JP2022188801A

JP2022188801A - 直列接続電源システム

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Publication number: JP2022188801A
Application number: JP2021097015A
Authority: JP
Inventors: 龍哉川端; Tatsuya Kawabata; 純輝千本; Sumiteru Chimoto
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2022-12-22

Abstract

【課題】各電源ユニットの電流変動率を一定の範囲内に制御できる直列接続電源システムを提供する。【解決手段】コントロールモジュールＣＭは、パワーモジュールが定電流制御モードで出力起動したときから所定時間経過時に、パワーモジュールＰＭ（ｘ）（ｘは１～ｎ）毎に次の（Ａ）、（Ｂ）の演算制御を行い、（Ａ）パワーモジュールＰＭ（ｘ）の前記電流検出値Ｉｄｅｔを取得し、下記の式（１）で電流検出値補正比率αを求める。α＝Ｉｄｅｔ（ＡＶ）／Ｉｄｅｔ―――（１）ただし、Ｉｏ（ＡＶ）は、各パワーモジュールの電流検出値Ｉｄｅｔの平均電流値（Ｂ）前記電流検出値補正比率αをパワーモジュールＰＭ（ｘ）に送る。パワーモジュールＰＭ（ｘ）は、コントロールモジュールＣＭから送られてきた前記電流検出値補正比率αにより、前記電流検出値Ｉｄｅｔを補正する。【選択図】図７

Description

本発明は、複数の電源ユニットを直列に接続して構成される直列接続電源システムに関する。

直列接続電源システムは、複数の電源ユニットを直列接続することにより、負荷へ印加する電圧を単独の電源ユニットの出力電圧以上にするシステムである。

図１は、４台のパワーモジュール（電源ユニット）ＰＭ１～ＰＭ４を直列接続した直列接続電源システムを示す。４台のパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４が直列接続されている直列接続電源システムでは、負荷Ｌに対して各パワーモジュールの出力電圧Ｖｏの最大４倍の出力端電圧ＶＬを印加できる。各パワーモジュールはコントロールモジュール（制御ユニット）ＣＭで制御される。このような直列接続電源システムでは、定電流制御を行っているときの出力端電圧ＶＬは負荷の大きさに応じて変化するが、出力端電圧ＶＬの大きさに応じた出力電流Ｉｏの変化率（電流変動率）は一定の範囲内にあることが必要である。

そこで、従来の直列接続電源システムでは、各パワーモジュール間を接続する通信ラインを設け、各パワーモジュールが通信ラインによって全てのパワーモジュールの制御状況を把握可能とするようにしている（特許文献１）。この直列接続電源システムでは、各パワーモジュールが、他のパワーモジュールの制御状況に応じて自らの制御を調整する。これにより、システムの電流変動率を安定化させている。また、コントロールモジュール（制御ユニット）ＣＭで各パワーモジュールの制御状況を常時監視し、各パワーモジュールの制御を常時微調整することでシステムの電流変動率を安定化する方法も可能である。

特開２０１７－１２７１１９号公報

しかし、各パワーモジュールを通信ラインで接続する構成では、通信ラインを設けることで配線がその分煩雑となり、また、各パワーモジュールでは他のパワーモジュールの制御状況を監視しながら自らの制御の微調整を常時行うために制御が複雑化する問題がある。また、コントロールモジュールＣＭで各パワーモジュールの制御状況を監視して各パワーモジュールの微調整を常時行う方法も、同様に制御が複雑化する問題がある。

本発明の目的は、複雑な制御をしなくても、各パワーモジュール（電源ユニット）の電流変動率を一定の範囲内に制御できる直列接続電源システムを提供することにある。

本発明の直列接続電源システムは、
直列接続したｎ台の電源ユニットとこれらの各電源ユニットを制御する制御ユニットとを備える直列接続電源システムにおいて、
前記各電源ユニットは、
出力電流を検出する出力電流検出器と、
出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
前記出力電流検出器で検出した電流検出値Ｉｄｅｔと前記出力電圧検出器で検出した電圧検出値Ｖｄｅｔがフィードバックされ、前記電流検出値Ｉｄｅｔが前記制御ユニットにより設定された電流設定値となるように前記出力電流を制御する定電流制御モードを備える制御部とを備え、
前記制御ユニットは、前記定電流制御モードで出力起動したときから所定時間経過時に、前記各電源ユニット（ｘ）（ｘは１～ｎ）毎に次の（Ａ）、（Ｂ）の演算制御を行い、
（Ａ）電源ユニット（ｘ）の前記電流検出値Ｉｄｅｔを取得し、下記の式（１）で電流検出値補正比率αを求める。

