JP2013230073A - 電力変換制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モード判定部36では、平均電流算出部32によって算出されたインダクタ14を流れる電流の平均値(平均電流IL0)と、ピーク電流算出部34によって算出されたインダクタ14を流れる電流の極大値および極小値間の間隔(ピーク電流Ip)とに基づき、インダクタ14を流れる電流の符号が反転するか否かを判断する。そして、反転すると判断される場合、力行であるか回生であるかに応じて、スイッチング素子Snまたはスイッチング素子Spをオン・オフ操作する。
【選択図】 図1
Description
以下、本発明にかかる電力変換制御装置を車載主機として回転機を備えるシステムの電源に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<第2の実施形態>
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。
<第3の実施形態>
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。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第3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。
<第5の実施形態>
以下、第5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。
<第6の実施形態>
以下、第6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。
<第7の実施形態>
以下、第7の実施形態について、先の第6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。
<その他の実施形態>
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。
スイッチング素子Snのオン・オフの1周期に対するオン時間の時比率Dを操作量とするものに限らず、オン時間を固定し、1周期の長さを操作量とするものであってもよい。
上記第1の実施形態(図5)においては、出力電圧Voutを目標電圧Vrefに制御するためのフィードフォワード操作量を算出し、これに基づきスイッチング素子Snを操作するフィードフォワード制御手段としたが、これに限らない。たとえば、出力電圧Voutを目標電圧Vrefにフィードバック制御するための操作量を算出し、これに基づきスイッチング素子Snを操作するフィードバック制御手段であってもよい。また、フィードフォワード操作量とフィードバック操作量との和に基づき、スイッチング素子Snを操作する手段であってもよい。これは、過渡対応処理手段を備えない場合であっても、フィードバック制御手段を採用することが可能であることを意味する。
上記第1の実施形態(図5)においては、出力電圧Voutを目標電圧Vrefに制御するためのフィードフォワード操作量を算出し、これに基づきスイッチング素子Spを操作するフィードフォワード制御手段としたが、これに限らない。たとえば、出力電圧Voutを目標電圧Vrefにフィードバック制御するための操作量を算出し、これに基づきスイッチング素子Spを操作するフィードバック制御手段であってもよい。また、フィードフォワード操作量とフィードバック操作量との和に基づき、スイッチング素子Spを操作する手段であってもよい。これは、過渡対応処理手段を備えない場合であっても、フィードバック制御手段を採用することが可能であることを意味する。
上記第3の実施形態(図11)や上記第4の実施形態(図12)では、力行側駆動処理手段から回生側駆動処理手段に切り替える場合、回生側駆動処理手段をフィードフォワード制御手段として構成したがこれに限らず、「回生側駆動処理手段について」の欄に記載したように、フィードバック制御手段を備えてもよい。
上記第1の実施形態(図5)では、インダクタ14へのエネルギの充電時間比率の上限値を、入力電圧Vinおよび出力電圧Voutが同じであった場合に相補駆動処理手段によるものとしたがこれに限らない。たとえば、電流のピーク電流Ipについての上限値を定めておき、これを上回らない上限値としてもよい。ちなみに、ピーク電流Ipは、入力電圧Vinや、入力電圧Vinおよび出力電圧Vout等によって予測可能である。
インダクタ14の平均電流IL0の変化速度が閾値速度dIth以上となるか否かの判断手法としては、上記第5の実施形態(図13)に例示したものに限らない。たとえば、操作手段にとっての制御量がコンバータCNVの出力電流Ioutである場合、目標電流の変化速度が閾値速度dIth以上となるか否かを判断する手段であってもよい。
相補駆動処理手段による処理から力行側駆動処理手段による処理または回生側駆動処理手段による処理への切り替えを禁止する条件としては、禁止手段による禁止処理の条件に限らない。たとえば、負荷電流Iloadの変動量が規定値以上である場合であってもよい。これは、負荷電流Iloadの変動が大きい場合、力行側駆動処理手段や回生側駆動処理手段を用いることで、出力電圧の制御性が低下することに鑑みたものである。なお、負荷電流Iloadの変動量が規定値以上であるか否かの判断手段の入力パラメータとしては、負荷電流Iloadに限らず、たとえば、モータジェネレータ10のトルク指令値の変化速度等、出力側の要求する電流の変化速度等であってもよい。
インダクタ14を流れる電流の符号が反転しないと判断される場合に限らない。たとえば、出力電圧Vout等、制御量とその指令値との差が規定量以上となる場合に相補駆動処理手段に切り替えてもよい。
