JP2013223340A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流に脈動成分が含まれていても、その入力電力の最大値を追求するＭＰＰＴ法による制御を安定確実に実現するとともに、負荷の変動に対しても高速度で応答して負荷電圧を一定に保つことができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【解決手段】制御回路５は、交流発電機１の動作点が最大電力動作点から離れているときは、制御周期毎のデータに基づく比較的速い応答で出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値に追従させるＣＶモードで、動作点が最大電力動作点の近傍にあるときは、ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回分の制御周期に相当する制御区分毎に求めた平均化データに基づく比較的遅い応答で最大電力動作点追従の制御を行うＭＰＰＴモードで制御する。
【選択図】図１

Description

交流発電機と、この交流発電機からの交流出力を整流する整流器と、この整流器からの脈動成分を含む直流出力を直流電圧変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備えた電力変換装置に係り、特に、その制御方式に関するものである。

この種の交流発電機には、蓄電デバイス等を含む負荷へ供給する電力を調節するために、交流発電機の出力電圧に相当するＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧Ｖｉｎを調節し、交流発電機の出力電力に相当するＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力Ｐｉｎを調節するＤＣ／ＤＣコンバータが備わっている。この交流発電機は、その出力電圧（Ｖｉｎ）が０から上昇していくとそれに応じてその出力電力（Ｐｉｎ）が増加し、ある出力電圧Ｖ２でその出力電力が最大となり、その出力電圧（Ｖｉｎ）がさらに上昇すると出力電力（Ｐｉｎ）が減少していく垂下特性を有している。
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷への出力電圧を目標値に追従させる制御とともに、いわゆるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）法によって、その入力電力Ｐｉｎが大きくなるように入力電圧Ｖｉｎを調節するが、負荷の電圧が目標値を越えそうな場合は、その入力電力Ｐｉｎが小さくなるように制御する。

特許第４１１５６２９号公報

このような電力変換装置においては、ＤＣ／ＤＣコンバータには、交流発電機からの交流出力を整流器により整流した出力が入力されるので、その入力電流Ｉｉｎは、整流器からの脈動成分を含む脈流の直流電流となる。勿論、整流器からの出力を完全に平滑化する平滑手段を設ければ完全な直流出力がＤＣ／ＤＣコンバータに入力されるが、その分、装置が大型化し電力損失も増大する。

よって、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力Ｐｉｎは、その入力電圧Ｖｉｎを一定に制御したとしても変動することになる。この変動によって、入力電圧Ｖｉｎの調節による入力電力Ｐｉｎの変化量が埋もれてしまい、ＭＰＰＴ法の制御において必要となる、今回の制御周期と前回の制御周期とにおける入力電力Ｐｉｎの大小の比較が正しく行えなくなってしまう。このため、最大電力点でＤＣ／ＤＣコンバータのＶｉｎの変動が大きくなり、場合によっては、例えば、ハンチング状の現象が生じ、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖから開放電圧まで変化する可能性がある。

これを防ぐためには、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流Ｉｉｎに含まれる脈動成分の周波数の影響を受けないように、制御周期を長くしたり、ローパスフィルタを挿入する方法が考えられる。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流Ｉｉｎに含まれる脈動成分の周波数は、交流発電機の回転数（回転速度）に依存するため、交流発電機を低速度回転で使用する場合も考慮に入れると、負荷電力に対するＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧Ｖｉｎの応答速度についてもかなり低下せざるを得ないことになる。応答速度が落ちると負荷急変時に蓄電デバイスの電圧が許容できる電圧範囲に収まらず、蓄電デバイスから電源を供給している機器が停止したり、蓄電デバイスそのものが故障したりしてしまう恐れがある。

この発明は、以上のような従来の問題点を解消するためになされたもので、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流に脈動成分が含まれていても、その入力電力の最大値を追求するＭＰＰＴ法による制御を安定確実に実現するとともに、負荷の変動に対しても高速度で応答して負荷電圧を一定に保つことができる電力変換装置を得ることを目的とする。

交流発電機、この交流発電機からの交流出力を整流する整流器、この整流器からの脈動成分を含む直流出力を直流電圧変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ、およびこのＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段を備えた電力変換装置において、
交流発電機は、回転速度の変動を伴う原動機により回転駆動され、一定の回転速度においては、その出力端が短絡／開放されそれぞれ出力電力が０となる短絡時動作点と開放時動作点との間に前記出力電力が最大となる最大電力動作点を有する出力電力−出力電圧特性を有するものであって、
制御手段は、交流発電機の出力電力−出力電圧特性における動作点が最大電力動作点近傍にあるときは動作点を最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードにより、また、動作点が最大電力動作点から離れているときは負荷への出力電圧を所定の目標値に追従させるＣＶモードによりＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧を制御し、かつ、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度を、ＣＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定したものである。

以上のように、この発明に係る電力変換装置の制御手段は、交流発電機の出力電力−出力電圧特性における動作点が最大電力動作点近傍にあるときは動作点を最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードにより、また、動作点が最大電力動作点から離れているときは負荷への出力電圧を所定の目標値に追従させるＣＶモードによりＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧を制御し、かつ、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度を、ＣＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定したので、ＣＶモードでは、必要な速い応答速度で負荷への出力電圧を確実に目標値に追従させる制御が可能となるとともに、ＭＰＰＴモードでは、入力電力の最大値を安定確実に得る制御に必要となるデータを確保することができる。

