JP2014027711A - 共振型電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路素子のハードウェア特性のバラツキに影響されずに、最適なソフトスイッチング制御を実現する。
【解決手段】補助スイッチをオンにしてから補助コンデンサの電圧が最小となる時点で主スイッチをオンにするスイッチ制御部を備える共振型電力変換装置であって、前記スイッチ制御部は、ソフトウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを、昇圧比に応じて切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振型電力変換装置に関する。

周知のように、ソフトスイッチングとは、共振現象を利用してスイッチング素子の電圧或いは電流がゼロとなった時に、当該スイッチング素子のオン／オフを行うことでスイッチング損失の低減を図る技術である。
例えば下記特許文献１には、主回路（昇圧回路）及び補助回路を備えた共振型電力変換装置において、補助スイッチをオンにしてから補助コンデンサ（スナバコンデンサ）の電圧が最小となるまでの遅延時間を算出し、当該遅延時間の経過後に主スイッチをオンにすることで、主スイッチのソフトスイッチングを実現する技術が開示されている。

特許第４３９７９３８号公報

従来の共振型電力変換装置では、入出力電圧及び電流の計測値と、補助リアクトルや補助コンデンサ等の回路定数とに基づいて上記遅延時間を算出していたため、回路素子の温度特性等、ハードウェア特性のバラツキが原因で、補助スイッチと主スイッチとのオンタイミング差（つまり遅延時間）を最適に制御することができず、スイッチング損失が増大するという問題があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、回路素子のハードウェア特性のバラツキに影響されずに、最適なソフトスイッチング制御を実現可能な共振型電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、共振型電力変換装置に係る第１の解決手段として、補助スイッチをオンにしてから補助コンデンサの電圧が最小となる時点で主スイッチをオンにするスイッチ制御部を備える共振型電力変換装置であって、前記スイッチ制御部は、ソフトウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを、昇圧比に応じて切り替えることを特徴とする。

また、本発明では、共振型電力変換装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記補助コンデンサの電圧を検出する電圧センサを備え、前記スイッチ制御部は、前記第１制御モードにおいて、前記電圧センサの出力信号を基に前記補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値の符号がマイナスからプラスへ反転した時点を前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点とすることを特徴とする。

また、本発明では、共振型電力変換装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記電圧センサの出力信号を微分する微分回路と、前記微分回路の出力信号と基準電圧との大小関係が反転した時にレベルが反転する信号を出力する比較回路と、を備え、前記スイッチ制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記比較回路の出力信号レベルが反転した時点を前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点とすることを特徴とする。

また、本発明では、共振型電力変換装置に係る第４の解決手段として、補助スイッチをオンにしてから補助コンデンサの電圧が最小となる時点で主スイッチをオンにするスイッチ制御部を備える共振型電力変換装置であって、前記スイッチ制御部は、ソフトウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを、昇圧比に応じて切り替えることを特徴とする。

また、本発明では、共振型電力変換装置に係る第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、前記補助コンデンサの電圧を検出する電圧センサを備え、前記スイッチ制御部は、前記第１制御モードにおいて、前記電圧センサの出力信号を基に前記補助コンデンサの電圧計測値がゼロ以下となった時点を前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点とすることを特徴とする。

また、本発明では、共振型電力変換装置に係る第６の解決手段として、上記第５の解決手段において、前記補助コンデンサの電圧と基準電圧との大小関係が反転した時にレベルが反転する信号を出力する比較回路を備え、前記スイッチ制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記比較回路の出力信号レベルが反転した時点を前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点とすることを特徴とする。

