JP6013294B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、リアクトル及びスイッチング素子を有し、スイッチング素子をスイッチングすることでリアクトルに流れる電流を制御する電力変換装置に関する。

従来、リアクトル及びスイッチング素子を有し、スイッチング素子をスイッチングすることでリアクトルに流れる電流を制御する電力変換装置がある。この電力変換装置は、入出力電圧の状態によって動作モードが変化する。具体的には、リアクトルに連続的に電流が流れる連続モードと、リアクトルに断続的に電流が流れる不連続モードに変化する。連続モードと不連続モードが切替わると、それに伴って応答性が変化する。そのため、連続モードと不連続モードの切替わり時に、指令に対する追従性が悪くなることがある。

これに対し、例えば以下に示す特許文献１に開示されている電力変換装置がある。この電力変換装置は、出力電流が電流指令と一致するようにフィードバック項を演算する。さらに、フィードフォワード項を演算する。そして、フィードバック項にフィードフォワード項を加算した上で、スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。これにより、連続モードと不連続モードの切替わり時に発生する追従性の悪化を抑えることができる。

特開２０１３−０２７２０１号公報

前述した電力変換装置は、フィードフォワード項によって、連続モードと不連続モードの切替わり時に発生する追従性の悪化を抑える。しかし、連続モードと不連続モードの切替わり時に、フィードフォワード項が、突然、掛け離れた値に変化した場合、電力変換装置の出力電流が出力電流指令からずれてしまう。つまり、出力電流が歪んでしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、連続モードと不連続モードの切替わりに伴って発生する出力電流の歪みを抑えることができる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、リアクトル及びスイッチング素子を有し、直流電源及び負荷に接続され、スイッチング素子をスイッチングすることでリアクトルに流れる電流を制御し、直流電源から入力される直流を所定電圧の直流に変換して負荷に出力する電力変換回路と、フィードフォワード項を求め、求めたフィードフォワード項に基づいてスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号に基づいてスイッチング素子を制御する制御回路と、を備えた電力変換装置において、制御回路は、リアクトルに連続的に電流が流れる連続モードで電力変換回路が動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項である、少なくとも１種類の連続モード用フィードフォワード項と、リアクトルに断続的に電流が流れる不連続モードで電力変換回路が動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項である、少なくとも１種類の不連続モード用フィードフォワード項とを求め、駆動信号を生成するためのフィードフォワード項が電力変換回路の出力電圧に対して連続的に変化するように、求めた連続モード用フィードフォワード項及び不連続モード用フィードフォワード項のうちのいずれか１つを選択して駆動信号を生成するためのフィードフォワード項とすることを特徴とする。

この構成によれば、駆動信号を生成するためのフィードフォワード項が連続的に変化する。連続モードと不連続モードの切替わり時に、突然、掛け離れた値に変化するようなことがない。そのため、連続モードと不連続モードの切替わりに伴って発生する出力電流の歪みを抑えることができる。

第１実施形態における電力変換装置の回路図である。 図１における制御回路の制御に関するブロック図である。 出力電圧と降圧時及び昇圧時の連続モード及び不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比の関係を説明するためのグラフである。 出力電圧と降圧時及び昇圧時のフィードフォワード項のデューティ比の関係を説明するためのグラフである。 各部の電圧及び電流の関係を示すグラフである。 従来方式における各部の電圧及び電流の関係を示すグラフである。 降圧時の連続モード及び不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比と、降圧時のフィードフォワード項のデューティ比の関係を説明するためのグラフである。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載されたバッテリから負荷に電力を供給する電力変換装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の電力変換装置の構成について説明する。

図１に示す電力変換装置１は、バッテリＢ１（直流電源）から供給される直流を所定電圧の直流に変換して負荷Ｓ１に供給する装置である。ここで、バッテリＢ１は、主に車両駆動用モータに電力を供給するための高電圧のバッテリである。負荷Ｓ１は、車両に搭載された排気ガス処理装置の触媒を加熱する、印加される電圧によって温度が変化するヒータである。電力変換装置１は、フィルタ回路１０と、電力変換回路１１と、フィルタ回路１２と、電圧検出回路１３、１４と、電流センサ１５と、制御回路１６とを備えている。