この発明の実施の形態１〜４における電力変換装置の構成を示す図である。 図１の交流発電機１の出力電力-出力電圧特性を示す図である。 回転速度が変化したときの同交流発電機１の出力電力-出力電圧特性を示す図である。 図１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における電力変換装置の制御動作を示すフローチャートである。 図５のステップ群Ｔ１の詳細を示すフローチャートである。 図５のステップ群Ｔ２の詳細を示すフローチャートである。 図５のステップ群Ｔ３の詳細を示すフローチャートである。 図５のステップ群Ｔ４、Ｔ５の詳細を示すフローチャートである。 実施の形態１、２における、出力電力ＰｏｕｔをリセットするＰｒｅｓｅｔの詳細を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２における電力変換装置の制御動作を示すフローチャートである。 図１１のステップ群Ｔ２Ａの詳細を示すフローチャートである。 図１１のステップ群Ｔ３Ａの詳細を示すフローチャートである。 図１１のステップ群Ｔ４Ａ、Ｔ５の詳細を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３における電力変換装置の制御動作を示すフローチャートである。 図１５のステップ群Ｔ１Ｂの詳細を示すフローチャートである。 図１５のステップ群Ｔ２Ｂの詳細を示すフローチャートである。 図１５のステップ群Ｔ３Ｂの詳細を示すフローチャートである。 実施の形態３、４における、出力電力ＰｏｕｔをリセットするＰｒｅｓｅｔの詳細を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４における電力変換装置の制御動作を示すフローチャートである。 図２０のステップ群Ｔ２Ｃの詳細を示すフローチャートである。 図２０のステップ群Ｔ３Ｃの詳細を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電力変換装置の全体構成を示す回路構成図である。図１において、交流発電機１は、原動機６により回転駆動され、交流電力を出力する。なお、ここでは、自動車に搭載される車載機器を想定しており、原動機６は、その自動車のエンジンに相当し、従って、その回転速度（回転数）は自動車の走行停止の状況によって変動するものとなる。
交流発電機１からの交流出力は、整流器としてのダイオード整流器２により直流電力に変換される。従って、このダイオード整流器２から出力される直流電流は、整流に伴い発生する脈動成分を含む脈流の直流電流となる。

ここで、交流発電機１の特性について説明する。図２は、その出力電力−出力電圧特性で、ある一定の回転速度で回転駆動されている場合の、その出力電力と出力電圧との関係を示す。図に示すように、出力電圧Ｖ（Ｖ）が０（Ｖ）から次第に上昇していくとそれに応じて出力電力Ｐ（Ｗ）が増加し、出力電圧Ｖ２（Ｖ）で最大値Ｐｍａｘ（Ｗ）となり、更に出力電圧Ｖ（Ｖ）が上昇するとそれに応じて出力電力Ｐ（Ｗ）が減少していきＶ４（Ｖ）で０（Ｗ）となる垂下特性を有している。

ここで、出力電圧０（Ｖ）の動作点は、交流発電機１の出力端を短絡した状態に相当するので短絡時動作点と称し、出力電圧Ｖ４（Ｖ）の動作点は、交流発電機１の出力端を開放した状態に相当するので開放時動作点と称するものとする。出力電圧Ｖ２（Ｖ）の動作点は、出力電力が最大値Ｐｍａｘ（Ｗ）となる最大電力動作点である。

図３は、原動機６の回転速度、従って、この原動機６によって回転駆動される交流発電機１の回転速度が変化した場合の出力電力−出力電圧特性を示す。図では、高回転時、中回転時、低回転時の３段階の回転速度における特性を例示している。図に示すように、短絡時動作点は変化しないが、最大電力動作点および開放時動作点は、回転速度に応じて変化する。

ところで、先の図２から判るように、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性は、短絡時動作点と開放時動作点との間に最大電力動作点を有する上に凸の特性となるので、例えば、ある出力電力Ｐ１（Ｗ）には、Ｖ１（Ｖ）とＶ３（Ｖ）の２つの出力電圧が対応する。この点を考慮し、通常、交流発電機１の制御は、その出力電圧が、基本的に、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲と電圧Ｖ２近傍より高い範囲とのいずれか一方の範囲を対象として行う。

なお、いずれの範囲を選択するかは、例えば、使用対象の交流発電機１の両範囲における発生電力損失の比較や、また、出力電流が出力電圧の差に応じて両範囲で異なるので、後段で説明するＤＣ／ＤＣコンバータ３の発生電力損失も両範囲で異なることになり、それらの比較等を総合的に考慮して選択される。

図１に戻り、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、ダイオード整流器２からの直流出力を直流電圧変換して、車両に搭載される蓄電デバイス等を含む負荷４に供給する。ここで、図に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への入力電流をＩｉｎ、入力電圧をＶｉｎ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からの出力電流をＩｏｕｔ、出力電圧をＶｏｕｔとする。従って、ダイオード整流器２の電圧降下やＤＣ／ＤＣコンバータ３の電力損失を無視すると、交流発電機１の出力電圧Ｖは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎに相当し、交流発電機１の出力電力Ｐは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力Ｐｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ＊Ｉｏｕｔに相当するとしてよい。

以上のことから、後段の制御動作の説明では、先の図２、図３で説明した交流発電機１の特性を、主として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎと出力電力Ｐｏｕｔとをパラメータとして説明するものとする。

図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の一例を示す回路構成図で、ここでは、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、Ｃ２およびリアクトルＬ１とからなる、いわゆる降圧チョッパを採用している。
制御手段としての制御回路５は、スイッチング素子Ｑ１をオンオフスイッチングすることにより、以下の式（１）で表されるオンデューティｄを連続に調整してＤＣ／ＤＣコンバータ３の入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔを制御する。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３としては、その入出力電圧の変換比を連続的に調整できるものであれば、図４に例示した構成のものに限られるわけではない。
また、以上までに説明した内容は、後段で説明する実施の形態２以降においても同様であり、それぞれの実施の形態においての説明は重複するため省略するものとする。

次に、この発明の実施の形態１における制御回路５による制御動作について図５〜図１０を参照して説明する。制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作は、その入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔおよび入出力電流Ｉｉｎ、Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御する。
図５は、その全体の動作ステップを示すもので、その開始から終了に至るステップを、１制御周期で実行する。
なお、以下の制御ステップでは、ｍｏｄｅ等各種の変数が登場するが、これら変数については、図５の開始の前にすべて「０」を代入する初期化をしている。

図５のステップ群Ｔ１の詳細は図６に、ステップ群Ｔ２の詳細は図７に、ステップ群Ｔ３の詳細は図８に、ステップ群Ｔ４、Ｔ５の詳細は図９にそれぞれ示す。なお、図１０は、各図に登場するＰｒｅｓｅｔのステップの内容を示すものである。
以下、原則として、図５に示す動作の流れに沿って、適宜該当する図番を参照して制御動作の詳細を説明する。

この実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作するものと設定している。もっとも、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性は、先の図３で説明したように、原動機６、従って交流発電機１の回転速度に依存し、その最大電力動作点および開放時動作点は交流発電機１の回転速度により変動するため、この回転速度の変動具合によっては、制御動作の過程で上記した範囲を逸脱する可能性があり、この回転速度変動の観点からの考慮が必要となり、以下、適宜、この点からの動作を交えて説明する。

そして、基本的には、動作点が最大電力動作点の近傍にあるときは、動作点をこの最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードで制御し、動作点が最大電力動作点から離れているときは、出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させるＣＶモードで制御するものとしている。

