JP6906703B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は電力変換装置に関し、より特定的には、直流電圧変換(DC/DC変換)を実行する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more specifically, to a power conversion device that performs DC voltage conversion (DC / DC conversion).

スイッチング素子をオンオフ動作することによって、リアクトルの磁気エネルギの蓄積量及び放出量の比を制御することにより、入力された直流電圧を昇降圧した任意の出力電圧が得られる電力変換装置が公知である。 A power conversion device is known that can obtain an arbitrary output voltage obtained by stepping up and down the input DC voltage by controlling the ratio of the accumulated amount and the released amount of magnetic energy of the reactor by operating the switching element on and off. ..

例えば、特開2004−120940号公報(特許文献1)には、昇降圧可能なDC−DCコンバータとして、いわゆる、Hブリッジ型スイッチングレギュレータの回路構成が記載される。具体的には、降圧回路を構成する第1及び第2のスイッチング素子と、昇圧回路を構成する第3及び第4のスイッチング素子と、第1及び第2のスイッチング素子の接続点と第3及び第4のスイッチング素子の接続点との間に接続されたリアクトルとを備える回路構成が開示される。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-120940 (Patent Document 1) describes a circuit configuration of a so-called H-bridge type switching regulator as a DC-DC converter capable of raising and lowering pressure. Specifically, the first and second switching elements constituting the step-down circuit, the third and fourth switching elements constituting the step-up circuit, the connection points of the first and second switching elements, and the third and third. A circuit configuration including a reactor connected to and from a connection point of a fourth switching element is disclosed.

特許文献1のDC−DCコンバータは、入力電圧を昇圧して出力する場合には、第1のスイッチング素子を常時オンとする一方で、第3と第4のスイッチング素子を周期的にオンオフさせることによって、入力電圧よりも高い出力電圧を得る。これに対して、当該DC−DCコンバータは、入力電圧を降圧して出力する場合には、第1から第4のスイッチング素子を周期的にオンオフさせる昇降圧動作によって、入力電圧よりも低い出力電圧を得る。 In the DC-DC converter of Patent Document 1, when the input voltage is boosted and output, the first switching element is always turned on, while the third and fourth switching elements are periodically turned on and off. To obtain an output voltage higher than the input voltage. On the other hand, when the input voltage is stepped down and output, the DC-DC converter has an output voltage lower than the input voltage by a buck-boost operation in which the first to fourth switching elements are periodically turned on and off. To get.

特開2004−120940号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-120940

特許文献1のDC−DCコンバータは、昇圧動作及び昇降圧動作を切替えることにより、入力電圧がある範囲で変動(例えば、リチウムイオン電池での3.0[V]〜4.2[V]の変動)しても、略一定の出力電圧(例えば、3.3[V])を安定的に得ることが可能である。 The DC-DC converter of Patent Document 1 fluctuates within a certain range of the input voltage by switching between the step-up operation and the step-up / down operation (for example, 3.0 [V] to 4.2 [V] in a lithium ion battery. Even if it fluctuates), it is possible to stably obtain a substantially constant output voltage (for example, 3.3 [V]).

しかしながら、入力電圧を降圧する場合には昇降圧動作する必要があるため、降圧回路及び昇圧回路の両方でスイッチング損失が発生するため、効率が低下することが懸念される。 However, when the input voltage is stepped down, the step-up / down operation must be performed, so that switching loss occurs in both the step-down circuit and the step-up circuit, and there is a concern that the efficiency may decrease.

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、入力電圧を昇降圧する電力変換装置において、制御動作を不安定化させることなく、降圧時及び昇圧時の両方において電力変換(DC/DC変換)を高効率化することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is a power converter that raises and lowers an input voltage during step-down and step-up without destabilizing control operation. It is to improve the efficiency of power conversion (DC / DC conversion) at both times.

本発明のある局面では、入力電圧を昇降圧した出力電圧を出力する電力変換装置であって、第1のスイッチング素子を含む降圧回路と、第2のスイッチング素子を含む昇圧回路と、制御器とを備える。制御器は、電力変換装置の出力電圧指令値に従って出力電圧を制御するために第1及び第2のスイッチング素子のオンオフを制御する第1及び第2の制御信号を生成する。制御器は、動作モード選択部と、デューティ制御部とを含む。動作モード選択部は、出力電圧指令値の入力を受けて、電力変換装置の動作モードの選択結果及び出力電圧の制御目標電圧を出力する。デューティ制御部は、動作モードの選択結果及び制御目標電圧に従って第1及び第2スイッチング素子の各々のオンオフのデューティ比を制御する。動作モードは、第1及び第2のモードを含む。第1のモードでは、第2のスイッチング素子のオンオフを固定する一方で第1のスイッチング素子のデューティ比によって、出力電圧は入力電圧よりも低い制御目標電圧に制御される。第2のモードでは、第1のスイッチング素子のオンオフを固定する一方で第2のスイッチング素子のデューティ比によって、出力電圧は入力電圧よりも高い制御目標電圧に制御される。動作モード選択部は、入力電圧よりも低い第1の閾値と、入力電圧よりも高い第2の閾値との間の境界電圧範囲を避けて出力電圧の制御目標電圧を設定する。 In a certain aspect of the present invention, a power conversion device that outputs an output voltage obtained by stepping up and down an input voltage, the step-down circuit including the first switching element, the step-up circuit including the second switching element, and a controller. To be equipped. The controller generates first and second control signals that control the on / off of the first and second switching elements in order to control the output voltage according to the output voltage command value of the power converter. The controller includes an operation mode selection unit and a duty control unit. The operation mode selection unit receives the input of the output voltage command value and outputs the operation mode selection result of the power converter and the control target voltage of the output voltage. The duty control unit controls the on / off duty ratio of each of the first and second switching elements according to the selection result of the operation mode and the control target voltage. The operation mode includes the first and second modes. In the first mode, the output voltage is controlled to a control target voltage lower than the input voltage by the duty ratio of the first switching element while fixing the on / off of the second switching element. In the second mode, the output voltage is controlled to a control target voltage higher than the input voltage by the duty ratio of the second switching element while fixing the on / off of the first switching element. The operation mode selection unit sets the control target voltage of the output voltage while avoiding the boundary voltage range between the first threshold value lower than the input voltage and the second threshold value higher than the input voltage.

本発明によれば、第1のモードでは昇圧回路のスイッチング素子のオンオフを固定して入力電圧を降圧した出力電圧を発生するとともに、第2のモードでは降圧回路のスイッチング素子のオンオフを固定して入力電圧を昇圧した出力電圧を発生することが可能であり、かつ、第1及び第2のモードにおける出力電圧の制御目標電圧を入力電圧を挟んだ境界電圧範囲を避けて設定することが可能であるので、制御動作を不安定化させることなく、降圧時及び昇圧時の両方において電力変換を高効率化することができる。 According to the present invention, in the first mode, the on / off of the switching element of the step-up circuit is fixed to generate an output voltage whose input voltage is stepped down, and in the second mode, the on / off of the switching element of the step-down circuit is fixed. It is possible to generate an output voltage that boosts the input voltage, and it is possible to set the control target voltage of the output voltage in the first and second modes while avoiding the boundary voltage range that sandwiches the input voltage. Therefore, it is possible to improve the efficiency of power conversion both at the time of step-down and at the time of step-up without destabilizing the control operation.

実施の形態1に係る電力変換装置の構成を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structure of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 図1に示された制御器の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the controller shown in FIG. 図2に示された動作モード選択部の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operation of the operation mode selection part shown in FIG. 実施の形態1の変形例1に係る動作モード選択部の動作を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the operation mode selection part which concerns on the modification 1 of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例2に係る制御器の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the controller which concerns on the modification 2 of Embodiment 1. FIG. 図5に示されたデューティ演算部の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the duty calculation part shown in FIG. 実施の形態2に係る電力変換装置のモード遷移図である。It is a mode transition diagram of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る電力変換装置における出力電圧とモードとの関係を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the relationship between the output voltage and the mode in the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る電力変換装置の構成を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structure of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 図9に示された制御器の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the controller shown in FIG. 図10に示された動作モード選択部の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operation of the operation mode selection part shown in FIG. 実施の形態2の変形例に係る制御器の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the controller which concerns on the modification of Embodiment 2. 実施の形態3に係る電力変換装置の構成を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structure of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 3. FIG. 図13に示された制御器の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the controller shown in FIG. 図14に示されたデューティ演算部の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the duty calculation unit shown in FIG. 図15中に示されたフィードフォワード項の設定例を説明する図表である。It is a figure explaining the setting example of the feedforward term shown in FIG. 実施の形態2に係る電力変換装置における出力電圧指令値の上昇に伴う動作モード切換時のシミュレーション波形図である。It is a simulation waveform diagram at the time of operation mode switching with the increase of the output voltage command value in the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係る電力変換装置における出力電圧指令値の上昇に伴う動作モード切換時のシミュレーション波形図である。It is a simulation waveform diagram at the time of operation mode switching with the increase of the output voltage command value in the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態2に係る電力変換装置における出力電圧指令値の低下に伴う動作モード切換時のシミュレーション波形図である。FIG. 5 is a simulation waveform diagram at the time of operation mode switching due to a decrease in an output voltage command value in the power conversion device according to the second embodiment. 実施の形態3に係る電力変換装置における出力電圧指令値の低下に伴う動作モード切換時のシミュレーション波形図である。FIG. 5 is a simulation waveform diagram at the time of operation mode switching due to a decrease in an output voltage command value in the power conversion device according to the third embodiment.

以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the figure are designated by the same reference numerals, and the explanations are not repeated in principle.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置の構成を説明する回路図である。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to a first embodiment.

図1を参照して、実施の形態1に係る電力変換装置5aは、降圧回路10と、昇圧回路20と、制御器30aと、リアクトルL1と、平滑コンデンサC1とを備える。電力変換装置5aは、直流電源40と接続される入力端子N11,N12と、負荷41と接続される出力端子N21,N22とをさらに備える。 With reference to FIG. 1, the power conversion device 5a according to the first embodiment includes a step-down circuit 10, a step-up circuit 20, a controller 30a, a reactor L1, and a smoothing capacitor C1. The power conversion device 5a further includes input terminals N11 and N12 connected to the DC power supply 40, and output terminals N21 and N22 connected to the load 41.

入力端子N11は直流電源40の高電位側と接続され、入力端子N12は直流電源40の低電位側と接続される。出力端子N21は負荷41の高電位側と接続され、出力端子N22は、負荷41の低電位側と接続される。低電位側の入力端子N12及び出力端子N22は、共通の電力線(例えば、接地配線)GLによって接続される。電力線GLは、平滑コンデンサC1の低電位側とも接続される。 The input terminal N11 is connected to the high potential side of the DC power supply 40, and the input terminal N12 is connected to the low potential side of the DC power supply 40. The output terminal N21 is connected to the high potential side of the load 41, and the output terminal N22 is connected to the low potential side of the load 41. The input terminal N12 and the output terminal N22 on the low potential side are connected by a common power line (for example, ground wiring) GL. The power line GL is also connected to the low potential side of the smoothing capacitor C1.

以下では、直流電源40から入力される入力端子N11及びN12間の直流電圧を、入力電圧Vinと称する。同様に、負荷41へ出力される出力端子N21及びN22間の直流電圧を、出力電圧Voutとも称する。入力電圧Vin及び出力電圧Voutは、いずれも直流電圧である。図示を省略しているが、入力端子N11及びN12には、入力電圧Vinを検出するための電圧センサが配置される。同様に、出力端子N21及びN22には、出力電圧Voutを検出するための電圧センサが配置される。入力電圧Vin及び出力電圧Voutの検出値は、制御器30aへ入力される。 Hereinafter, the DC voltage between the input terminals N11 and N12 input from the DC power supply 40 is referred to as an input voltage Vin. Similarly, the DC voltage between the output terminals N21 and N22 output to the load 41 is also referred to as an output voltage Vout. Both the input voltage Vin and the output voltage Vout are DC voltages. Although not shown, voltage sensors for detecting the input voltage Vin are arranged at the input terminals N11 and N12. Similarly, voltage sensors for detecting the output voltage Vout are arranged at the output terminals N21 and N22. The detected values of the input voltage Vin and the output voltage Vout are input to the controller 30a.

