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JP7449802B2 - power supply - Google Patents
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Description

本発明は、誘導性負荷に直流電流を供給する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device that supplies direct current to an inductive load.

誘導性負荷としては、超伝導電磁石が知られている(例えば、特許文献1参照)。超伝導電磁石は、定電流源の電源装置によって直流電流が供給されると強力な磁場を発生させることができ、様々な用途に活用されている。 A superconducting electromagnet is known as an inductive load (for example, see Patent Document 1). Superconducting electromagnets can generate strong magnetic fields when supplied with direct current from a constant current source power supply, and are used in a variety of applications.

一方で、超伝導電磁石は、非常に大きなインダクタンス値を有するため、電流の微小な変化でも誘導起電力による電圧のオーバーシュートが発生する。最悪の場合、電圧のオーバーシュートはクエンチ現象を招き、超伝導電磁石のコイルを焼損させることにつながる。このため、超伝導電磁石に直流電流を供給する電源装置は、非常に高安定で低リプルの電流出力が要求される。 On the other hand, since superconducting electromagnets have a very large inductance value, even a small change in current causes voltage overshoot due to induced electromotive force. In the worst case, voltage overshoot can lead to a quench phenomenon, which can lead to burning out of the superconducting electromagnet's coil. For this reason, a power supply device that supplies direct current to a superconducting electromagnet is required to have extremely stable current output with low ripple.

電源装置は、超伝導電磁石に直流電流を供給するリニアレギュレータ部と、リニアレギュレータ部のフィードバック制御を行う制御部とを備える。制御部は、リニアレギュレータ部から出力される直流電流の電流値が所定の目標値に近づくように制御信号を生成し、生成した制御信号をリニアレギュレータ部に出力してフィードバック制御を行う。 The power supply device includes a linear regulator section that supplies direct current to the superconducting electromagnet, and a control section that performs feedback control of the linear regulator section. The control section generates a control signal so that the current value of the direct current output from the linear regulator section approaches a predetermined target value, and outputs the generated control signal to the linear regulator section to perform feedback control.

制御信号の制御指令値は、リニアレギュレータ部から出力される直流電流の電流値と相関関係を有する。しかしながら、起動時(電流ゼロからの立上り時)など制御指令値が小さいときには、リニアレギュレータ部が動作しないため、直流電流の電流値が直流電流の目標値に追従しない。言い換えれば、従来の電源装置には、制御指令値を大きくしてもリニアレギュレータ部から出力される直流電流の電流値が大きくならない領域(不感帯域)が存在する(図6参照)。 The control command value of the control signal has a correlation with the current value of the direct current output from the linear regulator section. However, when the control command value is small, such as during startup (when the current rises from zero), the linear regulator section does not operate, so the current value of the DC current does not follow the target value of the DC current. In other words, in the conventional power supply device, there is a region (dead band) in which the current value of the direct current output from the linear regulator section does not increase even if the control command value is increased (see FIG. 6).

この不感帯域により、目標値に対する電流値の追従性が損なわれる。そして、不感帯域を越えたときに電流値が目標値に追従し始めると、電流値に急勾配(di/dt)が生じ、超伝導電磁石に電圧のオーバーシュート(L・di/dt)が発生してしまう。 This dead zone impairs the ability of the current value to follow the target value. When the current value begins to follow the target value when the dead band is exceeded, a steep slope (di/dt) occurs in the current value, and a voltage overshoot (L・di/dt) occurs in the superconducting electromagnet. Resulting in.

特開2016-46427号公報JP2016-46427A

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、起動時に発生する電圧のオーバーシュートを抑制可能な電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply device that can suppress voltage overshoot that occurs during startup.

