JP2015012640A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
この種の装置として、いわゆる力率改善機能を有するものが、広く知られている。例えば、特開2006−304586号公報に開示された装置は、交流電源を整流する整流手段と、この整流手段の出力を平滑化するコンデンサと、交流電源又は整流手段からリアクトルを介して流れる短絡電流を制御するスイッチ手段と、スイッチ手段の動作パルスを制御する制御手段と、を備えている。 As this type of device, a device having a so-called power factor improving function is widely known. For example, an apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-304586 includes a rectifier that rectifies an AC power supply, a capacitor that smoothes the output of the rectifier, and a short-circuit current that flows from the AC power supply or the rectifier through a reactor. And switch means for controlling the operation pulse of the switch means.
また、特開2006−304586号公報に開示された装置には、交流電源から流れる入力電流を検出する入力電流検出器が設けられている。そして、制御手段は、検出した入力電流に基づいて、スイッチ手段を動作させるための駆動信号を生成するようになっている。 Further, the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-304586 is provided with an input current detector that detects an input current flowing from an AC power supply. Then, the control means generates a drive signal for operating the switch means based on the detected input current.
上述した従来の装置のように、交流側に電流検出手段を設けた場合、当該手段を設けたことに起因するノイズ発生及びこれによる力率改善精度の低下、等の問題が生じる。本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、低ノイズで且つ良好な力率改善効果が得られる電力変換装置を提供することにある。 When the current detection means is provided on the AC side as in the conventional apparatus described above, problems such as noise generation due to the provision of the means and a decrease in power factor improvement accuracy due to the noise occur. The present invention has been made in view of the circumstances exemplified above. That is, an object of the present invention is to provide a power conversion device that can obtain a good power factor improvement effect with low noise.
本発明の電力変換装置は、整流回路と、交流側回路と、直流側回路と、制御部と、を備えている。前記整流回路は、交流電圧と直流電圧との間の変換を行うように、交流電圧入出力部と直流電圧入出力部との間に設けられている。前記交流側回路は、交流電流が通流する電気回路であって、前記交流電圧入出力部と前記整流回路との間に設けられている。前記直流側回路は、直流電流が通流する電気回路であって、前記直流電圧入出力部と前記整流回路との間に設けられている。 The power converter of the present invention includes a rectifier circuit, an AC side circuit, a DC side circuit, and a control unit. The rectifier circuit is provided between the AC voltage input / output unit and the DC voltage input / output unit so as to perform conversion between the AC voltage and the DC voltage. The AC side circuit is an electric circuit through which an AC current flows, and is provided between the AC voltage input / output unit and the rectifier circuit. The DC side circuit is an electric circuit through which a DC current flows, and is provided between the DC voltage input / output unit and the rectifier circuit.
前記交流側回路又は前記直流側回路には、スイッチング素子が設けられている。このスイッチング素子は、オンされることで、前記交流側回路又は前記直流側回路における一対の電力ライン間の短絡を行うようになっている。前記制御部は、前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御することで、力率改善動作を行うように設けられている。 A switching element is provided in the AC side circuit or the DC side circuit. When the switching element is turned on, a short circuit between a pair of power lines in the AC side circuit or the DC side circuit is performed. The control unit is provided to perform a power factor correction operation by controlling an on / off operation of the switching element.
本発明の特徴は、前記電力変換装置が、さらに以下のように構成されたことにある:前記制御部は、直流電流検出部を備えている。この直流電流検出部は、前記直流側回路を通流する直流電流に対応する出力を生じるように、当該直流側回路に設けられている。そして、前記制御部は、前記交流側回路を通流する交流電流を前記直流電流検出部の出力に基づいて推定するとともに、推定した交流電流に基づいて前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御するように構成されている。 The present invention is characterized in that the power conversion device is further configured as follows: the control unit includes a direct current detection unit. The direct current detector is provided in the direct current circuit so as to generate an output corresponding to the direct current flowing through the direct current circuit. And the said control part estimates the alternating current which flows through the said alternating current side circuit based on the output of the said direct current detection part, and controls the on-off operation | movement of the said switching element based on the estimated alternating current It is configured.
かかる構成を備えた本発明の電力変換装置においては、前記直流電流検出部は、前記直流側回路を通流する直流電流に対応する出力を生じる。また、前記制御部は、前記直流電流検出部の出力に基づいて、前記交流側回路を通流する交流電流を推定する。そして、前記制御部は、推定した交流電流に基づいて、前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御する。 In the power conversion device of the present invention having such a configuration, the DC current detector generates an output corresponding to the DC current flowing through the DC side circuit. Moreover, the said control part estimates the alternating current which flows through the said AC side circuit based on the output of the said direct current detection part. And the said control part controls the ON / OFF operation | movement of the said switching element based on the estimated alternating current.