先ず、図５のステップ群Ｔ１を示す図６のフローチャートについて説明する。ステップＳ１では、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとを乗算して出力電力Ｐｏｕｔを算出する。ステップＳ２〜Ｓ５では、出力電力の最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとを算出する。

この出力電力の最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとは、後段図８のステップＳ２５〜Ｓ２８で説明するＭＰＰＴモードによる制御において必要となるデータである。制御周期を所定のｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回経ることを本願では１制御区分と称しているが、後段の説明で再度触れるように、このＭＰＰＴの制御はこの１制御区分を経る毎に行い、図６に示すステップを上記ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回繰り返すことにより、その最終回における、ＰｏｕｔｍａｘとＰｏｕｔｍｉｎとが、当該制御区分における出力電力の最大値と最小値として得られることになる。
なお、実際のＭＰＰＴの制御では、後段の図１０で説明するように、この最大値最小値の和であるＰｏｕｔ１またはＰｏｕｔ２を算出し、これらを本願請求項でいう平均化データとして採用する。

次に、図５のステップ群Ｔ２は、モード判定を行うステップで、このステップ群Ｔ２を示す図７のフローチャートについて説明する。先ず、ステップＳ６では、ＣＶモードを選択するか否か、または、ＣＶモードに切り替えるか否かを判定する。なお図中、「‖」は、「論理和（ｏｒ）」を意味する記号である。
入力電圧Ｖｉｎが所定の入力電圧下限値Ｖｉｎｌｔｈ未満のとき（ステップＳ６でＹｅｓ）は、ステップＳ７に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、ＣＶモードを示す「０」を代入する。

ここで、入力電圧下限値Ｖｉｎｌｔｈとしては、０Ｖに近い電圧値を設定する。この判定が成立すると、入力電圧Ｖｉｎに相当する、交流発電機１の出力電圧が０Ｖに近く、最大電力動作点に対応する電圧Ｖ２より低いことが確実なためＣＶモードを選択する訳である。

同じくステップＳ６で、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高いとき（ステップＳ６でＹｅｓ）は、ステップＳ７に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、ＣＶモードを示す「０」を代入する。
ここで、出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈとしては、出力電圧目標値Ｖｏｕｔｒｅｆより若干高い電圧値に設定する。

この判定は、それまでＭＰＰＴモードで制御しているときにＣＶモードに切り替える場合を想定したものである。即ち、出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高い、従って、出力電圧目標値Ｖｏｕｔｒｅｆを越えているということは、ＭＰＰＴモードによる制御で増加した結果、目標値Ｖｏｕｔｒｅｆが維持できれば十分の負荷４への出力電力Ｐｏｕｔが、大きくなり過ぎていることを意味しているので、それ以上の増大を防止すべくそれまでのＭＰＰＴモードを打ち切り、ＣＶモードに切り替える訳である。

ステップＳ７で、ｍｏｄｅ＝０とした後、ステップＳ８に進み、Ｐｒｅｓｅｔを行うが、この内容は、後段のステップＳ１０で説明するものとする。

ステップＳ６で、２つの判定式のいずれにも合致せずＮｏと判定されたときは、ステップＳ９に進む。なお、図中、上段の論理式「ｍｏｄｅ！＝１」は、「ｍｏｄｅ≠１」を意味し、「＆＆」は、「論理積（ａｎｄ）」を意味する記号である。

ステップＳ９で、そのときのモードが、ｍｏｄｅ＝１、即ち、ＭＰＰＴモードのときは、その判定が常にＮｏとなるので、モードを切り替えることなく、即ち、ＭＰＰＴモードのままで図７のフローを終了する。
そのときのモードが、ｍｏｄｅ≠１、従って、ｍｏｄｅ＝０であるＣＶモードであって、かつ、下段の論理式「ａｂｓ（Ｖｉｎｒｅｆ−Ｖｉｎ１）≧Ｖｉｎｔｈ」が成立するときは、ステップＳ９の判定がＹｅｓとなり、ステップＳ１０に進む。

下段の論理式において、ＶｉｎｒｅｆとＶｉｎ１は、後述するように、入力電圧Ｖｉｎのその時点における目標値と最後に記憶されている目標値である。また、Ｖｉｎｔｈは、入力電流Ｉｉｎの脈動を考慮しても、入力電圧Ｖｉｎの目標値が変化したことが有意であるか否かを判定するための閾値である。
従って、この論理式が不成立の場合は、入力電圧Ｖｉｎの目標値が実質的に変化していない状態で、ＣＶモードによる出力電圧Ｖｏｕｔ一定の制御がなされていると想定されるので、あえてモードを切り替える必要が無く、ステップＳ９の判定をＮｏとして図７の処理を終了する。

同論理式が成立する場合は、入力電圧Ｖｉｎの目標値が実質的に変化している状態で、ＣＶモードからＭＰＰＴモードへの切り替えが必要となる可能性が考えられるので、ステップＳ９の判定をＹｅｓとして、ステップＳ１０、Ｓ１１に進み、その必要性の確認を行う。

先ず、ステップＳ１０のＰｒｅｓｅｔの動作内容を、図１０を参照して説明する。
ステップＳ３５で、現在の制御区分の入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎ１を、前回の制御区分の入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎ２に記憶する。ステップＳ３６で、現在の入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを現在の制御区分の入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎ１に記憶する。
ステップＳ３７で、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔ１を前回の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔ２に記憶する。ステップＳ３８で、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔの最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとにより、現在の制御区分における、既述した平均化データとしての出力電力Ｐｏｕｔ１を求めている。

なお、このステップＳ３８について、ここでは、出力電力Ｐｏｕｔの最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとを単に足し合わせて平均化データとしているだけであるが、最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとを異なる比率で足し合わせて重み付けをしたり、最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとの和を２で割って平均化データをしてもよい。
または、出力電力Ｐｏｕｔを毎制御周期ごとに足し合わせていき、すべての出力電力Ｐｏｕｔの平均値を用いるなど、要するに、ＭＰＰＴモードにおける、最大電力動作点追従の制御応答速度を低下させ、交流発電機１の出力電流の脈動成分の影響をなくすことができる方法であれば何でもよい。

