(57)【要約】【課題】簡単な構成で、種々の負荷に対して、または大幅な負荷変動に対して、スムーズ且つ安定な動作を実現する負荷適応型制御装置を提供する。【解決手段】出力端に接続された負荷の変化に適応して装置の出力特性を変えないように目標動作する装置に、前記負荷を推定する負荷推定部を設け、この負荷推定器で推定された負荷に適応し目標動作するように当該装置をヒステリシス特性をもつバンプレス切換手段を用いて制御するような制御部が設けられている。【選択図】      図１
2005189902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端に接続された負荷の変化に適応して装置の出力特性を変えないように目標動作する装置において、
前記装置内に設けられた、前記負荷を推定する負荷推定部と、
前記負荷推定器で推定された負荷に適応し目標動作するように前記装置をロバストに制御する制御部と、
を備えることを特徴とする負荷適応型制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記負荷の変動時に前記装置が目標動作を行うように前記動作条件を制御することを特徴とする請求項１に記載の負荷適応型制御装置。
【請求項３】
前記制御部の制御は、切換手段を持つことを特徴とする請求項２に記載の負荷適応型制御装置。
【請求項４】
前記切換手段は、切換時出力にバンプを生じないように制御することを特徴とする請求項３に記載の負荷適応型制御装置。
【請求項５】
前記切換手段は、切換時にヒステリシス特性を持たせることを特徴とする請求項３に記載の負荷適応型制御装置。
【請求項６】
前記装置は、出力側にインダクタを含む増幅器であり、前記負荷は、容量性であり、前記負荷推定部は、前記インダクタに流れる電流と、出力電圧の微分値とを用いて前記容量性負荷値の推定を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の負荷適応型制御装置。
【請求項７】
前記装置は、出力側にインダクタを含む増幅器であり、前記負荷は、誘導性であり、前記負荷推定部は、前記インダクタに流れる電流の微分値と、前記インダクタと前記誘導性負荷との直列回路の両端電圧とを用いて前記誘導性負荷値の推定を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の負荷適応型制御装置。
【請求項８】
前記装置は、出力側にインダクタとキャパシタを含む増幅器であり、前記負荷は、抵抗性であり、前記負荷推定部は、前記インダクタに流れる電流と、出力電圧の微分値とを用いて前記抵抗性負荷値の推定を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の負荷適応型制御装置。
【請求項９】
前記装置は、出力側にインダクタを含む増幅器であり、前記負荷は、抵抗性であり、前記負荷推定部は、前記インダクタに流れる電流の微分値と、前記インダクタと前記抵抗性負荷との直列回路の両端電圧とを用いて前記抵抗性負荷値の推定を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の負荷適応型制御装置。
【請求項１０】
入力信号を受けて出力端に接続された容量性負荷に前記入力信号に応じた出力電圧または電流を供給し、前記出力端内部にインダクタが接続され、前記容量性負荷が運転中に変動する負荷適応型制御装置において、
前記インダクタに流れる電流を得る電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により得た前記電流値と出力電圧の微分値とを用いて前記容量性負荷値の推定を行う負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷の値に応じて内部の制御パラメータを前記容量性負荷の変動時出力にバンプが生じないように切り換えるパラメータ切換手段とを有することを特徴とする負荷適応型制御装置。
【請求項１１】
入力信号を受けて出力端に接続された誘導性負荷に前記入力信号に応じた出力電圧または電流を供給し、前記出力端内部にインダクタが接続され、前記誘導性負荷が運転中に変動する負荷適応型制御装置において、