α＝Ｉｏ（ＡＶ）／Ｉｄｅｔ―――（１）
ただし、
Ｉｏ（ＡＶ）は、前記各電源ユニットの電流検出値Ｉｄｅｔの平均電流値
（Ｂ）前記電流検出値補正比率αを電源ユニット（ｘ）に送る。

前記各電源ユニット（ｘ）は、前記制御ユニットから送られてきた前記電流検出値補正比率αにより、前記電流検出値Ｉｄｅｔを補正する、
直列接続電源システム。

本発明は、ｎ台の電源ユニットを直列接続した直列接続電源システムの定電流制御モード時において、
制御ユニットは、上記（Ａ）において、出力電流検出器の検出誤差がどの程度かを知り、これを補正する電流検出値補正比率αを求める。そして、上記（Ｂ）において、電流検出値補正比率αを該当の電源ユニットに送る。電源ユニットでは、前記電流検出値補正比率αにより、電流検出値Ｉｄｅｔを補正する。

これにより、各電源ユニットの出力電流検出器の検出誤差により生じる、制御部のフィードバック系の電流制御精度が改善される。

また、本発明は、
前記制御ユニットは、出力起動毎の前記所定時間経過時に前記（Ａ）、（Ｂ）の演算制御を行い、今回の出力起動後の前記所定時間経過時に式（１）で求めた電流検出値補正比率αを、下記の式（２）で補正して、電流検出値補正比率α´（今回）を求め、電流検出値補正比率α´（今回）を電源ユニット（ｘ）に送る。

電流検出値補正比率α´（今回）＝電流検出値補正比率α（前回）×電流検出値補正比率α―――（２）
ただし、電流検出値補正比率α´（今回）は、今回起動後において補正した電流検出値補正比率αであり、電流検出値補正比率α（前回）は、前回起動後において補正した電流検出値補正比率α
制御ユニットでは、出力起動毎に前記（Ａ）、（Ｂ）の演算制御が行われ、電流検出値補正比率αが求められるが、その後は、そのαで補正された電流検出値Ｉｄｅｔにより定電流制御が行われる。ここで、次回の出力起動後にこの電流検出値補正比率αにより上記（Ａ）の演算制御が行われると、その時の電流検出値Ｉｄｅｔは、前回の電流検出値補正比率αによって補正されたものとなっている。そこで、今回の電流検出値補正比率（α）は以下の式（２）で求める。

電流検出値補正比率α´（今回）＝電流検出値補正比率α（前回）×電流検出値補正比率α―――（２）
例えば、電流検出値補正比率α（前回）＝９９％で、今回の電流検出値補正比率α＝９９％であったとすると、
電流検出値補正比率α´（今回）＝９９％×９９％＝９８％である。

また、本発明は、
前記制御ユニットは、前記所定時に、次の（Ｃ）の演算制御を行う。

（Ｃ）各電源ユニットの前記電流検出値Ｉｄｅｔの最大値と最小値の絶対値誤差が所定値以下であると前記（Ａ）、（Ｂ）の演算制御を行わない。

したがって、各電源ユニット同士の電流制御誤差がそれほど大きくない場合は、上記（Ａ）、（Ｂ）の演算制御を行わない。この場合は、上記演算制御を行わなくても、直列接続電源システム全体の電流制御精度に大きな影響はないからである。

本発明では、定電流制御モードにおいて、定電流制御モードで出力起動したときから所定時間経過時に、電流検出値Ｉｄｅｔを補正するための電流検出値補正比率αを各電源ユニット毎に求める。各電源ユニットでは、電流検出値Ｉｄｅｔをこの電流検出値補正比率αによって補正することで、出力電流検出器の検出誤差を補償する。これにより、複雑な制御をしなくても各電源ユニットの電流変動率を一定の範囲内に制御できる。

