JP7773966B2 - Switching power supply device and power supply system using the same - Google Patents
Switching power supply device and power supply system using the sameInfo
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Description
本発明は、リモートセンシング機能を備えたスイッチング電源装置、及びこれを用いた電源システムに関する。 The present invention relates to a switching power supply device with a remote sensing function and a power supply system using the same.
スイッチング電源装置と負荷とを結ぶ負荷線が長くなると、負荷線に出力電流が流れた時に負荷線の電圧降下が大きくなり、負荷端電圧が狙いの電圧からずれてしまうという問題がある。そこで、従来から、リモートセンシングを行って負荷端電圧の情報を取得し、これを基にスイッチング電源装置の動作を制御することが行われている。 When the load line connecting the switching power supply to the load becomes long, the voltage drop across the load line increases when output current flows through it, causing the load end voltage to deviate from the target voltage. To address this issue, remote sensing has traditionally been used to obtain information on the load end voltage, and the operation of the switching power supply is controlled based on this information.
例えば特許文献1には、センシング線を介して負荷端電圧を直接的に検出し、その検出値を誤差増幅部に入力して負荷端電圧をフィードバック制御するスイッチング電源が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a switching power supply that directly detects the load end voltage via a sensing line, inputs the detected value to an error amplifier, and performs feedback control of the load end voltage.
また、特許文献2には、出力端電圧V2と出力電流Iを検出し、あらかじめ登録された負荷線の抵抗値rとIの検出値とを乗算することによって負荷線の電圧降下I・rを間接的に認識し、V1m=V2m+I・r(V1mは負荷端電圧V1の目標値)の関係が成立するように、出力端電圧目標値V2mを調整する電源装置が記載されている。 Patent document 2 also describes a power supply device that detects the output terminal voltage V2 and output current I, and indirectly recognizes the load line voltage drop I・r by multiplying the detected value of I by a pre-registered load line resistance value r, and adjusts the output terminal voltage target value V2m so that the relationship V1m = V2m + I・r (V1m is the target value of the load terminal voltage V1) holds.
特許文献1のスイッチング電源は、負荷端電圧を安定化するためのフィードバック制御系の中に、長いセンシング線が存在することになる。そのため、センシング線のインダクタンス成分の影響でフィードバック制御系が発振しやすくなり、センシング線の長さが長くなるほど、制御系の設計の難易度か高くなるという問題がある。 The switching power supply in Patent Document 1 has a long sensing wire in the feedback control system for stabilizing the load end voltage. As a result, the inductance component of the sensing wire makes the feedback control system more susceptible to oscillation, and the longer the sensing wire, the more difficult it becomes to design the control system.
特許文献2の電源装置は、負荷線の電圧降下を検出してフィードフォワード制御を行うものであり、フィードバック制御系にセンシング線が入らないので(センシング線自体が不要なので)、フィードバック制御系が発振しやすくなるという問題は回避できる。しかし、負荷線の形態(長さ、太さ)を変更する毎に抵抗値rを導出して登録を変更しなければならず、非常に手間がかかる。 The power supply device in Patent Document 2 detects voltage drops in the load line and performs feedforward control. Because no sensing wires are involved in the feedback control system (sensing wires themselves are not required), the problem of feedback control systems being prone to oscillation can be avoided. However, every time the configuration (length, thickness) of the load line is changed, the resistance value r must be derived and registered again, which is extremely time-consuming.
また、特許文献2の電源装置は、出力電流Iの値を基に負荷線の電圧降下を認識しようとする構成なので、実際の電圧降下を正確に把握することができない。例えば、出力電流Iの値が大きくなると、負荷線が自己発熱して抵抗値rが変動する(大きくなる)ことが想定される。また、負荷線には抵抗成分以外にインダクタンス成分が存在するので、出力電流Iが急変した時、インダクタンス成分の逆起電力によって電圧変動が発生することが想定される。 Furthermore, the power supply device in Patent Document 2 is configured to recognize the voltage drop on the load line based on the value of the output current I, so it is unable to accurately grasp the actual voltage drop. For example, if the value of the output current I increases, it is expected that the load line will self-heat, causing the resistance value r to fluctuate (increase). Furthermore, because the load line contains an inductance component in addition to the resistance component, it is expected that when the output current I suddenly changes, voltage fluctuations will occur due to the back electromotive force of the inductance component.
特許文献2の電源装置では、図15(a)のグラフに示すように、出力電流I=ゼロの時はV2m=V1mに制御され[動作点P0]、I=Iaが流れるとV2m=V1m+Ia・rに制御される[動作点P1]。したがって、図15(b)のタイムチャートに示すように、I=ゼロからI=Iaに急変すると、I、V2m及びV2が同じように変化し、各波形はほぼ相似形になる。 In the power supply device of Patent Document 2, as shown in the graph in Figure 15(a), when the output current I = zero, it is controlled so that V2m = V1m [operating point P0], and when I = Ia flows, it is controlled so that V2m = V1m + Ia・r [operating point P1]. Therefore, as shown in the time chart in Figure 15(b), when there is a sudden change from I = zero to I = Ia, I, V2m, and V2 change in the same way, and each waveform becomes approximately similar.
この時、負荷線の電圧降下V2-V1の波形に示すように、出力電流Iが急変した直後、負荷線に、インダクタンス成分に起因する電圧変動ΔVxが発生する。しかし、この電圧変動ΔVxは制御に反映されないので、電圧振動ΔVxが収束するまでの期間、負荷端電圧V1の波形が乱れてしまうことになる。 At this time, as shown by the waveform of the voltage drop V2-V1 on the load line, immediately after the output current I suddenly changes, a voltage fluctuation ΔVx caused by the inductance component occurs on the load line. However, this voltage fluctuation ΔVx is not reflected in the control, so the waveform of the load end voltage V1 will be disrupted for the period until the voltage fluctuation ΔVx converges.
また、負荷線に電流Iaが流れ始めると、負荷線が自己発熱して抵抗値が徐々に大きくなることによる電圧変動ΔVyが発生する。しかし、この電圧変動ΔVyも制御に反映されないので、負荷線の温度が安定するまでの期間、負荷端電圧V1が徐々に低下することになる。そのため、例えば、Iが小さい時にV1=V1mとなるように抵抗値rを登録するとIが大きい時はV1≠V1mとなり、Iが大きい時にV1=V1mとなるように抵抗値rを登録するとIが小さい時にV1≠V1mとなってしまう。したがって、特許文献2の電源装置を使用しても、負荷端電圧を精度よく制御することが難しい。 Furthermore, when current Ia begins to flow through the load line, the load line self-heats, gradually increasing its resistance, resulting in a voltage fluctuation ΔVy. However, this voltage fluctuation ΔVy is not reflected in the control, so the load end voltage V1 gradually decreases until the load line temperature stabilizes. For example, if resistance value r is registered so that V1 = V1m when I is small, V1 ≠ V1m when I is large, and if resistance value r is registered so that V1 = V1m when I is large, V1 ≠ V1m when I is small. Therefore, even when using the power supply device described in Patent Document 2, it is difficult to accurately control the load end voltage.
本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、フィードフォワード型のリモートセンシング機能によって負荷端電圧を精度よく制御できるスイッチング電源装置及びこれを用いた電源システムを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned background art, and aims to provide a switching power supply device that can accurately control load-end voltage using a feedforward remote sensing function, and a power supply system using the same.
請求項1記載の発明は、
入力端に供給された直流又は交流の入力電圧を、主スイッチング素子のスイッチング動作によって直流電圧に変換し、所定長さの負荷線を通じて負荷に電力を供給する電力変換部と、
前記電力変換部の出力端に発生する出力端電圧Voを検出し、これに対応したアナログの出力端検出電圧Vok=k・Vo[kは正の定数]を出力する出力端電圧検出部と、
前記負荷線の負荷端に発生する負荷端電圧Vfを検出し、これに対応したアナログの負荷端検出電圧Vfk=k・Vfを出力する負荷端電圧検出部と、
前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsが指定され、これに対応した指定電圧Vsi=k・Vfsを示す指定電圧情報J(Vsi)を作成する指定電圧情報作成部と、
前記出力端検出電圧Vok、前記負荷端検出電圧Vfk及び前記指定電圧情報J(Vsi)を基にデジタル演算処理を行い、目標電圧Vm=Vsi+Vok-Vfkを示す目標電圧情報J(Vm)を作成する目標電圧情報作成部と、
前記目標電圧情報J(Vm)を基にアナログの目標電圧Vmを生成する目標電圧生成部と、
前記出力端検出電圧Vokと前記目標電圧Vmとが等しくなるように前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を決定し、このオン時間及びオフ時間で前記主スイッチング素子がオンオフするように駆動パルスを生成し、前記主スイッチング素子に向けて出力する制御部とを備えているスイッチング電源装置である。
The invention described in claim 1 is
a power conversion unit that converts a DC or AC input voltage supplied to an input terminal into a DC voltage by a switching operation of a main switching element and supplies the power to a load through a load line of a predetermined length;
an output terminal voltage detection unit that detects an output terminal voltage Vo generated at the output terminal of the power conversion unit and outputs a corresponding analog output terminal detection voltage Vok=k·Vo (k is a positive constant);
a load end voltage detection unit that detects a load end voltage Vf generated at the load end of the load line and outputs a corresponding analog load end detection voltage Vfk=k·Vf;
a designated voltage information generating unit that receives a designated value Vfs of the load end voltage Vf and generates designated voltage information J(Vsi) indicating a corresponding designated voltage Vsi=k·Vfs;
a target voltage information generating unit that performs digital calculation processing based on the output end detected voltage Vok, the load end detected voltage Vfk, and the specified voltage information J(Vsi) to generate target voltage information J(Vm) indicating a target voltage Vm=Vsi+Vok−Vfk;
a target voltage generation unit that generates an analog target voltage Vm based on the target voltage information J(Vm);
a control unit that determines the on-time and off-time of the main switching element so that the output terminal detected voltage Vok and the target voltage Vm are equal, generates drive pulses so that the main switching element is turned on and off during these on-times and off-times, and outputs the drive pulses to the main switching element.
前記目標電圧生成部は、前記目標電圧情報J(Vm)に基づいてデューティが設定される矩形波電圧を出力するパルス幅変調部と、前記矩形波電圧を平滑して前記目標電圧Vmを発生させるローパスフィルタとで構成されることが好ましい[請求項2記載の発明]。 The target voltage generation unit preferably comprises a pulse width modulation unit that outputs a square wave voltage whose duty is set based on the target voltage information J(Vm), and a low-pass filter that smooths the square wave voltage to generate the target voltage Vm [the invention described in claim 2].
前記目標電圧情報作成部は、Vok-Vfk<Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vm=Vsi+Vok-Vfkとする旨の前記目標電圧情報J(Vm)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vok-Vf≧Vthの範囲では、Vm=Vsi+Vthとする旨の目標電圧情報J(Vm)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う構成にすることができる[請求項3記載の発明]。 The target voltage information creation unit can be configured to perform processing in a first information creation mode to create the target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi + Vok - Vfk when Vok - Vfk < Vth (Vth is a voltage threshold), and to perform processing in a second information creation mode to create target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi + Vth when Vok - Vf ≥ Vth [the invention described in claim 3].
あるいは、前記目標電圧情報作成部は、Vok-Vfk<Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vm=Vsi+Vok-Vfkとする旨の前記目標電圧情報J(Vm)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vok-Vfk≧Vthの範囲では、Vm=Vsiとする旨の前記目標電圧情報J(Vm)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う構成にすることができる[請求項4記載の発明]。 Alternatively, the target voltage information creation unit can be configured to perform processing in a first information creation mode that creates the target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi + Vok - Vfk when Vok - Vfk < Vth (Vth is a voltage threshold), and to perform processing in a second information creation mode that creates the target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi when Vok - Vfk ≥ Vth [the invention described in claim 4].
あるいは、前記目標電圧情報作成部は、Vfk>Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vm=Vsi+Vok-Vfkとする旨の前記目標電圧情報J(Vm)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vfk≦Vthの範囲では、Vok-Vfkの値に関係なく、Vm=Vsiとする旨の前記目標電圧情報J(Vm)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う構成にすることができる[請求項5記載の発明]。 Alternatively, the target voltage information creation unit can be configured to perform processing in a first information creation mode that creates the target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi + Vok - Vfk when Vfk > Vth (Vth is a voltage threshold), and to perform processing in a second information creation mode that creates the target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi when Vfk ≤ Vth, regardless of the value of Vok - Vfk [the invention described in claim 5].
