(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成部と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出部と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成部と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択部と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成部と、
前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電流差分値を生成するフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、前記電流差分値が小さい場合は低ゲインとし、且つ、前記電流差分値が大きい場合は高ゲインとして前記調整電流差分値を演算するゲイン調整器を有し、
前記差分値選択部は、前記電圧差分値と前記調整電流差分値を比較することを特徴とする、
電源装置の制御装置。
【請求項２】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成部と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出部と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成部と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択部と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成部と、
前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電流差分値を生成するフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、前記電流差分値が小さい場合は高ゲインとし、且つ、前記電流差分値が大きい場合は低ゲインとして前記調整電流差分値を演算するゲイン調整器を有し、
前記差分値選択部は、前記電圧差分値と前記調整電流差分値を比較することを特徴とする、
電源装置の制御装置。
【請求項３】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成部と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出部と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成部と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択部と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成部と、
前記電圧差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値を生成するフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、前記電圧差分値が小さい場合は低ゲインとし、且つ、前記電圧差分値が大きい場合は高ゲインとして前記調整電圧差分値を演算するゲイン調整器を有し、
前記差分値選択部は、前記調整電圧差分値と前記電流差分値を比較することを特徴とする、
電源装置の制御装置。
【請求項４】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成部と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出部と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成部と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択部と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成部と、
前記電圧差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値を生成するフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、前記電圧差分値が小さい場合は高ゲインとし、且つ、前記電圧差分値が大きい場合は低ゲインとして前記調整電圧差分値を演算するゲイン調整器を有し、
前記差分値選択部は、前記調整電圧差分値と前記電流差分値を比較することを特徴とする、
電源装置の制御装置。
【請求項５】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成部と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出部と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成部と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択部と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成部と、
前記電圧差分値および前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値および調整電流差分値を生成するフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、
前記電圧差分値が小さい場合は低ゲインとし、且つ、前記電圧差分値が大きい場合は高ゲインとして前記調整電圧差分値を演算する、及び／又は、前記電流差分値が小さい場合は低ゲインとし、且つ、前記電流差分値が大きい場合は高ゲインとして前記調整電流差分値を演算する、ゲイン調整器を有し、
前記差分値選択部は、前記調整電圧差分値と前記調整電流差分値を比較することを特徴とする、
電源装置の制御装置。
【請求項６】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成部と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出部と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成部と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択部と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成部と、
前記電圧差分値および前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値および調整電流差分値を生成するフィルタ部と、を備え、
前記フィルタ部は、
前記電圧差分値が小さい場合は高ゲインとし、且つ、前記電圧差分値が大きい場合は低ゲインとして前記調整電圧差分値を演算する、及び／又は、前記電流差分値が小さい場合は高ゲインとし、且つ、前記電流差分値が大きい場合は低ゲインとして前記調整電流差分値を演算する、ゲイン調整器を有し、
前記差分値選択部は、前記調整電圧差分値と前記調整電流差分値を比較することを特徴とする、
電源装置の制御装置。
【請求項７】
前記操作量生成部は、比例動作、積分動作および微分動作のうちの少なくとも１つの特性を有する制御方式によって前記操作量を生成するように構成されることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載の電源装置の制御装置。
【請求項８】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出処理と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定処理と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成処理と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出処理と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定処理と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成処理と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択処理と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成処理と、
