JP5074993B2 - DC voltage buck-boost circuit - Google Patents
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Description
本発明は、入力電圧を昇降圧して所定の出力電圧を得るための直流電圧昇降圧回路に関する。 The present invention relates to a DC voltage step-up / step-down circuit for stepping up / down an input voltage to obtain a predetermined output voltage.
変動する直流入力電圧(例えば、エンジン等の動力源と発電機と整流器とを組み合わせた直流電源を入力とした場合)から所定の直流出力電圧を得るための直流電圧昇降圧回路として、例えば、下記特許文献1に記載のものがある。図9は、特許文献1に記載の直流電圧昇降圧回路の概略構成を示す図である。
As a DC voltage step-up / down circuit for obtaining a predetermined DC output voltage from a fluctuating DC input voltage (for example, when a DC power source combining a power source such as an engine, a generator, and a rectifier is used as an input) There exists a thing of
特許文献1に記載の直流電圧昇降圧回路の構成は、図9に示すように、入力電圧Vinを降圧する時は第1スイッチS1を所定のデューティ比でスイッチング(オン/オフ)して第2スイッチS2はオフに固定する一方、入力電圧Vinを昇圧する時は第1スイッチS1をオンに固定して第2スイッチS2は所定のデューティ比でスイッチング(オン/オフ)する構成である。そして、入力電圧Vinを降圧するか又は昇圧するかの昇降圧の動作区分は、比較器CPによって入力電圧Vinと出力電圧Voutとの対比で決定されるようになっている。
As shown in FIG. 9, the configuration of the DC voltage step-up / down circuit described in
詳しくは、入力電圧Vin>出力電圧Voutでは、比較器CPはオフ信号(Lowレベル)を出力すると共に比較制御器CCPはデューティ比に基づいて決定されるスイッチング(オン/オフ)信号を出力し、これらの出力信号をスイッチS1と接続するORゲートG1及びスイッチS2と接続するANDゲートG2に入力する。これにより、スイッチS1は比較制御器CCPのデューティ比に基づいてスイッチング制御される一方、スイッチS2はオフ状態となる(降圧動作)。 Specifically, when the input voltage Vin> the output voltage Vout, the comparator CP outputs an OFF signal (Low level), and the comparison controller CCP outputs a switching (ON / OFF) signal determined based on the duty ratio. These output signals are input to an OR gate G1 connected to the switch S1 and an AND gate G2 connected to the switch S2. Thereby, the switch S1 is subjected to switching control based on the duty ratio of the comparison controller CCP, while the switch S2 is turned off (step-down operation).
また、入力電圧Vin<出力電圧Voutでは、比較器CPはオン信号(Highレベル)を出力すると共に比較制御器CCPはデューティ比に基づいて決定されるスイッチング(オン/オフ)信号を出力し、これらの出力信号をスイッチS1と接続するORゲートG1及びスイッチS2と接続するANDゲートG2に入力する。これにより、スイッチS2は比較制御器CCPのデューティ比に基づいてスイッチング制御される一方、スイッチS1はオン状態となる(昇圧動作)。 When the input voltage Vin <the output voltage Vout, the comparator CP outputs an ON signal (High level), and the comparison controller CCP outputs a switching (ON / OFF) signal determined based on the duty ratio. Are output to an OR gate G1 connected to the switch S1 and an AND gate G2 connected to the switch S2. Thereby, the switch S2 is subjected to switching control based on the duty ratio of the comparison controller CCP, while the switch S1 is turned on (step-up operation).
ここで、比較制御器CCPのデューティ比は、目標出力電圧Vrと出力電圧(以下、実出力電圧という)Voutとの対比で定まる値である。
しかしながら、図9に示す従来の直流電圧昇降圧回路の構成では、入力電圧Vinが昇降圧の動作区分の信号としてしか使用されておらず、デューティ比が目標出力電圧Vrと実出力電圧Voutとの対比のみで定まるため、入力電圧Vinの変動に対する応答性が悪い。すなわち、入力電圧Vinが実出力電圧Voutより小さくなると入力電圧Vinの昇圧動作(以下、単に昇圧動作という)を行う一方、入力電圧Vinが実出力電圧Voutより大きくなると入力電圧Vinの降圧動作(以下、単に降圧動作という)を行うことになるが、入力電圧Vinを昇圧するか又は降圧するかは、入力電圧Vinが実出力電圧Voutに対して小さいか又は大きいかによって決定され、比較制御器CCPのデューティ比を得るための信号としては反映されていない。つまり、入力電圧Vinが変動した段階で比較制御器CCPのデューティ比を得るための信号を決定するではなく、入力電圧Vinが変動したことによって実出力電圧Voutが変動することで、比較制御器CCPのデューティ比を得るための信号を決定するので、それだけ、入力電圧Vinの変動に対する応答性が悪い。 However, in the configuration of the conventional DC voltage step-up / step-down circuit shown in FIG. 9, the input voltage Vin is only used as a signal of the step-up / step-down operation section, and the duty ratio is the target output voltage Vr and the actual output voltage Vout. Since it is determined only by comparison, the response to the fluctuation of the input voltage Vin is poor. That is, when the input voltage Vin becomes smaller than the actual output voltage Vout, the input voltage Vin is boosted (hereinafter simply referred to as a boosting operation). On the other hand, when the input voltage Vin becomes larger than the actual output voltage Vout, the input voltage Vin is lowered. However, whether the input voltage Vin is stepped up or stepped down is determined by whether the input voltage Vin is smaller or larger than the actual output voltage Vout, and the comparison controller CCP It is not reflected as a signal for obtaining the duty ratio. That is, instead of determining a signal for obtaining the duty ratio of the comparison controller CCP when the input voltage Vin changes, the actual output voltage Vout changes due to the change in the input voltage Vin. Since the signal for obtaining the duty ratio is determined, the response to the fluctuation of the input voltage Vin is poor accordingly.
また、昇圧動作と降圧動作とで第1スイッチS1と第2スイッチS2とのスイッチング対象が切り替わるのであるが、入力電圧Vinが実出力電圧Voutの近傍にある場合(Vin≒Vout)での降圧時の第1スイッチS1に対するデューティ比は1近くであるのに対して、入力電圧Vinが実出力電圧Voutの近傍にある場合(Vin≒Vout)での昇圧時の第2スイッチS2に対するデューティ比は0近くであり、昇降圧の切り替わりでデューティ比が不連続に変化する。すなわち、第1スイッチS1及び第2スイッチS2の昇圧時及び降圧時のデューティ比の演算は、いずれも比較制御器CCPの内部で行われるため、昇降圧の切り替わりの際には、比較制御器CCPが第1スイッチS1へのデューティ比を1近くで決定する動作と、第2スイッチS2へのデューティ比を0近くで決定する動作とが行われることになる。そうすると、比較制御器CCPが急激なデューティ比の変化に対応できず、第1スイッチS1に対してデューティ比が1近くの値となるべきところ0近くの値になったり、或いは第2スイッチS2に対してデューティ比が0近くの値となるべきところ1近くの値になったりというように、昇降圧の切り替わりの際に、正しいデューティ比で安定的にスイッチング制御することができず、従って、安定した出力電圧を得ることができないといった不都合を招く。 In addition, although the switching target of the first switch S1 and the second switch S2 is switched between the step-up operation and the step-down operation, when the input voltage Vin is in the vicinity of the actual output voltage Vout (Vin≈Vout) The duty ratio for the first switch S1 is close to 1, whereas the duty ratio for the second switch S2 during boosting when the input voltage Vin is close to the actual output voltage Vout (Vin≈Vout) is 0. The duty ratio changes discontinuously due to switching of the step-up / step-down. That is, since the calculation of the duty ratio at the time of step-up and step-down of the first switch S1 and the second switch S2 is performed inside the comparison controller CCP, the comparison controller CCP is switched when the step-up / step-down is switched. The operation of determining the duty ratio to the first switch S1 near 1 and the operation of determining the duty ratio to the second switch S2 near 0 are performed. As a result, the comparison controller CCP cannot cope with a sudden change in the duty ratio, and the duty ratio should be a value close to 1 with respect to the first switch S1, or a value close to 0, or the second switch S2. On the other hand, when the step-up / step-down switching is performed such that the duty ratio should be a value close to 0, the switching control cannot be stably performed with the correct duty ratio. Inconvenience that the output voltage cannot be obtained.
