JP2018085826A - Multiphase power conversion circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable both bidirectional step-up operation and step-down operation between two DC power supplies, using one current sensor for controlling currents in respective phrases.SOLUTION: A multiphase power conversion circuit comprises: a first converter 1 and a second converter 2 connected with each other through inductors thereof in common thereto, provided in respective phases; a controller for performing a PWM control by determining a duty ratio dof an upper switch on the first converter 1 side and a duty ratio dof an upper switch on the second converter 2 side; and a current sensor 4 for providing a measured current imeasured at a common bus 1 a of the first converter 1 to the controller, The controller performs the PWM control on the converters 1 and 2 by: adjusting the duty ratios dand dto make a bidirectional step-up operation or a step-down operation between a connection side of the common bus 1a of the converter 1 and a connection side of a common bus 2a of the converter 2; as well as estimating a value of a current flowing in the inductor on the basis of the measured current isampled at timing determined according to a relationship between a waveform of a PWM controlled carrier wave of the first converter 1 and the duty ratio d.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、多相の電力変換回路に関する。   The present invention relates to a multi-phase power conversion circuit.

大電力直流−直流変換回路において、使用するスイッチングデバイスの制約から高周波スイッチングが難しいときに、変換回路の入力電流や出力電圧の品質を高めるために、インターリーブ型の回路構成が用いられる場合がある。インターリーブ直流−直流変換回路では、各相の回路を構成するスイッチやコイル等の素子のばらつきにより、各相の電流がアンバランスになることがある。そのため、図16に示したn相インターリーブ双方向直流−直流変換回路や、図17に示した三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路の例のように、通常は各相に電流センサを取り付け、そのセンサから得られる電流値i、i、i、…iを用いて電流制御が行われる。三相のインターリーブ昇圧チョッパ回路に関する各相のインダクタの電流平衡制御については、例えば、非特許文献1に示されている方法などがある。 In high-power DC-DC converter circuits, when high-frequency switching is difficult due to restrictions on the switching devices used, an interleaved circuit configuration may be used to improve the quality of the input current and output voltage of the converter circuit. In an interleaved DC-DC converter circuit, the current of each phase may become unbalanced due to variations in elements such as switches and coils constituting the circuit of each phase. Therefore, as in the example of the n-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit shown in FIG. 16 and the three-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit shown in FIG. Current control is performed using current values i 1 , i 2 , i 3 ,..., I n obtained from the sensor. For example, there is a method disclosed in Non-Patent Document 1 for the current balance control of the inductor of each phase related to the three-phase interleaved boost chopper circuit.

ところで、交流モータ駆動用のインバータでは、直流リンク電流の値を電流センサやシャント抵抗により検出し、三相電流を求める方式が、特許文献1などで提案されている。一般的な交流モータの場合には、結線上、三相の電流の和がゼロになるため推定が行い易い。   By the way, in an inverter for driving an AC motor, a method for obtaining a three-phase current by detecting the value of a DC link current using a current sensor or a shunt resistor has been proposed in Patent Document 1 or the like. In the case of a general AC motor, estimation is easy because the sum of three-phase currents becomes zero on connection.

また、近年、住宅の電化システムや電気自動車が普及しつつあり、停電等の非常時は勿論のこと、平常時においても日常的に電気自動車のバッテリーを家庭用電源として使用したり家庭用電源で電気自動車のバッテリーを充電することが考えられている。   In recent years, residential electrification systems and electric vehicles are becoming widespread, and not only in the event of a power outage, but also on a daily basis, the electric vehicle battery can be used as a household power source. It is considered to charge the battery of an electric vehicle.

川島崇宏、山本真義、舩曳繁之、鶴谷守:「インターリーブ方式チョッパ回路の電流平衡制御」、平成18年度電気・情報関連学会中国支部連合大会、p.484Takahiro Kawashima, Masayoshi Yamamoto, Shigeyuki Tsuji, Mamoru Tsuruya: “Current Balancing Control of Interleaved Chopper Circuits”, 2006 China Federation of Electrical and Information Society, p.484

特開2003−219678号公報JP 2003-219678 A

インターリーブ型直流−直流電力変換回路では、回路を構成する素子の特性のばらつきにより、各相のスイッチを同一のデューティ比で駆動しても、各相の電流にアンバランスを生じてしまう。この対策として、各相に流れる電流を電流センサにより検出し制御する方法が提案されている(図16,図17参照)。しかし、この方法には、各相に電流センサを取り付けることによりコストが増加してしまうという問題がある。   In the interleave type DC-DC power conversion circuit, even if the switches of each phase are driven with the same duty ratio, the current of each phase is unbalanced due to variations in the characteristics of the elements constituting the circuit. As a countermeasure, a method of detecting and controlling the current flowing in each phase with a current sensor has been proposed (see FIGS. 16 and 17). However, this method has a problem that the cost increases by attaching a current sensor to each phase.

この問題を解決するために、交流モータの駆動方法として特許文献1で提案されている直流リンク電流とスイッチの導通・非導通状態を考慮することで三相交流電流を再現する方法が考えられる。しかし、インターリーブ直流−直流変換回路や複数の電源を有し、高圧側のバスが共通であるような回路では、一般的な交流モータと異なり、必ずしも三相の電流の和がゼロになるとは限らないため、特許文献1の方法をそのまま適用することができない。   In order to solve this problem, a method of reproducing a three-phase AC current by considering the DC link current proposed in Patent Document 1 and the conduction / non-conduction state of the switch as a method for driving the AC motor can be considered. However, in a circuit having an interleaved DC-DC converter circuit and a plurality of power supplies and a common high-voltage bus, unlike a general AC motor, the sum of three-phase currents is not always zero. Therefore, the method of Patent Document 1 cannot be applied as it is.

また、電気自動車のバッテリーを住宅の電化システムに接続する場合等においては、放電時(自動車のバッテリー→住宅の電化システム)に降圧し、充電時(住宅の電化システム→自動車のバッテリー)に昇圧するだけでなく、放電時にも昇圧し、充電時にも降圧したいとの要請がある。   In addition, when connecting an electric vehicle battery to a residential electrification system, etc., the voltage is stepped down when discharging (car battery → home electrification system) and boosted during charging (housing electrification system → car battery). In addition, there is a demand to increase the voltage during discharging and to decrease the voltage during charging.

本発明は、かかる要請に基づいてなされたもので、第1の直流電源と第2の直流電源との間で双方向の昇圧動作と降圧動作の両方が可能な多相の電力変換回路について、各相の電流の制御を一つの電流センサを用いて行うことを目的とする。   The present invention has been made based on such a demand, and relates to a multi-phase power conversion circuit capable of performing both a step-up operation and a step-down operation between a first DC power source and a second DC power source. It is an object to control the current of each phase using one current sensor.

本発明の多相の電力変換回路は、第1のコンバータと第2のコンバータをそれらのインダクタを共通にして接続して各相毎に設けると共に、第1のコンバータの上側スイッチのデューティ比d及び第2のコンバータの上側スイッチのデューティ比dを決定して第1のコンバータ及び第2のコンバータをPWM制御するコントローラと、第1のコンバータの共通バスで測定した測定電流iをコントローラに供給する電流センサを備え、コントローラは、デューティ比d,dを調整して第1のコンバータの共通バスの接続側と第2のコンバータの共通バスの接続側との間で双方向の昇圧動作と降圧動作を行わせると共に、第1のコンバータのPWM制御の搬送波の波形とデューティ比dとの関係に応じて求められたタイミングでサンプリングされた測定電流iに基づいてインダクタを流れる電流値を推定し、第1のコンバータと第2のコンバータをPWM制御するものである。 Multiphase power conversion circuit of the present invention, the first converter and the second converter with and connect to their inductor in common provided for each phase, the duty ratio of the upper switch of the first converter d a and a controller for PWM controlling the first converter and the second converter determines the duty ratio d b of the upper switch of the second converter, the measured current i h measured at the common bus of the first converter to the controller a current sensor for supplying the controller, the bidirectional step-up between the first converter connection side of the connection end of the common bus and common bus of the second converter by adjusting the duty ratio d a, the d b in conjunction to perform the operation and the step-down operation, obtained in accordance with the relationship between the waveform and the duty ratio d a carrier in PWM control of the first converter timing Estimating a current value flowing through the inductor based on the sampled measurement current i h, the first converter and the second converter is to PWM control.

本発明によれば、第1の直流電源と第2の直流電源との間で双方向の昇圧動作と降圧動作の両方が可能になる。例えば、電気自動車のバッテリー(第1の直流電源)と住宅の電化システム(第2の直流電源)との間に設けた場合、電気自動車のバッテリーから住宅の電化システムへの放電時において昇圧及び降圧が可能になると共に、住宅の電化システムから電気自動車のバッテリーへの充電時において昇圧及び降圧が可能になる。   According to the present invention, it is possible to perform both a bidirectional step-up operation and a step-down operation between the first DC power source and the second DC power source. For example, when it is provided between an electric vehicle battery (first direct current power supply) and a residential electrification system (second direct current power supply), the voltage is increased or decreased during discharging from the electric vehicle battery to the residential electrical system. In addition, it is possible to increase and decrease the voltage when charging a battery of an electric vehicle from a residential electrification system.

また、一つの電流センサのみで各相の電流を独立に制御できる。例えば、各相を構成する回路素子の特性にばらつきが存在する場合にも、一つの電流センサのみで各相の電流のバランスを保つ制御を行うことができる。高圧側に接続された電流センサの値を、各相の搬送波と同期して(例えば、搬送波の谷、または山と谷の頂点で)サンプリングし、その値より各相の電流値を得ることで、各相毎に電流センサを設ける必要がなくなるという効果が得られる。   Moreover, the current of each phase can be controlled independently with only one current sensor. For example, even when there are variations in the characteristics of the circuit elements constituting each phase, it is possible to perform control to maintain the current balance of each phase with only one current sensor. By sampling the value of the current sensor connected to the high voltage side in synchronization with the carrier wave of each phase (for example, at the peak of the carrier wave or at the peak of the peak and valley), the current value of each phase is obtained from that value. The effect of eliminating the need to provide a current sensor for each phase is obtained.

