(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータの出力をスイッチで制御するパルス電源装置のコンデンサを小型化する。【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータの動作状態および停止状態と、スイッチの導通状態および遮断状態とを、それぞれ別々のタイミングで切り替える制御を行う。さらに、入力パルス信号の周期およびデューティー比が未知であったとしても、２周期未満の時間内でパルス信号周期ＴＰおよびパルス幅時間ＴＷを測定することによって、少なくとも第３周期以降においては、入力パルス信号のパルスが立ち上がってコンデンサが放電を始める前に、コンデンサを事前に充電することが可能となる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に並列に接続されるコンデンサを小型化することが可能となる。【選択図】図２Ａ
2020134374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流定電圧を出力する動作状態と、出力電力がゼロである停止状態とを切り替え可能に構成されたＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に並列に接続されたコンデンサと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に直列に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記コンデンサから出力される出力電力を後段に通過させる導通状態と、前記出力電力を遮断する遮断状態とを切り替え可能に構成されたスイッチと、
外部から入力する入力パルス信号に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記動作状態および前記停止状態を切り替える第１切り替え制御と、前記スイッチの前記導通状態および前記遮断状態を切り替える第２切り替え制御とを行う制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記入力パルス信号のパルス信号周期およびパルス幅時間を、前記入力パルス信号の入力開始から３周期目のパルス立ち上がりより先に算出し、
前記入力パルス信号の前記入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりの直前の、所定の第１充電期間の開始時に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記停止状態から前記動作状態に切り替える制御を行い、
前記入力パルス信号の前記入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりおよびパルス立ち下がりにそれぞれ合わせて前記スイッチを前記導通状態および前記遮断状態に切り替える制御を行う
パルス電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス電源装置において、
前記制御装置は、
前記３周期目以降のパルスにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記コンデンサによる出力電圧が、前記直流定電圧よりも高い所望の電圧に等しくなるように、前記第１充電期間を設定する
パルス電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載のパルス電源装置において、
前記制御装置は、
前記入力パルス信号が前記入力開始から最初に立ち上がる第１パルス立ち上がりを検知し、
前記入力パルス信号が前記第１パルス立ち上がりから最初に立ち下がる第１パルス立ち下がりを検知し、前記第１パルス立ち上がりから前記第１パルス立ち下がりまでのパルス幅時間を測定し、
前記入力パルス信号が前記第１パルス立ち上がりの次に立ち上がる第２パルス立ち上がりを検知して前記第１パルス立ち上がりから前記第２パルス立ち上がりまでのパルス信号周期を測定し、
前記第１期間および前記第２期間にさらに基づいて前記第１充電期間を算出する
パルス電源装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のパルス電源装置において、
前記制御装置は、
前記スイッチを前記遮断状態に切り替えた後、前記コンデンサの電圧が所定の電圧を上回ってから前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記停止状態に切り替える制御を行う
パルス電源装置。
【請求項５】
レーダ装置と、
前記レーダ装置に電力を供給するパルス電源装置と
を備え、
前記パルス電源装置は、
直流定電圧を出力する動作状態と、出力電力がゼロである停止状態とを切り替え可能に構成されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に並列に接続されたコンデンサと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に直列に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記コンデンサから出力される出力電力を後段に通過させる導通状態と、前記出力電力を遮断する遮断状態とを切り替え可能に構成されたスイッチと、
外部から入力する入力パルス信号に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記動作状態および前記停止状態を切り替える第１切り替え制御と、前記スイッチの前記導通状態および前記遮断状態を切り替える第２切り替え制御とを行う制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記入力パルス信号のパルス信号周期およびパルス幅時間を、前記入力パルス信号の入力開始から３周期目のパルス立ち上がりより先に算出し、
前記入力パルス信号の前記入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりの直前の、所定の第１充電期間の開始時に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記停止状態から前記動作状態に切り替える制御を行い、
前記入力パルス信号の前記入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりおよびパルス立ち下がりにそれぞれ合わせて前記スイッチを前記導通状態および前記遮断状態に切り替える制御を行う
レーダシステム。
【請求項６】
外部から入力パルス信号を入力して解析することと、
出力にコンデンサが並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータの、直流定電圧を出力する動作状態と、出力電力がゼロである停止状態とを、前記入力パルス信号に基づいて切り替える第１切り替え制御を行うことと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に直列に接続されたスイッチの、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記コンデンサから出力される出力電力を後段に通過させる導通状態と、前記出力電力を遮断する遮断状態を、前記入力パルス信号に基づいて切り替える第２切り替え制御を行うことと
を含み、
前記解析することは、
前記入力パルス信号のパルス信号周期およびパルス幅時間を、前記入力パルス信号の入力開始から３周期目のパルス立ち上がりより先に算出すること
を含み、
前記第１切り替え制御を行うことは、
前記入力パルス信号の前記入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりの直前の、所定のコンデンサ充電期間の開始時に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを前記停止状態から前記動作状態に切り替えること
を含み、
前記第２切り替え制御を行うことは、
前記入力パルス信号の前記入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりおよびパルス立ち下がりにそれぞれ合わせて前記スイッチを前記導通状態および前記遮断状態に切り替えること
を含む
