JP6040565B2 - Multi-phase power conversion circuit - Google Patents

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Description

この発明は、1つ又は複数の電源を持つ低圧側と、共通バスの高圧側の間で昇圧又は降圧の単方向動作を行い、或いは双方向動作を行う多相の電力変換回路に関する。   The present invention relates to a multiphase power conversion circuit that performs a unidirectional operation of boosting or stepping down between a low voltage side having one or a plurality of power supplies and a high voltage side of a common bus, or performing a bidirectional operation.

大電力直流−直流変換回路において、使用するスイッチングデバイスの制約から高周波スイッチングが難しいときに、変換回路の入力電流や出力電圧の品質を高めるために、インターリーブ型の回路構成が用いられる場合がある。インターリーブ直流−直流変換回路では、各相の回路を構成するスイッチやコイル等の素子のばらつきにより、各相の電流がアンバランスになることがある。そのため、図12に示した n相インターリーブ双方向直流−直流変換回路や、図13に示した三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路の例のように、通常は各相に電流センサを取り付け、そのセンサから得られる電流値i1、i2、i3、…inを用いて電流制御が行われる。三相のインターリーブ昇圧チョッパ回路に関する各相のインダクタの電流平衡制御については、例えば、非特許文献1に示されている方法などがある。
また、複数の電源を有し、高圧側のバスが共通であるような回路において、従来は各電源の入力部分の電流を個別の電流センサを用いて検出することが一般的である。
In high-power DC-DC converter circuits, when high-frequency switching is difficult due to restrictions on the switching devices used, an interleaved circuit configuration may be used to improve the quality of the input current and output voltage of the converter circuit. In an interleaved DC-DC converter circuit, the current of each phase may become unbalanced due to variations in elements such as switches and coils constituting the circuit of each phase. Therefore, as shown in the example of the n-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit shown in FIG. 12 or the three-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit shown in FIG. Current control is performed using current values i1, i2, i3,... In obtained from the sensor. For example, there is a method disclosed in Non-Patent Document 1 for the current balance control of the inductor of each phase related to the three-phase interleaved boost chopper circuit.
Further, in a circuit having a plurality of power supplies and having a common high-voltage bus, conventionally, the current at the input portion of each power supply is generally detected using an individual current sensor.

ところで、交流モータ駆動用のインバータでは、直流リンク電流の値を電流センサやシャント抵抗により検出し、三相電流を求める方式が、特許文献 1などで提案されている。一般的な交流モータの場合には、結線上、三相の電流の和がゼロになるため推定が行い易い。   By the way, in an inverter for driving an AC motor, a method for detecting a value of a DC link current by a current sensor or a shunt resistor and obtaining a three-phase current is proposed in Patent Document 1 or the like. In the case of a general AC motor, estimation is easy because the sum of three-phase currents becomes zero on connection.

川島崇宏、山本真義、舩曳繁之、鶴谷守 :「インターリーブ方式チョッパ回路の電流平衡制御」、平成 18年度電気・情報関連学会中国支部連合大会、p.484Takahiro Kawashima, Masayoshi Yamamoto, Shigeyuki Tsuji, Mamoru Tsuruya: “Current Balance Control of Interleaved Chopper Circuits”, 2006 China Federation of Electrical and Information Society, p.484

特開2003−219678号公報JP 2003-219678 A

インターリーブ型直流−直流電力変換回路では、回路を構成する素子の特性のばらつきにより、各相のスイッチを同一のデューティ比で駆動しても、各相の電流にアンバランスを生じてしまう。この対策として、各相に流れる電流を電流センサにより検出し制御する方法が提案されている(図12,図13参照)。しかし、この方法には、各相に電流センサを取り付けることによりコストが増加してしまうという問題がある。
また、複数の電圧源に接続され、高圧側を共通バスとするような用途において、電流センサが複数必要になるので、やはりコストが増加してしまうと言う問題がある。
In the interleave type DC-DC power conversion circuit, even if the switches of each phase are driven with the same duty ratio, the current of each phase is unbalanced due to variations in the characteristics of the elements constituting the circuit. As a countermeasure against this, a method has been proposed in which the current flowing in each phase is detected and controlled by a current sensor (see FIGS. 12 and 13). However, this method has a problem that the cost increases by attaching a current sensor to each phase.
Also, in applications where a plurality of voltage sources are connected and the high voltage side is used as a common bus, a plurality of current sensors are required, which also increases the cost.

この問題を解決するために、交流モータの駆動方法として特許文献 1で提案されている直流リンク電流とスイッチの導通・非導通状態を考慮することで三相交流電流を再現する方法が考えられる。しかし、インターリーブ直流−直流変換回路や複数の電源を有し、高圧側のバスが共通であるような回路では、一般的な交流モータと異なり、必ずしも三相の電流の和がゼロになるとは限らないため、特許文献1の方法をそのまま適用することができない。   In order to solve this problem, a method of reproducing a three-phase AC current by considering the DC link current proposed in Patent Document 1 and the conduction / non-conduction state of the switch as a method for driving the AC motor can be considered. However, in a circuit having an interleaved DC-DC converter circuit and a plurality of power supplies and a common high-voltage bus, unlike a general AC motor, the sum of three-phase currents is not always zero. Therefore, the method of Patent Document 1 cannot be applied as it is.

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、多相の電力変換回路の各相の電流の制御を一つの電流センサを用いて行うことを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to control the current of each phase of a multiphase power conversion circuit using a single current sensor.

本発明の多相の電力変換回路は、各相のコンバータの出力端を互いに接続することによって構成して、1つ又は複数の電源を持つ低圧側と、共通バスの高圧側の間で昇圧又は降圧の単方向動作を行い、或いは双方向動作を行う。各相コンバータは、一端を低圧側電源に接続した相毎のインダクタと、相毎の上側スイッチ及び該上側スイッチに直列接続した下側スイッチを備え、かつ、上側スイッチと下側スイッチの中点にインダクタの他端を接続して各相コンバータの入力端にすると共に、直列接続した上側スイッチ及び下側スイッチの両端をそれぞれ共通接続して各相コンバータの出力端とする。高圧側で測定した出力電流ih及び出力電圧vhを入力して、上側スイッチ及び下側スイッチのそれぞれのゲートに駆動信号を出力するコントローラを備える。このコントローラは、サンプリング信号及び該サンプリング信号に同期した搬送波を出力する生成器と、発生したサンプリング信号により出力電流ihをサンプリングしかつ演算することによりインダクタに流れる各相出力電流を推定するインダクタ電流推定器と、出力電圧vh、各相推定出力電流、及び搬送波を入力して、上側スイッチ及び下側スイッチのそれぞれのオンオフする位相をスイッチ毎に調整するPWM回路とを備える。   The multi-phase power conversion circuit of the present invention is configured by connecting output terminals of converters of respective phases to each other, and boosts or reduces between a low voltage side having one or a plurality of power supplies and a high voltage side of a common bus. A step-down unidirectional operation or a bidirectional operation is performed. Each phase converter includes an inductor for each phase, one end of which is connected to a low-voltage power source, an upper switch for each phase, and a lower switch connected in series to the upper switch, and at the midpoint between the upper switch and the lower switch. The other end of the inductor is connected to serve as the input end of each phase converter, and both ends of the upper and lower switches connected in series are commonly connected to serve as the output end of each phase converter. A controller is provided for inputting the output current ih and the output voltage vh measured on the high voltage side and outputting a drive signal to the gates of the upper switch and the lower switch. The controller includes a generator that outputs a sampling signal and a carrier wave synchronized with the sampling signal, and an inductor current estimation that estimates each phase output current flowing in the inductor by sampling and calculating the output current ih based on the generated sampling signal. And a PWM circuit that inputs the output voltage vh, each phase estimated output current, and a carrier wave, and adjusts the on / off phase of each of the upper switch and the lower switch for each switch.

