專利名稱：開關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源裝置。特別是，本發(fā)明涉及具有切換輸入的功率形成脈沖狀的波形的開關(guān)電路、控制開關(guān)動作并將由該開關(guān)電路形成的脈沖狀的輸出變換為直流而輸出、同時由控制電路監(jiān)視直流輸出電壓以使直流輸出電壓一定的開關(guān)電源裝置。更詳細地，本發(fā)明涉及使用數(shù)字電路作為控制電路的開關(guān)電源裝置。
在先有的開關(guān)電源裝置中，控制電路通常由模擬電路構(gòu)成。這時，表示輸出電壓或輸出電流的信號是模擬信號的形式，該模擬信號作為模擬量進行處理，根據(jù)該處理結(jié)果得到控制開關(guān)動作所需要的控制信號。
通常，在開關(guān)電源裝置中，為了實現(xiàn)控制的最佳化，有時根據(jù)輸入電壓或負載電流的變化改變功率變換電路的動作模式。這時，必須預先準備與各動作模式相應的多個控制算法，通過適當?shù)厍袚Q使用該算法而進行最佳控制。但是，在先有的使用模擬控制電路的開關(guān)電源裝置中，由于控制電路的信號處理都是利用作為硬件的電路結(jié)構(gòu)進行的，所以，為了根據(jù)功率變換電路的動作模式的變化切換控制算法實現(xiàn)最佳控制，必須預先準備與各控制算法對應的控制電路即硬件，并根據(jù)動作模式切換使用該控制電路。這就意味著必須準備多個作為硬件的控制電路。因此，電路結(jié)構(gòu)非常復雜，從而該結(jié)構(gòu)難于實現(xiàn)。
在使用扼流圈輸入方式平滑電路構(gòu)成輸出電路的一般的開關(guān)電源裝置中，根據(jù)負載電流的大小，對于流過電感線圈的電流，存在連續(xù)狀態(tài)和不連續(xù)狀態(tài)的2個動作模式。在先有的使用模擬控制電路的開關(guān)電源裝置中，通常即使在電感線圈電流的不連續(xù)狀態(tài)下也采用使用連續(xù)狀態(tài)的控制模型的信號處理的方法和步驟。其理由在于，根據(jù)負載狀態(tài)改變信號處理的方法和步驟是困難的，或者是復雜而不經(jīng)濟的。因此，電感線圈電流成為不連續(xù)狀態(tài)時，控制模型就不適當了，從而就不能滿足輸出電壓的穩(wěn)定度及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度。
在開關(guān)電源裝置中，以降低開關(guān)損失為主要目的而開發(fā)的共振型電源也還是發(fā)展過程中的技術(shù)，至今電路方式還沒有統(tǒng)一。因此，與電路方式對應的控制算法也未統(tǒng)一，從而對于各電路方式，控制電路也不同。這就成了使控制電路部標準化從而置換為控制IC時的大問題。
共振型電源的電路方式，通常具有多個動作模式。因此，為了使用模擬控制電路進行所希望的穩(wěn)定化控制，必須預先準備用于實現(xiàn)與各動作模式對應的控制算法的多個控制電路，并根據(jù)動作模式切換使用這些控制電路。然而，在實際中，該方法的問題是控制電路復雜。
在電池充電器那樣的特殊用途的開關(guān)電源裝置中，除了使輸出電壓一定的恒壓特性外，還要求使輸出電流一定的恒流特性及使輸出功率一定的恒定功率特性。這時，對于各種特性，動作模式不同，所以，需要與各動作模式對應的多個控制算法。因此，在使用模擬控制電路的開關(guān)電源裝置中，如上所述，必須準備與控制算法對應的多個控制電路，并根據(jù)動作模式切換使用這些控制電路。但是，在實際中，該結(jié)構(gòu)的問題和共振型電源的情況一樣，控制電路復雜。
在使用模擬控制電路的先有的開關(guān)電源裝置中，進行與輸入電壓、輸出電壓和輸出電流對應的控制時，控制所需要的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流的各信息都必須通過實際設(shè)置檢測電路而得到。特別是，在將輸入輸出間絕緣的電源裝置中，將各信息讀入控制電路時，必須與某個信號饋電系統(tǒng)進行絕緣。因此，電路結(jié)構(gòu)將復雜化，同時電路零部件數(shù)也增加。
如上所述，在使用模擬控制電路的開關(guān)電源裝置中，為了進行控制算法的切換或變更，必須變更電路結(jié)構(gòu)及電路零部件等硬件。這就意味著顯著地妨礙硬件的標準化，結(jié)果，不得不進行少量多品種生產(chǎn)，從而存在設(shè)計效率和生產(chǎn)效率低下的問題。
此外，作為一般的問題，還必須考慮開關(guān)電源裝置也負載裝置的關(guān)系。通常，開關(guān)電源裝置的輸出通過負載線與負載裝置連接。這時，開關(guān)電源裝置供給的電壓，本來理想的情況是控制為加到負載裝置的兩端的負載端子電壓一定。但是，在多數(shù)開關(guān)電源裝置中，電壓檢測電路設(shè)置在開關(guān)電源裝置的內(nèi)部，由開關(guān)電源裝置的輸出部控制使輸出電壓一定。在這種控制方式中，由于負載線的電阻引起的電壓降低，將使加到負載裝置的兩端的負載端子電壓降低。
雖然人們考慮了幾個解決該問題的方法，但是，在控制使開關(guān)電源裝置的輸出部的電壓一定的方式中，對于負載的變化不能獲得可以充分滿足的控制。在利用模擬電路進行開關(guān)電源裝置的開關(guān)動作控制的先有的方式中，這些問題的對策有一定限制。
在日本特開平2-74152號公報中，公開了在開關(guān)電源裝置中使用數(shù)字控制裝置進行開關(guān)電路的控制的技術(shù)。該公開專利的公報所公開的開關(guān)電源裝置具有切換輸入功率的開關(guān)電路和將該開關(guān)電路的輸出平滑化后輸出的平滑化電路，為了進行該開關(guān)電路的控制而設(shè)置數(shù)字控制器。該數(shù)字控制器根據(jù)開關(guān)電源裝置的輸出電壓值而生成指定的占空比的控制脈沖信號，將該控制脈沖信號供給開關(guān)電路，控制該開關(guān)電路的動作。
該公開專利公報提供了在具有這種數(shù)字控制裝置的開關(guān)電源裝置中，與向該開關(guān)電源裝置供給輸入的電源的輸出變化時發(fā)生的開關(guān)電源裝置的輸入電壓的變化對應地可以進行適當?shù)拈_關(guān)控制的技術(shù)。即，該公開專利公報所推薦的結(jié)構(gòu)，為了進行開關(guān)電路的控制準備了多個運算形式，根據(jù)開關(guān)電源裝置的輸入電壓的檢測值從該多個運算形式中選擇使用所希望的形式。這時，輸入電壓由輸入電壓檢測裝置進行檢測。
本發(fā)明的一個目的旨在提供采用數(shù)字控制方式、可以用軟件很容易地切換各動作模式的控制算法的新的開關(guān)電源裝置。
本發(fā)明的第2個目的在于提供可以對各動作模式切換控制算法并且即使增加控制算法的數(shù)目電路也并復雜的新的開關(guān)電源裝置。
本發(fā)明的另一個目的在于提供可以實現(xiàn)硬件標準化的開關(guān)電源裝置。
本發(fā)明的其他目的在于提供可以減少獲得控制指令值所需要的信號的檢測電路的數(shù)目從而可以使電路結(jié)構(gòu)簡化、同時可以減少電路零部件數(shù)的開關(guān)電源裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明的開關(guān)電源包括切換輸入的功率的開關(guān)電路、將開關(guān)輸出變換為直流而輸出的輸出電路和數(shù)字控制電路。該數(shù)字控制電路輸入從輸出電路輸出的電壓和/或電流的模擬信號，將該模擬信號變換為數(shù)字信號，根據(jù)得到的輸出電壓數(shù)字信號和/或輸出電流數(shù)字信號計算決定開關(guān)電路的開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一種的指令值，根據(jù)該指令值生成脈沖，將該脈沖供給開關(guān)電路，控制其開關(guān)動作。
