JP5791567B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリーを充電するための電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device for charging a battery.
従来から、バッテリーを充電するための電力変換装置として、ACDCコンバータと、平滑コンデンサと、DCDCコンバータとを備えたものが知られている(下記特許文献1、2参照)。この電力変換装置は、交流電源から入力された交流電圧をACDCコンバータによって直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を、平滑コンデンサによって平滑化する。そして、上記DCDCコンバータを使って平滑後の直流電圧を変圧し、変圧後の直流電圧をバッテリーに印加する。これにより、バッテリーを充電するようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a power conversion device for charging a battery has been known that includes an ACDC converter, a smoothing capacitor, and a DCDC converter (see
また、電力変換装置は、バッテリーの電圧(出力電圧)を測定する電圧センサと、バッテリーに流れる電流(出力電流)を測定する電流センサと、バッテリーに供給する電力(出力電力)を一定にするためのフィードバック制御部を備える。フィードバック制御部は、センサによって測定した出力電圧と出力電流との積(出力電力)が一定になるように、出力電流の量を制御する。 In addition, the power converter is configured to make a voltage sensor that measures the voltage (output voltage) of the battery, a current sensor that measures a current (output current) flowing through the battery, and power (output power) supplied to the battery constant. The feedback control unit is provided. The feedback control unit controls the amount of output current so that the product (output power) of the output voltage and output current measured by the sensor becomes constant.
バッテリーを充電すると、バッテリーの電圧(出力電圧)は次第に上昇する。そのため、バッテリーの充電量が少なく出力電圧が低い時には出力電流を多くし、バッテリーが充電されて出力電圧が上昇するに従って、出力電流を少なくする。このように、出力電力を一定にするフィードバック制御を行うことにより、交流電源から供給される入力電力と、バッテリーに供給する出力電力とが釣り合うようにしている。 When the battery is charged, the battery voltage (output voltage) gradually increases. Therefore, the output current is increased when the amount of charge of the battery is small and the output voltage is low, and the output current is decreased as the battery is charged and the output voltage increases. Thus, by performing feedback control to make the output power constant, the input power supplied from the AC power supply and the output power supplied to the battery are balanced.
しかしながら従来の電力変換装置は、入力電圧の実効値が瞬間的に低下した場合に、出力電流の制御ができなくなるという問題があった。すなわち、入力電圧の実効値が低下すると、ACDCコンバータから平滑コンデンサに加わる電圧が低下する。この状態で、入力電圧が低下する前と同じ量の出力電流を流し続けると、平滑コンデンサに蓄えられた電荷が低減し、平滑コンデンサの電圧が低下しやすくなる。そして、平滑コンデンサからDCDCコンバータに充分な電流を供給しにくくなり、DCDCコンバータの出力電流が発振しやすくなる。その結果、バッテリーの充電効率が低下したり、充電機能を喪失したりする問題が生じる。 However, the conventional power conversion device has a problem that the output current cannot be controlled when the effective value of the input voltage is momentarily decreased. That is, when the effective value of the input voltage decreases, the voltage applied from the ACDC converter to the smoothing capacitor decreases. In this state, if the same amount of output current as that before the input voltage is decreased continues to flow, the charge stored in the smoothing capacitor is reduced, and the voltage of the smoothing capacitor is likely to decrease. Then, it becomes difficult to supply a sufficient current from the smoothing capacitor to the DCDC converter, and the output current of the DCDC converter tends to oscillate. As a result, there arises a problem that the charging efficiency of the battery is lowered or the charging function is lost.
例えば、交流電源として家庭用の商用電源を用いる場合、エアコン等の、大きな電力を消費する電気機器を動作させた瞬間に、入力電圧の実効値が低下することがある。このような場合でも、上記出力電流の発振を防止できる電力変換装置が望まれている。 For example, when a household commercial power source is used as the AC power source, the effective value of the input voltage may decrease at the moment when an electric device that consumes a large amount of power such as an air conditioner is operated. Even in such a case, a power converter capable of preventing the oscillation of the output current is desired.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、入力電圧の実効値が変動しても、出力電流が発振しにくい電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a power conversion device in which an output current hardly oscillates even when an effective value of an input voltage varies.
本発明の第1の態様は、バッテリーを充電するための電力変換装置であって、
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するACDCコンバータと、
該ACDCコンバータによって変換された上記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化した上記直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の上記直流電圧を出力電圧として上記バッテリーに印加し、該バッテリーを充電するDCDCコンバータと、
上記交流電源の入力電圧を測定する入力電圧測定手段と、
上記DCDCコンバータの出力電流を測定する出力電流測定手段と、
上記出力電圧を測定する出力電圧測定手段と、
上記出力電流と上記出力電圧の積である出力電力が目標値に近づくようにフィードバック制御をするフィードバック制御部とを備え、
該フィードバック制御部は、上記入力電圧測定手段によって測定された上記入力電圧の実効値が変動したときに、上記平滑コンデンサの電圧が一定になるように、上記出力電力の目標値を変更するよう構成されており、
上記フィードバック制御部は、上記出力電力を上記交流電源の入力電力で割った値である電力効率と、上記出力電力及び上記出力電圧との相関関係を記憶する記憶部を備え、上記フィードバック制御部は、上記相関関係を用いて、上記実効値が変動する前に測定した上記出力電力及び上記出力電圧に対応した上記電力効率を求め、その求めた上記電力効率を使って、上記実効値が変動した後における上記出力電力の目標値を算出することを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
また、本発明の第2の態様は、バッテリーを充電するための電力変換装置であって、
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するACDCコンバータと、
該ACDCコンバータによって変換された上記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化した上記直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の上記直流電圧を出力電圧として上記バッテリーに印加し、該バッテリーを充電するDCDCコンバータと、
上記交流電源の入力電圧を測定する入力電圧測定手段と、
上記DCDCコンバータの出力電流を測定する出力電流測定手段と、
上記出力電圧を測定する出力電圧測定手段と、
上記出力電流と上記出力電圧の積である出力電力が目標値に近づくようにフィードバック制御をするフィードバック制御部とを備え、
該フィードバック制御部は、上記入力電圧測定手段によって測定された上記入力電圧の実効値が変動したときに、上記平滑コンデンサの電圧が一定になるように、上記出力電力の目標値を変更するよう構成されており、
上記平滑コンデンサの電圧を測定するコンデンサ電圧測定手段と、上記交流電源から上記ACDCコンバータに送られる入力電流を測定する入力電流測定手段とを備え、上記フィードバック制御部は、測定した上記入力電流及び上記平滑コンデンサの電圧が目標値に近づくようにフィードバック制御を行うよう構成され、
上記フィードバック制御部は、上記入力電圧の実効値が予め定められた値よりも低下した場合に、上記入力電流の目標値を低下させるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項2)。
A first aspect of the present invention is a power conversion device for charging a battery,
An ACDC converter that converts an AC voltage input from an AC power source into a DC voltage;
A smoothing capacitor for smoothing the DC voltage converted by the ACDC converter;
A DCDC converter that transforms the smoothed DC voltage, applies the DC voltage after the transformation to the battery as an output voltage, and charges the battery;
