JP2022039145A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

To provide a power conversion device capable of continuing power conversion with stability even if an overcurrent or an overvoltage occurs.SOLUTION: A controller 50 of a power conversion device 100 derives a control amount by using a setting control gain ω to control an AC/DC converter 10 so that a current detected by detectors 15 and 16 follows a current command value in the AC/DC converter 10, on the basis of a deviation between the current command value and the detected current. When at least one of detected current and voltage is less than a first threshold Ith, Vth that is set corresponding to each of them, a first gain ω1 is used as the control gain ω, and when at least one of the detected current and voltage is equal to or more than the first threshold Ith, Vth, a second gain ω2 larger than the first gain ω1 is used as the control gain ω.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。 The present application relates to a power conversion device.

従来より、交流を直流に変換する、もしくは、直流を交流に変換する電力変換器を備えた電力変換装置において、交流系統に高調波が重畳される事等による過電流が生じた場合に、電力変換動作が不安定となり動作継続ができなく場合が生じるという問題があった。このような問題を解決するために、例えば、以下のような構成の電力変換装置が開示されている。 Conventionally, in a power converter equipped with a power converter that converts alternating current to direct current or direct current to direct current, power is generated when an overcurrent occurs due to harmonics being superimposed on the alternating current system. There is a problem that the conversion operation becomes unstable and the operation cannot be continued. In order to solve such a problem, for example, a power conversion device having the following configuration is disclosed.

即ち、従来の電力変換装置は、半導体スイッチ素子と直流コンデンサとから成る変換器セルを複数直列接続したレグ回路を交流の各相に備えて、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置とを備える。制御装置は、各アームに流れる過電流の有無を検出する過電流検出部を備える。制御装置は、過電流検出部により過電流を検出すると、PI制御などの制御ゲインを調整して制御応答をあげる相電圧バランス制御、循環電流を制御する制御ゲインを直流コンデンサの電圧がバランスする方向に調整する制御、を行う。交流系統の不具合により過電流が生じた場合でもこのように制御ゲインを調整することで、変換器セルの直流コンデンサの電圧を安定化させて連鎖的な過電流の発生を抑制し、継続して電力供給を行う(例えば、特許文献1参照)。 That is, the conventional power conversion device is provided with a leg circuit in which a plurality of converter cells composed of a semiconductor switch element and a DC capacitor are connected in series in each phase of AC, and power conversion is performed between AC and DC. It includes a device and a control device that controls this power converter. The control device includes an overcurrent detection unit that detects the presence or absence of an overcurrent flowing through each arm. When the control device detects an overcurrent with the overcurrent detector, the phase voltage balance control that adjusts the control gain such as PI control to raise the control response, and the control gain that controls the circulating current are balanced by the voltage of the DC capacitor. Control to adjust to. Even if an overcurrent occurs due to a malfunction of the AC system, by adjusting the control gain in this way, the voltage of the DC capacitor of the converter cell is stabilized, the generation of chained overcurrent is suppressed, and it continues. Power is supplied (see, for example, Patent Document 1).

特許6274447号公報Japanese Patent No. 6274447

しかしながら、上記のような対策方法では、過電流となった電流の目標電流値への追従性が悪くなることがあり、電力変換装置が安定して動作継続できなくなる場合があるという課題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、過電流が生じた場合でも、安定して電力変換動作を継続できる電力変換装置を提供することを目的とする。
However, with the above-mentioned countermeasure method, there is a problem that the followability of the overcurrent current to the target current value may be deteriorated, and the power conversion device may not be able to continue the operation stably. ..
The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and an object of the present application is to provide a power conversion device capable of stably continuing a power conversion operation even when an overcurrent occurs.

本願に開示される電力変換装置は、
半導体スイッチング素子とインダクタンス成分とを有して、交流と直流との間で電力変換を行うAC/DCコンバータ部と、
前記AC/DCコンバータ部における電流、電圧の少なくとも一方を検出する検出部と、前記AC/DCコンバータ部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流の指令値と、前記検出部によって検出された前記電流との偏差に基づいて、検出された前記電流が前記指令値に追従するように、設定された制御ゲインを用いて制御量を導出して前記AC/DCコンバータ部の前記半導体スイッチング素子を制御し、
検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が、それぞれ対応して設定される第1閾値未満では、前記制御ゲインとして第1ゲインを用い、検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上では、前記制御ゲインとして前記第1ゲインよりも大きい第2ゲインを用いる、
ものである。
The power converter disclosed in the present application is
An AC / DC converter unit that has a semiconductor switching element and an inductance component and performs power conversion between alternating current and direct current.
A detection unit that detects at least one of a current and a voltage in the AC / DC converter unit and a control unit that controls the AC / DC converter unit are provided.
The control unit
Based on the deviation between the command value of the current and the current detected by the detection unit, the control amount is derived using the control gain set so that the detected current follows the command value. Then, the semiconductor switching element of the AC / DC converter unit is controlled.
When at least one of the detected current and voltage is less than the first threshold value set correspondingly, the first gain is used as the control gain, and at least one of the detected current and voltage is the first threshold value. In the above, the second gain larger than the first gain is used as the control gain.
It is a thing.

本願に開示される電力変換装置によれば、過電流が生じた場合でも、安定して電力変換を継続できる。 According to the power conversion device disclosed in the present application, power conversion can be stably continued even when an overcurrent occurs.

実施の形態1による電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the power conversion apparatus by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置の制御部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the control part of the power conversion apparatus by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置の制御部のゲイン設定部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the gain setting part of the control part of the power conversion apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置の制御部のゲイン設定部のゲインの特性を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the characteristic of the gain of the gain setting part of the control part of the power conversion apparatus by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置のフィードバック制御系の伝達関数の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transfer function of the feedback control system of the power conversion apparatus by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置のフィードバック制御系の伝達関数の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the transfer function of the feedback control system of the power conversion apparatus by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置において、過電流を判定するための閾値決定方法を説明する図である。It is a figure explaining the threshold value determination method for determining an overcurrent in the power conversion apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置の制御部のハードウエア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware composition of the control part of the power conversion apparatus according to Embodiment 1. FIG.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1による電力変換装置100の概略構成を示すブロック図である。
電力変換装置100は、交流を直流に変換するAC/DCコンバータ部10と、このAC/DCコンバータ部10を制御する制御部50とを備え、交流と直流との間で電力変換を行う。電力変換装置100の交流側は、商用交流系統などの交流電源1に接続され、直流側はバッテリなどの負荷2に接続される。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the power conversion device 100 according to the first embodiment.
The power conversion device 100 includes an AC / DC converter unit 10 that converts alternating current into direct current, and a control unit 50 that controls the AC / DC converter unit 10, and performs power conversion between alternating current and direct current. The AC side of the power conversion device 100 is connected to an AC power supply 1 such as a commercial AC system, and the DC side is connected to a load 2 such as a battery.

AC/DCコンバータ部10は、整流回路としてのダイオードブリッジ11と、限流回路としてのリアクトル12と、半導体スイッチング素子13と、整流ダイオード14とを備える。
本実施の形態では、半導体スイッチング素子13には、ソース、ドレイン間にダイオードが内蔵されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transister)が使用される。
The AC / DC converter unit 10 includes a diode bridge 11 as a rectifier circuit, a reactor 12 as a current limiting circuit, a semiconductor switching element 13, and a rectifier diode 14.
In the present embodiment, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) having a diode built in between the source and the drain is used for the semiconductor switching element 13.

ダイオードブリッジ11は、ダイオード素子で構成されて、交流電源1からの交流を直流に整流する。ダイオードブリッジ11の出力は、リアクトル12の第1端に接続される。リアクトル12の第2端には、半導体スイッチング素子13のドレイン端子と、整流ダイオード14のアノード端子とが接続される。整流ダイオード14のカソード端子は、出力段の負荷2の第1端に接続される。また、半導体スイッチング素子13のソース端子は、負荷2の第2端に接続される。 The diode bridge 11 is composed of a diode element and rectifies alternating current from the alternating current power supply 1 to direct current. The output of the diode bridge 11 is connected to the first end of the reactor 12. The drain terminal of the semiconductor switching element 13 and the anode terminal of the rectifying diode 14 are connected to the second end of the reactor 12. The cathode terminal of the rectifying diode 14 is connected to the first end of the load 2 in the output stage. Further, the source terminal of the semiconductor switching element 13 is connected to the second end of the load 2.

更に電力変換装置100は、ダイオードブリッジ11の入力側に、交流電源1に直列に接続されて交流電源1からの入力電流Iinを検出する検出部としての入力電流検出回路(SI1)16と、交流電源1に並列に接続されて入力電圧Vinを検出する検出部としての入力電圧検出回路(SV1)15と、を備える。更に電力変換装置100は、負荷2と並列に接続されて、AC/DCコンバータ部10の出力電圧である直流電圧Vdcを検出する検出部としての直流電圧検出回路(SV2)17を備える。
これら設定箇所に設けられた入力電流検出回路16、入力電圧検出回路15、直流電圧検出回路17により検出された検出値Iin、Vin、Vdcは、それぞれ制御部50へ入力される。
Further, the power conversion device 100 is connected to the input side of the diode bridge 11 in series with the AC power supply 1 and has an AC current detection circuit (SI1) 16 as a detection unit for detecting the input current Iin from the AC power supply 1. It is provided with an input voltage detection circuit (SV1) 15 as a detection unit connected in parallel to the power supply 1 to detect the input voltage Vin. Further, the power conversion device 100 is connected in parallel with the load 2 and includes a DC voltage detection circuit (SV2) 17 as a detection unit for detecting the DC voltage Vdc which is the output voltage of the AC / DC converter unit 10.
The detection values Iin, Vin, and Vdc detected by the input current detection circuit 16, the input voltage detection circuit 15, and the DC voltage detection circuit 17 provided at these setting points are input to the control unit 50, respectively.

AC/DCコンバータ部10は、制御部50により、これら入力される検出値Iin、Vin、Vdcを用いて設定周期で半導体スイッチング素子13をオン、オフ制御するPWM(Pulse Width Modulation)制御を行うことにより、限流用のリアクトル12に流れる電流を、交流電圧に同期する波形となるように高力率に制御しながら電圧を昇圧して直流電力に変換する昇圧型高力率コンバータである。 The AC / DC converter unit 10 performs PWM (Pulse Voltage Modulation) control in which the control unit 50 controls the semiconductor switching element 13 to be turned on and off at a set cycle using these input detection values Iin, Vin, and Vdc. This is a boosted high power factor converter that boosts the voltage and converts it into DC power while controlling the current flowing through the reactor 12 for current limiting to a high power factor so that the waveform is synchronized with the AC voltage.

次に、制御部50の構成について説明する。
図2は、実施の形態1による電力変換装置100の制御部50の概略構成を示すブロック図である。
制御部50にはマイコンが使用されている。制御部50は、電流判定部20と、電圧判定部21と、OR回路22と、ゲイン設定部30と、PI制御器23と、ゲート信号生成器24とを備える。
Next, the configuration of the control unit 50 will be described.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a control unit 50 of the power conversion device 100 according to the first embodiment.
A microcomputer is used for the control unit 50. The control unit 50 includes a current determination unit 20, a voltage determination unit 21, an OR circuit 22, a gain setting unit 30, a PI controller 23, and a gate signal generator 24.