在本發(fā)明的一個實施例中，輸出電壓模擬信號和/或輸出電流模擬信號與開關(guān)電路的開關(guān)周期同步地以開關(guān)周期的同相位讀入，根據(jù)該模擬信號而得到輸出電壓數(shù)字信號和/或輸出電流數(shù)字信號。輸出電流模擬信號可以是流過輸出部的某一部分的電流。例如，在輸出電路中設(shè)置用于將輸出進行整流而平滑化的平滑化電路并在該電路中具有電感線圈時，檢測流過該電感線圈的電感線圈電流，便可獲得輸出電流模擬信號。
指令值運算的周期采用開關(guān)周期的整數(shù)倍，模擬信號的讀入至少在每個指令值運算的周期進行1次。在開關(guān)電源裝置中，雖然由輸出電路進行了平滑化的輸出也與開關(guān)電路的開關(guān)周期對應地伴有某種程度的周期性的變化，但是，通過根據(jù)以開關(guān)周期的同相位讀入的模擬信號生成數(shù)字信號并應用于指令值的運算，便可抑制這種周期性的變化。因此，在本發(fā)明的實施例中，可以省略數(shù)據(jù)的平均化這種的數(shù)據(jù)前處理。
在本發(fā)明的其他實施例中，數(shù)字控制部具有根據(jù)輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號推算電源輸入電壓和/或負載裝置的負載端子電壓的功能。按照本發(fā)明的實施例，不必設(shè)置電源輸入電壓檢測裝置和負載檢測裝置。
如上所述，由于本發(fā)明的開關(guān)電源裝置具有開關(guān)控制用的數(shù)字控制部，所以，利用軟件可以很容易地切換各動作模式的控制算法。另外，即使增加控制算法的數(shù)目也可以利用軟件進行處置，所以，電路不會復雜化。此外，這樣的數(shù)字控制方式對于改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有效的。而且，由于所需要的控制算法可以通過軟件而執(zhí)行，所以，可以使作為硬件的數(shù)字控制部實現(xiàn)標準化。
在本發(fā)明的上述實施例中，電源輸入電壓信息和/或負載端子電壓信息不是使用檢測電路進行檢測，而是使用根據(jù)輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號而推算的信息。通過采用數(shù)字控制方式，就可以進行這種推算。這樣，不需要輸入電壓檢測電路就可以獲得輸入電壓信息，從而可以減少檢測電路數(shù)、簡化電路結(jié)構(gòu)和減少電路零部件數(shù)。
所推算的電源輸入電壓信息的一個理想的利用形式，就是將推算的電源輸入電壓信息和/或負載端子電壓信息與輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號一起作為計算決定開關(guān)電路的開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值的要素使用。并且，根據(jù)該指令值生成控制脈沖，并將該控制脈沖供給開關(guān)電路，控制其開關(guān)動作。
在本發(fā)明中，決定開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一個這樣的問題，典型的情況具有個別地決定它們的情況、決定開關(guān)頻率和接通時間的情況和決定開關(guān)頻率和斷開時間的情況。
所推算的電源輸入電壓信息和/或負載端子電壓信息的其他的利用形式，就是根據(jù)電源輸入電壓信息判斷輸入電壓例如判斷電源輸入異常等和根據(jù)負載端子電壓信息判斷負載端子電壓例如判斷過大負載等。在判定電源輸入異常時，就將輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號應用于電源控制。
本發(fā)明的其他目的、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點，通過以下參照附圖的實施例的詳細說明即可明白。這里，附圖對本發(fā)明的范圍沒有任何限定。


圖1是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的一個實施例的框圖。
圖2是圖1所示的開關(guān)電源裝置的等效電路圖。
圖3是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置更具體的一個實施例的框圖。
圖4是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的控制步驟的一個實施例的流程圖。
圖5是說明本發(fā)明的開關(guān)電源的脈沖生成部的動作的時間圖。
圖6是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的控制步驟的一個實施例的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的控制步驟的一個實施例的流程圖。
圖8是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的其他實施例的框圖。
圖9是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的其他實施例的框圖。
圖10是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的其他實施例的框圖。
圖11是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的其他實施例的框圖。
圖12是表示與進行負載裝置的負載端子電壓的推算的實施例的圖1對應的框圖。
圖1表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的電路圖。本發(fā)明的開關(guān)電源裝置包括切換輸入的功率從而形成脈沖狀的波形的開關(guān)電路40、將開關(guān)電路40的脈沖狀波形的輸出變換為直流而輸出的輸出電路50和數(shù)字控制部70。
在本實施例中，開關(guān)電源裝置具有輸入交流電的輸入端子IN1、IN2，供給該輸入端子IN1、IN2的交流電通過輸入濾波器10后加到整流平滑電路20上。整流平滑電路20包括全波整流二極管21和平滑電容器22。整流平滑電路20的輸出供給開關(guān)電路40。
開關(guān)電路40控制從整流平滑電路20供給的電力通/斷。開關(guān)電路40具有由場效應晶體管(FET)構(gòu)成的開關(guān)元件42和將其通/斷輸出與輸出電路50耦合的主變壓器41。開關(guān)元件42的漏極與主變壓器41的初級線圈411的一邊的端子串聯(lián)連接。主變壓器41的初級線圈411的另一邊的端子與整流平滑電路20連接。
輸出電路50是整流平滑電路，將從開關(guān)電路40供給的開關(guān)輸出變換為直流而輸出。直流輸出V0從輸出端子OUT1、OUT2供給負載Z。檢測輸出電流I的輸出電流檢測電路60與輸出電路50的電源供給線耦合。為了得到穩(wěn)定的輸出，輸出電路50由扼流圈輸入方式平滑電路構(gòu)成。圖示的平滑電路的結(jié)構(gòu)包括二極管51、52和電感53以及電容器54。一邊的二極管51的陽極與主變壓器41的次級線圈的一邊的端子串聯(lián)連接。另一邊的二極管52與主變壓器41的次級線圈412并聯(lián)，陰極與二極管51的陰極連接。電感53與二極管51和二極管52的接點連接。電容器54與電感53的輸出端連接。
