching power source - Google Patents
Switching power source Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016131414A JP2016131414A JP2015003862A JP2015003862A JP2016131414A JP 2016131414 A JP2016131414 A JP 2016131414A JP 2015003862 A JP2015003862 A JP 2015003862A JP 2015003862 A JP2015003862 A JP 2015003862A JP 2016131414 A JP2016131414 A JP 2016131414A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- determining
- error
- modulation
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 55
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 11
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 31
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 41
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源の変調方法に関するものであり、特に周波数変調を離散的に実行する方法に関する。 The present invention relates to a modulation method for a switching power supply, and more particularly to a method for discretely performing frequency modulation.
従来、直列共振コンバータを制御するための変調方法としては周波数変調を用いた方法が良く知られている。直列共振コンバータの一例を図3に示す。MOSFET12、MOSFET13、MOSFET14、MOSFET15がブリッジ接続され、その直流入力に直流電源11が、その交流出力にチョーク17、チョーク18とコンデンサ16からなる共振回路19が接続されている。トランス20の一次巻線がチョーク18に並列に接続され、トランス20の二次巻線にはダイオード21、ダイオード22、ダイオード23、ダイオード24がブリッジ接続された整流回路の交流入力が接続されている。整流回路の直流出力にはコンデンサ25が接続され、その両端には負荷26が接続されている。
Conventionally, a method using frequency modulation is well known as a modulation method for controlling a series resonant converter. An example of a series resonant converter is shown in FIG.
このコンバータに含まれる共振回路19のインピーダンスは周波数によって変化する。したがって、この直列共振コンバータのスイッチング周波数を変化させると、共振回路19を通過するエネルギーを変化させることができる。これが周波数変調を用いて直列共振コンバータを制御できる理由である。 The impedance of the resonance circuit 19 included in this converter varies depending on the frequency. Therefore, when the switching frequency of the series resonant converter is changed, the energy passing through the resonant circuit 19 can be changed. This is the reason why the series resonant converter can be controlled using frequency modulation.
非特許文献1では、このコンバータの周波数を変えた時に入力電圧と出力電圧の比がどのように変化するのかが明らかにされている。入力電圧をVin、出力電圧をVo、負荷抵抗をRL、チョーク17のインダクタンスをLr、チョーク18のインダクタンスをLm、コンデンサ16のキャパシタンスをCr、チョーク17のインダクタンスLrとコンデンサ16のキャパシタンスCrの共振周波数をfr、スイッチング周波数をf、トランスの巻数比をn:1とすると入出力電圧比nVo/Vinは以下の数式で表される。
この式を使うとスイッチング周波数を変えた時に入出力電圧比がどう変化するのかがわかる。図4は負荷抵抗RLを30Ω、チョーク17のインダクタンスLrを10μH、チョーク18のインダクタンスLmを100μH、コンデンサ16のキャパシタンスCrを0.33μF、トランスの巻数比nを1とした時のスイッチング周波数と入出力電圧比の関係を表したものである。
Using this equation, you can see how the input / output voltage ratio changes when the switching frequency is changed. FIG. 4 shows the switching frequency when the load resistance RL is 30Ω, the inductance Lr of the
直列共振コンバータの場合、ゼロ電圧スイッチングを実現する為に共振周波数よりも高いスイッチング周波数が使われることが一般的である。上記の定数ではチョーク17のインダクタンスLrとコンデンサ16のキャパシタンスCrの共振周波数は約87.6kHzであり、その時の入出力電圧比は1である。図4から明らかなように、共振周波数より高い周波数領域では周波数を上げるほど入出力電圧比が低下する。これは入力電圧が一定であれば出力電圧が低下することを意味する。すなわち一定の出力電圧を維持するためには、出力電圧が低すぎる時は周波数を下げ、出力電圧が高すぎる時は周波数を上げる動作となる。
In the case of a series resonant converter, a switching frequency higher than the resonant frequency is generally used to realize zero voltage switching. In the above constant, the resonance frequency of the inductance Lr of the
さてスイッチング電源は高電圧・大電流をスイッチング周波数で切り替えるという動作原理上、スイッチング周波数の高調波成分のノイズを発生させる問題がある。このノイズがAMラジオに影響を与えない様にするために、搬送波の周波数間隔の倍数にスイッチング周波数を設定する方法が特許文献1で示されている。
The switching power supply has a problem of generating noise of harmonic components of the switching frequency on the principle of switching high voltage and large current at the switching frequency. In order to prevent this noise from affecting the AM radio,
しかしながら直列共振コンバータを周波数変調で制御する場合、入力電圧や負荷の変動に応じてスイッチング周波数が連続的に変わる為に、搬送波の周波数間隔の倍数を外れることになる。したがって上記のノイズ対策を使えない問題があった。 However, when the series resonant converter is controlled by frequency modulation, the switching frequency is continuously changed in accordance with fluctuations in the input voltage and load, so that the multiple of the frequency interval of the carrier wave is deviated. Therefore, there is a problem that the above-mentioned noise countermeasure cannot be used.