また、前記指定電圧情報作成部は、前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsを外部から変更できるように構成されていることが好ましい[請求項6記載の発明]。 請求項7記載の発明は、
入力端に供給された直流又は交流の入力電圧を、主スイッチング素子のスイッチング動作によって直流電圧に変換し、所定長さの負荷線を通じて負荷に電力を供給する電力変換部と、
前記電力変換部の出力端に発生する出力端電圧Voを検出し、これに対応したアナログの出力端検出電圧Vok=k・Vo[kは正の定数]を出力する出力端電圧検出部と、
前記負荷線負荷端に発生する負荷端電圧Vfを検出し、これに対応したアナログの負荷端検出電圧Vfk=k・Vfを出力する負荷端電圧検出部と、
前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsが指定され、これに対応した指定電圧Vsi=k・Vfsを示す指定電圧情報J(Vsi)を作成する指定電圧情報作成部と、
前記出力端検出電圧Vok、前記負荷端検出電圧Vfk及び前記指定電圧情報J(Vsi)を基にデジタル演算処理を行い、仮目標電圧Vmx=h・(Vsi+Vok-Vfk)[hは正の定数]を示す仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する仮目標電圧情報作成部と、
前記仮目標電圧情報J(Vmx)を基にアナログの目標電圧Vm=Vmx/hを生成する目標電圧生成部と、
前記出力端検出電圧Vokと前記目標電圧Vmとが等しくなるように前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を決定し、このオン時間及びオフ時間で前記主スイッチング素子がオンオフするように駆動パルスを生成し、前記主スイッチング素子に向けて出力する制御部と、
前記目標電圧生成部の出力ラインであるVmラインを外部に接続可能にするVmライン外部接続端子とを備え、
前記目標電圧生成部は、前記仮目標電圧情報作成部が作成した前記仮目標電圧情報J(Vmx)に基づいてアナログの仮目標電圧Vmxを生成する仮目標電圧生成部と、前記Vmラインを正の電圧にプルアップするためのプルアップ回路と、電流引き込み型の出力段を有し、Vm>Vmx/hの時に前記Vmラインから電流を引き込み、Vm≦Vmsx/hの時に前記Vmラインから電流を引き込むのを停止することによって、前記目標電圧Vmが前記仮目標電圧Vmxに対応した値Vmx/hになるように制御するVm制御部とを備えているスイッチング電源装置である。
Furthermore, it is preferable that the designated voltage information creating unit is configured so that the designated value Vfs of the load end voltage Vf can be changed externally [the invention according to claim 6].
a power conversion unit that converts a DC or AC input voltage supplied to an input terminal into a DC voltage by a switching operation of a main switching element and supplies the power to a load through a load line of a predetermined length;
an output terminal voltage detection unit that detects an output terminal voltage Vo generated at the output terminal of the power conversion unit and outputs a corresponding analog output terminal detection voltage Vok=k·Vo (k is a positive constant);
a load end voltage detection unit that detects a load end voltage Vf generated at the load end of the load line and outputs a corresponding analog load end detection voltage Vfk=k·Vf;
a designated voltage information generating unit that receives a designated value Vfs of the load end voltage Vf and generates designated voltage information J(Vsi) indicating a corresponding designated voltage Vsi=k·Vfs;
a temporary target voltage information generating unit that performs digital calculation processing based on the output end detected voltage Vok, the load end detected voltage Vfk, and the specified voltage information J(Vsi) to generate temporary target voltage information J(Vmx) indicating a temporary target voltage Vmx=h·(Vsi+Vok−Vfk) (h is a positive constant);
a target voltage generating unit that generates an analog target voltage Vm=Vmx/h based on the temporary target voltage information J(Vmx);
a control unit that determines an on-time and an off-time of the main switching element so that the output terminal detected voltage Vok is equal to the target voltage Vm, generates a drive pulse so that the main switching element is turned on and off during the on-time and off-time, and outputs the drive pulse to the main switching element;
a Vm line external connection terminal that enables a Vm line, which is an output line of the target voltage generation unit, to be connected to an external device;
The target voltage generation unit is a switching power supply device that includes a temporary target voltage generation unit that generates an analog temporary target voltage Vmx based on the temporary target voltage information J(Vmx) created by the temporary target voltage information creation unit, a pull-up circuit that pulls up the Vm line to a positive voltage, and a Vm control unit that has a current-drawing output stage and draws current from the Vm line when Vm > Vmx/h and stops drawing current from the Vm line when Vm ≦ Vmsx/h, thereby controlling the target voltage Vm to be a value Vmx/h that corresponds to the temporary target voltage Vmx.
前記仮目標電圧生成部は、前記仮目標電圧情報J(Vmx)に基づいてデューティが設定される矩形波電圧を出力するパルス幅変調部と、前記矩形波電圧を平滑して前記仮目標電圧Vmxを発生させるローパスフィルタとで構成されることが好ましい[請求項8記載の発明]。 The temporary target voltage generation unit preferably comprises a pulse width modulation unit that outputs a square wave voltage whose duty is set based on the temporary target voltage information J(Vmx), and a low-pass filter that smooths the square wave voltage to generate the temporary target voltage Vmx [the invention described in claim 8].
また、前記指定電圧情報作成部は、前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsを外部から変更できるように構成されていることが好ましい[請求項9記載の発明]。 Furthermore, it is preferable that the specified voltage information creation unit is configured so that the specified value Vfs of the load end voltage Vf can be changed externally [the invention described in claim 9].
前記仮目標電圧情報作成部は、Vok-Vfk<Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vmx=h・(Vsi+Vok-Vfk)とする旨の前記仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vok-Vf≧Vthの範囲では、Vmx=h・(Vsi+Vth)とする旨の前記仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う構成にすることができる[請求項10記載の発明]。 The temporary target voltage information creation unit can be configured to perform processing in a first information creation mode to create the temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h (Vsi + Vok - Vfk) in the range of Vok - Vfk < Vth (Vth is a voltage threshold), and to perform processing in a second information creation mode to create the temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h (Vsi + Vth) in the range of Vok - Vf ≥ Vth [the invention described in claim 10].
あるいは、前記仮目標電圧情報作成部は、Vok-Vfk<Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vmx=h・(Vsi+Vok-Vfk)とする旨の前記仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vok-Vfk≧Vthの範囲では、Vmx=h・Vsiとする旨の前記仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う構成にすることができる[請求項11記載の発明]。 Alternatively, the temporary target voltage information creation unit can be configured to perform processing in a first information creation mode to create the temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h·(Vsi + Vok−Vfk) in the range of Vok−Vfk<Vth (Vth is a voltage threshold), and to perform processing in a second information creation mode to create the temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h·Vsi in the range of Vok−Vfk≧Vth [the invention described in claim 11].
あるいは、前記仮目標電圧情報作成部は、Vfk>Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vmx=h・(Vsi+Vok-Vfk)とする旨の前記仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vfk≦Vthの範囲では、Vok-Vfkの値に関係なく、Vmx=h・Vsiとする旨の前記仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う構成にすることができる[請求項12記載の発明]。 Alternatively, the temporary target voltage information creation unit can be configured to perform processing in a first information creation mode that creates the temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h·(Vsi + Vok−Vfk) in the range of Vfk>Vth (Vth is a voltage threshold), and to perform processing in a second information creation mode that creates the temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h·Vsi in the range of Vfk≦Vth, regardless of the value of Vok−Vfk [the invention described in claim 12].
また、前記指定電圧情報作成部は、前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsを外部から変更できるように構成されていることが好ましい[請求項13記載の発明]。 Furthermore, it is preferable that the specified voltage information creation unit is configured so that the specified value Vfs of the load end voltage Vf can be changed externally [the invention described in claim 13].
さらに、請求項14記載の発明は、請求項13記載のスイッチング電源装置を複数台使用した電源システムであって、
前記各スイッチング電源装置は、前記電力変換部の出力端同士が相互に並列接続され、前記Vmライン外部接続端子同士が相互に連結され、前記定数kが一律の値に設定され、前記定数hが一律の値に設定されており、
前記各スイッチング電源装置の中の、前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsが最も低い値に設定されている1台をマスタ電源とし、その他をスレーブ電源とした時、
前記マスタ電源の前記負荷端電圧検出部は、入力端が前記負荷端に接続され、前記負荷端電圧Vfを検出して前記負荷端検出電圧Vfkを出力し、
前記スレーブ電源の前記負荷端電圧検出部は、入力端が開放され、前記負荷端電圧Vfの値に関係なくゼロボルトを出力し、これによって、前記スレーブ電源の前記仮目標電圧情報作成部は、前記第二の情報作成モードで前記仮目標電圧情報J(Vmx)を作成することとなり、
前記マスタ電源の前記Vmラインには、自己の前記目標電圧生成部が生成した前記目標電圧Vmである目標電圧Vm(M)が発生し、前記スレーブ電源の前記Vmラインには、自己の前記Vmライン外部接続端子を通じて入力された前記目標電圧Vm(M)が発生し、
前記マスタ電源及び前記スレーブ電源の前記制御部は、自己の前記Vmラインに発生している前記目標電圧Vm(M)と自己の前記出力端検出電圧Vokとの差が小さくなるように、前記駆動パルスを生成する電源システムである。
Furthermore, the present invention is directed to a power supply system using a plurality of switching power supply devices according to the present invention, comprising:
In each of the switching power supply devices, the output ends of the power conversion units are connected in parallel with each other, the Vm line external connection terminals are connected with each other, the constant k is set to a uniform value, and the constant h is set to a uniform value;
When one of the switching power supply devices having the lowest designated value Vfs of the load end voltage Vf is designated as a master power supply and the others are designated as slave power supplies,
the load end voltage detection unit of the master power supply has an input end connected to the load end, detects the load end voltage Vf, and outputs the load end detection voltage Vfk;
the input terminal of the load end voltage detection unit of the slave power supply is open and outputs zero volts regardless of the value of the load end voltage Vf, which causes the temporary target voltage information creation unit of the slave power supply to create the temporary target voltage information J(Vmx) in the second information creation mode,
a target voltage Vm(M) is generated on the Vm line of the master power supply, the target voltage Vm being generated by the target voltage generation unit of the master power supply itself, and the target voltage Vm(M) input via the external connection terminal of the Vm line of the slave power supply itself is generated on the Vm line of the slave power supply itself;
The control units of the master power supply and the slave power supply are a power supply system that generates the drive pulses so as to reduce the difference between the target voltage Vm(M) generated on its own Vm line and its own output terminal detected voltage Vok.
本発明のスイッチング電源装置は、独特なフィードフォワード型のリモートセンシング機能により、負荷端電圧Vfを精度よく指定値Vfsに一致させることができる。また、目標電圧情報作成部又は仮目標電圧情報作成部を、通常は第一の情報作成モードで動作させ、特別な時に第二の情報作成モードで動作させることによって、例えば、センシング線が不意に未接続状態になる事態(例えば、断線事故)が発生した時でも、負荷や電力変換部の安全を確保しつつ、負荷への電力供給を継続させることができる。 The switching power supply device of the present invention uses a unique feedforward remote sensing function to accurately match the load end voltage Vf to a specified value Vfs. Furthermore, by operating the target voltage information creation unit or temporary target voltage information creation unit normally in the first information creation mode and in the second information creation mode in special circumstances, it is possible to continue supplying power to the load while ensuring the safety of the load and power conversion unit, even in the event that the sensing line suddenly becomes disconnected (e.g., due to a wire breakage).
本発明の電源システムは、上記のスイッチング電源装置を並列運転させたものであり、複数台のスイッチング電源装置の中の1台の目標電圧Vmを制御することによって、フィードフォワード型のリモートセンシングを行いつつ、各スイッチング電源装置の一斉起動や、負荷電力の負担の均等化や、負荷端電圧Vfの設定変更の容易化等の要求に応えることができる。 The power supply system of the present invention operates the above-mentioned switching power supply units in parallel, and by controlling the target voltage Vm of one of the multiple switching power supply units, it performs feedforward remote sensing while meeting requirements such as simultaneous startup of all switching power supply units, equalization of load power burden, and easy setting changes to the load end voltage Vf.
<<本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態>>
以下、本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態について、図1~図6に基づいて説明する。
<第一の実施形態のスイッチング電源装置10>
この実施形態のスイッチング電源装置10は、入力端12に入力電源14が接続され、入力端12に供給された直流又は交流の入力電圧Viを、主スイッチング素子(図示せず)のスイッチング動作によって直流電圧に変換し、所定長さ(例えば1m~20m)の負荷線16を通じて負荷18に電力を供給する電力変換部20を備えている。その他、図1に示すように、出力端電圧検出部24、負荷端電圧検出部26、指定電圧情報作成部28、目標電圧情報作成部30、目標電圧生成部32及び制御部34を備えている。
<<First embodiment of the switching power supply device of the present invention>>
A first embodiment of a switching power supply device according to the present invention will now be described with reference to FIGS.
