JP6564366B2 - Control device for power conversion circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電力スイッチのターンオンとターンオフとを繰り返して行うことで、リアクトルへのエネルギーの蓄積と前記リアクトルからの前記エネルギーの放出を繰り返して行う電力変換回路の制御技術に関する。
具体的には、本発明は、出力電流を検出せずに、当該出力電流の値を予測し、当該予測電流と出力電圧と入力電圧とに基づき、オンタイムまたはターンオフ時刻を決定する電力変換回路の制御技術に関する。The present invention relates to a control technique for a power conversion circuit that repeatedly accumulates energy in a reactor and discharges the energy from the reactor by repeatedly turning on and off a power switch.
Specifically, the present invention predicts the value of the output current without detecting the output current, and determines the on-time or turn-off time based on the predicted current, the output voltage, and the input voltage. Related to control technology.
図1に、電力変換回路9の出力電流ioを検出して制御を行う制御装置8を示す。
電力変換回路9は、直流電源91と、電力スイッチ92と、転流ダイオード93と、リアクトル94と、キャパシタ95と、出力電流検出用抵抗96とからなる。
直流電源91(「Eia」としても示す)の一端子(図1では(+)端子)に、入力端子a1を介して電力スイッチ92が接続されている。直流電源91の他端子(図1では(−)端子)は、入力端子a2を介してグランドGNDに接続されている。FIG. 1 shows a control device 8 that performs control by detecting the output current io of the power conversion circuit 9.
The power conversion circuit 9 includes a DC power supply 91, a power switch 92, a commutation diode 93, a reactor 94, a capacitor 95, and an output current detection resistor 96.
A power switch 92 is connected to one terminal (in FIG. 1, (+) terminal) of the DC power supply 91 (also indicated as “E ia ”) via an input terminal a 1 . Other terminals (in FIG. 1 (-) terminal) of the DC power source 91 is connected to the ground GND via the input terminal a 2.
電力スイッチ92の出力端子とグランドGNDとの間に転流ダイオード93(「DF」としても示す)が接続されている。転流ダイオード93は、カソードが電力スイッチ92(「Tr」としても示す)の出力端子に接続され、アノードがグランドGNDに接続されている。
電力スイッチ92の出力端子および転流ダイオード93のカソード端子にはリアクトル94(「L」としても示す)の一端子が接続されている。A commutation diode 93 (also indicated as “D F ”) is connected between the output terminal of the power switch 92 and the ground GND. The commutation diode 93 has a cathode connected to the output terminal of the power switch 92 (also indicated as “Tr”) and an anode connected to the ground GND.
One terminal of a reactor 94 (also indicated as “L”) is connected to the output terminal of the power switch 92 and the cathode terminal of the commutation diode 93.
リアクトル94の他端子は、電力変換回路9の出力端子b1に接続されている。
リアクトル94の他端子および出力端子b1にはキャパシタ95(「C」としても示す)の一端子が接続され、キャパシタ95の他端子はグランドGNDに接続されている。
負荷96(「R」としても示す)は出力端子b1,b2間に接続されている。出力端子b2とグランドGNDとの間には出力電流検出用抵抗96(「rd」としても示す)が接続されている。The other terminal of the reactor 94 is connected to the output terminal b 1 of the power conversion circuit 9.
One terminal of the capacitor 95 (also indicated as “C”) is connected to the other terminal of the reactor 94 and the output terminal b 1 , and the other terminal of the capacitor 95 is connected to the ground GND.
A load 96 (also indicated as “R”) is connected between the output terminals b 1 and b 2 . An output current detection resistor 96 (also indicated as “r d ”) is connected between the output terminal b 2 and the ground GND.
図1に示す電力変換回路9の制御装置8は、増幅部81、AD変換部82、制御部83および駆動部(PWM信号生成回路)84を備えている。
増幅部81は、電力変換回路9の、アナログ入力電圧Eiaを増幅するプリアンプ811と、アナログ出力電流ioを増幅するプリアンプ812と、アナログ出力電圧eoを増幅するプリアンプ813とからなる。
AD変換部82は、プリアンプ811からのアナログ入力電圧Eiaをディジタル入力電圧値Eiに変換するAD変換器821と、プリアンプ812からのアナログ出力電流ioをディジタル出力電圧値Ioに変換するAD変換器822と、プリアンプ813からのアナログ出力電圧eoをディジタル出力電圧値Eoに変換するAD変換器823とからなる。The control device 8 of the power conversion circuit 9 shown in FIG. 1 includes an amplification unit 81, an AD conversion unit 82, a control unit 83, and a drive unit (PWM signal generation circuit) 84.
Amplification unit 81, the power conversion circuit 9, a preamplifier 811 for amplifying an analog input voltage E ia, a preamplifier 812 for amplifying the analog output current i o, consisting preamplifier 813 for amplifying the analog output voltage e o.
The AD converter 82 converts the analog input voltage E ia from the preamplifier 811 into a digital input voltage value E i, and converts the analog output current i o from the preamplifier 812 into a digital output voltage value I o . an AD converter 822, consisting of the AD converter 823 Metropolitan for converting an analog output voltage e o from the preamplifier 813 into a digital output voltage value E o.
制御部83は、ディジタル入力電圧値Ei、ディジタル出力電流値Ioおよびディジタル出力電圧値Eoを入力する。
本実施形態では、制御部83は、バイアス量計算部831、PID制御量生成部832およびスイッチング制御量生成部833からなる。
PID制御量生成部832は、ディジタル出力電圧値Eoを入力し、PID制御量N_PIDTon(n)を生成する。
PID制御量N_PIDTon(n)は、式(A1)で表される。
N_PIDTon(n)=−{KP(Neo(n)−NR)
+KIΣNI(k)+KD(Neo(n)−Neo(n−1))}+bias
(A1)The controller 83 receives the digital input voltage value E i , the digital output current value I o, and the digital output voltage value E o .
In the present embodiment, the control unit 83 includes a bias amount calculation unit 831, a PID control amount generation unit 832, and a switching control amount generation unit 833.
The PID control amount generation unit 832 receives the digital output voltage value E o and generates a PID control amount N_PID Ton (n) .
The PID control amount N_PID Ton (n) is expressed by Expression (A1).
N_PID Ton (n) = − {K P (N eo (n) −N R )
+ K I ΣN I (k) + K D (N eo (n) −N eo (n−1) )} + bias
(A1)
式(A1)において、変数,定数等は以下のように定義される。
KP:比例制御量ゲイン
KI:積分制御量ゲイン
KD:微分制御量ゲイン
Neo(n):今回のサンプリングにおけるディジタル出力電圧値(予測値)に相当する数値
Neo(n−1):1回前のディジタル出力電圧値(実測値)に相当する数値
NR:比例制御定数
NI(k):積分値(数値)In the formula (A1), variables, constants, etc. are defined as follows.
K P: proportional control amount gain K I: integral control amount gain K D: differential control amount gain N eo (n): the digital output voltage value at current sampling numeric corresponding to (predicted value) N eo (n-1) : Numerical value corresponding to the previous digital output voltage value (actual measurement value) N R : Proportional control constant NI (k) : Integral value (numeric value)
バイアス量計算部831は、ディジタル入力電圧値Ei(n)およびディジタル出力電流値Io(n)を入力し、PID制御量N_PIDTon(n)に加えるべきバイアス量NTon_m(n)を計算する。
スイッチング制御量生成部833は、式(A2)を計算することで、最適なオンタイム制御量NTon(n)を生成している。
NTon(n)=NTon_m(n)+N_PIDTon(n)
(A2)
式(A2)において、NTon_m(n)は以下のように定義される。
NTon_m(n):オンタイムのバイアス量The bias amount calculator 831 receives the digital input voltage value E i (n) and the digital output current value I o (n) and calculates the bias amount N Ton_m (n) to be added to the PID control amount N_PID Ton (n). To do.
The switching control amount generation unit 833 generates the optimum on-time control amount N Ton (n) by calculating the equation (A2).
N Ton (n) = N Ton_m (n) + N_PID Ton (n)
(A2)
In Formula (A2), N Ton_m (n) is defined as follows.
N Ton_m (n) : On-time bias amount
バイアス量計算部831は、電流連続モードでは、式(A3)によってバイアス量NTon_m(n)を計算することができる。
NTon_m(n)=(NTS/Ei)rdEo *+NBC
(A3)
出力電流予測部831は、電流不連続モードでは、式(A4)によってバイアス量NTon_m(n)を計算することができる。
NTon_m(n)=NTS〔(2Eo *LIo(n))/{Ei(Ei−Eo *)Ts}〕1/2+NBD
(A4)In the current continuous mode, the bias amount calculation unit 831 can calculate the bias amount N Ton_m (n) by the equation (A3).
N Ton_m (n) = (N TS / E i ) r d E o * + N BC
(A3)
In the current discontinuous mode, the output current predicting unit 831 can calculate the bias amount N Ton_m (n) by the equation (A4).