ステップＳ３９で、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔの最大値Ｐｏｕｔｍａｘをリセットしている。次の制御周期でＰｏｕｔｍａｘが確実に更新されるように０Ｗを代入している。ステップＳ４０で、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔの最小値Ｐｍｉｎｍａｘをリセットしている。Ｐｏｕｔｍｉｎのリセット値Ｐｏｕｔｈｔｈは、次の制御周期でＰｏｕｔｍｉｎが確実に更新されるように十分大きな値を代入している。

ステップＳ２４で、次に制御区分に進むために現在の制御区分における制御周期の回数ｃｏｕｎｔｅｒをリセットしている。

図７に戻り、ステップＳ１１で、ＭＰＰＴモードに切り替えるかどうかを判定している。ＣＶモード時は、入力電圧Ｖｉｎが、先の図２の最大電力動作点の電圧Ｖ２より低い電圧で動作しているという前提であり、入力電圧Ｖｉｎの目標値が前回の制御区分から大きくなり、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）は、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点の電圧Ｖ２より高い電圧で動作していると判定してステップＳ１２に進む。それ以外の場合（ステップＳ１１でＮｏ）は、モード切り替えを行わずに図７の処理を終了する。

次に、図５のステップ群Ｔ３は、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆの計算を行うステップで、このステップ群Ｔ３を示す図８のフローチャートについて説明する。
ステップＳ１３で、出力電圧Ｖｏｕｔとその目標値Ｖｏｕｔｒｅｆとの偏差Ｖｄｅｆを求めている。ステップＳ１４で、その偏差ＶｄｅｆにＰＩ制御の比例項のゲインＫｐａをかけて、ＰＩ制御の比例項Ｐａを求めている。

次に、ステップＳ１５で、現在ＣＶモードであるかの判定を行っている。
以下では、先ず、ステップＳ１５でＹｅｓと判定される、ｍｏｄｅ＝０、即ち、ＣＶモードで制御している場合を、以下のステップＳ１６〜Ｓ２１を参照して説明する。これは、前段の図７の処理フローの、ステップＳ６（Ｙｅｓ）で、新たにＣＶモードが選択された場合、また、ＭＰＰＴモードからＣＶモードに切り替わった場合、また、ステップＳ６（Ｎｏ）→ステップＳ９（Ｙｅｓ）→ステップＳ１１（Ｎｏ）、ステップＳ６（Ｎｏ）→ステップＳ９（Ｎｏ）で、それまでのＣＶモードが踏襲された場合が相当する。

ステップＳ１６に進み、このステップＳ１６では、前回の制御周期の積分項Ｉａと、偏差ＶｄｅｆにＰＩ制御の積分項のゲインＫｉａをかけたものを加えて、現在の制御周期におけるＰＩ制御の積分項Ｉａを求めている。ステップＳ１７からステップＳ２０までは、積分項ＩａがＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎの許容範囲である０ＶからＶｉｎｍａｘの間に収まるようにリミッタをかけている。ステップＳ２１で、ＰＩ制御の比例項Ｐａと積分項Ｉａとを足して入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを求めている。

次に、ステップＳ１５でＮｏと判定される、ｍｏｄｅ＝１、即ち、ＭＰＰＴモードで制御している場合を、以下のステップＳ２２〜Ｓ２８を参照して説明する。これは、前段の図７の処理フローの、ステップＳ６（Ｎｏ）→ステップＳ９（Ｙｅｓ）→ステップＳ１１（Ｙｅｓ）で、ＣＶモードからＭＰＰＴモードに切り替わった場合、または、ステップＳ６（Ｎｏ）→ステップＳ９（Ｎｏ）で、それまでのＭＰＰＴモードが踏襲された場合に相当する。

ステップＳ２２で、現在の制御区分における制御周期の回数ｃｏｕｎｔｅｒが（ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ−１）回であるかを判定する。なお、ｃｏｕｎｔｅｒのカウント値は０から始まるので、この判定は、カウント値では、（ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ−１）で判定する。
ｃｏｕｎｔｅｒが、（ｃｏｕｔｅｒｍａｘ−１）と等しければ（ステップＳ２２でＹｅｓ）、現在の制御区分における制御周期の回数がｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回であるためにステップＳ２３に進む。ｃｏｕｎｔｅｒが、（ｃｏｕｔｅｒｍａｘ−１）でなければ（ステップＳ２２でＮｏ）、現在の制御区分における制御周期の回数がｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回に満たないので、ステップＳ２９に進み、ｃｏｕｎｔｅｒに１を加えて図８の処理を終了する。

ＭＰＰＴモードによる制御は、ステップＳ２３から開始される。先のステップＳ２２から分かるように、ｍｏｄｅ＝１、即ち、ＭＰＰＴモードでの制御周期が続いても、それがｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回続いて１制御区分が満了する毎にステップＳ２３からのＭＰＰＴモードの制御を実行する訳である。

ステップＳ２３は、Ｐｒｅｓｅｔを行うもので、図１０により説明済みで、再度の説明は省略するが、ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回の制御周期を満了した段階の制御区分を現在の制御区分としてＰｒｅｓｅｔの処理を行う。

ステップＳ２５で、現在と前回の制御区分における入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎ１とＶｉｎ２、出力電力ＰｏｕｔのＰｏｕｔ１とＰｏｕｔ２との大小の比較を行っている。
入力電圧Ｖｉｎの目標値が大きくなり出力電力Ｐｏｕｔが大きくなった場合（ステップＳ２５の上段の論理式が成立する場合）と、入力電圧Ｖｉｎの目標値が小さくなり出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（同下段の論理式が成立する場合）は、入力電圧Ｖｉｎが、図２で示す最大電力動作点の電圧Ｖ２より低い電圧で動作していると判断されるため、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを高くして最大電力動作点に近づけるためにステップＳ２６に進む。それ以外の場合は、同電圧Ｖ２より高い電圧で動作していると判断されるため、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを低くして最大電力動作点に近づけるためにステップＳ２７に進む。

ステップＳ２６では、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを高くするために、このＶｉｎｒｅｆに変化量ｄｅｌｔａＶｉｎを加えている。ステップＳ２７では、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを低くするために、このＶｉｎｒｅｆから変化量ｄｅｌｔａＶｉｎを引いている。ステップＳ２８では、ＭＰＰＴモードからＣＶモードに切り替わったときに入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆが急変しないように、ＣＶモード時のＰＩ制御の積分項Ｉａを計算しておく。

以上の図８に示す処理により、ＣＶモードおよびＭＰＰＴモードそれぞれの場合における、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆが求まるので、以下、図５のステップ群Ｔ４、Ｔ５を示す図９のフローチャートを参照して式（１）に示すオンデューティｄを演算する動作について説明する。