Input voltage measuring means for measuring the input voltage of the AC power supply;
Output current measuring means for measuring the output current of the DCDC converter;
Output voltage measuring means for measuring the output voltage;
A feedback control unit that performs feedback control so that output power that is a product of the output current and the output voltage approaches a target value;
The feedback control unit is configured to change the target value of the output power so that the voltage of the smoothing capacitor becomes constant when the effective value of the input voltage measured by the input voltage measuring unit varies. Has been
The feedback control unit includes a storage unit that stores a correlation between a power efficiency obtained by dividing the output power by an input power of the AC power supply, and the output power and the output voltage, and the feedback control unit includes: Using the correlation, the power efficiency corresponding to the output power and the output voltage measured before the effective value fluctuates is obtained, and the effective value fluctuates using the obtained power efficiency. A target value for the output power afterwards is calculated. (Claim 1)
A second aspect of the present invention is a power converter for charging a battery,
An ACDC converter that converts an AC voltage input from an AC power source into a DC voltage;
A smoothing capacitor for smoothing the DC voltage converted by the ACDC converter;
A DCDC converter that transforms the smoothed DC voltage, applies the DC voltage after the transformation to the battery as an output voltage, and charges the battery;
Input voltage measuring means for measuring the input voltage of the AC power supply;
Output current measuring means for measuring the output current of the DCDC converter;
Output voltage measuring means for measuring the output voltage;
A feedback control unit that performs feedback control so that output power that is a product of the output current and the output voltage approaches a target value;
The feedback control unit is configured to change the target value of the output power so that the voltage of the smoothing capacitor becomes constant when the effective value of the input voltage measured by the input voltage measuring unit varies. Has been
Capacitor voltage measuring means for measuring the voltage of the smoothing capacitor, and input current measuring means for measuring an input current sent from the AC power source to the ACDC converter, the feedback control unit includes the measured input current and the measured current It is configured to perform feedback control so that the voltage of the smoothing capacitor approaches the target value,
The feedback control unit is a power conversion device configured to reduce a target value of the input current when an effective value of the input voltage is lower than a predetermined value ( Claim 2).
上記電力変換装置においては、入力電圧の実効値が変動したときに、平滑コンデンサの電圧が一定になるように、フィードバック制御部が、出力電力の目標値を変更するよう構成されている。
例えば入力電圧の実効値が低下したときには、フィードバック制御部は、出力電力の目標値を低減させる。このようにすると、出力電流が低減するため、平滑コンデンサに蓄えた電荷が減少することを防止できる。そのため、平滑コンデンサからDCDCコンバータに出力電流を安定して供給できるようになり、出力電流の発振を防止することが可能になる。
In the above power converter, the feedback control unit is configured to change the target value of the output power so that the smoothing capacitor voltage becomes constant when the effective value of the input voltage varies.
For example, when the effective value of the input voltage decreases, the feedback control unit reduces the target value of the output power. In this way, since the output current is reduced, it is possible to prevent the charge stored in the smoothing capacitor from being reduced. As a result, the output current can be stably supplied from the smoothing capacitor to the DCDC converter, and oscillation of the output current can be prevented.
なお、上記「平滑コンデンサの電圧が一定になるように」とは、電圧の平均値が変動することを抑制するという意味であり、電圧の脈動を抑制するという意味ではない。 Note that “so that the voltage of the smoothing capacitor becomes constant” means that the average value of the voltage is prevented from fluctuating, and does not mean that the pulsation of the voltage is suppressed.
以上のごとく、本例によれば、入力電圧の実効値が変動しても、出力電流が発振しにくい電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a power conversion device in which the output current is less likely to oscillate even if the effective value of the input voltage varies.
上記電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されたバッテリーを充電するための、車載用電力変換装置とすることができる。また、上記交流電源は、例えば、家庭用の商用電源とすることができる。 The power converter can be an in-vehicle power converter for charging a battery mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. Further, the AC power source can be a commercial power source for home use, for example.
また、本発明の第1の態様においては、上記フィードバック制御部は、上記出力電力を上記交流電源の入力電力で割った値である電力効率と、上記出力電力及び上記出力電圧との相関関係を記憶する記憶部を備え、上記フィードバック制御部は、上記相関関係を用いて、上記実効値が変動する前に測定した上記出力電力及び上記出力電圧に対応した上記電力効率を求め、その求めた上記電力効率を使って、上記実効値が変動した後における上記出力電力の目標値を算出するよう構成されている。
そのため、出力電力の目標値を、より正確に算出することができる。すなわち、上記電力効率は、出力電力及び出力電圧によって変動する。そのため、上記相関関係を用いて、測定した出力電力及び出力電圧に対応した電力効率を求めることにより、正確な電力効率を算出することが可能になる。そして、求めた正確な電力効率を用いて、出力電力の目標値を算出することにより、該目標値を精度良く算出することが可能になる。
Further, in the first aspect of the present invention, the feedback control unit obtains a correlation between the power efficiency obtained by dividing the output power by the input power of the AC power supply, and the output power and the output voltage. The feedback control unit obtains the power efficiency corresponding to the output power and the output voltage measured before the effective value fluctuates using the correlation, and the obtained power efficiency. using the power efficiency, that is configured to calculate a target value of the output power after providing the effective value varies.