輸出電路50的輸出作為電壓模擬信號AS1而取出，輸出電流檢測電路60的輸出作為電流模擬信號AS2而取出，這些模擬信號供給數(shù)字控制部70。并且，該數(shù)字控制部70的控制輸出供給構(gòu)成開關(guān)電路40的開關(guān)元件42。開關(guān)元件42的動作用以決定可以作為接通時間和斷開時間之和而定義的開關(guān)周期的該接通時間與斷開時間之比即占空比。
數(shù)字控制部70將從輸出電路50輸出的電壓模擬信號AS1和從輸出電流檢測電路60輸出的電流模擬信號AS2作為輸入而接受，并將這些模擬信號AS1、AS2分別變換為數(shù)字信號。數(shù)字控制部70根據(jù)所得到的輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號陰極輸入電壓信息計算決定開關(guān)電路40的接通時間和斷開時間的指令值。取代決定開關(guān)電路40的接通時間和斷開時間或者除此之外也可以利用指令值來決定開關(guān)周期。指令值計算的循環(huán)時間(以下，有時也稱為「控制周期」)采用開關(guān)周期的整數(shù)倍，每隔多次的開關(guān)周期進行一次指令值的計算。
在指令值計算中，在使用輸入電壓信息的形式下，所需要的輸入電壓信息可以通過根據(jù)輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號進行推算而得到。在數(shù)字控制部70中，還可以具有根據(jù)所推算的電源輸入電壓信息判斷輸入電壓異常的功能。這樣，在輸入電壓異常時就可以正確地進行處置。
在指令值計算中，在使用負載端子電壓信息的形式下，所需要的負載端子電壓信息可以通過根據(jù)輸出電壓數(shù)字信號還是輸出電流數(shù)字信號進行推算而得到。這里，所謂「負載」，是指通過負載線與開關(guān)電源裝置連接的負載裝置。在數(shù)字控制部70中，還可以具有根據(jù)所推算的負載端子電壓信息判斷負載端子電壓的功能。這時，例如也可以判斷負載端子電壓異常。此外，在該形式下，可以將負載線的直流電阻值輸入數(shù)字控制部，另外，也可以改變輸入的直流電阻值。這樣，在本發(fā)明的該形式下，不必改變硬件，利用軟件就可以輸入或變更負載的端子電壓推算所需要的負載線的直流電阻值。
其次，數(shù)字控制部70根據(jù)通過計算而得到的指令值生成脈沖，并將該脈沖供給開關(guān)電路40，控制其開關(guān)動作。這樣，便可控制在輸出端子OUT1、OUT2中出現(xiàn)的直流輸出電壓V0及輸出電流I。
如上所述，本發(fā)明的開關(guān)電源裝置采用具有數(shù)字控制部70的數(shù)字控制方式，所以，可以利用軟件很容易地執(zhí)行各動作模式的控制算法。另外，對于控制算法的數(shù)的增加，可以通過軟件與其對應，所以，不會使電路復雜化。此外，由于所需要的控制算法可以利用軟件而執(zhí)行，所以，可以使數(shù)字控制部70的硬件實現(xiàn)標準化。
在數(shù)字控制部70中，計算決定開關(guān)電路40的開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值時，輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號實際上可以通過將使用檢測電路所檢測的模擬信號進行數(shù)字變換而得到，但是，在本實施例中，電源輸入電壓信息不是使用檢測電路進行檢測，而是使用根據(jù)輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號所推算的信息。通過利用數(shù)字控制，就可以進行這樣的推算。這樣，便可減少為了得到控制指令值所需要的檢測電路數(shù)，從而可以簡化電路結(jié)構(gòu)，減少電路零部件數(shù)。
下面，說明輸入電壓信息的推算方法的一例。圖2是圖1所示的開關(guān)電源裝置的等效電路圖。根據(jù)該等效電路圖可以得到如下電路方程式(1)。
Vi(t)＝L(di(t)/dt)+e(t) (1)若將式(1)改寫為適用于數(shù)字處理的離散值系列，則可得到下式。
Vi(n-1)＝L(i(n)-i(n-1))/Tc+(n-1)(2)其中，Vi(n-1)時刻(n-1)與時刻n之間的平均電壓L電感53的電感i(n)時刻n的電感電流i(n-1)時刻(n-1)的電感電流Tc采樣周期e(n-1)時刻(n-1)的輸出電壓這里，將采樣周期Tc取為開關(guān)周期T的m倍(m為整數(shù))，設(shè)在開關(guān)周期T中開關(guān)的接通時間寬度為Ton，則在平均電壓Vi(n-1)與輸入電壓V(n-1)之間，如下(3)式成立。
Vi(n-1)＝mTon·V(n-1)/Tc(3)根據(jù)式(2)和式(3)，可得采樣點(時刻)n的實電流i(n)為i(n)＝i(n-1)+Tc·[mTon·V(n-1)/Tc-e(n-1)]/L(4)另一方面，未設(shè)置輸入電壓的檢測電路時，在數(shù)字控制部70中，就不能知道輸入電壓V的正確的值，所以，使用其推算值Ve(n-1)，根據(jù)式(4)，按照下式(5)計算采樣點n的電流ie(n)。
ie(n)＝i(n-1)+Tc·[mTon·Ve(n-1)/Tc-e(n-1)]/L(5)根據(jù)式(4)和式(5)計算電流推算誤差Δi(n)時，可以得到下式(6)。
Δi(n)＝i(n)-ie(n)＝mTon·ΔV(n-1)/L(6)其中，ΔV(n-1)是電壓推算誤差，由如下式(7)定義。
ΔV(n-1)＝V(n-1)-Ve(n-1)(7)根據(jù)上述情況，由檢測電路間采樣點n的輸出電壓e(n)和流過電感53的電感電流i(n)，在數(shù)字控制部70中，通過進行根據(jù)式(6)和式(7)的計算，便可推算輸入電壓V(n-1)的正確的值。因此，在本發(fā)明的實施例中，不需要用于與各采樣周期對應的輸入電壓V(n-1)的檢測電路。
圖3是表示本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的更具體的電路圖。圖中，和圖1相同的結(jié)構(gòu)部分，標以相同的參照符號，并省略其說明。在本實施例中，起動電路30與整流平滑電路20連接。起動電路30在電源接通后的開始時間內(nèi)，發(fā)生使數(shù)字控制部70動作的功率。驅(qū)動電路90與起動電路30的輸出側(cè)連接。
輔助電源電路80與主變壓器41連接。該輔助電源電路80構(gòu)成數(shù)字控制部70的電源，包括整流平滑電路的電路82與設(shè)的主變壓器40上的輔助線圈81連接。輔助電源電路80生成供給數(shù)字控制部70的電源電壓，該電源電壓供給數(shù)字控制部70所具有的電源端子T5～T7。
輸出電流檢測電路60具有間電感電流I的電流傳感器61和將電流變換為電壓值的電阻62。有時電流傳感器61連接為與電感53串聯(lián)。在本實施例中，輸出電路50為扼流圈輸入整流平滑電路，所以，輸出電流檢測電路60以電壓值的形式間輸出電路50中所包含的電感53的電感電流。下面，將輸出電流檢測電路60稱為電感電流檢測電路60。
其次，數(shù)字控制部70具有A/D變換部72、數(shù)字信號處理部71和脈沖生成部73。數(shù)字控制部70，作為主要元素包括被稱為DSP的數(shù)字信號處理器。作為DSP，有時在其結(jié)構(gòu)中也包含A/D變換部72。作為數(shù)字控制部70，使用DSP時，脈沖生成部73可以作為DSP的內(nèi)部元素，也可以將其一部分或全部作為外部元素而附加到DSP上。
A/D變換部72將輸出電壓模擬信號AS1、電感電流模擬信號AS2分別變換為數(shù)字信號DS1、DS2。A/D變換部72也可以包含A/D變換部721和A/D變換部722。這里，輸出電壓模擬信號AS1供給A/D變換部721，電感電流模擬信號AS2供給A/D變換部722。