この点に関し、特許文献1に記載の直流電圧昇降圧回路では、入力電圧Vinが実出力電圧Voutの近傍にあるときには同時にオンとなる期間を設けて第1及び第2スイッチS1,S2をオン/オフ制御している。ところが、このような構成では、回路構成が複雑化する。
In this regard, in the DC voltage step-up / step-down circuit described in
そこで、本発明は、回路構成を複雑化することなく、デューティ比の決定に入力電圧の変動を直接的に反映させることができ、これにより入力電圧の変動に対する応答性を向上させることが可能であると共に、昇降圧の切り替わりの際にデューティ比を連続的に変化させることができ、これにより、正しいデューティ比で安定的にスイッチング制御でき、従って、安定した出力電圧を得ることが可能な直流電圧昇降圧回路を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can directly reflect the fluctuation of the input voltage in the determination of the duty ratio without complicating the circuit configuration, thereby improving the responsiveness to the fluctuation of the input voltage. In addition, the DC voltage that can change the duty ratio continuously at the time of switching of the step-up / step-down, thereby enabling stable switching control with the correct duty ratio and thus obtaining a stable output voltage An object is to provide a step-up / down circuit.
本発明は、前記課題を解決するために、次の第1及び第2態様の直流電圧昇降圧回路を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides the following DC voltage step-up / step-down circuit according to the first and second aspects.
(1)第1態様の直流電圧昇降圧回路
入力側から出力側へ第1スイッチ及びインダクタをこの順で直列接続し、前記第1スイッチと前記インダクタとの間においてこれらの接続ラインへ向かう方向を導通方向として第1ダイオードを入出力の両端子に対して並列接続すると共に、出力側へ向かう方向を導通方向として第2ダイオードを前記インダクタの出力側に対して直列接続し、前記インダクタと前記第2ダイオードとの間において第2スイッチを入出力の両端子に対して並列接続するように構成した直流電圧昇降圧回路において、入力電圧と、実出力電圧の目標となる目標出力電圧とに基づき一義的で連続的に定まるデューティ比を演算するデューティ比演算手段を設け、前記デューティ比を前記第2スイッチの指令信号とし、前記デューティ比を少なくとも前記入力電圧と前記目標出力電圧とが等しいときの前記入力電圧の昇降圧制御用デューティ比分だけ加算したシフトデューティ比を前記第1スイッチの指令信号とし、前記デューティ比が零以下(降圧時)では前記第2スイッチをオフに固定する一方、前記シフトデューティ比が零以下では前記第1スイッチをオフに固定し、前記シフトデューティ比が1以上(昇圧時)では前記第1スイッチをオンに固定することを特徴とする直流電圧昇降圧回路。
(1) DC voltage step-up / down circuit of the first aspect A first switch and an inductor are connected in series in this order from the input side to the output side, and the direction from the first switch to the inductor toward these connection lines The first diode is connected in parallel to both the input and output terminals as the conduction direction, and the second diode is connected in series to the output side of the inductor with the direction toward the output side as the conduction direction. In a DC voltage step-up / down circuit configured such that the second switch is connected in parallel to both input and output terminals between two diodes, it is unambiguous based on the input voltage and the target output voltage that is the target of the actual output voltage. A duty ratio calculating means for calculating a duty ratio that is determined continuously and continuously, the duty ratio as a command signal for the second switch, A shift duty ratio obtained by adding a duty ratio for the step-up / step-down control of the input voltage when at least the input voltage is equal to the target output voltage as a command signal of the first switch, and the duty ratio is equal to or less than zero ( The second switch is fixed to OFF at the time of step-down, while the first switch is fixed to OFF when the shift duty ratio is less than zero, and the first switch is turned off when the shift duty ratio is 1 or more (during step-up). DC voltage step-up / down circuit characterized by being fixed to ON.
(2)第2態様の直流電圧昇降圧回路
入力側から出力側へ第1スイッチ及びインダクタをこの順で直列接続し、前記第1スイッチと前記インダクタとの間においてこれらの接続ラインへ向かう方向を導通方向として第1ダイオードを入出力の両端子に対して並列接続すると共に、出力側へ向かう方向を導通方向として第2ダイオードを前記インダクタの出力側に対して直列接続し、前記インダクタと前記第2ダイオードとの間において第2スイッチを入出力の両端子に対して並列接続するように構成した直流電圧昇降圧回路において、入力電圧と、実出力電圧の目標となる目標出力電圧とに基づき一義的で連続的に定まるデューティ比を演算するデューティ比演算手段を設け、前記デューティ比を前記第1スイッチの指令信号とし、前記デューティ比を少なくとも前記入力電圧と前記目標出力電圧とが等しいときの前記入力電圧の昇降圧制御用デューティ比分だけ減算したシフトデューティ比を前記第2スイッチの指令信号とし、前記シフトデューティ比が零以下(降圧時)では前記第2スイッチをオフに固定する一方、前記デューティ比が零以下では前記第1スイッチをオフに固定し、前記デューティ比が1以上(昇圧時)では前記第1スイッチをオンに固定することを特徴とする直流電圧昇降圧回路。
(2) DC voltage step-up / step-down circuit of the second mode A first switch and an inductor are connected in series in this order from the input side to the output side, and the direction from the first switch to the inductor toward these connection lines The first diode is connected in parallel to both the input and output terminals as the conduction direction, and the second diode is connected in series to the output side of the inductor with the direction toward the output side as the conduction direction. In a DC voltage step-up / down circuit configured such that the second switch is connected in parallel to both input and output terminals between two diodes, it is unambiguous based on the input voltage and the target output voltage that is the target of the actual output voltage. A duty ratio calculating means for calculating a duty ratio that is determined continuously and continuously, the duty ratio as a command signal of the first switch, The shift duty ratio obtained by subtracting the duty ratio for the step-up / step-down control of the input voltage when the input voltage and the target output voltage are equal to each other as a command signal of the second switch, and the shift duty ratio is less than zero The second switch is fixed to OFF at the time of step-down, while the first switch is fixed to OFF when the duty ratio is less than zero, and the first switch is turned on when the duty ratio is 1 or more (when boosting). A DC voltage step-up / down circuit characterized by being fixed to
本発明に係る第1及び第2態様の直流電圧昇降圧回路では、前記デューティ比演算手段にて前記入力電圧と前記目標出力電圧とに基づき前記デューティ比を演算する。すなわち、前記入力電圧を使用して前記デューティ比を演算するので、その入力電圧の変動を直接的に前記デューティ比に反映させることができる。これにより、前記入力電圧の変動に対する応答性を向上させることができる。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to the first and second aspects of the present invention, the duty ratio is calculated based on the input voltage and the target output voltage by the duty ratio calculation means. That is, since the duty ratio is calculated using the input voltage, fluctuations in the input voltage can be directly reflected in the duty ratio. Thereby, the responsiveness with respect to the fluctuation | variation of the said input voltage can be improved.
さらに、本発明に係る第1態様の直流電圧昇降圧回路では、一義的で連続的に定まる前記デューティ比を前記第2スイッチの指令信号とし、前記シフトデューティ比を前記第1スイッチの指令信号とするので、前記第2スイッチへの指令信号を前記デューティ比演算手段の内部で演算した前記デューティ比として昇圧時の指令信号とする一方で、前記第1スイッチへの指令信号を前記デューティ比演算手段の外部で演算した前記シフトデューティ比として降圧時の指令信号とすることができ、従って、前記デューティ比演算手段が従来の如くデューティ比演算の急激な変化を強いられることがないので、昇降圧の切り替わりの際にデューティ比を連続的に(穏やかに)変化させることができ、これにより、正しいデューティ比で安定的にスイッチング制御することができる。 Furthermore, in the DC voltage step-up / step-down circuit according to the first aspect of the present invention, the duty ratio that is uniquely and continuously determined is used as a command signal for the second switch, and the shift duty ratio is used as a command signal for the first switch. Therefore, while the command signal to the second switch is used as the command signal at the time of boosting as the duty ratio calculated inside the duty ratio calculation means, the command signal to the first switch is used as the duty ratio calculation means. As the shift duty ratio calculated externally, it can be used as a command signal at the time of step-down, and therefore the duty ratio calculation means is not forced to change the duty ratio calculation as in the prior art. When switching, the duty ratio can be changed continuously (gentle), which ensures stable switching at the correct duty ratio. It can be quenching control.
また、本発明に係る第2態様の直流電圧昇降圧回路では、一義的で連続的に定まる前記デューティ比を前記第1スイッチの指令信号とし、前記シフトデューティ比を前記第2スイッチの指令信号とするので、前記第1スイッチへの指令信号を前記デューティ比演算手段の内部で演算した前記デューティ比として降圧時の指令信号とする一方で、前記第2スイッチへの指令信号を前記デューティ比演算手段の外部で演算した前記シフトデューティ比として昇圧時の指令信号とすることができ、従って、前記デューティ比演算手段が従来の如くデューティ比演算の急激な変化を強いられることがないので、昇降圧の切り替わりの際にデューティ比を連続的に(穏やかに)変化させることができ、これにより、正しいデューティ比で安定的にスイッチング制御することができる。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to the second aspect of the present invention, the unambiguous and continuously determined duty ratio is used as the first switch command signal, and the shift duty ratio is used as the second switch command signal. Therefore, the command signal to the first switch is used as the command signal at the time of step-down as the duty ratio calculated inside the duty ratio calculation means, while the command signal to the second switch is used as the duty ratio calculation means. As the shift duty ratio calculated outside, the command signal at the time of boosting can be used. Therefore, the duty ratio calculating means is not forced to change the duty ratio calculation as in the prior art. When switching, the duty ratio can be changed continuously (gently), which ensures stable switching at the correct duty ratio. It is possible to ring control.