図１は、４台の電源ユニットを直列接続した直列接続電源システムの構成図を示す。図２は、本発明の実施形態の直列接続電源システムの構成図を示す。図３は、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の出力側の概略構成図である。図４は、出力端電圧ＶＬの変動に対する電流変動率を示している。図５は、本発明の実施形態のパワーモジュールＰＭ１の構成図である。図６は、本発明の実施形態のコントロールモジュールＣＭの動作を示すフローチャートである。図７は、本発明の実施形態のコントロールモジュールＣＭの動作を示すフローチャートである。図８は、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の一部の動作を示している。図９は、本発明の他の実施形態の直並列接続電源システムの構成図を示す。

図２は、本発明の実施形態の直列接続電源システムの構成図を示す。

本実施形態の直列接続電源システムは、４台の電源ユニット（以下パワーモジュールと称する）ＰＭ１～ＰＭ４と、各パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４に接続される制御ユニット（以下、コントロールモジュールと称する）ＣＭとで構成される。４台のパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の出力端子は直列接続され、定電流制御モードで負荷Ｌに出力電流Ｉｏを供給する。

上記構成において、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４は、コントロールモジュールＣＭと通信ラインで接続され、相互でデータのやり取りをする。コントロールモジュールＣＭは、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４に対して、定電流制御か定電圧制御の区別、出力電流の設定値、出力電圧の設定値を送る。パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４は、定電流制御の場合は、出力電流の設定値を定電流指令値（目標値）とし、出力電圧の設定値を出力電圧のリミット値（これを超えると定電圧制御となる）とする。

また、後述のように、コントロールモジュールＣＭは、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４に対して、出力起動したときから所定時間経過時に電流検出値補正比率αを演算して送る。パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４は、コントロールモジュールＣＭに対して電流検出値Ｉｄｅｔ、電圧検出値Ｖｄｅｔを常時送る。

図２において、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４は、電流検出値Ｉｄｅｔが実際の出力電流Ｉｏと誤差があることを示している。図の例では、パワーモジュールＰＭ１は（－１．０％）、パワーモジュールＰＭ２は（０．０％）、パワーモジュールＰＭ３は（＋０．５％）、パワーモジュールＰＭ４は（＋１．０％）の誤差がある。したがって、出力電流Ｉｏが５００Ａで定電流制御されている時には、パワーモジュールＰＭ１では、電流検出値Ｉｄｅｔが４９５Ａであり、パワーモジュールＰＭ２では、電流検出値Ｉｄｅｔが５００Ａであり、パワーモジュールＰＭ３では、電流検出値Ｉｄｅｔが５０２．５Ａであり、パワーモジュールＰＭ４では、電流検出値Ｉｄｅｔが５０５Ａである。

上記の誤差は、実際には、出力配線による損失や電圧ドロップによる誤差も含まれるが、電流検出器の検出誤差が最も大きく影響する。

図３は、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の出力側の概略構成図である。

ＤＣ―ＤＣコンバータ１の出力電流は、シャント抵抗やホールＣＴ等からなる電流検出器２で電流検出値Ｉｄｅｔとして検出され、制御部３にフィードバックされる。また、ＤＣ―ＤＣコンバータ１の出力電圧は、電圧検出器４で電圧検出値Ｖｄｅｔとして検出され、制御部３にフィードバックされる。制御部３は、電流検出値Ｉｄｅｔに基づいて定電流制御、電圧検出値Ｖｄｅｔに基づいて定電圧制御を行う。また、制御部３は、電流検出値Ｉｄｅｔと電圧検出値ＶｄｅｔをコントロールモジュールＣＭに対して送る。

今、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４を備える直列接続電源システムにおいて、出力電流が５００Ａに設定され出力端電圧ＶＬが６Ｖ～６０Ｖとなる負荷Ｌが接続されているものする。パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４が直列接続されているため、負荷Ｌに印加する全体の出力端電圧ＶＬは６Ｖ～６０Ｖの間で変化する。このとき、直列接続電源システムの電流変動率は、負荷Ｌの変動を起因として出力端電圧ＶＬが１００％～１０％で変化したときの電流の変動率として求められる。しかし、この電流変動率が大きいと（例えば２．０％以上）、任意の出力端電圧ＶＬで高精度な定電流制御が出来ない。

たとえば、本システムの電流定格値が５００Ａである場合、出力端電圧ＶＬが６０Ｖのときの出力電流Ｉｏが５０５．０Ａで、出力端電圧ＶＬが６Ｖのときの出力電流Ｉｏが４９５．０Ａであったとすると、電流変動率は、
電流変動率＝（５０５－４９５）／５００×１００＝２．０％
となり、電流変動率が大きいことから負荷の変動に応じて高精度な定電流制御が困難である。