ステップＳ３０、Ｓ３１では、Ｖｉｎｒｅｆが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧許容値Ｖｉｎｍａｘを越えないようにリミット処理を行っている。
ステップＳ３２、Ｓ３３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３として、この事例では、図４に示す降圧チョッパを採用していることを考慮して、ＶｉｎｒｅｆがＶｏｕｔｒｅｆを越えないようにリミット処理を行っている。

ステップＳ３４では、ＶｏｕｔｒｅｆとＶｉｎｒｅｆとから、式（１）に基づき、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティｄを求めている。

以上のように、この発明の実施の形態１における電力変換装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、交流発電機１の最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作し、かつ、動作点が最大電力動作点の近傍にあるときは、動作点をこの最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードで制御し、動作点が最大電力動作点から離れているときは、出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させるＣＶモードで制御し、しかも、ＣＶモードの制御は、制御周期毎のデータに基づく比較的速い応答で出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させることができ、ＭＰＰＴモードの制御は、ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回分の制御周期に相当する制御区分毎に求めた平均化データに基づく比較的遅い応答で最大電力動作点追従の制御を行うので、入力電流Ｉｉｎに含まれる脈動成分の影響を受けず安定確実な制御特性が得られる。

更に、ＭＰＰＴモードの制御中に、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高くなるとＣＶモードに切り替え、また、ＣＶモードの制御中に、入力電圧の目標値Ｖｉｎｒｅｆが実質的に変化し、かつ、入力電圧Ｖｉｎが最大電力動作点の電圧Ｖ２を越えるとＭＰＰＴモードに切り替えるようにしたので、両モードの切り替えが円滑になされるという効果がある。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２の電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作するものと設定している点が、先の実施の形態１の場合と異なる。
なお、交流発電機１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を含む回路構成および交流発電機１の特性については、先の実施の形態１の場合と同様であるのでその説明は省略する。

以下、この発明の実施の形態２における制御回路５による制御動作について図１１〜図１４を参照して説明する。制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作は、その入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔおよび入出力電流Ｉｉｎ、Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御する。
図１１は、その全体の動作ステップを示すもので、その開始から終了に至るステップを、１制御周期で実行する。
なお、以下の制御ステップでは、ｍｏｄｅ等各種の変数が登場するが、これら変数については、図１１の開始の前にすべて「０」を代入する初期化をしている。

図１１のステップ群Ｔ１は先の実施の形態１の図５の場合と同じで説明は省略する。ステップ群Ｔ２Ａの詳細は図１２に、ステップ群Ｔ３Ａの詳細は図１３に、ステップ群Ｔ４Ａ、Ｔ５の詳細は図１４にそれぞれ示す。
以下、原則として、図１１に示す動作の流れに沿い、かつ、先の実施の形態１の場合と異なる部分を中心に、適宜該当する図番を参照して制御動作の詳細を説明する。

先ず、実施の形態１の場合と異なる、図１１のステップ群Ｔ２Ａを示す図１２について説明する。異なるのは、ステップＳ４１で、先の図７のステップＳ６と比べると、その上段の論理式が異なる。
即ち、先の実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作するものとしていたのに対し、この実施の形態２では、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作する設定であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈより高く、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが、出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈ未満のとき（ステップＳ４１でＹｅｓ）は、ステップＳ７に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、ＣＶモードを示す「０」を代入する。

ここで、入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈとしては、交流発電機１の最低回転速度における、開放時動作点の電圧（図２のＶ４）より若干低い電圧に設定する。また、出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈとしては、０Ｗに近い値に設定する。この判定が成立すると、入力電圧Ｖｉｎに相当する、交流発電機１の出力電圧が開放時動作点の電圧Ｖ４に近く、最大電力動作点の電圧Ｖ２より高いことが確実なためＣＶモードを選択する訳である。

ステップＳ４１の下段の論理式は、ＭＰＰＴモードからＣＶモードに切り替える場合の判定基準を示すが、先の図７のステップＳ６の場合と同様であり説明は省略する。

図１２において、更に、先の実施の形態１の図７の場合と異なる点は、ＣＶモードからＭＰＰＴモードに切り替えるかどうかを判定するステップＳ４２である。
即ち、先の図７における同目的の判定を行うステップＳ１１では、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点における電圧Ｖ２より高い電圧で動作しているか否かを判定するものであったが、この実施の形態２においては、基本的に、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作する設定であるので、ステップＳ１１とは逆に、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点における電圧Ｖ２より低い電圧で動作しているか否かを判定することになる。

具体的は、入力電圧Ｖｉｎの目標値が前回の制御区分から小さくなり、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（ステップＳ４２でＹｅｓ）は、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点の電圧Ｖ２より低い電圧で動作していると判定してステップＳ１２に進む。それ以外の場合（ステップＳ４２でＮｏ）は、モード切り替えを行わない。

次に、実施の形態１の場合と異なる、図１１のステップ群Ｔ３Ａを示す図１３について説明する。異なるのは、ステップＳ４３で、先の図６のステップＳ１３の場合に対し、実施の形態２と実施の形態１とでは、出力電力Ｐｏｕｔを増やしたいときの入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを変化させる向きが逆のため、偏差Ｖｄｅｆの正負を逆にしている。

今ひとつ、実施の形態１の場合と異なる、図１１のステップ群Ｔ４Ａを示す図１４について説明する。異なるのは、先の図９にはなかったステップＳ４４とステップＳ４５とを追加している。実施の形態１では、最大電力動作点となる電圧Ｖ２より低電圧側でＤＣ／ＤＣコンバータ３を動作させるため、入力電圧Ｖｉｎの最大値を決めておけば、出力電力Ｐｏｕｔもその許容される最大値を越えることはないが、実施の形態２では、交流発電機１の開放時動作点の電圧Ｖ４まで使用するため、入力電圧Ｖｉｎの最大値を決めるだけでは、出力電力Ｐｏｕｔの最大値を越えないようにすることはできない。そこで、ステップＳ４４とステップＳ４５で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流Ｉｏｕｔが出力電流の最大値Ｉｏｕｔｍａｘより大きい場合は、入力電圧の目標値Ｖｉｎｒｅｆを高くして出力電力Ｐｏｕｔが最大値を越えないようにしている。

