JP2006242742A - 直流電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 低周波のリップル成分が誤動作の原因となるレーダー装置用の直流電源装置において、入力に含まれる低周波のリップル成分が出力にほとんど現れない極めて低リップル出力の直流電源装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 全波整流回路とDC/DCコンバータの間に、スイッチング素子とコイルとコンデンサーとを有した昇圧型チョッパー回路を接続し、昇圧型チョッパー回路の出力電流から最大電流を算出し、コイルを流れる電流が最大電流以下となるように、スイッチング素子のパルス幅を調整する。
【選択図】 図1
【解決手段】 全波整流回路とDC/DCコンバータの間に、スイッチング素子とコイルとコンデンサーとを有した昇圧型チョッパー回路を接続し、昇圧型チョッパー回路の出力電流から最大電流を算出し、コイルを流れる電流が最大電流以下となるように、スイッチング素子のパルス幅を調整する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、送信装置に電源を供給する直流電源装置に関するものである。
送信波と受信波の周波数の変化を測定するレーダー装置は、大電力の送信波を得るために、3相の交流電源を直流に変換し所望の直流電圧に変圧することによって、電源供給が行われる。現在、広く使用されているレーダシステムにおいては、送信波に基本周波数以外の周波数成分が重畳していては、目標から反射してくる電波の周波数変位を正確に測定できないことから、使用する直流電源装置には極めて低いリップル電圧が要求される。
低リップルを実現するにあたっては、直流電源装置のどこかにシリーズにレギュレータ回路を挿入し、リップル電圧すべてをクランプしてしまう方法や、コンデンサを含むフィルタ回路を用いてリップル電圧を抑圧する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
従来の直流電源装置は、複相の交流電源を整流して所望の直流電圧に変圧する際、整流された信号に低周波の入力リップル電圧が含まれる。スイッチング素子を用いて変圧を行う直流電源装置では、スイッチング素子への入力電源に含まれるリップル電圧を、ある所定の圧縮率までしか減衰することができず、低周波のリップル電圧は依然として残存してしまう。低周波のリップル電圧を含む直流電源がレーダ装置に供給されると、その送信波形にノイズが重畳し、レーダ装置で取得されるビデオ信号に偽像が発生して、レーダ装置が誤動作を引き起こすという問題があった。
なお、フィルタ回路を構成するコンデンサの容量を大きくして低周波のリップル電圧を抑圧すると、それに伴なって電源装置全体の電力消費量が増えてしまい、エネルギー効率が非常に悪く、発熱量も増加する。更に、レーダ装置に大電力を供給する場合は元々コンデンサを大きくする必要があるので、コンデンサの更なる大型化によって装置がより大型化してしまう。
この発明は、係る課題を解決するために為されたものであって、交流電源にて全整流された信号に含まれる入力リップル電圧を、より抑圧することのできる、直流電源装置を得ることを目的とする。
この発明による直流電源装置は、
コイルと、複相の交流電源から供給され全整流された入力電力を、オン動作時に上記コイルに供給するスイッチング素子と、上記コイルの電流を検出する電流検出素子と、上記コイルに並列に接続され、上記スイッチング素子のオフ動作時にコイルの逆起電力で生じた電力を蓄積するコンデンサと、演算回路と、上記スイッチング素子のパルス幅を制御する制御回路と、を有した昇圧型チョッパー回路と、
上記昇圧型チョッパー回路の出力が入力され、送信装置に対し送信電力を供給するDC/DCコンバータとを備え、
上記制御回路は、上記電流検出素子で検出される電流が、上記昇圧型チョッパー回路の出力電流に基づいて、上記演算回路で算出されたコイルの上限電流値に到達したときに、上記スイッチング素子をオフ動作させるものである。
コイルと、複相の交流電源から供給され全整流された入力電力を、オン動作時に上記コイルに供給するスイッチング素子と、上記コイルの電流を検出する電流検出素子と、上記コイルに並列に接続され、上記スイッチング素子のオフ動作時にコイルの逆起電力で生じた電力を蓄積するコンデンサと、演算回路と、上記スイッチング素子のパルス幅を制御する制御回路と、を有した昇圧型チョッパー回路と、
上記昇圧型チョッパー回路の出力が入力され、送信装置に対し送信電力を供給するDC/DCコンバータとを備え、
