特許 7374166 電圧制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-26

(45)【発行日】2023-11-06

(54)【発明の名称】電圧制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/56 20060101AFI20231027BHJP

【ＦＩ】

G05F1/56 310C

【請求項の数】 5

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021211957

(22)【出願日】2021-12-27

(65)【公開番号】P2022105308

(43)【公開日】2022-07-13

【審査請求日】2022-02-14

(31)【優先権主張番号】109147016

(32)【優先日】2020-12-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】505441638

【氏名又は名称】致茂電子股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｃｈｒｏｍａ Ａｔｅ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100159905

【弁理士】

【氏名又は名称】宮垣 丈晴

(72)【発明者】

【氏名】蘇 嗣傑

(72)【発明者】

【氏名】曾 偉晉

(72)【発明者】

【氏名】王 志賢

(72)【発明者】

【氏名】蔡 ▲しい▼萍

(72)【発明者】

【氏名】陳 文智

(72)【発明者】

【氏名】胡 桂誠

【審査官】町田 舞

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１４６３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９２２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１１２５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２３１９９７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｆ １／００－７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源を制御するための電圧制御方法であって、
現在のゲイン値に関連する現在の出力電圧値を得るステップと、
所定のデューティ比に関連する所定の出力電圧値を得るステップと、
前記所定のデューティ比に対応する目標ゲイン値をゲイン値計算式に従って計算するステップと、
バッファゲイン値を生成するために、前記現在のゲイン値及び前記目標ゲイン値に対して重み計算を行うステップと、
前記バッファゲイン値に従って出力電圧コマンドを設定するステップと
を含み、前記バッファゲイン値は、前記現在のゲイン値と前記目標ゲイン値との間にある、電圧制御方法。

【請求項2】

前記所定のデューティ比に対応する前記目標ゲイン値を前記ゲイン値計算式に従って計算する前記ステップにおいて、
前記目標ゲイン値が第一の閾値より低いか又は第二の閾値より高いかを特定するステップと、
前記目標ゲイン値が前記第一の閾値より低い場合、前記目標ゲイン値を前記第一の閾値に設定するステップと、
前記目標ゲイン値が前記第二の閾値より高い場合、前記目標ゲイン値を前記第二の閾値に設定するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の電圧制御方法。

【請求項3】

前記電源の誘導電流を検出するステップと、
前記誘導電流の変化が第三の閾値より大きい場合、優先度コマンドを生成するステップと、
前記優先度コマンドが存在する場合、前記出力電圧コマンドを前記第二の閾値に従って設定するステップと
をさらに含む、請求項２に記載の電圧制御方法。

【請求項4】

前記バッファゲイン値を生成するために、前記現在のゲイン値及び前記目標ゲイン値に対して前記重み計算を行う前記ステップにおいて、
前記現在のゲイン値に第一の重み値を提供するステップと、
前記目標ゲイン値に第二の重み値を提供するステップと
をさらに含み、
前記第一の重み値は、前記第二の重み値より大きい、請求項１に記載の電圧制御方法。

【請求項5】

前記バッファゲイン値は、前記第一の重み値と前記現在のゲイン値との積と、前記第二の重み値と前記目標ゲイン値との積との合計と等しい、請求項４に記載の電圧制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、２０２０年１２月３１日に出願された台湾特許出願公開第１０９１４７０１６号明細書に対する優先権を主張するものであり、この出願の内容全体が参照によって本願に援用される。