一方、直列共振コンバータを周波数変調以外の変調方法を使って制御する方法もある。共振回路19に印加する電圧の実効値を増やせば共振回路19を通過するエネルギーが増え、電圧の実効値を減らせばエネルギーが減ることを利用すれば良い。そのためにはMOSFET12、MOSFET13、MOSFET14、MOSFET15からなるブリッジ回路をパルス幅変調する、あるいは位相シフト変調する方法が考えられる。ここでは位相シフト変調を用いて説明する。
On the other hand, there is also a method of controlling the series resonant converter using a modulation method other than frequency modulation. If the effective value of the voltage applied to the resonance circuit 19 is increased, the energy passing through the resonance circuit 19 is increased, and if the effective value of the voltage is decreased, the energy is decreased. For this purpose, a method of performing pulse width modulation or phase shift modulation on a bridge circuit including the
説明のため、直列共振コンバータをバッテリーチャージャーに応用した場合を考える。図3に図示した回路において入力電圧400V、チョーク17のインダクタンスLrが8.5μH、チョーク18のインダクタンスLmが204.6μH、コンデンサ16のキャパシタンスCrが0.33μF、トランスの巻数比が110:97である時に、スイッチング周波数fを90kHz、位相シフト量を0度、出力電圧Voを350Vとすると3300Wの電力が出力される。この時のコンデンサ16の電流波形を図5に示す。実効値は9.984Armsである。
For the sake of explanation, consider the case where a series resonant converter is applied to a battery charger. In the circuit shown in FIG. 3, the input voltage is 400V, the inductance Lr of the
バッテリーを放電して出力電圧が300Vまで低下してから再度充電する。ここで周波数変調をかけた場合のコンデンサ16の電流波形を図6に示す。周波数は192.1kHz、コンデンサ16の電流は11.40Armsとなった。
The battery is discharged and the output voltage drops to 300V, and then charged again. Here, the current waveform of the
周波数変調ではなく、スイッチング周波数fは90kHzのままで位相シフト変調をかけた場合のコンデンサ16の電流波形を図7に示す。コンデンサ16の電流は14.98Armsとなった。
FIG. 7 shows the current waveform of the
コンデンサ16の電流は共振回路19を流れるだけではなくMOSFET12、MOSFET13、MOSFET14、MOSFET15からなるブリッジ回路、トランス20、ダイオード21、ダイオード22、ダイオード23、ダイオード24からなるブリッジ回路、コンデンサ25にもその全部または一部が流れる。したがってこの電流の実効値が大きいと、この電流が流れる各部品で導通損失が大きくなり、放熱性能を上げる為に冷却部品の大型化が必要になって、この回路を使っている製品の大型化を招く。またこの電流のピーク値が大きいと、この電流が流れる各部品は定格電流の大きなものを使わなければならず、やはり大型化につながる。
したがって図6の周波数変調と図7の位相シフト変調を比べれば明らかなように、位相シフト変調には製品を大型化させる問題があった。
The current of the
Therefore, as apparent from the comparison between the frequency modulation of FIG. 6 and the phase shift modulation of FIG. 7, the phase shift modulation has a problem of increasing the size of the product.
ここに挙げた例はわずか50Vの出力電圧変動にすぎないが、例えば100セルのリチウムイオン電池を放電終止2.5V/セル、充電終止4.2V/セルで使った場合、出力電圧は250Vから420Vまで170Vも変動する。したがって周波数変調と位相シフト変調の差はさらに大きなものになる。 The example given here is only an output voltage fluctuation of only 50V. For example, when a 100-cell lithium ion battery is used at a discharge end of 2.5V / cell and a charge end of 4.2V / cell, the output voltage is from 250V. As much as 170V varies up to 420V. Therefore, the difference between frequency modulation and phase shift modulation is even greater.
この様に周波数変調には特許文献1で示されるノイズ対策が使えない問題が、位相シフト変調には製品の大型化を招く問題があった。
As described above, there is a problem that the countermeasure against noise shown in
本発明は周波数変調とそれ以外の変調方法を組み合わせ、周波数変調を離散的に実行することで上記の課題を解決する。 The present invention solves the above problem by combining frequency modulation and other modulation methods and discretely executing frequency modulation.
従来の変調方法は、例えば周波数変調の場合はスイッチング周波数の高調波成分のノイズがAMラジオに影響を与えない様にするために、搬送波の周波数間隔の倍数にスイッチング周波数を設定する手法が使えず、位相シフト変調の場合は出力電圧が変動した時に回路各部の実効値電流やピーク電流が大きくなって製品の大型化を招く問題があった。 In the conventional modulation method, for example, in the case of frequency modulation, a method of setting the switching frequency to a multiple of the frequency interval of the carrier cannot be used in order to prevent the noise of the harmonic component of the switching frequency from affecting the AM radio. In the case of phase shift modulation, when the output voltage fluctuates, there is a problem that the effective value current and peak current of each part of the circuit are increased, resulting in an increase in the size of the product.
本発明の第一のスイッチング電源は、目標値を設定する手段と、制御対象を計測する手段と、制御対象と目標値の偏差を誤差増幅する手段と、増幅された誤差から操作量を決定する手段と、操作量に応じて周波数を上げる・下げる・維持する動作のうちいずれか一つを決定する周波数変動決定手段と、前記決定を受けて所定の周波数の倍数になる様に周波数を決定する手段と、操作量と決定された周波数から駆動信号を生成する手段を持つことを特徴とする。なお操作量を決定する手段は省略することも可能である。 The first switching power supply of the present invention determines a manipulated value from the amplified error, a means for setting a target value, a means for measuring a control target, a means for amplifying a deviation between the control target and the target value, and an amplified error Means, frequency variation determining means for determining one of the operations for raising / lowering / maintaining the frequency according to the operation amount, and the frequency is determined to be a multiple of a predetermined frequency in response to the determination. And means for generating a drive signal from the operation amount and the determined frequency. The means for determining the operation amount can be omitted.
本発明の第二のスイッチング電源は、操作量あるいは増幅された誤差の値が所定の範囲を外れた時に、その外れた方向に応じて周波数を上げる、もしくは下げる動作を決定し、操作量あるいは増幅された誤差の値が所定の範囲内にある時に周波数を維持する動作を決定する周波数変動決定手段を持つことを特徴とする。 The second switching power supply according to the present invention determines the operation to increase or decrease the frequency according to the deviated direction when the manipulated variable or the amplified error value is out of the predetermined range, and manipulated quantity or amplified. It is characterized by having a frequency variation determining means for determining an operation for maintaining the frequency when the error value is within a predetermined range.