本発明の多相の電力変換回路の第1の例として構成したn相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。It is a figure which illustrates the n phase interleave bidirectional DC-DC converter circuit comprised as a 1st example of the multiphase power converter circuit of this invention. 電流センサを別の位置に設けた場合のn相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。It is a figure which illustrates an n phase interleave bidirectional DC-DC conversion circuit at the time of providing a current sensor in another position. 本発明の多相の電力変換回路の第2の例として構成した三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。It is a figure which illustrates the three-phase interleave bidirectional DC-DC converter circuit comprised as the 2nd example of the multiphase power converter circuit of this invention. 三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路用のコントローラを例示する回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a controller for a three-phase interleaved bidirectional DC-DC conversion circuit. 120(=360/3)度ずつ位相をずらして生成される搬送波及びサンプリング信号を説明するための図で、(A)は第1のコンバータの各スイッチを駆動させるための搬送波Vcarr_a1、Vcarr_a2、Vcarr_a3、及びサンプリング信号smplを例示する図、(B)は第2のコンバータの各スイッチを駆動させるための搬送波Vcarr_b1、Vcarr_b2、Vcarr_b3を例示する図である。FIG. 5A is a diagram for explaining a carrier wave and a sampling signal generated by shifting phases by 120 (= 360/3) degrees, and FIG. 5A shows carrier waves V carr_a1 and V carr_a2 for driving each switch of the first converter. , V carr_a3 , and sampling signal smpl, (B) is a diagram illustrating carrier waves V carr_b1 , V carr_b2 , and V carr_b3 for driving each switch of the second converter. インダクタに流れる電流値の推定原理(推定法1)を説明する図である。It is a figure explaining the estimation principle (estimation method 1) of the electric current value which flows into an inductor. インダクタに流れる電流値の推定原理(推定法2)を説明する図である。It is a figure explaining the estimation principle (estimation method 2) of the electric current value which flows into an inductor. インダクタに流れる電流値の推定原理(推定法3)を説明する図である。It is a figure explaining the estimation principle (estimation method 3) of the electric current value which flows into an inductor. インダクタに流れる電流値の推定原理(推定法4)を説明する図である。It is a figure explaining the estimation principle (estimation method 4) of the electric current value which flows into an inductor. 本発明の効果を確認するために行った実施例1の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 1 performed in order to confirm the effect of this invention. 本発明の効果を確認するために行った実施例2の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 2 performed in order to confirm the effect of this invention. 本発明の効果を確認するために行った実施例3の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 3 performed in order to confirm the effect of this invention. 本発明の効果を確認するために行った実施例4の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 4 performed in order to confirm the effect of this invention. 本発明の効果を確認するために行った実施例5の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 5 performed in order to confirm the effect of this invention. 本発明の効果を確認するために行った実施例6の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 6 performed in order to confirm the effect of this invention. 従来のn相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を示す図である。It is a figure which shows the conventional n phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit. 従来の三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を示す図である。It is a figure which shows the conventional three-phase interleave bidirectional | two-way DC-DC converting circuit.

以下、例示に基づき本発明を説明する。図1は、本発明の多相の電力変換回路の第1の実施形態として構成したn相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。本実施形態の多相の電力変換回路は、例えばHEMS(ホーム・エネルギー・マネジメント・システム)に用いられ、例えば電気自動車と住宅の電化システムとの接続に使用される。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a diagram illustrating an n-phase interleaved bidirectional DC-DC conversion circuit configured as a first embodiment of the multiphase power conversion circuit of the present invention. The multiphase power conversion circuit of the present embodiment is used, for example, in a HEMS (Home Energy Management System), and is used, for example, for connection between an electric vehicle and a residential electrification system.

図1に示すように、第1のコンバータ1と第2のコンバータ2はインダクタL,L,…,Lを共通にして接続されている。第1のコンバータ1と第2のコンバータ2は各相毎に設けられている。第1のコンバータ1の共通バス1aの接続側には第1の直流電源Vin(例えば、電気自動車のバッテリー)が接続され、第2のコンバータ2の共通バス2aの接続側には第2の直流電源(例えば、住宅の電化システム)3が接続されている。第1のコンバータ1の共通バス1aには電流センサ4が設けられており、後述するコントローラは電流センサ4により得られる値iを用いて、各相のインダクタ電流(各相インダクタL,L,…,Lにそれぞれ流れる電流)を推定する。n相インターリーブ型電力変換回路の各スイッチSa1u,Sa2u,…,Sanu、Sa1l,Sa2l,…,Sanl、Sb1u,Sb2u,…,Sbnu、Sb1l,Sb2l,…,Sbnlのオンオフ信号は、PWM(パルス幅変調)制御により生成できる。このとき、搬送波には、三角波が一般的に用いられる。また、各相の搬送波は互いに360/n度ずつずらしたものを使用する。 As shown in FIG. 1, the first converter 1 and the second converter 2 are connected with inductors L 1 , L 2 ,..., L n in common. The first converter 1 and the second converter 2 are provided for each phase. A first DC power source V in (for example, a battery of an electric vehicle) is connected to the connection side of the common bus 1a of the first converter 1, and a second side is connected to the connection side of the common bus 2a of the second converter 2. A DC power source (for example, a house electrification system) 3 is connected. The common bus 1a of the first converter 1 is provided with a current sensor 4, and a controller described later uses a value i h obtained by the current sensor 4 to use the inductor current of each phase (each phase inductor L 1 , L 2 ,..., L n are estimated. Each switch S a1u , S a2u ,..., S anu , S a1l , S a2l ,..., S anl , S b1u , S b2u ,..., S bnu , S b1l , S b2l,. , S bnl can be generated by PWM (pulse width modulation) control. At this time, a triangular wave is generally used as a carrier wave. In addition, the carrier waves of each phase are shifted from each other by 360 / n degrees.

ここで、2つのコンバータ1,2のうち、共通バス1a、2aに電流センサ4が設けられている方のコンバータを第1のコンバータ1とし、共通バス1a、2aに電流センサ4が設けられていない方のコンバータを第2のコンバータ2とする。したがって、図1に示すように、第1の直流電源Vin側のコンバータの共通バスに電流センサ4を設けた場合は、第1の直流電源Vin側のコンバータが第1のコンバータ1であり、第2の直流電源3側のコンバータが第2のコンバータ2である。また、図2に示すように、第2の直流電源3側のコンバータの共通バスに電流センサ4を設けた場合は、第2の直流電源3側のコンバータが第1のコンバータ1であり、第1の直流電源Vin側のコンバータが第2のコンバータ2である。   Here, of the two converters 1 and 2, the converter in which the current sensor 4 is provided in the common buses 1 a and 2 a is referred to as the first converter 1, and the current sensor 4 is provided in the common buses 1 a and 2 a. The other converter is the second converter 2. Therefore, as shown in FIG. 1, when the current sensor 4 is provided in the common bus of the converter on the first DC power source Vin side, the converter on the first DC power source Vin side is the first converter 1, and The converter on the side of the DC power source 2 is the second converter 2. Further, as shown in FIG. 2, when the current sensor 4 is provided in the common bus of the converter on the second DC power source 3 side, the converter on the second DC power source 3 side is the first converter 1, The first converter 2 on the side of the DC power source Vin is the second converter 2.

なお、必要に応じて、第1のコンバータ1の構成要素には添え字「a」を、第2のコンバータ2の構成要素には添え字「b」を付し、第1のコンバータ1の構成要素と第2のコンバータ2の構成要素とを区別する。   If necessary, the component of the first converter 1 is given a subscript “a”, and the component of the second converter 2 is given a subscript “b”. The elements are distinguished from the components of the second converter 2.

各相の第1のコンバータ1は、上側スイッチSa1u,Sa2u,…,Sanuと当該上側スイッチSa1u,Sa2u,…,Sanuに直列接続した下側スイッチSa1l,Sa2l,…,Sanlを備え、且つ、上側スイッチSa1u,Sa2u,…,Sanuと下側スイッチSa1l,Sa2l,…,Sanlの中点にインダクタL,L,…,Lの一端を接続すると共に、直列接続した上側スイッチSa1u,Sa2u,…,Sanuと下側スイッチSa1l,Sa2l,…,Sanlの両端をそれぞれ共通接続して各相の第1のコンバータ1の外側接続端とされている。また、各相の第2のコンバータ2は、上側スイッチSb1u,Sb2u,…,Sbnuと当該上側スイッチSb1u,Sb2u,…,Sbnuに直列接続した下側スイッチSb1l,Sb2l,…,Sbnlを備え、且つ、上側スイッチSb1u,Sb2u,…,Sbnuと下側スイッチSb1l,Sb2l,…,Sbnlの中点にインダクタL,L,…,Lの他端を接続すると共に、直列接続した上側スイッチSb1u,Sb2u,…,Sbnuと下側スイッチSb1l,Sb2l,…,Sbnlの両端をそれぞれ共通接続して各相の第2のコンバータ2の外側接続端とされている。 First converter 1 of each phase, the upper switch S a1u, S a2u, ..., S anu and the upper switch S a1u, S a2u, ..., S anu serially connected the lower switch S A1L, S A2L, ... includes a S anl, and the upper switch S a1u, S a2u, ..., S anu a lower switch S A1L, S A2L, ..., inductor L 1, L 2 at the midpoint of the S anl, ..., a L n with connecting one end, upper switch S A1U connected in series, S a2u, ..., S anu a lower switch S A1L, S A2L, ..., a first converter of each phase commonly connected ends of S anl 1 is an outer connection end. Also, the second converter 2 of each phase has upper switch S b1u, S b2u, ..., S bnu and the upper switch S b1u, S b2u, ..., lower switch connected in series to the S bnu S b1l, S b2l , ..., includes a S BNL, and the upper switch S b1u, S b2u, ..., S bnu and lower switch S B1L, S B2L, ..., inductors at the midpoint of the S bnl L 1, L 2, ..., L with connecting n other end of the upper switch S B1u connected in series, S b2u, ..., S bnu and lower switch S b1l, S b2l, ..., the respective phases commonly connected at both ends of the S BNL 2 is an outer connection end of the converter 2.

以下では、n=3の場合である三相回路を例にとり説明する。図3は、本発明の多相の電力変換回路の第3の例として構成した三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。図3において、第1のコンバータ1について、インダクタLと下側スイッチSa1lと上側スイッチSa1uとは、相1のコンバータを構成している。インダクタLと下側スイッチSa2lと上側スイッチSa2uとは、相2のコンバータを構成している。インダクタLと下側スイッチSa3lと上側スイッチSa3uとは、相3のコンバータを構成している。相1〜相3のコンバータの外側端は互いに接続され、インターリーブコンバータを構成している。 Hereinafter, a description will be given by taking a three-phase circuit as an example in the case of n = 3. FIG. 3 is a diagram illustrating a three-phase interleaved bidirectional DC-DC conversion circuit configured as a third example of the multiphase power conversion circuit of the present invention. In FIG. 3, for the first converter 1, the inductor L 1 , the lower switch S a1l, and the upper switch S a1u constitute a phase 1 converter. The inductor L 2 and the lower switch S A2L and upper switch S A2U, constitute a converter phase 2. Inductor L 3 , lower switch S a3l, and upper switch S a3u constitute a phase 3 converter. The outer ends of the phase 1 to phase 3 converters are connected to each other to form an interleaved converter.

また、第2のコンバータ2について、インダクタLと下側スイッチSb1lと上側スイッチSb1uとは、相1のコンバータを構成している。インダクタLと下側スイッチSb2lと上側スイッチSb2uとは、相2のコンバータを構成している。インダクタLと下側スイッチSb3lと上側スイッチSb3uとは、相3のコンバータを構成している。相1〜相3のコンバータの外側端は互いに接続され、インターリーブコンバータを構成している。 Also, the second converter 2, the inductor L 1 and the lower switch S B1L and the upper switch S B1u, constitute a converter of phase 1. The inductor L 2 and the lower switch S B2L and upper switch S b2u, constitute a converter phase 2. The inductor L 3 and the lower switch S B3l and upper switch S b3u, constitute a converter phase 3. The outer ends of the phase 1 to phase 3 converters are connected to each other to form an interleaved converter.

