JP2011250656A - Power conversion apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion apparatus capable of acquiring a full-wave voltage waveform having a small waveform distortion as desired at both ends of a capacitor even when capacitance of the capacitor decreases.SOLUTION: A step-up/step-down converter 14 is controlled by reflecting a correction duty k×Δic corresponding to a deviation Δic (Δic=iccom-ic) between capacitor current ic flowing in a capacitor 28 and capacitor current command value iccom respectively for a step-up duty (Vcom/Vin) and a step-down duty (1-Vin/Vcom) based on an output voltage correction command value Vcom (Vcom=Vmcom+ΔVn or Vcom=A×Vmcom) to acquire a full-wave voltage waveform Vm having a small waveform distortion as desired at both ends of the capacitor 28 even when capacitance of the capacitor 28 decreases.

Description

この発明は、直流電源から供給される直流電圧を入力とし出力側のコンデンサの両端に全波電圧として出力する昇降圧コンバータと、前記全波電圧を得るための出力電圧指令値に基づき前記昇降圧コンバータを制御するコンバータ制御部と、を有する電力変換装置に関し、前記昇降圧コンバータにより得られた前記全波電圧を系統連係インバータにより所望の交流電圧に変換して電力系統に連係する電力変換装置に適用して好適な電力変換装置に関する。   The present invention relates to a buck-boost converter that receives a DC voltage supplied from a DC power source and outputs it as a full-wave voltage across an output-side capacitor, and the step-up / step-down converter based on an output voltage command value for obtaining the full-wave voltage. A power converter having a converter control unit for controlling a converter, wherein the full-wave voltage obtained by the step-up / step-down converter is converted into a desired AC voltage by a system-linking inverter and linked to a power system. The present invention relates to a power conversion device suitable for application.

太陽電池又は燃料電池等は直流電圧を生成するが、電力の伝送やモータの駆動のためには交流電圧が好適であり、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置が用いられている。また、太陽電池や燃料電池等の直流電源から供給される直流電力を系統に連係して交流電力に変換する回路として、系統連係インバータが知られている。   A solar cell, a fuel cell, or the like generates a DC voltage, but an AC voltage is suitable for transmission of electric power and driving of a motor, and a power conversion device that converts the DC voltage into an AC voltage is used. Further, a system-linked inverter is known as a circuit that links DC power supplied from a DC power source such as a solar cell or a fuel cell to the system and converts it into AC power.

この出願の発明者は、特許文献1に、図7に示す電力変換装置200を提案している。この電力変換装置200は、直流電源202で発生する、例えば、直流電圧250Vdcを、第1の電力変換装置としてのチョッパ型の昇降圧コンバータ204により、例えば、330Vpeakの全波電圧Vmに変換し、この全波電圧Vmを第2の電力変換装置としてのチョッパ型のインバータ206及びLPF208を通じて交流電圧200Vrmsに変換して負荷220の電力系統に連係するように構成されている。   The inventor of this application proposes a power conversion device 200 shown in FIG. The power conversion device 200 converts, for example, a DC voltage 250 Vdc generated by the DC power source 202 into a full-wave voltage Vm of 330 Vpeak, for example, by a chopper type buck-boost converter 204 as a first power conversion device, The full-wave voltage Vm is converted to an AC voltage of 200 Vrms through a chopper type inverter 206 and LPF 208 as a second power converter, and is linked to the power system of the load 220.

コンバータ制御部210は、インバータ制御部218に入力される200Vrmsの正弦波指令値Vsの絶対値を採った出力電圧指令値に所定定数を乗じた出力電圧指令値Vcom(波形は全波電圧波形)と、電圧センサ212により検出した直流電圧Vinとから基本的な降圧デューティと昇圧デューティを算出し、さらに、出力側のコンデンサ214に表れる全波電圧Vmを電圧センサ216により検出して比例積分(PI)制御の補正デューティを算出してそれぞれ前記降圧デューティと前記昇圧デューティに加算して補正し、補正後の降圧デューティ及び昇圧デューティと三角波の搬送波信号(キャリア信号)と、を比較して昇降圧コンバータ204の駆動信号を算出するように構成されている。   The converter control unit 210 outputs an output voltage command value Vcom obtained by multiplying the output voltage command value obtained by taking the absolute value of the 200 Vrms sine wave command value Vs input to the inverter control unit 218 by a predetermined constant (the waveform is a full-wave voltage waveform). The basic step-down duty and step-up duty are calculated from the DC voltage Vin detected by the voltage sensor 212, and the full-wave voltage Vm appearing on the output-side capacitor 214 is detected by the voltage sensor 216 to perform proportional integration (PI ) Control correction duty is calculated and corrected by adding to the step-down duty and the step-up duty, respectively, and the step-down / step-down converter is compared by comparing the corrected step-down duty and step-up duty with a triangular wave carrier signal (carrier signal). The driving signal 204 is configured to be calculated.

一方、インバータ制御部218は、前記の200Vrmsの正弦波指令値Vsと、前記の全波電圧Vmとから基準信号Vref=1/2(Vs/Vm+1)を生成し、生成した基準信号Vrefと三角波の搬送波信号(キャリア信号)とを比較してインバータ206の駆動信号を算出するように構成されている。   On the other hand, the inverter control unit 218 generates a reference signal Vref = 1/2 (Vs / Vm + 1) from the sine wave command value Vs of 200 Vrms and the full wave voltage Vm, and the generated reference signal Vref and a triangular wave The drive signal of the inverter 206 is calculated by comparing the carrier signal (carrier signal).

特開2009−254196号公報(図9)JP 2009-254196 A (FIG. 9)

特許文献1に係る電力変換装置200によれば、昇降圧コンバータ204の出力側のコンデンサ214の両端に表れる全波電圧Vmの比例積分制御による補正デューティを考慮したことで、負荷220の軽重に拘わらず波形歪の小さい全波電圧Vmを出力することができることが確認されている。   According to the power conversion device 200 according to Patent Document 1, the correction duty by proportional integral control of the full-wave voltage Vm appearing at both ends of the capacitor 214 on the output side of the step-up / down converter 204 is taken into consideration, so that the load 220 is lightly weighted. It has been confirmed that a full-wave voltage Vm with a small waveform distortion can be output.

しかしながら、電力変換装置200の使用時間が長期間にわたってくると、全波電圧Vmの波形歪が大きくなってくるという不都合が表れることが分かった。   However, it has been found that when the power converter 200 is used for a long time, the waveform distortion of the full-wave voltage Vm increases.

この発明は、このような知見、課題を考慮してなされたものであり、使用時間が長期間にわたっても、昇降圧コンバータの出力に表れる全波電圧の波形歪を小さく維持することを可能とする電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such knowledge and problems, and makes it possible to keep the waveform distortion of the full-wave voltage appearing at the output of the buck-boost converter small over a long period of use. An object is to provide a power converter.

また、この発明は、電力変換装置の周囲温度が変動しても、昇降圧コンバータの出力に表れる全波電圧の波形歪を小さく維持することを可能とする電力変換装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a power conversion device that can keep the waveform distortion of the full-wave voltage that appears in the output of the buck-boost converter small even if the ambient temperature of the power conversion device fluctuates. To do.

