(57)【要約】【課題】複数の出力チャンネルを有する電源回路を要求仕様に応じてアルゴリズムにより容易に設計する。【解決手段】複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する場合において、複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブル２１と、複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブル２２を予め用意し、ユーザ端末から要求仕様を取込み、この要求仕様から要因を抽出し、この要因を基に、各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行う。続いて、主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを決定し、主制御系にする出力チャンネルが決まると、続いて、主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を決定する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する場合において、
どの出力チャンネルを主制御系とするか判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブルと、主回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブルを予め用意し、
外部から要求仕様を取込み、これを設計選択肢の要因と見做し、この要因を基に、前記各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行い、続いて、前記主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを判断し、主制御系にする出力チャンネルが決まると、続いて、前記主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を判断することを特徴とする電源回路設計方法。
【請求項２】
さらに、主制御系とした出力チャンネル以外の他の出力チャンネルを作る副回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した副回路方式判断要因テーブルを設け、
主回路方式が決まると、続いて、前記副回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する副回路方式を判断することにより電源回路を設計することを特徴とする請求項１記載の電源回路設計方法。
【請求項３】
回路モジュール名に相応する回路モジュールを多数設定した電子ライブラリを設け、回路方式が決まると、該当する回路モジュール名を出力し、この回路モジュール名に相応する回路モジュールを前記電子ライブラリから読み出し、この回路モジュールの素子パラメータを、取込んだ要求仕様に基づい変更することを特徴とする請求項１又は２記載の電源回路設計方法。
【請求項４】
電子ライブラリに、少なくとも複数の主回路モジュール及び複数の副回路モジュールを含む電源回路を設計するための各種モジュールを設定しておき、前記電子ライブラリから、主回路モジュール、副回路モジュール及びその他電源回路を設計するために必要なモジュールを選択し、これらを組み合わせて全体回路を作成し、この作成した全体回路に対して入力されれたシミュレーション条件に基づいて動作をシミュレートすることを特徴とする請求項３記載の電源回路設計方法。
【請求項５】
シミュレート結果により得られた主回路モジュール内のトランスに流れる電流値を基に、コアサイズ、巻線の太さ、巻数等トランス構成を設計することを特徴とする請求項４記載の電源回路設計方法。
【請求項６】
複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する場合において、
どの出力チャンネルを主制御系とするか判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブルと、主回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブルを予め用意し、
コンピュータに、
外部から要求仕様を取込み、これを設計選択肢の要因と見做し、この要因を基に、前記各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行う手順と、続いて、前記主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを判断する手順と、主制御系にする出力チャンネルが決まると、続いて、前記主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を判断する手順を実行させるための電源回路設計プログラム。