パルス電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパルス電源装置、レーダシステムおよびパルス電源装置の制御方法に関し、例えば、ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータを備えるパルス電源装置と、このパルス電源装置を用いるレーダシステムと、このパルス電源装置の制御方法とに好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
アクティブ方式のレーダシステムは、レーダ波を生成して外部に放射し、このレーダ波がターゲットで反射した反射波を受信することによって、このターゲットの方向およびこのターゲットまでの距離を測定する。アクティブ方式のレーダシステムは、このレーダ波を生成するために、比較的大きい電圧および比較的大きい電流を有する電力を、断続的かつ周期的に供給可能な電源を用いる場合がある。
【０００３】
このような電源として、大電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータの出力をスイッチで制御する技術が知られている。
【０００４】
上記に関連して、特許文献１（特許第６０６１０３０号）には、ＤＣ−ＤＣコンバータに係る発明が開示されている。このＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子と、トランスまたはリアクトルと、制御手段とを備える。このＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子にかかる電圧または電流がゼロの状態でスイッチング素子のスイッチング動作を行うソフトスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータである。この制御手段は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力要求値がソフトスイッチングの成立する最低出力より低い場合に、動作区間と、停止区間とを交互に繰り返すように、スイッチング素子の動作を制御する。この動作区間において、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力が最低出力以上となる。この停止区間において、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力が０となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６０６１０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＤＣ／ＤＣコンバータの出力をスイッチで制御するパルス電源装置のコンデンサを小型化する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
一実施の形態によれば、パルス電源装置（３）は、ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータ（１０）と、コンデンサ（３０）と、スイッチ（４０）と、制御装置（２０）とを備える。ここで、ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータ（１０）は、直流定電圧を出力する動作状態と、出力電力がゼロである停止状態とを切り替え可能に構成されている。コンデンサ（３０）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）の出力に並列に接続されている。スイッチ（４０）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）の出力に直列に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）およびコンデンサ（３０）から出力される出力電力を後段に通過させる導通状態と、出力電力を遮断する遮断状態とを切り替え可能に構成されている。制御装置（２０）は、外部から入力する入力パルス信号（５）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）の動作状態および停止状態を切り替える第１切り替え制御と、スイッチ（４０）の導通状態および遮断状態を切り替える第２切り替え制御とを行う。制御装置（２０）は、入力パルス信号（５）のパルス信号周期（ＴＰ）およびパルス幅時間（ＴＷ）を、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目のパルス立ち上がりより先に算出する。制御装置（２０）は、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりの直前の、所定の第１充電期間（Ｔ、Ｔ１）の開始時に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）を停止状態から動作状態に切り替える制御を行う。制御装置（２０）は、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりおよびパルス立ち下がりにそれぞれ合わせてスイッチ（４０）を導通状態および遮断状態に切り替える制御を行う。
【０００９】
一実施の形態によれば、レーダシステム（１）は、レーダ装置（２）と、レーダ装置に電力を供給するパルス電源装置（３）とを備える。パルス電源装置（３）は、ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータ（１０）と、コンデンサ（３０）と、スイッチ（４０）と、制御装置（２０）とを備える。ここで、ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータ（１０）は、直流定電圧を出力する動作状態と、出力電力がゼロである停止状態とを切り替え可能に構成されている。コンデンサ（３０）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）の出力に並列に接続されている。スイッチ（４０）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）の出力に直列に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）およびコンデンサ（３０）から出力される出力電力を後段に通過させる導通状態と、出力電力を遮断する遮断状態とを切り替え可能に構成されている。制御装置（２０）は、外部から入力する入力パルス信号（５）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）の動作状態および停止状態を切り替える第１切り替え制御と、スイッチ（４０）の導通状態および遮断状態を切り替える第２切り替え制御とを行う。制御装置（２０）は、入力パルス信号（５）のパルス信号周期（ＴＰ）およびパルス幅時間（ＴＷ）を、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目のパルス立ち上がりより先に算出する。制御装置（２０）は、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりの直前の、所定の第１充電期間（Ｔ、Ｔ１）の開始時に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）を停止状態から動作状態に切り替える制御を行う。制御装置（２０）は、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりおよびパルス立ち下がりにそれぞれ合わせてスイッチ（４０）を導通状態および遮断状態に切り替える制御を行う。
【００１０】
