JP4450753B2

JP4450753B2 - 電力変換システム

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Publication number: JP4450753B2
Application number: JP2005078603A
Authority: JP
Inventors: 義一角田; 隆浩浦壁; 達也奥田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2025-03-18
Also published as: JP2006262654A

Description

この発明は、電力変換器の高速応答制御に関するものであり、より具体的には、急激な負荷変動を伴う電力変換器（ＤＣ／ＤＣ電力変換器）の制御に関している。

特許文献１に記載された電力変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）に於いては、一般的なフィードバック制御により、パルス幅を調整して目的とする電圧になる様に電力変換を行っている。

特開２００２−２１８６６７号公報（図１２）

従来の技術においては、急激な負荷の変動が発生した場合、制御回路は設定した最大のデューティにより動作を行い、電力を伝達しようとするが、その際に追従性を追及し、システムの最大デューティを大きく取った場合、広範囲に変換電力が変化すると制御がハンチング気味となり、不安定な状態に陥る可能性があった。又、変換電力の領域を広範囲に安定させるために、システムの最大デューティを最大電力時の動作デューティを基本に設定すると、急激な負荷の変動が発生した場合、思うように追従しなくなり、出力電圧の低下が発生する場合があった。そのため、後者の場合には、最大負荷において電力変換器が追従できるまでのエネルギーを保証する充分なコンデンサを出力端に用意しなければならなかった。

この発明は斯かる問題点に鑑み成されたものであり、追従性と安定性の両面を具備した電力変換システムを構築することを、その目的とする。

この発明の主題は、インダクタを有する非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器とその制御回路とを備える電力変換システムであって、前記制御回路は、ＰＷＭで前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器の出力電圧を制御するための第１制御回路と、前記インダクタに流れるインダクタ電流を観測して、前記インダクタ電流が、前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器の負荷が急激に変動して最終的に前記負荷が安定したときに於ける前記インダクタに流れる電流値である規定のインダクタ電流となるまで、連続してオン信号を指示する機能を有する第２制御回路と、前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器の出力の状態を検出して前記第１制御回路による制御を採るか、前記第２制御回路による制御を採るかを判定して、選択した方の制御出力を前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器に出力する制御選択回路とを備えていることを特徴とする。

以下、この発明の主題の様々な具体化を、添付図面を基に、その効果・利点と共に、詳述する。

本発明の主題によれば、基本的なＰＷＭ制御と高速起動回路による制御とを選択することで、（１）短期間の急激な負荷変動に対して高速に応答出来る追従性と、（２）広範囲な負荷の変動状態に対して安定した制御性とを併せ持つ電力変換システムを構築することが出来る。

（本発明の特徴点）
本発明は、上記課題を解決するために、（１）基本的な制御を行う第１制御回路と、（２）急激な負荷の変動が発生した場合にインダクタ電流を急速に充電する第２制御回路の２つの制御回路を有し、第１及び第２制御回路の制御出力を選択する制御選択回路により適切に制御を切り替えることで、追従性と安定性の両方を具備した電力変換システムを構築する。

詳しくは、基本的なＰＷＭ制御を行う第１制御回路は、寧ろ良く安定する様に之を設計し、急激な負荷変動に対しては、それ程に高速に追従しなくても良い設定としておく。急激な負荷の変動が発生した場合に対応するため、２つ目の第２制御回路に対して、電力変換器内のインダクタへの充電のため必用な期間ＯＮし続け、インダクタ電流を急増させる様に制御する機能を持たせる。更に、負荷の変動具合に応じて、これらの制御出力を適切に選択する回路により、緩やかな負荷の変動では第１制御回路を選択して通常の制御により緩やかに追従し、急激な負荷の変動があった場合には、第２制御回路を選択してインダクタ電流を急速に充電することで、高速に負荷の変動に対処する。

