JPH03218505A - 電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は直流電源から出力される直流電力を電力増幅回
路を介して負荷へ供給するとともに電力増幅回路から出
力される出力電圧および出力電流を予め与えられた電圧
・電流特性曲線に従って制御する電力増幅装置に関する
。

（従来の技術） 直流電源から負荷へ直流電力を供給するときに、負荷容
量や負荷種類に応じて出力電圧および出力電流を予め該
当負荷に応じて与えられた電圧・電流特性に従って制御
する必要がある場合がある。

このような機能を有する電源装置として第３図に示す電
力増幅装置が一般に採用されている。例えば、バッテリ
からなる直流電源１から出力された直流電力は電力増幅
回路２を介して負荷３へ供給される。この電力増幅回路
２は、トランジスタ，パワーＭＯＳ−ＦＥＴ等を使用し
たインバータ，シリーズレギュレータまたはＢ級増幅回
路等で構成されている。

電力増幅回路２から負荷３へ供給される直流電力の出力
電圧は、電力増幅回路２の出力端子間に接続された一対
の抵抗４ａ，４ｂからなる電圧検出器４で検出される。

また、前記直流電力の出力電流は、負荷３への電流路に
取付けられた変流器等で構成された電流検出器５で検出
される。電圧検出器４で検出された電圧検出値ＶＳは制
御演算回路６へ入力され、電流検出器５で検出された電
流検出値ｉ５は基準値生成回路７へ入力される。

基準値生成回路７内には、第４図に示すような電圧・電
流特性曲線が記憶されている。この電圧・電流特性曲線
は接続される負荷３の負荷容量や負荷種類に応じて予め
設定された特性曲線である。

すなわち、負荷３に印加される直流電力はこの電圧・電
流特性曲線に従って、その電圧値，電流値が制御される
必要がある。したがって、この基準値生成回路７は、電
流検出器５から電流検出値ｉ５が入力すると、第４図に
示す電圧・電流特性曲線から該当電流検出値ｉｓに対応
する電圧値を電圧基準値ｖ８として求めて次の制御演算
回路６へ送出する。

制御演算回路６は、図示するように、例えば減算器６ａ
と増幅器６ｂとで構成されており、前記電圧検出器４か
ら入力された電圧検出値ｖ５と基準値生成回路７から入
力された電圧基準値ｖ　１１とを比較して、これらの差
電圧値（Ｖ”　　Ｖｓ）が最小になるように、比例積分
等の制御演算を実行して、制御値ＥＣを求めて、電力増
幅回路２へ印加する。したがって、電力増幅回路２、各
検出器４，５、基準値生成回路７および制御演算回路６
は閉じた制御ループを構成するので、負荷３へ供給され
る直流電力の電圧値は常時電圧・電流特性曲線に従った
電圧基準値■１に制御される。その結果、負荷３へ供給
される直流電力は第４図に示した電圧・電流特性曲線に
従って制御される。

しかしながら、第３図に示すように構成された電力増幅
装置においてもまだ改良べき次のような問題がある。

すなわち、例えばモータ等の負荷３の出力値が変化する
と、負荷３へ供給する直流電力におけるに電流値ｉ５も
変化する。よって、電流値ｉ５が変化すると、第４図に
示した電圧・電流特性曲線に従って、制御演算回路６へ
入力される電圧基準値ｖ”も変化する。

しかし、例えば第４図の電圧・電流特性曲線のＡ点で負
荷３を運転する場合には、電流検出器５にて検出された
電流検出値ｉ５の変化量Δｉに比較して、電圧基準値ｖ
８の変化量Δ■が格段に大きいので、電流検出値ｉｓが
少なく変動したとしても制御演算回路６へ入力される電
圧基準値ｖ　Ｉ１は大きく変動する。したがって、制御
演算回路６を含む前述した制御ループのゲインが非常に
大きくなり、不安定になる。よって、最悪の場合、発振
状態に陥り、負荷３に供給される直流電力が与えられた
電圧・電流特性曲線に従って正常に制御されないのみな
らず、負荷３に悪影響を与えたり、装置全体の発熱量が
増大する問題が生じる。よって、電力増幅装置全体の信
頼性が低下する懸念がある。

