JP2009219299A - 電力変換回路の制御装置、及び電力変換システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マスタ相のコイル電流iL1の周期が周期T1から周期T1´に変化すると、第m相のコイル電流iLmがゼロとなるタイミングが、マスタ相の周期T1´の「(m−1)/n」のタイミングからずれる。マスタ相の次回の周期において、このずれがゼロとなるように、第m相の周期Tmを設定する。
【選択図】 図8
Description
以下、本発明にかかる電力変換回路の制御装置をハイブリッド車の動力発生装置としての電動機に接続される電力変換回路についての制御装置に適用した第1の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
<マスタ相のチョッパ制御>
図5に、上記マスタ相パルス幅算出処理部30の処理の詳細を示す。なお、この処理は、実際には、電動機10の各相のそれぞれについての処理となるが、これらは同一の処理となるため、ここでは、これらの1相分の処理のみを示す。
また、このピーク電流Ipは、オフ時間toffと、コンデンサCの電圧(出力電圧Vout)とを用いて、以下の式にて表現される。
上記の式(c1)、(c2)から、オン時間tpとオフ時間toffとの関係が下記の式(c3)となる。
ここで、上記一周期におけるコンデンサC及び電動機10側への供給電流の平均値は、下記の式(c4)にて表現される。
=tp・Vin・Vin/2・L・(Vin+Vout) …(c4)
これが、出力指令値iCcの「1/n」と等しいとすると、下記の式(c5)が得られる。
一方、図6(b)は、出力電流iCが負である場合のコイルL1に流れる電流を示している。ここで、オン時間tnは、スイッチング素子Sb1、Sc1のオン時間を示している。図示されるように、スイッチング素子Sb1、Sc1がオン操作されると、先の図2(c)に示した回路部分に電流が流れることで、コイルLに流れる電流の絶対値が漸増する。ただし、コンデンサCの両電極のうちの電動機10との接続側へ流れる方向を電流の正の向きとしているために、図6(c)では、電流がゼロを下回って漸減すると記載している。そして、オン時間tnが経過すると、スイッチング素子Sb1、Sc1がオフ操作されるために、先の図2(d)に示した回路部分に電流が流れ、コイルL1の電流の絶対値は漸減する。そして、本実施形態では、コイルL1を流れる電流がゼロとなることで、スイッチング素子Sb1、Sc1を再度オン状態に切り替える。
=2・L・(−iCc)・(Vin+Vout)/(Vin・Vout・n) …(c6)
上記の式(c6)においては、コンデンサC及び電動機10側に電流が流れる方向を正としているため、出力指令値iCcに「−1」を乗算することで、オン時間tnを正としている。上記の式(c5)及び式(c6)からわかるように、出力指令値iCc、入力電圧Vin、及び出力電圧Voutを入力とすることで、オン時間tp,tnを算出することができる。ここで、オン時間tpを用いるか、オン時間tnを用いるかは、出力指令値iCcの符号によって定まる。そして、オン時間tp,tnのうち出力指令値iCcによって選択されたものが、マスタ相パルス幅算出処理部30の出力するオン時間ton(1)となる。
<スレーブ相のチョッパ制御>
上記態様にて電動機10の各相に指令電圧Vcを印加すべく、マルチフェーズコンバータMCVを操作する場合、出力指令値iCcが大きく変動することに起因して、チョッパ制御態様も大きく変動する。このため、各スレーブ相についてもマスタ相と同様に出力指令値iCcに基づきチョッパ制御を行ったのでは、先の図23に例示したようにリップル電流が大きくなるおそれがある。
ton(m)
=ton(1)・(n+m−1)/n−Td・Vout/(Vin+Vout)
…(c7)
これは、以下のようにして算出されたものである。すなわち、上記の式(c3)により、周期Tmは、現在のスイッチング態様(オン時間ton(m))を用いて以下の式(c9)にて予測することができる。
=ton(m)・(Vout+Vin)/Vout …(c9)
一方、マスタ相の周期T1についても、現在のスイッチング態様(ton(1))を用いて下記の式(c10)にて予測することができる。
そして、図8に示した関係より、下記の式(c10)が成立することが必要となる。
上記の式(c11)に、上記の式(c9)及び(c10)を代入することで上記の式(c7)が得られる。
ton(m)
=ton(1)・(n+m−1)/n−Td・Vin/(Vin+Vout)
…(c12)
図9に、先の図8に示した態様にてなされる本実施形態にかかるスレーブ相のチョッパ制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
=ton(m−1)・(n+1)/n−Td・Vout/(Vin+Vout)
…(c13)
また、出力指令値iCcが負である場合には、オン時間ton(m)は、上記式(c12)の導出と同様にして、下記の式(c14)となる。
=ton(m−1)・(n+1)/n−Td・Vin/(Vin+Vout)
…(c14)
なお、上記ステップS38a,40aの処理が完了する場合、先の図9同様、ステップS42〜S58の処理を行う。
