JP2015039259A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流発電機の運転状況が変化（特に回転数が変化）し、これに伴って交流発電機の出力電力−出力電圧特性が変化した場合でも十分な制御応答性を確保することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】制御回路５は、ＭＰＰＴモードで動作中に、複数回数の制御周期で連続してＤＣ／ＤＣコンバータ３への入力電圧Ｖｉｎが同一方向に連続して増加あるいは減少するかの傾向をモニタし、そのような傾向がモニタされた場合には、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性が変化したと判定して、ＭＰＰＴモードから負荷４への出力電圧Ｖｏｕｔを一定に制御するＣＶモード、あるいは入力電圧Ｖｉｎを最大電力動作点以下まで復帰させるＲＶモードに切り替える。【選択図】図１

Description

この発明は、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、交流発電機の出力電力−出力電圧特性が変化した場合でも十分な制御応答性を確保することができる電力変換装置に関するものである。

従来、交流発電機と蓄電デバイス等を含む負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、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を調節するようにしたものがある。

この交流発電機は、その出力電圧を０Ｖから上昇させていくと、それに応じてその出力電力が増加し、ある出力電圧Ｖ２でその出力電力が最大となり、出力電圧がさらに上昇すると出力電力が次第に減少していく垂下特性を有している。このような垂下特性をもつ交流発電機において、以下、交流発電機の出力電力が最大Ｐｍａｘとなる電圧Ｖ２の位置を最大電力動作点と称する。

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷が軽負荷で、交流発電機の出力電圧が最大電力動作点の電圧以下の動作許容範囲内で動作可能な場合には、負荷への出力電圧を負荷の要求特性に応じて予め設定された目標値に追従させる電圧制御を行う。一方、負荷が重負荷で、交流発電機が動作許容範囲外の電圧で動作するようになった場合でも、交流発電機の垂下特性のために出力電力が徒に低下することなく、できるだけ出力電力が大きく保てるように、つまり出力電圧が最大電力動作点の電圧の下で動作するように、いわゆるＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）法によって電圧制御を行う（例えば、下記の特許文献１参照）。

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、ＭＰＰＴ法の制御を行っている状況下において、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力Ｐｉｎは、その入力電圧Ｖｉｎを一定に制御しよう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、最大電力動作点でＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧Ｖｉｎの変動が大きくなってハンチング状の現象が生じ、場合によっては、入力電圧Ｖｉｎが、例えば交流発電機１の出力端を短絡した状態に相当する短絡時動作点の電圧０（Ｖ）から、交流発電機１の出力端を開放した状態に相当する開放時動作点の電圧Ｖ４まで変動する可能性がある。

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。そして、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などの不具合を生じる恐れがある。

そこで、本発明者らは、以上のような問題点を解消するために、図２に示すような、交流発電機の出力電力（Ｐ）−出力電圧（Ｖ）特性において、交流発電機の出力電圧Ｖの動作点が最大電力動作点の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の近傍から離れていて動作許容範囲内(例えば図２のＶ２以下)のときは、負荷への出力電圧を負荷の要求特性に応じて予め設定された所定の目標値に追従させるＣＶモードにより、また、動作点が最大電力動作点の近傍から離れていて動作許容範囲外(例えば図２のＶ２以上)のときは無条件で動作許容範囲内に復帰させるＲＶ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モードやＲＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定するような技術を提案している。

なお、ＭＰＰＴモードでのＭＰＰＴ法としては、例えばいわゆる山登り法が適用される。また、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度よりもＣＶモードにおける追従制御の応答速度を高める上では、制御のサンプリング周期を短く設定したり、ローパスフィルタの時定数を小さく設定するなどして対応する。また、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度よりもＲＶモードにおける追従制御の応答速度を高める上では、制御のサンプリング周期を短く設定するなどして対応する。

しかし、本発明者らは、上記技術についてさらに鋭意検討したところ、交流発電機の運転状況が変化（特に回転数が変化）した場合には、前述の方法だけでは、ＭＰＰＴモードからＣＶモードやＲＶモードへの切り替えがうまくいかない場合があることが判明した。