Therefore , the target value of output power can be calculated more accurately. That is, the power efficiency varies depending on output power and output voltage. Therefore, accurate power efficiency can be calculated by obtaining the power efficiency corresponding to the measured output power and output voltage using the correlation. Then, by calculating the target value of output power using the obtained accurate power efficiency, it becomes possible to calculate the target value with high accuracy.
また、上記フィードバック制御部は、上記入力電圧の瞬時値を該入力電圧の1/4周期以上、測定して上記実効値を算出し、得られた該実効値を用いて上記フィードバック制御を行うよう構成されていることが好ましい(請求項3)。
この場合には、入力電圧の実効値を正確に求めることが可能になる。すなわち、実効値は、入力電圧の瞬時値を一定時間測定することにより、その変化率から推定することが可能である。しかしながら、瞬時値の測定時間が短いと、実効値を正確に推定できなくなるおそれがある。そのため、入力電圧の瞬時値の測定時間を充分長くし、1/4周期以上とすれば、実効値を正確に推定することができる。これにより、フィードバック制御を正確に行うことが可能となる。
The feedback control unit measures the instantaneous value of the input voltage for ¼ period or more of the input voltage, calculates the effective value, and performs the feedback control using the obtained effective value. It is preferable to be configured (Claim 3).
In this case, the effective value of the input voltage can be accurately obtained. That is, the effective value can be estimated from the rate of change by measuring the instantaneous value of the input voltage for a certain period of time. However, if the measurement time of the instantaneous value is short, the effective value may not be accurately estimated. Therefore, the effective value can be accurately estimated if the measurement time of the instantaneous value of the input voltage is made sufficiently long to be ¼ period or more. This makes it possible to accurately perform feedback control.
また、上記フィードバック制御部は、上記入力電圧の瞬時値を該入力電圧の1/2周期以上、測定して上記実効値を算出し、得られた該実効値を用いて上記フィードバック制御を行うよう構成されていることが好ましい(請求項4)。
この場合には、入力電圧の実効値を正確に測定することが可能になる。すなわち、上記実効値は、入力電圧の最大値を√2で割ることによって算出できるが、入力電圧の測定時間が短すぎると最大値を測定できなくなり、実効値を正確に求めにくくなる。そのため、交流電圧の瞬時値を1/2周期以上、測定すれば、電圧の最大値を少なくとも1回、測定することができ、実効値を正確に算出することが可能になる。これにより、実効値が変動したときのフィードバック制御を正確に行うことが可能になる。
The feedback control unit measures the instantaneous value of the input voltage for ½ period or more of the input voltage, calculates the effective value, and performs the feedback control using the obtained effective value. It is preferable to be configured (claim 4).
In this case, the effective value of the input voltage can be accurately measured. That is, the effective value can be calculated by dividing the maximum value of the input voltage by √2, but if the input voltage measurement time is too short, the maximum value cannot be measured, and it is difficult to accurately determine the effective value. Therefore, if the instantaneous value of the AC voltage is measured for ½ period or more, the maximum value of the voltage can be measured at least once, and the effective value can be accurately calculated. This makes it possible to accurately perform feedback control when the effective value fluctuates.
また、本発明の第2の態様においては、上記平滑コンデンサの電圧を測定するコンデンサ電圧測定手段と、上記交流電源から上記ACDCコンバータに送られる入力電流を測定する入力電流測定手段とを備え、上記フィードバック制御部は、測定した上記入力電流及び上記平滑コンデンサの電圧が目標値に近づくようにフィードバック制御を行うよう構成されている。
したがって、入力電圧の実効値が変動したときに、平滑コンデンサの電圧をより安定させることができる。そのため、平滑コンデンサから出力電流を安定して供給することができ、出力電流の発振を抑制しやすくなる。
The second aspect of the present invention includes a capacitor voltage measuring unit that measures the voltage of the smoothing capacitor, and an input current measuring unit that measures an input current sent from the AC power source to the ACDC converter. feedback control unit, that the voltage of the measured said input current and said smoothing capacitor is configured to perform feedback control so as to approach the target value.
Therefore , when the effective value of the input voltage varies, the voltage of the smoothing capacitor can be further stabilized. Therefore, the output current can be stably supplied from the smoothing capacitor, and the oscillation of the output current can be easily suppressed.
また、本発明の第2の態様においては、上記フィードバック制御部は、上記入力電圧の実効値が予め定められた値よりも低下した場合に、上記入力電流の目標値を低下させるよう構成されている。
そのため、入力電流が流れすぎる不具合を防止できる。すなわち、入力電圧の実効値が低下した場合には、平滑コンデンサの電圧低下を抑制するため、入力電流を上げようとするフィードバック制御が働きやすくなる。その結果、入力電流が流れすぎ、電力変換装置を構成する電子部品が破損する等の不具合が生じやすくなる。したがって、上記実効値が低下した時に、入力電流の目標値を低下させるようにフィードバック制御を行えば、入力電流の流れすぎを防止でき、上記不具合を抑制しやすくなる。
In the second aspect of the present invention, the feedback control unit is configured to decrease the target value of the input current when the effective value of the input voltage is lower than a predetermined value. The
Therefore, it is possible to prevent a problem that the input current flows too much. That is, when the effective value of the input voltage decreases, feedback control for increasing the input current is facilitated in order to suppress the voltage decrease of the smoothing capacitor. As a result, the input current flows too much, and problems such as breakage of electronic components constituting the power conversion device are likely to occur. Therefore, if the feedback control is performed so that the target value of the input current is reduced when the effective value is reduced, it is possible to prevent the input current from flowing too much and to easily suppress the above-described problems.