この様な応答制御により、急激な負荷の変動に対する追従性と、広範囲な電力設定での安定性の両方を具備した電力変換システムを構築出来る。但し、インダクタに充電する期間内は電力変換が行われないため、コンデンサによる電力の保証が必用であるが、この期間に必用なコンデンサの容量に関しては、従来の電力変換システムと比較して、その１／２〜２／３に設定することが可能である。

尚、本願で言う「急激な負荷変動」とは、負荷が安定動作時のときよりもより増大した出力を電力変換器側に要求して来る状態を言い、例えば負荷出力１Ｗで負荷が安定動作していた際に、負荷側から電力変換器に対して２Ｗ〜１０Ｗの電力を出力する様に求めて来る場合である。換言すれば、前段階のときよりも例えば約５倍以上の出力電力の増大を負荷が要求する場合であるとも言える。

（実施の形態１）
図1は、本実施の形態に係る電力変換システムの構成例を、その制御フローと共に示すブロック図である。図１において、参照符号１はバッテリー等の直流電源であり、ブロック２は非絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換回路（電力変換器とも言う）の主回路である。負荷３は、電力変換回路２の両端子２８，２９間に接続されている。尚、負荷３には、更に電力変換を行う機器も含まれる。

一方の制御回路４は、電力変換器２を昇圧制御する（即ち、直流電源１の電力を電力変換して負荷３に与える）ための昇圧制御回路である。他方の制御回路５は、電力変換器２を降圧制御する（即ち、負荷３からのエネルギーを電力変換により直流電源１に回生する動作を行う）ための降圧制御回路である。更に、各制御回路４，５に設けられた選択回路６は、外部からの制御信号で昇圧指令により電力変換回路２を昇圧動作させ、あるいは外部からの制御信号で降圧指令により電力変換回路２を降圧動作させる。但し、昇圧指令と降圧指令とが選択回路６に同時に入力されることはない。又、ブロック７は本方式の制御フローである。

電力変換回路２は、昇圧及び降圧の双方向に電力変換可能な、ＤＣ／ＤＣコンバータの一例である。直流電源１に対して並列に、コンデンサ２１が電力変換回路２の内部に接続されている。そして、コンデンサ２１の正極側端子にインダクタ２２の一端が接続されており、インダクタ２２の他端は、昇圧用スイッチ２３の入力と整流素子２４のアノードとに接続されている。加えて、インダクタ２２の他端は、降圧用スイッチ２５の出力と整流素子２６のカソードとにも接続されている。昇圧用スイッチ２３の出力は、整流素子２６のアノードと共に、コンデンサ２１の負極側端子に接続されており、更にコンデンサ２７の負極側端子がコンデンサ２１の負極側端子に接続されており、コンデンサ２１，２７の負極側端子は出力ＣＯＭ２８を成している。他方、降圧用スイッチ２５の入力と整流素子２４のカソードとはコンデンサ２７の正極側端子に接続されており、コンデンサ２７の正極側端子は出力Ｖｏｕｔ２９を成す。負荷３に対しては、電力変換回路２の出力Ｖｏｕｔ２９を正極として接続すると共に、同回路２の出力ＣＯＭ２８を負極として接続する。

又、電力変換回路２内の出力電流センサ８１は負荷電流Ｉｏｕｔを観測する電流検出手段であり、出力電圧センサ８２は出力電圧の検出手段である。更に、同回路２内のインダクタ電流センサ８３は、インダクタ電流Ｉｉｎを観測する手段であると共に、降圧時側の出力電流検出手段をも成している。又、電圧センサ８４は降圧側の電圧検出手段である。

そして、昇圧制御回路４及び降圧制御回路５は上記の検出手段８１〜８４により観測される情報に基づき、昇圧制御及び降圧制御を行う。

又、参照符号９は、負荷がインバータ等の場合それを駆動もしくは制御するための負荷コントローラであり、この負荷コントローラ９から負荷３の制御信号９１が出力される。更に、負荷コントローラ９は、負荷３の駆動状態を、昇圧制御回路４または降圧制御回路５に、もしくは両制御回路４，５に、負荷状態信号９２として伝達する。