このように、本発明の電力変換装置においては、前記交流側回路には、電流検出手段が設けられていない。このため、かかる手段を前記交流側回路に設けたことに起因するノイズ発生及びこれによる力率改善精度の低下、等の問題の発生が、良好に抑制される。したがって、本発明によれば、低ノイズで且つ良好な力率改善効果が得られる。 Thus, in the power converter of the present invention, no current detection means is provided in the AC side circuit. For this reason, generation | occurrence | production of problems, such as the generation | occurrence | production of the noise resulting from providing this means in the said alternating current circuit, and the fall of the power factor improvement accuracy by this, are suppressed favorably. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a good power factor improvement effect with low noise.
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した一実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, since a modification will prevent understanding of description of one consistent embodiment, if it is inserted during the description of the said embodiment, it is described collectively at the end.
<構成>
図1を参照すると、本発明の一実施形態に係る電力変換装置10は、交流電圧から直流電圧への電力変換を実行可能に構成されている。具体的には、電力変換装置10は、交流電源11と、直流負荷12と、整流回路13と、交流側回路14と、直流側回路15と、制御部16と、を備えている。
<Configuration>
Referring to FIG. 1, a
本発明の「交流電圧入出力部」に相当する交流電源11(本実施形態においては交流電圧出力部としてのみ機能する)は、いわゆる商用電源であって、所定波形の交流電圧を出力可能に設けられている。また、本発明の「直流電圧入出力部」に相当する直流負荷12(本実施形態においては直流電圧入力部として機能する)は、DC−DCコンバータと、二次電池及び/又はいわゆるモータジェネレータと、を備えていて、直流電力を入出力可能に設けられている。すなわち、本実施形態の電力変換装置10は、交流電源11から出力された交流電力を直流電力に変換して直流負荷12に供給するように構成されている。
An AC power supply 11 (which functions only as an AC voltage output unit in the present embodiment) corresponding to the “AC voltage input / output unit” of the present invention is a so-called commercial power supply, and is provided so as to output an AC voltage having a predetermined waveform. It has been. The DC load 12 (which functions as a DC voltage input unit in the present embodiment) corresponding to the “DC voltage input / output unit” of the present invention includes a DC-DC converter, a secondary battery and / or a so-called motor generator, It is provided so that direct-current power can be input and output. That is, the
整流回路13は、交流電圧と直流電圧との間の変換を行うように、交流電源11と直流負荷12との間に設けられている。本実施形態においては、整流回路13は、周知の全波整流回路であって、互いにブリッジ型に接続された複数の整流素子を備えている。
The
交流側回路14は、交流電流が通流する電気回路であって、交流電源11と整流回路13との間に設けられている。具体的には、本実施形態においては、交流側回路14は、第一交流電力ライン41と、第二交流電力ライン42と、フィルタ43と、第一リアクトル44と、第二リアクトル45と、交流側短絡ライン46と、双方向スイッチング素子47と、を備えている。
The
第一交流電力ライン41は、その一端が交流電源11における一方の入出力端子TA1に接続された電力ライン(電力配線)であって、その他端は整流回路13に接続されている。同様に、第二交流電力ライン42は、その一端が交流電源11における他方の入出力端子TA2に接続された電力ラインであって、その他端は整流回路13に接続されている。ノイズ除去のための周知のフィルタ43は、第一交流電力ライン41及び第二交流電力ライン42における、最も交流電源11寄りの位置に介装されていて、交流電源11と並列に接続されている。
One end of the first
第一交流電力ライン41における、フィルタ43と整流回路13との間には、第一リアクトル44が介装されている。同様に、第二交流電力ライン42における、フィルタ43と整流回路13との間には、第二リアクトル45が介装されている。すなわち、第一リアクトル44及び第二リアクトル45は、フィルタ43と交流側短絡ライン46との間に設けられている。本実施形態においては、第一リアクトル44と第二リアクトル45として、同一型番(すなわち同一特性)のリアクトルが用いられている。
A
交流側短絡ライン46は、第一交流電力ライン41における第一リアクトル44と整流回路13との間の位置と、第二交流電力ライン42における第二リアクトル45と整流回路13との間の位置と、を短絡するように設けられた電力ラインである。本実施形態においては、この交流側短絡ライン46には、双方向スイッチング素子47が介装されている。この双方向スイッチング素子47は、逆並列に接続された一対の半導体スイッチング素子(IGBT等)であって、オンされることで第一交流電力ライン41と第二交流電力ライン42との間の短絡を行うように設けられている。
The AC side short-