本発明によれば、一つの電流センサのみで各相の電流を独立に制御できる。例えば、各相を構成する回路素子の特性にばらつきが存在する場合にも、一つの電流センサのみで各相の電流のバランスを保つ制御を行うことができる。高圧側に接続された電流センサの値を、各相の搬送波と同期して(例えば、搬送波の谷、または山と谷の頂点で)サンプリングし、その値より各相の電流値を得ることで、各相の電流センサが不要になるという効果が得られる。   According to the present invention, the current of each phase can be controlled independently with only one current sensor. For example, even when there are variations in the characteristics of the circuit elements constituting each phase, it is possible to perform control to maintain the current balance of each phase with only one current sensor. By sampling the value of the current sensor connected to the high voltage side in synchronization with the carrier wave of each phase (for example, at the peak of the carrier wave or at the peak of the peak and valley), the current value of each phase is obtained from that value. The effect that the current sensor of each phase becomes unnecessary is acquired.

本発明の多相の電力変換回路の第1の例として構成したn相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。It is a figure which illustrates the n phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit comprised as a 1st example of the multiphase power converter circuit of this invention. 本発明の多相の電力変換回路の第2の例として構成した三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。It is a figure which illustrates the three-phase interleave bidirectional DC-DC converter circuit comprised as the 2nd example of the multiphase power converter circuit of this invention. 三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路用のコントローラを例示する回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a controller for a three-phase interleaved bidirectional DC-DC conversion circuit. 搬送波及びサンプリング信号生成器で120(=360/3)度ずつ位相をずらして生成される搬送波Vcarr1、Vcarr2、Vcarr3、及びサンプリング信号smplを例示する図である。It is a figure which illustrates carrier waves Vcarr1, Vcarr2, Vcarr3, and sampling signal smpl generated by shifting the phase by 120 (= 360/3) degrees by the carrier wave and sampling signal generator. インダクタ電流(推定出力電流)の推定原理 (上側スイッチのデューティ比が 2/3以下の場合)を説明する図である。It is a figure explaining the estimation principle (when the duty ratio of an upper switch is 2/3 or less) of an inductor current (estimated output current). 高圧側の電流波形と各相のインダクタ電流波形に重なる部分が無い場合のインダクタ電流の推定原理を説明する図である。It is a figure explaining the estimation principle of an inductor current when there is no part which overlaps with the current waveform on the high voltage side and the inductor current waveform of each phase. 本発明の多相の電力変換回路の第3の例として構成した2つの電源を有する双方向直流−直流変換回路を例示する図である。It is a figure which illustrates the bidirectional | two-way DC-DC converter circuit which has two power supplies comprised as a 3rd example of the multiphase power converter circuit of this invention. 複数の電源を有する双方向直流−直流変換回路用のコントローラを例示する回路図である。It is a circuit diagram which illustrates the controller for bidirectional DC-DC conversion circuits which has a plurality of power supplies. インダクタ電流の推定例 (上側スイッチのデューティ比が 0.5の場合)を示すグラフである。It is a graph which shows the example of estimation of an inductor current (when the duty ratio of an upper switch is 0.5). インダクタ電流の推定例 (上側スイッチのデューティ比が 0.7の場合、推定法 1) を示すグラフである。6 is a graph showing an example of estimating an inductor current (estimation method 1 when the duty ratio of the upper switch is 0.7). インダクタ電流の推定例 (上側スイッチのデューティ比が 0.7の場合、推定法 2) を示すグラフである。It is a graph which shows the example of estimation of an inductor current (when the duty ratio of an upper switch is 0.7, estimation method 2). 従来技術によるn相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を示す図である。It is a figure which shows the n phase interleave bidirectional | two-way DC-DC converting circuit by a prior art. 従来技術による三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を示す図である。It is a figure which shows the three-phase interleave bidirectional DC-DC converting circuit by a prior art.

以下、例示に基づき本発明を説明する。図1は、本発明の多相の電力変換回路の第1の例として構成したn相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。なお、双方向動作が可能な回路構成を例として説明するが、本発明は、インダクタ電流が連続であれば、双方向動作が可能な回路構成のみでなく、単方向 (昇圧や降圧)動作のみが可能な電力変換回路に適用可能である。また、本発明は、n相(nは2を含む2以上の整数)の多相の電力変換回路に適用可能である。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a diagram illustrating an n-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit configured as a first example of the multiphase power converter circuit of the present invention. Although a circuit configuration capable of bidirectional operation will be described as an example, the present invention is not limited to a circuit configuration capable of bidirectional operation as long as the inductor current is continuous, and only unidirectional (step-up or step-down) operation. It is applicable to a power conversion circuit capable of Further, the present invention is applicable to an n-phase (n is an integer of 2 or more including 2) multi-phase power conversion circuit.

図1に示すように、回路の高圧側に設置した電流センサにより得られる値ihを用いて、各相のインダクタ電流(各相インダクタL1、L2、L3、…Lnにそれぞれ流れる電流)を推定する。n相インターリーブ型電力変換回路の各スイッチのオンオフ信号は、PWM(パルス幅変調 )制御により生成できる。このとき、搬送波には、三角波が一般的に用いられる。また、各相の搬送波は互いに 360/n度ずつずらしたものを使用する。   As shown in FIG. 1, the inductor current of each phase (current flowing in each phase inductor L1, L2, L3,... Ln) is estimated using a value ih obtained by a current sensor installed on the high voltage side of the circuit. . The on / off signal of each switch of the n-phase interleaved power conversion circuit can be generated by PWM (pulse width modulation) control. At this time, a triangular wave is generally used as a carrier wave. In addition, carrier waves of each phase are shifted from each other by 360 / n degrees.