この発明に係る電力変換装置は、直流電源から供給される直流電圧を入力とし、出力側のコンデンサの両端に全波電圧を出力する昇降圧コンバータと、前記全波電圧を規定するための出力電圧指令値を生成するとともに、前記コンデンサに流れる電流を規定するためのコンデンサ電流指令値を生成する指令値生成部と、前記コンデンサの容量低下量を算出する容量低下量算出部と、前記コンデンサの容量低下量に応じて前記出力電圧指令値を補正する補正値を算出する補正値算出部と、前記補正値により補正された出力電圧補正指令値に基づく降圧デューティ及び昇圧デューティに対してそれぞれ、前記コンデンサに流れるコンデンサ電流と前記コンデンサ電流指令値との偏差に応じた補正デューティを反映させて前記昇降圧コンバータを制御するコンバータ制御部と、を備えることを特徴とする。   A power converter according to the present invention includes a step-up / down converter that receives a DC voltage supplied from a DC power source and outputs a full-wave voltage across a capacitor on the output side, and an output voltage for defining the full-wave voltage. A command value generating unit that generates a command value and generating a capacitor current command value for defining a current flowing through the capacitor, a capacity decrease amount calculating unit that calculates a capacity decrease amount of the capacitor, and a capacitance of the capacitor A correction value calculation unit for calculating a correction value for correcting the output voltage command value according to the amount of decrease; and the capacitor for the step-down duty and the step-up duty based on the output voltage correction command value corrected by the correction value. The buck-boost converter is controlled by reflecting a correction duty corresponding to a deviation between the capacitor current flowing through the capacitor and the capacitor current command value. A converter control unit which, characterized in that it comprises a.

この出願の発明者は、使用時間が長期間にわたってくると、全波電圧の波形歪が大きくなる原因が、昇降圧コンバータの出力側のコンデンサの容量(静電容量)の低下、いわゆる容量抜けによるものであることを見いだした。   According to the inventors of this application, the waveform distortion of the full-wave voltage increases when the usage time is extended for a long time due to a decrease in the capacitance (capacitance) of the capacitor on the output side of the buck-boost converter, so-called capacitance loss. I found it to be a thing.

そこで、前記コンデンサの容量低下量を算出する容量低下量算出部を設けるとともに、前記容量低下量算出部で算出した前記コンデンサの容量低下量に応じた前記出力電圧指令値の補正値を算出する補正値算出部を設け、コンバータ制御部が、前記補正値により補正された出力電圧補正指令値に基づく降圧デューティ及び昇圧デューティに対してそれぞれ、前記コンデンサに流れるコンデンサ電流と前記コンデンサ電流指令値との偏差に応じた補正デューティを反映させて前記昇降圧コンバータを制御することで、コンデンサの容量が低下しても、コンデンサの両端に所望の波形歪の小さい全波電圧波形、換言すれば、次段のインバータに必要な実効値換算に近似した全波電圧波形を得ることができる。   Accordingly, a capacitance reduction amount calculation unit for calculating the capacitance reduction amount of the capacitor is provided, and a correction for calculating a correction value of the output voltage command value according to the capacitance reduction amount of the capacitor calculated by the capacitance reduction amount calculation unit. A value calculation unit is provided, and the converter control unit deviates between the capacitor current flowing through the capacitor and the capacitor current command value with respect to the step-down duty and the step-up duty based on the output voltage correction command value corrected by the correction value, respectively. By controlling the step-up / down converter by reflecting the correction duty according to the full-voltage voltage waveform with a small desired waveform distortion at both ends of the capacitor, in other words, A full-wave voltage waveform approximating the effective value conversion necessary for the inverter can be obtained.

なお、前記指令値生成部は、前記コンデンサに流れる電流を規定するためのコンデンサ電流指令値を生成する際、前記全波電圧を規定するための出力電圧指令値を微分して生成することで、コンデンサ電流指令値を簡易に生成することができる。   The command value generating unit generates a capacitor current command value for defining the current flowing through the capacitor by differentiating and generating an output voltage command value for defining the full-wave voltage, The capacitor current command value can be easily generated.

また、前記コンデンサに流れるコンデンサ電流を得る際、前記コンデンサに直列に接続した電流センサの出力から直接的に得るようにしてもよく、又は前記コンデンサの両端電圧を測定する電圧センサの出力を微分した出力に基づき間接的に得るようにしてもよい。   Further, when obtaining the capacitor current flowing through the capacitor, it may be obtained directly from the output of the current sensor connected in series with the capacitor, or the output of the voltage sensor that measures the voltage across the capacitor is differentiated. It may be obtained indirectly based on the output.

この発明に係る電力変換装置は、昇降圧コンバータの出力側コンデンサの容量値が低下しても、昇降圧コンバータの出力に表れる全波電圧の波形歪の小さい電力変換装置を提供することができる。   The power conversion device according to the present invention can provide a power conversion device with small waveform distortion of the full-wave voltage that appears in the output of the buck-boost converter even when the capacitance value of the output-side capacitor of the buck-boost converter decreases.

また、この発明に係る電力変換装置は、昇降圧コンバータの出力側コンデンサの容量値が温度により変化しても、昇降圧コンバータの出力に表れる全波電圧の波形歪の小さい電力変換装置を提供することができる。   In addition, the power converter according to the present invention provides a power converter with small waveform distortion of the full-wave voltage that appears in the output of the buck-boost converter even if the capacitance value of the output-side capacitor of the buck-boost converter changes with temperature. be able to.

この発明の一実施形態に係る電力変換装置を第1実施例に係る第1電力変換装置として含む電力変換装置のブロック図である。It is a block diagram of the power converter device which includes the power converter device which concerns on one Embodiment of this invention as a 1st power converter device which concerns on a 1st Example. 第1実施例に係る第1電力変換装置の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the 1st power converter device which concerns on 1st Example. 第1〜第3実施例に係る電力変換装置の動作説明に供される波形図である。It is a wave form diagram with which it uses for operation | movement description of the power converter device which concerns on a 1st-3rd Example. 第2実施例に係る第1電力変換装置の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the 1st power converter device which concerns on 2nd Example. 第2実施例に係る第1電力変換装置を構成する指令値生成部の動作説明に供される波形図である。It is a wave form diagram with which it uses for operation | movement description of the command value production | generation part which comprises the 1st power converter device which concerns on 2nd Example. 第3実施例に係る第1電力変換装置を構成する容量低下量算出部の説明図である。It is explanatory drawing of the capacity fall amount calculation part which comprises the 1st power converter device which concerns on 3rd Example. 従来技術に係る電力変換装置のブロック図である。It is a block diagram of the power converter device which concerns on a prior art.

以下、この発明に係る電力変換装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a power conversion device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、電力変換装置(電力変換システム)10全体の回路構成を示している。   FIG. 1 shows a circuit configuration of an entire power conversion device (power conversion system) 10.

図1に示すように、この実施形態に係る電力変換装置10は、基本的には、[第1実施例]に係る第1電力変換装置101と、第2電力変換装置102と、前記第1及び第2電力変換装置101、102の一部を構成する制御部20とから構成される。   As shown in FIG. 1, a power conversion device 10 according to this embodiment basically includes a first power conversion device 101, a second power conversion device 102, and the first power conversion device according to [First Example]. And a control unit 20 that constitutes a part of the second power converters 101 and 102.

第1電力変換装置101は、直流電源12から供給される直流電圧Vin、例えば公称値250Vdc(=Vin)を昇降圧して、出力側のコンデンサ28の両端に、例えば330Vpeakの全波電圧Vmを出力する昇降圧コンバータ14を備える。この場合、昇降圧コンバータ14は、前記の330Vpeakの全波電圧Vm中、直流電圧Vinに対応する250Vpeak分までは降圧し、この250Vpeakに上乗せされる70Vpeak分は昇圧するように昇降圧制御する。   The first power converter 101 steps up and down the DC voltage Vin supplied from the DC power supply 12, for example, a nominal value 250 Vdc (= Vin), and outputs a full-wave voltage Vm of 330 Vpeak, for example, to both ends of the output-side capacitor 28. A step-up / down converter 14 is provided. In this case, the step-up / step-down converter 14 performs step-up / step-down control so that the total voltage Vm of 330 V peak is stepped down to 250 V peak corresponding to the DC voltage Vin and boosted by 70 V peak added to the 250 V peak.