數(shù)字控制部70的數(shù)字信號處理部71具有程序存儲器713、數(shù)據(jù)存儲器714、715和主運算部(以下，稱為CPU)711。數(shù)據(jù)存儲器714、715暫時存儲從A/D變換部72供給的各數(shù)字信號DS1、DS2的數(shù)據(jù)。A/D變換部72的數(shù)字信號的供給可以在各開關(guān)周期進行，也可以在指令值計算的循環(huán)時間即控制周期而進行。不論按哪種情況進行，最好是與開關(guān)周期或控制周期同步地供給同相位的數(shù)據(jù)。通過根據(jù)同相位的數(shù)據(jù)進行指令值的計算，可以省略數(shù)據(jù)的平均化那樣的數(shù)據(jù)前處理。CPU711通過總線712從數(shù)據(jù)存儲器714、715中讀入數(shù)據(jù)，并進行四則運算、邏輯運算等必要的運算。
脈沖生成部73具有計數(shù)器731、計數(shù)器732、計數(shù)器733、鎖存電路734和輸出電路735。計數(shù)器731根據(jù)從數(shù)字信號處理部71供給的指令值決定主開關(guān)42的斷開定時。計數(shù)器732根據(jù)從數(shù)字信號71供給的指令值決定主開關(guān)42的接通定時。計數(shù)器733決定指令值計算的循環(huán)時間即控制周期。
鎖存電路734在由計數(shù)器732設(shè)定的接通定時置位(邏輯值1)，在計數(shù)器731的斷開〖一時復位(邏輯值0)。這樣，就從鎖存電路734輸出驅(qū)動主開關(guān)42的脈沖。
驅(qū)動電路90具有將驅(qū)動信號向開關(guān)電路40傳送的脈沖變壓器91和電阻92。數(shù)字控制部70的驅(qū)動信號通過電阻92傳送給主開關(guān)42。
下面，說明圖示的實施例的電路的動作。圖4是本發(fā)明的開關(guān)電源裝置的動作的流程圖。該流程圖包括電源接通時的動作和穩(wěn)定時的動作。
1.電源接通時的動作接通電源時，充電電流通過初級整流二極管21流向電容器22。電容器22的電壓達到指定值時，起動電路30和輔助電源電路80就順序開始動作，向裝置的各部分供給電力。這里，數(shù)字信號處理部71的CPU711根據(jù)控制程序開始進行電源的起動動作。即，供給數(shù)字控制部70的電壓達到指定值時，CPU711就順序執(zhí)行程序存儲器713存儲的控制程序的內(nèi)容，進行CPU內(nèi)部的寄存器及脈沖生成部73等的初始設(shè)定。然后，CPU711通過A/D變換部721、722讀取數(shù)據(jù)存儲器714、715暫時存儲的輸出電壓數(shù)字數(shù)據(jù)和電感電流數(shù)字數(shù)據(jù)。
CPU711根據(jù)讀取的數(shù)字數(shù)據(jù)判斷裝置是否在起動中。是否在起動中，可以通過例如將穩(wěn)定動作時得到的輸出電壓數(shù)據(jù)值預先存儲到程序存儲器713中并將該存儲的輸出電壓數(shù)據(jù)值與所讀取的數(shù)據(jù)比較而進行判斷。
判定是起動中時(YES)，就按照起動時的指令值運算方式計算主開關(guān)42的接通時間。由計數(shù)器731、732和鎖存電路734根據(jù)該計算結(jié)果生成具有指定的接通時間的脈沖。并且，該驅(qū)動信號通過電阻92從驅(qū)動電路90的脈沖變壓器91向主開關(guān)42傳送，初級功率傳送給輸出電路50。這樣，裝置便開始進行輸出電壓的供給。這時由于選擇了電源接通時的指令值計算方式，所以，利用軟件控制供給輸出電壓，以使主開關(guān)42的漏極電流不會過大。
CPU711在輸出電壓Vo達到穩(wěn)定值之前，按照電源接通時的指令值計算方式控制主開關(guān)42的接通時間和斷開時間的比例。
2.穩(wěn)定時的動作通過上述起動動作，輸出電壓Vo達到穩(wěn)定值時，CPU711就判定起動動作結(jié)束(NO)，并進入穩(wěn)定動作。下面，說明穩(wěn)定動作。
<一般的控制動作>
輸出電路50的輸出電壓Vo的模擬信號讀入數(shù)字控制部70，并由A/D變換部721變換為數(shù)字信號。該變換后的數(shù)字信號暫時存儲到數(shù)據(jù)存儲器714中。由電感電流檢測電路60得到的電感電流的模擬信號AS2讀入數(shù)字控制部70，由A/D變換部722變換為數(shù)字信號DS2。電感電流數(shù)字信號DS2暫時存儲到數(shù)據(jù)存儲器715中。
CPU711按照控制程序讀出數(shù)據(jù)存儲器714、715的內(nèi)容。并且，使用讀出的數(shù)據(jù)進行四則運算及邏輯運算等必要的運算，計算決定在開關(guān)電路40中包含的主開關(guān)42的接通時間和斷開時間的指令值。在這時的指令值運算處理中，包括根據(jù)從數(shù)據(jù)存儲器714、715中讀出的輸出電壓數(shù)字數(shù)據(jù)和電感電流數(shù)字數(shù)據(jù)推算輸入電壓信息這樣的重要的運算處理。也可以使CPU711具有根據(jù)所推算的電源輸入電壓信息判斷輸入電壓異常的功能。例如，額定輸入電壓為100V時，從輸入電壓90V到110V的范圍視為正常，將除此以外的輸入電壓判定為異常。由CPU711生成的指令值讀入脈沖生成部73。
圖5是表示脈沖生成部73的脈沖生成的時間圖。在時刻t1，脈沖生成部73的計數(shù)器732復位時，其輸出成為邏輯值1(參見圖5(a))。該計數(shù)器732的信號供給鎖存電路734。鎖存電路734在由計數(shù)器732設(shè)定的接通時刻置位，輸出成為邏輯值1(參見圖5(c))。
其次，經(jīng)過由CPU711指令的接通時間Ton時，計數(shù)器731的輸出成為邏輯值1(參見圖5(b))，設(shè)定主開關(guān)42的斷開時刻。計數(shù)器731的信號供給鎖存電路734。鎖存電路734在計數(shù)器731的斷開時刻復位，其輸出成為邏輯值0(參見圖5(c))。這樣，便可從鎖存電路734輸出驅(qū)動主開關(guān)42的接通時間Ton的脈沖。
計數(shù)器731、732的指令值運算的控制周期由計數(shù)器733設(shè)定。計數(shù)器731、732的指令值運算的控制周期采用開關(guān)周期的整數(shù)倍m。這樣，便可將控制周期間的按開關(guān)周期的整數(shù)倍m而檢測的各檢測信號值存儲到數(shù)據(jù)存儲器714、715中。CPU711從數(shù)據(jù)存儲器714、715中讀取數(shù)據(jù)，利用穩(wěn)定動作時的指令值運算方法計算主開關(guān)42的接通時間。這時，根據(jù)所讀取的輸出電壓數(shù)據(jù)和電感電流數(shù)據(jù)推算輸入電壓信息的情況，和上述一樣。并且，根據(jù)按控制周期而更新的運算結(jié)果向脈沖生成部73供給指令值。
輸出電路735將從鎖存電路734供給的脈沖通過耦合變壓器91供給主開關(guān)42的柵極。這樣，輸出電路50的輸出電壓Vo和電感電流I便控制為與CPU711的控制程序相應的值。
<恒流模式、恒壓模式和恒定功率模式的各控制動作>
由CPU711選擇的指令值運算方法根據(jù)控制模式是恒流模式還是恒壓模式或者恒定功率模式而選擇不同的模式。這些指令值運算按照CPU711的程序存儲器713預先存儲的控制程序的內(nèi)容而進行。
CPU711的控制程序是計算接通時間和斷開時間的程序，在恒流模式的動作時使電感電流I一定，在恒壓模式的動作時使輸出電壓Vo一定，在恒定功率模式的動作時使輸出電壓及電感電流的乘積一定。