前記インダクタに流れる電流を得る電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により得た前記電流の微分値と前記インダクタと前記誘導性負荷との直列回路の両端電圧とを用いて前記誘導性負荷値の推定を行う負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷の値に応じて内部の制御パラメータを前記誘導性負荷の変動時出力にバンプが生じないように切り換えるパラメータ切換手段とを有することを特徴とする負荷適応型制御装置。
【請求項１２】
入力信号を受けて出力端に接続された抵抗性負荷に前記入力信号に応じた出力電圧または電流を供給し、前記出力端内部にインダクタとキャパシタが接続され、前記抵抗性負荷が運転中に変動する負荷適応型制御装置において、
前記インダクタに流れる電流を得る電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により得た前記電流値と出力電圧の微分値とを用いて前記抵抗性負荷値の推定を行う負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷の値に応じて内部の制御パラメータを前記抵抗性負荷の変動時にバンプが生じないように切り換えるパラメータ切換手段とを有することを特徴とする負荷適応型制御装置。
【請求項１３】
入力信号を受けて出力端に接続された抵抗性負荷に前記入力信号に応じた出力電圧または電流を供給し、前記出力端内部にインダクタが接続され、前記抵抗性負荷が運転中に変動する負荷適応型制御装置において、
前記インダクタに流れる電流を得る電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により得た前記電流の微分値と前記インダクタと前記抵抗性負荷との直列回路の両端電圧とを用いて前記抵抗性負荷値の推定を行う負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷の値に応じて内部の制御パラメータを前記抵抗性負荷の変動時にバンプが生じないように切り換えるパラメータ切換手段とを有することを特徴とする負荷適応型制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷適応型制御装置に関し、例えば増幅器や電源に接続される負荷に適応し、目標動作を確保する負荷適応型制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、増幅器に負荷を接続する場合、その増幅器の周波数特性等の性能を最高に発揮させるためには、仕様で定められた種類と値の負荷（最適負荷）を接続する必要があった。このように増幅器に接続される負荷が最適でないと、入力に対する迅速且つ正確な応答出力が得られず、オーバーシュートやリンギングが発生してしまい、目標値到達までの時間が長くなる等、問題が発生する。一方、最適な負荷が接続されている増幅器では、ステップ入力（目標値）に対して出力がオーバーシュートやリンギング無く速やかに目標値に到達することが可能である。
【０００３】
図１２には、かかる増幅器の動作状態が示されている。図１２の（Ａ）に示すようなステップ状の信号が増幅器に入力されると、負荷が定格負荷（最適負荷）である場合には、同図（Ｂ）に示すように、スムーズに迅速に対応する目標値に到達する定格負荷応答が得られる。一方、負荷が定格から大きく外れた場合には、増幅器の出力には、同図（Ｃ）に示すように、目標値に到達するまでに出力振幅が振動してしまい、且つ到達時間も長くなってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の増幅器においては、仕様で定められた定格負荷（種類と値）以外の負荷を用いると、増幅器の応答は保証されず、例えば出力波形にオーバーシュートやリンギングなどが発生してしまうという問題があった。
【０００５】
例えば、増幅器は、通常ＰＩＤ制御によって制御されており、定格負荷以外が接続されると最適な制御から外れ、要求される仕様を満たせなかった。一例として、定電圧増幅器の場合、容量負荷の影響は大きく、定格容量以外の場合はリンギングの発生や最悪時には発振に至る。
【０００６】
かかる問題を回避するため、従来は、定格以外の負荷に対応可能な別の増幅器を新たに用意しておかなければならなかった。
【０００７】