上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、
誘導性負荷に直流電流を供給する電源装置であって、
直流電圧を出力する直流源と、
前記直流源から出力された前記直流電圧を降圧し、前記誘導性負荷に前記直流電流を供給するリニアレギュレータ部と、
前記リニアレギュレータ部から出力される前記直流電流の電流値を前記直流電流の目標値に近づけるための制御信号を生成し、前記制御信号を前記リニアレギュレータ部に出力して、前記リニアレギュレータ部のフィードバック制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記制御信号の制御指令値が常に0よりも大となるように、前記制御指令値に所定のオフセット値を含ませることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a power supply device according to the present invention includes:
A power supply device that supplies direct current to an inductive load,
a DC source that outputs DC voltage;
a linear regulator unit that steps down the DC voltage output from the DC source and supplies the DC current to the inductive load;
Generating a control signal for bringing the current value of the DC current output from the linear regulator section closer to the target value of the DC current, outputting the control signal to the linear regulator section, and providing feedback of the linear regulator section. A control unit that performs control;
The control unit includes:
The present invention is characterized in that the control command value includes a predetermined offset value so that the control command value of the control signal is always greater than zero.

この構成によれば、制御部は制御信号の制御指令値に所定のオフセット値を含ませるので、起動時であっても、制御指令値が0よりもオフセット値の分だけ大となる。これにより、起動直後からリニアレギュレータ部を動作させることができるため、直流電流の電流値を目標値に追従させることができる。したがって、この構成によれば、誘導性負荷において発生する電圧のオーバーシュートを抑制できる。 According to this configuration, the control unit includes the predetermined offset value in the control command value of the control signal, so that the control command value is larger than 0 by the offset value even at the time of startup. Thereby, the linear regulator section can be operated immediately after startup, so that the current value of the DC current can be made to follow the target value. Therefore, with this configuration, it is possible to suppress voltage overshoot occurring in the inductive load.

上記電源装置において、
前記制御部は、
前記電流値と前記目標値との誤差に対応した誤差信号を生成する第1演算回路と、
前記誤差信号に基づいて、前記電流値を前記目標値に近づけるための第1制御信号を生成する応答回路と、
前記オフセット値に関するオフセット信号を生成するオフセット回路と、
前記第1制御信号に前記オフセット信号を加算した第2制御信号を生成し、前記第2制御信号を前記制御信号として前記リニアレギュレータ部に出力する第2演算回路と、
を備えるよう構成できる。
In the above power supply device,
The control unit includes:
a first arithmetic circuit that generates an error signal corresponding to an error between the current value and the target value;
a response circuit that generates a first control signal for bringing the current value closer to the target value based on the error signal;
an offset circuit that generates an offset signal regarding the offset value;
a second arithmetic circuit that generates a second control signal by adding the offset signal to the first control signal, and outputs the second control signal as the control signal to the linear regulator section;
It can be configured to have

上記電源装置において、
前記第2演算回路は、オペアンプ加算回路であってもよい。
In the above power supply device,
The second arithmetic circuit may be an operational amplifier addition circuit.

上記電源装置において、
前記リニアレギュレータ部は、直列接続された複数のトランジスタを含み、
前記オフセット値は、前記トランジスタにベース電流を流すために必要な電圧値に設定されていてもよい。
In the above power supply device,
The linear regulator section includes a plurality of transistors connected in series,
The offset value may be set to a voltage value necessary to cause a base current to flow through the transistor.

本発明によれば、起動時に電圧のオーバーシュートを抑制可能な電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power supply device that can suppress voltage overshoot at startup.

本発明に係る電源装置を示す図である。1 is a diagram showing a power supply device according to the present invention. 本発明のオフセット回路および第2演算回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an offset circuit and a second arithmetic circuit of the present invention. 本発明のフィードバック制御を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining feedback control of the present invention. 比較例に係る電源装置の動作を説明するための波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of a power supply device according to a comparative example. 本発明に係る電源装置の動作を説明するための波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the power supply device according to the present invention. 不感帯域を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a dead zone.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電源装置の実施形態について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a power supply device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1に、本発明の一実施形態に係る電源装置100を示す。電源装置100は、直流源110と、リニアレギュレータ部120と、電流検出手段130と、制御部140とを備え、超伝導電磁石200(本発明の「誘導性負荷」に相当)に直流電流Iを供給する。 FIG. 1 shows a power supply device 100 according to an embodiment of the present invention. The power supply device 100 includes a DC source 110, a linear regulator section 120, a current detection means 130, and a control section 140, and supplies a DC current I to a superconducting electromagnet 200 (corresponding to the "inductive load" of the present invention). supply

直流源110は、直流電圧を出力するよう構成される。直流源110は、出力する直流電圧に生じるリプルがppmオーダー以下であることが好ましい。本実施形態では、直流源110はDC/DCコンバータを含む。 DC source 110 is configured to output a DC voltage. It is preferable that the DC source 110 has ripples generated in the DC voltage it outputs on the order of ppm or less. In this embodiment, DC source 110 includes a DC/DC converter.