輸出電壓Vo和電感電流I的檢測信號讀入數(shù)字控制部70，根據(jù)這些信號推算輸入電壓信息，最后控制為根據(jù)上述計算結(jié)果而得到的目標值。
在本發(fā)明的圖示實施例的開關(guān)電源裝置中，根據(jù)輸出電壓、電感電流和所推算的輸入電壓的變化而改變指令值計算方法，以維持穩(wěn)定的輸出電壓值。即，如圖6所示，每次計數(shù)器733(參見圖3)復位時，就將各檢測信號讀入CPU711，通過將各檢測信號與1個控制周期前的檢測信號進行比較，判斷動作狀態(tài)，并根據(jù)動作狀態(tài)適當?shù)剡x擇指令值運算程序。例如，輸出電壓異常上升時，由于總是在監(jiān)視輸出電壓，所以，選擇過電壓時的指令值運算方法，用以控制使主開關(guān)42的接通時間變短。
另一方面，對于電感電流，成為過負載狀態(tài)時，就選擇過負載時的指令值運算方法，用以控制使主開關(guān)42的接通占空比減小，從而抑制電感電流。
下面，作為一例，參照圖7的流程圖說明根據(jù)負載的變化的指令值變更方法。這時，作為指令值運算方法，著眼于電感電流隨負載的變化而變化，預先將電感電流連續(xù)時的運算程序、電感電流不連續(xù)時的運算程序和過負載時的運算程序存儲到CPU711的程序存儲器713中。并且，每當從計數(shù)器733中斷時，就將各檢測信號讀入CPU711，通過將各檢測信號與1個控制周期前的檢測信號進行比較，判斷動作狀態(tài)，并根據(jù)動作狀態(tài)適當?shù)剡x擇指令值運算程序。
(1)電感電流連續(xù)時利用指令電壓值Vref和檢測電壓Vo，根據(jù)下式(a)、(b)計算第(n+1)個控制周期的電感當指令電流值ir(n+1)。ir(n+1)=Kvp·Δe(n-1)+Kvi·ΣK=0a-1Δe(k)----(a)]]>Δe(n-1)+Vref-V0(n-1) (b)另外，為了實現(xiàn)指令電流值ir(n+1)，根據(jù)下式(c)、(d)計算主開關(guān)42的接通時間Ton。Ton(n)=T{Kip·Δi(n-1)+Kii·ΣK=0a-1Δi(k)}/Yi---(c)]]>Δi(n-1)＝ir(n+1)-i(n-1) (d)(2)電感電流不連續(xù)時計算各控制周期的電壓平均值和電流平均值，使用這些平均值利用記述電路狀態(tài)的狀態(tài)平均化方法計算主開關(guān)42的接通時間Ton。由于電感電流不連續(xù)時的狀態(tài)平均化方程式為下式(e)，所以，根據(jù)下式(f)可以求出主開關(guān)42的接通時間Ton。使用狀態(tài)平均化方程式的狀態(tài)平均化方法本身是眾所周知的。diL(t)‾dt=-(RL+R||Rc)·iL(t)‾·(d1+d2)L]]>-R(R+Rc)L·vc(t)‾·(d1+d2)+vs(t)L·d1]]>dvc(t)‾dt=R(R+Rc)C·iL(t)‾·(d1+d2)-vc(t)‾(R+Rc)C]]>Vo(t)=(R||Rc)·iL(t)‾·(d1+d2)+RR+Rc·vc(t)‾---(e)]]>其中，Vo(t)是時刻t的輸出電壓值Vc(t)是時刻t的平滑電容器54的端子電壓值iL(t)是時刻t的電感53的電流值L是電感53的電感值d1是主開關(guān)42的接通占空比(＝Ton/T)d2是二極管52的接通占空比(＜Toff/T)RL是電感53的直流電阻值R是負載電阻值Rc是平滑電容器54的等效串聯(lián)電阻值(ESR)C是平滑電容器54的電容量
Kvp、Kvi、Ki和Kii是系數(shù)。
但是，附加如下約束條件。
扼流圈電流不連續(xù)模式的約束條件diL(t)‾dt=0]]>視在扼流圈電流的平均值iL(t)‾=Vs(t)‾-{RL·iL(t)‾+vo(t)‾}2Ld1·Ts]]>將上述式(e)離散化求解接通時間Ton，則得Ton(n)=2L·1L(n)Vs(n-1)-Vo(n-1)-RL·1L(n)---(f)]]>(3)過負載時在過負載時，由于Vref＞Vo，所以，指令電流值ir總是成為CPU711的程序存儲器713存儲的最大常數(shù)值Imax。通過使該最大常數(shù)值Imax成為輸出電壓的函數(shù)，就可以進行過負載時的電流控制。最大常數(shù)值Imax可以表為Imax=Vi-Vo2L·VoVi-T+i]]>(i平均值)(g)通過將上述式(a)～(g)作為控制程序預先存儲到CPU711的程序存儲器713中，就可以使電源輸出穩(wěn)定，而與負載變化無關(guān)。
這里通過改變上述式(a)、(c)的系數(shù)Kvp、Kvi、Kip和Kii，可以改變控制系統(tǒng)的增益特性。系數(shù)Kvp、Kvi、Kip和Kii的變更，可以通過使用鍵盤等輸入數(shù)據(jù)而進行。另外，利用計數(shù)器733的控制周期的變化，也可以改變控制系統(tǒng)的相位特性。因此，即使動作狀態(tài)發(fā)生變化，也可以確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性。
下面，參照圖8～圖11說明本發(fā)明的其他實施例。在這些實施例中，和圖1相同的結(jié)構(gòu)部分，標以相同的參照符號，并省略其說明。在圖8所示的實施例中，數(shù)字控制部70將電源輸入電壓Vi的模擬信號AS3供給輸入端子T8，并將該模擬信號AS3變換為數(shù)字信號DS3。數(shù)字控制部70具有A/D變換部723和數(shù)據(jù)存儲器716。CPU711從數(shù)據(jù)存儲器714～716中讀出所得到的電源輸入電壓Vi的數(shù)字信號DS3和輸出電壓數(shù)字信號DS1以及電感電流數(shù)字信號DS2，并根據(jù)這些數(shù)字信號DS1～DS3計算決定在開關(guān)電路40中包含的主開關(guān)42的接通時間的指令值。這樣，不僅輸出信號穩(wěn)定，而且即使輸入電壓發(fā)生變化也可以實現(xiàn)良好的穩(wěn)定輸出。
在圖9的實施例中，對于1個開關(guān)輸出，具有多個輸出電路501、502。輸出電路501的輸出電壓模擬信號AS11和電感電流模擬信號AS21由A/D變換部721、722分別變換為數(shù)字信號DS11、DS21，并分別存儲到數(shù)據(jù)存儲器714、715中。輸出電路502的輸出電壓模擬信號AS12和電感電流模擬信號AS22由A/D變換部723、724分別變換為數(shù)字信號DS12、DS22，并分別存儲到數(shù)據(jù)存儲器716、717中。
在這樣的電路結(jié)構(gòu)中，最好數(shù)字控制部70控制開關(guān)電路40的開關(guān)動作使從多個輸出電路501、502輸出的電壓變化幅度為最小。CPU711通過總線712從數(shù)據(jù)存儲器714～717中讀出數(shù)字數(shù)據(jù)DS11～DS22，進行必要的運算處理。
在圖10的實施例中，在對于1個開關(guān)輸出而具有多個輸出電路501、502的結(jié)構(gòu)中，具有比從多個輸出電路501、502供給的輸出電壓模擬信號AS11、AS12和電感電流模擬信號AS21、AS22的總數(shù)4少的2個A/D變換部721、722。另外，與2個A/D變換部721、722對應地只具有2個數(shù)據(jù)存儲器714、715。數(shù)字控制部70包括多路復用電路74。多路復用電路74將從多個輸出電路501、502供給的輸出電壓模擬信號AS11、AS12和電感電流模擬信號AS21、AS22以時分方式供給A/D變換部721、722。這樣，便可減少A/D變換部和數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)。