以上のように、この発明の実施の形態２における電力変換装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、交流発電機１の最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作し、かつ、動作点が最大電力動作点の近傍にあるときは、動作点をこの最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードで制御し、動作点が最大電力動作点から離れているときは、出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させるＣＶモードで制御し、しかも、ＣＶモードの制御は、制御周期毎のデータに基づく比較的速い応答で出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させることができ、ＭＰＰＴモードの制御は、ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回分の制御周期に相当する制御区分毎に求めた平均化データに基づく比較的遅い応答で最大電力動作点追従の制御を行うので、入力電流Ｉｉｎに含まれる脈動成分の影響を受けず安定確実な制御特性が得られる。

更に、ＭＰＰＴモードの制御中に、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高くなるとＣＶモードに切り替え、また、ＣＶモードの制御中に、入力電圧の目標値Ｖｉｎｒｅｆが実質的に変化し、かつ、入力電圧Ｖｉｎが最大電力動作点の電圧Ｖ２未満となるとＭＰＰＴモードに切り替えるようにしたので、両モードの切り替えが円滑になされるという効果がある。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３の電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作するものと設定している点は先の実施の形態１の場合と同じである。

ところで、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性は、先の図３で説明したように、原動機６、従って、交流発電機１の回転速度によって変動し、この変動具合によっては、制御動作の過程でＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、そのときの交流発電機１の開放時動作点の電圧Ｖ４を越える可能性がある。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電力が０（Ｗ）になってしまうので、ＣＶモード、ＭＰＰＴモードのいずれの動作であっても最適な動作点に持って行くことができなくなる。
この実施の形態３は、以上のように、入力電圧Ｖｉｎが、開放時動作点の電圧Ｖ４を越えてしまったときに、その入力電圧Ｖｉｎを強制的に低下させる０Ｖモードを新たに設けた点が、先の実施の形態１と異なる。

なお、交流発電機１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を含む回路構成および交流発電機１の特性については、先の実施の形態１の場合と同様であるのでその説明は省略する。

以下、この発明の実施の形態３における制御回路５による制御動作について図１５〜図１９を参照して説明する。制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作は、その入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔおよび入出力電流Ｉｉｎ、Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御する。
図１５は、その全体の動作ステップを示すもので、その開始から終了に至るステップを、１制御周期で実行する。
なお、以下の制御ステップでは、ｍｏｄｅ等各種の変数が登場するが、これら変数については、図１５の開始の前にすべて「０」を代入する初期化をしている。

図１５のステップ群Ｔ１Ｂの詳細は図１６に、ステップ群Ｔ２Ｂの詳細は図１７に、ステップ群Ｔ３Ｂの詳細は図１８にそれぞれ示す。ステップ群Ｔ４、Ｔ５は先の実施の形態１の場合と同じで説明は省略する。
以下、原則として、図１５に示す動作の流れに沿い、かつ、先の実施の形態１の場合と異なる部分を中心に、適宜該当する図番を参照して制御動作の詳細を説明する。

先ず、図１５のステップＴ１Ｂを示す図１６について説明する。ここでは、ＭＰＰＴモードで使用する出力電力Ｐｏｕｔの平均化データを求めているが、先の実施の形態１では、出力電力Ｐｏｕｔの最大値と最小値との和をこの出力電力Ｐｏｕｔの平均化データとしていたが（図１０のステップＳ３８参照）、この実施の形態３では、制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの平均値そのものを平均化データとするもので、図１６では、そのための演算を行っている。

具体的には、図１６のステップＳ１で、出力電力Ｐｏｕｔを求めたあとに、ステップＳ４６で、ステップＳ１で求めたＰｏｕｔを現在の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの和Ｐｏｕｔｓｕｍに加える。続いてステップＳ４７で、現在の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの和Ｐｏｕｔｓｕｍに、何回、出力電力Ｐｏｕｔを加えたかをカウントするためにＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒに１を加えている。

以上に対応して、この実施の形態３でのＰｒｅｓｔの動作は、先の実施の形態１での図１０と異なり、後段の図１９に示すとおりとなる。
即ち、ステップＳ３５からステップＳ３７は、先の図１０と同じであるが、ステップＳ３８からステップＳ４０の代わりにステップＳ５５からＳ５７を用いる。
ステップＳ５５では、現在の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの和Ｐｏｕｔｓｕｍが、何回分の出力電力Ｐｏｕｔを加えたものであるかを示すＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒで割って、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔの平均値Ｐｏｕｔ１を求めている。

ステップＳ５６とステップＳ５７では、次の制御区分に進むために、現在の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの和Ｐｏｕｔｓｕｍと何回出力電力Ｐｏｕｔを加えたかを示すＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒをリセットしている。

なお、この平均化データの算出方法における実施の形態１との差は、この実施の形態３で、０Ｖモードを加えた点とは特に関係はない。
従って、いずれの実施の形態においても、制御周期でサンプリングしたデータを制御区分で平均化した平均化データであれば、その算出方法に拘わらず、採用することができる。

次に、実施の形態１の場合と異なる、図１５のステップ群Ｔ２Ｂを示す図１７について説明する。
図１７において、０Ｖモードへの切り替えを判定するステップＳ４８およびそのＹｅｓの判定時に行うステップＳ４９、Ｓ５０を新たに追加している。

ステップＳ４８で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈより高く、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが、出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈ未満のとき（ステップＳ４８でＹｅｓ）は、ステップＳ４９に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、０Ｖモードを示す「２」を代入する。

ここで、入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈとしては、交流発電機１の最低回転速度における、開放時動作点の電圧（図２のＶ４）より若干低い電圧に設定する。また、出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈとしては、０Ｗに近い値に設定する。この判定が成立すると、入力電圧Ｖｉｎに相当する、交流発電機１の出力電圧が開放時動作点の電圧Ｖ４に近く、最大電力動作点の電圧Ｖ２より高いことが確実なため、入力電圧Ｖｉｎを強制的に低減させる０Ｖモードに切り替える訳である。

ステップＳ４９で、ｍｏｄｅ＝２とした後、ステップ５０に進み、Ｐｒｅｓｅｔを行う。

ステップＳ４８で、Ｎｏのときは、ステップＳ６に進み、ＣＶモードを選択するか否か、または、ＣＶモードに切り替えるか否かを判定するが、先の実施の形態１の図７の場合と同様であるので説明は省略する。