N Ton_m (n) = N TS [(2E o * LI o (n) ) / {E i (E i −E o * ) T s }] 1/2 + N BD
(A4)
式(A3)および式(A4)における変数,定数等は以下のように定義される。
NTS:スイッチング周期Tsの大きさについて決められた数値
Ei:ディジタル入力電圧値
Eo *:出力電圧目標値(ディジタル値)
rd:出力電流検出用抵抗に相当するディジタル値
Io(n):実測したディジタル出力電流値
n1:時間により増大する変数
Ts:スイッチング周期
NBC,NBD:数値定数
L:リアクトルのインダクタンスVariables, constants, and the like in Expression (A3) and Expression (A4) are defined as follows.
N TS : Numerical value determined for the magnitude of the switching period T s E i : Digital input voltage value E o * : Output voltage target value (digital value)
r d : Digital value corresponding to output current detection resistor I o (n) : Measured digital output current value n 1 : Variable increasing with time T s : Switching period N BC , N BD : Numerical constant L: Reactor Inductance
ところで、図1の電力制御装置では、上述したように電力変換回路9の出力側に出力電流検出用抵抗96を設け、電流検出用抵抗96に生じる電圧降下を検出している。
このため、電力損失が常に生じるという問題がある。
本発明の目的は、出力電流の検出をせずに(すなわち、電流検出用抵抗を備えずに)、出力電流の値を予測し、出力電流の予測電流と出力電圧と入力電圧とに基づきオンタイムまたはターンオフ時刻を決定する電力変換回路の制御装置を提供することである。In the power control apparatus of FIG. 1, as described above, the output current detection resistor 96 is provided on the output side of the power conversion circuit 9 to detect a voltage drop generated in the current detection resistor 96.
For this reason, there is a problem that power loss always occurs.
The object of the present invention is to predict the value of the output current without detecting the output current (that is, without providing a current detection resistor), and turn on based on the predicted current of the output current, the output voltage, and the input voltage. It is to provide a control device for a power conversion circuit that determines time or turn-off time.
本発明の電力変換回路の制御装置は、電流制御、電圧制御または電力制御を行なうもので、以下を要旨とする。
〔1〕
電力スイッチのターンオンとターンオフを繰り返して行うことで、リアクトルへのエネルギーの蓄積と、前記リアクトルからの前記エネルギーの放出を繰り返して行う電力変換回路の制御装置において、
前記電力変換回路のアナログ入力電圧Eiaをディジタル入力電圧値Eiに変換し、前記電力変換回路のアナログ出力電圧eoをディジタル出力電圧値Eoにそれぞれ変換するAD変換部と、
前記ディジタル入力電圧値Ei、前記ディジタル出力電圧値Eoおよびディジタル出力電流予測値Io *に基づきオンタイムTon、オフタイムToff、スイッチング周期Tsまたはこれらのうちの複数をスイッチング制御量NTxとして決定する制御部と、
前記制御部から制御信号を受け取り、当該制御信号に基づき前記電力スイッチにターンオンおよびターンオフ信号を送出する駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
前記スイッチング制御量NTxについての基本制御量N_BTxを生成する基本制御量生成部と、
前記ディジタル入力電圧値Ei、および、過去のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果から、前記将来のスイッチング周期における出力電流値を予測計算する出力電流予測部と、
前記出力電流予測部により予測計算されたディジタル出力電流予測値Io *またはさらに既に予測計算されたディジタル出力電流予測値Io * を用いて、モデル制御量MODELを生成するモデル制御量生成部と、
前記モデル制御量MODELが前記基本制御量N_BTxに組み込まれた前記スイッチング制御量NTxを生成するスイッチング制御量生成部と、
を備えることを特徴とする電力変換回路の制御装置。
The control device for a power conversion circuit of the present invention performs current control, voltage control, or power control, and is summarized as follows.
[1]
In the control device of the power conversion circuit that repeatedly performs the accumulation of energy in the reactor and the discharge of the energy from the reactor by repeatedly performing the turn-on and turn-off of the power switch,
An AD conversion section that the analog input voltage E ia converted into a digital input voltage value E i, converts each analog output voltage e o of the power conversion circuit to a digital output voltage value E o of the power conversion circuit,
Based on the digital input voltage value E i , the digital output voltage value E o, and the predicted digital output current value I o * , an on-time T on , an off-time T off , a switching period T s, or a plurality of these is controlled A control unit that determines N Tx ;
A drive unit that receives a control signal from the control unit and sends a turn-on and turn-off signal to the power switch based on the control signal;
With
The controller is
A basic control quantity generation unit for generating a basic control amount N_B Tx for the switching control amount N Tx,
An output current prediction unit that predicts and calculates an output current value in the future switching period from the digital input voltage value E i and a calculation result of the switching control amount NTx in the past switching period;
By using the output current predictive digital output current predicted value predicted calculated by unit I o * or even already predicted computed digital output current estimated value I o *, the model control quantity generation unit for generating a model controlled variable MODEL ,
A switching control quantity generation unit to the model controlled variable MODEL generates the switching control amount N Tx incorporated in the basic control amount N_B Tx,
An apparatus for controlling a power conversion circuit comprising:
〔2〕
〔1〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
出力電流予測部は、
さらに最新のディジタル出力電圧値Eoを前記ディジタル出力電流予測値I o * の予測に用いる、
ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[2]
In the control device for the power conversion circuit according to [1],
The output current prediction unit
Further, the latest digital output voltage value E o is used for the prediction of the digital output current predicted value I o * .
A control device for a power conversion circuit.
〔3〕
前記電力変換回路が、前記リアクトルを流れる電流が連続する電流連続制御領域および前記リアクトルを流れる電流が不連続となる電流不連続制御領域で遷移して動作する〔1〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
前記出力電流予測部が、前記ディジタル出力電流予測値Io *と、前記ディジタル出力電圧値Eoとに基づき、前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作か、前記電流不連続制御領域での動作かを監視し、
前記出力電流予測部は、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作であるときは、電流連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流不連続制御領域での動作であるときは、電流不連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記モデル制御量生成部は、
前記出力電流予測部から電流連続制御の実行の指示を受けたときは、電流連続制御用関数CM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成し、
前記出力電流予測部から電流不連続制御の実行の指示を受けたときは、電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成する
ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[3]
The power conversion circuit of the power conversion circuit according to [1], wherein the power conversion circuit operates in a current continuous control region where a current flowing through the reactor is continuous and a current discontinuous control region where a current flowing through the reactor is discontinuous. In the control device,
The output current prediction unit determines whether the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region based on the digital output current prediction value I o * and the digital output voltage value E o , Monitors the operation in the current discontinuous control area,
The output current prediction unit
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current continuous control,
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current discontinuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current discontinuous control,
The model controlled variable generation unit
When receiving an instruction to execute continuous current control from the output current prediction unit, the model controlled variable MODEL is generated using a current continuous control function CM (I o (n) * ),
When receiving the instruction for execution of the current discontinuous control from the output current prediction unit, and generates said model controlled variable MODEL using a current discontinuous control function DM (I o (n) * ) Control device for power conversion circuit.
〔4〕
〔3〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
モデル制御量生成部は、モデル制御量MODELの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *に上限しきい値または下限しきい値を設定することを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[4]
In the control device for a power conversion circuit according to [ 3 ],
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model control amount MODEL, the digital of the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) control device for a power conversion circuit, wherein a high threshold or the output current estimated value I o (n) * setting the lower limit threshold.
〔5〕
〔3〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
モデル制御量生成部は、前記モデル制御量NTx_mの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *を含む項に、時間減衰項を含めることを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[5]
In the control device for a power conversion circuit according to [ 3 ],
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model controlled variable N Tx_m, the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) of A control device for a power conversion circuit, wherein a term including a time decay term is included in a term including the predicted digital output current value I o (n) * .