電流判定部20は、入力電流Iinの絶対値が電流判定用の第1閾値Ith以上であるかを判定して判定結果である信号20Aを出力する。電圧判定部21は、入力電圧Vinの絶対値が電圧判定用の第1閾値Vth以上であるかを判定して判定結果である信号21Aを出力する。電流判定部20および電圧判定部21は、入力電流Iin、入力電圧Vinがそれぞれの第1閾値Ith、Vth以上の場合には信号20A、21AとしてHiを出力し、第1閾値Ith、Vth未満の場合にはLoを出力する。 The current determination unit 20 determines whether the absolute value of the input current Iin is equal to or higher than the first threshold value Is for current determination, and outputs the signal 20A which is the determination result. The voltage determination unit 21 determines whether the absolute value of the input voltage Vin is equal to or higher than the first threshold value Vth for voltage determination, and outputs the signal 21A which is the determination result. The current determination unit 20 and the voltage determination unit 21 output Hi as signals 20A and 21A when the input current Iin and the input voltage Vin are equal to or higher than the first threshold values Is and Vth, respectively, and are less than the first threshold values Is and Vth. In that case, Lo is output.

OR回路22は、電流判定部20からの信号20Aと、電圧判定部21からの信号21Aと、の論理和を判定信号22Aとして出力する。
この判定信号22Aは、入力電流Iinの絶対値、入力電圧Vinの絶対値、の少なくとも一方がそれぞれ対応する第1閾値Ith、Vth以上である場合にHiとなる。また、判定信号22Aは、入力電流Iinの絶対値および入力電圧Vinの絶対値の両方が、それぞれ対応する第1閾値Ith、Vth未満である場合にLoとなる。
The OR circuit 22 outputs the logical sum of the signal 20A from the current determination unit 20 and the signal 21A from the voltage determination unit 21 as the determination signal 22A.
The determination signal 22A becomes Hi when at least one of the absolute value of the input current Iin and the absolute value of the input voltage Vin is equal to or higher than the corresponding first threshold values Is and Vth, respectively. Further, the determination signal 22A becomes Lo when both the absolute value of the input current Iin and the absolute value of the input voltage Vin are less than the corresponding first threshold values Is and Vth, respectively.

ゲイン設定部30は、OR回路22からの判定信号22Aと、入力電流Iinの絶対値|Iin|と、入力電圧Vinの絶対値|Vin|と、を入力として後段のPI制御器23において用いる制御ゲインとしてのゲインωを出力する。
PI制御器23は、入力電流Iinの検出値と入力電流Iinの電流指令値Iin*との偏差ΔIinと、ゲイン設定部30からのゲインωと、を入力とし、これら入力に基づいて比例積分(Proportional-Integral)制御を行う。PI制御器23は、このPI制御の制御量に基づくリアクトル12の印加電圧の目標電圧VLinを出力する。
ゲート信号生成器24は、PI制御器23からのリアクトル12の印加電圧の目標電圧VLinと、検出された入力電圧Vinと、検出された直流電圧Vdcと、に基づいて、半導体スイッチング素子13を駆動するためのゲート信号Gを生成して出力する。
The gain setting unit 30 uses the determination signal 22A from the OR circuit 22, the absolute value | Iin | of the input current Iin, and the absolute value | Vin | of the input voltage Vin as inputs to be used in the subsequent PI controller 23. The gain ω as the gain is output.
The PI controller 23 takes as inputs the deviation ΔIin between the detected value of the input current Iin and the current command value Iin * of the input current Iin, and the gain ω from the gain setting unit 30, and proportionally integrates (proportionally integrates) based on these inputs. Proportional-Integral) control is performed. The PI controller 23 outputs the target voltage VLin of the applied voltage of the reactor 12 based on the control amount of the PI control.
The gate signal generator 24 drives the semiconductor switching element 13 based on the target voltage VLin of the voltage applied to the reactor 12 from the PI controller 23, the detected input voltage Vin, and the detected DC voltage Vdc. A gate signal G is generated and output.

次に、PI制御器23のPI制御において用いられ、ゲイン設定部30により生成されるゲインωの生成方法について、ゲイン設定部30の構成と共に図3、図4を用いて説明する。
図3は、図2に示した制御部50のゲイン設定部30の概略構成を示すブロック図である。
図4は、図2に示したPI制御器23のPI制御において用いられるゲインωの特性を示す図である。
図4において、横軸は入力電流Iinの絶対値|Iin|を示し、縦軸はゲインωを示す。なお、横軸を入力電圧Vinとしてもゲインωの特性は同じであるため、入力電圧Vinに対するゲインωの特性の図示は省略する。
Next, a method of generating the gain ω used in the PI control of the PI controller 23 and generated by the gain setting unit 30 will be described with reference to FIGS. 3 and 4 together with the configuration of the gain setting unit 30.
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the gain setting unit 30 of the control unit 50 shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the gain ω used in the PI control of the PI controller 23 shown in FIG.
In FIG. 4, the horizontal axis represents the absolute value | Iin | of the input current Iin, and the vertical axis represents the gain ω. Since the characteristics of the gain ω are the same even when the horizontal axis is the input voltage Vin, the illustration of the characteristics of the gain ω with respect to the input voltage Vin is omitted.

図3に示すように、ゲイン設定部30は、制御量設定部31と、加算器32とを備える。
制御量設定部31は、OR回路からの判定信号22Aと、入力電流Iinの絶対値|Iin|と、入力電圧Vinの絶対値|Vin|と、を入力として、ゲインωを調整するための調整量Δωを生成する。生成された調整量Δωは、予め設定された一定の値の第1ゲインω1に対し加算器32により加算され、第2ゲインω2の値を有するゲインωが生成される。
As shown in FIG. 3, the gain setting unit 30 includes a control amount setting unit 31 and an adder 32.
The control amount setting unit 31 adjusts the gain ω by inputting the determination signal 22A from the OR circuit, the absolute value | Iin | of the input current Iin, and the absolute value | Vin | of the input voltage Vin. Generate the quantity Δω. The generated adjustment amount Δω is added by the adder 32 to the first gain ω1 having a predetermined constant value, and a gain ω having a value of the second gain ω2 is generated.

図4にて実線にて示す第2ゲインω2を線形近似した式を、ω2=A×|Iin|+B(A、Bは任意の係数)とすると、前述のようにω2=ω1+Δωより、Δω=ω2-ω1=A×|Iin|+B-ω1となる。即ち、第2ゲインω2と第1ゲインω1の差分量を示す調整量Δωは、入力電流Iinの絶対値|Iin|が大きくなるに伴って漸増する値に設定される。 Assuming that the equation obtained by linearly approximating the second gain ω2 shown by the solid line in FIG. 4 is ω2 = A × | Iin | + B (A and B are arbitrary coefficients), Δω = from ω2 = ω1 + Δω as described above. ω2-ω1 = A × | Iin | + B-ω1. That is, the adjustment amount Δω indicating the difference between the second gain ω2 and the first gain ω1 is set to a value that gradually increases as the absolute value | Iin | of the input current Iin increases.

図3に示す制御量設定部31は、OR回路からの判定信号22AがHiの時、即ち、入力電流Iin、入力電圧Vinの少なくとも一方が過電圧、過電流の状態の時に、この入力電流Iin、入力電圧Vinの絶対値が大きくなるに伴い漸増する値の調整量Δωを出力する。こうして、ゲイン設定部30は、入力電流Iin、入力電圧Vinの少なくとも一方が過電圧、過電流の状態の時に、図4に示したように、入力電流Iin、入力電圧Vinの絶対値が大きくなるに伴い漸増する第2ゲインω2の値を有するゲインωを生成して出力する。 The control amount setting unit 31 shown in FIG. 3 has an input current Iin, when the determination signal 22A from the OR circuit is Hi, that is, when at least one of the input current Iin and the input voltage Vin is in an overvoltage or overcurrent state. The adjustment amount Δω of the value that gradually increases as the absolute value of the input voltage Vin increases is output. In this way, when at least one of the input current Iin and the input voltage Vin is in the overvoltage and overcurrent states, the gain setting unit 30 increases the absolute values of the input current Iin and the input voltage Vin as shown in FIG. A gain ω having a value of the second gain ω2 that gradually increases with it is generated and output.

一方、制御量設定部31は、OR回路からの判定信号22AがLoの時、即ち、入力電流Iinおよび入力電圧Vinが過電圧、過電流の状態でない時は、調整量Δωを0とする。よって、ゲイン設定部30は、入力電流Iinおよび入力電圧Vinが過電圧、過電流の状態でない時は、予め設定された一定の値である第1ゲインω1の値を有するゲインωを出力する。
このように第1ゲインω1あるいは第2ゲインω2の値に設定されたゲインωは、図2に示すPI制御器23に入力され、PI制御において用いられる。
On the other hand, the control amount setting unit 31 sets the adjustment amount Δω to 0 when the determination signal 22A from the OR circuit is Lo, that is, when the input current Iin and the input voltage Vin are not in the overvoltage or overcurrent state. Therefore, when the input current Iin and the input voltage Vin are not in the overvoltage or overcurrent state, the gain setting unit 30 outputs the gain ω having the value of the first gain ω1 which is a preset constant value.
The gain ω set to the value of the first gain ω1 or the second gain ω2 in this way is input to the PI controller 23 shown in FIG. 2 and used in the PI control.

次に、交流電源1に高調波電圧が重畳された場合、即ち、入力電流Iinが過電流となった場合の制御部50の動作を説明する。
図2を用いて説明したように、制御部50は、入力電流Iinの電流指令値Iin*と入力電流Iinとの偏差ΔIinをフィードバック量としてPI制御器23にて比例積分(PI)制御し、リアクトル12の印加電圧の目標値である目標電圧VLinを生成する。そしてその後、制御部50は、目標電圧VLinを用いてゲート信号生成器24でゲート信号Gを生成している。
Next, the operation of the control unit 50 when the harmonic voltage is superimposed on the AC power supply 1, that is, when the input current Iin becomes an overcurrent will be described.
As described with reference to FIG. 2, the control unit 50 controls proportional integration (PI) with the PI controller 23 using the deviation ΔIin between the current command value Iin * of the input current Iin and the input current Iin as the feedback amount. A target voltage VLin, which is a target value of the applied voltage of the reactor 12, is generated. After that, the control unit 50 generates the gate signal G by the gate signal generator 24 using the target voltage VLin.