昇圧制御回路４は、従来制御回路（第１制御回路）４１と、高速起動回路(インダクタ電流制御回路；第２制御回路)４２と、制御選択回路４３とから成る。これらの内で、従来制御回路４１は、一般的に使用されるＰＷＭ制御されるＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路を搭載している。即ち、従来制御回路４１とは、ＰＷＭにより電力変換器の出力電圧を制御するための制御回路である。他方、高速起動回路４２は、インダクタ２２の電流をインダクタ電流センサ８３の出力に基づき観測し、インダクタ２２に流れる電流が規定のインダクタ電流となるまで連続してオン信号を昇圧用スイッチ２３に対して指示する機能を有する回路を搭載している。即ち、高速起動回路４２は、急激な負荷変動に対して、インダクタ２２に流れる電流が、負荷３が変動し最終的に負荷変動が安定した時のインダクタ電流である「規定のインダクタ電流値」になるまで、連続的にインダクタ２２を充電する（連続的にインダクタ電流を増大させる）制御機能を有している。更に制御選択回路４３は、出力電圧センサ８２の出力、出力電流センサ８１の出力及び負荷状態信号９２の何れかの信号に基づいて、電力変換器２の出力の状態を検出して、従来制御回路４１の制御を採るか、それとも高速起動回路４２の制御を採るかを判定し、選択した側の制御回路出力を電力変換器２に出力する。昇圧指令が選択回路６に入力したとき、上記の制御回路４１，４２の選択により、昇圧制御回路４は電力変換器２の昇圧動作の制御を行う。

降圧制御回路５は、従来制御回路（第１制御回路）５１と、高速起動回路(インダクタ電流制御回路；第２制御回路)５２と、制御選択回路５３とから成る。これらの構成要素の内で、従来制御回路５１は、従来制御回路４１と同様に、一般的に使用されるＰＷＭ制御されるＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路を搭載しており、又、高速起動回路５２は、既述した高速起動回路４２と同様に、インダクタ電流を観測して、インダクタ２２に流れる電流が規定のインダクタ電流となるまで連続してオン信号を降圧用スイッチ２５に指示する機能を有する回路を搭載しており、更に制御選択回路５３は、既述した制御選択回路４３と同様に、電力変換器２の出力の状態を検出して、従来制御回路５１の制御を取るか、あるいは、高速起動回路５２の制御を取るかを判定する。上記の制御回路５１，５２の選択により、降圧制御回路５は電力変換器２の降圧動作の制御を行う。

次に、本方式の制御を図１の制御フロー７に基づき記載する。尚、制御フロー７は、昇圧制御回路４の制御フロー及び降圧制御回路５の制御フローに共通である。

ＤＣ／ＤＣ起動（ステップ７１）の後、制御選択回路４３又は５３は、通常、従来制御回路４１又は５１を選択し、常に従来制御(４１又は５１)による定常状態制御（最適Ｄｕｔｙ制御；ＰＷＭ制御）にて電力変換器２の動作を行う（ステップ７２）。ステップ７３において、制御選択回路４３又は５３が負荷３の変動（負荷増大）を検出すると、同回路４３又は５３は、高速起動完了条件を設定する（ステップ７４）と同時に、高速起動を行うかどうかを判定する（ステップ７５）。高速起動が不要な場合(ＮＯ判定)には、制御選択回路４３又は５３は、ＰＷＭ制御を行う従来制御回路４１又は５１を選択し、他方、高速起動が必要となる急激な負荷変動が生じた場合(ＹＥＳ判定)には、高速起動回路４２又は５２を選択する。尚、ステップ７４の高速起動完了条件の設定は、ステップ７５で高速起動判定“Ｙ”が確定した後で行っても良い。ステップ７５で高速起動判定“Ｙ"が確定すると、ステップ７４で設定された高速起動完了条件が満たされるまで、制御選択回路４３又は５３は高速起動回路４２又は５２を選択して高速起動制御を動作させ続け（従って、インダクタ電流が上記規定値に到達するまで連続的に増大する；ステップ７６）、負荷３が安定状態となり、ステップ７７で完了判定“Ｙ"が確定すると、制御選択回路４３又は５３は従来制御回路４１又は５１を再び選択し、従来のＰＷＭ制御が復帰する（ステップ７２）。