<Switching power supply device 10 of the first embodiment>
The switching power supply 10 of this embodiment has an input power supply 14 connected to an input terminal 12, and includes a power conversion unit 20 that converts a DC or AC input voltage Vi supplied to the input terminal 12 into a DC voltage by the switching operation of a main switching element (not shown), and supplies the power to a load 18 through a load line 16 of a predetermined length (e.g., 1 m to 20 m).In addition, as shown in FIG. 1, the switching power supply 10 includes an output terminal voltage detection unit 24, a load terminal voltage detection unit 26, a specified voltage information creation unit 28, a target voltage information creation unit 30, a target voltage generation unit 32, and a control unit 34.
出力端電圧検出部24は、電力変換部20の出力端22に接続され、出力端22に発生する出力端電圧Voを検出し、これに対応したアナログの出力端検出電圧Vok=k・Vo[kは正の定数]を出力するブロックである。出力端電圧検出部24は、公知な電圧増幅回路又は差動増幅回路で構成することができる。 The output terminal voltage detection unit 24 is connected to the output terminal 22 of the power conversion unit 20. It detects the output terminal voltage Vo generated at the output terminal 22 and outputs a corresponding analog output terminal detection voltage Vok = k · Vo (k is a positive constant). The output terminal voltage detection unit 24 can be configured using a known voltage amplifier circuit or differential amplifier circuit.
負荷端電圧検出部26は、センシング線38を介して負荷線16の一端(負荷端36)に接続され、負荷端36に発生する負荷端電圧Vfを検出し、これに対応したアナログの負荷端検出電圧Vfk=k・Vf[定数kは出力端電圧検出部24の定数kと同じ値]を出力するブロックである。負荷端電圧検出部26は、負荷端検出電圧Vfkのグランド電位を出力端検出電圧Vokに合わせるため、差動増幅回路で構成することが好ましい。 The load end voltage detection unit 26 is connected to one end (load end 36) of the load line 16 via a sensing line 38. It detects the load end voltage Vf generated at the load end 36 and outputs a corresponding analog load end detection voltage Vfk = k·Vf (where the constant k is the same value as the constant k of the output end voltage detection unit 24). The load end voltage detection unit 26 is preferably configured as a differential amplifier circuit to match the ground potential of the load end detection voltage Vfk to the output end detection voltage Vok.
指定電圧情報作成部28は、デジタルプロセッサ内に設けられ、負荷端電圧Vfの指定値Vfsがデフォルト設定され、これに対応した指定電圧Vsi=k・Vfs[定数kは出力端電圧検出部24の定数kと同じ値]を示す指定電圧情報J(Vsi)を作成するブロックである。 The specified voltage information creation unit 28 is provided within the digital processor. The specified value Vfs of the load end voltage Vf is set as the default value, and this block creates specified voltage information J (Vsi) indicating the corresponding specified voltage Vsi = k·Vfs (where the constant k is the same value as the constant k of the output end voltage detection unit 24).
指定電圧情報作成部28は、指定値Vfsの設定を、使用者からの外部指令GSによって変更できるように構成されている。例えば、指定値Vfsが48Vにデフォルト設定されている場合に、使用者が指定値Vfsを48.5Vに変更したい時は、外部指令GSを入力して設定を変更する。外部指令GSを入力する方法として様々な方法があり、例えば、図2(a)に示すように、使用者が、スイッチング電源装置10に外部接続した外部制御機器40を通じてデジタル信号として入力する方法がある。また、図2(b)に示すように、使用者が、スイッチング電源装置10の内部に設けた電圧可変回路42の可変抵抗器42aを手動で調節し、アナログ電圧として入力する方法を使用してもよい。 The specified voltage information creation unit 28 is configured so that the setting of the specified value Vfs can be changed by an external command GS from the user. For example, if the specified value Vfs is set to 48 V by default and the user wants to change the specified value Vfs to 48.5 V, the setting is changed by inputting the external command GS. There are various methods for inputting the external command GS. For example, as shown in Figure 2(a), the user can input it as a digital signal via an external control device 40 externally connected to the switching power supply 10. Alternatively, as shown in Figure 2(b), the user can manually adjust the variable resistor 42a of the voltage variable circuit 42 provided inside the switching power supply 10 and input it as an analog voltage.
目標電圧情報作成部30は、デジタルプロセッサ内に設けられ、出力端検出電圧Vok、負荷端検出電圧Vf及び指定電圧情報J(Vsi)を基にデジタル演算処理を行い、目標電圧Vm=Vsi+Vok-Vfkを示す目標電圧情報J(Vm)を作成するブロックである。目標電圧情報作成部30が行う処理内容は、図3(a)のグラフのように表すことができる。 The target voltage information creation unit 30 is a block located within the digital processor that performs digital calculations based on the output end detected voltage Vok, the load end detected voltage Vf, and the specified voltage information J(Vsi) to create target voltage information J(Vm) that indicates the target voltage Vm = Vsi + Vok - Vfk. The processing performed by the target voltage information creation unit 30 can be represented as shown in the graph in Figure 3(a).
目標電圧生成部32は、目標電圧情報J(Vm)を基にアナログの目標電圧Vmを生成するブロックである。目標電圧生成部32は、例えば図2(c)に示すように、1つのD/Aコンバータでシンプルに構成することができる。あるいは、図2(d)に示すように、目標電圧情報J(Vm)に基づいてデューティDが設定される矩形波電圧Vp(波高値V1)を出力するパルス幅変調部32aと、矩形波電圧Vpを平滑して目標電圧Vm≒V1・Dを発生させるローパスフィルタ32bとで構成することも可能である。なお、D/Aコンバータで構成する場合、目標電圧Vmの分解能を高くするためには比較的高価な高速デジタルプロセッサが必要になる点に注意が必要である。この点、パルス幅変調部32a及びローパスフィルタ32bで構成すれば、安価な汎用デジタルプロセッサを使用しても高い分解能で目標電圧Vmを生成できるという利点がある。 The target voltage generation unit 32 is a block that generates an analog target voltage Vm based on target voltage information J(Vm). For example, as shown in Figure 2(c), the target voltage generation unit 32 can be configured simply with a single D/A converter. Alternatively, as shown in Figure 2(d), the target voltage generation unit 32 can be configured with a pulse width modulation unit 32a that outputs a square-wave voltage Vp (peak value V1) whose duty cycle D is set based on the target voltage information J(Vm), and a low-pass filter 32b that smooths the square-wave voltage Vp to generate a target voltage Vm ≈ V1 · D. Note that when using a D/A converter, a relatively expensive, high-speed digital processor is required to increase the resolution of the target voltage Vm. However, a configuration with a pulse width modulation unit 32a and low-pass filter 32b has the advantage of being able to generate a target voltage Vm with high resolution even using an inexpensive, general-purpose digital processor.
制御部34は、出力端検出電圧Vokと目標電圧Vmとが等しくなるように主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を決定し、このオン時間及びオフ時間で前記主スイッチング素子がオンオフするように駆動パルスVgを生成し、主スイッチング素子に向けて出力するブロックである。 The control unit 34 is a block that determines the on-time and off-time of the main switching element so that the output terminal detection voltage Vok is equal to the target voltage Vm, generates a drive pulse Vg so that the main switching element turns on and off during these on-time and off-time, and outputs it to the main switching element.
次に、スイッチング電源装置10の動作を、図3(b)のタイムチャートに基づいて説明する。図3(b)は、出力電流Io=ゼロ[動作点P0]で動作している時、負荷18が急変して出力電流Io=Ia[動作点P1]になったと想定したときの動作波形を示している。 Next, the operation of the switching power supply 10 will be explained based on the time chart in Figure 3(b). Figure 3(b) shows the operating waveforms when the load 18 suddenly changes and the output current becomes Io = Ia [operating point P1] while the switching power supply 10 is operating at output current Io = zero [operating point P0].
まず、動作点P0の動作を説明すると、出力電流Io=ゼロなので、負荷線16の電圧降下Vo-Vf=ゼロとなる。そうすると、Vok-Vfk=ゼロになるので、目標電圧情報作成部30及び目標電圧生成部32が動作して目標電圧Vm=Vsiが発生する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vo=Vm/k=Vok/k=Vsi/k=Vfsとなり、負荷端電圧Vfは、Vf=Vo=Vfsとなる。つまり、負荷端電圧Vfは、指定値Vfsと同じ値に制御される。 First, to explain the operation of operating point P0, since the output current Io = zero, the voltage drop Vo - Vf on the load line 16 becomes zero. As a result, Vok - Vfk = zero, so the target voltage information creation unit 30 and target voltage generation unit 32 operate to generate the target voltage Vm = Vsi. As a result, the control unit 34 operates so that the output end voltage Vo becomes Vo = Vm/k = Vok/k = Vsi/k = Vfs, and the load end voltage Vf becomes Vf = Vo = Vfs. In other words, the load end voltage Vf is controlled to the same value as the specified value Vfs.
時刻ta~tbの間に出力電流IoがゼロからIaに急増すると、動作点がP0からP1に変化する。動作点P1では、出力電流Io=Iaなので、負荷線16の電圧降下Vo-Vf=有限値となる。そうすると、Vok-Vfk=有限値になるので、目標電圧情報作成部30及び目標電圧生成部32が動作し、目標電圧Vm=Vsi+Vok―Vfkが発生する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vo=Vm/k=Vok/k=(Vsi+Vok-Vfk)/k=Vfs+(Vok-Vfk)/kとなり、負荷端電圧Vfは、Vf=Vfsとなる。つまり、負荷端電圧Vfは、指定値Vfsと同じ値に制御される。 When the output current Io suddenly increases from zero to Ia between times ta and tb, the operating point changes from P0 to P1. At operating point P1, the output current Io = Ia, so the voltage drop Vo - Vf on the load line 16 is a finite value. As a result, Vok - Vfk is a finite value, so the target voltage information creation unit 30 and target voltage generation unit 32 operate, generating the target voltage Vm = Vsi + Vok - Vfk. As a result, the control unit 34 operates to set the output end voltage Vo as Vo = Vm/k = Vok/k = (Vsi + Vok - Vfk)/k = Vfs + (Vok - Vfk)/k, and the load end voltage Vf is Vf = Vfs. In other words, the load end voltage Vf is controlled to the same value as the specified value Vfs.
図3(b)において、動作点P1に移行した直後、電圧降下Vo-Vfの波形に、負荷線16のインダクタンス成分に起因する電圧変動ΔVxが発生している。しかし、この電圧変動ΔVxに応答して目標電圧Vmが変化し、出力端電圧Voを適切に変化させる。また、動作点P1に移行した後、負荷線16が自己発熱して抵抗値が大きくなることによる電圧変動ΔVyが発生しているが、目標電圧Vmがこの電圧変動ΔVyに応答して変化し、出力端電圧Voを適切に変化させる。したがって、負荷端電圧Vfは、電圧変動ΔVx,ΔVyが発生しても、ほぼ指定値Vfsに制御されることになる。 In Figure 3(b), immediately after the operating point P1 is reached, a voltage fluctuation ΔVx occurs in the waveform of the voltage drop Vo-Vf due to the inductance component of the load line 16. However, the target voltage Vm changes in response to this voltage fluctuation ΔVx, appropriately changing the output terminal voltage Vo. Furthermore, after the operating point P1 is reached, a voltage fluctuation ΔVy occurs as the load line 16 self-heats and its resistance increases, but the target voltage Vm changes in response to this voltage fluctuation ΔVy, appropriately changing the output terminal voltage Vo. Therefore, the load terminal voltage Vf is controlled to approximately the specified value Vfs, even when voltage fluctuations ΔVx and ΔVy occur.
このように、スイッチング電源装置10によれば、負荷線16の電圧降下に応じて出力端電圧Voが適切に変化し、負荷端電圧Vfを精度よく指定値Vfsに一致させることができる。 In this way, with the switching power supply device 10, the output terminal voltage Vo changes appropriately in response to the voltage drop in the load line 16, allowing the load terminal voltage Vf to accurately match the specified value Vfs.
<目標電圧情報作成部30の変形例30(1)~30(3)>
上記の目標電圧情報作成部30を使用した場合、センシング線38が不意に未接続状態になる事態(例えば、断線事故)が発生した時、実際の負荷線16の電圧降下Vo-Vfが小さいにもかかわらず、Vok-Vfkが大きくなるので、目標電圧Vmが想定以上に高くなってしまう。その結果、制御部34が動作して出力端電圧Vo及び負荷端電圧Vfが過大な値になり、負荷18や電力変換部20の安全を確保できないケースが想定される。
<Modifications 30(1) to 30(3) of the target voltage information generating unit 30>
When the target voltage information creating unit 30 is used, if the sensing line 38 suddenly becomes disconnected (for example, due to a disconnection accident), Vok-Vfk becomes large even though the actual voltage drop Vo-Vf in the load line 16 is small, and the target voltage Vm becomes higher than expected. As a result, the control unit 34 operates, causing the output end voltage Vo and the load end voltage Vf to become excessively large, and it is conceivable that the safety of the load 18 and the power conversion unit 20 cannot be ensured.