フィルタ回路１０は、バッテリＢ１から入力される直流に含まれる高周波成分を除去する回路である。フィルタ回路１０の入力端はバッテリＢ１の正極端及び負極端に、出力端は電力変換回路１１にそれぞれ接続されている。

電力変換回路１１は、制御回路１６によって制御され、リアクトル及びＩＧＢＴを有し、ＩＧＢＴをスイッチングすることでリアクトルに流れる電流を制御し、バッテリＢ１から入力される直流を所定電圧の直流に変換して負荷Ｓ１に出力する回路である。具体的には、バッテリＢ１から入力される直流を降圧又は昇圧して負荷Ｓ１に供給する回路である。電力変換回路１１は、スイッチング回路１１０と、トランスと１１１と、スイッチング回路１１２とを備えている。

スイッチング回路１１０は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ（スイッチング素子）と、ダイオード１１０ｅ〜１１０ｈとを備えている。

ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｄは、それぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｃのエミッタが、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｄのコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続されたＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂ及び直列接続されたＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｄは、並列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｃのコレクタ及びＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｄのエミッタがそれぞれ共通接続されている。つまり、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄはブリッジ接続されている。共通接続されたＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｃのコレクタ及び共通接続されたＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｄのエミッタは、フィルタ回路１０の出力端にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂの直列接続点及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｄの直列接続点は、トランス１１１にそれぞれ接続されている。さらに、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄのゲートは、制御回路１６にそれぞれ接続されている。

ダイオード１１０ｅ〜１１０ｈのアノードはＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄのエミッタに、カソードはＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄのコレクタにそれぞれ接続されている。つまり、ダイオード１１０ｅ〜１１０ｈは、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄに逆並列接続されている。

トランス１１１は、１次巻線１１１ａと、２次巻線１１１ｂとを有している。また、漏れインダクタンスによって構成されるリアクトル１１１ｃを備えている。１次巻線１１１ａの一端はリアクトル１１１ｃを介してＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｂの直列接続点に、他端はＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｄの直列接続点にそれぞれ接続されている。また、２次巻線１１１ｂの一端及び他端は、スイッチング回路１１２にそれぞれ接続されている。

スイッチング回路１１２は、ＩＧＢＴ１１２ａ〜１１２ｄ（スイッチング素子）と、ダイオード１１２ｅ〜１１２ｈとを備えている。

ＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂ及びＩＧＢＴ１１２ｃ、１１２ｄは、それぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｃのエミッタが、ＩＧＢＴ１１２ｂ、１１２ｄのコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続されたＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂ及び直列接続されたＩＧＢＴ１１２ｃ、１１２ｄは、並列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｃのコレクタ及びＩＧＢＴ１１２ｂ、１１２ｄのエミッタがそれぞれ共通接続されている。つまり、ＩＧＢＴ１１２ａ〜１１２ｄはブリッジ接続されている。ＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｂの直列接続点は２次巻線１１１ｂの一端に、ＩＧＢＴ１１２ｃ、１１２ｄの直列接続点は２次巻線１１１ｂの他端にそれぞれ接続されている。また、共通接続されたＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｃのコレクタ及び共通接続されたＩＧＢＴ１１２ｂ、１１２ｄのエミッタは、フィルタ回路１０の入力端にそれぞれ接続されている。さらに、ＩＧＢＴ１１２ａ〜１１２ｄのゲートは、制御回路１６にそれぞれ接続されている。

ダイオード１１２ｅ〜１１２ｈのアノードはＩＧＢＴ１１２ａ〜１１２ｄのエミッタに、カソードはＩＧＢＴ１１２ａ〜１１２ｄのコレクタにそれぞれ接続されている。つまり、ダイオード１１２ｅ〜１１２ｈは、ＩＧＢＴ１１２ａ〜１１２ｄに逆並列接続されている。

フィルタ回路１２は、スイッチング回路１１２から入力される直流に含まれる高周波成分を除去する回路である。フィルタ回路１２の入力端は、共通接続されたＩＧＢＴ１１２ａ、１１２ｃのコレクタ及び共通接続されたＩＧＢＴ１１２ｂ、１１２ｄのエミッタに、出力端は負荷の正極端及び負極端にそれぞれ接続されている。