例えば、図３に示すように、ＭＰＰＴモード動作時に交流発電機の回転数が増加して、その電力特性が変化（例えば図３の低回転時から高回転時）した結果、その動作点が特性変化後の最大電力動作点から離れた状態になったとしても、出力電圧がＣＶモードへの切り替えのしきい値を越えないときには、依然としてＭＰＰＴモードで動作してしまい、その結果、負荷変動が起こった際の応答速度が遅くなってしまう。また、ＭＰＰＴモード動作時に交流発電機の回転数が低下して、その電力特性が変化した場合（例えば図３の中回転時から低回転時）した結果、その動作点が特性変化後の最大電力動作点から離れた状態になったとしても、出力電力がＲＶモードへの切り替えのしきい値を下回らないときには、依然としてＭＰＰＴモードで動作してしまい、動作許容範囲内に復帰させるのが遅れてしまう。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、交流発電機の運転状況が変化（特に回転数が変化）し、これに伴って交流発電機の出力電力−出力電圧特性が変化した場合でも十分な制御応答性を確保することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電力変換装置は、交流発電機からの交流出力を整流する整流器、上記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、および上記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段を備え、
上記交流発電機は、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上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り、
上記制御手段は、上記交流発電機の上記出力電力−出力電圧特性における動作点が上記最大電力動作点の近傍にあるときは上記動作点を上記最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードにより、また、上記動作点が上記最大電力動作点から離れて動作許容範囲内にあるときには上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、また、上記動作許容範囲から外れているときには上記動作点を上記動作許容範囲内まで復帰させるＲＶモードにより、それぞれ上記ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧を制御し、かつ、上記ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度を、上記ＣＶモードおよび上記ＲＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定しており、
さらに、上記制御手段は、上記ＭＰＰＴモードで動作中に上記交流発電機の運転状況が変わり、これに伴って交流発電機の上記出力電力−出力電圧特性が変化し、その変化後の特性における動作点が上記最大電力動作点から離れたときには、それを検知して上記動作許容範囲内なら上記ＣＶモードに、また、上記動作許容範囲から外れているときには上記ＲＶモードにそれぞれ切り替えるようにする。

特に、ＭＰＰＴモードで動作している場合、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の近傍にあるときは、ＤＣ/ＤＣコンバータの入力電圧は上昇と下降を繰り返して、一定の電圧に落ち着こうとするが、交流発電機の運転状況が変化した結果、動作点が最大電力動作点から離れたときはＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧は上昇または下降を複数の制御周期で連続して続けることになる。

この点に着目し、ＭＰＰＴモードの動作中に、予め設定したしきい値を越えたか否かによって単純にモード切り替えを行うのではなく、ＭＰＰＴモードで動作中に、複数回数の制御周期で連続してＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が同一方向に増加あるいは減少するかどうかの傾向をモニタし、そのような傾向がモニタされた場合には、交流発電機の上記出力電力−出力電圧特性が変化したと判定して、ＭＰＰＴモードからＣＶモード、あるいはＲＶモードに切り替えるようにする。

以上のように、この発明では、上記ＭＰＰＴモードで動作中に上記交流発電機の運転状況が変わり、これに伴って交流発電機の上記出力電力−出力電圧特性が変化し、その変化後の特性における動作点が上記最大電力動作点から離れたときには、それを検知して上記動作許容範囲内なら上記ＣＶモードに、また、上記動作許容範囲から外れているときには上記ＲＶモードにそれぞれ切り替えるようにしたので、交流発電機の運転状況（特に回転数）が変化し、これに伴って出力電力−出力電圧特性が変化した場合にも十分な制御応答性を確保することができる。

この発明の実施の形態１における電力変換装置の構成図である。 図１の交流発電機の出力電力-出力電圧特性を示す特性図である。 回転速度が変化したときの交流発電機の出力電力-出力電圧特性を示す特性図である。 図１のＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示す回路構成図である。 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。 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。 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の制御動作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の制御動作の詳細を示すフローチャートである。 図６のステップ群Ｔ３の制御動作詳細を示すフローチャートである。 図７のステップ群Ｔ４の制御動作の詳細を示すフローチャートである。 図７のステップ群Ｔ５の制御動作の詳細を示すフローチャートである。 図７のステップ群Ｔ６の制御動作の詳細を示すフローチャートである。 実施の形態１における、出力電力Ｐｏｕｔをリセットする場合のＰｒｅｓｅｔの動作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を示す構成図である。
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、原動機６および交流発電機１の回転速度（回転数）は自動車の走行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、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性を示すもので、ある一定の回転速度で回転駆動されている場合の出力電力Ｐと出力電圧Ｖとの関係を示す。図に示すように、出力電圧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が上昇すると、それに応じて出力電力Ｐ（Ｗ）が減少して行き、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の回転速度が変化した場合、すなわち原動機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３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３から分かるように、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、図２に示したように、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垂下特性となるので、例えば、ある出力電力Ｐ１（Ｗ）を得るためには、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、この実施の形態１では、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲、すなわち短絡時動作点０（Ｖ）から最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍までの範囲Ｌａを動作許容範囲とし、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲、すなわち最大電力動作点の電圧Ｖ２近傍から開放時動作点Ｖ４までの範囲Ｌｂを動作許容範囲外として扱うものとする。