本発明の第三のスイッチング電源は、上限あるいは下限周波数の時に、駆動信号を生成する手段が操作量あるいは増幅された誤差を所定の範囲内に制約しないことを特徴とする。 The third switching power supply according to the present invention is characterized in that, at the upper limit or lower limit frequency, the means for generating the drive signal does not restrict the manipulated variable or the amplified error within a predetermined range.
本発明の第四のスイッチング電源は、所定の周波数として9kHzあるいは10kHzのいずれか一つを選択できることを特徴とする。 The fourth switching power supply of the present invention is characterized in that one of 9 kHz and 10 kHz can be selected as the predetermined frequency.
本発明のスイッチング電源には、次の効果がある。 The switching power supply of the present invention has the following effects.
第一に、スイッチング周波数がAMラジオ搬送波の周波数間隔の倍数になるように離散的に周波数変調することで、スイッチング周波数の高調波成分のノイズがAMラジオ受信機に与える影響をなくすことができる。
例えば日本向けの製品の場合は9kHzの倍数に(90kHz、99kHz、108kHz…)、米国向けの製品の場合は10kHzの倍数になる様に(90kHz、100kHz、110kHz…)スイッチング周波数を選択すれば良い。
First, by performing discrete frequency modulation so that the switching frequency is a multiple of the frequency interval of the AM radio carrier wave, it is possible to eliminate the influence of noise of harmonic components of the switching frequency on the AM radio receiver.
For example, in the case of a product for Japan, the switching frequency may be selected to be a multiple of 9 kHz (90 kHz, 99 kHz, 108 kHz ...), and in the case of a product for the United States, a multiple of 10 kHz (90 kHz, 100 kHz, 110 kHz ...). .
第二に、スイッチング周波数を周波数変調した場合の周波数に近づけた状態から位相シフト変調など別の変調をするので操作量が少なくて済み、共振電流の実効値とピーク値を低い状態に抑えることができる。したがって製品の大型化を避けることができる。 Secondly, since another modulation such as phase shift modulation is performed from the state close to the frequency when the switching frequency is modulated, the amount of operation is small, and the effective value and peak value of the resonance current can be suppressed to a low state. it can. Therefore, an increase in the size of the product can be avoided.
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかである。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 The mode for carrying out the present invention will be apparent from the following description of the preferred embodiments when read with reference to the accompanying drawings. However, the drawings are for explanation only and do not limit the technical scope of the present invention.
(実施例1の構成)
図1は本発明の第一のスイッチング電源の変調方法を表すブロック図である。制御対象2を計測手段3で計測し、目標値設定手段4の出力との偏差を誤差増幅手段5で増幅している。増幅された誤差から操作量決定手段6で操作量を決め、その結果を受けて周波数変動決定手段7で変動の有無と方向を決め、周波数決定手段8で決定した周波数と操作量から駆動信号生成手段9で駆動信号10を生成している。
(Configuration of Example 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a first switching power supply modulation method of the present invention. The control object 2 is measured by the measuring means 3, and the deviation from the output of the target value setting means 4 is amplified by the error amplifying means 5. An operation amount is determined by the operation amount determination means 6 from the amplified error, and the presence and direction of fluctuation is determined by the frequency variation determination means 7 in response to the result, and a drive signal is generated from the frequency and operation amount determined by the frequency determination means 8 The
(実施例1の動作)
制御対象2は装置の目的によって異なるが、一般的なスイッチング電源では出力電圧になり、バッテリーチャージャーの場合は出力電流になる。
(Operation of Example 1)
Although the control target 2 differs depending on the purpose of the apparatus, it is an output voltage in a general switching power supply, and an output current in the case of a battery charger.
計測手段3は色々な例が考えられるが、制御対象が電圧の場合は後段の誤差増幅手段5が扱えるような適切な電圧レベルに変換するために分圧・増幅する電圧変換手段が考えられ、制御対象が電流の場合は電流電圧変換手段が考えられる。デジタル制御の場合はA/D変換手段が含まれる。制御対象2と変調手段1を電気的に絶縁する必要がある場合は、絶縁手段も含まれる。
いずれの場合にせよ、計測手段3によって計測された制御対象2のデータは、アナログ制御の場合は電圧などの形で、デジタル制御の場合はデジタルデータの形で出力される。
Various examples of the measuring means 3 can be considered, but when the control target is a voltage, a voltage converting means for dividing and amplifying the voltage to convert it to an appropriate voltage level that can be handled by the error amplifying means 5 in the subsequent stage is conceivable. When the controlled object is current, current-voltage conversion means can be considered. In the case of digital control, A / D conversion means is included. When it is necessary to electrically insulate the control object 2 and the modulation means 1, an insulation means is also included.
In any case, the data of the controlled object 2 measured by the measuring means 3 is output in the form of voltage in the case of analog control and in the form of digital data in the case of digital control.
目標値設定手段4によって設定される目標値は、固定値の場合もあり状況によって値が変わる場合もある。例えばアナログ制御で固定値の場合、目標値設定手段4は基準電圧源となる。デジタル制御の場合は、記憶手段から読みだしたデジタル値を出力する場合や、通信手段によって送られた外部装置からの要求値を出力する場合がある。また状況によって値が変わる例としては、バッテリーを定電力充電する場合があるが、その場合目標値となる出力電流は「出力電圧÷バッテリー電圧」で算出される。
いずれの場合にせよ、目標値設定手段4によって設定される目標値は、アナログ制御の場合は電圧などの形で、デジタル制御の場合はデジタルデータの形で出力される。
The target value set by the target value setting means 4 may be a fixed value or may change depending on the situation. For example, in the case of a fixed value in analog control, the target value setting means 4 serves as a reference voltage source. In the case of digital control, there are cases where a digital value read from the storage means is output, or a request value sent from the external device sent by the communication means is output. In addition, as an example in which the value changes depending on the situation, there is a case where the battery is charged with constant power. In this case, the output current as the target value is calculated by “output voltage ÷ battery voltage”.