以下では、n=3の場合である三相回路を例にとり説明する。図2は、本発明の多相の電力変換回路の第2の例として構成した三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を例示する図である。図2において、インダクタL1と下側スイッチS1dと上側スイッチS1uとは、第1相コンバータを構成している。インダクタL2と下側スイッチS2dと上側スイッチS2uとは、第2相コンバータを構成している。インダクタL3と下側スイッチS3dと上側スイッチS3uとは、第3相コンバータを構成している。第1相〜第3層のコンバータの入力端と出力端のそれぞれは、互いに接続され、インターリーブコンバータを構成している。但し、本発明の多相の電力変換回路は、各相の出力端を共通接続して、そこに流れる電流を検出するものであるが、図7を参照して後述するように、各相の入力端は必ずしも共通接続する必要は無い。   Hereinafter, a description will be given by taking a three-phase circuit as an example in the case of n = 3. FIG. 2 is a diagram illustrating a three-phase interleaved bidirectional DC-DC conversion circuit configured as a second example of the multiphase power conversion circuit of the present invention. In FIG. 2, the inductor L1, the lower switch S1d, and the upper switch S1u form a first phase converter. Inductor L2, lower switch S2d, and upper switch S2u form a second phase converter. Inductor L3, lower switch S3d, and upper switch S3u form a third-phase converter. The input terminals and the output terminals of the first to third layer converters are connected to each other to form an interleaved converter. However, the multi-phase power conversion circuit of the present invention detects the current flowing therethrough by connecting the output terminals of each phase in common, but as will be described later with reference to FIG. The input terminals are not necessarily connected in common.

低圧側電源の一端には、相1〜3のインダクタ(リアクトル)L1〜L3のそれぞれの一端をまとめて接続する。このインダクタL1〜L3の他端は、三相ブリッジ接続した上側スイッチS1u、S2u、S3uと下側スイッチS1v、S2v、S3vの中点にそれぞれ接続する。これらスイッチは、例えば、MOSFETなどのスイッチング素子と還流ダイオードによって構成する。三相ブリッジの高圧側端には出力コンデンサC及び負荷Rが接続される。三相ブリッジの高圧側で検出された出力電流ih及び出力電圧vhは、後述するコントローラ(図3参照)に導かれる。このコントローラは、上側スイッチS1u、S2u、S3u及び下側スイッチS1v、S2v、S3vを駆動する駆動信号を生成して、対応するスイッチのゲートに出力する。   One end of each of the inductors (reactors) L1 to L3 of the phases 1 to 3 is connected to one end of the low voltage side power supply. The other ends of the inductors L1 to L3 are respectively connected to the midpoints of the upper switches S1u, S2u, S3u and the lower switches S1v, S2v, S3v connected in a three-phase bridge. These switches are constituted by switching elements such as MOSFETs and free-wheeling diodes, for example. An output capacitor C and a load R are connected to the high-voltage side end of the three-phase bridge. The output current ih and the output voltage vh detected on the high voltage side of the three-phase bridge are led to a controller (see FIG. 3) described later. This controller generates drive signals for driving the upper switches S1u, S2u, S3u and the lower switches S1v, S2v, S3v, and outputs them to the gates of the corresponding switches.

図3は、三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路用のコントローラを例示する回路図である。図示のコントローラは、三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路の出力電圧制御及び各相の電流の均等化制御を行う。コントローラは、出力電流ih及び出力電圧vhを入力して、三相ブリッジを構成する各スイッチング素子のゲートに駆動信号を出力する。コントローラは、電圧制御器AVR(例えば、PI制御器、但し、PIとは限らずP制御やその他の制御法も適用可能)、インダクタ電流推定器、搬送波及びサンプリング信号生成器、電流制御器ACR(例えば、PI制御器、但し、PIとは限らずP制御やその他の制御法も適用可能)、リミッタ、PWM回路(比較器)、及びデッドタイム生成回路を含むスイッチ駆動回路を備える。   FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a controller for a three-phase interleaved bidirectional DC-DC conversion circuit. The controller shown in the figure performs output voltage control of a three-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit and equalization control of current of each phase. The controller inputs the output current ih and the output voltage vh, and outputs a drive signal to the gates of the switching elements constituting the three-phase bridge. The controller includes a voltage controller AVR (for example, a PI controller, but not limited to PI, P control and other control methods can be applied), an inductor current estimator, a carrier wave and sampling signal generator, a current controller ACR ( For example, a PI controller (but not limited to PI, P control and other control methods can be applied), a limiter, a PWM circuit (comparator), and a switch drive circuit including a dead time generation circuit are provided.

電圧制御器AVRは、出力電圧vhと基準電圧Vh*との誤差を増幅して誤差増幅信号を、電流制御器ACR(PI制御器)へ出力する。誤差増幅信号は高圧側出力電圧vhが上昇すると低下し、低下すると上昇するので、高圧側出力電圧vhが安定化するように各スイッチのデューティ比が制御される。電流制御器ACR、リミッタ、及び比較器は、相毎に備えられる。電圧制御器AVRからの誤差増幅信号は、必要ならば1/3分割器を介して、相毎に分岐して、同一の誤差増幅信号を各インダクタの電流指令値として各相電流制御器ACRに向けて出力する。搬送波及びサンプリング信号生成器は、サンプリング信号smplをインダクタ電流推定器に出力すると共に、該サンプリング信号に同期して作成した搬送波(例えば、三角波)を各相比較器に出力する。   The voltage controller AVR amplifies the error between the output voltage vh and the reference voltage Vh * and outputs an error amplification signal to the current controller ACR (PI controller). Since the error amplification signal decreases when the high-voltage side output voltage vh rises and rises when it falls, the duty ratio of each switch is controlled so that the high-voltage side output voltage vh is stabilized. A current controller ACR, a limiter, and a comparator are provided for each phase. The error amplification signal from the voltage controller AVR is branched for each phase via a 1/3 divider if necessary, and the same error amplification signal is supplied to each phase current controller ACR as the current command value of each inductor. Output toward. The carrier wave and sampling signal generator outputs the sampling signal smpl to the inductor current estimator and also outputs a carrier wave (for example, a triangular wave) generated in synchronization with the sampling signal to each phase comparator.

図4は、搬送波及びサンプリング信号生成器で120(=360/3)度ずつ位相をずらして生成される搬送波Vcarr1、Vcarr2、Vcarr3、及びサンプリング信号smplを例示する図である。インダクタ電流推定器は、発生したサンプリング信号smplにより出力電流ihをサンプリングしかつ演算することにより、各相出力電流を推定する(詳細は後述する)。各相それぞれ推定された出力電流は、それぞれ電流制御器ACRへ出力する。   FIG. 4 is a diagram illustrating carrier waves Vcarr1, Vcarr2, Vcarr3 and sampling signal smpl generated by shifting the phase by 120 (= 360/3) degrees by the carrier wave and sampling signal generator. The inductor current estimator estimates each phase output current by sampling and calculating the output current ih based on the generated sampling signal smpl (details will be described later). The output current estimated for each phase is output to the current controller ACR.