〔6〕
電力スイッチのターンオンとターンオフを繰り返して行うことで、リアクトルへのエネルギーの蓄積と、前記リアクトルからの前記エネルギーの放出を繰り返して行う電力変換回路の制御装置において、
前記電力変換回路のアナログ入力電圧Eiaおよびアナログ出力電圧eoをディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoにそれぞれ変換するAD変換部と、
前記ディジタル入力電圧値Ei、前記ディジタル出力電圧値Eoおよびディジタル出力電流予測値Io *に基づきオンタイムTx、オフタイムToff、スイッチング周期Tsまたはこれらのうちの複数をスイッチング制御量NTxとして決定する制御部と、
前記制御部から制御信号を受け取り、当該制御信号に基づき前記電力スイッチにターンオンおよびターンオフ信号を送出する駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
(n+1)回(nは正の整数)のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxについての基本制御量N_BTxを生成する基本制御量生成部と、
最新のディジタル入力電圧値Ei、および、
n回のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果Tx(n)から、
(n+1)回のスイッチング周期における出力電流値を予測計算する出力電流予測部と、
前記出力電流予測部により予測計算したディジタル出力電流予測値Io(n+1) *を用いて、モデル制御量MODEL(たとえば、NTx_m(n+1))を生成するモデル制御量生成部と、
前記モデル制御量MODELが前記基本制御量N_BTxに組み込まれた前記スイッチング制御量NTxを生成するスイッチング制御量生成部と、
を備えることを特徴とする電力変換回路の制御装置。[6]
In the control device of the power conversion circuit that repeatedly performs the accumulation of energy in the reactor and the discharge of the energy from the reactor by repeatedly performing the turn-on and turn-off of the power switch,
An AD converter for converting each analog input voltage E ia and the analog output voltage e o of the power conversion circuit to a digital input voltage E i and the digital output voltage value E o,
Based on the digital input voltage value E i , the digital output voltage value E o, and the predicted digital output current value I o * , an on-time T x , an off-time T off , a switching period T s, or a plurality of these values is set as a switching control amount. A control unit that determines N Tx ;
A drive unit that receives a control signal from the control unit and sends a turn-on and turn-off signal to the power switch based on the control signal;
With
The controller is
(N + 1) times (n is a positive integer) the basic control amount generation unit for generating the switching period of the basic control amount N_B Tx for the switching control amount N Tx,
The latest digital input voltage value E i , and
From the calculation result T x (n) of the switching control amount NTx in n switching cycles,
An output current prediction unit that predicts and calculates an output current value in (n + 1) switching cycles;
A model control amount generation unit that generates a model control amount MODEL (for example, N Tx_m (n + 1) ) using the digital output current prediction value I o (n + 1) * predicted by the output current prediction unit;
A switching control quantity generation unit to the model controlled variable MODEL generates the switching control amount N Tx incorporated in the basic control amount N_B Tx,
An apparatus for controlling a power conversion circuit comprising:
〔7〕
〔6〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
出力電流予測部は、
さらに最新のディジタル出力電圧値Eoを前記ディジタル出力電流予測値I o * の予測に用いる、
ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[7]
In the control device for a power conversion circuit according to [6],
The output current prediction unit
Further, the latest digital output voltage value E o is used for the prediction of the digital output current predicted value I o * .
A control device for a power conversion circuit.
〔8〕
前記電力変換回路が、前記リアクトルを流れる電流が連続する電流連続制御領域および前記リアクトルを流れる電流が不連続となる電流不連続制御領域で遷移して動作する〔6〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
前記出力電流予測部が、前記ディジタル出力電流予測値Io *と、前記ディジタル出力電圧値Eoとに基づき、前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作か、前記電流不連続制御領域での動作かを監視し、
前記出力電流予測部は、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作であるときは、電流連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流不連続制御領域での動作であるときは、電流不連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記モデル制御量生成部は、
前記出力電流予測部から電流連続制御の実行の指示を受けたときは、電流連続制御用関数CM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成し、
前記出力電流予測部から電流不連続制御の実行の指示を受けたときは、電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成する
ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[8]
The power conversion circuit operates in a current continuous control region in which a current flowing through the reactor is continuous and a current discontinuous control region in which a current flowing through the reactor is discontinuous. In the control device,
The output current prediction unit determines whether the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region based on the digital output current prediction value I o * and the digital output voltage value E o , Monitors the operation in the current discontinuous control area,
The output current prediction unit
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current continuous control,
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current discontinuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current discontinuous control,
The model controlled variable generation unit
When receiving an instruction to execute continuous current control from the output current prediction unit, the model controlled variable MODEL is generated using a current continuous control function CM (I o (n) * ),
When receiving the instruction for execution of the current discontinuous control from the output current prediction unit, and generates said model controlled variable MODEL using a current discontinuous control function DM (I o (n) * ) Control device for power conversion circuit.
〔9〕
〔8〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
モデル制御量生成部は、モデル制御量MODELの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *に上限しきい値または下限しきい値を設定することを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[9]
In the control device for a power conversion circuit according to [ 8 ],
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model control amount MODEL, the digital of the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) control device for a power conversion circuit, wherein a high threshold or the output current estimated value I o (n) * setting the lower limit threshold.
〔10〕
〔8〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
モデル制御量生成部は、前記モデル制御量NTx_mの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *を含む項に、時間減衰項を含めることを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[10]
In the control device for a power conversion circuit according to [ 8 ],
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model controlled variable N Tx_m, the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) of A control device for a power conversion circuit, wherein a term including a time decay term is included in a term including the predicted digital output current value I o (n) * .
〔11〕
電力スイッチのターンオンとターンオフを繰り返して行うことで、リアクトルへのエネルギーの蓄積と、前記リアクトルからの前記エネルギーの放出を繰り返して行う電力変換回路の制御装置において、
前記電力変換回路のアナログ入力電圧Eiaおよびアナログ出力電圧eoをディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoにそれぞれ変換するAD変換部と、
前記ディジタル入力電圧値Ei、前記ディジタル出力電圧値Eoおよびディジタル出力電流予測値Io *に基づきオンタイムTx、オフタイムToff、スイッチング周期Tsまたはこれらのうちの複数をスイッチング制御量NTxとして決定する制御部と、
前記制御部から制御信号を受け取り、当該制御信号に基づき前記電力スイッチにターンオンおよびターンオフ信号を送出する駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
(n+1)回(nは正の整数)のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxについての基本制御量N_BTxを生成する基本制御量生成部と、
最新のスイッチング周期における、ディジタル入力電圧値Ei、および、
n回のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果Tx(n)、
(n−1)回のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果Tx(n−1)、
・・・
(n−k+1)回のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果Tx(n−k+1)、
から(ただし、k=2,3,・・・)、(n+1)回のスイッチング周期における出力電流値を予測計算する出力電流予測部と、
前記出力電流予測部により予測計算したディジタル出力電流予測値Io(n+1) *を用いて、モデル制御量MODEL(たとえば、NTx_m(n+1))を生成するモデル制御量生成部と、
前記モデル制御量MODELが前記基本制御量N_BTxに組み込まれた前記スイッチング制御量NTxを生成するスイッチング制御量生成部と、
を備えることを特徴とする電力変換回路の制御装置。[11]
In the control device of the power conversion circuit that repeatedly performs the accumulation of energy in the reactor and the discharge of the energy from the reactor by repeatedly performing the turn-on and turn-off of the power switch,
An AD converter for converting each analog input voltage E ia and the analog output voltage e o of the power conversion circuit to a digital input voltage E i and the digital output voltage value E o,
Based on the digital input voltage value E i , the digital output voltage value E o, and the predicted digital output current value I o * , an on-time T x , an off-time T off , a switching period T s, or a plurality of these values is set as a switching control amount. A control unit that determines N Tx ;
A drive unit that receives a control signal from the control unit and sends a turn-on and turn-off signal to the power switch based on the control signal;
With
The controller is
(N + 1) times (n is a positive integer) the basic control amount generation unit for generating the switching period of the basic control amount N_B Tx for the switching control amount N Tx,
Digital input voltage value E i in the latest switching period, and
Calculation result T x (n) of the switching control amount NTx in n switching cycles,
Calculation result T x (n−1) of the switching control amount NTx in (n−1) switching cycles,
...
Calculation result T x (n−k + 1) of the switching control amount N Tx in (n−k + 1) switching cycles,
(Where k = 2, 3,...), An output current prediction unit that predicts and calculates an output current value in (n + 1) switching cycles,
A model control amount generation unit that generates a model control amount MODEL (for example, N Tx_m (n + 1) ) using the digital output current prediction value I o (n + 1) * predicted by the output current prediction unit;
A switching control quantity generation unit to the model controlled variable MODEL generates the switching control amount N Tx incorporated in the basic control amount N_B Tx,
An apparatus for controlling a power conversion circuit comprising:
〔12〕
〔11〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
出力電流予測部は、
さらに最新のディジタル出力電圧値Eoを前記ディジタル出力電流予測値I o * の予測に用いる、
ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[12]
In the control apparatus for a power conversion circuit according to [11],
The output current prediction unit
Further, the latest digital output voltage value E o is used for the prediction of the digital output current predicted value I o * .
A control device for a power conversion circuit.
〔13〕
前記電力変換回路が、前記リアクトルを流れる電流が連続する電流連続制御領域および前記リアクトルを流れる電流が不連続となる電流不連続制御領域で遷移して動作する〔11〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
前記出力電流予測部が、前記ディジタル出力電流予測値Io *と、前記ディジタル出力電圧値Eoとに基づき、前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作か、前記電流不連続制御領域での動作かを監視し、
前記出力電流予測部は、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作であるときは、電流連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流不連続制御領域での動作であるときは、電流不連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記モデル制御量生成部は、
前記出力電流予測部から電流連続制御の実行の指示を受けたときは、電流連続制御用関数CM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成し、
前記出力電流予測部から電流不連続制御の実行の指示を受けたときは、電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成する電力変換回路の制御装置。
[13]
The power conversion circuit of the power conversion circuit according to [11], wherein the power conversion circuit operates in a current continuous control region where a current flowing through the reactor is continuous and a current discontinuous control region where a current flowing through the reactor is discontinuous. In the control device,
The output current prediction unit determines whether the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region based on the digital output current prediction value I o * and the digital output voltage value E o , Monitors the operation in the current discontinuous control area,
The output current prediction unit
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current continuous control,
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current discontinuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current discontinuous control,
The model controlled variable generation unit
When receiving an instruction to execute continuous current control from the output current prediction unit, the model controlled variable MODEL is generated using a current continuous control function CM (I o (n) * ),
When receiving the instruction for execution of the current discontinuous control from the output current prediction unit, a current discontinuous control function DM (I o (n) * ) of the power conversion circuit for generating the model controlled variable MODEL using Control device.