圖11的實施例具有多個包含開關(guān)電路40、輸出電路50和數(shù)字控制部70的電源電路。各電源電路的數(shù)字控制部70共用總線712，可以通過總線712相互收發(fā)電感電流數(shù)字信號。這樣，在額定輸出功率相等的多個開關(guān)電源裝置中，在各電源電路的電感電流值相等的方向，可以控制各開關(guān)電路40、40的開關(guān)動作。
各電源電路的數(shù)字控制部70、70通過相互收發(fā)電感電流數(shù)字信號，在額定輸出功率不同的多個開關(guān)電源裝置中，在實際的輸出功率值相對于各電源電路的額定輸出功率值的比例相同的方向，也可以控制各開關(guān)電路40、40的開關(guān)動作。
本發(fā)明除了圖示的具有開關(guān)電路40和輸出電路50的開關(guān)電源裝置外，對于其他電路結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源裝置也可以適用。另外，在圖9和圖10的實施例中，應組合的電源電路的數(shù)是任意的，在圖11的實施例中，開關(guān)電源裝置的數(shù)是任意的。
圖12是和表示進行負載端子電壓的推算的本發(fā)明的實施例的圖1相同的框圖。在圖12中，和圖1對應的部分標以相同的符號，并省略其說明。在圖1中，表示為Vo的直流輸出電壓，在本實施例中表示為V1。該直流輸出電壓V1通過從輸出端子OUT1、OUT2導向負載裝置Z的端子T1、T2的負載線W1、W2供給負載裝置Z。負載線W1、W2根據(jù)其長度、粗細和電阻率等而具有一定的直流電阻。在圖12中，將該直流電阻表示為集中電阻常數(shù)值R0。這時，在負載裝置Z的端子T1、T2之間實際發(fā)生的負載端子電壓V2為V2＝V1-I·R0這里，電流值I是流過電感53的電感電流，V1是開關(guān)電源裝置的輸出電壓，負載端子電壓V2可以在考慮負載線W1、W2的直流電阻R0后根據(jù)電感電流I和開關(guān)電源裝置的輸出電壓V1而進行推算。
在本實施例中，數(shù)字控制部70根據(jù)開關(guān)電源裝置的輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號以及上述推算的負載端子電壓信息計算決定開關(guān)電路40的接通時間和斷開時間以及根據(jù)需要決定開關(guān)周期的指令值。在本發(fā)明的實施例中，按照上述關(guān)系式V2＝V1-I·R0，根據(jù)負載線W1、W2的直流電阻R0和輸出電壓V1和輸出電流I推算負載端子電壓，所以，可以將加到負載裝置上的端子電壓值V2設(shè)定為控制目標。
此外，數(shù)字控制部70可以采用從外部輸入負載線W1、W2的直流電阻R0并且可以改變輸入的直流電阻值R0的結(jié)構(gòu)。因此，對于長度、粗細和電阻值等不同的負載線也可以將輸入的直流電阻值R0與實際使用的負載線W1、W2一致地設(shè)定，從而可以按接近實際的值推算負載裝置Z的負載端子電壓V2。在本實施例的情況下，在上述式(a)～(g)中，可以將推算電壓V2當作V0的項。
以上，對特定的實施例詳細地說明了本發(fā)明，但是，本發(fā)明并不限定這些實施例的細節(jié)，在權(quán)利要求所述的范圍內(nèi)可以進行若干變更或修改。因此，本發(fā)明僅限定權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源裝置，包括切換所輸入的功率而形成斷續(xù)的脈沖狀波形的開關(guān)輸出的開關(guān)電路、將上述開關(guān)輸出變換為直流而輸出的輸出電路和根據(jù)上述輸出電路的輸出控制上述開關(guān)電路的開關(guān)動作的數(shù)字控制部，其特征在于上述數(shù)字控制部接受從上述輸出電路輸出的電壓的輸出電壓模擬信號和從上述輸出電路輸出的電流的輸出電流模擬信號并將上述輸出電壓模擬信號和上述輸出電流模擬信號分別變換為輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號，至少根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值，根據(jù)上述指令值生成控制脈沖，并將上述控制脈沖供給上述開關(guān)電路，控制其開關(guān)動作，同時，上述數(shù)字控制部具有根據(jù)所得到的上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號推算向開關(guān)電源裝置輸入的電源輸入電壓的功能。
2.按權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號以及根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號推算的上述電源輸入電壓的信息計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值。
3.按權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部具有根據(jù)所推算的上述電源輸入電壓的信息判斷向開關(guān)電源裝置輸入的輸入電壓的功能。
4.一種開關(guān)電源裝置，包括切換所輸入的功率而形成斷續(xù)的脈沖狀波形的開關(guān)輸出的開關(guān)電路、將上述開關(guān)輸出變換為直流而輸出的輸出電路和根據(jù)上述輸出電路的輸出控制上述開關(guān)電路的開關(guān)動作的數(shù)字控制部，其特征在于上述數(shù)字控制部接受從上述輸出電路輸出的電壓的輸出電壓模擬信號和從上述輸出電路輸出的電流的輸出電流模擬信號并將上述輸出電壓模擬信號和上述輸出電流模擬信號分別變換為輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號，至少根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值，根據(jù)上述指令值生成控制脈沖，并將上述控制脈沖供給上述開關(guān)電路，控制其開關(guān)動作，同時，上述數(shù)字控制部具有根據(jù)所得到的上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號推算通過負載線與上述開關(guān)電源裝置連接的負載裝置的負載端子電壓的功能。
5.按權(quán)利要求4所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號以及根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號所推算的上述負載裝置的負載端子電壓的信息計算上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值。
6.按權(quán)利要求4或5所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部具有根據(jù)上述所推算的負載端子電壓的信息判斷負載裝置的負載端子電壓的功能。
7.一種開關(guān)電源裝置，包括切換所輸入的功率而形成斷續(xù)的脈沖狀波形的開關(guān)輸出的開關(guān)電路、將上述開關(guān)輸出變換為直流而輸出的輸出電路和根據(jù)上述輸出電路的輸出控制上述開關(guān)電路的開關(guān)動作的數(shù)字控制部，其特征在于上述數(shù)字控制部接受與從上述輸出電路輸出的輸出電壓和輸出電流中的至少一個對應的輸出模擬信號并將該輸出模擬信號變換為輸出數(shù)字信號，根據(jù)所得到的輸出數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值，根據(jù)上述指令值生成控制脈沖，并將上述控制脈沖供給上述開關(guān)電路，控制其開關(guān)動作，上述數(shù)字控制部中上述輸出模擬信號向輸出數(shù)字信號的變換與上述開關(guān)電路的開關(guān)動作的開關(guān)周期同步地以該開關(guān)周期中的相同的相位進行。