(参考例1)
上記電力変換装置に係る参考例について、図1〜図7を用いて説明する。
図1、図2に示すごとく、本例の電力変換装置1は、ACDCコンバータ2と、平滑コンデンサ3と、DCDCコンバータ4と、入力電圧測定手段12と、出力電流測定手段13と、出力電圧測定手段14と、フィードバック制御部5とを備える。
ACDCコンバータ2は、交流電源10から入力される交流電圧を直流電圧に変換する。
平滑コンデンサ3は、ACDCコンバータ2によって変換された直流電圧を平滑化する。
DCDCコンバータ4は、平滑化した直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の直流電圧を出力電圧VOとしてバッテリー11に印加し、該バッテリー11を充電する。
( Reference Example 1)
A reference example related to the power conversion apparatus will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The ACDC converter 2 converts an AC voltage input from the
The smoothing
The DCDC converter 4 transforms the smoothed DC voltage and applies the DC voltage after the transformation to the
入力電圧測定手段12は、交流電源10の入力電圧Viを測定する。
出力電流測定手段13は、DCDCコンバータ4の出力電流IOを測定する。
出力電圧測定手段14は、DCDCコンバータ4の出力電圧VO(バッテリー11の電圧)を測定する。
フィードバック制御部5は、出力電流IOと出力電圧VOの積である出力電力POが目標値PO *に近づくようにフィードバック制御をする。
フィードバック制御部5は、入力電圧測定手段12によって測定された入力電圧Viの実効値が変動したときに、平滑コンデンサ3の電圧Vcが一定になるように、出力電力POの目標値PO *を変更するよう構成されている。
The input
The output
The output voltage measuring means 14 measures the output voltage V O (the voltage of the battery 11) of the DCDC converter 4.
The
本例の電力変換装置1は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されたバッテリー11を充電するための、車載用電力変換装置である。
The
また、本例のACDCコンバータ2は、いわゆるPFC回路である。図1、図2に示すごとく、ACDCコンバータ2は、ダイオードブリッジ20と、チョークコイル21と、スイッチング素子22(IGBT素子)と、放電防止ダイオード23とを備える。ダイオードブリッジ20は、交流電源10から送られる交流電流を全波整流する。整流後の電流(入力電流Ii)は、チョークコイル21を流れる。
The ACDC converter 2 of this example is a so-called PFC circuit. As shown in FIGS. 1 and 2, the ACDC converter 2 includes a
また、フィードバック制御部5の前段部分50は、スイッチング素子22のスイッチング制御をしている。これにより、入力電流Iiの波形を、整流後の入力電圧Viの波形に近づけ、入力電力Piの力率を向上させると共に、入力電圧Viを昇圧している。
Further, the
昇圧後の入力電圧Viは、平滑コンデンサ3によって平滑化される。また、放電防止ダイオード23は、スイッチング素子22がオンした時に、平滑コンデンサ3に蓄えた電荷がスイッチング素子22を通って放電することを防止している。
The boosted input voltage V i is smoothed by the smoothing
DCDCコンバータ4は、ブリッジ回路40と、トランス42と、整流回路43と、電流平滑用のコイル44と、電圧平滑用のコンデンサ45とを備える。ブリッジ回路40は、4個のIGBT素子41からなる。このIGBT素子41をスイッチング制御することにより、平滑コンデンサ3によって平滑化した直流電圧を交流電圧に変換し、トランス42の一次コイル421に印加する。トランス42の二次コイル422からは、一次コイル421と二次コイル422との巻数比N2/N1に比例した電圧が出力される。この電圧を整流回路43によって整流し、コイル44及びコンデンサ45によって平滑化して、バッテリー11に加える。
The DCDC converter 4 includes a
Hブリッジ回路のデューティーは、フィードバック制御部5の後段部分60(図2参照)によって決定される。このデューティーを調整することにより、バッテリー11に流れる出力電流IOの量を制御している。
The duty of the H bridge circuit is determined by the rear stage portion 60 (see FIG. 2) of the
本例のフィードバック制御部5は、マイコンによって構成されている。図2に示すごとく、フィードバック制御部5の前段部分50は、コンデンサ電圧VCの目標値VC *を入力する目標値入力部51と、第1減算部52と、第1PI制御部53と、リミッター54と、第2減算部55と、第2PI制御部56と、第3減算部57と、第1掛算部58と、第1加算部59とを備える。
The
第1減算部52は、コンデンサ電圧VCの目標値VC *と、測定したコンデンサ電圧VCとの差を、制御偏差ΔV1として出力する。第1PI制御部53は、制御偏差ΔV1にゲインを乗じて、第1電流目標値I1 *として出力する。第1電流目標値I1 *はリミッター54に入力される。リミッター54は、第1電流目標値I1 *の上限を定めている。第1電流目標値I1 *は、リミッター54を通過した後、第2減算部55に入力される。
The
第2減算部55は、第1電流目標値I1 *と、測定した入力電流Iiとの差を、制御偏差ΔI1として出力する。そして、第2PI制御部56において、制御偏差ΔI1にゲインを乗じて、第2電流目標値I2 *を出力する。その後、第3減算部57において、第2電流目標値I2 *と、測定した入力電圧Viとの差Δ1を出力する。そして、第1掛算部58において、この差Δ1にコンデンサ電圧VCの逆数を掛ける。その後、第1加算部59において1を加えて、スイッチング素子22のデューティーとして出力する。
The
上記処理を行うことにより、フィードバック制御部5の前段部分50は、入力電流Iiの波形を入力電圧Viの波形に近づけ、入力電力Piの力率を向上させている。
By performing the above processing, the
一方、フィードバック制御部5の後段部分60は、出力電力の目標値PO *を発生する電力目標値発生部61と、第2掛算部62と、第4減算部63と、第3PI制御部64と、第3掛算部65と、第2加算部66とを備える。
On the other hand, the
電力目標値発生部61は図3に示すごとく、入力電力Viの実効値と、その実効値において平滑コンデンサ3の電圧を変動させることなく出力できる出力電力(目標値PO *)との関係を記憶している。電力目標値発生部61には、測定した、入力電圧Viの実効値が入力される(図1、図2参照)。電力目標値発生部61は、図3に示す相関関係に基づいて、測定した実効値に対応する目標値PO *を算出する。例えば実効値が200Vの時は、目標値PO *を3300(W)にする。また、実効値が140Vに低下した場合は、目標値PO *を2310(W)に変更する。
Power target
なお、目標値PO *は、平滑コンデンサの電圧Vcを低下させることなく、出力できる電力であればよく、図3の相関関係から求めた値よりも小さい値を目標値PO *としてもよい。 The target value P O *, without lowering the voltage V c of the smoothing capacitor may be an output can power, also a value smaller than the value calculated from the correlation of FIG. 3 as the target value P O * Good.