上記制御回路は、上記電流検出素子で検出される電流が、上記昇圧型チョッパー回路の出力電流に基づいて、上記演算回路で算出されたコイルの上限電流値に到達したときに、上記スイッチング素子をオフ動作させるものである。
また、主巻線及び補助巻線を有するコイルと、複相の交流電源から供給され全整流された入力電力を、オン動作時に上記コイルに供給するスイッチング素子と、上記コイルの補助巻線からリップル電圧を検出するリップル検出回路と、上記コイルに並列に接続されたコンデンサと、上記スイッチング素子のパルス幅を制御する制御回路と、を有した降圧型チョッパー回路と、
上記降圧型チョッパー回路の出力が入力され、送信装置に対し送信電力を供給するDC/DCコンバータとを備え、
上記制御回路は、上記リップル検出回路からの信号に基づいて、上記降圧型チョッパー回路の出力電圧に含まれるリップル成分を打ち消すようにパルス幅を制御するものであっても良い。
上記降圧型チョッパー回路の出力が入力され、送信装置に対し送信電力を供給するDC/DCコンバータとを備え、
上記制御回路は、上記リップル検出回路からの信号に基づいて、上記降圧型チョッパー回路の出力電圧に含まれるリップル成分を打ち消すようにパルス幅を制御するものであっても良い。
この発明によれば、低消費電力でスイッチング周波数よりも低周波のリップル電圧を抑圧できるので、直流電源を供給するレーダ装置の送信ノイズを抑圧し、レーダ装置の誤動作を防止することができる。
実施の形態1.
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態1について説明する。図1は実施の形態1による、直流電源装置の構成を示している。ここでは説明の都合上、この発明の要旨となる部分のみを説明する。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態1について説明する。図1は実施の形態1による、直流電源装置の構成を示している。ここでは説明の都合上、この発明の要旨となる部分のみを説明する。
図において、実施の形態1による直流電源装置は、複相の交流信号として3相の交流信号が入力される全波整流回路1と、DC/DCコンバータ2と、昇圧型チョッパー回路5とを備えて構成される。全波整流回路1の出力端子は昇圧型チョッパー回路5に接続される。昇圧型チョッパー回路5の出力端子はDC/DCコンバータ2に接続される。DC/DCコンバータ2は、RF送信装置3に接続される。DC/DCコンバータ2は内部にコンデンサーとコイルを含むフィルタ回路を備えている。RF送信装置3は、信号増幅された大電力の送信波を出力し、レーダ装置に搭載される。レーダ装置は、ある目標に対してRF送信回路3から電波を送信して反射してきた電波を受信機で受信し、その受信した電波と送信した電波の周波数の変化を測定して、目標のビデオ信号を検出し、目標の状態を把握する。
全波整流回路1は、ダイオードなどの半導体を複数用いて交流電源を全波整流するための回路である。
DC/DCコンバータ2は、全波整流回路1の出力から、RF送信回路3で必要となる電源電圧に変換し供給するものであり、一般的に効率をよくするためスイッチング方式の電源にて構成されている。
DC/DCコンバータ2は、全波整流回路1の出力から、RF送信回路3で必要となる電源電圧に変換し供給するものであり、一般的に効率をよくするためスイッチング方式の電源にて構成されている。
昇圧型チョッパー回路5は、スイッチング素子6、コイル7、平滑コンデンサ8、演算回路9、PWM制御回路10、電流検出素子12を備える。
コイル7はダイオード20のアノードに直列に接続される。コイル7とダイオード20との間に、スイッチング素子6が並列に接続される。スイッチング素子6には電流検出素子12が直列に接続される。ダイオード20のカソードは出力電流検出素子11が直列に接続される。平滑コンデンサ8はダイオード20と出力電流検出素子11の間に並列に接続される。演算回路9は電流検出素子12とDC/DCコンバータ2との間に接続される。PWM制御回路10は演算回路9とスイッチング素子6に接続される。
コイル7はダイオード20のアノードに直列に接続される。コイル7とダイオード20との間に、スイッチング素子6が並列に接続される。スイッチング素子6には電流検出素子12が直列に接続される。ダイオード20のカソードは出力電流検出素子11が直列に接続される。平滑コンデンサ8はダイオード20と出力電流検出素子11の間に並列に接続される。演算回路9は電流検出素子12とDC/DCコンバータ2との間に接続される。PWM制御回路10は演算回路9とスイッチング素子6に接続される。