8.按權(quán)利要求1～7的任一項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部包括A/D變換部、數(shù)字信號處理部和脈沖生成部，上述A/D變換部將上述輸出模擬信號變換為輸出數(shù)字信號；上述數(shù)字信號處理部根據(jù)所得到的輸出數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值；上述脈沖生成部根據(jù)上述指令值生成上述控制脈沖。
9.按權(quán)利要求1～8的任一項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部進一步接收電源輸入電壓的模擬信號并將上述輸入電壓模擬信號變換為輸入電壓數(shù)字信號，根據(jù)所得到的輸入電壓數(shù)字信號和上述輸出數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值。
10.按權(quán)利要求1～9的任一項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部計算上述輸出電壓數(shù)字信號的平均電壓值和/或上述輸出電流數(shù)字信號的平均電流值，使用所計算的上述平均電壓值和/或上述平均電流值，利用記述電路狀態(tài)的狀態(tài)平均化方法計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值。
11.按權(quán)利要求10所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述輸出電路包括具有電感的整流平滑電路，上述數(shù)字信號處理部按電感電流連續(xù)的情況和不連續(xù)的情況分別進行它們各自的指令值運算處理。
12.按權(quán)利要求11所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部以上述開關(guān)電路的開關(guān)周期的整數(shù)倍為指令值計算周期進行計算，上述數(shù)字控制部至少按各指令計算周期進行從上述輸出模擬信號向輸出數(shù)字信號的變換。
13.按權(quán)利要求12所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部可以隨指令值運算方法的改變而改變控制系統(tǒng)的增益-相位特性。
14.按權(quán)利要求12所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部可以隨指令值運算周期的改變而改變控制系統(tǒng)的增益-相位特性。
15.按權(quán)利要求1～14的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述脈沖生成部具有根據(jù)從上述數(shù)字信號處理部供給的上述指令值設(shè)定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的裝置。
16.按權(quán)利要求1～15的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部可以通過改變上述指令值運算方法而將輸出特性設(shè)定為恒流特性、恒壓特性或恒定功率特性中的某一種特性。
17.按權(quán)利要求1～16的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部可以從外部輸入和改變上述指令值運算方法。
18.按權(quán)利要求1～17的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述輸出電路相對于1個開關(guān)輸出而具有多個。
19.按權(quán)利要求18所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部控制上述開關(guān)電路的開關(guān)動作使從上述多個輸出電路輸出的輸出電壓的電壓變化幅度成為最小。
20.按權(quán)利要求19所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述A/D變換部的數(shù)量少于從上述多個輸出電路供給的上述輸出電壓信號和輸出電流信號的總數(shù)，上述數(shù)字控制部包括多路復用電路，上述多路復用電路將從上述多個輸出電路供給的上述輸出電壓和輸出電流的模擬信號以時分方式供給上述A/D變換部。
21.按權(quán)利要求1～20的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述開關(guān)電路具有多個，用以將包含上述輸出電路和上述數(shù)字控制部的電源電路與上述輸出電路并聯(lián)連接；各電源電路的上述數(shù)字控制部通過相互收發(fā)上述輸出電流數(shù)字信號而在各電源電路的輸出電流值相等的方向控制上述開關(guān)電路的開關(guān)動作。
22.按權(quán)利要求1～20的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述開關(guān)電路具有多個，用以將包含上述輸出電路和上述數(shù)字控制部的電源電路與上述輸出電路并聯(lián)連接；各電源電路的上述數(shù)字控制部通過相互收發(fā)上述輸出電流數(shù)字信號而在實際的輸出功率值與各電源電路的額定輸出功率值的比例相等的方向控制上述開關(guān)電路的開關(guān)動作。
23.按權(quán)利要求1～22的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于上述數(shù)字控制部作為主要元素包括數(shù)字信號處理器。
24.一種開關(guān)電源裝置使用的控制開關(guān)動作的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于至少具有2個輸入端子、信號處理部和輸出端子，上述輸入端子設(shè)置在上述信號處理部，上述開關(guān)電源裝置的輸出電壓的模擬信號供給上述輸入端子中的一個端子，上述開關(guān)電源裝置的輸出電流的模擬信號供給上述輸入端子中的另一個端子；上述信號處理部將供給上述輸入端子的上述輸出電壓模擬信號和輸出電流模擬信號分別變換為輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號，至少根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值，并根據(jù)上述指令值生成控制脈沖，同時具有根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號推算電源輸入電壓的功能；上述輸出端子輸出上述控制脈沖。
25.按權(quán)利要求24所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號，以及根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號所推算的上述電源輸入電壓的信息，計算決定上述開關(guān)電源裝置的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值。