一実施の形態によれば、パルス電源装置（３）の制御方法は、外部から入力パルス信号（５）を入力して解析すること（Ｓ０１〜Ｓ４１）と、出力にコンデンサ（３０）が並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）の、直流定電圧を出力する動作状態と、出力電力がゼロである停止状態とを、入力パルス信号（５）に基づいて切り替える第１切り替え制御を行うこと（Ｓ８１、Ｓ８３、Ｓ９３）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）の出力に直列に接続されたスイッチ（４０）の、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）およびコンデンサ（３０）から出力される出力電力を後段に通過させる導通状態と、出力電力を遮断する遮断状態を、入力パルス信号（５）に基づいて切り替える第２切り替え制御を行うこと（Ｓ８２、Ｓ８３、Ｓ８４）とを含む。解析すること（Ｓ０１〜Ｓ４１）は、入力パルス信号（５）のパルス信号周期（ＴＰ）およびパルス幅時間（ＴＷ）を、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目のパルス立ち上がりより先に算出すること（Ｓ２１、Ｓ４１）を含む。第１切り替え制御を行うこと（Ｓ８１、Ｓ８３、Ｓ９３）は、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりの直前の、所定のコンデンサ充電期間（Ｔ）の開始時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０）を停止状態から動作状態に切り替えること（Ｓ８１）を含む。第２切り替え制御を行うこと（Ｓ８２、Ｓ８３、Ｓ８４）は、入力パルス信号（５）の入力開始から３周期目以降において、パルス立ち上がりおよびパルス立ち下がりにそれぞれ合わせてスイッチ（４０）を導通状態および遮断状態に切り替えること（Ｓ８２、Ｓ８３、Ｓ８４）を含む。
【発明の効果】
【００１１】
前記一実施の形態によれば、パルス電源装置のコンデンサを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一実施形態によるレーダシステムの一構成例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、一実施形態によるパルス電源装置の一構成例を示すブロック回路図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、一実施形態による制御装置の一構成例を示すブロック回路図である。
【図３】図３は、一関連技術によるパルス電源装置の一動作例を示すタイムチャートである。
【図４】図４は、一関連技術によるＤＣ／ＤＣコンバータの一構成例を示す回路図である。
【図５】図５は、一実施形態によるパルス電源装置の出力波形の一例を示すタイムチャートである。
【図６】図６は、一実施形態によるパルス電源装置の一動作例を示すタイムチャートである。
【図７Ａ】図７Ａは、一実施形態によるパルス電源装置の制御方法の一構成例を示すフローチャートの一部である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、一実施形態によるパルス電源装置の制御方法の一構成例を示すフローチャートの一部である。
【図８】図８は、一実施形態によるパルス電源装置の一動作例を示すタイムチャートである。
【図９】図９は、一実施形態によるパルス電源装置の一動作例を示すタイムチャートである。
【図１０Ａ】図１０Ａは、一実施形態によるパルス電源装置の制御方法の一構成例を示すフローチャートの一部である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、一実施形態によるパルス電源装置の制御方法の一構成例を示すフローチャートの一部である。
【図１１】図１１は、一実施形態によるパルス電源装置の一動作例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付図面を参照して、本発明によるパルス電源装置およびパルス電源装置の制御方法を実施するための形態を以下に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、一実施形態によるレーダシステム１の一構成例を示す図である。図１のレーダシステム１は、レーダ装置２およびパルス電源装置３を備えている。
【００１５】
レーダ装置２は、例えば、アクティブ方式のレーダ装置２である。言い換えれば、レーダ装置２は、レーダ波を生成して外部に放射し、このレーダ波がターゲットで反射した反射波を受信することによって、レーダ装置２から見たこのターゲットの方向と、レーダ装置２からこのターゲットまでの距離とを測定することができる。アクティブ方式のレーダシステム１は、このレーダ波を生成するために、大電圧および大電流を断続的かつ周期的に供給可能な電源を用いる場合がある。
【００１６】
パルス電源装置３は、レーダ装置２に電気的に接続されており、レーダ装置２にパルス状の電力を供給できるように構成されている。図２Ａは、一実施形態によるパルス電源装置３の一構成例を示すブロック回路図である。
【００１７】
図２Ａのパルス電源装置３は、ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータ１０と、制御装置２０と、コンデンサ３０と、スイッチ４０とを備えている。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、２つの入力と、２つの出力とを有している。これら２つの入力は、外部の電源４に接続されており、この電源４から電力を入力する。また、これら２つの出力は、外部の負荷６に接続されており、この負荷６に向けて電力を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が第１出力から出力する電流を、コンバータ出力電流ＩＯＶと呼ぶ。
【００１９】
コンデンサ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力に並列に接続されている。言い換えれば、コンデンサ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から出力される電力を充電し、充電した電力を負荷６に向けて放電できるように構成されている。コンデンサ３０が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の第１出力に接続された端部から出力する電流を、コンデンサ出力電流ＩＯＣと呼ぶ。
【００２０】
スイッチ４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力に直流に接続されている。言い換えれば、スイッチ４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力と、負荷６との間の接続を、導通または遮断できるように構成されている。さらに言い換えれば、導通状態のスイッチ４０は、コンバータ出力電流ＩＯＶおよびコンデンサ出力電流ＩＯＣを合わせた合計出力電流ＩＯＴを、負荷６に向けて通過させることができ、反対に、遮断状態のスイッチ４０は、合計出力電流ＩＯＴを、負荷６に届かないように遮断することができる。
【００２１】
制御装置２０は、２つの入力と、２つの出力とを有している。第１の入力は、外部から入力パルス信号５を入力するように構成されている。第２の入力は、コンデンサ３０の電圧を検出するように構成されている。第１の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に電気的に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の状態を、入力パルス信号５および／または合計出力電流ＩＯＴに基づいて切り替えるための制御信号２１を送信するように構成されている。第２の出力は、スイッチ４０に電気的に接続されており、スイッチ４０の状態を、入力パルス信号５および／またはコンデンサ３０の電圧に基づいて切り替えるための制御信号２２を送信するように構成されている。
【００２２】
制御装置２０は、バス２０１によって電気的に接続されたインタフェース装置２０２、演算装置２０３および記憶装置２０４を備えるコンピュータとして構成されてもよい。図２Ｂは、一実施形態による制御装置２０の一構成例を示すブロック回路図である。この場合、制御装置２０はインタフェース装置２０２を介して入力パルス信号５およびコンデンサ３０の電圧を入力する。制御装置２０は、記憶装置２０４に格納されたプログラム２０５を演算装置２０３で実行して各種の演算を行い、その結果を記憶装置２０４に記憶し、また、制御信号２１、２２を生成する。制御装置２０は、インタフェース装置２０２を介して制御信号２１、２２をＤＣ／ＤＣコンバータ１０およびスイッチ４０にそれぞれ送信する。プログラム２０５は、記録媒体２０６から記憶装置２０４に供給されてもよい。
【００２３】
一関連技術によるパルス電源装置の一動作例について説明する。一般的に、パルス電源装置３には、所望の電圧および所望の電流を有する電力を、所望のデューティー比を有するパルス波形で出力する性能が求められる。パルス波形では、所望の電圧が印加されて所望の電流が流れるオン期間と、電圧および／または電流がゼロになるオフ期間とが繰り返される。ここで、オン期間およびオフ期間の切り替えは、制御装置２０がスイッチ４０の導通状態および遮断状態を切り替えることで行われる。
【００２４】