【0002】

本発明は、電圧制御方法に関し、より詳細には、ゲインが動的に調整され得る電圧制御方法に関する。

【背景技術】

【0003】

負荷に安定な出力電圧を提供するために、従来の電源システムは、通常、フィードバック機構を用いて出力電圧をモニタする。例えば、出力電圧を基準電圧に追従させることが一般的であり、それにより、出力電圧は、より制御可能となる。一般的に、重負荷状態での出力電圧の効率を保持するために、従来の電源システムは、より大きいゲイン値を使用することを選択する。しかしながら、幾つかの利用状況、例えば軽負荷状態又は浮動状態では、より大きいゲイン値を使用すると、その結果として低い出力電圧においてかなりのリップルが生じる。前記リップルは、電源システムが顧客の仕様を満たせなくなる原因となり得る。逆に、より小さいゲインを選択してリップル問題を解消しようとすると、重負荷が突然加わった場合に過渡応答が不十分になるという別の問題があり得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、業界は、ゲイン値を動的に調整して、異なる負荷タイプに適応し、低出力電圧の安定性及び重負荷での高い過渡応答速度を得ることのできる新規な電圧制御方法を必要としている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、低電圧出力中にゲイン値を動的に調整することによってリップル問題を改善することができ、且つ負荷に高い出力電圧が必要となったときに過渡応答速度を増大することもできる電圧制御方法を提供する。

【0006】

本発明は、電源を制御するための電圧制御方法を提供する。電圧制御方法は、現在のゲイン値に関連する現在の出力電圧値を得るステップと、所定のデューティ比に関連する所定の出力電圧値を得るステップと、所定のデューティ比に対応する目標ゲイン値をゲイン値計算式に従って計算するステップと、バッファゲイン値を生成するために、現在のゲイン値及び目標ゲイン値に対して重み計算を行うステップと、バッファゲイン値に従って出力電圧コマンドを設定するステップとを含む。バッファゲイン値は、現在のゲイン値と目標ゲイン値との間にある。

【0007】

幾つかの実施形態において、電圧制御方法は、所定のデューティ比に対応する目標ゲイン値をゲイン値計算式に従って計算するステップにおいて、目標ゲイン値が第一の閾値より低いか又は第二の閾値より高いかを特定するステップと、目標ゲイン値が第一の閾値より低い場合、目標ゲイン値を第一の閾値に設定するステップと、目標ゲイン値が第二の閾値より高い場合、目標ゲイン値を第二の閾値に設定するステップとをさらに含み得る。その他に、電圧制御方法は、電源の誘導電流を検出するステップと、誘導電流の変化が第三の閾値より大きい場合、優先度コマンドを生成するステップと、優先度コマンドが存在する場合、出力電圧コマンドを第二の閾値に従って設定するステップとをさらに含み得る。

【0008】

幾つかの実施形態において、電圧制御方法は、バッファゲイン値を生成するために、現在のゲイン値及び目標ゲイン値に対して重み計算を行うステップにおいて、現在のゲイン値に第一の重み値を提供するステップと、目標ゲイン値に第二の重み値を提供するステップとをさらに含み得る。第一の重み値は、第二の重み値より大きいことができる。その他に、バッファゲイン値は、第一の重み値と現在のゲイン値との積と、第二の重み値と目標ゲイン値との積との合計と等しいことができる。

【0009】

要約すれば、本発明によって提供される電圧制御方法は、低電圧出力中にゲインを動的に調整して、ゲイン値の瞬間的変化を低減させ、それによりリップル問題を改善することができる。加えて、本発明の電圧制御方法は、電源が重負荷下で動作しているか否かを検出することもできる。電源が重負荷下で動作していれば、より高いゲイン値を設定して過渡応答速度を高めるための優先度コマンドを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態による電圧制御方法を用いた電源のブロック図である。

【0011】

【図2】本発明の実施形態による、ゲイン値とデューティ比との間の対応する関係の概略図である。

【0012】

【図3】本発明の実施形態による電圧制御方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の特徴、目的及び機能を以下にさらに開示する。しかしながら、これは、本発明の考え得る実施形態の数例にすぎず、本発明の範囲は、それに限定されず、すなわち、本発明の請求項に従ってなされる均等な変更形態及び改良形態も依然として本発明の主題である。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、それは、本発明の別の実施可能性と考えるべきである。