上記電流変動率は、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４のそれぞれの電流制御精度に依存し、その電流制御精度はパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の電流検出器２（シャント抵抗やホールＩＣ等で構成される）の誤差に大きく依存する。

そこで、本実施形態では、コントロールモジュールＣＭは、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４毎に電流検出器２の電流検出値Ｉｄｅｔに基づいて、後述の演算により、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４毎に電流検出値補正比率αを求める。そして、これをそれぞれのパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４に送る。この制御は、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４を出力起動したときから所定時間経過時に一度だけ行う。その後、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４では、電流検出値補正比率αにより、電流検出値Ｉｄｅｔを補正する。

このような制御を行うことで、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４のそれぞれにおいて、電流検出器２の誤差が補償され、電流検出値Ｉｄｅｔが出力電流Ｉｏに等しくなる。この誤差の補償は出力電圧Ｖｏの大きさに無関係であるため、出力電圧Ｖｏが変化しても常に正しく行われる。

以下、理解を容易にするため、まず、電流検出値補正比率αによる補正をしない場合のパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の挙動について説明する。なお、コントロールモジュールＣＭでは、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４が定電流制御を行うように設定しているものとする。

今、仮に、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の電流検出器２の誤差をＰＭ１（－１．０％）＜ＰＭ２（０．０％）＜ＰＭ３（＋０．５％）＜ＰＭ４（＋１．０％）とする。電流設定値（指令値）は５００Ａで、電圧設定値（電圧リミット値）は出力端電圧ＶＬ（６０Ｖ）の１０２％相当（６１．２Ｖ）を４等分した１５．３Ｖとする。

（出力端電圧ＶＬが１５．３Ｖ以下の低い時）
ＰＭ１の電流検出値Ｉｄｅｔが５００Ａのときは、誤差が（－１．０％）のため、実際の電流値は４９５Ａである。このとき、電流検出器２の誤差がＰＭ１＜ＰＭ２＜ＰＭ３＜ＰＭ４であるから、ＰＭ２～４の電流検出値Ｉｄｅｔは５００Ａ以上となる。このため、ＰＭ１が定電流制御モードとなり、ＰＭ２～４は出力電流を減らすように制御する。これにより、ＰＭ１の定電流制御が支配的となる。ＰＭ２～ＰＭ４は、実際の電流値４９５Ａを各電流検出器で検出した値で動作するが、出力することはない。

システムの出力端電圧ＶＬはＰＭ１の出力電圧Ｖｏ１にほぼ等しい。各ＰＭは次の状態である。なお、厳密には出力停止状態のＰＭでは出力電流Ｉｏが二次側整流ダイオード（図５のＤＣ―ＤＣコンバータ１参照）に流れるためにこの部分でドロップ電圧が生じる。このドロップ電圧があるため、出力端電圧ＶＬはＰＭ１の出力電圧Ｖｏ１に完全には一致しない。

ＰＭ１：定電流制御モード。
ＰＭ２：実際の電流値の４９５Ａを電流検出器２で検出した値で動作する。出力停止状態。
ＰＭ３：実際の電流値の４９５Ａを電流検出器２で検出した値で動作する。出力停止状態。
ＰＭ４：実際の電流値は４９５Ａを電流検出器２で検出した値で動作する。出力停止状態。

この状態でのＰＭ２、ＰＭ３、ＰＭ４の電流検出値Ｉｄｅｔは、例えば、ＰＭ２：５０５Ａ（＋１％）、ＰＭ３：５０７．５Ａ（＋１．５％）、ＰＭ４：５１０Ａ（＋２％）となる。

（出力端電圧ＶＬが１５．３Ｖ以上に上昇した時）
ＰＭ１の出力電圧Ｖｏ１は、電圧リミット値（１５．３Ｖ：１５Ｖの１０２％）になるまで上昇する。このときから、ＰＭ１は定電圧制御モードとなる。

