JP5361318B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
本発明の特徴は、電気エネルギーの放充電動作を行うキャパシタを、コンバータとインバータとの間のDCバスから切り離した構成としたことにある。また、本発明の特徴は、昇降圧チョッパが、負荷電流の大きいときに、DCバス電圧が所定の値(元電源であるAC電源によるピーク電圧よりも少し高めに設定されたバス電圧指令Vbus*)になるように、キャパシタから電気エネルギーを放充電させることにある。また、負荷電流が小さいときに、キャパシタ電圧が所定の値(例えば、キャパシタの定格電圧の約70%に設定されたキャパシタ電圧指令Vcap*)になるように、キャパシタから電気エネルギーを放充電させることにある。
まず、電源装置の構成について説明する。図1は、本発明の実施形態による電源装置の構成を示すブロック図である。この電源装置1−1は、交流−直流−交流変換電源であり、図示しない元電源である入力交流電源、コンバータ(交流直流変換手段)2、インバータ(直流交流変換手段)3、電気二重層キャパシタ10、昇降圧チョッパ11、減算器12、バス電圧制御器(VbusReg)13、減算器14,15、ヒステリシスコンパレータ16、電流制御器(Creg)17、PWM制御器18、ノット回路19、減算器20、コンデンサ電圧制御器(VcapReg)21、ヒステリシスコンパレータ22、論理積回路25,26、電流センサ30及び絶対値演算器33を備えている。また、この電源装置1−1には、電源装置1−1からのモータ駆動電流により回転駆動するモータ4が接続されており、モータ4には、モータ4が回転駆動することによりクランク軸が回転し、例えばプレス加工を行う負荷5が接続されている。
(1)負荷電流Irがその定格電流の例えば、50%以上の場合、バス電圧制御器13により出力されたバス電流指令Ibus*とほぼ同値になる昇降圧チョッパ電流指令Ic*が0以下のとき(昇降圧チョッパ電流指令Ic*がバス電流指令Ibus*とほぼ同値になる理由については後述する。)
(2)負荷電流Irがその定格電流の例えば、50%よりも小さい場合、コンデンサ電圧制御器21により出力されたキャパシタ電流指令Icap*を反転させた指令((−1)を掛けた指令)である昇降圧チョッパ電流指令Ic*が0以下のとき(昇降圧チョッパ電流指令Ic*がキャパシタ電流指令Icap*に(−1)を掛けた指令になる理由については後述する。)
(3)負荷電流Irがその定格電流の例えば、50%以上の場合、バス電圧制御器13により出力されたバス電流指令Ibus*とほぼ同値になる昇降圧チョッパ電流指令Ic*が0よりも大きいとき
(4)負荷電流Irがその定格電流の例えば、50%よりも小さい場合、コンデンサ電圧制御器21により出力されたキャパシタ電流指令Icap*を反転させた指令((−1)を掛けた指令)である昇降圧チョッパ電流指令Ic*が0よりも大きいとき
次に、図1に示した電源装置1−1及び図2に示した電源装置1−2の動作について説明する。図3は、図2に示した電源装置1−2による、電気二重層キャパシタ10への充電及び電気二重層キャパシタ10からの放電の各動作を示すフローである。尚、図1に示した電源装置1−1の動作は、図3に示すフローのうちのステップS201〜205,207〜209と同じであるから、説明を省略する。
次に、電気二重層キャパシタ10が電気エネルギーを蓄積する充電時の動作について詳細に説明する。図4(1)は、充電時の動作を示すタイムチャートである。また、図5は、降圧用トランジスタQ1がONし昇圧用トランジスタQ2がOFFしているときの電流の流れを示す図であり、図6は、降圧用トランジスタQ1及び昇圧用トランジスタQ2がOFFしているときの電流の流れを示す図である。
次に、電気二重層キャパシタ10から電気エネルギーを放出する放電時の動作について詳細に説明する。図4(2)は、放電時の動作を示すタイムチャートである。また、図7は、降圧用トランジスタQ1及び昇圧用トランジスタQ2がOFFしているときの電流の流れを示す図であり、図8は、降圧用トランジスタQ1がOFFし昇圧用トランジスタQ2がONしているときの電流の流れを示す図である。
2 コンバータ
3 インバータ
4 モータ
5 負荷
10 電気二重層キャパシタ
11 昇降圧チョッパ
12,14,15,20 減算器
13 バス電圧制御器
16,22,23,24 ヒステリシスコンパレータ
17 電流制御器(Creg)
18 PWM制御器
19 ノット回路
21 コンデンサ電圧制御器
25,26 論理積回路
30,32 電流センサ
31 DCリアクタ
33 絶対値演算器
101 AC電源
102 コンバータ