上記第6の実施形態(図15)に例示したものに限らない。たとえば、上記の式(c11)の左辺の中カッコの係数を、「Vout/Vin」に代えて、「Vref/Vin」としてもよい。また、上記の式(c12)の目標電圧Vrefを、「(Vref+Vout)/2」等、現在の出力電圧Voutと目標電圧Vrefとの平均処理値としてもよい。
式(c14)の右辺の分子において、インバータINVにおける損失及びモータジェネレータ10における損失のうち少なくとも一方が他の項と比較して十分小さいなら、インバータINVにおける損失やモータジェネレータ10における損失を上記右辺の分子から除去してもよい。
インダクタ14を流れる電流の符号が反転するか否かを判断する手法としては、上記第1の実施形態において例示したものに限らない。たとえばインダクタ14を流れる電流ILの一周期「1/fc」における複数回のサンプリング値の中に符号が相違するものがあるか否かで判断する手段であってもよい。
上記第6の実施形態(図15)に例示したものに限らない。たとえば、反転予測手段に記載した要領で、その処理を変更することが可能である。
電流不連続モードにおいてはデッドタイム生成処理が不要のため、この処理を行わないならデッドタイム補償処理を除くことができる。
IGBTとダイオードとの並列接続体に限らない。たとえばパワーMOS電界効果トランジスタであってもよい。この場合、寄生ダイオードの整流機能を利用してもよい。もっとも、パワーMOS電界効果トランジスタとダイオードとの並列接続体としてもよい。
IGBTとダイオードとの並列接続体に限らない。たとえばパワーMOS電界効果トランジスタであってもよい。この場合、寄生ダイオードの整流機能を利用してもよい。もっとも、パワーMOS電界効果トランジスタとダイオードとの並列接続体としてもよい。
図1等に例示したものに限らない。たとえば、図17に例示するものであってもよい。ここでは、バッテリ12に、スイッチング素子Sp1およびスイッチング素子Sn1の直列接続体が並列接続されている。また、平滑コンデンサ16に、スイッチング素子Sp2およびスイッチング素子Sn2の直列接続体が並列接続されている。そして、スイッチング素子Sp1およびスイッチング素子Sn1の接続点と、スイッチング素子Sp2およびスイッチング素子Sn2の接続点とがインダクタ14によって接続されている。なお、スイッチング素子Sp1,Sp2,Sn1,Sn2のそれぞれには、ダイオードDp1,Dp2,Dn1,Dn2のそれぞれが逆並列接続されている。ここで、バッテリ12を入力側とすると、スイッチング素子Sp1およびダイオードDp1と、スイッチング素子Sn2およびダイオードDn2とが、力行側流通規制要素となる。また、スイッチング素子Sp2およびダイオードDp2と、スイッチング素子Sn1およびダイオードDn1とが、回生側流通規制要素となる。
1つに限らない。たとえば図19に例示するように、インダクタ14aとインダクタ14bとのそれぞれに、スイッチング素子Spaおよびスイッチング素子Snaと、スイッチング素子Spbおよびスイッチング素子Snbとをそれぞれ接続するものであってもよい。この場合、スイッチング素子Spaおよびスイッチング素子Snaと、スイッチング素子Spbおよびスイッチング素子Snbとで、スイッチングの位相をずらすいわゆるマルチフェーズ処理を行ってもよい。この場合、インダクタ14a,14bのそれぞれを流れる電流の位相も互いに相違することとなる。
図20に示すように、コンバータCNVにインバータがN個(Nは2以上の整数)並列接続される構成であってもよい。この場合、平均電流IL0は、以下の式(c15)によって算出すればよい。
車載主機としての回転機に接続される直流交流変換回路とバッテリ12との間の電力の授受を仲介するものに限らない。たとえば、車載空調装置の備えるコンプレッサ内蔵の回転機に接続される直流交流変換回路とバッテリ12との間の電力の授受を仲介するものであってもよい。また、出力側に直流交流変換回路が接続されるものに限らず、たとえば、特開2011−188638号公報に記載されているように、回転機の端子が接続されるものであってもよい。
上記第7の実施形態で説明した平均電流IL0の算出手法を、先の図17〜図19に示したコンバータを備えるシステムに適用してもよい。
Claims (14)
- インダクタ(14)と、該インダクタに接続された力行側流通規制要素(Sp・Dp,Sp1・Dp1,Sn2・Dn2,S1・D1,Spa・Dpa,Spb・Dpb)および回生側流通規制要素(Sn・Dn,Sn1・Dn1,Sp2・Dp2,S2・D2,Sna・Dna,Snb・Dnb)とを備えて且つ、入力側と出力側との電力の授受を行なう電力変換回路(CNV)を操作対象とし、前記力行側流通規制要素および前記回生側流通規制要素を電子操作することで、前記電力の授受を行なう操作手段(30)を備え、
前記力行側流通規制要素および前記回生側流通規制要素は、電子操作によって電流の流通経路を開閉する開閉機能、および電子操作にかかわらず前記流通経路の一方から他方への電流の流れを許容して且つ逆方向の流れを阻止する整流機能を有し、
前記力行側流通規制要素の前記整流機能は、前記回生側流通規制要素が閉操作されることで前記インダクタに蓄えられたエネルギを前記回生側流通規制要素が開操作されることで放出する経路を構成可能であり、
前記回生側流通規制要素の前記整流機能は、前記力行側流通規制要素が閉操作されることで前記インダクタに蓄えられたエネルギを前記力行側流通規制要素が開操作されることで放出する経路を構成可能であり、
前記操作手段は、
前記回生側流通規制要素を開状態に維持しつつ前記力行側流通規制要素を開閉操作する力行側駆動処理手段と、
前記力行側流通規制要素を開状態に維持しつつ前記回生側流通規制要素を開閉操作する回生側駆動処理手段と、
