JP2004208494A

JP2004208494A - 信号発生器の制御方法

Info

Publication number: JP2004208494A
Application number: JP2003392028A
Authority: JP
Inventors: Takuma Kobayashi; 拓磨小林; Nobuyoshi Takehara; 信善竹原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2004-07-22
Also published as: US20040117676A1; US7251741B2

Abstract

【課題】動作周波数が低い小型・低コストなマイコンを用い、効率を低下させずに半導体素子を高周波スイッチング可能な信号発生器を提供すること。
【解決手段】タイマを有するマイコンを用いて半導体素子をオン/オフするタイミングを制御する制御信号を出力する信号発生器の制御方法において、所定期間毎にマイコンへの割り込み信号によって開始する割り込み処理工程を有し、前記割り込み処理工程は、各々少なくとも、該割り込み処理工程より前の割り込み処理工程で演算された設定値をタイマに設定する設定工程と、該割り込み処理工程より後の割り込み処理工程で使用するタイマへの設定値を決定する演算工程とを含み、各々の割り込み処理工程内では、前記演算工程よりも前に前記設定工程が行われることにより、タイマへの設定値の演算時間を長くとることができ、必要なマイコンの速度を低く抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイマを有するマイコンを用いて、該タイマによって半導体素子をオン／オフする信号発生器の制御方法に関する。

従来から、半導体素子をスイッチングするための信号発生器は数々知られている。

中でも、タイマを有するマイコンは、タイマがマイコンのプログラムと並列で動作してＩ／Ｏポートから信号が出力されるため、マイコンの動作周波数に比較して高速な半導体素子のスイッチングが可能であるという特徴を有している。

このようなタイマを有するマイコンは、様々な半導体スイッチの制御に利用されており、代表的なものとしては、電力変換装置の半導体主スイッチング回路のコントロール、カメラやＶＴＲ等のモータードライブ半導体のコントロールが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

ここで、前記マイコンを用いて半導体素子をオン／オフ制御する代表例として、マイコンを用いた太陽光発電用電力変換装置を取り挙げ、その制御方法について説明する。

図２に太陽光発電用電力変換装置のブロック回路図を示す。入力端子に接続される太陽電池からの直流電力をプッシュプル部２４１、反転部２４２等から構成される直流／交流変換回路により交流電力に変換し、出力端子から出力する。プッシュプル部では、２つのスイッチング素子をＰＷＭ制御し、直流電力を直交変換し、トランスで昇圧した後、ダイオードブリッジとインダクタンスを通すことによって全波整流された正弦波波形を生成する。

このプッシュプル部でのスイッチング素子の駆動信号の生成方法について説明する。あらかじめマイコン内のＲＯＭに記録された基準正弦波波形パターンと、太陽電池のＭＰＰＴ（最大電力点追尾制御）によって指令された電流指令値を掛け合わせ、瞬時電流指令値を作成する。次に、ここで作成された瞬時電流指令値と、出力電流検出器の出力をマイコン内のＡ／Ｄコンバータによってディジタルデータに変換された瞬時電流検出値を比較し、誤差補正のためのデューティ値（スイッチング周期に対するＯＮ期間の割合）の演算を行う。演算されたデューティ値に応じたタイマ設定値を演算し、この値をタイマ用レジスタに格納することで、スイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御する。この場合の制御フロー図を示すと、図１３のように示される。この図１３にある制御フローを実現するため、具体的にタイマを有するマイコンによるスイッチング制御で説明する。

スイッチング素子の制御には、マイコン内にある１つの（インクリメント）タイマ、同じくマイコン内にある４つのレジスタ、２つのＩ／Ｏポートを使用し、ここで使用するマイコンは、タイマのタイマカウンタの値が、レジスタで設定された値と一致（コンペアマッチ）した時に、Ｉ／Ｏ端子の出力がＨｉｇｈまたはＬｏｗとなり、スイッチング素子のオン・オフ制御を行う。

更に詳しく、ここで具体的に数値を代入して説明する。例えば、動作周波数が２０ＭＨｚのマイコンを使用し、スイッチング周波数が２０ｋＨｚ、演算によるデューティ設定値が５０％の時を考えてみる。