ただし、これとは逆に最大電力動作点の電圧Ｖ２近傍から開放時動作点Ｖ４までの範囲Ｌｂを動作許容範囲とし、短絡時動作点０（Ｖ）から最大電力動作点の電圧Ｖ２近傍までの範囲Ｌａを動作許容範囲外とすることも可能である。いずれの範囲を動作許容範囲として選択するかは、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、後述する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、後述する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ある。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３として、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、例えば所定の演算制御プログラムがインストールされたマイクロコンピュータから構成されており、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比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。

ｄ＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ （１）
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。

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から図１３に基づいて説明する。なお、この制御回路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および出力電流Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づいて制御する。

図５、図６及び図７は、制御回路５による全体の処理動作のフローチャートを示すもので、その開始から終了に至るステップ（ステップ群Ｔ１からＴ６）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、図６及び図７の開始の前にすべて「０」を代入する初期化を行っている。

以下、原則として、図５、図６及び図７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、基本的には先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い動作許容範囲で動作するように設定している。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、よって交流発電機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。そのため、交流発電機１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動作許容範囲を逸脱する可能性がある。従って、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、制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の入出力電圧制御は、以下の様に行われる。すなわち、交流発電機１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の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て動作許容範囲内(図２のＶ２以下)のときは負荷４への出力電圧を負荷４の要求特性に応じて予め設定され所定の目標値に追従させるＣＶモードにより、さらに、動作点が最大電力動作点から離れていて動作許容範囲外(図２のＶ２以上)のときは無条件で動作許容範囲内に復帰させるＲＶモードにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入出力電圧を制御する。

しかも、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度は、上記ＣＶモードやＲＶモードにおける追従制御の応答速度よりも低く設定している。逆から言えば、ＣＶモードやＲＶモードの制御応答性がＭＰＰＴモードの場合よりも高くなるように設定している。この場合、従来と同様、ＭＰＰＴモードでのＭＰＰＴ法としては、例えばいわゆる山登り法が適用される。また、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度よりもＣＶモードにおける追従制御の応答速度を高める上では、制御のサンプリング周期を短く設定したり、ローパスフィルタの時定数を小さく設定するなどして対応する。また、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度よりもＲＶモードにおける追従制御の応答速度を高める上では、制御のサンプリング周期を短く設定するなどして対応する。

図５、図６及び図７にはＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作全体のフローチャートを、図８から図１３には図５、図６及び図７に示す各ステップ群Ｔ１からＴ６の各制御動作の詳細を示している。

各ステップ群Ｔ１からＴ６の全体的な処理の概要として、図８に示すステップ群Ｔ１では出力電力Ｐｏｕｔを求める上での制御区分内での総電力Ｐｏｕｔｓｕｍの計算処理を、図９に示すステップ群Ｔ２では交流発電機１の運転状況が変化せず安定している場合のＭＰＰＴモード、ＣＶモード、ＲＶモードの選択処理を、図１０に示すステップ群Ｔ３では交流発電機１の運転状況が変化した場合のＭＰＰＴモード、ＣＶモード、ＲＶモードの選択処理を、図１１に示すステップ群Ｔ４ではＣＶモード時の入力電圧目標値Ｖｉｎｒｅｆの演算処理を、図１２に示すステップ群Ｔ５ではＭＰＰＴモード時およびＲＶモード時の入力電圧目標値Ｖｉｎｒｅｆの演算処理を、図１３に示すステップ群Ｔ６では図１１に示すステップ群Ｔ４および図１２に示すステップ群Ｔ５で得られた入力電圧目標値Ｖｉｎｒｅｆからオンデューティ比の演算処理を、それぞれ行っている。以下、各ステップ群Ｔ１からＴ６の制御動作の詳細を図１０から図１３を参照して説明する。

先ず、図８のフローチャートについて説明する。図８のステップ群Ｔ１では、主に制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの平均値としての平均化データを求める上での制御区分内での総電力Ｐｏｕｔｓｕｍの計算処理を行っている。

具体的には、ステップＳ１０１で、出力電力Ｐｏｕｔを求めた後に、ステップＳ１０２で、ステップＳ１０１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Ｓ１０３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。

この出力電力Ｐｏｕｔの和ＰｏｕｔｓｕｍとＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒとは、図９に示すステップ群Ｔ２内のステップＳ２２３のＭＰＰＴモードへの切り替えの判定、図１０に示すステップ群Ｔ３内のステップＳ２３２のＭＰＰＴモードからＣＶモードへの切り替えの判定、およびステップＳ２４１のＭＰＰＴモードからＲＶモードへの切り替えの判定にそれぞれ使用されるとともに、図１２に示すステップ群Ｔ５内のステップＳ３１１からステップＳ３１９で説明するＭＰＰＴモードによる制御、特に図９、図１０、図１２の後述のする各Ｐｒｅｓｅｔの処理において必要となるデータである。