電圧検出回路１３は、フィルタ回路１０を介して電力変換回路１１に入力される電圧を検出し、検出結果を出力する回路である。電圧検出回路１３は、フィルタ回路１０の入力端にそれぞれ接続されている。また、検出結果を出力する出力端は、制御回路１６に接続されている。

電圧検出回路１４は、フィルタ回路１２を介して電力変換回路１１から出力される電圧を検出し、検出結果を出力する回路である。電圧検出回路１４は、フィルタ回路１２の出力端にそれぞれ接続されている。また、検出結果を出力する出力端は、制御回路１６に接続されている。

電流センサ１５は、フィルタ回路１２を介して電力変換回路１１から出力される電流を検出し、検出結果を出力する素子である。電流センサ１５は、フィルタ回路１２の出力端と負荷Ｓ１の負極端を接続する配線に設けられている。また、検出結果を出力する出力端は、制御回路１６に接続されている。

制御回路１６は、外部から入力される電力変換装置１の出力電圧指令、電圧検出回路１３、１４及び電流センサ１５の検出結果に基づいて、電力変換回路１１を制御する回路である。具体的には、出力電圧指令、電圧検出回路１３、１４及び電流センサ１５の検出結果に基づいてＰＷＭ信号（駆動信号）を生成し、生成したＰＷＭ信号に基づいてＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１２ａ〜１１２ｄのスイッチングを制御する回路である。制御回路１６は、電圧検出回路１３、１４及び電流センサ１５の出力端にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１２ａ〜１１２ｄのゲートにそれぞれ接続されている。制御回路１６は、マイクロコンピュータを有し、図２に示すように、偏差演算部１６０と、ＰＩ演算部１６１と、偏差演算部１６２と、ＰＩ演算部１６３と、乗算部１６４と、選択部１６５と、加算部１６６と、乗算部１６７と、選択部１６８と、加算部１６９とを備えている。偏差演算部１６０、ＰＩ演算部１６１、偏差演算部１６２、ＰＩ演算部１６３、乗算部１６４、選択部１６５、加算部１６６、乗算部１６７、選択部１６８及び加算部１６９は、マイクロコンピュータ及びソフトウェアによって構成されている。

偏差演算部１６０は、外部から入力される電力変換回路１１の出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊と、電圧検出回路１４の検出結果から求めた電力変換回路１１の出力電圧Ｖｏｕｔの偏差を演算し、偏差ΔＶｏｕｔとして出力するブロックである。

ＰＩ演算部１６１は、偏差演算部１６０の出力する偏差ΔＶｏｕｔを比例、積分演算し、電力変換回路１１の出力電流指令Ｉｏｕｔ＊として出力するブロックである。

偏差演算部１６２は、ＰＩ演算部１６１の出力する電力変換回路１１の出力電流指令Ｉｏｕｔ＊と、電流センサ１５の検出結果から求めた電力変換回路１１の出力電流Ｉｏｕｔの偏差を演算し、偏差ΔＩｏｕｔとして出力するブロックである。

ＰＩ演算部１６３は、偏差演算部１６２の出力する偏差ΔＩｏｕｔを比例、積分演算し、電力変換回路１１のリアクトル電圧指令ＶＬ＊として出力するブロックである。

乗算部１６４は、ＰＩ演算部１６３の出力するリアクトル電圧指令ＶＬ＊に、電圧検出回路１３の検出結果から求めた電力変換回路１１の入力電圧Ｖｉｎの逆数１／Ｖｉｎを乗算し、降圧時におけるフィードバック項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｂとして出力するブロックである。

選択部１６５は、降圧時連続モード用フィードフォワード項（以下、降圧時ＣＣＭＦＦ項と記載する）のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍ、及び、降圧時不連続モード用フィードフォワード項（以下、降圧時ＤＣＭＦＦ項と記載する）のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍのうち、最も値の小さいものを選択し、降圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆとして出力するブロックである。ここで、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍは、リアクトル１１１ｃに連続的に電流が流れる連続モードで電力変換回路１１が降圧動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項のデューティ比である。降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍは、リアクトル１１１ｃに断続的に電流が流れる不連続モードで電力変換回路１１が降圧動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項のデューティ比である。