しかも、本発明に係る第1及び第2態様の直流電圧昇降圧回路では、前記第1及び第2スイッチへのデューティ比を工夫した制御構成としているので、回路構成を複雑化することなく安定した出力電圧を得ることができる。 In addition, in the DC voltage step-up / step-down circuit according to the first and second aspects of the present invention, since the control configuration devised the duty ratio to the first and second switches, it is stable without complicating the circuit configuration. An output voltage can be obtained.
本発明に係る第1及び第2態様の直流電圧昇降圧回路において、前記デューティ比演算手段を前記入力電圧と前記目標出力電圧との目標電圧比率を変数として前記デューティ比を演算する構成とし、前記入力電圧と前記実出力電圧とから演算した実電圧比率と前記目標電圧比率との差をPI演算して得られたPI演算値により前記目標電圧比率を補正する構成としてもよい。ここで、PI演算値とは、前記実出力電圧を前記目標出力電圧に収束させる比例動作に残留誤差を積分する積分動作を加えたPI(Proportinal Integral:比例積分)制御のための演算値である。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to the first and second aspects of the present invention, the duty ratio calculation means is configured to calculate the duty ratio using a target voltage ratio between the input voltage and the target output voltage as a variable, The target voltage ratio may be corrected by a PI calculation value obtained by performing PI calculation on the difference between the actual voltage ratio calculated from the input voltage and the actual output voltage and the target voltage ratio. Here, the PI calculated value is a calculated value for PI (Proportinal Integral) control in which an integral operation for integrating a residual error is added to a proportional operation for converging the actual output voltage to the target output voltage. .
この特定事項により、前記実出力電圧に基づいて前記デューティ比を補正することができ、従って、前記実出力電圧の応答遅れや回路を構成する各素子の損失による前記実出力電圧の誤差分を補正できるため、前記実出力電圧を前記目標出力電圧に精度よく収束させることができ、これにより、前記実出力電圧の前記目標出力電圧への収束精度を向上させることができる。 By this specific matter, the duty ratio can be corrected based on the actual output voltage, and accordingly, the error of the actual output voltage due to the response delay of the actual output voltage and the loss of each element constituting the circuit is corrected. Therefore, the actual output voltage can be accurately converged to the target output voltage, and thereby the accuracy of convergence of the actual output voltage to the target output voltage can be improved.
かかる構成の具体的な態様としては、前記目標電圧比率と前記実電圧比率との偏差に対してPI演算を施し、得られたPI演算値を前記目標電圧比率に加算し、その加算値を変数として前記デューティ比演算手段にて前記デューティ比を演算するものを例示できる。 As a specific aspect of such a configuration, PI calculation is performed on the deviation between the target voltage ratio and the actual voltage ratio, the obtained PI calculation value is added to the target voltage ratio, and the added value is a variable. As an example, the duty ratio calculating means calculates the duty ratio.
本発明に係る第1及び第2態様の直流電圧昇降圧回路において、前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ大きい値又は所定量だけ小さい値としてもよい。 In the DC voltage step-up / step-down circuits according to the first and second aspects of the present invention, the shift amount may be a value larger by a predetermined amount or a value smaller by a predetermined amount than the duty ratio for the step-up / step-down control.
この特定事項により、本発明に係る第1態様の直流電圧昇降圧回路では、前記デューティ比に対して加算する前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ大きい値又は所定量だけ小さい値とするので、前記第1スイッチを前記目標電圧比率の前記昇降圧制御用デューティ比と前記所定量に対応するシフト位置との間の第1範囲でオン状態のまま停止することができる。このように前記第1スイッチを前記第1範囲でオン状態のまま停止できるため、それだけ前記第1スイッチのスイッチング損失を低減させることができる。また、本発明に係る第2態様の直流電圧昇降圧回路では、前記デューティ比に対して減算する前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ大きい値又は所定量だけ小さい値とするので、前記第2スイッチを前記目標電圧比率の前記昇降圧制御用デューティ比と前記所定量に対応するシフト位置との間の第2範囲でオフ状態のまま停止することができる。このように前記第2スイッチを前記第2範囲でオフ状態のまま停止できるため、それだけ前記第2スイッチのスイッチング損失を低減させることができる。なお、この場合、前記目標出力電圧に対して最終的に得られる前記実出力電圧が実質的に前記所定量に対応する分だけシフトすることになるが、前記実出力電圧を高い精度で前記目標出力電圧に一致させる必要がない場合などには前記第1スイッチおよび前記第2スイッチのスイッチング損失を低減できる点で有用である。 Due to this specific matter, in the DC voltage step-up / step-down circuit according to the first aspect of the present invention, the shift amount to be added to the duty ratio is larger by a predetermined amount or a predetermined amount than the duty ratio for the step-up / down control. Since the value is small, the first switch can be stopped in an on state in a first range between the step-up / down control duty ratio of the target voltage ratio and the shift position corresponding to the predetermined amount. Thus, since the first switch can be stopped in the first range while being on, the switching loss of the first switch can be reduced accordingly. In the DC voltage step-up / step-down circuit according to the second aspect of the present invention, the shift amount to be subtracted from the duty ratio is set to a value larger by a predetermined amount or a value smaller by a predetermined amount than the step-up / down control duty ratio. Therefore, the second switch can be stopped in an OFF state in a second range between the step-up / down control duty ratio of the target voltage ratio and the shift position corresponding to the predetermined amount. Thus, since the second switch can be stopped in the second range while being in the OFF state, the switching loss of the second switch can be reduced accordingly. In this case, the actual output voltage finally obtained with respect to the target output voltage is shifted by an amount corresponding to the predetermined amount. When it is not necessary to match the output voltage, it is useful in that the switching loss of the first switch and the second switch can be reduced.
一方、前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ小さい値とした場合は、スイッチ素子などの応答遅れなどにより短時間のオン期間やオフ期間が消失する問題点を回避することができる。 On the other hand, when the shift amount is set to a value that is smaller by a predetermined amount than the step-up / down control duty ratio, it avoids the problem that a short ON period or OFF period disappears due to a response delay of a switch element or the like. Can do.
前記デューティ比演算手段にて前記入力電圧と前記目標出力電圧との目標電圧比率を変数として前記デューティ比を演算する構成とし、前記入力電圧と前記実出力電圧とから演算した実電圧比率と前記目標電圧比率との差をPI演算して得られたPI演算値により前記目標電圧比率を補正する構成とする場合において、前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ大きい値としてもよい。この場合、本発明に係る第1態様の直流電圧昇降圧回路では、前記第2スイッチがオフ状態のまま停止している降圧時で、前記目標電圧比率が1から前記所定量をシフトした分だけ降圧側の第1範囲にあるときには前記第1スイッチをオン状態のまま停止している。このため、前記第1範囲においては、前記PI演算を行わなくてもよい。また、本発明に係る第2態様の直流電圧昇降圧回路では、前記第1スイッチがオン状態のまま停止している昇圧時で、前記目標電圧比率が1から前記所定量をシフトした分だけ昇圧側の第2範囲にあるときには前記第2スイッチをオフ状態のまま停止している。このため、前記第2範囲においては、前記PI演算を行わなくてもよい。 The duty ratio calculation means is configured to calculate the duty ratio using a target voltage ratio between the input voltage and the target output voltage as a variable, and an actual voltage ratio calculated from the input voltage and the actual output voltage and the target In the case where the target voltage ratio is corrected by the PI calculation value obtained by PI calculation of the difference from the voltage ratio, the shift amount may be a value larger by a predetermined amount than the step-up / down control duty ratio. Good. In this case, in the DC voltage step-up / step-down circuit according to the first aspect of the present invention, the target voltage ratio is shifted from the predetermined amount by 1 at the time of step-down when the second switch is stopped in the OFF state. When it is in the first range on the step-down side, the first switch is stopped in the ON state. For this reason, it is not necessary to perform the PI calculation in the first range. In the DC voltage step-up / step-down circuit according to the second aspect of the present invention, the target voltage ratio is increased by an amount corresponding to a shift of the predetermined amount from 1 when the first switch is stopped while being on. When it is in the second range on the side, the second switch is stopped in the OFF state. For this reason, the PI calculation does not have to be performed in the second range.