制御器30には、出力電圧指令値Vout*がさらに入力される。電力変換装置5aが降圧回路10及び昇圧回路20の両方を有するため、出力電圧指令値Vout*は、入力電圧Vinよりも高電圧側及び低電圧側のいずれにも設定することができる。制御器30は、出力電圧指令値Vout*に従って出力電圧Voutが安定的に得られるように、降圧回路10及び昇圧回路20の動作を制御する。 The output voltage command value Vout * is further input to the controller 30. Since the power conversion device 5a has both the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20, the output voltage command value Vout * can be set on either the high voltage side or the low voltage side of the input voltage Vin. The controller 30 controls the operation of the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 so that the output voltage Vout can be stably obtained according to the output voltage command value Vout *.

降圧回路10は、第1のスイッチング素子Tr1及び第1の半導体素子Di1を有する。第1のスイッチング素子Tr1は、リアクトルL1の一方端が接続されたノードN1と、入力端子N11との間に接続される。第1の半導体素子Di1は、ノードN1と入力端子N12との間に接続される。 The step-down circuit 10 includes a first switching element Tr1 and a first semiconductor element Di1. The first switching element Tr1 is connected between the node N1 to which one end of the reactor L1 is connected and the input terminal N11. The first semiconductor element Di1 is connected between the node N1 and the input terminal N12.

第1のスイッチング素子Tr1は、オフ時に、直流電源40からの入力電流を遮断するものである。第1の半導体素子Di1は、第1のスイッチング素子Tr1が入力電流を遮断したときに、リアクトルL1を流れるリアクトル電流ILの還流経路を確保するものであり、かつ、ノードN1から電力線GL(入力端子N12及び出力端子N22)へ電流が流れないように配置される。 The first switching element Tr1 cuts off the input current from the DC power supply 40 when it is off. The first semiconductor element Di1 secures a recirculation path of the reactor current IL flowing through the reactor L1 when the first switching element Tr1 cuts off the input current, and the power line GL (input terminal) from the node N1. It is arranged so that no current flows to N12 and the output terminal N22).

リアクトルL1は、降圧回路10及び昇圧回路20の間、具体的には、ノードN1及びN2の間に接続される。平滑コンデンサC1は、出力端子N21及びN22の間に接続されて、電力変換装置5aによる出力電圧Voutの交流成分を抑制する。 The reactor L1 is connected between the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20, specifically, between the nodes N1 and N2. The smoothing capacitor C1 is connected between the output terminals N21 and N22 to suppress the AC component of the output voltage Vout by the power conversion device 5a.

昇圧回路20は、第2のスイッチング素子Tr2及び第2の半導体素子Di2を有する。第2のスイッチング素子Tr2は、リアクトルL1の他方端と接続されたノードN2と、電力線GLの間に接続される。第2の半導体素子Di2は、ノードN2と、出力端子N21及び平滑コンデンサC1の高電位側)との間に接続される。 The booster circuit 20 has a second switching element Tr2 and a second semiconductor element Di2. The second switching element Tr2 is connected between the node N2 connected to the other end of the reactor L1 and the power line GL. The second semiconductor element Di2 is connected between the node N2 and the output terminal N21 and the high potential side of the smoothing capacitor C1).

第2のスイッチング素子Tr2は、オン時に、ノードN1及び電力線GLを接続することによって、リアクトルL1に磁気エネルギを蓄積するための電流経路を形成するものである。第2の半導体素子Di2は、第1のスイッチング素子Tr2がオフしたときに、降圧回路10及びリアクトルL1から出力端子N21への電流経路を確保するものであり、かつ、出力端子N21(平滑コンデンサC1)から、リアクトルL1及び降圧回路10への電流の逆流を防止するために配置される。 The second switching element Tr2 forms a current path for accumulating magnetic energy in the reactor L1 by connecting the node N1 and the power line GL when it is turned on. The second semiconductor element Di2 secures a current path from the step-down circuit 10 and the reactor L1 to the output terminal N21 when the first switching element Tr2 is turned off, and the output terminal N21 (smoothing capacitor C1). ), It is arranged to prevent the backflow of the current to the reactor L1 and the step-down circuit 10.

第1及び第2のスイッチング素子Tr1,Tr2は、図1に例示されるように、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)によって構成することができるが、制御信号に応じてオンオフ可能であれば任意の素子を適用することができる。例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)によっても、第1及び第2のスイッチング素子Tr1,Tr2を構成することが可能である。 The first and second switching elements Tr1 and Tr2 can be configured by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) as illustrated in FIG. 1, but any element can be turned on and off according to a control signal. Can be applied. For example, MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) can also be used to configure the first and second switching elements Tr1 and Tr2.

第1及び第2の半導体素子Di1及びDi2は、図1に例示された接続方向を有するダイオードによって構成することができる。尚、第1の半導体素子Di1は、ダイオードではなく、第1のスイッチング素子Tr1と相補的にオンオフされるスイッチング素子(IGBT又はMOSFET等)で構成することが可能である。同様に、第2の半導体素子Di2についても、ダイオードではなく、第2のスイッチング素子Tr2と相補的にオンオフされるスイッチング素子(IGBT又はMOSFET等)で構成することが可能である。スイッチング素子によって半導体素子Di1,Di2を構成すると、ダイオードと比較して導通損失を低減できる。特に、第2の半導体素子Di2をスイッチング素子で構成すると、負荷41から直流電源40への回生のための電流経路を形成することが可能となる。 The first and second semiconductor elements Di1 and Di2 can be configured by diodes having the connection directions illustrated in FIG. The first semiconductor element Di1 can be composed of a switching element (IGBT, MOSFET, etc.) that is turned on and off complementarily with the first switching element Tr1 instead of a diode. Similarly, the second semiconductor element Di2 can be configured not with a diode but with a switching element (IGBT, MOSFET, etc.) that is turned on and off complementarily with the second switching element Tr2. When the semiconductor elements Di1 and Di2 are configured by the switching element, the conduction loss can be reduced as compared with the diode. In particular, when the second semiconductor element Di2 is composed of a switching element, it is possible to form a current path for regeneration from the load 41 to the DC power supply 40.

又、第1及び第2のスイッチング素子Tr1,Tr2及び第1及び第2の半導体素子Di1,Di2については、任意の半導体材料によって作成することが可能であり、Si(シリコン)の他、SiC(シリコンカーバイド)又はGaN(ガリウムナイトライド)等を適用することも可能である。 Further, the first and second switching elements Tr1 and Tr2 and the first and second semiconductor elements Di1 and Di2 can be made of any semiconductor material, and can be made of any semiconductor material. In addition to Si (silicon), SiC ( Silicon carbide) or GaN (gallium nitride) or the like can also be applied.

尚、降圧回路10において、第1のスイッチング素子Tr1は、直流電源40からの入力電流を遮断可能であればよいので、入力端子N12と半導体素子Di1との間に接続することも可能である。この場合には、第1の半導体素子Di1は、入力端子N11及びノードN1と、第1のスイッチング素子Tr1及び出力端子N22との間に接続されるものと言い換えられる。 In the step-down circuit 10, the first switching element Tr1 may be connected between the input terminal N12 and the semiconductor element Di1 as long as the input current from the DC power supply 40 can be cut off. In this case, the first semiconductor element Di1 can be paraphrased as being connected between the input terminal N11 and the node N1 and the first switching element Tr1 and the output terminal N22.

同様に、昇圧回路20において、第2の半導体素子Di2は、降圧回路10又はリアクトルL1から平滑コンデンサC1への電流経路を形成する一方で、平滑コンデンサC1降圧回路10又はリアクトルL1への電流を阻止するものであればよい。従って、第2の半導体素子Di2は、電力線GL側に、出力端子N22及び第2のスイッチング素子Tr2の間に接続されてもよい。この場合、第2の半導体素子Di2がダイオードであれば、出力端子N22から入力端子N12へ向かう方向を順方向として接続される。又、第2のスイッチング素子Tr2は、ノードN2及び出力端子N21(平滑コンデンサC1の正極側)と、電力線GLとの間に接続される。 Similarly, in the booster circuit 20, the second semiconductor element Di2 forms a current path from the step-down circuit 10 or reactor L1 to the smoothing capacitor C1, while blocking the current to the smoothing capacitor C1 step-down circuit 10 or reactor L1. Anything that does. Therefore, the second semiconductor element Di2 may be connected to the power line GL side between the output terminal N22 and the second switching element Tr2. In this case, if the second semiconductor element Di2 is a diode, the second semiconductor element Di2 is connected with the direction from the output terminal N22 toward the input terminal N12 as the forward direction. Further, the second switching element Tr2 is connected between the node N2 and the output terminal N21 (the positive electrode side of the smoothing capacitor C1) and the power line GL.

制御器30aは、降圧回路10の第1のスイッチング素子Tr1のオンオフを制御する制御信号S1と、昇圧回路20の第2のスイッチング素子Tr2のオンオフを制御する制御信号S2とを出力する。尚、以下の説明では、各スイッチング素子Tr1,Tr2について、オンオフの状態が明示されていないものについては、オフ状態であるものとする。 The controller 30a outputs a control signal S1 for controlling the on / off of the first switching element Tr1 of the step-down circuit 10 and a control signal S2 for controlling the on / off of the second switching element Tr2 of the step-up circuit 20. In the following description, it is assumed that the switching elements Tr1 and Tr2 are in the off state if the on / off state is not specified.

制御器30aは、例えば、オペアンプ等を含むアナログ回路やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等による専用ハードウェアで構成することが可能である。又、制御器30aは、メモリ(図示せず)に搭載されたプログラムを、プロセッサ(図示せず)で実行することによって、以下に説明する制御機能を実現するように動作することも可能である。メモリは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)及び、ROM(Read Only Memory)等によって構成することが可能であり、プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)及び、MCU(Micro Control Unit)等によって構成することが可能である。 The controller 30a can be configured by, for example, an analog circuit including an operational amplifier or the like, or dedicated hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Further, the controller 30a can also operate so as to realize the control function described below by executing the program mounted in the memory (not shown) on the processor (not shown). .. The memory can be configured by DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), etc., and the processor is a CPU (Central Processing Unit), MPU (Micro Processing). It can be configured by a Unit), an MCU (Micro Control Unit), or the like.

図2は、制御器30aの機能を説明するブロック図である。図2を含む各ブロック図に記載される各ブロックの機能は、専用電子回路によるハードウェア、及び、プログラム処理によるソフトウェアのいずれで実現することも可能である。或いは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって、ブロックの機能が実現されてもよい。 FIG. 2 is a block diagram illustrating the function of the controller 30a. The function of each block described in each block diagram including FIG. 2 can be realized by either hardware by a dedicated electronic circuit or software by program processing. Alternatively, the function of the block may be realized by a combination of hardware and software.

図2を参照して、制御器30aは、動作モード選択部31と、デューティ演算部32と、デューティ選択部33と、PWM(Pulse Width Modulation)信号生成部34とを含む。 With reference to FIG. 2, the controller 30a includes an operation mode selection unit 31, a duty calculation unit 32, a duty selection unit 33, and a PWM (Pulse Width Modulation) signal generation unit 34.

動作モード選択部31には、出力電圧指令値Vout*と、閾値V1,V2とが入力される。出力電圧指令値Vout*及び閾値V1,V2の比較に基づき、第1及び第2のスイッチング素子Tr1,Tr2のデューティ制御のための制御目標電圧Vc*及びモード選択信号Smdを設定する。モード選択信号Smdは、電力変換装置5aの動作モードの選択結果を示す信号である。実施の形態1では、動作モードは、昇圧回路20を停止して降圧回路10を動作する降圧モードと、降圧回路10を停止して昇圧回路20を動作する昇圧モードとを含む。 The output voltage command value Vout * and the threshold values V1 and V2 are input to the operation mode selection unit 31. Based on the comparison between the output voltage command value Vout * and the threshold values V1 and V2, the control target voltage Vc * and the mode selection signal Smd for duty control of the first and second switching elements Tr1 and Tr2 are set. The mode selection signal Smd is a signal indicating the selection result of the operation mode of the power conversion device 5a. In the first embodiment, the operation mode includes a step-down mode in which the step-up circuit 20 is stopped and the step-down circuit 10 is operated, and a step-up mode in which the step-down circuit 10 is stopped and the step-up circuit 20 is operated.