（発明が解決しようとする課一） このように、従来の電力増幅装置においては、与えられ
た電圧・電流特性曲線における特性が急激に変化する近
傍では負荷を正常に制御できない問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
与えられた電圧・電流特性曲線上の運転位置に応じて、
電流変化量を制御するか電圧変化量を制御するかを重み
付けで切換えることにより、電圧・電流特性曲線上のど
の位置においても負荷を正常に制御でき、常時安定した
制御特性が得られ、信頼性を大幅に向上できる電力増幅
装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解消するために本発明は、直流電源から出力
される直流電力を電力増幅回路を介して負荷へ供給する
とともに前記電力増幅回路から出力される出力電圧およ
び出力電流を予め与えられた電圧・電流特性曲線に従っ
て制御する電力増幅装置において、 電力増幅回路から出力される直流電力の出力電圧を検出
する電圧検出器と、電力増幅回路から出力される直流電
力の出力電流を検出する電流検出器と、電圧検出器にて
検出された電圧検出値に対応する電流基準値および電流
検出器にて検出された電流検出値に対応する電圧基準値
を電圧・電流特性曲線より求める基準値生成回路と、こ
の基準値生成回路にて求められた電圧基準値と電圧検出
値との差電圧値を求めてこの差電圧値に電圧・電流特性
曲線に基いて設定された該当電圧基準値に対応する重み
を乗算する電圧誤差検出回路と、基準値生成回路にて求
められた電流基準値と電流検出値との差電流値を求めて
この差電流値に電圧・電流特性曲線に基いて設定された
該当電流基準値に対応する重みを乗算する電流誤差検出
回路と、この電流誤差検出回路および電圧誤差検出回路
から出力されたそれぞれ重みが乗算された差電圧値と差
電流値とを加算して加算値に基いて電力増幅回路を制御
する制御演算回路とを備えたものである。

（作用） このように構成された電力増幅装置であれば、電力増幅
回路から負荷へ供給される直流電力にから検出された電
圧検出値および電流検出値にそれぞれ対応する電流基準
値および電圧基準値が基準値生成回路から出力され、こ
の各基準値と実際の検出値との各差値が算出される。そ
して、各差値は該当基準値に対応する重みが乗算される
。そして、重みが乗算された各差値を加算した値でもっ
て電力増幅回路が制御される。

この場合、各差値を加算する重みの値は電圧・電流特性
曲線に基いて設定される。例えば、電流検出値の変化量
に対する電圧基準値の変化量が大きい電圧基準値に対し
てはその重みを小さく設定し、電流検出値の変化量に対
する電圧基準値の変化量が小さい電圧基準値に対しては
その重みを大きく設定する。また、電圧検出値の変化量
に対する電流基準値の変化量が大きい電流基準値に対し
てはその重みを小さく設定し、電圧検出値の変化量に対
する電流基準値の変化量が小さ，い電流基準値に対して
はその重みを大きく設定する。

各差値を加算した場合における各差値の制御値に対する
寄与度は、小さい重みが乗算された差値の方が大きい重
みが乗算された差値に比較して小さいので、結果的に電
圧・電流特性曲線を特性の変化度合いに対応して分割し
て使用することになるので、電圧・電流特性曲線全域に
亘って安定した直流電力を供給できる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の電力増幅装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。例えばバッチリからなる直流電源ｌ１から
出力された直流電力は電力増幅回路１２を介して負荷ｌ
３へ供給される。この電力増幅回路１２は、第３図に示
した電力増幅回路２と同一構成を有しており、トランジ
スタ，パワーＭＯＳ−ＦＥＴ等を使用したインバータ，
シリーズレギュレータまたはＢ級増幅回路等で構成され
ている。

電力増幅回路１２から負荷１３へ供給される直流電力の
出力電圧は、電力増幅回路１２の出力端子間に接続され
た一対の抵抗１４ａ，１４ｂからなる電圧検出器１４で
検出される。また、前記直流電力の出力電流は、負荷１
３への電流路に取付けられた変流器等で構成された電流
検出器１５で検出される。電圧検出器１４で検出された
電圧検出値ｖ５は電圧誤差検出回路１６へ人力され、電
流検出器１５で検出された電流検出値ｉ５は電流誤差検
出回路１７へ入力される。また、各検出器１４．１５で
検出された電圧検出値Ｖ５および電流検出値ｉ５は基準
値生成回路１８へ入力される。