【請求項７】
複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計するものにおいて、
どの出力チャンネルを主制御系とするか判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブルと、主回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブルと、外部から要求仕様を取込み、これを設計選択肢の要因と見做し、この要因を基に、前記各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行う重み付け手段と、この重み付け手段が前記主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを判断する主制御系判断手段と、この主制御系判断手段が主制御系にする出力チャンネルを判断すると、前記主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を判断する主回路方式判断手段とを備えたことを特徴とする電源回路設計装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する電源回路設計方法及び電源回路設計プログラム並びに電源回路設計装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源回路の設計は、顧客から要求仕様を聞き、これに基づいて電源回路を作成し提供する側としては、仕様満足できる回路構成であることと同時に、簡素で作り易く、しかも安価であるような構成とするために努力をしている。どのような回路にすればよいかという考え方は、単純な１出力を要求している電源であれば比較的簡単である。あるいは、複数の出力を要するにしても、基本となる回路に影響を与えないような構成であるならば、考え方は比較的簡単である。
【０００３】
例えば、このような観点に立って考え方をアルゴリズム化して自動的に電源回路設計ができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２３１１９７号公報（段落「０００５」〜「００１５」等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の出力チャンネルが必要な電源では、どのチャンネルを主制御系とし、残りのチャンネルを副制御系として主制御系から枝分かれさせて取るという部分まで含めて検討していくことは難しく、主制御系の出力チャンネルをどのチャンネルにするかによって考え得る構成方法は多種多様になる。
【０００６】
実際の設計では、この概念設計の部分で試行錯誤することが多く、適切な判断をするためには長年の設計経験を踏まえたスキルを持った設計者が必要になる。従って、多出力の電源回路の設計を、計算機を使って自動で行う場合には、これらのスキルを要する設計指針をアルゴリズム化しなければならないという問題があり、多出力の電源回路の設計を計算機によって自動化できることが要望されていた。
【０００７】
本発明は、このような要望を満たすために為されたもので、複数の出力チャンネルを有する電源回路を要求仕様に応じてアルゴリズムにより容易に設計することができる電源回路設計方法及び電源回路設計プログラム並びに電源回路設計装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の出力チャンネルを有する電源回路を設計する場合において、どの出力チャンネルを主制御系とするか判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主制御系判断要因テーブルと、主回路方式を判断するための複数の要因と対応する条件を設定した主回路方式判断要因テーブルを予め用意し、外部から要求仕様を取込み、これを設計選択肢の要因と見做し、この要因を基に、各要因テーブルの該当する要因に対する重み付けを対応する条件に基づいて行い、続いて、主制御系判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して主制御系をどの出力チャンネルにするかを判断し、主制御系にする出力チャンネルが決まると、続いて、主回路方式判断要因テーブルの該当する要因に対して行った重み付けを使用して、採用する主回路方式を判断することにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、電源回路設計のための全体のシステム構成を示す図で、電源回路を設計する設計サーバシステム１に、インターネット又はイントラネット２を経由して複数のユーザ端末３が接続されている。
【００１０】