例えば、安全のため、過電圧保護回路を付加して電力変換部20を停止させる方法が考えられるが、負荷18の種類によっては、電力供給を安易に停止させてはいけない場合がある。したがって、センシング線38が不意に未接続状態になる不具合が発生した時は、負荷18等の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることが求められる。 For example, for safety reasons, adding an overvoltage protection circuit to stop the power conversion unit 20 is one possible method, but depending on the type of load 18, it may not be possible to simply stop the power supply. Therefore, when a malfunction occurs in which the sensing line 38 suddenly becomes disconnected, it is necessary to continue the power supply to the load 18 while ensuring the safety of the load 18, etc.
以下に説明する変形例の目標電圧情報作成部30(1)~30(3)を使用すれば、センシング線38が不意に未接続状態になる事態が発生した時、負荷端電圧Vfが指定値Vfsから大きくずれていない値に保持され、上記の課題を解決することができる。 By using the modified target voltage information creation units 30(1) to 30(3) described below, if the sensing line 38 suddenly becomes disconnected, the load end voltage Vf will be maintained at a value that does not deviate significantly from the specified value Vfs, thereby resolving the above problem.
まず、第一の変形例の目標電圧情報作成部30(1)について説明する。目標電圧情報作成部30(1)には、あらかじめ電圧閾値Vthが設定されている。そして、図4(a)に示すように、Vok-Vfk<Vthの範囲で、Vm=Vsi+Vok-Vfkとする旨の目標電圧情報J(Vm)を作成する第一の情報作成モードの処理を行う。第一の情報作成モードは、上述した目標電圧情報作成部30の処理内容[図3(a)]と同じである。そして、Vok-Vf≧Vthの範囲では、Vm=Vsi+Vthとする旨の目標電圧情報J(Vm)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う。 First, the target voltage information creation unit 30(1) of the first modified example will be described. A voltage threshold Vth is set in advance in the target voltage information creation unit 30(1). Then, as shown in FIG. 4(a), processing is performed in a first information creation mode to create target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi + Vok - Vfk in the range of Vok - Vfk < Vth. The first information creation mode is the same as the processing content of the target voltage information creation unit 30 described above [FIG. 3(a)]. Then, in the range of Vok - Vf ≧ Vth, processing is performed in a second information creation mode to create target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi + Vth.
目標電圧情報作成部30(1)を使用した時のスイッチング電源装置10の動作を説明すると、図4(b)のタイムチャートは、Vok-Vfk<Vthの範囲[動作点P1]で動作している時、何らかの原因でセンシング線38が断線してVok-Vfk≧Vthの範囲[動作点P2]で動作する状態なったと想定したときの動作波形を示している。ここでは、出力電流Ioは一定であると仮定する。 To explain the operation of the switching power supply 10 when using the target voltage information creation unit 30(1), the time chart in Figure 4(b) shows the operating waveforms when, while operating in the range Vok - Vfk < Vth [operating point P1], the sensing line 38 is disconnected for some reason, causing the device to operate in the range Vok - Vfk ≥ Vth [operating point P2]. Here, it is assumed that the output current Io is constant.
動作点P1は、第一の情報作成モードの処理を行うので、各部の電圧は、図3(b)の動作点P1と同様になる。そして、時刻tcにセンシング線38が断線すると、時刻tc~tdの間、負荷端検出電圧Vfkが低下してVok-Vfkが大きくなるので、目標電圧情報作成部30及び目標電圧生成部32が動作して目標電圧Vmが上昇する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Vo及び負荷端電圧Vfが上昇する。 Because operating point P1 performs processing in the first information creation mode, the voltages of each component are the same as those at operating point P1 in Figure 3(b). When sensing line 38 breaks at time tc, load end detection voltage Vfk decreases and Vok - Vfk increases between times tc and td, causing target voltage information creation unit 30 and target voltage generation unit 32 to operate and increase target voltage Vm. As a result, the output end voltage Vo and load end voltage Vf increase due to the operation of control unit 34.
その後、時刻tdにVok-Vfk≧Vthの範囲[動作点P2]に入り、第一の情報作成モードから第二の情報作成モードに切り換わる。つまり、時刻td以降は、目標電圧Vmの上昇が制限され、Vm=Vsi+Vthに保持されることになる。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vo=Vm/k=Vok/k=(Vsi+Vth)/k=Vfs+Vth/kに制御され、負荷端電圧Vfは、出力端電圧Voよりも少し低い値に保持される。したがって、電圧閾値Vthを適切な値に設定することによって、負荷18等の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることができる。 Then, at time td, the range Vok - Vfk ≧ Vth [operating point P2] is reached, and the mode switches from the first information creation mode to the second information creation mode. In other words, after time td, the increase in target voltage Vm is limited, and Vm is maintained at Vsi + Vth. As a result, the control unit 34 controls the output terminal voltage Vo to Vo = Vm/k = Vok/k = (Vsi + Vth)/k = Vfs + Vth/k, and the load terminal voltage Vf is maintained at a value slightly lower than the output terminal voltage Vo. Therefore, by setting the voltage threshold Vth to an appropriate value, it is possible to continue supplying power to the load 18 while ensuring the safety of the load 18, etc.
次に、第二の変形例の目標電圧情報作成部30(2)について説明する。目標電圧情報作成部30(2)には、あらかじめ電圧閾値Vthが設定されている。そして、図5(a)に示すように、Vok-Vfk<Vthの範囲で、Vm=Vsi+Vok-Vfkとする旨の目標電圧情報J(Vm)を作成する第一の情報作成モードの処理を行う。この第一の情報作成モードは、上述した目標電圧情報作成部30の処理内容[図3(a)]と同じである。そして、Vok-Vf≧Vthの範囲では、Vm=Vsiとする旨の目標電圧情報J(Vm)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う。 Next, the target voltage information creation unit 30(2) of the second modified example will be described. A voltage threshold Vth is set in advance in the target voltage information creation unit 30(2). Then, as shown in FIG. 5(a), processing is performed in a first information creation mode to create target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi + Vok - Vfk in the range of Vok - Vfk < Vth. This first information creation mode is the same as the processing content of the target voltage information creation unit 30 described above [FIG. 3(a)]. Then, in the range of Vok - Vf ≧ Vth, processing is performed in a second information creation mode to create target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi.
目標電圧情報作成部30(2)を使用した時のスイッチング電源装置10の動作を説明すると、図5(b)のタイムチャートは、Vok-Vfk<Vthの範囲[動作点P1]で動作している時に、何らかの原因でセンシング線38が断線してVok-Vfk≧Vthの範囲[動作点P3]で動作する状態になったと想定したときの動作波形を示している。ここでは、出力電流Ioは一定であると仮定する。 To explain the operation of the switching power supply 10 when using the target voltage information creation unit 30(2), the time chart in Figure 5(b) shows the operating waveforms when, while operating in the range Vok - Vfk < Vth [operating point P1], the sensing line 38 is disconnected for some reason, causing the device to operate in the range Vok - Vfk ≥ Vth [operating point P3]. Here, it is assumed that the output current Io is constant.
動作点P1は、第一の情報作成モードの処理を行うので、各部の電圧は、図3(b)の動作点P1と同様になる。そして、時刻teにセンシング線38が断線すると、時刻te~tfの間、負荷端検出電圧Vfkが低下してVok-Vfkが大きくなるので、目標電圧情報作成部30及び目標電圧生成部32が動作して目標電圧Vmが上昇する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Vo及び負荷端電圧Vfが上昇する。 Because operating point P1 performs processing in the first information creation mode, the voltages of each component are the same as those at operating point P1 in Figure 3(b). When sensing line 38 breaks at time te, load end detection voltage Vfk decreases and Vok - Vfk increases between times te and tf, causing target voltage information creation unit 30 and target voltage generation unit 32 to operate and increase target voltage Vm. As a result, the output end voltage Vo and load end voltage Vf increase due to the operation of control unit 34.
その後、時刻tfにVok-Vfk≧Vthの範囲[動作点P3]に入り、第一の情報作成モードから第二の情報作成モードに切り換わる。つまり、時刻tf以降は、目標電圧Vmの上昇が制限され、Vm=Vsiに保持されることになる。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vmの変化から少し遅れてVo=Vm/k=Vok/k=Vsi/k=Vfsに制御され、負荷端電圧Vfは、出力端電圧Vo(=Vfs)よりも少し低い値に保持される。したがって、負荷18等の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることができる。 Then, at time tf, the range Vok - Vfk ≥ Vth [operating point P3] is reached, and the mode switches from the first information creation mode to the second information creation mode. In other words, after time tf, the increase in target voltage Vm is limited, and Vm = Vsi is maintained. As a result, the control unit 34 operates to control the output terminal voltage Vo to Vo = Vm/k = Vok/k = Vsi/k = Vfs slightly after the change in Vm, and the load terminal voltage Vf is maintained at a value slightly lower than the output terminal voltage Vo (= Vfs). Therefore, power supply to the load 18 can be continued while ensuring the safety of the load 18, etc.
次に、第三の変形例の目標電圧情報作成部30(3)について説明する。目標電圧情報作成部30(3)には、あらかじめ電圧閾値Vthが設定されている。そして、図6(a)に示すように、Vfk>Vthの範囲で、Vm=Vsi+Vok-Vfkとする旨の目標電圧情報J(Vm)を作成する第一の情報作成モードの処理を行う。この第一の情報作成モードは、上述した目標電圧情報作成部30の処理内容[図3(a)]と同じである。そして、Vfk≦Vthの範囲では、Vok-Vfkの値に関係なく、Vm=Vsiとする旨の目標電圧情報J(Vm)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う。 Next, the target voltage information creation unit 30(3) of the third modified example will be described. A voltage threshold Vth is set in advance in the target voltage information creation unit 30(3). Then, as shown in FIG. 6(a), processing is performed in a first information creation mode to create target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi + Vok - Vfk in the range of Vfk > Vth. This first information creation mode is the same as the processing content of the target voltage information creation unit 30 described above [FIG. 3(a)]. Then, in the range of Vfk ≦ Vth, processing is performed in a second information creation mode to create target voltage information J(Vm) such that Vm = Vsi, regardless of the value of Vok - Vfk.
目標電圧情報作成部30(3)を使用した時のスイッチング電源装置10の動作を説明すると、図6(b)のタイムチャートは、Vfk>Vthの範囲[動作点P1]で動作している時に、何らかの原因でセンシング線38が断線してVfk≦Vthの範囲[動作点P4]で動作する状態になったと想定した時の動作波形を示している。ここでは、出力電流Ioは一定であると仮定する。 To explain the operation of the switching power supply 10 when using the target voltage information creation unit 30(3), the time chart in Figure 6(b) shows the operating waveforms when, while operating in the range Vfk > Vth [operating point P1], the sensing line 38 is broken for some reason, causing the device to operate in the range Vfk <= Vth [operating point P4]. Here, it is assumed that the output current Io is constant.
動作点P1は、第一の情報作成モードの処理を行うので、各部の電圧は、図3(b)の動作点P1と同様になる。そして、時刻tgにセンシング線38が断線すると、時刻tg~thの間、負荷端検出電圧Vfkが低下してVok-Vfkが大きくなるので、目標電圧情報作成部30及び目標電圧生成部32が動作して目標電圧Vmが上昇する。その結果、制御部34が動作して出力端電圧Vo及び負荷端電圧Vfが上昇する。 Because operating point P1 performs processing in the first information creation mode, the voltages of each component are the same as those at operating point P1 in Figure 3(b). When sensing line 38 breaks at time tg, load end detection voltage Vfk decreases and Vok - Vfk increases between times tg and th, causing target voltage information creation unit 30 and target voltage generation unit 32 to operate and increase target voltage Vm. As a result, control unit 34 operates, increasing output end voltage Vo and load end voltage Vf.
その後、時刻thにVfk≦Vthの範囲[動作点P4]に入り、第一の情報作成モードから第二の情報作成モードに切り換わる。つまり、時刻th以降は、目標電圧Vmの上昇が制限され、Vm=Vsiに保持されることになる。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vmの変化から少し遅れてVo=Vm/k=Vok/k=Vsi/k=Vfsに制御され、負荷端電圧Vfは、出力端電圧Vo(=Vfs)よりも少し低い値に保持される。したがって、負荷18等の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることができる。 Then, at time th, the range Vfk≦Vth [operating point P4] is reached, and the mode switches from the first information creation mode to the second information creation mode. In other words, after time th, the increase in target voltage Vm is limited, and Vm is maintained at Vsi. As a result, the control unit 34 operates to control the output terminal voltage Vo to Vo=Vm/k=Vok/k=Vsi/k=Vfs slightly after the change in Vm, and the load terminal voltage Vf is maintained at a value slightly lower than the output terminal voltage Vo (=Vfs). Therefore, power supply to the load 18 can be continued while ensuring the safety of the load 18, etc.