本発明に係る共振型電力変換装置によれば、回路素子のハードウェア特性のバラツキに影響されずに、最適なソフトスイッチング制御を実現できる。

第１実施形態に係る共振型電力変換装置の構成概略図である。 補助コンデンサの電圧と、補助スイッチのオン／オフ状態と、主スイッチのオン／オフ状態との時間的な対応関係を表すタイミングチャートである。 第１実施形態のスイッチ制御部１２による補助スイッチ及び主スイッチのスイッチング制御を表すフローチャートである。 第２実施形態に係る共振型電力変換装置の構成概略図である。 第２実施形態のスイッチ制御部１２による補助スイッチ及び主スイッチのスイッチング制御を表すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る共振型電力変換装置の構成概略図である。この図１に示すように、第１実施形態に係る共振型電力変換装置は、直流電源Ｅ（例えばバッテリ）の出力電圧を所望の電圧値に変換して負荷Ｌ（例えば直流モータ）に供給する双方向昇圧式のＤＣ／ＤＣコンバータであり、双方向昇圧回路１、第１電圧センサ２、第２電圧センサ３、第１微分アンプ４、第２微分アンプ５、基準電圧源６、第１比較回路７、第２比較回路８、電流センサ９、入力電圧センサ１０、出力電圧センサ１１及びスイッチ制御部１２から構成されている。

双方向昇圧回路１は、第１入力端子２１、第２入力端子２２、第１出力端子２３、第２出力端子２４、第１平滑コンデンサ２５、第２平滑コンデンサ２６、補助リアクトル２７、主リアクトル２８、第１主スイッチ２９、第２主スイッチ３０、第１主スナバダイオード３１、第２主スナバダイオード３２、第１補助スイッチ３４、第２補助スイッチ３５、第１補助スナバダイオード３６、第２補助スナバダイオード３７、第１補助ダイオード３８、第２補助ダイオード３９、第３補助ダイオード４０、第４補助ダイオード４１、第１補助コンデンサ４２及び第２補助コンデンサ４３から構成されている。

第１入力端子２１は、直流電源Ｅの正極端子に接続され、第２入力端子２２は、直流電源Ｅの負極端子に接続されている。第１出力端子２３は、負荷Ｌの一端に接続され、第２出力端子２４は、負荷Ｌの他端に接続されている。第１平滑コンデンサ２５は、一端が第１入力端子２１に接続され、他端が第２入力端子２２に接続されている。第２平滑コンデンサ２６は、一端が第１出力端子２３に接続され、他端が第２出力端子２４に接続されている。

補助リアクトル２７は、一端が第１入力端子２１に接続され、他端が主リアクトル２８の一端に接続されている。主リアクトル２８は、一端が補助リアクトル２７の他端に接続され、他端が第１主スイッチ２９のエミッタ端子及び第２主スイッチ３０のコレクタ端子に接続されている。

第１主スイッチ２９は、例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、コレクタ端子が第１出力端子２３に接続され、エミッタ端子が主リアクトル２８の他端及び第２主スイッチ３０のコレクタ端子に接続され、ゲート端子がスイッチ制御部１２に接続されている（配線については図示省略）。
第２主スイッチ３０は、例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、コレクタ端子が主リアクトル２８の他端及び第１主スイッチ２９のエミッタ端子に接続され、エミッタ端子が第２出力端子２４に接続され、ゲート端子がスイッチ制御部１２に接続されている（配線については図示省略）。

第１主スナバダイオード３１は、アノード端子が第１主スイッチ２９のエミッタ端子に接続され、カソード端子が第１主スイッチ２９のコレクタ端子に接続されている。第２主スナバダイオード３２は、アノード端子が第２主スイッチ３０のエミッタ端子に接続され、カソード端子が第２主スイッチ３０のコレクタ端子に接続されている。

第１補助スイッチ３４は、例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、コレクタ端子が補助リアクトル２７の他端及び主リアクトル２８の一端に接続され、エミッタ端子が第１補助ダイオード３８のアノード端子に接続され、ゲート端子がスイッチ制御部１２に接続されている（配線については図示省略）。
第２補助スイッチ３５は、例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、コレクタ端子が第４補助ダイオード４１のカソード端子に接続され、エミッタ端子が補助リアクトル２７の他端及び主リアクトル２８の一端に接続され、ゲート端子がスイッチ制御部１２に接続されている（配線については図示省略）。