タイマレジスタＴＩＭＲ１〜４とタイマカウンタの値が一致した時、Ｉ／Ｏ端子の出力状態がどのようになるかを、図３に示すように設定すると、デューティ設定値を５０％とするには、タイマレジスタをＴＩＭＲ１＝２５０、ＴＩＭＲ２＝５００、ＴＩＭＲ３＝７５０、ＴＩＭＲ４＝１０００と設定すればよい。この場合のタイマカウンタの値とＩ／Ｏ端子の出力との関係を図４に示す。タイマカウンタの値がＴＩＭＲ１の設定値である２５０と一致した時、Ｓ１端子からＨｉｇｈ信号が出力、ＴＩＭＲ２の設定値である５００と一致した時、Ｓ１端子からＬｏｗ信号が出力、ＴＩＭＲ３の設定値である７５０と一致した時、Ｓ２端子からＨｉｇｈ信号が出力、ＴＩＭＲ４の設定値である１０００と一致した時、Ｓ２端子からＬｏｗ信号が出力、同時にタイマカウンタはゼロにクリアされ、再びゼロからカウントを開始する。実際には、これらのタイマレジスタの設定値を前述したデューティ比の演算工程ごとに繰り返し変更し、デューティ比を再設定することで、反転部２４２の入力に全波整流された正弦波を出力させるように制御する。

すなわち、タイマカウンタの値が０からＴＩＭＲ４（本例では１０００に固定）カウントする間をスイッチング周期とし、この間に図１３のＰＷＭ設定ループに記載される処理が行われる。例えばスイッチング周波数が２０ｋＨｚの時は、このループが１秒間に２万回行われる。なお、太陽光発電用電力変換装置のスイッチング周波数としては、可聴周波数の最高周波数が１６ｋＨｚであることを考慮して、２０〜４０ｋＨｚ付近に設定してあるものが多い。

近年、一枚の太陽電池モジュールの裏面に、同容量（おおよそ１００Ｗ）の電力変換装置を取り付けた電力変換装置一体型太陽電池モジュールの開発が進められている。ここで使用される電力変換装置は、太陽電池モジュールに一体化して取り付けられるものである。このような電力変換装置は、小型（１００〜３００ｃｃ）であることが望まれている。そのため、電力変換装置内でのスイッチング動作を高速化して、電力変換装置の内部部品（高周波トランス・コイル・コンデンサ）の小型化を図っている特徴がある。

また同様に正弦波波形を出力する電力変換器として、一般的にモータ駆動用が知られている。

このモータ駆動用電力変換器は、半導体メモリにあらかじめ正弦波波形の振幅を８〜１６ビットほどのディジタル値として記憶させておき、図５のようなＰＷＭ制御信号に変換して出力することにより、フルブリッジに配列されたスイッチング素子（図６）を制御し、正弦波波形を出力するものである。

特開平５−１０３４７５号公報

しかし、従来のような制御方法では次のような問題点が生じる。すなわち、太陽光発電用電力変換装置では、上記のような図１３に示すように出力電流値によるフィードバック制御を行っているため、マイコンでの演算量が多くなる。この時、デューティ比演算とタイマレジスタ設定に要する処理に時間がかかるため、タイマレジスタの設定値と、タイマカウントのカウント値の関係によっては、信号が発生されない期間が生じる可能性が高くなる。

具体的に数値をあげて説明すると、所定期間前の割り込み処理工程内のデューティ比演算・タイマレジスタ値設定工程において、４つのタイマレジスタに図７のようにＴＩＭＲ１＝３５０、ＴＩＭＲ２＝５００、ＴＩＭＲ３＝８５０、ＴＩＭＲ４＝１０００が設定されていたとする。現状では、タイマカウンタの値が３５０になるとＳ１端子がＨｉｇｈ状態、５００になるとＳ１端子がＬｏｗ状態、８５０になるとＳ２端子がＨｉｇｈ状態、１０００になるとＳ１端子がＬｏｗ状態となるように設定されている。ここで、現在の出力電流値を検出してデューティ比演算を行うと、タイマレジスタ値設定工程において設定するタイマレジスタ設定値が図７に示すようにＴＩＭＲ１＝２００、ＴＩＭＲ２＝５００、ＴＩＭＲ３＝７００、ＴＩＭＲ４＝１０００のように算出されたとする。この時、デューティ比演算に時間がかかっているので、タイマレジスタＴＩＭＲ１の値をすでにタイマカウンタが超えているケースが発生する。この場合、Ｉ／Ｏ端子の信号はＬｏｗ状態のままとなる。例えば、タイマカウンタがデューティ比演算を終了した時点で、すでに２５０の時は、Ｓ１端子からＨｉｇｈ出力はされないことになる。すなわち、ＴＩＭＲ１の設定値が変更された時点で、今回の設定値である２００が書き込まれると、タイマカウンタは既にＴＩＭＲ１の設定値である２００を過ぎてしまっているので、図８のようにＳ１端子からはＨｉｇｈ信号が出力されない。ＴＩＭＲ１の設定値が変更された直後にＴＩＭＲ３の設定値も８５０から７００へと変更されるが、この場合はタイマカウンタがまだＴＩＭＲ３の設定値に達していないため、Ｓ２端子からはＨｉｇｈ信号が正常に出力される。この結果、Ｓ１端子からＨｉｇｈ信号が出力されないので、スイッチング素子Ｑ１が駆動されず、プッシュプル部の片側のみＯＮする状態となる。