閾値V1は、入力電圧Vinよりも低い電圧値に設定される。一方で、閾値V2は、入力電圧Vinよりも高い電圧値に設定される。閾値V1,V2は、直流電源40の特性(例えば、定格出力電圧範囲)に基づいて予め定められた固定値とすることができる。或いは、図示しない電圧センサによる入力電圧Vinの検出値に基づき、確実に上記電圧条件(V1<Vin、かつ、V2>Vin)が満たされるように、閾値V1,V2を可変値として設定することも可能である。 The threshold value V1 is set to a voltage value lower than the input voltage Vin. On the other hand, the threshold value V2 is set to a voltage value higher than the input voltage Vin. The threshold values V1 and V2 can be fixed values predetermined based on the characteristics of the DC power supply 40 (for example, the rated output voltage range). Alternatively, the threshold values V1 and V2 may be set as variable values so that the above voltage conditions (V1 <Vin and V2> Vin) are surely satisfied based on the detected value of the input voltage Vin by the voltage sensor (not shown). It is possible.

図3には、動作モード選択部31の動作を説明するフローチャートが示される。
図3を参照して、動作モード選択部31は、ステップ(以下、単に「S」と表記する)110により、電力変換装置5aに対する出力電圧指令値Vout*を入力すると、S120により、出力電圧指令値Vout*を閾値V1及びV2と比較する。具体的には、V1<Vout*<V2の範囲(境界電圧範囲)内であるか否かが判定される。
FIG. 3 shows a flowchart explaining the operation of the operation mode selection unit 31.
With reference to FIG. 3, when the operation mode selection unit 31 inputs the output voltage command value Vout * to the power conversion device 5a in step 110 (hereinafter, simply referred to as “S”) 110, the output voltage command is given by S120. The value Vout * is compared with the thresholds V1 and V2. Specifically, it is determined whether or not it is within the range of V1 <Vout * <V2 (boundary voltage range).

動作モード選択部31は、V1<Vout*<V2のときには(S131のYES判定時)、S130により、制御目標電圧Vc*を、出力電圧指令値Vout*ではなく閾値V1に設定する(Vc*=V1)。一方で、Vout*≦V1、又は、V2≦Voutのときには(S131のNO判定時)、S140により、出力電圧指令値Vout*をそのまま制御目標電圧Vc*とする(Vc*=Vout*)。さらに、動作モード選択部31は、S130又はS140で設定された制御目標電圧Vc*をデューティ演算部32(図2)へ出力する。S120〜S140により、制御目標電圧Vc*は、V1<Vc*<V2の境界電圧範囲を避けて設定される。 When V1 <Vout * <V2 (when YES is determined in S131), the operation mode selection unit 31 sets the control target voltage Vc * to the threshold value V1 instead of the output voltage command value Vout * by S130 (Vc * = V1). On the other hand, when Vout * ≤ V1 or V2 ≤ Vout (when NO is determined in S131), the output voltage command value Vout * is set as the control target voltage Vc * by S140 (Vc * = Vout *). Further, the operation mode selection unit 31 outputs the control target voltage Vc * set in S130 or S140 to the duty calculation unit 32 (FIG. 2). According to S120 to S140, the control target voltage Vc * is set while avoiding the boundary voltage range of V1 <Vc * <V2.

動作モード選択部31は、S160により、制御目標電圧Vc*を閾値V2と比較する。そして、Vc*≧V2のとき(S160のYES判定時)には、S180により、昇圧モードが選択される。昇圧モードの選択時には、モード選択信号Smdは“1”に設定されて、デューティ演算部32及びデューティ選択部33へ出力される。一方で、Vc*<V2のとき(S160のNO判定時)には、S190により、降圧モードが選択される。降圧モードの選択時には、モード選択信号Smdは“0”に設定されて、デューティ演算部32及びデューティ選択部33へ出力される。 The operation mode selection unit 31 compares the control target voltage Vc * with the threshold value V2 by S160. Then, when Vc * ≧ V2 (when YES is determined in S160), the boost mode is selected by S180. When the boost mode is selected, the mode selection signal Smd is set to "1" and output to the duty calculation unit 32 and the duty selection unit 33. On the other hand, when Vc * <V2 (when NO is determined in S160), the step-down mode is selected by S190. When the step-down mode is selected, the mode selection signal Smd is set to "0" and output to the duty calculation unit 32 and the duty selection unit 33.

動作モード選択部31は、S110で読み込まれた出力電圧指令値Vout*に基づく、制御目標電圧Vc*(S150)及びモード選択信号Smd(S180,S190)を出力すると、処理を終了する。 When the operation mode selection unit 31 outputs the control target voltage Vc * (S150) and the mode selection signal Smd (S180, S190) based on the output voltage command value Vout * read in S110, the process ends.

尚、S130では、Vc*=V2に設定することも可能である。Vc*=V2としても、V1<Vc*<V2の境界電圧範囲を避けて、制御目標電圧Vc*を設定することができる。又、S160では、制御目標電圧Vc*と閾値V1とを比較してもよい。この場合には、Vc*>V1のときに昇圧モード(Smd=“1”)を選択する一方で、Vc*≦V1のときに降圧モード(Smd=“0”)を選択することができる。 In S130, it is also possible to set Vc * = V2. Even if Vc * = V2, the control target voltage Vc * can be set while avoiding the boundary voltage range of V1 <Vc * <V2. Further, in S160, the control target voltage Vc * and the threshold value V1 may be compared. In this case, the step-down mode (Smd = “1”) can be selected when Vc *> V1, while the step-down mode (Smd = “0”) can be selected when Vc * ≦ V1.

再び図2を参照して、デューティ演算部32は、出力電圧Voutを制御目標電圧Vc*に制御するためのデューティ比Dcを算出する。デューティ演算部32は、モード選択信号Smdに応じて、降圧モード及び昇圧モードの間でデューティ比Dcの制御演算を切換える。以下では、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2の各々について、オンオフされる際のスイッチング周期Tcに対するオン期間Tonの比(Ton/Tc)をデューティ比と定義する。 With reference to FIG. 2 again, the duty calculation unit 32 calculates the duty ratio Dc for controlling the output voltage Vout to the control target voltage Vc *. The duty calculation unit 32 switches the control calculation of the duty ratio Dc between the step-down mode and the step-up mode according to the mode selection signal Smd. Hereinafter, for each of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2, the ratio (Ton / Tc) of the on-period Ton to the switching period Tc when it is turned on and off is defined as the duty ratio.

降圧回路10が動作する降圧モードでは、第1のスイッチング素子Tr1のデューティ比D1を用いて、出力電圧Vout及び入力電圧Vinの間には、下記の式(1)が成立する。 In the step-down mode in which the step-down circuit 10 operates, the following equation (1) is established between the output voltage Vout and the input voltage Vin by using the duty ratio D1 of the first switching element Tr1.

Vout=D1・Vin …(1)
従って、降圧モードでは、入力電圧Vinの検出値と、制御目標電圧Vc*とを用いて、下記の式(2)で算出することができる。
Vout = D1 · Vin ... (1)
Therefore, in the step-down mode, it can be calculated by the following equation (2) using the detected value of the input voltage Vin and the control target voltage Vc *.

Dc=Vc*/Vin …(2)
或いは、出力電圧の電圧偏差ΔVout(ΔVout=Vc*−Vout)を用いたフィードバック制御(代表的には、PI制御)によって、デューティ比Dcを算出することも可能である。或いは、Vinに基づくフィードフォワード項(式(2))と、出力電圧偏差ΔVoutに基づくフィードバック項との加算によって、降圧モードにおけるデューティ比Dcを求めることも可能である。
Dc = Vc * / Vin ... (2)
Alternatively, the duty ratio Dc can be calculated by feedback control (typically, PI control) using the voltage deviation ΔVout (ΔVout = Vc * −Vout) of the output voltage. Alternatively, the duty ratio Dc in the step-down mode can be obtained by adding the feedforward term (Equation (2)) based on Vin and the feedback term based on the output voltage deviation ΔVout.

昇圧回路20が動作する昇圧モードでは、第2のスイッチング素子Tr2のデューティ比D2を用いて、出力電圧Vout及び入力電圧Vinの間には、下記の式(3)が成立する。 In the boost mode in which the boost circuit 20 operates, the following equation (3) is established between the output voltage Vout and the input voltage Vin by using the duty ratio D2 of the second switching element Tr2.

Vout=1/(1−D2)・Vin …(3)
従って、昇圧モードでは、入力電圧Vinの検出値と、制御目標電圧Vc*とを用いて、下記の式(4)で算出することができる。
Vout = 1 / (1-D2) ・ Vin ... (3)
Therefore, in the boost mode, it can be calculated by the following equation (4) using the detected value of the input voltage Vin and the control target voltage Vc *.

Dc=1−(Vin/Vc*) …(4)
昇圧モードにおいても、上述の出力電圧偏差ΔVoutに基づくフィードバック制御によってデューティ比Dcを算出することが可能であり、或いは、フィードフォワード項(式(3))と、出力電圧偏差ΔVoutに基づくフィードバック項との加算によって、降圧モードにおけるデューティ比Dcを求めることも可能である。
Dc = 1- (Vin / Vc *) ... (4)
Even in the boost mode, the duty ratio Dc can be calculated by the feedback control based on the output voltage deviation ΔVout described above, or the feedforward term (Equation (3)) and the feedback term based on the output voltage deviation ΔVout It is also possible to obtain the duty ratio Dc in the step-down mode by adding.

デューティ選択部33は、デューティ演算部32によって算出されたデューティ比Dcを用いて、第1のスイッチング素子Tr1(降圧回路10)のデューティ比D1と、第2のスイッチング素子Tr2(昇圧回路20)のデューティ比D2とを設定する。デューティ選択部33は、モード選択信号Smdに応じて、降圧モード及び昇圧モードのそれぞれにおけるデューティ比D1及びD2を出力する。 The duty selection unit 33 uses the duty ratio Dc calculated by the duty calculation unit 32 to form a duty ratio D1 of the first switching element Tr1 (step-down circuit 10) and a second switching element Tr2 (boost circuit 20). The duty ratio D2 is set. The duty selection unit 33 outputs the duty ratios D1 and D2 in the step-down mode and the step-up mode, respectively, according to the mode selection signal Smd.

モード選択信号Smd=“0”の降圧モードでは、第2のスイッチング素子Tr2(昇圧回路20)をオフに固定するために、D2=0に設定される。一方で、降圧回路10のデューティ比D1は、出力電圧Voutを制御目標電圧Vc*に制御するために算出されたデューティ比Dcに設定される(D1=Dc)。例えば、D1は、式(2)に従うデューティ比Dcに設定される。 In the step-down mode of the mode selection signal Smd = "0", D2 = 0 is set in order to fix the second switching element Tr2 (boost circuit 20) to off. On the other hand, the duty ratio D1 of the step-down circuit 10 is set to the duty ratio Dc calculated to control the output voltage Vout to the control target voltage Vc * (D1 = Dc). For example, D1 is set to a duty ratio Dc according to the equation (2).

これに対して、モード選択信号Smd=“1”の昇圧モードでは、第1のスイッチング素子(降圧回路10)をオンに固定するために、D1=1に設定される。一方で、昇圧回路20のデューティ比D2は、出力電圧Voutを制御目標電圧Vc*に制御するために算出されたデューティ比Dcに設定される(D2=Dc)。例えば、D2は、式(4)に従うデューティ比Dcに設定される。 On the other hand, in the step-up mode of the mode selection signal Smd = "1", D1 = 1 is set in order to fix the first switching element (step-down circuit 10) on. On the other hand, the duty ratio D2 of the booster circuit 20 is set to the duty ratio Dc calculated to control the output voltage Vout to the control target voltage Vc * (D2 = Dc). For example, D2 is set to a duty ratio Dc according to equation (4).