直流側回路15は、直流電流が通流する電気回路であって、直流負荷12と整流回路13との間に設けられている。具体的には、本実施形態においては、直流側回路15は、第一直流電力ライン51と、第二直流電力ライン52と、直流側短絡ライン53と、平滑コンデンサ54と、を備えている。
The
第一直流電力ライン51は、その一端が直流負荷12における一方の入出力端子TD1に接続された電力ラインであって、その他端は整流回路13に接続されている。同様に、第二直流電力ライン52は、その一端が直流負荷12における他方の入出力端子TD2に接続された電力ラインであって、その他端は整流回路13に接続されている。
The first
直流側短絡ライン53は、第一直流電力ライン51と第二直流電力ライン52とを短絡するように設けられている。この直流側短絡ライン53には、平滑コンデンサ54が介装されている。すなわち、平滑コンデンサ54は、整流回路13と並列に接続されている。
The DC side
制御部16は、双方向スイッチング素子47のオンオフ動作を制御することで、力率改善動作を行うように設けられている。具体的には、本実施形態においては、制御部16は、交流電圧検出部61と、直流電圧検出部62と、直流電流検出部63と、制御回路64と、を備えている。
The
交流電圧検出部61は、直流負荷12の入出力電圧に対応する出力を生じるように、交流側回路14に設けられている。直流電圧検出部62は、直流負荷12の入出力電圧(すなわち平滑コンデンサ54の端子間電圧)に対応する出力を生じるように、直流側回路15に設けられている。直流電流検出部63は、直流負荷12の入出力電流(すなわち直流側回路15を通流する直流電流)に対応する出力を生じるように、第二直流電力ライン52における平滑コンデンサ54よりも直流負荷12側の位置に介装されている。
The AC
制御回路64は、双方向スイッチング素子47のオンオフ動作を制御するためのゲート信号を、交流電圧検出部61、直流電圧検出部62、及び直流電流検出部63の出力に基づいて生成するように設けられている。すなわち、本実施形態においては、制御回路64は、交流側回路14を通流する交流電流を、直接検出するのではなく直流電流検出部63の出力に基づいて推定するとともに、推定した交流電流に基づいて双方向スイッチング素子47のオンオフ動作を制御するように構成されている。具体的には、制御回路64は、交流電流推定部64aと、電流制御値生成部64bと、駆動信号生成部64cと、を備えている。
The
交流電流推定部64aは、交流側回路14を通流する交流電流を、交流電圧検出部61、直流電圧検出部62、及び直流電流検出部63の出力に基づいて推定するように設けられている(推定の詳細については後述する)。電流制御値生成部64bは、交流電圧検出部61、直流電圧検出部62、及び交流電流推定部64aの出力に基づいて、交流電源11における入出力電流を所定電流値に制御するための制御値(PWM制御におけるフィードバック制御値)を生成するように設けられている。駆動信号生成部64cは、電流制御値生成部64bの出力に基づいて、上述のゲート信号を生成するように設けられている。
The alternating current estimation unit 64a is provided so as to estimate the alternating current flowing through the alternating
本実施形態においては、制御回路64(駆動信号生成部64c)は、力率改善動作をいわゆる「フルスイッチングモード」にて実行すべく、双方向スイッチング素子47のオンオフ動作を制御するようになっている。「フルスイッチングモード」は、周知の「部分スイッチングモード」とは異なるモードである。
In the present embodiment, the control circuit 64 (
ここで、「部分スイッチングモード」とは、交流電圧の半周期中に、双方向スイッチング素子47のオン動作を禁止する特定の期間(パッシブ動作期間)を設ける動作モードをいう。具体的には、「部分スイッチングモード」においては、交流電圧の半周期のうちの略半分程度しか、双方向スイッチング素子47がオンされない。これに対し、「フルスイッチングモード」とは、上述のようなパッシブ動作期間を設けない動作モードをいう。すなわち、「フルスイッチングモード」においては、駆動信号生成部64cから、交流電圧の半周期中に常時PWM(例えば20〜25kHz程度)によるオンパルスが出力される。
Here, the “partial switching mode” refers to an operation mode in which a specific period (passive operation period) for prohibiting the on operation of the
<動作>
以下、本実施形態の構成における動作及び作用・効果について説明する。ここで、交流電源11により出力される交流電圧を、以下「入力電圧」と称する。また、交流電源11による正弦波状の交流電圧の出力によって交流側回路14を通流する交流電流を、以下「入力電流」と称する。また、平滑コンデンサ54の端子間電圧を、以下「出力電圧」と称する。また、直流側回路15を通流する直流電流を、以下「負荷電流」と称する。
<Operation>
Hereinafter, the operation, action and effect of the configuration of the present embodiment will be described. Here, the AC voltage output from the
制御回路64における駆動信号生成部64cは、入力電圧における一周期中にて連続的なPWM信号を、ゲート信号として生成し、双方向スイッチング素子47に出力する。かかるゲート信号に基づく双方向スイッチング素子47のオンオフ動作により、第一交流電力ライン41と第二交流電力ライン42との間が断続的に短絡される。これにより、力率改善動作が行われる。
The drive
ここで、本実施形態の構成においては、図1に示されているように、第一交流電力ライン41に第一リアクトル44が設けられているとともに、第二交流電力ライン42に、第一リアクトル44と同一の型番の第二リアクトル45が設けられている。さらに、交流側短絡ライン46には、双方向スイッチング素子47が設けられている。
Here, in the configuration of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
すなわち、交流側回路14においては、第一交流電力ライン41側と、第二交流電力ライン42側とが、完全に対称形となっている。このため、交流の入力電圧における一方の半周期と他方の半周期とで、力率改善動作が同様に行われる。
In other words, in the
具体的には、本実施形態においては、以下のようにして、入力電流が推定される。 Specifically, in the present embodiment, the input current is estimated as follows.