In any case, the target value set by the target value setting means 4 is output in the form of voltage or the like in the case of analog control and in the form of digital data in the case of digital control.
誤差増幅手段5によって、計測手段3の出力と目標値設定手段4の出力の偏差が増幅される。アナログ制御の場合は差動増幅回路による演算が、デジタル制御の場合はPI制御・PID制御等の演算式を用いた数値演算が実行される例が考えられる。 The error amplifying means 5 amplifies the deviation between the output of the measuring means 3 and the output of the target value setting means 4. In the case of analog control, an operation by a differential amplifier circuit may be performed, and in the case of digital control, a numerical operation using an arithmetic expression such as PI control or PID control may be executed.
誤差増幅手段5の出力は操作量決定手段6に入力される。操作量決定手段6の出力となる操作量は、駆動信号生成手段9で使う変調方式によって異なる意味の値となるが、例えばパルス幅変調の場合はパルス幅、位相シフト変調の場合は位相シフト量になる。
なお操作量決定手段6を省略し、誤差増幅手段5の出力を周波数変動決定手段7と駆動信号生成手段9に直接入力することも可能である。その場合のブロック図を図2に示す。
操作量は増幅された誤差から決まるので、操作量を使うことは間接的に増幅された誤差を使うことに等しく、両者の本質的な動作は変わらない。アナログ制御の場合、操作量決定手段6は省略されることが多く、デジタル制御の場合は演算された操作量がデジタルデータの形で出力される。
The output of the error amplifying means 5 is input to the manipulated variable determining means 6. The manipulated variable that is output from the manipulated variable determining unit 6 has a value that varies depending on the modulation method used in the drive signal generating unit 9. become.
It is also possible to omit the manipulated variable determining means 6 and directly input the output of the error amplifying means 5 to the frequency fluctuation determining means 7 and the drive signal generating means 9. A block diagram in that case is shown in FIG.
Since the manipulated variable is determined from the amplified error, using the manipulated variable is equivalent to using the indirectly amplified error, and the essential operation of both is not changed. In the case of analog control, the operation amount determining means 6 is often omitted, and in the case of digital control, the calculated operation amount is output in the form of digital data.
誤差増幅手段5の出力、あるいは操作量決定手段6の出力は周波数変動決定手段7に入力される。周波数変動決定手段7は操作量、あるいは増幅された誤差の値に応じて周波数を上げる・下げる・維持する動作のうちいずれか一つを決定する。
周波数を変動させる場合は、誤差の絶対値が小さくなる方向に変動させる。例えば駆動信号10が図3で示す直列共振コンバータのMOSFET12、MOSFET13、MOSFET14、MOSFET15を駆動する場合、前述したように周波数を上げるほど出力電圧が低下する領域で動作させることから、出力電圧が高すぎる誤差の場合は周波数を上げる方向に変動させ、出力電圧が低すぎる誤差の場合は周波数を下げる方向に変動させる。
The output of the error amplifying unit 5 or the output of the operation amount determining unit 6 is input to the frequency variation determining unit 7. The frequency variation determining means 7 determines one of the operations for increasing / decreasing / maintaining the frequency according to the manipulated variable or the value of the amplified error.
When the frequency is varied, the frequency is varied in a direction that decreases the absolute value of the error. For example, when the
周波数変動決定手段7の出力は周波数決定手段8に入力される。周波数決定手段8は、周波数を上げる指示の場合、現在の周波数に所定の値を加算して次の周波数とし、周波数を下げる指示の場合、現在の周波数から所定の値を減算して次の周波数とする。周波数を維持する指示の場合、現在の周波数を次の周波数とする。
アナログ制御の場合、周波数は例えばキャリア三角波の形で出力され、デジタル制御の場合は周波数がデジタルデータの形で出力される。
The output of the frequency variation determining means 7 is input to the frequency determining means 8. In the case of an instruction to increase the frequency, the frequency determination means 8 adds a predetermined value to the current frequency to be the next frequency, and in the case of an instruction to decrease the frequency, the frequency determination means 8 subtracts the predetermined value from the current frequency to the next frequency. And In the case of an instruction to maintain the frequency, the current frequency is set as the next frequency.
In the case of analog control, the frequency is output in the form of a carrier triangular wave, for example, and in the case of digital control, the frequency is output in the form of digital data.
誤差増幅手段5あるいは操作量決定手段6の出力と周波数決定手段8の出力が駆動信号生成手段9に入力される。例えばアナログ制御でパルス幅変調を用いる場合、駆動信号生成手段9は比較回路で構成される。デジタル制御の場合は計数回路や比較回路を組み合わせて所定の駆動信号9を生成する回路に対してデジタルデータを与える。 The output of the error amplifying means 5 or the operation amount determining means 6 and the output of the frequency determining means 8 are input to the drive signal generating means 9. For example, when pulse width modulation is used in analog control, the drive signal generation means 9 is configured by a comparison circuit. In the case of digital control, digital data is given to a circuit that generates a predetermined drive signal 9 by combining a counting circuit and a comparison circuit.