従って、前記デューティ比演算手段にて前記入力電圧と前記目標出力電圧との目標電圧比率を変数として前記デューティ比を演算する構成とし、前記入力電圧と前記実出力電圧とから演算した実電圧比率と前記目標電圧比率との差をPI演算して得られたPI演算値により前記目標電圧比率を補正する構成とする場合において、前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ大きい値とする場合、前記目標電圧比率が1近傍の所定の近似範囲にあるときに前記実電圧比率のPI演算を停止することが好ましい。 Therefore, the duty ratio calculation means is configured to calculate the duty ratio using a target voltage ratio between the input voltage and the target output voltage as a variable, and an actual voltage ratio calculated from the input voltage and the actual output voltage; When the target voltage ratio is corrected by a PI calculation value obtained by PI calculation of the difference from the target voltage ratio, the shift amount is a value larger by a predetermined amount than the step-up / down control duty ratio In this case, it is preferable that the PI calculation of the actual voltage ratio is stopped when the target voltage ratio is in a predetermined approximate range near 1.
この場合、前記PI演算を停止する前記近似範囲の停止境界値と前記PI演算を再開する再開境界値との間に幅をもたせてもよい。 In this case, a width may be provided between the stop boundary value of the approximate range for stopping the PI calculation and the restart boundary value for restarting the PI calculation.
この特定事項により、前記近似範囲の前記停止境界値と前記再開境界値との間で幅をもたせることで、前記目標電圧比率が前記近似範囲の前記停止境界値に到来して前記PI演算を停止し、再び前記目標電圧比率が前記停止境界値を超えて再開側へ移動しても、しばらくは前記PI演算が再開することがなく、前記停止境界値から幅をもった前記再開境界値で前記PI演算を再開させる(ヒステリスとする)ことができ、これにより、前記PI制御の安定性を向上させることができる。 Due to this specific matter, by providing a width between the stop boundary value and the restart boundary value of the approximate range, the target voltage ratio arrives at the stop boundary value of the approximate range and stops the PI calculation. Even if the target voltage ratio again exceeds the stop boundary value and moves to the restart side, the PI calculation does not restart for a while, and the restart boundary value having a width from the stop boundary value is used. The PI calculation can be resumed (hysteris), whereby the stability of the PI control can be improved.
本発明に係る第1及び第2態様の直流電圧昇降圧回路において、前記実出力電圧が所定値以上(過電圧)となったときは、前記第1スイッチをオフに固定し且つ前記第2スイッチをオンに固定することが好ましい。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to the first and second aspects of the present invention, when the actual output voltage exceeds a predetermined value (overvoltage), the first switch is fixed off and the second switch is It is preferable to fix on.
この特定事項により、前記実出力電圧が所定値以上(過電圧)となった場合に、前記第1スイッチをオフに固定することで電圧入力を停止すると共に、前記第2スイッチをオンに固定することで当該直流電圧昇降圧回路内の余剰電流を回路内の環流で消費することができる。これにより、当該直流電圧昇降圧回路に起因する前記実出力電圧の上昇を抑制することができる。 According to this specific matter, when the actual output voltage is equal to or higher than a predetermined value (overvoltage), the first switch is fixed to be off to stop the voltage input and the second switch is to be fixed to be on. Thus, surplus current in the DC voltage step-up / down circuit can be consumed by recirculation in the circuit. Thereby, the raise of the said actual output voltage resulting from the said DC voltage buck-boost circuit can be suppressed.
本発明に係る第1及び第2態様の直流電圧昇降圧回路において、前記入力電圧を発電機から供給する構成とし、前記発電機の回転数又は前記発電機を駆動する駆動源の回転数と、出力側需要負荷とに基づき前記入力電圧を推定する構成としてもよい。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to the first and second aspects of the present invention, the input voltage is supplied from a generator, the number of revolutions of the generator or the number of revolutions of a drive source that drives the generator, The input voltage may be estimated based on the output side demand load.
この特定事項により、前記入力電圧を測定するために入力側に設けるべき電圧測定手段(例えば、電圧センサ)を省略することができる。 With this specific matter, voltage measuring means (for example, a voltage sensor) that should be provided on the input side in order to measure the input voltage can be omitted.
以上説明したように、本発明に係る直流電圧昇降圧回路によると、回路構成を複雑化することなく、デューティ比の決定に入力電圧の変動を直接的に反映させることができ、これにより入力電圧の変動に対する応答性を向上させることができると共に、昇降圧の切り替わりの際にデューティ比を連続的に変化させることができ、これにより、正しいデューティ比で安定的にスイッチング制御でき、従って、安定した出力電圧を得ることができる。 As described above, according to the DC voltage step-up / down circuit according to the present invention, it is possible to directly reflect the fluctuation of the input voltage in the determination of the duty ratio without complicating the circuit configuration. In addition, the duty ratio can be continuously changed when switching the buck-boost, thereby enabling stable switching control with the correct duty ratio and thus stable. An output voltage can be obtained.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the following embodiment is an example which actualized this invention, Comprising: The thing of the character which limits the technical scope of this invention is not.
図1は、本発明に係る第1実施形態の直流電圧昇降圧回路1aの概略構成を示す図である。また、図2は、本発明に係る第2実施形態の直流電圧昇降圧回路1bの概略構成を示す図である。なお、図1及び図2において、実質的に同じ構成作用を有する部材には同一符号を付している。後述する図5及び図6も同様である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a DC voltage step-up / down
[第1及び第2実施形態の共通要素について]
図1及び図2に示す直流電圧昇降圧回路1a,1bは、第1スイッチS1、第2スイッチS2、第1ダイオードD1、第2ダイオードD2、インダクタL及びキャパシタCを備えており、入力側には直流電源(例えば、エンジン)Eと発電機Geと整流器Dとを組み合わせた直流電源)PS、出力側には負荷(例えば、ヒートポンプ型空調装置における電装機器)Peが接続されている。
[Common elements of the first and second embodiments]
1 and 2 includes a first switch S1, a second switch S2, a first diode D1, a second diode D2, an inductor L, and a capacitor C. The DC voltage buck-
第1スイッチS1及びインダクタLは、入力側から出力側へこの順で直列接続されている。第1ダイオードD1は、直列接続された第1スイッチS1とインダクタLとの間においてこれらの接続ラインへ向かう方向を導通方向として入出力の両端子に対して並列接続されている。第2ダイオードD2は、出力側へ向かう方向を導通方向としてインダクタLの出力側に対して直列接続されている。第2スイッチS2は、インダクタLと第2ダイオードD2との間において入出力の両端子に対して並列接続されている。また、キャパシタCは、第2ダイオードD2の出力側において入出力の両端子に対して並列接続されている。 The first switch S1 and the inductor L are connected in series in this order from the input side to the output side. The first diode D1 is connected in parallel to both input and output terminals between the first switch S1 and the inductor L connected in series with the direction toward the connection line as a conduction direction. The second diode D2 is connected in series to the output side of the inductor L with the direction toward the output side as the conduction direction. The second switch S2 is connected in parallel to both the input and output terminals between the inductor L and the second diode D2. The capacitor C is connected in parallel to both input and output terminals on the output side of the second diode D2.