103 キャパシタ
104 負荷
105 インバータ
106 負荷制御器
107 電源制御器
Q1 降圧用トランジスタ
Q2 昇圧用トランジスタ
D1,D2 ダイオード
Vbus* バス電圧指令
Vbus バス電圧
Ibus* バス電流指令
Vcap* キャパシタ電圧指令
Vcap キャパシタ電圧
Icap* キャパシタ電流指令
Ic* 昇降圧チョッパ電流指令
Ic 昇降圧チョッパ電流
Ir 負荷電流
Ij 充電電流
Ih 放電電流
Claims (7)
- 負荷へエネルギーを供給する電源装置において、
元電源となる入力交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換手段と、
前記交流直流変換手段により出力された直流電圧を交流電圧に変換し、前記負荷へエネルギーを供給する直流交流変換手段と、
前記交流直流変換手段により出力された直流電圧のエネルギーを蓄積し、前記蓄積したエネルギーを負荷へ放出するキャパシタと、
前記交流直流変換手段と直流交流変換手段との間の直流バスと、前記キャパシタとの間に接続され、前記直流バスを流れる負荷電流が所定の値以上の場合は、前記直流バスの電圧と、前記入力交流電源による交流直流変換手段のピーク電圧に基づいて設定された直流バス電圧指令との間の偏差がゼロになるように制御し、前記直流バスを流れる負荷電流が前記所定の値よりも小さい場合は、前記キャパシタの電圧と、前記キャパシタの定格電圧または前記キャパシタに蓄積される最大の電気エネルギーに基づいて設定されたキャパシタ電圧指令との間の偏差がゼロになるように制御し、前記制御を切換えて前記キャパシタのエネルギーを蓄積及び放出する昇降圧チョッパと、
を備えたことを特徴とする電源装置。 - 請求項1に記載の電源装置において、
さらに、前記昇降圧チョッパを動作させるゲート信号生成手段を備え、
前記昇降圧チョッパは、前記直流バスの電圧及びキャパシタの電圧を昇圧するための昇圧用トランジスタ及び降圧するための降圧用トランジスタを有し、
前記ゲート信号生成手段は、前記直流バス電圧指令または前記キャパシタ電圧指令に基づいてゲート信号を生成し、前記ゲート信号を昇圧用トンランジスタまたは降圧用トランジスタのうちのいずれか一方のトランジスタに出力する、ことを特徴とする電源装置。 - 請求項2に記載の電源装置において、
前記ゲート信号生成手段は、前記直流バスを流れる負荷電流が所定の値以上の場合、前記直流バス電圧指令に基づいたゲート信号を生成し、前記負荷電流が所定の値よりも小さい場合、前記キャパシタ電圧指令に基づいたゲート信号を生成する、ことを特徴とする電源装置。 - 請求項1から3までのいずれか一項に記載の電源装置において、
前記直流バス電圧指令を、前記入力交流電源による交流直流変換手段のピーク電圧よりも高い値に設定された指令とする、ことを特徴とする電源装置。 - 請求項1から4までのいずれか一項に記載の電源装置において、
前記キャパシタ電圧指令を、前記キャパシタにおいて蓄積可能な電気エネルギーの半分に相当する電圧値に設定された指令とする、ことを特徴とする電源装置。 - 請求項2に記載の電源装置において、
前記ゲート信号生成手段は、
前記直流バス電圧指令と直流バスの電圧との間の偏差がゼロになるように、昇降圧チョッパ電流指令を生成する第1の制御器と、
前記キャパシタ電圧指令とキャパシタの電圧との間の偏差がゼロになるように、昇降圧チョッパ電流指令を生成する第2の制御器と、
前記直流バスを流れる負荷電流が所定の値以上の場合、前記第1の制御器により生成された昇降圧チョッパ電流指令と前記昇降圧チョッパを流れる電流との間の偏差がゼロになるように制御指令を生成し、前記直流バスを流れる負荷電流が所定の値よりも小さい場合、前記第2の制御器により生成された昇降圧チョッパ電流指令と前記昇降圧チョッパを流れる電流との間の偏差がゼロになるように制御指令を生成する電流制御器と、
前記電流制御器により生成された制御指令に基づいてPWM信号を生成するPWM制御器と、を備え、
前記PWM制御器により生成されたPWM信号をゲート信号として、前記昇降圧チョッパ電流指令に基づいて、前記昇圧用トンランジスタまたは降圧用トランジスタのうちのいずれか一方のトランジスタに出力する、ことを特徴とする電源装置。 - 請求項6に記載の電源装置において、
前記ゲート信号生成手段は、
さらに、前記昇降圧チョッパ電流指令の極性に基づいて、前記昇圧用トンランジスタまたは降圧用トランジスタのうちのいずれか一方のトランジスタに前記ゲート信号を出力する演算器、を備えたことを特徴とする電源装置。
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