コンデンサ３０は、オフ期間にＤＣ／ＤＣコンバータ１０によって充電された電力を、オン期間に放電することができる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力可能な最大電力は、必ずしもオン期間における所望の電力またはそれ以上である必要は無いと考えられる。つまり、コンデンサ３０の充放電を効果的に利用することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力すべき電力は、パルス電源装置３がパルス状に出力する電力の平均値まで下げることが可能であると考えられる。この平均値を、平均パルス出力電力と呼ぶ。
【００２５】
パルス電源装置３の平均パルス出力電力は、オン期間の出力電圧と、出力電流と、デューティー比とを積算することで求められる。一般的に、デューティー比は１よりも小さいので、オン期間の出力電力は、平均パルス出力電力よりも大きい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力可能な最大電力が、平均パルス出力電力に等しい場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は常時動作状態となり、オフ期間にはコンデンサ３０を充電する。また、オン期間には、動作状態のＤＣ／ＤＣコンバータ１０から出力されて流れるコンバータ出力電流ＩＯＶと、コンデンサ３０が放電して流れるコンデンサ出力電流ＩＯＣを合わせた合計出力電流ＩＯＴが、パルス電源装置３から負荷６に向けて出力される。
【００２６】
図３は、一関連技術によるパルス電源装置３の一動作例を示すタイムチャートである。図３は、第１グラフＧ１〜第３グラフＧ３からなる合計３つのグラフを含んでいる。図３の第１グラフＧ１〜第３グラフＧ３に共通して、横軸は時間を示しており、縦軸は電流を示している。
【００２７】
第１グラフＧ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力するコンバータ出力電流ＩＯＶの時間変化を示している。上述したとおり、コンバータ出力電流ＩＯＶは、オン期間でもオフ期間でも一定である。
【００２８】
第２のグラフＧ２は、コンデンサ３０が出力するコンデンサ出力電流ＩＯＣの時間変化を示している。オフ期間において、スイッチ４０は制御装置２０の制御下で遮断状態である。その結果、コンデンサ３０は充電状態であり、コンデンサ出力電流ＩＯＣはゼロである。オン期間において、スイッチ４０は制御装置２０の制御下で導通状態である。その結果、コンデンサ３０は放電状態であり、コンデンサ出力電流ＩＯＣを出力する。しかし、オン期間が開始すると同時に、コンデンサ出力電流ＩＯＣは下降を始める。
【００２９】
第３グラフＧ３は、パルス電源装置３が出力する合計出力電流ＩＯＴの時間変化を示している。オフ期間において、合計出力電流ＩＯＴはゼロである。オン期間において、合計出力電流ＩＯＴは、コンバータ出力電流ＩＯＶおよびコンデンサ出力電流ＩＯＣの合計に等しく、したがってオン期間が開始すると同時に下降を始める。オン期間開始時の合計出力電流ＩＯＴと、オン期間終了時の合計出力電流ＩＯＴとの差を、電流低下ΔＩと呼ぶ。
【００３０】
図３の例で示したように、オン期間においてコンデンサ３０が放電すると、パルス電源装置３の出力電流には電流低下ΔＩが発生する。コンデンサ３０の容量が小さければ小さいほどに、発生する電流低下ΔＩは大きくなる。電流低下ΔＩを抑制するためには、コンデンサ３０の容量を大きくすることが考えられる。しかし、その場合にはコンデンサ３０を構成する容量素子のサイズや個数が増加し、パルス電源装置３が大型化してその重量が増加する、という課題がある。
【００３１】
そこで、本実施形態では、パルス電源装置３の出力電力の低下を抑制するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力可能な電力を、平均パルス出力電力より大きくし、その代わりにコンデンサ３０の容量を少なくする。
【００３２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の構成について説明する。図４は、一関連技術によるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の一構成例を示す回路図である。図４のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４と、共振インダクタＬｋと、トランスＴＲと、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４と、インダクタＬと、コンデンサＣとを備えている。共振インダクタＬｋは、トランスＴＲと一体化されていても良い。
【００３３】
４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は、２つの入力および２つの出力を有する入力側ブリッジ回路として接続されている。入力側ブリッジ回路の２つの入力は、外部の電源Ｖｉｎに接続されている。この電源Ｖｉｎは、例えば、図２Ａに示した電源４に対応する。入力側ブリッジ回路の２つの出力ノードＡ、Ｂは、共振インダクタＬｋを介して、トランスＴＲの１次コイルに接続されている。４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれは、導通状態および遮断状態が、図示しない外部の制御装置の制御下で切り替えられて、入力側ブリッジ回路は出力ノードＡから電流Ｉｐを出力する。この制御装置は、例えば、図２Ａに示した制御装置２０に対応する。
【００３４】
４つのダイオードＤ１〜Ｄ４は、２つの入力および２つの出力を有する出力側ブリッジ回路として接続されている。出力側ブリッジ回路の２つの入力は、トランスＴＲの２次コイルに接続されている。出力側ブリッジ回路の２つの出力は、直列に接続されたインダクタＬおよびコンデンサＣに接続されている。コンデンサＣは、外部の抵抗Ｒに、並列に接続されている。この抵抗Ｒは、例えば、図２Ａに示した負荷６に対応する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、抵抗Ｒに向けて電流Ｉｏｕｔを出力する。なお、図４のコンデンサＣと、図２Ａのコンデンサ３０は、一体化されていてもよい。
【００３５】
図４のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、例えば、ソフトスイッチングを実現する位相シフトフルブリッジコンバータである。この場合、位相シフトフルブリッジコンバータの入力電力が大きければ大きいほど、言い換えれば位相シフトフルブリッジコンバータの出力が大きければ大きいほど、共振インダクタＬｋのインダクタンスを比較的小さくすることが可能である。反対に、低出力でソフトスイッチングを行う場合には、共振インダクタＬｋのインダクタンスを比較的大きくする必要性が生じる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、比較的小さな共振インダクタＬｋで位相シフトフルブリッジコンバータのソフトスイッチングを可能とするために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を高出力で駆動させる。言い換えれば、位相シフトフルブリッジコンバータの入力電力が大きい条件下で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を駆動させる。一般的に、位相シフトフルブリッジコンバータの効率は、出力が最大出力の５０％以上である条件下で高くなるので、結果的に共振インダクタＬｋのインダクタンスを比較的小さくすることが可能となる。より具体的には、共振インダクタＬｋを小さくすることで、原理上、位相シフトフルブリッジコンバータにおけるスイッチングのデューティー比の低下を抑制することができ、その出力電力を増加させることができる。このことは、パルス電源装置３の小型化および軽量化にも繋がる。
【００３７】
図３の例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を常時動作させていたが、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を間欠的に動作させる。言い換えれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作を、制御装置２０の制御下でスイッチングする。さらに言い換えれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作状態および停止状態を、制御装置２０の制御下で切り替える。ここで、動作状態とはＤＣ／ＤＣコンバータ１０が直流定電圧を出力する状態であり、停止状態とはＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電力がゼロである状態である。