ここで、半導体スイッチング素子13が任意のデューティ比D1で動作する場合、半導体スイッチング素子13のスイッチング周期の1周期分について、AC/DCコンバータ部10の出力の直流電圧Vdc、入力電圧Vin、目標電圧VLinの関係は、以下の(式1)であらわされる。
Vin=VLin+Vdc(1-D1) ・・・(式1)
Here, when the semiconductor switching element 13 operates at an arbitrary duty ratio D1, the DC voltage Vdc, the input voltage Vin, and the target voltage of the output of the AC / DC converter unit 10 for one cycle of the switching cycle of the semiconductor switching element 13 The relationship of VLin is expressed by the following (Equation 1).
Vin = VLin + Vdc (1-D1) ... (Equation 1)

ゲート信号生成器24は、上記(式1)に基づく以下の(式2)に従ってデューティ比D1を演算し、デューティ比D1に従って半導体スイッチング素子13をPWM制御するゲート信号Gを生成し、半導体スイッチング素子13へ出力する。
D1=1-(Vin-VLin)/Vdc ・・・(式2)
The gate signal generator 24 calculates the duty ratio D1 according to the following (Equation 2) based on the above (Equation 1), generates a gate signal G for PWM control of the semiconductor switching element 13 according to the duty ratio D1, and generates a semiconductor switching element. Output to 13.
D1 = 1- (Vin-VLin) / Vdc ... (Equation 2)

制御部50は、入力電流Iinが第1閾値Ith未満の過電流でない定常範囲内である場合は、前述のようにゲインωとして第1ゲインω1を用いてPI制御を行う。
交流電源1に高調波電圧が重畳し、入力電流Iinの絶対値が上昇して第1閾値Ith以上になると、電流判定部20はHiを出力する。これによりOR回路22が出力する判定信号22AがLoからHiに変わる。ゲイン設定部30は、この判定信号22Aを受けて、入力電流Iinの絶対値の大きさに応じた第2ゲインω2の値を有するゲインωをPI制御器23に対して出力する。こうしてPI制御器23において用いられるゲインωは第1ゲインω1から第2ゲインω2に設定される。
When the input current Iin is within a steady range that is not an overcurrent less than the first threshold value Is, the control unit 50 performs PI control using the first gain ω1 as the gain ω as described above.
When the harmonic voltage is superimposed on the AC power supply 1 and the absolute value of the input current Iin rises to be equal to or higher than the first threshold value Is, the current determination unit 20 outputs Hi. As a result, the determination signal 22A output by the OR circuit 22 changes from Lo to Hi. Upon receiving this determination signal 22A, the gain setting unit 30 outputs a gain ω having a value of the second gain ω2 corresponding to the magnitude of the absolute value of the input current Iin to the PI controller 23. In this way, the gain ω used in the PI controller 23 is set from the first gain ω1 to the second gain ω2.

PI制御器23により、第1ゲインω1よりも大きい値の第2ゲインω2を用いたPI制御が行われることにより、入力電流Iinと電流指令値Iin*との偏差が小さくなり、電流指令値Iin*に対する入力電流Iinの追従性が向上する。こうして、交流電源1に高調波が重畳したとき等の入力電流の急峻な変化に対しても、迅速に入力電流Iinを電流指令値Iin*に追従させてその上昇を抑制し、過電流が発生することを抑制できる。 By performing PI control using the second gain ω2 having a value larger than the first gain ω1 by the PI controller 23, the deviation between the input current Iin and the current command value Iin * becomes smaller, and the current command value Iin becomes smaller. The followability of the input current Iin to * is improved. In this way, even for a sudden change in the input current such as when a harmonic is superimposed on the AC power supply 1, the input current Iin is quickly made to follow the current command value Iin * to suppress the increase, and an overcurrent is generated. Can be suppressed.

次に、第2ゲインω2の値の設定方法について説明する。
制御部50の制御対象であるリアクトル12のインダクタンス成分のインダクタンス値をL1、直列抵抗値をR1とすると、リアクトル12の伝達関数は以下の(式3)であらわされる。
Next, a method of setting the value of the second gain ω2 will be described.
Assuming that the inductance value of the inductance component of the reactor 12 to be controlled by the control unit 50 is L1 and the series resistance value is R1, the transfer function of the reactor 12 is expressed by the following (Equation 3).

Figure 2022039145000002
Figure 2022039145000002

リアクトル12の伝達関数より、リアクトル12のボード線図におけるゲイン線図の折れ点周波数はR1/L1[rad/sec]となり、位相線図はR1/L1[rad/sec]を境に0度から-90度に位相が回るグラフとなる。
リアクトル12にI11の大きさの電流が流れる時のインダクタンス値をL11とする。また、リアクトル12にこのI11より大きい値のI12の大きさの電流が流れるときのインダクタンス値をL12とする。この場合、リアクトル12は直流重畳特性より、大きな電流が流れるとインダクタンス値が小さくなる特性があるので、I11<I12のとき、L11>L12となる。そのため、R1/L11<R1/L12より、電流I11より大きい電流I12が流れた時の方が、折れ点周波数及び位相が回る周波数が高くなる。
From the transfer function of the reactor 12, the break point frequency of the gain diagram in the Bode diagram of the reactor 12 is R1 / L1 [rad / sec], and the phase diagram is from 0 degrees with R1 / L1 [rad / sec] as the boundary. The graph turns in phase at -90 degrees.
Let L11 be the inductance value when a current of the magnitude of I11 flows through the reactor 12. Further, the inductance value when a current having a magnitude of I12, which is larger than I11, flows through the reactor 12, is defined as L12. In this case, since the reactor 12 has a characteristic that the inductance value becomes smaller when a larger current flows than the DC superimposition characteristic, L11> L12 when I11 <I12. Therefore, when the current I12 larger than the current I11 flows than R1 / L11 <R1 / L12, the break point frequency and the frequency at which the phase turns are higher.

フィードバック制御系において比例積分制御を行うPI制御と、リアクトル12の伝達関数とを基に作成したボード線図の開ループ特性において、リアクトル12のインダクタンスがL11のときの伝達関数の周波数特性を示すボード線図を図5に、インダクタンスがL12のときの伝達関数の周波数特性を示すボード線図を図6に示す。
図5は、実施の形態1によるリアクトル12のインダクタンスがL11のときの開ループ特性のボード線図である。
図6は、実施の形態1によるリアクトル12のインダクタンスがL12のときの開ループ特性のボード線図である。
A board showing the frequency characteristics of the transfer function when the inductance of the reactor 12 is L11 in the open loop characteristics of the board diagram created based on the PI control that performs proportional integral control in the feedback control system and the transfer function of the reactor 12. A diagram is shown in FIG. 5, and a Bode diagram showing the frequency characteristics of the transfer function when the inductance is L12 is shown in FIG.
FIG. 5 is a Bode diagram of the open loop characteristic when the inductance of the reactor 12 according to the first embodiment is L11.
FIG. 6 is a Bode diagram of the open loop characteristic when the inductance of the reactor 12 according to the first embodiment is L12.

ここで位相余裕は、ゲインが0dBとなるゲイン交差周波数における位相と-180度との位相の差分量であり、AC/DCコンバータ部10の動作の安定性確保に必要な位相余裕をPnとする。ゲイン余裕は、位相が-180度となる位相交差周波数におけるゲインと0dBとのゲインの差分量であり、AC/DCコンバータ部10の動作の安定性確保に必要なゲイン余裕をGnとする。
上記を踏まえて、図5においてインダクタンス値がL11のときのゲイン余裕をG1、位相余裕をP1とする。また、図6においてインダクタンス値がL12のときのゲイン余裕をG2、位相余裕をP2とする。この場合、前述のとおり、I11より大きいI12の値の電流が流れた時の方が、折れ点周波数及び位相が回る周波数が高くなるので、P1<P2、G1<G2となる。
Here, the phase margin is the amount of difference in phase between the phase and −180 degrees at the gain intersection frequency at which the gain is 0 dB, and the phase margin required for ensuring the operational stability of the AC / DC converter unit 10 is Pn. .. The gain margin is the difference between the gain and the gain at 0 dB at the phase crossing frequency at which the phase is −180 degrees, and the gain margin required for ensuring the operational stability of the AC / DC converter unit 10 is Gn.
Based on the above, in FIG. 5, the gain margin is G1 and the phase margin is P1 when the inductance value is L11. Further, in FIG. 6, when the inductance value is L12, the gain margin is G2 and the phase margin is P2. In this case, as described above, when a current having a value of I12 larger than I11 flows, the breaking point frequency and the frequency at which the phase turns are higher, so that P1 <P2 and G1 <G2.

制御設計時にはどのような条件でもAC/DCコンバータ部の動作の安定性が確保できるように、位相余裕およびゲイン余裕が小さくより厳しい条件であるリアクトル12のインダクタンスが大きい(入力電流Iinが小さい)条件、つまりリアクトル12の直流重畳特性を考慮して最大のインダクタンス値における条件でのゲインを、第1ゲインω1に設定する。そのため、第1ゲインω1をP1=Pn、G1≧Gn(又はP1≧Pn、G1=Gn)が確保できる値に設定する。 At the time of control design, the inductance of the reactor 12 is large (input current Iin is small), which is a stricter condition with a small phase margin and gain margin so that the operational stability of the AC / DC converter can be ensured under any conditions. That is, the gain under the condition at the maximum inductance value is set to the first gain ω1 in consideration of the DC superimposition characteristic of the reactor 12. Therefore, the first gain ω1 is set to a value that can secure P1 = Pn, G1 ≧ Gn (or P1 ≧ Pn, G1 = Gn).

この場合、リアクトル12に流れる電流が大きいI12の時には、P2>Pn、G2>Gnとなり、必要な位相余裕、ゲイン余裕よりも大きな位相余裕、ゲイン余裕が確保できるので、第2ゲインω2は第1ゲインω1よりも大きな値に設定可能である。即ち、図4に示したように、入力電流Iinの絶対値|Iin|が大きくなるに伴って漸増する第2ω2の値を有するゲインωが設定可能となる。 In this case, when the current flowing through the reactor 12 is large I12, P2> Pn and G2> Gn, and the required phase margin, the phase margin larger than the gain margin, and the gain margin can be secured, so that the second gain ω2 is the first. It can be set to a value larger than the gain ω1. That is, as shown in FIG. 4, a gain ω having a second ω2 value that gradually increases as the absolute value | Iin | of the input current Iin increases can be set.

ここで、第2ゲインω2の値は、P2=Pn、G2≧Gn(又はP2≧Pn、G2=Gn)が確保できる上限値とする。即ち、第2ゲインω2は、第1ゲインω1よりも大きい値に設定しつつ、且つ、その値が、入力電流Iinが第1閾値Ith以上である場合の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される上限値を超えないように設定する。 Here, the value of the second gain ω2 is an upper limit value at which P2 = Pn and G2 ≧ Gn (or P2 ≧ Pn and G2 = Gn) can be secured. That is, the second gain ω2 is set to a value larger than the first gain ω1, and the value is the gain margin and the gain margin at the phase crossing frequency of the frequency characteristic when the input current Iin is equal to or larger than the first threshold Is. It is set so as not to exceed the upper limit value at which the phase margin at the gain tolerance frequency is secured.

また、リアクトル12の電圧電流の関係式である以下の(式4)より、入力電圧Vinが大きいほど、入力電流Iinは大きくなる。
V=L×di/dt (V:リアクトル12にかかる電圧、i:リアクトル12に流れる電流、L:リアクトル12のインダクタンス) ・・・(式4)
よって、入力電圧Vinに対する第2ゲインω2の設定方法は、上記の入力電流Iinに対する第2ゲインω2の値の設定方法と同様である。
Further, from the following (Equation 4), which is a relational expression of the voltage and current of the reactor 12, the larger the input voltage Vin, the larger the input current Iin.
V = L × di / dt (V: voltage applied to the reactor 12, i: current flowing through the reactor 12, L: inductance of the reactor 12) ... (Equation 4)
Therefore, the method of setting the second gain ω2 with respect to the input voltage Vin is the same as the method of setting the value of the second gain ω2 with respect to the input current Iin.

