电源装置 |
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| 申请号 | CN201580052051.1 | 申请日 | 2015-09-18 | 公开(公告)号 | CN107078641B | 公开(公告)日 | 2019-07-16 |
| 申请人 | 绿安全股份有限公司; | 发明人 | 山下隆之; 杉田直记; | ||||
| 摘要 | 检测针对负荷(I、II)的 输出 电压 (V)及输出 电流 (I)，并且将检测出的输出电压(V)及输出电流(I)供给至主控制单元(5)，从而通过该CPU(9)进行用于他激式变换装置的PWM控制的占空比控制，并且，CPU(9)使用本机特性曲线，向由二维输出特性的形状唯一决定的吸引子函数(R)，代入所检测出的输出电压(V)及输出电流(I)，根据采用了此时的吸引子函数(R)的输出电压(V)和预定的基准电压(V0)的差、及输出电流(I)和预定的基准电流(I0)的差时的正负符号，每隔固定时间向吸引子函数(R)集中的方向增减用于PWM控制的占空比，其中，本机特性曲线表示作为输出电压(V)和输出电流(I)的对的二维关系，并且表示与作为目的的二维输出特性交叉，且将占空比固定为恒定时的输出电压(V)及输出电流(I)的二维的关系。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电源装置，其构成为同时检测针对负荷的输出电压V及输出电流I，并且将检测出的输出电压V及输出电流I供给至控制单元，从而通过所述控制单元进行用于基于与所述负荷连接的他激式变换装置的PWM控制的占空比控制，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 电源装置技术领域背景技术[0002] 在电集尘器用的高压电源装置中，要求特有的输出特性。即，电集尘器由通过电晕放电使粒子带电的电荷部(ionizer)和捕集粒子的集尘部(collector)构成，结果，为了确保离子通过时的粒子电荷量，需要一定的电晕放电电流。另外，集尘部为了确保吸尘效率，需要一定的集尘部电压。 [0003] 但是，在将电气吸尘装置的电极作为高压电源的负荷观察的情况下，与通常的负荷的情况相比，特征为经时变动幅度大，以额定电压/额定电流这1点动作的状态是几乎不使用电极的初期。在实际使用时，作为吸尘对象的灰尘、雾等堆积于吸尘部中，并且，在电荷部的放电电极、电极支持部等处附着有污物。由此，难以通过电荷部引起电晕放电，用于维持放电电流的电压变高。另一方面，在集尘部中，泄露电流增加，端子电压稍微下降。 [0004] 为了在该吸尘条件的变化中维持吸尘效率，电荷部要求恒流特性的电源，集尘部要求恒压特性的电源。而且，在电极污染使用期间连续使用，无论哪个时刻均需要维持性能，因此，输出不只是1点，电吸尘器用的高压电源的输出特性要求与电压/电流的变化相对应的函数的特性(二维特性)。 [0005] 进而，在为了维持一定电流而无限制地提高电压时，除了支承部之外的部分不能维持绝缘，因此，也需要某程度的限制。另外，为了维持一定电压而无限制地流过电流时，由于焦耳热等的发生而有可能产生发烟发火，同样也需要限制集尘部电流。追加这样的特性而电吸尘装置最容易发挥性能的高压电源的输出特性为在电压/电流的二维平面上表示箱型形状的恒压/恒流特性。在此，所谓箱型形状包括在X轴方向的输出电流I从零增加到最大值的期间电压维持预定的恒压，在电流达到最大值的时间点，即使Y轴方向的输出电压V增减电流也维持预定的一定电流的特性即表示电压电流的两方的最大值的点。关于该箱型形状的输出特性，与实施方式一同在后边详述(参照图9)。 [0006] 另一方面，作为这种现有技术的高压电源装置，例如有在专利文献1中公开的内容。这是以振铃扼流圈转换器为代表例的、以自激振荡式的高压电源在电集尘器或空气净化器中使用，利用从三次线圈反馈的信号形成振荡电路的模拟电路。 [0007] 但是，在专利文献1中，存在振荡频率数因温度而变化，因条件而引起进入听觉域的异常振荡、或在周围温度过低时不振荡且没有高压输出等问题。输出的电流/电压表示所谓的“フ”字特性，但为了获得恒压/恒流特性，分别需要控制用部件，电路部件个数也增加，成为成本提高的主要因素。另外，即使相对于输出电压/输出电流的极小的规格变更，也必须要试错地决定各部件常数，不光开发需要时间，还存在规格变更时无法马上对应等问题。 [0008] 另一方面，使用了专用IC的他激式高压电源及使用了微机的、例如专利文献2中所示的高压电源中，用PWM控制(脉冲宽度控制)进行恒压控制或恒流控制，但是，不能达到获得二维特性的函数控制。因此，与专利文献1相同，分别需要控制用部件，电路部件个数也增加，成为成本增加的主要因素，且也存在即使相对于输出电压/输出电流极小的规格变更，不仅各部件常数决定耗费时间，而且规格变更时也不能马上对应等问题。 [0009] 作为另外相关联的公知文献，存在专利文献3(日本特开2003－143845号公报)、专利文献4(日本特开2003－199338号公报)、专利文献5(日本特开2008－109820号公报)等。这些文献均进行输出目标值的控制，但是，没有公开乃至于启示函数控制的概念(二维输出特性)。另外，在电集尘器中，输出特性的形状是重要的，但是，也没有将输出特性的形状作为问题的阐述，进而，也不存在使输出特性在运转中高速地、连续地变化的方法。 [0010] 现有技术文献 [0011] 专利文献 [0012] 专利文献1：日本特开2002―273267号公报 [0013] 专利文献2：日本特开2000－156373号公报 [0014] 专利文献3：日本特开2003－143845号公报 [0015] 专利文献4：日本特开2003－199338号公报 [0016] 专利文献5：日本特开2008－109820号公报 发明内容[0017] 发明所要解决的课题 [0018] 本发明是鉴于所述现有技术而开发的，其目的在于，提供一种电源装置，其通过函数控制能够更容易地实现输出电压/电流的任意的二维输出特性，可良好地适用于电集尘器。 [0019] 用于解决课题的手段 [0020] 实现所述目的的本发明第一方式提供一种电源装置，其构成为同时检测针对负荷的输出电压V及输出电流I，并且将检测出的输出电压V及输出电流I供给至控制单元，从而通过所述控制单元进行用于基于与所述负荷连接的他激式变换装置的PWM控制的占空比控制，其特征在于， [0021] 所述控制装置使用本机特性曲线，向由二维输出特性的形状唯一决定的吸引子函数R同时代入所检测出的所述输出电压V及输出电流I，根据采用了此时的所述吸引子函数的所述输出电压V和预定的基准电压V0的差、及所述输出电流I和预定的基准电流I0的差时的正负符号，每隔固定时间向所述吸引子函数集中的方向增减用于所述PWM控制的占空比，以跨预定的电压/电流曲线的方式进行动态控制，其中，本机特性曲线表示作为所述输出电压V和所述输出电流I的对的二维关系，并且表示与作为目的的二维输出特性交叉，且将占空比固定为恒定，使负荷电阻从零变化到无限大时所获得的所述输出电压V及输出电流I的二维的关系。 [0022] 根据本方式，通过将吸引子函数单独或适当组合多个，能够容易地生成任意的二维输出特性。 [0023] 此外，本发明的吸引子函数如下定义。即，是作为吸引子函数R的共通的属性，包括作为目标值的输出电压V0的值及输出电流I0的值，作为实测值的输出电压V的值及输出电流I的值经由AD变换器被设定并同时被取入到CPU，接着指示上升或下降的任一个处理为良的程序上的评价函数，也有时用一次式及二次式表示，但是，也有时用NOR/NAND等逻辑式表现。其控制结果是，无论是哪一负荷电阻，都以向作为目标值的输出曲线集中的方式进行处理。但是，因为同时指向动态平衡，因此，始终一边跨越目标输出一边反复进行微小变动，向目标值集中且也不是以严格的意义稳定于固定值。