この様な従来制御と高速起動との選択制御によって、（１）急激な負荷状態の変動に対してより精密に対応できる追従性と、（２）広範囲な電力設定での安定性との両方を具備した電力変換システムを構築することが出来る。

尚、電力変換器２が昇圧制御回路４のみを具備する場合に於ける本方式でのタイミングチャートを、従来例との比較で以って、図２に示す。同図に示す通り、急激な負荷状態の変動時に高速起動回路４２を選択することによって、インダクタ２２の電流が０値から規定の値にまで上昇し続ける期間中連続してオン状態の制御信号（そのパルス幅は従来制御の信号のパルス幅よりも大である）が、制御選択回路４３を介して、昇圧用スイッチ２３に印加され続けている。そして、インダクタ２２の電流が上記規定値に達した以後は、従来制御（ＰＷＭ制御）が復帰している。

（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１における高速起動回路４２，５２の具体化例に関しており、図３は本実施の形態に係る高速起動回路を示すブロック図である。本実施の形態の記載においては、必要に応じて、図１の構成要素とその参照符号とを援用する。

本高速起動回路は、電流値設定回路４２１に予め設定された固定値Ａとインダクタ電流センサ８３からの信号Ｂとを比較回路４２２で比較し、その比較結果に応じて第１及び第２波形整形回路４２３，４２４からパルスを出力する。即ち、比較回路４２２での比較結果がＡ＞Ｂで比較出力Ｃが“１”レベルのときには、第１波形整形回路（波形整形回路１）４２３はノイズ成分を除去した上で、高速起動信号（レベル“１”）を抽出する。同時に、第２波形整形回路（波形整形回路２）４２４は比較回路４２２の出力からノイズ成分を除去した上で、比較回路４２２の出力の立ち下がり(１→０ヘの遷移：Ａ＜Ｂ、Ｃ＝“０”)を検出して、高速起動の完了を指示する完了パルスを作成・出力する。これらの信号は、本高速起動回路からの制御信号として、制御選択回路４３に与えられる。

図３のブロック４２５内に例示する作動例１は、軽負荷時にインダクタ電流が殆ど流れず、高負荷状態となった時、インダクタ電流が増加する様子を模式的に示したものである。高速起動パルスは、インダクタ電流Ｂが設定電流値Ａ未満の場合には常にレベル“１”を出力し、制御選択回路４３によって自己の信号を選択されるのを待つ。その後、高負荷状態となり、インダクタ電流の増加を必要とした時、高速起動パルスは制御選択回路４３によって選択され、ブロック４２５内に示すインダクタ電流の様に、インダクタ２２に流れる電流が連続的に増加する。その後、インダクタ電流Ｂが設定電流値Ａ以上になった場合には、高速起動回路はレベル “０”の高速起動パルスを出力して当該パルスの出力を止め、更に高速起動完了の信号として完了パルスを出力し、制御選択回路４３に対して、高速起動の完了と、従来制御ヘの引き継ぎを要求する。ブロック４２５内に示すインダクタ電流の波形は、高速起動が行われ、完了パルスの生成により従来制御に切り替わった波形である。

これに対して、図３のブロック４２６内に例示する作動例２は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力として必要な出力の時のインダクタ電流が、設定電流値と同等、若しくは、低い目に設定されていた場合の波形を模式的に示したものである。この作動例では、高速起動パルスが常に出力され、高速起動パルスによる誤動作が懸念される波形であるが、高速起動パルス出力後の完了パルスにより、制御選択回路４３において、通常の従来制御を選択することにより、高速起動パルスが選択されることはなく、懸念される誤動作は発生しない制御となる。