PWM信号生成部34は、デューティ比D1に従ってスイッチング素子Tr1をオンオフするための制御信号S1と、デューティ比D2に従ってスイッチング素子Tr2をオンオフするための制御信号S2とを出力する。制御信号S1及びS2は、図1に示したように、スイッチング素子Tr1及びTr2へ入力される。 The PWM signal generation unit 34 outputs a control signal S1 for turning on / off the switching element Tr1 according to the duty ratio D1 and a control signal S2 for turning on / off the switching element Tr2 according to the duty ratio D2. The control signals S1 and S2 are input to the switching elements Tr1 and Tr2 as shown in FIG.

PWM信号生成部34では、周期的なキャリア波(例えば、のこぎり波や三角波)の電圧Vcwと、デューティ比D1,D2に比例する電圧VD1,VD2とが比較される、PWM変調に従って、制御信号S1,S2が生成される。具体的には、キャリア波の振幅をデューティ比1.0のときの電圧VD1(VD2)相当として、Vcw≦VD1(VD2)の期間で、スイッチング素子Tr1(Tr2)をオンするためにS1(S2)=“1”とする一方で、Vcw>VD1(VD2)の期間で、スイッチング素子Tr1(Tr2)をオフするためにS1=“0”とすることができる。 In the PWM signal generation unit 34, the voltage Vcw of a periodic carrier wave (for example, a sawtooth wave or a triangular wave) is compared with the voltages VD1 and VD2 proportional to the duty ratios D1 and D2. , S2 are generated. Specifically, assuming that the amplitude of the carrier wave is equivalent to the voltage VD1 (VD2) when the duty ratio is 1.0, S1 (S2) is used to turn on the switching element Tr1 (Tr2) in the period of Vcw ≦ VD1 (VD2). ) = "1", while S1 = "0" can be set to turn off the switching element Tr1 (Tr2) in the period of Vcw> VD1 (VD2).

これにより、スイッチング素子Tr1及びTr2は、キャリア波の周期に相当するスイッチング周期Tcでオンオフされ、かつ、スイッチング周期Tc中のオン期間の比は、デューティ選択部33から出力されたデューティ比D1及びD2に従って制御される。降圧モードでは、D2=0に設定されることにより、制御信号S2=“0”に固定されて、第2のスイッチング素子(昇圧回路20)がオフに固定される。又、昇圧モードでは、D1=0に設定されることにより、制御信号S1=“0”に固定されて、第1のスイッチング素子(降圧回路10)がオンに固定される。 As a result, the switching elements Tr1 and Tr2 are turned on and off at the switching period Tc corresponding to the carrier wave period, and the ratio of the on period during the switching period Tc is the duty ratios D1 and D2 output from the duty selection unit 33. It is controlled according to. In the step-down mode, by setting D2 = 0, the control signal S2 = "0" is fixed, and the second switching element (boost circuit 20) is fixed off. Further, in the step-up mode, by setting D1 = 0, the control signal S1 = "0" is fixed, and the first switching element (step-down circuit 10) is fixed on.

以上説明したように、実施の形態1に係る電力変換装置5aによれば、入力電圧Vinの降圧及び昇圧のいずれにも設定可能な出力電圧指令値Vout*に従って出力電圧Voutを制御する際に、降圧モードでは第2のスイッチング素子(昇圧回路20)のスイッチングが停止され(オフ固定)、昇圧モードでは第1のスイッチング素子(降圧回路10)のスイッチングが停止され(オン固定)される。これにより、降圧回路10及び昇圧回路20の両方においてスイッチング損失が発生することを回避して、高効率のDC/DC変換を実行することが可能となる。 As described above, according to the power conversion device 5a according to the first embodiment, when the output voltage Vout is controlled according to the output voltage command value Vout * that can be set for both step-down and step-up of the input voltage Vin. In the step-down mode, the switching of the second switching element (boost circuit 20) is stopped (fixed off), and in the step-up mode, the switching of the first switching element (step-down circuit 10) is stopped (fixed on). This makes it possible to perform highly efficient DC / DC conversion while avoiding the occurrence of switching loss in both the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20.

更に、制御目標電圧Vc*が、昇圧モード及び降圧モードの境界領域となる、V1<Vc*<V2の境界電圧範囲内(V1<Vin,V2>Vin)に設定されることを回避して、降圧回路10及び昇圧回路20を制御することができる。従って、入力電圧Vinが変動しても、降圧モード及び昇圧モードの間の切換りが頻発することを回避して、電力変換装置5aの制御動作を安定化することができる。 Further, it is avoided that the control target voltage Vc * is set within the boundary voltage range of V1 <Vc * <V2 (V1 <Vin, V2> Vin), which is the boundary region between the step-up mode and the step-down mode. The step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 can be controlled. Therefore, even if the input voltage Vin fluctuates, it is possible to avoid frequent switching between the step-down mode and the step-up mode, and stabilize the control operation of the power conversion device 5a.

実施の形態1の変形例1.
実施の形態1の変形例1では、実施の形態1における動作モード選択部31における制御目標電圧Vc*の異なる設定例について説明する。実施の形態1の変形例1では、実施の形態1と比較して、動作モード選択部31による昇圧モード及び降圧モードの間の切換の際における制御目標電圧Vc*の設定手法のみが異なり、その他の構成及び制御は、実施の形態1と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
Modification example of the first embodiment 1.
In the first modification of the first embodiment, different setting examples of the control target voltage Vc * in the operation mode selection unit 31 in the first embodiment will be described. In the first modification of the first embodiment, only the method for setting the control target voltage Vc * at the time of switching between the step-up mode and the step-down mode by the operation mode selection unit 31 is different from that of the first embodiment. Since the configuration and control of the above are the same as those in the first embodiment, the detailed description will not be repeated.

図4は、実施の形態1の変形例1に係る動作モード選択部31の動作を説明する概念図である。図4の横軸は時間軸であり、縦軸は電圧を示す。 FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the operation of the operation mode selection unit 31 according to the first modification of the first embodiment. The horizontal axis of FIG. 4 is the time axis, and the vertical axis is the voltage.

図4を参照して、時間経過に伴って出力電圧指令値Vout*が、昇圧モード領域(Vout*≧V2)から低下したときの、動作モード選択部31によって設定される制御目標電圧Vc*の挙動が、符号304〜306によって示される。 With reference to FIG. 4, the control target voltage Vc * set by the operation mode selection unit 31 when the output voltage command value Vout * drops from the boost mode region (Vout * ≧ V2) with the passage of time. Behavior is indicated by reference numerals 304-306.

符号304には、実施の形態1に従う制御目標電圧Vc*の挙動が示される。即ち、出力電圧指令値Vout*が、昇圧モード領域(Vout*≧V2)から境界電圧範囲(V1<Vout*<V2)内に入ると、即座に、Vc*=V1に設定される。この結果、デューティ演算部32に入力される制御目標電圧Vc*がV2からV1に瞬間的に変化する。この結果、算出されるデューティ比Dcが急峻に変化することによって、電力変換装置5aの制御が不安定になることが懸念される。 Reference numeral 304 indicates the behavior of the control target voltage Vc * according to the first embodiment. That is, when the output voltage command value Vout * enters the boundary voltage range (V1 <Vout * <V2) from the boost mode region (Vout * ≧ V2), Vc * = V1 is immediately set. As a result, the control target voltage Vc * input to the duty calculation unit 32 momentarily changes from V2 to V1. As a result, there is a concern that the control of the power conversion device 5a becomes unstable due to the sudden change in the calculated duty ratio Dc.

従って、実施の形態1の変形例1では、動作モード選択部31は、符号305,306に示されるように、制御目標電圧Vc*の時間的変化を制限した上で、制御目標電圧Vc*をV2からV1へ変化させる。符号305では、一定レートのランプ関数に従って単調減少するように、制御目標電圧Vc*はV2からV1へ変化する。又、符号306では、二次関数に従って単調減少するように、制御目標電圧Vc*はV2からV1へ変化する。これにより、制御目標電圧Vc*の時間的変化を緩やかにすることで、電力変換装置5aの制御の不安定化を防止することができる。尚、符号305及び306で示したランプ関数及び二次関数に限定されず、任意の関数に従って、制御目標電圧Vc*を単調減少させることも可能である。 Therefore, in the first modification of the first embodiment, the operation mode selection unit 31 sets the control target voltage Vc * after limiting the temporal change of the control target voltage Vc * as shown by reference numerals 305 and 306. Change from V2 to V1. At reference numeral 305, the control target voltage Vc * changes from V2 to V1 so as to decrease monotonically according to the ramp function at a constant rate. Further, at reference numeral 306, the control target voltage Vc * changes from V2 to V1 so as to decrease monotonically according to the quadratic function. As a result, it is possible to prevent the control of the power conversion device 5a from becoming unstable by slowing down the temporal change of the control target voltage Vc *. The control target voltage Vc * can be monotonically reduced according to any function without being limited to the ramp function and the quadratic function indicated by reference numerals 305 and 306.

尚、図4では、昇圧モードから降圧モードに切換える際の動作を説明したが、降圧モードから昇圧モードに切換わる際にも同様に、動作モード選択部31は、制御目標電圧Vc*の時間的変化を制限する。即ち、制御目標電圧Vc*がV1からV2に向かって単調増加するように、ランプ関数、二次関数、又は、任意の関数に従って、制御目標電圧Vc*を変化させることができる。 Although the operation when switching from the step-up mode to the step-down mode has been described with reference to FIG. 4, the operation mode selection unit 31 also performs the temporal control target voltage Vc * when switching from the step-down mode to the step-up mode. Limit change. That is, the control target voltage Vc * can be changed according to a ramp function, a quadratic function, or an arbitrary function so that the control target voltage Vc * increases monotonically from V1 to V2.

このように、実施の形態1に係る電力変換装置5aでは、境界電圧範囲(V1<Vc*<V2)を避けて制御目標電圧Vc*を設定するため、昇圧モード及び降圧モードの切換に伴って、制御目標電圧Vc*がV2以上の電圧範囲からV1以下の電圧範囲へ(昇圧モードから降圧モード)又は、V1以下の電圧範囲からV2以上の電圧範囲へ(降圧モードから昇圧モード)変化するが、その際に、制御目標電圧Vc*の時間的変化を制限することで、電力変換装置5aの制御を安定化することができる。 As described above, in the power conversion device 5a according to the first embodiment, since the control target voltage Vc * is set while avoiding the boundary voltage range (V1 <Vc * <V2), the step-up mode and the step-down mode are switched. , The control target voltage Vc * changes from the voltage range of V2 or more to the voltage range of V1 or less (from step-up mode to step-down mode) or from the voltage range of V1 or less to the voltage range of V2 or more (step-down mode to step-up mode). At that time, the control of the power converter 5a can be stabilized by limiting the temporal change of the control target voltage Vc *.

実施の形態1の変形例2.
実施の形態1の変形例2では、実施の形態1における制御器30aに代えて、図5に示される制御器30xが配置される点で異なる。
Modification example of the first embodiment 2.
The second modification of the first embodiment is different in that the controller 30x shown in FIG. 5 is arranged in place of the controller 30a in the first embodiment.

図5は、実施の形態2の変形例2に係る制御器30xの機能を説明するブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram illustrating the function of the controller 30x according to the second modification of the second embodiment.