前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電流差分値を生成するフィルタ処理と、を有し、
前記フィルタ処理では、前記電流差分値が小さい場合は低ゲインとし、且つ、前記電流差分値が大きい場合は高ゲインとして前記調整電流差分値を演算するゲイン調整処理を含み、
前記差分値選択処理は、前記電圧差分値と前記調整電流差分値を比較する
ことを特徴とする、
電源装置の制御方法。
【請求項９】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出処理と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定処理と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成処理と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出処理と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定処理と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成処理と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択処理と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成処理と、
前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電流差分値を生成するフィルタ処理と、を有し、
前記フィルタ処理では、前記電流差分値が小さい場合は高ゲインとし、且つ、前記電流差分値が大きい場合は低ゲインとして前記調整電流差分値を演算するゲイン調整処理を含み、
前記差分値選択処理は、前記電圧差分値と前記調整電流差分値を比較する
ことを特徴とする、
電源装置の制御方法。
【請求項１０】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出処理と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定処理と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成処理と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出処理と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定処理と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成処理と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択処理と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成処理と、
前記電圧差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値を生成するフィルタ処理と、を有し、
前記フィルタ処理では、前記電圧差分値が小さい場合は低ゲインとし、且つ、前記電圧差分値が大きい場合は高ゲインとして前記調整電圧差分値を演算するゲイン調整処理を含み、
前記差分値選択処理は、前記調整電圧差分値と前記電流差分値を比較する
ことを特徴とする、
電源装置の制御方法。
【請求項１１】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出処理と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定処理と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成処理と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出処理と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定処理と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成処理と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択処理と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成処理と、
前記電圧差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値を生成するフィルタ処理と、を有し、
前記フィルタ処理では、前記電圧差分値が小さい場合は高ゲインとし、且つ、前記電圧差分値が大きい場合は低ゲインとして前記調整電圧差分値を演算するゲイン調整処理を含み、
前記差分値選択処理は、前記調整電圧差分値と前記電流差分値を比較する
ことを特徴とする、
電源装置の制御方法。
【請求項１２】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出処理と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定処理と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成処理と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出処理と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定処理と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成処理と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択処理と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成処理と、
前記電圧差分値および前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値および調整電流差分値を生成するフィルタ処理と、を有し、
前記フィルタ処理では、
前記電流差分値が小さい場合は低ゲインとし、且つ、前記電流差分値が大きい場合は高ゲインとして前記調整電流差分値を演算する、及び／又は、前記電圧差分値が小さい場合は低ゲインとし、且つ、前記電圧差分値が大きい場合は高ゲインとして前記調整電圧差分値を演算する、ゲイン調整処理を含み、
前記差分値選択処理は、前記調整電圧差分値と前記調整電流差分値を比較する
ことを特徴とする、
電源装置の制御方法。
【請求項１３】
電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出処理と、
前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定処理と、
前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成処理と、
前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出処理と、
前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定処理と、
前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成処理と、
前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択処理と、
前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成処理と、
前記電圧差分値および前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値および調整電流差分値を生成するフィルタ処理と、を有し、
前記フィルタ処理では、