リニアレギュレータ部120は、直流源110から出力された直流電圧を降圧し、超伝導電磁石200に直流電流Iを供給するよう構成される。本実施形態では、リニアレギュレータ部120は、第1レギュレータ部121と、第2レギュレータ部122と、第3レギュレータ部123と、複数の抵抗とを含む。 The linear regulator section 120 is configured to step down the DC voltage output from the DC source 110 and supply a DC current I to the superconducting electromagnet 200. In this embodiment, the linear regulator section 120 includes a first regulator section 121, a second regulator section 122, a third regulator section 123, and a plurality of resistors.

第1レギュレータ部121および第2レギュレータ部122は、各1つのトランジスタで構成される。第3レギュレータ部123は、超伝導電磁石200に大電流の直流電流Iを供給するため、並列接続された複数(例えば、200個)のトランジスタで構成される。第1レギュレータ部121、第2レギュレータ部122および第3レギュレータ部123は、電流増幅率を高めるために多段に直列接続されている。 The first regulator section 121 and the second regulator section 122 each include one transistor. The third regulator section 123 is composed of a plurality of (for example, 200) transistors connected in parallel to supply a large DC current I to the superconducting electromagnet 200. The first regulator section 121, the second regulator section 122, and the third regulator section 123 are connected in series in multiple stages to increase the current amplification factor.

電流検出手段130は、リニアレギュレータ部120と超伝導電磁石200とを接続する電力線に設けられている。電流検出手段130は、リニアレギュレータ部120から出力されて超伝導電磁石200に供給される直流電流Iの電流値Ioutを検出し、検出した電流値Ioutに対応する信号(例えば、電圧信号)を制御部140に出力する。本実施形態では、電流検出手段130はカレントトランスを含む。 Current detection means 130 is provided on a power line connecting linear regulator section 120 and superconducting electromagnet 200. The current detection means 130 detects a current value Iout of the DC current I output from the linear regulator section 120 and supplied to the superconducting electromagnet 200, and controls a signal (for example, a voltage signal) corresponding to the detected current value Iout. 140. In this embodiment, the current detection means 130 includes a current transformer.

制御部140は、直流電流Iの電流値Ioutを所定の目標値Irefに近づけるための制御信号を生成し、当該制御信号をリニアレギュレータ部120に出力して、リニアレギュレータ部120のフィードバック制御を行うよう構成される。本実施形態では、制御部140は、第1演算回路141と、応答回路142と、オフセット回路143と、第2演算回路144とを備える。 The control unit 140 generates a control signal for bringing the current value Iout of the DC current I closer to a predetermined target value Iref, outputs the control signal to the linear regulator unit 120, and performs feedback control of the linear regulator unit 120. It is configured like this. In this embodiment, the control unit 140 includes a first arithmetic circuit 141, a response circuit 142, an offset circuit 143, and a second arithmetic circuit 144.

第1演算回路141は、直流電流Iの電流値Ioutと直流電流Iの目標値Irefとの誤差(差分)に対応した誤差信号Verrを生成するよう構成される。本実施形態では、第1演算回路141は、少なくとも1つのオペアンプを含む誤差増幅器で構成される。第1演算回路141には、電流検出手段130から直流電流Iの電流値Ioutに対応した電圧信号が入力されるとともに、外部(例えば、電源装置100の外部に設けられたマイコン)から直流電流Iの目標値Irefに対応した電圧信号が入力される。第1演算回路141は、これらの電圧信号の電圧差を増幅して誤差信号Verrを生成する。 The first arithmetic circuit 141 is configured to generate an error signal Verr corresponding to the error (difference) between the current value Iout of the DC current I and the target value Iref of the DC current I. In this embodiment, the first arithmetic circuit 141 is configured with an error amplifier including at least one operational amplifier. The first arithmetic circuit 141 receives a voltage signal corresponding to the current value Iout of the DC current I from the current detection means 130, and also receives the DC current I from the outside (for example, a microcomputer provided outside the power supply 100). A voltage signal corresponding to the target value Iref is input. The first arithmetic circuit 141 amplifies the voltage difference between these voltage signals and generates an error signal Verr.