図2に示すごとく、電力目標値発生部61が出力した目標値PO *は、第2掛算部62に入力される。第2掛算部62では、出力電力POの目標値PO *に、測定した出力電圧VOの逆数を乗じ、第3電流目標値I3 *として出力する。第4減算部63は、第3電流目標値I3 *と、測定した出力電流IOとの差を制御偏差ΔI2として出力し、第3PI制御部64に入力する。第3PI制御部64は、制御偏差ΔI2にゲインを乗じ、パラメータVo *として出力する。第3掛算部65は、パラメータVo *に、測定したコンデンサ電圧VCの逆数を乗じる。この結果は、第2加算部66に入力される。第2加算部66は、入力された値にFF項を加え、ブリッジ回路40のデューティーとして出力する。
上記処理を行うことにより、フィードバック部5の後段部分60は、入力電圧Viの実効値が低減した場合に、出力電流IOが低減するように、ブリッジ回路40のデューティーを決定する。
As shown in FIG. 2, the target value P O * output from the power target
By performing the above processing, the
図4〜図7に、本例の電力変換装置1を用いた実験結果を示す。図4は、入力電圧Viの波形であり、図5〜図7は、それぞれ入力電流Ii、出力電流IO、平滑コンデンサ3の電圧(コンデンサ電圧VC)の波形である。この実験では図4に示すごとく、入力電圧Viの第1波W1と第2波の実効値Ve1を200Vにし、第3波から実効値Ve2を140Vまで下げている。このようにすると、電力変換装置1のフィードバック制御部5は、出力電力POの目標値PO *を下げる。これに伴って、図6に示すごとく、出力電流IOが8Aから6A程度にまで下がる。これにより、図7に示すごとく、コンデンサ電圧Vcの平均値が急に低下しなくなり、入力電圧Viの実効値が低下した後も、平滑コンデンサ3からDCDCコンバータに電流を安定して供給できるようになる。そのため、出力電流IOが発振(後述する比較例の図16参照)しなくなる。
The experimental result using the
なお、本例では、入力電圧Vi(図4参照)の瞬時値を、該入力電圧の1/4周期以上、測定して実効値を算出する。そして、得られた実効値を用いて、出力電力のフィードバック制御を行う。フィードバック制御部5は、このフィードバック制御を1/4周期毎に繰り返し行う。また、本例では、入力電圧Viの瞬時値を、例えば33μs毎に繰り返し測定している。
In this example, the effective value is calculated by measuring the instantaneous value of the input voltage V i (see FIG. 4) for ¼ period or more of the input voltage. Then, feedback control of output power is performed using the obtained effective value. The
本例の作用効果について説明する。本例では図1、図2に示すごとく、入力電圧Viの実効値が変動したときに、平滑コンデンサ3の電圧Vcが一定になるように、フィードバック制御部5が、出力電力POの目標値PO *を変更するよう構成されている。
すなわち、入力電圧Viの実効値が低下した場合に、フィードバック制御部5が、出力電力POの目標値PO *を低減させる。このようにすると、出力電流IOが低減するため、平滑コンデンサ3に蓄えた電荷Qが減少することを防止できる。そのため、平滑コンデンサ3からDCDCコンバータ4に出力電流IOを安定して供給できるようになり、出力電流IOの発振を防止することが可能になる。
The effect of this example will be described. In this example 1, as shown in FIG. 2, when the effective value of the input voltage V i is changed, so that voltage V c of the smoothing
That is, when the effective value of the input voltage V i decreases, the
また、本例のフィードバック制御部5は、入力電圧の瞬時値を、該入力電圧の1/4周期以上、測定して実効値を算出する。そして、得られた実効値を用いてフィードバック制御を行う。
このようにすると、入力電圧Viの実効値を正確に求めることが可能になる。すなわち、実効値は、入力電圧Viの瞬時値を一定時間測定することにより、その変化率から推定することが可能である。しかしながら、瞬時値の測定時間が短いと、実効値を正確に推定できなくなるおそれがある。そのため、入力電圧Viの瞬時値の測定時間を充分長くし、1/4周期以上とすれば、実効値を正確に推定することができる。これにより、フィードバック制御を正確に行うことが可能となる。
In addition, the
In this way, the effective value of the input voltage V i can be accurately obtained. That is, the effective value can be estimated from the rate of change by measuring the instantaneous value of the input voltage V i for a certain period of time. However, if the measurement time of the instantaneous value is short, the effective value may not be accurately estimated. Therefore, the effective value can be accurately estimated if the measurement time of the instantaneous value of the input voltage V i is sufficiently long to be ¼ period or more. This makes it possible to accurately perform feedback control.
なお、本例では、入力電圧の瞬時値を1/4周期以上、測定して実効値を算出しているが、1/2周期以上、測定して実効値を算出してもよい。 In this example, the effective value is calculated by measuring the instantaneous value of the input voltage for ¼ period or more, but the effective value may be calculated by measuring ½ period or more.