前記電流差分値が小さい場合は高ゲインとし、且つ、前記電流差分値が大きい場合は低ゲインとして前記調整電流差分値を演算する、及び／又は、前記電圧差分値が小さい場合は高ゲインとし、且つ、前記電圧差分値が大きい場合は低ゲインとして前記調整電圧差分値を演算する、ゲイン調整処理を含み、
前記差分値選択処理は、前記調整電圧差分値と前記調整電流差分値を比較する
ことを特徴とする、
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、ＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータ等の電源装置の制御装置および制御方法に関し、特に定電圧定電流制御を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用電源等の電力供給の分野においては、太陽光発電や風力発電等の再生可能エネルギーの普及に伴い、二次電池の活用で需要と供給のミスマッチングを補う手段を整備した次世代電力インフラであるスマートグリッドが構築されつつある。また、自動車の分野においては、エンジンで二次電池を充電する従来のＨＶ（ハイブリッド車）に加え、商用電源等によって二次電池を充電可能なＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド車）やＥＶ（電気自動車）等も急激に市場を拡大しつつある。このため、近年では、電力を二次電池に蓄える技術の重要性が改めて見直され、電力の安定供給やＣＯ２の排出削減という観点から盛んに研究開発が行われている。
【０００３】
このような二次電池としては、従来の鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池およびニッケル水素電池等に代わり、エネルギー密度が高く、小型、軽量でありながらも高電圧でメモリ効果のないリチウムイオン電池が主力となりつつある。このリチウムイオン電池は、満充電状態を維持すると劣化しやすいという特性を有することから、トリクル充電に適しておらず、また、過充電による発熱、発火の危険性もあるため、充電に際しては、電圧と電流の双方を厳密に管理するＣＶＣＣ制御、すなわち定電圧定電流制御が要求される。具体的には、例えば充電初期の低電圧状態では充電電流を略一定に保持し（定電流制御）、充電量が増加した後の高電圧状態では充電電圧を略一定に保持する（定電圧制御）ことで過充電を防止する制御等が行われている。
【０００４】
ＣＶＣＣ制御では、電源からの出力電圧と出力電流の双方を略同時に検出してフィードバック制御する必要があり、制御方式としては、ＣＣ制御を行うＣＣ制御部（定電流制御部）とＣＶ制御を行うＣＶ制御部（定電圧制御部）をシリーズに配置したカスケード方式と、ＣＣ制御部およびＣＶ制御部を並列に配置した並列制御方式の２種類に大別される。また、カスケード方式には、ＣＣ制御→ＣＶ制御の順に制御を行うＣＶ制御マイナーループ／ＣＣ制御メジャーループと、ＣＶ制御→ＣＣ制御の順に制御を行うＣＣ制御マイナーループ／ＣＶ制御メジャーループの２種類がある。
【０００５】
ＣＶ制御マイナーループ／ＣＣ制御メジャーループのカスケード方式は、主に外部からの信号により出力電圧を可変可能に構成された市販の定電圧電源装置に定電流制御機能を追加する際に用いられる（例えば、特許文献１参照）。市販の一般的な電源装置では、ＴＲＭ機能、ＰＶ機能またはＶＲ機能等の呼称で出力電圧の可変機能を付属機能として備えており、外部からの電圧調整信号の入力端子が設けられている。従って、この端子を利用して定電流機能を容易に追加することが可能であり、この方法はアプリケーションとしてカタログ等にも記載されている。
【０００６】
図５は、ＣＶ制御マイナーループ／ＣＣ制御メジャーループのカスケード方式の構成の一例を示したブロック図である。なお、以下の説明では、既知の構成を備えた１石のフォワードコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を電源装置１００とした場合の例を示す。具体的に電源装置１００は、一対の入力端子１０１と、一対の出力端子１０２と、トランス１０３と、スイッチ１０４と、ドライバ１０５と、整流回路１０６と、平滑回路１０７と、入力コンデンサ１０８と、を備え、入力電圧値Ｖｉｎの直流電圧が一対の入力端子１０１に印加されると共に、二次電池等の負荷２００が一対の出力端子１０２に接続されている。そして、制御装置１１０から送信された駆動パルスＰに基づいて、ドライバ１０５がスイッチ１０４のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、負荷２００に出力される出力電圧値Ｖｏおよび出力電流値Ｉｏが制御されるようになっている。
【０００７】
ＣＶ制御マイナーループ／ＣＣ制御メジャーループのカスケード方式の制御装置１１０は、ＣＣ制御部１１１と、ＣＶ制御部１１２と、駆動パルス生成部１１３と、を備えている。ＣＣ制御部１１１は、目標値設定部１１４によって設定された電流目標値Ｉｒｅｆと、出力電流検出部１１５が検出した出力電流値Ｉｏを比較し、その差分である電流差分値ΔＥｉをゼロに近づけるように、ＰＩＤ制御等によって電圧目標値Ｖｒｅｆを生成する。なお、この電圧目標値Ｖｒｅｆは、目標値設定部１１４が設定した電圧目標上限値Ｖ０ｒｅｆを超えないよう、リミッタ１１６によって制限される。
【０００８】
そして、ＣＶ制御部１１２は、ＣＣ制御部１１１によって生成された電圧目標値Ｖｒｅｆと、出力電圧検出部１１７が検出した出力電圧値Ｖｏを比較し、その差分である電圧差分値ΔＥｖをゼロに近づけるように、ＰＩＤ制御等によって操作量Ｕを生成する。また、駆動パルス生成部１１３は、この操作量Ｕに基づいてパルス幅を変調するＰＷＭ方式等によって駆動パルスＰを生成し、ドライバ１０５に送信する。
【０００９】
従って、この方式では、例えば充電初期の低電圧状態においては、出力電圧値Ｖｏが低いことから電圧目標値Ｖｒｅｆは電流差分値ΔＥｉをゼロに近づけるための値として生成され、この結果、制御装置１１０はＣＣ制御を行うこととなる。そして、充電量の増加に伴って出力電圧値Ｖｏが上昇し、電流差分値ΔＥｉをゼロに近づけるために必要な電圧目標値Ｖｒｅｆが電圧目標上限値Ｖ０ｒｅｆを超えた後は、リミッタ１１６によって電圧目標値Ｖｒｅｆが電圧目標上限値Ｖ０ｒｅｆと同じ値に保持されるようになるため、結果的に制御装置１１０はＣＶ制御を行うこととなる。
【００１０】
ＣＣ制御マイナーループ／ＣＶ制御メジャーループのカスケード方式は、上述のＣＶ制御マイナーループ／ＣＣ制御メジャーループのカスケード方式のＣＣ制御部１１１とＣＶ制御部１１２を入れ替えたものであり、二次電池の充放電を行う双方向性の電源装置等に適用されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
図６は、ＣＣ制御マイナーループ／ＣＶ制御メジャーループのカスケード方式の構成の一例を示したブロック図である。この方式では、ＣＶ制御部１１２は、目標値設定部１１４によって設定された電圧目標値Ｖｒｅｆと、出力電圧検出部１１７が検出した出力電圧値Ｖｏを比較し、その差分である電圧差分値ΔＥｖをゼロに近づけるように、ＰＩＤ制御等によって電流目標値Ｉｒｅｆを生成する。なお、この電流目標値Ｉｒｅｆは、目標値設定部１１４が設定した電流目標上限値Ｉ０ｒｅｆを超えないよう、リミッタ１１６によって制限される。
【００１２】
そして、ＣＣ制御部１１１は、ＣＶ制御部１１２によって生成された電流目標値Ｉｒｅｆと、出力電流検出部１１５が検出した出力電流値Ｉｏを比較し、その差分である電流差分値ΔＥｉをゼロに近づけるように、ＰＩＤ制御等によって操作量Ｕを生成する。また、駆動パルス生成部１１３は、この操作量Ｕに基づいてパルス幅を変調するＰＷＭ方式等によって駆動パルスＰを生成し、ドライバ１０５に送信する。
【００１３】
従って、この方式では、出力電流値Ｉｏが小さい状態においては、電流目標値Ｉｒｅｆは電圧差分値ΔＥｖをゼロに近づけるための値として生成され、その結果、制御装置１１０はＣＶ制御を行うこととなる。そして、出力電流値Ｉｏが上昇して電圧差分値ΔＥｖをゼロに近づけるために必要な電流目標値Ｉｒｅｆが電流目標上限値Ｉ０ｒｅｆを超えた後は、リミッタ１１６によって電流目標値Ｉｒｅｆが電流目標上限値Ｉ０ｒｅｆと同じ値に保持されるようになるため、制御装置１１０はＣＣ制御を行うこととなる。
【００１４】