第１補助スナバダイオード３６は、アノード端子が第１補助スイッチ３４のエミッタ端子に接続され、カソード端子が第１補助スイッチ３４のコレクタ端子に接続されている。第２補助スナバダイオード３７は、アノード端子が第２補助スイッチ３５のエミッタ端子に接続され、カソード端子が第２補助スイッチ３５のコレクタ端子に接続されている。

第１補助ダイオード３８は、アノード端子が第１補助スイッチ３４のエミッタ端子に接続され、カソード端子が第２補助ダイオード３９のアノード端子及び第１補助コンデンサ４２の一端に接続されている。第２補助ダイオード３９は、アノード端子が第１補助ダイオード３８のカソード端子及び第１補助コンデンサ４２の一端に接続され、カソード端子が主リアクトル２８の他端に接続されている。

第３補助ダイオード４０は、アノード端子が主リアクトル２８の他端に接続され、カソード端子が第４補助ダイオード４１のアノード端子及び第２補助コンデンサ４３の一端に接続されている。第４補助ダイオード４１は、アノード端子が第３補助ダイオード４０のカソード端子及び第２補助コンデンサ４３の一端に接続され、カソード端子が第２補助スイッチ３５のコレクタ端子に接続されている。

第１補助コンデンサ４２は、一端が第１補助ダイオード３８のカソード端子及び第２補助ダイオード３９のアノード端子に接続され、他端が第１出力端子２３に接続されている。第２補助コンデンサ４３は、一端が第３補助ダイオード４０のカソード端子及び第４補助ダイオード４１のアノード端子に接続され、他端が第２入力端子２２及び第２出力端子２４に接続されている。以上が双方向昇圧回路１の回路構成である。

第１電圧センサ２は、第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１を検出し、その検出結果に応じた信号を第１微分アンプ４及びスイッチ制御部１２へ出力する。第２電圧センサ３は、第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２を検出し、その検出結果に応じた信号を第２微分アンプ５及びスイッチ制御部１２へ出力する。

第１微分アンプ４は、第１電圧センサ２の出力信号の微分値、つまり第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１の微分値ΔＶＣ１を第１比較回路７の一方の入力端子へ出力する。第２微分アンプ５は、第２電圧センサ３の出力信号の微分値、つまり第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２の微分値ΔＶＣ２を第２比較回路８の一方の入力端子へ出力する。

基準電圧源６は、直流電源Ｅの出力電圧ＶＥ（双方向昇圧回路１の入力電圧）を利用して基準電圧Ｖrefを生成する。第１比較回路７は、一方の入力端子に入力される第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１の微分値ΔＶＣ１と、他方の入力端子に入力される基準電圧Ｖrefとの大小関係が反転する時（微分値ΔＶＣ１がＶref未満からＶref以上に切り替わる時）にレベルが反転する信号をスイッチ制御部１２へ出力するコンパレータである。第２比較回路８は、一方の入力端子に入力される第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２の微分値ΔＶＣ２と、他方の入力端子に入力される基準電圧Ｖrefとの大小関係が反転する時（微分値ΔＶＣ２がＶref未満からＶref以上に切り替わる時）にレベルが反転する信号をスイッチ制御部１２へ出力するコンパレータである。

電流センサ９は、直流電源Ｅの出力電流ＩＥ（双方向昇圧回路１の第１入力端子２１に流れる電流）を検出し、その検出結果に応じた信号をスイッチ制御部１２へ出力する。入力電圧センサ１０は、直流電源Ｅの出力電圧ＶＥ（双方向昇圧回路１の入力電圧）を検出し、その検出結果に応じた信号をスイッチ制御部１２へ出力する。出力電圧センサ１１は、負荷Ｌの端子間電圧ＶＬ（双方向昇圧回路１の出力電圧）を検出し、その検出結果に応じた信号をスイッチ制御部１２へ出力する。