このような信号波形抜けが生じることで、スイッチング素子の後段に接続された変圧器から騒音を発生する場合や、トランスの片側にしか電圧が印加されない時間があることから、トランスが偏磁してしまい、パワーコンディショナとして動作しない恐れが生じる。特に、波形抜けはデューティ比が大きくなる状態で発生することが多いため、とりわけ偏磁の問題は大きい。

これを解決するために、演算速度が速い高速のマイコンを使用することで、波形が発生する前にデューティ演算、デューティ設定を行うことが考えられるが、処理速度の速い高速なマイコンが必要となる。

高速のマイコンはコストが高く、消費電力が大きいことから、電力変換装置の効率低下、温度上昇、周辺回路も大きくなるといった問題があり、特に小型・小容量の電力変換装置を作製する場合は、不利な条件となる。

また、最大設定可能デューティ比を制限することで、演算・設定時間を確保するという方法もあるが、この方法ではスイッチング素子のＯＮ期間が短くなることから、出力側に十分に電力が伝達できないという問題が生じる。

さらに、変圧器を有する電力変換装置では、Ｑ１とＱ２のスイッチングにおけるＯＮ時間（デューティ比）が同じでなければならない。これは、もし二つのスイッチング素子のＯＮ時間に差が生じると、変圧器に印加される正負の電圧は一致しなくなる。この状態は、トランスに直流電圧が印加されるのと同じ状態となり、波形抜けの場合と同様にトランスが偏磁してしまい、パワーコンディショナとして正常に動作しない恐れが生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みて考案されたものであり、動作周波数が低い小型・低コストなマイコンを用い、効率を低下させずに半導体素子を高周波スイッチング可能な信号発生器を提供することにあり、さらにこれを用いた電力変換装置の制御方法を提供することを目的とする。

〔解決手段１〕
タイマを有するマイコンを用い、タイマによって半導体素子をオン／オフするタイミングを制御する制御信号を出力する信号発生器の制御方法において、
所定期間ごとにマイコンへの割り込み信号によって開始する割り込み処理工程を有し、
前記割り込み処理工程は、各々少なくとも、該割り込み処理工程より前の割り込み処理工程で演算された設定値をタイマに設定する設定工程と、該割り込み処理工程より後の割り込み処理工程で使用するタイマへの設定値を決定する演算工程とを含み、各々の割り込み処理工程内では、前記演算工程よりも前に前記設定工程が行われることを特徴とする信号発生器の制御方法。

〔解決手段２〕
前記割り込み処理工程は、所定期間前の割り込み処理工程内の演算工程で演算された半導体素子のオン／オフタイミングをタイマに設定する設定工程と、所定期間後の割り込み処理工程内の設定工程でタイマに設定される半導体素子のオン／オフタイミングを演算する演算工程とを含むことを特徴とする解決手段１に記載の信号発生器の制御方法。

〔解決手段３〕
タイマを有するマイコンを用い、タイマによって少なくとも第１及び第２の半導体素子をオン／オフするタイミングを制御する制御信号を出力する信号発生器の制御方法において、
所定期間ごとにマイコンへの割り込み信号によって開始する割り込み処理工程を有し、
前記割り込み処理工程は、各々少なくとも、第１及び第２の半導体素子のオン／オフタイミングを演算する演算工程と、第１の半導体素子のオン／オフ制御信号が出力された後、前記演算した第１及び第２の半導体素子のオン／オフタイミングをタイマに設定する設定工程とを有することを特徴とする信号発生器の制御方法。