以上のように、本実施の形態のAC/DCコンバータ部10は、入力電流Iinの絶対値あるいは入力電圧Vinの絶対値が大きくなるに伴い漸増する値を有するゲインωをPI制御において用いることで、迅速に入力電流Iinを指令値に追従させて過電流を抑制できると共に、設定されるゲインωの値を、必要な位相余裕、ゲイン余裕を確保できる値とすることで、電力変換装置100の安定した動作継続運転が可能になる。 As described above, the AC / DC converter unit 10 of the present embodiment uses the gain ω having a value gradually increasing as the absolute value of the input current Iin or the absolute value of the input voltage Vin increases in the PI control. The input current Iin can be quickly made to follow the command value to suppress the overcurrent, and the set gain ω value can be set to a value that can secure the required phase margin and gain margin, whereby the power conversion device 100 can be used. Stable operation Continuous operation becomes possible.

また、「ゲイン余裕G1」=「安定限界値であるゲイン余裕Gn」、「位相余裕P1」=「安定限界値である位相余裕Pn」、となるように第1ゲインω1の値を設定すれば、高い値のゲインがPI制御において用いるゲインωのディフォルトとなる。この場合、入力電流Iinが上昇して第1閾値Ith以上となってから、ゲインωに第2ゲインω2が設定されるまでの間において、高い値のゲインを有する第1ゲインω1が用いられるため、入力電流Iinのピークをより抑制できる。また、入力電流Iinの力率制御において、交流電圧Vacに同期する正弦波への追従性がより高くなるため、高力率の力率制御が可能となる。これにより、更に安定した電力変換装置の動作継続運転が可能となる。
なお、ゲイン余裕G1または位相余裕P1の内、安定限界値に設定される方は、余裕がより制約される方とすればよい。
Further, if the value of the first gain ω1 is set so that "gain margin G1" = "gain margin Gn which is the stability limit value" and "phase margin P1" = "phase margin Pn which is the stability limit value". , A high gain is the default gain ω used in PI control. In this case, since the first gain ω1 having a high gain value is used from the time when the input current Iin rises to the first threshold value Is or more and the time when the second gain ω2 is set to the gain ω. , The peak of the input current Iin can be further suppressed. Further, in the power factor control of the input current Iin, the followability to the sine wave synchronized with the AC voltage Vac becomes higher, so that the power factor control of the high power factor becomes possible. This enables more stable continuous operation of the power conversion device.
Of the gain margin G1 and the phase margin P1, the one set to the stability limit value may be the one in which the margin is more restricted.

また、リアクトル12が最大のインダクタンス値となる電流I11の最小値として、例えば、電力変換装置100が一般的な商用の交流系統に接続される場合では、この交流系統100Vの定格電流(実効値15A)の波高値以下となる20A以下(0A~20A)の値を想定すればよい。このようにリアクトル12が最大のインダクタンス値となり動作安定性が最も低下する条件となる最小の電流I11の値を、電力変換装置100の適用条件に応じて想定して設定することで、どのような入力条件においても電力変換装置100の動作安定性を確保できる。 Further, as the minimum value of the current I11 in which the reactor 12 has the maximum inductance value, for example, when the power conversion device 100 is connected to a general commercial AC system, the rated current (effective value 15A) of the AC system 100V is used. ), Which is equal to or less than the peak value of 20A or less (0A to 20A). In this way, by setting the value of the minimum current I11, which is the condition where the reactor 12 becomes the maximum inductance value and the operation stability is the lowest, according to the application conditions of the power conversion device 100, what kind of method is used. The operational stability of the power conversion device 100 can be ensured even under the input conditions.

次に、入力電流Iinが過電流であるかを判定するための電流判定部20における第1閾値Ithの設定方法の一例について図7を用いて説明する。
図7は、本実施の形態の制御部50において、ゲイン設定部30により上記ゲインωの値の調整が行われていない際に、交流電源1の電圧に許容すべき高調波の最大値を重畳した際の入力電流Iinの波形を示す図である。
Next, an example of a method of setting the first threshold value Is in the current determination unit 20 for determining whether the input current Iin is an overcurrent will be described with reference to FIG. 7.
FIG. 7 shows that in the control unit 50 of the present embodiment, the maximum value of the harmonics to be allowed is superimposed on the voltage of the AC power supply 1 when the value of the gain ω is not adjusted by the gain setting unit 30. It is a figure which shows the waveform of the input current Iin at the time of this.

図7より、入力電流IinがAC/DCコンバータ部10の定格動作範囲を超えて過電流値Iocとなるタイミングを第1時点としてのt1とする。この場合、第1閾値Ith(図7ではIth_1として示す)は、時間t1から設定期間Δtだけ遡った時間t2までの間の最小の電流値に設定する必要がある。
そして、制御部50は、予め実験等により、ゲイン設定部30により上記ゲインωの値の調整が行われていない際に、上記設定期間Δt内の最小の電圧値を記録しておき、当該記録された電圧値を第1閾値Ithとして設定する。
From FIG. 7, the timing at which the input current Iin exceeds the rated operating range of the AC / DC converter unit 10 and becomes the overcurrent value Ioc is defined as t1 as the first time point. In this case, the first threshold value It (indicated as Is_1 in FIG. 7) needs to be set to the minimum current value between the time t1 and the time t2 retroactive by the set period Δt.
Then, when the gain setting unit 30 has not adjusted the value of the gain ω in advance by an experiment or the like, the control unit 50 records the minimum voltage value within the set period Δt, and records the minimum voltage value. The set voltage value is set as the first threshold value Is.

ここで、設定期間Δtは、入力電流検出回路(SI1)16、入力電圧検出回路(SV1)15が入力電流Iin、入力電圧Vinの値を検出して制御部50に信号を伝達するのにかかる制御遅れ時間を含む。
更に、設定期間Δtは、制御部50において入力電流Iin、入力電圧Vinを絶対値処理し、電流判定部20、電圧判定部21により閾値判定をして判定信号22Aを変更するのにかかる制御遅れ時間を含む。
更に、設定期間Δtは、判定信号22Aを基に、ゲイン設定部30によりゲインωの値が第2ゲインω2に変更され、第2ゲインω2がゲート信号Gに反映されるまでの制御遅れ時間を含む。
更に、設定期間Δtは、第2ゲインω2がゲート信号Gに反映されてから入力電流Iinの上昇が実際に抑制されるまでの過渡遅れ時間を含む。
更に、設定期間Δtは、入力電流検出回路(SI1)16の部品ばらつきによる検出誤差を含んだマージン時間を合計した値を含む。
Here, the setting period Δt is related to the input current detection circuit (SI1) 16 and the input voltage detection circuit (SV1) 15 detecting the values of the input current Iin and the input voltage Vin and transmitting the signal to the control unit 50. Includes control delay time.
Further, in the setting period Δt, the control unit 50 processes the input current Iin and the input voltage Vin in absolute values, and the current determination unit 20 and the voltage determination unit 21 determine the threshold value to change the determination signal 22A. Including time.
Further, in the setting period Δt, the control delay time until the value of the gain ω is changed to the second gain ω2 by the gain setting unit 30 based on the determination signal 22A and the second gain ω2 is reflected in the gate signal G is set. include.
Further, the setting period Δt includes a transient delay time from when the second gain ω2 is reflected in the gate signal G until the increase in the input current Iin is actually suppressed.
Further, the setting period Δt includes a value obtained by totaling the margin times including the detection error due to the component variation of the input current detection circuit (SI1) 16.

過電流の発生を防止するためには、電流/電圧が閾値以上となってからゲインを変更して電流の増加を抑制する必要がある。閾値判定に要する設定期間が短く、閾値が高い場合、閾値判定してゲインを変更しても上記各遅れ時間等によるゲイン反映遅れが生じ、電流を抑制しきれずに過電流が発生してしまう。また、閾値判定に要する設定期間が長すぎる場合にも、ゲイン反映遅れが生じる。そのため、設定期間Δtは前述の制御遅れ時間等を含む必要な最小の期間に設定する。閾値は、例えば、IEC(International Electrotechnical Commission)のIEC61000-4-13等において定められる規格試験、市場環境等を考慮した高調波電圧(許容すべき高調波電圧)を印可したときに、過電流を防止できる閾値(時間t1から設定期間Δtだけ遡った時間t2までの間の最小の電流値)に設定する。 In order to prevent the occurrence of overcurrent, it is necessary to suppress the increase in current by changing the gain after the current / voltage reaches the threshold value or higher. When the setting period required for the threshold value determination is short and the threshold value is high, even if the threshold value is determined and the gain is changed, a gain reflection delay occurs due to each of the delay times and the like, and the current cannot be suppressed and an overcurrent occurs. Further, if the setting period required for the threshold value determination is too long, the gain reflection delay occurs. Therefore, the setting period Δt is set to the minimum necessary period including the above-mentioned control delay time and the like. The threshold value is, for example, an overcurrent when a harmonic voltage (harmonic voltage to be allowed) is applied in consideration of the standard test, market environment, etc. defined in IEC 61000-4-13 of IEC (International Electrotechnical Commission). It is set to a preventable threshold value (the minimum current value between the time t1 and the time t2 retroactive by the set period Δt).

これにより、許容すべき高調波電圧以下の高調波が電源電圧に重畳された場合に各相において動作の継続が不可能になることを防止でき、安定して電力変換可能となる。
尚、第1閾値Ithは電力変換装置100の定格の入力電流Iinの波高値(ピーク値)よりも大きい値とする。
As a result, when a harmonic less than the allowable harmonic voltage is superimposed on the power supply voltage, it is possible to prevent the operation from being impossible to continue in each phase, and stable power conversion becomes possible.
The first threshold value Is is set to a value larger than the peak value (peak value) of the input current Iin rated by the power converter 100.

電圧判定部21における第1閾値Vthの決め方も、交流電源1に高調波電圧が重畳されることで過電流が発生するため、上記第1閾値Ithの決め方と同様である。
即ち、第1閾値Vthは、過電流値Iocとなるタイミングである時間t1から設定期間Δt’だけ遡った時間t2’までの間の最小の電圧値に設定する。この設定期間Δt’、時間t2’は、前述の第1閾値Ithの決め方の説明における設定期間Δt、時間t2に相当する。
そして、制御部50は、予め実験等により、ゲイン設定部30により上記ゲインωの値の調整が行われていない際に、上記設定期間Δt内の最小の電圧値を記録しておき、当該記録された電圧値を第1閾値Vthとして設定する。
なお、第1閾値Vthは電力変換装置100の定格の入力電圧の波高値(ピーク値)よりも大きい値とする。
The method of determining the first threshold value Vth in the voltage determination unit 21 is also the same as the method of determining the first threshold value It because an overcurrent is generated by superimposing the harmonic voltage on the AC power supply 1.
That is, the first threshold value Vth is set to the minimum voltage value between the time t1 which is the timing at which the overcurrent value Ioc is reached and the time t2'traveled back by the set period Δt'. The set period Δt'and time t2' correspond to the set period Δt and time t2 in the above-mentioned explanation of how to determine the first threshold value Is.
Then, when the gain setting unit 30 has not adjusted the value of the gain ω in advance by an experiment or the like, the control unit 50 records the minimum voltage value within the set period Δt, and records the minimum voltage value. The set voltage value is set as the first threshold value Vth.
The first threshold value Vth is set to a value larger than the peak value (peak value) of the rated input voltage of the power converter 100.