スイッチ制御部１２は、例えばメモリやＣＰＵ(Central Processing Unit)コア、入出力インターフェース等が一体的に組み込まれたマイコンチップであり、第１電圧センサ２、第２電圧センサ３、第１比較回路７、第２比較回路８、電流センサ９、入力電圧センサ１０及び出力電圧センサ１１の出力信号に基づいて、第１主スイッチ２９、第２主スイッチ３０、第１補助スイッチ３４及び第２補助スイッチ３５のオン／オフ制御を行う（各スイッチのゲート端子にゲート信号を出力する）。

続いて、上記のように構成された本共振型電力変換装置の動作について説明する。
本共振型電力変換装置の動作原理については、特許第４３９７９３８号公報に記載されているように既に公知であるので詳細な説明については省略するが、第１補助スイッチ３４（或いは第２補助スイッチ３５）をオンにしてから第１補助コンデンサ４２（或いは第２補助コンデンサ４３）の電圧ＶＣ１（或いはＶＣ２）が最小となる時点で第１主スイッチ２９（或いは第２主スイッチ３０）をオンにすることで、第１主スイッチ２９（或いは第２主スイッチ３０）のソフトスイッチングを実現できる。

既に述べたように、特許第４３９７９３８号公報に記載された従来の共振型電力変換装置では、入出力電圧及び電流の計測値と、補助リアクトルや補助コンデンサ等の回路定数とに基づいて、補助スイッチと主スイッチとのオンタイミング差（遅延時間Ｔd）を算出していたため、回路素子の温度特性等、ハードウェア特性のバラツキが原因で上記遅延時間Ｔdを最適に制御することができず、スイッチング損失が増大するという問題があった。

本共振型電力変換装置は、第１補助スイッチ３４（或いは第２補助スイッチ３５）をオンにしてから第１補助コンデンサ４２（或いは第２補助コンデンサ４３）の電圧ＶＣ１（或いはＶＣ２）が最小となる時点で第１主スイッチ２９（或いは第２主スイッチ３０）をオンにするという点で従来と同様であるが、補助スイッチと主スイッチとのオンタイミング差の制御手法が全く異なるものである。

以下、図２のタイミングチャートを参照しながら本実施形態における補助スイッチと主スイッチとのオンタイミング差の制御手法について説明する。図２に示すように、双方向昇圧回路１について、「出力電圧ＶＬ／入力電圧ＶＥ≦２」という条件が成立する場合、補助スイッチ（ＩＥ≧０なら第２補助スイッチ３５、ＩＥ＜０なら第１補助スイッチ３４）をオンした後、主スイッチ（ＩＥ≧０なら第２主スイッチ３０、ＩＥ＜０なら第１主スイッチ２９）をオフ状態で維持していると、補助コンデンサ（ＩＥ≧０なら第２補助コンデンサ４３、ＩＥ＜０なら第１補助コンデンサ４２）の電圧がゼロ点へ向かって降下し、このゼロ点（最適点）を過ぎると再び上昇するという特徴を有している。

従って、補助スイッチをオンにしてから補助コンデンサの電圧の微分値を監視し、この微分値の符号がマイナスからプラスへ反転した時に主スイッチをオンにすれば、補助コンデンサの電圧が最小となった時点で主スイッチをオンにすることとなり、従来のような遅延時間Ｔｄを算出することなく、補助スイッチと主スイッチとのオンタイミング差を制御することができる。つまり、回路素子のハードウェア特性のバラツキに影響されずに、最適なソフトスイッチング制御を実現することができる。

第１実施形態におけるスイッチ制御部１２は、ソフトウェア処理によって補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを、昇圧比に応じて切り替える機能を有している。

具体的には、第１実施形態におけるスイッチ制御部１２は、図３に示すフローチャートに従って補助スイッチ及び主スイッチのスイッチング制御を行う。
図３に示すように、スイッチ制御部１２は、まず、入力電圧センサ１０及び出力電圧センサ１１の出力信号に基づいて、双方向昇圧回路１について、「出力電圧ＶＬ／入力電圧ＶＥ≧２」という条件、つまり「昇圧比≧２」という条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ１）。