ＰＭ１が定電圧制御モードとなるため不足する電圧を他のＰＭでカバーすることになるが、このとき、電流検出器２の誤差がＰＭ２＜ＰＭ３＜ＰＭ４であるため、ＰＭ２が定電流制御モードとなって不足電圧を出力する。ＰＭ２の電流検出値Ｉｄｅｔが５００Ａ（実際の電流値は５００Ａ）であるとすると、ＰＭ３～４は出力電流を減らすように制御する。これにより、ＰＭ２の定電流制御が支配的となる。ＰＭ３～ＰＭ４は、実際の電流値５００Ａを各電流検出器で検出した値で動作するが、出力することはない。

システムの出力端電圧ＶＬはＰＭ１の出力電圧Ｖｏ１とＰＭ２の出力電圧Ｖｏ２の和にほぼ等しい。このときの各ＰＭは次の状態である。

ＰＭ１：定電圧制御モード。
ＰＭ２：定電流制御モード。
ＰＭ３：実際の電流値の５００Ａを電流検出器２で検出した値で動作する。出力停止状態。
ＰＭ４：実際の電流値は５００Ａを電流検出器２で検出した値で動作する。出力停止状態。

この状態でのＰＭ１、ＰＭ３、ＰＭ４の電流検出値Ｉｄｅｔは、ＰＭ１：４９５Ａ（－１％）、ＰＭ３：５０２．５Ａ（＋０．５％）、ＰＭ４：５０５Ａ（＋１％）となる。

（出力端電圧ＶＬがさらに上昇した時）
ＰＭ２の出力電圧Ｖｏ２は、電圧リミット値（１５．３Ｖ：１５Ｖの１０２％）になるまで上昇する。このときから、ＰＭ２は定電圧制御モードとなる。

ＰＭ１が既に定電圧制御モードであって、続いてＰＭ２が定電圧制御モードとなるため、不足する電圧を他のＰＭでカバーすることになるが、このとき、電流検出器２の誤差がＰＭ３＜ＰＭ４であるため、ＰＭ３が定電流制御モードとなって不足電圧を出力する。ＰＭ３の電流検出値Ｉｄｅｔが５００Ａ（実際の電流値は５０２．５Ａ）であるとすると、ＰＭ４は出力電流を減らすように制御する。これにより、ＰＭ３の定電流制御が支配的となる。ＰＭ４は、実際の電流値５０２．５Ａを電流検出器２で検出した値で動作するが、出力することはない。

システムの出力端電圧ＶＬはＰＭ１～ＰＭ３の各出力電圧Ｖｏ１～Ｖｏ３の和にほぼ等しい。このときの各ＰＭは次の状態である。

ＰＭ１：定電圧制御モード。
ＰＭ２：定電圧制御モード。
ＰＭ３：定電流制御モード。
ＰＭ４：実際の電流値は５０２．５Ａを電流検出器２で検出した値で動作する。出力停止状態。

この状態でのＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ４の電流検出値Ｉｄｅｔは、ＰＭ１：４９２．５Ａ（－１．５％）、ＰＭ２：４９７．５Ａ（－１％）、ＰＭ４：５０２．５Ａ（＋０．５％）となる。

（出力端電圧ＶＬがさらに上昇した時）
ＰＭ３の出力電圧Ｖｏ３は、電圧リミット値（１５．３Ｖ：１５Ｖの１０２％）になるまで上昇する。このときから、ＰＭ３は定電圧制御モードとなる。

ＰＭ１、ＰＭ２が既に定電圧制御モードであって、続いてＰＭ３が定電圧制御モードとなるため、不足する電圧をＰＭ４でカバーすることになり、ＰＭ４が定電流制御モードとなって不足電圧を出力する。ＰＭ４の電流検出値Ｉｄｅｔが５００Ａ（実際の電流値は５０５Ａ）であるとすると、ＰＭ４の定電流制御が支配的となる。

システムの出力端電圧ＶＬはＰＭ１～ＰＭ４の各出力電圧Ｖｏ１～Ｖｏ４の和に等しい。このときの各ＰＭは次の状態である。

ＰＭ１：定電圧制御モード。
ＰＭ２：定電圧制御モード。
ＰＭ３：定電圧制御モード。
ＰＭ４：定電流制御モード。
この状態でのＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３の電流検出値Ｉｄｅｔは、ＰＭ１：４９０Ａ（－２％）、ＰＭ２：４９５Ａ（－１％）、ＰＭ３：４９７．５Ａ（－０．５％）となる。