図5および図2を比較して、制御器30xは、制御器30aと比較して、デューティ演算部32に代えて、デューティ演算部32xを含む点で異なる。制御器30xのその他の部分の構成及び動作は、制御器30aと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。デューティ演算部32xは、リアクトルL1を流れるリアクトル電流ILの制御機能を有する。尚、実施の形態1の変形例2では、電力変換装置5aにおいて、ノードN1及びN2の間にリアクトル電流ILを検出するための図示しない電流センサが配置される。当該電流センサによる検出値は、制御器30x(デューティ演算部32x)へ入力される。 Comparing FIGS. 5 and 2, the controller 30x is different from the controller 30a in that it includes a duty calculation unit 32x instead of the duty calculation unit 32. Since the configuration and operation of the other parts of the controller 30x are the same as those of the controller 30a, the detailed description will not be repeated. The duty calculation unit 32x has a function of controlling the reactor current IL flowing through the reactor L1. In the second modification of the first embodiment, in the power conversion device 5a, a current sensor (not shown) for detecting the reactor current IL is arranged between the nodes N1 and N2. The value detected by the current sensor is input to the controller 30x (duty calculation unit 32x).

図6には、デューティ演算部32xの機能を説明するブロック図が示される。
図6を参照して、デューティ演算部32xは、減算部321,323と、電圧制御部322と、電流制御部324とを含む。
FIG. 6 shows a block diagram illustrating the function of the duty calculation unit 32x.
With reference to FIG. 6, the duty calculation unit 32x includes a subtraction unit 321 and 323, a voltage control unit 322, and a current control unit 324.

減算部321は、制御目標電圧Vc*から出力電圧Voutを減算することによって、出力電圧偏差ΔVoutを算出する。電圧制御部382は、出力電圧偏差ΔVoutを用いたフィードバック制御演算(例えば、PI制御演算、又は、PID制御演算)によって、リアクトル電流ILの電流目標値IL*を生成する。 The subtraction unit 321 calculates the output voltage deviation ΔVout by subtracting the output voltage Vout from the control target voltage Vc *. The voltage control unit 382 generates a current target value IL * of the reactor current IL by a feedback control calculation (for example, PI control calculation or PID control calculation) using the output voltage deviation ΔVout.

減算部323は、電流目標値IL*からリアクトル電流ILを減算することによって電流偏差ΔILを算出する。電流制御部324は、電流偏差ΔIL=0とするためのフィードバック制御演算(例えば、PI制御、又は、PID制御)によって、デューティ比Dcを算出する。 The subtraction unit 323 calculates the current deviation ΔIL by subtracting the reactor current IL from the current target value IL *. The current control unit 324 calculates the duty ratio Dc by a feedback control calculation (for example, PI control or PID control) for setting the current deviation ΔIL = 0.

出力電圧Voutが制御目標電圧Vc*よりも低いときには、電圧制御部322によって電流目標値IL*が上昇される。一方で、出力電圧Voutが制御目標電圧Vc*よりも高いときには、電圧制御部322によって電流目標値IL*が低下される。電流制御部324は、電圧制御部322によって出力電圧偏差ΔVoutを解消するように調整される電流目標値IL*とリアクトル電流ILとが一致するように、デューティ比Dcを算出する。デューティ演算部32xでは、デューティ演算部32とは異なり、動作モード(昇圧モード/降圧モード)間で、デューティ比Dcの制御演算は共通である。 When the output voltage Vout is lower than the control target voltage Vc *, the current target value IL * is increased by the voltage control unit 322. On the other hand, when the output voltage Vout is higher than the control target voltage Vc *, the current target value IL * is lowered by the voltage control unit 322. The current control unit 324 calculates the duty ratio Dc so that the current target value IL * adjusted by the voltage control unit 322 to eliminate the output voltage deviation ΔVout and the reactor current IL match. In the duty calculation unit 32x, unlike the duty calculation unit 32, the control calculation of the duty ratio Dc is common between the operation modes (boost mode / step-down mode).

デューティ比Dcは、降圧モードでは第1のスイッチング素子(降圧回路10)のデューティ比D1に用いられるとともに、昇圧モードでは第2のスイッチング素子(昇圧回路20)のデューティ比D2に用いられる。 The duty ratio Dc is used for the duty ratio D1 of the first switching element (step-down circuit 10) in the step-down mode, and is used for the duty ratio D2 of the second switching element (boost circuit 20) in the step-up mode.

これにより、実施の形態1の変形例2によれば、実施の形態1の効果に加えて、リアクトル電流ILを安定化させながら、出力電圧Voutを出力電圧指令値Vout*に制御することができる。 As a result, according to the second modification of the first embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the output voltage Vout can be controlled to the output voltage command value Vout * while stabilizing the reactor current IL. ..

実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1で説明した昇圧モード(降圧回路10停止)及び降圧モード(昇圧回路20停止)に加えて、昇圧モード及び降圧モードを切換える過渡状態において、降圧回路10及び昇圧回路20の両方を動作させる昇降圧モードをさらに導入する制御について説明する。
Embodiment 2.
In the second embodiment, in addition to the step-up mode (step-down circuit 10 stop) and step-down mode (step-up circuit 20 stop) described in the first embodiment, the step-down circuit 10 and step-up are performed in a transient state for switching between the step-up mode and the step-down mode. A control that further introduces a buck-boost mode that operates both of the circuits 20 will be described.

図7は、実施の形態2に係る電力変換装置のモード遷移図であり、図8は、実施の形態2に係る電力変換装置における出力電圧とモードとの関係を説明する概念図である。 FIG. 7 is a mode transition diagram of the power conversion device according to the second embodiment, and FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the output voltage and the mode in the power conversion device according to the second embodiment.

図7を参照して、実施の形態2では、出力電圧指令値Vout*の低下によって、昇圧モード(降圧回路10停止)から降圧モード(昇圧回路20停止)に移行する場合には、昇圧モードから昇降圧モードへ遷移した後、昇降圧モードから降圧モードへ遷移するように、モード遷移が制御される。 With reference to FIG. 7, in the second embodiment, when shifting from the step-up mode (step-down circuit 10 stop) to the step-down mode (step-up circuit 20 stop) due to a decrease in the output voltage command value Vout *, the step-up mode is started. After the transition to the buck-boost mode, the mode transition is controlled so as to transition from the buck-boost mode to the buck-boost mode.

同様に、出力電圧指令値Vout*の上昇によって、降圧モード(昇圧回路20停止)から昇圧モード(降圧回路10停止)へ移行する場合には、降圧モードから昇降圧モードへ遷移した後、昇降圧モードから昇圧モードへ遷移するように、モード遷移が制御される。 Similarly, when shifting from the step-down mode (step-up circuit 20 stop) to the step-up mode (step-down circuit 10 stop) due to an increase in the output voltage command value Vout *, the step-down pressure is changed after the step-down mode is changed to the step-up / down pressure mode. The mode transition is controlled so as to transition from the mode to the boost mode.

図8を参照して、実施の形態2では、出力電圧指令値Vout*に従って制御される出力電圧Voutに基づいて、モードが選択される。図8の例では、出力電圧指令値Vout*が、降圧モード領域(Vout*≦V1)から昇圧モード領域(Vout*≧V2)まで上昇するのに伴って、出力電圧Voutも同様に、降圧モード領域(Vout≦V1)から昇圧モード領域(Vout≧V2)まで上昇する。この際に、時刻t1においてVout=V1まで上昇し、時刻t2においてVout=Vinまで上昇し、時刻t3においてVout=V2まで上昇している。 With reference to FIG. 8, in the second embodiment, the mode is selected based on the output voltage Vout controlled according to the output voltage command value Vout *. In the example of FIG. 8, as the output voltage command value Vout * rises from the step-down mode region (Vout * ≦ V1) to the step-up mode region (Vout * ≧ V2), the output voltage Vout also rises in the step-down mode. It rises from the region (Vout ≦ V1) to the boost mode region (Vout ≧ V2). At this time, it rises to Vout = V1 at time t1, rises to Vout = Vin at time t2, and rises to Vout = V2 at time t3.

図8の例では、時刻t1までの期間T1では、降圧モードが選択され、時刻t3以降での期間T3では昇圧モードが選択され、時刻t1〜t2の期間T2及び時刻t2〜t3の期間T3では、昇降圧モードが選択される。降圧モード及び昇圧モードにおける、降圧回路10及び昇圧回路20の動作は、実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。 In the example of FIG. 8, the step-down mode is selected in the period T1 up to the time t1, the step-up mode is selected in the period T3 after the time t3, and the period T2 at times t1 to t2 and the period T3 at times t2 to t3 , The buck-boost mode is selected. Since the operations of the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 in the step-down mode and the step-up mode are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will not be repeated.

昇降圧モードでは、第1のスイッチング素子(降圧回路10)及び第2のスイッチング素子(昇圧回路20)の両方をオンオフすることにより、スイッチング素子Tr1及びTr2の両方がオンオフ動作を停止する期間が生じることによる制御動作の不安定化を防止する。尚、昇降圧モードには、出力電圧Voutが入力電圧Vinよりも低い期間(T2)と、出力電圧Voutが入力電圧Vinよりも高い期間(T3)が存在することが理解される。 In the buck-boost mode, by turning on and off both the first switching element (step-down circuit 10) and the second switching element (boosting circuit 20), there is a period in which both the switching elements Tr1 and Tr2 stop the on / off operation. Prevents instability of control operation due to this. It is understood that the buck-boost mode has a period (T2) in which the output voltage Vout is lower than the input voltage Vin and a period (T3) in which the output voltage Vout is higher than the input voltage Vin.

実施の形態1に従って、境界電圧範囲(V1〜V2)における制御目標電圧Vc*及び動作モードを設定すると、期間T3において、Vin<Voutであるのに降圧モードが選択されるケース、又は、期間T4において、Vin>Voutであるのに昇圧モードが選択されるケースが発生する。このようなケースでは、第1のスイッチング素子(降圧回路10)及び第2のスイッチング素子(昇圧回路20)両方が、オン又はオフに固定されて、オンオフ動作を停止することになるので、電圧及び電流が無制御な状態となるため、制御動作が不安定になることが懸念される。 When the control target voltage Vc * and the operation mode in the boundary voltage range (V1 to V2) are set according to the first embodiment, in the period T3, the step-down mode is selected even though Vin <Vout, or the period T4. In some cases, the boost mode is selected even though Vin> Vout. In such a case, both the first switching element (step-down circuit 10) and the second switching element (boosting circuit 20) are fixed on or off to stop the on-off operation, so that the voltage and the voltage and Since the current is in an uncontrolled state, there is a concern that the control operation may become unstable.

従って、本実施の形態2では、出力電圧Voutが境界電圧範囲(V1〜V2)である場合には、降圧回路10及び昇圧回路20の両方が動作する昇降圧モードを適用することで、制御動作の安定化を図る。 Therefore, in the second embodiment, when the output voltage Vout is in the boundary voltage range (V1 to V2), the control operation is performed by applying the buck-boost mode in which both the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 operate. To stabilize.

図9は、実施の形態2に係る電力変換装置の構成を説明する回路図である。
図9を参照して、実施の形態2に係る電力変換装置5bは、実施の形態1に係る電力変換装置5a(図1)と比較して、制御器30aに代えて制御器30bを備える点で異なる。電力変換装置5bのその他の部分の構成及び動作は、電力変換装置5aと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating the configuration of the power conversion device according to the second embodiment.
With reference to FIG. 9, the power conversion device 5b according to the second embodiment includes a controller 30b instead of the controller 30a as compared with the power conversion device 5a (FIG. 1) according to the first embodiment. Is different. Since the configuration and operation of other parts of the power conversion device 5b are the same as those of the power conversion device 5a, the detailed description will not be repeated.

図10は、制御器30bの機能を説明するブロック図である。
図10を参照して、制御器30bは、動作モード選択部35と、デューティ演算部32と、デューティ選択部36と、PWM信号生成部34とを含む。デューティ演算部32及びPWM生成部34は、実施の形態1と同様である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating the function of the controller 30b.
With reference to FIG. 10, the controller 30b includes an operation mode selection unit 35, a duty calculation unit 32, a duty selection unit 36, and a PWM signal generation unit 34. The duty calculation unit 32 and the PWM generation unit 34 are the same as those in the first embodiment.