26.按權(quán)利要求24或25所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述信號處理部具有根據(jù)所推算的上述電源輸入電壓的信息判斷向開關(guān)電源裝置輸入的輸入電壓的功能。
27.一種開關(guān)電源裝置使用的控制開關(guān)動作的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于至少具有2個輸入端子、信號處理部和輸出端子，上述輸入端子設(shè)置在上述信號處理部，上述開關(guān)電源裝置的輸出電壓的模擬信號供給上述輸入端子中的一個端子，上述開關(guān)電源裝置的輸出電流的模擬信號供給上述輸入端子中的另一個端子；上述信號處理部將供給上述輸入端子的上述輸出電壓模擬信號和輸出電流模擬信號分別變換為輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號，至少根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值，并根據(jù)上述指令值生成控制脈沖，同時具有根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和輸出電流數(shù)字信號推算通過負載線與上述開關(guān)電源裝置連接的負載裝置的負載端子電壓的功能；上述輸出端子輸出上述控制脈沖。
28.按權(quán)利要求27所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號，以及根據(jù)上述輸出電壓數(shù)字信號和上述輸出電流數(shù)字信號推算的上述負載裝置的負載端子電壓的信息，計算決定上述開關(guān)電源裝置的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值。
29.按權(quán)利要求27或28所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述信號處理部具有根據(jù)上述所推算的負載端子電壓的信息判斷負載裝置的負載端子電壓的功能。
30.一種開關(guān)電源裝置使用的控制開關(guān)動作的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于具有輸入表示上述開關(guān)電源裝置的輸出的輸出模擬信號的輸入端子和輸出控制信號的輸出端子，將供給上述輸入端子的輸出模擬信號變換為輸出數(shù)字信號，根據(jù)所得到的輸出數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電源裝置的開關(guān)周期、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值，并根據(jù)上述指令值生成脈沖，從上述輸出端子輸出上述脈沖，上述輸出模擬信號向輸出數(shù)字信號的變換與上述開關(guān)電路的開關(guān)動作的開關(guān)周期同步地以該開關(guān)周期中的相同相位進行。
31.按權(quán)利要求24～30的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于包括A/D變換部、數(shù)字信號處理部和脈沖生成部，上述A/D變換部將上述模擬信號變換為數(shù)字信號；上述數(shù)字信號處理部根據(jù)所得到的數(shù)字信號計算決定上述開關(guān)電源裝置的開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值；上述脈沖生成部根據(jù)上述指令值生成脈沖。
32.按權(quán)利要求24～31的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部計算上述輸出數(shù)字信號的平均值，使用計算出的上述平均值，利用記述電路狀態(tài)的狀態(tài)平均化方法計算決定上述開關(guān)電路的開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值。
33.按權(quán)利要求24～32的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部的指令值運算周期是開關(guān)周期的整數(shù)倍。
34.按權(quán)利要求24～33的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部可以隨指令值運算方法的改變而改變控制系統(tǒng)的增益—相位特性。
35.按權(quán)利要求24～33的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部可以隨指令值運算周期的改變而改變控制系統(tǒng)的增益—相位特性。
36.按權(quán)利要求24～35的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述脈沖生成部具有根據(jù)從上述數(shù)字信號處理部供給的上述指令值設(shè)定上述開關(guān)電源裝置的開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一個的裝置。
37.按權(quán)利要求24～36的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部可以通過改變上述指令值運算方法而將輸出特性設(shè)定為恒流特性、恒壓特性或恒定功率特性中的某一種特性。
38.按權(quán)利要求24～37的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述數(shù)字信號處理部可以從外部輸入和改變上述指令值運算方法。
39.按權(quán)利要求24～38的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述數(shù)字控制裝置包括多路復用電路，上述多路復用電路將供給上述輸入端子的模擬信號以時分方式供給上述A/D變換部，上述A/D變換部的數(shù)量少于供給上述多路復用電路的模擬信號的總數(shù)。
40.按權(quán)利要求24～39的任一權(quán)項所述的開關(guān)電源裝置用數(shù)字控制裝置，其特征在于上述數(shù)字控制裝置作為主要元素包括數(shù)字信號處理器。
全文摘要
提供采用數(shù)字控制方式的新的開關(guān)電源裝置。該開關(guān)電源裝置包括切換輸入功率的開關(guān)電路40、將開關(guān)輸出變換為直流而輸出的輸出電路50和數(shù)字控制部70。數(shù)字控制部70輸入輸出電壓模擬信號AS1和輸出電流模擬信號AS2,并將輸入的兩模擬信號AS1、AS2變換為數(shù)字信號。并且,根據(jù)兩數(shù)字信號計算決定主開關(guān)42的開關(guān)頻率、接通時間或斷開時間中的至少一個的指令值。根據(jù)該指令值控制主開關(guān)42的開關(guān)動作。另外,根據(jù)信號AS1、AS2的數(shù)字信號推算電源輸入電壓或負載端子電壓信息。
文檔編號H02M3/335GK1198267SQ97190960
公開日1998年11月4日 申請日期1997年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月24日
發(fā)明者松井信行, 三浦幸一郎, 前山繁隆, 竹下隆晴 申請人:Tdk株式會社, 松井信行