JP2017099196A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017099196A JP2017099196A JP2015230906A JP2015230906A JP2017099196A JP 2017099196 A JP2017099196 A JP 2017099196A JP 2015230906 A JP2015230906 A JP 2015230906A JP 2015230906 A JP2015230906 A JP 2015230906A JP 2017099196 A JP2017099196 A JP 2017099196A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reactor
- current
- control
- gain
- inductance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
【課題】リアクトルを用いた電力変換装置の制御を安定化すること。【解決手段】ダスト系のコアを用いたリアクトル4を備える電力変換装置1において、PI制御する制御回路8はリアクトル4の直流重畳特性を記憶している。制御回路8は、通常運転時には所定の周期でリアクトル4に流れる電流に応じて変化するインダクタンスに応じて比例ゲイン及び積分ゲインを補正し、起動時には所定のゲインで補正した比例ゲイン及び積分ゲインを用いて起動させる。これにより、起動から通常運転に至るまで安定な制御を行うことができる。【選択図】図3
Description
リアクトルを備えた電力変換装置に関し、特にデジタル制御における制御の安定化に関する。
コンバータまたはインバータ等の電力変換装置は、スイッチ素子を用いてリアクトルに印加する電圧を断続することで電力変換する。リアクトルに使用するコアは一般的に直流重畳特性を有し、流れる電流が大きくなるとインダクタンスが減少する特性を持つ。
そこで、リアクトルの直流重畳特性に起因するインダクタンスの低下により発生する出力リップルの増加を補償する方法が知られている(特許文献1)。入力直流電圧と出力直流電圧との電圧差に応じてスイッチング手段のオン時間が、インダクタのインダクタンスに応じた時間設定パラメータで調整され、インダクタのインダクタンスの低下により増加する出力リップ電圧の増加分が相殺される。スイッチング手段のオン時間をインダクタのインダクタンスに応じて調整するので、リアクトルの直流重畳特性に起因する出力リップルの増加を抑制できる。
この従来技術は、直流重畳特性に応じたインダクタンスの低下に起因する電流またはリップル電圧を検出し、周波数を調整する。一般的に大容量の電力変換装置はダストコアを使用することが多い。ダストコアは電流の増加によって発生する急激なインダクタンスの低下は起きないので大容量の電力変換装置に有利である。しかし、広い電流範囲にわたって徐々にインダクタンスが低下するので、使用する電流範囲が広い大容量の電力変換装置ではインダクタンスの変化量が大きくなる。このようなコアをリアクトルとして用いた電力変換装置では、インダクタンスの変化に応じて周波数を調整すると、周波数変動が大きくなり、またこのために制御の安定化が困難であった。
このような課題を解決するため本発明は、リアクトルと、直流電圧を断続してリアクトルに印加させるスイッチ素子と、リアクトルに流れる電流を検出し電流信号を出力する電流検出回路と、PI制御でスイッチ素子をオンオフする制御回路とを備え、制御回路は、リアクトルに流れる電流に対応したインダクタンスに基づいたインダクタンス補正値を記憶する記憶部とを具備し、動作時には所定の周期で電流信号に応じたインダクタンス補正値をPI制御の比例ゲイン及び積分ゲインに加算し、起動時には所定のインダクタンス補正値をPI制御の比例ゲイン及び積分ゲインに加算して起動することを特徴とする。
さらに、制御回路はリアクトルの直流重畳特性を近似した式を記憶し、インダクタンス補正値はリアクトルに流れる電流から記憶した近似式を用いて計算しても良い。
さらに、起動時の所定のインダクタンス補正値は、負荷装置から送信される負荷電流信号を基に決定されても良い。
本発明によると、リアクトルに流れる電流に応じて制御回路の比例ゲイン及び積分ゲインを調整するので、リアクトルのインダクタンスが変動しても最適な制御をすることができる。さらに、起動時には、所定のインダクタンス補正値で起動させることができるので、安定に起動させることができる。
[実施例1]
先ず、図1の降圧チョッパを用いて、リアクトルを使用する電力変換装置をPI制御する場合のインダクタンスの影響を説明する。