这些情况取得针对负荷的变动容易快速地响应的效果，对于二维控制成为不可或缺的特性。 [0024] 本发明的第二方式的电源装置在第一方式的基础上，其特征在于，[0025] 仅在相对于所述基准电压V0的所述输出电压V的差及相对于所述基准电流I0的所述输出电流I的差这双方为负时，使所述占空比上升1位，除此之外，每隔所述固定时间均实施下降1位的控制，从而使所述二维输出特性成为箱型二维恒压/恒流输出特性。 [0026] 根据本方式，能够容易地生成箱型二维恒压/恒流输出特性。 [0027] 本发明的第三方式的电源装置在第一方式的基础上，其特征在于，[0028] 每隔所述固定时间实施如下控制而获得的所述二维输出特性为直线倾斜电压特性：用一次式表示的吸引子函数R＝V0I+I0V－V0I0中，R＞0的情况下在占空比控制中下降1位，在R＜0的情况下在占空比控制中上升1位，并且在R＝0的情况下继续之前的状态的控制。 [0029] 根据本方式，能够容易地生成二维输出特性的直线倾斜电压特性。 [0030] 本发明的第三方式的电源装置在第一方式的基础上，其特征在于，[0031] 基于所述控制单元的控制而生成的所述二维输出特性，在预定的电流以下时表示恒压特性，在超过所述电流的范围时为电流增加的同时电压降低的恒压/倾斜电压特性。 [0032] 根据本方式，能够容易地生成恒压/倾斜电压特性的二维输出特性。 [0033] 发明效果 [0034] 根据本发明，通过控制单元进行他激式变换装置的占空比控制，通过输入瞬时输出电压及输出电流的值的信息的吸引子函数能够实现电集尘器等负荷所需要的高压电源的电压/电流的任意的二维输出特性。这时，可以设为必要最小限的部件来实现大幅的成本降低，根据输出特性自由变换的特性，在搭载到作为负荷的电集尘器的情况下，尤其产生该特征。即，能够实现火花放电本身的抑制、着火性放电的消除、确保吸尘运转的继续性、长期运转。附图说明 [0035] 图1是表示本发明的实施方式的电源装置的框图； [0036] 图2是表示由生成二维输出特性的预定的基准电压V0及基准电流I0分割的区域的说明图； [0037] 图3是表示本机特性曲线的一例的特性图； [0038] 图4是表示各种吸引子的图，(a)是表示恒压线吸引子的说明图，(b)是表示恒流线吸引子的说明图，(c)是表示箱型吸引子的说明图，(d)是表示L型吸引子的说明图； [0039] 图5是表示形成倾斜型的二维输出特性的吸引子函数的说明图； [0040] 图6是表示形成抛物线型的二维输出特性的吸引子函数的特性图； [0041] 图7是表示形成双曲线型的二维输出特性的吸引子函数的特性图； [0042] 图8是表示倾斜型的二维输出特性的特性图； [0043] 图9是表示箱型的二维输出特性的特性图； [0044] 图10是表示恒功率的二维输出特性的特性图。 具体实施方式[0045] 以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。 [0046] 图1是表示本发明的实施方式的电源装置的框图。本方式的电源装置具有电集尘器的电荷部及集尘部作为负荷I、II。但是，不必将负荷限定于电荷部及集尘部。只要是将斩波器的输出用变压器升压而获得高电压的用途，就能够发挥同样的作用/效果。 [0047] 另外，本方式的电源装置具有他激式变换装置。更详细而言，将由从商用电源50/60Hz的交流暂时变换为直流的整流平滑电路或直流电源(图1中未图示)施加的直流电压利用以频率20kHz～100kHz进行开关动作的开关元件即场效应晶体管(field effect transistor)Tr进行斩波并施加给升压变压器1。升压变压器1具有用于得到预定的高电压的一次及二次线圈，在其一次线圈1A上并联地连接有谐振电容器C0。另外，在二次线圈1B上连接有将二次电压变换成直流的整流倍压电路2。这样，将通过被升压变压器1升压且被整流倍压电路2整流而生成的预定的直流高电压施加给负荷I(电荷部)及负荷II(集尘部)。