図１７において、今ひとつ、実施の形態１の図７と異なるのは、ＭＰＰＴモードへの切り替えを確認するステップＳ５１である。
先ず、ＣＶモードからＭＰＰＴモードへ切り替えるか否かを判定する、ステップＳ５１の上段に示す論理式は、先の図７のステップ１１の場合と同様であり詳細な説明は省略するが、ＣＶモードにより、入力電圧Ｖｉｎが最大電力動作点における電圧Ｖ２以下の範囲で動作中に、その電圧Ｖ２を越えた場合（ステップＳ５１の上段論理式がＹｅｓ）に、ＭＰＰＴモードに切り替える。

ステップＳ５１の下段の論理式は、０Ｖモードで制御中にＭＰＰＴモードに切り替えるか否かを判定するものである。即ち、０Ｖモードでは、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点における電圧Ｖ２より高い電圧で動作しており、これが０Ｖモードの動作で低下させていった結果、電圧Ｖ２より低くなる、即ち、入力電圧Ｖｉｎの目標値が前回の制御区分から小さくなり、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（ステップＳ５１の下段論理式がＹｅｓ）に、ＭＰＰＴモードに切り替える。

次に、実施の形態１の場合と異なる、図１５のステップ群Ｔ３Ｂを示す図１８について説明する。
図１８では、先の実施の形態１の図８における、ステップＳ２２の直前にステップＳ５２を追加し、ＣＶモード（ｍｏｄｅ＝０）でもなく（ステップＳ１５でＮｏ）、ＭＰＰＴモード（ｍｏｄｅ＝１）でもない場合（ステップＳ５２でＮｏ）、従って、０Ｖモード（ｍｏｄｅ＝２）の場合の、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆの設定要領を規定するステップＳ５３、Ｓ５４を設けている。

具体的には、ステップＳ５３で、入力電圧Ｖｉｎの目標値ＶｉｎｒｅｆからｄｅｌｔａＶｉｎを引いて、強制的に入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを低くしている。ステップＳ５４で、その後、ＣＶモードに切り替わった時に、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆが急変しないように、目標値ＶｉｎｒｅｆからＣＶモード時の比例項Ｐａを引いて、積分項Ｉａを求めている。

以上のように、この発明の実施の形態３における電力変換装置では、先の実施の形態１で説明した効果に加えて、更に、以下の効果が得られる。
即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、交流発電機１の最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作しているときに、交流発電機１の回転速度の変動等により、入力電圧Ｖｉｎが、そのときの交流発電機１の開放時動作点の電圧Ｖ４を越えるような現象が生じた場合、入力電圧Ｖｉｎを強制的に低減させる０Ｖモードに切り替えるようにしたので、本来の制御範囲での動作に復帰させることができる。

更に、０Ｖモードの動作で、入力電圧Ｖｉｎが低減し、最大電力動作点の電圧Ｖ２より低くなったときは、ＭＰＰＴモードに切り替えるようにしたので、本来の制御範囲における動作を確実に回復することができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４の電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作するものと設定している点は先の実施の形態２の場合と同じである。

ところで、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性は、先の図３で説明したように、原動機６、従って、交流発電機１の回転速度によって変動し、この変動具合によっては、ＣＶモードの制御動作の過程でＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、そのときの交流発電機１の短絡時動作点の電圧０に近い値になる可能性がある。この場合、出力電力Ｐｏｕｔを増やそうとして、入力電圧Ｖｉｎが更に低くなろうとするので、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖから動くことができなくなる。
この実施の形態４は、以上のように、入力電圧Ｖｉｎが、短絡時動作点の電圧０近傍となったときに、その入力電圧Ｖｉｎを強制的に上昇させるＳＶモードを新たに設けた点が、先の実施の形態２と異なる。

なお、交流発電機１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を含む回路構成および交流発電機１の特性については、先の実施の形態１の場合と同様であるのでその説明は省略する。

以下、この発明の実施の形態４における制御回路５による制御動作について図２０〜図２２を参照して説明する。制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作は、その入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔおよび入出力電流Ｉｉｎ、Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御する。
図２０は、その全体の動作ステップを示すもので、その開始から終了に至るステップを、１制御周期で実行する。
なお、以下の制御ステップでは、ｍｏｄｅ等各種の変数が登場するが、これら変数については、図２０の開始の前にすべて「０」を代入する初期化をしている。

図２０のステップ群Ｔ１Ｂは、先の実施の形態３の図１５の場合と同じで説明は省略する。図２０のステップ群Ｔ２Ｃの詳細は図２１に、ステップ群Ｔ３Ｃの詳細は図２２にそれぞれ示す。ステップ群Ｔ４Ａ、Ｔ５は、先の実施の形態２の図１１の場合と同じで説明は省略する。

先ず、実施の形態２の場合と異なる、図２０のステップ群Ｔ２Ｃを示す図２１について説明する。
図２１において、ＳＶモードへの切り替えを判定するステップＳ５８を新たに追加し、そのＹｅｓの判定時に行うステップＳ４９、Ｓ５０（実施の形態３の図１７と同じ）が続く。

ステップＳ５８で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、入力電圧下限値Ｖｉｎｌｔｈ未満のとき（ステップＳ５８でＹｅｓ）は、ステップＳ４９に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、ＳＶモードを示す「２」を代入する。

ここで、入力電圧上限値Ｖｉｎｌｔｈとしては、０Ｖに近い電圧に設定する。この判定が成立すると、入力電圧Ｖｉｎに相当する、交流発電機１の出力電圧が０Ｖに近く、最大電力動作点の電圧Ｖ２より低いことが確実なため、この実施の形態４で問題とする上述した現象が生じているとしてＳＶモードに切り替える訳である。

ステップＳ４９で、ｍｏｄｅ＝２とした後、ステップ５０に進み、Ｐｒｅｓｅｔを行う。

ステップＳ５８で、Ｎｏのときは、ステップＳ４１に進み、ＣＶモードを選択するか否か、または、ＣＶモードに切り替えるか否かを判定するが、先の実施の形態２の図１２の場合と同様であるので説明は省略する。

図２１において、今ひとつ、実施の形態２の図１２と異なるのは、ＭＰＰＴモードへの切り替えを確認するステップＳ５９である。
先ず、ＣＶモードからＭＰＰＴモードへ切り替えるか否かを判定する、ステップＳ５９の上段に示す論理式は、先の図１２のステップ４２の場合と同様であり詳細な説明は省略するが、ＣＶモードにより、入力電圧Ｖｉｎが最大電力動作点における電圧Ｖ２以上の範囲で動作中に、その電圧Ｖ２より低くなった場合（ステップＳ５９の上段論理式がＹｅｓ）に、ＭＰＰＴモードに切り替える。