制御周期が予め設定した所定のｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回繰り返すことを、この実施の形態１では１制御区分と称しているが、後述するように、ＭＰＰＴモードの制御はこの１制御区分を経る毎に行い、図８に示すステップ群Ｔ１を上記ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回繰り返すことにより、その最終回における、ＰｏｕｔｓｕｍとＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒとが、当該制御区分における出力電力の和とＰｏｕｔを加えた回数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１４で説明するように、このＰｏｕｔｓｕｍとＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒによって求められるＰｏｕｔ１またはＰｏｕｔ２を算出し、これらを平均化データとして採用する。

次に、図９および図１０のフローチャートについて説明する。
前述のように、図９に示すステップ群Ｔ２では、主に交流発電機１の運転状況が変化せず安定している場合のＭＰＰＴモード、ＣＶモード、ＲＶモードの選択処理を行う。より詳細には、ステップＳ２０１からステップＳ２０３までは、動作許容範囲外の場合のＲＶモードへの切り替え判定および切り替えを行っている。また、ステップＳ２１１からステップＳ２１３までは、入力電圧が０Ｖ付近の場合のＣＶモードへの切り替え判定および切り替えを行っている。また、ステップＳ２２１からステップＳ２２４までは、最大電力動作点付近で動作している場合のＭＰＰＴモードへの切り替え判定および切り替えを行っている。

一方、図１０に示すステップ群Ｔ３では、主に交流発電機１の運転状況が変化した場合のＭＰＰＴモード、ＣＶモード、ＲＶモードの選択処理を行う。より詳細には、ステップＳ２３１からステップＳ２３６までは、ＭＰＰＴモード中に連続して入力電圧が上昇する方向に動いた場合のＣＶモードへの切り替え判定および切り替えを行っている。また、ステップＳ２４１からステップＳ２４６までは、ＭＰＰＴモード中に連続して入力電圧が下降する方向に動いた場合のＲＶモードへの切り替え判定および切り替えを行っている。

なお、今回の発明において図１０に示すステップ群Ｔ３（ステップＳ２３１からステップＳ２３７、およびステップＳ２４１からステップＳ２４６）を追加することにより、交流発電機１の運転状況が変化した場合でも、動作点が最大電力動作点から離れれば、ＭＰＰＴモードよりも制御応答の速いＣＶモード、あるいはＲＶモードで動作させることができる。

以下、図９のフローチャートに示すステップ群Ｔ２についての処理の詳細について説明する。

まず、ステップＳ２０１で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが予め設定された入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈより高く、出力電力Ｐｏｕｔが予め設定された出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈより小さい場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）は、ステップＳ２０２に進み、動作モードとして、ＲＶモードを示すｍｏｄｅ＝「２」を代入する。

ここで、入力電圧Ｖｉｎが入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈとしては、交流発電機１の最低回転速度における、最大電力動作点の電圧より高く、開放電圧より若干低く設定する。また、上記の出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈとしては、０Ｗ近くに設定する。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Ｖ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ＲＶモードに切り替える訳である。

ステップＳ２０２でｍｏｄｅ＝２とした後は、ステップＳ２０３に進み、Ｐｒｅｓｅｔを実行する。この内容は、後述の図１４に示すステップ群の処理を説明する際に言及する。

一方、ステップＳ２０１でＮｏと判定された場合には、ステップＳ２１１に進み、ステップＳ２１１からステップＳ２１３により、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。

このＳ２１１で入力電圧Ｖｉｎが予め設定された所定の入力電圧下限値Ｖｉｎｌｔｈ未満と判定された場合（ステップＳ２１１でＹｅｓ）は、ステップＳ２１２に進み、動作モードとして、ＣＶモードを示すｍｏｄｅ＝「０」を代入する。

ここで、上記の入力電圧下限値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Ｖ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Ｓ２１１で、出力電圧Ｖｏｕｔが予め設定された所定の出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高いとき（ステップＳ２１１でＹｅｓ）は、ステップＳ２１２に進み、動作モードとして、ＣＶモードを示すｍｏｄｅ＝「０」を代入する。

ここで、上記の出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈとしては、負荷４の要求特性（例えばバッテリの充電電圧仕様など）を考慮して予め設定された出力電圧目標値Ｖｏｕｔｒｅｆよりも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Ｖｏｕｔが出力電圧目標値Ｖｏｕｔｒｅｆを越えているということは、ＭＰＰＴモードによる制御の下で目標値Ｖｏｕｔｒｅｆが維持できれば十分であるはずの負荷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、それ以上の電力増大を防止すべく、それまでのＭＰＰＴモードを打ち切ってＣＶモードに切り替える訳である。