第2電力変換装置102は、前記の全波電圧Vmを交流電圧Vxに変換するインバータ16と、交流電圧Vxを安定化させて例えば交流電圧200Vrmsの出力電圧Voを負荷220に出力する安定化回路18と、を備える。   The second power converter 102 includes an inverter 16 that converts the full-wave voltage Vm to the AC voltage Vx, and a stabilization circuit that stabilizes the AC voltage Vx and outputs an output voltage Vo of, for example, an AC voltage of 200 Vrms to the load 220. 18.

制御部20は、昇降圧コンバータ14及びインバータ16を制御する。   The control unit 20 controls the buck-boost converter 14 and the inverter 16.

この実施形態において、制御部20は、ECU(Electronic Control Unit)により構成される。ECUは、マイクロコンピュータを含む計算機であり、CPU(中央処理装置)、メモリであるROM(EEPROMも含む。)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、その他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力装置、計時手段としてのタイマ等を有しており、CPUがROMに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部、たとえば制御部、算出部(演算部)、及び処理部等として機能する。   In this embodiment, the control unit 20 is configured by an ECU (Electronic Control Unit). The ECU is a computer including a microcomputer, such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (including EEPROM) as a memory, a RAM (Random Access Memory), an A / D converter, a D / A converter, etc. Input / output device, a timer as a time measuring means, etc., and the CPU reads and executes a program recorded in the ROM so that various function realizing units, for example, a control unit, a calculation unit (calculation unit), and a process It functions as a part.

図2は、図1中の昇降圧コンバータ14を転載して描くとともに、図1に示した電力変換装置10の制御部20中、コンバータ制御部42と指令値生成部26の詳細な回路構成を示している。なお、図2において、図1に示したインバータ16と安定化回路18とからなる第2電力変換装置102及び負荷220は、負荷Rと省略して描いている。   2 shows the step-up / step-down converter 14 in FIG. 1 reprinted, and detailed circuit configurations of the converter control unit 42 and the command value generation unit 26 in the control unit 20 of the power conversion apparatus 10 shown in FIG. Show. In FIG. 2, the second power conversion device 102 and the load 220 including the inverter 16 and the stabilization circuit 18 shown in FIG.

図1において、直流電源12は、例えば太陽電池又は燃料電池等であり、出力する直流電圧Vinは変動し得るが、電力変換装置10の作用により、出力電圧Voは安定した交流にされる。   In FIG. 1, the DC power supply 12 is, for example, a solar cell or a fuel cell, and the output DC voltage Vin can vary, but the output voltage Vo is made stable AC by the action of the power conversion device 10.

図1及び図2において、昇降圧コンバータ14は、MOSFET又はIGBT等のスイッチング素子80a、80b、80c、80dと、これらスイッチング素子80a、80b、80c、80dにそれぞれ並列に逆方向に接続されるダイオード23と、リアクトル82とから構成されている。   1 and 2, the buck-boost converter 14 includes switching elements 80a, 80b, 80c, and 80d such as MOSFETs or IGBTs, and diodes connected in reverse to the switching elements 80a, 80b, 80c, and 80d, respectively. 23 and a reactor 82.

直流電源12のプラス側にハイサイド側のスイッチング素子80aのコレクタ及びダイオード23のカソードが接続され、直流電源12のマイナス側にローサイド側のスイッチング素子80bのエミッタ及びダイオード23のアノードが接続される。   The collector of the high-side switching element 80 a and the cathode of the diode 23 are connected to the plus side of the DC power supply 12, and the emitter of the low-side switching element 80 b and the anode of the diode 23 are connected to the minus side of the DC power supply 12.

また、全波電圧Vmのプラス側にハイサイド側のスイッチング素子80cのコレクタ及びダイオード23のカソードが接続される。全波電圧Vmのマイナス側にローサイド側のスイッチング素子80dのエミッタ及びダイオード23のアノードが接続される。   Further, the collector of the high-side switching element 80c and the cathode of the diode 23 are connected to the plus side of the full-wave voltage Vm. The emitter of the low-side switching element 80d and the anode of the diode 23 are connected to the negative side of the full-wave voltage Vm.

入力相アーム側のスイッチング素子80aのエミッタとスイッチング素子80bのコレクタとの接続点と、出力相アーム側のスイッチング素子80cのエミッタとスイッチング素子80dのコレクタとの接続点との間に、昇降圧の際にエネルギを蓄積乃至放出する上記のリアクトル82が接続される構成とされている。   Between the connection point between the emitter of the switching element 80a on the input phase arm side and the collector of the switching element 80b, and the connection point between the emitter of the switching element 80c on the output phase arm side and the collector of the switching element 80d, At this time, the reactor 82 for storing or releasing energy is connected.

コンデンサ28の両端電圧である全波電圧Vmは、電圧センサ29により取り込まれ、インバータ制御部44中、デューティ演算部62に供給される。   The full-wave voltage Vm that is the voltage across the capacitor 28 is taken in by the voltage sensor 29 and supplied to the duty calculator 62 in the inverter controller 44.

コンデンサ28に流れるコンデンサ電流icは、電流センサ30により取り込まれコンバータ制御部42中の減算器104の減数入力端子及び容量低下量算出部32に供給される。コンデンサ電流icは、コンデンサ28の静電容量をCとするとき、次の(1)式に示すように表されるので、電圧センサ29により得られる全波電圧Vmを微分器で微分することでも得られる。(1)式は、全波電圧Vmで解いて(2)式に変更できることに留意する。
ic(t)=C×{dVm(t)/dt} …(1)
Vm(t)=(1/C)×∫ic(t)dt …(2)
The capacitor current ic flowing in the capacitor 28 is taken in by the current sensor 30 and supplied to the reduction input terminal of the subtractor 104 and the capacity decrease amount calculation unit 32 in the converter control unit 42. Since the capacitor current ic is expressed as shown in the following equation (1) when the capacitance of the capacitor 28 is C, it is also possible to differentiate the full wave voltage Vm obtained by the voltage sensor 29 with a differentiator. can get. Note that equation (1) can be solved with full wave voltage Vm and changed to equation (2).
ic (t) = C × {dVm (t) / dt} (1)
Vm (t) = (1 / C) × ∫ic (t) dt (2)

図1に示すように、インバータ16は、それぞれに並列に逆方向のダイオード23が接続されたMOSFETやIGBT等のスイッチング素子22a、22b、22c、22dによりブリッジ回路として形成されている。   As shown in FIG. 1, the inverter 16 is formed as a bridge circuit by switching elements 22 a, 22 b, 22 c, and 22 d such as MOSFETs or IGBTs each having a reverse diode 23 connected in parallel.

ハイサイド側のスイッチング素子22a、22cのコレクタはプラス側ライン34aに接続され、ローサイド側のスイッチング素子22b、22dのエミッタはマイナス側ライン34bに接続されている。スイッチング素子22aのエミッタとスイッチング素子22bのコレクタとの接続点は第1出力ライン36aに分岐しており、スイッチング素子22cのエミッタとスイッチング素子22dのコレクタとの接続点は第2出力ライン36bに分岐している。   The collectors of the high-side switching elements 22a and 22c are connected to the plus-side line 34a, and the emitters of the low-side switching elements 22b and 22d are connected to the minus-side line 34b. The connection point between the emitter of the switching element 22a and the collector of the switching element 22b branches to the first output line 36a, and the connection point of the emitter of the switching element 22c and the collector of the switching element 22d branches to the second output line 36b. is doing.