降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍは、数１に示すように、電圧検出回路１３、１４の検出結果から求めた電力変換回路１１の入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔに基づいて算出される。

また、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍは、数２に示すように、予め設定されているリアクトル１１１ｃのインダクタンスＬ、スイッチング回路１１０のスイッチング周波数ｆ、１次巻線１１１ａに対する２次巻線１１１ｂの巻数比ｎ、電圧検出回路１３、１４及び電流センサ１５の検出結果から求めた電力変換回路１１の入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、出力電流Ｉｏｕｔに基づいて算出される。

加算部１６６は、乗算部１６４の出力する降圧時におけるフィードバック項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｂに、選択部１６５の出力する降圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆを加算し、降圧時におけるデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙとして出力するブロックである。

乗算部１６７は、ＰＩ演算部１６３の出力するリアクトル電圧指令ＶＬ＊に、電圧検出回路１４の検出結果から求めた電力変換回路１１の出力電圧Ｖｏｕｔの逆数１／Ｖｏｕｔを乗算し、昇圧時におけるフィードバック項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｂとして出力するブロックである。

選択部１６８は、昇圧時連続モード用フィードフォワード項（以下、昇圧時ＣＣＭＦＦ項と記載する）のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍ、及び、昇圧時不連続モード用フィードフォワード項（以下、昇圧時ＤＣＭＦＦ項と記載する）のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍのうち、最も値の小さいものを選択して、昇圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆとして出力するブロックである。ここで、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍは、リアクトル１１１ｃに連続的に電流が流れる連続モードで電力変換回路１１が昇圧動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項のデューティ比である。昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍは、リアクトル１１１ｃに断続的に電流が流れる不連続モードで電力変換回路１１が昇圧動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項のデューティ比である。

昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍは、数３に示すように、電圧検出回路１３、１４の検出結果から求めた電力変換回路１１の入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔに基づいて算出される。

また、昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍは、数４に示すように、予め設定されているリアクトル１１１ｃのインダクタンスＬ、スイッチング回路１１０のスイッチング周波数ｆ、１次巻線１１１ａに対する２次巻線１１１ｂの巻数比ｎ、電圧検出回路１３、１４及び電流センサ１５の検出結果から求めた電力変換回路１１の入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、出力電流Ｉｏｕｔに基づいて算出される。

加算部１６９は、乗算部１６７の出力するフィードバック項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｂに、選択部１６８の出力するフィードフォワード項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆを加算し、昇圧時におけるデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙとして出力するブロックである。

次に、図１〜図５を参照して第１実施形態の電力変換装置の動作について説明する。

図１に示す電圧検出回路１３、１４は、電力変換回路１１の入出力電圧を検出し、検出結果を出力する。電流センサ１５は、電力変換回路１１の出力電流を検出し、検出結果を出力する。

制御回路１６は、電圧検出回路１３、１４及び電流センサ１５の検出結果から電力変換回路１１の入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、出力電流Ｉｏｕｔを求める。 そして、入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ及び数１から、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍを算出する。予め設定されているリアクトル１１１ｃのインダクタンスＬ、スイッチング回路１１０のスイッチング周波数ｆ、１次巻線１１１ａに対する２次巻線１１１ｂの巻数比ｎ、求めた入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、出力電流Ｉｏｕｔ、及び、数２から、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍを算出する。

また、入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ及び数３から、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍを算出する。予め設定されているインダクタンスＬ、スイッチング周波数ｆ、巻数比ｎ、求めた入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、出力電流Ｉｏｕｔ、及び、数４から、昇圧時不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍを算出する。

図２に示す偏差演算部１６０は、外部から入力される出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊と出力電圧Ｖｏｕｔの偏差を演算し、偏差ΔＶｏｕｔとして出力する。ＰＩ演算部１６１は、偏差ΔＶｏｕｔを比例、積分演算し、出力電流指令Ｉｏｕｔ＊として出力する。偏差演算部１６２は、出力電流指令Ｉｏｕｔ＊と出力電流Ｉｏｕｔの偏差を演算し、偏差ΔＩｏｕｔとして出力する。ＰＩ演算部１６３は、偏差ΔＩｏｕｔを比例、積分演算し、リアクトル電圧指令ＶＬ＊として出力する。