すなわち、第1のコンバータ1と第2のコンバータ2は、各相毎にそれらのインダクタL〜Lを共通にして接続されている。
また、第1のコンバータ1の下側スイッチSa1l,Sa2l,Sa3lの外側端と第2のコンバータ2の下側スイッチSb1l,Sb2l,Sb3lの外側端は接続されている。
That is, the first converter 1 and the second converter 2 are connected with their inductors L 1 to L 3 in common for each phase.
The first converter 1 of the lower switch S a1l, S a2l, S a3l the outer end and the second converter 2 of the lower switch S B1L, S B2L, the outer end of the S B3l are connected.

相1〜相3のインダクタ(リアクトル)L〜Lの一端は、三相ブリッジ接続した第1のコンバータ1の上側スイッチSa1u,Sa2u,Sa3uと下側スイッチSa1l,Sa2l,Sa3lの中点にそれぞれ接続する。また、インダクタL〜Lの他端は、三相ブリッジ接続した第2のコンバータ2の上側スイッチSb1u,Sb2u,Sb3uと下側スイッチSb1l,Sb2l,Sb3lの中点にそれぞれ接続する。これらスイッチは、例えば、MOSFETなどのスイッチング素子と還流ダイオードによって構成するが、これには限らない。 One end of the inductors (reactors) L 1 to L 3 of the phase 1 to phase 3 is connected to the upper switches S a1u , S a2u , S a3u and the lower switches S a1l , S a2l , of the first converter 1 connected in a three-phase bridge. Each is connected to the midpoint of Sa3l . The other ends of the inductors L 1 to L 3 are at the midpoints of the upper switches S b1u , S b2u , S b3u and the lower switches S b1l , S b2l , S b3l of the second converter 2 connected in a three-phase bridge. Connect each one. These switches include, for example, switching elements such as MOSFETs and freewheeling diodes, but are not limited thereto.

第1のコンバータ1の外側端には第1の直流電源としての電源Vinが、第2のコンバータ2の外側端には第2の直流電源3としてのLoadが、それぞれ接続されている。また、Load側の第2のコンバータ2の外側端にはコンデンサCが接続されている。第1のコンバータ1の共通バス1aに設けられている電流センサ4で検出された出力電流ihは、後述するコントローラ(図4参照)に導かれる。このコントローラは、第1及び第2のコンバータ1,2の上側スイッチSa1u,Sa2u,Sa3u,Sb1u,Sb2u,Sb3u及び下側スイッチSa1l,Sa2l,Sa3l,Sb1l,Sb2l,Sb3lを駆動する駆動信号を生成して、対応するスイッチのゲートに出力する。 The outer end of the first converter 1 power V in as a first DC power source, the outer end of the second converter 2 Load as a second DC power supply 3 are connected. A capacitor C is connected to the outer end of the second converter 2 on the Load side. The output current ih detected by the current sensor 4 provided on the common bus 1a of the first converter 1 is guided to a controller (see FIG. 4) described later. This controller includes upper switches S a1u , S a2u , S a3u , S b1u , S b2u , S b3u and lower switches S a1l , S a2l , S a3l , S b1l , first and second converters 1, 2. A drive signal for driving S b2l and S b3l is generated and output to the gate of the corresponding switch.

図4は、三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路用のコントローラを例示する回路図である。図示のコントローラは、三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路の出力電圧制御及び各相の電流の制御を行う。コントローラは、出力電流i及び出力電圧vを入力して、三相ブリッジを構成する各スイッチング素子のゲートに駆動信号を出力する。出力電圧vは、上位の制御装置(HEMSのコントローラ)から供給される。コントローラは、第1のコンバータ1を制御する第1の制御部5と第2のコンバータ2を制御する第2の制御部6とを備えている。第1の制御部5は、電圧制御器AVR(例えば、PI制御器、但し、PIとは限らずP制御やその他の制御法も適用可能)7、インダクタ電流推定器8、搬送波及びサンプリング信号生成器9、電流制御器ACR(例えば、PI制御器、但し、PIとは限らずP制御やその他の制御法も適用可能)10、リミッタ11、PWM回路(比較器)12、及びデッドタイム生成器13を備えている。 FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a controller for a three-phase interleaved bidirectional DC-DC conversion circuit. The illustrated controller controls the output voltage of the three-phase interleaved bidirectional DC-DC conversion circuit and the current of each phase. The controller receives the output current i h and the output voltage v h and outputs a drive signal to the gates of the switching elements constituting the three-phase bridge. The output voltage v h is supplied from a host control device (HEMS controller). The controller includes a first control unit 5 that controls the first converter 1 and a second control unit 6 that controls the second converter 2. The first controller 5 includes a voltage controller AVR (for example, a PI controller, but not limited to PI, P control and other control methods can be applied) 7, an inductor current estimator 8, a carrier wave, and a sampling signal generation 9, current controller ACR (for example, PI controller, but not limited to PI, P control and other control methods can be applied) 10, limiter 11, PWM circuit (comparator) 12, and dead time generator 13 is provided.

電圧制御器AVR7は、出力電圧vと基準電圧V (上位の制御装置から供給される)との誤差を増幅して誤差増幅信号を、電流制御器ACR10へ出力する。誤差増幅信号は基準電圧V から高圧側出力電圧vを減算した値(差)が正の場合には、差の絶対値が大きくなると上昇し、差が小さくなるに従い値の変化が小さくなる。一方、差が負の場合には、差の絶対値が大きくなると減少し、差が小さくなるに従い値の変化が小さくなる。これにより、高圧側出力電圧vが安定化するように各スイッチのデューティ比が制御される。電流制御器ACR10、リミッタ11、及びPWM回路12は、相毎に備えられる。電圧制御器AVR7からの誤差増幅信号は、必要ならば1/3分割器(図示せず)を介して、相毎に分岐して、同一の誤差増幅信号を各インダクタの電流指令値として各相電流制御器ACR10に向けて出力する。搬送波及びサンプリング信号生成器9は、サンプリング信号smplをインダクタ電流推定器8に出力すると共に、該サンプリング信号に同期して作成した搬送波(例えば、三角波)を各相PWM回路12に出力する。 Voltage controller AVR7 amplifies the error between the output voltage v h and the reference voltage V h * (supplied from the higher-order control device) The error amplification signal is output to the current controller ACR10. When the value (difference) obtained by subtracting the high-voltage side output voltage v h from the reference voltage V h * is positive, the error amplification signal increases as the absolute value of the difference increases, and the change in value decreases as the difference decreases. Become. On the other hand, when the difference is negative, it decreases as the absolute value of the difference increases, and the change in value decreases as the difference decreases. Thus, high-voltage output voltage v h duty ratio of the switch to stabilize is controlled. The current controller ACR10, the limiter 11, and the PWM circuit 12 are provided for each phase. The error amplification signal from the voltage controller AVR7 is branched for each phase via a 1/3 divider (not shown) if necessary, and the same error amplification signal is used as a current command value for each inductor for each phase. Output toward the current controller ACR10. The carrier wave and sampling signal generator 9 outputs the sampling signal smpl to the inductor current estimator 8 and outputs a carrier wave (for example, a triangular wave) generated in synchronization with the sampling signal to each phase PWM circuit 12.

図5(A)は、搬送波及びサンプリング信号生成器9で120(=360/3)度ずつ位相をずらして生成される搬送波Vcarr_a1,Vcarr_a2,Vcarr_a3、及びサンプリング信号smplを例示する図である。インダクタ電流推定器8は、搬送波及びサンプリング信号生成器9から供給されたサンプリング信号smplに基づいて電流センサ4の出力電流iを測定すると共に、各相の上側スイッチのデューティ比da1〜da3の値に応じて後述するように推定法を切り替えて各相インダクタ電流の推定値iest1〜iest3を決定する。各相それぞれ推定された出力電流は、それぞれ電流制御器ACR10へ出力する。 FIG. 5A illustrates carrier waves V carr_a1 , V carr_a2 , V carr_a3 , and the sampling signal smpl generated by shifting the phase by 120 (= 360/3 ) degrees by the carrier wave and sampling signal generator 9. is there. The inductor current estimator 8 measures the output current i h of the current sensor 4 on the basis of the carrier wave and the sampling signal smpl supplied from the sampling signal generator 9, and the duty ratios d a1 to d a3 of the upper switch of each phase. As described later, the estimation method is switched according to the value of each of the phase inductor currents to determine the estimated values i est1 to i est3 . The output current estimated for each phase is output to the current controller ACR10.

相毎に備えた電流制御器ACR10は、電圧制御器AVR7からの誤差増幅信号と各相推定出力電流(各相インダクタ電流の推定値iest1〜iest3)の差信号を入力し、この差信号を、必要に応じて増幅して、PI制御などを行う。即ち、偏差信号を積分し積分ゲインを乗じたものと、偏差信号に比例ゲインを乗じたものを足し合わせてその値を出力する。電流制御器ACR10からの出力電圧は、リミッタ11を介してその上限値を制限した後、電圧指令信号Vref_a1,Vref_a2,Vref_a3(デューティ比da1,da2,da3に対応する電圧信号)として、比較器(PWM回路12)において、それぞれ搬送波(三角波)電圧と比較して、搬送波電圧がPI制御器(電流制御器ACR10)出力電圧を越えるとき、上側スイッチSa1u,Sa2u,…,Sanuをオフし(後述する図6参照)、かつ下側スイッチSa1l,Sa2l,…,Sanlをオンする駆動信号を駆動回路(デッドタイム生成器13)より発生する。即ち、スイッチがオンするパルス幅を、PI制御器からの出力電圧によって制御するPWM制御を行う。下側のスイッチSa1l,Sa2l,Sa3lは、それぞれ上側のスイッチSa1u,Sa2u,Sa3uをオンオフ反転した信号となる。デッドタイム生成器13は、必要に応じて、下側のスイッチSa1l,Sa2l,Sa3lと、上側のスイッチSa1u,Sa2u,Sa3uのオンオフ間にデッドタイムを挿入する。このデッドタイム生成器13は、PWM回路12からの比較信号に基づき、スイッチを駆動する駆動信号を生成して、対応するスイッチSa1u,Sa2u,Sa3u,Sa1l,Sa2l,Sa3lのゲートに出力する。 Current controller ACR10 provided in each phase, enter the difference signal of the error amplified signal from the voltage controller AVR7 each phase estimated output current (estimated value i est1 through i est3 of each phase inductor current), the difference signal Is amplified as necessary to perform PI control and the like. That is, the deviation signal is integrated and multiplied by the integral gain, and the deviation signal multiplied by the proportional gain is added and the value is output. The output voltage from the current controller ACR10, after limiting the upper limit value via a limiter 11, a voltage command signal V ref_a1, V ref_a2, V ref_a3 ( voltage signal corresponding to the duty ratio d a1, d a2, d a3 ), When the carrier voltage exceeds the output voltage of the PI controller (current controller ACR10) in the comparator (PWM circuit 12) as compared with the carrier wave (triangular wave) voltage, the upper switches S a1u , S a2u,. , Sanu is turned off (see FIG. 6 described later), and a driving signal for turning on the lower switches S a1l , S a2l ,..., Sanl is generated from the driving circuit (dead time generator 13). That is, PWM control is performed to control the pulse width at which the switch is turned on by the output voltage from the PI controller. Lower switch S a1l, S a2l, S a3l each upper switch S A1U, S A2U, the on-off signal obtained by inverting the S A3U. The dead time generator 13 inserts a dead time between the lower switches S a1l , S a2l , S a3l and the upper switches S a1u , S a2u , S a3u as necessary. The dead time generator 13 generates a drive signal for driving the switch based on the comparison signal from the PWM circuit 12, and outputs the corresponding switch S a1u , S a2u , S a3u , S a1l , S a2l , S a3l . Output to the gate.