(実施例1の効果)
本発明の第一のスイッチング電源の変調方法によれば、周波数が連続的ではなく離散的に変動するので、適切な周波数を選ぶことで特許文献1に示されている様にスイッチング周波数の高調波成分のノイズがAMラジオ受信機に与える影響をなくすことができる。
(Effect of Example 1)
According to the first switching power supply modulation method of the present invention, the frequency fluctuates discretely rather than continuously. Therefore, by selecting an appropriate frequency, the harmonics of the switching frequency as shown in
またスイッチング周波数を周波数変調した場合の周波数に近づけた状態から位相シフト変調など別の変調をかけるので操作量が少なくて済み、共振電流の実効値とピーク値を低い状態に抑えることができる。したがって製品の大型化を避けることができる。このことを、具体的な波形例を示して説明する。 Further, since another modulation such as phase shift modulation is applied from the state close to the frequency when the switching frequency is frequency-modulated, the operation amount is small, and the effective value and peak value of the resonance current can be suppressed to a low state. Therefore, an increase in the size of the product can be avoided. This will be described with reference to specific waveform examples.
図3に図示した回路において、前述の回路定数で、入出力条件を入力電圧400V、出力電圧300V、出力電力3300Wに統一してコンデンサ16の電流波形がどのように改善されるのかを示す。
周波数変調した場合の実効値電流は図6に示す通り11.40Armsであり、この時のスイッチング周波数は192.1kHzである。
スイッチング周波数を90kHzとして位相シフト変調した時の実効値電流は、図7に示す通り14.98Armsである。
In the circuit shown in FIG. 3, it is shown how the current waveform of the
The effective value current in the case of frequency modulation is 11.40 Arms as shown in FIG. 6, and the switching frequency at this time is 192.1 kHz.
The effective value current when the phase shift modulation is performed at the switching frequency of 90 kHz is 14.98 Arms as shown in FIG.
図8はスイッチング周波数を100kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は14.33Armsに減った。
FIG. 8 shows a current waveform of the
図9はスイッチング周波数を110kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は13.79Armsに減った。
FIG. 9 shows a current waveform of the
図10はスイッチング周波数を120kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は13.30Armsに減った。
FIG. 10 shows a current waveform of the
図11はスイッチング周波数を130kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は12.92Armsに減った。
FIG. 11 shows a current waveform of the
図12はスイッチング周波数を140kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は12.54Armsに減った。
FIG. 12 shows a current waveform of the
図13はスイッチング周波数を150kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は12.22Armsに減った。
FIG. 13 shows a current waveform of the
図14はスイッチング周波数を160kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は11.96Armsに減った。
FIG. 14 shows a current waveform of the
図15はスイッチング周波数を170kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は11.69Armsに減った。
FIG. 15 shows a current waveform of the
図16はスイッチング周波数を180kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は11.47Armsに減った。
FIG. 16 shows a current waveform of the
図17はスイッチング周波数を190kHzとして位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流波形である。実効値電流は11.37Armsに減った。
FIG. 17 shows a current waveform of the
以上の様に同じ入出力条件でも、周波数を変えずに位相シフト変調した時のコンデンサ16の電流が14.98Armsであるのに対して、離散的周波数変調と位相シフト変調を組み合わせると11.37Armsまで減らすことができる。この電流は共振回路だけではなく他の部品にもその一部または全部が流れるので、それらの部品の導通損失を減らすことができ、冷却部品の大型化を避けることができる。またピーク電流が下がるので部品の定格電流を上げずに済み、それによっても製品の大型化を防ぐことができる。
As described above, even under the same input / output conditions, the current of the
ここでは位相シフト変調と組み合わせる例を示したが、パルス幅変調と組み合わせてもほぼ同じ効果を得られる。両者の違いは共振電流がピーク値からゼロに近い値に戻る時間がパルス幅変調の方が多少短い程度なので、電流波形がほとんど変わらないからである。 Here, an example in which phase shift modulation is combined is shown, but substantially the same effect can be obtained even in combination with pulse width modulation. The difference between the two is that since the time for the resonance current to return from the peak value to a value close to zero is slightly shorter in the pulse width modulation, the current waveform hardly changes.
(実施例2の構成)
本発明の第二のスイッチング電源の変調方法のブロック図は第一の変調方法と変わらないが、周波数変動決定手段7の動作が異なる。本発明の第二のスイッチング電源の変調方法における周波数変動決定手段7は、操作量あるいは増幅された誤差の値が所定の範囲を外れた時に、その外れた方向に応じて周波数を上げる、もしくは下げる動作を決定し、操作量あるいは増幅された誤差の値が所定の範囲内にある時に周波数を維持する動作を決定する。
(Configuration of Example 2)
The block diagram of the second switching power supply modulation method of the present invention is not different from the first modulation method, but the operation of the frequency variation determining means 7 is different. The frequency variation determining means 7 in the second switching power supply modulation method of the present invention increases or decreases the frequency according to the deviating direction when the manipulated variable or the amplified error value deviates from the predetermined range. The operation is determined, and the operation for maintaining the frequency is determined when the manipulated variable or the amplified error value is within a predetermined range.
(実施例2の動作)
図18は負荷が重くなった時の周波数と位相シフト量の時間的変動を表す図である。
最初、周波数130kHzで動作しており、時間と共に位相シフト量が減って出力電力を増やしている。位相シフト量が0度に達すると、それ以上出力電力を増やせないので周波数を120kHzに下げるとともに位相シフト量を180度に変更する。その後、位相シフト変調で制御し、位相シフト量が0度に達すると周波数を下げるという動作を繰り返して、定常状態に達する。
(Operation of Example 2)
FIG. 18 is a diagram showing temporal variation of the frequency and the phase shift amount when the load becomes heavy.