〔解決手段４〕
前記信号発生器は、電力変換装置の半導体素子を制御することを特徴とする解決手段１〜３のいずれかに記載の信号発生器の制御方法。

〔解決手段５〕
前記信号発生器が制御する電力変換装置が太陽光発電用パワーコンディショナであることを特徴とする解決手段４に記載の信号発生器の制御方法。

〔解決手段６〕
解決手段１〜５のいずれかに記載の信号発生器の制御方法を実現するためのプログラム。

〔解決手段７〕
解決手段６に記載のプログラムを格納した記録媒体。

本発明によれば、電力変換装置の制御用により低速なマイコンを使用することができ、装置の低コスト化、また高速なマイコンを使用した場合と比較して、マイコン自体の消費電力量が小さくなり、高効率な装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

〔第１の実施形態〕
（電力変換装置の内部構造）
図２に、本発明による信号発生器を用いた電力変換装置の構造を示す。２１１は太陽電池から直流電力を入力する入力端子であり、２１２は交流に変換された電力を系統や交流負荷に出力する出力端子である。２４は平滑コンデンサ、リアクトル、ダイオード、スイッチング素子等より構成される直流／交流変換回路である。２５は交流出力の開閉を行う連系リレー、２３２は入力端子から入力された電圧を検出する入力電圧検出器、２３１は入力された電流を検出する入力電流検出器、２３４は直流／交流変換回路によって直交変換され出力される電圧を検出する出力電圧検出器、２３３は出力される電流を検出する出力電流検出器、２３５は出力端子側から入力される電圧を検出する系統電圧検出器である。２６はマイクロプロセッサなどからなる制御回路である。

制御回路２６では、直流電圧検出器２３２や直流電流検出器２３１により検出された値に応じて、太陽電池アレイから最大電力を取り出す制御（最大電力追従制御）や、プッシュプル部制御部分や反転部分の各種制御や保護などを行っており、これらの制御は、主にＩ／Ｏポート、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、メモリ等の機能をワンチップ化したワンチップマイコンにより行われている。また、制御回路を動作させるための制御電源は、入力端子から入力される電力を、制御電源生成回路２８によって所定の電圧に変換して供給している。

（制御回路）
本発明の信号発生器の制御方法を使用する装置の一実施形態である制御回路２６として、ワンチップマイコンが挙げられる。このマイコンは、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、１６ビットタイマ、Ｉ／Ｏポート等の機能をワンチップに収めたものであり、水晶発振器やコンデンサ等の外付け部品を接続することによって、電力変換装置の制御に必要な各種の制御を行うことができる。また本実施形態では、タイマ機能を含めてワンチップ化されたマイコンを使用しているが、マイコンによってタイマを制御することが可能であれば、タイマ用ＩＣが別チップであってもよく、特許請求の範囲で記載した「タイマを有するマイコン」は、マイコンとタイマ用ＩＣが別チップの場合も含まれる。

（制御方法）
太陽光発電用電力変換装置が行っている制御には様々なものがあるが、ここでは正弦波波形の生成に関する部分を説明する。正弦波波形を出力させるためには、プッシュプル部のスイッチング素子（半導体素子）をＰＷＭ制御し、トランスで昇圧した後、ダイオードとインダクタンスを通して全波整流された正弦波を生成し、これを反転部のスイッチング素子で反転折り返し（ステアリング）することによって達成される。

プッシュプル部の正弦波ＰＷＭ制御は図１に示すフローに沿って進められる。

プッシュプル部の制御を行うタイマレジスタへの書き込みは、マイコンに割り込み信号が入力されると、最初に開始される。すなわちマイコンが割り込み信号を受信するとすぐにタイマレジスタに予め用意しておいたデューティ値を設定する。この時設定されるデューティは、所定期間前の割り込み処理工程内で演算されたデューティ値である。

なお、例外として、最初のデューティ設定時だけは、あらかじめ用意しておいた初期デューティ値を上記タイマレジスタに設定する。初期値は、大きすぎる値（このような値はスイッチング時に過電流を生じるおそれがある。）でなければ任意の値でよく、多くの場合ゼロとしておけば問題はない。後述するような制御方式で動作すれば、数回のループ動作後には自動的に適切なデューティ値が算出される。

