JP2015201907A

JP2015201907A - 電力変換装置

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Publication number: JP2015201907A
Application number: JP2014077509A
Authority: JP
Inventors: 光二嶋村; Koji Shimamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: JP5959565B2

Abstract

【課題】並列接続された複数の電力変換回路のうち、特定の電力変換回路だけが高温になるという現象が起こらない電力変換装置を提供する。
【解決手段】並列に接続された複数の電力変換回路のそれぞれの温度状態を認識し、温度状態に応じた情報に基づいて、前記電力変換回路のうち最大の動作状態と最小の動作状態との差分が所定の範囲内となるように前記電力変換回路のスイッチング素子に所定の異なるスイッチング周波数を割り当てる電力変換制御部とを備え、温度状態の場合には、スイッチング周波数を温度が高い電力変換回路から順に低いスイッチング周波数を割り当てることで、ノイズレベルを抑制しつつ特定の電力変換回路の温度だけが高温になることを避けるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータのように、入力された電力を必要な電力に変換する電力変換回路を備えた電力変換装置に関する。特に、複数の電力変換回路を使用し、各々の電力変換回路のスイッチング素子を駆動することにより出力電力を所望の値に変換する電力変換装置に関するものである。

電動車両に搭載される電池は大容量のものが望まれている。しかし、電池の容量が増えれば、それだけ充電時間が長くなる。これを解決する方法として、充電電圧を高くしたり、充電電流を多くしたりして、短時間で充電する方法がある。このため、小型で大きな電力を扱うことのできる電力変換装置が要求されている。電力変換装置の体積を小型にするには、インダクタンス及びコンデンサの小型化が必要であるが、このためには高いスイッチング周波数を使用することが必要となる。しかし、スイッチング周波数が高くなることによって、スイッチング損失の増加によるスイッチング素子の発熱およびスイッチングで生じる高調波やＥＭＩノイズが問題となっている。

例えば特許文献１には、複数のＤＣＤＣコンバータを入力と電池との間を並列に接続し、この複数のＤＣＤＣコンバータの操作に際し、互いに相違する複数のスイッチング周波数によって構成される拡散パターンに従ってスイッチング周波数を周期的に変化させることで、スペクトラム拡散を行い、特定のスイッチング周波数やその高調波におけるノイズレベルを抑制できる電力変換装置が示されている。

特開２０１０−２５２５１３号公報

前述の特許文献１電力変換装置では、ノイズレベルの抑制が期待されるが、複数のＤＣＤＣコンバータが同一の拡散パターンに従って同一の周期で変化するため、すべてのＤＣＤＣコンバータのスイッチング動作時のエネルギー損失による発熱はほぼ同一となる。

ところが、電力変換装置内は必ずしも均一に冷却されるわけではないため、それぞれのＤＣＤＣコンバータは実装される位置によってスイッチング動作の際の発熱によって温度分布に偏りができてしまうという問題があった。また、複数のＤＣＤＣコンバータを使用していることから、使用状態にも偏りが生じ、酷使されている１台のＤＣＤＣコンバータによって電力変換装置の寿命が決定するという問題があった。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、並列に接続された複数の電力変換回路のうち、特定の電力変換回路だけが高温になるということが起こらないようにした電力変換装置を提供することを目的とし、また、複数の電力変換回路をほぼ平均的な使用状態になるように制御された電力変換装置を提供することを目的とし、更に、スイッチング周波数やその高調波におけるノイズレベルを抑制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。

この発明は、並列に接続され、内部にスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作が制御されて出力電圧を所望の値に変換する複数の電力変換回路と、前記電力変換回路のそれぞれの動作状態を認識し、前記動作状態に応じた情報を発生する動作状態情報発生手段と、前記動作状態情報発生手段からの情報を受けて、前記電力変換回路のうち最大の動作状態と最小の動作状態との差分が所定の範囲内となるように前記電力変換回路のスイッチング素子に所定の異なるスイッチング周波数を割り当てる電力変換制御部とを備えたことを特徴とする。