図6は、PWM回路12がスイッチの駆動信号を生成する様子を例示する図である。なお、図6において、Sside,Ssideとの記載は第1のコンバータ1側,第2のコンバータ2側を意味し、carriera1ofSa1,carriera2ofSa2,carriera3ofSa3、carrierb1ofSb1,carrierb2ofSb2,carrierb3ofSb3との記載はVcarr_a1,Vcarr_a2,Vcarr_a3、Vcarr_b1,Vcarr_b2,Vcarr_b3を意味し、Sa1,Sa2,Sa3、Sb1,Sb2,Sb3との記載はSa1u,Sa2u,Sa3u、Sb1u,Sb2u,Sb3uを意味する。PWM回路12は、第1のコンバータ1について、各相毎にデューティ比da1〜da3(Vref_a1,Vref_a2,Vref_a3)を搬送波(三角波Vcarr_a1,Vcarr_a2,Vcarr_a3)と比較し、搬送波がデューティ比を越えるとき(電圧値が越えるとき)、上側スイッチSa1u,Sa2u,Sa3uをオフし、かつ下側スイッチSa1l,Sa2l,Sa3lをオンする駆動信号を生成する。即ち、スイッチがオンするパルス幅を、電流制御器ACR10からの出力電圧によって制御するPWM制御を行う。下側スイッチSa1l,Sa2l,Sa3lは、それぞれ上側スイッチSa1u,Sa2u,Sa3uをオンオフ反転した信号となる。デッドタイム生成器13は、必要に応じて、下側スイッチSa1l,Sa2l,Sa3lと上側スイッチSa1u,Sa2u,Sa3uのオンオフ間にデッドタイムを挿入する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the PWM circuit 12 generates a switch drive signal. In FIG. 6, the description of S a side and S b side means the first converter 1 side and the second converter 2 side, and carrier a 1 of S a 1 , carrier a 2 of S a 2 , carrier a 3 of S a 3 , carrier b1 ofS b1, carrier b2 ofS b2 , carrier b3 ofS described with b3 is V carr_a1, V carr_a2, V carr_a3 , V carr_b1, V carr_b2, means V carr_b3, S a1, S a2 , S a3, S b1, The description of S b2 and S b3 means S a1u , S a2u , S a3u , S b1u , S b2u and S b3u . PWM circuit 12 compares the first converter 1, the duty ratio d a1 to d a3 for each phase (V ref_a1, V ref_a2, V ref_a3) the carrier (triangular wave V carr_a1, V carr_a2, V carr_a3 ) and, When the carrier wave exceeds the duty ratio (when the voltage value exceeds), a drive signal is generated that turns off the upper switches S a1u , S a2u , S a3u and turns on the lower switches S a1l , S a2l , S a3l . That is, PWM control is performed to control the pulse width at which the switch is turned on by the output voltage from the current controller ACR10. The lower switches S a1l , S a2l and S a3l are signals obtained by inverting the upper switches S a1u , S a2u and S a3u , respectively. The dead time generator 13 inserts a dead time between the lower switches S a1l , S a2l , S a3l and the upper switches S a1u , S a2u , S a3u as necessary.

なお、図6では、理解容易のために、各相のデューティ比da1〜da3を纏めてdとして現しているが、実際には各相毎にデューティ比da1〜da3と搬送波Vcarr_a1,Vcarr_a2,Vcarr_a3との比較を行っている。以下、第1のコンバータ1の各相デューティ比da1〜da3を纏めてdと現し、第2のコンバータ2の各相デューティ比db1〜db3を纏めてdと表すこともある。 In FIG. 6, for ease understanding, although expressed as d a collectively each phase of the duty ratio d a1 to d a3, indeed duty ratio for each phase to d a1 to d a3 and carrier V Comparison with carr_a1 , Vcarr_a2, and Vcarr_a3 is performed. There follows, represents a d a collectively phase duty ratio d a1 to d a3 of the first converter 1, also be expressed as d b are collectively phase duty ratio d b1 to d b3 of the second converter 2 .

インダクタ電流推定器8は、供給されたサンプリング信号smplにより出力電流iをサンプリングしかつ演算することにより、各相インダクタ電流を推定する。各相それぞれ推定されたインダクタ電流の推定値iest1〜iest3は、電流制御器ACR10に出力される。 The inductor current estimator 8 estimates each phase inductor current by sampling and calculating the output current i h by the supplied sampling signal smpl. The estimated values i est1 to i est3 of the inductor current estimated for each phase are output to the current controller ACR10.

図5に示すように、各相の搬送波は互いに360/3度ずつずらしたものを使用するので、各相を構成する回路素子の特性が等しく、各相推定出力電流の値が同一の場合、デューティ比が同じで且つ各相それぞれ360/3度ずつ位相の異なる駆動信号となるが、各相インダクタ電流の推定値iest1〜iest3により、スイッチのオンオフする位相はスイッチ毎に調整される。 As shown in FIG. 5, since the carrier waves of each phase are used that are shifted by 360/3 degrees from each other, when the characteristics of the circuit elements constituting each phase are equal and the values of the estimated output currents of each phase are the same, Although the drive signals have the same duty ratio and different phases by 360/3 degrees for each phase, the phase at which the switches are turned on and off is adjusted for each switch by the estimated values i est1 to i est3 of the respective phase inductor currents.

デューティ比da1〜da3は0.0〜1.0の値であり、実際には電圧によって示される。PWM回路12によって生成される搬送波の電圧波形の谷部分の電圧と同じ電圧がデューティ比:0.0とされ、搬送波の電圧波形の山部分の電圧と同じ電圧がデューティ比:1.0とされる。 The duty ratios d a1 to d a3 are values of 0.0 to 1.0, and are actually indicated by voltages. The voltage that is the same as the voltage at the valley of the voltage waveform of the carrier wave generated by the PWM circuit 12 is set to 0.0, and the voltage that is the same as the voltage at the peak of the voltage waveform of the carrier wave is set to 1.0. The

第2の制御部6は、搬送波生成器14、リミッタ15、PWM回路(比較器)16、及びデッドタイム生成器17を備えている。リミッタ15、PWM回路16は相毎に備えられている。リミッタ15には、第1の制御部5の電流制御器ACR10からの出力電圧と指令電圧18との差信号が入力される。この差信号はリミッタ15を介してその上限値を制限された後、電圧指令信号Vref_b1,Vref_b2,Vref_b3(デューティ比db1,db2,db3に対応する電圧信号)として、比較器(PWM回路16)において、それぞれ搬送波(三角波)電圧と比較して、搬送波電圧がPI制御器(電流制御器ACR10)出力電圧を越えるとき、上側スイッチSb1u,Sb2u,Sb3uをオフし(後述する図6参照)、かつ下側スイッチSb1l,Sb2l,Sb3lをオンする駆動信号をデッドタイム生成器17より発生する。即ち、スイッチがオンするパルス幅を、PI制御器からの出力電圧によって制御するPWM制御を行う。下側のスイッチSb1l,Sb2l,Sb3lは、それぞれ上側のスイッチSb1u,Sb2u,Sb3uをオンオフ反転した信号となる。デッドタイム生成器17は、必要に応じて、下側のスイッチSb1l,Sb2l,Sb3lと、上側のスイッチSb1u,Sb2u,Sb3uのオンオフ間にデッドタイムを挿入する。このデッドタイム生成器17は、PWM回路16からの比較信号に基づき、スイッチを駆動する駆動信号を生成して、対応するスイッチSb1u,Sb2u,Sb3u,Sb1l,Sb2l,Sb3lのゲートに出力する。 The second control unit 6 includes a carrier wave generator 14, a limiter 15, a PWM circuit (comparator) 16, and a dead time generator 17. The limiter 15 and the PWM circuit 16 are provided for each phase. The limiter 15 receives a difference signal between the output voltage from the current controller ACR 10 of the first controller 5 and the command voltage 18. After the upper limit value of this difference signal is limited via the limiter 15, the voltage command signals V ref_b1 , V ref_b2 , V ref_b3 (voltage signals corresponding to the duty ratios d b1 , d b2 , d b3 ) are used as comparators. (PWM circuit 16) When the carrier voltage exceeds the output voltage of the PI controller (current controller ACR10) compared to the carrier wave (triangular wave) voltage, the upper switches S b1u , S b2u , S b3u are turned off ( A dead time generator 17 generates a drive signal for turning on the lower switches S b1l , S b2l , S b3l . That is, PWM control is performed to control the pulse width at which the switch is turned on by the output voltage from the PI controller. Lower switch S b1l, S b2l, S b3l each upper switch S b1u, S b2u, the on-off signal obtained by inverting the S b3u. The dead time generator 17 inserts a dead time between the lower switches S b1l , S b2l , S b3l and the upper switches S b1u , S b2u , S b3u as necessary. The dead time generator 17 generates a drive signal for driving the switch based on the comparison signal from the PWM circuit 16, and outputs the corresponding switch Sb1u , Sb2u , Sb3u , Sb1l , Sb2l , Sb3l . Output to the gate.

指令電圧18は、図示しない上位の制御装置から供給される。図4の例では、上位の制御装置により第2のコンバータ2の上側スイッチSb1u,Sb2u,Sb3uのデューティ比dbとして0.8が設定されており、この値に対応する値の指令電圧18がリミッタ15を介してPWM回路16に供給される。 The command voltage 18 is supplied from a host controller (not shown). In the example of FIG. 4, 0.8 is set as the duty ratio db of the upper switches S b1u , S b2u , S b3u of the second converter 2 by the host controller , and a command voltage having a value corresponding to this value is set. 18 is supplied to the PWM circuit 16 via the limiter 15.

図5(B)は、搬送波生成器14で120(=360/3)度ずつ位相をずらして生成される搬送波Vcarr_b1,Vcarr_b2,Vcarr_b3を例示する図である。 FIG. 5B is a diagram illustrating carrier waves V carr_b1 , V carr_b2 , and V carr_b3 generated by the carrier wave generator 14 with phases shifted by 120 (= 360/3 ) degrees.