ステップＳ５９の下段の論理式は、ＳＶモードで制御中にＭＰＰＴモードに切り替えるか否かを判定するものである。即ち、ＳＶモードでは、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点における電圧Ｖ２より低い電圧で動作しており、これがＳＶモードの動作で上昇させていった結果、電圧Ｖ２より高くなる、即ち、入力電圧Ｖｉｎの目標値が前回の制御区分から大きくなり、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（ステップＳ５９の下段論理式がＹｅｓ）に、ＭＰＰＴモードに切り替える。

次に、実施の形態２の場合と異なる、図２０のステップ群Ｔ３Ｃを示す図２２について説明する。
図２２では、先の実施の形態２の図１３における、ステップＳ２２の直前にステップＳ５２を追加し、ＣＶモード（ｍｏｄｅ＝０）でもなく（ステップＳ１５でＮｏ）、ＭＰＰＴモード（ｍｏｄｅ＝１）でもない場合（ステップＳ５２でＮｏ）、従って、ＳＶモード（ｍｏｄｅ＝２）の場合の、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆの設定要領を規定するステップＳ６０、Ｓ５４を設けている。

具体的には、ステップＳ６０で、入力電圧Ｖｉｎの目標値ＶｉｎｒｅｆにｄｅｌｔａＶｉｎを加えて、強制的に入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを高くしている。ステップＳ５４では、その後、ＣＶモードに切り替わった時に、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆが急変しないように、目標値ＶｉｎｒｅｆからＣＶモード時の比例項Ｐａを引いて、積分項Ｉａを求めている。

以上のように、この発明の実施の形態４における電力変換装置では、先の実施の形態２で説明した効果に加えて、更に、以下の効果が得られる。
即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、交流発電機１の最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作しているときに、交流発電機１の回転速度の変動等により、入力電圧Ｖｉｎが、そのときの交流発電機１の短絡時動作点の電圧０近傍となるような現象が生じた場合、入力電圧Ｖｉｎを強制的に上昇させるＳＶモードに切り替えるようにしたので、本来の制御範囲での動作に復帰させることができる。

更に、ＳＶモードの動作で、入力電圧Ｖｉｎが上昇し、最大電力動作点の電圧Ｖ２より高くなったときは、ＭＰＰＴモードに切り替えるようにしたので、本来の制御範囲における動作を確実に回復することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 交流発電機、２ ダイオード整流器、３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４ 負荷、
５ 制御回路、６ 原動機。

Claims (12)

1. 交流発電機、この交流発電機からの交流出力を整流する整流器、この整流器からの脈動成分を含む直流出力を直流電圧変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ、およびこのＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段を備えた電力変換装置において、
   前記交流発電機は、回転速度の変動を伴う原動機により回転駆動され、一定の回転速度においては、その出力端が短絡／開放されそれぞれ出力電力が０となる短絡時動作点と開放時動作点との間に前記出力電力が最大となる最大電力動作点を有する出力電力−出力電圧特性を有するものであって、
   前記制御手段は、前記交流発電機の前記出力電力−出力電圧特性における動作点が前記最大電力動作点近傍にあるときは前記動作点を前記最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードにより、また、前記動作点が前記最大電力動作点から離れているときは前記負荷への出力電圧を所定の目標値に追従させるＣＶモードにより前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧を制御し、かつ、前記ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度を、前記ＣＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定したことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御手段は、前記ＣＶモードにおいては、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記入出力電圧および入出力電流を所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御し、前記ＭＰＰＴモードにおいては、前記制御周期でサンプリングしたデータを所定の複数の前記制御周期である制御区分で平均化した平均化データに基づき制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記制御手段は、前記制御周期でサンプリングされた前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と出力電流とから出力電力を演算し、更に、前記制御区分における前記出力電力の最大値と最小値を演算し、前記出力電力の最大値と最小値との和に基づき前記平均化データを作成するようにしたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
4. 前記制御手段は、前記制御周期でサンプリングされた前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と出力電流とから出力電力を演算し、更に、前記制御区分における前記出力電力の平均値を演算し、前記出力電力の平均値に基づき前記平均化データを作成するようにしたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
5. 前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が所定の入力電圧下限値未満のときは前記ＣＶモードにより前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧に関し現在の前記制御区分での値が前回の前記制御区分での値より大きく、かつ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力に関し現在の前記制御区分での値が前回の前記制御区分での値より小さいときは前記ＭＰＰＴモードにより前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記制御手段は、請求項５により前記ＭＰＰＴモードで制御中に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が前記目標値を越えたときは、前記ＣＶモードの制御に切り替えるようにしたことを特徴とする電力変換装置。
7. 前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が前記交流発電機の最低回転速度における前記開放時動作点での電圧以上で、かつ、前記交流発電機の出力電力が所定の出力電力下限値未満のとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を強制的に低下させる０Ｖモードにより前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項５または６に記載の電力変換装置。
8. 前記制御手段は、請求項７により前記０Ｖモードで制御中に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧に関し現在の前記制御区分での値が前回の前記制御区分での値より小さく、かつ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力に関し現在の前記制御区分での値が前回の前記制御区分での値より小さいときは前記ＭＰＰＴモードの制御に切り替えるようにしたことを特徴とする電力変換装置。
9. 前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が前記交流発電機の所定の入力電圧上限値より高く、かつ、前記交流発電機の出力電力が所定の出力電力下限値未満のときは前記ＣＶモードにより前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧に関し現在の前記制御区分での値が前回の前記制御区分での値より小さく、かつ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力に関し現在の前記制御区分での値が前回の前記制御区分での値より小さいときは前記ＭＰＰＴモードにより前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記制御手段は、請求項９により前記ＭＰＰＴモードで制御中に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が前記目標値を越えたときは、前記ＣＶモードの制御に切り替えるようにしたことを特徴とする電力変換装置。
11. 前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が所定の入力電圧下限値未満となったとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を強制的に上昇させるＳＶモードにより前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の電力変換装置。
12. 前記制御手段は、請求項１１により前記ＳＶモードで制御中に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧に関し現在の前記制御区分での値が前回の前記制御区分での値より大きく、かつ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力に関し現在の前記制御区分での値が前回の前記制御区分での値より小さいときは前記ＭＰＰＴモードの制御に切り替えるようにしたことを特徴とする電力変換装置。

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