図４は、電流検出器２の誤差がＰＭ１（－１．０％）、ＰＭ２（０．０％）、ＰＭ３（＋０．５％）、ＰＭ４（＋１．０％）であるときの、出力端電圧ＶＬの変動に対する電流変動率を示している。出力端電圧ＶＬが１５．３ＶまではＰＭ１で定電流制御が行われ、出力端電圧ＶＬが１５．３Ｖ～３０．６ＶまではＰＭ２で定電流制御が行われ、出力端電圧ＶＬが３０．６Ｖ～４５．９ＶまではＰＭ３で定電流制御が行われ、出力端電圧ＶＬが４５．９Ｖ～６１．２ＶまではＰＭ４で定電流制御が行われる。定電流制御で動作するＰＭは、ＰＭ１→ＰＭ２→ＰＭ３→ＰＭ４と変化していき、電流変動率は徐々に大きくなり、最終的に２％である。

このように、上記の例では、出力端電圧ＶＬが低い時からＶＬ＝６０Ｖに上昇するまでの期間において、電流変動率が１％～２％の大きさであり十分に低い値ではない。

本実施形態では、以下の説明のように、電流検出値補正比率αによりＰＭ１～ＰＭ４の電流検出器２の誤差を補償し電流検出値Ｉｄｅｔを補正する。これにより、出力端電圧ＶＬが低い時からＶＬ＝６０Ｖの間で電流変動率を十分に低い値となるように制御する。

図５は、本発明の実施形態のパワーモジュールＰＭ１の構成図である。他のパワーモジュールＰＭ２～ＰＭ４も同じ構成である。

パワーモジュールＰＭ１は、電源５からの入力電流を整流する整流部６と、整流部
６の整流出力を入力とするＤＣ―ＤＣコンバータ１と、ＤＣ―ＤＣコンバータ１の出力をフィードバックしてＤＣ―ＤＣコンバータ１のスイッチングを制御する制御部３と、出力電流検出器２と、出力電圧検出器４とを備える。パワーモジュールＰＭ１とコントロールモジュールＣＭ間には双方向で制御信号ＴＣ１を送受信するための通信ラインが接続されている。

制御信号ＴＣ１は、コントロールモジュールＣＭからパワーモジュールＰＭ１に対して送信する、電流設定値と電圧設定値と後述の電流検出値補正比率αを含む。定電流制御が設定されているときは、電流設定値は電流指令値、電圧設定値は電圧リミット値となる。また、制御信号ＴＣ１は、パワーモジュールＰＭ１からコントロールモジュールＣＭに対して送信する、出力電流検出器２の電流検出値Ｉｄｅｔと出力電圧検出器４の電圧検出値Ｖｄｅｔを含む。

制御部３は、定電流制御モードの場合、出力電流検出器２の電流検出値Ｉｄｅｔが電流指令値に一致するように、また、出力電圧検出器４の電圧検出値Ｖｄｅｔが電圧リミット値を超えないように、ＤＣ―ＤＣコンバータ１のスイッチングを制御する。制御部３は、定電圧制御モードの場合、出力電圧検出器４の電圧検出値Ｖｄｅｔが電圧指令値に一致するように、また、出力電流検出器２の電流検出値Ｉｄｅｔが電流リミット値を超えないように、ＤＣ―ＤＣコンバータ１のスイッチングを制御する。いずれのモードでも、具体的には、ＤＣ―ＤＣコンバータ１のスイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。

以上の構成で、各パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４は、出力端電圧ＶＬの大きさ（負荷Ｌの大きさ）に応じて、上述のように作動する。

図６、図７は、本発明の実施形態のコントロールモジュールＣＭの動作を示すフローチャートである。図６は一定時間毎に実行されるＩｄｅｔ、Ｖｄｅｔ取得動作である。図７は、出力起動時にＰＭ毎に実行される動作である。

コントロールモジュールＣＭは、一定時間毎にパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４から電流検出値Ｉｄｅｔをそれぞれ取得し（ＳＴ１）、これらを図示しない操作部にある表示器に表示する（ＳＴ２）。

コントロールモジュールＣＭは、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４に対して出力起動を指令すると、所定時間経過時（ＳＴ１０）に、ＳＴ１１以下に進む。ＳＴ１１以下はパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４のそれぞれに対して実行される。所定時間は、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の動作が安定するまでの時間で予め設定されている。