損失を無視すると、入出力電力の関係は、以下の式で表される。なお、以下の式において、Vinは入力電圧、Iinは入力電流、Vdcは出力電圧、Ioは負荷電流(出力電流)、Pinは入力電力、Poは負荷電力(出力電力)、Pcは平滑コンデンサ54の充放電電力、Cは平滑コンデンサ54の静電容量、tは時間である。
Pin=Po+Pc
Pin=Vin・Iin
Po=Vdc・Io
Pc=Vdc・C・(dVdc/dt)
If the loss is ignored, the relationship between input and output power is expressed by the following equation. In the following expression, Vin is an input voltage, Iin is an input current, Vdc is an output voltage, Io is a load current (output current), Pin is input power, Po is load power (output power), and Pc is a smoothing
Pin = Po + Pc
Pin = Vin / Iin
Po = Vdc · Io
Pc = Vdc · C · (dVdc / dt)
このため、入力電流Iinは、以下の式で表される。
Iin=(Vdc/Vin)・{Io+C・(dVdc/dt)}
For this reason, the input current Iin is expressed by the following equation.
Iin = (Vdc / Vin). {Io + C. (DVdc / dt)}
よって、上記の式と、交流電圧検出部61の出力(Vin)、直流電圧検出部62の出力(Vdc)、及び直流電流検出部63の出力(Io)と、によって、入力電流Iinが推定される。このようにして推定された入力電流Iinを用いて、上述のゲート信号が生成される。
Therefore, the input current Iin is estimated from the above formula, the output (Vin) of the
なお、出力電圧Vdcの微分値dVdc/dtは、例えば、ゲート信号中の或る1つのパルスにおける立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとの間の電圧値の差分と、両タイミングの時間間隔と、に基づいて取得される。すなわち、例えば、今回のパルスの立ち上がり及び立ち下がりの際に取得された微分値dVdc/dtに基づいて推定された入力電流Iinを用いて、次回のパルスの立ち上がり及び立ち下がりタイミングが設定される。 The differential value dVdc / dt of the output voltage Vdc is based on, for example, the difference in voltage value between the rising timing and falling timing of a certain pulse in the gate signal and the time interval between both timings. Is obtained. That is, for example, the rising and falling timings of the next pulse are set using the input current Iin estimated based on the differential value dVdc / dt acquired at the rising and falling of the current pulse.
ここで、本実施形態においては、交流側回路14には、入力電流Iinの検出のための回路部分が設けられていない。このため、第一交流電力ライン41側と、第二交流電力ライン42側とで、インピーダンスのアンバランスが生じない。また、入力電流Iinの取得結果に対する、フィルタ43の影響が、可及的に抑制される。また、この動作例においては、入力電流Iinは例えば−25〜+25A程度であるのに対し、出力電流すなわち負荷電流Ioは例えば0〜10A程度となる。このため、入力電流Iinの検出よりも、負荷電流Ioの検出の方が、分解能が高くなる。したがって、本実施形態においては、入力電流Iinが良好な精度で取得(推定)される。
Here, in the present embodiment, the
このように、本実施形態においては、第一交流電力ライン41側と第二交流電力ライン42側とのインピーダンスのアンバランスに起因するコモンノイズの発生が、良好に抑制される。また、入力電流Iinの取得値の精度が良好となる。したがって、本実施形態によれば、低ノイズで且つ良好な力率改善効果が得られる。
Thus, in the present embodiment, the occurrence of common noise due to the impedance imbalance between the first
<変形例>
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
<Modification>
Hereinafter, some typical modifications will be exemplified. In the following description of the modified examples, the same reference numerals as those in the above embodiment can be used for portions having the same configurations and functions as those described in the above embodiment. And about description of this part, the description in the above-mentioned embodiment shall be used suitably in the range which is not technically consistent. Needless to say, the modifications are not limited to those listed below. In addition, a part of the above-described embodiment and all or a part of the plurality of modified examples can be combined appropriately as long as they are technically consistent.