前記設計サーバシステム１は、セキュリティのための、例えばファイヤウォール１１を設け、このファイヤウォール１１経由してＷｅｂアクセスのためのＨＴＴＰサーバ１２、回路決定用計算サーバ１３、シミュレーション用計算サーバ１４、トランス設計用計算サーバ１５をそれぞれ前記インターネット又はイントラネット２に接続している。前記各サーバ１２，１３，１４，１５は、別ハードウエア上に設けても、同一ハードウエア上に設けてもよい。また、シミュレーション用計算サーバ１４は、予め複数用意し、シミュレーションに時間がかかる場合に、複数のサーバを同時に動作させるようにしてもよい。
【００１１】
前記各サーバ１２，１３，１４，１５には、それぞれ記憶装置１６，１７，１８，１９が接続されている。前記各記憶装置１６〜１９は、それぞれの機能に応じ、例えば、前記ＨＴＴＰサーバ１２に接続した記憶装置１６は、ＨＴＴＰサーバ１２で利用するＣＧＩプログラムやＨＴＭＬデータを保管するための記憶部やユーザ認証や管理をするためのデータベース用記憶部を有する。また、前記回路決定用計算サーバ１３に接続した記憶装置１７は、回路決定に必要なプログラムや回路ライブラリなどを格納する記憶部を有する。前記シミュレーション用計算サーバ１４に接続した記憶装置１８は、シミュレーションプログラムやシミュレーションに必要な入力情報及びシミュレーション結果である出力情報を仮保管する記憶部を有する。
【００１２】
なお、前記各計算サーバ１３，１４，１５にもＨＴＴＰサーバを搭載し、全ての情報の流れをＨＴＴＰプロトコルで統一してもよい。あるいは、ＦＴＰなど他のプロトコルを使ってもよく、最も素朴な構成では、ユーザインターフェース以外を全てネットワーク環境でないローカル環境で構築しても構わない。
【００１３】
ＨＴＴＰプロトコルで通信を行う場合には、前記ＨＴＴＰサーバ１２にメニュー画面を表示させるためのＨＴＭＬファイルを用意しておく。最初のアクションはユーザ端末３がこのＨＴＴＰサーバ１２にアクセスすることから始まる。ユーザ端末３がＨＴＴＰサーバ１２にリクエストすると、ＨＴＴＰサーバ１２はこのメニュー用ＨＴＭＬをユーザ端末３に返信する。ユーザ端末３では、このＨＴＭＬをＷｅｂブラウザが解釈し、メニュー画面を構成しディスプレイに表示する。そして、このメニューにリンクを張っておけば、ユーザがこのメニュー画面をクリックすることによって、ユーザからのリクエストとＨＴＴＰサーバ１２からの返信という仕組みを利用してフローを進行させることができる．
図２は、ユーザ端末３からの要求仕様に基づいて、前記設計サーバシステム１が行う電源回路設計処理を示す流れ図である。すなわち、設計サーバシステム１は、Ｓ１にて、ＨＴＴＰサーバ１２を動作して、ユーザ端末３から設計リクエストを受信する。そして、ユーザ端末３に要求仕様をユーザに記入させるためのＨＴＭＬを送信する。このとき、ユーザ端末３に送信するＨＴＭＬのメニュー画面は、例えば、図３に示すようになっている。このメニュー画面では、電圧、電流、リップル電圧等を出力チャンネル毎に設定する要求仕様になっている。
【００１４】
ユーザ端末３において、メニューへ画面に必要事項を入力して返信ボタンを押すと、設計サーバシステム１は、Ｓ２にて、ユーザ端末３からの要求仕様を受信する。そして、Ｓ３にて、受信したデータから要因となるものを抽出する。
【００１５】
要因を抽出すると、回路決定用計算サーバ１３を動作して、先ず、Ｓ４にて、図４に示すような主制御系判断要因テーブル２１を参照して主制御系をどの出力チャンネルにするかを決定する。主制御系の出力チャンネルが決まると、続いて、Ｓ５にて、図５に示すような主回路方式判断要因テーブル２２を参照して決定した主制御系を構成する主回路にどのような回路方式を採用するかを決める。
【００１６】
図５において、要因とは、例えば、主回路の出力電力やピーク出力電流であり、その他、ピーク出力電力や発振停止の必要性有無などもある。また、条件とは、回路方式固有の得手不得手があるので、その境界条件を示している。また、重み付けは、このシステムで選択肢として利用する回路方式分だけ用意する。
【００１７】
この図において、例えば、方式Ａは、どちらかといえばハイパワーの電源に向いた方式であり、６５Ｗ以下に利用することはあまり無い。このため重み付けを０．２としている。重み付けは、例えば、０〜１の範囲における任意の値に定義している。０に近いほどこの方式を採用することを推奨しないということを意味している。
【００１８】
各要因に対してそれぞれの方式における重み付け結果が出るので、これらを綜合して最も適する方式を選出する。
こうして、主となる出力チャンネルの構成は決まる。そして、残りのチャンネルについては、副回路という認識を行い、Ｓ６にて、主回路方式判断要因テーブル２２と同様な構成の副回路方式判断要因テーブル２３を参照してこれに最適な副回路方式を決定する。
【００１９】
その後、Ｓ７にて、素子パラメータを設定し、Ｓ８にて、回路モジュール名に相応する回路モジュールを多数設定した電子ライブラリ２４から、決定した主回路方式、副回路方式に基づく回路モジュール名に相応する回路モジュールを読み出して全体回路を作成する。このとき、回路モジュールの素子定数を一部変更して仕様に適した回路にする。