以上に記載した本実施の形態による制御を行うならば、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて急激な負荷変動時にインダクタ電流を急速に充電し、より精密に対応できる追従性と、広範囲な電力設定での安定性の両方を具備した電力変換システムを構築することが出来る。

（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態２における電流値設定回路４２１に代わって、多段階又は無段階型の電流値設定回路を提案するものである。

図４は、本実施の形態に係る高速起動回路用電流値設定回路の一例を示すブロック図である。図４の電流値設定回路４２７は、図３の電流値設定回路４２１を複数個備える様に設定したものであり、電流設定値群４２１１を設けることにより、同一でない規定の電流値に該当する電流値が複数設定されている。そして、各々の電流値設定回路（４２１１．１，４２１１．２，４２１１．３，・・・）の出力Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・の何れか１つの信号が、電流設定選択回路４２１２によって選ばれる。電流設定選択回路４２１２における選択のために、負荷コントローラ９の負荷状態信号９２から選択判定回路４２１３で負荷の状態を判定し、その判定結果に基づいて、複数個の出力Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・から何れの電流設定値を「規定のインダクタ電流値」として選択するかを決める。尚、この選択判定回路４２１３と同様の機能を制御選択回路４３が有することから、制御選択回路４３に選択判定回路４２１３を持たせる様に修正しても良い。

又、図５は、規定のインダクタ電流値を無段階に設定する場合の回路例を示す図である。電流値設定回路４２８は、負荷３の状態を判定するための負荷状態信号(負荷状態判定前アナログ信号もしくは負荷状態判定前デジタルデータ信号)９２を演算処理して、インダクタ電流の規定の電流値を無段階に設定する。

本実施の形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、急激な負荷変動の、負荷変動令に応じたインダクタ電流を急速に充電し、より精密に対応できる追従性と、広範囲な電力設定での安定性の両方を具備した電力変換システムを構築することが出来る。

（実施の形態４）
本実施の形態は、実施の形態１の図１に於ける制御選択回路４３の構成を具体化するものであり、その特徴点は、負荷状態信号９２、出力電圧センサ８２の出力及び出力電流センサ８１の出力の内で少なくとも一つの信号に基づいて急激な負荷変動を確実且つ最適に検知した場合に、高速起動回路（第２制御回路）４２の出力パルスを選択し、その後に負荷変動が安定した段階で従来制御回路（第１制御回路）４１によるＰＷＭ制御に切り替える点にある。以下、図面に基づき、本実施の形態に係る制御選択回路４３を記載する。その他の構成要素に関しては、図１及び図３乃至図５の何れかの図の記載を援用する。

図６は、本実施の形態に係る昇圧制御回路４の制御選択回路４３の構成を模式的に示すブロック図である。同図に於いて、電圧変化検出回路４３１は、出力電圧センサ８２からの電圧情報と、設定した基準とから、負荷３の増大による高速起動指令パルスＢを出力する。他方、電流変化検出回路４３２は、出力電流センサ８１からの電流情報と、設定した基準とから、負荷３の増大による高速起動指令パルスＣを出力する。これに対して、選択ロジック４３３は、両回路４３１，４３２の高速起動指令パルスＢ，Ｃ及び負荷状態信号９２（負荷３の増大を判定したロジック信号）から各論理式に基づき、信頼性のある情報として、高速起動のための信号を発生させる。そして、ラッチ制御回路４３４は、選択ロジック４３３からの高速起動選択信号が入ると、ラッチ回路により高速起動を保持し、高速起動回路４２からの完了パルスの受信で、もしくは、回路４３４内の強制終了タイマからの信号で、高速起動の保持を解除する。ここで、上記の強制終了タイマは、何らかの不具合により高速起動回路４２からの完了パルスが入力されない時のための保護回路である。更に、選択回路４３５は、ラッチ制御回路４３４からの出力が“０”の場合には従来制御回路４１の制御信号を出力する一方、ラッチ制御回路４３４からの出力が“１”の場合には高速起動回路４２の信号を出力する様に、ロジック回路等で構成されている。