特に、前記動作状態の情報を温度情報として、前記電力変換回路のそれぞれの温度情報を受けて、前記電力変換回路のうち、温度の高い電力変換回路に、他の電力変換回路に割り当てるスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数を割り当てるようにしたことを特徴とする。

また、割り当てるスイッチング周波数は所定の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲に共通の高調波成分を有しないスイッチング周波数であることを特徴とする。

この発明では、複数の電力変換回路の最大の動作状態と最小の動作状態との差分が所定の範囲内となるようにスイッチング周波数を割り当てることによって、複数の電力変換回路の使用状態に偏りを防ぐことが可能となる。

また、スイッチング周波数およびその高調波によるノイズレベルを抑制することができるものである。

この発明の実施の形態１の電力変換装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１の電力変換回路の回路構成を示す図である。この発明の実施の形態１の電力変換装置の制御処理の流れを示す図である。この発明の実施の形態１のスイッチング素子のスイッチング動作によって発生するノイズを模式的に示した図である。この発明の実施の形態１の複数のスイッチング素子をスイッチング動作させた際に合成されて発生するノイズを模式的に示した図である。この発明の実施の形態１の電力変換装置のそれぞれの電力変換回路の温度と割り当てるスイッチング周波数との関係を示した図である。

以下、この発明の電力変換装置について、図面に基づいて説明する。
なお、各図において、同一符号は各々同一又は相当する部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図である。ただし、図１では、この発明に直接関与しない構成要素については、図示を省略している。

図１に示すように、電力変換装置１０は、直流入力２０の電圧レベルを蓄電池３０の電圧レベルに変換するとともに、蓄電池３０に電流を供給するように接続されている。そして電力変換装置１０の中には、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２および電力変換回路Ｃ１００３が、直流入力２０と蓄電池３０との間に並列に接続されている。このように複数の電力変換回路１００１、１００２、１００３を並列に接続して動作させることによって各々の電力変換回路１００１、１００２、１００３の出力電流を合算した電流が蓄電池３０に供給される。

各々の電力変換回路１００１、１００２、１００３には、温度を測定する温度測定部Ａ２００１、温度測定部Ｂ２００２、温度測定部Ｃ２００３が設けられ、それぞれの動作状態情報、すなわち温度状態の情報が電力変換制御部７０に供給されるように構成されている。したがって、温度測定部Ａ２００１、温度測定部Ｂ２００２、温度測定部Ｃ２００３は、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２および電力変換回路Ｃ１００３のそれぞれの動作状態を認識し、前記動作状態に応じた情報を発生する動作状態情報発生手段に相当する。

図２は、図１における電力変換回路Ａ１００１、温度測定部２００１および電力変換制御部７０の構成を示す図であり、他の電力変換回路Ｂ１００２、Ｃ１００３も電力変換制御部７０を共通として同様に構成されている。

図２は、電力変換回路１００１として、フルブリッジ型ＤＣＤＣコンバータを例示している。この図２に示すように、電力変換回路１００は、絶縁トランス１９０を中心に入力側（一次側）と出力側（二次側）に分かれており、一次側はスイッチング素子１１０〜１４０で構成されたフルブリッジ回路となっている。電力変換制御部７０が、制御信号ｇ１１、ｇ１２、ｇ１３、ｇ１４によって、四つのスイッチング素子１１０〜１４０を交互にオン−オフさせ、入力の直流を高周波の交流に変換して絶縁トランス１９０に送るように構成されている。

絶縁トランス１９０の二次側では、発生した交流は、ダイオード２１０〜２４０により全波整流され、二次側インダクタ２５０と平滑コンデンサ２６０で平滑化される。

電力変換制御部７０に設けられたスイッチング動作回数計測処理部３００は、スイッチング素子１１０〜１１４のスイッチング動作の回数を計測する。計測したスイッチング動作の回数は累積のスイッチング回数を計測できるように、スイッチング動作回数記録部３１０が不揮発性メモリに記録する。

なお、スイッチング素子１１０〜１４０は一例として、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されたものを示したが、ＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、電力変換が可能なスイッチング素子であれば良い。例えば、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒ）、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ−Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ（Ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ−ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒ）などが考えられる。