応答回路142は、誤差信号Verrに基づいて、直流電流Iの電流値Ioutを目標値Irefに近づけるための第1制御信号Vaを生成するよう構成される。本実施形態では、応答回路142は、増幅率を高めるために多段接続された複数のオペアンプを含む回路で構成される。なお、第1制御信号Vaの制御指令値(以下、「第1制御指令値」)は、従来の電源装置における制御信号の制御指令値に相当する。 The response circuit 142 is configured to generate a first control signal Va for bringing the current value Iout of the DC current I closer to the target value Iref based on the error signal Verr. In this embodiment, the response circuit 142 is configured of a circuit including a plurality of operational amplifiers connected in multiple stages to increase the amplification factor. Note that the control command value of the first control signal Va (hereinafter referred to as "first control command value") corresponds to the control command value of the control signal in a conventional power supply device.

オフセット回路143は、オフセット値に関するオフセット信号Vbを生成するよう構成される。オフセット信号Vbは、第2演算回路144において、第1制御信号Vaに加算される。図2に示すように、本実施形態のオフセット回路143は、抵抗R1,R2からなる直列回路と、一端が抵抗R1,R2の接続点に接続されたコンデンサC1とを含む。オフセット回路143は、所定の電圧Veeを抵抗R1,R2で分圧したオフセット電圧を生成し、当該オフセット電圧に対応する電圧信号をオフセット信号Vbとして第2演算回路144に出力する。 Offset circuit 143 is configured to generate an offset signal Vb regarding the offset value. The offset signal Vb is added to the first control signal Va in the second arithmetic circuit 144. As shown in FIG. 2, the offset circuit 143 of this embodiment includes a series circuit made up of resistors R1 and R2, and a capacitor C1 whose one end is connected to the connection point of the resistors R1 and R2. The offset circuit 143 generates an offset voltage by dividing a predetermined voltage Vee by resistors R1 and R2, and outputs a voltage signal corresponding to the offset voltage to the second arithmetic circuit 144 as an offset signal Vb.

オフセット電圧の電圧値(オフセット値)は、リニアレギュレータ部120を構成するトランジスタにベース電流を流してリニアレギュレータ部120を動作可能な状態にするために必要な電圧値に設定されている。すなわち、上記トランジスタにベース電流を流すために必要な電圧値がX(例えば、X=1.0)[V]の場合、オフセット電圧をX[V]にすることが好ましい。 The voltage value (offset value) of the offset voltage is set to a voltage value necessary to cause a base current to flow through the transistors constituting the linear regulator section 120 to make the linear regulator section 120 operable. That is, when the voltage value required to cause the base current to flow through the transistor is X (for example, X=1.0) [V], it is preferable to set the offset voltage to X [V].

第2演算回路144は、第1制御信号Vaにオフセット信号Vbを加算した第2制御信号Viを生成し、第2制御信号Viをフィードバック制御の制御信号(本発明の「制御信号」)としてリニアレギュレータ部120に出力するよう構成される。図2に示すように、本実施形態の第2演算回路144は、オペアンプOP1と抵抗R3~R6とを含むオペアンプ加算回路で構成される。第2制御信号Viの制御指令値(以下、「第2制御指令値」)は、第1制御信号Vaの第1制御指令値にオフセット信号Vbのオフセット値を加算した値になる。 The second arithmetic circuit 144 generates a second control signal Vi by adding an offset signal Vb to the first control signal Va, and uses the second control signal Vi as a control signal for feedback control (the "control signal" of the present invention) to generate a linear signal. It is configured to output to the regulator section 120. As shown in FIG. 2, the second arithmetic circuit 144 of this embodiment is constituted by an operational amplifier addition circuit including an operational amplifier OP1 and resistors R3 to R6. The control command value of the second control signal Vi (hereinafter referred to as "second control command value") is a value obtained by adding the offset value of the offset signal Vb to the first control command value of the first control signal Va.