乗算部１６４は、リアクトル電圧指令ＶＬ＊に入力電圧Ｖｉｎの逆数１／Ｖｉｎを乗算し、降圧時におけるフィードバック項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｂとして出力する。

ところで、入力電圧及び出力電力が一定の場合、図３に示すように、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍは、出力電圧Ｖｏｕｔに対して直線的に変化する。一方、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍは、出力電圧Ｖｏｕｔに対して曲線的に変化する。出力電圧ＶｏｕｔがＶ１より小さい領域では、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍの方が、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍより小さくなる。出力電圧ＶｏｕｔがＶ１になると、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍと降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍが、同一の値になる。出力電圧ＶｏｕｔがＶ１より大きくＶ２より小さい領域では、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍの方が、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍより小さくなる。出力電圧ＶｏｕｔがＶ２になると、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍと降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍが、同一の値になる。出力電圧ＶｏｕｔがＶ２より大きく入力電圧Ｖｉｎ以下の領域では、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍの方が、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍより小さくなる。出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎと同一の値のときには、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍが１になる。

図２に示す選択部１６５は、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍ、及び、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍのうち、最も値の小さいものを選択して、降圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆとして出力する。具体的には、図４に示すように、出力電圧ＶｏｕｔがＶ１以下の領域では、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍを出力する。出力電圧ＶｏｕｔがＶ１より大きくＶ２以下の領域では、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍを出力する。出力電圧ＶｏｕｔがＶ２より大きくＶｉｎ以下の領域では、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍを出力する。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎ以下であり、降圧動作が必要となる状態において、フィードフォワード項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆが、出力電圧Ｖｏｕｔに対して連続的に変化するようになる。

図２に示す加算部１６６は、フィードバック項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｂに、フィードフォワード項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆを加算し、降圧時におけるデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙとして出力する。

一方、乗算部１６７は、リアクトル電圧指令ＶＬ＊に出力電圧Ｖｏｕｔの逆数１／Ｖｏｕｔを乗算し、昇圧時におけるフィードバック項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｂとして出力する。

ところで、入力電圧及び出力電力が一定の場合、図３に示すように、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍは、出力電圧Ｖｏｕｔに対して直線的に変化する。一方、昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍは、出力電圧Ｖｏｕｔに対して曲線的に変化する。出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎと同一の値のときには、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍは０になる。出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎ以上でＶ３より小さい領域では、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍの方が、昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍより小さくなる。出力電圧ＶｏｕｔがＶ３になると、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍと昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍが、同一の値になる。出力電圧ＶｏｕｔがＶ３より大きい領域では、昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍの方が、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍより小さくなる。

図２示す選択部１６８は、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍ、及び、昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍのうち、最も値の小さいものを選択して、昇圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆとして出力する。具体的には、図４に示すように、出力電圧ＶｏｕｔがＶｉｎより大きくＶ３以下の領域では、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍを出力する。出力電圧ＶｏｕｔがＶ３より大きい領域では、昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍを出力する。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎより大きく、昇圧動作が必要となる状態において、フィードフォワード項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆが出力電圧Ｖｏｕｔに対して連続的に変化するようになる。

図２に示す加算部１６９は、フィードバック項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｂに、フィードフォワード項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆを加算し、昇圧時におけるデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙとして出力する。

制御回路１６は、出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊が入力電圧Ｖｉｎ以下であり、降圧動作が必要なときには、加算部１６６の出力する降圧時におけるデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙに基づいて、スイッチング周波数ｆのＰＷＭ信号を生成する。そして、生成したＰＷＭ信号に基づいてＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄのスイッチングを制御する。図１に示すスイッチング回路１１０は、バッテリＢ１から入力される直流を交流に変換してトランス１１１に供給する。スイッチング回路１１２は、ダイオード１１２ｅ〜１１２ｈによってトランス１１１から供給される交流を整流して直流に変換し負荷Ｓ１に供給する。