このステップＳ１にて「Ｎo」の場合（ＶＬ／ＶＥ＜２の場合）、スイッチ制御部１２は、電流センサ９の出力信号に基づいて、直流電源Ｅの出力電流ＩＥがゼロ以上か否か（直流電源Ｅから負荷Ｌへの放電モードか、負荷Ｌから直流電源Ｅへの充電モードか）を判定する（ステップＳ２）。

このステップＳ２にて「Ｙes」の場合（ＩＥ≧０の場合）、スイッチ制御部１２は、第２補助スイッチ３５をオンにし（ステップＳ３）、第２電圧センサ３の出力信号を基に第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２を計測する（ステップＳ４）。そして、スイッチ制御部１２は、下記（１）式に基づいて電圧ＶＣ２の微分値ΔＶＣ２を算出する（ステップＳ５）。なお、下記（１）式において、Ｖは電圧ＶＣ２の今回計測値であり、Ｖpは電圧ＶＣ２の前回計測値であり、ΔＴは今回と前回との計測時間差である。
ΔＶＣ２＝（Ｖ−Ｖp）／ΔＴ ・・・（１）

そして、スイッチ制御部１２は、上記のように算出した電圧ＶＣ２の微分値ΔＶＣ２がゼロ以上か否かを判定し（ステップＳ６）、「Ｎo」の場合（ΔＶＣ２＜０の場合）にはステップＳ４に戻る一方、「Ｙes」の場合（ΔＶＣ２≧０の場合）には前回算出した微分値ΔＶＣ２がゼロより小さいか否かを判定する（ステップＳ７）。

スイッチ制御部１２は、上記ステップＳ７にて「Ｎo」の場合（ΔＶＣ２の前回値≧０の場合）にはステップＳ４に戻る一方、上記ステップＳ７にて「Ｙes」の場合（ΔＶＣ２の前回値＜０の場合）、つまり第２補助スイッチ３５をオンにしてから第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２が最小（ゼロ）になった場合には主スイッチ（この場合、第２主スイッチ３０）をオンにする（ステップＳ８）。

一方、上記ステップＳ２にて「Ｎo」の場合（ＩＥ＜０の場合）、スイッチ制御部１２は、第１補助スイッチ３４をオンにし（ステップＳ９）、第１電圧センサ２の出力信号を基に第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１を計測する（ステップＳ１０）。そして、スイッチ制御部１２は、下記（２）式に基づいて電圧ＶＣ１の微分値ΔＶＣ１を算出する（ステップＳ１１）。なお、下記（２）式において、Ｖ’は電圧ＶＣ１の今回計測値であり、Ｖp’は電圧ＶＣ１の前回計測値であり、ΔＴは今回と前回との計測時間差である。
ΔＶＣ１＝（Ｖ’−Ｖp’）／ΔＴ ・・・（２）

そして、スイッチ制御部１２は、上記のように算出した電圧ＶＣ１の微分値ΔＶＣ１がゼロ以上か否かを判定し（ステップＳ１２）、「Ｎo」の場合（ΔＶＣ１＜０の場合）にはステップＳ１０に戻る一方、「Ｙes」の場合（ΔＶＣ１≧０の場合）には前回算出した微分値ΔＶＣ１がゼロより小さいか否かを判定する（ステップＳ１３）。

スイッチ制御部１２は、上記ステップＳ１３にて「Ｎo」の場合（ΔＶＣ１の前回値≧０の場合）にはステップＳ１０に戻る一方、ステップＳ１３にて「Ｙes」の場合（ΔＶＣ１の前回値＜０の場合）、つまり第１補助スイッチ３４をオンにしてから第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１が最小（ゼロ）になった場合には主スイッチ（この場合、第１主スイッチ２９）をオンにする（ステップＳ８）。