図3に、電源装置100のフィードバック制御の構成を示す。本実施形態に係るフィードバック制御の構成は、ハード部であるリニアレギュレータ部120に第1制御信号Vaが入力される前に、オフセット信号Vbを第1制御信号Vaに加算させることを特徴とする。 FIG. 3 shows the configuration of feedback control of the power supply device 100. The feedback control configuration according to this embodiment is characterized in that the offset signal Vb is added to the first control signal Va before the first control signal Va is input to the linear regulator section 120, which is a hardware section.

図3に示すように、第1演算回路141は、直流電流Iの電流値Ioutに対応する信号と直流電流Iの目標値Irefに対応する信号とに基づいて生成した誤差信号Verrを出力する。応答回路142は、誤差信号Verrに基づいて生成した第1制御信号Vaを出力する。第2演算回路144は、第1制御信号Vaにオフセット信号Vbを加算した第2制御信号Viを出力する。リニアレギュレータ部120は、第2制御信号Viに応じて生成した直流電流Iを超伝導電磁石200に供給する。電流検出手段130は、直流電流Iの電流値Ioutを検出し、電流値Ioutに対応する信号(検出信号)を第1演算回路141に出力する。 As shown in FIG. 3, the first arithmetic circuit 141 outputs an error signal Verr generated based on a signal corresponding to the current value Iout of the DC current I and a signal corresponding to the target value Iref of the DC current I. The response circuit 142 outputs a first control signal Va generated based on the error signal Verr. The second arithmetic circuit 144 outputs a second control signal Vi obtained by adding the offset signal Vb to the first control signal Va. The linear regulator section 120 supplies the superconducting electromagnet 200 with a direct current I generated according to the second control signal Vi. The current detection means 130 detects the current value Iout of the DC current I and outputs a signal (detection signal) corresponding to the current value Iout to the first arithmetic circuit 141.

このようなフィードバック制御の構成により、リニアレギュレータ部120に入力される第2制御信号Viの第2制御指令値は、第1制御信号Vaの第1制御指令値の大きさにかかわらず、オフセット信号Vbのオフセット値の分だけ常に0よりも大となる。 With such a feedback control configuration, the second control command value of the second control signal Vi input to the linear regulator section 120 is set to the offset signal regardless of the magnitude of the first control command value of the first control signal Va. It is always greater than 0 by the offset value of Vb.

続いて、本実施形態に係る電源装置100の起動時の動作について、オフセット回路143および第2演算回路144を備えていない電源装置(比較例に係る電源装置)と比較しつつ説明する。 Next, the operation of the power supply device 100 according to the present embodiment at startup will be described in comparison with a power supply device that does not include the offset circuit 143 and the second arithmetic circuit 144 (power supply device according to a comparative example).

図4は、比較例に係る電源装置の起動時の波形図であって、(A)は直流電流Iの電流値Ioutおよび目標値Irefの波形図、(B)は超伝導電磁石200で生じる電圧Vsの波形図、(C)はフィードバック制御の制御信号Vi’(=第1制御信号Va)の波形図、(D)は(A)の枠D内の拡大波形図、(E)は(B)の枠E内の拡大波形図、(F)は(C)の枠F内の拡大波形図である。 FIG. 4 is a waveform diagram at the time of startup of the power supply device according to the comparative example, in which (A) is a waveform diagram of the current value Iout of the DC current I and the target value Iref, and (B) is a waveform diagram of the voltage generated in the superconducting electromagnet 200. (C) is a waveform diagram of control signal Vi' (=first control signal Va) of feedback control, (D) is an enlarged waveform diagram in frame D of (A), (E) is a waveform diagram of (B) ) is an enlarged waveform diagram in frame E, and (F) is an enlarged waveform diagram in frame F in (C).