また、接続される負荷の値に対応する増幅器の動作状態を規定する内部パラメータを、接続する負荷に応じて手動で適切な値に切り換え設定するような増幅器も提案されている。しかしながら、この種の増幅器では、新たに増幅器を用意する必要はないものの、負荷の値に応じてその設定値を手動で切り換えるという面倒な作業が必要であった。また、設定値を切り換える際に増幅器の出力にバンプが生じていた。
【０００８】
さらに、ある種の増幅器では、現代制御理論を用いてＰＩＤ制御より広範囲の負荷変動に安定になるよう制御されている。しかしながら、この場合には、さらに広範囲の負荷変動に対応しようとすると、非現実的なパラメータ設定が必要となるなど、限界があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成で、種々の負荷に対して、または大幅な負荷変動に対して、スムーズ且つ安定な動作を確保可能な負荷適応型制御装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、簡単な構成で、接続される負荷の切り換え時においてもバンプ（切換ショック）を発生せずバンプレス（ｂｕｍｐｌｅｓｓ）切換を実現した負荷適応型制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による負荷適応型制御装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１２】
（１）出力端に接続された負荷の変化に適応して装置の出力特性を変えないように目標動作する装置において、
前記装置内に設けられた、前記負荷を推定する負荷推定部と、
前記負荷推定器で推定された負荷に適応し目標動作するように前記装置をロバストに制御する制御部と、
を備える負荷適応型制御装置。
【００１３】
（２）前記制御部は、前記負荷の変動時に前記装置が目標動作を行うように前記動作条件を制御する上記（１）の負荷適応型制御装置。
【００１４】
（３）前記制御部の制御は、切換手段を持つ上記（２）の負荷適応型制御装置。
【００１５】
（４）前記切換手段は、切換時出力にバンプを生じないように制御する上記（３）の負荷適応型制御装置。
【００１６】
（５）前記切換手段は、切換時にヒステリシス特性を持たせる上記（３）の負荷適応型制御装置。
【００１７】
（６）前記装置は、出力側にインダクタを含む増幅器であり、前記負荷は、容量性であり、前記負荷推定部は、前記インダクタに流れる電流と、出力電圧の微分値とを用いて前記容量性負荷値の推定を行う上記（１）乃至（５）のいずれかの負荷適応型制御装置。
【００１８】
（７）前記装置は、出力側にインダクタを含む増幅器であり、前記負荷は、誘導性であり、前記負荷推定部は、前記インダクタに流れる電流の微分値と、前記インダクタと前記誘導性負荷との直列回路の両端電圧とを用いて前記誘導性負荷値の推定を行う上記（１）乃至（５）の負荷適応型制御装置。
【００１９】
（８）前記装置は、出力側にインダクタとキャパシタを含む増幅器であり、前記負荷は、抵抗性であり、前記負荷推定部は、前記インダクタに流れる電流と、出力電圧の微分値とを用いて前記抵抗性負荷値の推定を行う上記（１）乃至（５）の負荷適応型制御装置。
【００２０】
（９）前記装置は、出力側にインダクタを含む増幅器であり、前記負荷は、抵抗性であり、前記負荷推定部は、前記インダクタに流れる電流の微分値と、前記インダクタと前記抵抗性負荷との直列回路の両端電圧とを用いて前記抵抗性負荷値の推定を行う上記（１）乃至（５）の負荷適応型制御装置。
【００２１】
（１０）入力信号を受けて出力端に接続された容量性負荷に前記入力信号に応じた出力電圧または電流を供給し、前記出力端内部にインダクタが接続され、前記容量性負荷が運転中に変動する負荷適応型制御装置において、
前記インダクタに流れる電流を得る電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により得た前記電流値と出力電圧の微分値とを用いて前記容量性負荷値の推定を行う負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷の値に応じて内部の制御パラメータを前記容量性負荷の変動時出力にバンプが生じないように切り換えるパラメータ切換手段とを有する負荷適応型制御装置。
【００２２】