尚、両回路４３１，４３２及び負荷状態信号９２は選択ロジック４３３にとっては全て必須ではなく、これら４３１，４３２，９２の内でシステムの要求に応じて必要な回路を設置し又は信号９２を受信して、選択ロジック４３３で最適の論理式を採用する事で、最適なシステムを構築することが出来る。即ち、両回路４３１，４３２及び負荷状態信号９２の内で少なくとも一つの要素が必要である（選択ロジック４３３の論理式（１１）〜（１３）の何れかを採用する場合に該当する）。

本実施の形態によれば、急激な負荷変動を的確に検知して制御を切り替えることが可能な電力変換システムを構築することが出来る。

（実施の形態５）
本実施の形態は、実施の形態４の図６に於ける制御選択回路４３の構成を変形する例に該当しており、その特徴点は、実施の形態３に記載の電流設定回路４２７又は４２８を有する高速起動回路を備えた電力変換システムを前提とした上で、制御選択回路４３は、負荷３の負荷コントローラ９の出力信号９２、電力変換器２内の出力電圧センサ８２の出力信号及び電力変換器２内の出力電流センサ８１の出力信号の内の少なくとも一つの信号に基づき、負荷状態信号を内部的に生成し、高速起動回路４２は、制御選択回路４３が出力する上記負荷状態信号に基づき規定のインダクタ電流値を設定する点にある。以下、図面に基づき、本実施の形態に係る制御選択回路４３の構成・動作を記載する。

図７は、本実施の形態に係る昇圧制御回路４に於ける制御選択回路４３の構成を示すブロック図である。同図において、電圧変化検出回路４３６は、出力電圧センサ８２からの電圧情報から、負荷状態信号(アナログもしくはディジタル値)と、設定した基準から負荷の増大による高速起動指令パルスとを出力する。電流変化検出回路４３７は、出力電流センサ８１からの電流情報から、負荷状態信号(アナログもしくはディジタル値)と、設定した基準から負荷の増大による高速起動指令パルスとを出力する。変換回路４３８は、アナログデータにて処理を行う場合に、負荷コントローラ９からの指令値９２をアナログ値に変換する。これらの回路４３６，４３７，４３８からのアナログ値もしくはディジタル値が出力する負荷状態出力は、保持回路４３９により、負荷状態信号として保持され、保持回路４３９は、その保持する負荷状態信号を、図４又は図５の電流値設定回路を有する高速起動回路４２に入力する。選択ロジック４３３は、回路４３６、４３７からのロジック信号及び信号９２から、各論理式に基づき、信頼性のある情報として高速起動のための信号を発生させる。この点は、既述した図６の選択ロジック４３３と同様である。ラッチ制御回路４３４は、選択ロジック４３３からの高速起動選択信号が入るとラッチ回路により高速起動を保持し、高速起動回路４２からの完了パルスの入力若しくはラッチ制御回路４３４内の強制終了タイマからの信号で、高速起動の保持を解除する。強制終了タイマは、何らかの不具合により高速起動回路４２からの完了パルスが入力されない時のための保護回路である。選択回路４３５は、ラッチ制御回路４３４からの出力が“０”の場合には従来制御回路４１の制御信号を出力し、ラッチ制御回路４３４からの出力が“１”の場合には、高速起動回路４２の制御信号を出力する様に、ロジック回路等で構成されている。尚、負荷状態信号の生成・出力に関しては、既述した回路４３６，４３７，４３８の全てが必須である訳ではなく、システムの要求に応じて、これらの回路４３６〜４３８の中から少なくとも一つの回路を設定すれば良い。同様に、システムの要求に応じて、回路４３６，４３７，信号９２の中から必要な回路あるいは信号９２を設置し、選択ロジック４３３で最適の論理式を採用する事で、最適なシステムを構築することが出来る。