一方、図5は、本実施形態に係る電源装置100の起動時の波形図であって、(A)は直流電流Iの電流値Ioutおよび目標値Irefの波形図、(B)は超伝導電磁石200で生じる電圧Vsの波形図、(C)はフィードバック制御の第2制御信号Vi(=第1制御信号Va+オフセット信号Vb)の波形図、(D)は(A)の枠D内の拡大波形図、(E)は(B)の枠E内の拡大波形図、(F)は(C)の枠F内の拡大波形図である。 On the other hand, FIG. 5 is a waveform diagram at the time of startup of the power supply device 100 according to the present embodiment, in which (A) is a waveform diagram of the current value Iout of the DC current I and the target value Iref, and (B) is a waveform diagram of the superconducting electromagnet. 200, (C) is a waveform diagram of the second control signal Vi (=first control signal Va + offset signal Vb) of feedback control, (D) is an enlarged waveform in frame D of (A) In the figure, (E) is an enlarged waveform diagram within frame E of (B), and (F) is an enlarged waveform diagram within frame F of (C).

比較例に係る電源装置では、図4(D)に示すように、時刻T1において動作を開始させ、時刻T2から時刻T3にかけて目標値Irefを上昇させても、電流値Ioutは上昇せず目標値Irefに追従しない。時刻T3までは、制御信号Vi’の制御指令値が小さいため(図4(F)参照)、リニアレギュレータ部120を構成するトランジスタにベース電流が流れず、リニアレギュレータ部120が動作しないからである。その結果、比較例に係る電源装置では、時刻T2から時刻T3にかけて不感帯域が生じる。 In the power supply device according to the comparative example, as shown in FIG. 4(D), even if the operation is started at time T1 and the target value Iref is increased from time T2 to time T3, the current value Iout does not increase and remains at the target value. Does not follow Iref. This is because until time T3, the control command value of the control signal Vi' is small (see FIG. 4(F)), so no base current flows through the transistors forming the linear regulator section 120, and the linear regulator section 120 does not operate. . As a result, in the power supply device according to the comparative example, a dead band occurs from time T2 to time T3.

時刻T3において、リニアレギュレータ部120が動作し始めると、電流値Ioutは目標値Irefに追従し始める。時刻T3の時点では、電流値Ioutと目標値Irefとの誤差が大きくなっているので、時刻T3から時刻T4にかけて、電流値Ioutが急激に上昇する(図4(D)参照)。このため、時刻T3から時刻T4の間で、超伝導電磁石200に電圧Vsの過大なオーバーシュートが生じてしまう(図4(E)参照)。 At time T3, when the linear regulator section 120 starts operating, the current value Iout starts to follow the target value Iref. At time T3, the error between current value Iout and target value Iref is large, so current value Iout rapidly increases from time T3 to time T4 (see FIG. 4(D)). Therefore, an excessive overshoot of the voltage Vs occurs in the superconducting electromagnet 200 between time T3 and time T4 (see FIG. 4(E)).

一方、本実施形態に係る電源装置100では、図5(D)に示すように、時刻T1において動作を開始させ、時刻T2から時刻T3にかけて目標値Irefを上昇させると、電流値Ioutは目標値Irefに追従する。電源装置100では、第1制御信号Vaの第1制御指令値が小さくても、第1制御指令値にオフセット信号Vbのオフセット値Xが加算されるので(図5(F)参照)、時刻T2から時刻T3にかけてリニアレギュレータ部120を構成するトランジスタにベース電流が流れる(リニアレギュレータ部120が動作する)。その結果、電源装置100では、時刻T2から時刻T3にかけて電流値Ioutは目標値Irefに追従し、不感帯域が生じるのを回避できる。 On the other hand, in the power supply device 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. 5(D), when the operation is started at time T1 and the target value Iref is increased from time T2 to time T3, the current value Iout becomes Follow Iref. In the power supply device 100, even if the first control command value of the first control signal Va is small, the offset value X of the offset signal Vb is added to the first control command value (see FIG. 5(F)). A base current flows through the transistors forming the linear regulator section 120 from then to time T3 (the linear regulator section 120 operates). As a result, in the power supply device 100, the current value Iout follows the target value Iref from time T2 to time T3, and the occurrence of a dead band can be avoided.