また、上記ステップＳ１にて「Ｙes」の場合（ＶＬ／ＶＥ≧２の場合）、スイッチ制御部１２は、電流センサ９の出力信号に基づいて、直流電源Ｅの出力電流ＩＥがゼロ以上か否か（直流電源Ｅから負荷Ｌへの放電モードか、負荷Ｌから直流電源Ｅへの充電モードか）を判定する（ステップＳ１４）。

このステップＳ１４にて「Ｙes」の場合（ＩＥ≧０の場合）、スイッチ制御部１２は、第２補助スイッチ３５をオンにし（ステップＳ１５）、第２比較回路８の出力信号レベルを監視し（ステップＳ１６）、第２比較回路８の出力信号レベルが反転したか否か（第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２の微分値ΔＶＣ２がＶref未満からＶref以上へ切り替ったか否か）を判定する（ステップＳ１７）。

スイッチ制御部１２は、上記ステップＳ１７にて「Ｎo」の場合にはステップＳ１６に戻る一方、「Ｙes」の場合、つまり第２補助スイッチ３５をオンにしてから第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２が最小（ゼロ）になった場合には主スイッチ（この場合、第２主スイッチ３０）をオンにする（ステップＳ８）。

一方、上記ステップＳ１４にて「Ｎo」の場合（ＩＥ＜０の場合）、スイッチ制御部１２は、第１補助スイッチ３４をオンにし（ステップＳ１８）、第１比較回路７の出力信号レベルを監視し（ステップＳ１９）、第１比較回路７の出力信号レベルが反転したか否か（第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１の微分値ΔＶＣ１がＶref未満からＶref以上へ切り替ったか否か）を判定する（ステップＳ２０）。

スイッチ制御部１２は、上記ステップＳ２０にて「Ｎo」の場合にはステップＳ１９に戻る一方、「Ｙes」の場合、つまり第１補助スイッチ３４をオンにしてから第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１が最小（ゼロ）になった場合には主スイッチ（この場合、第１主スイッチ２９）をオンにする（ステップＳ８）。

このように、第１実施形態におけるスイッチ制御部１２は、出力電圧ＶＬと入力電圧ＶＥとの比率（つまり昇圧比）に応じて、ソフトウェア処理によって補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを使い分けながら、補助スイッチ及び主スイッチのスイッチング制御を行う。

以上のような第１実施形態に係る共振型電力変換装置によれば、双方向昇圧回路１を構成する各回路素子のハードウェア特性のバラツキに影響されずに、最適なソフトスイッチング制御を実現することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記の第１実施形態は、補助コンデンサの電圧計測値の微分値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求めるものであったが、以下で述べる第２実施形態は、補助コンデンサの電圧計測値そのものから補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求めるものである。

図４は、第２実施形態に係る共振型電力変換装置の構成概略図である。この図４に示すように、第２実施形態に係る共振型電力変換装置は、第１微分アンプ４及び第２微分アンプ５が削除された点と、第１比較回路７の一方の入力端子に第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１が直接印加される点と、第２比較回路８の一方の入力端子に第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２が直接印加される点で第１実施形態と異なる。

つまり、第２実施形態における第１比較回路７は、一方の入力端子に入力される第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１と、他方の入力端子に入力される基準電圧Ｖrefとの大小関係が反転する時（電圧ＶＣ１がＶref以下に切り替わる時）にレベルが反転する信号をスイッチ制御部１２へ出力する。
また、第２実施形態における第２比較回路８は、一方の入力端子に入力される第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２と、他方の入力端子に入力される基準電圧Ｖrefとの大小関係が反転する時（電圧ＶＣ２がＶref以下に切り替わる時）にレベルが反転する信号をスイッチ制御部１２へ出力する。

第２実施形態におけるスイッチ制御部１２は、ソフトウェア処理によって補助コンデンサの電圧計測値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって補助コンデンサの電圧計測値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを昇圧比に応じて切り替える機能を有している。