図1は一般的な降圧チョッパである。入力電圧Viを供給する直流電源1にスイッチ素子2とダイオード3が直列に接続される。スイッチ素子2はIGBT、MOSFET等のようなスイッチング素子でよい。ダイオード3の両端にはインダクタンスがLであるリアクトル4と容量がCであるコンデンサ5が直列接続され、コンデンサ5の両端に負荷装置7が接続され、負荷装置7には出力電圧Voが供給される。電流検出器6は出力電流ioを検出する。制御回路8は出力電圧Voと出力電流ioと入力電圧Viが入力され、スイッチ素子2をオンオフ制御するゲート信号Gを出力する。
先ず、図1の降圧チョッパを用いて、リアクトルを使用する電力変換装置をPI制御する場合のインダクタンスの影響を説明する。
図1は一般的な降圧チョッパである。入力電圧Viを供給する直流電源1にスイッチ素子2とダイオード3が直列に接続される。スイッチ素子2はIGBT、MOSFET等のようなスイッチング素子でよい。ダイオード3の両端にはインダクタンスがLであるリアクトル4と容量がCであるコンデンサ5が直列接続され、コンデンサ5の両端に負荷装置7が接続され、負荷装置7には出力電圧Voが供給される。電流検出器6は出力電流ioを検出する。制御回路8は出力電圧Voと出力電流ioと入力電圧Viが入力され、スイッチ素子2をオンオフ制御するゲート信号Gを出力する。
図1の降圧チョッパにおいて、ダイオード3の両端電圧をvd、コンデンサ5の両端電圧をvcとすると、リアクトル4に流れるリアクトル電流iLと出力電流Ioとに以下の関係が成り立つ。
これをラプラス変換すると、
数2の式をブロック化すると図2のブロック図となる。図2のブロック図に基づいて出力電圧を制御する制御回路の構成し、電圧制御系、電流制御系の補償器をPI制御で行う。リアクトル電流ILはリアクトルのインダクタンスに依存するので、図2より、PI制御のゲインは係数としてリアクトルのインダクタンスが存在することになる。
比較的に廉価であることから、リアクトルのコアとしてダスト系のコアがしばしば用いられる。しかし、ダスト系のコアは、図4に示す直流重畳特性のように、電流の増加と共にインダクタンスが徐々に減少する特性を示す。このため、本発明では、リアクトルにダスト系のコアを使用し、インダクタンスの変化に応じてPI制御の比例ゲインKpiおよび積分ゲインKiiを減少させることで、安定な制御を行う。
図2に示すブロック図では電圧制御系と電流制御系に対してそれぞれPI制御を行うが、本発明は、リアクトルに流れる電流に起因するインダクタンスの変化を補正するものであるから電流制御系に対して比例ゲインKpiおよび積分ゲインKiiを補正する。図3に本発明を適用した電流制御系のブロック図を示す。ここに、Kcは電流制御系のゲイン、Kpiは比例ゲイン、Kiiは積分ゲイン、KLはインダクタンスの変化による補正ゲインであり、電流制御系のPI制御において、比例ゲインおよび積分ゲインにインダクタンスの変化に基づいた補正ゲインKLを加算する。補正ゲインKLは、図4に示す直流重畳特性を基に、リアクトルに流れる電流に対するインダクタンスに対応した補正ゲインKLの関係をテーブルとして記憶しておく。電流検出器6−1で検出したリアクトルに流れる電流ILiを用いて、対応するインダクタンスに応じた補正ゲインKLをテーブルから呼び出し、比例ゲインKpiおよび積分ゲインKiiに加算する。補正ゲインKLは、負荷装置7に流れる電流の変化を加味して決定された所定の周期での更新する。例えば100uSの周期で行う。
図4に示すように、出力電流がゼロから最大電流Imaxまで変化するのに対応して、インダクタンスLはLminからLmaxまで変化する。このため、本発明のDC/DCコンバータは、ダストコアのように電流の変化に応じたインダクタンスの変化が大きい直流重畳特性を示すコアを使用した場合でも、出力電流に起因したインダクタンスの変動に対して安定に制御することができる。また、予め設定されたゲインを使用する場合は、広い出力電流の変動に対して適切なゲインを選定することが困難であるが、本発明によると、出力電流の変動に応じてゲインを調整するのでゲインの設定が容易になる。
さらに、本発明では、DC/DCコンバータが起動するときのインダクタンスの初期値をあらかじめ設定する。起動時においては負荷装置7にどの程度の電流が流れるは不明である。例えば、軽負荷で有った場合に、インダクタンスをLminとして起動すると、Lmaxまで変化させる前に出力電圧が規定値まで立ち上るった場合に、比例ゲインが必要とするゲインに到達する前に動作することになる。逆に重負荷の状態のときにインダクタンスをLmaxで起動する場合も同様に、比例ゲインが必要とするゲインに到達する前に動作することになる。すると、出力がオーバーシュートする、または制御が不安定になる。そこで、本発明では、起動時にインダクタンスをLmaxからLminの間に設定する。中間の値付近に設定するか、または、想定される負荷の電流に応じて設定する。起動時のゲイン調整幅が少なくなるので、オーバーシュートまたは制御不安定になることを抑制することができる。