【0014】

図１を参照されたく、図１は、本発明の実施形態による電圧制御方法を使用した電源のブロック図である。図１に示されるように、本発明の電圧制御方法は、電源１等の電源システムに応用することができる。電源１は、制御ユニット１０と、電圧出力ユニット１２と、電圧測定ユニット１４と、誘導電流測定ユニット１６とを含み得る。ここで、制御ユニット１０は、電圧出力ユニット１２、電圧測定ユニット１４及び誘導電流測定ユニット１６にそれぞれ電気的に接続され得る。ある例において、電圧出力ユニット１２は、降圧型コンバータ又は他のＰＷＭ電圧コンバータであり得る。電圧出力ユニット１２の出力段は、負荷（図示せず）に接続することができる。電圧測定ユニット１４は、電圧出力ユニット１２によって負荷に出力される電圧値を測定するために使用され、これは、現在の出力電圧値Ｖｏとして表現され得る。加えて、誘導電流測定ユニット１６は、電圧出力ユニット１２内に配置されるか又は電圧出力ユニット１２に電気的に接続されて、電圧出力ユニット１２内の誘導電流（例えば、電圧出力ユニット１２のパワーレベル）を測定する。

【0015】

当業者であれば、電圧出力ユニット１２が、制御ユニット１０の制御電圧に従ってデューティ比を切り替えて、出力電圧を特定し得ることを理解するはずである。実際には、制御ユニット１０は、電源１の外部から所定の出力電圧値Ｖｒｅｆを受け取り、電圧測定ユニット１４から現在の出力電圧値Ｖｏを得ることができる。制御電圧は、所定の出力電圧値Ｖｒｅｆと現在の出力電圧値Ｖｏとの差によって特定することができる。従来、電圧出力ユニットのループゲインは、変化しないが、この実施形態における電圧出力ユニット１２のループゲインは、動的に調整することができる。ある例において、電圧出力ユニット１２は、ゲイン値計算式を記憶し得、ゲイン値計算式は、ルックアップテーブル又は線型方程式であり得るが、それは、この実施形態において限定されない。電圧出力ユニット１２がループゲインをどのように調整するかを説明するために、図１及び図２を一緒に参照されたい。図２は、本発明の実施形態によるゲイン値とデューティ比との間の対応する関係の概略図である。電圧出力ユニット１２がそれ以前の時点で現在の出力電圧値Ｖｏを出力していれば、現在の出力電圧値Ｖｏを生成するための電圧出力ユニット１２の対応するデューティ比がわかるはずである。例えば、現在の出力電圧値Ｖｏを生成するための電圧出力ユニット１２の対応するデューティ比は、ｒ２である。図２に示されるゲイン値とデューティ比との間の対応する関係（ゲイン値計算式）に基づいて、デューティ比がｒ２であれば、対応するゲイン値は、ｋ１である（現在のゲイン値）と推定することができる。

【0016】

次に、電圧出力ユニット１２が次の時点で制御電圧から所定の出力電圧値Ｖｒｅｆを得ることができると仮定すると、所定の出力電圧値Ｖｒｅｆに対応するデューティ比（所定のデューティ比）、例えばｒ３も計算することができる。同様に、図２に示されるゲイン値とデューティ比との間の対応する関係（ゲイン値計算式）によれば、デューティ比がｒ３であれば、対応するゲイン値は、ｋ２である（目標ゲイン値）と推定することができる。しかしながら、この実施形態の電圧出力ユニット１２は、次の時点のループゲインをｋ２に直接調整しない。その理由は、ゲイン値ｋ１をゲイン値ｋ２に直接変化させると、ゲイン値が急激に変化し、それによって電圧出力ユニット１２によって提供される出力電圧の波形が不安定となり、明らかなリップルとなるからである。したがって、この実施形態の電圧出力ユニット１２は、重み付けされたゲイン値ｋｘ（バッファゲイン値）を生成するために、ゲイン値ｋ１（現在のゲイン値）及びゲイン値ｋ２（目標ゲイン値）に対して重み計算を行う。ある例において、電圧出力ユニット１２は、ゲイン値ｋ１に重み値ａ１（第一の重み値）を付与し、ゲイン値ｋ２に他の重み値ａ２（第二の重み値）を付与し得る。この時点で、重み付けされたゲイン値ｋｘは、重み計算のための以下の式（１）として表現することができる。
ｋｘ＝ａ１^＊ｋ１＋ａ２^＊ｋ２ （１）