また、本例では図1、図2に示すごとく、フィードバック制御部5の前段部分50は、入力電流Ii及びコンデンサ電圧Vcが目標値に近づくようにフィードバック制御を行う。
このようにすると、入力電圧Viの実効値が変動したときに、平滑コンデンサ3の電圧Vcをより安定させることができる。そのため、平滑コンデンサ3から出力電流IOを安定して供給することができ、出力電流IOの発振を抑制しやすくなる。
In this example, as shown in FIGS. 1 and 2, the
In this way, when the effective value of the input voltage V i varies, the voltage V c of the smoothing
以上のごとく、本例によれば、入力電圧の実効値が変動しても、出力電流が発振しにくい電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a power conversion device in which the output current is less likely to oscillate even if the effective value of the input voltage varies.
(実施例1)
本例は、出力電力POの目標値PO *の算出方法を変更した例である。図8に示すごとく、本例のフィードバック制御部5は、出力電力POを入力電力Piで割った値である電力効率ηと、出力電力PO及び出力電圧VOとの相関関係を記憶している。フィードバック制御部5は、この相関関係を用いて、入力電圧Viの実効値Veが変動する前に測定した出力電力PO及び出力電圧VOに対応する電力効率ηを求める。
例えば、実効値Veが変動する前において出力電圧VOが335Vであり、かつ出力電力POが3000Wの時は、図8のグラフから、電力効率η1は0.88となる。
(Example 1 )
This example is an example of changing the target value P O * method for calculating the output power P O. As shown in FIG. 8, the
For example, when the output voltage V O is 335 V and the output power P O is 3000 W before the effective value V e fluctuates, the power efficiency η 1 is 0.88 from the graph of FIG.
そして、求めた電力効率η1を使って、実効値Veが変動した後における出力電力POの目標値PO *を算出する。
目標値PO *の算出方法について説明する。まず、下記数式1に示すごとく、出力電力POをη1で割り、実効値が変動する前における入力電力Piを算出する。
PO/η1=Pi ・・・(1)
Then, the target value P O * of the output power P O after the effective value V e fluctuates is calculated using the obtained power efficiency η 1 .
A method for calculating the target value PO * will be described. First, as shown in
P O / η 1 = P i (1)
その後、下記数式2に示すごとく、入力電力Piを入力電圧Viの実効値Veで割る。これにより、実効値Veが変動する前の入力電流Iiを算出する。
Pi/Ve=Ii ・・・(2)
Thereafter, as shown in Equation 2 below, the input power P i is divided by the effective value V e of the input voltage V i . Thereby, the input current I i before the effective value V e fluctuates is calculated.
P i / V e = I i (2)
入力電力Viの実効値VeがVe’に低下した場合、フィードバック制御部5の前段部分50によって、平滑コンデンサ3の電圧低下を抑制するために入力電流Iiを上昇させるフィードバック制御が働くが、このフィードバック制御は応答が遅いため、暫く同じ電流Iiが流れ続ける。そのため、実効値がVe’に低下した後の入力電力Pi’は、下記数式3に示すごとく、実効値Ve’と入力電流Iiの積となる。
Pi’=Ve’・Ii ・・・(3)
When the effective value V e of the input power V i decreases to V e ′, feedback control for increasing the input current I i works to suppress the voltage drop of the smoothing
P i ′ = V e ′ · I i (3)
その後、フィードバック制御部5は、下記数式4を用いることにより、入力電力Pi’が上記数式3によって求めた値になったときにおいて、平滑コンデンサ3の電圧VCを変動させることなく出力できる出力電力POの値(目標値PO *)を算出する。
PO *=Pi’×η2 ・・・(4)
なお、上記η2は、入力電力がPi’であるときの電力効率である。η2は、フィードバック制御部5に予め記憶されている。
その他、参考例1と同様の構成を有する。
Thereafter, the
P O * = P i '× η 2 (4)
Note that η 2 is the power efficiency when the input power is P i ′. η 2 is stored in advance in the
In addition, the configuration is the same as in Reference Example 1.
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、出力電力POの目標値PO *を、より正確に算出することができる。すなわち、上記電力効率ηは、出力電力PO及び出力電圧VOによって変動する。そのため、図8のグラフを用いて、測定した出力電力PO及び出力電圧VOに対応した電力効率ηを求めることにより、正確な電力効率ηを算出することが可能になる。そして、求めた正確な電力効率ηを用いて、出力電力POの目標値PO *を算出することにより、該目標値PO *を精度良く算出することが可能になる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
The effect of this example will be described. With the above configuration, the target value P O * of the output power P O can be calculated more accurately. That is, the power efficiency η varies depending on the output power P O and the output voltage V O. Therefore, by obtaining the power efficiency η corresponding to the measured output power P O and output voltage V O using the graph of FIG. 8, it is possible to calculate the accurate power efficiency η. Then, using η accurate power efficiency obtained by calculating the target value P O of the output power P O *, it is possible to accurately calculate the target value P O *.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.
(参考例2)
本例は、出力電力の目標値PO *の算出方法を変更した例である。本例では、図9に示すごとく、出力電力の目標値PO *と、入力電圧Viの実効値との関係を、ヒステリシスにして記憶してある。例えば、実効値がV1〜V4の間は、目標値PO *として第1の一定値(2700W)を出力する。そして、実効値がV4よりも大きくなった場合は、第1の一定値よりも大きな第2の一定値(3000W)を出力する。また、実効値が低下してもV3以下になるまでは、目標値として第2の一定値(3000W)を出力し続ける。そして、実効値がV3より小さくなった時には、第1の一定値(2700W)に下げる。
本例では、このようなヒステリシスを、グラフに複数箇所、設けてある。
その他、参考例1と同様の構成を備える。
( Reference Example 2 )
In this example, the calculation method of the target value P O * of the output power is changed. In this embodiment, as shown in FIG. 9, the target value P O of the output power *, the relationship between the effective value of the input voltage V i, are stored in the hysteresis. For example, when the effective value is between V 1 and V 4 , the first constant value (2700 W) is output as the target value P O * . Then, if the effective value is greater than V 4, and outputs a larger second predetermined value (3000W) than the first predetermined value. Moreover, until the effective value becomes V 3 or less decreased keeps outputting a second predetermined value as a target value (3000W). When the effective value is smaller than V 3 is reduced to a first predetermined value (2700 W).
In this example, such a hysteresis is provided in a plurality of places on the graph.