また、制御回路は、図4に示す直流重畳特性を近似式として記憶しておき、リアクトルに流れる電流を基に近似式から補正ゲインKLを計算しても良い。
本発明の実施例1では、降圧チョッパを例に説明したが、降圧チョッパ以外に、昇圧チョッパ、フォワードコンバータ、共振型コンバータ、DC−ACインバータ等、スイッチ素子でリアクトルに印加する電圧を断続する電力変換装置に適用可能である。同様の効果が得られる。
[実施例2]
本発明の実施例2を図5に示す。実施例2は本発明の電力変換装置を無停電電源装置に適用したものである。つまり、通常は交流電源10が供給する電力を整流器11で直流に変換し、インバータ12で交流に変換し、安定した交流を負荷13に供給する。交流電源10が停電すると、インバータ12は入力を整流器11から電力変換装置に切り替える。これによってバッテリ15からの電力が電力変換装置を介してインバータ12に供給され、負荷13に交流電力が供給される。本発明の実施例2では、インバータ12から電力変換装置14へインバータの出力電流を示す情報を、信号線16を介して伝達する。このため、インバータ12が入力を整流器11から電力変換装置14に切換え、電力変換装置14が電力を供給するとき、電力変換装置14はインバータ12が出力した出力電流を示す情報を基に実際にリアクトルに流れる電流ILiを算出し、補正ゲインKLを設定する。即ち、実施例2では、インバータ12が電力変換装置14の負荷装置7に相当し、電力変換装置14は、インバータ12からの起動時の電流情報を得て、比例ゲインKpi、積分ゲインKiiを、補正ゲインKLを用いて最適化した制御を行うことができる。
なお、電力変換装置14はインバータ12に電力を供給する前から起動していても良い。このとき、電力変換装置14はインバータ12からの電流情報を基にリアクトルの流れる電流を予測し、補正ゲインを用いて比例ゲインKpi、積分ゲインKiiを補正する。
本発明の実施例2を図5に示す。実施例2は本発明の電力変換装置を無停電電源装置に適用したものである。つまり、通常は交流電源10が供給する電力を整流器11で直流に変換し、インバータ12で交流に変換し、安定した交流を負荷13に供給する。交流電源10が停電すると、インバータ12は入力を整流器11から電力変換装置に切り替える。これによってバッテリ15からの電力が電力変換装置を介してインバータ12に供給され、負荷13に交流電力が供給される。本発明の実施例2では、インバータ12から電力変換装置14へインバータの出力電流を示す情報を、信号線16を介して伝達する。このため、インバータ12が入力を整流器11から電力変換装置14に切換え、電力変換装置14が電力を供給するとき、電力変換装置14はインバータ12が出力した出力電流を示す情報を基に実際にリアクトルに流れる電流ILiを算出し、補正ゲインKLを設定する。即ち、実施例2では、インバータ12が電力変換装置14の負荷装置7に相当し、電力変換装置14は、インバータ12からの起動時の電流情報を得て、比例ゲインKpi、積分ゲインKiiを、補正ゲインKLを用いて最適化した制御を行うことができる。
なお、電力変換装置14はインバータ12に電力を供給する前から起動していても良い。このとき、電力変換装置14はインバータ12からの電流情報を基にリアクトルの流れる電流を予測し、補正ゲインを用いて比例ゲインKpi、積分ゲインKiiを補正する。
1 直流電源
2 スイッチ素子
3 ダイオード
4 リアクトル
5 コンデンサ
6 電流検出器
7 負荷装置
8 制御回路
10 交流電源
11 整流器
12 インバータ
13 負荷
14 電力変換装置
15 蓄電池
16 信号線
2 スイッチ素子
3 ダイオード
4 リアクトル
5 コンデンサ
6 電流検出器
7 負荷装置
8 制御回路
10 交流電源
11 整流器
12 インバータ
13 負荷
14 電力変換装置
15 蓄電池
16 信号線
Claims (4)
- リアクトルと、
直流電圧を断続し前記リアクトルに印加させるスイッチ素子と、
前記リアクトルに流れる電流を検出し電流信号を出力する電流検出回路と、
PI制御により前記スイッチ素子をオンオフする制御回路と、を備え、
前記制御回路は、PI制御する電流制御系に対し、流れる電流に対応した前記リアクトルのインダクタンス補正値を記憶する記憶部を具備し、
動作時には前記電流信号に応じたインダクタンス補正値を所定の間隔で読み出して、PI制御の比例ゲイン及び積分ゲインに加算し、
起動時には所定のインダクタンス補正値をPI制御の比例ゲイン及び積分ゲインに加算しで起動すること
を特徴とする電力変換装置。 - 前記記憶部は、前記リアクトルの直流重畳特性を近似した近似式を記憶し、
前記インダクタンス補正値は前記電流信号を用いて前記近似式から算出すること