<スイッチング電源装置10及び変形例の効果のまとめ>
以上説明したように、スイッチング電源装置10は、独特なフィードフォワード型のリモートセンシング機能により、負荷端電圧Vfを精度よく指定値Vfsに一致させることができる。また、変形例の目標電圧情報作成部30(1)~30(3)を使用し、通常は第一の情報作成モードで動作させ、特別な時に第二の情報作成モードで動作させることによって、センシング線が不意に未接続状態になる事態(例えば、断線事故)が発生した時でも、負荷18や電力変換部20の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることができる。
<Summary of Effects of Switching Power Supply Device 10 and Modifications>
As described above, switching power supply 10 can accurately match load end voltage Vf to specified value Vfs by using a unique feedforward remote sensing function. Furthermore, by using modified target voltage information creation units 30(1) to 30(3) to normally operate in the first information creation mode and in the second information creation mode at special times, it is possible to continue supplying power to load 18 while ensuring the safety of load 18 and power conversion unit 20, even when an incident occurs in which the sensing line is suddenly disconnected (for example, a wire breakage accident).
<<本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態>>
次に、本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態について、図7~図12に基づいて説明する。ここで、上記のスイッチング電源装置10と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
<第二の実施形態のスイッチング電源装置44>
この実施形態のスイッチング電源装置44は、リモートセンシング機能と並列運転に適した機能とを備え、単体でも使用できる電源装置である。図7に示すように、スイッチング電源装置44の構成はスイッチング電源装置10と共通点が多く、異なるのは、目標電圧情報作成部30に代えて仮目標電圧情報作成部46が設けられ、目標電圧生成部32に代えて目標電圧生成部48が設けられ、さらに、新たにVmライン外部接続端子50が設けられている点である。以下、構成が異なる点を中心に説明する。
<<Second embodiment of the switching power supply device of the present invention>>
Next, a second embodiment of the switching power supply of the present invention will be described with reference to Figures 7 to 12. Here, the same components as those in the switching power supply 10 described above will be given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
<Switching power supply device 44 of the second embodiment>
The switching power supply 44 of this embodiment is a power supply that has a remote sensing function and a function suitable for parallel operation and can be used as a standalone power supply. As shown in Figure 7, the configuration of the switching power supply 44 has many similarities to that of the switching power supply 10, but differs in that a temporary target voltage information generator 46 is provided instead of the target voltage information generator 30, a target voltage generator 48 is provided instead of the target voltage generator 32, and a Vm line external connection terminal 50 is newly provided. The following description will focus on the differences in configuration.
仮目標電圧情報作成部46は、デジタルプロセッサ内に設けられ、出力端検出電圧Vok、負荷端検出電圧Vf、指定電圧情報J(Vsi)、及びあらかじめ設定された電圧閾値Vthを基にデジタル演算処理を行い、仮目標電圧Vmxを示す目仮標電圧情報J(Vmx)を作成するブロックである。具体的には、Vok-Vfk<Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vmx=h・(Vsi+Vok-Vfk)とする旨の目標電圧情報J(Vmx)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vok-Vf≧Vthの範囲では、Vmx=h・(Vsi+Vth)とする旨の仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う。仮目標電圧情報作成部46が行う処理内容は、図9(a)、図10(a)のグラフのように表すことができる。 The temporary target voltage information creation unit 46 is a block located within the digital processor that performs digital calculations based on the output terminal detected voltage Vok, the load terminal detected voltage Vf, the specified voltage information J(Vsi), and a preset voltage threshold Vth to create temporary target voltage information J(Vmx) indicating the temporary target voltage Vmx. Specifically, in the range of Vok - Vfk < Vth (Vth is the voltage threshold), it performs processing in a first information creation mode to create target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h (Vsi + Vok - Vfk). In the range of Vok - Vf ≥ Vth, it performs processing in a second information creation mode to create temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h (Vsi + Vth). The processing performed by the temporary target voltage information creation unit 46 can be represented as shown in the graphs in Figures 9(a) and 10(a).
なお、第一の情報作成モードは、スイッチング電源装置44が正常動作している時に実行されるモードで、第二の情報作成モードは、センシング線38が不意に未接続状態になる事態(例えば、断線事故)が発生した時に実行されるモードである。これは、スイッチング電源装置10の説明の中で述べた第一及び第二の情報作成モードと意味は同じである。 The first information creation mode is a mode that is executed when the switching power supply 44 is operating normally, and the second information creation mode is a mode that is executed when an event occurs in which the sensing line 38 suddenly becomes disconnected (for example, a wire breakage accident). This has the same meaning as the first and second information creation modes described in the explanation of the switching power supply 10.
目標電圧生成部48は、仮目標電圧情報J(Vmx)を基にアナログの目標電圧Vm=Vmx/hを生成するブロックである。目標電圧生成部48は、図8(a)に示すように、仮目標電圧生成部52、プルアップ回路54及びVm制御部56で構成される。 The target voltage generation unit 48 is a block that generates an analog target voltage Vm = Vmx/h based on the temporary target voltage information J(Vmx). As shown in Figure 8(a), the target voltage generation unit 48 is composed of a temporary target voltage generation unit 52, a pull-up circuit 54, and a Vm control unit 56.
仮目標電圧生成部52は、仮目標電圧情報J(Vmx)を基にアナログの仮目標電圧Vmxを生成するブロックである。仮目標電圧生成部52は、図2(c)、(d)に示す目標電圧生成部32と類似した構成にすることができる。つまり、図8(a)に示すように、1つのD/Aコンバータでシンプルに構成することができ、図8(b)に示すように、仮目標電圧情報J(Vmx)に基づいてデューティDが設定される矩形波電圧Vp(波高値V1)を出力するパルス幅変調部52aと、矩形波電圧Vpを平滑して仮目標電圧Vmx≒V1・Dを発生させるローパスフィルタ58bとで構成することも可能である。なお、D/Aコンバータで構成する場合、仮目標電圧Vmxの分解能を高くするためには比較的高価な高速デジタルプロセッサが必要になる点に注意が必要である。この点、パルス幅変調部52a及びローパスフィルタ52bで構成すれば、安価な汎用デジタルプロセッサを使用しても高い分解能で仮目標電圧Vmxを生成できるという利点がある。 The temporary target voltage generator 52 generates an analog temporary target voltage Vmx based on the temporary target voltage information J(Vmx). The temporary target voltage generator 52 can be configured similarly to the target voltage generator 32 shown in Figures 2(c) and (d). That is, as shown in Figure 8(a), it can be configured simply with a single D/A converter. Alternatively, as shown in Figure 8(b), it can be configured with a pulse-width modulator 52a that outputs a square-wave voltage Vp (peak value V1) whose duty cycle D is set based on the temporary target voltage information J(Vmx), and a low-pass filter 58b that smooths the square-wave voltage Vp to generate a temporary target voltage Vmx ≈ V1 · D. Note that a D/A converter configuration requires a relatively expensive, high-speed digital processor to achieve high resolution for the temporary target voltage Vmx. However, a configuration with a pulse-width modulator 52a and a low-pass filter 52b offers the advantage of being able to generate a temporary target voltage Vmx with high resolution even using an inexpensive, general-purpose digital processor.
プルアップ回路54は、後述するVm制御部56の出力ライン(目標電圧生成部48の出力ラインであるVmライン50a)を正の電圧にプルアップする回路である。プルアップ回路54は、図8(a)に示すように定電流回路としている。プルアップ回路は、単純に固定抵抗としてもよいが、定電流回路にした方が低損失化できるという利点がある。 The pull-up circuit 54 is a circuit that pulls up the output line of the Vm control unit 56 (described below, the Vm line 50a, which is the output line of the target voltage generation unit 48) to a positive voltage. The pull-up circuit 54 is a constant current circuit, as shown in Figure 8 (a). The pull-up circuit may simply be a fixed resistor, but a constant current circuit has the advantage of reducing loss.
Vm制御部56は、電流引き込み型の出力段を有し、Vm>Vmx/h[定数hは仮目標電圧情報作成部46の定数hと同じ値]の時にVmライン50aから電流を引き込み、Vm≦Vmx/hの時にVmライン50aから電流を引き込むのを停止することによって、Vmライン50aの目標電圧Vmが仮目標電圧Vmxに対応した値Vmx/hになるように制御するブロックである。例えば、図8(a)の構成の場合はVm=(1+R1/R2)・Vmxに制御され、R2を開放除去すればVm=Vmxに制御されることになる。 The Vm control unit 56 has a current-drawing output stage, and is a block that draws current from the Vm line 50a when Vm > Vmx/h (constant h is the same value as the constant h of the temporary target voltage information creation unit 46), and stops drawing current from the Vm line 50a when Vm ≤ Vmx/h, thereby controlling the target voltage Vm on the Vm line 50a to a value Vmx/h corresponding to the temporary target voltage Vmx. For example, in the configuration of Figure 8(a), Vm is controlled to (1 + R1/R2) Vmx, and if R2 is left open, Vm is controlled to Vmx.
Vmライン外部接続端子50は、Vmライン50aを外部に接続可能にする端子である。この端子は、複数台のスイッチング電源装置44を並列運転させる時に相互に接続される端子であり、スイッチング電源装置44を単体で使用する時は、何も接続せずに開放状態にする。 The Vm line external connection terminal 50 is a terminal that allows the Vm line 50a to be connected externally. This terminal is connected to each other when multiple switching power supply units 44 are operated in parallel, and is left open when using a single switching power supply unit 44.
次に、スイッチング電源装置44を単体で使用した時の動作を、図9(b)、図10(b)に基づいて説明する。図9(b)のタイムチャートは、出力電流Io=ゼロ[動作点P0]で動作している時、負荷18が急変して出力電流Io=Ia[動作点P1]になったと想定したしたときの動作波形を示している。 Next, the operation of the switching power supply 44 when used alone will be explained with reference to Figures 9(b) and 10(b). The time chart in Figure 9(b) shows the operating waveforms when the load 18 suddenly changes and the output current becomes Io = Ia [operating point P1] while operating at output current Io = zero [operating point P0].
まず、動作点P0の動作を説明すると、出力電流Io=ゼロなので、負荷線16の電圧降下Vo-Vf=ゼロとなる。そうすると、Vok-Vfk=ゼロになるので、仮目標電圧情報作成部46及び目標電圧生成部48が動作して、目標電圧Vm=Vmx/h=(h・Vsi)/h=Vsiが発生する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vo=Vm/k=Vok/k=Vsi/k=Vfsとなり、負荷端電圧Vfは、Vf=Vo=Vfsとなる。つまり、負荷端電圧Vfは、指定値Vfsと同じ値に制御される。 First, to explain the operation of operating point P0, since the output current Io = zero, the voltage drop Vo - Vf on the load line 16 becomes zero. As a result, Vok - Vfk = zero, so the temporary target voltage information creation unit 46 and target voltage generation unit 48 operate to generate the target voltage Vm = Vmx/h = (h · Vsi)/h = Vsi. As a result, the control unit 34 operates so that the output end voltage Vo becomes Vo = Vm/k = Vok/k = Vsi/k = Vfs, and the load end voltage Vf becomes Vf = Vo = Vfs. In other words, the load end voltage Vf is controlled to the same value as the specified value Vfs.
時刻ta~tbの間に出力電流IoがゼロからIaに急増すると、動作点がP0からP1に変化する。動作点P1では、出力電流Io=Iaなので、負荷線16の電圧降下Vo-Vf=有限値となる。そうすると、Vok-Vfk=有限値になるので、仮目標電圧情報作成部46及び目標電圧生成部48が動作し、目標電圧Vm=Vmx/h=[h・(Vsi+Vok―Vfk)]/h=Vsi+Vok―Vfkが発生する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vo=Vm/k=Vok/k=(Vsi+Vok-Vfk)/k=Vfs+(Vok-Vfk)/kとなり、負荷端電圧Vfは、Vf=Vfsとなる。つまり、負荷端電圧Vfは、指定値Vfsと同じ値に制御される。 When the output current Io suddenly increases from zero to Ia between times ta and tb, the operating point changes from P0 to P1. At operating point P1, the output current Io = Ia, so the voltage drop Vo - Vf on the load line 16 is a finite value. As a result, Vok - Vfk is a finite value, so the temporary target voltage information creation unit 46 and target voltage generation unit 48 operate, generating the target voltage Vm = Vmx/h = [h · (Vsi + Vok - Vfk)]/h = Vsi + Vok - Vfk. As a result, the control unit 34 operates to set the output end voltage Vo as Vo = Vm/k = Vok/k = (Vsi + Vok - Vfk)/k = Vfs + (Vok - Vfk)/k, and the load end voltage Vf is Vf = Vfs. In other words, the load end voltage Vf is controlled to the specified value Vfs.