図6は、PWM回路16がスイッチの駆動信号を生成する様子を例示する図である。PWM回路16は、第1のコンバータ2について、各相毎にデューティ比db1〜db3(Vref_b1〜Vref_b3)を搬送波(三角波Vcarr_b1,Vcarr_b2,Vcarr_b3)と比較し、搬送波がデューティ比を越えるとき(電圧値が越えるとき)、上側スイッチSb1u,Sb2u,Sb3uをオフし、かつ下側スイッチSb1l,Sb2l,Sb3lをオンする駆動信号を生成する。即ち、スイッチがオンするパルス幅を電圧によって制御するPWM制御を行う。下側スイッチSb1l,Sb2l,Sb3lは、それぞれ上側スイッチSb1u,Sb2u,Sb3uをオンオフ反転した信号となる。デッドタイム生成器17は、必要に応じて、下側スイッチSb1l,Sb2l,Sb3lと上側スイッチSb1u,Sb2u,Sb3uのオンオフ間にデッドタイムを挿入する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the PWM circuit 16 generates a switch drive signal. PWM circuit 16, the first converter 2, compares the duty ratio d b1 ~d b3 (V ref_b1 ~V ref_b3) for each phase carrier (triangular wave V carr_b1, V carr_b2, V carr_b3 ) and the duty carrier When the ratio is exceeded (when the voltage value exceeds), a drive signal for turning off the upper switches S b1u , S b2u , S b3u and turning on the lower switches S b1l , S b2l , S b3l is generated. That is, PWM control is performed to control the pulse width at which the switch is turned on by voltage. The lower switches S b1l , S b2l , and S b3l are signals obtained by turning on and off the upper switches S b1u , S b2u , and S b3u , respectively. The dead time generator 17 inserts a dead time between on and off of the lower switches S b1l , S b2l , S b3l and the upper switches S b1u , S b2u , S b3u as necessary.

第1の直流電源Vinから第2の直流電源3への放電時において、電圧の変換は数式4によって表される。
[数4]
=(d/(1−d))V
また、第2の直流電源3から第1の直流電源Vinへの充電時については、電圧の変換は数式5によって表される。
[数5]
=((1−d)/d)V
ここで、V:第1の直流電源Vinの電圧、V:第2の直流電源3の電圧、d:第1のコンバータ1のデューティ比、d:第2のコンバータ2のデューティ比、である。
During discharge from the first DC power supply V in to the second DC power source 3, it converts the voltage is represented by Equation 4.
[Equation 4]
V b = (d a / (1−d b )) V a
As for the charging from the second DC power supply 3 to the first DC power supply V in, the conversion of the voltage is represented by Equation 5.
[Equation 5]
V a = ((1−d b ) / d a ) V b
Here, V a: the voltage of the first DC power supply V in, V b: the second voltage of the DC power source 3, d a: duty ratio of the first converter 1, d b: the second converter 2 duty Ratio.

すなわち、デューティ比d,dの設定により、放電時と充電時の双方において、昇圧動作と降圧動作の両方を行うことができる。放電と充電の切り換えは、上位の制御装置によって制御される。 That is, by setting the duty ratios d a and d b , both the step-up operation and the step-down operation can be performed both during discharging and during charging. Switching between discharging and charging is controlled by a host control device.

図6は、インダクタ電流(推定出力電流)の推定原理を説明する図である。図6の上段及び中段に示すように、三相の場合には、120(=360/3)度ずつ位相をずらした搬送波Vcarr_a1,Vcarr_a2,Vcarr_a3、Vcarr_b1,Vcarr_b2,Vcarr_b3(図中、carriera1ofSa1,carriera2ofSa2,carriera3ofSa3、carrierb1ofSb1,carrierb2ofSb2,carrierb3ofSb3と記載)が用いられる。Vcarr_a1,Vcarr_b1は相1に、Vcarr_a2,Vcarr_b2は相2に、Vcarr_a3,Vcarr_b3は相3に対応する搬送波である。図示のd,dは第1及び第2のコンバータ1,2のデューティ比である。ただし、図6において記載したデューティ比d,dは、実際には相毎に異なるda1〜da3、db1〜db3となることは上述の通りである。 FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of estimating the inductor current (estimated output current). As shown in the upper and middle stages of FIG. 6, in the case of three phases, carriers V carr — a1 , V carr — a2 , V carr — a3 , V carr — b1 , V carr — b2 , V carr — b3 (the phase is shifted by 120 (= 360/3 ) degrees. in the figure, described as carrier a1 ofS a1, carrier a2 ofS a2, carrier a3 ofS a3, carrier b1 ofS b1, carrier b2 ofS b2, carrier b3 ofS b3) is used. V carr — a1 and V carr — b1 are carriers corresponding to phase 1, V carr — a2 and V carr — b2 are phases 2, and V carr — a3 and V carr — b3 are carriers corresponding to phase 3. The illustrated d a and d b are the duty ratios of the first and second converters 1 and 2. However, as described above, the duty ratios d a and d b described in FIG. 6 are actually d a1 to d a3 and d b1 to db 3 that are different for each phase.

また、第2のコンバータ2と第1のコンバータ1の相1〜3の上側スイッチSb1u,Sb2u,Sb3u、Sa1u,Sa2u,Sa3u(図中、Sa1,Sa2,Sa3、Sb1,Sb2,Sb3と記載)に対応するオンオフ信号を、図6の下段に示している。なお、相1〜3の下側スイッチSb1l,Sb2l,Sb3l,Sa1l,Sa2l,Sa3l(オンオフ信号の図示は省略)は、それぞれ上側スイッチSb1u,Sb2u,Sb3u、Sa1u,Sa2u,Sa3uを反転したオンオフ信号となる。 Further, the upper switches S b1u , S b2u , S b3u , S a1u , S a2u , S a3u (in the figure, S a1 , S a2 , S a3) of the second converter 2 and the first converter 1. , S b1 , S b2 , and S b3 ) are shown in the lower part of FIG. Note that the lower switches S b1l , S b2l , S b3l , S a1l , S a2l , S a3l (illustration of the on / off signal is omitted) of the phases 1 to 3 are respectively the upper switches S b1u , S b2u , S b3u , S This is an on / off signal obtained by inverting a1u , Sa2u , and Sa3u .

本発明では、第1のコンバータ1の各相の搬送波と同期した位相で、電流センサ4の測定電流iをサンプリングする。このサンプリングは、各相それぞれ搬送波の1周期に少なくとも1回行う。図中に示すiD1,iD2,iD3、i’D1,i’D2,i’D3は、測定電流iをそれぞれ図中に縦線で示すタイミング、すなわち第1のコンバータ1の搬送波の波形の谷のタイミングでサンプリングした電流値を表している。本発明は、このサンプリングした電流値iD1,iD2,iD3、i’D1,i’D2,i’D3を用いて、各相のインダクタL、L、Lに流れるインダクタ電流の値i、i、iを演算して推定する。 In the present invention, the measurement current i h of the current sensor 4 is sampled at a phase synchronized with the carrier wave of each phase of the first converter 1. This sampling is performed at least once in each period of the carrier wave for each phase. I D1 , i D2 , i D3 , i ′ D1 , i ′ D2 , i ′ D3 shown in the figure are the timings at which the measured current i h is indicated by vertical lines in the figure, that is, the carrier wave of the first converter 1. It represents the current value sampled at the timing of the valley of the waveform. In the present invention, the sampled current values i D1 , i D2 , i D3 , i ′ D1 , i ′ D2 , i ′ D3 are used to calculate the inductor current flowing in the inductors L 1 , L 2 , L 3 of each phase. The values i 1 , i 2 , i 3 are calculated and estimated.

[推定法1]
推定法1では、相数を2以上の整数nとし、da<((n−1)/n)の場合、各相の第1のコンバータ1の搬送波の波形の谷のタイミングでサンプリングされた測定電流iを各相のインダクタに流れる電流値であると推定する。
[Estimation method 1]
In the estimation method 1, when the number of phases is an integer n of 2 or more and da <((n−1) / n), measurement is performed at the timing of the valley of the waveform of the carrier wave of the first converter 1 of each phase. The current i h is estimated to be a current value flowing through the inductor of each phase.

図6に示すように、相数を2以上の整数nとし、da<((n−1)/n)の場合、第1のコンバータ1の各相の搬送波の波形の谷のタイミングで、測定電流iをサンプリングすると、インダクタ電流(推定出力電流)の推定演算が容易となる。 As shown in FIG. 6, when the number of phases is an integer n of 2 or more and da <((n−1) / n), measurement is performed at the timing of the valley of the waveform of the carrier wave of each phase of the first converter 1. Sampling the current i h facilitates the estimation calculation of the inductor current (estimated output current).

測定電流iは、各相のインダクタ電流値i,i,iの合計になる。図6中の搬送波Vcarr_a1の波形の谷のタイミング(iD1,i’D1と表示した縦線)では、第1のコンバータ1の上側スイッチにおいて、相1のスイッチSa1uのみがオンで、相2,相3のスイッチSa2u,Sa3uはオフとなっている。それ故に、相1の搬送波Vcarr_a1の波形の谷の部分のタイミングiD1,i’D1でサンプリングすると、相1のインダクタLのインダクタ電流値iのみを検出できる。同様に、相2,相3の搬送波Vcarr_a2,Vcarr_a3の波形の谷のタイミングiD2,iD3、i’D2,i’D3でサンプリングすると、相2,相3のインダクタL,Lのインダクタ電流値i、iを検出できる。 The measurement current i h is the sum of the inductor current values i 1 , i 2 , i 3 of each phase. At the timing of the valley of the waveform of the carrier wave V carr — a1 in FIG. 6 (vertical lines labeled i D1 , i ′ D1 ), only the phase 1 switch S a1u is on in the upper switch of the first converter 1, and the phase 2 and phase 3 switches S a2u , S a3u are off. Therefore, if sampling is performed at timings i D1 and i ′ D1 at the valley portions of the waveform of the carrier wave V carr_a1 of phase 1, only the inductor current value i 1 of the inductor L 1 of phase 1 can be detected. Similarly, when sampling is performed at the timings i D2 , i D3 , i ′ D2 , i ′ D3 of the valleys of the waveforms of the carrier waves V carr — a2 and V carr — a3 of phase 2 and phase 3, inductors L 2 and L 3 of phase 2 and phase 3 are sampled. Inductor current values i 2 and i 3 can be detected.

このように、da<((n−1)/n)の場合、第1のコンバータ1の搬送波の波形の谷のタイミングでは、その相のインダクタ電流の値と測定電流iの値が一致している。このタイミングでは、第1のコンバータ1の上側スイッチSa1u,Sa2u,Sa3uにおいて、該当する相のスイッチのみが導通していることが確認できる。したがって、搬送波の波形が谷のタイミングで電流センサ4の測定電流iをサンプリングし、その相のインダクタ電流の値が検出できる。 Thus, in the case of da <((n−1) / n), at the timing of the valley of the carrier waveform of the first converter 1, the value of the inductor current of that phase matches the value of the measurement current i h. ing. At this timing, in the upper switches S a1u , S a2u , S a3u of the first converter 1, it can be confirmed that only the switch of the corresponding phase is conducting. Therefore, the measured current i h of the current sensor 4 is sampled at the timing when the waveform of the carrier wave is a valley, and the value of the inductor current of the phase can be detected.

carr_a1,Vcarr_a2,Vcarr_a3の波形の谷のタイミングでサンプリングした電流センサ4で得られた値を、それぞれih1b,ih2b,ih3bとすると、各相のインダクタ電流の値i,i,iは、数式6〜数式8で得られる。
[数6]
= ih1b
[数7]
= ih2b
[数8]
= ih3b
V carr_a1, V carr_a2, the value obtained by the current sensor 4 sampled at the timing of the valley of the waveform of the V carr_a3, respectively i h1b, i h2b, When i H3B, the value i 1 of each phase of the inductor current, i 2 and i 3 are obtained by Expression 6 to Expression 8.
[Equation 6]
i 1 = i h1b
[Equation 7]
i 2 = i h2b
[Equation 8]
i 3 = i h3b

n相の場合には、電流センサ4で得られた値を、ihkbとすると、相kのインダクタ電流iを数式9で得ることができる。
[数9]
= ihkb
In the case of n phase, the value obtained by the current sensor 4, when i HKB, it is possible to obtain the inductor current i k phase k in Equation 9.
[Equation 9]
i k = i hkb

[推定法2]
推定法2では、相数を3以上の整数nとし、(1/n)≦dの場合、各相の第1のコンバータ1の搬送波の波形の山のタイミングで測定された測定電流iをihktとすると、相kのインダクタに流れる出力電流ikを、

Figure 2018085826

であると推定する。 [Estimation method 2]
In estimation method 2, and 3 or more integer n the number of phases, (1 / n) ≦ d For a, the measured current i h measured in angle of the timing of the first converter 1 carrier waveform of each phase Is i hkt , the output current ik flowing through the inductor of phase k is
Figure 2018085826

It is estimated that.

