JP2019146369A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、電力変換装置の基本構成を示す回路図である。本構成例の電力変換装置1は、スイッチ出力段10と、積分器20と、コントローラ30と、を有する。
図3は、電力変換装置の第1実施形態(単相昇圧型)を示す回路図である。本実施形態の電力変換装置1は、先出の基本構成(図1)をベースとしつつ、スイッチ出力段10がダイオード整流方式の単相昇圧型として具体化されている。
出力電圧Vo:12V
出力電力Po:15W
スイッチング周波数fs:100kHz
インダクタ平均電流IL(ave):1.5A
インダクタ電流リプル率k:0.3
図5は、電力変換装置の第2実施形態(2相昇圧型)を示す回路図である。本実施形態の電力変換装置1は、第1実施形態(図3)をベースとしつつ、スイッチ出力段10の相数を増やして、2相昇圧型のインターリーブコンバータとされている。以下では、第1実施形態(図3)との変更点を中心に説明する。
図6は、第2実施形態の電力変換装置1で電流平衡制御を行う場合の数学モデルを示すブロック線図である。本図で示すように、第2実施形態の電力変換装置1は、出力段301A及び301Bと、出力加算部302と、出力平滑部303と、帰還電圧生成部304と、差分入力部305と、制御器306と、駆動部307A及び307Bと、増幅器309A及び309Bと、信号調整部310A及び310Bと、加算器311と、1/2減衰器312と、減算器313A及び313Bと、補償器314A及び314Bと、信号調整部315A及び315Bと、を有する。
出力電圧Vo:12V
出力電力Po:15W
スイッチング周波数fs:100kHz
インダクタ平均電流IL1、IL2(ave):1.5A
インダクタ直流抵抗RL1、RL2:0.02Ω、0.07Ω
インダクタ電流リプル率k:0.3
これまでに説明してきたインダクタ電流ILの予測値算出手法と、特許文献2の従来技術との相違点は、次の通りである。(1)角速度信号を用いていない。(2)計算した電圧指令値ではなく実際の電圧値を用いている。(3)推定した電流値を用いて電流モード制御や電流平衡制御を行っている。(4)従来技術ではオブザーバ電流の目標値がある。
なお、上記の第1実施形態(図3)及び第2実施形態(図5)では、スイッチ出力段10が昇圧型である場合を例に挙げたが、これまでに説明してきたインダクタ電流ILの予測値算出手法は、スイッチ出力段が降圧型である場合にも適用することが可能である。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
10 スイッチ出力段
11、11(1)、11(2) スイッチ素子
12、12(1)、12(2) スイッチ素子
13、13(1)、13(2) インダクタ
14、14(1)、14(2) 直流抵抗
15 出力キャパシタ
16 等価直列抵抗
20 積分器
30 コントローラ
100 実回路
200 同一次元オブザーバ
101、201 状態行列A
102、202 入力行列B
103、203 出力行列C
104、204 直達行列D
105、205 積分演算子
106、206 加算演算子
107、207 加算演算子
208 減算演算子
209 補正行列L
301A、301B 出力段
302 出力加算部
303 出力平滑部
304 帰還電圧生成部
305 差分入力部
306 制御器
307A、307B 駆動部
309A、309B 増幅器
310A、310B 信号調整部
311 加算器
312 1/2減衰器
313A、313B 減算器
314A、314B 補償器
315A、315B 信号調整部
n1〜n4、n4(1)、n4(2) ノード
Claims (12)
- スイッチ素子をオン/オフさせてインダクタを駆動することにより入力電圧から出力電圧を生成して負荷に供給するスイッチ出力段と、
前記インダクタの両端間電圧を積分して前記インダクタに流れるインダクタ電流の予測値を算出する積分器と、
前記インダクタ電流の予測値を用いて前記スイッチ出力段を駆動するコントローラと、
を有することを特徴とする電力変換装置。 - 前記積分器は、前記インダクタ電流の予測値を用いて算出される前記出力電圧の予測値と実測値との差分値に応じて前記積分器の入力値を補正するオブザーバの一部であることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記コントローラは、前記インダクタ電流の予測値を用いて電流モード制御を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記スイッチ出力段の相数はn(ただしnは2以上の整数)であり、
前記積分器は、各相のスイッチ電圧の実測値に基づいて各相のインダクタ電流それぞれの予測値を個別に算出することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記コントローラは、前記各相のインダクタ電流それぞれの予測値を用いて電流平衡制御を行うことを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。
- 前記コントローラは、前記電流平衡制御の際に、前記各相のインダクタ電流それぞれの予測値に応じた電流帰還信号とその平均値との誤差を導出し、各相毎に前記誤差の積分値を用いて前記電流帰還信号を調整することを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。
- 前記コントローラは、n相の前記スイッチ出力段を360°/nの位相差で駆動することを特徴とする請求項8〜請求項10のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記負荷は、充電可能な二次電池であることを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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