【００２０】
続いて、シミュレーション用計算サーバ１４を動作して、Ｓ９にて、ユーザ端末３からシミュレーション条件を取得し、Ｓ１０にて、シミュレーションを実施する。そして、Ｓ１１にて、見たい波形や数値等のシミュレーションの結果を出力する。結果が、ＮＧであれば、再度、Ｓ４の主制御系の決定処理に戻り、Ｓ４〜Ｓ１１の処理を繰り返す。また、ＮＧでなければ、トランス設計用計算サーバ１５を動作して、Ｓ１２にて、トランスの設計を行う。すなわち、トランス部品については，シミュレーションでデータが出ているので，これを利用して巻線構造を算出する。その結果をユーザデータとして記憶装置１８に保存する。
【００２１】
次に、前記Ｓ４における主制御系を決定する処理を図６に示す流れ図に基づいてさらに詳細に述べる。例えば、主制御系を決定するにあたって、必要な要因を、図４の主制御系判断要因テーブル２１に示すように、出力電圧Ｖ、電圧の高さ度合い、出力電力Ｗ及びスペックに現われない項目として、設計者の希望という４つにする。
【００２２】
先ず、ユーザ端末３からの要求仕様を受信すると、その要求仕様から上記４つの要因に相当するものを抽出しておく。
そして、Ｓ２１にて、出力チャンネル数を把握する。すなわち、出力チャンネルがいくつ存在するかを認識し、必要であれば、回路決定用計算サーバ１３の記憶装置１７にこれらを格納するための配列を適宜生成する。
【００２３】
続いて、Ｓ２２にて、各出力チャンネルのうち、正電圧出力のものだけをピックアップする。これは一般の電源は正出力のものが多いためで、この場合についての判断基準である。もし、負出力を多く扱う電源についてアルゴリズムを考えるなら、負出力を中心に考えて正出力を除外するという正反対のアルゴリズムでもよい。
【００２４】
次に、Ｓ２３にて、正電圧出力チャンネルの中の電圧について判断し、出力電圧Ｖの高い順に重み付けを行う。すなわち、電圧の高いものを主制御系に選ぶことになる。これは、電圧が高い方が出力電圧を検出する部分の精度を得やすいという利点があり、また、後で他のチャンネル電圧をここから生成するときに、昇圧するよりも降圧する方が簡単なためである。但し、１つのチャンネルだけ飛びぬけて超高圧である可能性もあるため、必ずしも電圧が高いという基準だけでは主制御系を決めることはできない。主制御系を決めるには、いくつかの要因を総合して判断する必要が有る。
続いて、Ｓ２４にて、出力電力Ｗの大きい順に重み付けを行い、Ｓ２５にて、設計者の希望による重み付けを行う。
【００２５】
各要因に対して重み付けを行う場合、出力電圧Ｖが正電圧であるか否かを判断するときの重み付けとしては２値でよいから、例えば、１か０というデジタル値でよい。また、電圧が高電圧であるか否かの判断は、０〜１の間に収まるようなアナログ値で表現する。例えば、正電圧出力チャンネルの中で最も電圧の高いものを見つけ、これをＶｍａｘとする。そして、他のチャンネルの電圧をＶｎとすれば、Ｖｎ／Ｖｍａｘは０〜１の範囲の値となる。これをそのまま利用してもよく、また、さらに重要度係数を掛けて利用してもよい。
【００２６】
また、出力電力Ｗが大きいか否かの判断は、０〜１の間に収まるようなアナログ値で表現する。すなわち、もう一つの判断要素として出力電力Ｗを考慮する。前述の要因の高電圧というのは１つの見方であるが、別の見方としては主となる出力がどれであるかということで、それはこの電源の殆どの電力を伝達している系がどれであるかを認識することである。従って、出力電力Ｗの最も大きいものをＷｍａｘとし、他のチャンネルの電力をＷｎとすれば、Ｗｎ／Ｗｍａｘは０〜１の範囲の値となる。
【００２７】
最後の設計者の希望による重み付けは、例えば、極端に電圧精度を要求するチャンネルが存在するならば、そこを無条件に主制御系としなければならない。あるいは、設計上の都合やその他設計方針の持ち方等で、設計者が主制御系として優先したい場合がある。そこで、設計者が主制御系として優先したい出力チャンネルの重み付けを１、主制御系にしたくない出力チャンネルの重み付けを０という２値にする。
【００２８】
以上、４つの要因についての重み付けが終わったら、これを基に総合判断を行う。判断方法はいくつか考えられるが、最も簡単なのはそれぞれのチャンネルについて重み付けを積算する方法である。重み付けが全て０〜１の範囲にあれば、それらを積算した結果も０〜１の範囲にあるからである。
【００２９】
そして、Ｓ２６にて、仮決定を行う。すなわち、結果としては出力チャンネル毎に値が算出されるので、このうち最も数値の大きいものを仮の第１候補にする。候補としては、必要ならば第３候補まで上げておいてもかまわない。
【００３０】
こうして決まった主制御系は、他のチャンネルが作れるかどうかの判断がまだ出来ていない。このため仮決定にしている。これは例えば主制御系として選んだチャンネルが高電圧過ぎて残りのチャンネルを副回路で構成しようとしたときに、電圧差が大き過ぎて素子耐圧を考慮すると採用したくないケースがあるからである。