そして、直流電圧昇降圧回路1a,1bは、第1スイッチS1と第2スイッチS2とのスイッチング(オン/オフ)制御を行う制御部10a,10bを備えている。
The DC voltage step-up / step-down
制御部10a,10bは、デューティ比演算手段(例えばデューティ比演算器、以下、デューティ比演算器という)11a,11bと、第1スイッチング制御手段(例えば第1比較器、以下、第1比較器という)13と、第2スイッチング制御手段(例えば第2比較器、以下、第2比較器という)14とを備えている。
The
デューティ比演算器11a,11bは、入力電圧Vsと、実出力電圧Voの目標となる目標出力電圧Vo*とに基づき得られた値λ*を変数λとして、一義的且つ連続的に定まるデューティ比Dy1,Dy2を演算するものである。ここで、一義的且つ連続的に定まるデューティ比Dy1,Dy2とは、後述する昇圧時と降圧時との切り替わりの前後で穏やかに変化するデューティ比をいう。なお、入力電圧Vsは、例えば、直流電圧昇降圧回路1a,1bの入力側に設けられた図示しない電圧測定手段(例えば、電圧センサ)で測定することができる。
The
[第1実施形態について]
図1に示す直流電圧昇降圧回路1aの制御部10aは、加算手段(例えば加算器、以下、加算器という)12aをさらに備えている。
[About the first embodiment]
The
図1に示すように、デューティ比演算器11aは、出力側が第2比較器14の入力側の一端子に接続されていると共に加算器12aの入力側の一端子にも接続されている。これにより、デューティ比演算器11aは、デューティ比Dy1を第2比較器14及び加算器12aの双方に送信できるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
加算器12aは、デューティ比演算器11aで演算したデューティ比Dy1に対して入力側の他端子から入力電圧Vsの昇降圧制御用デューティ比(後述する図3のδ1参照)分だけ加算(プラス側にオフセット)するようになっており、出力側が第1比較器13の入力側の一端子に接続されている。なお、昇降圧制御用デューティ比δ1は、それには限定されないが、ここでは、入力電圧Vsと目標出力電圧Vo*とが等しいときの値(すなわち1)である。
The
第1比較器13は、加算器12aからのシフトデューティ比Ds1に基づき第1スイッチS1の第1指令信号P1を生成するようになっており、出力側が第1スイッチS1に接続されている。
The
第2比較器14は、デューティ比演算器11aからのデューティ比Dy1に基づき第2スイッチS2の第2指令信号P2を生成するようになっており、出力側が第2スイッチS2に接続されている。
The
そして、第1及び第2比較器13,14は、デューティ比Dy1が零以下では第2スイッチS2をオフに固定する一方、シフトデューティ比Ds1が零以下では第1スイッチS1をオフに固定し、シフトデューティ比Ds1が1以上では第1スイッチS1をオンに固定するように構成されている。
The first and
本実施の形態では、直流電圧昇降圧回路1aは、第1演算手段(例えば第1演算器、以下、第1演算器という)15をさらに備えている。この第1演算器15は、それには限定されないが、ここでは、入力電圧Vsに対する目標出力電圧Vo*の目標電圧比率λ*を演算するようになっており、出力側がデューティ比演算器11aの入力側に接続されている。これにより、第1演算器15は、目標電圧比率λ*をデューティ比演算器11aに送信できるようになっている。
In the present embodiment, the DC voltage step-up / step-down
そして、デューティ比演算器11aは、目標電圧比率λ*を変数λとしてデューティ比Dy1を演算する構成とされている。
The
詳しくは、デューティ比演算器11aは、それには限定されないが、次の式(1)及び式(2)の関係が成り立つように、デューティ比Dy1を演算するようになっている。
Specifically, the
本実施の形態では、第1及び第2比較器13,14は、それぞれ、入力側の他端子から第1及び第2スイッチS1,S2のスイッチング制御用の所定信号Spが供給されるようになっている。所定信号Spは、0及び1とをピークとする比較信号であり、例えば、ノコギリ波信号や三角波信号等のパルス信号(図示例では三角波信号)を挙げることができる。
In the present embodiment, the first and
これにより、第2スイッチS2のためのデューティ比Dy1が零より大きいときには該デューティ比Dy1(式(2))を第2スイッチS2のスイッチング対象として比較信号Spにより該第2スイッチS2の第2指令信号P2を生成し、第2スイッチS2のためのデューティ比Dy1が零以下では、式(1)の破線の位置(比較信号Spを基準にしてオフ側の位置)にあるので、第2スイッチS2をオフに固定することができる。一方、第1スイッチS1のためのシフトデューティ比Ds1が0より大きい且つ1より小さいときには該シフトデューティ比Ds1(式(3)の実線部分)を第1スイッチS1のスイッチング対象として比較信号Spにより該第1スイッチS1の第1指令信号P1を生成し、第1スイッチS1のためのシフトデューティ比Ds1が零以下のときには、式(3)の破線の位置(比較信号Spを基準にしてオフ側の位置)にあるので、第1スイッチS1をオフに固定すると共に、シフトデューティ比Ds1が1以上のときには、式(4)の破線の位置(比較信号Spを基準にしてオン側の位置)にあるので、第1スイッチS1をオンに固定することができる。 As a result, when the duty ratio Dy1 for the second switch S2 is greater than zero, the duty ratio Dy1 (formula (2)) is set as the switching target of the second switch S2, and the second command of the second switch S2 by the comparison signal Sp. When the signal P2 is generated and the duty ratio Dy1 for the second switch S2 is equal to or less than zero, the second switch S2 is in the position of the broken line in the formula (1) (the position on the off side with respect to the comparison signal Sp). Can be fixed off. On the other hand, when the shift duty ratio Ds1 for the first switch S1 is larger than 0 and smaller than 1, the shift duty ratio Ds1 (the solid line portion of the expression (3)) is set as the switching target of the first switch S1 by the comparison signal Sp. When the first command signal P1 of the first switch S1 is generated and the shift duty ratio Ds1 for the first switch S1 is less than or equal to zero, the position of the broken line in the equation (3) (the off-side position with reference to the comparison signal Sp) Therefore, when the shift duty ratio Ds1 is equal to or greater than 1, the first switch S1 is fixed to the OFF position, and is in the position of the broken line (the ON side position with respect to the comparison signal Sp) when the shift duty ratio Ds1 is 1 or more. Therefore, the first switch S1 can be fixed on.
かかる構成を備えた直流電圧昇降圧回路1aでは、図3に示すように、降圧時(図中α参照)には、第2スイッチS2をオフに固定した状態で(式(1)の破線参照)、式(3)の実線部分のシフトデューティ比Ds1に基づき第1スイッチS1のスイッチング制御を行い、昇圧時(図中β参照)には、第1スイッチS1をオンに固定した状態で(式(4)の破線参照)、式(2)のデューティ比Dy1に基づき第2スイッチS2のスイッチング制御を行う。
In the DC voltage step-up / step-down
[第2実施形態について]
図2に示す直流電圧昇降圧回路1bの制御部10bは、減算手段(例えば減算器、以下、減算器という)12bをさらに備えている。
[About the second embodiment]
The
図2に示すように、デューティ比演算器11bは、出力側が第1比較器13の入力側の一端子に接続されていると共に減算器12bの入力側の一端子にも接続されている。
As shown in FIG. 2, the
減算器12bは、デューティ比演算器11bで演算したデューティ比Dy2に対して入力側の他端子から入力電圧Vsの昇降圧制御用デューティ比(後述する図4のδ2参照)分だけ減算(マイナス側にオフセット)するようになっており、出力側が第2比較器14の入力側の一端子に接続されている。なお、昇降圧制御用デューティ比δ2は、それには限定されないが、ここでは、入力電圧Vsと目標出力電圧Vo*とが等しいときの値(すなわち1)である。
The subtractor 12b subtracts the duty ratio Dy2 calculated by the
第1比較器13は、デューティ比演算器11bからのデューティ比Dy2に基づき第1スイッチS1の第1指令信号P1を生成するようになっており、出力側が第1スイッチS1に接続されている。
The
第2比較器14は、減算器12bからのシフトデューティ比Ds2に基づき第2スイッチS2の第2指令信号P2を生成するようになっており、出力側が第2スイッチS2に接続されている。
The
そして、第1及び第2比較器13,14は、シフトデューティ比Ds2が零以下では第2スイッチS2をオフに固定する一方、デューティ比Dy2が零以下では第1スイッチS1をオフに固定し、デューティ比Dy2が1以上では第1スイッチS1をオンに固定するように構成されている。
The first and
本実施の形態では、直流電圧昇降圧回路1bは、第1演算手段(例えば第1演算器、以下、第1演算器という)15をさらに備えている。この第1演算器15は、それには限定されないが、ここでは、入力電圧Vsに対する目標出力電圧Vo*の目標電圧比率λ*を演算するようになっており、出力側がデューティ比演算器11bの入力側に接続されている。これにより、第1演算器15は、目標電圧比率λ*をデューティ比演算器11bに送信できるようになっている。
In the present embodiment, the DC voltage step-up / step-down
そして、デューティ比演算器11bは、目標電圧比率λ*を変数λとしてデューティ比Dy2を演算する構成とされている。
The
詳しくは、デューティ比演算器11bは、それには限定されないが、次の式(5)及び式(6)の関係が成り立つように、デューティ比Dy2を演算するようになっている。
Specifically, the
本実施の形態では、第1及び第2比較器13,14は、それぞれ、入力側の他端子から第1及び第2スイッチS1,S2のスイッチング制御用の所定信号Spが供給されるようになっている。所定信号Spは、0及び1とをピークとする比較信号であり、例えば、ノコギリ波信号や三角波信号等のパルス信号(図示例では三角波信号)を挙げることができる。
In the present embodiment, the first and
これにより、第2スイッチS2のためのシフトデューティ比Ds2が零より大きいときには該シフトデューティ比Ds2(式(8))を第2スイッチS2のスイッチング対象として比較信号Spにより該第2スイッチS2の第2指令信号P2を生成し、第2スイッチS2のためのシフトデューティ比Ds2が零以下では、式(7)の破線の位置(比較信号Spを基準にしてオフ側の位置)にあるので、第2スイッチS2をオフに固定することができる。一方、第1スイッチS1のためのデューティ比Dy2が0より大きい且つ1より小さいときには該デューティ比Dy2(式(5)の実線部分)を第1スイッチS1のスイッチング対象として比較信号Spにより該第1スイッチS1の第1指令信号P1を生成し、第1スイッチS1のためのデューティ比Dy2が零以下のときには、式(5)の破線の位置(比較信号Spを基準にしてオフ側の位置)にあるので、第1スイッチS1をオフに固定すると共に、デューティ比Dy2が1以上のときには、式(6)の破線の位置(比較信号Spを基準にしてオン側の位置)にあるので、第1スイッチS1をオンに固定することができる。 Thus, when the shift duty ratio Ds2 for the second switch S2 is greater than zero, the shift duty ratio Ds2 (formula (8)) is set as the switching target of the second switch S2, and the second switch S2 of the second switch S2 is detected by the comparison signal Sp. 2 command signal P2 is generated, and when the shift duty ratio Ds2 for the second switch S2 is less than or equal to zero, since it is in the position of the broken line in the equation (7) (the position on the OFF side with respect to the comparison signal Sp), 2 The switch S2 can be fixed off. On the other hand, when the duty ratio Dy2 for the first switch S1 is larger than 0 and smaller than 1, the duty ratio Dy2 (solid line part of the equation (5)) is set as the switching target of the first switch S1 by the comparison signal Sp. When the first command signal P1 of the switch S1 is generated and the duty ratio Dy2 for the first switch S1 is less than or equal to zero, the position of the broken line in the equation (5) (the position on the off side with respect to the comparison signal Sp) Therefore, when the first switch S1 is fixed to OFF and the duty ratio Dy2 is 1 or more, the first switch S1 is at the position of the broken line (the position on the side with respect to the comparison signal Sp) in the equation (6). The switch S1 can be fixed on.