次に、PI制御器23において用いられるゲインωの値を第2ゲインω2に設定した後、再び第1ゲインω1の値に設定する方法について説明する。
電流判定部20は入力電流Iinの絶対値が第1閾値Ith以上となりHiを出力した後に、入力電流Iinの絶対値が第1閾値Ith(以降、第1閾値Ith_1とする)未満の値である第2閾値Ith’(以降、第2閾値Ith_2とする)以下となるとLoを出力する。これにより、判定信号22AがHiからLoにかわり、ゲイン設定部30がPI制御器23において用いられるゲインωを第2ゲインω2の値から第1ゲインω1に変更する。
Next, a method of setting the value of the gain ω used in the PI controller 23 to the second gain ω2 and then setting it to the value of the first gain ω1 again will be described.
The current determination unit 20 has an absolute value of the input current Iin equal to or more than the first threshold value Is and outputs Hi, and then the absolute value of the input current Iin is less than the first threshold value Is (hereinafter referred to as the first threshold value Is_1). When the value is equal to or less than the second threshold value Is'(hereinafter referred to as the second threshold value Is_2), Lo is output. As a result, the determination signal 22A changes from Hi to Lo, and the gain setting unit 30 changes the gain ω used in the PI controller 23 from the value of the second gain ω2 to the first gain ω1.

第2閾値Ith_2は、入力電流検出回路(SI1)16のノイズ等による検出値変動を考慮の上、第1閾値Ith_1を基準に、第1閾値Ith_1よりも小さい値に設定している。 The second threshold value Is_2 is set to a value smaller than the first threshold value Is_1 with reference to the first threshold value Is_1 in consideration of the detection value fluctuation due to noise or the like of the input current detection circuit (SI1) 16.

図4において、第1閾値Ith_1、第2閾値Ith_2と、ゲイン設定部30における第1ゲインω1、第2ゲインω2との関係を図示している。
前述のように、電流が大きいほどリアクトル12のインダクタンス値は小さくなるので、入力電流Iinが大きいほど第2ゲインω2の値を大きな値に設定可能となる。
FIG. 4 illustrates the relationship between the first threshold value It_1 and the second threshold value Is_1 and the first gain ω1 and the second gain ω2 in the gain setting unit 30.
As described above, the larger the current, the smaller the inductance value of the reactor 12, so that the larger the input current Iin, the larger the value of the second gain ω2 can be set.

入力電流Iinが小さいとき、PI制御器23におけるゲインωには第1ゲインω1が設定されており、入力電流Iinの絶対値が第1閾値Ith_1以上になると第2ゲインω2がゲインωの値として設定される。
入力電流Iinが第1閾値Ith_1以上になった後、第2閾値Ith_2以下になると再び第1ゲインω1が設定される。
When the input current Iin is small, the first gain ω1 is set for the gain ω in the PI controller 23, and when the absolute value of the input current Iin becomes equal to or higher than the first threshold Is_1, the second gain ω2 is set as the value of the gain ω. Set.
After the input current Iin becomes equal to or higher than the first threshold value Is_1, the first gain ω1 is set again when the input current becomes equal to or lower than the second threshold value Is_1.

こうして、第1ゲインω1から第2ゲインω2に設定を切り換える際に用いられる第1閾値Ith_1と、第2ゲインω2から第1ゲインω1に設定を切り換える際に用いられる第2閾値Ith_2とにヒステリシス幅を設けて、「第2閾値Ith_2」<「第1閾値Ith_1」とする。これにより、入力電流Iinが閾値付近で変動する場合等に頻繁にゲインωが切り替わり動作が不安定になることを防止でき、制御の安定化が図れる。 In this way, the hysteresis width is set to the first threshold value Is_1 used when switching the setting from the first gain ω1 to the second gain ω2 and the second threshold value Is_2 used when switching the setting from the second gain ω2 to the first gain ω1. Is provided, and "second threshold value Is_2" <"first threshold value Is_1". As a result, it is possible to prevent the gain ω from being frequently switched and the operation from becoming unstable when the input current Iin fluctuates near the threshold value, and the control can be stabilized.

なお、電圧判定部21における第1閾値Vth_1、第1閾値Vth_2と、ゲイン設定部30における第1ゲインω1、第2ゲインω2との関係も上記と同様である。 The relationship between the first threshold value Vth_1 and the first threshold value Vth_2 in the voltage determination unit 21 and the first gain ω1 and the second gain ω2 in the gain setting unit 30 is the same as described above.

また、本実施の形態では、第2ゲインω2の値は、調整量Δωを第1ゲインω1に加えた値に設定したが、これに限定するものではない。第2ゲインω2の値は、入力電流Iinあるいは入力電圧Vinの値に応じて増加する値になるよう設定すればよく、例えば、以下(式5)~(式8)により表すこともできる。 Further, in the present embodiment, the value of the second gain ω2 is set to the value obtained by adding the adjustment amount Δω to the first gain ω1, but the value is not limited to this. The value of the second gain ω2 may be set to a value that increases according to the value of the input current Iin or the input voltage Vin, and can be expressed by, for example, the following (Equation 5) to (Equation 8).

例えば、第2ゲインω2は、以下の(式5)の通り、調整量Δωを第1ゲインω1に乗じた値となるように設定してもよい。
ω2=ω1×Δω・・・(式5)
For example, the second gain ω2 may be set to be a value obtained by multiplying the adjustment amount Δω by the first gain ω1 as shown in the following (Equation 5).
ω2 = ω1 × Δω ・ ・ ・ (Equation 5)

また例えば、調整量Δωは、入力電流Iinあるいは入力電圧Vinの値に応じて増加する値であればよく、以下(式6)、(式7)の通り、入力電流Iinの絶対値|Iin|と第1閾値Ith_1との差分、あるいは、入力電圧Vinの絶対値|Vin|と第1閾値Vth_1との差分に応じた値Δωi、Δωvとしてもよい。
Δωi=C×(|Iin|-Ith_1)+D-ω1 ・・・(式6)
但し、C,Dは任意の係数
Δωv=C’×(|Vin|-Vth_1)+D’-ω1 ・・・(式7)
但し、C’,D’は任意の係数
Further, for example, the adjustment amount Δω may be a value that increases according to the value of the input current Iin or the input voltage Vin, and as shown in the following (Equation 6) and (Equation 7), the absolute value of the input current Iin | Iin | It may be the difference between the first threshold value Is_1 and the absolute value | Vin | of the input voltage Vin | and the values Δωi and Δωv according to the difference between the first threshold value Vth_1.
Δωi = C × (| Iin | -Itth_1) + D-ω1 ... (Equation 6)
However, C and D are arbitrary coefficients Δωv = C'× (| Vin | -Vth_1) + D'-ω1 ... (Equation 7)
However, C'and D'are arbitrary coefficients.

また、第2ゲインω2は、以下の(式8)(式9)の通り、上記(式6)、(式7)にて示される調整量Δωi、Δωvを第1ゲインω1に乗じた値となるように設定してもよい。
ω2=ω1×Δωi・・・(式8)
ω2=ω1×Δωv・・・(式9)
Further, the second gain ω2 is a value obtained by multiplying the adjustment amounts Δωi and Δωv shown in the above (Equation 6) and (Equation 7) by the first gain ω1 as shown in the following (Equation 8) and (Equation 9). It may be set to be.
ω2 = ω1 × Δωi ・ ・ ・ (Equation 8)
ω2 = ω1 × Δωv ・ ・ ・ (Equation 9)

また、上記実施の形態では、図4に示したように、第2ゲインω2は、調整量Δωを入力電流Iin、入力電圧Vinが大きくなるに伴い、線形に増加するものを示した。しかしながら第2ゲインω2は、入力電流Iin、入力電圧Vinが大きくなるに伴い単調増加するよう設定されればよい。よって、調整量Δωを、入力電流Iin又は入力電圧Vinの絶対値に対して非線形に増加するよう設定しても良い。 Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 4, the second gain ω2 shows that the adjustment amount Δω increases linearly as the input current Iin and the input voltage Vin increase. However, the second gain ω2 may be set so as to monotonically increase as the input current Iin and the input voltage Vin increase. Therefore, the adjustment amount Δω may be set to increase non-linearly with respect to the absolute value of the input current Iin or the input voltage Vin.

第2ゲインω2が、入力電流Iin、入力電圧Vinが大きくなるに伴い漸増する単調増加関数により示す場合、この単調増加関数における第2ゲインω2の増加率(傾き)は、入力電流Iin、入力電圧Vinの少なくとも一方が第1閾値未満である場合の周波数特性におけるゲイン余裕と、第1閾値以上である場合の周波数特性におけるゲイン余裕と、から得られるゲイン差(ゲインωの値の調整幅)に基づいて設定してもよい。 When the second gain ω2 is indicated by a monotonic increase function that gradually increases as the input current Iin and the input voltage Vin increase, the rate of increase (gradient) of the second gain ω2 in this monotonic increase function is the input current Iin and the input voltage. The gain difference (adjustment range of the value of gain ω) obtained from the gain margin in the frequency characteristic when at least one of the Vins is less than the first threshold value and the gain margin in the frequency characteristic when at least one of the Vins is equal to or more than the first threshold value. It may be set based on.

また、前述した、電流指令値Iin*と入力電流IinとのΔIinをフィードバック量として比例積分(PI)制御した値をゲート信号Gに反映する制御は、設定された周期毎に行われるが、入力電流Iinあるいは入力電圧Vinが過電流あるいは過電圧となった場合は、以下に説明するように、設定周期を待たず、フィードバック値が直ちにゲート信号Gに反映されるようにしてもよい。
例えば、上記設定周期内では、入力電流Iin、入力電圧Vinの検出、検出値のAD変換は随時行われているため、過電流あるいは過電圧を示す判定信号22AがLoからHiに変化した場合は、ゲイン設定部30は、この判定信号22Aを受けて直ちに第2ゲインω2をPI制御器23に対して出力するようにする。
Further, the above-mentioned control of reflecting the value controlled by proportional integration (PI) with the ΔIin of the current command value Iin * and the input current Iin as the feedback amount to the gate signal G is performed every set cycle, but the input is performed. When the current Iin or the input voltage Vin becomes an overcurrent or an overvoltage, the feedback value may be immediately reflected in the gate signal G without waiting for the set cycle, as described below.
For example, within the above setting cycle, the input current Iin and the input voltage Vin are detected and the AD conversion of the detected value is performed at any time. Therefore, when the determination signal 22A indicating an overcurrent or an overvoltage changes from Lo to Hi, The gain setting unit 30 receives the determination signal 22A and immediately outputs the second gain ω2 to the PI controller 23.

具体的には、上記設定周期内においてPI制御を行う第1期間の直前に、制御部50は、PI制御器23に設定されているゲインωが第1ゲインω1か第2ゲインω2かを確認することとする。そして制御部50は、PI制御器23に設定されているゲインωが、ゲイン設定部30から出力されているゲインωと異なる場合、直ちに、PI制御器23におけるゲインをゲイン設定部30から出力されているゲインωに変更する。
これにより、制御部50は、随時検出される入力電流Iinあるいは入力電圧Vinに応じたゲインωを、直ちにゲート信号Gに反映させて、半導体スイッチング素子13のデューティとして反映する。
Specifically, immediately before the first period in which the PI control is performed within the above setting cycle, the control unit 50 confirms whether the gain ω set in the PI controller 23 is the first gain ω1 or the second gain ω2. I decided to. Then, when the gain ω set in the PI controller 23 is different from the gain ω output from the gain setting unit 30, the control unit 50 immediately outputs the gain in the PI controller 23 from the gain setting unit 30. Change to the gain ω.
As a result, the control unit 50 immediately reflects the gain ω corresponding to the input current Iin or the input voltage Vin detected at any time in the gate signal G and reflects it as the duty of the semiconductor switching element 13.