昇圧型チョッパー回路5は、全波整流回路1よりもDC/DCコンバータ2側の電位が高くなるように設定されている。したがって、昇圧型チョッパー回路5は、スイッチング素子6がオンした時にコイル7に電流を流し、スイッチング素子6がオフした瞬間にコイル7に発生する逆起電力によって平滑コンデンサ8にエネルギーを蓄積する。すなわち、昇圧型チョッパー回路5は、入力電力を所定の直流電圧に安定化させるオン−オフタイプの昇圧型スイッチングレギュレータを構成している。
演算回路9は、昇圧型チョッパー回路5の出力電圧をモニタし、コイル7に流れる電流をどこまで流せばよいのかを計算するものである。出力電流検出素子11は、抵抗素子で構成され、昇圧型チョッパー回路5の出力電流を検出する。電流検出素子12はコイル7に流れる電流を検出する。PWM制御回路10は、スイッチング素子6を駆動する駆動回路を備えて、電流検出素子12と演算回路9の出力信号に基づいて駆動回路の出力する駆動信号のパルス幅Tdとパルス繰り返し周期比Tpとを調整し、スイッチング素子6のオンオフ動作のデューティ比(Td/Tp)を制御する。スイッチング素子6は、例えばスイッチング周波数200kHzに対応したパルス幅を最小パルス幅として、オンオフ動作のパルス幅が制御される。
図2は出力電圧とリップル電圧の波形について説明する図である。図2(a)は全波整流回路1の入力電圧波形、図2(b)は全波整流回路1の出力電圧に含まれるリップル電圧波形を示し、図2(c)は全波整流回路1をDC/DCコンバータ2に直結した場合の、DC/DCコンバータ2の出力リップル波形を示す。
図2(a)に示すように、全波整流回路1へ入力される電圧が、線間電圧200Vrmsで400Hzの3相交流であった場合、全波整流回路1は、図2(b)に示すようなスイッチング周波数よりも低い周波数の2.4kHzで、リップル電圧が約38Vp−pにもなる電圧を、入力電圧として出力する。DC/DCコンバータ2をスイッチング方式の電源で構成する場合、この入力電圧に含まれるリップル電圧をある所定の圧縮率(例えば−40dB〜−60dB程度の圧縮率)までしか減衰することができず、その出力電圧にはある程度の脈流が現れる。
図2(a)に示すように、全波整流回路1へ入力される電圧が、線間電圧200Vrmsで400Hzの3相交流であった場合、全波整流回路1は、図2(b)に示すようなスイッチング周波数よりも低い周波数の2.4kHzで、リップル電圧が約38Vp−pにもなる電圧を、入力電圧として出力する。DC/DCコンバータ2をスイッチング方式の電源で構成する場合、この入力電圧に含まれるリップル電圧をある所定の圧縮率(例えば−40dB〜−60dB程度の圧縮率)までしか減衰することができず、その出力電圧にはある程度の脈流が現れる。
全波整流回路1の出力を直接DC/DCコンバータ2に入力する場合、DC/DCコンバータ2の出力には、スイッチング動作によるスイッチングリップルの他に、図2(c)に示すような2.4kHz成分の入力リップルが、38mVp−p〜380mVp−p程度含まれてしまう。この入力リップルは周波数が低いために、DC/DCコンバータ2のフィルタ回路やRF送信回路3のフィルタ回路では除去しきれず、そのまま外部のRF送信装置3に入力されてしまう。
このことから、実施の形態1による直流電源装置では、全波整流回路1とDC/DCコンバータ2の間に昇圧型チョッパー回路5を接続して、DC/DCコンバータ2の前段で低周波の入力リップルを抑圧する。
このことから、実施の形態1による直流電源装置では、全波整流回路1とDC/DCコンバータ2の間に昇圧型チョッパー回路5を接続して、DC/DCコンバータ2の前段で低周波の入力リップルを抑圧する。
次に、動作について説明する。
図2(d)は昇圧型チョッパー回路5の出力リップル波形を例示する図である。
今、昇圧型チョッパー回路5のコイル7のインダクタンス値をL、昇圧型チョッパー回路5の入力電圧をVi、スイッチング素子6がオンしている時間をTon、スイッチング周波数をf、コイル7に流れる電流の最大値をIp、昇圧型チョッパー回路5の出力電流をIo、昇圧型チョッパー回路5の出力電圧をVoとすると、数1の関係式が成り立つ。
図2(d)は昇圧型チョッパー回路5の出力リップル波形を例示する図である。
今、昇圧型チョッパー回路5のコイル7のインダクタンス値をL、昇圧型チョッパー回路5の入力電圧をVi、スイッチング素子6がオンしている時間をTon、スイッチング周波数をf、コイル7に流れる電流の最大値をIp、昇圧型チョッパー回路5の出力電流をIo、昇圧型チョッパー回路5の出力電圧をVoとすると、数1の関係式が成り立つ。