【００３１】
従って、仮決定を行うと、続いて、Ｓ２７にて、後段素子の耐圧チェックを行う。すなわち、仮の候補に対して後段の副回路の出力電圧を無理なく生成できるかどうかを判断する。そして、問題があれば、Ｓ２６の仮決定処理へ戻って次の候補を仮決定して再度同様の処理を行い、また、問題が無ければＳ２８にて、最終的に主制御系の出力チャンネルとして決定する。すなわち、最終的に重み付けの最も大きいものを主制御系の出力チャンネルとして決定する。
【００３２】
従って、例えば、利用可能な半導体の素子耐圧に対してマージンを持たせた状況で構成が可能な場合は良いと判断し主制御系の出力チャンネルとして決定することになり、また、不可能な場合は不採用とするか、優先順位を下げるなどの処理を行うことになる。
なお、ここでは要因を４つとして説明したが、４つに限定するものではない。また、要因の内容も適用する電源の性質によっては変わるものである。
【００３３】
次に、前記Ｓ５における主回路方式を決定する処理を図７に示す流れ図に基づいてさらに詳細に述べる。例えば、主回路方式を決定するにあたって、必要な要因を、通常電力Ｗの大きさ、ピーク出力電力Ｗの大きさ、ピーク出力電流の大きさ、発振停止の必要性有無の４つにしている。想定する回路方式は、例えばフォワードコンバータ、フライバックコンバータ、ＲＣＣコンバータの３つとする。これらのコンバータの種類毎に要因の配分を予め決めておく。そして、要求仕様から得られた値をこれに当て嵌めて重み付け（０〜１）のアナログ値又はデジタル値として変換して行く。
【００３４】
先ず、Ｓ３１にて、通常出力Ｗに対する評価による重み付けを行い、Ｓ３２にて、ピーク出力に対する評価による重み付けを行い、Ｓ３３にて、ピーク電流に対する評価による重み付けを行い、Ｓ３４にて、発振停止の必要性の有無による重み付けを行い、最終的に、Ｓ３５にて、重み付けを集計して出力する。
【００３５】
通常出力とは、定常動作時の最大値であり、連続して稼動可能な出力のことである。コンバータはどの種類を使っても、理論上はどんな大出力でも構成可能ではあるが、現実問題として安価で要求仕様を満たす回路構成というのは経験則としてほぼ決まっている。例えば、一般的な電源で電力が大きい場合はフォワード方式のコンバータで構成するのが無難であり、また、それほど大きな電力が必要でない場合はフライバック方式のコンバータも可能である。但し、筐体の薄さを気にするなら、トランス１個構成のフライバック方式より、トランス＋インダクタ構成のフォワード方式の方が高さを低く抑えることができる。しかし、フォワード方式は部品点数が増えるので、コスト的にはフライバック方式の方が安価に済む。また、電力が小さい場合はＲＣＣ方式で構成するのが最も簡素である。但し、ＲＣＣ方式は自励式で動作するため、もし要求仕様に発振停止できることという要件が入っていたならば、ＲＣＣは使えず、フライバック又はフォワード方式を採用するしかないことになる。これらは経験による程度問題なので、必ずしも明示的なアルゴリズムとして表現する必要はない。そこで、それぞれの要因に対して方式に対する重み付けを行い、最終的にこれを集計して最も重み付け数値の高いものを優先候補として推奨する。
【００３６】
次に、前記Ｓ６における副回路方式を決定する処理を図８に示す流れ図に基づいてさらに詳細に述べる。副回路方式を考える際には大きく３つに分けて考えなくてはならない。すなわち、負電圧のチャンネルがあり、また、正電圧のチャンネルには主回路で生成した電圧より高い電圧と、低い電圧があり、全部で３つの状態が存在する。
【００３７】
先ず、Ｓ４１にて、主制御系に決定した出力チャンネル以外の出力チャンネルを把握し、昇圧の場合は、Ｓ４２にて、昇圧チャンネルを把握し、Ｓ４３にて、昇圧率による重み付けを行う。さらに、Ｓ４４にて、電圧精度による重み付けを行い、Ｓ４５にて、出力電流による重み付けを行う。そして、Ｓ４６にて、全てのチャンネルについて終了したかを判断し、終了していなければ、Ｓ４２の処理に戻り、同じ処理を繰り返す。また、全てのチャンネルについて終了すると、Ｓ４７にて、昇圧方法を決定し、Ｓ４８にて、結果を出力する。
【００３８】
すなわち、正電圧出力で昇圧する場合は主回路よりも高い電圧を発生させる必要が有る。電圧が高いものが主回路として選択されているケースが多いが、電流が少なかったりすると、必ずしも主回路になっていないこともあり得る。このような場合には、主回路よりも高い電圧を発生させなければならない。主回路よりも高い電圧を発生させるには、例えば、昇圧チョッパーを用いる方法やトランスに別巻線を設けて昇圧出力を得る方法がある。後者の場合には、主回路の負荷インピーダンスの変動に伴い巻線出力電圧が変動するので、電圧精度を要求されている場合には巻線出力に対してさらに３端子レギュレータなどを加えて電圧を安定化させる必要がある。このため、Ｓ４２〜Ｓ４５の処理を行って昇圧方法を決定する。
【００３９】