ステップＳ２１２でｍｏｄｅ＝０とした後は、ステップＳ２１３に進み、Ｐｒｅｓｅｔを実行する。この内容は、後述の図１４に示すステップ群の処理を説明する際に言及する。

一方、ステップＳ２１１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Ｓ２２１に進む。

前述のように、このステップＳ２２１からステップＳ２２４までは、ＭＰＰＴモードを選択するか否か、またはＭＰＰＴモードに切り替えるか否かの判定を行う。

すなわち、まず、ステップＳ２２１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、図１０に示すステップ群Ｔ３の処理に移行する。

また、ステップＳ２２１の判定において、Ｖｉｎｒｅｆを入力電圧Ｖｉｎのその時点における目標値とし、Ｖｉｎ１を前回の制御区分で得られた最後の目標値とし、またＶｉｎｔｈを入力電流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しきい値とした場合に、ｍｏｄｅ≠１であって、かつ、｜Ｖｉｎｒｅｆ−Ｖｉｎ１｜≧Ｖｉｎｔｈの論理式が不成立と判定された場合は、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ＣＶモードからＭＰＰＴモードに切り替える必要が無く、従ってステップＳ２２１の判定をＮｏとして、図１０に示すステップ群Ｔ３の処理に移行する。

これに対して、ステップＳ２２１でｍｏｄｅ≠１であって、かつ、｜Ｖｉｎｒｅｆ−Ｖｉｎ１｜≧Ｖｉｎｔｈの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Ｓ２２１の判定をＹｅｓとして、ステップＳ２２２に進み、Ｐｒｅｓｅｔを実行する。

次に、ステップＳ２０３、Ｓ２１３、Ｓ２２２、および後述のステップＳ２３６、Ｓ２４５、Ｓ３１３におけるＰｒｅｓｅｔの各動作内容を、図１４に示すフローチャートを参照して説明する。この図１４に示すステップ群では、主に制御区分におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎの格納処理、電力平均値の計算、および各カウンタのリセットを行っている。

具体的には、まず、ステップＳ１００１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として記憶する。ステップＳ１００２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として記憶する。

ステップＳ１００３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として記憶する。ステップＳ１００４で、図８のＳ１０２で得られたＰｏｕｔｓｕｍとＳ１０３で得られたＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒ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を求める。

なお、このステップＳ１００４について、ここでは、出力電力の合計値Ｐｏｕｔｓｕｍを加算回数のＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒで割って平均化データとしているが、マイコンへの演算の負荷などを考慮して最大値と最小値のみを平均化したり、また、最大値と最小値に重みづけをして平均化したりするなど、その制御区分での出力電力を求められる方法であれば何でもよい。

次に、ステップＳ１００５で、出力電力の合計値Ｐｏｕｔｓｕｍをリセットする。また、ステップＳ１００６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Ｐｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒをリセットする。さらに、ステップＳ１００７からステップＳ１００９では、ＭＰＰＴモード以外のときはＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒとＭＰＰＴＲＶｃｏｕｎｔｅｒをリセットする。

図９に戻り、ステップＳ２２３では、ＭＰＰＴモードに切り替えるかどうかを判定する。
ここで、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、このＣＶモード時において入力電圧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Ｓ２２３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Ｓ２２４に進み、動作モードとして、ＭＰＰＴモードを示すｍｏｄｅ＝「１」を代入する。

また、ＲＶモード時は、図２に示したように、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いう前提であり、このＲＶモード時において、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Ｓ２２３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Ｓ２２４に進み、動作モードとして、ＭＰＰＴモードを示すｍｏｄｅ＝「１」を代入する。
上記ステップＳ２２３で上記の条件に合致せずＮｏと判定された場合には、モード切り替えを行わずに図９の処理を終了する。

一方、ステップＳ２２１でＮｏと判定された場合には、図１０のフローチャートに示すステップ群Ｔ３の処理に移行する。この図１０に示すステップ群Ｔ３では、前述のように、交流発電機１の運転状況が変化した場合のＭＰＰＴモード、ＣＶモード、ＲＶモードの選択処理を行う。

すなわち、ＭＰＰＴモードで動作している時点で交流発電機１の運転状況が変化した結果、ＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒのカウント値がＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒｔｈを越えるまで連続してＤＣ／ＤＣコンバータ３への入力電圧Ｖｉｎが上昇かつ出力電力Ｐｏｕｔが上昇した場合には、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ＣＶモードに切り替える。また、ＭＰＰＴモードで動作している時点で交流発電機１の運転状況が変化した結果、ＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒのカウント値がＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒｔｈを越えるまで連続してＤＣ／ＤＣコンバータ３への入力電圧Ｖｉｎが下降かつ出力電力Ｐｏｕｔが上昇した場合には、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ＲＶモードに切り替える。