また、不感帯域が生じるのを回避できることから、電源装置100では、時刻T3から時刻T4にかけて電流値Ioutが急激に上昇するのを回避できる(図5(D)参照)。したがって、本実施形態に係る電源装置100によれば、起動時に、超伝導電磁石200において発生する電圧Vsのオーバーシュートを抑制できる(図5(E)参照)。 Further, since the generation of a dead band can be avoided, the power supply device 100 can avoid a sudden increase in the current value Iout from time T3 to time T4 (see FIG. 5(D)). Therefore, according to the power supply device 100 according to this embodiment, overshoot of the voltage Vs generated in the superconducting electromagnet 200 at the time of startup can be suppressed (see FIG. 5(E)).

以上、本発明に係る電源装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the power supply device according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments.

本発明に係る電源装置は、直流電圧を出力する直流源と、直流電圧を降圧して誘導性負荷に直流電流を供給するリニアレギュレータ部と、リニアレギュレータ部から出力される直流電流の電流値を目標値に近づけるための制御信号を生成し、リニアレギュレータ部に出力してフィードバック制御を行う制御部とを備え、制御部は、制御信号の制御指令値が常に0よりも大となるように、制御指令値に所定のオフセット値を含ませるのであれば、適宜構成を変更できる。 A power supply device according to the present invention includes a DC source that outputs a DC voltage, a linear regulator unit that steps down the DC voltage and supplies a DC current to an inductive load, and a current value of the DC current output from the linear regulator unit. and a control section that generates a control signal for approaching the target value and outputs it to the linear regulator section to perform feedback control, and the control section is configured such that the control command value of the control signal is always greater than 0. As long as a predetermined offset value is included in the control command value, the configuration can be changed as appropriate.

本発明の制御部は、オフセット回路143および第2演算回路144に代えて、直流電流Iの目標値Irefを補正する補正回路を備えてもよい。補正回路は、オフセット信号を生成し、生成したオフセット信号を目標値Irefに対応した信号に加算することで、目標値Irefを補正する。補正回路は、補正後の目標値Iref’に対応した信号を第1演算回路141に出力する。 The control unit of the present invention may include a correction circuit that corrects the target value Iref of the DC current I instead of the offset circuit 143 and the second arithmetic circuit 144. The correction circuit corrects the target value Iref by generating an offset signal and adding the generated offset signal to a signal corresponding to the target value Iref. The correction circuit outputs a signal corresponding to the corrected target value Iref' to the first calculation circuit 141.

補正後の目標値Iref’に対応した信号が入力された第1演算回路141は、直流電流Iの電流値Ioutと補正後の目標値Iref’との誤差(差分)に対応した誤差信号Verr’を生成する。応答回路142は、誤差信号Verr’に基づいて、電流値Ioutを補正後の目標値Iref’に近づけるための制御信号Vi(第1制御信号Va’)を生成し、制御信号Viをリニアレギュレータ部120に出力する。 The first arithmetic circuit 141, to which the signal corresponding to the corrected target value Iref' is input, generates an error signal Verr' corresponding to the error (difference) between the current value Iout of the DC current I and the corrected target value Iref'. generate. The response circuit 142 generates a control signal Vi (first control signal Va') for bringing the current value Iout closer to the corrected target value Iref' based on the error signal Verr', and sends the control signal Vi to the linear regulator section. 120.

すなわち、制御部が補正回路を備える構成は、オフセット信号を目標値Irefに対応した信号に加算することで、制御信号Vi(第1制御信号Va’)の制御指令値に所定のオフセット値を含ませる構成である。 That is, the configuration in which the control unit includes the correction circuit includes a predetermined offset value in the control command value of the control signal Vi (first control signal Va') by adding the offset signal to the signal corresponding to the target value Iref. This is a configuration that allows

本発明に係る電源装置において、オフセット信号Vbのオフセット値は、リニアレギュレータ部120を構成するトランジスタにベース電流を流すために必要な電圧値に設定されることが好ましいが、超伝導電磁石200において発生する電圧Vsのオーバーシュートの許容量に応じて適宜変更できる。例えば、上記トランジスタにベース電流を流すために必要な電圧値がX[V]の場合、オフセット値をX[V]±5%の範囲内の値に設定してもよい。 In the power supply device according to the present invention, it is preferable that the offset value of the offset signal Vb is set to a voltage value necessary for causing a base current to flow through the transistor constituting the linear regulator section 120. It can be changed as appropriate depending on the allowable amount of overshoot of the voltage Vs. For example, if the voltage value required to cause the base current to flow through the transistor is X [V], the offset value may be set to a value within the range of X [V] ±5%.