〔14〕
〔13〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
モデル制御量生成部は、モデル制御量MODELの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *に上限しきい値または下限しきい値を設定することを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[14]
In the control device for a power conversion circuit according to [ 13 ],
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model control amount MODEL, the digital of the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) control device for a power conversion circuit, wherein a high threshold or the output current estimated value I o (n) * setting the lower limit threshold.
〔15〕
〔13〕に記載の電力変換回路の制御装置において、
モデル制御量生成部は、前記モデル制御量NTx_mの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *を含む項に、時間減衰項を含めることを特徴とする電力変換回路の制御装置。
[15]
In the control device for a power conversion circuit according to [ 13 ],
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model controlled variable N Tx_m, the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) of A control device for a power conversion circuit, wherein a term including a time decay term is included in a term including the predicted digital output current value I o (n) * .
電流連続制御領域における出力電流は以下のように算出される。
ディジタル出力電流予測値Io *は、下記の式(B1)〜(B8)に示す回路タイプに応じた入出力電圧比を表す式に基づき計算することができる。
なお、式(B1)〜(B8)において各要素は次のように定義されている。
Ton:オンタイム
Toff:オフタイム
Ts:スイッチング周期
R:負荷抵抗
r:回路抵抗
n:トランスの巻き線The output current in the current continuous control region is calculated as follows.
The predicted digital output current value I o * can be calculated based on an expression representing the input / output voltage ratio according to the circuit type shown in the following expressions (B1) to (B8).
In the formulas (B1) to (B8), each element is defined as follows.
T on : On time T off : Off time T s : Switching period R: Load resistance r: Circuit resistance n: Transformer winding
昇圧型回路の入出力電圧比Eo/Eiは、式(B1)で表される。
降圧型回路の入出力電圧比Eo/Eiは、式(B2)で表される。
フォワード型回路の入出力電圧比Eo/Eiは、式(B3)で表される。
昇降圧型回路の入出力電圧比Eo/Eiは、式(B4)で表される。
たとえば、式(B1)から、昇圧型回路における出力電流値Ioの計算式(B5)が得られる。
式(B2)から、降圧型回路における出力電流値Ioの計算式(B6)が得られる。
式(B3)から、フォワード型回路における出力電流値Ioの計算式(B7)が得られる。
式(B4)から、昇降圧型回路における出力電流値Ioの計算式(B8)が得られる。
電流不連続制御領域における出力電流は以下のように算出される。
ディジタル出力電流予測値Io *は、下記の式(B9)〜(B16)に示す回路タイプに応じた入出力電圧比を表す式に基づき計算することができる。
なお、式(B9)〜(B16)において各要素は次のように定義されている。
Ton:オンタイム
Toff:オフタイム
Ts:スイッチング周期
R:負荷抵抗
r:回路抵抗
n:トランスの巻き線The output current in the current discontinuous control region is calculated as follows.
The predicted digital output current value I o * can be calculated based on an expression representing the input / output voltage ratio according to the circuit type shown in the following expressions (B9) to (B16).
In the formulas (B9) to (B16), each element is defined as follows.
T on : On time T off : Off time T s : Switching period R: Load resistance r: Circuit resistance n: Transformer winding
昇圧型回路の入出力電圧比Eo/Eiは、式(B9−1),(B9−2)で表される。
降圧型回路の入出力電圧比Eo/Eiは、式(B10−1),(B10−2)で表される。
フォワード型回路の入出力電圧比Eo/Eiは、式(B11−1),(B11−2)で表される。
昇降圧型回路の入出力電圧比Eo/Eiは、式(B12−1),(B12−2)で表される。
たとえば、式(B9−1),(B9−2)から、昇圧型回路における出力電流値Ioの計算式(B13)が得られる。
式(B10−1),(B10−2)から、降圧型回路における出力電流値Ioの計算式(B14)が得られる。
式(B11−1),(B11−2)から、フォワード型回路における出力電流値Ioの計算式(B15)が得られる。
なお、式(B12−1),(B12−2)から、昇降圧型回路における出力電流値Ioの計算式が得られる。Incidentally, formula (B12-1), from (B12-2), calculation expression of the output current I o in the buck-boost circuit is obtained.
出力電流を検出せずに、出力電流の値を予測し、この予測電流(ディジタル出力電流予測値Io *)と入力電圧(ディジタル入力電圧値Ei)と出力電圧(ディジタル出力電圧値Eo)とに基づきオンタイムTon、オフタイムToff、スイッチング周期Tsを決定することができる。
本発明の制御装置では、モデル制御量生成部が基本制御量N_BTxに組み込まれているので、負荷の急速な変化や外乱に対して応答性が高い制御が行われる。The output current value is predicted without detecting the output current, and the predicted current (digital output current predicted value I o * ), input voltage (digital input voltage value E i ), and output voltage (digital output voltage value E o). ), The on-time T on , the off-time T off , and the switching period T s can be determined.
In the control device of the present invention, since the model control amount generator is incorporated in the basic control amount N_B Tx , control with high responsiveness to rapid load changes and disturbances is performed.
図2は本発明の電力変換回路の制御装置の実施形態を示す説明図である。
図2において、電力変換回路2は、直流電源21と、電力スイッチ22と、転流ダイオード23と、リアクトル24と、キャパシタ25とからなる。
直流電源21(「Eia」としても示す)の一端子(図1では(+)端子)に、入力端子a1を介して電力スイッチ22が接続されている。直流電源21の他端子(図2では(−)端子)は、入力端子a2を介してグランドGNDに接続されている。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an embodiment of a control device for a power conversion circuit of the present invention.
In FIG. 2, the power conversion circuit 2 includes a DC power supply 21, a power switch 22, a commutation diode 23, a reactor 24, and a capacitor 25.
The power switch 22 is connected to one terminal (in FIG. 1, (+) terminal) of the DC power source 21 (also indicated as “E ia ”) via the input terminal a 1 . Other terminals (in FIG. 2 (-) terminal) of the DC power source 21 is connected to the ground GND via the input terminal a 2.
電力スイッチ22の出力端子とグランドGNDとの間に転流ダイオード23(「DF」としても示す)が接続されている。転流ダイオード23は、カソードが電力スイッチ22(「Tr」としても示す)の出力端子に接続され、アノードがグランドGNDに接続されている。
電力スイッチ22の出力端子および転流ダイオード23のカソード端子にはリアクトル24(「L」としても示す)の一端子が接続されている。
リアクトル24の他端子は、電力変換回路2の出力端子b1に接続されている。
リアクトル24の他端子および出力端子b1にはキャパシタ25(「C」としても示す)の一端子が接続され、キャパシタ25の他端子はグランドGNDに接続されている。
負荷26(「R」としても示す)は出力端子b1,b2間に接続されている。A commutation diode 23 (also indicated as “D F ”) is connected between the output terminal of the power switch 22 and the ground GND. The commutation diode 23 has a cathode connected to the output terminal of the power switch 22 (also indicated as “Tr”) and an anode connected to the ground GND.
One terminal of a reactor 24 (also indicated as “L”) is connected to the output terminal of the power switch 22 and the cathode terminal of the commutation diode 23.
The other terminal of the reactor 24 is connected to the output terminal b 1 of the power conversion circuit 2.
One terminal of a capacitor 25 (also indicated as “C”) is connected to the other terminal of the reactor 24 and the output terminal b 1 , and the other terminal of the capacitor 25 is connected to the ground GND.
A load 26 (also indicated as “R”) is connected between the output terminals b 1 and b 2 .
電力変換回路2は、電力スイッチ22のターンオンとターンオフとを繰り返して行うことで、リアクトル24へのエネルギーの蓄積と、リアクトル24からのエネルギーの放出を繰り返して行う。 The power conversion circuit 2 repeatedly performs the accumulation of energy in the reactor 24 and the release of energy from the reactor 24 by repeatedly turning on and off the power switch 22.
制御装置1Aは、増幅部11、AD変換部12、制御部13および駆動部14を備えている。
増幅部11は、電力変換回路2のアナログ入力電圧Eiaを増幅するプリアンプ111と、アナログ出力電圧eoを増幅するプリアンプ112とからなる。
AD変換部12は、プリアンプ111からのアナログ入力電圧Eiaをディジタル入力電圧値Eiに変換するAD変換器121と、プリアンプ112からのアナログ出力電圧eoをディジタル出力電圧値Eoに変換するAD変換器122とからなる。The control device 1A includes an amplification unit 11, an AD conversion unit 12, a control unit 13, and a drive unit 14.
Amplifier 11, a preamplifier 111 for amplifying an analog input voltage E ia of the power conversion circuit 2, consisting of the preamplifier 112. for amplifying the analog output voltage e o.