インバータ16は、基本的には、インバータ16に入力された全波電圧Vmを降圧して出力を発生させる。降圧動作は入力電圧である全波電圧Vmに対してインバータ出力電圧Vxを、Vx=Vm×2×(Q−0.5)、の関係で出力させる。ここで、括弧内は、引数のQが0.5以上のときには正、0.5未満のときには負となる。Qは後述する基礎信号である。   The inverter 16 basically steps down the full wave voltage Vm input to the inverter 16 to generate an output. In the step-down operation, the inverter output voltage Vx is output in relation to Vx = Vm × 2 × (Q−0.5) with respect to the full-wave voltage Vm that is an input voltage. Here, the values in parentheses are positive when the argument Q is 0.5 or more and negative when it is less than 0.5. Q is a basic signal described later.

安定化回路18は、ローパスフィルタの構成とされ、第1出力ライン36aと第2出力ライン36bに直列に挿入されたインダクタ38(同相トランス)と、該インダクタ38の下流側に設けられたコンデンサ40とを有する。安定化回路18で安定化された出力電圧Voは、負荷220に供給される。   The stabilization circuit 18 is configured as a low-pass filter, and includes an inductor 38 (in-phase transformer) inserted in series with the first output line 36a and the second output line 36b, and a capacitor 40 provided on the downstream side of the inductor 38. And have. The output voltage Vo stabilized by the stabilization circuit 18 is supplied to the load 220.

制御部20は、昇降圧コンバータ14のチョッパ制御を行うコンバータ制御部42と、インバータ16の制御を行うインバータ制御部44とを有する。コンバータ制御部42とインバータ制御部44は同期しながら昇降圧コンバータ14及びインバータ16の制御を行う。   The control unit 20 includes a converter control unit 42 that performs chopper control of the buck-boost converter 14 and an inverter control unit 44 that controls the inverter 16. The converter control unit 42 and the inverter control unit 44 control the buck-boost converter 14 and the inverter 16 while synchronizing.

第1実施例に係る第1電力変換装置101は、図2に示すように、直流電源12から供給される直流電圧Vinを入力とし出力側のコンデンサ28の両端に全波電圧Vmを出力する昇降圧コンバータ14と、全波電圧Vmを規定するための出力電圧指令値Vmcomを生成するとともにコンデンサ28に流れる電流icを規定するためのコンデンサ電流指令値iccomを生成する指令値生成部26と、コンデンサ28の時間単位での容量低下量ΔCnを算出する容量低下量算出部32と、出力電圧指令値Vmcomに加算するためのコンデンサ28の時間単位での容量低下量ΔCnに応じた時間単位の補正値(指令電圧増加量)ΔVnを求める補正値算出部34と、コンバータ制御部42と、を備える。   As shown in FIG. 2, the first power conversion device 101 according to the first embodiment includes a DC voltage Vin supplied from the DC power supply 12 as an input and outputs a full-wave voltage Vm across the output-side capacitor 28. A voltage converter 14, a command value generation unit 26 for generating an output voltage command value Vmcom for defining the full-wave voltage Vm, and for generating a capacitor current command value iccom for defining the current ic flowing in the capacitor 28, a capacitor A capacity reduction amount calculation unit 32 for calculating the capacity reduction amount ΔCn in 28 time units, and a correction value in time units according to the capacity reduction amount ΔCn in time units of the capacitor 28 to be added to the output voltage command value Vmcom. (Command voltage increase amount) A correction value calculation unit 34 for obtaining ΔVn and a converter control unit 42 are provided.

時間単位での容量低下量ΔCnを求める場合、容量低下量算出部32は、補正値算出部34から出力される時間単位の補正値(指令電圧増加量)ΔVnをゼロ値とし、かつ比例器112及び比例器114から出力される補正デューティをゼロ値としたときに、コンデンサ28に流れるコンデンサ電流icとコンデンサ電流指令値iccomとの差に基づき算出することができる。   When obtaining the capacity decrease amount ΔCn in time units, the capacity decrease amount calculation unit 32 sets the time unit correction value (command voltage increase amount) ΔVn output from the correction value calculation unit 34 to a zero value, and the proportional unit 112. In addition, when the correction duty output from the proportional device 114 is zero, it can be calculated based on the difference between the capacitor current ic flowing in the capacitor 28 and the capacitor current command value iccom.

具体的には、次の(3)式に示すように、時間単位の容量低下量ΔCnを算出する。なお、(4)式は、平均的な容量低下量ΔCを示す。
ΔCn=Cini{(iccom(n)−ic(n))/iccom(n)}
…(3)
ΔC=ΣΔCn/T …(4)
Cini:初期値メモリ122に記憶されているコンデンサ28の静電容量の初期値
iccom(n):コンデンサ瞬時電流指令値
ic(n):コンデンサ瞬時電流実測値
ΔCn:時間単位での容量低下量(時間単位での容量差分)
ΣΔCn:1周期分の容量差分の総和
T:全波電圧1周期分の時間[s](図3参照)
Specifically, as shown in the following equation (3), the amount of decrease in capacity ΔCn in units of time is calculated. In addition, (4) Formula shows average capacity | capacitance fall amount (DELTA) C.
ΔCn = Cini {(iccom (n) −ic (n)) / iccom (n)}
... (3)
ΔC = ΣΔCn / T (4)
Cini: initial value of the capacitance of the capacitor 28 stored in the initial value memory 122 iccom (n): capacitor instantaneous current command value ic (n): capacitor instantaneous current measured value ΔCn: capacitance decrease in time unit ( Capacity difference in hour unit)
ΣΔCn: sum of capacity differences for one period T: time for one period of full wave voltage [s] (see FIG. 3)

補正値算出部34は、次の(5)式に基づき、コンデンサ28の容量低下量ΔCの時間単位での容量低下量ΔCnに応じて出力電圧指令値Vmcomを補正する補正値(時間単位での指令電圧増加量)ΔVnを算出する。
ΔVn=[{1/(Cini−ΔCn)}−1/Cini]×
∫iccom(n)・dt …(5)
The correction value calculation unit 34 corrects the output voltage command value Vmcom according to the capacitance decrease amount ΔCn of the capacitor 28 in the time unit based on the following equation (5) (in time unit: Command voltage increase amount) ΔVn is calculated.
ΔVn = [{1 / (Cini−ΔCn)} − 1 / Cini] ×
∫iccom (n) · dt (5)

指令値生成部26は、サイン波生成部46と、絶対値回路48と、加算器106と、増幅器50と、初期値メモリ122と、乗算器124と、微分器110と、バッファ56と、を有する。   The command value generator 26 includes a sine wave generator 46, an absolute value circuit 48, an adder 106, an amplifier 50, an initial value memory 122, a multiplier 124, a differentiator 110, and a buffer 56. Have.

以下、図3の波形図も参照しながら説明する。   Hereinafter, description will be made with reference to the waveform diagram of FIG.

サイン波生成部46は、負荷220に出力電圧Vo(図1、図3参照)として得る予定の交流波形と同じ周波数、且つ同じピーク値(波高値)を有するサイン波形(正弦波指令値)Vs(図2、図3参照)をリアルタイムで生成する。   The sine wave generator 46 has a sine waveform (sine wave command value) Vs having the same frequency and the same peak value (peak value) as the AC waveform scheduled to be obtained as the output voltage Vo (see FIGS. 1 and 3) at the load 220. (See FIGS. 2 and 3) is generated in real time.