相毎に備えた電流制御器ACRは、電圧制御器AVRからの誤差増幅信号と各相推定出力電流の差信号を入力し、この差信号を、必要に応じて増幅して、PI制御などを行う。即ち、偏差信号を積分し積分ゲインを乗じたものと、偏差信号に比例ゲインを乗じたものを足し合わせてその値を出力する。PI制御器からの出力電圧は、リミッタを介してその上限値を制限した後、電圧指令信号Vref1、Vref2、Vref3として、比較器において、それぞれ搬送波(三角波)電圧と比較して、搬送波電圧がPI制御器出力電圧を越えるとき、上側スイッチをオフし(後述する図5の上段、中段参照)、かつ下側スイッチをオンする駆動信号を駆動回路より発生する。即ち、スイッチがオンするパルス幅を、PI制御器からの出力電圧によって制御するPWM制御を行う。下側のスイッチS1v、S2v、S3vは、それぞれ上側のスイッチS1u、S2u、S3uをオンオフ反転した信号となる。スイッチ駆動回路は、必要に応じて、下側のスイッチS1v、S2v、S3vと、上側のスイッチS1u、S2u、S3uのオンオフ間にデッドタイムを挿入する。このスイッチ駆動回路は、比較器からの比較信号に基づき、スイッチを駆動する駆動信号を生成して、対応するスイッチS1u、S2u、S3u、S1v、S2v、S3v)のゲートに出力する。   The current controller ACR provided for each phase inputs an error amplification signal from the voltage controller AVR and a difference signal between each phase estimation output current, amplifies the difference signal as necessary, and performs PI control and the like. Do. That is, the deviation signal is integrated and multiplied by the integral gain, and the deviation signal multiplied by the proportional gain is added and the value is output. The output voltage from the PI controller is limited to its upper limit value via a limiter. When the controller output voltage is exceeded, the upper switch is turned off (see the upper and middle stages of FIG. 5 described later), and a drive signal for turning on the lower switch is generated from the drive circuit. That is, PWM control is performed to control the pulse width at which the switch is turned on by the output voltage from the PI controller. The lower switches S1v, S2v, and S3v are signals obtained by turning on and off the upper switches S1u, S2u, and S3u, respectively. The switch drive circuit inserts a dead time between the lower switches S1v, S2v, S3v and the upper switches S1u, S2u, S3u, as necessary. This switch drive circuit generates a drive signal for driving the switch based on the comparison signal from the comparator and outputs it to the gate of the corresponding switch S1u, S2u, S3u, S1v, S2v, S3v).

図4に示すように、各相の搬送波は互いに 360/3度ずつずらしたものを使用するので、各相を構成する回路素子の特性が等しく、各相推定出力電流の値が同一の場合、デューティ比が同じで且つ各相それぞれ360/3度ずつ位相の異なる駆動信号となるが、フィードバックした出力電圧vh及び各相推定出力電流により、スイッチのオンオフする位相はスイッチ毎に調整される。   As shown in FIG. 4, since the carrier waves of each phase are shifted from each other by 360/3 degrees, when the characteristics of the circuit elements constituting each phase are equal and the values of the estimated output currents of each phase are the same, Although the drive signals have the same duty ratio and different phases by 360/3 degrees for each phase, the phase at which the switch is turned on and off is adjusted for each switch by the feedback output voltage vh and the estimated phase output current.

図2に例示の三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路を昇圧動作させる場合、各相それぞれの下側スイッチがオンのとき、低圧側直流電圧は各相のインダクタに印加され、各相のインダクタに励磁電流が流れる。下側スイッチがオフして、上側スイッチがオンすると、低圧側直流電源から各相インダクタ、上側スイッチを通して電流が流れ、該当のインダクタを消磁する。但し、インダクタの消磁の期間には、ダイオードを電流が流れている場合もある。   When the three-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit illustrated in FIG. 2 is boosted, when the lower switch of each phase is ON, the low-voltage DC voltage is applied to the inductor of each phase. Excitation current flows through. When the lower switch is turned off and the upper switch is turned on, current flows from the low-voltage side DC power source through each phase inductor and the upper switch to demagnetize the corresponding inductor. However, current may flow through the diode during the demagnetization period of the inductor.

降圧動作させる場合、上記とは逆に、各相それぞれの上側スイッチがオンのとき、高圧側直流電圧は各相のインダクタに印加され、各相のインダクタに励磁電流が流れる。上側スイッチがオフして、下側スイッチがオンすると、低圧側直流電源側に向けて各相インダクタ、下側スイッチを通して電流が流れ、該当のインダクタを消磁する。但し、インダクタの消磁の期間には、ダイオードを電流が流れている場合もある。   In the case of the step-down operation, contrary to the above, when the upper switch of each phase is on, the high-voltage side DC voltage is applied to the inductor of each phase, and an exciting current flows through the inductor of each phase. When the upper switch is turned off and the lower switch is turned on, a current flows through each phase inductor and the lower switch toward the low-voltage DC power supply side, and the corresponding inductor is demagnetized. However, current may flow through the diode during the demagnetization period of the inductor.

図5は、インダクタ電流(推定出力電流)の推定原理 (上側スイッチのデューティ比が 2/3以下の場合)を説明する図である。図5の上段に示すように、三相の場合には、120(=360/3)度ずつ位相をずらした搬送波Vcarr1、Vcarr2、Vcarr3が用いられる。Vcarr1、Vcarr2、Vcarr3は、相 1〜 3に対応する搬送波である。図示のVrefは電圧指令信号であるが、実際には上述したように、出力電圧vh及び各相推定出力電流により基準電圧Vh*を微調整した電圧が搬送波電圧と比較される。但し、図5において表示した電圧指令信号Vrefは、実際には相毎に異なるVref1、Vref2、Vref3となる。また、相 1〜3の上側のスイッチS1u、S2u、S3uに対応するオンオフ信号を、図5の中段に示している。なお、相 1〜3の下側のスイッチS1v、S2v、S3v(オンオフ信号の図示は省略)は、それぞれ上側のスイッチS1u、S2u、S3uを反転したオンオフ信号となる。   FIG. 5 is a diagram for explaining the estimation principle of the inductor current (estimated output current) (when the duty ratio of the upper switch is 2/3 or less). As shown in the upper part of FIG. 5, in the case of three phases, carrier waves Vcarr1, Vcarr2, and Vcarr3 whose phases are shifted by 120 (= 360/3) degrees are used. Vcarr1, Vcarr2, and Vcarr3 are carriers corresponding to phases 1 to 3. Vref shown in the figure is a voltage command signal, but actually, as described above, a voltage obtained by finely adjusting the reference voltage Vh * by the output voltage vh and each phase estimated output current is compared with the carrier voltage. However, the voltage command signal Vref displayed in FIG. 5 is actually Vref1, Vref2, and Vref3 that are different for each phase. The on / off signals corresponding to the upper switches S1u, S2u, S3u of phases 1 to 3 are shown in the middle part of FIG. The lower switches S1v, S2v and S3v (illustration of the on / off signal is omitted) of the phases 1 to 3 are on / off signals obtained by inverting the upper switches S1u, S2u and S3u, respectively.