本実施の形態によれば、急激な負荷変動を的確に検知し、負荷変動の度合いにより、適切な制御と、制御パラメータを設定出来る電力変換システムを構築することが出来る。

（実施の形態６）
本実施の形態の特徴点は、高速起動回路４２は、インダクタ電流が規定のインダクタ電流の値に相当するときには連続して前記オン信号を指示する高速起動を完了させるための完了パルスのみを制御選択回路４３へ出力し、制御選択回路４３は、急激な負荷変動を検知した場合であって且つ高速起動回路４２からの完了パルスが入力されない期間中は、自ら高速起動を行うための制御信号を非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器に出力し、高速起動回路４２からの完了パルスの受信に応じて高速起動から従来制御回路４１による制御に切り替える点にある。以下、図面に基づき、制御選択回路４３の構成の特徴点を記載する。

図８は、本実施の形態に係る高速起動回路４２と制御選択回路４３の一部構成とを示すブロック図である。制御選択回路４３は、例えば図６又は図７に示す様な選択ロジック４３３を有している。インダクタ２２ヘの急速充電を要する高速駆動制御の実現化のために、ここでは、選択ロジック４３３の出力はラッチ制御回路４３４のラッチのセット端子Ｓに入力されており、選択回路４３０は、ラッチ制御回路４３４のラッチ出力と従来制御パルスとのＯＲ接続として構成されている。他方、高速起動回路４２は、比較回路４２２の出力を波形成形回路４２９でノイズ成分等を取り除いて完了パルスを生成・出力する回路のみとしている。この様な構成により、高速起動回路４２及び選択回路４３０の構成を簡略化することが出来る。

本実施の形態によれば、高速起動回路に制御の優先権を与えることで、簡易に高速起動と通常制御との選択機能を実現することが出来る。但し、実施の形態1の通常構成とは異なり、切り替え判断を行うわけではない。

尚、実施の形態２〜６の各々に関しては昇圧制御回路４の昇圧制御についてのみ記述しているが、勿論、降圧制御回路５の降圧制御に関しても、各実施の形態２〜６で述べたものと同一の構成を適用することが出来る。

（実施の形態７）
本実施の形態の特徴点は、負荷コントローラ９自体は負荷３の状態を判っているので、この点を利用して、負荷変動を生じさせる前に高速起動制御を行う点にある。

図９は、本実施の形態に係る制御選択回路４３の構成例を示すブロック図である。負荷３をコントロールする負荷コントローラ９が存在する場合、負荷コントローラ９の運転情報を事前に、制御選択回路４３に入力する。負荷コントローラ９が負荷３の急増シーケンスに入ると、負荷コントローラ９は負荷変動ロジック出力９２を出し、同時に、負荷３の状態信号９２をデジタルデータで出力する。制御選択回路４３は、ラッチ制御回路４３４、選択回路４３５及び保持回路４３９で以って構成されている。従って、負荷変動ロジック出力９２の信号で、高速起動回路４２を起動し、電流設定回路４２１は、単一で(図３)、若しくは多段階(図４，図５)に設定できる。更に、実施の形態６で既述した構成を、即ち、選択回路４３０を選択回路４３５の代わりに本実施の形態に組み合わせることで、回路の簡略化も実施出来る。

本実施の形態によれば、負荷を変動させる前に高速起動を起動するので、負荷変動事後の判定→急速充電→ＤＣ／ＤＣ駆動までの遅れを更に改善することが出来、負荷の変動に対し、更に高速に対応可能な電力変換システムを構築することが出来る。

（付記）
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。

本発明に係る電力変換システムは、例えば、電力変換機能を有する電気自動車やハイブリッド車両、ＶＶＶＦコントロールされる電気機器等に於いて、インバータに入力される前段の電圧制御等に使用される。