かかる構成を備えた直流電圧昇降圧回路1bでは、図4に示すように、降圧時(図中α参照)には、第2スイッチS2をオフに固定した状態で(式(7)の破線参照)、式(5)の実線部分のデューティ比Dy2に基づき第1スイッチS1のスイッチング制御を行い、昇圧時(図中β参照)には、第1スイッチS1をオンに固定した状態で(式(6)の破線参照)、式(8)のシフトデューティ比Ds2に基づき第2スイッチS2のスイッチング制御を行う。
In the DC voltage step-up / step-down
以上説明した第1及び第2実施形態の直流電圧昇降圧回路1a,1bによれば、デューティ比Dy1,Dy2演算に入力電圧Vs含むパラメータから求めた変数λを使用するため、その入力電圧Vsの変動を直接的に第1及び第2スイッチS1,S2への指令値に反映させることができる。これにより、入力電圧Vsの変動に対する応答性を向上させることができる。
According to the DC voltage step-up / step-down
さらに、第1実施形態の直流電圧昇降圧回路1aでは、一義的且つ連続的に定まるデューティ比Dy1を第2スイッチS2の指令信号P2とし、シフトデューティ比Ds1を第1スイッチS1の指令信号P1とするので、第2スイッチS2への指令信号P2をデューティ比演算器11aの内部で演算したデューティ比Dy1として昇圧時βの指令信号とする一方で、第1スイッチS1への指令信号P1をデューティ比演算器11aの外部で演算したシフトデューティ比Ds1として降圧時αの指令信号とすることができ、従って、デューティ比演算器11aが従来の如くデューティ比演算の急激な変化を強いられることがないので、昇降圧の切り替わりの際にデューティ比Dy1を連続的に(緩やかに)変化させることができ、これにより、正しいデューティ比Dy1,Ds1で安定的にスイッチング(オン/オフ)することができる。
Furthermore, in the DC voltage step-up / step-down
また、第2実施形態の直流電圧昇降圧回路1bでは、一義的且つ連続的に定まる前記デューティ比Dy2を第1スイッチS1の指令信号P1とし、シフトデューティ比Ds2を第2スイッチS2の指令信号P2とするので、第1スイッチS1への指令信号P1をデューティ比演算器11bの内部で演算したデューティ比Dy2として降圧時αの指令信号とする一方で、第2スイッチS2への指令信号P2をデューティ比演算器11bの外部で演算したシフトデューティ比Ds2として昇圧時βの指令信号とすることができ、従って、デューティ比演算器11bが従来の如くデューティ比演算の急激な変化を強いられることがないので、昇降圧の切り替わりの際にデューティ比Dy2を連続的に(緩やかに)変化させることができ、これにより、正しいデューティ比Dy2,Ds2で安定的にスイッチング(オン/オフ)することができる。
In the DC voltage step-up / step-down
しかも、第1及び第2実施形態の直流電圧昇降圧回路1a,1bでは、第1及び第2スイッチS1,S2へのデューティ比Dy2,Dy1を工夫した制御構成としているので、回路構成を複雑化することなく安定した出力電圧を得ることができる。
Moreover, in the DC voltage step-up / step-down
[変形例1]
図1及び図2に示す第1及び第2実施形態の直流電圧昇降圧回路1a,1bにおいて、入力電圧Vsに対する実出力電圧Voの実電圧比率λnと目標電圧比率λ*との差λdをPI演算して得られたPI演算値λpにより目標電圧比率λ*を補正する構成としてもよい。
[Modification 1]
In the DC voltage step-up / step-down
図5は、図1に示す第1実施形態の直流電圧昇降圧回路1aにおいて、PI演算値λpにより目標電圧比率λ*を補正する構成とした一例を示す図である。また、図6は、図2に示す第2実施形態の直流電圧昇降圧回路1bにおいて、PI演算値λpにより目標電圧比率λ*を補正する構成とした一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the target voltage ratio λ * is corrected by the PI calculation value λp in the DC voltage step-up / down
図5及び図6に示す第3及び第4実施形態の直流電圧昇降圧回路1a’,1b’における制御部10a’,10b’は、図1及び図2に示す制御部10a,10bの構成に加えて、第2演算手段(例えば第2演算器、以下、第2演算器という)16と、偏差演算手段(例えば偏差演算器、以下、偏差演算器という)17と、PI演算手段(例えばPI演算器、以下、PI演算器という)18と、補正値加算手段(例えば補正値加算器、以下、補正値加算器という)19とを備えている。
The
第1演算器15は、出力側が偏差演算器17の入力側の一端子に接続されていると共に補正値加算器19の入力側の一端子に接続されている。
The
第2演算器16は、ここでは、入力電圧Vsに対する実出力電圧Voの実電圧比率λnを演算するようになっており、偏差演算器17の入力側の他端子に接続されている。なお、実出力電圧Voは、例えば、直流電圧昇降圧回路1a’,1b’の出力側に設けられた図示しない電圧測定手段(例えば、電圧センサ)で測定することができる。
Here, the
偏差演算器17は、第1演算器15からの目標電圧比率λ*と第2演算器16からの実電圧比率λnとの偏差λdを演算するようになっており、出力側がPI演算器18の入力側に接続されている。
The
PI演算器18は、偏差演算器17からの偏差λdからPI演算値λpを算出するようになっており、出力側が補正値加算器19の入力側の他端子に接続されている。
The
補正値加算器19は、第1演算器15からの目標電圧比率λ*とPI演算器18からのPI演算値λpとを加算した加算値λaを演算するようになっており、デューティ比演算器11a,11bの入力側に接続されている。
The
かかる構成によれば、実出力電圧Voに基づいてディーティ比Dy1,Dy2を補正できるため、目標出力電圧Vo*への収束精度を向上させることができる。 According to such a configuration, since the duty ratios Dy1 and Dy2 can be corrected based on the actual output voltage Vo, the convergence accuracy to the target output voltage Vo * can be improved.