その結果、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電流指令Ｉｏｕｔ＊が一定の場合、図５に示すように、出力電圧ＶｏｕｔがＶ１以下の領域では、連続モードで動作し、バッテリＢ１の電圧が降圧され、負荷Ｓ１に供給される。出力電圧ＶｏｕｔがＶ１より大きくＶ２以下の領域では、不連続モードで動作し、バッテリＢ１の電圧が降圧され、負荷Ｓ１に供給される。出力電圧ＶｏｕｔがＶ２より大きくＶｉｎ以下の領域では、連続モードで動作し、バッテリＢ１の電圧が降圧され、負荷Ｓ１に供給される。連続モードから不連続モードの切替わっても、不連続モードから連続モードに切替わっても、出力電流Ｉｏｕｔは出力電流指令Ｉｏｕｔ＊とほぼ一致しており、歪みは発生していない。

一方、図１に示す制御回路１６は、出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊が入力電圧Ｖｉｎより大きく、昇圧動作が必要なときには、スイッチング周波数ｆのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号に基づいてＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄのスイッチングを制御する。さらに、図２に示す加算部１６９の出力する昇圧時におけるデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙに基づいてスイッチング周波数ｆのＰＷＭ信号を生成する。そして、生成したＰＷＭ信号に基づいてＩＧＢＴ１１２ａ〜１１２ｄのスイッチングを制御する。

その結果、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電流指令Ｉｏｕｔ＊が一定の場合、図５に示すように、出力電圧ＶｏｕｔがＶｉｎより大きくＶ３以下の領域では、連続モードで動作し、バッテリＢ１の電圧が昇圧され、負荷Ｓ１に供給される。出力電圧ＶｏｕｔがＶ３より大きい領域では、不連続モードで動作し、バッテリＢ１の電圧が昇圧され、負荷Ｓ１に供給される。連続モードから不連続モードの切替わっても、不連続モードから連続モードに切替わっても、出力電流Ｉｏｕｔは出力電流指令Ｉｏｕｔ＊とほぼ一致しており、歪みは発生していない。また、降圧動作から昇圧動作に切替わっても、昇圧動作から降圧動作に切替わっても、出力電流Ｉｏｕｔは出力電電流指令Ｉｏｕｔ＊とほぼ一致しており、歪みは発生していない。

次に、第１実施形態の効果について説明する。

従来方式の場合、連続モードと不連続モードの切替わり時に、フィードフォワード項のデューティ比が突然変化することがある。この場合、図６に示すように、連続モードと不連続モードの切替わりに伴って、出力電流Ｉｏｕｔが出力電流指令Ｉｏｕｔ＊からずれてしまう。つまり、出力電流Ｉｏｕｔが歪んでしまう。

しかし、第１実施形態によれば、制御回路１６は、連続モード用フィードフォワード項のデューティ比と、不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比を算出する。そして、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比が電力変換回路１１の出力電圧に対して連続的に変化するように、連続モード用フィードフォワード項のデューティ比及び不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比のうち１つを選択し、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比として出力する。そのため、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比が連続的に変化する。連続モードと不連続モードの切替わり時に、突然、掛け離れた値に変化するようなことがない。そのため、図５に示すように、連続モードと不連続モードの切替わりに伴って発生する出力電流の歪みを抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１６は、連続モード用フィードフォワード項のデューティ比及び不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比のうち、最も値の小さいもの選択して、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比として出力する。そのため、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比を、確実に、連続的に変化させることができる。

直流を降圧又は昇圧する電力変換装置において、従来方式の場合、図６に示すように、連続モードと不連続モードの切替わり時に、出力電流Ｉｏｕｔが歪んでしまう。また、降圧動作と昇圧動作の切替わり時にも出力電流Ｉｏｕｔが歪んでしまう。

しかし、第１実施形態によれば、制御回路１６は、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比、及び、昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比を算出する。そして、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比が連続的に変化するように、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比及び降圧時不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比のうちのいずれか１つ、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比及び昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比のうちいずれか１つを選択し、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比として出力する。図４に示すように、降圧動作と昇圧動作の切替わり時に、デューティ比が１から０、又は、０から１に変化することになるが、デューティ比は０〜１の範囲内で変化するものであり、１から０、又は、０から１への変化は連続的な変化に相当する。つまり、連続モードと不連続モードの切替わり時だけでなく、降圧動作と昇圧動作の切替わり時にも、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比が連続的に変化する。そのため、直流を降圧又は昇圧する電力変換装置１において、図５に示すように、連続モードと不連続モードの切替わりに伴って発生する出力電流の歪みを抑えることができる。また、降圧動作と昇圧動作の切替わりに伴って発生する出力電流の歪みも抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１６は、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比及び降圧時不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比のうち、最も値の小さいものを、昇圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比及び昇圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比のうち、最も値の小さいものを選択して、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比として出力する。そのため、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比を、確実に、連続的に変化させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電力変換装置について説明する。第２実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置に対して、連続モードと不連続モードの切替わり点を含む所定範囲内において、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項を補正するようにしたものである。