絶対値回路48は、サイン波生成部46から供給されるサイン波形Vsの絶対値を求め全波整流波形を得、出力電圧指令値Vmcom(図1〜図3参照)を生成する。   The absolute value circuit 48 obtains the absolute value of the sine waveform Vs supplied from the sine wave generation unit 46 to obtain a full-wave rectified waveform, and generates an output voltage command value Vmcom (see FIGS. 1 to 3).

加算器106は、全波整流波形としての出力電圧指令値Vmcomに、コンデンサ28の時間的な容量低下量ΔCnに応じた補正値(指令電圧増加量)ΔVnをリアルタイムに加算して、出力電圧補正指令値Vcom(図1〜図3参照)(Vcom=Vmcom+ΔVn)を出力する。   The adder 106 adds a correction value (command voltage increase amount) ΔVn corresponding to the temporal capacity decrease amount ΔCn of the capacitor 28 to the output voltage command value Vmcom as a full-wave rectified waveform in real time, thereby correcting the output voltage. Command value Vcom (see FIGS. 1 to 3) (Vcom = Vmcom + ΔVn) is output.

なお、出力電圧補正指令値Vcomは、[第2実施例]に係る図4、図5及び(6)式に示すように、指令値生成部26Aにおいて乗算器107により出力電圧指令値Vmcomに補正値(定数値)A(A≧1)を乗算することで求めることもできる。補正値Aは、容量低下量算出部32Aから出力される上記(4)式の平均的な容量低下量ΔCと初期値Ciniを用いて次の(6)式の右辺に示すように補正値算出部34Aで算出することができる。
Vcom=A×Vmcom=Vmcom×Cini/(Cini−ΔC)
…(6)
The output voltage correction command value Vcom is corrected to the output voltage command value Vmcom by the multiplier 107 in the command value generation unit 26A as shown in the equations of FIGS. 4, 5 and (6) according to the [second embodiment]. It can also be obtained by multiplying the value (constant value) A (A ≧ 1). The correction value A is calculated as shown on the right side of the following equation (6) using the average capacitance decrease amount ΔC and the initial value Cini of the equation (4) output from the capacitance decrease amount calculation unit 32A. It can be calculated by the unit 34A.
Vcom = A × Vmcom = Vmcom × Cini / (Cini−ΔC)
(6)

なお、平均的な容量低下量ΔCを算出する容量低下量算出部32Aは、[第3実施例]に係る図6に示すように、コンデンサ28に対する通電時間を蓄積計時するタイマ33と、コンデンサ28の容量初期値Ciniからの経時的な容量低下量ΔCの特性(通電時間に対する容量値の減衰特性)37を予め記憶するメモリ35とを含んで構成するようにしてもよい。この[第3実施例]の場合には、容量低下量算出部32Bに対し、コンデンサ瞬時電流指令値iccom(n)や、コンデンサ瞬時電流実測値ic(n)を入力することが不要であり、タイマ33により蓄積計時される通電時間によりメモリ35に記憶されている容量低下量ΔCの特性37を参照して容量低下量ΔCを求めることができる。特性37は近似式(数式)で持つようにしてもよい。   The capacity reduction amount calculation unit 32A for calculating the average capacity reduction amount ΔC includes a timer 33 for accumulating the energization time for the capacitor 28, and the capacitor 28, as shown in FIG. 6 according to the [third embodiment]. It is also possible to include a memory 35 that stores in advance a characteristic 37 (capacitance value attenuation characteristic with respect to energization time) 37 of the capacity decrease amount ΔC with time from the initial capacity value Cini. In the case of the [third embodiment], it is not necessary to input the capacitor instantaneous current command value iccom (n) and the capacitor instantaneous current actual measurement value ic (n) to the capacity decrease amount calculation unit 32B. The capacity decrease amount ΔC can be obtained by referring to the characteristic 37 of the capacity decrease amount ΔC stored in the memory 35 based on the energization time measured by the timer 33. The characteristic 37 may be an approximate expression (formula).

図1、図2、及び図4において、増幅器50は、出力電圧補正指令値Vcomを増幅する。この増幅率は小さく、例えば1.1倍程度に設定されている。この増幅器50による増幅は、所望の出力電圧Voを得るために多少の余裕を設定するために行われる。   1, 2, and 4, the amplifier 50 amplifies the output voltage correction command value Vcom. This amplification factor is small, for example, about 1.1 times. The amplification by the amplifier 50 is performed in order to set a certain margin in order to obtain a desired output voltage Vo.

初期値メモリ122は、上述したように、コンデンサ28の静電容量の初期値である容量初期値Ciniを記憶している。   As described above, the initial value memory 122 stores a capacitance initial value Cini that is an initial value of the capacitance of the capacitor 28.

微分器110は、出力電圧指令値Vmcomを微分する。この微分値に、コンデンサ28の容量初期値Ciniを乗算器124で掛けることで、コンデンサ28に流れるコンデンサ電流icを規定するためのコンデンサ電流指令値iccom[iccom=Cini×{dVmcom/dt}]を生成し(図1〜図4参照)、コンバータ制御部42、補正値算出部34、34A及び容量低下量算出部32、32Aに供給する。   Differentiator 110 differentiates output voltage command value Vmcom. By multiplying this differential value by the initial capacitance value Cini of the capacitor 28 by the multiplier 124, a capacitor current command value iccom [iccom = Cini × {dVmcom / dt}] for defining the capacitor current ic flowing in the capacitor 28 is obtained. (Refer to FIGS. 1 to 4) and supplied to the converter control unit 42, the correction value calculation units 34 and 34A, and the capacity decrease amount calculation units 32 and 32A.

バッファ56は、サイン波生成部46から供給されるサイン波形Vsのバッファとして機能し、該サイン波形Vsを、インバータ制御部44を構成するデューティ演算部62に供給する。   The buffer 56 functions as a buffer for the sine waveform Vs supplied from the sine wave generation unit 46, and supplies the sine waveform Vs to the duty calculation unit 62 constituting the inverter control unit 44.

一方、コンバータ制御部42は、降圧デューティ演算部86と、昇圧デューティ演算部88と、減算器104と、比例器112、114と、加算器92、94と、比較器96、98と、出力反転器130、132と、搬送波生成部52と、を備える。   On the other hand, the converter control unit 42 includes a step-down duty calculation unit 86, a step-up duty calculation unit 88, a subtractor 104, proportional devices 112 and 114, adders 92 and 94, comparators 96 and 98, and output inversion. Units 130 and 132, and a carrier wave generation unit 52.

図2及び図4に示すように、降圧デューティ演算部86は、出力電圧補正指令値Vcomを電圧センサ84により検出される直流電圧Vinで除算して降圧デューティ(Vcom/Vin)を求める。   As shown in FIGS. 2 and 4, the step-down duty calculator 86 divides the output voltage correction command value Vcom by the DC voltage Vin detected by the voltage sensor 84 to obtain the step-down duty (Vcom / Vin).

昇圧デューティ演算部88は、直流電圧Vinを出力電圧補正指令値Vcomで除算した商を値1から減算して昇圧デューティ(1−Vin/Vcom)を求める。   The step-up duty calculator 88 subtracts the quotient obtained by dividing the DC voltage Vin by the output voltage correction command value Vcom from the value 1 to obtain the step-up duty (1-Vin / Vcom).