Initially, it operates at a frequency of 130 kHz, and the amount of phase shift decreases with time to increase the output power. When the phase shift amount reaches 0 degrees, the output power cannot be increased any more, so the frequency is lowered to 120 kHz and the phase shift amount is changed to 180 degrees. Thereafter, control is performed by phase shift modulation, and when the phase shift amount reaches 0 degrees, the operation of decreasing the frequency is repeated to reach a steady state.
負荷が重くなる場合は図18の動作で良いのだが、負荷が軽くなる時はこの方法では周波数が切替わらない問題がある。このことを図19で説明する。
図19は負荷が軽くなった時の周波数と位相シフト量の時間的変動を表す図である。90kHzで動作しており、時間と共に位相シフト量が増えて出力電力を減らしているが、位相を180度ずらせば無負荷まで対応できるので、全く周波数が切替わらないままで定常状態に達する。これでは周波数が下がる一方で、上がることはない。
When the load becomes heavy, the operation of FIG. 18 is sufficient, but when the load becomes light, there is a problem that the frequency is not switched by this method. This will be described with reference to FIG.
FIG. 19 is a diagram showing temporal variation of the frequency and the phase shift amount when the load is lightened. Although operating at 90 kHz, the amount of phase shift increases with time and the output power is reduced. However, if the phase is shifted 180 degrees, no load can be accommodated, so that the steady state is reached without switching the frequency at all. This reduces the frequency but does not increase it.
この問題は周波数を切替える位相シフト量を変更することで対処できる。このことを図20で説明する。
図20は周波数を切替える位相シフト量を180度から60度に変更した場合の周波数と位相シフト量の時間的変動を表す図である。最初は90kHzで動作しており、時間と共に位相シフト量が増えて出力電力を減らしている。位相シフト量が60度に達した時点でまだ定常状態に達していないため、周波数が100kHzに上がるとともに位相シフト量を0度に戻している。以下、同じことを繰り返して周波数110kHzで定常状態に達している。
This problem can be dealt with by changing the phase shift amount for switching the frequency. This will be described with reference to FIG.
FIG. 20 is a diagram illustrating the temporal variation of the frequency and the phase shift amount when the phase shift amount for switching the frequency is changed from 180 degrees to 60 degrees. Initially, it operates at 90 kHz, and the amount of phase shift increases with time to reduce output power. Since the steady state has not yet been reached when the phase shift amount reaches 60 degrees, the frequency increases to 100 kHz and the phase shift amount is returned to 0 degrees. Thereafter, the same process is repeated to reach a steady state at a frequency of 110 kHz.
(実施例2の効果)
以上の説明の様に、操作量あるいは増幅された誤差の値が所定の範囲を外れた時に、その外れた方向に応じて周波数を上げる、もしくは下げる動作を決定し、操作量あるいは増幅された誤差の値が所定の範囲内にある時に周波数を維持する動作を決定することで、離散的周波数変調と他の変調方法を組み合わせて変調することができる。
(Effect of Example 2)
As described above, when the manipulated variable or amplified error value is out of the predetermined range, the operation to increase or decrease the frequency is determined according to the deviated direction, and the manipulated variable or amplified error is determined. By determining the operation of maintaining the frequency when the value of is within a predetermined range, it is possible to perform modulation by combining discrete frequency modulation and other modulation methods.
図7から図17を見ればわかるように、周波数は周波数変調した時の周波数192.1kHzにより近づけたほうが、電流の実効値とピーク値を減らす意味で望ましい。その為には周波数を切替える上限位相シフト量を60度からさらに下げればよい。 As can be seen from FIG. 7 to FIG. 17, it is desirable that the frequency be closer to the frequency of 192.1 kHz when frequency modulation is performed in order to reduce the effective value and peak value of the current. For this purpose, the upper limit phase shift amount for switching the frequency may be further reduced from 60 degrees.
位相シフト変調は離散的周波数変調と組み合わせる他の変調方法の一例であり、例えばパルス幅変調など他の変調方法と組み合わせることも可能である。パルス幅変調の場合の変調量はパルス幅であるが、パルス幅はなるべく大きい方が電流の実効値を小さくする意味で望ましいので、上限パルス幅ではなく下限パルス幅を制約すべきであるなど、変調方法に合わせたアレンジは必要である。
しかしながら操作量あるいは増幅された誤差の値が所定の範囲を外れた時に、その外れた方向に応じて周波数を上げる、もしくは下げる動作を決定し、操作量あるいは増幅された誤差の値が所定の範囲内にある時に周波数を維持する動作を決定する動作は、位相シフト変調でもパルス幅変調でも変わらない。
Phase shift modulation is an example of another modulation method combined with discrete frequency modulation, and can also be combined with other modulation methods such as pulse width modulation. The modulation amount in the case of pulse width modulation is the pulse width, but it is desirable to make the pulse width as large as possible in order to reduce the effective value of the current, so the lower limit pulse width should be constrained instead of the upper limit pulse width, etc. Arrangement according to the modulation method is necessary.
However, when the manipulated variable or amplified error value deviates from the predetermined range, the operation to increase or decrease the frequency is determined according to the deviated direction, and the manipulated variable or amplified error value falls within the predetermined range. The operation of determining the operation of maintaining the frequency when it is within is the same for either phase shift modulation or pulse width modulation.
(実施例3の構成)
本発明の第三のスイッチング電源の変調方法のブロック図は第一の変調方法と変わらないが、上限あるいは下限周波数の時に駆動信号生成手段9が操作量あるいは増幅された誤差を所定の範囲内に制約しない点が異なる。
(Configuration of Example 3)
The block diagram of the third switching power supply modulation method of the present invention is the same as the first modulation method, but the drive signal generation means 9 keeps the manipulated variable or amplified error within a predetermined range at the upper limit or lower limit frequency. The difference is that there are no restrictions.