（１１）入力信号を受けて出力端に接続された誘導性負荷に前記入力信号に応じた出力電圧または電流を供給し、前記出力端内部にインダクタが接続され、前記誘導性負荷が運転中に変動する負荷適応型制御装置において、
前記インダクタに流れる電流を得る電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により得た前記電流の微分値と前記インダクタと前記誘導性負荷との直列回路の両端電圧とを用いて前記誘導性負荷値の推定を行う負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷の値に応じて内部の制御パラメータを前記誘導性負荷の変動時出力にバンプが生じないように切り換えるパラメータ切換手段とを有する負荷適応型制御装置。
【００２３】
（１２）入力信号を受けて出力端に接続された抵抗性負荷に前記入力信号に応じた出力電圧または電流を供給し、前記出力端内部にインダクタとキャパシタが接続され、前記抵抗性負荷が運転中に変動する負荷適応型制御装置において、
前記インダクタに流れる電流を得る電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により得た前記電流値と出力電圧の微分値とを用いて前記抵抗性負荷値の推定を行う負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷の値に応じて内部の制御パラメータを前記抵抗性負荷の変動時にバンプが生じないように切り換えるパラメータ切換手段とを有する負荷適応型制御装置。
【００２４】
（１３）入力信号を受けて出力端に接続された抵抗性負荷に前記入力信号に応じた出力電圧または電流を供給し、前記出力端内部にインダクタが接続され、前記抵抗性負荷が運転中に変動する負荷適応型制御装置において、
前記インダクタに流れる電流を得る電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により得た前記電流の微分値と前記インダクタと前記抵抗性負荷との直列回路の両端電圧とを用いて前記抵抗性負荷値の推定を行う負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷の値に応じて内部の制御パラメータを前記抵抗性負荷の変動時にバンプが生じないように切り換えるパラメータ切換手段とを有する負荷適応型制御装置。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による負荷適応型制御装置の好適実施形態例について添付図を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態例としてＰＷＭ式フルブリッジ電圧型インバータを定電圧増幅器とし、制御器を２つとした場合の回路構成図であり、本図を参照しながら本発明を説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
図１はそのようなバンプレス機能を持つ負荷適応型制御装置の好適実施形態であり、制御対象である電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器１、電流推定器２０１、負荷推定器２０２、加減算器３、Ｈモード制御器４、Ｌモード制御器５、Ｈモード及びＬモードの各制御器４と５の出力を切り換えるモード切換器（ＳＷ）６、加減算器７と８を含んだ待機モードの出力と選択モードの出力が近い値となるように補助をするＨモード及びＬモードバンプレス補助切換器１３、１４とを備える。本実施形態において、電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器１の出力１０、１０’には負荷としてキャパシタＣＬが接続されている。
【００２８】
図１において、電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器１は、直流電源Ｅが接続されているＦＥＴ１〜ＦＥＴ４によるフルブリッジ回路１１と、インダクタンスＬｏ、キャパシタＣｏからなるＬＣフィルタとを含み、このＬＣフィルタの出力が、負荷としてキャパシタＣＬが接続されている電圧出力型ＰＷＭ増幅器１の出力端子となる。インダクタンスＬｏに流れる電流をｉ０、出力１０−１０’の電圧ｖとする。このように、本実施形態では電圧出力型ＰＷＭ増幅器１の負荷としてはキャパシタが接続されている。