並列制御方式は、ＣＣ制御部１１１およびＣＶ制御部１１２を並列に配置し、ＣＣ制御およびＣＶ制御のいずれかを選択して行うものである（例えば、特許文献３参照）。図７は、並列制御方式の構成の一例を示したブロック図である。この方式では、制御装置１１０は、ＣＣ制御部１１１、ＣＶ制御部１１２および駆動パルス生成部１１３に加え、目標値選択部１１８を備えている。ＣＣ制御部１１１は、目標値設定部１１４によって設定された電流目標値Ｉｒｅｆと、出力電流検出部１１５が検出した出力電流値Ｉｏを比較し、その差分である電流差分値ΔＥｉをゼロに近づけるように、ＰＩＤ制御等によってＣＣ制御操作量Ｕｉを生成する。同様に、ＣＶ制御部１１２は、目標値設定部１１４によって設定された電圧目標値Ｖｒｅｆと、出力電圧検出部１１７が検出した出力電圧値Ｖｏを比較し、その差分である電圧差分値ΔＥｖをゼロに近づけるように、ＰＩＤ制御等によってＣＶ制御操作量Ｕｖを生成する。
【００１５】
そして、目標値選択部１１８は、ＣＣ制御操作量ＵｉおよびＣＶ制御操作量Ｕｖのいずれかを操作量Ｕとして選択し、駆動パルス生成部１１３は、この選択された操作量Ｕに基づいてパルス幅を変調するＰＷＭ方式等によって駆動パルスＰを生成し、ドライバ１０５に送信する。従って、制御装置１１０は、目標値選択部１１８がＣＣ制御操作量Ｕｉを選択した場合はＣＣ制御を行い、ＣＶ制御操作量Ｕｖを選択した場合はＣＶ制御を行うこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平７−２１９６５２号公報
【特許文献２】特許第５１８５３２８号公報
【特許文献３】特許第４１６２５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来のカスケード方式では、マイナーループの目標値をメジャーループによって変動させることから、マイナーループの応答速度とメジャーループの応答速度が近い場合、マイナーループによる制御中にメジャーループによる目標値の変動が生じることで、マイナーループによる制御が不安定となる可能性がある。従って、カスケード方式では、マイナーループによる制御中に目標値の変動が生じないよう、メジャーループによる制御の応答速度をマイナーループと比較して十分に低くする必要があった。
【００１８】
このため、応答性が負荷２００のインピーダンス等に大きく依存するＣＣ制御をメジャーループとした場合、応答速度の低下に起因する不具合が生じ、その不具合を解消するためには負荷２００の状態に応じたチューニングが必要となる。その結果、ＣＶ制御マイナーループ／ＣＣ制御メジャーループのカスケード方式は、高コスト且つ汎用性に欠けるものとなっていた。また、ＣＶ制御をメジャーループとした場合には、電源装置において最も重要なＣＶ制御の応答速度が大幅に低下することとなる。その結果、ＣＣ制御マイナーループ／ＣＶ制御メジャーループのカスケード方式は、高い応答速度の要求されない双方向性の電源装置や力率改善昇圧コンバータ等に用途が限定されるものとなっていた。
【００１９】
一方、並列制御方式では、ＣＣ制御部１１１およびＣＶ制御部１１２がそれぞれ独立してＣＣ制御操作量ＵｉおよびＣＶ制御操作量Ｕｖを生成するため、カスケード方式のような問題は生じず、ＣＣ制御およびＣＶ制御のいずれにおいても適切な応答性を確保することができる。但し、並列制御方式では、操作量Ｕとして選択されるか否かに関わらず、ＣＣ制御部１１１およびＣＶ制御部１１２が常にＣＣ制御操作量ＵｉおよびＣＶ制御操作量Ｕｖを生成するため、ＣＣ制御からＣＶ制御、またはＣＶ制御からＣＣ制御に制御が切り替わる際の操作量Ｕの変更に起因して制御が不安定となるという問題があった。
【００２０】
具体的には、例えばＣＣ制御中には、出力電流値Ｉｏは電流目標値Ｉｒｅｆに近い値となるが、出力電圧値Ｖｏは電圧目標値Ｖｒｅｆから乖離した値となるため、ＣＣ制御中に生成されるＣＶ制御操作量Ｕｖは、主に積分動作の影響によってＣＣ制御操作量Ｕｉよりも大幅に大きくなっている。従って、ＣＣ制御からＣＶ制御に切り替わる際にＣＶ制御操作量Ｕｖが操作量Ｕとして選択されると、出力電圧および出力電流が大きく変動することとなり、安定状態に収束するまでに時間を要するという問題が生じていた。
【００２１】
このような問題に対し、上記特許文献３に記載の制御方法では、選択されていない制御における積分動作をキャンセルすることで、制御が切り替わる際の安定性を確保するようにしている。しかしながら、上記特許文献３の制御方法では、ＣＣ制御操作量ＵｉおよびＣＶ制御操作量Ｕｖのいずれが選択されたかに基づいて、積分動作をキャンセルするか否かを判定する必要があるため、制御が複雑になるという問題があった。さらに、上記特許文献３の制御方法では、ＣＣ制御操作量Ｕｉを生成する制御回路およびＣＶ制御操作量Ｕｖを生成する制御回路を個別に設けているため、制御装置１１０のコストが増大すると共に、設置スペースが拡大するという問題があった。
【００２２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、簡便な構成でありながらも高い応答性で安定的に定電圧低電流制御を行うことが可能な電源装置の制御装置および制御方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
（１）本発明は、電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成部と、前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出部と、前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定部と、前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成部と、前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択部と、前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成部と、を備えることを特徴とする、電源装置の制御装置である。
【００２４】
（２）本発明はまた、前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電流差分値を生成するフィルタ部を備え、前記差分値選択部は、前記電圧差分値と前記調整電流差分値を比較することを特徴とする、上記（１）に記載の電源装置の制御装置である。
【００２５】
（３）本発明はまた、前記電圧差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値を生成するフィルタ部を備え、前記差分値選択部は、前記調整電圧差分値と前記電流差分値を比較することを特徴とする、上記（１）に記載の電源装置の制御装置である。
【００２６】
（４）本発明はまた、前記電圧差分値および前記電流差分値に所定の演算処理を施して調整電圧差分値および調整電流差分値を生成するフィルタ部を備え、前記差分値選択部は、前記調整電圧差分値と前記調整電流差分値を比較することを特徴とする、上記（１）に記載の電源装置の制御装置である。
【００２７】
（５）本発明はまた、前記フィルタ部は、所定のゲインを乗算するゲイン補償器、位相を補償する位相補償器、およびゲインを調整するゲイン調整器の少なくともいずれか１つを有することを特徴とする、上記（２）乃至（４）のいずれかに記載の電源装置の制御装置である。
【００２８】
（６）本発明はまた、前記ゲイン調整器は、入力値の大きさに応じて異なるゲイン補償を行うように構成されることを特徴とする、上記（５）に記載の電源装置の制御装置である。
【００２９】
（７）本発明はまた、前記差分値選択部は、前記電圧差分値と前記電流差分値を比較することを特徴とする、上記（１）に記載の電源装置の制御装置である。
【００３０】
（８）本発明はまた、前記操作量生成部は、比例動作、積分動作および微分動作のうちの少なくとも１つの特性を有する制御方式によって前記操作量を生成するように構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の電源装置の制御装置である。
【００３１】