【００３８】
一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作状態および停止状態を、パルス出力電力のオン期間およびオフ期間の切り替わりに合わせて切り替える場合について考える。図５は、一実施形態によるパルス電源装置３の出力波形の一例を示すタイムチャートである。図５のタイムチャートは、第１グラフＧ１１〜第４グラフＧ１４からなる合計４つのグラフを含んでいる。図５の第１グラフＧ１１〜第４グラフＧ１４に共通して、横軸は時間を示している。また、図５の第１グラフＧ１１〜第３グラフＧ１３に共通して、縦軸は電流を示している。図５の第４グラフＧ１４では、縦軸は電圧を示している。
【００３９】
まず、第４グラフＧ１４は、入力パルス信号５の電圧の時間変化を示している。入力パルス信号５の電圧は、オフ期間ではゼロであり、オン期間では所定の値を保っている。なお、オン期間における入力パルス信号５の電圧は、所定の閾値より高ければ、必ずしも一定でなくてもよい。
【００４０】
第１グラフＧ１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力するコンバータ出力電流ＩＯＶの時間変化を示している。コンバータ出力電流ＩＯＶは、オフ期間ではゼロである。また、コンバータ出力電流ＩＯＶは、オン期間が始まると同時にゼロから増加を始め、オン期間が終了するまで増加を続け、オン期間が終了するとゼロに戻る。
【００４１】
第２グラフＧ１２は、コンデンサ３０が出力するコンデンサ出力電流ＩＯＣの時間変化を示している。コンデンサ出力電流ＩＯＣは、オフ期間ではゼロである。また、コンデンサ出力電流ＩＯＣは、オン期間が始まると同時に流れ始めるが、オン期間が終了するまで減少を続け、オン期間が終了するとゼロに戻る。
【００４２】
第３グラフＧ１３は、パルス電源装置３が出力する合計出力電流ＩＯＴの時間変化を示している。オフ期間において、合計出力電流ＩＯＴはゼロである。オン期間において、合計出力電流ＩＯＴは、コンバータ出力電流ＩＯＶおよびコンデンサ出力電流ＩＯＣの合計に等しい。ここで、オン期間における合計出力電流ＩＯＴには、電流低下ΔＩがほとんど発生していない。これは、オン期間におけるコンバータ出力電流ＩＯＶの増加速度と、コンデンサ出力電流ＩＯＣの減少速度とが、ほぼ相補の関係にあるからである。ここで、コンデンサ出力電流ＩＯＣが、オン期間の開始時において非常に高いことに注目されたい。
【００４３】
もし、入力パルス信号５のオフ期間およびオン期間が切り替わるタイミングが事前に分かっていれば、オフ期間からオン期間に切り替わる前にＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作を始めて、コンデンサ３０を充電することができる。こうすることで、オン期間の開始時におけるコンデンサ出力電流ＩＯＣの突出を抑制することが可能となる。
【００４４】
図６は、一実施形態によるパルス電源装置３の一動作例を示すタイムチャートである。図６のタイムチャートは、オン期間が開始する前にＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作を始めてコンデンサ３０が充電される場合の、パルス電源装置３の動作例を示している。
【００４５】
図６のタイムチャートは、第１グラフＧ２１〜第３グラフＧ２３からなる合計３つのグラフを含んでいる。図６の第１グラフＧ２１〜第３グラフＧ２３に共通して、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。
【００４６】
第１グラフＧ２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力するコンバータ出力電流ＩＯＶの時間変化を示している。コンバータ出力電流ＩＯＶは、オフ期間のうち、オン期間が始まる直前の充電期間Ｔが始まると同時にゼロから増加を始め、充電期間Ｔに続くオン期間が開始してから終了するまでほぼ一定であり、オン期間が終了するとゼロに戻る。
【００４７】
第２グラフＧ２２は、コンデンサ３０が出力するコンデンサ出力電流ＩＯＣの時間変化を示している。コンデンサ出力電流ＩＯＣは、オフ期間ではゼロである。また、コンデンサ出力電流ＩＯＣは、オン期間が始まると同時に流れ始めるが、オン期間が終了するまで減少を続け、オン期間が終了するとゼロに戻る。ここで、図６の場合では、オン期間が開始する瞬間におけるコンデンサ出力電流ＩＯＣの上昇が、図５の場合よりも穏やかであることに注目されたい。
【００４８】
第３グラフＧ２３は、パルス電源装置３が出力する合計出力電流ＩＯＴの時間変化を示している。オフ期間において、合計出力電流ＩＯＴはゼロである。オン期間において、合計出力電流ＩＯＴは、コンバータ出力電流ＩＯＶおよびコンデンサ出力電流ＩＯＣの合計に等しい。ここで、図６の場合でも、オン期間における合計出力電流ＩＯＴには、図５の場合と同様に、電流低下ΔＩがほとんど発生していないことに注目されたい。
【００４９】
ただし、一般的なレーダシステム１では、レーダ装置２の動作がその使用者によって開始されて、パルス電源装置３はパルス出力電力が必要となるタイミングを事前に知ることができない場合がある。さらに、必要とされるパルス出力電力の周期およびデューティー比も、レーダ装置２の動作が開始する度に変更される可能性が有る。そこで、本実施形態では、入力パルス信号５の入力が開始してから２周期未満の時間を利用してその周期およびデューティー比を計測する。こうすることで、３周期以降ではオン期間の開始前にコンデンサ３０を充電することを可能とする。
【００５０】
図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ、一実施形態によるパルス電源装置３の制御方法の一構成例を示すフローチャートの一部である。図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートは、第１ステップＳ０１〜第１９ステップＳ８３からなる合計１９のステップを含んでいる。そのうち、図７Ａは前半の第１ステップＳ０１〜第１３ステップＳ６１を示しており、図７Ｂは後半の第１４ステップＳ７１〜第１９ステップＳ８３を示している。
【００５１】
図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートと連動して、パルス電源装置３の一動作例、特にパルス電源装置３の制御方法の一例を、タイムチャートを用いて説明する。図８は、一実施形態によるパルス電源装置３の一動作例を示すタイムチャートである。図８のタイムチャートは、入力パルス信号５の電圧の時間変化と、コンバータ出力電流ＩＯＶの時間変化とを示している。
【００５２】
図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートが開始すると、パルス電源装置３の状態が初期化されて、第１ステップＳ０１が実行される。なお、初期化されたパルス電源装置３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は停止状態であり、スイッチ４０は遮断状態である。
【００５３】
第１ステップＳ０１において、制御装置２０が、入力パルス信号５の電圧を取得する。第１ステップＳ０１の次には、第２ステップＳ０２が実行される。
【００５４】
第２ステップＳ０２において、制御装置２０が、入力パルス信号５の電圧が既定電圧を上回ったかどうかを判定する。この既定電圧は、入力パルス信号５が立ち上がったかどうかを判定するために用いられる。したがって、この既定電圧は、例えば、ゼロＶ（ボルト）より高く、かつ、入力パルス信号５の立ち上がり電圧より低い任意の電圧であってもよい。入力パルス信号５の電圧が既定電圧を上回っていない場合（ＮＯ）は、入力パルス信号５がまだ立ち上がっていないと判定されて、第２ステップＳ０２の次には第１ステップＳ０１が再度実行される。反対に、入力パルス信号５の電圧が既定電圧を上回った場合（ＹＥＳ）は、入力パルス信号５が立ち上がっていると判定されて、第２ステップＳ０２の次には第３ステップＳ０３が実行される。
【００５５】
第３ステップＳ０３において、制御装置２０が、第１パルス立ち上がり時刻ｔ０を記憶する。第１パルス立ち上がり時刻ｔ０は、パルス電源装置３の動作が開始してから初めて入力パルス信号５が立ち上がった時刻である。言い換えれば、第１ステップＳ０１〜第３ステップＳ０３を実行することによって、制御装置２０は第１パルス立ち上がり時刻ｔ０を検知して記憶することができる。第３ステップＳ０３の次には、第４ステップＳ１１が実行される。