数1に示したコイル7のインダクタンス値Lとスイッチング周波数fは常に一定であることから、昇圧型チョッパー回路5の出力電圧Voは、入力電圧Viに関係なく、出力電流Ioとコイル7に流れる電流の最大値Ipによってのみ表すことができる。
つまり、出力電流Ioを監視(モニタ)しながらコイル7に流れる電流の最大値Ipを制御することで、入力電圧Viがどのように変化しようと、出力電圧Voを安定化させることができる。
したがって、例えば出力電流Ioが一定の場合、コイル7に流れる電流の最大値Ipを一定に制御することで、全波整流回路1の出力に低周波のリップル電圧が含まれていたとしても、図2 (d)に示すリップル電圧波形のように、出力電圧Voには低周波のリップル電圧の影響がまったく出なくなる。なお、図2(d)には、スイッチング素子6のスイッチング周波数fの近辺で、高周波(例えば200kHz)のスイッチングリップルが発生する。
つまり、出力電流Ioを監視(モニタ)しながらコイル7に流れる電流の最大値Ipを制御することで、入力電圧Viがどのように変化しようと、出力電圧Voを安定化させることができる。
したがって、例えば出力電流Ioが一定の場合、コイル7に流れる電流の最大値Ipを一定に制御することで、全波整流回路1の出力に低周波のリップル電圧が含まれていたとしても、図2 (d)に示すリップル電圧波形のように、出力電圧Voには低周波のリップル電圧の影響がまったく出なくなる。なお、図2(d)には、スイッチング素子6のスイッチング周波数fの近辺で、高周波(例えば200kHz)のスイッチングリップルが発生する。
演算回路9は、この原理を利用してコイル7に流れる電流の最大値Ipの目標値(最大目標電流値Ipm)を設定するものである。演算回路9は、出力電流Ioの値を検出する出力電流検出素子11によって出力電流Ioの変化を監視して、コイル7に流れる電流の最大値Ip(最大目標電流値Ipm)をいくつにすればよいかを設定し、PWM制御回路10にその情報を送信する。演算回路9は、数1のIpを、Ipmに置き換えて求めた数2に基づいて、最大目標電流値Ipmを計算する。
演算回路9は、出力電流Ioの検出結果に基づいて、コイル7に流れる電流の最大目標電流値Ipmを決定すると、PWM制御回路10(制御回路)にその情報を送信する。
PWM制御回路10は電流検出素子12によって、コイル7に流れる電流の最大値Ipを検出する。PWM制御回路10は、演算回路9より送られてきた情報(最大目標電流値Ipm)とコイル7に流れる電流から検出した電流の最大値Ipとが一致したときに、スイッチング素子6の動作を停止させる(オフ動作させる)。また、動作が停止してから所定の停止時間(或いはパルス繰り返し周期比)を経過した後、スイッチグ素子6を再びオンの状態とする(オン動作させる)。この動作を繰り返し行うことによって、スイッチング素子6のパルス幅を制御し、スイッチング素子6をオンオフ動作させる。
なお、スイッチング素子6のデューティ比が50%以下となるように、停止時間(或いはパルス繰り返し周期比)を適宜設定すると良い。
PWM制御回路10は電流検出素子12によって、コイル7に流れる電流の最大値Ipを検出する。PWM制御回路10は、演算回路9より送られてきた情報(最大目標電流値Ipm)とコイル7に流れる電流から検出した電流の最大値Ipとが一致したときに、スイッチング素子6の動作を停止させる(オフ動作させる)。また、動作が停止してから所定の停止時間(或いはパルス繰り返し周期比)を経過した後、スイッチグ素子6を再びオンの状態とする(オン動作させる)。この動作を繰り返し行うことによって、スイッチング素子6のパルス幅を制御し、スイッチング素子6をオンオフ動作させる。
なお、スイッチング素子6のデューティ比が50%以下となるように、停止時間(或いはパルス繰り返し周期比)を適宜設定すると良い。
以上によって、昇圧型チョッパー回路5は次のように動作する。
昇圧型チョッパー回路5は、スイッチング素子6がオフ動作となった後の定常状態において、入力電圧よりも出力電圧が高くなるので電流が流れない。PWM制御回路10の制御によってスイッチング素子6がオン動作すると、全波整流回路1からコイル7に電流が流れ込み、コイル7にエネルギーが蓄積される。これとともに、出力電流検出素子11に電流が流れる。出力電流検出素子11は出力電流Ioを検出する。演算回路9は出力電流検出素子11にて検出された出力電流Ioに基づいて最大目標電流値Ipmを設定する。PWM制御回路10は、電流検出素子12にて検出された電流の最大値Ipが最大目標電流値Ipmに到達するまで、スイッチング素子6をオン動作させる。