また、電力変換回路の一例として、フルブリッジ型ＤＣＤＣコンバータを図示しているが、スイッチング素子をスイッチング駆動することにより入力される電力を変換して出力する電力変換回路であればよいので、フルブリッジ型ＤＣＤＣコンバータに限定されるものではない。

次に、この発明の実施の形態１の電力変換装置１０において、スイッチング周波数を電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２および電力変換回路Ｃ１００３に割り当てる手順について、図３のフローチャートを用いて説明する。

スイッチング周波数の割り当ては電力変換制御部７０において行う。図３に示すように、ステップＳ１０００において、温度測定部Ａ２００１、温度測定部Ｂ２００２および温度測定部Ｃ２００３から、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度状態の情報を受ける。

次に、ステップＳ１１００において、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３のスイッチング周波数を確認する。そして、ステップＳ１２００において、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３のスイッチング周波数が、すでに割り当て済のスイッチング周波数か否かの判定を行う。スイッチング周波数が割り当て設定済みのスイッチング周波数である（ＹＥＳ）場合には、ステップＳ１３００に進み、温度状態の判定を行う。

一方、割り当て済みのスイッチング周波数でない（ＮＯ）場合は、ステップＳ１４００に進み、温度の測定結果に基づいて電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３へのスイッチング周波数の新たな割り当てを行う。

ステップＳ１３００においては、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度状態において、最も高い温度と最も低い温度の差が所定値より大きいか否かを判定する。最も高い温度と最も低い温度の差が所定値より大きい（ＹＥＳ）場合は、ステップＳ１５００に進む。最も高い温度と最も低い温度の差が所定値以下である（ＮＯ）場合には、問題の無い状態であるとして、処理を終了する。

ステップＳ１５００においては、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３のすべての温度が異なるか否かを判定する。このステップＳ１５００において、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３のすべての温度が異なる（ＹＥＳ）場合は、ステップＳ１６００に進み、新たにスイッチング周波数の割り当てを行う。逆に、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度が一つ以上同じ（ＮＯ）場合はステップＳ１７００に進む。

ステップＳ１６００においては、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３のうち温度が高い電力変換回路から順に低いスイッチング周波数を割り当て、処理を終了する。なお、割り当てる周波数は他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲に共通の高調波成分を有せず、かつ少なくとも電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３のスイッチング素子のスイッチングによって発生するノイズの合成成分の電圧ピーク値が、それぞれの電力変換回路単体のスイッチングによって発生するノイズの電圧ピーク値より大きくならない周波数幅以上を離した周波数である。この実施の形態１では、前記周波数幅を電力変換回路単体のスイッチングによって発生するノイズの電圧ピーク値から−６ｄＢ箇所の周波数幅としている。

一方、ステップＳ１５００において、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度が一つ以上同じ（ＮＯ）とされてステップＳ１７００に進むと、ステップＳ１７００においては、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３のうち同じ温度でない電力変換回路に対しては、温度が高い電力変換回路から順に低いスイッチング周波数を割り当てる。温度が同じ電力変換回路に対しては、スイッチング動作回数が多い電力変換回路にまだ設定されていない周波数のうち低い周波数を割り当て、処理を終了する。

さらに、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度変化と電力変換制御部７０におけるスイッチング周波数の割り当ての関係について具体例を用いて説明する。

図４および図５は電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３に割り当てたスイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の最小周波数間隔について説明するための図であって、それぞれ、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生するノイズを模式的に表している。

図４の縦軸がノイズレベル、横軸が周波数を示している。図で示した−６ｄＢの位置はノイズの電圧がピーク値の半分になる箇所であり、この箇所の周波数幅をΔｆとする。

図５は、スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を周波数幅Δｆだけ離してスイッチングしたときに合成されて発生するノイズを模式的に示した図である。−６ｄＢの箇所ではノイズの電圧がピーク値の半分になるので、隣接するスイッチング周波数のノイズが合成されてもスイッチング素子の単体のスイッチングによって発生するノイズのピーク値より高くはならない。このようにして電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３へ割り当てるスイッチング周波数の周波数間隔を少なくともスイッチング素子のスイッチングによって発生するノイズの電圧ピーク値から−６ｄＢ箇所の周波数幅以上とすることで、複数の電力変換回路を動作させた場合のノイズレベルのピーク値の増加を抑制することができる。