まず、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の電流検出値Ｉｄｅｔの平均値Ｉｄｅｔ（ＡＶ）を求め、Ｉｄｅｔ（ＡＶ）＞＝一定電流値（例えば定格電流の１０％）であれば、ＳＴ１２以下に進む。それ以外では、出力電流Ｉｏが小さいため、ＳＴ１２以下の制御を行わずにリターンする。

パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の電流検出値Ｉｄｅｔの最大値と最小値の誤差（絶対値）を求め、誤差＞＝０．４％であれば、ＳＴ１３以下に進む。それ以外では、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の誤差があまり大きくないので、ＳＴ１３以下の制御を行わずにリターンする。

平均値Ｉｄｅｔ（ＡＶ）＞＝一定電流値で、且つ、電流検出値Ｉｄｅｔの最大値と最小値の誤差（絶対値）＞＝０．４％であれば、電流検出値補正比率α（ｎ）を以下の式で求める（ＳＴ１３）。

今回の補正比率α（ｎ）＝Ｉｄｅｔ（ＡＶ）／Ｉｄｅｔ―――（１）
α´（ｎ）＝α（ｎ―１）×α（ｎ）―――（２）
ただし、ｎは、今回の出力起動演算時、ｎ―１は前回の出力起動演算時を表す。

式（１）では、平均値Ｉｄｅｔ（ＡＶ）を正しい出力電流と推定し、推定した出力電流と電流検出値Ｉｄｅｔの比率を今回の補正比率α（ｎ）として求める。この補正比率α（ｎ）は、該当するパワーモジュールＰＭの出力電流検出器２の誤差に相関する。

続いて、式（２）において、電流検出値補正比率α´（ｎ）＝電流検出値補正比率α（ｎ―１）×電流検出値補正比率αで、今回の制御で使う電流検出値補正比率α´（ｎ）を求める。例えば、α（ｎ―１）が９９％で、α（ｎ）が９８％であるなら、α´（ｎ）＝９７％となる。

つまり、前回（ｎ―１）求めた電流検出値補正比率α（ｎ―１）に、今回（ｎ）求めた補正比率α（ｎ）を乗じることで、今回（ｎ）の電流検出値補正比率α´（ｎ）を求める。

上記で求めた、電流検出値補正比率α´（ｎ）は、一定の範囲を超えていれば、その範囲内に制限する（ＳＴ１４）。電流検出値補正比率α´（ｎ）の絶対値が上限または下限を超える場合には、検出器の異常も想定されるため、その値を制限する方が望ましいと思われるからである。

続いて、電流検出値補正比率α´（ｎ）を該当のパワーモジュールに送信する（ＳＴ１５）。

次の出力起動時での制御に備えて、α（ｎ―１）＝α´（ｎ）に設定し、内部のメモリに記憶する（ＳＴ１６）。したがって、今回、求めた電流検出値補正比率α´（ｎ）は、次の出力起動時のＳＴ１０以下の制御において、α（ｎ―１）として使用される。

以上の制御でパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の電流検出値補正比率α´（ｎ）が求められる。

図８は、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４の一部の動作を示している。

コントロールモジュールＣＭから電流検出値補正比率α´（ｎ）を受信すると（ＳＴ２０）、その値を更新し（ＳＴ２１）、電流検出値Ｉｄｅｔを下記式（３）で補正する（ＳＴ２２）。

Ｉｄｅｔ＝Ｉｄｅｔ×α´（ｎ）―――（３）
上記（３）式により、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４は、電流検出値Ｉｄｅｔを出力電流検出器２の誤差に基づいて正しく補正してから定電流制御を行う。パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４は、出力起動後に電流検出値補正比率α´（ｎ）を一度だけ受信すると、その後は、出力が停止されるまで（３）式により電流検出値Ｉｄｅｔを補正する。電流検出器２の誤差は、出力端電圧ＶＬの大きさにかかわらず一定であるから、出力端電圧ＶＬの大きさにかかわらず、電流検出値Ｉｄｅｔは出力電流Ｉｏに一致するように補正される。

このため、ＰＭ１（－１．０％）、ＰＭ２（０．０％）、ＰＭ３（＋０．５％）、ＰＭ４（＋１．０％）の電流検出器２の誤差は、すべて（０．０％）となるように補正される。その結果、出力端電圧ＶＬの６Ｖ―６０Ｖへの変化に対する電流変動率は、図４と異なり、ほぼフラットとなり、直列接続電源システム全体の電流制御精度を高く出来る。