昇圧型チョッパー回路5は、スイッチング素子6がオフ動作となった後の定常状態において、入力電圧よりも出力電圧が高くなるので電流が流れない。PWM制御回路10の制御によってスイッチング素子6がオン動作すると、全波整流回路1からコイル7に電流が流れ込み、コイル7にエネルギーが蓄積される。これとともに、出力電流検出素子11に電流が流れる。出力電流検出素子11は出力電流Ioを検出する。演算回路9は出力電流検出素子11にて検出された出力電流Ioに基づいて最大目標電流値Ipmを設定する。PWM制御回路10は、電流検出素子12にて検出された電流の最大値Ipが最大目標電流値Ipmに到達するまで、スイッチング素子6をオン動作させる。
次いで、電流検出素子12にて検出された電流の最大値Ipが最大目標電流値Ipmに一致すると、PWM制御回路10はスイッチング素子6をオフする。スイッチング素子6がオフした瞬間に、コイル7に発生する逆起電力の作用によって、コイル7に蓄積されたエネルギーが減少し、平滑コンデンサ8にエネルギーが蓄積される。その後、スイッチング素子6が再びオン動作するまでの間、平滑コンデンサ8に出力電圧が保持される。これによって、昇圧型チョッパー回路5の出力端子では、先に図2(d)で説明した、スイッチング素子6のスイッチング周波数fの周期で振幅し、かつ平均電圧が一定となる出力電圧Voが、得られる。昇圧型チョッパー回路5は、DC/DCコンバータ2に出力電圧Voを供給する。
DC/DCコンバータ2は、内蔵するフィルタ回路によって、昇圧型チョッパー回路5の出力電圧Voに含まれた、スイッチング周期で変化する高周波のリップル電圧を抑圧する。DC/DCコンバータ2は、一般的な通常の装置と同様、入力電圧を所望の電圧に調整する。DC/DCコンバータ2は、調整した電圧をRF送信装置3に出力する。
以上によって、昇圧型チョッパー回路5は、その出力電圧Voにおいて、昇圧型チョッパー回路5の入力電圧Viに含まれるリップル電圧を除去することが可能となる。これによって、DC/DCコンバータ2への入力電圧において、スイッチングリップルよりも低周波のリップル電圧の振幅が抑圧される。
また、DC/DCコンバータ2のフィルタ回路によって高周波のスイッチングリップル電圧が抑圧されるので、DC/DCコンバータ2の後段に接続される負荷側のRF送信装置3に対して、リップルノイズの少ない直流電圧を供給することができる。これによって、誤動作することのない、高品質のレーダー装置を実現することが可能となる。
さらに、DC/DCコンバータ2は高周波のスイッチングリップル電圧を抑圧すればいいので、内蔵のフィルタ回路を構成するコンデンサーを小型なものとすることができる。
また、DC/DCコンバータ2のフィルタ回路によって高周波のスイッチングリップル電圧が抑圧されるので、DC/DCコンバータ2の後段に接続される負荷側のRF送信装置3に対して、リップルノイズの少ない直流電圧を供給することができる。これによって、誤動作することのない、高品質のレーダー装置を実現することが可能となる。
さらに、DC/DCコンバータ2は高周波のスイッチングリップル電圧を抑圧すればいいので、内蔵のフィルタ回路を構成するコンデンサーを小型なものとすることができる。
なお、従来の直流電源装置では、シリーズレギュレータ回路を全波整流回路1とDC/DCコンバータ2との間に挿入したり、DC/DCコンバータ2とRF送信回路3との間に追加したりして、リップル電圧をクランプすることでリップル成分を除去したり、DC/DCコンバータ2のフィルタ回路のコイルやコンデンサを大きくしてリップル電圧を極力小さくしていた。しかし、フィルタ回路の各定数を大きくすることは電源装置全体を大きくしてしまうことになり、シリーズレギュレータ回路4はクランプする電圧と流す電流を掛け合わせただけの電力をその部分で消費してしまうため、非常に効率が悪いうえに体積も大きく、消費する発熱量を放熱するための冷却装置もまた大型化していた。
これに対して、この実施の形態1では、全波整流回路1とDC/DCコンバータ2の間に昇圧型チョッパー回路5を挿入することによって、リップルノイズを抑圧した直流電圧を供給することができるので、レーダ装置にとって有用な直流電源装置を提供できる。
例えば、ある目標に電波を送信して反射してきた電波を受信し、その受信した電波と送信した電波の周波数の変化を測定して目標の状態を把握するレーダーシステムなどに対して、極めて低いリップル電圧を与えることのできる、直流電源装置を提供する。
例えば、ある目標に電波を送信して反射してきた電波を受信し、その受信した電波と送信した電波の周波数の変化を測定して目標の状態を把握するレーダーシステムなどに対して、極めて低いリップル電圧を与えることのできる、直流電源装置を提供する。
実施の形態2.