本発明は、各相の搬送波と同期した位相で、高圧側電流をサンプリングする。このサンプリングは、各相それぞれ搬送波の1周期に少なくとも1回行う。図中に示すih1b、ih2b、ih3bは、高圧側の電流値ihをそれぞれ図中に縦線で示すタイミングでサンプリングした電流値を表している。本発明は、このサンプリングした電流値ih1b、ih2b、ih3bを用いて、各相のインダクタL1、L2、L3に流れるインダクタ電流の値 i1、i2、i3を演算して推定する。上側スイッチのデューティ比が2/3=0.66以下の場合、各相の搬送波の谷の部分で、サンプリングすると、インダクタ電流(推定出力電流)の推定演算が容易となる。この条件に該当する例として、電圧指令信号 Vrefが搬送波のピークの2/3以下の場合が挙げられる。   The present invention samples the high-voltage side current in a phase synchronized with the carrier wave of each phase. This sampling is performed at least once in each period of the carrier wave for each phase. Ih1b, ih2b, and ih3b shown in the figure represent current values obtained by sampling the current value ih on the high voltage side at the timings indicated by the vertical lines in the figure. In the present invention, using the sampled current values ih1b, ih2b, and ih3b, the inductor current values i1, i2, and i3 flowing in the inductors L1, L2, and L3 of each phase are calculated and estimated. When the duty ratio of the upper switch is 2/3 = 0.66 or less, sampling at the valley portion of the carrier wave of each phase makes it easy to estimate the inductor current (estimated output current). As an example corresponding to this condition, there is a case where the voltage command signal Vref is 2/3 or less of the peak of the carrier wave.

高圧側電流ihは、各相インダクタ電流i1、i2、i3の合計になる。図5中の搬送波Vcarr1の谷のタイミング(ih1bと表示した縦線)では、スイッチS1uのみがオンで、スイッチS2u、S3uはオフとなっている。それ故に、搬送波Vcarr1の谷の部分のタイミングih1bでサンプリングすると、インダクタ電流i1のみを検出できる。同様に、搬送波Vcarr2、Vcarr3の谷の部分のタイミングih2b、ih3bでサンプリングすると、インダクタ電流i2、i3を検出できる。   The high-voltage side current ih is the sum of the phase inductor currents i1, i2, and i3. At the valley timing of the carrier wave Vcarr1 in FIG. 5 (vertical line labeled ih1b), only the switch S1u is on and the switches S2u and S3u are off. Therefore, when sampling is performed at the timing ih1b of the valley portion of the carrier wave Vcarr1, only the inductor current i1 can be detected. Similarly, when sampling is performed at timings ih2b and ih3b of valley portions of the carrier waves Vcarr2 and Vcarr3, inductor currents i2 and i3 can be detected.

このように、電圧指令信号 Vrefが搬送波のピークの2/3以下の場合、高圧側の電流波形と各相のインダクタ電流波形が重なる部分がある。電流波形が重なるのは、各相の搬送波が谷の部分であり、ここでは、その相のインダクタ電流と高圧側の電流値が一致している。このタイミングでは、上側のスイッチのうち該当する相のスイッチのみ導通していることが確認できる。したがって、搬送波が谷の部分で、高圧側の電流値をサンプリングし、その相のインダクタ電流の値が検出できる。Vcarr1、Vcarr2、Vcarr3の谷の部分でサンプリングした高圧側電流センサで得られた値を、それぞれ ih1b、ih2b、 ih3bとすると、各相のインダクタ電流の値 i1、i2、i3は次式で得られる。
i1 = ih1b (1)
i2 = ih2b (2)
i3 = ih3b (3)
Thus, when the voltage command signal Vref is 2/3 or less of the peak of the carrier wave, there is a portion where the current waveform on the high voltage side and the inductor current waveform of each phase overlap. The current waveforms overlap each other when the carrier wave of each phase is a trough portion. Here, the inductor current of the phase and the current value on the high voltage side coincide with each other. At this timing, it can be confirmed that only the switch of the corresponding phase among the upper switches is conductive. Therefore, the current value on the high voltage side is sampled at the valley of the carrier wave, and the inductor current value of the phase can be detected. If the values obtained by the high-voltage current sensor sampled at the valleys of Vcarr1, Vcarr2, and Vcarr3 are ih1b, ih2b, and ih3b, respectively, the inductor current values i1, i2, and i3 of each phase are obtained by the following equations: .
i1 = ih1b (1)
i2 = ih2b (2)
i3 = ih3b (3)

n相の場合には、高圧側の電流波形と各相のインダクタ電流波形に重なる部分がある場合、高圧側電流センサで得られた値を、ihkbとすると、相 kのインダクタ電流ikを次式で得ることができる。
ik = ihkb (4)
In the case of n phase, if there is an overlap between the current waveform on the high voltage side and the inductor current waveform on each phase, if the value obtained by the high voltage side current sensor is ihkb, the inductor current ik of phase k is Can be obtained at
ik = ihkb (4)

図6は、高圧側の電流波形と各相のインダクタ電流波形に重なる部分が無い場合のインダクタ電流の推定原理を説明する図である。図中に、各相上側スイッチのオンオフ信号、インダクタ電流、及び高圧側の電流を示している。図6を参照して、各相の搬送波の谷の部分で、すべての相の上側のスイッチが導通する場合における、各相のインダクタ電流の値を求める方法について説明する。この条件に該当する例として、三相回路の場合に電圧指令信号 Vrefが、搬送波のピークの 2/3以上となる場合が挙げられる。図に示した各相のインダクタ電流及び高圧側の電流波形よりわかるように、電流値が重なる部分が無いので(各相インダクタ電流が高圧側の電流に一致するタイミングが無い)、図5を参照して上述した推定方法が使用できない。この場合、以下の推定方法が使用できる。   FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of estimating the inductor current when there is no portion overlapping the current waveform on the high voltage side and the inductor current waveform of each phase. In the figure, the ON / OFF signal of each phase upper switch, the inductor current, and the high-voltage side current are shown. With reference to FIG. 6, a description will be given of a method for obtaining the inductor current value of each phase when the upper switches of all the phases are turned on in the valley portion of the carrier wave of each phase. As an example corresponding to this condition, in the case of a three-phase circuit, the voltage command signal Vref is 2/3 or more of the peak of the carrier wave. As can be seen from the inductor current of each phase shown in the figure and the current waveform on the high voltage side, there is no portion where the current values overlap (there is no timing at which each phase inductor current matches the current on the high voltage side), see FIG. Thus, the estimation method described above cannot be used. In this case, the following estimation method can be used.

(推定法1)
搬送波の谷では、すべての上側のスイッチが導通状態になる。このとき高圧側の電流を検出すると各相のインダクタンス電流の和 i1 + i2 + i3が得られる。一方、搬送波の山の部分でサンプリングすると、搬送波の山部分に対応する相以外の相の上側のスイッチが導通状態になる。たとえば、相 1の搬送波の山の部分(ih1tと表示した縦線)では、相 1のスイッチS1uを除いた上側のスイッチS2u、S3uが導通状態になり、このとき高圧側の電流を検出すると相 1のインダクタンス電流i1を除いたインダクタンス電流の和(i2+i3)が得られる。
(Estimation method 1)
In the carrier valley, all the upper switches are conducting. If the current on the high voltage side is detected at this time, the sum of inductance currents i1 + i2 + i3 of each phase is obtained. On the other hand, when sampling is performed at the peak portion of the carrier wave, the upper switches of the phases other than the phase corresponding to the peak portion of the carrier wave are turned on. For example, in the peak portion of the carrier wave of phase 1 (vertical line labeled ih1t), the upper switches S2u and S3u except for the switch S1u of phase 1 are in the conductive state. The sum of inductance currents (i2 + i3) excluding the inductance current i1 of 1 is obtained.