次に、図６を用いて電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度変化に応じたスイッチング周波数の割り当てについて説明する。
なお、スイッチング周波数の高低関係はｆ１＞ｆ２＞ｆ３とする。また、電力変換回路のうち最も高い温度と低い温度の差の判定に用いる所定の値を所定値Ｘとする。図６のグラフの縦軸は温度、横軸は時間を示している。

図６の（１）の時点において、電力変換装置１０を起動した直後は、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３へのスイッチング周波数は未設定なので、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度のうち、最も高い温度と最も低い温度の差が所定値Ｘより大きいか否かに関係なく、測定した温度結果に基づいてスイッチング周波数を割り当てる。

図６の（１）の時点において、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度状態はそれぞれ、（電力変換回路Ｃ１００３の温度）＞（電力変換回路Ｂ１００２の温度）＞（電力変換回路Ａ１００１の温度）となっているので、この温度の低いものから順に、電力変換回路Ａ１００１にスイッチング周波数ｆ１、電力変換回路Ｂ１００２にスイッチング周波数ｆ２、電力変換回路Ｃ１００３にスイッチング周波数ｆ３を割り当てる。

図６の（２）の時点において、電力変換回路Ａ１００１の温度状態と電力変換回路Ｃ１００３の温度状態との差が所定値Ｘより大きくなったため、スイッチング周波数の割り当てを再設定する。電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度状態はそれぞれ、（電力変換回路Ａ１００１の温度）＞（電力変換回路Ｂ１００２の温度）＞（電力変換回路Ｃ１００３の温度）となっているので、電力変換回路Ａ１００１にスイッチング周波数ｆ３、電力変換回路Ｂ１００２にスイッチング周波数ｆ２、電力変換回路Ｃ１００３にスイッチング周波数ｆ１を割り当てる。このようにして、温度の高い電力変換回路に低いスイッチング周波数を割り当て、温度の低い電力変換回路に高いスイッチング周波数を割り当てる。なお、所定値Ｘは電力変換装置１０が正常に動作し続けることができるよう、電力変換回路素子の耐熱温度や、回路素子の寿命と温度との関係などから定めることができる。

同様に、図６の（３）の時点において、電力変換回路Ｃ１００３の温度状態と電力変換回路Ｂ１００２の温度状態の差が所定値Ｘより大きくなったため、スイッチング周波数の割り当てを再設定する。電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度の比較はそれぞれ、（電力変換回路Ｃ１００３の温度）＞（電力変換回路Ａ１００１の温度）＞（電力変換回路Ｂ１００２の温度）であるので、電力変換回路Ａ１００１にスイッチング周波数ｆ２、電力変換回路Ｂ１００２にスイッチング周波数ｆ１、電力変換回路Ｃ１００３スイッチング周波数ｆ３を割り当てる。

図６の（４）の時点では、電力変換回路Ａ１００１の温度状態と電力変換回路Ｃの温度状態が同じになった場合の対応について示している。この（４）の時点において、電力変換回路Ｂ１００２の温度状態と電力変換回路Ａ１００１または電力変換回路Ｃ１００３の温度状態との差が所定値Ｘより大きくなったため、スイッチング周波数の割り当てを再設定するが、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度状態はそれぞれ、（電力変換回路Ｂ１００２の温度）＞（電力変換回路Ａ１００１の温度）＝（電力変換回路Ｃ１００３の温度）であるので、まず電力変換回路Ｂ１００２に低いスイッチング周波数ｆ３を割り当てる。