第２実施形態の電力変換装置は、制御回路内におけるＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比の補正を除いて、第１実施形態の電力変換装置と同一構成及び同一動作である。そのため、構成及び動作についての説明は省略する。

図１及び図７を参照して、制御回路内におけるＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比の補正について説明する。

図１示す制御回路１６は、第１実施形態と同様に、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍ、及び、降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍのうち、最も値の小さいものを選択して、降圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆとして出力する。

その際、第１実施形態とは異なり、図７に示すように、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍと降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍの切替わり点を含む所定範囲内において、降圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆを補正する。そして、補正したデューティ比を、降圧時におけるフィードフォワード項とデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆとして出力する。

具体的には、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍ及び降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍを所定割合ずつ加算することで、電力変換回路１１の出力電圧Ｖｏｕｔに対するデューティ比の変化が所定範囲内となるようにし、降圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆとして出力する。しかも、降圧時ＣＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｃｃｍと降圧時ＤＣＭＦＦ項のデューティ比Ｄ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆ＿ｄｃｍを加算する際の所定割合を、電力変換回路１１の動作状態に応じて変更する。

昇圧時におけるフィードフォワード項のデューティ比Ｕ＿ｄｕｔｙ＿ｆｆを出力する際も、同様の補正を行う。

次に、第２実施形態の電力変換装置の効果について説明する。

第２実施形態によれば、制御回路１６は、図７に示すように、連続モード用フィードフォワード項のデューティ比と不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比の切替わり点を含む所定範囲内において、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比を補正する。そのため、フィードフォワード項のデューティ比の変化が大きくなりやすい、連続モード用フィードフォワード項のデューティ比と不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比の切替わり点を含む所定範囲内において、フィードフォワード項のデューティ比を滑らかに変化させることができる。従って、連続モードと不連続モードの切替わりに伴って発生する出力電流の歪みをより抑えることができる。

第２実施形態によれば、制御回路１６は、連続モード用フィードフォワード項のデューティ比及び不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比を所定割合ずつ加算することでＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比を補正する。そのため、フィードフォワード項のデューティ比を確実に滑らかに変化させることができる。

第２実施形態によれば、制御回路１６は、連続モード用フィードフォワード項のデューティ比と不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比を加算する際の所定割合を、電力変換回路１１の動作状態に応じて変更する。そのため、電力変換回路１１の動作状態が変化しても、フィードフォワード項のデューティ比を確実に滑らかに変化させることができる。

なお、第１及び第２実施形態では、制御回路１６が、連続モードと不連続モードの切替わりに関係なく、所定の演算によってフィードバック項のデューティ比を算出する例を挙げているが、これに限られるものではない。連続モードと不連続モードの切替わりに伴って、フィードバック項のデューティ比を算出する際のゲインを変更するようにしてもよい。例えば、連続モードと不連続モードの切替わりに伴って、ＰＩ演算部１６１、１６３におけるゲインを変更するようにしてもよい。これにより、追従性を向上させることができる。

また、第１及び第２実施形態では、１種類の連続モード用フィードフォワード項のデューティ比と、１種類の不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比からＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比を選択する例を挙げているが、これに限られるものではない。複数種類の連続モード用フィードフォワード項のデューティ比と、複数種類の不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比からＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比を選択するようにしてもよい。具体的には、複数種類の連続モード用フィードフォワード項のデューティ比、及び、複数種類の不連続モード用フィードフォワード項のデューティ比のうち、最も値の小さいものを選択して、ＰＷＭ信号を生成するためのフィードフォワード項のデューティ比としてもよい。