【００２９】
フルブリッジ回路１１を構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートはＰＷＭコンパレータ１２により駆動される。ＰＷＭコンパレータ１２は、入力される操作量ｕを図示のような波形のキャリアと比較し、比較出力によりＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートへの印加電圧が制御される。
【００３０】
さて、図１で示した電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器１の無負荷時の状態方程式は次のようになる。
2005189902.tif 000003
ただし、
2005189902.tif 000004
なお、ｃｍはキャリア信号振幅である。
【００３１】
上記の状態方程式は無負荷状態のものであったが、図１の電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器１にキャパシタ負荷ＣＬを接続した場合の状態方程式は次式のようになる。
2005189902.tif 000005
【００３２】
図２は制御対象である電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器１をブロック図で表したものであり、電流取得手段である電流推定器２０１と負荷推定器２０２とに分けて考えることができる。
【００３３】
本実施形態では、前述のＨモード又はＬモードは負荷に接続されたキャパシタの容量によって切り換えているため、負荷キャパシタの値を知る必要がある。
【００３４】
この負荷キャパシタの推定に際して、本実施形態では図２の電流推定器２０１により、得られるインダクタＬｏに流れる電流ｉ０及び出力電圧ｖを用いて、負荷のキャパシタンスを推定している。
【００３５】
図２において、ｕは電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器への操作量であり、ｉ０は電流推定出力（インダクタＬ０電流）であり、ｙは電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器の出力電圧ｖである。以下では電流値取得手段、電流推定器、負荷推定器について詳細に説明する。
【００３６】
＜電流値取得手段＞
通常、電流値は電流センサを用いて検出するが、電流センサは高価な上に取付けスペースも必要なため、本実施形態では電流センサを用いずにインダクタＬ０に流れる電流ｉ０を推定している。
【００３７】
＜電流推定器＞
図３は電流推定器２０１の具体的な回路である。図１のＰＷＭ電力増幅器１への操作量ｕと、ＰＷＭ電力増幅器１からの出力電圧ｖを利用して、ＰＷＭ電力増幅器１の出力に接続されているＬＣフィルタのインダクタＬｏに流れる電流を推定する。操作量ｕは非反転増幅器Ｕ２でゲインの調整が行われ、出力電圧ｖからの信号は反転増幅回路Ｕ１で極性の反転及びゲインの調整が行われる。そして、それらの信号をＵ３で加算・積分してインダクタＬ０電流ｉ０を得ている。
【００３８】
＜負荷推定器＞
図１の電圧出力型ＰＷＭ電力増幅器１のインダクタＬｏに流れる電流をｉ０、出
2005189902.tif 000006
Ｃとすると、その容量値Ｃは次式により推定できる。
2005189902.tif 000007
ここで、ＣはＣｏと負荷の容量ＣＬとの和、Ｃ＝Ｃ０＋ＣＬである。そして、インダクタＬｏに流れる電流ｉ０は電流推定器２０１により得られ、ｃ０は既知であるため、この演算を行うことによりＣＬを推定できる。
【００３９】
2005189902.tif 000008
回路、乗算回路を用いて実現したものである。
【００４０】
＜バンプレス切換器＞
一般に増幅器を設計する場合、広範囲な負荷の値に対し最適な動作状態を保たせることは困難である。通常は、ある範囲の負荷の値に対し、増幅器の動作が最適になるよう内部パラメータを決めている。したがって、前記以外の負荷の値に対しては、それらの値に対して最適化された内部パラメータを有する別の増幅器を用意しなければならなかった。
【００４１】