具体的には、第２実施形態におけるスイッチ制御部１２は、図５に示すフローチャートに従って補助スイッチ及び主スイッチのスイッチング制御を行う。
図５に示すように、スイッチ制御部１２は、まず、入力電圧センサ１０及び出力電圧センサ１１の出力信号に基づいて、双方向昇圧回路１について、「出力電圧ＶＬ／入力電圧ＶＥ≧２」という条件、つまり「昇圧比≧２」という条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ３１）。

このステップＳ３１にて「Ｎo」の場合（ＶＬ／ＶＥ＜２の場合）、スイッチ制御部１２は、電流センサ９の出力信号に基づいて、直流電源Ｅの出力電流ＩＥがゼロ以上か否か（直流電源Ｅから負荷Ｌへの放電モードか、負荷Ｌから直流電源Ｅへの充電モードか）を判定する（ステップＳ３２）。
このステップＳ３２にて「Ｙes」の場合（ＩＥ≧０の場合）、スイッチ制御部１２は、第２補助スイッチ３５をオンにし（ステップＳ３３）、第２電圧センサ３の出力信号を基に第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２を計測する（ステップＳ３４）。

そして、スイッチ制御部１２は、第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２がゼロ以下か否かを判定し（ステップＳ３５）、「Ｎo」の場合（ＶＣ２＞０の場合）にはステップＳ３４に戻る一方、「Ｙes」の場合（ＶＣ２≦０の場合）、つまり第２補助スイッチ３５をオンにしてから第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２が最小（ゼロ）になった場合には主スイッチ（この場合、第２主スイッチ３０）をオンにする（ステップＳ３６）。

一方、上記ステップＳ３２にて「Ｎo」の場合（ＩＥ＜０の場合）、スイッチ制御部１２は、第１補助スイッチ３４をオンにし（ステップＳ３７）、第１電圧センサ２の出力信号を基に第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１を計測する（ステップＳ３８）。

そして、スイッチ制御部１２は、第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１がゼロ以下か否かを判定し（ステップＳ３９）、「Ｎo」の場合（ＶＣ１＞０の場合）にはステップＳ３８に戻る一方、「Ｙes」の場合（ＶＣ１≦０の場合）、つまり第１補助スイッチ３４をオンにしてから第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１が最小（ゼロ）になった場合には主スイッチ（この場合、第１主スイッチ２９）をオンにする（ステップＳ３６）。

また、上記ステップＳ３１にて「Ｙes」の場合（ＶＬ／ＶＥ≧２の場合）、スイッチ制御部１２は、電流センサ９の出力信号に基づいて、直流電源Ｅの出力電流ＩＥがゼロ以上か否か（直流電源Ｅから負荷Ｌへの放電モードか、負荷Ｌから直流電源Ｅへの充電モードか）を判定する（ステップＳ４０）。

このステップＳ４０にて「Ｙes」の場合（ＩＥ≧０の場合）、スイッチ制御部１２は、第２補助スイッチ３５をオンにし（ステップＳ４１）、第２比較回路８の出力信号レベルを監視し（ステップＳ４２）、第２比較回路８の出力信号レベルが反転したか否か（第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２がＶref以下へ切り替ったか否か）を判定する（ステップＳ４３）。

スイッチ制御部１２は、上記ステップＳ４３にて「Ｎo」の場合にはステップＳ４２に戻る一方、「Ｙes」の場合、つまり第２補助スイッチ３５をオンにしてから第２補助コンデンサ４３の電圧ＶＣ２が最小（ゼロ）になった場合には主スイッチ（この場合、第２主スイッチ３０）をオンにする（ステップＳ３６）。

一方、上記ステップＳ４０にて「Ｎo」の場合（ＩＥ＜０の場合）、スイッチ制御部１２は、第１補助スイッチ３４をオンにし（ステップＳ４４）、第１比較回路７の出力信号レベルを監視し（ステップＳ４５）、第１比較回路７の出力信号レベルが反転したか否か（第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１がＶref以下へ切り替ったか否か）を判定する（ステップＳ４６）。