次に、マイコン内のＡ／Ｄコンバータによってディジタルデータに変換された瞬時電流検出値を読み込み、あらかじめＲＯＭの中に記録された基準正弦波波形パターンと、太陽電池のＭＰＰＴ（最大電力点追尾制御）によって指令された電流指令値を掛け合わせた瞬時電流指令値と比較演算を行う。

そして、この時の誤差を補正するためのデューティの演算を行い、演算されたデューティに応じて、タイマレジスタへの設定値を演算する。ここまでで、一連の割り込み処理工程は終了する。演算された結果は所定のメモリに記録させておき、次の割り込み処理工程の一番最初の設定工程においてタイマレジスタへ書き込まれる。

具体的に数値をあげて示すと、動作周波数が２８ＭＨｚのワンチップマイコンを使用する場合、１クロックあたり３６ｎｓであるため、プッシュプル部のスイッチング周波数を１００ｋＨｚに設定すると、１スイッチング周期あたり２８０クロックとなり、スイッチング素子一つあたりは半スイッチング周期の１４０クロックとなる。また、設定可能な最大デューティ比を９０％とすると、最大でスイッチング素子のＯＮ期間は１２６クロック分になる。これを実際にタイマレジスタに設定するとＴＩＭＲ１＝１４、ＴＩＭＲ２＝１４０、ＴＩＭＲ３＝１５４、ＴＩＭＲ４＝２８０となる。

この時、電流検出からタイマ設定値の演算まで約２００クロックであり、この時、タイマレジスタに設定値を書き込む処理は約１０クロックである。

タイマレジスタに設定値を書き込む処理が１０クロックであるため、設定可能な最小のタイマレジスタ値（ＴＩＭＲ１＝１４）になる前に、タイマレジスタの値が書き換えられるため、従来のような波形抜けが発生することはない。

従来は、最大のデューティ比が設定される場合を考慮すると、図９に示すように１４クロック（５００ｎｓ）内にデューティ比を演算・タイマレジスタへの設定を行う必要があったが、本実施形態では一スイッチング周期分２８０クロック（１０μｓ）内でデューティ比を演算すればよい。このため、電力変換装置の制御用により低速なマイコンを使用することができ、装置の低コスト化、また高速なマイコンを使用した場合と比較して、マイコン自体の消費電力量が小さくなり、高効率な装置を提供することができる。

また、本実施形態では、割り込み処理が行われる周期（＝所定期間）と、スイッチング周期が同じであるが、一スイッチング周期内に複数回の割り込み処理が行われてもよく、また、複数のスイッチング周期ごとに一回の割り込み処理が行われることも、もちろん可能である。

また、本発明ではあらかじめ所定期間前の割り込み処理工程内で電流値検出・デューティ比演算を行うため、一スイッチング周期分だけ信号遅れが生じてしまうが、（１）出力電流の周波数６０Ｈｚ（５０Ｈｚ）と比較して、スイッチング周波数が高いこと、（２）リアクトルが直列に挿入されているため、急激には電流は変化しないこと、というような理由があるため、実際に一スイッチング周期分遅れが生じても出力波形にはほとんど影響はなく、小型太陽電池発電システム系統連系保護装置等の認証試験で定める出力電流波形基準である各次高調波３％以内、総合歪み５％以内に抑えることは十分可能である。

なお、本実施形態では所定期間前の割り込み処理工程内で演算されたデューティ値を使用したが、これに限るものではなく、出力波形に影響がない程度前の割り込み処理時点での演算値を使用することが可能であるのは言うまでもない。

〔第２の実施形態〕
次に本発明の第２の実施形態を説明する。

電力変換装置の内部構造、制御回路は第１の実施形態と同様であるため、プッシュプル部の制御方法のみ説明する。

（制御方法）
プッシュプル部のＰＷＭ制御は図１０に示すフローに沿って進められる。

プッシュプル部の制御を行うタイマレジスタへの書き込み設定ループ（ＰＷＭ設定ループ）は、マイコンに割り込み信号が入力されると開始される。この例では、ＴＩＭＲ２とＴＩＭＲ４の値は固定して使用し、ＴＩＭＲ１とＴＩＭＲ３の値を変更することで、ＰＷＭ制御波形を生成する。そしてＴＩＭＲ１の設定値のみを所定期間前の割り込み処理工程内で設定された設定値を使用するのが特徴である。以下にさらに詳細なフローを説明する。