動作モード選択部35には、出力電圧指令値Vout*及び閾値V1,V2に加えて、出力電圧Voutが入力される。動作モード選択部35は、制御目標電圧Vc*及びモード選択信号Smdを出力する。 In addition to the output voltage command value Vout * and the threshold values V1 and V2, the output voltage Vout is input to the operation mode selection unit 35. The operation mode selection unit 35 outputs the control target voltage Vc * and the mode selection signal Smd.

図11は、動作モード選択部35の動作を説明するフローチャートである。
図11を参照して、動作モード選択部35は、S210により、電力変換装置5aの出力電圧Vout及び出力電圧指令値Vout*を入力すると、S120〜S140(図3)と同様のS220〜S240によって、出力電圧指令値Vout*と閾値V1及びV2との比較により、制御目標電圧Vc*を設定する。動作モード選択部35は、S150(図3)と同様のS250により、S230又はS240で設定された制御目標電圧Vc*をデューティ演算部32(32x)に対して出力する。
FIG. 11 is a flowchart illustrating the operation of the operation mode selection unit 35.
With reference to FIG. 11, when the output voltage Vout and the output voltage command value Vout * of the power conversion device 5a are input by S210, the operation mode selection unit 35 uses S220 to S240 similar to S120 to S140 (FIG. 3). , The control target voltage Vc * is set by comparing the output voltage command value Vout * with the threshold voltages V1 and V2. The operation mode selection unit 35 outputs the control target voltage Vc * set in S230 or S240 to the duty calculation unit 32 (32x) by S250 similar to S150 (FIG. 3).

例えば、図3の例と同様に、出力電圧指令値Vout*が境界電圧範囲(V1<Vout*<V2)のときには、Vc*=V1とする一方で、それ以外では、Vc*=Vout*に設定される。即ち、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、制御目標電圧Vc*は、V1<Vc*<V2の境界電圧範囲を避けて設定される。 For example, as in the example of FIG. 3, when the output voltage command value Vout * is in the boundary voltage range (V1 <Vout * <V2), Vc * = V1 is set, while in other cases, Vc * = Vout *. Set. That is, also in the second embodiment, the control target voltage Vc * is set while avoiding the boundary voltage range of V1 <Vc * <V2, as in the first embodiment.

実施の形態2では、動作モード選択部35は、出力電圧Voutと閾値V1,V2との比較により、動作モードを選択する。動作モード選択部31は、S260により、出力電圧Voutを閾値V2と比較する。そして、Vout≧V2のとき(S260のYES判定時)には、S280により、昇圧モードが選択される。昇圧モードの選択時には、実施の形態1と同様に、モード選択信号Smdは“1”に設定される。一方で、動作モード選択部35は、Vc*<V2のとき(S260のNO判定時)には、S270により、出力電圧Voutを閾値V1とさらに比較する。そして、Vout≦V1のとき(S270のNO判定時)には、S300により、降圧モードが選択される。降圧モードの選択時には、実施の形態1と同様に、モード選択信号Smdは“0”に設定される。 In the second embodiment, the operation mode selection unit 35 selects the operation mode by comparing the output voltage Vout with the threshold values V1 and V2. The operation mode selection unit 31 compares the output voltage Vout with the threshold value V2 by S260. Then, when Vout ≧ V2 (when YES is determined in S260), the boost mode is selected by S280. When the boost mode is selected, the mode selection signal Smd is set to "1" as in the first embodiment. On the other hand, when Vc * <V2 (NO determination in S260), the operation mode selection unit 35 further compares the output voltage Vout with the threshold value V1 by S270. Then, when Vout ≦ V1 (when NO is determined in S270), the step-down mode is selected by S300. When the step-down mode is selected, the mode selection signal Smd is set to "0" as in the first embodiment.

これに対して、Vout>V1のとき(S270のNO判定時)、すなわち、V1<Vout<V2のときには、S290により、昇降圧モードが選択される。昇降圧モードの選択時には、モード選択信号Smdは“2”に設定される。 On the other hand, when Vout> V1 (NO determination in S270), that is, when V1 <Vout <V2, the buck-boost mode is selected by S290. When the buck-boost mode is selected, the mode selection signal Smd is set to "2".

モード選択信号Smdは、S280〜S300のいずれかによって、“0”、“1”、“2”のいずれかに設定されて、デューティ演算部32及びデューティ選択部33へ出力される。 The mode selection signal Smd is set to any of "0", "1", and "2" by any of S280 to S300, and is output to the duty calculation unit 32 and the duty selection unit 33.

再び図10を参照して、デューティ演算部32は、入力電圧Vin及び出力電圧Voutと、動作モード選択部35からの制御目標電圧Vc*及びモード選択信号Smdとに基づき、実施の形態1で説明したように、モード選択信号Smd=“0”のときに降圧モード用のデューティ比Dcを算出し、モード選択信号Smd=“1”のときに降圧モード用のデューティ比Dcを算出する。さらに、デューティ演算部32は、昇降圧モード(Smd=“2”)では、昇圧回路20のデューティ比D2に用いられるように、デューティ比Dcを算出する。 With reference to FIG. 10 again, the duty calculation unit 32 will be described in the first embodiment based on the input voltage Vin and the output voltage Vout, the control target voltage Vc * from the operation mode selection unit 35, and the mode selection signal Smd. As described above, the duty ratio Dc for the step-down mode is calculated when the mode selection signal Smd = “0”, and the duty ratio Dc for the step-down mode is calculated when the mode selection signal Smd = “1”. Further, the duty calculation unit 32 calculates the duty ratio Dc so as to be used for the duty ratio D2 of the booster circuit 20 in the buck-boost mode (Smd = “2”).

デューティ選択部36は、モード選択信号Smdに応じて、降圧モード、昇圧モード、及び、昇降圧モードのそれぞれでの、降圧回路10(スイッチング素子Tr1)のデューティ比D1と、昇圧回路20(スイッチング素子Tr2)のデューティ比D2とを設定する。降圧モード(Smd=“0”)及び昇圧モード(Smd=“1”)の各々におけるデューティ比D1,D2は、実施の形態1と同様に設定される。 The duty selection unit 36 has a duty ratio D1 of the step-down circuit 10 (switching element Tr1) and a step-up circuit 20 (switching element) in each of the step-down mode, the step-up mode, and the step-up / down mode according to the mode selection signal Smd. The duty ratio D2 of Tr2) is set. The duty ratios D1 and D2 in each of the step-down mode (Smd = "0") and the step-up mode (Smd = "1") are set in the same manner as in the first embodiment.

デューティ選択部36は、昇降圧モード(Smd=“2”)では、降圧回路10(スイッチング素子Tr1)のデューティ比D1を、制御目標電圧Vc*とは無関係に定められたデューティ比Dsに固定する。一方で、昇圧回路20(スイッチング素子Tr2)のデューティ比D2は、デューティ演算部32からのデューティ比Dcに設定される(D1=Ds,D2=Dc)。 In the buck-boost mode (Smd = “2”), the duty selection unit 36 fixes the duty ratio D1 of the step-down circuit 10 (switching element Tr1) to the determined duty ratio Ds regardless of the control target voltage Vc *. .. On the other hand, the duty ratio D2 of the booster circuit 20 (switching element Tr2) is set to the duty ratio Dc from the duty calculation unit 32 (D1 = Ds, D2 = Dc).

降圧回路10でのデューティ比Dsは、予め定められた固定値であってもよく、昇降圧モードの選択毎に可変に設定される値でもよい。特に、昇圧回路20への入力電圧が閾値V1よりも低くなることで、スイッチング素子Tr2がオフ固定されることが回避されるので、入力電圧Vinに応じて、Ds<(V1/Vin)が保証されるように、Vinに応じてDsを可変に設定することも可能である。 The duty ratio Ds in the step-down circuit 10 may be a predetermined fixed value or a value variably set for each selection of the buck-boost mode. In particular, since the input voltage to the booster circuit 20 is lower than the threshold value V1 to prevent the switching element Tr2 from being fixed off, Ds <(V1 / Vin) is guaranteed according to the input voltage Vin. It is also possible to set Ds variably according to Vin.

昇降圧モードでは、昇圧回路20への入力電圧は、式(1)より、Ds・Vinとなることが理解される。従って、式(4)中のVinを(Ds・Vin)に置換することにより、デューティ演算部32による昇降圧モードにおけるデューティ比Dcは、下記の式(5)に従って算出することができる。 In the step-up / down mode, it is understood that the input voltage to the booster circuit 20 is Ds · Vin from the equation (1). Therefore, by substituting Vin in the equation (4) with (Ds · Vin), the duty ratio Dc in the buck-boost mode by the duty calculation unit 32 can be calculated according to the following equation (5).

Dc=1−(Ds・Vin/Vc*) …(5)
PWM信号生成部34は、各動作モードにおいて、デューティ選択部36によって設定されたデューティ比D1及びD2に従って、実施の形態1と同様に制御信号S1及びS2を生成する。第1のスイッチング素子(降圧回路10)及び第2のスイッチング素子(昇圧回路20)は、PWM信号生成部34から出力された制御信号S1及びS2に従って、オン又はオフされる。
Dc = 1- (Ds · Vin / Vc *)… (5)
In each operation mode, the PWM signal generation unit 34 generates control signals S1 and S2 according to the duty ratios D1 and D2 set by the duty selection unit 36, as in the first embodiment. The first switching element (step-down circuit 10) and the second switching element (boosting circuit 20) are turned on or off according to the control signals S1 and S2 output from the PWM signal generation unit 34.

従って、実施の形態2に係る電力変換装置によれば、昇圧モード及び降圧モードでは、実施の形態1と同様に、降圧回路10及び昇圧回路20の一方でのスイッチングが停止されることにより、DC/DC変換が高効率化される。 Therefore, according to the power conversion device according to the second embodiment, in the step-up mode and the step-down mode, as in the first embodiment, the switching of one of the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 is stopped, so that the DC The efficiency of / DC conversion is improved.

さらに、実施の形態1と同様に、境界電圧範囲(V1〜V2)を回避して制御目標電圧Vc*が設定されるとともに、境界電圧範囲に対応して昇降圧モードを導入することによって、降圧回路10及び昇圧回路20の両方でスイッチング素子Tr1及びTr2の両方がオンオフ動作を停止することが回避される。これにより、当該領域において、制御動作が不安定になることを防止できる。 Further, as in the first embodiment, the control target voltage Vc * is set while avoiding the boundary voltage range (V1 to V2), and the step-down voltage mode is introduced corresponding to the boundary voltage range to reduce the voltage. It is avoided that both the switching elements Tr1 and Tr2 stop the on / off operation in both the circuit 10 and the booster circuit 20. Thereby, it is possible to prevent the control operation from becoming unstable in the region.

尚、実施の形態2において、実施の形態1と同様に、任意に設定可能な出力電圧指令値Vout*に対して、境界電圧範囲(V1〜V2)を回避して制御目標電圧Vc*が設定されることにより、昇降圧モードの適用は、出力電圧指令値Vout*が上記境界電圧範囲(V1〜V2)を超えて変化するケースに限られ、定常的に昇降圧モードが適用されることを防止できる。この結果、降圧回路10及び昇圧回路20の一方でのスイッチングが停止される昇圧モード及び降圧モードの適用期間を増やすことで、DC/DC変換の高効率化を図ることができる。 In the second embodiment, as in the first embodiment, the control target voltage Vc * is set by avoiding the boundary voltage range (V1 to V2) with respect to the output voltage command value Vout * that can be arbitrarily set. By doing so, the application of the buck-boost mode is limited to the case where the output voltage command value Vout * changes beyond the boundary voltage range (V1 to V2), and the buck-boost mode is constantly applied. Can be prevented. As a result, the efficiency of DC / DC conversion can be improved by increasing the application period of the step-up mode and the step-down mode in which switching of one of the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 is stopped.

実施の形態2の変形例.
実施の形態2の変形例では、実施の形態2における制御器30bに代えて、図12に示される制御器30yが配置される点で異なる。
A modified example of the second embodiment.
The modified example of the second embodiment is different in that the controller 30y shown in FIG. 12 is arranged in place of the controller 30b in the second embodiment.