本発明は、上述した具体的な装置構成及び動作態様に限定されない。例えば、直流電流検出部63の位置は、図1に示されているような、第二直流電力ライン52における、平滑コンデンサ54よりも直流負荷12側の位置に限定されない。すなわち、直流電流検出部63は、第一直流電力ライン51又は第二直流電力ライン52における任意の位置に設けられ得る。
The present invention is not limited to the specific apparatus configuration and operation mode described above. For example, the position of the DC
本発明は、上述の実施形態のような、交流電圧を全波整流前に昇圧する構成(これは「交流ダイレクト昇圧型」と称され得る)に限定されない。具体的には、例えば、図2に示されているような、いわゆる「ブリッジレスブースト型」の電力変換装置10に対しても、本発明は好適に適用され得る。
The present invention is not limited to the configuration in which the AC voltage is boosted before full-wave rectification as in the above-described embodiment (this can be referred to as “AC direct boost type”). Specifically, for example, the present invention can be suitably applied to a so-called “bridgeless boost type”
以下、図2を参照しつつ、本変形例の電力変換装置10の構成について、上述の実施形態における構成と相違する部分を中心に説明する。
Hereinafter, the configuration of the
本変形例においては、整流回路13は、第一整流素子13aと、第二整流素子13bと、を備えている。第一整流素子13aは、第一短絡ライン48aに介装されている。第一短絡ライン48aは、第一直流電力ライン51と第二直流電力ライン52とを短絡するように設けられていて、その中間位置が第一リアクトル44に接続されている。同様に、第二整流素子13bは、第二短絡ライン48bに介装されている。第二短絡ライン48bは、第一直流電力ライン51と第二直流電力ライン52とを短絡するように、第一短絡ライン48aと並列に設けられていて、その中間位置が第二リアクトル45に接続されている。
In this modification, the
第一整流素子13a及び第二整流素子13bは、そのカソードが第一直流電力ライン51に接続されている。第一整流素子13aのアノードは、第一リアクトル44に接続されている。第二整流素子13bのアノードは、第二リアクトル45に接続されている。
The cathodes of the first rectifying element 13 a and the
第一短絡ライン48aにおける第二直流電力ライン52側には、IGBT等の半導体スイッチング素子からなる第一スイッチング素子49aが介装されている。すなわち、本発明の「スイッチング素子」としての第一スイッチング素子49aは、第一リアクトル44と第一整流素子13aとの接続部と、第二直流電力ライン52と、の間に設けられている。同様に、IGBT等の半導体スイッチング素子からなる第二スイッチング素子49bは、第二リアクトル45と第二整流素子13bとの接続部と、第二直流電力ライン52と、の間に設けられている。
A first switching element 49a made of a semiconductor switching element such as an IGBT is interposed on the second
また、本発明は、図3に示されているような、いわゆる「昇圧チョッパ型」の構成に対しても、好適に適用され得る。以下、図3を参照しつつ、本変形例の電力変換装置10の構成について、上述の実施形態における構成と相違する部分を中心に説明する。
The present invention can also be suitably applied to a so-called “boost chopper type” configuration as shown in FIG. Hereinafter, the configuration of the
本変形例においては、整流回路13は、上述の実施形態と同様に、周知の全波整流回路として構成されている。一方、本変形例においては、交流側回路14には、リアクトルは設けられていない。これに対し、直流側回路15には、上述の第一直流電力ライン51、第二直流電力ライン52、直流側短絡ライン53、及び平滑コンデンサ54に加えて、昇圧リアクトル55と、逆流防止ダイオード56と、昇圧用短絡ライン57と、スイッチング素子58と、が設けられている。
In this modification, the
昇圧リアクトル55は、第一直流電力ライン51における、最も整流回路13側(すなわち逆流防止ダイオード56及び昇圧用短絡ライン57よりも整流回路13側)に介装されている。逆流防止ダイオード56は、そのアノードが昇圧リアクトル55に接続される一方、カソードが平滑コンデンサ54に接続されている。すなわち、昇圧リアクトル55と、逆流防止ダイオード56と、平滑コンデンサ54とは、この順に直列接続されている。
The step-up
昇圧用短絡ライン57は、第一直流電力ライン51における昇圧リアクトル55と逆流防止ダイオード56との間の位置と、第二直流電力ライン52における整流回路13と平滑コンデンサ54との間の位置と、を短絡するように設けられている。この昇圧用短絡ライン57には、IGBT等からなるスイッチング素子58が介装されている。
The boosting short-
本発明は、上述の実施形態のように、交流から直流への一方向の電力変換のみが可能な構成に限定されない。すなわち、本発明は、例えば、直流から交流及び直流から交流の双方向の電力変換が可能な構成に対しても、良好に適用され得る。図4は、かかる変形例に対応したものである。すなわち、図4においては、電力変換装置10は、交流電源11から出力された交流電力を直流電力に変換して直流負荷12に供給するとともに、直流負荷12から出力された直流電力を交流電力に変換して交流電源11側に供給するように構成されている。