このように、スイッチング電源装置44が通常動作している時[Vok-Vfk<Vth範囲の動作点P0,P1]は、仮目標電圧情報作成部46が第一の情報作成モードの処理を行うことによって、負荷線16の電圧降下に応じて出力端電圧Voが適切に変化し、負荷端電圧Vfを精度よく指定値Vfsに一致させることができる。 In this way, when the switching power supply device 44 is operating normally [at operating points P0, P1 in the range Vok - Vfk < Vth], the temporary target voltage information creation unit 46 performs processing in the first information creation mode, causing the output end voltage Vo to change appropriately in response to the voltage drop on the load line 16, and enabling the load end voltage Vf to accurately match the specified value Vfs.
図10(b)のタイムチャートは、Vok-Vfk<Vthの範囲[動作点P1]で動作している時、何らかの原因でセンシング線38が断線してVok-Vfk≧Vthの範囲[動作点P2]で動作する状態になったと想定したときの動作波形を示している。ここでは、出力電流Ioは一定であると仮定する。 The time chart in Figure 10(b) shows the operating waveforms when, while operating in the range Vok - Vfk < Vth [operating point P1], the sensing line 38 is disconnected for some reason, causing the device to operate in the range Vok - Vfk ≥ Vth [operating point P2]. Here, it is assumed that the output current Io is constant.
図10(b)における動作点1の動作は、図9(b)における動作点P1と同じであり、動作点P1の状態で、時刻tcにセンシング線38が断線すると、時刻tc~tdの間、負荷端検出電圧Vfkが低下してVok-Vfkが大きくなるので、仮目標電圧情報作成部46及び目標電圧生成部48が動作して仮目標電圧Vmx及び目標電圧Vm=Vmx/hが上昇する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Vo及び負荷端電圧Vfが上昇する。 Operation at operating point 1 in Figure 10(b) is the same as operation point P1 in Figure 9(b). When the sensing line 38 is disconnected at time tc while at operating point P1, the load end detection voltage Vfk decreases and Vok - Vfk increases between times tc and td. This causes the temporary target voltage information creation unit 46 and target voltage generation unit 48 to operate, increasing the temporary target voltage Vmx and target voltage Vm = Vmx/h. As a result, the output end voltage Vo and load end voltage Vf increase due to the operation of the control unit 34.
その後、時刻tdにVok-Vfk≧Vthの範囲[動作点P2]に入り、第一の情報作成モードから第二の情報作成モードに切り換わる。つまり、時刻td以降は、仮目標電圧Vmx及び目標電圧Vmの上昇が制限され、Vmx=h・(Vsi+Vth)、Vm=Vsi+Vthに各々保持されることになる。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vo=Vm/k=Vok/k=(Vsi+Vth)/k=Vfs+Vth/kに制御され、負荷端電圧Vfは、出力端電圧Voよりも少し低い値に保持される。したがって、電圧閾値Vthを適切な値に設定することによって、負荷18等の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることができる。 Then, at time td, the range Vok - Vfk ≥ Vth [operating point P2] is reached, and the mode switches from the first information creation mode to the second information creation mode. In other words, after time td, the increase in the temporary target voltage Vmx and the target voltage Vm is limited, and they are maintained at Vmx = h · (Vsi + Vth) and Vm = Vsi + Vth, respectively. As a result, the control unit 34 controls the output terminal voltage Vo to Vo = Vm/k = Vok/k = (Vsi + Vth)/k = Vfs + Vth/k, and the load terminal voltage Vf is maintained at a value slightly lower than the output terminal voltage Vo. Therefore, by setting the voltage threshold Vth to an appropriate value, it is possible to continue supplying power to the load 18 while ensuring the safety of the load 18, etc.
なお、スイッチング電源装置44の図9(b)に示す動作は、スイッチング電源装置10の図3(b)に示す動作と基本的に同じであり、スイッチング電源装置44の図10(b)に示す動作は、スイッチング電源装置10の図4(b)に示す動作と基本的に同じである。異なるのは、スイッチング電源装置44の場合、仮目標電圧情報作成部46及び目標電圧生成部48の処理や動作の中に定数hが入っているという点に特徴があり、これによって、並列運転を行う時に独特な作用効果が得られる。詳しくは、後の電源システム58を説明する中で述べる。 Note that the operation of switching power supply device 44 shown in Figure 9(b) is basically the same as the operation of switching power supply device 10 shown in Figure 3(b), and the operation of switching power supply device 44 shown in Figure 10(b) is basically the same as the operation of switching power supply device 10 shown in Figure 4(b). The difference is that switching power supply device 44 is characterized by the inclusion of constant h in the processing and operation of temporary target voltage information creation unit 46 and target voltage generation unit 48, which provides a unique effect when performing parallel operation. More details will be provided later in the explanation of power supply system 58.
<仮目標電圧情報作成部46の変形例46(1),46(2)>
次に、仮目標電圧情報作成部46の、第二の情報作成モードの処理内容を変更した2つの変形例46(1),46(2)について順に説明する。
<Modifications 46(1), 46(2) of the temporary target voltage information generating unit 46>
Next, two modified examples 46(1) and 46(2) in which the processing content of the second information creation mode of the temporary target voltage information creation unit 46 is changed will be described in order.
まず、第一の変形例の仮目標電圧情報作成部46(1)について説明する。仮目標電圧情報作成部46(1)は、Vok-Vfk<Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vmx=h・(Vsi+Vok-Vfk)とする旨の目標電圧情報J(Vmx)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vok-Vf≧Vthの範囲では、Vmx=h・Vsiとする旨の仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う。仮目標電圧情報作成部46(1)が行う処理内容は、図11(a)のグラフのように表すことができる。 First, the temporary target voltage information creation unit 46(1) of the first modified example will be described. The temporary target voltage information creation unit 46(1) performs processing in a first information creation mode to create target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h·(Vsi + Vok−Vfk) in the range of Vok−Vfk<Vth (Vth is a voltage threshold), and performs processing in a second information creation mode to create temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h·Vsi in the range of Vok−Vf≧Vth. The processing performed by the temporary target voltage information creation unit 46(1) can be represented as shown in the graph in FIG. 11(a).
図11(b)のタイムチャートは、Vok-Vfk<Vthの範囲[動作点P1]で動作している時、何らかの原因でセンシング線38が断線してVok-Vfk≧Vthの範囲[動作点P3]で動作する状態になったと想定したときの動作波形を示している。ここでは、出力電流Ioは一定であると仮定する。 The time chart in Figure 11(b) shows the operating waveforms when, while operating in the range Vok - Vfk < Vth [operating point P1], the sensing line 38 is disconnected for some reason, causing the device to operate in the range Vok - Vfk ≥ Vth [operating point P3]. Here, it is assumed that the output current Io is constant.
図11(b)における動作点1の動作は、図9(b)における動作点P1の動作と同じであり、時刻teにセンシング線38が断線すると、時刻te~tfの間、負荷端検出電圧Vfkが低下してVok-Vfkが大きくなるので、仮目標電圧情報作成部46(1)及び目標電圧生成部48が動作して仮目標電圧Vmx及び目標電圧Vm=Vmx/hが上昇する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Vo及び負荷端電圧Vfが上昇する。 The operation of operating point 1 in Figure 11(b) is the same as the operation of operating point P1 in Figure 9(b). When the sensing line 38 breaks at time te, the load end detection voltage Vfk decreases and Vok - Vfk increases between times te and tf. This causes the temporary target voltage information creation unit 46(1) and target voltage generation unit 48 to operate, increasing the temporary target voltage Vmx and target voltage Vm = Vmx/h. As a result, the output end voltage Vo and load end voltage Vf increase due to the operation of the control unit 34.
その後、時刻tfにVok-Vfk≧Vthの範囲[動作点P3]に入り、第一の情報作成モードから第二の情報作成モードに切り換わる。つまり、時刻tf以降は、仮目標電圧Vmx及び目標電圧Vmの上昇が制限され、Vmx=h・Vsi、Vm=Vsiに各々保持されることになる。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vo=Vm/k=Vok/k=Vsi/k=Vfsに制御され、負荷端電圧Vfは、出力端電圧Voよりも少し低い値に保持される。したがって、負荷18等の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることができる。 Then, at time tf, the range Vok - Vfk ≧ Vth [operating point P3] is reached, and the mode switches from the first information creation mode to the second information creation mode. In other words, after time tf, the increase in the temporary target voltage Vmx and the target voltage Vm is limited, and they are maintained at Vmx = h · Vsi and Vm = Vsi, respectively. As a result, the output end voltage Vo is controlled by the control unit 34 so that Vo = Vm/k = Vok/k = Vsi/k = Vfs, and the load end voltage Vf is maintained at a value slightly lower than the output end voltage Vo. Therefore, the power supply to the load 18 can be continued while ensuring the safety of the load 18, etc.
スイッチング電源装置44の図11(b)に示す動作は、スイッチング電源装置10の図5(b)に示す動作と基本的に同じである。 The operation of the switching power supply 44 shown in Figure 11(b) is basically the same as the operation of the switching power supply 10 shown in Figure 5(b).
次に、第二の変形例の仮目標電圧情報作成部46(2)について説明する。仮目標電圧情報作成部46(2)は、Vfk>Vth[Vthは電圧閾値]の範囲で、Vmx=h・(Vsi+Vok-Vfk)とする旨の目標電圧情報J(Vmx)を作成する第一の情報作成モードの処理を行い、Vf≦Vthの範囲では、Vok-Vfkの値に関係なく、Vmx=h・Vsiとする旨の仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する第二の情報作成モードの処理を行う。仮目標電圧情報作成部46(2)が行う処理内容は、図12(a)のグラフのように表すことができる。 Next, the temporary target voltage information creation unit 46(2) of the second modified example will be described. The temporary target voltage information creation unit 46(2) performs processing in a first information creation mode to create target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h·(Vsi + Vok−Vfk) in the range of Vfk > Vth (Vth is a voltage threshold), and performs processing in a second information creation mode to create temporary target voltage information J(Vmx) such that Vmx = h·Vsi in the range of Vf≦Vth, regardless of the value of Vok−Vfk. The processing performed by the temporary target voltage information creation unit 46(2) can be represented as shown in the graph in FIG. 12(a).
図12(b)のタイムチャートは、Vfk>Vthの範囲[動作点P1]で動作している時、何らかの原因でセンシング線38が断線してVfk≦Vthの範囲[動作点P4]で動作する状態になったと想定したときの動作波形を示している。ここでは、出力電流Ioは一定であると仮定する。 The time chart in Figure 12(b) shows the operating waveforms when, while operating in the range Vfk > Vth [operating point P1], the sensing line 38 is disconnected for some reason, causing the device to operate in the range Vfk <= Vth [operating point P4]. Here, it is assumed that the output current Io is constant.
図12(b)における動作点1の動作は、図9(b)における動作点P1の動作と同じであり、時刻tgにセンシング線38が断線すると、時刻tg~thの間、負荷端検出電圧Vfkが低下してVok-Vfkが大きくなるので、仮目標電圧情報作成部46(1)及び目標電圧生成部48が動作して仮目標電圧Vmx及び目標電圧Vm=Vmx/hが上昇する。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Vo及び負荷端電圧Vfが上昇する。 The operation of operating point 1 in Figure 12(b) is the same as the operation of operating point P1 in Figure 9(b). When the sensing line 38 breaks at time tg, the load end detected voltage Vfk decreases and Vok - Vfk increases between times tg and th. This causes the temporary target voltage information creation unit 46(1) and target voltage generation unit 48 to operate, increasing the temporary target voltage Vmx and target voltage Vm = Vmx/h. As a result, the output end voltage Vo and load end voltage Vf increase due to the operation of the control unit 34.
その後、時刻thにVfk≦Vthの範囲[動作点P4]に入り、第一の情報作成モードから第二の情報作成モードに切り換わる。つまり、時刻th以降は、仮目標電圧Vmx及び目標電圧Vmの上昇が制限され、Vmx=h・Vsi、Vm=Vsiに各々保持されることになる。その結果、制御部34の動作により、出力端電圧Voは、Vo=Vm/k=Vok/k=Vsi/k=Vfsに制御され、負荷端電圧Vfは、出力端電圧Voよりも少し低い値に保持される。したがって、負荷18等の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることができる。 Then, at time th, the range Vfk≦Vth [operating point P4] is reached, and the mode switches from the first information creation mode to the second information creation mode. In other words, after time th, the increase in the temporary target voltage Vmx and the target voltage Vm is limited, and they are maintained at Vmx = h·Vsi and Vm = Vsi, respectively. As a result, the control unit 34 operates to control the output end voltage Vo to Vo = Vm/k = Vok/k = Vsi/k = Vfs, and the load end voltage Vf is maintained at a value slightly lower than the output end voltage Vo. Therefore, power supply to the load 18 can be continued while ensuring the safety of the load 18, etc.