これにより、上記設定周期の前、あるいはPI制御を行う上記第1期間の前において予めゲインωを確定しておく場合よりも、入力電流Iinあるいは入力電圧Vinの上昇に応じて、より早く入力電流Iinの上昇を抑制して過電流を防止できる。これにより、電力変換装置100の安定した動作継続運転が可能になる。 As a result, the input current responds to an increase in the input current Iin or the input voltage Vin faster than in the case where the gain ω is determined in advance before the setting cycle or before the first period in which the PI control is performed. It is possible to suppress an increase in Iin and prevent overcurrent. This enables stable continuous operation of the power converter 100.

なお、上記実施の形態ではPI制御のゲインを第2ゲインω2に設定する条件として、入力電流Iinの絶対値が第1閾値Ith以上であること、あるいは、入力電圧Vinの絶対値が第1閾値Vth以上であることを制御部50内で判定していた。しかしながら、この判定は、制御部50内で判定する場合に限るものはない。例えば、入力電流Iinの値が第1閾値Ith以上であるかを判定する電流閾値判定回路を、シャント抵抗、オペアンプ、コンパレータ等で制御部50の外において構成する。そしてこの電流閾値判定回路の結果を制御部50に入力しても良い。これは入力電圧Vinの絶対値が第1閾値Vth以上であるかを判定する方法に関しても同様である。 In the above embodiment, as a condition for setting the gain of PI control to the second gain ω2, the absolute value of the input current Iin is equal to or higher than the first threshold value Is, or the absolute value of the input voltage Vin is the first threshold value. It was determined in the control unit 50 that it was Vth or higher. However, this determination is not limited to the case where the determination is made within the control unit 50. For example, a current threshold value determination circuit for determining whether the value of the input current Iin is equal to or higher than the first threshold value Is is configured outside the control unit 50 with a shunt resistor, an operational amplifier, a comparator, or the like. Then, the result of this current threshold value determination circuit may be input to the control unit 50. This also applies to the method of determining whether the absolute value of the input voltage Vin is equal to or higher than the first threshold value Vth.

これにより、マイコンで構成される制御部50内において、入力電流Iin、入力電圧Vinの判定を行うよりも早い判定が可能となる。そのため、より早く第2ゲインω2をゲート信号Gに反映させ、早期に過電流の抑制が可能となる。これは半導体スイッチング素子13の短絡耐量が小さく過電流値が小さい場合により効果が得られる。 This makes it possible to make a determination faster than the determination of the input current Iin and the input voltage Vin in the control unit 50 configured by the microcomputer. Therefore, the second gain ω2 is reflected in the gate signal G earlier, and the overcurrent can be suppressed at an early stage. This is more effective when the short-circuit tolerance of the semiconductor switching element 13 is small and the overcurrent value is small.

なお、AC/DCコンバータ部10を構成している半導体スイッチング素子13の材料に、高速動作可能なワイドバンドギャップ半導体である窒化ガリウム系材料(GaN:Gallium Nitride)、炭化珪素(SiC:Sillicon Carbide)、ダイヤモンド系材料を用いてもよい。ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体スイッチング素子は短絡耐量が小さいため、過電流に対する耐量が小さいため、過電流を抑制しなければならない。本実施の形態の電力変換装置100の制御部50によれば、動作停止しやすい材料の半導体スイッチング素子により構成されるAC/DCコンバータ回路であっても、ゲインωを第2ゲインω2に変更することで電流の変動を早期に抑制し、安定した動作継続運転が可能となる。 The material of the semiconductor switching element 13 constituting the AC / DC converter unit 10 is a gallium nitride based material (GaN: Gallium Nitride) or silicon carbide (SiC: Silicon Carbide), which is a wide bandgap semiconductor capable of high-speed operation. , Diamond-based materials may be used. Since the semiconductor switching element using the wide bandgap semiconductor has a small short-circuit withstand capability, the withstand voltage against overcurrent is small, and therefore the overcurrent must be suppressed. According to the control unit 50 of the power conversion device 100 of the present embodiment, the gain ω is changed to the second gain ω2 even in the AC / DC converter circuit composed of the semiconductor switching element made of a material that easily stops operation. As a result, fluctuations in current can be suppressed at an early stage, enabling stable continuous operation.

又、上記では、AC/DCコンバータ部10として、入力側に整流回路であるダイオードブリッジ11を備えた高力率コンバータを示したが、AC/DCコンバータ部10の構成はこれに限定するものではない。AC/DCコンバータ部10は、インダクタンス成分を有して交流と直流との間で電力変換を行うものであればよく、例えば、半導体スイッチ素子と直流コンデンサとから成る変換器セルを複数直列接続したレグ回路を交流の各相に備えたMMC(Modular Multilevel. Converter)でもよい。 Further, in the above, as the AC / DC converter unit 10, a high power factor converter having a diode bridge 11 which is a rectifier circuit on the input side is shown, but the configuration of the AC / DC converter unit 10 is not limited to this. do not have. The AC / DC converter unit 10 may have an inductance component and may perform power conversion between alternating current and direct current. For example, a plurality of converter cells including a semiconductor switch element and a direct current capacitor are connected in series. An MMC (Modular Multilevel. Converter) having a leg circuit for each phase of alternating current may be used.

このようなMMC型の電力変換装置においても、各レグ回路に直列に設けられるリアクトルあるいは寄生インダクタンスと抵抗成分との伝達関数に基づき、上記と同様のゲインωの調整が行える。そのため、ある相のレグ回路において過電流が発生した場合、過電流が発生した相のレグ回路を構成するスイッチング素子をオフにすると共に、過電流が発生していない相のレグ回路を構成する半導体スイッチ素子の制御のゲインを上げて、電力変換装置の出力低下を抑制するようなゲイン制御が不要となる。そのため、過電流が発生した相のレグ回路に流れていた電流が、過電流が発生していない相のレグ回路に流れることに対応するために各相のレグ回路を構成するスイッチング素子にその分の大きな電流が流せる素子を使用する必要がなくなる。よって、MMC型の電力変換装置の低コスト化が図れる。 Even in such an MMC type power conversion device, the gain ω can be adjusted in the same manner as described above based on the transfer function between the reactor or the parasitic inductance provided in series with each leg circuit and the resistance component. Therefore, when an overcurrent occurs in a leg circuit of a certain phase, the switching element constituting the leg circuit of the phase in which the overcurrent has occurred is turned off, and the semiconductor constituting the leg circuit of the phase in which the overcurrent has not occurred is turned off. Gain control that increases the control gain of the switch element and suppresses the output decrease of the power converter becomes unnecessary. Therefore, in order to cope with the fact that the current flowing in the leg circuit of the phase in which the overcurrent is generated flows in the leg circuit of the phase in which the overcurrent is not generated, the switching element constituting the leg circuit of each phase is correspondingly increased. It is no longer necessary to use an element that can carry a large current. Therefore, the cost of the MMC type power conversion device can be reduced.

また、各相の入力電流がそれぞれ大きく変動して、各相のレグ回路において過電流が発生することを防止できるため、過電流を抑制するために各相のレグ回路の全ての半導体スイッチング素子をオフして動作を停止する必要がない。これにより、MMC型の電力変換装置においても安定した動作継続運転が可能になる。 In addition, since the input current of each phase fluctuates greatly and it is possible to prevent an overcurrent from occurring in the leg circuit of each phase, all semiconductor switching elements of the leg circuit of each phase are used to suppress the overcurrent. There is no need to turn it off and stop the operation. This enables stable continuous operation even in the MMC type power conversion device.

なお、このようなMMC型のAC/DCコンバータ部10を用いた場合における過電圧、過電流の判定は、交流側の入力電流、入力電圧を判定対象としてもよいし、あるいは、直流端子側の不具合等に起因して各相のレグ回路に流れる直流電流を判定対象としてもよい。 When the MMC type AC / DC converter unit 10 is used, the overvoltage and overcurrent may be determined by using the input current and the input voltage on the AC side as the determination target, or a defect on the DC terminal side. The direct current flowing through the leg circuit of each phase due to the above may be the determination target.

以下、制御部50のハードウエア構成について説明する。
図8は、本実施の形態1による制御部50のハードウエア構成の一例を示す図である。
制御部50は、そのハードウエアの構成の一例を図8において示されるように、プロセッサ40と記憶装置41とから構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。
また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ40は、記憶装置41から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶措置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ40にプログラムが入力される。また、プロセッサ40は、演算結果等のデータを記憶装置41の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
Hereinafter, the hardware configuration of the control unit 50 will be described.
FIG. 8 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the control unit 50 according to the first embodiment.
The control unit 50 includes a processor 40 and a storage device 41 as shown in FIG. 8 as an example of the hardware configuration. Although the storage device is not shown, it includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory.
Further, an auxiliary storage device of a hard disk may be provided instead of the flash memory. The processor 40 executes the program input from the storage device 41. In this case, the program is input to the processor 40 from the auxiliary storage measure via the volatile storage device. Further, the processor 40 may output data such as a calculation result to the volatile storage device of the storage device 41, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.

上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
半導体スイッチング素子とインダクタンス成分とを有して、交流と直流との間で電力変換を行うAC/DCコンバータ部と、
前記AC/DCコンバータ部における電流、電圧の少なくとも一方を検出する検出部と、前記AC/DCコンバータ部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流の指令値と、前記検出部によって検出された前記電流との偏差に基づいて、検出された前記電流が前記指令値に追従するように、設定された制御ゲインを用いて制御量を導出して前記AC/DCコンバータ部の前記半導体スイッチング素子を制御し、
検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が、それぞれ対応して設定される第1閾値未満では、前記制御ゲインとして第1ゲインを用い、検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上では、前記制御ゲインとして前記第1ゲインよりも大きい第2ゲインを用いる、
ものである。
The power conversion device of the present embodiment configured as described above is
An AC / DC converter unit that has a semiconductor switching element and an inductance component and performs power conversion between alternating current and direct current.
A detection unit that detects at least one of a current and a voltage in the AC / DC converter unit and a control unit that controls the AC / DC converter unit are provided.
The control unit
Based on the deviation between the command value of the current and the current detected by the detection unit, the control amount is derived using the control gain set so that the detected current follows the command value. Then, the semiconductor switching element of the AC / DC converter unit is controlled.
When at least one of the detected current and voltage is less than the first threshold value set correspondingly, the first gain is used as the control gain, and at least one of the detected current and voltage is the first threshold value. In the above, the second gain larger than the first gain is used as the control gain.
It is a thing.

このように、電力変換装置は、検出される電流、電圧の少なくとも一方が第1閾値以上となる過電流あるいは過電圧の状態において、PI制御において用いるゲインを、定常時に用いる第1ゲインから、この第1ゲインよりも大きい第2ゲインに設定して用いる。これにより、入力電流と電流指令値との偏差をより小さくして、電流指令値に対する入力電流の追従性を向上させ、電流の急峻な変化に対しても、迅速に電流を目標値に追従させてその上昇を抑制し、過電流を抑制できる。これにより、安定して電力変換動作を継続できる。 As described above, the power converter sets the gain used in PI control from the first gain used in the steady state in the state of overcurrent or overvoltage in which at least one of the detected current and voltage is equal to or higher than the first threshold value. It is used by setting it to the second gain, which is larger than the first gain. As a result, the deviation between the input current and the current command value is made smaller, the followability of the input current to the current command value is improved, and the current quickly follows the target value even when the current changes suddenly. The rise can be suppressed and the overcurrent can be suppressed. As a result, the power conversion operation can be continued stably.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第2ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する値に設定される、ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The second gain is set to a value that gradually increases as the current or the voltage increases.