The present invention is not limited to a configuration capable of performing only one-way power conversion from alternating current to direct current as in the above-described embodiment. That is, the present invention can be favorably applied to, for example, a configuration capable of bidirectional power conversion from direct current to alternating current and direct current to alternating current. FIG. 4 corresponds to such a modification. That is, in FIG. 4, the
具体的には、本変形例においては、整流回路13は、ブリッジ接続(より詳細にはフルブリッジ接続)された複数の整流用スイッチング素子131〜134により構成されている。これらの整流用スイッチング素子131〜134における制御端子(ゲート端子)は、制御回路64における図示しない他の信号生成部に接続されている。
Specifically, in this modification, the
整流用スイッチング素子131及び整流用スイッチング素子132は、第一直流電力ライン51と第二直流電力ライン52との間にて、この順に直列接続されている。整流用スイッチング素子131と整流用スイッチング素子132との接続部は、第一交流電力ライン41に接続されている。同様に、整流用スイッチング素子133及び整流用スイッチング素子134は、第一直流電力ライン51と第二直流電力ライン52との間にて、この順に直列接続されている。整流用スイッチング素子133と整流用スイッチング素子134との直列接続体は、整流用スイッチング素子131と整流用スイッチング素子132との直列接続体と、直流側短絡ライン53(平滑コンデンサ54)と、の間に設けられている。整流用スイッチング素子133と整流用スイッチング素子134との接続部は、第二交流電力ライン42に接続されている。
The
かかる変形例において、電力変換装置10は、直流電圧から交流電圧への変換が可能である。この場合、交流電源11は商用電源(系統電源)であり、直流負荷12は車載バッテリであり、電力変換装置10における回路構成の主要部は電動車両側に設けられる。かかる構成においては、直流負荷12から直流電力を出力して交流電源11側に交流電力を供給する、いわゆる「V2H(Vehicle to Home)」あるいは「V2G(Vehicle to Grid)」が行われる場合がある。
In such a modification, the
この場合にも、交流電圧検出部61、直流電圧検出部62、及び直流電流検出部63の出力に基づいて、交流電流推定部64aにより、交流側回路14を通流する交流電流が推定される。そして、かかる交流電流の推定値と、交流電圧検出部61及び直流電圧検出部62の出力と、に基づいて、整流用スイッチング素子131〜134の制御すなわちインバータ制御が行われる。このとき、かかる動作例においては、良好な精度で推定された出力交流電流を用いることで、V2HあるいはV2Gの制御が精度よく行われ得る。
Also in this case, the alternating current flowing through the alternating
これらの変形例の構成においても、上述の実施形態と同様に、入力電流Iinの取得結果に対する、フィルタ43の影響が、可及的に抑制される。したがって、本変形例の構成によれば、よりいっそう良好な力率改善効果が得られる。特に、上述のように、交流電流をセンサによる直接検出ではなく直流電流検出値に基づく推定によって取得するとともに、「フルスイッチングモード」を用いることで、より正確な力率改善制御が可能となる。
Also in the configurations of these modified examples, the influence of the
なお、直流電流を検出するための電流検出センサが直流負荷12側や直流側回路15に予め設けられている場合、かかる電流検出センサが直流電流検出部63として利用可能である。具体的には、例えば、直流負荷12側に設けられたDC−DCコンバータの2次側電流検出センサも、直流電流検出部63として利用可能である。
When a current detection sensor for detecting a direct current is provided in advance in the direct
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構成及びその均等物の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構成をも含む。 Other modifications not specifically mentioned are naturally included in the technical scope of the present invention without departing from the essential part of the present invention. In addition, in each element constituting the means for solving the problems of the present invention, elements expressed in terms of function and function are specific configurations disclosed in the above-described embodiments and modifications, and equivalents thereof. In addition to objects, any configuration capable of realizing the action / function is included.