このため、負荷の値が大幅に違っている場合、それぞれの負荷に対して常に最適動作を行うためには、使用するそれぞれの負荷に応じて増幅器を交換する必要があった。もし、これに反して広範な負荷の値を１種類の増幅器で賄おうとしても、オーバーシュートやリンギング発生等の問題が生じて満足な結果が得られなかった。
【００４２】
また、動作時に増幅器の負荷の値を切り換えると、増幅器に外乱が加わったことと等価であるため、出力には切換バンプが発生してしまった。
【００４３】
以上のような問題点を避けるため、本実施形態では、増幅器１の外部に、負荷の範囲に応じて動作するモード（本実施形態ではＨモード及びＬモードの２モードとしている。この「Ｈ」はＨｉｇｈに、「Ｌ」はＬｏｗにそれぞれ対応している）を設け、このモードを負荷の値によって切り換えている。すなわち、図１において、加減算器３により得られた、入力（目標）ｒと出力ｖとの差信号がＨモード制御器４とＬモード制御器５に入力される。Ｈモード制御器４とＬモード制御器５の出力は、モード切換器６に入力され、負荷推定器２０２で得られた負荷に応じていずれかのモード制御器からの信号が選択され操作量ｕとしてＰＷＭコンパレータ１２と負荷推定器２０２に入力される。負荷推定器２０２には出力電圧ｖも入力されている。加減算器７と８には、Ｈモード制御器４とＬモード制御器５の出力と、モード切換器６の出力（操作量ｕ）とが入力されている。こうして、未選択モードは待期中に現在の操作量ｕ（現在選択されているモードが出す操作量）と自身の操作量を比較し、現在の操作量に近づけるような動作が実行される。
【００４４】
各モードでのキャパシタ負荷値に対応する出力電圧ｖのステップ応答が図５（Ａ）〜（Ｄ）に示されている。同図（Ａ）はＬモード（負荷キャパシタンスＣＬ＝１０ｕＦ）での応答を、同図（Ｂ）はＬモード（負荷キャパシタンスＣＬ＝５０ｕＦ）での応答を、同図（Ｃ）はＨモード（負荷キャパシタンスＣＬ＝１０ｕＦ）での応答を、同図（Ｄ）はＨモード（負荷ＣＬキャパシタンス＝５０ｕＦ）での応答をそれぞれ示す。
【００４５】
同図から明らかなように、負荷キャパシタンスＣＬ＝１０ｕＦの場合には、（Ａ）のようにＬモードで動作させると目標動作を維持できるが、負荷キャパシタンス５０ｕＦになると、（Ｂ）のようにＬモードではオーバーシュート動作してしまう。一方、負荷キャパシタンスが１０ｕＦでＨモードで動作させた場合には、（Ｃ）のようにリンギングが発生してしまうが、負荷キャパシタンス５０ｕＦではＨモードで、（Ｄ）のような目標動作が得られる。
【００４６】
したがって、負荷キャパシタンスの値に応じてＬモードとＨモード動作を適宜選択すれば、目標動作が確保できることになる。
【００４７】
ここで、本実施形態のように、ＬモードとＨモードの２つのモードではなく、負荷範囲に応じた数のモードを設定すれば、より広範囲の容量性負荷に対する制御が可能となることはもちろんである。
【００４８】
ところで、通常、モード切換を行うと図１の操作量ｕが急激な変化を起こし制御対象（ＰＷＭ電力増幅器）１もこれに応答し、出力にはバンプ（切換ショック）が発生する。バンプレス切換は、待機中のモードから出力される操作量を現在選択されているモードから出力される操作量とほぼ一致するように待機させ、切換時に操作量ｕの変化量が小さくなるようにすることにより実現させる。
【００４９】
このようなモード切換を行うと、負荷変動があっても増幅器の出力にはその影響（バンプ）が現れない、いわゆるバンプレス機能を有する増幅器を実現できる。負荷の値は前述のようにして推定できるので、この推定値によってどのモードを使うかを図１の切換スイッチ６により選択している。
【００５０】
＜ヒステリシス動作＞
図１の切換スイッチ６は、図６に示すように推定キャパシタ値がＴＨ−Ｈを超えるとＬモードからＨモードに切り換わる。また反対に、推定キャパシタ値が設定値ＴＨ−Ｌより小さくなるとＨｉｇｈモードからＬｏｗモードに切り換わる。
【００５１】
このように推定された負荷キャパシタ値によりモードを切り換えるが、推定キャパシタ値が切換の閾値に近いときにノイズの影響などによって推定値が変動すると、頻繁にモードが切り換わる不具合が発生する。このため、切換特性に図６に示すようなヒステリシスを設ける。
【００５２】