それ故に、Vcarr1、Vcarr2、Vcarr3の、谷の部分でサンプリングした高圧側電流センサで得られた値を、それぞれ ih1b、ih2b、 ih3b、山の部分でサンプリングした高圧側電流センサで得られた値を、それぞれ ih1t、ih2t、ih3t、とすると、各相のインダクタ電流の値 i1、i2、i3は次式で得られる。
i1 = ih1b −ih1t (5)
i2 = ih2b −ih2t (6)
i3 = ih3b −ih3t (7)
Therefore, the values obtained with the high-voltage side current sensors sampled at the valleys of Vcarr1, Vcarr2, and Vcarr3 are the values obtained with the high-voltage side current sensors sampled at ih1b, ih2b, ih3b, and the peaks, respectively. If ih1t, ih2t, and ih3t, respectively, the inductor current values i1, i2, and i3 of each phase are obtained by the following equations.
i1 = ih1b −ih1t (5)
i2 = ih2b −ih2t (6)
i3 = ih3b −ih3t (7)

なお、高圧側の電流を必ずしもすべての相の搬送波の谷でサンプリングする必要はなく、いずれか一相の搬送波の谷でサンプリングし使用しても良い(いずれの相でサンプリングしてもi1 + i2 + i3となる)。この値を ihbとすると、各相のインダクタ電流の値 i1、i2、i3は次式で得られる。
i1 = ihb −ih1t (8)
i2 = ihb −ih2t (9)
i3 = ihb −ih3t (10)
Note that it is not always necessary to sample the current on the high-voltage side at the carrier valleys of all phases, and it may be used by sampling at any one of the carrier wave valleys (i1 + i2 + i3). If this value is ihb, the inductor current values i1, i2, and i3 of each phase are obtained by the following equations.
i1 = ihb −ih1t (8)
i2 = ihb −ih2t (9)
i3 = ihb −ih3t (10)

n相の場合には、相 kのインダクタ電流を次式で得ることができる。
ik = ihkb −ihkt (11)
または、
ik = ihb −ihkt (12)
In the case of n phase, the inductor current of phase k can be obtained by the following equation.
ik = ihkb −ihkt (11)
Or
ik = ihb −ihkt (12)

(推定法2)
上述の通り搬送波の山の部分でサンプリングすると、搬送波の山部分に対応する相以外の相の上側のスイッチが導通状態になる。山の部分でサンプリングした高圧側電流センサで得られた値を、それぞれ ih1t、 ih2t、ih3t、とすると、各相のインダクタ電流の値 i1、i2、i3は次式によっても求めることができる。
i1 = (ih2t + ih3t −ih1t)/2 (13)
i2 = (ih1t + ih3t −ih2t)/2 (14)
i3 = (ih1t + ih2t −ih3t)/2 (15)
(Estimation method 2)
As described above, when sampling is performed at the peak portion of the carrier wave, the switch on the upper side of the phase other than the phase corresponding to the peak portion of the carrier wave becomes conductive. If the values obtained by the high-voltage side current sensor sampled at the peak are ih1t, ih2t, and ih3t, respectively, the inductor current values i1, i2, and i3 of each phase can also be obtained by the following equations.
i1 = (ih2t + ih3t −ih1t) / 2 (13)
i2 = (ih1t + ih3t −ih2t) / 2 (14)
i3 = (ih1t + ih2t −ih3t) / 2 (15)

n相の場合には、相 kのインダクタ電流を次式で得ることができる。

Figure 0006040565
In the case of n phase, the inductor current of phase k can be obtained by the following equation.
Figure 0006040565

n相の場合、具体的には、n>2の場合の180°位相差の搬送波が生じる場合については、指令信号が2/n以下で、搬送波の谷でサンプルする方式のみ利用可能である。具体的には4相、6相などが相当する。また、5相や7相は上記の条件に抵触しないが、指令信号が2/n以下では谷のみの方式が利用できることと、(n-1)/n以上の場合には山と谷での方式が利用できる。   In the case of n phase, specifically, when a carrier wave having a phase difference of 180 ° when n> 2 is generated, only the method of sampling with a trough of the carrier wave with the command signal being 2 / n or less can be used. Specifically, it corresponds to 4 phases, 6 phases, and the like. The 5 and 7 phases do not violate the above conditions, but if the command signal is 2 / n or less, the valley only method can be used, and if it is (n-1) / n or more, A scheme is available.

(推定法3)
また、本発明は、インダクタ電流のさらに別の推定方法として、上述した三角波比較と等価的に、各スイッチのオンオフ信号のオンの中心とオフの中心でサンプルすることも可能である。このために、一定間隔(例えば、スイッチング周波数の2×相数倍の周波数でサンプル信号を生成し、このタイミングでスイッチのオンオフ信号をサンプラでサンプルする)でサンプリングしたスイッチSu1, Su2, Su3などの信号と高圧側電流ihを検出し、インダクタ電流を演算により求めることもできる。Su1, Su2, Su3などのスイッチがオンのときを1、オフのときを0とすると、(Su3, Su2, Su1)は、(000)〜(111)で表すことができる。これを二進数で考え、10進数に直すと0〜7に相当する。例えばSu1に接続されたインダクタ電流は、111(7)と110(6)のスイッチの組み合わせ(7-6=1)、001(1)と000(0)の組み合わせ(1-0=1)、011(3)と010(2)の組み合わせ(3-2=1)などに検出したihの差分で計算することが可能である。
(Estimation method 3)
Further, according to the present invention, as another method of estimating the inductor current, it is possible to sample at the center of on and off of the on / off signal of each switch, equivalent to the above-described triangular wave comparison. For this purpose, switches Su1, Su2, Su3, etc. sampled at regular intervals (for example, a sample signal is generated at a frequency that is 2 × the number of phases of the switching frequency, and the switch on / off signal is sampled at this timing by the sampler). It is also possible to detect the signal and the high-voltage side current ih and obtain the inductor current by calculation. (Su3, Su2, Su1) can be expressed as (000) to (111), where 1 is when the switch such as Su1, Su2, Su3 is on and 0 is when the switch is off. If this is considered in binary and converted to decimal, it corresponds to 0-7. For example, the inductor current connected to Su1 is a combination of 111 (7) and 110 (6) switches (7-6 = 1), a combination of 001 (1) and 000 (0) (1-0 = 1), It is possible to calculate with the difference of ih detected in the combination of 011 (3) and 010 (2) (3-2 = 1).