減算器104は、コンデンサ電流指令値iccomから電流センサ30により検出される実際のコンデンサ電流icを減算して偏差Δic(Δic=iccom−ic)を算出する。   The subtractor 104 subtracts the actual capacitor current ic detected by the current sensor 30 from the capacitor current command value iccom to calculate the deviation Δic (Δic = iccom−ic).

比例器112、114は、偏差Δicに対して比例定数kをかけ、補正デューティk・Δicとして、加算器92、94に供給する。なお、比例器112、114に代替して比例積分器としてもよい。   The proportional devices 112 and 114 multiply the deviation Δic by a proportionality constant k and supply it to the adders 92 and 94 as a corrected duty k · Δic. A proportional integrator may be used instead of the proportional units 112 and 114.

加算器92は、降圧デューティ(Vcom/Vin)に補正デューティk・Δicを加算して、比較器96の比較入力端子(+入力端子)に供給する。   The adder 92 adds the correction duty k · Δic to the step-down duty (Vcom / Vin) and supplies it to the comparison input terminal (+ input terminal) of the comparator 96.

加算器94は、昇圧デューティ(1−Vin/Vcom)に補正デューティk・Δicを加算して、比較器98の比較入力端子(+入力端子)に供給する。   The adder 94 adds the correction duty k · Δic to the boosting duty (1−Vin / Vcom) and supplies it to the comparison input terminal (+ input terminal) of the comparator 98.

搬送波生成部52は、昇降圧コンバータ14をチョッパ駆動する基礎となる高周波、例えば、20[kHz]の三角波を生成する。搬送波生成部52が生成する三角波は、最低値が0となりプラス側に振幅する波形となっている。   The carrier wave generation unit 52 generates a high-frequency wave, for example, a 20 [kHz] triangular wave, which is the basis for chopper driving the buck-boost converter 14. The triangular wave generated by the carrier wave generation unit 52 has a waveform with a minimum value of 0 and an amplitude on the plus side.

比較器96は、基準入力端子(−入力端子)に、搬送波生成部52から供給される三角波が入力されており、加算器92から供給される信号と比較し、両波形の大小に応じてオン信号又はオフ信号を出力する。この出力信号は、スイッチング素子80aのゲートに直接供給されるとともに、スイッチング素子80bのゲートに出力反転器130を介して供給される。   The comparator 96 receives the triangular wave supplied from the carrier wave generation unit 52 at the reference input terminal (−input terminal), compares it with the signal supplied from the adder 92, and turns on according to the magnitude of both waveforms. A signal or an off signal is output. The output signal is directly supplied to the gate of the switching element 80a and is supplied to the gate of the switching element 80b via the output inverter 130.

比較器98は、基準入力端子(−入力端子)に搬送波生成部52から供給される三角波が入力されており、加算器94から供給される信号と比較し、両波形の大小に応じてオン信号又はオフ信号を出力する。この出力信号は、スイッチング素子80dのゲートに直接供給されるとともに、スイッチング素子80cのゲートに出力反転器132を介して供給される。   The comparator 98 receives the triangular wave supplied from the carrier wave generation unit 52 at the reference input terminal (−input terminal), compares it with the signal supplied from the adder 94, and turns on the signal according to the magnitude of both waveforms. Alternatively, an off signal is output. This output signal is directly supplied to the gate of the switching element 80d and is also supplied to the gate of the switching element 80c via the output inverter 132.

昇降圧コンバータ14の昇圧時には、スイッチング素子80aはオン状態とされ、スイッチング素子80bはオフ状態とされ、さらにスイッチング素子80cがオフ状態とされ、スイッチング素子80dがオンオフ制御されることで、直流電圧Vinが昇圧される。すなわち、オンオフ制御されるスイッチング素子80dのオン時に、スイッチング素子80aを通じて直流電源12からリアクトル82にエネルギが蓄積され、スイッチング素子80dのオフ時に、リアクトル82に蓄積されたエネルギがダイオード23を通じて(スイッチング素子80cがMOSFETであれば、このMOSFETを通じて)コンデンサ28及び負荷Rに供給されることで、昇圧される。   When the step-up / step-down converter 14 is boosted, the switching element 80a is turned on, the switching element 80b is turned off, the switching element 80c is turned off, and the switching element 80d is turned on / off, whereby the DC voltage Vin is controlled. Is boosted. That is, energy is stored in the reactor 82 from the DC power supply 12 through the switching element 80a when the switching element 80d to be controlled on / off is turned on, and energy stored in the reactor 82 is passed through the diode 23 (switching element 80d when the switching element 80d is turned off). If 80c is a MOSFET, it is boosted by being supplied to capacitor 28 and load R (through this MOSFET).

また、昇降圧コンバータ14の降圧時には、スイッチング素子80bがオフ状態、スイッチング素子80cがオン状態、さらに、スイッチング素子80dがオフ状態とされ、スイッチング素子80aがオンオフ制御されることで直流電圧Vinが降圧される。すなわち、オンオフ制御されるスイッチング素子80aがオン時に直流電圧Vinがリアクトル82とコンデンサ28(及び負荷R)のローパスフィルタにより降圧されるとともにリアクトル82にエネルギが蓄積され、さらに、スイッチング素子80aのオフ時にはダイオード23が導通してリアクトル82からダイオード23を通じてコンデンサ28及び負荷Rに電流が供給されることで、直流電圧Vinが降圧される。   When the step-up / step-down converter 14 is stepped down, the switching element 80b is turned off, the switching element 80c is turned on, and the switching element 80d is turned off, so that the switching element 80a is turned on / off, so that the DC voltage Vin is stepped down. Is done. That is, the DC voltage Vin is stepped down by the low-pass filter of the reactor 82 and the capacitor 28 (and the load R) when the switching element 80a to be turned on / off is turned on, energy is stored in the reactor 82, and further, when the switching element 80a is turned off. When the diode 23 is turned on and current is supplied from the reactor 82 to the capacitor 28 and the load R through the diode 23, the DC voltage Vin is lowered.

第2電力変換装置102の動作は、特許文献1で開示されているので、簡単に説明すると、インバータ制御部44は、搬送波生成部60と、デューティ演算部62と、比較器64と、出力反転器68及び70を有する。   Since the operation of the second power conversion device 102 is disclosed in Patent Document 1, in brief, the inverter control unit 44 includes a carrier wave generation unit 60, a duty calculation unit 62, a comparator 64, and output inversion. Instruments 68 and 70.

搬送波生成部60は、インバータ16をPWM制御するための基準となる高周波の三角波を生成する部分である。搬送波生成部60が生成する三角波は、図1に示すように、中央値が0でプラス側とマイナス側に変化する波形となっている。搬送波生成部60は搬送波生成部52から得られる三角波をプラス側とマイナス側が等しいピーク値となるようにシフトして用いてもよい。   The carrier wave generation unit 60 is a part that generates a high-frequency triangular wave that serves as a reference for PWM control of the inverter 16. As shown in FIG. 1, the triangular wave generated by the carrier wave generation unit 60 has a waveform that changes between a plus side and a minus side when the median is 0. The carrier wave generation unit 60 may use the triangular wave obtained from the carrier wave generation unit 52 by shifting it so that the positive side and the negative side have the same peak value.

デューティ演算部62は、指令値生成部26のバッファ56から供給されるサイン波形Vsを電圧センサ29から得られる全波電圧Vmで除算することによりインバータ動作指令を決定し、インバータ16を制御する基礎信号(インバータ動作指令)Q(図1及び図3参照)を生成する。   The duty calculator 62 determines the inverter operation command by dividing the sine waveform Vs supplied from the buffer 56 of the command value generator 26 by the full-wave voltage Vm obtained from the voltage sensor 29, and controls the inverter 16. A signal (inverter operation command) Q (see FIGS. 1 and 3) is generated.