以下、図１０のフローチャートに示すステップ群Ｔ３についての処理の詳細について説明する。

ステップＳ２３１からステップＳ２３６までの処理は、主にＭＰＰＴモードから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ものである。

すなわち、先ず、ステップＳ２３１では、ＭＰＰＴモードかつ制御区分が終わりかどうかを判定する。ＭＰＰＴモードを示すｍｏｄｅ＝「１」で、ｃｏｕｎｔｅｒがｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ−１まで上昇したならば、制御区分が終わりだと判定し（ステップＳ２３１でＹｅｓ）、次のステップＳ２３２に進む。

このステップＳ２３２では、Ｖｉｎ１がＶｉｎ２以上、かつＰｏｕｔ１がＰｏｕｔ２以上かを判定している。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが上昇、かつ出力電力Ｐｏｕｔが上昇した場合は入力電圧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することを意味する。そして、ステップＳ２３２でＹｅｓと判定された場合、次のステップＳ２３３に進む。

ステップＳ２３３では何回連続して前段のステップＳ２３２でＹｅｓとなったかをカウントしている。そして、ＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒに１を加えて次のステップＳ２３４に進む。このステップＳ２３４では、ＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒのカウント値が予め設定したＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒｔｈに達しているかどうかを判定している。ステップＳ２３４でＹｅｓならば次のステップＳ２３５に進む。

ステップＳ２３５では、ＭＰＰＴモードからＣＶモードに切り替えるために、動作モードとして、ＣＶモードを示すｍｏｄｅ＝「０」を代入する。そして、次のステップＳ２３６でＰｒｅｓｅｔ（図１４参照）を実行する。このステップＳ２３６が終了すると、図１１に示すステップ群Ｔ４の処理に移行する。また、ステップＳ２３４でＮｏの場合は、ＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒのカウント値が予め設定したＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒｔｈに未だ達してしないので、ＣＶモードに切り替えずに図１１に示すステップ群Ｔ４の処理に移行する。

一方、ステップＳ２３２でＮｏと判定された場合には、ステップＳ２３７に進む。ステップＳ２３７では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧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されなかったために、ＭＰＰＴＣＶｃｏｕｎｔｅｒをリセットしている。ステップＳ２３７が終了するとステップＳ２４１に進む。

ステップＳ２４１からステップＳ２４６までの処理は、主にＭＰＰＴモードからＲＶモードを選択するか否か、または、ＲＶモードに切り替えるか否かを判定するものである。

すなわち、まず、ステップＳ２４１では、Ｖｉｎ１がＶｉｎ２以下で、Ｐｏｕｔ１がＰｏｕｔ２以上かどうかを判定している。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが下降、かつ出力電力Ｐｏｕｔが上昇した場合は、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することを意味する。そして、ステップＳ２４１でＹｅｓと判定された場合、次のステップＳ２４２に進む。

ステップＳ２４２では何回連続してステップＳ２４１でＹｅｓとなったかをカウントしている。そして、ＭＰＰＴＲＶｃｏｕｎｔｅｒに１を加えて次のステップＳ２４３に進む。このステップＳ２４３では、ＭＰＰＴＲＶｃｏｕｎｔｅｒのカウント値がＭＰＰＴＲＶｃｏｕｎｔｅｒｔｈに達しているかどうかを判定している。ステップＳ２４３でＹｅｓならば次のステップＳ２４４に進む。

ステップＳ２４４では、ＭＰＰＴモードからＲＶモードに切り替えるために、動作モードとして、ＲＶモードを示すｍｏｄｅ＝「２」を代入する。そして、次のステップＳ２４５でＰｒｅｓｅｔ（図１４参照）を実行する。このステップＳ２４５が終了すると、図１１に示すステップ群Ｔ４の処理に移行する。また、ステップＳ２４３でＮｏの場合はＭＰＰＴＲＶｃｏｕｎｔｅｒのカウント値が予め設定したＭＰＰＴＲＶｃｏｕｎｔｅｒｔｈに未だ達していないので、ＲＶモードには切り替えずに図１１に示すステップ群Ｔ４の処理に移行する。

また、ステップＳ２４１でＮｏの場合、ステップＳ２４６に進む。ステップＳ２４６では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧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されなかったために、ＭＰＰＴＲＶｃｏｕｎｔｅｒをリセットしている。そして、このステップＳ２４６が終了すると、モード切り替えを行わずに図１１に示すステップ群Ｔ４の処理に移行する。