(実施例3の動作)
位相シフト変調と組み合わせた場合について説明する。
周波数が上限周波数に達した場合に位相シフト量を180度ではなく例えば60度に制約すると、図3の回路定数にもよるが無負荷に対応できない恐れがある。その場合は、上限周波数で動作している時のみ位相シフト量の上限を180度とすれば良い。
(Operation of Example 3)
A case of combining with phase shift modulation will be described.
If the phase shift amount is constrained to 60 degrees instead of 180 degrees when the frequency reaches the upper limit frequency, it may not be possible to cope with no load depending on the circuit constants of FIG. In that case, the upper limit of the phase shift amount may be set to 180 degrees only when operating at the upper limit frequency.
(実施例3の効果)
周波数は周波数変調した時の周波数により近づけたほうが、電流の実効値とピーク値を減らす意味で望ましく、その為には周波数を切替える上限位相シフト量は小さい方が望ましい。しかし上限位相シフト量が小さいと、周波数が上限周波数に達した場合に無負荷に対応できない可能性が高まる。
上限周波数で動作している時のみ位相シフト量の上限を180度とすれば、上限位相シフト量を充分小さくしつつ、無負荷まで確実に制御することができる。
(Effect of Example 3)
It is desirable that the frequency be closer to the frequency at the time of frequency modulation in order to reduce the effective value and peak value of the current. For this purpose, it is desirable that the upper limit phase shift amount for switching the frequency is small. However, if the upper limit phase shift amount is small, there is an increased possibility that no load can be handled when the frequency reaches the upper limit frequency.
If the upper limit of the phase shift amount is set to 180 degrees only when operating at the upper limit frequency, the upper limit phase shift amount can be reliably controlled to no load while sufficiently reducing the upper limit phase shift amount.
(実施例4の構成)
本発明の第四のスイッチング電源の変調方法のブロック図は第一の変調方法と変わらないが、周波数決定手段8の所定の周波数が9kHzあるいは10kHzのいずれか一つに限定されている点が異なる。
(Configuration of Example 4)
The block diagram of the fourth switching power supply modulation method of the present invention is the same as that of the first modulation method, except that the predetermined frequency of the frequency determining means 8 is limited to either 9 kHz or 10 kHz. .
(実施例4の動作)
周波数決定手段8の所定の周波数が9kHzあるいは10kHzのいずれか一つに限定されているため、決定された周波数は9kHzの倍数あるいは10kHzの倍数に限定される。
(Operation of Example 4)
Since the predetermined frequency of the frequency determining means 8 is limited to any one of 9 kHz and 10 kHz, the determined frequency is limited to a multiple of 9 kHz or a multiple of 10 kHz.
(実施例4の効果)
しかしながら特許文献1に示されている様に、世界のAMラジオの放送用搬送波は、その周波数間隔が9kHzあるいは10kHzの二つに分かれているので、この二つのどちらかを選択できれば、全世界でスイッチング周波数の高調波成分のノイズがAMラジオに影響を与えない様にする目的を達成することができる。
(Effect of Example 4)
However, as shown in
なおこれまでの説明で直列共振コンバータを例に挙げてきたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば並列共振を利用したコンバータや、あるいは複数の共振回路を利用したコンバータであっても、周波数変調とそれ以外の変調方法を組み合わせて制御する事さえできれば、本発明を利用して同等の効果を得られる。 Although the series resonant converter has been described as an example in the above description, the present invention is not limited to this. For example, even if a converter using parallel resonance or a converter using a plurality of resonance circuits can be controlled by combining frequency modulation and other modulation methods, the present invention can be used to achieve the same effect. can get.
1 変調手段
2 制御対象
3 計測手段
4 目標値設定手段
5 誤差増幅手段
6 操作量決定手段
7 周波数変動決定手段
8 周波数決定手段
9 駆動信号生成手段
10 駆動信号
11 直流電源
12−15 MOSFET
16 コンデンサ
17 チョーク
18 チョーク
19 共振回路
20 トランス
21−24 ダイオード
25 コンデンサ
26 負荷
DESCRIPTION OF
16
Claims (7)
制御対象を計測する計測手段と、
前記目標値設定手段の出力値と前記計測手段の出力値の差を増幅する誤差増幅手段と、
前記誤差増幅手段で増幅された誤差の値に基づいて周波数を上げる・下げる・維持する動作のうちいずれか一つを決定する周波数変動決定手段と、
前記周波数変動決定手段の決定に基づいて所定の周波数の倍数になる様に周波数を決定する周波数決定手段と、
前記誤差増幅手段で増幅された誤差の値と前記周波数決定手段で決定された周波数に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
を持つことを特徴とするスイッチング電源。 Target value setting means for setting a target value;
A measuring means for measuring a control object;
Error amplifying means for amplifying the difference between the output value of the target value setting means and the output value of the measuring means;
A frequency variation determining means for determining any one of the operations of raising, lowering and maintaining the frequency based on the value of the error amplified by the error amplifying means;
Frequency determining means for determining a frequency so as to be a multiple of a predetermined frequency based on the determination of the frequency variation determining means;
Drive signal generation means for generating a drive signal based on the error value amplified by the error amplification means and the frequency determined by the frequency determination means;
A switching power supply characterized by having.