（９）本発明はまた、電源装置の出力電圧値を検出する出力電圧検出処理と、前記出力電圧値の目標とする電圧目標値を設定する電圧目標値設定処理と、前記電圧目標値から前記出力電圧値を減算して電圧差分値を生成する電圧差分値生成処理と、前記電源装置の出力電流値を検出する出力電流検出処理と、前記出力電流値の目標とする電流目標値を設定する電流目標値設定処理と、前記電流目標値から前記出力電流値を減算して電流差分値を生成する電流差分値生成処理と、前記電圧差分値または前記電圧差分値に基づく値と、前記電流差分値または前記電流差分値に基づく値を比較して小さい方を制御用差分値として選択する差分値選択処理と、前記制御用差分値に基づいて前記電源装置を制御する操作量を生成する操作量生成処理と、を有することを特徴とする、電源装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る電源装置の制御装置および制御方法によれば、簡便な構成でありながらも高い応答性で安定的に定電圧低電流制御を行うことが可能という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置の制御装置の構成を示したブロック図である。
【図２】フィルタ部の構成を示したブロック図である。
【図３】同制御装置の制御動作を模式的に示した図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）同制御装置のその他の形態の例を示したブロック図である。
【図５】従来のＣＶ制御マイナーループ／ＣＣ制御メジャーループのカスケード方式の構成の一例を示したブロック図である。
【図６】従来のＣＣ制御マイナーループ／ＣＶ制御メジャーループのカスケード方式の構成の一例を示したブロック図である。
【図７】従来の並列制御方式の構成の一例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は、本実施形態に係る電源装置の制御装置１（以下、単に制御装置１と呼ぶ）の構成を示したブロック図である。制御装置１は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源装置１００において、出力のＣＶＣＣ制御（定電圧低電流制御）を行うものである。
【００３６】
本実施形態の電源装置１００は、上述の従来例と同様に、既知の構成を備えた１石のフォワードコンバータである。具体的に電源装置１００は、一対の入力端子１０１と、一対の出力端子１０２と、トランス１０３と、スイッチ１０４と、ドライバ１０５と、整流回路１０６と、平滑回路１０７と、入力コンデンサ１０８と、を備え、入力電圧値Ｖｉｎの直流電圧が一対の入力端子１０１に印加されると共に、二次電池等の負荷２００が一対の出力端子１０２に接続されている。そして、制御装置１から送信された駆動パルスＰに基づいて、ドライバ１０５がスイッチ１０４のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、負荷２００に出力される出力電圧値Ｖｏおよび出力電流値Ｉｏが制御されるようになっている。
【００３７】
なお、電源装置１００は、その他の構成のＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータであってもよいことはいうまでもない。例えば、電源装置１００の絶縁は、絶縁および非絶縁のいずれであってもよい。また、電源装置１００の電圧変換比は、降圧（バックコンバータ）、昇圧（ブーストコンバータ）および昇降圧（バックブーストコンバータ）のいずれであってもよい。また、電源装置１００の発振方式は、自励方式、他励方式のいずれであってもよい。また、電源装置１００の制御方式はＰＷＭ制御、ＰＦＭ制御および位相シフト制御のいずれであってもよい。また、電源装置１００の変換部の構成は、フライバック、フォワード、ハーフブリッジ、フルブリッジおよびプッシュプル等のいずれであってもよい。
【００３８】
制御装置１は、適宜のＭＣＵ（マイクロコントローラ）等から構成され、図１に示されるように、出力電圧検出部１０と、出力電流検出部２０と、目標値設定部３０と、電圧差分値生成部４０と、電流差分値生成部５０と、フィルタ部６０と、差分値選択部７０と、操作量生成部８０と、駆動パルス生成部９０と、を備えている。
【００３９】
出力電圧検出部１０は、電源装置１００の出力電圧値Ｖｏを検出するものである。具体的に出力電圧検出部１０は、レベル変換器およびＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）を備えており、出力電圧値Ｖｏを電圧目標値Ｖｒｅｆと比較可能なレベルのデジタル信号に変換して電圧差分値生成部４０に送信する。なお、ノイズによる誤動作等を防止するために、抵抗およびコンデンサからなるＲＣ位相補償器を出力電圧検出部１０に設けるようにしてもよい。
【００４０】
出力電流検出部２０は、電源装置１００の出力電流値Ｉｏを検出するものである。具体的に出力電流検出部２０は、ＩＶＣ（電流電圧コンバータ）、ならびにレベル変換器およびＡＤＣを備えており、出力電流値Ｉｏを電流目標値Ｉｒｅｆと比較可能なレベルのデジタル信号に変換して電流差分値生成部５０に送信する。なお、ＩＶＣは、例えば出力端子１０２等の直流電流が流れる位置で電流を検出する場合には抵抗素子やホール素子等から構成され、交流電流が流れる位置または直流電流に交流電流が重畳されている位置で電流を検出する場合には抵抗素子やホール素子またはカレントトランス等から構成される。また、出力電圧検出部１０と同様に、出力電流検出部２０にＲＣ位相補償器を設けるようにしてもよい。
【００４１】
目標値設定部３０は、出力電圧値Ｖｏの目標とする電圧目標値Ｖｒｅｆ、および出力電流値Ｉｏの目標とする電流目標値Ｉｒｅｆを設定するものである。目標値設定部３０は、外部から信号を受信する端子３２を備えており、この端子３２を介して受信した信号に基づいて、出力電圧値Ｖｏと比較する電圧目標値Ｖｒｅｆ、および出力電流値Ｉｏと比較する電流目標値Ｉｒｅｆを生成する。また、目標値設定部３０は、生成した電圧目標値Ｖｒｅｆおよび電流目標値Ｉｒｅｆを電圧差分値生成部４０および電流差分値生成部５０に送信する。
【００４２】
なお、ノイズによる誤動作や、電圧目標値Ｖｒｅｆまたは電流目標値Ｉｒｅｆを変更した際のオーバーシュート等を防止するために、目標値設定部３０にＲＣ位相補償器を設けるようにしてもよい。また、目標値設定部３０にＲＯＭやＲＡＭ等の記憶手段を設け、この記憶手段に記憶された情報に基づいて電圧目標値Ｖｒｅｆまたは電流目標値Ｉｒｅｆを設定するようにしてもよい。また、目標値設定部３０は、電圧目標値Ｖｒｅｆおよび電流目標値Ｉｒｅｆごとに、個別に設けられるものであってもよい。
【００４３】
電圧差分値生成部４０は、電圧目標値Ｖｒｅｆと出力電圧値Ｖｏの差分である電圧差分値ΔＥｖを生成するものである。具体的に電圧差分値生成部４０は、減算器等から構成され、電圧目標値Ｖｒｅｆから出力電圧値Ｖｏを減算して電圧差分値ΔＥｖを生成する。また、電圧差分値生成部４０は、生成した電圧差分値ΔＥｖを差分値選択部７０に送信する。なお、電圧差分値生成部４０は、電圧目標値Ｖｒｅｆよりも出力電圧値Ｖｏが大きい場合には、負の値の電圧差分値ΔＥｖを生成する。
【００４４】
電流差分値生成部５０は、電流目標値Ｉｒｅｆと出力電流値Ｉｏの差分である電流差分値ΔＥｉを生成するものである。具体的に電流差分値生成部５０は、減算器等から構成され、電流目標値Ｉｒｅｆから出力電流値Ｉｏを減算して電流差分値ΔＥｉを生成する。また、電流差分値生成部５０は、生成した電流差分値ΔＥｉをフィルタ部６０に送信する。なお、電流差分値生成部５０は、電流目標値Ｉｒｅｆよりも出力電流値Ｉｏが大きい場合には、負の値の電流差分値ΔＥｉを生成する。
【００４５】
フィルタ部６０は、ゲイン補償および位相補償を行うことで、ＣＣ制御の応答性を調整するものである。具体的にフィルタ部６０は、電流差分値ΔＥｉに所定の演算処理を施して調整電流差分値ΔＥｉａを生成し、この調整電流差分値ΔＥｉａを差分値選択部７０に送信する。詳細は後述するが、制御装置１では、１つの操作量生成部８０によってＣＶ制御およびＣＣ制御の双方を行うため、フィルタ部６０を設けることで、出力電圧値Ｖｏと出力電流値Ｉｏのレベル差が大きいような場合にもＣＶ制御の応答性とＣＣ制御の応答性のバランスを取ることを可能としている。また、フィルタ部６０を設けることにより、差分値選択部７０が比較する差分値の大きさを調整することができるため、ＣＶ制御とＣＣ制御の間における相互干渉の発生を防止することが可能となる。
【００４６】
図２は、フィルタ部６０の構成を示したブロック図である。図２に示されるように、フィルタ部６０は、ゲイン補償器６２と、位相補償器６４と、ゲイン調整器６６と、から構成されている。
【００４７】