スイッチング電源装置44の図12(b)に示す動作は、スイッチング電源装置10の図6(b)に示す動作と基本的に同じである。 The operation of the switching power supply 44 shown in Figure 12(b) is basically the same as the operation of the switching power supply 10 shown in Figure 6(b).
<スイッチング電源装置44及び変形例の効果のまとめ>
以上説明したように、スイッチング電源装置44によれば、上記のスイッチング電源装置10と同様の作用効果が得られる。さらに、スイッチング電源装置44は、並列運転に適した機能が追加されており、複数台のスイッチング電源装置44を組み合わせることによって、優れた性能の電源システムを得ることができる。詳しくは、後の電源システム58を説明する中で述べる。
<Summary of Effects of Switching Power Supply Device 44 and Modifications>
As described above, switching power supply device 44 provides the same operational effects as switching power supply device 10. Furthermore, switching power supply device 44 has an additional function suitable for parallel operation, and by combining multiple switching power supply devices 44, a power supply system with excellent performance can be obtained. This will be described in more detail later in the description of power supply system 58.
<<本発明の電源システム一実施形態>>
次に、本発明の電源システムの一実施形態について、図13、図14に基づいて説明する。この実施形態の電源システム58は、図13に示すように、2台のスイッチング電源装置44で構成される。スイッチング電源装置44は、先に説明した本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態である。
<<One embodiment of the power supply system of the present invention>>
Next, one embodiment of the power supply system of the present invention will be described with reference to Figures 13 and 14. As shown in Figure 13, the power supply system 58 of this embodiment is made up of two switching power supply units 44. The switching power supply units 44 are the second embodiment of the switching power supply unit of the present invention described above.
2台のスイッチング電源装置44は、定数kが一律の値に設定され、定数hが一律の値に設定されており、電力変換部20の出力端22同士を、均等に太くて短い導線60a,60bで並列接続し(並列運転させ)、その接続点に接続された所定長さの負荷線16を通じて1つの負荷18に電力を供給する。負荷電力は、2台のスイッチング電源装置44の出力電力を合算した値となる。さらに、Vmライン外部接続端子50同士が相互に連結されている。 The two switching power supplies 44 have constants k and h set to the same value, and the output ends 22 of the power conversion units 20 are connected in parallel (operated in parallel) with equally thick and short conductors 60a and 60b, and power is supplied to a single load 18 through a load line 16 of a predetermined length connected to the connection point. The load power is the sum of the output power of the two switching power supplies 44. Furthermore, the Vm line external connection terminals 50 are interconnected.
2台のスイッチング電源装置44は、負荷端電圧Vfの指定値Vfsを意図的にずらし、単体で動作させた時に負荷端電圧Vfが異なる値になるようにしている。そこで、2台のスイッチング電源装置44の中の、指定値Vfsが最も低い値に設定され、単体で動作させた時に仮目標電圧Vmxが最も低くなる方をマスタ電源44(M)とし、もう一方(指定値Vfsが十分高い値に設定され、単体で動作させた時に仮目標電圧Vmxが十分高くなる方)をスレーブ電源44(S)と称して区別する。 The two switching power supply units 44 intentionally differ in the designated value Vfs of the load end voltage Vf so that the load end voltage Vf will be different when operated independently. Therefore, of the two switching power supply units 44, the one with the lowest designated value Vfs and the lowest provisional target voltage Vmx when operated independently is designated as the master power supply 44(M), and the other (with the designated value Vfs set to a sufficiently high value and the provisional target voltage Vmx when operated independently) is designated as the slave power supply 44(S) to distinguish them.
マスタ電源44(M)は、負荷端電圧検出部26の入力端がセンシング線38を介して負荷端36に接続されており、負荷端電圧検出部26が負荷端検出電圧Vfk=k・Vfを出力する構成になっている。一方、スレーブ電源44(S)は、負荷端電圧検出部26の入力端が開放されており、負荷端電圧検出部26が負荷端電圧Vfの値に関係なくゼロボルトを出力する構成になっている。したがって、スレーブ電源44(S)の仮目標電圧情報作成部46は、常に第二の情報作成モードで仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する。 In the master power supply 44(M), the input terminal of the load end voltage detection unit 26 is connected to the load end 36 via the sensing line 38, and the load end voltage detection unit 26 is configured to output a load end detection voltage Vfk = k·Vf. On the other hand, in the slave power supply 44(S), the input terminal of the load end voltage detection unit 26 is open, and the load end voltage detection unit 26 is configured to output zero volts regardless of the value of the load end voltage Vf. Therefore, the temporary target voltage information creation unit 46 of the slave power supply 44(S) always creates temporary target voltage information J(Vmx) in the second information creation mode.
スレーブ電源44(S)の指定値Vfsは、上記のようにマスタ電源44(M)の指定値Vfsよりも十分高い値に設定されている。したがって、マスタ電源44(M)が正常動作を行っている時[センシング線38が正しく接続されて第一の情報作成モードの処理を行う時]、マスタ電源44(M)の仮目標電圧Vmxは、常にスレーブ電源44(S)の仮目標電圧Vmxよりも低い値になる。 As described above, the specified value Vfs of the slave power supply 44(S) is set to a value sufficiently higher than the specified value Vfs of the master power supply 44(M). Therefore, when the master power supply 44(M) is operating normally (when the sensing line 38 is correctly connected and processing in the first information creation mode is being performed), the temporary target voltage Vmx of the master power supply 44(M) will always be lower than the temporary target voltage Vmx of the slave power supply 44(S).
次に、マスタ電源44(M)及びスレーブ電源44(S)の各目標電圧生成部48の動作を、具体的な数値例を基に説明する。図14は、マスタ電源44(M)は、定数h=1のVm制御部56に仮目標電圧Vmx=5Vが入力され、スレーブ電源44(S)は、定数h=1のVm制御部56に仮目標電圧Vmx=7Vが入力されている状況を示している。 Next, the operation of the target voltage generation units 48 of the master power supply 44(M) and slave power supply 44(S) will be explained based on specific numerical examples. Figure 14 shows a situation in which a tentative target voltage Vmx = 5V is input to the Vm control unit 56 with constant h = 1 for the master power supply 44(M), and a tentative target voltage Vmx = 7V is input to the Vm control unit 56 with constant h = 1 for the slave power supply 44(S).
マスタ電源44(M)は、自己のVm制御部56の制御により、目標電圧Vm=Vmx/h=5Vに制御される。一方、スレーブ電源44(S)は、単体で動作したとすれば、自己のVm制御部56の動作により、目標電圧Vm=Vmx/h=7Vに制御されることになるところ、Vmライン50aがVmライン外部接続端子50を介してマスタ電源44(M)のVmライン50aに連結されているので、目標電圧Vmが5Vに保持されることになる。そのため、スレーブ電源44(S)のVm制御部56は、Vmライン50aから電流を引き込む動作を停止したままの制御不能な状態に保持される。 The master power supply 44(M) is controlled by its own Vm control unit 56 to a target voltage Vm = Vmx/h = 5V. Meanwhile, if the slave power supply 44(S) were operating alone, its own Vm control unit 56 would control the target voltage Vm = Vmx/h = 7V. However, because the Vm line 50a is connected to the Vm line 50a of the master power supply 44(M) via the Vm line external connection terminal 50, the target voltage Vm is maintained at 5V. Therefore, the Vm control unit 56 of the slave power supply 44(S) is held in an uncontrollable state, with its operation of drawing current from the Vm line 50a suspended.
図14において、マスタ電源44(M)の目標電圧VmをVm(M)とすると、スレーブ電源44(S)の目標電圧VmもVm(M)となる。したがって、マスタ電源44(M)とスレーブ電源44(S)は、出力端電圧Voが同じ値になり、負荷端電圧Vfも同じ値になり、負荷電力をほぼ均等に負担することになる。 In Figure 14, if the target voltage Vm of the master power supply 44(M) is Vm(M), the target voltage Vm of the slave power supply 44(S) will also be Vm(M). Therefore, the output end voltage Vo of the master power supply 44(M) and the slave power supply 44(S) will be the same value, and the load end voltage Vf will also be the same value, so that the load power will be shared almost equally.
以上説明したように、電源システム58によれば、2台のスイッチング電源装置44の中の1台(マスタ電源44(M))の目標電圧Vmを制御することによって、フィードフォワード型のリモートセンシングを行いつつ、2台のスイッチング電源装置44の一斉起動や、負荷電力の負担の均等化や、負荷端電圧Vfの設定変更の容易化等の要求に応えることができる。また、マスタ電源44(M)のセンシング線38が不意に未接続状態になる事態(例えば、断線事故)が発生した時でも、負荷18や各電力変換部20の安全を確保しつつ、負荷18への電力供給を継続させることができる。 As described above, the power supply system 58 controls the target voltage Vm of one of the two switching power supply units 44 (the master power supply 44(M)) while performing feedforward remote sensing, making it possible to meet requirements such as simultaneous startup of the two switching power supply units 44, equalization of the load power burden, and easy setting changes to the load end voltage Vf. Furthermore, even if the sensing line 38 of the master power supply 44(M) suddenly becomes disconnected (for example, due to a wire breakage), the power supply to the load 18 can continue while ensuring the safety of the load 18 and each power conversion unit 20.
なお、上記の電源システム58は、2台のスイッチング電源装置44を並列運転する構成になっているが、3台以上のスイッチング電源装置44を並列運転する構成にしてもよい。3台以上を並列運転した時も、1台だけがマスタ電源44(M)となり、その他がすべてスレーブ電源44(S)となり、2台の時と同様の作用効果が得られる。 Note that while the power supply system 58 described above is configured to operate two switching power supply units 44 in parallel, it may also be configured to operate three or more switching power supply units 44 in parallel. When operating three or more units in parallel, only one unit will be the master power supply 44(M) and the others will all be slave power supplies 44(S), achieving the same effects as when two units are operated.
<<その他の実施形態など>>
なお、本発明のスイッチング電源装置及び電源システムは、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、電源システム58を構成する場合、スイッチング電源装置44の仮目標電圧情報作成部46は、変形例の仮目標電圧情報作成部46(1),46(2)に置き換えてもよく、同様の作用効果が得られる。
<<Other embodiments, etc.>>
The switching power supply device and power supply system of the present invention are not limited to the above-described embodiment and modifications. For example, when configuring power supply system 58, temporary target voltage information generator 46 of switching power supply device 44 may be replaced with temporary target voltage information generators 46(1) and 46(2) of the modifications, and similar effects can be obtained.
また、上記の電源システム58の説明の中では、「電力変換部20の出力端22同士を、均等に太くて短い導線60a,60bで並列接続し(並列運転させ)、その接続点に接続された所定長さの負荷線16を通じて1つの負荷18に電力を供給する。」とした。しかし、導線60a,60bを十分に均等に太く短くできない事情がある場合に、2台のスイッチング電源装置44の出力電流Ioのバランス(負荷電力の負担のバランス)が少し崩れる可能性がある。そこで、より高い精度でバランスをとりたい時は、例えば、実開昭63-135406号公報の第1図に記載された電流バランス調整回路の技術を適用するとよい。 Furthermore, in the description of the power supply system 58 above, it was stated that "the output terminals 22 of the power conversion units 20 are connected in parallel (operated in parallel) with equally thick and short conductors 60a, 60b, and power is supplied to a single load 18 through a load line 16 of a predetermined length connected to the connection point." However, if circumstances prevent the conductors 60a, 60b from being sufficiently thick and short, there is a possibility that the balance of the output currents Io of the two switching power supplies 44 (balance of load power burden) will be slightly disrupted. Therefore, if more precise balancing is desired, it is advisable to apply the current balance adjustment circuit technology described in Figure 1 of Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 63-135406, for example.
この電流バランス調整回路の技術は、各電源装置に出力電流Ioを検出する電流検出回路を設け、その出力同士を相互に接続し、電流検出回路間に流れる不平衡電流の方向及び大きさに応じた極性の電圧(補正用電圧)を発生させ、比較器の入力電圧にバイアスするというものである。本発明に適用する場合、例えば、各スイッチング電源装置44の内部に同様の電流検出回路を設け、Vmライン50aと制御部34との間に、Vmライン50aに発生している目標電圧Vmに上記の補正用電圧を加算して制御部34に入力する回路を追加する方法が考えられる。また、条件が合えば、出力端電圧検出部24と制御部34との間に、出力端検出電圧Vokに上記の補正用電圧を加算して制御部34に入力する回路を追加する方法を使用することも可能である。 This current balance adjustment circuit technology involves providing each power supply with a current detection circuit that detects the output current Io, interconnecting the outputs of these circuits, generating a voltage (correction voltage) of a polarity corresponding to the direction and magnitude of the unbalanced current flowing between the current detection circuits, and biasing the input voltage of the comparator. When applied to the present invention, for example, a similar current detection circuit could be provided inside each switching power supply 44, and a circuit could be added between the Vm line 50a and the control unit 34 that adds the correction voltage to the target voltage Vm generated on the Vm line 50a and inputs the result to the control unit 34. Alternatively, if conditions are met, a circuit could be added between the output terminal voltage detection unit 24 and the control unit 34 that adds the correction voltage to the output terminal detection voltage Vok and inputs the result to the control unit 34.