を特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 起動時には、前記電流信号は、電力変換装置に接続される負荷装置に流れる電流に基づいて決定されること
を特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 起動時には、前記電流信号は、電力変換装置に接続される負荷装置から送信される負荷電流信号を用いること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015230906A JP2017099196A (ja) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015230906A JP2017099196A (ja) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 電力変換装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017099196A true JP2017099196A (ja) | 2017-06-01 |
Family
ID=58817584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015230906A Pending JP2017099196A (ja) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017099196A (ja) |
-
2015
- 2015-11-26 JP JP2015230906A patent/JP2017099196A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9455630B2 (en) | Control circuit and control method of digital control power supply circuit, and digital control power supply circuit, electronic device and base station using the same | |
JP6631277B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
US7772822B2 (en) | Power supply apparatus | |
EP2810362B1 (en) | Controlling a switched mode power supply with maximised power efficiency | |
KR101330573B1 (ko) | 스위칭 전원장치 | |
JP6336784B2 (ja) | デジタル制御電源回路の制御回路、制御方法およびそれを用いたデジタル制御電源回路、ならびに電子機器および基地局 | |
JP6090275B2 (ja) | 電力変換装置 | |
US20120294052A1 (en) | Monotonic pre-bias start-up of a dc-dc converter | |
KR20110045219A (ko) | 역률 보상 회로 및 역률 보상 회로의 구동 방법 | |
JP2013021861A (ja) | 電源装置及びその制御方法 | |
TWI505611B (zh) | 控制變壓器之控制器、電源轉換器及其負載驅動電路 | |
WO2019097967A1 (ja) | 電源装置及び制御装置 | |
WO2016121702A1 (ja) | 電圧変換装置及び電圧変換方法 | |
JP2015139326A (ja) | 電力変換装置及び電力変換方法 | |
JP2000156975A (ja) | Dc―dcコンバ―タ | |
JP2006025531A (ja) | Dc−dcコンバータ回路 | |
CN110971107A (zh) | 开关电路的控制方法、控制电路及开关电路 | |
JP2022036422A (ja) | 電力変換装置 | |
JP6354503B2 (ja) | 電力変換システム | |
US9407141B2 (en) | Control circuit of power converter and method therefore | |
JP2018137841A (ja) | 力率改善回路及び充電装置 | |
JP2017099196A (ja) | 電力変換装置 | |
JP5252213B2 (ja) | 電源装置 | |
JP2013059186A (ja) | 電源回路及びその制御方法 | |
JP5359051B2 (ja) | スイッチング電源回路及びその制御方法 |