また、降圧の場合は、Ｓ４９にて、降圧チャンネルを把握し、Ｓ５０にて、出力電流による重み付けを行い、Ｓ５１にて、チャンネル数による重み付けを行う。さらに、Ｓ５２にて、降圧総和の出力Ｗを算出し、Ｓ５３にて、降圧幅による重み付けを行う。そして、Ｓ５４にて、全てのチャンネルについて終了したかを判断し、終了していなければ、Ｓ４９の処理に戻り、同じ処理を繰り返す。また、全てのチャンネルについて終了すると、Ｓ５５にて、降圧方法を決定し、Ｓ４８にて、結果を出力する。
【００４０】
すなわち、降圧方法としては、例えば３端子レギュレータを用いる方法やダウンコンバータを用いる方法やセパレートタイプのダウンコンバータを用いる方法などがある。そして、要因としては、定常出力電流、降圧チャンネルがいくつ存在しているか、降圧チャネルでの電力総和はいくらか、主回路からの降圧幅はどのくらいかなどがある．
例えば定常出力電流が多いものは３端子レギュレータでは発熱量が大きいため不可である。副回路からさらに枝分かれして副々回路でさらなる降圧を作ろうとするのであれば、比較的高圧の副回路を１つ作っておき、ここから副々回路をぶら下げるという方法も可能である。この場合には、降圧チャネルがたくさん存在している必要がある。もし、たくさん存在しているならば、副回路としては３端子レギュレータでは不足でコンバータ回路を組んでおく必要がある。また、主回路の出力電圧との電位差が大きい場合には３端子レギュレータの素子耐圧を越えているとこれは使えない。以上の判断を降圧チャネルについて行うことになる。
【００４１】
また、負電圧の場合は、Ｓ５６にて、負電圧チャンネルを把握し、Ｓ５７にて、出力電流による重み付けを行い、Ｓ５８にて、全てのチャンネルについて終了したかを判断し、終了していなければ、Ｓ５６の処理に戻り、同じ処理を繰り返す。また、全てのチャンネルについて終了すると、Ｓ５９にて、負電圧回路を決定し、Ｓ４８にて、結果を出力する。
【００４２】
負電圧の場合は、副回路を構成する方式としては、例えば、フォワードの２次側にあるチョークコイルに別巻線を設けてそこから電力を取得する方法や主回路のトランスに別巻線を設けてそこから電力を取得する方法、あるいは反転チョッパーなる回路を利用して正電圧から負電圧を生成する方法がある。選定要因としては、例えば、通常出力電流を用いる。また、電流が小さいのであれば、別巻線を設けて電力を得るスタイルが適している。また、ある程度大きい電流を必要とするなら、反転チョッパーなどの回路を組んだほうが良い。これらの経験則を要因テーブルとして持っておき、各負電圧チャンネルに対して方式検討を行う。
【００４３】
最終的に得られた全体構成の推奨画面を図９に示す。主回路としては２出力のフォワードコンバータ３１が採用されており、このフォワードコンバータ３１にＡＣ１００Ｖが入力されている。そして、出力チャンネルのうち、ｃｈ．１の２４Ｖが主制御系として選ばれている。そして、ｃｈ．１の２４Ｖから、副回路である降圧回路３２によって降圧してｃｈ．２の１２Ｖを作成し、副回路である降圧回路３３によって降圧してｃｈ３の５Ｖを作成し、副回路である３端子レギュレータ３４Ｖによって降圧してｃｈ６の１２Ｖを作成し、副回路である昇圧チョッパー３５よって昇圧してｃｈ７の２７Ｖを作成している．また、主回路のフォワードコンバータ３１の２次側にあるチョークコイルに別巻線を施して負電圧を出力し、この負電圧を副回路である３端子レギュレータ３６によってｃｈ４のー１２Ｖを作成し、この−１２Ｖを、さらに、副回路である３端子レギュレータ３７によってｃｈ５の−５Ｖを作成している。
【００４４】
これらの推奨回路に相当する回路モジュールライブラリを示すと、表１に示すようになる。このライブラリは、左から、チャンネル番号、主回路／副回路の区分、回路モジュール名、モジュール内で使われる素子のパラメータファイルになっている。
回路モジュール自体は予め構成しておくことができるが、回路定数に関しては、顧客の要求仕様を取込まなければ確定できない部分がある。このため、標準的な素子パラメータファイルを用意し、必要に応じて部分的に素子パラメータを変更すればよい。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
素子パラメータの変更は、Ｓ７における素子パラメータの設定処理の中で行われる。この素子パラメータの変更処理は、図１０に示すように、Ｓ６１にて、要求仕様情報を取得し、この中からパラメータに必要な項目を抽出する。次に、Ｓ６２にて、変更すべき回路モジュールを取得する。そして、Ｓ６３にて、変更に必要なパラメータテーブルや関数テーブルなどを参照し、Ｓ６４にて、これらの回路情報内の素子パラメータ情報を書き換える。そして、最後に、書き換えた素子パラメータ情報に名前を付けて保存する。
【００４７】
次に、前記Ｓ８における全体回路の作成処理を図１１に示す流れ図に基づいてさらに詳細に述べる。