【００５６】
第４ステップＳ１１において、制御装置２０が、入力パルス信号５の電圧を取得する。第４ステップＳ１１の次には、第５ステップＳ１２が実行される。
【００５７】
第５ステップＳ１２において、制御装置２０が、入力パルス信号５の電圧が既定電圧を下回ったかどうかを判定する。この既定電圧は、入力パルス信号５が立ち下がったかどうかを判定するために用いられる。したがって、この既定電圧は、第２ステップＳ０２で用いられた既定電圧と同じであってもよいし、ゼロＶ（ボルト）より高く、かつ、入力パルス信号５の立ち上がり電圧より低い別の任意の電圧であってもよい。入力パルス信号５の電圧が既定電圧を下回っていない場合（ＮＯ）は、入力パルス信号５がまだ立ち下がっていないと判定されて、第５ステップＳ１２の次には第４ステップＳ１１が再度実行される。反対に、入力パルス信号５の電圧が既定電圧を下回った場合（ＹＥＳ）は、入力パルス信号５が立ち下がっていると判定されて、第５ステップＳ１２の次には第６ステップＳ１３が実行される。
【００５８】
第６ステップＳ１３において、制御装置２０が、第１パルス立ち下がり時刻ｔ１を記憶する。第１パルス立ち下がり時刻ｔ１は、パルス電源装置３の動作が開始してから初めて入力パルス信号５が立ち下がった時刻である。言い換えれば、第４ステップＳ１１〜第６ステップＳ１３を実行することによって、制御装置２０は第１パルス立ち下がり時刻ｔ１を検知して記憶することができる。第６ステップＳ１３の次には、第７ステップＳ２１が実行される。
【００５９】
第７ステップＳ２１において、制御装置２０が、パルス幅時間ＴＷを算出する。ここで、パルス幅時間ＴＷは、入力パルス信号５のパルス幅を表す時間である。言い換えれば、パルス幅時間ＴＷは、第１パルス立ち上がり時刻ｔ０から第１パルス立ち下がり時刻ｔ１までの時間に等しい。したがって、パルス幅時間ＴＷは、第１パルス立ち下がり時刻ｔ１から第１パルス立ち上がり時刻ｔ０を減算することで算出できる。言い換えれば、第１ステップＳ０１〜第７ステップＳ２１を実行することによって、制御装置２０はパルス幅時間ＴＷを算出することができる。第７ステップＳ２１の次には、第８ステップＳ３１が実行される。
【００６０】
第８ステップＳ３１において、制御装置２０が、入力パルス信号５の電圧を取得する。第８ステップＳ３１の次には、第９ステップＳ３２が実行される。
【００６１】
第９ステップＳ３２において、制御装置２０が、入力パルス信号５の電圧が既定電圧を上回ったかどうかを判定する。この既定電圧は、入力パルス信号５が立ち上がったかどうかを判定するために用いられる。したがって、この既定電圧は、第２ステップＳ０２で用いられた既定電圧と同じであることが好ましい。入力パルス信号５の電圧が既定電圧を上回っていない場合（ＮＯ）は、入力パルス信号５がまだ立ち上がっていないと考えられるので、第９ステップＳ３２の次には第８ステップＳ３１が再度実行される。反対に、入力パルス信号５の電圧が既定電圧を上回った場合（ＹＥＳ）は、入力パルス信号５が立ち上がっていると考えられるので、第９ステップＳ３２の次には第１０ステップＳ３３が実行される。
【００６２】
第１０ステップＳ３３において、制御装置２０が、第２パルス立ち上がり時刻ｔ２を記憶する。第２パルス立ち上がり時刻ｔ２は、パルス電源装置３の動作が開始してから２度目に入力パルス信号５が立ち上がった時刻である。言い換えれば、第８ステップＳ３１〜第１０ステップＳ３３を実行することによって、制御装置２０は第２パルス立ち上がり時刻ｔ２を検知して記憶することができる。第１０ステップＳ３３の次には、第１１ステップＳ４１が実行される。
【００６３】
第１１ステップＳ４１において、制御装置２０が、パルス信号周期ＴＰを算出する。ここで、パルス信号周期ＴＰは、入力パルス信号５の周期を表す時間である。言い換えれば、パルス信号周期ＴＰは、第１パルス立ち上がり時刻ｔ０から第２パルス立ち上がり時刻ｔ２までの時間に等しい。したがって、パルス信号周期ＴＰは、第２パルス立ち上がり時刻ｔ２から第１パルス立ち上がり時刻ｔ０を減算することで算出できる。言い換えれば、第１ステップＳ０１〜第１１ステップＳ４１を実行することによって、制御装置２０はパルス信号周期ＴＰを算出することができる。このとき、第１１ステップＳ４１が完了する時点において、パルス幅時間ＴＷおよびパルス信号周期ＴＰは算出されているが、入力パルス信号５はその第２周期がまだ終了していないことに注目されたい。言い換えれば、制御装置２０は、入力パルス信号５の入力が開始してから２周期未満の時間で、パルス幅時間ＴＷおよびパルス信号周期ＴＰを算出することができる。なお、パルス幅時間ＴＷをパルス信号周期ＴＰで除算することで、入力パルス信号５のデューティー比を算出することができる。第１１ステップＳ４１の次には、第１２ステップＳ５１が実行される。
【００６４】
第１２ステップＳ５１において、制御装置２０が、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵを第２パルス立ち上がり時刻ｔ２で初期化する。ここで、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵは、次に入力パルス信号５が立ち上がると予測される時刻である。第１２ステップＳ５１の時点では、パルス電源装置３の動作が開始してから入力パルス信号５が２度目に立ち上がったばかりである。したがって、この時点における次回パルス立ち上がり時刻ＴＵとは、入力パルス信号５の入力が開始してから入力パルス信号５が３度目に立ち上がると予測される時刻である。この時刻を、便宜上、第３パルス立ち上がり時刻ｔ５と呼ぶ。この第３パルス立ち上がり時刻ｔ５を、後述する第１４ステップＳ７１で算出するための準備として、第１２ステップＳ５１では次回パルス立ち上がり時刻ＴＵの値として第２パルス立ち上がり時刻ｔ２が設定される。なお、図８には、第２パルス立ち上がり時刻ｔ２および第３パルス立ち上がり時刻ｔ５の間に、第２パルス立ち下がり時刻ｔ３と、後述する時刻ｔ４とが示されているが、第２パルス立ち下がり時刻ｔ３は特に利用されない。第１２ステップＳ５１の次には、第１３ステップＳ６１が実行される。
【００６５】
第１３ステップＳ６１において、制御装置２０が、充電期間Ｔを設定する。充電期間Ｔは、コンデンサ３０の容量およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電力に応じて算出され得る。したがって、充電期間Ｔは、予め算出されていてもよい。この場合、第１３ステップＳ６１は省略可能である。第１３ステップＳ６１の次には、第１４ステップＳ７１が実行される。
【００６６】
第１４ステップＳ７１において、制御装置２０が、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵを算出する。ここで、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵは、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵとしてそれまでに設定されていた値に、パルス信号周期ＴＰを加算することで算出することができる。上述のとおり、第１２ステップＳ５１の時点では、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵとして第２パルス立ち上がり時刻ｔ２が設定されていた。したがって、第１４ステップＳ７１では、第２パルス立ち上がり時刻ｔ２にパルス信号周期ＴＰを加算した第３パルス立ち上がり時刻ｔ５が、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵに設定される。図８では、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵは、時刻ｔ５および時刻ｔ８として示されている。第１４ステップＳ７１の次には、第１５ステップＳ７２が実行される。
【００６７】