前述のように、図１１のフローチャートに示すステップ群Ｔ４では、主にＣＶモード時の入力電圧目標値Ｖｉｎｒｅｆの演算処理を行う。以下、このステップ群Ｔ４についての処理の詳細について説明する。

まず、ステップＳ３０１で、出力電圧Ｖｏｕｔとその目標値Ｖｏｕｔｒｅｆとの偏差Ｖｄｅｆを求めている。次に、ステップＳ３０２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を求める。続いて、ステップＳ３０３で、現在のモードがＣＶモードであるかどうかの判定を行う。

ステップＳ３０３でＮｏと判定された場合には、ＣＶモードではないので、図１２に示すステップ群Ｔ５の処理に移行する。これに対して、ステップＳ３０３でＹｅｓ、（ｍｏｄｅ＝０）と判定された場合には、次のステップＳ３０４に進む。

このステップＳ３０４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を求める。次のステップＳ３０５からステップＳ３０８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。次に、ステップＳ３０９で、ＰＩ制御の比例項Ｐａと積分項Ｉａとを加算して入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを求める。これで、図１１に示すステップ群Ｔ４の処理を終了する。

次に、図１２のフローチャートに示すステップ群Ｔ５についての処理の詳細について説明する。

先の図１１のステップＳ３０３でＮｏと判定された場合、ＭＰＰＴモードあるいはＲＶモードが選択されている。したがって、図１２に示すステップ群Ｔ５では、主にＭＰＰＴモード時、およびＲＶモード時の入力電圧目標値Ｖｉｎｒｅｆの演算処理を行う。すなわち、ステップＳ３１１からステップＳ３１８まででＭＰＰＴモード時の入力電圧目標値Ｖｉｎｒｅｆの計算を、また、ステップＳ３２１からステップＳ３２２まででＲＶモード時の入力電圧目標値Ｖｉｎｒｅｆの計算を、それぞれ行っている。以下、このステップ群Ｔ５についての処理の詳細について説明する。

まず、ステップＳ３１１でＭＰＰＴモード（ｍｏｄｅ＝１）かどうかを判定する。ＭＰＰＴモードと判定された場合（ステップＳ３１１でＹｅｓ）には、次のステップＳ３１２で、現在の制御区分における制御周期のｃｏｕｎｔｅｒのカウント値が（ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ−１）回であるかどうかを判定する。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のカウント値が（ｃｏｕｔｅｒｍａｘ−１）と等しければ（ステップＳ３１２でＹｅｓ）、現在の制御区分における制御周期の回数がｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回であるので、次のステップＳ３１３に進みＰｒｅｓｅｔ（図１４参照）を実行する。一方、ｃｏｕｎｔｅｒのカウント値が、（ｃｏｕｔｅｒｍａｘ−１）と等しくなければ（ステップＳ３１２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Ｓ３１９に進み、ｃｏｕｎｔｅｒに１を加えて図１２の処理を終了する。

ＭＰＰＴモードによる制御は、ステップＳ３１３から開始される。先のステップＳ３１２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Ｓ３１３からのＭＰＰＴモードの制御を実行する訳である。

ステップＳ３１３は、上記のようにＰｒｅｓｅｔ（図１４参照）を行うが、この場合、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。次のステップＳ３１４では、ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回の制御周期を満了したので、ｃｏｕｎｔｅｒに「０」を代入してリセットを行う。

次のステップＳ３１５では、現在と前回の制御区分における入力電圧の目標値Ｖｉｎ１とＶｉｎ２の大小の比較、および、現在と前回の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔ１とＰｏｕｔ２の大小の比較をそれぞれ行う。

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Ｓ３１５の上段の論理式が成立する場合）、あるいは入力電圧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）には、いずれも入力電圧Ｖｉｎが、図２で示す最大電力動作点の電圧Ｖ２よりも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Ｓ３１６に進む。それ以外の場合（ステップＳ３１５でＮｏ）は、図２で示す最大電力動作点の電圧Ｖ２よりも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Ｓ３１７に進む。

ステップＳ３１６では、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを高く設定するために、このＶｉｎｒｅｆに変化量ΔＶｉｎを加える。一方、ステップＳ３１７では、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを低く設定するために、このＶｉｎｒｅｆから変化量ΔＶｉｎを引いている。次のステップＳ３１８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。

一方、先のステップＳ３１１でＮｏと判定された場合には、ｍｏｄｅ＝２、即ち、ＲＶモードで制御していることになるので、次に、ステップＳ３２１に進む。このステップＳ３２１では、図２の最大電力動作点の電圧Ｖ２よりも高電圧側で動作させているので、低電圧側に復帰させるためにＶｉｎｒｅｆからΔＶｉｎを引いている。次いで、ステップＳ３２２では、ＲＶ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。