続いて、電力変換回路Ａ１００１の温度と電力変換回路Ｃ１００３の温度は同じであるので、電力変換回路Ａ１００１と電力変換回路Ｃ１００３のスイッチング動作回数を比較する。この場合、（電力変換回路Ａ１００１のスイッチング動作回数）＞（電力変換回路Ｃ１００３のスイッチング動作回数）とすると、動作回数の多い電力変換回路Ａ１００１に低いスイッチング周波数ｆ２、動作回数の少ない電力変換回路Ｃ１００３に高いスイッチング周波数ｆ１を割り当てる。なお、電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３の温度状態が同じというのは、温度が全く等しいというものではなく、測定誤差等を含め電力変換回路の故障や寿命に影響しない範囲で同じであれば良い。このようにして、温度が同じ電力変換回路に対しては、スイッチング動作回数が多い電力変換回路に低い周波数を割り当てる。

さらに、電力変換制御の終了時には、図２に示したスイッチング動作回数記録部３１０はスイッチング動作回数計測処理部３００が計測したスイッチング動作回数を不揮発性メモリへ記録し、次回の電力変換制御開始時には、スイッチング動作回数計測処理部３００は記録されたスイッチング動作回数から計測を開始し累積のスイッチング動作回数を求める。

続いて、具体的な数値の例を示す。電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３に割り当てるスイッチング周波数を１００ｋＨｚ前後とし、他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数を１２５ｋＨｚ、占有帯域幅を５０ｋＨｚとする。このとき、他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲は１００ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚとなるので、スイッチング周波数は２次の高調波までを考慮し７５ｋＨｚから１００ｋＨｚの間で設定すればよいことになる。仮に、スイッチング周波数として割り当てる最も高い周波数ｆ１を１００ｋＨｚ、スイッチングによって発生するノイズの電圧ピーク値から−６ｄＢ箇所の周波数幅Δｆを２ｋＨｚとすると、スイッチング周波数ｆ２を９８ｋＨｚ、スイッチング周波数ｆ３を９６ｋＨｚと定めることができる。

スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の２次の高調波は、それぞれ２００ｋＨｚ、１９６ｋＨｚ、１９２ｋＨｚとなるので、スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３は他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲に共通の高調波成分を有せず、かつそれぞれのスイッチング周波数の周波数間隔はスイッチング素子のスイッチングによって発生するノイズの電圧ピーク値から−６ｄＢ箇所の周波数幅以上となる。

以上のように、実施の形態１では、３組の電力変換回路のスイッチング周波数を他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲に共通の高調波成分を有しない周波数で、かつそれぞれのスイッチング周波数の周波数間隔はスイッチング素子のスイッチング動作によって発生するノイズの電圧ピーク値から−６ｄＢ箇所の周波数幅以上とし、スイッチング周波数をそれぞれの電力変換回路へ割り当てる際には、温度が高い電力変換回路から順に低いスイッチング周波数を割り当てたので、他の電子機器を使用する際の前記電子機器の中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲において、スイッチング周波数やその高調波におけるノイズレベルを抑制することができ、かつ特定の電力変換回路の温度だけが高温になることを避けることができる。

また、電力変換回路の温度のうち最も高い温度と最も低い温度の差が所定値より大きくなったときに、スイッチング周波数の割り当てを再設定するので、それぞれの電力変換回路の温度変化に応じてスイッチング周波数を設定できる。

また、温度が同じ電力変換回路に対してはスイッチング動作回数が多い電力変換回路に低い周波数を割り当てたので、スイッチング動作回数の偏りを減らすことができ、スイッチング素子の寿命を延ばすことができるという効果が得られる。

さらに、電力変換制御終了時にスイッチング動作回数を不揮発性メモリへ記録し、次回の電力変換制御開始時に記録されたスイッチング動作回数から計測を開始し累積のスイッチング動作回数を求めたので、過去からのスイッチング動作回数の偏りを減らすことができ、スイッチング素子の寿命を延ばすことができる。

実施の形態２．
以下に、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置について、先の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、電力変換装置１０の構成は、図１に示した前記実施の形態１の構成と同様であるので、図１を参照し、ここでは説明を省略する。

次に示す式（１）は電力変換回路Ａ１００１、電力変換回路Ｂ１００２、電力変換回路Ｃ１００３に割り当てるスイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の周波数間隔Δｆを求める式である。