Ｌモードが選択されている場合、閾値がＴＨ−Ｌを超えてもすぐにはＨモードにならず、閾値がＴＨ−Ｈを超えて初めてＨモードに切り換わる。一方、推定キャパシタ値がＴＨ−Ｌを下回ると直ちにＨモードからＬモードへと切り換わる。ここで、（ＴＨ−Ｈ  −  ＴＨ−Ｌ）はヒステリシス幅であり、前述した通り、推定キャパシタ値のノイズ等による誤動作を防ぐためのものである。ＵＨはＨモード制御器の出力であり、ＵＬはＬモード制御器の出力である。Ｌモード時は、Ｈモード制御器の出力はＬモード制御器の出力に追従する構成となっている。Ｈモード時はその逆である。この構成によって、モード切換時に出力電圧にバンプを発生しないバンプレス切換が可能となる。
【００５３】
尚、図４において、Ｃ０＝０と置けば、Ｃ０が無い場合にも適用できる。
【００５４】
《他の実施形態》
以上述べた実施形態は、定電圧増幅器に負荷としてキャパシタを用いた場合である。これに対して、定電流増幅器の場合、負荷インダクタンス変動の影響が大きい。そこで、以下の実施形態では、インダクタンス負荷の定電流増幅器として制御されたＰＷＭ式フルブリッジ電圧型インバータの例を図７を参照しながら説明する。
【００５５】
図７は本発明の他の実施形態による定電流増幅器（ＰＷＭ式フルブリッジ電圧型インバータ使用）の負荷適応型制御装置の回路図である。
【００５６】
図７はそのようなバンプレス機能を持つ負荷適応型制御装置の実施形態であり、制御対象であるＰＷＭ電力増幅器１Ａ、電流推定器２０１Ａ、負荷推定器２０２Ａ、加減算器３Ａ、Ｈモード制御器４Ａ、Ｌモード制御器５Ａ、Ｈモード及びＬモードの各制御器４Ａと５Ａの出力を切り換えるモード切換器（ＳＷ）６Ａ、加減算器７Ａと８Ａを含んだ待機モードの出力と選択モードの出力が近い値となるように補助をするＨモード及びＬモードバンプレス補助切換器１３、１４を備える。本実施形態において、ＰＷＭ電力増幅器１Ａの出力１０Ａ、１０Ａ’には負荷としてインダクタンスＬＬが接続されている。
【００５７】
図７において、ＰＷＭ電力増幅器１Ａは、図１と同様な直流電源Ｅが接続されているＦＥＴ１〜ＦＥＴ４によるフルブリッジ回路１１Ａと、インダクタンスＬ０、キャパシタＣ０からなるＬＣフィルタとを含み、このＬＣフィルタの出力にインダクタンスＬ１が接続されるとともに、負荷としてインダクタンスＬＬが接続されている。ここで、インダクタンスＬ０に流れる電流をｉ０、出力１０Ａ−１０Ａ’の電圧をｖ、キャパシタＣ０の電圧をｅ０とする。
【００５８】
フルブリッジ回路１１Ａを構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートはＰＷＭコンパレータ１２Ａにより駆動される。ＰＷＭコンパレータ１２Ａは、入力される操作量ｕを図示のような波形のキャリアと比較し、比較出力によりＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートへの印加電圧が制御される。
【００５９】
さて、図７に示すように、制御対象に負荷インダクタンスが接続されたときの状態方程式を以下のようになる。また、この式は図８のような状態線図で表すことができる。
2005189902.tif 000009
【００６０】
＜電流推定部＞
図１において説明した動作で電流が推定されるが、その詳細は前述したとおりである。
【００６１】
＜負荷推定部＞
図７のＰＷＭ電力増幅器にインダクタンス負荷ＬＬが接続されているとき、そのＬ＝Ｌ１＋ＬＬの値は図中のｅ０とｉとから次の式で表される。
2005189902.tif 000010
【００６２】
図９はインダクタンス負荷の推定器のブロック図であり、上記の式を微分回路、逆数回路、乗算回路を用いて実現したものである。図中のｅ０、ｙ＝ｉは、図８のｅ０、ｙ＝ｉにそれぞれ対応している。先の実施例と同様に負荷インダクタンスを推定できる。
【００６３】
＜バンプレス切換器およびヒステリシス動作＞
前述の式により推定されたインダクタンスの値によって、前述実施形態と同様にモードは切換えられる。もし、インダクタンスの値が切換の境界付近の値をとるならば、モード切換において問題が生じる。それ故、本実施例でも図６に示すのと同様なヒステリシス特性を持たせている。動作の説明については第１の実施例と同様なため省略する。
【００６４】
図１０と図１１にバンプレス切換を適用しない場合と、適用した場合の出力のシミュレーション波形例を示す。このシミュレーションでの切換時間は２ｍｓであり、Ｌモード→Ｈモードのように切り換わっているが、バンプレス切換を適用した場合（図１１）は、出力にバンプは現れていない。