第１５ステップＳ７２において、制御装置２０が、次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣを算出する。ここで、次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣは、コンデンサ３０の充電が開始される予定の時刻である。次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣは、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵより、充電期間Ｔだけ先に設定される。したがって、次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣは、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵから充電期間Ｔを減算することで算出することができる。図８では、次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣは、時刻ｔ４および時刻ｔ７として示されている。第１５ステップＳ７２の次には、第１６ステップＳ７３が実行される。
【００６８】
第１６ステップＳ７３において、制御装置２０が、次回立ち下がり時刻ＴＤを算出する。ここで、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤは、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵから最初に入力パルス信号５が立ち下がると予測される時刻である。したがって、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤは、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵにパルス幅時間ＴＷを加算することで算出できる。図８では、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤは、時刻ｔ６および時刻ｔ９として示されている。第１６ステップＳ７３の次には、第１７ステップＳ８１が実行される。
【００６９】
第１７ステップＳ８１において、制御装置２０が、次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を動作状態にする。より具体的には、制御装置２０が、次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止状態から動作状態に切り替えるための制御信号２１を生成してＤＣ／ＤＣコンバータ１０に向けて送信する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、電源４から供給される電力をＤＣ／ＤＣ（直流／直流）変換して直流電力を出力する。この直流電力は、所望の直流定電圧と、前述のコンバータ出力電流ＩＯＶとで構成される。第１７ステップＳ８１の時点では、スイッチ４０が遮断状態であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力する直流電力はコンデンサ３０を充電する。コンデンサ３０は、次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣから次回パルス立ち上がり時刻ＴＵまでの充電期間Ｔをかけて、この直流電力で充電される。第１７ステップＳ８１の次には、第１８ステップＳ８２が実行される。
【００７０】
第１８ステップＳ８２において、制御装置２０が、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵに、スイッチ４０を導通状態にする。より具体的には、制御装置２０が、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵに、スイッチ４０を遮断状態から導通状態に切り替えるための制御信号２２を生成してスイッチ４０に向けて送信する。その結果、スイッチ４０は導通状態になり、コンデンサ３０はそれまで充電された電力を負荷６に向けて放電し始める。言い換えれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力するコンバータ出力電流ＩＯＶと、コンデンサ３０が出力するコンデンサ出力電流ＩＯＣとが合わさった合計出力電流ＩＯＴが、導通状態のスイッチ４０を介して、負荷６に向けて流れる。パルス電源装置３のこの状態は、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵから次回パルス立ち下がり時刻ＴＤまで、パルス幅時間ＴＷをかけて継続する。第１８ステップＳ８２の次には、第１９ステップＳ８３が実行される。
【００７１】
第１９ステップＳ８３において、制御装置２０が、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤに、スイッチ４０を遮断状態にし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止状態にする。より具体的には、制御装置２０が、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤに、スイッチ４０を導通状態から遮断状態に切り替えるための制御信号２２を生成してスイッチ４０に向けて送信する。また、制御装置２０が、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を動作状態から停止状態に切り替えるための制御信号２１を生成してＤＣ／ＤＣコンバータ１０に向けて送信する。その結果、負荷６への電力供給は、次のパルス立ち上がりまで停止する。第１９ステップＳ８３の次には、第１４ステップＳ７１が再度実行される。
【００７２】
以上の説明では、パルス信号周期ＴＰを第１１ステップＳ４１で算出した後、この算出された値を第１４ステップＳ７１で次回パルス立ち上がり時刻ＴＵに加算し続けることで、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵ、次回コンデンサ充電開始時刻ＴＣおよび次回パルス立ち下がり時刻ＴＤを算出することができる。これらの時刻をより正確に取得するために、フェイズド・ロックド・ループの原理を応用してもよい。
【００７３】
このように、一実施形態によるパルス電源装置３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の状態と、スイッチ４０の状態とを、それぞれ別々のタイミングで切り替える制御を行う。さらに、入力パルス信号５の周期およびデューティー比が未知であったとしても、２周期未満の時間内でパルス信号周期ＴＰおよびパルス幅時間ＴＷを測定することによって、少なくとも第３周期以降においては、入力パルス信号５のパルスが立ち上がってコンデンサ３０が放電を始める前に、コンデンサ３０を事前に充電することが可能となる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力に並列に接続されるコンデンサ３０を小型化することが可能となる。また、一実施形態によるレーダシステム１では、このようなパルス電源装置３を用いることによって、レーダ装置２が発射するレーダ波の周期およびデューティー比を自由に変更することが可能となる。
【００７４】
（第２実施形態）
第１実施形態では、コンデンサ３０を充電する充電期間Ｔを、入力パルス信号５が立ち上がる直前に設けた。本実施形態では、入力パルス信号５が立ち下がった直後の時間をさらに利用して、コンデンサ３０の充電を行う。本実施形態では、オン期間直前の充電期間を第１充電期間Ｔ１と呼び、オン期間直後の充電期間を第２充電期間Ｔ２と呼ぶ。
【００７５】
本実施形態によるパルス電源装置３の構成および動作のうち、一部の要素は第１実施形態の場合と同様であるので、共通する要素については同じ名称および符号を用いて詳細な説明を省略する。
【００７６】
図９は、一実施形態によるパルス電源装置３の一動作例を示すタイムチャートである。図９のタイムチャートは、オン期間が開始する前にＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作を始めてコンデンサ３０が充電され、さらにオン期間が終了してもＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作を続けてコンデンサ３０を充電する動作例を示している。
【００７７】
図９のタイムチャートは、第１グラフＧ３１〜第３グラフＧ３３からなる合計３つのグラフを含んでいる。図９の第１グラフＧ３１〜第３グラフＧ３３に共通して、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。
【００７８】
第１グラフＧ３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力するコンバータ出力電流ＩＯＶの時間変化を示している。コンバータ出力電流ＩＯＶは、オフ期間のうち、オン期間が始まる直前の第１充電期間Ｔ１が始まると同時にゼロから増加を始め、充電期間Ｔに続くオン期間と、オン期間が終了した直後の第２充電期間Ｔ２が終了するまでほぼ一定であり、第２充電期間Ｔ２が終了するとゼロに戻る。