AD converter 12 converts the analog input voltage E ia from the preamplifier 111 and the AD converter 121 for converting the digital input voltage E i, the analog output voltage e o from the preamplifier 112 into a digital output voltage value Eo AD And a converter 122.
以下、制御部13による制御を説明する。なお、図3に、制御部のタイムチャートを併記する。
本実施形態では、制御部13は、基本制御量生成部131、出力電流予測部132、モデル制御量生成部133およびスイッチング制御量生成部134からなる。
基本制御量生成部131は、ディジタル出力電圧値Eoを入力し、基本制御量N_BTonを生成する。
図2では、(n+1)回のスイッチング周期におけるスイッチのターンオフのタイミングを生成する場合を説明する。
Hereinafter, control by the control unit 13 will be described. FIG. 3 also shows a time chart of the control unit.
In the present embodiment, the control unit 13 includes a basic control amount generation unit 131, an output current prediction unit 132, a model control amount generation unit 133, and a switching control amount generation unit 134.
The basic control amount generator 131 receives the digital output voltage value E o and generates a basic control amount N_B Ton .
In Figure 2, which describes the case of generating the timing of the turn-off of the switch in the switching period of the (n + 1) times.
図2では、(n+1)回のスイッチング周期における基本制御量N_BTonが、N_BTon(n+1)で表されている。
本実施形態では、基本制御量N_BTonは、PID制御量N_PIDTonである。
本明細書では、PID制御とは、比例・積分・微分制御を含むことはもちろん、比例・積分制御、比例・微分制御等、2つの制御要素からなる制御をも含む。In FIG. 2, the basic control amount N_B Ton in (n + 1) switching cycles is represented by N_B Ton (n + 1) .
In the present embodiment, the basic control amount N_B Ton is the PID control amount N_PID Ton .
In this specification, the PID control includes not only proportional / integral / derivative control but also control including two control elements such as proportional / integral control and proportional / derivative control.
基本制御量生成部131は、式(C1)に示す制御量を生成する。
N_BTon(n+1)=N_PIDTon(n+1)
=−{KP(Neo(n)−NR)+KIΣNI(k)
+KD(Neo(n)−Neo(n−1))}+bias (C1)The basic control amount generation unit 131 generates a control amount represented by the formula (C1).
N_B Ton (n + 1) = N_PID Ton (n + 1)
= − {K P (N eo (n) −N R ) + K I ΣN I (k)
+ K D (N eo (n ) -N eo (n-1))} + bias (C1)
出力電流予測部132は、(n+1)回のスイッチング周期におけるスイッチングサイクル(n回のスイッチングサイクル)より1回前(n回)のスイッチング周期におけるオンタイムの計算結果NTon(n)を入力している。
オンタイムの計算結果NTon(n)は、n回のサンプリング期間が開始するときには、既に終了している(図3の符号Aを参照)。The output current prediction unit 132 receives the calculation result N Ton (n) of the on-time in the switching cycle one time before (n times) the switching cycle (n switching cycles) in the (n + 1) switching cycles. Yes.
The on-time calculation result N Ton (n) has already ended when n sampling periods start (see reference A in FIG. 3).
また、出力電流予測部132は、ディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoを取得している。
ディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoは、図3では、n回のスイッチング周期におけるサンプリングにより求めているので、(n)の添え字を付加して示されている。Further, the output current prediction unit 132 obtains the digital input voltage value E i and the digital output voltage value E o .
In FIG. 3, since the digital input voltage value E i and the digital output voltage value E o are obtained by sampling in n switching cycles, the subscript (n) is added.
ディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoは、一スイッチング周期中に何度も行なわれることがある。この場合には、ディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoとして、最も新しいサンプリング値を採用することができる。たとえば、ディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoとして、(n+1)回のスイッチング周期の初期におけるサンプリング値を採用することができる(符号B参照)。The digital input voltage value E i and the digital output voltage value E o may be repeated many times during one switching period. In this case, the newest sampling value can be adopted as the digital input voltage value E i and the digital output voltage value E o . For example, as the digital input voltage value E i and the digital output voltage value E o , sampling values at the beginning of (n + 1) switching cycles can be employed (see reference B).
出力電流予測部132は、ディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoと、n回のスイッチング周期における、オンタイムの計算結果Ton(n)とから、(n+1)回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流値Io(n+1)を予測することができる。たとえば、ディジタル出力電流予測値Io(n+1) *は、具体的には、後述する式(C3)で与えられる。From the digital input voltage value E i and the digital output voltage value E o, and the on-time calculation result Ton (n) in the n switching cycles, the output current predicting unit 132 in the (n + 1) switching cycles. The digital output current value Io (n + 1) can be predicted. For example, the digital output current predicted value Io (n + 1) * is specifically given by the equation (C3) described later.
出力電流予測部132は、Io(n+1) *とディジタル出力電圧値Eoとに基づき、電力変換回路2の現在の動作が、電流連続制御領域での動作か、電流不連続制御領域での動作かを検出している。
そして、出力電流予測部132は、電力変換回路2の現在の動作が、電流連続制御領域での動作であるときは、電流連続制御の実行をモデル制御量生成部133に指示し、電力変換回路2の現在の動作が、電流不連続制御領域での動作であるときは、電流不連続制御の実行をモデル制御量生成部133に指示する。図2では、指示のための信号をM_SETで示す。
Based on I o (n + 1) * and the digital output voltage value E o , the output current prediction unit 132 determines whether the current operation of the power conversion circuit 2 is an operation in the current continuous control region or a current discontinuous control region. Detecting operation.
Then, when the current operation of the power conversion circuit 2 is an operation in the current continuous control region, the output current prediction unit 132 instructs the model control amount generation unit 133 to execute the current continuous control, and the power conversion circuit When the current operation of No. 2 is an operation in the current discontinuous control region, the model controlled variable generation unit 133 is instructed to execute the current discontinuous control. In FIG. 2, a signal for instruction is indicated by M_SET.
モデル制御量生成部133は、ディジタル出力電流予測値Io(n+1) *を用いて(n+1)回のスイッチング周期におけるモデル制御量MODL(本実施形態では、MODEL(n+1)=NTon_m(n+1))を生成することができる。
たとえば、モデル制御量MODEL(n+1)(NTon_m(n+1))は、具体的には、後述する式(C4)で与えられる。The model control amount generation unit 133 uses the digital output current prediction value Io (n + 1) * to generate a model control amount MODL in (n + 1) switching cycles (MODEL (n + 1) = N Ton_m (n + 1) in this embodiment ). ) Can be generated.
For example, the model control amount MODEL (n + 1) (N Ton_m (n + 1) ) is specifically given by equation (C4) described later.
スイッチング制御量生成部134には、オンタイムNTon(n)を決定することができる。
スイッチング制御量生成部134において、生成されるオンタイムNTon(n+1)は、
NTon(n+1)=NTon_m(n+1)+N_PIDTon(n+1)
(C2)
NTon(n+1):(n+1)回のスイッチング周期におけるオンタイム
N_PIDTon(n+1):(n+1)回のスイッチング周期におけるPID制御量
NTon_m(n+1):(n+1)回のスイッチング周期におけるモデル制御量(モデル制御量MODEL(n+1)(=NTon_m(n+1)))
で表される。
これにより、スイッチング制御量生成部134は、式(C2)のNTon(n+1)を駆動部14に送出し、駆動部14は電力スイッチにターンオフ信号SOFFを送出する。本実施形態では、駆動部14は、PWM信号生成回路である。The switching control amount generation unit 134 can determine the on-time N Ton (n) .
In the switching control amount generator 134, the generated on-time N Ton (n + 1) is
N Ton (n + 1) = N Ton_m (n + 1) + N_PID Ton (n + 1)
(C2)
N Ton (n + 1) : On-time in (n + 1) switching cycles N_PID Ton (n + 1) : PID control amount in (n + 1) switching cycles N Ton_m (n + 1) : Model control amount in (n + 1) switching cycles (Model control amount MODEL (n + 1) (= N Ton_m (n + 1) ))
It is represented by
Thereby, the switching control amount generation unit 134 sends N Ton (n + 1) of the formula (C2 ) to the driving unit 14, and the driving unit 14 sends the turn-off signal S OFF to the power switch. In the present embodiment, the drive unit 14 is a PWM signal generation circuit.
以下、制御装置1Aの動作を説明する。
N_BTx=N_PIDTon(n)
=−{KP(Neo(n)−NR)+KIΣNI(k)
+KD(Neo(n)−Neo(n−1))}+bias
として定義されたとき、
NTx=MODEL+N_BTx
=MODEL−{KP(Neo(n)−NR)+KIΣNI(k)
+KD(Neo(n)−Neo(n−1))}+bias
として、NTxが定義されている
制御装置1Aが電力変換回路2を電流連続モードで制御する場合には、出力電流予測部132は、(n+1)回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流値Io(n+1)を、n回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流値Io(n)に基づき予測する。
ディジタル出力電流の予測値Io(n+1) *として、式(C3)で表されたものを採用することができる。
Io(n+1) *=Ton(n){Ei(n+1)/(TsrEo(n+1))}
(C3)
そして、モデル制御量生成部133は、オンタイムのバイアス量NTon_m(n+1)を式(C4)により決定する。
NTon_m(n+1)
=(NTS/Ei)〔Eo+r{Io(n) +k1(Io(n+1) *−Io(n) *)
exp(−k2×n1)}〕+NBC
(C4)
Hereinafter, the operation of the control device 1A will be described.