なお、実施形態では、式（２）により、α´（ｎ）＝α（ｎ―１）×α（ｎ）の演算を行っているが、出力起動毎に式（１）によりα＝Ｉｄｅｔ（ＡＶ）／Ｉｄｅｔで検出値補正比率αを求め、このαをパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４に送るようにしても良い。

また、実施形態では、図７のＳＴ１１でＩｄｅｔ（ＡＶ）＞＝一定電流値のとき、及び、ＳＴ１２でＩｄｅｔの最大値と最小値の誤差（絶対値）が誤差＞＝０．４％のときにだけ、ＳＴ１３以下の演算を行っているが、これらのＳＴ１１、ＳＴ１２の条件は必ずしもなくても良い。また、ＳＴ１２においては、誤差の判定に使用する「０．４％」の値にヒステリシスを持たせることも可能である。

本実施形態では、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ４を直列接続したシステムを示したが、複数の直列接続グループを並列接続して全体として直並列接続電源システムを構成することも可能である。図９はこの直並列接続電源システムの構成例を示す。ＰＭ直列接続グループＧ１とＰＭ直列接続グループＧ２とが並列接続され、各グループでは複数のＰＭが直列接続されている。ＰＭ直列接続グループＧ１、Ｇ２はそれぞれ、コントロールモジュールＣＭで上記と同様に制御される。直並列接続電源システムでは、図１、図２に示すような単独のＰＭ直列接続電源システムに比して出力電流Ｉｏを稼ぐことが出来る。

ＣＭ－コントロールモジュール
ＰＭ１～ＰＭ４－パワーモジュール

Claims

直列接続したｎ台の電源ユニットとこれらの各電源ユニットを制御する制御ユニットとを備える直列接続電源システムにおいて、
前記各電源ユニットは、
出力電流を検出する出力電流検出器と、
出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
前記出力電流検出器で検出した電流検出値Ｉｄｅｔと前記出力電圧検出器で検出した電圧検出値Ｖｄｅｔがフィードバックされ、前記電流検出値Ｉｄｅｔが前記制御ユニットにより設定された電流設定値となるように前記出力電流を制御する定電流制御モードを備える制御部とを備え、
前記制御ユニットは、前記定電流制御モードで出力起動したときから所定時間経過時に、前記各電源ユニット（ｘ）（ｘは１～ｎ）毎に次の（Ａ）、（Ｂ）の演算制御を行い、
（Ａ）電源ユニット（ｘ）の前記電流検出値Ｉｄｅｔを取得し、下記の式（１）で電流検出値補正比率αを求める。
α＝Ｉｄｅｔ（ＡＶ）／Ｉｄｅｔ―――（１）
ただし、
Ｉｏ（ＡＶ）は、前記各電源ユニットの電流検出値Ｉｄｅｔの平均電流値
（Ｂ）前記電流検出値補正比率αを電源ユニット（ｘ）に送る。
前記各電源ユニット（ｘ）は、前記制御ユニットから送られてきた前記電流検出値補正比率αにより、前記電流検出値Ｉｄｅｔを補正する、
直列接続電源システム。
前記制御ユニットは、出力起動毎の前記所定時間経過時に前記（Ａ）、（Ｂ）の演算制御を行い、今回の出力起動後の前記所定時間経過時に式（１）で求めた電流検出値補正比率αを、下記の式（２）で補正して、電流検出値補正比率α´（今回）を求め、電流検出値補正比率α´（今回）を電源ユニット（ｘ）に送る請求項１記載の直列接続電源システム。
電流検出値補正比率α´（今回）＝電流検出値補正比率α（前回）×電流検出値補正比率α―――（２）
ただし、電流検出値補正比率α´（今回）は、今回起動後において補正した電流検出値補正比率αであり、電流検出値補正比率α（前回）は、前回起動後において補正した電流検出値補正比率α
前記制御ユニットは、前記所定時に、次の（Ｃ）の演算制御を行う、請求項１または２記載の直列接続電源システム。
（Ｃ）各電源ユニットの前記電流検出値Ｉｄｅｔの最大値と最小値の絶対値誤差が所定値以下であると前記（Ａ）、（Ｂ）の演算制御を行わない。