ただし、ｎは負荷へ並列に接続した電力変換回路の個数、ｆｚは、他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数でΔｆｙは占有帯域幅、ｉはスイッチング周波数の高調波の次数を示す。また、スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３は占有帯域幅Δｆｙより高く、かつ｛ｆｚ−（Δｆｙ／２）｝以下の周波数とする。

この実施の形態では、スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を占有帯域幅Δｆｙより高く、かつ｛ｆｚ−（Δｆｙ／２）｝以下の範囲とし、さらにスイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のｉ次高調波と、（ｉ＋１）次高調波が前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲内に入らないよう選択するので、スイッチング周波数の下限は｛ｆｚ＋（Δｆｙ／２）｝／（ｉ＋１）、上限は｛ｆｚ−（Δｆｙ／２）｝／ｉとなる。続いて、スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の周波数間隔Δｆを式（１）より求めると、前記上限周波数と前記下限周波数の間で、かつ隣接する周波数を十分に離すことできるスイッチング周波数を設定できる。

続いて、具体的な数値の例を示す。ｎを３、前記電子機器の動作中心周波数ｆｚを１２５ｋＨｚ、占有帯域幅Δｆｙを５０ｋＨｚとする。スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を５０ｋＨｚより高く、かつ１００ｋＨｚ以下の周波数範囲から選択する場合、１次高調波と２次高調波が前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲内に入らないようにすればよい（すなわちｉ＝１）ので、スイッチング周波数の下限は７５ｋＨｚ、上限は１００ｋＨｚとなる。つづいてΔｆを求めると１２．５ｋＨｚとなるので、スイッチング周波数をｆ１は１００ｋＨｚ、ｆ２は８７．５ｋＨｚ、ｆ３は７５ｋＨｚと定めることができる。スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の２次の高調波がそれぞれ２００ｋＨｚ、１７５ｋＨｚ、１５０ｋＨｚとなるので、スイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３は他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲に共通の高調波成分を有せず、かつ隣接するスイッチング周波数が十分に離れた周波数となる。

以上のように、この実施の形態２においては、並列に接続した三つの電力変換回路へ割り当てるスイッチング周波数の周波数間隔を、他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲に共通の高調波成分を有しない周波数の範囲内でできるだけ離した周波数としたので、隣接するスイッチング周波数はできるだけ離した方が、ノイズ低減効果が大きいことから、ノイズレベルの抑制と、特定の電力変換回路が高温になることを避けることについて大きな効果を得ることができる。

また、実施の形態１または２の電力変換装置のスイッチング素子がＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴやＳｉＣ−ＩＧＢＴで構成される場合には、大容量電力変換用への使用、あるいは高いスイッチング周波数での使用において、この発明を適用することでノイズレベルの抑制の効果が一段と高くなる。

この発明は、電動車両の充電に限定されることはなく、入力された電力を、接続された電気機器などの負荷に合わせた電圧に変換して電力を供給する電力変換装置として利用することが出来、その場合においても、熱およびノイズの問題に対して、それらの問題を低減できるという効果が得られることは言うまでもない。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態１と実施の形態２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。

１０電力変換装置、２０直流入力、３０蓄電池、１００１電力変換回路Ａ、１００２電力変換回路Ｂ、１００３電力変換回路Ｃ、２００１温度測定部Ａ、２００２温度測定部Ｂ、２００３温度測定部Ｃ、
１１０〜１４０スイッチング素子、１９０絶縁トランス、
２１０〜２４０ダイオード、２５０二次側インダクタ、２６０平滑コンデンサ、
３００スイッチング動作回数計測処理部、
３１０スイッチング動作回数記録部

この発明は、入力と出力の間に並列に接続され、内部にスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで出力電圧を所望の値に変換する複数の電力変換回路と、前記電力変換回路のそれぞれの動作状態を認識し、前記動作状態に応じた情報を発生する動作状態情報発生手段と、前記動作状態情報発生手段からの情報を受けて、前記電力変換回路のうち、最大の動作状態にある前記電力変換回路の動作状態の情報と最小の動作状態にある前記電力変換回路の動作状態の情報の差分が所定の範囲内となるように少なくとも前記最大の動作状態にある電力変換回路のスイッチング素子と前記最小の動作状態にある前記電力変換回路のスイッチング素子に所定の異なるスイッチング周波数を割り当てる電力変換制御部とを備えたことを特徴とする。