尚、Ｌ０、Ｃ０が無い場合には、ｅ０＝ｕ・Ｋｐとなり、Ｌ０、Ｃ０が無い場合にも適用できる。更に、Ｌ１＝０と置けば、Ｌ０、Ｃ０、Ｌ１が無い場合にも適用できる。
【００６５】
抵抗性負荷の場合は、例えば、図１に示した実施形態のＣＬをＲＬ（抵抗性負荷）に置き換えたものとなる。この場合のｉ０の推定は容量性負荷と同様となる。負
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により行う。
【００６６】
種類が不明である場合にも本発明は有効である。例えば、負荷を容量性と仮定した場合、誘導性と仮定した場合、抵抗性と仮定した場合の各値を、先に説明したような方法を用いてそれぞれ推定する。そして、出力特性に影響を及ぼす可能性の最も高い値に対応したモードに切り換えることにより、負荷適応型制御が可能となる。
【００６７】
以上、本発明の好適実施形態例を説明したが、これは単なる例示にすぎず、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、装置内に、変化する負荷を推定する負荷推定部と、推定された負荷範囲に応じて制御パラメータをヒステリシス特性をもつバンプレスな切換手段で制御しているので、簡単な構成で、種々の負荷に対して、または大幅な負荷変動に対して、スムーズ且つ安定な動作を確保可能で、負荷適応型制御を実現できる。
【００６９】
より具体的には、本発明によれば、容量性負荷のシステムにおいて、運転中に負荷推定を行い、この推定値によりモードをバンプレスに切り換えているので、出力に接続された負荷の値がリアルタイムに変動しても、出力にバンプを生じることのない、負荷適応型制御が実現できる。
【００７０】
また、誘導性負荷または抵抗性負荷のシステムにおいて、運転中に負荷推定を行い、この推定値によりモードをバンプレスに切り換えている。これにより、容量性負荷の場合と同様に負荷適応型制御を実現した。
【００７１】
更に、従来は負荷の種類や負荷範囲に応じて多種類の電源やアンプを用意しておく必要があったが、本発明によれば大幅に電源やアンプの種類を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるキャパシタンス負荷を有するＰＷＭ電力増幅器に適用した負荷適応型制御装置の回路構成図である。
【図２】本発明の実施形態における状態線図と電流推定器及び負荷推定器を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における電流推定器の具体的な回路図である。
【図４】本発明の実施形態における容量推定器のブロック構成図である。
【図５】本発明の実施形態におけるＬモードとＨモードでの増幅器５のキャパシタ負荷値に対応する応答動作図である。
【図６】本発明の実施形態における切換部のヒステリシス特性である。
【図７】本発明の一実施形態におけるインダクタンス負荷を有するＰＷＭ電力増幅器に適用した負荷適応型制御装置の回路構成図である。
【図８】図７に示す本発明の実施形態における状態線図と電流推定器及び負荷推定器を示す図である。
【図９】図７に示す本発明の実施形態におけるインダクタンス推定器のブロック図である。
【図１０】本発明の効果を説明するための図で、バンプレス切換無しの場合の出力波形である。
【図１１】本発明の効果を説明するための図で、バンプレス切換ありの場合の出力波形である。
【図１２】従来の定電圧増幅器の問題点を説明するための動作状態を示す図である。
【符号の説明】
１、１Ａ          ＰＷＭ電力増幅器
３、３Ａ、７、７Ａ、８、８Ａ  加減算器
４、４Ａ          Ｈモード制御器
５、５Ａ          Ｌモード制御器
６、６Ａ          モード切換器
１１、１１Ａ      フルブリッジ
１２、１２Ａ      ＰＷＭコンパレータ
１３、１３Ａ      Ｈモード側バンプレス補助切換器
１４、１４Ａ      Ｌモード側バンプレス補助切換器
２０１、２０１Ａ  電流推定器
２０２、２０２Ａ  負荷推定器
【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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