【0017】

上式（１）から、重み付けされたゲイン値ｋｘは、重み値ａ１（第一の重み値）とゲイン値ｋ１（現在のゲイン値）との積と、重み値ａ２（第二の重み値）とゲイン値ｋ２（目標ゲイン値）との積との合計であることがわかり得る。重み値ａ１及び重み値ａ２を０～１から選択することができ、重み値ａ１及び重み値ａ２の合計が１と等しいと仮定すると、重み付けされたゲイン値ｋｘ（バッファゲイン値）は、ゲイン値ｋ１（現在のゲイン値）とゲイン値ｋ２（目標ゲイン値）との間となる。実際には、重み付けされたゲイン値ｋｘが大きく変化しすぎないようにするために、重み値ａ１を重み値ａ２より大きくすることができる。例えば、重み値ａ１は、０．９であり得、重み値ａ２は、０．１であり得、それにより、重み付けされたゲイン値ｋｘは、ゲイン値ｋ１に近くなる。ある例において、電圧出力ユニット１２は、重み付けされたゲイン値ｋｘ（バッファゲイン値）に基づいて、次の時点で負荷に対して出力すべき出力電圧を生成するための出力電圧コマンドを設定する。

【0018】

特筆すべき点として、デューティ比をゲイン値計算式に代入すると、ゲイン値は、実際に上限及び下限を有し得、これは、デューティ比の変化を完全に反映しないことがあり得る。例えば、図２に示されるゲインとデューティ比との間の対応する関係（ゲイン値計算式）から、デューティ比がｒ１未満であれば、ゲイン値は、下限のゲイン値ｋ０（第一の閾値）に限定されることがわかり得る。反対に、デューティ比がｒ４より大きいと、ゲイン値は、上限のゲイン値ｋ３（第二の閾値）に限定される。電圧出力ユニット１２がそれ以前の時点で現在の出力電圧値Ｖｏを出力していると仮定すると、現在の出力電圧値Ｖｏは、デューティ比ｒ２及び現在のゲイン値ｋ１に対応する。この時点で、電圧出力ユニット１２が、所定の出力電圧値Ｖｒｅｆに対応するデューティ比がｒ０であると計算した場合、デューティ比ｒ０は、当初のゲイン値計算式に従って目標ゲイン値ｋａに対応するように計算されるはずである。しかしながら、目標ゲイン値ｋａは、下限のゲイン値ｋ０より低いため、ゲイン値は、ｋ０に直接限定され、すなわち、電圧出力ユニット１２は、目標ゲイン値をゲイン値ｋ０に設定する。したがって、重み付けされたゲイン値ｋｘは、重み計算のための以下の式（２）として表現することができる。
ｋｘ＝ａ１^＊ｋ１＋ａ２^＊ｋ０ （２）

【0019】

同様に、電圧出力ユニット１２が、所定の出力電圧値Ｖｒｅｆに対応するデューティ比がｒ５であると計算すると仮定すると、当初のゲイン値計算式により、目標ゲイン値ｋｂに対応するデューティ比ｒ５が計算されるはずである。しかしながら、目標ゲイン値ｋｂは、上限のゲイン値ｋ３より高いため、ゲイン値は、直接ｋ３に限定され、すなわち、電圧出力ユニット１２は、目標ゲイン値をゲイン値ｋ３に設定する。したがって、重み付けされたゲイン値ｋｘは、重み計算のための以下の式（３）として表現することができる。
ｋｘ＝ａ１^＊ｋ１＋ａ２^＊ｋ３ （３）