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
={T1+ΔT1・(m−1)/n}・Vout/(Vin+Vout)
…(c15)
上記の式(c15)において、「ΔT1・(m−1)・Vout/{(Vin+Vout)・n}」は、マスタ相の周期Tの変化量ΔT1に起因して、第m相の規定タイミングが均等分割されたタイミングからずれた場合に、これを解消するためのものである。すなわち、第m相の規定タイミングは、マスタ相の周期Tが変化量ΔT1だけ変化することで、「ΔT1・(m−1)/n」だけずれることとなる。このずれを補償するためのオン時間の変化量が、「ΔT1・(m−1)・Vout/{(Vin+Vout)・n}」である。
={T1+ΔT1・(m−1)/n}・Vin/(Vin+Vout)
…(c16)
なお、上記ステップS38a,40aの処理が完了する場合、先の図9同様、ステップS42〜S58の処理を行う。
以下、第4実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
ここで、「ΔiCc・(m−1)/n・n」が、マスタ相の周期の変化に起因して規定タイミングがマスタ相の周期を均等分割したタイミングからずれた場合に、これを補償するための項となる。すなわち、ピーク電流Ipが変化量ΔIpだけ変化すると、マスタ相の周期は、「ΔIp・L・(Vout+Vin)/Vin・Vout」だけ変化する。このため、第m相の規定タイミングは、「{(m−1)/n}・{ΔIp・L・(Vout+Vin)/Vin・Vout}」だけ均等分割されるタイミングからずれる。これを補償するためには、マスタ相のピーク値よりも更に「{(m−1)/n}・ΔIp」だけピーク値を変化させる必要がある。ここで、マスタ相のピーク値の変化量ΔIpと、出力指令値iCcの変化量ΔiCcとの間には、「ΔIp=ΔiCc/n」の関係がある。このため、第m相のピーク値は、マスタ相のピーク値「iCc/n」に対して、「ΔiCc・(m−1)/n・n」だけずらす必要がある。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
Claims (21)
- チョッパ制御によりチョッパ回路部のコイルを流れる電流を増減させつつ蓄電手段の電圧を入力電圧に対して所望に変換して且つ、前記チョッパ回路部を複数個備える電力変換回路について、前記コイルを流れる電流の値及びその変化の符号によって規定される規定タイミングを前記複数個のチョッパ回路部で互いにずらすようにスイッチング素子を操作することで、前記蓄電手段の電圧を制御する電力変換回路の制御装置において、
前記複数個のチョッパ回路部のうちの所定のチョッパ回路部における隣接する前記一対の規定タイミング間の間隔が変化することに起因して、別のチョッパ回路部における規定タイミングが前記一対の規定タイミング間を前記複数個に均等分割したタイミングからずれる場合、このずれを低減すべく、前記別のチョッパ回路部における一対の規定タイミング間の間隔の変化量が前記所定のチョッパ回路部における前記変化の量よりも大きくなるように、スイッチング態様を設定する設定手段を備えることを特徴とする電力変換回路の制御装置。 - 前記設定手段は、前記別のチョッパ回路部における規定タイミングを挟む前記所定のチョッパ回路部の一対の規定タイミング間の間隔を、前記所定のチョッパ回路部の現在のスイッチング態様の設定に基づき予測することで、前記ずれを把握することを特徴とする請求項1記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記設定手段によるスイッチング態様の設定は、前記所定のチョッパ回路部の一対の規定タイミング間の間隔が変化しない場合、前記別のチョッパ回路部の一対の規定タイミング間の間隔を、前記所定のチョッパ回路部の前記間隔に収束させるものであることを特徴とする請求項1又は2記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記設定手段は、前記所定のチョッパ回路部における現在のスイッチング態様の設定に基づき、それ以降の前記一対の規定タイミング内における前記均等分割されたタイミングを把握し、前記別のチョッパ回路部の規定タイミングをこの把握されたタイミングに一致させるように前記スイッチング態様を設定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記複数個のチョッパ回路部のそれぞれにおけるスイッチング素子のオン状態からオフ状態への切り替えタイミング及びオフ状態からオン状態への切り替えタイミングのいずれか一方を、当該チョッパ回路部の備えるコイルを流れる電流が予め定められた所定値となるタイミングとし、