図7は、相数を3以上の整数nとし、(1/n)≦dの場合のインダクタ電流の推定原理を説明する図である。なお、図7において、Sside,Ssideとの記載は第1のコンバータ1側,第2のコンバータ2側を意味し、carriera1ofSa1,carriera2ofSa2,carriera3ofSa3、carrierb1ofSb1,carrierb2ofSb2,carrierb3ofSb3との記載はVcarr_a1,Vcarr_a2,Vcarr_a3、Vcarr_b1,Vcarr_b2,Vcarr_b3を意味し、Sa1,Sa2,Sa3、Sb1,Sb2,Sb3との記載はSa1u,Sa2u,Sa3u、Sb1u,Sb2u,Sb3uを意味する。図6と同様、三相の場合には、120(=360/3)度ずつ位相をずらした搬送波Vcarr_a1,Vcarr_a2,Vcarr_a3、Vcarr_b1,Vcarr_b2,Vcarr_b3が用いられる。 Figure 7 is a three or more integer n the number of phases is a diagram for explaining the estimation principle of the inductor current when the (1 / n) ≦ d a . In FIG. 7, the description of S a side and S b side means the first converter 1 side and the second converter 2 side, and carrier a 1 of S a 1 , carrier a 2 of S a 2 , carrier a 3 of S a 3 , carrier b1 ofS b1, carrier b2 ofS b2 , carrier b3 ofS described with b3 is V carr_a1, V carr_a2, V carr_a3 , V carr_b1, V carr_b2, means V carr_b3, S a1, S a2 , S a3, S b1, The description of S b2 and S b3 means S a1u , S a2u , S a3u , S b1u , S b2u and S b3u . As in FIG. 6, in the case of three phases, carriers V carr_a1 , V carr_a2 , V carr_a3 , V carr_b1 , V carr_b2 , and V carr_b3 are used that are shifted in phase by 120 (= 360/3 ) degrees.

図7に示すように、相数を3以上の整数nとし、(1/n)≦dの場合、第1のコンバータ1の各相の搬送波の波形の山のタイミングで、測定電流iをサンプリングすると、インダクタ電流値の推定演算が可能となる。 As shown in FIG. 7, and 3 or more integer n the number of phases, (1 / n) ≦ d For a, the mountains of the timing of the first converter 1 of each phase of the carrier wave, measured current i h Is sampled, an estimation calculation of the inductor current value becomes possible.

図7中の第1のコンバータ1の搬送波の波形の山のタイミング(iU1,iU2,iU3と表示した縦線)で測定電流iをサンプリングすると、第1のコンバータ1の上側スイッチSa1u,Sa2u,Sa3uにおいて、当該搬送波の形状の山のタイミングに対応する相以外の相の上側スイッチが導通状態になる。たとえば、相1の搬送波の形状の山のタイミング(iU1と表示した縦線)では、相1の上側スイッチSa1uを除いた上側スイッチSa2u,Sa3uが導通状態になり、このとき測定電流iをサンプリングすると、相1のインダクタンス電流iを除いたインダクタンス電流の和(i+i)が得られる。 When the measurement current i h is sampled at the timing of the peak of the carrier waveform of the first converter 1 in FIG. 7 (vertical lines labeled i U1 , i U2 , i U3 ), the upper switch S of the first converter 1 In a1u , Sa2u , and Sa3u , the upper switches of the phases other than the phase corresponding to the timing of the peak of the carrier shape are turned on. For example, the timing of the mountain shape of the carrier phase 1 (i U1 and display the vertical lines), upper switch S A2U excluding the upper switch S A1U phase 1, becomes S A3U conductive state, the measured current at this time When i h is sampled, the sum (i 2 + i 3 ) of the inductance current excluding the inductance current i 1 of phase 1 is obtained.

同様に、相2の搬送波の形状の山のタイミング(iU2と表示した縦線)では、相2の上側スイッチSa2uを除いた上側スイッチSa1u,Sa3uが導通状態になり、このとき測定電流iをサンプリングすると、相2のインダクタンス電流iを除いたインダクタンス電流の和(i+i)が得られ、相3の搬送波の形状の山のタイミング(iU3と表示した縦線)では、相3の上側スイッチSa3uを除いた上側スイッチSa1u,Sa2uが導通状態になり、このとき測定電流iをサンプリングすると、相3のインダクタンス電流iを除いたインダクタンス電流の和(i+i)が得られる。 Measurements Similarly, the mountain timing of the shape of the carrier phase 2 (i U2 and display the vertical lines), upper switch S A1U excluding the upper switch S A2U phase 2, S A3U becomes conductive, this time When the current i h is sampled, the sum of the inductance currents (i 1 + i 3 ) excluding the phase 2 inductance current i 2 is obtained, and the timing of the peaks of the phase 3 carrier shape (vertical line labeled i U3 ) in the upper switch S A1U excluding the upper switch S A3U phase 3, S A2U is conductive, the sum of the sampling the measured current i h this time, inductance current excluding the inductance current i 3 phase 3 ( i 1 + i 2 ).

ここで、iU1でサンプリングされた測定電流iをih1t、iU2でサンプリングされた測定電流iをih2t、iU3でサンプリングされた測定電流iをih3tとすると、各相のインダクタ電流の値i,i,iは数式11,数式12,数式13によって求めることができる。
[数11]
=(ih2t+ih3t−ih1t)/2
[数12]
=(ih1t+ih3t−ih2t)/2
[数13]
=(ih1t+ih2t−ih3t)/2
Here, the measurement current i h sampled at i U1 i h1t, i U2 of sampled measured current i h a i H2T, when the measured current i h sampled at i U3 and i H3T, each phase of The inductor current values i 1 , i 2 , and i 3 can be obtained by Expressions 11, 12, and 13.
[Equation 11]
i 1 = (i h2t + i h3t -i h1t) / 2
[Equation 12]
i 2 = (i h1t + i h3t −i h2t ) / 2
[Equation 13]
i 3 = (i h1t + i h2t −i h3t ) / 2

n相の場合には、相kのインダクタ電流を数式14で得ることができる。

Figure 2018085826
In the case of n-phase, the inductor current of phase k can be obtained by Equation 14.
Figure 2018085826

[推定法3]
推定法3では、相数を3以上の整数nとし、切替点S1,S2が(1/n)≦S1<S2<((n−1)/n)であるとすると、コントローラは、デューティ比dがd<S2の状態からdの増加によってS2≦dの状態になった場合、各相の第1のコンバータ1の搬送波の波形の山のタイミングで測定された測定電流iをihktとすると、相kのインダクタに流れる出力電流iを数式15であると推定し、デューティ比dがS1<dの状態からdの減少によってd≦S1の状態になった場合、各相の第1のコンバータ1の搬送波の波形の谷のタイミングで測定された測定電流iを各相のインダクタに流れる電流値であると推定する。

Figure 2018085826
[Estimation method 3]
In the estimation method 3, if the number of phases is an integer n of 3 or more and the switching points S1 and S2 are (1 / n) ≦ S1 <S2 <((n−1) / n), the controller calculates the duty ratio. If d a is ready for d a <S2 S2 ≦ d a from the state by an increase in d a of the measured current i h measured in angle of the timing of the first converter 1 carrier waveform of each phase When the the i HKT, the output current i k flowing through the inductor of phase k estimated to be equation 15, the state of d a ≦ S1 by a reduction in d a from the state of the duty ratio d a is S1 <d a In this case, the measured current i h measured at the timing of the trough of the waveform of the carrier wave of the first converter 1 of each phase is estimated to be the value of the current flowing through the inductor of each phase.
Figure 2018085826

すなわち、d<((n−1)/n)の場合には上述の推定法1を適用でき、(1/n)≦dの場合には上述の推定法2を適用できる。この関係を図8に示す。例えば三相(n=3)の場合には、d<0.66(=2/3)では推定法1を適用でき、0.33(=1/3)≦dでは推定法2を適用できる。したがって、0.33(=1/3)≦d<0.66(=2/3)では、推定法1,2の両方を適用できる。 That is, the above estimation method 1 can be applied when d a <((n−1) / n), and the above estimation method 2 can be applied when (1 / n) ≦ d a . This relationship is shown in FIG. For example, in the case of three phases (n = 3), estimation method 1 can be applied when d a <0.66 (= 2/3), and estimation method 2 is used when 0.33 (= 1/3) ≦ d a. Applicable. Therefore, in the case of 0.33 (= 1/3) ≦ d a <0.66 (= 2/3), both estimation methods 1 and 2 can be applied.

推定法3では、推定法1,2の両方を適用できる範囲に2つの切替点S1,S2を設定し、デューティ比dが図8の矢印A方向(増加方向)に切替点S2を越えた場合には推定法を推定法1→推定法2へと切り替えるが、矢印B方向(減少方向)に切替点S2を越えても推定法を切り替えず、推定法2を維持する。また、デューティ比dが図8の矢印B方向(減少方向)に切替点S1を越えた場合には推定法を推定法2→推定法1へと切り替えるが、矢印A方向(増加方向)に切替点S1を越えても推定法を切り替えず、推定法1を維持する。 In estimation method 3, to set the two switching points S1, S2 ranges applicable both estimation method 1, the duty ratio d a exceeds the switch point S2 to the arrow A direction (increasing direction) in FIG. 8 In this case, the estimation method is switched from the estimation method 1 to the estimation method 2. However, even if the switching point S2 is exceeded in the arrow B direction (decreasing direction), the estimation method is not switched and the estimation method 2 is maintained. Although switches the estimation method in the case where the duty ratio d a exceeds the switching points S1 in the direction of arrow B (decreasing direction) in FIG. 8 to estimation method 2 → estimation method 1, in the direction of arrow A (increasing direction) Even if the switching point S1 is exceeded, the estimation method is not switched and the estimation method 1 is maintained.

このように、推定法1→推定法2への切替点S2と推定法2→推定法1への切替点S1を異なる値に設定することで、ヒステリシス特性を持たせることができ、dが切替点付近で細かく増減しても頻繁な推定法切替を防止することができ、双方向昇降圧直流−直流変換回路の制御を安定化させることができる。 In this way, by setting the switching point S2 from the estimation method 1 to the estimation method 2 and the switching point S1 from the estimation method 2 to the estimation method 1 to different values, hysteresis characteristics can be provided, and d a is Even if there is a fine increase / decrease near the switching point, frequent switching of the estimation method can be prevented, and control of the bidirectional buck-boost DC-DC converter circuit can be stabilized.