図12は、実施の形態2の変形例に係る制御器30yの機能を説明するブロック図である。 FIG. 12 is a block diagram illustrating the function of the controller 30y according to the modified example of the second embodiment.

図5および図2を比較して、制御器30yは、制御器30aと比較して、デューティ選択部36に代えて、デューティ選択部37を含む点で異なる。制御器30yのその他の部分の構成及び動作は、制御器30bと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。 Comparing FIGS. 5 and 2, the controller 30y is different from the controller 30a in that it includes a duty selection unit 37 instead of the duty selection unit 36. Since the configuration and operation of the other parts of the controller 30y are the same as those of the controller 30b, the detailed description will not be repeated.

デューティ選択部37は、デューティ選択部36と同様に、モード選択信号Smdに応じて、降圧モード、昇圧モード、及び、昇降圧モードのそれぞれでの、降圧回路10(スイッチング素子Tr1)のデューティ比D1と、昇圧回路20(スイッチング素子Tr2)のデューティ比D2とを設定する。 Similar to the duty selection unit 36, the duty selection unit 37 has a duty ratio D1 of the step-down circuit 10 (switching element Tr1) in each of the step-down mode, the step-up mode, and the step-up / down mode according to the mode selection signal Smd. And the duty ratio D2 of the booster circuit 20 (switching element Tr2) are set.

デューティ選択部37は、デューティ選択部36と比較して、昇降圧モードにおけるデューティ比D1,D2の設定が異なる。即ち、降圧モード(Smd=“0”)及び昇圧モード(Smd=“1”)の各々におけるデューティ比D1,D2は、実施の形態1と同様に設定される。 The duty selection unit 37 is different from the duty selection unit 36 in that the duty ratios D1 and D2 are set in the buck-boost mode. That is, the duty ratios D1 and D2 in each of the step-down mode (Smd = "0") and the step-up mode (Smd = "1") are set in the same manner as in the first embodiment.

デューティ選択部37は、昇降圧モード(Smd=“2”)では、昇圧回路20(スイッチング素子Tr2)のデューティ比D2を、制御目標電圧Vc*とは無関係に定められたデューティ比Dsに固定する。一方で、降圧回路10(スイッチング素子Tr2)のデューティ比D1は、デューティ演算部32からのデューティ比Dcに設定される(D1=Dc,D2=Ds)。昇圧回路20でのデューティ比Dsについても、予め定められた固定値であってもよく、昇降圧モードの選択毎に可変に設定される値でもよい。 In the buck-boost mode (Smd = “2”), the duty selection unit 37 fixes the duty ratio D2 of the booster circuit 20 (switching element Tr2) to the determined duty ratio Ds regardless of the control target voltage Vc *. .. On the other hand, the duty ratio D1 of the step-down circuit 10 (switching element Tr2) is set to the duty ratio Dc from the duty calculation unit 32 (D1 = Dc, D2 = Ds). The duty ratio Ds in the booster circuit 20 may also be a predetermined fixed value or a value variably set for each selection of the buck-boost mode.

昇降圧モードでは、昇圧回路20での昇圧比が固定されるので、降圧回路10の出力電圧と当該昇圧比との積を、制御目標電圧Vc*と同等とする必要がある。従って、式(3)において、D2=Ds、かつ、Vin=Vin・Dcでして得られる下記の式(6)を変形して、デューティ比Dcは、下記の式(7)に従って算出することができる。 In the step-up / down mode, the step-up ratio in the step-up circuit 20 is fixed, so that the product of the output voltage of the step-down circuit 10 and the step-up ratio must be equal to the control target voltage Vc *. Therefore, in the formula (3), the duty ratio Dc is calculated according to the following formula (7) by modifying the following formula (6) obtained by D2 = Ds and Vin = Vin · Dc. Can be done.

Vc*=1/(1−Ds)・(Vin・Dc) …(6)
Dc=(Vc*/Vin)・(1−Ds) …(7)
PWM信号生成部34は、各動作モードにおいて、デューティ選択部37によって設定されたデューティ比D1及びD2に従って、実施の形態1及び2と同様に制御信号S1及びS2を生成する。
Vc * = 1 / (1-Ds) · (Vin · Dc) ... (6)
Dc = (Vc * / Vin) · (1-Ds) ... (7)
In each operation mode, the PWM signal generation unit 34 generates control signals S1 and S2 in the same manner as in the first and second embodiments according to the duty ratios D1 and D2 set by the duty selection unit 37.

従って、実施の形態2の変形例に係る電力変換装置によっても、実施の形態1と同様に、境界電圧範囲(V1〜V2)においても、昇降圧モードの適用によって、降圧回路10及び昇圧回路20の両方でスイッチング素子Tr1及びTr2の両方がオンオフ動作を停止することが回避される。これにより、実施の形態2と同様に、DC/DC変換の高効率化を図るとともに、当該境界電圧範囲において、制御動作が不安定になることを防止できる。 Therefore, the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 can be obtained by applying the buck-boost mode in the boundary voltage range (V1 to V2) by the power conversion device according to the modified example of the second embodiment and in the same way as in the first embodiment. It is avoided that both the switching elements Tr1 and Tr2 stop the on / off operation in both of them. As a result, as in the second embodiment, it is possible to improve the efficiency of DC / DC conversion and prevent the control operation from becoming unstable in the boundary voltage range.

又、実施の形態2及び変形例では、昇降圧モードにおいて、降圧回路10及び昇圧回路20の一方では、制御目標電圧Vc*に従った演算処理を伴わずにデューティ比Dsを設定できるため、制御の簡易化、即ち、演算負荷の軽減を図ることができる。 Further, in the second embodiment and the modified example, in the step-up / down mode, one of the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 can set the duty ratio Ds without performing arithmetic processing according to the control target voltage Vc *. That is, the calculation load can be reduced.

尚、実施の形態2及び変形例の各々において、制御器30(図10)及び制御器30y(図12)の各々において、デューティ演算部32に代えて、実施の形態1の変形例2に係るデューティ演算部32xによって、デューティ比Dcを算出することも可能である。この場合には、デューティ演算部32xでは、上述のように、動作モード間でデューティ比Dcの制御演算は共通であるので、昇降圧モードにおいて、デューティ演算部32のように、降圧回路10用又は昇圧回路20用のデューティ比Dcの演算式を、昇圧モード又は降圧モードとの間で変化させる必要はない。 In each of the second embodiment and the modified example, in each of the controller 30 (FIG. 10) and the controller 30y (FIG. 12), the duty calculation unit 32 is replaced with the modified example 2 of the first embodiment. It is also possible to calculate the duty ratio Dc by the duty calculation unit 32x. In this case, in the duty calculation unit 32x, as described above, the control calculation of the duty ratio Dc is common between the operation modes. Therefore, in the buck-boost mode, as in the duty calculation unit 32, for the step-down circuit 10 or It is not necessary to change the calculation formula of the duty ratio Dc for the booster circuit 20 between the booster mode and the step-down mode.

又、実施の形態2及び変形例に対して、実施の形態1の変形例1を組み合わせて、制御目標電圧Vc*がV2からV1へ(昇圧モードから降圧モード)又は、V1からV2へ(降圧モードから昇圧モード)変化する際に、制御目標電圧Vc*の時間的変化を制限することも可能である。このようにすると、昇降圧モード中のデューティ比Dcの算出において制御目標電圧Vc*の時間的変化が緩やかになることにより、制御動作をさらに安定化することができる。 Further, the control target voltage Vc * is changed from V2 to V1 (step-up mode to step-down mode) or from V1 to V2 (step-down) by combining the modification 1 of the first embodiment with the second embodiment and the modified example. It is also possible to limit the temporal change of the control target voltage Vc * when changing from the mode to the step-up mode). By doing so, the control operation can be further stabilized by gradual change of the control target voltage Vc * in the calculation of the duty ratio Dc in the buck-boost mode.

実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態2で説明した昇降圧モードと、降圧モード及び昇圧モードの各々との間での切換時における制御について説明する。
Embodiment 3.
In the third embodiment, the control at the time of switching between the buck-boost mode described in the second embodiment and each of the step-down mode and the step-up mode will be described.

図13は、実施の形態3に係る電力変換装置の構成を説明する回路図である。
図13を参照して、実施の形態3に係る電力変換装置5cは、実施の形態2に係る電力変換装置5b(図9)と比較して、制御器30bに代えて制御器30cを備える点で異なる。又、電力変換装置5cでは、実施の形態1の変形例2と同様に、ノードN1及びN2の間に電流センサ(図示せず)が配置されて、リアクトル電流ILの検出値が制御器30cへ入力される。実施の形態3に係る電力変換装置5cのその他の部分の構成及び動作は、電力変換装置5a,5bと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
FIG. 13 is a circuit diagram illustrating the configuration of the power conversion device according to the third embodiment.
With reference to FIG. 13, the power conversion device 5c according to the third embodiment includes a controller 30c instead of the controller 30b as compared with the power conversion device 5b (FIG. 9) according to the second embodiment. Is different. Further, in the power conversion device 5c, a current sensor (not shown) is arranged between the nodes N1 and N2 as in the modification 2 of the first embodiment, and the detected value of the reactor current IL is sent to the controller 30c. Entered. Since the configuration and operation of other parts of the power conversion device 5c according to the third embodiment are the same as those of the power conversion devices 5a and 5b, detailed description thereof will not be repeated.

図14は、制御器30cの機能を説明するブロック図である。
図14を参照して、制御器30cは、動作モード選択部35と、デューティ演算部38と、デューティ選択部36と、PWM信号生成部34とを含む。動作モード選択部35、デューティ選択部36、及び、PWM生成部34は、実施の形態2と同様である。従って、制御器30cにおいても、動作モード選択部35によって、動作モードは、降圧モード、昇圧モード、及び、昇降圧モードのうちのいずれかに選択されて、モード選択信号Smdは、“0”、“1”及び“2”のうちのいずれかに設定される。
FIG. 14 is a block diagram illustrating the function of the controller 30c.
With reference to FIG. 14, the controller 30c includes an operation mode selection unit 35, a duty calculation unit 38, a duty selection unit 36, and a PWM signal generation unit 34. The operation mode selection unit 35, the duty selection unit 36, and the PWM generation unit 34 are the same as those in the second embodiment. Therefore, also in the controller 30c, the operation mode is selected by the operation mode selection unit 35 to be one of the step-down mode, the step-up mode, and the step-up / down mode, and the mode selection signal Smd is set to “0”. It is set to either "1" or "2".

図15は、デューティ演算部38の機能を説明するブロック図である。
図15を参照して、デューティ演算部38は、減算部381,383と、電圧制御部382と、電流制御部384とを含む。デューティ演算部38は、実施の形態1の変形例2に係るデューティ演算部32xと同様に、出力電圧Voutに加えて、リアクトル電流ILの制御機能を有する。
FIG. 15 is a block diagram illustrating the function of the duty calculation unit 38.
With reference to FIG. 15, the duty calculation unit 38 includes a subtraction unit 381, 383, a voltage control unit 382, and a current control unit 384. The duty calculation unit 38 has a function of controlling the reactor current IL in addition to the output voltage Vout, as in the duty calculation unit 32x according to the second modification of the first embodiment.

減算部381は、減算部321(図6)と同様に、制御目標電圧Vc*から出力電圧Voutを減算することによって、出力電圧偏差ΔVoutを算出する。電圧制御部382は、電圧制御部322(図6)と同様に、出力電圧偏差ΔVoutを用いたフィードバック制御演算(例えば、PI制御又はPID制御による制御演算)によって、リアクトル電流ILの電流目標値IL*のフィードバック項を生成する。 Similar to the subtraction unit 321 (FIG. 6), the subtraction unit 381 calculates the output voltage deviation ΔVout by subtracting the output voltage Vout from the control target voltage Vc *. Similar to the voltage control unit 322 (FIG. 6), the voltage control unit 382 performs a feedback control calculation using the output voltage deviation ΔVout (for example, a control calculation by PI control or PID control) to perform a current target value IL of the reactor current IL. Generate a feedback term of *.