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態2について説明する。
図3は実施の形態2による直流電源装置の構成を示す図である。図3における全波整流回路1、DC/DCコンバータ2、RF送信装置3、スイッチング素子6、コンデンサ8は、実施の形態1の図1で説明したものと同一のものである。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態2について説明する。
図3は実施の形態2による直流電源装置の構成を示す図である。図3における全波整流回路1、DC/DCコンバータ2、RF送信装置3、スイッチング素子6、コンデンサ8は、実施の形態1の図1で説明したものと同一のものである。
この実施の形態では、全波整流回路1の出力端とDC/DCコンバータ2の入力端の間に、降圧型チョッパー回路13が接続される。
降圧型チョッパー回路13は、スイッチング素子6、コンデンサ8と、リップル検出回路14、コイル15、電圧制御回路16と、PWN制御回路100とを備えて構成される。
スイッチング素子6の一方の端子は、全波整流回路1の出力端に直列に接続される。スイッチング素子6の他方の端子は、ダイオード21のカソードに並列に接続される。また、ダイオード21のカソードは、コイル15の一端に並列に接続される。コイル15の他端はコンデンサ8に並列に接続される。また、コンデンサ8はDC/DCコンバータ2の入力端と、電圧制御回路16に並列に接続される。
PWN制御回路100はスイッチング素子14を駆動する駆動回路を備え、電圧制御回路16に接続されている。コイル15は、リップル検出回路14に接続された補助巻線が設けられている。リップル検出回路14はダイオードとコンデンサと抵抗を図のように接続して構成される。
電圧制御回路16はエラーアンプ17を備えて、図示のようにエラーアンプ17の正端子はコンデンサを介在してリップル検出回路14に接続されている。また、電圧制御回路16は、エラーアンプ17の負端子に直列に接続された電源と抵抗を介在して、図示のようにコンデンサ8に接続される。電圧制御回路16とPWM制御回路100とはスイッチング素子6のパルス幅を調整する制御回路を構成する。
スイッチング素子6の一方の端子は、全波整流回路1の出力端に直列に接続される。スイッチング素子6の他方の端子は、ダイオード21のカソードに並列に接続される。また、ダイオード21のカソードは、コイル15の一端に並列に接続される。コイル15の他端はコンデンサ8に並列に接続される。また、コンデンサ8はDC/DCコンバータ2の入力端と、電圧制御回路16に並列に接続される。
PWN制御回路100はスイッチング素子14を駆動する駆動回路を備え、電圧制御回路16に接続されている。コイル15は、リップル検出回路14に接続された補助巻線が設けられている。リップル検出回路14はダイオードとコンデンサと抵抗を図のように接続して構成される。
電圧制御回路16はエラーアンプ17を備えて、図示のようにエラーアンプ17の正端子はコンデンサを介在してリップル検出回路14に接続されている。また、電圧制御回路16は、エラーアンプ17の負端子に直列に接続された電源と抵抗を介在して、図示のようにコンデンサ8に接続される。電圧制御回路16とPWM制御回路100とはスイッチング素子6のパルス幅を調整する制御回路を構成する。
降圧型チョッパー回路13は以上のように構成され、全波整流回路1からの電圧をスイッチング素子6でスイッチし、スイッチング素子6の1周期に対するオン時間の比で、出力電圧を入力電圧よりも低いところで制御するオン-オンタイプの降圧型スイッチングレギュレータとして機能する。
リップル検出回路14は、降圧型チョッパー回路13のコイル15によってリップル電圧の最大値を検出する。検出されたリップル電圧の最大値の情報は、電圧制御回路16の内部にあるエラーアンプ17に送られる。
エラーアンプ17は電圧制御信号にリップル電圧の情報を加算する。電圧制御回路16は、リップル電圧の情報が加算された電圧制御信号をPWM制御回路100に入力する。これによってPWM制御回路100は、見かけ上実際の出力電圧に含まれるリップル電圧以上に、出力電圧が変動しているように見えるため、その変動を抑える方向にスイッチング素子6のデューティ比を変えるように、PWM制御を行う。