例えば三相の場合、(001)なら上のスイッチで相1のみ導通しており、(010)なら相2のみ、(100)なら相3のみが導通していることになる。この数値になるように、例えば、上述の通り(111)-(110)=(001)で相1の電流が計算できる。これは上述した推定法1或いは推定法2と同じになるが、(101)と(100)のパターンにおける電流がサンプルされた場合にも、相1の電流は(101)-(100)=(001)で計算できることになる。これは2つのタイミングの値を使用するのみでは無く、複数のタイミングを四則演算し、答えとして(100)=4、(010)=2、(001)=1の値が得られるように、ihの値を求めてやれば各相のインダクタ電流が計算できることになる。相2のスイッチであれば、10進数で考えたときに、2となるようなスイッチの組み合わせで計算し、相3の場合には4となるように計算する。ただし、ある搬送波に着目し360°分サンプル(すなわち各スイッチのスイッチング周期がT[s]であるとするとT[s])後に計算することになる。   For example, in the case of three phases, if phase is (001), only phase 1 is on, if phase is (010), only phase 2 is on, and if phase (100), only phase 3 is on. For example, the current of phase 1 can be calculated by (111) − (110) = (001) as described above so that this numerical value is obtained. This is the same as estimation method 1 or estimation method 2 described above, but when the currents in the patterns (101) and (100) are sampled, the current in phase 1 is (101)-(100) = ( 001). This is not only to use two timing values, but also to calculate the four timings of the multiple timings, ih so that the answer is (100) = 4, (010) = 2, (001) = 1 If the value of is calculated, the inductor current of each phase can be calculated. If it is a phase 2 switch, it is calculated by a combination of switches that are 2 when considered in decimal, and 4 in the case of phase 3. However, paying attention to a certain carrier wave, calculation is performed after 360 ° samples (that is, T [s] if the switching period of each switch is T [s]).

図7は、本発明の多相の電力変換回路の第3の例として構成した複数の電源を有する双方向直流−直流変換回路を例示する図である。図2に示した第2の例が一つの低圧側電源を有するのに対して、図7に示した第3の例は、低圧側電源が2つ或いはそれ以上の複数の電源Vs1、Vs2によって構成される点で相違している。図2に示した第2の例と同様に、共通バス接続されている高圧側で検出された出力電流ih及び出力電圧vhは、コントローラに導かれる。   FIG. 7 is a diagram illustrating a bidirectional DC-DC conversion circuit having a plurality of power supplies configured as a third example of the multiphase power conversion circuit of the present invention. The second example shown in FIG. 2 has one low-voltage side power supply, whereas the third example shown in FIG. 7 has two or more low-voltage power supplies Vs1 and Vs2. It differs in that it is configured. Similar to the second example shown in FIG. 2, the output current ih and the output voltage vh detected on the high voltage side connected to the common bus are led to the controller.

図8は、複数の電源を有する双方向直流−直流変換回路用のコントローラを例示する回路図である。このコントローラは、上述した図3の例示と同様に、上側スイッチS1u、S2u、S3u及び下側スイッチS1v、S2v、S3vを駆動する駆動信号を生成して、対応するスイッチのゲートに出力する。但し、図2に示した第2の例においては、出力電圧制御及び各相の電流の均等化制御が行われるのに対して、図7に示した第3の例は、全ての電流が必ずしも等しい必要は無い。出力電圧を制御する場合に、各電源からどれだけずつ電力を供給するか比率を考慮して、電圧制御器AVRから相毎に必ずしも等しくはない各インダクタの電流指令値が出力される。その情報に基づき、電流制御器ACRで電流が制御される。図8に示すコントローラのそれ以外の回路についての動作の説明は、図3の例示と同様であるので省略する。   FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a controller for a bidirectional DC-DC conversion circuit having a plurality of power supplies. This controller generates drive signals for driving the upper switches S1u, S2u, S3u and the lower switches S1v, S2v, S3v, and outputs them to the gates of the corresponding switches, as in the example of FIG. 3 described above. However, in the second example shown in FIG. 2, the output voltage control and the current equalization control of each phase are performed, whereas in the third example shown in FIG. There is no need to be equal. When controlling the output voltage, the current command value of each inductor which is not necessarily equal for each phase is output from the voltage controller AVR in consideration of the ratio of how much power is supplied from each power supply. Based on the information, the current is controlled by the current controller ACR. The description of the operation of the other circuits of the controller shown in FIG. 8 is the same as that illustrated in FIG.

相 1のインダクタの等価直列抵抗が他の相の 1/5倍である三相インターリーブ双方向直流−直流変換回路(図2参照)が昇圧動作しているときに本発明の推定法を適用した場合のシミュレーション結果を図9、図10、及び図11に示す。図9は、インダクタ電流の推定例 (上側スイッチのデューティ比が 0.5の場合)を示すグラフである。図10は、インダクタ電流の推定例 (上側スイッチのデューティ比が 0.7の場合、推定法 1) を示すグラフである。図11は、インダクタ電流の推定例 (上側スイッチのデューティ比が 0.7の場合、推定法 2) を示すグラフである。それぞれ、適切にインダクタ電流が推定できていることが分かる。なお、図中に示すi1est、i2est、i3estは、それぞれ各相インダクタの推定電流値を表している。   The estimation method of the present invention was applied when a three-phase interleaved bidirectional DC-DC converter circuit (see FIG. 2) in which the equivalent series resistance of the phase 1 inductor is 1/5 times that of the other phase is in a step-up operation. The simulation results in this case are shown in FIG. 9, FIG. 10, and FIG. FIG. 9 is a graph showing an example of estimating the inductor current (when the duty ratio of the upper switch is 0.5). FIG. 10 is a graph showing an example of estimating the inductor current (estimation method 1 when the duty ratio of the upper switch is 0.7). FIG. 11 is a graph showing an example of estimating the inductor current (estimation method 2 when the duty ratio of the upper switch is 0.7). It can be seen that the inductor current can be estimated appropriately. Note that i1est, i2est, and i3est shown in the figure represent estimated current values of the respective phase inductors.