まず、マイコン内のＡ／Ｄコンバータによってディジタルデータに変換された瞬時電流検出値を読み込み、あらかじめＲＯＭの中に記録された基準正弦波波形パターンと、太陽電池のＭＰＰＴ（最大電力点追尾制御）によって指令された電流指令値を掛け合わせた瞬時電流指令値と比較演算を行う。次に誤差を補正するためのデューティの演算を行い、演算されたデューティに応じて、タイマレジスタへの設定値を演算する。

この後、タイマレジスタにデューティを設定するが、まず最初にＱ２のゲート駆動信号であるＳ２端子からの出力を設定するためのＴＩＭＲ３を書き換える。次に、タイマカウンタの値がＴＩＭＲ１で設定されている値を超えて、Ｓ１端子から信号が出力されたかどうかを確認する。確認した後にタイマカウンタ値がＴＩＭＲ１の値を超えている場合は、ＴＩＭＲ１の書き換えを行い、まだ超えていない場合は待機し、タイマカウンタの値がＴＩＭＲ１の値を超えた後に書き換える。これは、ＴＩＭＲ１の値を常に一スイッチング周期前の値で稼動させるためであり、このＴＩＭＲ１の値が常に一スイッチング周期前の値に固定されていないと、プッシュプル部にあるトランスに直流分が発生し、偏磁の原因となるためである。その上でこのように制御することで、前述の従来の課題で説明したＳ１端子からの波形抜けは回避される。

具体的に数値をあげて示すと、動作周波数が２８ＭＨｚのワンチップマイコンを使用する場合、１クロックあたり３６ｎｓであるため、プッシュプル部のスイッチング周波数を５０ｋＨｚに設定すると、スイッチング周期あたり５６０クロックとなり、スイッチング素子一つあたりは半スイッチング周期の２８０クロックとなる。また、設定可能な最大デューティ比を９０％とすると、最大でスイッチング素子のＯＮ期間は２５２クロック分になる。これを実際にタイマレジスタに設定するとＴＩＭＲ１＝２８、ＴＩＭＲ２＝２８０、ＴＩＭＲ３＝３０８、ＴＩＭＲ４＝５６０となる。この時、電流検出からタイマ設定値の演算まで約２２０クロックであり、タイマレジスタに設定値を書き込む処理は約１０クロックであった。

従来は、最大のデューティ比が設定される場合を考慮すると、図１１に示すように２８クロック（１０００ｎｓ）内にデューティ比を演算・タイマレジスタへの設定を行う必要があったが、本実施形態では半スイッチング周期分２８０クロック（１０μｓ）内でデューティ比演算・タイマレジスタへの設定をすればよい。このため、電力変換装置の制御用により低速なマイコンを使用することができ、装置の低コスト化、また高速なマイコンを使用した場合と比較して、マイコン自体の消費電力量が小さくなり、高効率な装置を提供することができる。

〔第３の実施形態〕
次に本発明の第３の実施形態を説明する。

電力変換装置の内部構造、制御回路は第１、２の実施形態と同様であるため、プッシュプル部の制御方法のみ説明する。

（制御方法）
第１、２の実施形態では、パルス幅を制御するＰＷＭ制御を用いていたが、本実施形態では図１２のようなパルス幅は一定で周波数を制御するＦＭ制御を用いて説明する。

ＰＷＭ制御ではスイッチング周期が一定であるため、タイマレジスタのうち、ＴＩＭＲ２とＴＩＭＲ４は常時同じ値で、ＴＩＭＲ１、ＴＩＭＲ３のみを変更させることによって、パルス幅を制御することができる。しかし、ＦＭ制御ではスイッチング周波数が変動するため、４つのタイマレジスタ全ての値を書き換える必要があるため、ＰＷＭ制御と比較して、タイマレジスタ書き換え時間は約２倍の時間がかかる。

具体的に数値をあげて示すと、動作周波数が２８ＭＨｚのワンチップマイコンを使用する場合、１クロックあたり３６ｎｓであるため、プッシュプル部の最大スイッチング周波数を５０ｋＨｚ、設定可能な最大デューティ比を９０％とすると、スイッチング周期あたりの最少クロック数は５６０クロック、スイッチング素子一つあたりは半スイッチング周期の２８０クロックとなり、スイッチング素子のＯＮ期間は２５２クロック一定となる。これを実際にタイマレジスタに設定するとＴＩＭＲ１＝２８、ＴＩＭＲ２＝２８０、ＴＩＭＲ３＝３０８、ＴＩＭＲ４＝５６０となる。この時、電流検出からタイマ設定値の演算まで約２２０クロックであり、タイマレジスタに設定値を書き込む処理は約２０クロックである。