In addition, the same configuration as the reference example 1 is provided.
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、ノイズの影響を受けにくくなる。すなわち、測定した、入力電圧Viの実効値にノイズが入り、V3〜V4の間で変動しても、その間は目標値PO *が切り替わらなくなる。そのため、ノイズによって目標値PO *が何度も切り替わることを防止でき、安定して目標値PO *を出力することが可能になる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
The effect of this example will be described. With the above configuration, it is difficult to be affected by noise. That is, even if noise enters the measured effective value of the input voltage V i and fluctuates between V 3 and V 4 , the target value P O * does not change during that period. Therefore, noise by can be prevented target value P O * is switched many times, it is possible to output the target value P O * stable.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.
(実施例2)
本例は、フィードバック制御部5の前段部分50における制御方法を変更した例である。本例のフィードバック制御部5は、入力電圧Viの実効値が、予め定められた値よりも低下した場合に、入力電流Iiの目標値(第1電流目標値I1 *)を低下させるよう構成されている。
すなわち、上記実効値が予め定められた値よりも低下した時には、第1PI制御部53(図2参照)におけるゲインを小さくする。これにより、第1電流目標値I1 *を小さくし、入力電流Iiを低減させる。
(Example 2 )
This example is an example in which the control method in the
That is, when the effective value is lower than a predetermined value, the gain in the first PI control unit 53 (see FIG. 2) is reduced. Thereby, the first current target value I 1 * is reduced and the input current I i is reduced.
図10に、フィードバック制御部5のフローチャートを示す。まず、ステップS1において、入力電圧Viの実効値が変動したか否かを判断する。ここでYesと判断された場合は、ステップS2に移り、入力電圧Viの実効値が低下したか否かを判断する。ここでYesと判断した場合はステップS3に移り、第1PI制御部53(図2参照)のゲインを下げる。また、ステップS2においてNoと判断した場合はステップS4に移り、第1PI制御部53のゲインを上げる。図11に、入力電圧Viの実効値と、ゲイン調整度との関係を示す。このような関係を、フィードバック制御部5は予め記憶しておき、これを用いてゲインを調整する。
その他、参考例1と同様の構成を備える。
FIG. 10 shows a flowchart of the
In addition, the same configuration as the reference example 1 is provided.
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、入力電流Iiが流れすぎる不具合を防止できる。すなわち、入力電圧Viの実効値が低下した場合には、平滑コンデンサ3の電圧低下を抑制するため、入力電流Iiを上げようとするフィードバック制御が働きやすくなる。その結果、入力電流Iiが流れすぎ、電力変換装置1を構成する電子部品が破損する等の不具合が生じやすくなる。したがって、上記実効値が低下した時に、入力電流Iiの目標値を低下させるようにフィードバック制御を行えば、入力電流Iiの流れすぎを防止でき、上記不具合を抑制しやすくなる。
The effect of this example will be described. With the above configuration, it is possible to prevent a problem that the input current I i flows excessively. That is, when the effective value of the input voltage V i decreases, feedback control for increasing the input current I i is facilitated to suppress the voltage decrease of the smoothing
本例の実験結果を図12に示す。この実験では、入力電圧Viの第1波〜第3波までは実効値を200Vにしてあり、第4波から実効値を140Vまで低下させている。実効値が低下すると、コンデンサ電圧VCが下がり、入力電流Iiが上昇しやすくなる。しかしながら本例では、実効値が低下した時に、入力電流Iiの目標値(第1電流目標値I1 *)を低下させるようにフィードバック制御が働くため、入力電流Iiが大きく増加しなくなる。図12に示すごとく、入力電流Iiは最大値でも21A程度であり、充分、抑制できている。
その他、参考例1と同様の作用効果を備える。
The experimental result of this example is shown in FIG. In this experiment, up to the first wave to third wave of the input voltage V i is Yes and the effective value to 200V, which reduces the effective value to 140V from the fourth wave. When the effective value decreases, the capacitor voltage V C decreases, the input current I i is likely to rise. However, in this example, when the effective value decreases, the feedback control works so as to decrease the target value of the input current I i (first current target value I 1 * ), so the input current I i does not increase greatly. As shown in FIG. 12, the input current I i is about 21 A at the maximum value, and can be sufficiently suppressed.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are provided.