エラーアンプ17は電圧制御信号にリップル電圧の情報を加算する。電圧制御回路16は、リップル電圧の情報が加算された電圧制御信号をPWM制御回路100に入力する。これによってPWM制御回路100は、見かけ上実際の出力電圧に含まれるリップル電圧以上に、出力電圧が変動しているように見えるため、その変動を抑える方向にスイッチング素子6のデューティ比を変えるように、PWM制御を行う。
図2について、降圧型チョッパー回路13の動作について説明する。
図2の(e)は、リップル検出回路14の出力電圧信号と電圧制御回路16の電圧制御信号波形を示す。図2の(f)は降圧型チョッパー回路13の出力電圧波形を示す。
図3のコイル15は、降圧型チョッパー回路13のスイッチングによって発生するスイッチングリップルを平滑させると同時に、電流情報によりリップル電圧を検出できるよう補助巻線が施されている。リップル検出回路14はコイル15に巻かれた補助巻線より検出した電流情報から、リップル電圧の最大値を検出する。
図2の(e)は、リップル検出回路14の出力電圧信号と電圧制御回路16の電圧制御信号波形を示す。図2の(f)は降圧型チョッパー回路13の出力電圧波形を示す。
図3のコイル15は、降圧型チョッパー回路13のスイッチングによって発生するスイッチングリップルを平滑させると同時に、電流情報によりリップル電圧を検出できるよう補助巻線が施されている。リップル検出回路14はコイル15に巻かれた補助巻線より検出した電流情報から、リップル電圧の最大値を検出する。
リップル検出回路14は、コイル15の主巻線と補助巻線の比によって出力に含まれるリップル電圧を増幅した状態で検出し、さらにその増幅させたリップル電圧の最大値だけを検出する。これによってリップル検出回路14は、図2(c)の実線に示すようなスイッチングリップルの成分が除去された、図2(c)の破線に示すような降圧型チョッパー回路13への入力リップル成分だけの信号を、検出することができる。
電圧制御回路16は、通常出力電圧を監視し、常に降圧型チョッパー回路13の出力電圧が一定となるよう、PWM制御回路10に電圧制御信号を送信している。しかしながら、出力電圧に対してリップル電圧が非常に小さい場合、あまり大きなゲインを取ると出力電圧が発振してしまうため、リップル検出回路14を接続せずに単独で用いると、リップル電圧を除去できるほどには安定化しない。
そこで、リップル検出回路14より増幅されたリップル電圧の情報を電圧制御回路16に送信する。電圧制御回路16はエラーアンプ17を用いることによって、図2の(e)の点線に示す波形のような電圧制御回路16単独の場合の実線に示す出力電圧信号に対し、リップル電圧情報を加算した電圧制御信号を生成して、電圧制御回路16単独の場合の出力電圧信号を増幅する。PWM制御回路100は、電圧制御回路16の生成した電圧制御信号に基づいて、電圧制御信号の波形を打ち消す波形を生成するようにスイッチング素子6を駆動する。
例えば、所定のスイッチング周波数に対応して最小パルス幅を設定し、電圧制御信号の振幅に応じてスイッチング素子のオン動作のデューティ比を決めることによって、スイッチング素子6の出力電圧を制御する。例えば、電圧制御信号の振幅が大きければパルス幅を小さくしてデューティ比を小さくする。電圧制御信号の振幅が小さければパルス幅を大きくしてデューティ比を大きくする。
例えば、所定のスイッチング周波数に対応して最小パルス幅を設定し、電圧制御信号の振幅に応じてスイッチング素子のオン動作のデューティ比を決めることによって、スイッチング素子6の出力電圧を制御する。例えば、電圧制御信号の振幅が大きければパルス幅を小さくしてデューティ比を小さくする。電圧制御信号の振幅が小さければパルス幅を大きくしてデューティ比を大きくする。
これによって、入力されるリップル電圧に対しては、電圧制御回路16を単独で利用した場合の通常のゲイン以上に、出力電圧を安定化させることが可能となる。例えば、図2の(f)に示すように、降圧型チョッパー回路13の出力する低周波(例えば2.4kHz)の入力リップルの振幅を、限りなく小さくすることが可能となる。
なお、降圧型チョッパー回路13の出力電圧には、スイッチングリップルが重畳するが、DC/DCコンバータ2に内蔵されたフィルタ回路によって、このスイッチングリップルは抑圧されるとともに、低周波のリップル電圧もさらに抑圧される。これによって、DC/DCコンバータ2はリップルノイズを抑圧した直流電圧を出力する。