N_B Tx = N_PID Ton (n)
= − {K P (N eo (n) −N R ) + K I ΣN I (k)
+ K D (N eo (n) −N eo (n−1) )} + bias
When defined as
N Tx = MODEL + N_B Tx
= MODEL− {K P (N eo (n) −N R ) + K I ΣN I (k)
+ K D (N eo (n) −N eo (n−1) )} + bias
N Tx is defined as follows. When the control device 1A controls the power conversion circuit 2 in the continuous current mode, the output current predicting unit 132 outputs the digital output current value I o ( in (n + 1) switching cycles). n + 1) is predicted based on the digital output current value I o (n) in n switching cycles.
As the predicted value I o (n + 1) * of the digital output current, the one represented by the formula (C3) can be adopted.
I o (n + 1) * = T on (n) {E i (n + 1) / (T s rE o (n + 1))}
(C3)
Then, the model control amount generation unit 133 determines the on-time bias amount N Ton_m (n + 1) by the equation (C4).
N Ton_m (n + 1)
= (N TS / E i) [E o + r {I o ( n) + k 1 (I o (n + 1) * -I o (n) *)
exp (−k 2 × n 1 )}] + N BC
(C4)
Ts:スイッチング周期
r:電流経路中の抵抗
NTS:スイッチング周期Tsの大きさについて決められた数値
Ei:ディジタル入力電圧値
Eo:ディジタル出力電圧値
Io(n):計算により求めたn回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流値
Io(n+1) *:(n+1)回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流予測値
Io(n) *:n回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流予測値
k1:定数
k2:時定数
n1:時間が経過に対応する変数
NBC:定数T s : Switching period r: Resistance in current path N TS : Numerical value determined for the magnitude of switching period T s E i : Digital input voltage value E o : Digital output voltage value I o (n) : Obtained by calculation Digital output current value in n switching cycles I o (n + 1) * : predicted digital output current value in (n + 1) switching cycles I o (n) * : predicted digital output current value in n switching cycles k 1 : Constant k 2 : Time constant n 1 : Variable corresponding to the passage of time N BC : Constant
制御装置1Aが電力変換回路2を電流不連続モードで制御する場合にも、出力電流予測部132は、(n+1)回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流値Io(n+1)を、n回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流値Io(n)に基づき予測する。この場合には、ディジタル出力電流の予測値Io(n+1) *として、式(C5)で表されるものを採用することができる。
そして、モデル制御量生成部133は、オンタイムのバイアス量(MODEL(n+1)=)NTon_m(n+1)を式(C6)により決定する。
Io(n+1) *=Ton(n)Ei(n+1)(Ei(n+1)−Eo(n+1)Ts)
/(Ts 22LEo(n+1))
(C5)
Then, the model control amount generation unit 133 determines the on-time bias amount (MODEL (n + 1) =) N Ton_m (n + 1) by the equation (C6).
I o (n + 1) * = T on (n) E i (n + 1) (E i (n + 1) -E o (n + 1) T s)
/ (T s 2 2LE o (n + 1) )
(C5)
Ts:スイッチング周期
L:リアクトルのインダクタンス
r:リアクトルの抵抗
NTS:スイッチング周期Tsの大きさについて決められた数値
Ei:ディジタル入力電圧値
Eo *:出力電圧目標値(ディジタル値)
Io(n):計算により求めたn回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流値
Io(n+1) * :(n+1)回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流予測値
Io(n) *:n回のスイッチング周期におけるディジタル出力電流予測値
k1:定数
k2:時定数
n1:時間が経過に対応する変数
NBD:定数
Ts: switching period L: Reactor inductance r: reactor resistance N TS: switching period T numerical values determined for the magnitude of s E i: digital input voltage E o *: the output voltage target value (digital value)
I o (n): Digital output voltage of n times the switching period of determined by calculation current values I o (n + 1) * : (n + 1) times of the digital output current predicted value I o at the switching period (n) *: n times Digital output current prediction value in the switching period of k 1 : constant k 2 : time constant n 1 : variable corresponding to the passage of time N BD : constant
式(C3)および式(C5)で示した予測値はデューティ比や出力電圧変化の影響を大きく受け、システムが不安定になることがある。
このような事態を想定して、オンタイムのバイアス量NTon_m(n)に閾値(上限または下限)を設けておくことができる。
The predicted values shown in the equations (C3) and ( C5 ) are greatly affected by the duty ratio and the output voltage change, and the system may become unstable.
Assuming such a situation, a threshold value (upper limit or lower limit) can be provided for the on-time bias amount N Ton_m (n) .
図4(A),(B)に、無負荷の状態から負荷を接続ときの、本実施形態による、出力電圧eoおよびリアクトル電流iLの制御の様子を示す(ただし、KP=4,KI=0.0008,KD=4とした)。
参考のため、図4(C),(D)に、無負荷の状態から負荷を接続ときの、従来技術による、出力電圧eoおよびリアクトル電流iLの制御の様子を示す(ただし、KP=4,KI=0.016,KD=4とした)。FIGS. 4A and 4B show how the output voltage eo and the reactor current i L are controlled according to this embodiment when a load is connected from a no-load state (where KP = 4, KI). = 0.0008, KD = 4).
For reference, in FIG. 4 (C), (D) , when connecting the load from the state of no load, according to the prior art, showing the state of control of the output voltage e o and reactor current i L (however, KP = 4, KI = 0.016, KD = 4).
また、システムが発振してしまい、不安定になることを防止するために、以下に示すように予測値を修正することができる。
予測値修正部133は、n回の出力電流予測値io(n) * に定数を付加した値を、(n+1)回の出力電流予測値io(n+1) * の値としている。
In order to prevent the system from oscillating and becoming unstable, the predicted value can be corrected as follows.
The predicted value correcting unit 133 sets a value obtained by adding a constant to the n times output current predicted value i o (n) * as the value of the (n + 1) times output current predicted value i o (n + 1) * .
具体的には、(n+1)回の出力電流予測値io(n+1) *と、前回の出力電流予測値io(n) *との差分(io(n+1) *−io(n) *)に変化率CRを乗算し、これをGAPと定義する。
そして、1回前の出力電流予測値io(n) * の値にGAPを加算し、これを今回(n+1回)の出力電流予測値io(n+1) * と定義する。
こうすることで、システムの発振が防止される。
予測値修正部133は、上記のGAPの加算に限らず、適宜の方法で出力電流予測値io(n+1) * を修正することができる。
More specifically, (n + 1) times the output current estimated value i o (n +1) * and, the last time of the output current estimated value i o (n) * and of the difference (i o (n + 1) * -i o (n ) * ) Is multiplied by the rate of change CR and this is defined as GAP.
Then, by adding the GAP to the value of the output current estimated value i o (n) * before one-time, which the output current predicted value of this time (n +1 times) i o (n + 1) * to define.
This prevents the system from oscillating.
Prediction value correction unit 133 is not limited to the addition of the above GAP, it may modify the output current estimated value i o (n +1) * in an appropriate manner.
図5に、本発明の電力変換回路の制御装置の動作例を示す。
図5(A)は負荷がステップ変化したときの出力電圧eoを示す図、図5(B)は、このときの出力電流Ioと出力予測電流Io *を示す図である。
ここでは、k1=30,k2=30、KP=4,KD=4,KI=0.0008としてある。
図5からわかるように、本発明によれば、優れた過渡特性を得ることができる。FIG. 5 shows an operation example of the control device for the power conversion circuit of the present invention.
FIG. 5 (A) shows the output voltage e o when the load changes step, FIG. 5 (B) is a diagram showing the output current Io and the predicted output current I o * of this time.
Here, k1 = 30, k2 = 30, K P = 4, KD = 4, and KI = 0.0008.
As can be seen from FIG. 5, according to the present invention, excellent transient characteristics can be obtained.
図5では、過渡特性のオーバーシュート(あるいはアンダシュート)の抑制および収束を早めるために、変化直後に、Tonの幅を任意の時間、最小(あるいは最大)とし、その後、Ioの変化分にk1exp(−k2・t)を乗じて収束させる。これにより、出力電圧およびリアクトル電流ともに良好な過渡特性を得ることができる。In Figure 5, in order to accelerate the suppression and convergence of overshoot of the transient characteristics (or undershoot), immediately after the change, any time the width of the T on, the minimum (or maximum), then the change in Io Multiply by k 1 exp (−k 2 · t) to converge. Thereby, favorable transient characteristics can be obtained for both the output voltage and the reactor current.
図6は図2の制御装置1Aの変形例を示す説明図である。
図2の制御装置1Aでは、出力電流予測部132は、出力電圧Eoを入力して、ディジタル出力電流予測値Io *を生成したが、図6の制御装置1Bでは、出力電流予測部132は、出力電圧目標値Eo *を使用している。FIG. 6 is an explanatory view showing a modification of the control device 1A of FIG.