[変形例2]
図1及び図2並びに図5及び図6に示す第1から第4実施形態の直流電圧昇降圧回路1a,1b,1a’,1b’において、シフト量(オフセット量)を、昇降圧制御用デューティ比δ1,δ2分よりさらに所定量だけ大きい値としてもよいし、昇降圧制御用デューティ比δ1,δ2分より所定量だけ小さい値としてもよい。図3及び図4の例では、シフト量を昇降圧制御用デューティ比δ1,δ2分(ここでは1)よりさらに所定量(図3中δ1’及び図4中δ2’参照)だけ大きい値としている(図3及び図4中1点鎖線参照)。
[Modification 2]
In the DC voltage step-up / step-down
第1及び第3実施形態の直流電圧昇降圧回路1a,1a’では、図3の1点鎖線で示すように、デューティ比Dy1に対して加算するシフト量を昇降圧制御用デューティ比δ1(ここでは1)分よりさらに所定量δ1’だけ大きい値とすることで、第2スイッチS2をオフに固定している降圧時αにおいて、余計に(すなわち目標電圧比率λ*が1から所定量δ1’をシフトした分だけ降圧側の第1範囲R1にあるときにも)第1スイッチS1をオンに固定することができる。このように第1スイッチSを第1範囲R1でもオンに固定できるため、それだけ第1スイッチS1のスイッチング損失を低減させることができる。
In the DC voltage step-up / step-down
また、第2及び第4実施形態の直流電圧昇降圧回路1b,1b’では、図4の1点鎖線で示すように、デューティ比Dy2に対して減算するシフト量を昇降圧制御用デューティ比δ2(ここでは1)分よりさらに所定量δ2’だけ大きい値とすることで、第1スイッチS1をオンに固定している昇圧時βにおいて、余計に(すなわち目標電圧比率λ*が1から所定量δ2’をシフトした分だけ昇圧側の第2範囲R2にあるときにも)第2スイッチS2をオフに固定することができる。このように第2スイッチS2を第2範囲R2でもオフに固定できるため、それだけ第2スイッチS2のスイッチング損失を低減させることができる。
Further, in the DC voltage step-up / step-down
一方、前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ小さい値とした場合は、スイッチ素子などの応答遅れなどにより短時間のオン期間やオフ期間が消失する問題点を回避することができる。出力電圧を高精度に制御したい場合にはシフト量として1以下の値を選択し、前記出力電圧を高精度に制御する必要が無い場合にはシフト量として1以上の値を選択すると良い。 On the other hand, when the shift amount is set to a value that is smaller by a predetermined amount than the step-up / down control duty ratio, it avoids the problem that a short ON period or OFF period disappears due to a response delay of a switch element or the like. Can do. When it is desired to control the output voltage with high accuracy, a value of 1 or less is selected as the shift amount. When it is not necessary to control the output voltage with high accuracy, it is preferable to select a value of 1 or more as the shift amount.
[変形例3]
第3及び第4実施形態の直流電圧昇降圧回路1a’,1b’において、目標電圧比率λ*が所定の近似範囲(ここでは第1及び第2範囲R1,R2)にあるときに実電圧比率λnのPI演算を停止してもよい。
[Modification 3]
In the DC voltage step-up / down
すなわち、第3実施形態の直流電圧昇降圧回路1a’では、第2スイッチS2をオフに固定している降圧時αにおいて、目標電圧比率λ*が近似範囲R1にあって第1スイッチS1をオンに固定しているときには、実電圧比率λnのPI演算を行っても無駄である。また、第4実施形態の直流電圧昇降圧回路1b’では、第1スイッチS1をオンに固定している昇圧時βにおいて、目標電圧比率λ*が近似範囲R2にあって第2スイッチS2をオフに固定しているときには、実電圧比率λnのPI演算を行っても無駄である。
That is, in the DC voltage step-up / down
従って、第3及び第4実施形態の直流電圧昇降圧回路1a’,1b’において、目標電圧比率λ*が近似範囲R1,R2にあるときに実電圧比率λnのPI演算を停止することで、近似範囲R1,R2での無駄な実電圧比率λnのPI演算を回避することができ、それだけ効率よくPI制御を行うことができる。
Therefore, in the DC voltage step-up / step-down
[変形例4]
変形例3の直流電圧昇降圧回路1a’,1b’において、PI演算を停止する近似範囲R1,R2の停止境界値とPI演算を再開する再開境界値との間に幅をもたせてもよい。
[Modification 4]
In the DC voltage step-up / step-down
図7は、PI演算を停止する近似範囲R1,R2の停止境界値E1とPI演算を再開する再開境界値E2との間に幅γをもたせた構成を説明するための図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration in which a width γ is provided between the stop boundary value E1 of the approximate ranges R1 and R2 for stopping the PI calculation and the restart boundary value E2 for restarting the PI calculation.
図7に示すように、目標電圧比率λ*がPI演算停止側へ移動して近似範囲R1,R2の停止境界値E1に到達するとPI演算の停止を開始する。その後、目標電圧比率λ*がPI演算再開側へ移動して近似範囲R1,R2の停止境界値E1を超えてもPI演算の停止を維持し(図中γ参照)、目標電圧比率λ*がさらにPI演算再開側へ移動して再開境界値E2に到達したらPI演算の停止を終了してPI演算を再開する。 As shown in FIG. 7, when the target voltage ratio λ * moves to the PI calculation stop side and reaches the stop boundary value E1 of the approximate ranges R1 and R2, the PI calculation stops. Thereafter, even if the target voltage ratio λ * moves to the PI calculation restart side and exceeds the stop boundary value E1 of the approximate ranges R1 and R2, the PI calculation is stopped (see γ in the figure), and the target voltage ratio λ * is Furthermore, when it moves to the PI calculation restart side and reaches the restart boundary value E2, the PI calculation is stopped and the PI calculation is restarted.
かかる構成によれば、近似範囲R1,R2の停止境界値E1と再開境界値E2との間で幅γをもたせることで、目標電圧比率λ*が近似範囲R1,R2の停止境界値E1に到来してPI演算を停止し、再び目標電圧比率λ*が停止境界値E1を超えて再開側へ移動しても、しばらくはPI演算を再開することがなく、停止境界値E1から幅γをもった再開境界値E2で再開する(ヒステリスとする)ことができ、これにより、PI制御の安定性を向上させることができる。 According to such a configuration, the target voltage ratio λ * reaches the stop boundary value E1 of the approximate ranges R1 and R2 by providing the width γ between the stop boundary value E1 and the restart boundary value E2 of the approximate ranges R1 and R2. Then, even if the PI calculation is stopped and the target voltage ratio λ * again exceeds the stop boundary value E1 and moves to the restart side, the PI calculation is not restarted for a while and the width γ is set from the stop boundary value E1. It is possible to restart at the restart boundary value E2 (hysteris), thereby improving the stability of PI control.
[変形例5]
図1及び図2並びに図5及び図6に示す第1から第4実施形態の直流電圧昇降圧回路1a,1b,1a’,1b’において、実出力電圧Voが所定値以上(過電圧)となったときは、第1スイッチS1をオフに固定し且つ第2スイッチS2をオンに固定してもよい。
[Modification 5]
In the DC voltage step-up / step-down
かかる構成によれば、実出力電圧Voが所定値以上(過電圧)となった場合に、第1スイッチS1をオフに固定することで電圧入力を停止すると共に、第2スイッチS2をオンに固定することで当該直流電圧昇降圧回路1a,1b,1a’,1b’内の余剰電流を回路内の環流で消費することができる。これにより、当該直流電圧昇降圧回路,1a’,1b’に起因する実出力電圧Voの上昇を抑制することができる。
According to such a configuration, when the actual output voltage Vo becomes equal to or higher than a predetermined value (overvoltage), the voltage input is stopped by fixing the first switch S1 to OFF and the second switch S2 is fixed to ON. Thus, surplus current in the DC voltage step-up / step-down
[変形例6]
ところで、入力電圧Vsを発電機Geから供給する構成とした場合、出力側需要負荷Peは、発電機Geの回転数N又は発電機Geを駆動する駆動源(例えばエンジン)Eの回転数Nと入力電圧Vsとの関係において、回転数Nに対する入力電圧Vsの傾きに対応している。例えば、発電機Ge又は駆動源Eの単位回転数当たりの入力電圧Vsの変化量(傾き)は、出力側需要負荷Peが小さくなるに従い大きくなり、出力側需要負荷Peが大きくなるに従い小さくなる傾向にある。
[Modification 6]
By the way, when it is set as the structure which supplies the input voltage Vs from the generator Ge, the output side demand load Pe is the rotation speed N of the generator Ge or the rotation speed N of the drive source (for example, engine) E which drives the generator Ge. The relationship with the input voltage Vs corresponds to the slope of the input voltage Vs with respect to the rotation speed N. For example, the change amount (slope) of the input voltage Vs per unit rotation speed of the generator Ge or the drive source E tends to increase as the output-side demand load Pe decreases, and decreases as the output-side demand load Pe increases. It is in.
かかる観点から、発電機Ge又は駆動源Eの回転数Nと、出力側需要負荷Peとに基づき入力電圧Vsを推定する構成としてもよい。 From this viewpoint, the input voltage Vs may be estimated based on the rotational speed N of the generator Ge or the drive source E and the output-side demand load Pe.
図8は、発電機Ge又は駆動源Eの単位回転数当たりの入力電圧Vsの変化量(傾き)が出力側需要負荷Peの大きさに対応して変化する特性を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing characteristics in which the change amount (slope) of the input voltage Vs per unit rotation speed of the generator Ge or the drive source E changes in accordance with the magnitude of the output demand load Pe.