制御対象を計測する計測手段と、
前記目標値設定手段の出力値と前記計測手段の出力値の差を増幅する誤差増幅手段と、
前記誤差増幅手段で増幅された誤差の値に基づいて操作量を決定する操作量決定手段と、
前記操作量決定手段で決定された操作量に基づいて周波数を上げる・下げる・維持する動作のうちいずれか一つを決定する周波数変動決定手段と、
前記周波数変動決定手段の決定に基づいて所定の周波数の倍数になる様に周波数を決定する周波数決定手段と、
前記操作量決定手段で決定された操作量と前記周波数決定手段で決定された周波数に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
を持つことを特徴とするスイッチング電源。 Target value setting means for setting a target value;
A measuring means for measuring a control object;
Error amplifying means for amplifying the difference between the output value of the target value setting means and the output value of the measuring means;
An operation amount determining means for determining an operation amount based on the value of the error amplified by the error amplifying means;
A frequency variation determining means for determining any one of the operations for raising, lowering and maintaining the frequency based on the manipulated variable determined by the manipulated variable determining means;
Frequency determining means for determining a frequency so as to be a multiple of a predetermined frequency based on the determination of the frequency variation determining means;
Drive signal generation means for generating a drive signal based on the operation amount determined by the operation amount determination means and the frequency determined by the frequency determination means;
A switching power supply characterized by having.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015003862A JP2016131414A (en) | 2015-01-13 | 2015-01-13 | Switching power source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015003862A JP2016131414A (en) | 2015-01-13 | 2015-01-13 | Switching power source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016131414A true JP2016131414A (en) | 2016-07-21 |
Family
ID=56415957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015003862A Pending JP2016131414A (en) | 2015-01-13 | 2015-01-13 | Switching power source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016131414A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021531719A (en) * | 2018-07-16 | 2021-11-18 | ルノー エス.ア.エス.Renault S.A.S. | A method for controlling the frequency of the input voltage of a DC-DC converter |
US11234303B2 (en) | 2018-01-16 | 2022-01-25 | Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. | Vehicular lighting control device |
JP7513638B2 (en) | 2019-05-29 | 2024-07-09 | ルノー エス.ア.エス. | Method for controlling a DC-DC converter for a bidirectional charger for charging a storage battery - Patents.com |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02131364A (en) * | 1988-11-02 | 1990-05-21 | Hitachi Medical Corp | Resonance-type dc-dc converter |
JP2003088101A (en) * | 2001-07-04 | 2003-03-20 | Fuji Electric Co Ltd | Automotive DC-DC converter |
JP2014018026A (en) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Denso Corp | Switching power-supply circuit |
JP2014239620A (en) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | ソニー株式会社 | Switching power supply apparatus, switching power supply control method, and electronic apparatus |
-
2015
- 2015-01-13 JP JP2015003862A patent/JP2016131414A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02131364A (en) * | 1988-11-02 | 1990-05-21 | Hitachi Medical Corp | Resonance-type dc-dc converter |
JP2003088101A (en) * | 2001-07-04 | 2003-03-20 | Fuji Electric Co Ltd | Automotive DC-DC converter |
JP2014018026A (en) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Denso Corp | Switching power-supply circuit |
JP2014239620A (en) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | ソニー株式会社 | Switching power supply apparatus, switching power supply control method, and electronic apparatus |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11234303B2 (en) | 2018-01-16 | 2022-01-25 | Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. | Vehicular lighting control device |
DE112018006871B4 (en) | 2018-01-16 | 2023-03-02 | Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. | VEHICLE LIGHTING CONTROL DEVICE |
JP2021531719A (en) * | 2018-07-16 | 2021-11-18 | ルノー エス.ア.エス.Renault S.A.S. | A method for controlling the frequency of the input voltage of a DC-DC converter |
JP7383002B2 (en) | 2018-07-16 | 2023-11-17 | ルノー エス.ア.エス. | Method for controlling the frequency of the input voltage of a DC-DC converter |
JP7513638B2 (en) | 2019-05-29 | 2024-07-09 | ルノー エス.ア.エス. | Method for controlling a DC-DC converter for a bidirectional charger for charging a storage battery - Patents.com |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10153712B2 (en) | Circulating current injection control | |
US9190899B2 (en) | Power factor correction (PFC) circuit configured to control high pulse load current and inrush current | |
WO2015090236A1 (en) | Integrated circuit for controlling switch power supply and switch power supply | |
JP6752335B2 (en) | DC / DC converter | |
US20150180345A1 (en) | Multi-mode control of a full bridge resonant converter | |
JPWO2010061653A1 (en) | PFC converter | |
EP2462683B1 (en) | Controlling power loss in a switched-capacitor power converter | |
US9130469B2 (en) | Primary-side feedback controlled AC/DC converter with an improved error amplifier | |
JP2014050143A (en) | Z-source inverter | |
JP5780879B2 (en) | Power amplifier and power transmission device | |
JP2013236428A (en) | Dc conversion device | |
JP2016131414A (en) | Switching power source | |
US8659271B2 (en) | Fixed-on-time controller utilizing an adaptive saw signal for discontinuous mode PFC power conversion | |
JP6142926B2 (en) | Power converter | |
Lee et al. | Derivation of DCM/CCM boundary and ideal duty-ratio feedforward for three-level boost rectifier | |
Li et al. | LED driver based on novel ripple cancellation technique for flicker‐free operation and reduced power processing | |
JP6158125B2 (en) | Power converter | |
CN105591535B (en) | A kind of power factor control method and device | |
JP5318966B2 (en) | DC / DC converter | |
Zou et al. | Design, analyses and validation of sliding mode control for a dab dc-dc converter | |
WO2021009532A1 (en) | Power conversion device and method for controlling same | |
JP6761334B2 (en) | Switching power supply | |
JP2017046403A (en) | Inverter control circuit, inverter control method, and power supply device | |
Lim et al. | Analysis and control of synchronous rectification for MHz class-E resonant rectifier with load variation | |
JP2014230340A (en) | Control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171228 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180928 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181003 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190326 |