具体的には、デューティ演算部62は、基礎信号Qを、Q=1/2×(Vs/Vm+1)として求めている。除算した結果に+1を加算をして、1/2倍しているのはレベル調整である。   Specifically, the duty calculator 62 obtains the basic signal Q as Q = 1/2 × (Vs / Vm + 1). The level adjustment is performed by adding +1 to the divided result and multiplying by 1/2.

比較器64は、デューティ演算部62から供給される基礎信号Qと搬送波生成部60から供給される三角波とを比較し、両波形の大小に応じてオン信号又はオフ信号を出力し、スイッチング素子22a及び22dのゲートに供給する。出力反転器68及び70は比較器64の出力を反転してスイッチング素子22b及び22cのゲートに供給する。   The comparator 64 compares the basic signal Q supplied from the duty calculator 62 with the triangular wave supplied from the carrier wave generator 60, and outputs an ON signal or an OFF signal according to the magnitude of both waveforms, and the switching element 22a. And 22d. The output inverters 68 and 70 invert the output of the comparator 64 and supply it to the gates of the switching elements 22b and 22c.

すなわち、昇降圧コンバータ14の出力する全波整流波形の全波電圧Vmが0となるタイミングを基準とし、1つおきの周期では、第1スイッチング素子対のスイッチング素子22a及び22dを高い値の一定デューティでオンさせ、第2スイッチング素子対のスイッチング素子22b及び22cを小さい値の一定のデューティでオンにする。他の1つおきの周期では、第1スイッチング素子対のスイッチング素子22a及び22dを小さい値の一定のデューティでオンにし、第2スイッチング素子対のスイッチング素子22b及び22cを高い値の一定のデューティでオンにする。これにより、所望のピーク値である出力電圧Vo(図3参照)が得られる。   That is, with reference to the timing when the full-wave voltage Vm of the full-wave rectified waveform output from the step-up / down converter 14 becomes 0, the switching elements 22a and 22d of the first switching element pair are kept at a constant high value in every other period. The switching elements 22b and 22c of the second switching element pair are turned on with a constant duty having a small value. In every other period, the switching elements 22a and 22d of the first switching element pair are turned on with a constant value of a small value, and the switching elements 22b and 22c of the second switching element pair are turned on with a constant value of a high value. turn on. Thereby, the output voltage Vo (refer FIG. 3) which is a desired peak value is obtained.

以上説明したように上述した実施形態によれば、第1電力変換装置101は、直流電源12から供給される直流電圧Vinを入力とし、出力側のコンデンサ28の両端に全波電圧Vmを出力する昇降圧コンバータ14と、全波電圧Vmを規定するための出力電圧指令値Vmcomを生成するとともに、コンデンサ28に流れるコンデンサ電流icを規定するためのコンデンサ電流指令値iccomを生成する指令値生成部26と、コンデンサ28の容量低下量ΔC、ΔCnを算出する容量低下量算出部32、32A、及び32Bと、コンデンサ28の容量低下量ΔCn、ΔCに応じて出力電圧指令値Vmcomを補正する補正値ΔVn、Aを算出する補正値算出部34、34Aと、補正値ΔVn、Aにより補正された出力電圧補正指令値Vcomに基づく降圧デューティ(Vcom/Vin)及び昇圧デューティ(1−Vin/Vcom)に対してそれぞれ、コンデンサ28に流れるコンデンサ電流icとコンデンサ電流指令値iccomとの偏差Δic(Δic=iccom−ic)に応じた補正デューティk・Δicを反映させて昇降圧コンバータ14を制御することで、コンデンサ28の容量が低下しても、コンデンサ28の両端に所望の波形歪の小さい全波電圧波形Vm、換言すれば、次段のインバータに必要な実効値換算に近似した全波電圧波形Vmを得ることができる。   As described above, according to the above-described embodiment, the first power converter 101 receives the DC voltage Vin supplied from the DC power supply 12 and outputs the full-wave voltage Vm across the output-side capacitor 28. The step-up / step-down converter 14 generates an output voltage command value Vmcom for defining the full-wave voltage Vm, and a command value generation unit 26 for generating a capacitor current command value iccom for defining the capacitor current ic flowing in the capacitor 28. And capacitance reduction amount calculation units 32, 32A and 32B for calculating the capacitance reduction amounts ΔC and ΔCn of the capacitor 28, and a correction value ΔVn for correcting the output voltage command value Vmcom according to the capacitance reduction amounts ΔCn and ΔC of the capacitor 28. , A for calculating correction values 34 and 34A for calculating A, and output voltage correction command value Vcom corrected by correction values ΔVn and A The step-down duty (Vcom / Vin) and the step-up duty (1-Vin / Vcom) based on the deviation Δic (Δic = iccom-ic) between the capacitor current ic flowing through the capacitor 28 and the capacitor current command value iccom, respectively. By controlling the buck-boost converter 14 by reflecting the correction duty k · Δic, even if the capacitance of the capacitor 28 decreases, the full-wave voltage waveform Vm having a small desired waveform distortion at both ends of the capacitor 28, in other words, A full-wave voltage waveform Vm approximating the effective value conversion necessary for the inverter at the next stage can be obtained.

ここで、指令値生成部26、26Aは、コンデンサ28に流れる電流を規定するためのコンデンサ電流指令値iccomを生成する際、前記全波電圧を規定するための出力電圧指令値Vmcomを微分することで生成することができる。   Here, when generating the capacitor current command value iccom for defining the current flowing through the capacitor 28, the command value generation units 26 and 26A differentiate the output voltage command value Vmcom for defining the full wave voltage. Can be generated.

また、コンデンサ28に流れるコンデンサ電流を得る際、コンデンサ28に直列に接続した電流センサ30の出力から直接的に得るようにしてもよく、コンデンサ28の両端電圧を測定する電圧センサ29の出力を微分した出力に基づき得るようにしてもよい。   Further, when the capacitor current flowing through the capacitor 28 is obtained, it may be obtained directly from the output of the current sensor 30 connected in series with the capacitor 28, and the output of the voltage sensor 29 for measuring the voltage across the capacitor 28 is differentiated. It may be obtained based on the output.

さらに、容量低下量算出部32は、時間単位での容量低下量ΔCnを、容量初期値Cini×{(コンデンサ瞬時電流指令値iccom(n)−コンデンサ瞬時電流実測値ic(n))/コンデンサ瞬時電流指令値iccom(n)}として算出し、補正値算出部34は、出力電圧指令値Vmcomに加算するための補正値ΔVnを、[{1/(容量初期値Cini−時間単位での容量低下量ΔCn)}−1/容量初期値Cini]×∫(コンデンサ瞬時電流指令値iccom(n))dtとして算出することができる。   Further, the capacity decrease amount calculation unit 32 calculates the capacity decrease amount ΔCn in time units as the initial capacity value Cini × {(capacitor instantaneous current command value iccom (n) −capacitor instantaneous current measured value ic (n)) / capacitor instantaneous. The correction value calculation unit 34 calculates the correction value ΔVn to be added to the output voltage command value Vmcom as [{1 / (capacity initial value Cini−capacity decrease in time unit)]. Amount ΔCn)} − 1 / capacitance initial value Cini] × ∫ (capacitor instantaneous current command value iccom (n)) dt.