前記力行側流通規制要素および前記回生側流通規制要素を交互に閉操作する相補駆動処理手段と、
前記相補駆動処理手段による処理がなされることで前記力行側流通規制要素の閉操作期間または前記回生側流通規制要素の閉操作期間において前記インダクタを流れる電流の符号が反転するか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって反転すると判断されることを条件に、前記相補駆動処理手段による処理から前記力行側駆動処理手段による処理または前記回生側駆動処理手段による処理に切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする電力変換制御装置。 - 前記判断手段は、前記相補駆動処理手段による処理がなされたと仮定した場合に前記インダクタを流れる電流の符号が反転するか否かを予測する反転予測手段(32a,34a)であることを特徴とする請求項1記載の電力変換制御装置。
- 前記切替手段は、前記電力変換回路の制御量をその指令値とするうえで力行制御がなされるべきか回生制御がなされるべきかを決定する決定手段を備えることを特徴とする請求項1または2記載の電力変換制御装置。
- 前記判断手段は、前記インダクタを流れる電流の平均値、および前記インダクタを流れる電流の変動量を入力として、前記判断を行なう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制御装置。
- 前記電力変換回路の入力電圧、前記電力変換回路の出力電圧、および前記電力変換回路から外部に出力される電流に基づき、前記判断手段において用いられる前記電流の平均値を算出する電流算出手段(32a)を備えることを特徴とする請求項4記載の電力変換制御装置。
- 前記電力変換回路は、その出力側に平滑コンデンサ(16)を備え、また、その出力側に回転機(10)が接続され、
前記回生側流通規制要素を通過する電力、前記平滑コンデンサの入出力電力、および前記回転機の入出力電力に基づき、前記判断手段において用いられる前記電流の平均値を算出する電流算出手段(32a)を備えることを特徴とする請求項4記載の電力変換制御装置。 - 前記インダクタの平均電流の変化速度が規定値以上となる状況下、前記力行側駆動処理手段による処理および前記回生側駆動処理手段による処理を禁止する禁止手段を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換制御装置。
- 前記操作手段は、前記電力変換回路の出力電圧を目標電圧に制御するものであって且つ、前記力行側駆動処理手段による処理の実行時において、前記出力電圧が前記目標電圧を上回る量が規定量以上となる場合、前記回生側駆動処理手段による処理に切り替える過渡対応処理手段を備え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制御装置。
- 前記操作手段は、前記電力変換回路の出力電圧を目標電圧に制御するものであって且つ、前記回生側駆動処理手段による処理の実行時において、前記出力電圧が前記目標電圧を下回る量が規定量以上となる場合、前記力行側駆動処理手段による処理に切り替える過渡対応処理手段を備える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制御装置。
- 前記操作手段は、前記電力変換回路の出力電圧および出力電流の少なくとも一方を制御量とするものであり、
前記力行側駆動処理手段は、前記力行側流通規制要素の開操作および閉操作の一周期の長さを前記制御量を制御するための操作量とする周波数操作手段を備え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制御装置。 - 前記操作手段は、前記電力変換回路の出力電圧および出力電流の少なくとも一方を制御量とするものであり、
前記回生側駆動処理手段は、前記回生側流通規制要素の開操作および閉操作の一周期の長さを前記制御量を制御するための操作量とする周波数操作手段を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電力変換制御装置。 - 前記操作手段は、前記電力変換回路の出力電圧を制御量とするものであり、
前記力行側駆動処理手段は、前記力行側流通規制要素の開操作および閉操作の一周期の長さに対する前記閉操作する時間の時比率を、前記制御量を制御するための操作量とする時比率操作手段を備えて且つ、前記時比率に対し、前記電力変換回路の入力電圧および前記出力電圧を入力としてガード処理を行なうガード処理手段を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の電力変換制御装置。 - 前記操作手段は、前記電力変換回路の出力電圧を制御量とするものであり、
前記回生側駆動処理手段は、前記回生側流通規制要素の開操作および閉操作の一周期の長さに対する前記閉操作する時間の時比率を、前記制御量を制御するための操作量とする時比率操作手段を備えて且つ、前記時比率に対し、前記電力変換回路の入力電圧および前記出力電圧の少なくとも一方を入力としてガード処理を行なうガード処理手段を備えることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の電力変換制御装置。 - 前記電力変換回路には、その入力側に直流電圧源(12)が接続されて且つ、出力側に車載主機(10)に接続された直流交流変換回路(INV)が接続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制御装置。
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