本発明の実施の形態１に係る電力変換システムの構成を示す図である。本発明を昇圧回路に適用した場合のシステム構成例とそのタイミングチャートを示す図である。高速起動回路の構成例とその動作例とを示す図である。高速起動回路内の電流値設定回路（多段階）の構成例を示す図である。高速起動回路内の電流値設定回路（無段階）の構成例（演算処理）を示す図である。制御選択回路の構成例（高速起動回路内の電流設定が単一のとき）を示す図である。制御選択回路の構成例（高速起動回路内の電流設定が多段階若しくは無段階のとき）を示す図である。回路を簡略化したときの制御選択回路内の選択回路と高速起動回路の構成例とを示す図である。負荷コントローラによる制御切換え構成時の制御選択回路の構成例を示す図である。

符号の説明

１直流電源、２非絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ電力変換器、３負荷、４昇圧制御回路、４１従来制御回路、４２高速起動回路、４３制御選択回路、５降圧制御回路、５１従来制御回路、５２高速起動回路、５３制御選択回路。

Claims

インダクタを有する非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器とその制御回路とを備える電力変換システムであって、
前記制御回路は、
ＰＷＭで前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器の出力電圧を制御するための第１制御回路と、
前記インダクタに流れるインダクタ電流を観測して、前記インダクタ電流が、前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器の負荷が急激に変動して最終的に前記負荷が安定したときに於ける前記インダクタに流れる電流値である規定のインダクタ電流となるまで、連続してオン信号を指示する機能を有する第２制御回路と、
前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器の出力の状態を検出して前記第１制御回路による制御を採るか、前記第２制御回路による制御を採るかを判定して、選択した方の制御出力を前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器に出力する制御選択回路とを備えていることを特徴とする、
電力変換システム。
請求項１記載の電力変換システムであって、
前記第２制御回路は、
予め設定された前記規定のインダクタ電流の値と前記インダクタ電流とを比較して、前記規定のインダクタ電流値＞前記インダクタ電流の関係が成立するときには連続して前記オン信号を指示する高速起動パルスを前記制御選択回路へ出力する一方、前記インダクタ電流が前記規定のインダクタ電流値に相当するときには当該高速起動を完了させるための完了パルスを前記制御選択回路へ出力することを特徴とする、
電力変換システム。
請求項２記載の電力変換システムであって、
前記第２制御回路は、前記規定のインダクタ電流値を、単一ではなくて、多段階に又は無段階に設定出来る機能を有することを特徴とする、
電力変換システム。
請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換システムであって、
前記制御選択回路は、急激な負荷変動を検知した場合に前記第２制御回路を選択し、その後に負荷変動が安定した段階で前記第１制御回路による制御に切り替えることを特徴とする、
電力変換システム。
請求項３記載の電力変換システムであって、
前記制御選択回路は、前記負荷の負荷コントローラの出力信号、前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器内の出力電圧センサの出力信号及び前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器内の出力電流センサの出力信号の内の少なくとも一つの信号に基づき、負荷状態信号を生成し、
前記第２制御回路は、前記制御選択回路が出力する前記負荷状態信号に基づき前記規定のインダクタ電流値を設定することを特徴とする、
電力変換システム。
請求項４記載の電力変換システムであって、
前記第２制御回路は、前記インダクタ電流が前記規定のインダクタ電流の値に相当するときには連続して前記オン信号を指示する高速起動を完了させるための完了パルスを前記制御選択回路へ出力し、
前記制御選択回路は、前記急激な負荷変動を検知した場合であって且つ前記完了パルスが入力されない期間中は、自ら前記高速起動を行うための制御信号を前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器に出力し、前記第２制御回路からの前記完了パルスの受信に応じて前記高速起動から前記第１制御回路による制御に切り替えることを特徴とする、
電力変換システム。
請求項１記載の電力変換システムであって、
前記負荷の変動を事前に察知出来る場合には、前記制御回路は、前記負荷変動のタイミングに合わせて事前に、連続して前記オン信号を指示する高速起動を行う前記第２制御回路を動作させる機能を有することを特徴とする、
電力変換システム。