先ず、Ｓ７１にて、前記電子ライブラリ２４から利用する回路モジュール情報を取得する。さして、Ｓ７２にて、取得した回路モジュールを仮想空間上に描画するためにシートサイズや原点の位置を決定する。シートサイズは使用する回路モジュールの大きさに合わせて変更する。
【００４８】
回路モジュールは幾つかの機能モジュールに分けられている。例えば、入力モジュール、全波整流モジュール、主回路モジュール、副回路モジュール、負荷モジュールなどに分けられる。これらのモジュールを組み合わせて全体回路を作成する。先ず、Ｓ７３にて、入力モジュール素子の位置情報を更新する。すなわち、入力モジュールをシートの左側に置く。回路モジュールは作成する時にモジュールの矩形の左上を原点として作成しておく。そして、シート上に配置された時、その相対座標分だけ情報を書き換える。
【００４９】
続いて、Ｓ７４にて、入力モジュールに全波整流モジュールが隣接するように全波整流モジュール内素子の位置情報を更新する。すなわち、入力モジュールの横に全波整流モジュールを配置し連結させる。連結させるとは、隣に配線が接するようにレイアウトすることで、これに作成時のモジュール位置に対して相対的にシートの原点からの距離と入力モジュールが置かれた位置を加算した位置に置き換える。
【００５０】
続いて、Ｓ７５にて、全波整流モジュールに主回路モジュールが隣接するように主回路モジュール内素子の位置情報を更新する。すなわち、全波整流モジュールの横に主回路モジュールを配置し連結させる。このときの相対座標も同様に入力モジュールと全波整流モジュールが置かれた分だけシフトした位置を設定する。
【００５１】
続いて、Ｓ７６にて、主回路モジュールに副回路モジュールが隣接するように副回路モジュール内素子の位置情報を更新する。すなわち、主回路モジュールの横に副回路モジュールを配置し連結させる。このときの相対座標も同様に入力モジュール、全波整流モジュール及び主回路モジュールが置かれた分だけシフトした位置を設定する。
このようにして各モジュール内の素子や配線の位置情報を更新した後、Ｓ７７にて、これらの素子情報を１つにまとめてファイルとして保存する。
【００５２】
このようして回路モジュールを組み合せることで、例えば、図１２に示すような全体回路を作成することができる。なお、この場合は、主回路モジュールに制御モジュールを連結する処理及び副回路モジュールに負荷モジュールを連結する処理が介在することになる。すなわち、入力モジュール４１に全波整流モジュール４２を連結し、その全波整流モジュール４２に主回路モジュール４３を連結し、その主回路モジュール４３に副回路モジュール４４と制御モジュール４５を連結し、最後に、副回路モジュール４４に負荷モジュール４６を連結して全体回路の作成を終了する。
【００５３】
こうして作成された回路に対して、シミュレーション条件を入れてシミュレーションを実施し、その結果を出力することになるが、その一例を示すと、図１３に示すようになる。この図は、入力電流について高調波成分を調べるシミュレーションを実施した結果を示している。
【００５４】
ユーザは、ユーザ端末３を操作してＷｅｂブラウザでシミュレーション結果を見たいリクエストを行うと、図１３に示すような表示画面が設計サーバシステム１から送られ、ユーザ端末３のディスプレイによって確認できることになる。図１３において、上の表示画面内のグラフａは入力電圧１００Ｖの正弦波を示し、グラフｂはこの正弦波電圧を印加したときに流れる電流波形を示している。一般に、全波整流を施してコンデンサで平滑するタイプのＡＣ−ＤＣ変換を行うと、このような正弦波でない電流が流れる。このとき、この電流波形には基本である５０Ｈｚの主成分だけではなく、高次の周波数成分も多く含まれることになる。
【００５５】
また、下の表示画面内のバーグラフは高調波成分を離散フーリエ変換したもので、左に基本波、右に行くほど高次の高調波成分を示している。これにより、この回路はどれだけの高調波成分を発生させているかを知ることができる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態によれば、経験則を要因テーブルとして持つことで、その判断要素があいまいなままでもアルゴリズムを使用して電源回路設計が容易に実現できる。すなわち、設計サーバシステム１では、設計アルゴリズムを使用して設計者の経験則に基づく人間の判断と同等の設計結果を容易に得ることができる。
【００５７】
また、この設計サーバシステム１は、主制御系と主回路は勿論、残りの出力チャネルをどのように構成するかについても、経験則を要因テーブル化したものを用いることによって容易に判断できる。これにより顧客の要求仕様を満たす電源回路設計ができる。また、結果として得られるのは主、副の回路方式であるが、これに見合う回路モジュールを予め用意することで回路の具体的な構成や部品リストなども自動的に得ることができる。
【００５８】
また、回路モジュールの管理も容易に行うことができ、また、顧客の要求仕様に基づいて回路モジュールの素子パラメータを変更することもできる。