このように、検出される電流、電圧の少なくとも一方が第1閾値を大きく上回る過電流あるいは過電圧が生じた場合においても、この電流、電圧の大きさに応じた第2ゲインを用いるので、迅速に電流を目標値に追従させてその上昇を抑制して、過電流を抑制できる。 In this way, even when an overcurrent or overvoltage occurs in which at least one of the detected current and voltage greatly exceeds the first threshold value, the second gain corresponding to the magnitude of the current and voltage is used, so that the speed can be increased quickly. Overcurrent can be suppressed by making the current follow the target value and suppressing its rise.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記AC/DCコンバータ部の前記インダクタンス成分を含むフィードバック制御系の開ループの伝達関数において、
前記第1ゲインは、前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値未満である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される値に設定され、
前記第2ゲインは、前記第1ゲインよりも大きい値であり、且つ、前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される値、に設定される、
ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
In the open-loop transfer function of the feedback control system including the inductance component of the AC / DC converter unit,
The first gain is the gain margin at the phase crossing frequency and the phase at the gain tolerance frequency of the frequency characteristics of the transfer function when at least one of the current and the voltage in the AC / DC converter unit is less than the first threshold value. It is set to a value that ensures a margin,
The second gain is a value larger than the first gain, and the frequency characteristic of the transmission function when at least one of the current and the voltage in the AC / DC converter unit is equal to or higher than the first threshold value. Is set to a value at which the gain margin at the phase crossing frequency and the phase margin at the gain tolerance frequency are secured.
It is a thing.

このように、AC/DCコンバータ部の前記インダクタンス成分を含むフィードバック制御系の開ループの伝達関数を用いてその動作安定性を確保するようにゲインωを設定する。即ち、第1ゲインは、AC/DCコンバータ部における電流が第1閾値未満となり動作安定性が最も低下する条件となる場合におけるゲイン余裕および位相余裕が確保される値に設定する。
このような第1ゲインの設定を行うことにより、どのような電流条件においても電力変換装置の動作安定性を確保できる。
また、第2ゲインは、第1ゲインよりも大きい値に設定することで前述のように目標電流に対する電流追従性を向上させつつ、設定される第2ゲインの値の上限をゲイン余裕および位相余裕が確保できる値に設定する。これにより第2ゲインの値は、動作安定性を確保できる範囲を逸脱した値に設定されないため、電力変換装置の動作安定性を確保できる。
In this way, the gain ω is set so as to secure the operation stability by using the transfer function of the open loop of the feedback control system including the inductance component of the AC / DC converter unit. That is, the first gain is set to a value at which the gain margin and the phase margin are secured when the current in the AC / DC converter unit is less than the first threshold value and the condition is such that the operation stability is the lowest.
By setting the first gain in this way, the operational stability of the power conversion device can be ensured under any current conditions.
Further, the second gain is set to a value larger than the first gain to improve the current followability to the target current as described above, and the upper limit of the set second gain value is set to the gain margin and the phase margin. Set to a value that can be secured. As a result, the value of the second gain is not set to a value outside the range in which the operational stability can be ensured, so that the operational stability of the power conversion device can be ensured.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第1ゲインは、前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値未満である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数における前記ゲイン余裕またはゲイン公差周波数における前記位相余裕の少なくとも一方が、予め定められた安定限界値となる値に設定される、
ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The first gain is at the gain margin or gain tolerance frequency at the phase crossing frequency of the frequency characteristic of the transfer function when at least one of the current and the voltage in the AC / DC converter unit is less than the first threshold value. At least one of the phase margins is set to a value that becomes a predetermined stability limit value.
It is a thing.

このように、第1ゲインω1における「ゲイン余裕G1」=「ゲイン余裕Gn」あるいは「位相余裕P1」=「位相余裕Gn」となるように第1ゲインω1の値を設定する。これにより、電流あるいは電圧が、過電流あるいは過電圧となってから、ゲインωに第2ゲインが設定されるまでの間において、高い値のゲインを有する第1ゲインが用いられるため、入力電流のピークをより抑制できる。また、高力率制御を行うAC/DCコンバータ部を用いる場合、入力電流の正弦波への追従性がより高くなるため、更なる高力率の力率制御が可能となる。なお、ゲイン余裕G1および位相余裕P1が共に安定限界値とできる制御、回路構成を有する電力変換装置の場合では、ゲイン余裕G1および位相余裕P1が共に安定限界値となるように第1ゲインω1の値を設定してもよい。 In this way, the value of the first gain ω1 is set so that “gain margin G1” = “gain margin Gn” or “phase margin P1” = “phase margin Gn” in the first gain ω1. As a result, the first gain having a high gain value is used from the time when the current or voltage becomes overcurrent or overvoltage until the second gain is set in the gain ω, so that the peak of the input current is used. Can be further suppressed. Further, when the AC / DC converter unit that controls the high power factor is used, the followability of the input current to the sine wave becomes higher, so that the power factor can be further controlled. In the case of a power conversion device having a control and circuit configuration that allows both the gain margin G1 and the phase margin P1 to be stable limit values, the first gain ω1 is set so that both the gain margin G1 and the phase margin P1 are stable limit values. You may set the value.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第2ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する単調増加関数により示され、該単調増加関数の増加率は、
前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値未満である場合の前記ゲイン余裕と、
前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上である場合の前記ゲイン余裕と、の差、または
前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値未満である場合の前記位相余裕と、
前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上である場合の前記位相余裕と、の差、
の少なくとも一方の差に応じて設定される、
ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The second gain is indicated by a monotonically increasing function that gradually increases as the current or voltage increases, and the rate of increase of the monotonically increasing function is
The current in the AC / DC converter unit, the gain margin when at least one of the voltages is less than the first threshold value, and the gain margin.
The difference between the current in the AC / DC converter unit and the gain margin when at least one of the voltages is equal to or higher than the first threshold value, or the current in the AC / DC converter unit and at least one of the voltages are The phase margin when it is less than the first threshold, and
The difference between the current in the AC / DC converter unit and the phase margin when at least one of the voltages is equal to or higher than the first threshold value.
Set according to the difference of at least one of
It is a thing.

このように、電流あるいは電圧が大きくなるに伴い漸増する第2ゲインの増加率を、第1閾値未満の小さい電流が流れる場合の周波数特性におけるゲイン余裕と、第1閾値以上の大きい電流が流れる場合の周波数特性におけるゲイン余裕と、のゲイン差(第2ゲインω2の調整幅)に基づいて設定する。あるいは、第2ゲインの増加率を、第1閾値未満の小さい電流が流れる場合の周波数特性における位相余裕と、第1閾値以上の大きい電流が流れる場合の周波数特性における位相余裕と、の位相余裕差(第2ゲインω2の調整幅)に基づいて設定する。これにより、AC/DCコンバータ部の実際のゲイン特性、位相特性に応じた第2ゲインの増加率を決定できる。これにより、精度良く電力変換装置の動作安定性を確保できる。 In this way, the rate of increase of the second gain that gradually increases as the current or voltage increases, the gain margin in the frequency characteristics when a small current less than the first threshold flows, and the case where a large current greater than or equal to the first threshold flows. It is set based on the gain margin in the frequency characteristic of and the gain difference (adjustment range of the second gain ω2). Alternatively, the rate of increase of the second gain is the phase margin difference between the phase margin in the frequency characteristic when a small current less than the first threshold flows and the phase margin in the frequency characteristic when a current larger than the first threshold flows. It is set based on (adjustment range of the second gain ω2). Thereby, the increase rate of the second gain according to the actual gain characteristic and the phase characteristic of the AC / DC converter unit can be determined. As a result, the operational stability of the power conversion device can be ensured with high accuracy.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記AC/DCコンバータ部の定格動作範囲を超える第1時点より前の設定期間内の前記電流の最小値、前記電圧の最小値、の少なくとも一方を記録し、
該記録された最小値を前記第1閾値として設定する、
ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The control unit
At least one of the minimum value of the current and the minimum value of the voltage within the set period before the first time point in which at least one of the current and the voltage exceeds the rated operating range of the AC / DC converter unit is recorded.
The recorded minimum value is set as the first threshold value.
It is a thing.

これにより、許容すべき高調波電圧以下の高調波が電源電圧に重畳された場合に各相において動作の継続が不可能になることを防止でき、安定して電力変換可能となる。 As a result, when a harmonic less than the allowable harmonic voltage is superimposed on the power supply voltage, it is possible to prevent the operation from being impossible to continue in each phase, and stable power conversion becomes possible.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記設定期間は、
前記検出部による前記第1閾値を超える前記電流あるいは前記電圧の検出から、前記制御部により前記制御ゲインが前記第2ゲインに設定されるまでの該制御部における制御遅れと、
前記制御部により前記制御ゲインが前記第2ゲインに設定されてから、前記電流あるいは前記電圧が前記第1閾値未満となるまでの遅れと、の少なくとも一方の遅れを含む期間に設定される、
ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The set period is
The control delay in the control unit from the detection of the current or the voltage exceeding the first threshold value by the detection unit to the setting of the control gain to the second gain by the control unit.
The control unit sets the control gain to the second gain, and the current or the voltage is set to a period including at least one of the delays until the current or the voltage becomes less than the first threshold value.
It is a thing.

これにより、実際の電力変換装置の遅れ時間を含めた閾値の設定が可能となるため、精度良く電力変換装置の動作安定性を確保できる。 This makes it possible to set the threshold value including the delay time of the actual power conversion device, so that the operational stability of the power conversion device can be ensured with high accuracy.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記AC/DCコンバータ部は、前記インダクタンス成分を有するリアクトルを備えて、前記交流からの電力の力率制御を行うAC/DCコンバータであり、
前記電流は、前記交流側からの前記AC/DCコンバータ部への入力電流であり、
前記電圧は、前記交流側からの前記AC/DCコンバータ部への入力電圧であり、
前記第2ゲインは、前記入力電流の絶対値、あるいは、前記入力電圧の絶対値が大きくなるに伴い漸増する値に設定され、
前記制御部は、前記交流側からの前記入力電流を前記指令値に追従させるように前記半導体スイッチング素子を制御する、
ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The AC / DC converter unit is an AC / DC converter provided with a reactor having the inductance component and controlling the power factor of electric power from the alternating current.
The current is an input current from the alternating current side to the AC / DC converter unit.
The voltage is an input voltage from the AC side to the AC / DC converter unit.
The second gain is set to an absolute value of the input current or a value that gradually increases as the absolute value of the input voltage increases.
The control unit controls the semiconductor switching element so that the input current from the alternating current side follows the command value.
It is a thing.