前記設定手段は、前記オン状態からオフ状態への切り替えタイミング及びオフ状態からオン状態への切り替えタイミングのうちのいずれか他方を可変設定することで、前記ずれを低減することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記規定タイミングは、前記コイルを流れる電流が前記所定値となるタイミングであることを特徴とする請求項5記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記設定手段は、前記別のチョッパ回路部における前記いずれか他方を可変設定することで、該いずれか他方に引き続くいずれか一方のタイミングが、前記所定のチョッパ回路部における前記いずれか一方の一対のタイミング間の間隔を均等分割したタイミングとなるようにすることを特徴とする請求項6記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記設定手段は、前記所定のチョッパ回路部における規定タイミングと前記別のチョッパ回路部における規定タイミングとの時間差の実測値に基づき、前記均等分割されたタイミングからのずれを把握することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記設定手段は、前記入力電圧及び前記蓄電手段の電圧に基づき、前記設定を行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記複数個のチョッパ回路部のうちの特定のものをマスタ回路部として且つ、残りをスレーブ回路部とし、
前記複数個のチョッパ回路部の出力電流の指令値を算出する算出手段と、
前記マスタ回路部のスイッチング素子を、前記指令値に基づき操作するマスタ操作手段とを更に備え、
前記設定手段は、スレーブ回路部のスイッチング態様を設定することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記所定のチョッパ回路部が、前記マスタ回路部であることを特徴とする請求項10記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記スレーブ回路部は、前記マスタ回路部における前記規定タイミングを先頭として前記規定タイミングが現れる順番によって順序づけられており、
前記所定のチョッパ回路部が、前記別のチョッパ回路部としての前記スレーブ回路部よりも1つ前に前記規定タイミングが現れるものであることを特徴とする請求項10記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記マスタ操作手段は、前記マスタ回路部の出力電流についての前記規定値となるタイミングの周期における平均値を、前記指令値に基づき制御することを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記チョッパ制御によって、前記電力変換回路及びこれに接続される負荷間に交流電流を流すべく前記蓄電手段の電圧が制御されることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記蓄電手段は、回転機の端子に接続されるものであることを特徴とする請求項14記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記電力変換回路は、非絶縁型コンバータを備えて構成されることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記非絶縁型コンバータは、前記チョッパ回路部として、前記電力変換回路の入力端子に並列接続された一対のスイッチング素子と、該スイッチング素子同士の接続点を前記蓄電手段に接続するコイルとを備えるバックコンバータであることを特徴とする請求項16記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記非絶縁型コンバータは、前記チョッパ回路部として、前記蓄電手段に並列接続された一対のスイッチング素子と、該スイッチング素子同士の接続点を前記電力変換回路の入力端子に接続するコイルとを備えるブーストコンバータであることを特徴とする請求項16記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記非絶縁型コンバータは、前記チョッパ回路部として、前記蓄電手段の一方の端子及び前記電力変換回路の入力端子の一方を接続する一対のスイッチング素子と、前記一対のスイッチング素子間の接続点を前記蓄電手段の他方の端子及び前記電力変換回路の入力端子の他方に接続するコイルとを備えるバックブーストコンバータであることを特徴とする請求項16記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記非絶縁型コンバータは、前記チョッパ回路部として、前記電力変換回路の入力端子に並列接続された一対のスイッチング素子と、前記蓄電手段に並列接続された一対のスイッチング素子と、前記電力変換回路の入力端子に並列接続された一対のスイッチング素子の接続点を前記蓄電手段に並列接続された一対のスイッチング素子の接続点に接続するコイルとを備えるバックブースコンバータであることを特徴とする請求項16記載の電力変換回路の制御装置。
- 請求項1〜20のいずれか1項に記載の電力変換回路の制御装置と、
前記電力変換回路とを備えることを特徴とする電力変換システム。
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