さらにまた、容量低下量算出部32Aは、時間単位での容量低下量ΔCnを、容量初期値Cini×{(コンデンサ瞬時電流指令値iccom(n)−コンデンサ瞬時電流実測値ic(n))/コンデンサ瞬時電流指令値iccom(n)}として算出した後、容量低下量ΔCをΣ(時間単位での容量低下量ΔCn)/前記全波電圧1周期の時間T、により算出し、補正値算出部34Aは、出力電圧指令値Vmcomに乗算するための補正値Aを、容量初期値Cini/(容量初期値Cini−容量低下量ΔC)として算出することができる。   Furthermore, the capacity decrease amount calculation unit 32A sets the capacity decrease amount ΔCn in time units to the capacity initial value Cini × {(capacitor instantaneous current command value iccom (n) −capacitor instantaneous current measured value ic (n)) / capacitor. After calculating as the instantaneous current command value iccom (n)}, the capacity decrease amount ΔC is calculated by Σ (capacity decrease amount ΔCn in time unit) / time T of one cycle of the full-wave voltage, and the correction value calculation unit 34A Can calculate the correction value A for multiplying the output voltage command value Vmcom as a capacity initial value Cini / (capacity initial value Cini−capacity reduction amount ΔC).

なお、容量低下量ΔCは、コンデンサ28が、本実施形態で使用している電解コンデンサであれば、(周囲)温度が低温になると概ね低下するが、図1、図2、図4の第1電力変換装置101を有する電力変換装置10によれば、コンデンサ電流icをリアルタイムに検出しているので、温度センサによりコンデンサ28の温度を測定し、容量初期値Ciniの温度特性をメモリに保持しておくことで、周囲温度の変化による容量低下量ΔCをも考慮した補正値としての指令電圧増加量ΔVnあるいは補正値Aを算出することができる。   If the capacitor 28 is the electrolytic capacitor used in the present embodiment, the capacitance decrease amount ΔC generally decreases as the (ambient) temperature becomes low, but the first decrease in FIGS. According to the power conversion device 10 having the power conversion device 101, since the capacitor current ic is detected in real time, the temperature of the capacitor 28 is measured by the temperature sensor, and the temperature characteristic of the capacitance initial value Cini is held in the memory. Thus, it is possible to calculate the command voltage increase amount ΔVn or the correction value A as a correction value in consideration of the capacity decrease amount ΔC due to the change in the ambient temperature.

なお、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。   It goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

10…電力変換装置 12…直流電源
14…昇降圧コンバータ 16…インバータ
18…安定化回路 20…制御部
22a〜22d、80a〜80d…スイッチング素子
26、26A…指令値生成部 28…出力側コンデンサ
30…電流センサ 32、32A、32B…容量低下量算出部
34、34A…補正値算出部 42…コンバータ制御部
44…インバータ制御部 62…デューティ演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power converter 12 ... DC power supply 14 ... Buck-boost converter 16 ... Inverter 18 ... Stabilization circuit 20 ... Control part 22a-22d, 80a-80d ... Switching element 26, 26A ... Command value generation part 28 ... Output side capacitor | condenser 30 ... Current sensors 32, 32A, 32B ... Capacity reduction amount calculation units 34, 34A ... Correction value calculation unit 42 ... Converter control unit 44 ... Inverter control unit 62 ... Duty calculation unit

Claims (5)

直流電源から供給される直流電圧を入力とし、出力側のコンデンサの両端に全波電圧を出力する昇降圧コンバータと、
前記全波電圧を規定するための出力電圧指令値を生成するとともに、前記コンデンサに流れる電流を規定するためのコンデンサ電流指令値を生成する指令値生成部と、
前記コンデンサの容量低下量を算出する容量低下量算出部と、
前記コンデンサの容量低下量に応じて前記出力電圧指令値を補正する補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値により補正された出力電圧補正指令値に基づく降圧デューティ及び昇圧デューティに対してそれぞれ、前記コンデンサに流れるコンデンサ電流と前記コンデンサ電流指令値との偏差に応じた補正デューティを反映させて前記昇降圧コンバータを制御するコンバータ制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
A buck-boost converter that takes a DC voltage supplied from a DC power supply as an input and outputs a full-wave voltage across the capacitor on the output side;
A command value generator for generating an output voltage command value for defining the full-wave voltage and generating a capacitor current command value for defining a current flowing through the capacitor;
A capacity reduction amount calculating unit for calculating a capacity reduction amount of the capacitor;
A correction value calculation unit for calculating a correction value for correcting the output voltage command value according to the amount of capacitance decrease of the capacitor;
The step-up duty and the step-up duty based on the output voltage correction command value corrected by the correction value reflect the correction duty corresponding to the deviation between the capacitor current flowing through the capacitor and the capacitor current command value, respectively A converter control unit for controlling the pressure converter;
A power conversion device comprising:
請求項1記載の電力変換装置において、
前記指令値生成部は、
前記コンデンサに流れる電流を規定するためのコンデンサ電流指令値を生成する際、前記全波電圧を規定するための出力電圧指令値を微分することで生成する
ことを特徴する電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The command value generator is
A power conversion device, wherein when generating a capacitor current command value for defining a current flowing through the capacitor, the output voltage command value for defining the full-wave voltage is differentiated.
請求項1又は2記載の電力変換装置において、
前記コンデンサに流れるコンデンサ電流を得る際、前記コンデンサに直列に接続した電流センサの出力から直接的に、又は前記コンデンサの両端電圧を測定する電圧センサの出力を微分した出力に基づき
得ることを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to claim 1 or 2,
The capacitor current flowing in the capacitor can be obtained directly from the output of the current sensor connected in series with the capacitor or based on the output obtained by differentiating the output of the voltage sensor that measures the voltage across the capacitor. Power converter.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置において、
前記容量低下量算出部は、
時間単位での容量低下量を、容量初期値×{(コンデンサ瞬時電流指令値−コンデンサ瞬時電流実測値)/コンデンサ瞬時電流指令値}として算出し、
前記補正値算出部は、
前記出力電圧指令値に加算するための補正値を、[{1/(容量初期値−時間単位での容量低下量)}−1/容量初期値]×∫(コンデンサ瞬時電流指令値)dtとして算出する
ことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to any one of claims 1 to 3,
The capacity decrease amount calculation unit
Calculate the amount of capacity decrease in time units as initial capacity value x {(capacitor instantaneous current command value-capacitor instantaneous current measured value) / capacitor instantaneous current command value}
The correction value calculation unit
The correction value to be added to the output voltage command value is [{1 / (capacity initial value−capacity decrease amount in time unit)} − 1 / capacity initial value] × ∫ (capacitor instantaneous current command value) dt. The power converter characterized by calculating.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置において、
前記容量低下量算出部は、
時間単位での容量低下量を、容量初期値×{(コンデンサ瞬時電流指令値−コンデンサ瞬時電流実測値)/コンデンサ瞬時電流指令値}として算出した後、容量低下量をΣ(時間単位での容量低下量)/前記全波電圧1周期の時間、により算出し、
前記補正値算出部は、
前記出力電圧指令値に乗算するための補正値を、容量初期値/(容量初期値−容量低下量)として算出する
ことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to any one of claims 1 to 3,
The capacity decrease amount calculation unit
After calculating the capacity decrease amount in time units as initial capacity value x {(capacitor instantaneous current command value-capacitor instantaneous current measured value) / capacitor instantaneous current command value}, the capacity decrease amount is calculated as Σ (capacity in time unit Reduction amount) / time of the full wave voltage 1 period,
The correction value calculation unit
A power conversion device, wherein a correction value for multiplying the output voltage command value is calculated as capacity initial value / (capacity initial value−capacity decrease amount).
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