これにより、例えば、外的要因で交流側の電源電圧に高調波が重畳された場合において入力電流の変動が大きくなり、過電流が発生した場合でも、過電流を抑制しつつ、高力率制御が可能となる。これにより、安定して電力変換動作を継続できると共に、高力率の電力変換装置を提供できる。 As a result, for example, when a harmonic is superimposed on the power supply voltage on the AC side due to an external factor, the fluctuation of the input current becomes large, and even if an overcurrent occurs, high power factor control is performed while suppressing the overcurrent. Is possible. As a result, it is possible to stably continue the power conversion operation and provide a power conversion device having a high power factor.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第2ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する調整量を、前記第1ゲインに加えた値、あるいは、前記第1ゲインに乗じた値、に設定される、
ものである。
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第2ゲインは、前記入力電流の絶対値あるいは前記入力電圧の絶対値と、それぞれの前記第1閾値と、の偏差が大きくなるに伴い漸増する調整量を、前記第1ゲインに加えた値、あるいは、前記第1ゲインに乗じた値、に設定される、
ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The second gain is set to a value obtained by adding the adjustment amount gradually increasing as the current or the voltage increases to the first gain, or a value obtained by multiplying the first gain.
It is a thing.
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The second gain is a value obtained by adding an adjustment amount that gradually increases as the deviation between the absolute value of the input current or the absolute value of the input voltage and each of the first thresholds increases to the first gain. , Or the value multiplied by the first gain,
It is a thing.

このように、AC/DCコンバータ部における電圧、電流が大きくなるに伴い漸増する第2ゲインの値を、それぞれの計算方法で導出可能である。これにより、制御部における第2ゲインの設定方法の自由度を確保して制御多様性を確保できる。 In this way, the value of the second gain that gradually increases as the voltage and current in the AC / DC converter unit increase can be derived by each calculation method. As a result, it is possible to secure the degree of freedom in the method of setting the second gain in the control unit and secure the control diversity.

また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記制御ゲインが前記第2ゲインに設定された後、前記電流および前記電圧が、それぞれの前記第1閾値未満の値に設定された第2閾値以下となると、前記制御ゲインを前記第2ゲインから前記第1ゲインに設定する、
ものである。
Further, the power conversion device of the present embodiment configured as described above is
The control unit
After the control gain is set to the second gain, when the current and the voltage become equal to or less than the second threshold set to a value less than the first threshold value, the control gain is changed from the second gain. Set to the first gain,
It is a thing.

これにより、電流が小さい場合に用いるゲインを第2ゲインより小さい第1ゲインを用いることで、PI制御におけるオーバーシュートなどを防止でき、電力変換装置の動作安定性を確保できる。 As a result, by using the first gain smaller than the second gain as the gain used when the current is small, overshoot in PI control can be prevented, and the operational stability of the power conversion device can be ensured.

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
Although the present application describes exemplary embodiments, the various features, embodiments, and functions described in the embodiments are not limited to the application of a particular embodiment, either alone or. Various combinations are applicable to the embodiments.
Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed in the present application. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted.

1 交流電源(交流)、13 半導体スイッチング素子、
12 リアクトル(インダクタンス成分)、10 AC/DCコンバータ部、
15 入力電圧検出回路(検出部)、16 入力電流検出回路(検出部)、
50 制御部、100 電力変換装置。
1 AC power supply (AC), 13 semiconductor switching element,
12 Reactor (inductance component), 10 AC / DC converter,
15 Input voltage detection circuit (detection unit), 16 Input current detection circuit (detection unit),
50 control unit, 100 power converter.

Claims (12)

半導体スイッチング素子とインダクタンス成分とを有して、交流と直流との間で電力変換を行うAC/DCコンバータ部と、
前記AC/DCコンバータ部における電流、電圧の少なくとも一方を検出する検出部と、前記AC/DCコンバータ部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流の指令値と、前記検出部によって検出された前記電流との偏差に基づいて、検出された前記電流が前記指令値に追従するように、設定された制御ゲインを用いて制御量を導出して前記AC/DCコンバータ部の前記半導体スイッチング素子を制御し、
検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が、それぞれ対応して設定される第1閾値未満では、前記制御ゲインとして第1ゲインを用い、検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上では、前記制御ゲインとして前記第1ゲインよりも大きい第2ゲインを用いる、
電力変換装置。
An AC / DC converter unit that has a semiconductor switching element and an inductance component and performs power conversion between alternating current and direct current.
A detection unit that detects at least one of a current and a voltage in the AC / DC converter unit and a control unit that controls the AC / DC converter unit are provided.
The control unit
Based on the deviation between the command value of the current and the current detected by the detection unit, the control amount is derived using the control gain set so that the detected current follows the command value. Then, the semiconductor switching element of the AC / DC converter unit is controlled.
When at least one of the detected current and voltage is less than the first threshold value set correspondingly, the first gain is used as the control gain, and at least one of the detected current and voltage is the first threshold value. In the above, the second gain larger than the first gain is used as the control gain.
Power converter.
前記第2ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する値に設定される、
請求項1に記載の電力変換装置。
The second gain is set to a value that gradually increases as the current or voltage increases.
The power conversion device according to claim 1.
前記AC/DCコンバータ部の前記インダクタンス成分を含むフィードバック制御系の開ループの伝達関数において、
前記第1ゲインは、前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値未満である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される値に設定され、
前記第2ゲインは、前記第1ゲインよりも大きい値であり、且つ、前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される値、に設定される、
請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
In the open-loop transfer function of the feedback control system including the inductance component of the AC / DC converter unit,
The first gain is the gain margin at the phase crossing frequency and the phase at the gain tolerance frequency of the frequency characteristics of the transfer function when at least one of the current and the voltage in the AC / DC converter unit is less than the first threshold value. It is set to a value that ensures a margin,
The second gain is a value larger than the first gain, and the frequency characteristic of the transmission function when at least one of the current and the voltage in the AC / DC converter unit is equal to or higher than the first threshold value. Is set to a value at which the gain margin at the phase crossing frequency and the phase margin at the gain tolerance frequency are secured.
The power conversion device according to claim 1 or 2.
前記第1ゲインは、前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値未満である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数における前記ゲイン余裕またはゲイン公差周波数における前記位相余裕の少なくとも一方が、予め定められた安定限界値となる値に設定される、
請求項3に記載の電力変換装置。
The first gain is at the gain margin or gain tolerance frequency at the phase crossing frequency of the frequency characteristic of the transfer function when at least one of the current and the voltage in the AC / DC converter unit is less than the first threshold value. At least one of the phase margins is set to a value that becomes a predetermined stability limit value.
The power conversion device according to claim 3.
前記第2ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する単調増加関数により示され、該単調増加関数の増加率は、
前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値未満である場合の前記ゲイン余裕と、
前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上である場合の前記ゲイン余裕と、の差、または
前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値未満である場合の前記位相余裕と、
前記AC/DCコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第1閾値以上である場合の前記位相余裕と、の差、
の少なくとも一方の差に応じて設定される、
請求項3または請求項4に記載の電力変換装置。
The second gain is indicated by a monotonically increasing function that gradually increases as the current or voltage increases, and the rate of increase of the monotonically increasing function is
The current in the AC / DC converter unit, the gain margin when at least one of the voltages is less than the first threshold value, and the gain margin.
The difference between the current in the AC / DC converter unit and the gain margin when at least one of the voltages is equal to or higher than the first threshold value, or the current in the AC / DC converter unit and at least one of the voltages are The phase margin when it is less than the first threshold, and
The difference between the current in the AC / DC converter unit and the phase margin when at least one of the voltages is equal to or higher than the first threshold value.
Set according to the difference of at least one of
The power conversion device according to claim 3 or 4.
前記制御部は、
前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記AC/DCコンバータ部の定格動作範囲を超える第1時点より前の設定期間内の前記電流の最小値、前記電圧の最小値、の少なくとも一方を記録し、
該記録された最小値を前記第1閾値として設定する、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The control unit
At least one of the minimum value of the current and the minimum value of the voltage within the set period before the first time point in which at least one of the current and the voltage exceeds the rated operating range of the AC / DC converter unit is recorded.
The recorded minimum value is set as the first threshold value.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5.
前記設定期間は、
前記検出部による前記第1閾値を超える前記電流あるいは前記電圧の検出から、前記制御部により前記制御ゲインが前記第2ゲインに設定されるまでの該制御部における制御遅れと、
前記制御部により前記制御ゲインが前記第2ゲインに設定されてから、前記電流あるいは前記電圧が前記第1閾値未満となるまでの遅れと、の少なくとも一方の遅れを含む期間に設定される、
請求項6に記載の電力変換装置。
The set period is
The control delay in the control unit from the detection of the current or the voltage exceeding the first threshold value by the detection unit to the setting of the control gain to the second gain by the control unit.
The control unit sets the control gain to the second gain, and then the current or the voltage is set to a period including at least one of the delays until the current or the voltage becomes less than the first threshold value.
The power conversion device according to claim 6.
前記AC/DCコンバータ部は、前記インダクタンス成分を有するリアクトルを備えて、前記交流からの電力の力率制御を行うAC/DCコンバータであり、
前記電流は、前記交流側からの前記AC/DCコンバータ部への入力電流であり、
前記電圧は、前記交流側からの前記AC/DCコンバータ部への入力電圧であり、
前記第2ゲインは、前記入力電流の絶対値、あるいは、前記入力電圧の絶対値が大きくなるに伴い漸増する値に設定され、
前記制御部は、前記交流側からの前記入力電流を前記指令値に追従させるように前記半導体スイッチング素子を制御する、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The AC / DC converter unit is an AC / DC converter provided with a reactor having the inductance component and controlling the power factor of electric power from the alternating current.
The current is an input current from the alternating current side to the AC / DC converter unit.
The voltage is an input voltage from the AC side to the AC / DC converter unit.
The second gain is set to an absolute value of the input current or a value that gradually increases as the absolute value of the input voltage increases.
The control unit controls the semiconductor switching element so that the input current from the alternating current side follows the command value.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 7.
前記第2ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する調整量を、前記第1ゲインに加えた値、あるいは、前記第1ゲインに乗じた値、に設定される、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The second gain is set to a value obtained by adding the adjustment amount gradually increasing as the current or the voltage increases to the first gain, or a value obtained by multiplying the first gain.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 8.
前記第2ゲインは、前記入力電流の絶対値あるいは前記入力電圧の絶対値と、それぞれの前記第1閾値と、の偏差が大きくなるに伴い漸増する調整量を、前記第1ゲインに加えた値、あるいは、前記第1ゲインに乗じた値、に設定される、
請求項8に記載の電力変換装置。
The second gain is a value obtained by adding an adjustment amount that gradually increases as the deviation between the absolute value of the input current or the absolute value of the input voltage and each of the first thresholds increases to the first gain. , Or the value multiplied by the first gain,
The power conversion device according to claim 8.
前記制御部は、
前記制御ゲインが前記第2ゲインに設定された後、前記電流および前記電圧が、それぞれの前記第1閾値未満の値に設定された第2閾値以下となると、前記制御ゲインを前記第2ゲインから前記第1ゲインに設定する、
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The control unit
After the control gain is set to the second gain, when the current and the voltage become equal to or less than the second threshold set to a value less than the first threshold value, the control gain is changed from the second gain. Set to the first gain,
The power conversion device according to any one of claims 1 to 10.
前記半導体スイッチング素子は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、または、ダイヤモンドによるワイドバンドギャップ半導体が使用される、
請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電力変換装置。
As the semiconductor switching element, silicon carbide, gallium nitride-based material, or a wide bandgap semiconductor made of diamond is used.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 11.
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