【００７９】
第２グラフＧ３２および第３グラフＧ３３については、図６の第２グラフＧ２２および第３グラフＧ２３と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００８０】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれ、一実施形態によるパルス電源装置３の制御方法の一構成例を示すフローチャートの一部である。図１０Ａおよび図１０Ｂのフローチャートは、第１ステップＳ０１〜第２２ステップＳ９３からなる合計２２のステップを含んでいる。そのうち、図１０Ａは前半の第１ステップＳ０１〜第１３ステップＳ６２を示しており、図１０Ｂは後半の第１４ステップＳ７１〜第２２ステップＳ９３を示している。
【００８１】
図１０Ａおよび図１０Ｂのフローチャートと連動して、パルス電源装置３の一動作例を、タイムチャートを用いて説明する。図１１は、一実施形態によるパルス電源装置３の一動作例を示すタイムチャートである。図１１のタイムチャートは、入力パルス信号５の電圧の時間変化と、コンバータ出力電流ＩＯＶの時間変化とを示している。
【００８２】
図１０Ａおよび図１０Ｂのフローチャートが開始すると、パルス電源装置３の状態が初期化されて、第１ステップＳ０１が実行される。図１０Ａおよび図１０Ｂのフローチャートのうち、開始してから第１１ステップＳ４１までは、図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートの場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。ただし、本実施形態における、第１実施形態の場合と同様のステップに係る説明では、図８のタイムチャートを、図１１のタイムチャートに読み替えられたい。
【００８３】
第１２ステップＳ５１において、制御装置２０が、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵを第２パルス立ち上がり時刻ｔ２で初期化する。第１２ステップＳ５１の次には、第１３ステップＳ６２が実行される。なお、第１２ステップＳ５１のさらなる詳細については、図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートの場合と同様であるので、省略する。
【００８４】
第１３ステップＳ６２において、制御装置２０が、第１充電期間Ｔ１を設定する。第１充電期間Ｔ１は、コンデンサ３０の容量およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電力に応じて算出され得る。したがって、第１充電期間Ｔ１は、予め算出されていてもよい。この場合、第１３ステップＳ６２は省略可能である。なお、本実施形態では第２充電期間Ｔ２が存在するので、第１充電期間Ｔ１は第１実施形態の充電期間Ｔよりも短くてもよい場合がある。第１３ステップＳ６２の次には、第１４ステップＳ７１が実行される。
【００８５】
図１０Ａおよび図１０Ｂのフローチャートのうち、第１４ステップＳ７１〜第１７ステップＳ８１は、図７Ａおよび図７Ｂの第１４ステップＳ７１〜第１７ステップＳ８１と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００８６】
第１８ステップＳ８２において、制御装置２０が、次回パルス立ち上がり時刻ＴＵに、スイッチ４０を導通状態にする。第１８ステップＳ８２の次には、第１９ステップＳ８４が実行される。なお、第１８ステップＳ８２のさらなる詳細については、図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートの場合と同様であるので、省略する。
【００８７】
第１９ステップＳ８４において、制御装置２０が、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤに、スイッチ４０を遮断状態にする。より具体的には、制御装置２０が、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤに、スイッチ４０を導通状態から遮断状態に切り替えるための制御信号２２を生成してスイッチ４０に向けて送信する。その結果、負荷６への電力供給は、次のパルス立ち上がりまで停止する。ただし、本実施形態の第１９ステップＳ８４では、第１実施形態の第１９ステップＳ８３とは異なり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は次回パルス立ち下がり時刻ＴＤで停止せず、図１１の時刻ｔ１０まで続く第２充電期間Ｔ２が終了するまで動作を続けてコンデンサ３０を充電する。言い換えれば、次回パルス立ち下がり時刻ＴＤから第２充電期間Ｔ２が開始する。第１９ステップＳ８４の次には、第２０ステップＳ９１が実行される。
【００８８】
第２０ステップＳ９１において、制御装置２０が、コンデンサ３０の電圧を取得する。第２０ステップＳ９１の次には、第２１ステップＳ９２が実行される。
【００８９】
第２１ステップＳ９２において、制御装置２０が、コンデンサ３０の電圧が既定電圧を上回ったかどうかを判定する。この既定電圧は、コンデンサ３０の充電が充分であるかどうかを判定するために用いられる。ただし、コンデンサ３０は、第２充電期間Ｔ２の後、次のオン期間に放電を始める前に、このオン期間の直前に設けられた第１充電期間Ｔ１で再度充電される。既定電圧は、このことを考慮して適宜に設定されていることが好ましい。コンデンサ３０の電圧が既定電圧を上回っていない場合（ＮＯ）は、コンデンサ３０の充電がまだ十分ではないと判定されて、第２１ステップＳ９２の次には第２０ステップＳ９１が再度実行される。反対に、コンデンサ３０の電圧が既定電圧を上回った場合（ＹＥＳ）は、コンデンサ３０の充電が十分であると判定されて、第２１ステップＳ９２に次には、第２２ステップＳ９３が実行される。
【００９０】
第２２ステップＳ９３において、制御装置２０が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止状態にする。より具体的には、制御装置２０が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を動作状態から停止状態に切り替えるための制御信号２１を生成してＤＣ／ＤＣコンバータ１０に向けて送信する。その結果、コンデンサ３０への充電は停止する。言い換えれば、第２充電期間Ｔ２が終了する。第２充電期間Ｔ２が終了する時刻は、図１１では時刻ｔ１０および時刻ｔ１１として示されている。第２２ステップＳ９３の次には、第１４ステップＳ７１が再度実行される。
【００９１】
以上に説明したように、本実施形態では、オン期間に放電するコンデンサ３０を充電するために、その直前の第１充電期間Ｔ１と、このオン期間の前のオン期間の直後の第２充電期間Ｔ２とが設けられている。こうすることで、コンデンサ３０の電圧低下を抑制することができる。
【００９２】
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  レーダシステム
２  レーダ装置
３  パルス電源装置
４  電源
５  入力パルス信号
６  負荷
１０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０  制御装置
２０１  バス
２０２  インタフェース装置
２０３  演算装置
２０４  記憶装置
２０５  プログラム
２０６  記録媒体
２１、２２  制御信号
３０  コンデンサ
４０  スイッチ
Ａ、Ｂ  出力ノード
Ｃ  コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード
ΔＩ  電流低下
Ｇ１〜Ｇ３、Ｇ１１〜Ｇ１４、Ｇ２１〜Ｇ２３、Ｇ３１〜Ｇ３３  グラフ
Ｉｏｕｔ  電流
Ｉｐ  電流
ＩＯＣ  コンデンサ出力電流
ＩＯＴ  合計出力電流
ＩＯＶ  コンバータ出力電流
Ｌ  インダクタ
Ｌｋ  共振インダクタ
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチ素子
Ｒ  抵抗
Ｔ  充電期間
Ｔ１  第１充電期間
Ｔ２  第２充電期間
ｔ１〜ｔ１１  時刻
ＴＰ  パルス信号周期
ＴＲ  トランス
ＴＷ  パルス幅時間
Ｖｉｎ  電源
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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