本実施形態のオフセット回路143は、図2に示すように抵抗分圧回路にてオフセット電圧を生成しているが、オフセット電圧の生成手段はこれに限定されず、市販の電圧リファレンスICを抵抗分圧回路に替えて用いることもできる。 Although the offset circuit 143 of this embodiment generates an offset voltage using a resistance voltage divider circuit as shown in FIG. 2, the means for generating the offset voltage is not limited to this. It can also be used in place of a pressure circuit.

本発明に係る電源装置は、超伝導電磁石以外の誘導性負荷に対しても適用することができる。すなわち、本発明に係る電源装置は、超伝導電磁石以外の誘導性負荷に対しても、電圧のオーバーシュートを抑制できる。 The power supply device according to the present invention can also be applied to inductive loads other than superconducting electromagnets. That is, the power supply device according to the present invention can suppress voltage overshoot even for inductive loads other than superconducting electromagnets.

100 電源装置
110 直流源
120 リニアレギュレータ部
121 第1レギュレータ部
122 第2レギュレータ部
123 第3レギュレータ部
130 電流検出手段
140 制御部
141 第1演算回路
142 応答回路
143 オフセット回路
144 第2演算回路
200 超伝導電磁石
100 Power supply device 110 DC source 120 Linear regulator section 121 First regulator section 122 Second regulator section 123 Third regulator section 130 Current detection means 140 Control section 141 First arithmetic circuit 142 Response circuit 143 Offset circuit 144 Second arithmetic circuit 200 Super conduction electromagnet

Claims (3)

誘導性負荷に直流電流を供給する電源装置であって、
直流電圧を出力する直流源と、
前記直流源から出力された前記直流電圧を降圧し、前記誘導性負荷に前記直流電流を供給するリニアレギュレータ部と、
前記リニアレギュレータ部から出力される前記直流電流の電流値を前記直流電流の目標値に近づけるための制御信号を生成し、前記制御信号を前記リニアレギュレータ部に出力して、前記リニアレギュレータ部のフィードバック制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記制御信号の制御指令値が常に0よりも大となるように、前記制御指令値に所定のオフセット値を含ませることを特徴とする電源装置。
A power supply device that supplies direct current to an inductive load,
a DC source that outputs DC voltage;
a linear regulator unit that steps down the DC voltage output from the DC source and supplies the DC current to the inductive load;
Generating a control signal for bringing the current value of the DC current output from the linear regulator section closer to the target value of the DC current, outputting the control signal to the linear regulator section, and providing feedback of the linear regulator section. A control unit that performs control;
The control unit includes:
A power supply device characterized in that the control command value includes a predetermined offset value so that the control command value of the control signal is always greater than zero.
前記制御部は、
前記電流値と前記目標値との誤差に対応した誤差信号を生成する第1演算回路と、
前記誤差信号に基づいて、前記電流値を前記目標値に近づけるための第1制御信号を生成する応答回路と、
前記オフセット値に関するオフセット信号を生成するオフセット回路と、
前記第1制御信号に前記オフセット信号を加算した第2制御信号を生成し、前記第2制御信号を前記制御信号として前記リニアレギュレータ部に出力する第2演算回路と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
The control unit includes:
a first arithmetic circuit that generates an error signal corresponding to an error between the current value and the target value;
a response circuit that generates a first control signal for bringing the current value closer to the target value based on the error signal;
an offset circuit that generates an offset signal regarding the offset value;
a second arithmetic circuit that generates a second control signal by adding the offset signal to the first control signal, and outputs the second control signal as the control signal to the linear regulator section;
The power supply device according to claim 1, comprising:
前記第2演算回路は、オペアンプ加算回路であることを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 2, wherein the second arithmetic circuit is an operational amplifier addition circuit.
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