在此，经由电压分割用的电阻R1、R2对负荷II施加对负荷I的施加电压进行降压后的电压。这是为了与两者的额定电压一致。 [0048] 电压检测电路3检测对负荷I施加的电压，将表示此时的电压值的电压信号S1经由运算放大器4向主控制装置5送出。另一方面，电流检测电路6检测向负荷I及负荷II供给的电流，将表示此时的电流值的电流信号S2经由运算放大器7向主控制装置5送出。 [0049] 主控制装置5具有A/D变换器8、CPU9、PWM信号生成部10。在此，A/D变换器8将作为模拟信号的电压信号S1及电流信号S2变换成数字信号并向CPU9供给。CPU9将基于电压信号S1及电流信号S2的数字信号如预定那样处理，来决定PWM的占空比(duty)，经由PWM信号生成部10产生具有预定的占空比的PWM信号S3(关于CPU9中的信号处理，后面进行详细叙述)。开关电路11基于PWM信号S3以预定的间隔对场效应晶体管Tr进行接通/断开(ON/OFF)控制。 [0051] 另一方面，CPU9中，每隔一定时间T1检测基于通过监视电路得到的监视器用的电压信号(VDD信号)S1及电流信号(IDD信号)S2的电压值及电流值，同时如果未到达目标电压，则占空比每次上升1位(digit)。本方式中，设为T1＝10msec，但是，根据需要也可以进一步缩短时间。另外，每提高1位，占空比增加1/400(＝0.25％)。 [0052] 在该方式中，如果进入初始上升的进程，则从升压变压器1的一次电流通常截止开始在电集尘器用的高压电源装置的情况下，可以特别类似。在存在任何的负荷异常的情况下，多种情况假设为过电流、负荷短路等，在异常检测后可以进入初始上升进程，容易移行到下一处理。 [0053] 时时刻刻变化的该电源装置的输出电压V及输出电流I经由电压检测电路3及电流检测电路6被引入CPU9。在此，考虑将横轴设为电流I、将纵轴设为电压V的二维平面。如图2所示，基于根据该电集尘器的额定等预先决定的预定的基准电压V0、基准电流I0将上述二维平面分为4个区域时，右上的区域(1)的输出电压V始终比基准电压V0高，输出电流I始终比基准电流I0大。于是，采用输出电压V和基准电压V0的差、输出电流I和基准电流I0的差时，在区域(1)中，(V－V0)及(I－I0)均为正。表1表示用同样的方法在区域(2)、(3)、(4)中调查了(V－V0)及(I－I0)的正负的结果。 [0054] [表1] [0055]区域 V－V0 I－I0 CPU处理 ① 正 正 上升或价下降这2路 ② 正 负 上升或价下降这2路 ③ 负 正 上升或价下降这2路 ④ 负 负 上升或价下降这2路 [0056] 相对于各个区域(1)～(4)有占空比的1位量的上升(上述差为负的情况下)或下降(上述差为正的情况下)的2路CPU9进行的处理，在本例的情况下，考虑整体是16路(24)的模式。 [0057] 在此，考虑表示将占空比固定为一定的情况下的输出电压V及输出电流I的二维的关系的本机特性曲线。该本机特性曲线是固定占空比，将负荷电阻设为从0连续地变化到∞时获得的输出电压和输出电流的对应关系的图表，成为图3所示的双曲线的形状，每增加1位(0.25％)时占空比变化。因此，在本方式中，整体为400根。图3表示其中的2例。 [0058] 这样，CPU9通过PWM控制每隔一定时间T1使脉冲宽度增加或减少，每次都不断地换本机特性曲线。假设在区域(1)进行上升1位的处理时，移至1路上的本机特性曲线，输出电压V及输出电流I均增加，(V－V0)及(I－I0)均为正，因此，每次上升时，差值不停止而变大且发散。因此，无法使用区域(1)的上升的处理。 [0059] 接着，在区域(4)进行下降的处理时，(V－V0)及(I－I0)均为负，输出电压V及输出电流I均趋向0，因此，在进入该区域(4)时变为输出停止。另外，通常在初始上升时从0开始，因此，不能从该区域(4)上升。因此，区域(4)的下降处理的实用性差。 [0060] 如上可知，在区域(1)中限于下降处理，在区域(4)中限于上升处理，因此，有实用性的组合集中到如下4路。表2表示汇总的结果。 [0061] [表2] [0062] [0063] 在表2中的NOT/A列，在超过基准电压V0的区域使输出下降，在不足基准电压V0的区域进行上升处理。其结果，无论在哪一区域均集中于输出电压V＝基准电压V0的直线。即，以直线表示的V＝V0如图4(a)所示，成为恒压线的吸引子。同样，如图4(b)所示，输出电流I＝基准电流I0成为恒流线的吸引子。 [0064] 接着，仅在进入区域(4)的情况下进行上升处理，除此之外进行下降处理时，获得箱型恒压恒流特性，这成为图4(c)所示的箱型吸引子。 [0065] 使正与1、负与0、上升与1、下降与0对应时，箱型恒压恒流特性与A/NOR/B对应。另一方面，A/NAND/B成为图4(d)所示的L型输出特性。 [0066] 上述的4路可从0上升，赋予没有发散/消减的输出特性，但是，箱型恒压恒流特性的实用性最高。但是，本机特性曲线需要与二维输出特性曲线交叉。该情况下，吸引子函数R在I＜I0时为R＝V－V0，在V＜V0时为R＝I－I0。 [0067] 这种的吸引子函数的一例可以汇总如下。 [0068] ＜倾斜型输出吸引子(参照图5)＞ [0069] 变形必要的输出特性的式，整理为左边－右边＝0，生成吸引子函数R＝I0V+V0I－V0I0。而且，每隔一定时间T1在CPU9中进行在R＞0的情况下，将PWM控制的占空比下降1位(0.25％)，在R＜0的情况下，上升1位(0.25％)，在R＝0的情况下，不进行任何改变的处理时，无论从哪开始，即使有任何的负荷电阻，输出动作点朝向线吸引子，之后负荷即使变动也是±1位的误差，重复跨越输出电压V＝－V0/I0(I－I0)的线上的上升/下降。输出电压V伴随着负荷电流的增加而直线地减少，短路时在基准电流I0需要极限的特性时使用输出电流I。在该情况下，不需要现有进行的负荷串联电阻。 [0070] ＜抛物线型输出吸引子(参照图6)＞ [0071] 将吸引子函数R设为R＝V/V0+(I/I0)2－2I/I0，在R＞0的情况下下降，在R＜0的情况下上升，在R＝0的情况下进行没有任何变化的处理，从而动作点向抛物线形状的曲线吸引子集中，能够获得抛物线型输出特性。 [0072] ＜双曲线型输出吸引子(参照图7)＞ [0073] 将吸引子函数R设为R＝VI－P0(其中，P0为基准功率(power))，进行R＞0的情况下下降，R＜0的情况下上升的处理，从而可获得双曲线型输出特性。这用于将输出功率保持一定的情况。 [0074] 在此，对通过适当组合如上述的吸引子函数而由CPU9生成的二维输出特性的一例进行说明。 [0075] ＜倾斜型二维输出特性＞ [0076] 这是图8所示的二维输出特性，但是，也可以通过单独使用图5所示的倾斜型输出吸引子而生成。 [0077] 为了获得该倾斜型特性，以往通过将高压电阻串联地插入到输出端子，在负荷短路时以不超过由输出电压V和上述高电阻的值决定的电流值的方式进行，但产生如下问题：因为高压电阻的绝缘，所以不仅大小变大，而且因发热而必须远离周围的部件的等。相对于此，同样的特性以本方式的倾斜型的二维输出特性能够简单地获得。即，如由实时的输出电压V及输出电流I的值、无负荷电压即基准电压V0和负荷短路电流即基准电流I0决定的上述那样，计算预定的一次式，由此每隔一定时间T1实施预定的操作，而输出跨越倾斜直线反复上下移动。其结果，任何时候也不会成为固定值，但是，负荷也随时间变动，能够将1位的变化宽度抑制地小，由此，作为平均能够充分地进行实质的动态控制。 [0078] ＜箱型恒压恒流输出特性＞ [0079] 这是图9所示的二维输出特性，但是，可以通过单独使用图4(c)所示的箱型输出吸引子而生成。即，通过每隔一定时间T1由CPU9将占空比上下1位来实现基于表2的“A/NOR/B”的处置。 [0080] 该箱型恒压恒流输出特性不仅是稳定状态，即使在电源接通时上升时期也能够照常使用。