以上で説明した、図１１に示したステップ群Ｔ４による処理、および図１２に示したステップ群Ｔ５による処理により、ＣＶモード、ＭＰＰＴモード、ＲＶ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、これらの目標値Ｖｉｎｒｅｆから図１３のフローチャートに示すステップ群Ｔ６の処理により、式（１）に示すオンデューティ比ｄを演算する。以下、図１３のフローチャートに示すステップ群Ｔ６の処理の詳細について説明する。

まず、ステップＳ４０１、Ｓ４０２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う。続いて、ステップＳ４０３、Ｓ４０４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３として、この実施の形態１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、ＶｉｎｒｅｆがＶｏｕｔｒｅｆを越えないようにリミット処理を行う。続いて、ステップＳ４０５では、ＶｏｕｔｒｅｆとＶｉｎｒｅｆとから、式（１）に基づき、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティ比ｄを求める。

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は、交流発電機１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の電圧Ｖ２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モードにより、また、動作点が最大電力動作点から離れて動作許容範囲内にあるときには負荷４への出力電圧を所定の目標値に追従させるＣＶモードに、また、動作許容範囲外にあるときには動作点を動作許容範囲内まで復帰させるＲＶモードにより、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ３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モードおよびＲＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定しているので、負荷４の変動に対しても高速で応答して負荷電圧を一定に保つことができる。

また、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に安定確実な制御特性が得られる。

さらに、ＭＰＰＴモードで動作中に交流発電機１の運転状況が変わり、これに伴って交流発電機１の出力電力−出力電圧特性が変化し、その変化後の特性における動作点が最大電力動作点から離れたときには、図１０のフローチャートで示したステップ群Ｔ３の処理により、その特性変化を検知して動作許容範囲内ならＣＶモードに、また、動作許容範囲外ならばＲＶモードにそれぞれ切り替えるので、交流発電機１の運転状況の変化に対する制御応答性を改善することができる。

なお、この実施の形態１では、図２で示す最大電力動作点の電圧Ｖ２以下の電圧を動作許容範囲として、Ｖ２より低い場合をＣＶモード、Ｖ２より高い場合をＲＶモードに設定するとしていたが、その他の組み合わせでもこの方法でＭＰＰＴモードからその他のモードへ切り替えることができる。

また、この発明は上記の実施の形態１の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種の変形を加えたり、一部を省略したり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 (7)

1. 交流発電機からの交流出力を整流する整流器、上記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、および上記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段を備え、
   上記交流発電機は、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上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り、
   上記制御手段は、上記交流発電機の上記出力電力−出力電圧特性における動作点が上記最大電力動作点の近傍にあるときは上記動作点を上記最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードにより、また、上記動作点が上記最大電力動作点から離れて動作許容範囲内にあるときには上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、また、上記動作許容範囲から外れているときには上記動作点を上記動作許容範囲内まで復帰させるＲＶモードにより、それぞれ上記ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧を制御し、かつ、上記ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度を、上記ＣＶモードおよび上記ＲＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定しており、
   さらに、上記制御手段は、上記ＭＰＰＴモードで動作中に上記交流発電機の運転状況が変わり、これに伴って交流発電機の上記出力電力−出力電圧特性が変化し、その変化後の特性における動作点が上記最大電力動作点から離れたときには、それを検知して上記動作許容範囲内なら上記ＣＶモードに、また、上記動作許容範囲から外れているときには上記ＲＶモードにそれぞれ切り替えるようにした電力変換装置。
2. 上記制御手段は、上記ＭＰＰＴモードで動作中に上記交流発電機の運転状況が変わり、これに伴って交流発電機の上記出力電力−出力電圧特性が変化し、その変化後の特性における動作点が上記最大電力動作点から離れたときには、それを検知する際に使用するパラメータが上記電力変換装置の入力電力もしくは出力電力である請求項１に記載の電力変換装置。
3. 上記制御手段は、上記ＭＰＰＴモードの動作中に、複数回数の制御周期で連続して電圧が同一方向に増加あるいは減少するように動いた場合、交流発電機の上記出力電力−出力電圧特性が変化したと判定する請求項２に記載の電力変換装置。
4. 上記動作許容範囲は、上記交流発電機の上記最大電力動作点よりも低電圧である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 上記動作許容範囲は、上記交流発電機の上記最大電力動作点よりも高電圧である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 上記制御手段は、上記交流発電機の上記最大電力動作点を挟む低電圧側および高電圧側を共に上記ＣＶモードで動作させる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 上記制御手段は、上記交流発電機の上記最大電力動作点を挟む低電圧側および高電圧側を共にＲＶモードで動作させる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。

Images