スイッチ制御部１２は、上記ステップＳ４６にて「Ｎo」の場合にはステップＳ４５に戻る一方、「Ｙes」の場合、つまり第１補助スイッチ３４をオンにしてから第１補助コンデンサ４２の電圧ＶＣ１が最小（ゼロ）になった場合には主スイッチ（この場合、第１主スイッチ２９）をオンにする（ステップＳ３６）。

このように、第２実施形態におけるスイッチ制御部１２は、出力電圧ＶＬと入力電圧ＶＥとの比率（つまり昇圧比）に応じて、ソフトウェア処理によって補助コンデンサの電圧計測値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって補助コンデンサの電圧計測値から補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを使い分けながら、補助スイッチ及び主スイッチのスイッチング制御を行う。

以上のような第２実施形態に係る共振型電力変換装置によれば、第１実施形態と同様に、双方向昇圧回路１を構成する各回路素子のハードウェア特性のバラツキに影響されずに、最適なソフトスイッチング制御を実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
すなわち、例えば上記実施形態において、基準電圧Ｖrefをゼロボルトとしても良い。また、上記実施形態では、本共振型電力変換装置として双方向昇圧式のＤＣ／ＤＣコンバータを例示したが、特許第４３９７９３８号公報の図１に記載されているような、単方向昇圧式のＤＣ／ＤＣコンバータであっても、本発明を適用することができる。

１…双方向昇圧回路、２…第１電圧センサ、３…第２電圧センサ、４…第１微分アンプ、５…第２微分アンプ、６…基準電圧源、７…第１比較回路、８…第２比較回路、９…電流センサ、１０…入力電圧センサ、１１…出力電圧センサ、１２…スイッチ制御部、２９…第１主スイッチ、３０…第２主スイッチ、３４…第１補助スイッチ、３５…第２補助スイッチ、４２…第１補助コンデンサ、４３…第２補助コンデンサ

Claims (6)

1. 補助スイッチをオンにしてから補助コンデンサの電圧が最小となる時点で主スイッチをオンにするスイッチ制御部を備える共振型電力変換装置であって、
   前記スイッチ制御部は、ソフトウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを、昇圧比に応じて切り替えることを特徴とする共振型電力変換装置。
2. 前記補助コンデンサの電圧を検出する電圧センサを備え、
   前記スイッチ制御部は、前記第１制御モードにおいて、前記電圧センサの出力信号を基に前記補助コンデンサの電圧計測値の微分値を演算し、当該微分値の符号がマイナスからプラスへ反転した時点を前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点とすることを特徴とする請求項１に記載の共振型電力変換装置。
3. 前記電圧センサの出力信号を微分する微分回路と、
   前記微分回路の出力信号と基準電圧との大小関係が反転した時にレベルが反転する信号を出力する比較回路と、を備え、
   前記スイッチ制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記比較回路の出力信号レベルが反転した時点を前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点とすることを特徴とする請求項２に記載の共振型電力変換装置。
4. 補助スイッチをオンにしてから補助コンデンサの電圧が最小となる時点で主スイッチをオンにするスイッチ制御部を備える共振型電力変換装置であって、
   前記スイッチ制御部は、ソフトウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第１制御モードと、ハードウェア処理によって前記補助コンデンサの電圧計測値から前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点を求める第２制御モードとを、昇圧比に応じて切り替えることを特徴とする共振型電力変換装置。
5. 前記補助コンデンサの電圧を検出する電圧センサを備え、
   前記スイッチ制御部は、前記第１制御モードにおいて、前記電圧センサの出力信号を基に前記補助コンデンサの電圧計測値がゼロ以下となった時点を前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点とすることを特徴とする請求項４に記載の共振型電力変換装置。
6. 前記補助コンデンサの電圧と基準電圧との大小関係が反転した時にレベルが反転する信号を出力する比較回路を備え、
   前記スイッチ制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記比較回路の出力信号レベルが反転した時点を前記補助コンデンサの電圧が最小となる時点とすることを特徴とする請求項５に記載の共振型電力変換装置。

Images