基準値生成回路１８内には、第２図に示すような電圧・
電流特性曲線が記憶されている。そして、この基準値生
成回路１８は、電流検出器１５から電流検出値ｉ，が入
力すると、第２図に示す電圧・電流特性曲線から該当電
流検出値ｆ４，に対応する電圧値を電圧基準値ｖ″とし
て求めて次の電圧誤差検出回路１６へ送出する。さらに
、基準値生成回路１８は、電圧検出器ｌ４から電圧検出
値ｖｓが人力すると、前記電圧・電流特性曲線から該当
電流検出値Ｖ，に対応する電流値を電流基準値１１とし
て求めて次の電流誤差検出回路ｌ７へ送出する。

電圧誤差検出回路１６は、例えば減算器１６ａと乗算器
１６ｂとで構成されている。そして、乗算器１６ｂ内に
は第２図に示すような電圧誤差重み関数が記憶されてい
る。そして、基準値生成回路１７から入力された電圧基
準値ｖ１と電圧検出器１４から入力された電圧検出値Ｖ
ｓとの差電圧値（Ｖ”　−Ｖｓ　）を算出して、この差
電圧値（ｖ’　−ｖｓ　）に、電圧誤差重み関数から求
めた該当電圧基準値ｖ　１１に対応する重みＷｖを乗算
する。そして乗算された差電圧値Ｗｙ　　（ｖ”　−Ｖ
５　）を制御演算回路１９へ送出する。

一方、電流圧誤差検出回路１７も、減算器１７ａと乗算
器１７ｂとで構成されている。そして、乗算器１７ｂ内
には第２図に示すような電流誤差重み関数が記憶されて
いる。そして、基準値生成回路ｌ７から入力された電流
基準値ｉ′″と電流検出器１５から入力された電流検出
値ｉｓとの差電流値（ｉ”　　ｉｓ）を算出して、この
差電流値（ｉ”　　ｉｓ）に、電流誤差重み関数から求
めた該当電流基準値ｉＩＩに対応する重みＷ，を乗算す
る。そして乗算された差電流値ＷＩ　（ｉ”−ｉｓ　）
を制御演算回路１９へ送出する。

前記電圧誤差重み関数においては、第２図に示すように
、電流検出値ｉ５の変化量に対する電圧基準値ｖ１の変
化量が小さい場合、重みＷｖは大きく設定されており、
逆に電流検出値ｉ５の変化量に対する電圧基準値ｖ８の
変化量が大きい場合、重みＷｖは小さく設定されている
。

同様に、電流誤差重み関数においては、電圧検出値ｖｓ
の変化量に対する電流基準値Ｉ　ＩＩの変化量が小さい
場合は重みＷ，は大きく設定されており、逆に電圧検出
値ＶＳの変化量に対する電圧基準値１１の変化量が大き
い場合は重みＷ，は小さく設定されている。

例えば、電圧・電流特性曲線上の電圧の変化度合いが大
きいＢ点における各重みＷｖＢ，ＷＩＢは図示するよう
に、電圧誤差に対応する重みＷｖＢより電流誤差に対応
する重みＷＩＢが大きくなる。

制御演算回路１９は、図示するように、例えば加算器１
９ａと増幅器１９ｂとで構成されており、電圧誤差検出
回路１６から出力された差電圧値Ｗｙ　　（ｖ”−ｖｃ
，）と電流誤差検出回路１７から出力された差電流値Ｗ
，（ｉ’″−ｉｓ）とを加算し、 Ａ＝Ｗｖ　　（ｖ”　　　Ｖ５　）＋Ｗｔ　　（ｉ”　
　−ｉｓ　）その加算値Ａが最小になるように、比例積
分等の制御演算を実行して制御値ＥＣを求めて、電力増
幅回路１２へ印加する。したがって、電力増幅回路１２
、各検出器１４，１５、基準値生成回路１８、各誤差検
出回路１６．１７、および制御演算回路１９は閉じた制
御ループを構成するので、負荷１３へ供給される直流電
力の電圧値および電流値は常時電圧・電流特性曲線に従
った電圧基準値ｖ８および電流基準値ｉゝに制御される
。その結果、負荷１３へ供給される直流電力は第２図に
示した電圧・電流特性曲線に従って制御される。

次に、このように構成された電力増幅装置の動作を第２
図を用いて説明する。

いま、負荷１３の負荷条件により、電圧・電流特性曲線
上のＣ点で運転する場合を考える。この場合、電流変化
に対して電圧変化は非常に小さいので、電流誤差重み関
数の値Ｗｌはほぼ０である。