ゲイン補償器６２は、電流差分値ΔＥｉに所定のゲインＫ１を乗算することでゲイン補償を行うものであり、ゲイン補償後の一次調整電流差分値ΔＥｉ１＝Ｋ１ΔＥｉを位相補償器６４に送信する。位相補償器６４は、一次調整電流差分値ΔＥｉ１に位相を補償する演算処理を施すことで位相補償を行うものであり、位相補償後の二次調整電流差分値ΔＥｉ２をゲイン調整器６６に送信する。なお、位相補償の演算式は、例えばΔＥｉ２（ｎ＋１）＝α{ΔＥｉ１（ｎ）−ΔＥｉ２（ｎ）}＋ΔＥｉ２（ｎ）となる。ここで、ΔＥｉ２（ｎ＋１）は、ｎ＋１回目のフィードバックにおけるΔＥｉ２を意味し、ΔＥｉ１（ｎ）およびΔＥｉ２（ｎ）は、ｎ回目のフィードバックにおけるΔＥｉ１およびΔＥｉ２をそれぞれ意味している。また、αは所定の定数である。ゲイン調整器６６は、二次調整電流差分値ΔＥｉ２の大きさに基づいて異なるゲイン補償を行うことで、ゲインを調整するものである。
【００４８】
具体的にゲイン調整器６６は、主経路６６ａと、分岐路６６ｂと、主経路６６ａに設けられた不感帯６６ｃおよび補助ゲイン補償器６６ｄと、主経路６６ａと分岐路６６ｂを繋ぐように設けられた加算器６６ｅと、から構成されている。主経路６６ａは、二次調整電流差分値ΔＥｉ２に不感帯６６ｃおよび補助ゲイン補償器６６ｄによる所定の演算処理を施した上で加算器６６ｅに送信する経路である。分岐路６６ｂは、二次調整電流差分値ΔＥｉ２をそのまま加算器６６ｅに送信する経路である。
【００４９】
不感帯６６ｃは、二次調整電流差分値ΔＥｉ２が所定の閾値Ｖｔｈ以下の場合は信号を遮断し、閾値Ｖｔｈより大きい場合には二次調整電流差分値ΔＥｉ２から閾値Ｖｔｈを減算した三次調整電流差分値ΔＥｉ３＝ΔＥｉ２−Ｖｔｈを補助ゲイン補償器６６ｄに送信するように構成されている。補助ゲイン補償器６６ｄは、三次調整電流差分値ΔＥｉ３に所定のゲインＫ２を乗算した四次調整電流差分値ΔＥｉ４＝Ｋ２ΔＥｉ３を加算器６６ｅに送信する。加算器６６ｅは、主経路６６ａの補助ゲイン補償器６６ｄからの信号と分岐路６６ｂからの信号を加算して差分値選択部７０に送信するものである。
【００５０】
従って、加算器６６ｅは、二次調整電流差分値ΔＥｉ２が所定の閾値Ｖｔｈより大きい場合には、補助ゲイン補償器６６ｄからの四次調整電流差分値ΔＥｉ４に二次調整電流差分値ΔＥｉ２を加算した結果を調整電流差分値ΔＥｉａとして差分値選択部７０に送信する。また、加算器６６ｅは、二次調整電流差分値ΔＥｉ２が所定の閾値Ｖｔｈ以下の場合には、不感帯６６ｃが信号を遮断するため、二次調整電流差分値ΔＥｉ２を調整電流差分値ΔＥｉａとして差分値選択部７０に送信する。
【００５１】
なお、フィルタ部６０におけるゲイン補償器６２、位相補償器６４およびゲイン調整器６６の配置順は、図２に示す例に限定されるものではなく、その他の配置順であってもよい。また、不感帯６６ｃは、二次調整電流差分値ΔＥｉ２が所定の閾値Ｖｔｈ以上の場合は信号を遮断し、閾値Ｖｔｈ未満の場合には二次調整電流差分値ΔＥｉ２から閾値Ｖｔｈを減算した三次調整電流差分値ΔＥｉ３を補助ゲイン補償器６６ｄに送信するものであってもよい。また、不感帯６６ｃの閾値Ｖｔｈの設定はヒステリシスを有するものであってもよい。
【００５２】
図１に戻って、差分値選択部７０は、電圧差分値ΔＥｖおよび調整電流差分値ΔＥｉａのうち、いずれか小さい方を選択するものである。具体的に差分値選択部７０は、適宜の選択器から構成され、電圧差分値ΔＥｖおよび調整電流差分値ΔＥｉａを比較して、いずれか小さい方を制御用差分値ΔＥとして操作量生成部８０に送信する。
【００５３】
操作量生成部８０は、制御用差分値ΔＥに基づいて電源装置の出力を制御するための操作量Ｕを生成するものである。本実施形態では、制御装置１はＰＷＭ（パルス幅変調）方式によって電源装置１００の備えるスイッチ１０４のＯＮ／ＯＦＦを制御するため、操作量生成部８０はスイッチ１０４のＯＮ／ＯＦＦの時比率（Ｄｕｔｙ）を操作量Ｕとして生成する。具体的に操作量生成部８０は、比例動作（Ｐ）、積分動作（Ｉ）および微分動作（Ｄ）を行うＰＩＤ制御器から構成され、ＰＩＤ制御によって制御用差分値ΔＥをゼロに近づけるように操作量Ｕを生成し、駆動パルス生成部９０に送信する。
【００５４】
従って、操作量生成部８０は、制御用差分値ΔＥとして電圧差分値ΔＥｖが選択された場合は、電圧差分値ΔＥｖをゼロに近づけるように操作量Ｕを生成し、制御用差分値ΔＥとして調整電流差分値ΔＥｉａが選択された場合は、調整電流差分値ΔＥｉａをゼロに近づけるように操作量Ｕを生成することとなる。すなわち、制御装置１では、一般に応答特性の異なるＣＶ制御およびＣＣ制御の双方を１つの操作量生成部８０で行うようになっている。
【００５５】
このため、本実施形態では、上述のようにフィルタ部６０を設け、フィルタ部６０によってＣＣ制御の応答性を調整することで、操作量生成部８０をＣＶ制御に特化して最適化することを可能としている。操作量生成部８０をＣＶ制御に最適化することで、電源装置１００において最も重要なＣＶ制御における適切な応答性の確保が容易となる。また、既存の一般的なＣＶ制御用のＰＩＤ制御器等を活用して制御装置１を実現することができるため、制御装置１のコストを低減することが可能となる。
【００５６】
また、フィルタ部６０による調整を可能とすることで、負荷２００の状態に大きく依存するＣＣ制御の応答性の調整を容易にすると共に、ＣＣ制御の応答性の調整がＣＶ制御の応答性に影響しないようにすることができる。すなわち、本実施形態の制御装置１によれば、ＣＶ制御の応答性とＣＣ制御の応答性を容易にバランスさせることが可能となっている。また、フィルタ部６０を適宜に設定することで、ＣＣ制御におけるノイズによる誤動作や発信等の不具合も防止することが可能となっている。
【００５７】
なお、操作量生成部８０は、ＰＩＤ制御以外の各種制御方式によって操作量Ｕを生成するものであってもよい。但し、ＣＶ制御およびＣＣ制御を簡便且つ安定的に行うためには、操作量生成部８０は、比例動作、積分動作および微分動作のうちの少なくとも１つの特性を有する制御方式によって前記操作量を生成するものであることが好ましく、比例動作、積分動作および微分動作のうちの少なくとも２つの特性を有する制御方式によって前記操作量を生成するものであればより好ましく、比例動作、積分動作および微分動作の全ての特性を有する制御方式によって前記操作量を生成するものであることが最も好ましい。
【００５８】
駆動パルス生成部９０は、操作量Ｕに基づいて電源装置１００の備えるスイッチ１０４のＯＮ／ＯＦＦを切り替える駆動パルスＰを生成し、スイッチ１０４を駆動するドライバ１０５に送信するものである。具体的に駆動パルス生成部９０は、ＰＷＭ方式によって駆動パルスＰを生成するＰＷＭジェネレータから構成され、操作量Ｕに基づいてパルス幅を変調させた駆動パルスＰを生成してドライバ１０５に送信する。ドライバ１０５は、駆動パルスＰに従ってスイッチ１０４を駆動し、これにより操作量Ｕに基づく時比率でスイッチ１０４のＯＮ／ＯＦＦが切り替わることで、電源装置１００の出力、すなわち出力電圧値Ｖｏおよび出力電流値Ｉｏが制御される。
【００５９】
なお、駆動パルス生成部９０は、操作量Ｕに基づいて駆動パルスＰの周期を変調するＰＦＭ（パルス周期変調）方式によって駆動パルスＰを生成するものであってもよい。この場合、操作量生成部８０は、スイッチ１０４のＯＮ／ＯＦＦの周期を操作量Ｕとして生成するように構成すればよい。また、駆動パルス生成部９０は、ＰＷＭ方式とＰＦＭ方式を適宜に切り替えて駆動パルスＰを生成するものであってもよく、操作量生成部８０の生成した操作量Ｕが時比率である場合にはＰＷＭ方式で駆動パルスＰを生成し、周期である場合にはＰＦＭ方式で駆動パルスＰを生成するものであってもよい。
【００６０】
次に、制御装置１の制御動作について説明する。上述の構成により、制御装置１では、出力電圧値Ｖｏおよび出力電流値Ｉｏを検出し、電圧目標値Ｖｒｅｆおよび電流目標値Ｉｒｅｆから減算することで、電圧差分値ΔＥｖおよび電流差分値ΔＥｉを生成する。電流差分値ΔＥｉについては、さらにゲイン補償および位相補償を行うことで、調整電流差分値ΔＥｉａを生成する。そして、電圧差分値ΔＥｖが調整電流差分値ΔＥｉａよりも小さい場合には、操作量Ｕを生成するための制御用差分値ΔＥとして電圧差分値ΔＥｖを選択する。また、調整電流差分値ΔＥｉａが電圧差分値ΔＥｖよりも小さい場合には、操作量Ｕを生成するための制御用差分値ΔＥとして調整電流差分値ΔＥｉａを選択する。
【００６１】
この結果、制御装置１は、電圧差分値ΔＥｖが調整電流差分値ΔＥｉａよりも小さい場合には、電圧差分値ΔＥｖをゼロに近づけるように操作量Ｕを生成し、この操作量Ｕに基づく時比率の駆動パルスＰを電源装置１００に送信する。すなわち、制御装置１は、電圧差分値ΔＥｖが調整電流差分値ΔＥｉａよりも小さい場合には、出力電圧値Ｖｏを電圧目標値Ｖｒｅｆに保持するように、ＣＶ制御を行う。
【００６２】