即使在该情况下，输出电压V及输出电流I也不是静态固定，一边跨过目标值时常地变化一边实现作为平均值的控制。之所以不需要拘泥于固定值，是因为与电集尘器的电荷特性存在关系，变化的一方反而倒是电荷性能良好的特性。该动态控制作为向电集尘器的电源的控制方式是有用的。 [0081] 在集尘部(负荷II)的情况下变动一方没有有利的特性，代替此，通常，集尘部的吸尘面积大且静电容量极大，因此，若不被充分地平滑则成为固定，因此，作为电源故意地波纹完全没有必要，在指向对负荷变动快速应答的动态平衡控制的本方式中，通常包括输出电压的微小的波纹，但是，未必要除去该状态，宁可有效地利用其特性。其意思也是作为电集尘器用，不仅作为电荷部用，也可以作为集尘部用电源适用。 [0082] ＜恒功率输出特性＞ [0083] 这是图10所示的二维输出特性，通过组合图4(c)所示的箱型输出吸引子和图7的双曲线型输出吸引子而可生成。即，是将箱型输出吸引子的图4(c)中的右上角部(恒压特性和恒流特性曲线交叉的区域)使用图7的双曲线型输出吸引子来置换。 [0084] 放电特性和电源输出的交点(动作点)通常从恒流区域开始，随着时间的经过而放电特性变化，向恒压区域转移。在这期间，在箱型输出特性的情况下，电压/电流均通过表示最大值的输出功率成为最大的折点。以该折点为基准决定整体热设计，因此，通过稍微削减在时间上为短时间的这一点能够设为有富裕量的设计。 [0085] 根据本例的恒功率输出特性，仅增加占空比＝X％以下为条件即可简单地实现该输出特性。在中途要变更X值的情况下也能够马上对应。占空比固定的输出特性为与上升左肩的双曲线相近的特性，也与输出功率固定的曲线相近。 [0086] 如上述，根据本方式，随着电集尘器的吸尘运转的进行，放电特性本身根据负荷的变化而变化，因此，以动作点仅使二维输出特性曲线上变化的方式从电压检测电路3及电流检测电路6快速地提取输出电压V及输出电流I的瞬时值，将其向PWM控制的展开弄关闭立即反映，且以不脱离上述二维输出特性曲线上的方式，必须通过负荷变化的速度决定占空比更新的定时。相对于1位的变化，最终输出电压/电流的变化量根据动作点也不同，因此，无论是哪一负荷都能够准稳定地取得动态平衡，动作点以外观上仅取恒压/恒流特性曲线上的值进行运转。即，始终跨越二维输出特性曲线进行运转。由此，不仅能够与负荷的变化瞬时地对应，而且相对于目标值变化也能够快速对应，能够瞬时地变更二维输出特性曲线本身。在变更恒流特性的电流值的情况下，仅变更目标数值即可实施，在电压倾斜特性的情况下仅变更式即可实施，因此，即使在程序的动作中也能够进行。这在适用于电气吸尘用的高压电源的情况下，在使用中负荷状态变化，根据该变化而改变负荷特性，能够控制，因此适合。即，能够通过动态二维输出特性运转。 [0087] 顺便说，在现有的模拟型的情况下，更换电源本身、或准备其它的部件，通过继电器切换等的切换不容易。 [0088] 在上述实施方式记载的电源装置中，在万一控制系失控时配备，与主控制系不同，也可以搭载控制装置整体的其它的控制系。由此，即使在另一方也不能控制的情况下，也可以通过来自其他一方的复位确保恢复，可以有助于可靠性的提高。 [0089] 工业上的可利用性 [0090] 本发明在进行电集尘器等、使用高电压电源的设备的制造销售等的工业领域可有效地利用。 [0091] 符号说明 [0092] V 输出电压 [0093] I 输出电流 [0094] V0 基准电压 [0095] I0 基准电流 [0096] I、II 负荷 [0097] Tr 场效应晶体管 [0098] 1 升压变压器 [0099] 2 整流倍压电路 [0100] 3 电压检测电路 [0101] 5 主控制装置 [0102] 6 电流检测电路 [0103] 9 CPU [0104] 10 PWM信号生成部 |
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