10,44 スイッチング電源装置
12 入力端
16 負荷線
18 負荷
20 電力変換部
22 出力端
24 出力端電圧検出部
26 負荷端電圧検出部
28 指定電圧情報作成部
30,30(1),30(2),30(3) 目標電圧情報作成部
32,48 目標電圧生成部
32a パルス幅変調部
32b ローパスフィルタ
34 制御部
36 負荷端
38 センシング線
44(M) マスタ電源
44(S) スレーブ電源
46,46(1),46(2) 仮目標電圧情報作成部
50 Vmライン外部接続端子
50a Vmライン
52 仮目標電圧生成部
52a パルス幅変調部
52b ローパスフィルタ
54 プルアップ回路
56 Vm制御部
58 電源システム
GS 外部指令
h 正の定数
Io 出力電流
J(Vsi) 指定電圧情報
J(Vm) 目標電圧情報
J(Vmx) 仮目標電圧情報
k 正の定数
Vi 入力電圧
Vf 負荷端電圧
Vfk 負荷端検出電圧
Vfs 負荷端電圧の指定値
Vg 駆動パルス
Vm 目標電圧
Vmx 仮目標電圧
Vo 出力端電圧
Vok 出力端検出電圧
Vsi 指定電圧
10, 44 Switching power supply device 12 Input terminal 16 Load line 18 Load 20 Power conversion unit 22 Output terminal 24 Output terminal voltage detection unit 26 Load terminal voltage detection unit 28 Specified voltage information creation unit 30, 30(1), 30(2), 30(3) Target voltage information creation unit 32, 48 Target voltage generation unit 32a Pulse width modulation unit 32b Low pass filter 34 Control unit 36 Load terminal 38 Sensing line 44(M) Master power supply 44(S) Slave power supplies 46, 46(1), 46(2) Temporary target voltage information creation unit 50 Vm line external connection terminal 50a Vm line 52 Temporary target voltage generation unit 52a Pulse width modulation unit 52b Low pass filter 54 Pull-up circuit 56 Vm control unit 58 Power supply system
GS external command
h positive constant
Io output current
J(Vsi) specified voltage information
J(Vm) Target voltage information
J(Vmx) Temporary target voltage information
k positive constant
Vi input voltage
Vf Load voltage
Vfk Load end detection voltage
Vfs Load voltage specification
Vg drive pulse
Vm target voltage
Vmx temporary target voltage
Vo Output terminal voltage
Vok Output terminal detection voltage
Vsi specified voltage
Claims (14)
前記電力変換部の出力端に発生する出力端電圧Voを検出し、これに対応したアナログの出力端検出電圧Vok=k・Vo[kは正の定数]を出力する出力端電圧検出部と、
前記負荷線の負荷端に発生する負荷端電圧Vfを検出し、これに対応したアナログの負荷端検出電圧Vfk=k・Vfを出力する負荷端電圧検出部と、
前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsが指定され、これに対応した指定電圧Vsi=k・Vfsを示す指定電圧情報J(Vsi)を作成する指定電圧情報作成部と、
前記出力端検出電圧Vok、前記負荷端検出電圧Vfk及び前記指定電圧情報J(Vsi)を基にデジタル演算処理を行い、目標電圧Vm=Vsi+Vok-Vfkを示す目標電圧情報J(Vm)を作成する目標電圧情報作成部と、
前記目標電圧情報J(Vm)を基にアナログの目標電圧Vmを生成する目標電圧生成部と、
前記出力端検出電圧Vokと前記目標電圧Vmとが等しくなるように前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を決定し、このオン時間及びオフ時間で前記主スイッチング素子がオンオフするように駆動パルスを生成し、前記主スイッチング素子に向けて出力する制御部とを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 a power conversion unit that converts a DC or AC input voltage supplied to an input terminal into a DC voltage by a switching operation of a main switching element and supplies the power to a load through a load line of a predetermined length;
an output terminal voltage detection unit that detects an output terminal voltage Vo generated at the output terminal of the power conversion unit and outputs a corresponding analog output terminal detection voltage Vok=k·Vo (k is a positive constant);
a load end voltage detection unit that detects a load end voltage Vf generated at the load end of the load line and outputs a corresponding analog load end detection voltage Vfk=k·Vf;
a designated voltage information generating unit that receives a designated value Vfs of the load end voltage Vf and generates designated voltage information J(Vsi) indicating a corresponding designated voltage Vsi=k·Vfs;
a target voltage information generating unit that performs digital calculation processing based on the output end detected voltage Vok, the load end detected voltage Vfk, and the specified voltage information J(Vsi) to generate target voltage information J(Vm) indicating a target voltage Vm=Vsi+Vok−Vfk;
a target voltage generation unit that generates an analog target voltage Vm based on the target voltage information J(Vm);
a control unit that determines an on-time and an off-time of the main switching element so that the output terminal detected voltage Vok and the target voltage Vm are equal, generates a drive pulse so that the main switching element is turned on and off during the on-time and off-time, and outputs the drive pulse to the main switching element.
前記電力変換部の出力端に発生する出力端電圧Voを検出し、これに対応したアナログの出力端検出電圧Vok=k・Vo[kは正の定数]を出力する出力端電圧検出部と、
前記負荷線負荷端に発生する負荷端電圧Vfを検出し、これに対応したアナログの負荷端検出電圧Vfk=k・Vfを出力する負荷端電圧検出部と、
前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsが指定され、これに対応した指定電圧Vsi=k・Vfsを示す指定電圧情報J(Vsi)を作成する指定電圧情報作成部と、
前記出力端検出電圧Vok、前記負荷端検出電圧Vfk及び前記指定電圧情報J(Vsi)を基にデジタル演算処理を行い、仮目標電圧Vmx=h・(Vsi+Vok-Vfk)[hは正の定数]を示す仮目標電圧情報J(Vmx)を作成する仮目標電圧情報作成部と、
前記仮目標電圧情報J(Vmx)を基にアナログの目標電圧Vm=Vmx/hを生成する目標電圧生成部と、
前記出力端検出電圧Vokと前記目標電圧Vmとが等しくなるように前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を決定し、このオン時間及びオフ時間で前記主スイッチング素子がオンオフするように駆動パルスを生成し、前記主スイッチング素子に向けて出力する制御部と、
前記目標電圧生成部の出力ラインであるVmラインを外部に接続可能にするVmライン外部接続端子とを備え、
前記目標電圧生成部は、前記仮目標電圧情報作成部が作成した前記仮目標電圧情報J(Vmx)に基づいてアナログの仮目標電圧Vmxを生成する仮目標電圧生成部と、前記Vmラインを正の電圧にプルアップするためのプルアップ回路と、電流引き込み型の出力段を有し、Vm>Vmx/hの時に前記Vmラインから電流を引き込み、Vm≦Vmsx/hの時に前記Vmラインから電流を引き込むのを停止することによって、前記目標電圧Vmが前記仮目標電圧Vmxに対応した値Vmx/hになるように制御するVm制御部とを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 a power conversion unit that converts a DC or AC input voltage supplied to an input terminal into a DC voltage by a switching operation of a main switching element and supplies the power to a load through a load line of a predetermined length;
an output terminal voltage detection unit that detects an output terminal voltage Vo generated at the output terminal of the power conversion unit and outputs a corresponding analog output terminal detection voltage Vok=k·Vo (k is a positive constant);
a load end voltage detection unit that detects a load end voltage Vf generated at the load end of the load line and outputs a corresponding analog load end detection voltage Vfk=k·Vf;
a designated voltage information generating unit that receives a designated value Vfs of the load end voltage Vf and generates designated voltage information J(Vsi) indicating a corresponding designated voltage Vsi=k·Vfs;
a temporary target voltage information generating unit that performs digital calculation processing based on the output end detected voltage Vok, the load end detected voltage Vfk, and the specified voltage information J(Vsi) to generate temporary target voltage information J(Vmx) indicating a temporary target voltage Vmx=h·(Vsi+Vok−Vfk) (h is a positive constant);
a target voltage generating unit that generates an analog target voltage Vm=Vmx/h based on the temporary target voltage information J(Vmx);
a control unit that determines an on-time and an off-time of the main switching element so that the output terminal detected voltage Vok is equal to the target voltage Vm, generates a drive pulse so that the main switching element is turned on and off during the on-time and off-time, and outputs the drive pulse to the main switching element;
a Vm line external connection terminal that enables a Vm line, which is an output line of the target voltage generation unit, to be connected to an external device;
the target voltage generation unit comprises a temporary target voltage generation unit that generates an analog temporary target voltage Vmx based on the temporary target voltage information J(Vmx) created by the temporary target voltage information creation unit; a pull-up circuit that pulls up the Vm line to a positive voltage; and a Vm control unit that has a current-drawing output stage and draws current from the Vm line when Vm > Vmx/h and stops drawing current from the Vm line when Vm ≦ Vmsx/h, thereby controlling the target voltage Vm to be a value Vmx/h that corresponds to the temporary target voltage Vmx.
前記各スイッチング電源装置は、前記電力変換部の出力端同士が相互に並列接続され、前記Vmライン外部接続端子同士が相互に連結され、前記定数kが一律の値に設定され、前記定数hが一律の値に設定されており、
前記各スイッチング電源装置の中の、前記負荷端電圧Vfの指定値Vfsが最も低い値に設定されている1台をマスタ電源とし、その他をスレーブ電源とした時、
前記マスタ電源の前記負荷端電圧検出部は、入力端が前記負荷端に接続され、前記負荷端電圧Vfを検出して前記負荷端検出電圧Vfkを出力し、
前記スレーブ電源の前記負荷端電圧検出部は、入力端が開放され、前記負荷端電圧Vfの値に関係なくゼロボルトを出力し、これによって、前記スレーブ電源の前記仮目標電圧情報作成部は、前記第二の情報作成モードで前記仮目標電圧情報J(Vmx)を作成することとなり、
前記マスタ電源の前記Vmラインには、自己の前記目標電圧生成部が生成した前記目標電圧Vmである目標電圧Vm(M)が発生し、前記スレーブ電源の前記Vmラインには、自己の前記Vmライン外部接続端子を通じて入力された前記目標電圧Vm(M)が発生し、
前記マスタ電源及び前記スレーブ電源の前記制御部は、自己の前記Vmラインに発生している前記目標電圧Vm(M)と自己の前記出力端検出電圧Vokとの差が小さくなるように、前記駆動パルスを生成することを特徴とする電源システム。 A power supply system using a plurality of switching power supply devices according to claim 13,
In each of the switching power supply devices, the output ends of the power conversion units are connected in parallel with each other, the Vm line external connection terminals are connected with each other, the constant k is set to a uniform value, and the constant h is set to a uniform value;
When one of the switching power supply devices having the lowest designated value Vfs of the load end voltage Vf is designated as a master power supply and the others are designated as slave power supplies,
the load end voltage detection unit of the master power supply has an input end connected to the load end, detects the load end voltage Vf, and outputs the load end detection voltage Vfk;
the input terminal of the load end voltage detection unit of the slave power supply is open and outputs zero volts regardless of the value of the load end voltage Vf, which causes the temporary target voltage information creation unit of the slave power supply to create the temporary target voltage information J(Vmx) in the second information creation mode,
a target voltage Vm(M) is generated on the Vm line of the master power supply, the target voltage Vm being generated by the target voltage generation unit of the master power supply itself, and the target voltage Vm(M) input via the external connection terminal of the Vm line of the slave power supply itself is generated on the Vm line of the slave power supply itself;
a power supply system characterized in that the control units of the master power supply and the slave power supply generate the drive pulses so as to reduce the difference between the target voltage Vm(M) generated on the Vm line of the master power supply and the output terminal detection voltage Vok of the slave power supply.
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020061929A (en) | 2018-10-09 | 2020-04-16 | 廣達電腦股▲ふん▼有限公司Quanta Computer Inc. | Method and system for chassis voltage drop compensation |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04294410A (en) * | 1991-03-22 | 1992-10-19 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | Dc power unit |
| JP3182921B2 (en) * | 1992-10-02 | 2001-07-03 | 富士通株式会社 | Power supply |
| JP3406215B2 (en) * | 1998-02-06 | 2003-05-12 | 富士通アクセス株式会社 | Remote sense type power supply |
-
2022
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020061929A (en) | 2018-10-09 | 2020-04-16 | 廣達電腦股▲ふん▼有限公司Quanta Computer Inc. | Method and system for chassis voltage drop compensation |
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