10…電力変換装置、11…交流電源、12…直流負荷、13…整流回路、14…交流側回路、15…直流側回路、16…制御部、41…第一交流電力ライン、42…第二交流電力ライン、43…フィルタ、44…第一リアクトル、45…第二リアクトル、46…交流側短絡ライン、47…双方向スイッチング素子、51…第一直流電力ライン、52…第二直流電力ライン、53…直流側短絡ライン、54…平滑コンデンサ、61…交流電圧検出部、62…直流電圧検出部、63…直流電流検出部、64…制御回路、64a…交流電流推定部、64b…電流制御値生成部、64c…駆動信号生成部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
交流電流が通流する電気回路であって、前記交流電圧入出力部と前記整流回路との間に設けられた、交流側回路(14)と、
直流電流が通流する電気回路であって、前記直流電圧入出力部と前記整流回路との間に設けられた、直流側回路(15)と、
オンされることで一対の電力ライン間の短絡を行うように前記交流側回路又は前記直流側回路に設けられたスイッチング素子(47;49a,49b;58)のオンオフ動作を制御することで、力率改善動作を行うように設けられた、制御部(16)と、
を備えた、電力変換装置(10)であって、
前記制御部は、
前記直流側回路を通流する直流電流に対応する出力を生じるように、当該直流側回路に設けられた、直流電流検出部(63)を備え、
前記交流側回路を通流する交流電流を前記直流電流検出部の出力に基づいて推定するとともに、推定した交流電流に基づいて前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御するように構成されたことを特徴とする、電力変換装置。 A rectifier circuit (13) provided between the AC voltage input / output unit (11) and the DC voltage input / output unit (12) so as to perform conversion between the AC voltage and the DC voltage;
An electric circuit through which an alternating current flows, an alternating circuit (14) provided between the alternating voltage input / output unit and the rectifier circuit;
An electric circuit through which a direct current flows, a direct current side circuit (15) provided between the direct current voltage input / output unit and the rectifier circuit;
By controlling the on / off operation of the switching element (47; 49a, 49b; 58) provided in the AC side circuit or the DC side circuit so as to short-circuit between the pair of power lines when turned on, A control unit (16) provided to perform rate improvement operation;
A power conversion device (10) comprising:
The controller is
A direct current detector (63) provided in the direct current circuit so as to generate an output corresponding to the direct current flowing through the direct current circuit;
The alternating current flowing through the alternating current side circuit is estimated based on the output of the direct current detection unit, and the on / off operation of the switching element is controlled based on the estimated alternating current. A power converter.
前記交流電圧入出力部における一方の入出力端子(TA1)に接続された電力ラインである、第一交流電力ライン(41)と、
前記交流電圧入出力部における他方の入出力端子(TA2)に接続された電力ラインである、第二交流電力ライン(42)と、
前記第一交流電力ラインに設けられたリアクトルである、第一リアクトル(44)と、
前記第二交流電力ラインに設けられたリアクトルである、第二リアクトル(45)と、
前記第一リアクトルと前記整流回路との間の電力ラインと、前記第二リアクトルと前記整流回路との間の電力ラインと、を短絡するように設けられた電力ラインである、交流側短絡ライン(46)と、
を備え、
前記整流回路は、前記直流側回路に設けられた平滑コンデンサ(54)と並列に接続された、全波整流回路であって、
前記スイッチング素子は、前記短絡ラインに設けられた双方向スイッチング素子(47)であることを特徴とする、請求項1に記載の電力変換装置。 The AC side circuit is:
A first AC power line (41), which is a power line connected to one input / output terminal (TA1) in the AC voltage input / output unit;
A second AC power line (42), which is a power line connected to the other input / output terminal (TA2) in the AC voltage input / output unit;
A first reactor (44), which is a reactor provided in the first AC power line;
A second reactor (45) which is a reactor provided in the second AC power line;
An AC side short-circuit line (which is a power line provided to short-circuit a power line between the first reactor and the rectifier circuit and a power line between the second reactor and the rectifier circuit ( 46) and
With
The rectifier circuit is a full-wave rectifier circuit connected in parallel with a smoothing capacitor (54) provided in the DC side circuit,
The power conversion device according to claim 1, wherein the switching element is a bidirectional switching element (47) provided in the short-circuit line.