In the control device 1A of FIG. 2, the output current prediction unit 132 receives the output voltage E o and generates the predicted digital output current I o * . However, in the control device 1B of FIG. Uses the output voltage target value E o * .
図7および図8は、本発明の電力変換回路の制御装置の他の実施形態を示す説明図である。
図7の制御装置1Cおよび図8の制御装置1Dにおいては、
N_BTx=N_PIDTon(n)
=−{KP(Neo(n)−NR)+KIΣNI(k)
+KD(Neo(n)−Neo(n−1))}+bias
として定義されたとき、
NTx=−{KP(Neo(n)−MODEL)+KIΣNI(k)
+KD(Neo(n)−Neo(n−1))}+bias
として、NTxが定義されてよい。7 and 8 are explanatory diagrams illustrating another embodiment of the control device for the power conversion circuit of the present invention.
In the control device 1C of FIG. 7 and the control device 1D of FIG.
N_B Tx = N_PID Ton (n)
= − {K P (N eo (n) −N R ) + K I ΣN I (k)
+ K D (N eo (n) −N eo (n−1) )} + bias
When defined as
N Tx = − {K P (N eo (n) −MODEL) + K I ΣN I (k)
+ K D (N eo (n) −N eo (n−1) )} + bias
N Tx may be defined as:
1 制御装置
11 増幅部
12 AD変換部
13 制御部
131 出力電流予測部
132 PID制御量生成部
133 スイッチング制御量生成部
134 予測値修正部
14 駆動部
2 電力変換回路
21 直流電源
22 電力スイッチ
23 転流ダイオード
24 リアクトル
25 キャパシタ
26 負荷DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control apparatus 11 Amplification part 12 AD conversion part 13 Control part 131 Output current prediction part 132 PID control amount generation part 133 Switching control amount generation part 134 Predictive value correction part 14 Drive part 2 Power conversion circuit 21 DC power supply 22 Power switch 23 Conversion Current diode 24 Reactor 25 Capacitor 26 Load
Claims (15)
前記電力変換回路のアナログ入力電圧Eiaをディジタル入力電圧値Eiに変換し、前記電力変換回路のアナログ出力電圧eoをディジタル出力電圧値Eoにそれぞれ変換するAD変換部と、
前記ディジタル入力電圧値Ei、前記ディジタル出力電圧値Eoおよびディジタル出力電流予測値Io *に基づきオンタイムTon、オフタイムToff、スイッチング周期Tsまたはこれらのうちの複数をスイッチング制御量NTxとして決定する制御部と、
前記制御部から制御信号を受け取り、当該制御信号に基づき前記電力スイッチにターンオンおよびターンオフ信号を送出する駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
前記スイッチング制御量NTxについての基本制御量N_BTxを生成する基本制御量生成部と、
前記ディジタル入力電圧値Ei、および、過去のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果から、前記将来のスイッチング周期における出力電流値を予測計算する出力電流予測部と、
前記出力電流予測部により予測計算されたディジタル出力電流予測値Io *またはさらに既に予測計算されたディジタル出力電流予測値Io * を用いて、モデル制御量MODELを生成するモデル制御量生成部と、
前記モデル制御量MODELが前記基本制御量N_BTxに組み込まれた前記スイッチング制御量NTxを生成するスイッチング制御量生成部と、
を備えることを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control device of the power conversion circuit that repeatedly performs the accumulation of energy in the reactor and the discharge of the energy from the reactor by repeatedly performing the turn-on and turn-off of the power switch,
An AD conversion section that the analog input voltage E ia converted into a digital input voltage value E i, converts each analog output voltage e o of the power conversion circuit to a digital output voltage value E o of the power conversion circuit,
Based on the digital input voltage value E i , the digital output voltage value E o, and the predicted digital output current value I o * , an on-time T on , an off-time T off , a switching period T s, or a plurality of these is controlled by a switching control amount. A control unit that determines N Tx ;
A drive unit that receives a control signal from the control unit and sends a turn-on and turn-off signal to the power switch based on the control signal;
With
The controller is
A basic control quantity generation unit for generating a basic control amount N_B Tx for the switching control amount N Tx,
An output current prediction unit that predicts and calculates an output current value in the future switching period from the digital input voltage value E i and a calculation result of the switching control amount NTx in the past switching period;
By using the output current predictive digital output current predicted value predicted calculated by unit I o * or even already predicted computed digital output current estimated value I o *, the model control quantity generation unit for generating a model controlled variable MODEL ,
A switching control quantity generation unit to the model controlled variable MODEL generates the switching control amount N Tx incorporated in the basic control amount N_B Tx,
An apparatus for controlling a power conversion circuit comprising:
出力電流予測部は、
さらに最新のディジタル出力電圧値Eoを前記ディジタル出力電流予測値I o * の予測に用いる、ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power conversion circuit according to claim 1,
The output current prediction unit
Further use of the latest digital output voltage value E o to the digital output current estimated value I o * of the prediction, the control device for a power converter circuit, characterized in that.
前記出力電流予測部が、前記ディジタル出力電流予測値Io *と、前記ディジタル出力電圧値Eoとに基づき、前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作か、前記電流不連続制御領域での動作かを監視し、
前記出力電流予測部は、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作であるときは、電流連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流不連続制御領域での動作であるときは、電流不連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記モデル制御量生成部は、
前記出力電流予測部から電流連続制御の実行の指示を受けたときは、電流連続制御用関数CM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成し、
前記出力電流予測部から電流不連続制御の実行の指示を受けたときは、電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成することを特徴とする電力変換回路の制御装置。 2. The power conversion circuit according to claim 1, wherein the power conversion circuit operates in a current continuous control region where a current flowing through the reactor is continuous and a current discontinuous control region where a current flowing through the reactor is discontinuous. In the control device,
The output current prediction unit determines whether the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region based on the digital output current prediction value I o * and the digital output voltage value E o , Monitors the operation in the current discontinuous control area,
The output current prediction unit
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current continuous control,
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current discontinuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current discontinuous control,
The model controlled variable generation unit
When receiving an instruction to execute continuous current control from the output current prediction unit, the model controlled variable MODEL is generated using a current continuous control function CM (I o (n) * ),
When receiving the instruction for execution of the current discontinuous control from the output current prediction unit, and generates said model controlled variable MODEL using a current discontinuous control function DM (I o (n) * ) Control device for power conversion circuit.
モデル制御量生成部は、モデル制御量MODELの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *に上限しきい値または下限しきい値を設定することを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power converter circuit according to claim 3 ,
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model control amount MODEL, the digital of the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) control device for a power conversion circuit, wherein a high threshold or the output current estimated value I o (n) * setting the lower limit threshold.
モデル制御量生成部は、前記モデル制御量NTx_mの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *を含む項に、時間減衰項を含めることを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power converter circuit according to claim 3 ,
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model controlled variable N Tx_m, the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) of A control device for a power conversion circuit, wherein a term including a time decay term is included in a term including the predicted digital output current value I o (n) * .
前記電力変換回路のアナログ入力電圧Eiaおよびアナログ出力電圧eoをディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoにそれぞれ変換するAD変換部と、
前記ディジタル入力電圧値Ei、前記ディジタル出力電圧値Eoおよびディジタル出力電流予測値Io *に基づきオンタイムTx、オフタイムToff、スイッチング周期Tsまたはこれらのうちの複数をスイッチング制御量NTxとして決定する制御部と、
前記制御部から制御信号を受け取り、当該制御信号に基づき前記電力スイッチにターンオンおよびターンオフ信号を送出する駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
(n+1)回(nは正の整数)のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxについての基本制御量N_BTxを生成する基本制御量生成部と、
最新のディジタル入力電圧値Ei、および、
n回のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果Tx(n)から、
(n+1)回のスイッチング周期における出力電流値を予測計算する出力電流予測部と、
前記出力電流予測部により予測計算したディジタル出力電流予測値Io(n+1) *を用いて、モデル制御量MODEL(たとえば、NTx_m(n+1))を生成するモデル制御量生成部と、
前記モデル制御量MODELが前記基本制御量N_BTxに組み込まれた前記スイッチング制御量NTxを生成するスイッチング制御量生成部と、
を備えることを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control device of the power conversion circuit that repeatedly performs the accumulation of energy in the reactor and the discharge of the energy from the reactor by repeatedly performing the turn-on and turn-off of the power switch,
An AD converter for converting each analog input voltage E ia and the analog output voltage e o of the power conversion circuit to a digital input voltage E i and the digital output voltage value E o,
Based on the digital input voltage value E i , the digital output voltage value E o, and the predicted digital output current value I o * , an on-time T x , an off-time T off , a switching period T s, or a plurality of these values is set as a switching control amount. A control unit that determines N Tx ;
A drive unit that receives a control signal from the control unit and sends a turn-on and turn-off signal to the power switch based on the control signal;
With
The controller is
(N + 1) times (n is a positive integer) the basic control amount generation unit for generating the switching period of the basic control amount N_B Tx for the switching control amount N Tx,
The latest digital input voltage value E i , and
From the calculation result T x (n) of the switching control amount NTx in n switching cycles,
An output current prediction unit that predicts and calculates an output current value in (n + 1) switching cycles;
A model control amount generation unit that generates a model control amount MODEL (for example, N Tx_m (n + 1) ) using the digital output current prediction value I o (n + 1) * predicted by the output current prediction unit;
A switching control quantity generation unit to the model controlled variable MODEL generates the switching control amount N Tx incorporated in the basic control amount N_B Tx,
An apparatus for controlling a power conversion circuit comprising:
出力電流予測部は、
さらに最新のディジタル出力電圧値Eoを前記ディジタル出力電流予測値I o * の予測に用いる、ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power converter circuit according to claim 6,
The output current prediction unit
Further use of the latest digital output voltage value E o to the digital output current estimated value I o * of the prediction, the control device for a power converter circuit, characterized in that.