また、調整電流差分値ΔＥｉａが電圧差分値ΔＥｖよりも小さい場合には、制御装置１は、調整電流差分値ΔＥｉａをゼロに近づけるように操作量Ｕを生成し、この操作量Ｕに基づく時比率の駆動パルスＰを電源装置１００に送信する。すなわち、制御装置１は、調整電流差分値ΔＥｉａが電圧差分値ΔＥｖよりも小さい場合には、出力電流値Ｉｏを電流目標値Ｉｒｅｆに保持するように、ＣＣ制御を行う。
【００６３】
図３は、制御装置１の制御動作を模式的に示した図である。図３では、縦軸を電圧差分値ΔＥｖ、横軸を調整電流差分値ΔＥｉａとした二次元空間を示しており、一点鎖線で示した直線Ｌは、ΔＥｖ＝ΔＥｉａとなる線を示している。
【００６４】
電源装置１００の出力状態が、直線Ｌよりも下の領域にある場合、具体的には、第１象限の領域Ａ１ａ、第３象限の領域Ａ３ａまたは第４象限全体の領域Ａ４にある場合は、電圧差分値ΔＥｖが調整電流差分値ΔＥｉａよりも小さいため、ＣＶ制御が行われる。従って、例えば制御開始時の電源装置１００の出力状態が点Ｐ１にある場合、制御装置１はＣＶ制御によって電圧差分値ΔＥｖがゼロに近づくように操作量Ｕを生成するため、電源装置１００の出力状態は、実線の矢印で示すように横軸に向けて移動することとなる。そして、電源装置１００の出力状態が略横軸の正の範囲上にある状態、すなわちΔＥｖ≒０且つΔＥｉａ＞０となる状態がＣＶ制御における定常動作状態となる。
【００６５】
一方、電源装置１００の出力状態が、直線Ｌよりも上の領域にある場合、具体的には第１象限の領域Ａ１ｂ、第２象限全体の領域Ａ２または第３象限の領域Ａ３ｂにある場合は、調整電流差分値ΔＥｉａが電圧差分値ΔＥｖよりも小さいため、ＣＣ制御が行われる。従って、例えば制御開始時の電源装置１００の出力状態が点Ｐ２にある場合、制御装置１はＣＣ制御によって調整電流差分値ΔＥｉａがゼロに近づくように操作量Ｕを生成するため、電源装置１００の出力状態は、実線の矢印で示すように縦軸に向けて移動することとなる。そして、電源装置１００の出力状態が略縦軸の正の範囲上にある状態、すなわちΔＥｉａ≒０且つΔＥｖ＞０となる状態がＣＣ制御における定常動作状態となる。
【００６６】
なお、制御装置１は、電源装置１００の出力状態が領域Ａ３ａもしくは領域Ａ４、または領域Ａ２もしくは領域Ａ３ｂにある場合は、電圧差分値ΔＥｖまたは調整電流差分値ΔＥｉａが負の値となるため、操作量Ｕの値を減少させて駆動パルスＰのパルス幅を縮小し、スイッチ１０４のＯＮ状態の時比率を減少させる。また、電源装置１００の出力状態が領域Ａ１ａまたは領域Ａ１ｂにある場合は、電圧差分値ΔＥｖまたは調整電流差分値ΔＥｉａが正の値となるため、制御装置１は、操作量Ｕの値を増加させて駆動パルスＰのパルス幅を拡大し、スイッチ１０４のＯＮ状態の時比率を増加させる。
【００６７】
ＣＶ制御における定常動作状態では、通常、出力電圧値Ｖｏは電圧目標値Ｖｒｅｆと略等しく、出力電流値Ｉｏは電流目標値Ｉｒｅｆから乖離しているため、電圧差分値ΔＥｖは調整電流差分値ΔＥｉａよりも小さくなる。また、ＣＣ制御における定常動作状態では、通常、出力電流値Ｉｏは電流目標値Ｉｒｅｆと略等しく、出力電圧値Ｖｏは電圧目標値Ｖｒｅｆから乖離しているため、調整電流差分値ΔＥｉａは電圧差分値ΔＥｖよりも小さくなる。
【００６８】
従って、制御装置１では、原則としてＣＶ制御における定常動作状態中は電圧差分値ΔＥｖが制御用差分値ΔＥとして選択され、ＣＣ制御における定常動作状態中は調整電流差分値ΔＥｉａが制御用差分値ΔＥとして選択されるようになっている。すなわち、制御装置１によれば、ＣＶ制御およびＣＣ制御のいずれにおいても定常動作状態を安定的に維持することが可能となっている。
【００６９】
但し、定常動作状態における電源装置１００の出力状態が原点に近い位置にある場合、具体的にはＣＶ制御における定常動作状態中に調整電流差分値ΔＥｉａが小さい場合、またはＣＣ制御における定常動作状態中に電圧差分値ΔＥｖが小さい場合には、負荷２００の状態の急変等によって出力状態が直線Ｌを超えるように移動する可能性が高くなる。例えば、ＣＶ制御の定常動作状態において電源装置１００の出力状態が図３に示す点Ｐ３にある場合、直線Ｌまでの距離が近いことから、負荷２００の状態の急変等で出力電圧値Ｖｏまたは出力電流値Ｉｏが変動することにより、破線の矢印で示すように出力状態が直線Ｌを超えて移動することがある。
【００７０】
このように、電源装置１００の出力状態が直線Ｌを超えて移動した場合、本来ＣＶ制御を行うべき状況においてＣＣ制御が行われ、ＣＣ制御の結果として電圧差分値ΔＥｖが調整電流差分値ΔＥｉａより小さくなるまでＣＶ制御に復帰しないこととなる。すると、ＣＣ制御では、電圧差分値ΔＥｖの変化を無視して調整電流差分値ΔＥｉａをゼロに近づけるように制御することから、電圧差分値ΔＥｖの低下には遅れが生じ、ＣＶ制御の定常動作状態に復帰するまでに時間を要することとなる。すなわち、負荷２００の状態の急変後の一定期間、出力電圧値Ｖｏを電圧目標値Ｖｒｅｆに保持できないこととなるため、ＣＶ制御の安定性が損なわれる結果となる。
【００７１】
このような問題に対し、本実施形態では、フィルタ部６０の設定によって調整電流差分値ΔＥｉａの大きさを調整することで、定常動作状態における電源装置１００の出力状態を原点から適宜に離隔させることを可能としている。すなわち、本実施形態では、フィルタ部６０の設定により、調整電流差分値ΔＥｉａと電圧差分値ΔＥｖの大きさのバランスを調整することができるため、ＣＶ制御の定常動作状態中における調整電流差分値ΔＥｉａの値、およびＣＣ制御の定常動作状態中における電圧差分値ΔＥｖの値を適宜の大きさとし、出力状態が直線Ｌを超えにくいようにすることが可能となっている。
【００７２】
これにより、本実施形態では、ＣＶ制御およびＣＣ制御の安定性を容易に確保することが可能となっている。また、電源装置１００の出力状態が直線Ｌを超えにくいようにすることで、ＣＶ制御とＣＣ制御に切り替わりにおけるチャタリング等の不具合も防止することができる。なお、フィルタ部６０の構成は、図２に示した構成に限定されるものではなく、電源装置１００の仕様や用途等に応じた適宜の構成を採用することができる。例えば、フィルタ部６０は、ゲイン補償器６２、位相補償器６４およびゲイン調整器６６のいずれか１つまたはいずれか２つのみを備えるものであってもよいし、ゲイン補償および位相補償とは異なる演算処理を電流差分値ΔＥｉに施すものであってもよい。
【００７３】
次に、制御装置１のその他の形態について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、制御装置１のその他の形態の例を示したブロック図である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）においては、電源装置１００の記載を省略している。
【００７４】
図４（ａ）は、フィルタ部６０を電圧差分値生成部４０と差分値選択部７０の間に設けるようにした場合を示している。すなわち、この例では、フィルタ部６０は電圧差分値ΔＥｖに所定の演算処理を施して調整電圧差分値ΔＥｖａを生成し、差分値選択部７０は調整電圧差分値ΔＥｖａと電流差分値ΔＥｉを比較して、いずれか小さい方を制御用差分値ΔＥとして選択する。この場合、操作量生成部８０をＣＣ制御に最適化することができるため、電源装置１００の仕様や用途等によっては、より安定的な制御が可能となる。また、既存のＣＣ制御用のＰＩＤ制御器等を活用して制御装置１を実現することが可能となる。
【００７５】
図４（ｂ）は、フィルタ部６０を電圧差分値生成部４０と差分値選択部７０の間、および電流差分値生成部５０と差分値選択部７０の間の双方に設けるようにした場合を示している。すなわち、この例では、２つのフィルタ部６０は調整電圧差分値ΔＥｖａおよび調整電流差分値ΔＥｉａをそれぞれ生成し、差分値選択部７０は調整電圧差分値ΔＥｖａと調整電流差分値ΔＥｉａを比較して、いずれか小さい方を制御用差分値ΔＥとして選択する。この場合、ＣＶ制御およびＣＣ制御におけるゲインおよび位相をより細かく調整することができるため、電源装置１００の仕様や用途等によっては、より安定的な制御が可能となる。また、制御装置１の汎用性を高めることが可能となる。
【００７６】
図４（ｃ）は、フィルタ部６０を省略するようにした場合を示している。すなわち、この例では、差分値選択部７０は、電圧差分値ΔＥｖおよび電流差分値ΔＥｉをそのまま比較し、いずれか小さい方を制御用差分値ΔＥとして選択する。電源装置１００の仕様や用途等によっては、出力電圧検出部１０または出力電流検出部２０におけるレベル変換の調整やデジタル化の際の分解能の調整で、ＣＶ制御およびＣＣ制御における応答性を調整可能な場合がある。このような場合には、フィルタ部６０を省略することで制御装置１を簡素化し、コストを低減するようにしてもよい。