逆に電圧誤差重み関数の値Ｗｖは大きな値でほぼ一定値
である。すなわち、この条件においては、制御演算回路
１９から電力増幅回路１２へ印加される制御値Ｅ。はほ
とんど電圧誤差検出回路１６から出力された差電圧値Ｗ
ｖ　（ｖ”−ｖ５）にて定まる。前述したようにこのＣ
点近傍では電圧基準値ｖ８は大きく変化しないので、負
荷１３へ供給される直流電力はほぼ定電流制御され、安
定した電力制御が得られる。

一方、負荷１３の負荷条件が変化して、第２図の電圧・
電流特性曲線上のＤ点で運転する場合を考える。この場
合、電圧変化に対して電流変化は非常に小さいので、電
圧誤差重み関数の値Ｗｖはほほ０である。逆に電流誤差
重み関数の値Ｗ．は大きな値でほぼ一定値である。すな
わち、この条件においては、制御演算回路１９から電力
増幅回路１２へ印加される制御値ＥＣはほとんど電流誤
差検出回路１７から出力された差電流値Ｗ（’ｉ”　　
ｉｓ）にて定まる。前述したようにこのＤ点近傍では電
圧基準値ｖ８は大きく変化するが、電流基準値１８はあ
まり変化しないので、負荷１３へ供給される直流電力は
ほぼ定電圧制御される。よって、この場合も安定した電
力制御が得られる。

こように、負荷１３の負荷条件によって、電圧・電流特
性曲線上のどの位置で運転するかによって、電流制御が
主流になるか電圧制御が主流になるかをそれぞれ重みを
付加することによって使い分けている。

したがって、たとえ運転位置が第４図に示すＡ点近傍に
設定されたとして゛も、制御ループのゲインが大幅に上
昇することが回避されるので、発振現象が生じることを
確実に防止できる。

よって、負荷１３の特性等によって予め与えられた電圧
・電流特性曲線上の全域に亘って安定な直流電力を負荷
１３へ供給することができる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明の電力増幅装置によれば、与
えられた電圧・電流特性曲線上の運転位置に応じて、電
流変化量を主に制御するか電圧変化量を主に制御するか
を重み付けで切換えるようにしている。したがって、電
圧・電流特性曲線上のどの運転位置においても負荷に供
給する直流電力の電圧および電流を前記電圧・電流特性
曲線に従って正確に制御でき、常時安定した制御特性が
得られ、装置全体の信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる電力増幅装置の概略
構成を示すブロック図、第２図は同実施例装置における
電圧・電流特性曲線および各誤差重み関数を示す図、第
３図は従来の電力増幅装置の概略構成を示すブロック図
、第４図は負荷に印加する直流電力の電圧・電流特性曲
線図である。 １１・・・直流電源，１２・・・電力増幅回路、１３・
・・負荷、１４・・・電圧検出器、１５・・・電流検出
器、１６・・・電圧誤差検出回路、１７・・・電流誤差
検出回路、・１８・・・基準値生成回路、１９・・・制
御演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流電源から出力される直流電力を電力増幅回路を介し
   て負荷へ供給するとともに前記電力増幅回路から出力さ
   れる出力電圧および出力電流を予め与えられた電圧・電
   流特性曲線に従って制御する電力増幅装置において、 前記電力増幅回路から出力される直流電力の出力電圧を
   検出する電圧検出器と、前記電力増幅回路から出力され
   る直流電力の出力電流を検出する電流検出器と、前記電
   圧検出器にて検出された電圧検出値に対応する電流基準
   値および前記電流検出器にて検出された電流検出値に対
   応する電圧基準値を前記電圧・電流特性曲線より求める
   基準値生成回路と、この基準値生成回路にて求められた
   電圧基準値と前記電圧検出値との差電圧値を求めてこの
   差電圧値に前記電圧・電流特性曲線に基いて設定された
   該当電圧基準値に対応する重みを乗算する電圧誤差検出
   回路と、前記基準値生成回路にて求められた電流基準値
   と前記電流検出値との差電流値を求めてこの差電流値に
   前記電圧・電流特性曲線に基いて設定された該当電流基
   準値に対応する重みを乗算する電流誤差検出回路と、こ
   の電流誤差検出回路および前記電圧誤差検出回路から出
   力されたそれぞれ重みが乗算された差電圧値と差電流値
   とを加算して加算値に基いて前記電力増幅回路を制御す
   る制御演算回路とを備えたことを特徴とする電力増幅装
   置。