(比較例)
本例は図13に示すごとく、比較例として、フィードバック制御部95の構成を変更した例である。本例のフィードバック制御部95は、後段部分960において、常に一定の目標値Po *を発生させ、この目標値Po *を使って、出力電流IOのフィードバック制御を行っている。すなわち、入力電圧Viの実効値が低下した場合でも、出力電力の目標値Po *が変化しないようになっている。
(Comparative example)
This example is an example in which the configuration of the
そのため、本例では、入力電圧Viの実効値が低下した場合でも出力電流IOが低減しない。したがって、上記実効値が低下した時に、平滑コンデンサ93に蓄えた電荷Qが減少しやすくなり、平滑コンデンサ93の電圧VCが低下しやすくなる。これに伴って、出力電流IOが発振しやすくなる。
Therefore, in this embodiment, the output current I O is not reduced even if the effective value of the input voltage V i drops. Therefore, when the effective value is decreased, the charge Q accumulated in the smoothing
図14〜図17に、本例の実験結果を示す。この実験では図14に示すごとく、入力電圧Viの、第1波W1と第2波W2における実効値を200Vにしてあり、第3波W3から実効値を140Vまで低下させている。本例では、入力電圧Viが低下しても出力電流が低減しないため、図17に示すごとく、コンデンサ電圧Vcが徐々に低下していく。そして、平滑コンデンサ93からDCDCコンバータ94に出力電流IOを充分に供給できなくなり、図16に示すごとく、出力電流IOが発振し始める。このようになると、バッテリー911の充電効率が低下する等の問題が生じやすくなる。
14 to 17 show the experimental results of this example. As in this experiment shown in Figure 14, the input voltage V i, the first wave W1 were refer to effective value of the second wave W2 to 200V, which reduces the effective value to 140V from the third wave W3. In this example, since the input voltage V i is not reduced even if the output current is decreased, as shown in FIG. 17, the capacitor voltage Vc gradually decreases. Then, it becomes impossible to supply sufficient output current I O from the smoothing
1 電力変換装置
10 交流電源
11 バッテリー
12 入力電圧測定手段
13 出力電流測定手段
14 出力電圧測定手段
2 ACDCコンバータ
3 平滑コンデンサ
4 DCDCコンバータ
5 フィードバック制御部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
交流電源(10)から入力される交流電圧を直流電圧に変換するACDCコンバータ(2)と、
該ACDCコンバータ(2)によって変換された上記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ(3)と、
平滑化した上記直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の上記直流電圧を出力電圧として上記バッテリー(11)に印加し、該バッテリーを充電するDCDCコンバータ(4)と、
上記交流電源(10)の入力電圧を測定する入力電圧測定手段(12)と、
上記DCDCコンバータ(4)の出力電流を測定する出力電流測定手段(13)と、
上記出力電圧を測定する出力電圧測定手段(14)と、
上記出力電流と上記出力電圧の積である出力電力が目標値に近づくようにフィードバック制御をするフィードバック制御部(5)とを備え、
該フィードバック制御部(5)は、上記入力電圧測定手段(12)によって測定された上記入力電圧の実効値が変動したときに、上記平滑コンデンサ(3)の電圧が一定になるように、上記出力電力の目標値を変更するよう構成されており、
上記フィードバック制御部(5)は、上記出力電力を上記交流電源の入力電力で割った値である電力効率と、上記出力電力及び上記出力電圧との相関関係を記憶する記憶部を備え、上記フィードバック制御部(5)は、上記相関関係を用いて、上記実効値が変動する前に測定した上記出力電力及び上記出力電圧に対応した上記電力効率を求め、その求めた上記電力効率を使って、上記実効値が変動した後における上記出力電力の目標値を算出することを特徴とする電力変換装置(1)。 A power converter (1) for charging a battery (11),
An ACDC converter (2) for converting an AC voltage input from the AC power supply (10) into a DC voltage;
A smoothing capacitor (3) for smoothing the DC voltage converted by the ACDC converter (2);
A DCDC converter (4) for transforming the smoothed DC voltage, applying the DC voltage after the transformation to the battery (11) as an output voltage, and charging the battery;
Input voltage measuring means (12) for measuring the input voltage of the AC power source (10);
Output current measuring means (13) for measuring the output current of the DCDC converter (4);
Output voltage measuring means (14) for measuring the output voltage;
A feedback control unit (5) that performs feedback control so that output power that is a product of the output current and the output voltage approaches a target value;
The feedback control unit (5) outputs the output so that the voltage of the smoothing capacitor (3) becomes constant when the effective value of the input voltage measured by the input voltage measuring means (12) varies. It is configured to change the power target value ,
The feedback control unit (5) includes a storage unit that stores a correlation between a power efficiency obtained by dividing the output power by an input power of the AC power supply, and the output power and the output voltage, and the feedback The control unit (5) obtains the power efficiency corresponding to the output power and the output voltage measured before the effective value fluctuates using the correlation, and uses the obtained power efficiency, A power converter (1), wherein a target value of the output power after the effective value fluctuates is calculated.
交流電源(10)から入力される交流電圧を直流電圧に変換するACDCコンバータ(2)と、 An ACDC converter (2) for converting an AC voltage input from the AC power supply (10) into a DC voltage;
該ACDCコンバータ(2)によって変換された上記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ(3)と、 A smoothing capacitor (3) for smoothing the DC voltage converted by the ACDC converter (2);
平滑化した上記直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の上記直流電圧を出力電圧として上記バッテリー(11)に印加し、該バッテリーを充電するDCDCコンバータ(4)と、 A DCDC converter (4) for transforming the smoothed DC voltage, applying the DC voltage after the transformation to the battery (11) as an output voltage, and charging the battery;
上記交流電源(10)の入力電圧を測定する入力電圧測定手段(12)と、 Input voltage measuring means (12) for measuring the input voltage of the AC power source (10);
上記DCDCコンバータ(4)の出力電流を測定する出力電流測定手段(13)と、 Output current measuring means (13) for measuring the output current of the DCDC converter (4);
上記出力電圧を測定する出力電圧測定手段(14)と、 Output voltage measuring means (14) for measuring the output voltage;
上記出力電流と上記出力電圧の積である出力電力が目標値に近づくようにフィードバック制御をするフィードバック制御部(5)とを備え、 A feedback control unit (5) that performs feedback control so that output power that is a product of the output current and the output voltage approaches a target value;
該フィードバック制御部(5)は、上記入力電圧測定手段(12)によって測定された上記入力電圧の実効値が変動したときに、上記平滑コンデンサ(3)の電圧が一定になるように、上記出力電力の目標値を変更するよう構成されており、 The feedback control unit (5) outputs the output so that the voltage of the smoothing capacitor (3) becomes constant when the effective value of the input voltage measured by the input voltage measuring means (12) varies. It is configured to change the power target value,
上記平滑コンデンサ(3)の電圧を測定するコンデンサ電圧測定手段と、上記交流電源(10)から上記ACDCコンバータ(2)に送られる入力電流を測定する入力電流測定手段とを備え、上記フィードバック制御部(5)は、測定した上記入力電流及び上記平滑コンデンサの電圧が目標値に近づくようにフィードバック制御を行うよう構成され、 Capacitor voltage measuring means for measuring the voltage of the smoothing capacitor (3), and input current measuring means for measuring an input current sent from the AC power supply (10) to the ACDC converter (2), the feedback control unit (5) is configured to perform feedback control so that the measured input current and the voltage of the smoothing capacitor approach a target value,
上記フィードバック制御部(5)は、上記入力電圧の実効値が予め定められた値よりも低下した場合に、上記入力電流の目標値を低下させるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置(1)。 The feedback control unit (5) is configured to reduce the target value of the input current when the effective value of the input voltage is lower than a predetermined value. (1).
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