前記出力電流予測部が、前記ディジタル出力電流予測値Io *と、前記ディジタル出力電圧値Eoとに基づき、前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作か、前記電流不連続制御領域での動作かを監視し、
前記出力電流予測部は、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作であるときは、電流連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流不連続制御領域での動作であるときは、電流不連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記モデル制御量生成部は、
前記出力電流予測部から電流連続制御の実行の指示を受けたときは、電流連続制御用関数CM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成し、
前記出力電流予測部から電流不連続制御の実行の指示を受けたときは、電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成する
ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。 The power conversion circuit according to claim 6, wherein the power conversion circuit operates in a current continuous control region where a current flowing through the reactor is continuous and a current discontinuous control region where a current flowing through the reactor is discontinuous. In the control device,
The output current prediction unit determines whether the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region based on the digital output current prediction value I o * and the digital output voltage value E o , Monitors the operation in the current discontinuous control area,
The output current prediction unit
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current continuous control,
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current discontinuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current discontinuous control,
The model controlled variable generation unit
When receiving an instruction to execute continuous current control from the output current prediction unit, the model controlled variable MODEL is generated using a current continuous control function CM (I o (n) * ),
When receiving the instruction for execution of the current discontinuous control from the output current prediction unit, and generates said model controlled variable MODEL using a current discontinuous control function DM (I o (n) * ) Control device for power conversion circuit.
モデル制御量生成部は、モデル制御量MODELの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *に上限しきい値または下限しきい値を設定することを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power converter circuit according to claim 8 ,
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model control amount MODEL, the digital of the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) control device for a power conversion circuit, wherein a high threshold or the output current estimated value I o (n) * setting the lower limit threshold.
モデル制御量生成部は、前記モデル制御量NTx_mの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *を含む項に、時間減衰項を含めることを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power converter circuit according to claim 8 ,
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model controlled variable N Tx_m, the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) of A control device for a power conversion circuit, wherein a term including a time decay term is included in a term including the predicted digital output current value I o (n) * .
前記電力変換回路のアナログ入力電圧Eiaおよびアナログ出力電圧eoをディジタル入力電圧値Eiおよびディジタル出力電圧値Eoにそれぞれ変換するAD変換部と、
前記ディジタル入力電圧値Ei、前記ディジタル出力電圧値Eoおよびディジタル出力電流予測値Io *に基づきオンタイムTx、オフタイムToff、スイッチング周期Tsまたはこれらのうちの複数をスイッチング制御量NTxとして決定する制御部と、
前記制御部から制御信号を受け取り、当該制御信号に基づき前記電力スイッチにターンオンおよびターンオフ信号を送出する駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
(n+1)回(nは正の整数)のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxについての基本制御量N_BTxを生成する基本制御量生成部と、
最新のスイッチング周期における、ディジタル入力電圧値Ei、および、
n回のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果Tx(n)、
(n−1)回のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果Tx(n−1)、
・・・
(n−k+1)回のスイッチング周期における、前記スイッチング制御量NTxの計算結果Tx(n−k+1)、
から(ただし、k=2,3,・・・)、(n+1)回のスイッチング周期における出力電流値を予測計算する出力電流予測部と、
前記出力電流予測部により予測計算したディジタル出力電流予測値Io(n+1) *を用いて、モデル制御量MODEL(たとえば、NTx_m(n+1))を生成するモデル制御量生成部と、
前記モデル制御量MODELが前記基本制御量N_BTxに組み込まれた前記スイッチング制御量NTxを生成するスイッチング制御量生成部と、
を備えることを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control device of the power conversion circuit that repeatedly performs the accumulation of energy in the reactor and the discharge of the energy from the reactor by repeatedly performing the turn-on and turn-off of the power switch,
An AD converter for converting each analog input voltage E ia and the analog output voltage e o of the power conversion circuit to a digital input voltage E i and the digital output voltage value E o,
Based on the digital input voltage value E i , the digital output voltage value E o, and the predicted digital output current value I o * , an on-time T x , an off-time T off , a switching period T s, or a plurality of these values is set as a switching control amount. A control unit that determines N Tx ;
A drive unit that receives a control signal from the control unit and sends a turn-on and turn-off signal to the power switch based on the control signal;
With
The controller is
(N + 1) times (n is a positive integer) the basic control amount generation unit for generating the switching period of the basic control amount N_B Tx for the switching control amount N Tx,
Digital input voltage value E i in the latest switching period, and
Calculation result T x (n) of the switching control amount NTx in n switching cycles,
Calculation result T x (n−1) of the switching control amount NTx in (n−1) switching cycles,
...
Calculation result T x (n−k + 1) of the switching control amount N Tx in (n−k + 1) switching cycles,
(Where k = 2, 3,...), An output current prediction unit that predicts and calculates an output current value in (n + 1) switching cycles,
A model control amount generation unit that generates a model control amount MODEL (for example, N Tx_m (n + 1) ) using the digital output current prediction value I o (n + 1) * predicted by the output current prediction unit;
A switching control quantity generation unit to the model controlled variable MODEL generates the switching control amount N Tx incorporated in the basic control amount N_B Tx,
An apparatus for controlling a power conversion circuit comprising:
出力電流予測部は、
さらに最新のディジタル出力電圧値Eoを前記ディジタル出力電流予測値I o * の予測に用いる、
ことを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power converter circuit according to claim 11,
The output current prediction unit
Further, the latest digital output voltage value E o is used for the prediction of the digital output current predicted value I o * .
A control device for a power conversion circuit.
前記出力電流予測部が、前記ディジタル出力電流予測値Io *と、前記ディジタル出力電圧値Eoとに基づき、前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作か、前記電流不連続制御領域での動作かを監視し、
前記出力電流予測部は、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流連続制御領域での動作であるときは、電流連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記電力変換回路の現在の動作が、前記電流不連続制御領域での動作であるときは、電流不連続制御の実行を前記モデル制御量生成部に指示し、
前記モデル制御量生成部は、
前記出力電流予測部から電流連続制御の実行の指示を受けたときは、電流連続制御用関数CM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成し、
前記出力電流予測部から電流不連続制御の実行の指示を受けたときは、電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)を用いて前記モデル制御量MODELを生成する電力変換回路の制御装置。 The power conversion circuit according to claim 11, wherein the power conversion circuit operates in a current continuous control region in which a current flowing through the reactor is continuous and a current discontinuous control region in which the current flowing through the reactor is discontinuous. In the control device,
The output current prediction unit determines whether the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region based on the digital output current prediction value I o * and the digital output voltage value E o , Monitors the operation in the current discontinuous control area,
The output current prediction unit
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current continuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current continuous control,
When the current operation of the power conversion circuit is an operation in the current discontinuous control region, the model controlled variable generation unit is instructed to execute the current discontinuous control,
The model controlled variable generation unit
When receiving an instruction to execute continuous current control from the output current prediction unit, the model controlled variable MODEL is generated using a current continuous control function CM (I o (n) * ),
When receiving the instruction for execution of the current discontinuous control from the output current prediction unit, a current discontinuous control function DM (I o (n) * ) of the power conversion circuit for generating the model controlled variable MODEL using Control device.
モデル制御量生成部は、モデル制御量MODELの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *に上限しきい値または下限しきい値を設定することを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power conversion circuit according to claim 13 ,
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model control amount MODEL, the digital of the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) control device for a power conversion circuit, wherein a high threshold or the output current estimated value I o (n) * setting the lower limit threshold.
モデル制御量生成部は、前記モデル制御量NTx_mの計算において、前記電流連続制御用関数CM(Io(n) *)または前記電流不連続制御用関数DM(Io(n) *)の前記ディジタル出力電流予測値Io(n) *を含む項に、時間減衰項を含めることを特徴とする電力変換回路の制御装置。 In the control apparatus of the power conversion circuit according to claim 13 ,
Model control quantity generation unit, in the calculation of the model controlled variable N Tx_m, the continuous current control function CM (I o (n) * ) or the current discontinuous control function DM (I o (n) * ) of A control device for a power conversion circuit, wherein a term including a time decay term is included in a term including the predicted digital output current value I o (n) * .
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