実際のプッシュプル部の制御方法としては、第一の実施形態で示される制御フロー（図１）と同様にプッシュプル部の制御を行うタイマレジスタＴＩＭＲ１〜４への書き込みをマイコンに割り込み信号が入力すると最初に行う。この際、ＴＩＭＲ１〜４全てのレジスタに値を書き込む。

タイマレジスタに設定値を書き込む処理が２０クロックであるため、設定可能な最小のタイマレジスタ値（ＴＩＭＲ１＝２８）になる前に、タイマレジスタの値が書き換えられるため、従来のような波形抜けが発生することはない。このように、スイッチング方式をＦＭ制御にした場合も本発明は適用可能である。

本発明の第一の実施形態で説明する電力変換装置の制御方法の説明フロー図である。太陽光発電用電力変換装置のブロック回路図である。マイコンのタイマレジスタとＩ／Ｏ端子の出力状態の関係図である。マイコンのタイマカウンタ値とタイマレジスタ値とＩ／Ｏ端子の出力を表す図である。モータ駆動用のスイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号である。モータ駆動用の簡単なブロック回路図である。各タイマレジスタの設定値を示した図である。波形抜けが生じている場合のマイコンのタイマカウンタ値とタイマレジスタ値とＩ／Ｏ端子の出力を表す図である。本発明の第一の実施形態で説明するマイコンのタイマカウンタ値とタイマレジスタ値とＩ／Ｏ端子の出力を表す図である。本発明の第二の実施形態で説明する電力変換装置の制御方法の説明フロー図である。本発明の第二の実施形態で説明するマイコンのタイマカウンタ値とタイマレジスタ値とＩ／Ｏ端子の出力を表す図である。本発明の第三の実施形態で説明するＦＭ制御を用いたスイッチング駆動信号を示す図である。従来の電力変換装置の制御方法の一例の説明フロー図である。

符号の説明

２１１入力端子
２１２出力端子
２３１入力電流検出器
２３２入力電圧検出器
２３３出力電流検出器
２３４出力電圧検出器
２３５系統電圧検出器
２４直流／交流変換回路
２４１プッシュプル部
２４２反転部
２５連系リレー
２６制御回路
２８制御電源生成回路

Claims

タイマを有するマイコンを用い、タイマによって半導体素子をオン／オフするタイミングを制御する制御信号を出力する信号発生器の制御方法において、
所定期間ごとにマイコンへの割り込み信号によって開始する割り込み処理工程を有し、
前記割り込み処理工程は、各々少なくとも、該割り込み処理工程より前の割り込み処理工程で演算された設定値をタイマに設定する設定工程と、該割り込み処理工程より後の割り込み処理工程で使用するタイマへの設定値を決定する演算工程とを含み、各々の割り込み処理工程内では、前記演算工程よりも前に前記設定工程が行われることを特徴とする信号発生器の制御方法。
前記割り込み処理工程は、所定期間前の割り込み処理工程内の演算工程で演算された半導体素子のオン／オフタイミングをタイマに設定する設定工程と、所定期間後の割り込み処理工程内の設定工程でタイマに設定される半導体素子のオン／オフタイミングを演算する演算工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の信号発生器の制御方法。
タイマを有するマイコンを用い、タイマによって少なくとも第１及び第２の半導体素子をオン／オフするタイミングを制御する制御信号を出力する信号発生器の制御方法において、
所定期間ごとにマイコンへの割り込み信号によって開始する割り込み処理工程を有し、
前記割り込み処理工程は、各々少なくとも、第１及び第２の半導体素子のオン／オフタイミングを演算する演算工程と、第１の半導体素子のオン／オフ制御信号が出力された後、前記演算した第１及び第２の半導体素子のオン／オフタイミングをタイマに設定する設定工程とを有することを特徴とする信号発生器の制御方法。
前記信号発生器は、電力変換装置の半導体素子を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の信号発生器の制御方法。
前記信号発生器が制御する電力変換装置が太陽光発電用パワーコンディショナであることを特徴とする請求項４に記載の信号発生器の制御方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の信号発生器の制御方法を実現するためのプログラム。
請求項６に記載のプログラムを格納した記録媒体。