[推定法4]
推定法4では、相数を3以上の整数nとし、切替点S3が(1/n)≦S3≦((n−1)/n)であるとすると、コントローラは、デューティ比dがd<S3の場合、各相の第1のコンバータ1の搬送波の波形の谷のタイミングで測定された測定電流iを各相のインダクタに流れる電流値であると推定し、デューティ比dがS3≦dの場合、各相の第1のコンバータ1の搬送波の波形の山のタイミングで測定された測定電流iをihktとすると、相kのインダクタに流れる出力電流iを、

Figure 2018085826
であると推定する。 [Estimation method 4]
In the estimation method 4, assuming that the number of phases is an integer n of 3 or more and the switching point S3 is (1 / n) ≦ S3 ≦ ((n−1) / n), the controller has a duty ratio d a of d for a <S3, estimated to be the value of the current flowing through the measured current i h measured at the timing of the valley of the first converter 1 carrier waveform of each phase to each phase of the inductor, the duty ratio d a is for S3 ≦ d a, when the measured current i h measured in angle of the timing of the first converter 1 carrier waveform of each phase and i HKT, the output current i k flowing through the inductor of phase k,
Figure 2018085826
It is estimated that.

上述の通り、(1/n)≦d<((n−1)/n)では、推定法1、2の両方を適用できる。推定法4では、推定法1,2の両方を適用できる範囲に切替点S3を設定し、デューティ比dが図9の矢印A方向(増加方向)に切替点S3を越えた場合に推定法を推定法1→推定法2へと切り替え、逆に、矢印B方向(減少方向)に切替点S3を越えた場合に推定法を推定法2→推定法1へと切り替える。図9の例では、切替点S3を0.5としている。このように切替点を1つにする場合には、制御を単純化することができる。 As described above, in the case of (1 / n) ≦ d a <((n−1) / n), both estimation methods 1 and 2 can be applied. In estimation method 4, to set the switching point S3 is a range that can be applied both estimation method 1, estimation method when the duty ratio d a exceeds the switch point S3 is the direction of arrow A (increasing direction) in FIG. 9 Is switched from the estimation method 1 to the estimation method 2, and conversely, when the switching point S3 is exceeded in the arrow B direction (decreasing direction), the estimation method is switched from the estimation method 2 to the estimation method 1. In the example of FIG. 9, the switching point S3 is set to 0.5. In this way, when the number of switching points is one, the control can be simplified.

充電時の三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路(図3参照)について、推定法1を適用した場合のシミュレーション結果を図10〜図15に示す。図10〜図15では第1のコンバータ1の搬送波の周波数と第2のコンバータ2の搬送波の周波数を同じにしているが、必ずしも同じでなくても良い。例えば、第1のコンバータ1の搬送波の周波数を第2のコンバータ2の搬送波の周波数の2倍、4倍等にしても良い。また、図10〜図15では第1のコンバータ1の搬送波と第2のコンバータ2の搬送波の位相を180度ずらしているが、これには限られない。   10 to 15 show simulation results when the estimation method 1 is applied to the three-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit (see FIG. 3) during charging. 10 to 15, the frequency of the carrier wave of the first converter 1 and the frequency of the carrier wave of the second converter 2 are the same. However, they are not necessarily the same. For example, the frequency of the carrier wave of the first converter 1 may be doubled or four times the frequency of the carrier wave of the second converter 2. 10 to 15, the phase of the carrier wave of the first converter 1 and the carrier wave of the second converter 2 are shifted by 180 degrees, but the present invention is not limited to this.

各図とも、上段が第1のコンバータ1の搬送波(相1:1点鎖線、相2:2点鎖線、相3:破線)及びデューティ比da(実線)、中段が第2のコンバータ2の搬送波(相1:1点鎖線、相2:2点鎖線、相3:破線)及びデューティ比db(実線)、下段がインダクタ電流(相1:1点鎖線、相2:2点鎖線、相3:破線)及び測定電流ih(実線)である。   In each figure, the upper stage is the carrier wave of the first converter 1 (phase 1: 1 dotted line, phase 2: two-dot chain line, phase 3: broken line) and the duty ratio da (solid line), and the middle stage is the carrier wave of the second converter 2. (Phase 1: 1 dot-dash line, phase 2: 2-dot chain line, phase 3: dashed line) and duty ratio db (solid line), lower stage is inductor current (phase 1: 1 dot-dash line, phase 2: 2-dot chain line, phase 3: Broken line) and measurement current ih (solid line).

[実施例1]
図10は、第1のコンバータ1のデューティ比d:0.3、第2のコンバータ2のデューティ比d:0.9とした場合のシミュレーション結果である。dとn(=3)との関係では、推定法1の適用が可能なd<((n−1)/n)となっている。
[Example 1]
FIG. 10 shows simulation results when the duty ratio d a of the first converter 1 is 0.3 and the duty ratio d b of the second converter 2 is 0.9. In the relationship between d a and n (= 3), d a <((n−1) / n) where the estimation method 1 can be applied.

第1のコンバータ1の相1の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相1のインダクタLのインダクタ電流であり、相2の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相2のインダクタLのインダクタ電流であり、相3の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相3のインダクタLのインダクタ電流である。したがって、推定法1を適用することで、1つの電流センサ4の測定電流iに基づいて各相インダクタに流れる電流値を推定できることが確認できた。 At the trough timing of the phase 1 carrier waveform of the first converter 1, the measurement current i h is the inductor current of the phase L inductor L 1 , and at the trough timing of the phase 2 carrier waveform, the measurement current i h is phase 2 of the inductor current of the inductor L 2, the timing of the valley of the carrier wave phase 3, the measured current i h is the inductor current of the phase 3 of the inductor L 3. Therefore, it was confirmed that the current value flowing through each phase inductor can be estimated based on the measurement current i h of one current sensor 4 by applying the estimation method 1.

[実施例2]
図11は、第1のコンバータ1のデューティ比d:0.5、第2のコンバータ2のデューティ比d:0.9とした場合のシミュレーション結果である。実施例1に対し、デューティ比dを変化させている。dとn(=3)との関係では、推定法1の適用が可能なd<((n−1)/n)となっている。
[Example 2]
FIG. 11 shows simulation results when the duty ratio d a of the first converter 1 is 0.5 and the duty ratio d b of the second converter 2 is 0.9. To Example 1, by changing the duty ratio d a. In the relationship between d a and n (= 3), d a <((n−1) / n) where the estimation method 1 can be applied.

実施例1と同様、第1のコンバータ1の相1の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相1のインダクタLのインダクタ電流であり、相2の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相2のインダクタLのインダクタ電流であり、相3の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相3のインダクタLのインダクタ電流である。したがって、推定法1を適用することで、1つの電流センサ4の測定電流iに基づいて各相インダクタに流れる電流値を推定できることが確認できた。 Similar to Example 1, at the timing of the trough of the phase 1 carrier waveform of the first converter 1, the measured current i h is the inductor current of the phase L inductor L 1 and the trough of the phase 2 carrier waveform. At timing, the measured current i h is the inductor current of the phase 2 inductor L 2 , and at the timing of the trough of the phase 3 carrier waveform, the measured current i h is the inductor current of the phase 3 inductor L 3 . Therefore, it was confirmed that the current value flowing through each phase inductor can be estimated based on the measurement current i h of one current sensor 4 by applying the estimation method 1.

[実施例3]
図12は、第1のコンバータ1のデューティ比d:0.7、第2のコンバータ2のデューティ比d:0.9とした場合のシミュレーション結果である。実施例1,2に対し、デューティ比dを変化させている。dとn(=3)との関係では、推定法2の適用が可能な(1/n)≦dとなっている。
[Example 3]
FIG. 12 shows simulation results when the duty ratio d a of the first converter 1 is 0.7 and the duty ratio d b of the second converter 2 is 0.9. To Examples 1 and 2, and by changing the duty ratio d a. The relationship between d a and n (= 3), which can be applied estimation method 2 (1 / n) has a ≦ d a.

第1のコンバータ1の相1の搬送波の波形の山のタイミングでは、測定電流iは相2のインダクタLのインダクタ電流と相3のインダクタLのインダクタ電流との和であり、相2の搬送波の波形の山のタイミングでは、測定電流iは相1のインダクタLのインダクタ電流と相3のインダクタLのインダクタ電流との和であり、相3の搬送波の波形の山のタイミングでは、測定電流iは相1のインダクタLのインダクタ電流と相2のインダクタLのインダクタ電流との和である。したがって、推定法2を適用することで、1つの電流センサ4の測定電流iに基づいて各相インダクタに流れる電流値を推定できることが確認できた。 At the timing of the peak of the phase 1 carrier waveform of the first converter 1, the measured current i h is the sum of the inductor current of the phase 2 inductor L 2 and the inductor current of the phase 3 inductor L 3 , and the phase 2 , The measured current i h is the sum of the inductor current of phase 1 inductor L 1 and the inductor current of phase 3 inductor L 3 , and the timing of the peak of the phase 3 carrier waveform. Then, the measured current i h is the sum of the inductor current of the phase 1 inductor L 1 and the inductor current of the phase 2 inductor L 2 . Therefore, it was confirmed that the value of the current flowing through each phase inductor can be estimated based on the measured current i h of one current sensor 4 by applying the estimation method 2.

[実施例4]
図13は、第1のコンバータ1のデューティ比d:0.3、第2のコンバータ2のデューティ比d:0.1とした場合のシミュレーション結果である。実施例1に対しデューティ比dを変化させている。dとn(=3)との関係では、推定法1の適用が可能なd<((n−1)/n)となっている。
[Example 4]
FIG. 13 shows simulation results when the duty ratio d a of the first converter 1 is 0.3 and the duty ratio d b of the second converter 2 is 0.1. And varying the duty ratio d b to Example 1. In the relationship between d a and n (= 3), d a <((n−1) / n) where the estimation method 1 can be applied.

第1のコンバータ1の相1の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相1のインダクタLのインダクタ電流であり、相2の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相2のインダクタLのインダクタ電流であり、相3の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相3のインダクタLのインダクタ電流である。したがって、推定法1を適用することで、1つの電流センサ4の測定電流iに基づいて各相インダクタに流れる電流値を推定できることが確認できた。 At the trough timing of the phase 1 carrier waveform of the first converter 1, the measurement current i h is the inductor current of the phase L inductor L 1 , and at the trough timing of the phase 2 carrier waveform, the measurement current i h is phase 2 of the inductor current of the inductor L 2, the timing of the valley of the carrier wave phase 3, the measured current i h is the inductor current of the phase 3 of the inductor L 3. Therefore, it was confirmed that the current value flowing through each phase inductor can be estimated based on the measurement current i h of one current sensor 4 by applying the estimation method 1.