この発明は、入力と出力の間に並列に接続され、内部にスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで出力電圧を所望の値に変換する複数の電力変換回路と、前記電力変換回路のそれぞれの動作状態を認識し、前記動作状態に応じた情報を発生する動作状態情報発生手段と、前記動作状態情報発生手段からの情報を受けて、前記電力変換回路のうち、最大の動作状態にある前記電力変換回路の動作状態の情報と最小の動作状態にある前記電力変換回路の動作状態の情報の差分が所定値よりも大きくなった場合に、前記最大の動作状態にある電力変換回路に、他の電力変換回路に割り当てるスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数を割り当てるようにし、前記最小の動作状態にある前記電力変換回路に高いスイッチング周波数を割り当てる電力変換制御部とを備えたことを特徴とする。

Claims

並列に接続され、内部にスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで出力電圧を所望の値に変換する複数の電力変換回路と、前記電力変換回路のそれぞれの動作状態を認識し、前記動作状態に応じた情報を発生する動作状態情報発生手段と、前記動作状態情報発生手段からの情報を受けて、前記電力変換回路のうち最大の動作状態と最小の動作状態との差分が所定の範囲内となるように前記電力変換回路のスイッチング素子に所定の異なるスイッチング周波数を割り当てる電力変換制御部とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
前記動作状態の情報が温度情報であって、前記電力変換回路のそれぞれの温度情報を受けて、前記電力変換回路のうち、温度の高い電力変換回路に、他の電力変換回路に割り当てるスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数を割り当てるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記電力変換制御部は、前記電力変換回路の温度のうち最も低い温度と最も高い温度との差が所定値より小さい値から所定値以上となったときに、電力変換回路の各々へ割り当てるスイッチング周波数を再度設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
前記電力変換制御部は、電力変換を開始してからの各々の電力変換回路のスイッチング素子のスイッチング回数を計測するスイッチング動作回数計測処理部を備え、温度状態が同じ複数の前記電力変換回路に対しては、スイッチング動作回数が多い電力変換回路に低い周波数を割り当てることを特徴とする請求項１から３のいずれかに１項記載の電力変換装置。
前記電力変換制御部は、
さらに、計測したスイッチング動作回数を記録するスイッチング動作回数記録部を備え、前記スイッチング動作回数計測処理部は過去のスイッチング動作回数からの累積のスイッチング動作回数を計測し、電力変換回路の各々にスイッチング周波数を割り当てる際に、温度が同じ電力変換回路に対しては、累積のスイッチング動作回数が多い電力変換回路に低い周波数を割り当てることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
前記スイッチング周波数は所定の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲に共通の高調波成分を有しないスイッチング周波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
複数の前記電力変換回路に対して、前記電力変換制御部が割り当てる異なったスイッチング周波数の周波数間隔を、前記電力変換回路のスイッチング素子のスイッチング動作によって発生するノイズの合成成分の電圧ピーク値が前記電力変換回路のスイッチング動作によって発生するノイズの電圧ピーク値より大きくならない周波数幅以上としたことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
並列に接続した電力変換回路がｎ組、他の電子機器を使用する際の前記電子機器の動作中心周波数がｆｚ、占有帯域幅がΔｆｙであって、前記電力変換制御部が割り当てるスイッチング周波数の範囲を占有帯域幅Δｆｙより高く、かつ｛ｆｚ−（Δｆｙ／２）｝以下の周波数とする場合に、スイッチング周波数のｉ次高調波と（ｉ＋１）次高調波が前記電子機器の動作中心周波数と占有帯域幅の周波数範囲に含まれないように電力変換回路の各々に割り当てるスイッチング周波数の周波数間隔を｛ｆｚ−（Δｆｙ／２）−（ｉ×Δｆｙ）｝／｛ｉ（ｉ＋１）（ｎ−１）｝（ただし、ｎは２以上の整数、ｉは１以上の整数である）としたことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。