なお、降圧型チョッパー回路13の出力電圧には、スイッチングリップルが重畳するが、DC/DCコンバータ2に内蔵されたフィルタ回路によって、このスイッチングリップルは抑圧されるとともに、低周波のリップル電圧もさらに抑圧される。これによって、DC/DCコンバータ2はリップルノイズを抑圧した直流電圧を出力する。
1 全波整流回路、2 DC/DCコンバータ、3 RF送信装置、5 昇圧型チョッパー回路、6 スイッチング素子、7 コイル、8 平滑コンデンサ、9 演算回路、10 PWM制御回路、11 出力電流検出素子、12 電流検出素子、13 降圧型チョッパー回路、14 リップル検出回路、15 コイル、16 電圧制御回路、17 エラーアンプ、100 PWM制御回路。
Claims (4)
- コイルと、複相の交流電源から供給され全整流された入力電力を、オン動作時に上記コイルに供給するスイッチング素子と、上記コイルの電流を検出する電流検出素子と、上記コイルに並列に接続され、上記スイッチング素子のオフ動作時にコイルの逆起電力で生じた電力を蓄積するコンデンサと、演算回路と、上記スイッチング素子のパルス幅を制御する制御回路と、を有した昇圧型チョッパー回路と、
上記昇圧型チョッパー回路の出力が入力され、送信装置に対し送信電力を供給するDC/DCコンバータとを備え、
上記制御回路は、上記電流検出素子で検出される電流が、上記昇圧型チョッパー回路の出力電流に基づいて、上記演算回路で算出されたコイルの上限電流値に到達したときに、上記スイッチング素子をオフ動作させることを特徴とする直流電源装置。 - 上記昇圧型チョッパー回路は、上記スイッチング素子のスイッチング周波数よりも低い周波数のリップル電圧の振幅を低下させることを特徴とする請求項1記載の直流電源装置。
- 主巻線及び補助巻線を有するコイルと、複相の交流電源から供給され全整流された入力電力を、オン動作時に上記コイルに供給するスイッチング素子と、上記コイルの補助巻線からリップル電圧を検出するリップル検出回路と、上記コイルに並列に接続されたコンデンサと、上記スイッチング素子のパルス幅を制御する制御回路と、を有した降圧型チョッパー回路と、
上記降圧型チョッパー回路の出力が入力され、送信装置に対し送信電力を供給するDC/DCコンバータとを備え、
上記制御回路は、上記リップル検出回路からの信号に基づいて、上記降圧型チョッパー回路の出力電圧に含まれるリップル成分を打ち消すようにパルス幅を制御することを特徴とする直流電源装置。 - 上記降圧型チョッパー回路は、上記スイッチング素子のスイッチング周波数よりも低い周波数のリップル電圧の振幅を低下させることを特徴とする請求項3記載の直流電源装置。
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JP2012080755A (ja) * | 2010-11-25 | 2012-04-19 | Honda Motor Co Ltd | Dc−dcコンバータ及びその制御方法 |
US8179114B2 (en) | 2008-05-29 | 2012-05-15 | Fujitsu Limited | Voltage converting device and voltage converting method |
CN102761250A (zh) * | 2012-04-28 | 2012-10-31 | 中国矿业大学(北京) | 地质雷达中高频电压转换装置 |
JP2012220198A (ja) * | 2011-04-04 | 2012-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 車載用レーダ装置 |
JP2014157046A (ja) * | 2013-02-15 | 2014-08-28 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ装置 |
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2005
- 2005-03-03 JP JP2005058598A patent/JP2006242742A/ja active Pending
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