【００７７】
なお、制御装置１では正負を含めて２つの差分値の大きさを比較しているため、ＣＶ制御中に電圧差分値ΔＥｖが負側に大きく変化したような場合、およびＣＣ制御中に電流差分値ΔＥｉが負側に変化したような場合にも、制御が切り替わりにくいようになっている。すなわち、制御装置１は、フィルタ部６０を省略した場合においても、従来以上の安定性を得ることが可能となっている。
【００７８】
その他、図示は省略するが、制御装置１は、アナログ回路から構成されるものであってもよい。制御装置１をアナログ回路から構成する場合、電圧差分値生成部４０および電流差分値生成部５０は、例えば差動増幅回路等から構成することができる。また、フィルタ部６０についても、差動増幅回路等によって同様の機能を奏することができる。また、差分値選択部７０は、例えば２つのダイオードのカソード同士を接続した所謂ダイオードＯＲ回路から構成することができる。この場合、２つのダイオードのアノードに電圧差分値ΔＥｖおよび調整電流差分値ΔＥｉａをそれぞれ入力し、カソードの接続端から制御用差分値ΔＥを出力するようにすればよい。また、操作量生成部８０は、例えば比例回路、積分回路および微分回路等、既知の各種演算回路またはこれらを組み合わせて構成することができる。また、駆動パルス生成部９０は、例えば三角波発生回路およびコンパレータ等から構成することができる。
【００７９】
また、制御装置１は、電源装置１００と一体的に設けられるものであってもよいし、電源装置１００とは別体的に設けられるものであってもよい。また、制御装置１における各部の配置構成が特に限定されないことはいうまでもない。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態に係る制御装置１は、電源装置１００の出力電圧値Ｖｏを検出する出力電圧検出部１０と、出力電圧値Ｖｏの目標とする電圧目標値Ｖｒｅｆを設定する電圧目標値設定部（目標値設定部３０）と、電圧目標値Ｖｒｅｆから出力電圧値Ｖｏを減算して電圧差分値ΔＥｖを生成する電圧差分値生成部４０と、電源装置１００の出力電流値Ｉｏを検出する出力電流検出部２０と、出力電流値Ｉｏの目標とする電流目標値Ｉｒｅｆを設定する電流目標値設定部（目標値設定部３０）と、電流目標値Ｉｒｅｆから出力電流値Ｉｏを減算して電流差分値ΔＥｉを生成する電流差分値生成部５０と、電圧差分値ΔＥｖまたは電圧差分値ΔＥｖに基づく値（調整電圧差分値ΔＥｖａ）と、電流差分値ΔＥｉまたは電流差分値ΔＥｉに基づく値（調整電流差分値ΔＥｉａ）を比較して小さい方を制御用差分値ΔＥとして選択する差分値選択部７０と、制御用差分値ΔＥに基づいて電源装置１００を制御する操作量Ｕを生成する操作量生成部８０と、を備えている。
【００８１】
また、本実施形態に係る制御方法は、電源装置１００の出力電圧値Ｖｏを検出する出力電圧検出処理と、出力電圧値Ｖｏの目標とする電圧目標値Ｖｒｅｆを設定する電圧目標値設定処理と、電圧目標値Ｖｒｅｆから出力電圧値Ｖｏを減算して電圧差分値ΔＥｖを生成する電圧差分値生成処理と、電源装置１００の出力電流値Ｉｏを検出する出力電流検出処理と、出力電流値Ｉｏの目標とする電流目標値Ｉｒｅｆを設定する電流目標値設定処理と、電流目標値Ｉｒｅｆから出力電流値Ｉｏを減算して電流差分値ΔＥｉを生成する電流差分値生成処理と、電圧差分値ΔＥｖまたは電圧差分値ΔＥｖに基づく値（調整電圧差分値ΔＥｖａ）と、電流差分値ΔＥｉまたは電流差分値ΔＥｉに基づく値（調整電流差分値ΔＥｉａ）を比較して小さい方を制御用差分値ΔＥとして選択する差分値選択処理と、制御用差分値ΔＥに基づいて電源装置１００を制御する操作量Ｕを生成する操作量生成処理と、を有している。
【００８２】
このような構成とすることで、１つの操作量生成部８０でＣＶ制御およびＣＣ制御を行うという簡便な構成でありながらも、適切な応答性で安定的にＣＶＣＣ制御をおこなうことができる。
【００８３】
また、制御装置１は、電流差分値ΔＥｉに所定の演算処理を施して調整電流差分値ΔＥｉａを生成するフィルタ部６０を備え、差分値選択部７０は、電圧差分値ΔＥｖと調整電流差分値ΔＥｉａを比較する。このようにすることで、１つの操作量生成部８０でＣＶ制御およびＣＣ制御を行いながらも、ＣＶ制御およびＣＣ制御において適切な応答性を確保しつつ、両制御間の相互干渉を防止して安定的にＣＶＣＣ制御を行うことができる。また、既存のＰＩＤ制御器等を活用して低コストで制御装置１を実現することができる。
【００８４】
また、制御装置１は、電圧差分値ΔＥｖに所定の演算処理を施して調整電圧差分値ΔＥｖａを生成するフィルタ部６０を備え、差分値選択部７０は、調整電圧差分値ΔＥｖａと電流差分値ΔＥｉを比較するものであってもよい。この場合にも、簡便な構成でありながらも、適切な応答性を確保しつつ、安定的にＣＶＣＣ制御を行うことができる。また、既存のＰＩＤ制御器等を活用して低コストで制御装置１を実現することができる。
【００８５】
また、制御装置１は、電圧差分値ΔＥｖおよび電流差分値ΔＥｉに所定の演算処理を施して調整電圧差分値ΔＥｖａおよび調整電流差分値ΔＥｉａを生成するフィルタ部６０を備え、差分値選択部７０は、調整電圧差分値ΔＥｖａと調整電流差分値ΔＥｉａを比較するものであってもよい。この場合にも、簡便な構成でありながらも、適切な応答性を確保しつつ、安定的にＣＶＣＣ制御を行うことができる。
【００８６】
また、フィルタ部６０は、所定のゲインを乗算するゲイン補償器６２、位相を補償する位相補償器６４、およびゲインを調整するゲイン調整器６６の少なくともいずれか１つを備えている。このようにすることで、ＣＣ制御またはＣＶ制御におけるゲインおよび位相を適宜に調整して適切な応答性を確保することができる。また、電圧差分値ΔＥｖまたは調整電圧差分値ΔＥｖａと電流差分値ΔＥｉまたは調整電流差分値ΔＥｉａの大きさのバランスを適宜に調整することが可能となるため、ＣＶＣＣ制御の安定性を高めることができる。
【００８７】
また、ゲイン調整器６６は、入力値（二次調整電流差分値ΔＥｉ２）の大きさに応じて異なるゲイン補償を行うように構成されている。このようにすることで、ＣＣ制御またはＣＶ制御における応答性および差分値選択部７０が比較する差分値のバランスをより適切に調整することができる。
【００８８】
また、差分値選択部７０は、電圧差分値ΔＥｖと電流差分値ΔＥｉを比較するものであってもよい。この場合、制御装置１の構成をさらに簡素化し、よりコストを低減することができる。
【００８９】
また、操作量生成部８０は、比例動作、積分動作および微分動作のうちの少なくとも１つの特性を有する制御方式によって操作量Ｕを生成するように構成されることが好ましい。このようにすることで、ＣＶＣＣ制御を簡便且つ安定的に行うことができる。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明に係る電源装置の制御装置および制御方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、上記実施形態において示した作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明に係る電源装置の制御装置および電源装置の制御方法は、各種電気・電子機器の分野において利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１  制御装置
１０  出力電圧検出部
２０  出力電流検出部
３０  目標値設定部
４０  電圧差分値生成部
５０  電流差分値生成部
６０  フィルタ部
６２  ゲイン補償器
６４  位相補償器
６６  ゲイン調整器
７０  差分値選択部
８０  操作量生成部
１００  電源装置
Ｉｏ  出力電流値
Ｉｒｅｆ  電流目標値
Ｖｏ  出力電圧値
Ｖｒｅｆ  電圧目標値
Ｕ  操作量
ΔＥ  制御用差分値
ΔＥｉ  電流差分値
ΔＥｉａ  調整電流差分値
ΔＥｖ  電圧差分値
ΔＥｖａ  調整電圧差分値
【図１】
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【図２】
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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７】
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