前記交流電圧入出力部における一方の入出力端子(TA1)に接続された電力ラインである、第一交流電力ライン(41)と、
前記交流電圧入出力部における他方の入出力端子(TA2)に接続された電力ラインである、第二交流電力ライン(42)と、
前記第一交流電力ラインに設けられたリアクトルである、第一リアクトル(44)と、
前記第二交流電力ラインに設けられたリアクトルである、第二リアクトル(45)と、
を備え、
前記直流側回路は、
前記直流電圧入出力部における一方の入出力端子(TD1)に接続された電力ラインである、第一直流電力ライン(51)と、
前記直流電圧入出力部における他方の入出力端子(TD2)に接続された電力ラインである、第二直流電力ライン(52)と、
前記第一直流電力ラインと前記第二直流電力ラインとを短絡するように設けられた電力ラインである、直流側短絡ライン(53)と、
前記短絡ラインに設けられた、平滑コンデンサ(54)と、
を備え、
前記整流回路は、
前記第一リアクトルと前記第一直流電力ラインとを接続する電力ラインに設けられた整流素子である、第一整流素子(13a)と、
前記第二リアクトルと前記第一直流電力ラインとを接続する電力ラインに設けられた整流素子である、第二整流素子(13b)と、
を備え、
前記スイッチング素子としての第一スイッチング素子(49a)が、前記第一リアクトルと前記第一整流素子との接続部と前記第二直流電力ラインとの間に設けられ、
前記スイッチング素子としての第二スイッチング素子(49b)が、前記第二リアクトルと前記第二整流素子との接続部と前記第二直流電力ラインとの間に設けられた
ことを特徴とする、請求項1に記載の電力変換装置。 The AC side circuit is:
A first AC power line (41), which is a power line connected to one input / output terminal (TA1) in the AC voltage input / output unit;
A second AC power line (42), which is a power line connected to the other input / output terminal (TA2) in the AC voltage input / output unit;
A first reactor (44), which is a reactor provided in the first AC power line;
A second reactor (45) which is a reactor provided in the second AC power line;
With
The DC side circuit is:
A first DC power line (51), which is a power line connected to one input / output terminal (TD1) in the DC voltage input / output unit;
A second DC power line (52), which is a power line connected to the other input / output terminal (TD2) in the DC voltage input / output unit;
A DC side short-circuit line (53), which is a power line provided to short-circuit the first DC power line and the second DC power line;
A smoothing capacitor (54) provided in the short-circuit line;
With
The rectifier circuit is
A first rectifying element (13a), which is a rectifying element provided in a power line connecting the first reactor and the first DC power line;
A second rectifying element (13b), which is a rectifying element provided in a power line connecting the second reactor and the first DC power line;
With
The first switching element (49a) as the switching element is provided between a connection portion between the first reactor and the first rectifying element and the second DC power line,
The second switching element (49b) as the switching element is provided between a connection portion between the second reactor and the second rectifying element and the second DC power line. The power converter according to 1.
前記交流電圧入出力部における一方の入出力端子(TA1)に接続された電力ラインである、第一交流電力ライン(41)と、
前記交流電圧入出力部における他方の入出力端子(TA2)に接続された電力ラインである、第二交流電力ライン(42)と、
前記第一交流電力ラインに設けられたリアクトルである、第一リアクトル(44)と、
前記第二交流電力ラインに設けられたリアクトルである、第二リアクトル(45)と、
前記第一リアクトルと前記整流回路との間の電力ラインと、前記第二リアクトルと前記整流回路との間の電力ラインと、を短絡するように設けられた電力ラインである、交流側短絡ライン(46)と、
を備え、
前記整流回路は、互いにブリッジ接続された複数の半導体スイッチング素子からなり、前記直流側回路に設けられた平滑コンデンサ(54)と並列に接続された、インバータ回路であって、
前記スイッチング素子は、前記短絡ラインに設けられた双方向スイッチング素子(47)であることを特徴とする、請求項1に記載の電力変換装置。 The AC side circuit is:
A first AC power line (41), which is a power line connected to one input / output terminal (TA1) in the AC voltage input / output unit;
A second AC power line (42), which is a power line connected to the other input / output terminal (TA2) in the AC voltage input / output unit;
A first reactor (44), which is a reactor provided in the first AC power line;
A second reactor (45) which is a reactor provided in the second AC power line;
An AC side short-circuit line (which is a power line provided to short-circuit a power line between the first reactor and the rectifier circuit and a power line between the second reactor and the rectifier circuit ( 46) and
With
The rectifier circuit is composed of a plurality of semiconductor switching elements bridge-connected to each other, and is an inverter circuit connected in parallel with a smoothing capacitor (54) provided in the DC side circuit,
The power conversion device according to claim 1, wherein the switching element is a bidirectional switching element (47) provided in the short-circuit line.
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