[実施例5]
図14は、第1のコンバータ1のデューティ比d:0.5、第2のコンバータ2のデューティ比d:0.1とした場合のシミュレーション結果である。実施例2に対し、デューティ比dを変化させている。dとn(=3)との関係では、推定法1の適用が可能なd<((n−1)/n)となっている。
[Example 5]
FIG. 14 shows simulation results when the duty ratio d a of the first converter 1 is 0.5 and the duty ratio d b of the second converter 2 is 0.1. To Example 2, by changing the duty ratio d a. In the relationship between d a and n (= 3), d a <((n−1) / n) where the estimation method 1 can be applied.

実施例4と同様、第1のコンバータ1の相1の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相1のインダクタLのインダクタ電流であり、相2の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相2のインダクタLのインダクタ電流であり、相3の搬送波の波形の谷のタイミングでは、測定電流iは相3のインダクタLのインダクタ電流である。したがって、推定法1を適用することで、1つの電流センサ4の測定電流iに基づいて各相インダクタに流れる電流値を推定できることが確認できた。 As in Example 4, at the timing of the trough of the phase 1 carrier waveform of the first converter 1, the measured current i h is the inductor current of the phase L inductor L 1 and the trough of the phase 2 carrier waveform. At timing, the measured current i h is the inductor current of the phase 2 inductor L 2 , and at the timing of the trough of the phase 3 carrier waveform, the measured current i h is the inductor current of the phase 3 inductor L 3 . Therefore, it was confirmed that the current value flowing through each phase inductor can be estimated based on the measurement current i h of one current sensor 4 by applying the estimation method 1.

[実施例6]
図15は、第1のコンバータ1のデューティ比d:0.7、第2のコンバータ2のデューティ比d:0.1とした場合のシミュレーション結果である。実施例4,5に対し、デューティ比dを変化させている。dとn(=3)との関係では、推定法2の適用が可能な(1/n)≦dとなっている。
[Example 6]
FIG. 15 shows simulation results when the duty ratio d a of the first converter 1 is 0.7 and the duty ratio d b of the second converter 2 is 0.1. To Examples 4 and 5, and by changing the duty ratio d a. The relationship between d a and n (= 3), which can be applied estimation method 2 (1 / n) has a ≦ d a.

第1のコンバータ1の相1の搬送波の波形の山のタイミングでは、測定電流iは相2のインダクタLのインダクタ電流と相3のインダクタLのインダクタ電流との和であり、相2の搬送波の波形の山のタイミングでは、測定電流iは相1のインダクタLのインダクタ電流と相3のインダクタLのインダクタ電流との和であり、相3の搬送波の波形の山のタイミングでは、測定電流iは相1のインダクタLのインダクタ電流と相2のインダクタLのインダクタ電流との和である。したがって、推定法2を適用することで、1つの電流センサ4の測定電流iに基づいて各相インダクタに流れる電流値を推定できることが確認できた。 At the timing of the peak of the phase 1 carrier waveform of the first converter 1, the measured current i h is the sum of the inductor current of the phase 2 inductor L 2 and the inductor current of the phase 3 inductor L 3 , and the phase 2 , The measured current i h is the sum of the inductor current of phase 1 inductor L 1 and the inductor current of phase 3 inductor L 3 , and the timing of the peak of the phase 3 carrier waveform. Then, the measured current i h is the sum of the inductor current of the phase 1 inductor L 1 and the inductor current of the phase 2 inductor L 2 . Therefore, it was confirmed that the value of the current flowing through each phase inductor can be estimated based on the measured current i h of one current sensor 4 by applying the estimation method 2.

また、実施例1〜6より、dを0.9から0.1に変化させても同じ推定法を適用できることが確認できた。dを他の値に変化させた場合も同様である。したがって、dの値に影響されることなく、dの値に基づいて推定法を決定できることも確認できた。 Further, from Examples 1 to 6, it was confirmed that it is possible to apply the same estimation method by changing d b 0.1 0.9. when changing the d b to other values is the same. Accordingly, without being affected by the value of d b, it was confirmed to be able to determine the estimation method based on the value of d a.

1:第1のコンバータ
1a:第1のコンバータ1の共通バス
2:第2のコンバータ
2a:第2のコンバータ2の共通バス
4:電流センサ
5:コントローラの第1の制御部
6:コントローラの第2の制御部
,L,L,L:各相のインダクタ
1: first converter 1a: common bus 2 of first converter 1: second converter 2a: common bus of second converter 2: current sensor 5: first controller 6 of controller: first controller 2 control units L 1 , L 2 , L 3 , L n : inductors for each phase

Claims (6)

第1のコンバータと第2のコンバータをそれらのインダクタを共通にして接続して各相毎に設けると共に、
前記第1のコンバータの上側スイッチのデューティ比d及び前記第2のコンバータの上側スイッチのデューティ比dを決定して前記第1のコンバータ及び前記第2のコンバータをPWM制御するコントローラと、前記第1のコンバータの共通バスで測定した測定電流iを前記コントローラに供給する電流センサを備え、
前記コントローラは、前記デューティ比d,dを調整して前記第1のコンバータの共通バスの接続側と前記第2のコンバータの共通バスの接続側との間で双方向の昇圧動作と降圧動作を行わせると共に、前記第1のコンバータのPWM制御の搬送波の波形と前記デューティ比dとの関係に応じて求められたタイミングでサンプリングされた前記測定電流iに基づいて前記インダクタを流れる電流値を推定し、前記第1のコンバータと前記第2のコンバータをPWM制御する
ことを特徴とする多相の電力変換回路。
The first converter and the second converter are connected to each other with their inductors in common, and are provided for each phase.
A controller for PWM controlling said first converter upper switch of the duty ratio d a and the second converter of the first to determine the duty ratio d b of the upper switches of the converter and the second converter, the A current sensor for supplying the controller with a measured current i h measured on a common bus of the first converter;
Wherein the controller, the duty ratio d a, a bi-directional boost operation between the connection side of the common bus of the second converter and to adjust the d b connection side of the common bus of said first converter Buck together to perform the operation, through the inductor based on the first converter the measured current i h sampled at a timing determined in accordance with the relationship between the carrier wave of the PWM control and the duty ratio d a of A multiphase power conversion circuit characterized by estimating a current value and performing PWM control on the first converter and the second converter.
相数を2以上の整数nとし、d<((n−1)/n)の場合、前記コントローラは、各相の前記第1のコンバータの搬送波の波形の谷のタイミングでサンプリングされた前記測定電流iを各相のインダクタに流れる電流値であると推定する
ことを特徴とする請求項1記載の多相の電力変換回路。
When the number of phases is an integer n of 2 or more, and d a <((n−1) / n), the controller is sampled at the timing of the valley of the waveform of the carrier wave of the first converter of each phase. multiphase power conversion circuit of claim 1, wherein the estimating and the measured current i h is a value of current flowing through each phase of the inductor.
相数を3以上の整数nとし、(1/n)≦dの場合、前記コントローラは、各相の前記第1のコンバータの搬送波の波形の山のタイミングで測定された前記測定電流iをihktとすると、相kのインダクタに流れる出力電流iを、
Figure 2018085826

であると推定する
ことを特徴とする請求項1記載の多相の電力変換回路。
The number of phases and an integer of three or more n, (1 / n) ≦ d For a, the controller, the measured current i h measured in angle of the timing of each phase of the first converter carrier waveform Is i hkt , the output current i k flowing through the inductor of phase k is
Figure 2018085826

The multi-phase power conversion circuit according to claim 1, wherein
相数を3以上の整数nとし、切替点S1,S2が(1/n)≦S1<S2<((n−1)/n)であるとすると、前記コントローラは、前記デューティ比dがd<S2の状態からdの増加によってS2≦dの状態になった場合、各相の前記第1のコンバータの搬送波の波形の山のタイミングで測定された前記測定電流iをihktとすると、相kのインダクタに流れる出力電流iを、
Figure 2018085826
であると推定し、
前記デューティ比dがS1<dの状態からdの減少によってd≦S1の状態になった場合、各相の前記第1のコンバータの搬送波の波形の谷のタイミングで測定された前記測定電流iを各相のインダクタに流れる電流値であると推定する
ことを特徴とする請求項1記載の多相の電力変換回路。
The number of phases is three or more integer n, when the switching point S1, S2 is assumed to be (1 / n) ≦ S1 < S2 <((n-1) / n), the controller, the duty ratio d a is When the state of d a <S 2 is changed to a state of S 2 ≦ d a due to an increase in da, the measured current i h measured at the timing of the peak of the carrier waveform of the first converter of each phase is i If hkt , the output current i k flowing through the inductor of phase k is
Figure 2018085826
Is assumed to be
If the duty ratio d a is ready for d a ≦ S1 by a reduction in d a from the state of S1 <d a, the measured timing of the valley of each phase of the first converter carrier waveform multiphase power conversion circuit of claim 1, wherein the estimating and the measured current i h is a value of current flowing through each phase of the inductor.
相数を3以上の整数nとし、切替点S3が(1/n)≦S3≦((n−1)/n)であるとすると、前記コントローラは、前記デューティ比dがd<S3の場合、各相の前記第1のコンバータの搬送波の波形の谷のタイミングで測定された前記測定電流iを各相のインダクタに流れる電流値であると推定し、前記デューティ比dがS3≦dの場合、各相の前記第1のコンバータの搬送波の波形の山のタイミングで測定された前記測定電流iをihktとすると、相kのインダクタに流れる出力電流iを、
Figure 2018085826

であると推定する
ことを特徴とする請求項1記載の多相の電力変換回路。
The number of phases is three or more integer n, the switching point S3 is assumed to be (1 / n) ≦ S3 ≦ ((n-1) / n), the controller, the duty ratio d a is d a <S3 cases, it estimates that a current value flowing in the measurement current i h measured at the timing of the valley of each phase of the first converter carrier waveforms to each phase of the inductor, the duty ratio d a is S3 for ≦ d a, when the measuring current i h measured at the timings of the peaks of each phase of the first converter carrier waveform and i HKT, the output current i k flowing through the inductor of phase k,
Figure 2018085826

The multi-phase power conversion circuit according to claim 1, wherein
前記各相の第1のコンバータは、上側スイッチと当該上側スイッチに直列接続した下側スイッチを備え、且つ、前記上側スイッチと前記下側スイッチの中点に前記インダクタの一端を接続すると共に、直列接続した上側スイッチと下側スイッチの両端をそれぞれ共通接続して前記各相の第1のコンバータの外側接続端とし、
前記各相の第2のコンバータは、上側スイッチと当該上側スイッチに直列接続した下側スイッチを備え、且つ、前記上側スイッチと前記下側スイッチの中点に前記インダクタの他端を接続すると共に、直列接続した上側スイッチと下側スイッチの両端をそれぞれ共通接続して前記各相の第2のコンバータの外側接続端とする
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の多相の電力変換回路。
The first converter of each phase includes an upper switch and a lower switch connected in series to the upper switch, and connects one end of the inductor to a midpoint of the upper switch and the lower switch, and in series. Both ends of the connected upper switch and lower switch are connected in common to form an outer connection end of the first converter of each phase,
The second converter of each phase includes an upper switch and a lower switch connected in series to the upper switch, and connects the other end of the inductor to a midpoint of the upper switch and the lower switch, 6. The multiple connection according to claim 1, wherein both ends of the upper switch and the lower switch connected in series are commonly connected to form an outer connection end of the second converter of each phase. Phase power conversion circuit.
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