これらを実現することにより、電源回路設計に必要な情報である回路図や部品リストの雛型を極めて短時間で得ることができ、大幅な設計期間短縮ができる。
【００５９】
また、回路モジュールがシミュレーション可能なデータとしてライブラリ化されているので、これを組立てて電源回路の動作シミュレーションを実施することができ、また、その結果を見ることもできる。そして、シミュレーション結果、もし、顧客の要求仕様を満たさない部分があることがわかれば、主制御系から検討のやり直しが速やかにできる。これにより、開発効率を大幅に向上させることができる。
【００６０】
ところで、全体回路を作成し、シミュレーション結果も良好となれば、一応の電源回路設計は終了する。しかし、概念回路中で使用しているトランスやチョークコイルは、理論上は構成可能であっても、実際に市販の標準フェライトコアに銅線を巻いたり、絶縁の構造を作ったりした場合に実現不可能になる場合もある。
【００６１】
そこで、シミュレーションを実施して良好となった後に、図１４に示すトランスの設計処理を行う必要がある。この処理は、先ず、Ｓ８１にて、シミュレーション結果から、設計したいトランスにどれだけの電流が流れているかを判断するために電流値を取得する。
【００６２】
続いて、Ｓ８２にて、コアの形状、材質、特性をセットする。すなわち、トランスは、電気エネルギーを一次的に磁気エネルギーに変換する素子で、例えばフライバック用トランスであれば、スイッチングによって１次側に流れる電流がピークでどこまで流れるかによって磁気飽和に対するマージンが決定する。これによってコアサイズを変更することや巻線の太さや巻数を調整することを行う。そして、磁気飽和や発熱に対してマージンを持ちつつ小さなトランスとなるような設計を行う。
【００６３】
続いて、Ｓ８３にて、周波数特性により表皮効果を求める。すなわち、周波数が高い場合には、表皮効果といって線材の表面に電子が集まり、いくら線形を太くしても線材の中心部分には電流が流れないという現象が生じる。もし、高周波スイッチングする場合にはこれらの影響も考慮して線径を決めなければならない。
【００６４】
こうしてコアサイズや巻線の太さ、巻数を決めるが、この線材を使ってボビンに実際に所定巻数だけ巻いたとき、ボビンに収まりきらない可能性もある。そこで、Ｓ８４にて、１次側巻線の計算を行い、Ｓ８５にて、２次側巻線の計算を行い、この線材を使ってボビンに実際に所定巻数だけ巻いたとき、ボビンに収まるのか否かを判断する。そして、ボビンに収まらなければ、Ｓ８２の処理へ戻り、Ｓ８２〜Ｓ８５の処理をサイド繰り返す。また、ボビンに収まれば、Ｓ８６にて、設計結果を表示する。
【００６５】
このように、シミュレーション結果としてトランスやチョークコイルといった磁気部品に流れる電流値を取得し、これを基に磁気飽和を起こさないようなトランス設計を行っている。これによりトランス構造も明確になり、実験で確認するまでもなく極めて短時間でトランス構造設計まで完了させることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、複数の出力チャンネルを有する電源回路を要求仕様に応じてアルゴリズムにより容易に設計することができる電源回路設計方法及び電源回路設計プログラム並びに電源回路設計装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源回路設計のための全体のシステム構成を示す図。
【図２】同実施の形態の設計サーバシステムによる電源回路設計処理を示す流れ図。
【図３】同実施の形態においてユーザ端末に送信するＨＴＭＬのメニュー画面を示す図。
【図４】同実施の形態の設計サーバシステムが電源回路設計処理時に参照する主制御系判断要因テーブルを示す図。
【図５】同実施の形態の設計サーバシステムが電源回路設計処理時に参照する主回路方式判断要因テーブルを示す図。
【図６】図２における主制御系を決定する処理の内容を示す流れ図。
【図７】図２における主回路方式を決定する処理の内容を示す流れ図。
【図８】図２における副回路方式を決定する処理の内容を示す流れ図。
【図９】同実施の形態において回路方式を決定した後の全体構成の推奨画面を示す図。
【図１０】図２における素子パラメータ設定時における素子パラメータの変更処理を示す流れ図。
【図１１】図２における全体回路の作成処理の内容を示す流れ図。
【図１２】同実施の形態において作成した全体回路の一例を示す回路図。
【図１３】同実施の形態におけるシミュレーション結果の表示画面の一例を示す図。
【図１４】図２におけるトランス設計処理の内容を示す流れ図。
【符号の説明】
１…設計サーバシステム、１２…ＨＴＴＰサーバ、１３…回路決定用計算サーバ、１４…シミュレーション用計算サーバ、１５…トランス設計用計算サーバ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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