【0020】

上記の例から、ゲイン値計算式は、ゲイン値とデューティ比との間の対応する関係であり、これは、図２の傾斜線の勾配として見ることもできることがわかり得、この実施形態は、ここで、勾配の値を限定しない。加えて、この実施形態は、下限のゲイン値又は上限のゲイン値を限定せず、当業者であれば、それらを自由に選択することができる。一般的に、重み計算を用いて重み付きのゲイン値を得る上記の例は、電源１が軽負荷又は無負荷で動作する場合の応用により適している。電源１が突然重負荷下で動作すると（例えば、大きい電流を引き出す）、電圧出力ユニット１２は、重み計算をもはや使用しなくてもよい。実際には、電源１が突然重負荷下で動作すると、誘導電流測定ユニット１６は、誘導電流の変化を検出する。例えば、誘導電流の変化が所定の閾値（第三の閾値）より大きい場合、誘導電流測定ユニット１６によって出力される信号は、優先度コマンドと考えられる。このとき、電圧出力ユニット１２は、優先度コマンドに基づいて最大ゲイン値（例えば、第二の閾値）を設定するための出力電圧コマンドを直接付与し、次の時点で対応する出力電圧を負荷に対して生成する。換言すれば、この実施形態で述べる電圧出力ユニット１２が軽負荷又は無負荷の状態である場合、重み付けされたゲイン値を用いて、ゲイン値の瞬間的なジャンプ及び変化を回避するための出力電圧コマンドを設定することができる。他方で、電圧出力ユニット１２に重負荷がかかると、優先度コマンドを用いて重み計算をスキップすることができ、出力電圧コマンドは、過渡応答速度を高めるために最大ゲイン値で直接設定することができる。

【0021】

本発明の電圧制御方法を説明するために、図１～図３を一緒に参照されたい。図３は、本発明の実施形態による電圧制御方法のフローチャートである。図に示されるように、ステップＳ２０では、電圧測定ユニット１４は、電圧出力ユニット１２が負荷に出力する現在の出力電圧値Ｖｏを測定することができ、現在の出力電圧値Ｖｏは、対応するゲイン値（現在のゲイン値）及び対応するデューティ比を有する。ステップＳ２２では、制御ユニット１０は、所定の出力電圧値を受け取り、所定の出力電圧値も他の対応するゲイン値及び他の対応するデューティ比（所定のデューティ比）を有する。ステップＳ２４では、電圧出力ユニット１２は、ゲイン値計算式に従い、所定のデューティ比に対応する目標ゲイン値を計算し得る。ステップＳ２６では、電圧出力ユニット１２は、前述の式（１）～（３）に示されるように、バッファゲイン値を生成するために、現在のゲイン値及び目標ゲイン値に対して重み計算を行い得る。最後に、ステップＳ２８では、電圧出力ユニット１２は、バッファゲイン値に従って出力電圧コマンドを設定し、次の時点で負荷に出力すべき出力電圧を生成する。

【0022】

要約すれば、本発明によって提供される電圧制御方法は、低電圧出力中にゲイン値を動的に調整し、ゲイン値の瞬間的変化を低減させ、それによりリップル問題を改善することができる。加えて、本発明の電圧制御方法は、電源が重負荷下で動作しているか否かを検出することもできる。電源が重負荷下で動作している場合、過渡応答速度を高めるために、より高いゲイン値を設定するための優先度コマンドを生成することができる。

【符号の説明】

【0023】

１ 電源
１０ 制御ユニット
１２ 電圧出力ユニット
１４ 電圧測定ユニット
１６ 誘導電流測定ユニット

【図1】

【図2】

【図3】