L1、 L2、 L3、 Ln:各相のインダクタ
S1u、S2u、S3u、Snu:各相の上側のスイッチ
S1d、S2d、S3d、Snd:各相の下側のスイッチ
i1、 i2、 i3、 in:各相のインダクタに流れる電流の検出値
ih:高圧側に流れる電流の検出値
Vcarr1、 Vcarr2、 Vcarr3: PWM制御における各相の搬送波信号
ih1b、 ih2b、 ih3b:各相の搬送波の谷における、ihの値
ih1t、 ih2t、 ih3t:各相の搬送波の山における、ihの値
L1, L2, L3, Ln: Inductor for each phase
S1u, S2u, S3u, Snu: Upper switches for each phase
S1d, S2d, S3d, Snd: Lower switches for each phase
i1, i2, i3, in: Detected value of current flowing in inductor of each phase
ih: Detected value of current flowing on the high voltage side
Vcarr1, Vcarr2, Vcarr3: Carrier signal of each phase in PWM control
ih1b, ih2b, ih3b: Value of ih in the valley of the carrier wave of each phase
ih1t, ih2t, ih3t: The value of ih at the peak of the carrier of each phase

Claims (5)

各相のコンバータの出力端を互いに接続することによって構成して、1つ又は複数の電源を持つ低圧側と、共通バスの高圧側の間で昇圧又は降圧の単方向動作を行い、或いは双方向動作を行う多相の電力変換回路において、
前記各相コンバータは、一端を低圧側電源に接続した相毎のインダクタと、相毎の上側スイッチ及び該上側スイッチに直列接続した下側スイッチを備え、かつ、前記上側スイッチと下側スイッチの中点に前記インダクタの他端を接続して前記各相コンバータの入力端にすると共に、直列接続した上側スイッチ及び下側スイッチの両端をそれぞれ共通接続して前記各相コンバータの出力端とし、
前記高圧側で測定した出力電流ih及び出力電圧vhを入力して、前記上側スイッチ及び下側スイッチのそれぞれのゲートに駆動信号を出力するコントローラを備え、
前記コントローラは、前記出力電圧vhと基準電圧Vh*との誤差を増幅して誤差増幅信号として出力し、高圧側出力電圧vhが安定化するように各スイッチのデューティ比を制御する電圧制御器AVRと、サンプリング信号及び該サンプリング信号に同期した搬送波を出力する生成器と、前記デューティ比に応じた推定手法で、発生したサンプリング信号により前記出力電流ihをサンプリングしかつ演算することにより前記インダクタに流れる各相出力電流を推定するインダクタ電流推定器と、前記電圧制御器AVRからの前記誤差増幅信号と前記各相推定出力電流の差信号を入力し、電圧指令信号Vref1、Vref2、Vref3を出力する相毎に備えた各相電流制御器ACRと、前記電圧指令信号Vref1、Vref2、Vref3を前記生成器より出力した搬送波電圧と比較して前記上側スイッチ及び下側スイッチのそれぞれのオンオフする位相をスイッチ毎に調整するPWM回路とを備える、
ことから成る多相の電力変換回路。
By connecting the output terminals of the converters of each phase to each other, perform unidirectional operation of boosting or stepping down between the low voltage side with one or more power supplies and the high voltage side of the common bus, or bidirectional In the multi-phase power conversion circuit that operates,
Each of the phase converters includes an inductor for each phase, one end of which is connected to a low-voltage side power source, an upper switch for each phase, and a lower switch connected in series to the upper switch, and the middle of the upper switch and the lower switch. The other end of the inductor is connected to a point to be an input end of each phase converter, and both ends of an upper switch and a lower switch connected in series are commonly connected as an output end of each phase converter,
A controller that inputs the output current ih and the output voltage vh measured on the high-voltage side and outputs a drive signal to each gate of the upper switch and the lower switch,
The controller amplifies an error between the output voltage vh and the reference voltage Vh * and outputs an error amplification signal, and a voltage controller AVR that controls the duty ratio of each switch so that the high-voltage side output voltage vh is stabilized. And a generator that outputs a sampling signal and a carrier wave synchronized with the sampling signal, and an estimation method according to the duty ratio, and the output current ih is sampled and calculated by the generated sampling signal to flow to the inductor An inductor current estimator that estimates the output current of each phase, a phase signal that inputs the difference signal between the error amplification signal and the estimated output current of each phase from the voltage controller AVR, and outputs voltage command signals Vref1, Vref2, and Vref3 each phase current controller ACR with each, the voltage command signal Vref1, Vref2, Vref3 as compared with the carrier wave voltage output from the generator the upper switch And and a PWM circuit for adjusting for each switch each of the off phase of the lower switch,
A multi-phase power conversion circuit.
高圧側の電流波形と各相のインダクタ電流波形に重なる部分がある場合、前記インダクタ電流推定器は、各相の搬送波の谷の部分で、前記高圧側で測定した出力電流ihをサンプリングすることにより得られた値が、各相のインダクタに流れる各相出力電流であると推定する請求項1に記載の多相の電力変換回路。 When there is a portion that overlaps the current waveform on the high voltage side and the inductor current waveform on each phase, the inductor current estimator samples the output current ih measured on the high voltage side at the valley portion of the carrier wave of each phase. The multi-phase power conversion circuit according to claim 1, wherein the obtained value is estimated to be an output current of each phase flowing through an inductor of each phase. 高圧側の電流波形と各相のインダクタ電流波形に重なる部分が無い場合、前記インダクタ電流推定器は、各相の搬送波の谷の部分で、前記高圧側で測定した出力電流ihをサンプリングすることにより得られた値をihkbとし、かつ、各相の搬送波の山の部分で、前記高圧側で測定した出力電流ihをサンプリングすることにより得られた値をihktとすると、n相の場合、相 kのインダクタに流れる出力電流ikを、
ik = ihkb −ihkt
または、 いずれか1相の搬送波の谷の部分で、前記高圧側で測定した出力電流ihをサンプリングすることにより得られた値をihbとして、
ik = ihb −ihkt
であると推定する請求項1に記載の多相の電力変換回路。
When there is no overlapping part between the current waveform on the high voltage side and the inductor current waveform on each phase, the inductor current estimator samples the output current ih measured on the high voltage side at the valley portion of the carrier wave of each phase. When the obtained value is ihkb and the value obtained by sampling the output current ih measured on the high voltage side at the peak of the carrier wave of each phase is ihkt, in the case of n phase, the phase k The output current ik flowing through the inductor of
ik = ihkb −ihkt
Or the value obtained by sampling the output current ih measured on the high voltage side at the valley portion of the carrier wave of any one phase as ihb,
ik = ihb −ihkt
The multiphase power conversion circuit according to claim 1, which is estimated to be
高圧側の電流波形と各相のインダクタ電流波形に重なる部分が無い場合、前記インダクタ電流推定器は、各相の搬送波の山の部分で、前記高圧側で測定した出力電流ihをサンプリングすることにより得られた値をihktとすると、n相の場合、相 kのインダクタに流れる出力電流ikを、
Figure 0006040565

であると推定する請求項1に記載の多相の電力変換回路。
When there is no overlapping part between the current waveform on the high voltage side and the inductor current waveform of each phase, the inductor current estimator samples the output current ih measured on the high voltage side at the peak of the carrier wave of each phase. Assuming that the obtained value is ihkt, in the case of n phase, the output current ik flowing through the inductor of phase k is
Figure 0006040565

The multiphase power conversion circuit according to claim 1, which is estimated to be
前記インダクタ電流推定器は、各スイッチのオンオフ信号のオンの中心とオフの中心でサンプリングしたスイッチ信号と高圧側電流ihを検出し、かつ、演算することにより各相のインダクタに流れる各相出力電流を推定する請求項1に記載の多相の電力変換回路。
The inductor current estimator detects the switch signal and the high-voltage side current ih sampled at the on center and the off center of the on / off signal of each switch, and calculates and outputs each phase output current flowing through the inductor of each phase. The multiphase power conversion circuit according to claim 1, wherein
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