さらに、第１及び第２実施形態では、電流センサ１５が、電力変換回路１１の出力電流を検出している例を挙げているが、これに限られるものではない。電流センサ１５が、電力変換回路１１の入力電流を検出するようにしてもよい。例えば、フィルタ回路１０の入力端とバッテリＢ１の負極端を接続する配線に設けられていてもよい。電流センサ１５の検出結果、及び、１次巻線１１１ａに対する２次巻線１１１ｂの巻数比ｎに基づいて電力変換回路１１の出力電流を求めればよい。

１・・・電力変換装置、１１・・・電力変換回路、１１０・・・スイッチング回路、１１０ａ〜１１０ｄ・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１１１・・・トランス、１１１ｃ・・・リアクトル、１１２・・・スイッチング回路、１１２ａ〜１１２ｄ・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１６・・・制御回路、Ｂ１・・・バッテリ、Ｓ１・・・負荷

Claims (8)

1. リアクトル及びスイッチング素子を有し、直流電源及び負荷に接続され、前記スイッチング素子をスイッチングすることで前記リアクトルに流れる電流を制御し、前記直流電源から入力される直流を所定電圧の直流に変換して前記負荷に出力する電力変換回路（１１）と、
   フィードフォワード項を求め、求めたフィードフォワード項に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御回路（１６）と、
   を備えた電力変換装置において、
   前記制御回路は、前記リアクトルに連続的に電流が流れる連続モードで前記電力変換回路が動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項である、少なくとも１種類の連続モード用フィードフォワード項と、前記リアクトルに断続的に電流が流れる不連続モードで前記電力変換回路が動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項である、少なくとも１種類の不連続モード用フィードフォワード項とを求め、駆動信号を生成するためのフィードフォワード項が前記電力変換回路の出力電圧に対して連続的に変化するように、求めた連続モード用フィードフォワード項及び不連続モード用フィードフォワード項のうちのいずれか１つを選択して駆動信号を生成するためのフィードフォワード項とすることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御回路は、求めた連続モード用フィードフォワード項及び不連続モード用フィードフォワード項のうち最も値の小さいもの選択して駆動信号を生成するためのフィードフォワード項とすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御回路は、連続モード用フィードフォワード項と不連続モード用フィードフォワード項の切替わり点を含む所定範囲内において、駆動信号を生成するためのフィードフォワード項を補正することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御回路は、連続モード用フィードフォワード項及び不連続モード用フィードフォワード項を所定割合ずつ加算することで駆動信号を生成するためのフィードフォワード項を補正することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御回路は、前記所定割合を、電力変換回路の動作状態に応じて変更することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記制御回路は、フィードバック項を求め、フィードバック項及びフィードフォワード項に基づいて駆動信号を生成し、連続モードと不連続モードの切替わりに伴ってフィードバック項を求める際のゲインを変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換回路は、前記直流電源から入力される直流を降圧又は昇圧して所定電圧の直流に変換して前記負荷に出力し、
   前記制御回路は、連続モードで前記電力変換回路が降圧動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項である降圧時連続モード用フィードフォワード項と、不連続モードで前記電力変換回路が降圧動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項である降圧時不連続モード用フィードフォワード項と、連続モードで前記電力変換回路が昇圧動作していると仮定した場合におけるフィードフォワード項である昇圧時連続モード用フィードフォワード項と、不連続モードで前記電力変換回路が昇圧動作していると仮定いた場合におけるフィードフォワード項である昇圧時不連続モード用フィードフォワード項とを求め、駆動信号を生成するためのフィードフォワード項が前記電力変換回路の出力電圧に対して連続的に変化するように、求めた降圧時連続モード用フィードフォワード項及び降圧時不連続モード用フィードフォワード項のうちのいずれか１つ、昇圧時連続モード用フィードフォワード項及び昇圧時不連続モード用フィードフォワード項のうちいずれか１つを選択して駆動信号を生成するためのフィードフォワード項とすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記制御回路は、求めた降圧時連続モード用フィードフォワード項及び降圧時不連続モード用フィードフォワード項のうち最も値の小さいもの、昇圧時連続モード用フィードフォワード項及び昇圧時不連続モード用フィードフォワード項のうち最も値の小さいものを選択して駆動信号を生成するためのフィードフォワード項とすることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。

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