例えば、図8に示すように、発電機Ge又は駆動源Eの回転数Nと入力電圧Vsとの関係において、回転数Nに対する入力電圧Vsの傾きが出力側需要負荷Peの大きさに対応して変化する特性に対応する換算テーブルや演算式を不揮発性メモリ等の記憶部に予め記憶しておくことができる。こうすることで、出力側需要負荷Peの大きさをパラメータとすることで、回転数Nに対する入力電圧Vsの傾きを求めることができる。そして、この傾きに対して回転数Nをパラメータとすることで、入力電圧Vsを求めることができる。すなわち、出力側需要負荷Peの大きさと回転数Nとが決定されることで、入力電圧Vsを推定することが可能となる。 For example, as shown in FIG. 8, in the relationship between the rotational speed N of the generator Ge or the drive source E and the input voltage Vs, the slope of the input voltage Vs with respect to the rotational speed N corresponds to the magnitude of the output demand load Pe. The conversion table and the arithmetic expression corresponding to the characteristic that changes can be stored in advance in a storage unit such as a nonvolatile memory. In this way, the slope of the input voltage Vs with respect to the rotational speed N can be obtained by using the magnitude of the output demand load Pe as a parameter. And the input voltage Vs can be calculated | required by making rotation speed N into a parameter with respect to this inclination. That is, the input voltage Vs can be estimated by determining the magnitude of the output side demand load Pe and the rotational speed N.
かかる構成によれば、入力電圧Vsを測定するために入力側に設けるべき電圧測定手段(例えば、電圧センサ)を省略することができ、それだけコストを低く抑えることができる。 According to such a configuration, voltage measuring means (for example, a voltage sensor) that should be provided on the input side in order to measure the input voltage Vs can be omitted, and the cost can be reduced accordingly.
なお、以上の説明ではアナログベースとした各種演算器や比較器などを用いて説明したが、DSPやCPUなどによるディジタルベースの構成としても良い。 In the above description, the analog-based various arithmetic units and comparators have been described. However, a digital-based configuration using a DSP, a CPU, or the like may be used.
1a,1a’ 直流電圧昇降圧回路
1b,1b’ 直流電圧昇降圧回路
11a,11b デューティ比演算器(デューティ比演算手段の一例)
D1 第1ダイオード
D2 第2ダイオード
Ds1,Ds2 シフトデューティ比
Dy1,Dy2 デューティ比
E 駆動源
E1 停止境界値
E2 再開境界値
Ge 発電機
L インダクタ
N 回転数
Pe 出力側需要負荷
R1,R2 近似範囲
S1 第1スイッチ
S2 第2スイッチ
Vo 実出力電圧
Vo* 目標出力電圧
Vs 入力電圧
γ 停止境界値と再開境界値との間の幅
δ1,δ2 シフト量
δ1’,δ2’ 所定量
λ 変数
λ* 目標電圧比率
λn 実電圧比率
λp PI演算値
1a, 1a ′ DC voltage step-up / down
D1 1st diode D2 2nd diode Ds1, Ds2 Shift duty ratio Dy1, Dy2 Duty ratio E Drive source E1 Stop boundary value E2 Restart boundary value Ge Generator L Inductor N Speed Pe Output side demand load R1, R2 Approximate
Claims (9)
入力電圧と、実出力電圧の目標となる目標出力電圧とに基づき一義的で連続的に定まるデューティ比を演算するデューティ比演算手段を設け、
前記デューティ比を前記第2スイッチの指令信号とし、
前記デューティ比を少なくとも前記入力電圧と前記目標出力電圧とが等しいときの前記入力電圧の昇降圧制御用デューティ比分だけ加算したシフトデューティ比を前記第1スイッチの指令信号とし、
前記デューティ比が零以下では前記第2スイッチをオフに固定する一方、前記シフトデューティ比が零以下では前記第1スイッチをオフに固定し、前記シフトデューティ比が1以上では前記第1スイッチをオンに固定することを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 The first switch and the inductor are connected in series in this order from the input side to the output side, and the first diode is connected to both the input and output terminals with the direction toward the connection line between the first switch and the inductor as the conduction direction. And a second diode connected in series to the output side of the inductor with a direction toward the output side as a conduction direction, and a second switch is input / output between the inductor and the second diode. In a DC voltage step-up / down circuit configured to be connected in parallel to both terminals of
A duty ratio calculating means for calculating a duty ratio that is uniquely and continuously determined based on the input voltage and the target output voltage that is the target of the actual output voltage is provided,
The duty ratio is a command signal for the second switch,
A shift duty ratio obtained by adding a duty ratio for the step-up / step-down control of the input voltage when at least the input voltage is equal to the target output voltage is used as the command signal for the first switch,
When the duty ratio is less than or equal to zero, the second switch is fixed to OFF, while when the shift duty ratio is less than or equal to zero, the first switch is fixed to OFF, and when the duty ratio is greater than or equal to 1, the first switch is turned on. A DC voltage step-up / down circuit characterized by being fixed to
入力電圧と、実出力電圧の目標となる目標出力電圧とに基づき一義的で連続的に定まるデューティ比を演算するデューティ比演算手段を設け、
前記デューティ比を前記第1スイッチの指令信号とし、
前記デューティ比を少なくとも前記入力電圧と前記目標出力電圧とが等しいときの前記入力電圧の昇降圧制御用デューティ比分だけ減算したシフトデューティ比を前記第2スイッチの指令信号とし、
前記シフトデューティ比が零以下では前記第2スイッチをオフに固定する一方、前記デューティ比が零以下では前記第1スイッチをオフに固定し、前記デューティ比が1以上では前記第1スイッチをオンに固定することを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 The first switch and the inductor are connected in series in this order from the input side to the output side, and the first diode is connected to both the input and output terminals with the direction toward the connection line between the first switch and the inductor as the conduction direction. And a second diode connected in series to the output side of the inductor with a direction toward the output side as a conduction direction, and a second switch is input / output between the inductor and the second diode. In a DC voltage step-up / down circuit configured to be connected in parallel to both terminals of
A duty ratio calculating means for calculating a duty ratio that is uniquely and continuously determined based on the input voltage and the target output voltage that is the target of the actual output voltage is provided,
The duty ratio is a command signal for the first switch,
A shift duty ratio obtained by subtracting the duty ratio for the step-up / step-down control of the input voltage when at least the input voltage is equal to the target output voltage as the command signal of the second switch,
When the shift duty ratio is less than zero, the second switch is fixed off. When the duty ratio is less than zero, the first switch is fixed off, and when the duty ratio is greater than 1, the first switch is turned on. A DC voltage step-up / down circuit characterized by being fixed.
前記デューティ比演算手段を前記入力電圧と前記目標出力電圧との目標電圧比率を変数として前記デューティ比を演算する構成とし、
前記入力電圧と前記実出力電圧とから演算した実電圧比率と前記目標電圧比率との差をPI演算して得られたPI演算値により前記目標電圧比率を補正する構成としたことを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to claim 1 or 2,
The duty ratio calculating means is configured to calculate the duty ratio using a target voltage ratio between the input voltage and the target output voltage as a variable,
The target voltage ratio is corrected by a PI calculation value obtained by PI calculation of a difference between the actual voltage ratio calculated from the input voltage and the actual output voltage and the target voltage ratio. DC voltage buck-boost circuit.
前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ大きい値としたことを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to claim 1 or 2,
The DC voltage step-up / step-down circuit, wherein the shift amount is set to a value larger by a predetermined amount than the step-up / step-down control duty ratio.
前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分より所定量だけ小さい値としたことを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to claim 1 or 2,
The DC voltage step-up / step-down circuit is characterized in that the shift amount is set to a value smaller than the step-up / step-down control duty ratio by a predetermined amount.
前記シフト量を前記昇降圧制御用デューティ比分よりさらに所定量だけ大きい値とし、
前記目標電圧比率が1近傍の所定の近似範囲にあるときに前記実電圧比率のPI演算を停止することを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to claim 3,
The shift amount is set to a value larger by a predetermined amount than the step-up / down control duty ratio,
A DC voltage step-up / step-down circuit that stops PI calculation of the actual voltage ratio when the target voltage ratio is in a predetermined approximate range near 1.
前記PI演算を停止する前記近似範囲の停止境界値と前記PI演算を再開する再開境界値との間に幅をもたせたことを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to claim 6,
A DC voltage step-up / down circuit having a width between a stop boundary value of the approximate range for stopping the PI operation and a restart boundary value for restarting the PI operation.
前記実出力電圧が所定値以上となったときは、前記第1スイッチをオフに固定し且つ前記第2スイッチをオンに固定することを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to any one of claims 1 to 7,
A DC voltage step-up / down circuit that fixes the first switch to OFF and the second switch to ON when the actual output voltage exceeds a predetermined value.
前記入力電圧を発電機から供給する構成とし、
前記発電機の回転数又は前記発電機を駆動する駆動源の回転数と、出力側需要負荷とに基づき前記入力電圧を推定する構成としたことを特徴とする直流電圧昇降圧回路。 In the DC voltage step-up / step-down circuit according to any one of claims 1 to 8,
The input voltage is supplied from a generator.
A DC voltage step-up / down circuit configured to estimate the input voltage based on the number of revolutions of the generator or the number of revolutions of a drive source that drives the generator and an output side demand load.
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