電圧制御部382では、動作モードの切換時には、後程説明する電流フィードフォワード(FF)項Iffを上記フィードバック項に加算することで、電流目標値IL*が生成される。一方で、動作モードが維持される場合には、電流FF項Iffを加算することなく、上記フィードバック項がそのまま電流目標値IL*に設定される。 In the voltage control unit 382, when the operation mode is switched, the current target value IL * is generated by adding the current feedforward (FF) term Iff, which will be described later, to the feedback term. On the other hand, when the operation mode is maintained, the feedback term is set to the current target value IL * as it is without adding the current FF term If.

減算部383は、減算部323(図6)と同様に、電流目標値IL*からリアクトル電流ILを減算することによって電流偏差ΔILを算出する。 Similar to the subtraction unit 323 (FIG. 6), the subtraction unit 383 calculates the current deviation ΔIL by subtracting the reactor current IL from the current target value IL *.

減算部383は、電流目標値IL*からリアクトル電流ILを減算することによって電流偏差ΔILを算出する。電流制御部384は、電流偏差ΔIL=0とするためのフィードバック制御演算(例えば、PI制御又はPID制御による制御演算)によって、デューティ比Dcを算出する。電流制御部384では、動作モードの切換時には、後程説明するデューティフィードフォワード(FF)項Dffを上記フィードバック項に加算することで、デューティ比Dcが生成される。一方で、動作モードが維持される場合には、デューティFF項Dffを加算することなく、上記フィードバック項がそのままデューティ比Dcに設定される。電圧制御部382及び電流制御部384において、動作モード切換時であるか否かは、モード選択信号Smdの値の推移によって判断することが可能である。 The subtraction unit 383 calculates the current deviation ΔIL by subtracting the reactor current IL from the current target value IL *. The current control unit 384 calculates the duty ratio Dc by a feedback control calculation (for example, a control calculation by PI control or PID control) for setting the current deviation ΔIL = 0. In the current control unit 384, when the operation mode is switched, the duty ratio Dc is generated by adding the duty feedforward (FF) term Dff, which will be described later, to the feedback term. On the other hand, when the operation mode is maintained, the feedback term is set to the duty ratio Dc as it is without adding the duty FF term Dff. In the voltage control unit 382 and the current control unit 384, it is possible to determine whether or not the operation mode is switched by the transition of the value of the mode selection signal Smd.

このように、実施の形態3では、動作モード間で制御演算が共通である電圧制御部382及び電流制御部384において、動作モード切換時には、電流FF項及びデューティFF項が加算される。電流FF項及びデューティFF項は、電流目標値IL*及びデューティ比Dcに対して、I(積分)制御によるフィードバック項に反映されるように演算される。即ち、一旦加算されたこれらのフィードフォワード項は、動作モード切換後の演算結果(電流目標値IL*及びデューティ比Dc)に対しても継続的に反映されるように、電圧制御部382及び電流制御部384での制御演算は構成される。 As described above, in the third embodiment, the current FF term and the duty FF term are added at the time of switching the operation mode in the voltage control unit 382 and the current control unit 384 in which the control calculation is common between the operation modes. The current FF term and the duty FF term are calculated so as to be reflected in the feedback term by I (integral) control with respect to the current target value IL * and the duty ratio Dc. That is, these feed-forward terms once added are reflected in the voltage control unit 382 and the current so as to be continuously reflected in the calculation result (current target value IL * and duty ratio Dc) after the operation mode is switched. The control calculation in the control unit 384 is configured.

図16には、電流FF項及びデューティFF項の設定例を説明する図表が示される。
図16を参照して、動作モードの遷移には、図7からも理解される通り、昇圧モードから昇降圧モード、及び、昇降圧モードから昇圧モード、並びに、降圧モードから昇降圧モード、及び、昇降圧モードから降圧モードの4種類が存在する。電流FF項及びデューティFF項の算出式は、上記4種類の動作モード切換毎に個別に予め定められる。
FIG. 16 shows a chart illustrating a setting example of the current FF term and the duty FF term.
With reference to FIG. 16, the transition of the operation mode is changed from the step-up mode to the buck-boost mode, from the buck-boost mode to the step-up mode, and from the step-down mode to the buck-boost mode, and There are four types, from the buck-boost mode to the buck-boost mode. The calculation formulas for the current FF term and the duty FF term are individually predetermined for each of the above four types of operation mode switching.

昇圧モードから昇降圧モードへの動作モード切換時において、デューティFF項(Dff)は、昇圧モード及び昇降圧モードにおけるリアクトルL1に印加される電圧に基づいて算出される。又、電流FF項(Iff)は、昇圧モード及び昇降圧モードにおけるコンデンサC1に流れる電流に基づいて算出される。具体的には、デューティFF項(Dff)は、下記の式(8)に従って算出され、電流FF項(Iff)は、下記の式(9)に従って算出される。 When the operation mode is switched from the boost mode to the buck-boost mode, the duty FF term (Dff) is calculated based on the voltage applied to the reactor L1 in the boost mode and the buck-boost mode. Further, the current FF term (Iff) is calculated based on the current flowing through the capacitor C1 in the step-up mode and the buck-boost mode. Specifically, the duty FF term (Dff) is calculated according to the following formula (8), and the current FF term (Iff) is calculated according to the following formula (9).

Dff=Vin/Vout・(1−Ds) …(8)
Iff=(1/Ds−1)・IL …(9)
昇降圧モードから昇圧モードへの動作モード切換時において、デューティFF項(Dff)は、昇降圧モード及び昇圧モードにおけるリアクトルL1に印加される電圧に基づいて算出される。又、電流FF項(Iff)は、昇降圧モード及び昇圧モードにおけるコンデンサC1に流れる電流に基づいて算出される。具体的には、デューティFF項(Dff)は、下記の式(10)に従って算出され、電流FF項(Iff)は、下記の式(11)に従って算出される。
Dff = Vin / Vout ・ (1-Ds)… (8)
If = (1 / Ds-1) ・ IL… (9)
When the operation mode is switched from the step-up / down mode to the step-up mode, the duty FF term (Dff) is calculated based on the voltage applied to the reactor L1 in the step-up / down mode and the step-up mode. Further, the current FF term (Iff) is calculated based on the current flowing through the capacitor C1 in the step-up / down mode and the step-up mode. Specifically, the duty FF term (Dff) is calculated according to the following formula (10), and the current FF term (Iff) is calculated according to the following formula (11).

Dff=(Vin/Vout)・(Ds−1) …(10)
Iff=(Ds−1)・IL …(11)
降圧モードから昇降圧モードへの動作モード切換時には、デューティFF項(Dff)は、降圧モード及び昇降圧モードにおけるリアクトルL1に印加される電圧に基づいて算出される。又、電流FF項(Iff)は、降圧モード及び昇降圧モードにおけるコンデンサC1に流れる電流に基づいて算出される。具体的には、デューティFF項(Dff)は、下記の式(12)に従って算出され、電流FF項(Iff)は、下記の式(13)に従って算出される。
Dff = (Vin / Vout) · (Ds-1) ... (10)
If = (Ds-1) ・ IL… (11)
When switching the operation mode from the step-down mode to the step-up / down mode, the duty FF term (Dff) is calculated based on the voltage applied to the reactor L1 in the step-down mode and the step-up / down mode. The current FF term (Iff) is calculated based on the current flowing through the capacitor C1 in the step-down mode and the buck-boost mode. Specifically, the duty FF term (Dff) is calculated according to the following formula (12), and the current FF term (Iff) is calculated according to the following formula (13).

Dff=(Vin/Vout)・(Db−Ds)−Db …(12)
Iff=((1/Ds)・(Vout/Vin)−1)・IL …(13)
昇降圧モードから降圧モードへの動作モード切換時において、デューティFF項(Dff)は、昇降圧モード及び降圧モードにおけるリアクトルL1に印加される電圧に基づいて算出される。又、電流FF項(Iff)は、昇降圧モード及び降圧モードにおけるコンデンサC1に流れる電流に基づいて算出される。具体的には、デューティFF項(Dff)は、下記の式(14)に従って算出され、電流FF項(Iff)は、下記の式(15)に従って算出される。
Dff = (Vin / Vout) · (Db-Ds) -Db ... (12)
If = ((1 / Ds) ・ (Vout / Vin) -1) ・ IL… (13)
When the operation mode is switched from the step-up / down mode to the step-down mode, the duty FF term (Dff) is calculated based on the voltage applied to the reactor L1 in the step-up / down mode and the step-down mode. Further, the current FF term (Iff) is calculated based on the current flowing through the capacitor C1 in the buck-boost mode and the buck-boost mode. Specifically, the duty FF term (Dff) is calculated according to the following formula (14), and the current FF term (Iff) is calculated according to the following formula (15).

Dff=Ds+Db・((Vin/Vout)−1) …(14)
Iff=(Ds・(Vin/Vout)−1)・IL …(15)
尚、式(8)〜式(15)中における、Vin,Vout,ILは、動作モード切換に応じた電流FF項及びデューティFF項の算出時における、入力電圧Vin、出力電圧Vout及びリアクトル電流ILの検出値である。又、Dsは、動作モード切換前又は切換後の昇降圧モードで使用される、降圧回路10(スイッチング素子Tr1)及び昇圧回路20(スイッチング素子Tr2)の一方での固定デューティ比Dsを示す。Dbは、昇降圧モードにおいて固定デューティ比Dsを用いて式(5)又は(7)で定まる、降圧回路10及び昇圧回路20の他方でのデューティ比Dcに相当する。
Dff = Ds + Db · ((Vin / Vout) -1) ... (14)
If = (Ds · (Vin / Vout) -1) · IL ... (15)
In the equations (8) to (15), Vin, Vout, and IL are the input voltage Vin, the output voltage Vout, and the reactor current IL at the time of calculating the current FF term and the duty FF term according to the operation mode switching. Is the detected value of. Further, Ds indicates a fixed duty ratio Ds of one of the step-down circuit 10 (switching element Tr1) and the step-up circuit 20 (switching element Tr2) used in the buck-boost mode before or after the operation mode switching. Db corresponds to the duty ratio Dc of the other of the step-down circuit 10 and the step-up circuit 20 determined by the formula (5) or (7) using the fixed duty ratio Ds in the buck-boost mode.

図16に示された算出式は一例であり、これ以外の算出式を用いて、電流FF項及びデューティFF項を算出することも可能である。 The calculation formula shown in FIG. 16 is an example, and it is also possible to calculate the current FF term and the duty FF term by using other calculation formulas.

次に、図17〜図20のシミュレーション波形を用いて、実施の形態3に係る動作モード切換時のフィードフォワード制御の効果について説明する。図17〜図20の横軸は時間軸であり、縦軸には、出力電圧Vout、リアクトル電流IL及び、デューティ比の推移が示される。 Next, the effect of feedforward control at the time of switching the operation mode according to the third embodiment will be described using the simulation waveforms of FIGS. 17 to 20. The horizontal axis of FIGS. 17 to 20 is the time axis, and the vertical axis shows the output voltage Vout, the reactor current IL, and the transition of the duty ratio.

図17は、実施の形態2に係る電力変換装置5bにおける出力電圧指令値の上昇に伴う動作モード切換時のシミュレーション波形図である。図17では、図12の構成において、デューティ演算部32に代えて、デューティ演算部32x(図6)を用いて、電力変換装置5bを制御したときのシミュレーション結果が示される。 FIG. 17 is a simulation waveform diagram at the time of operation mode switching due to an increase in the output voltage command value in the power conversion device 5b according to the second embodiment. FIG. 17 shows a simulation result when the power conversion device 5b is controlled by using the duty calculation unit 32x (FIG. 6) instead of the duty calculation unit 32 in the configuration of FIG.

図17(a)を参照して、降圧モードからの出力電圧指令値Vout*の上昇に伴い、時刻ta以降では、制御目標電圧Vc*が境界電圧範囲(V1〜V2)を避けて上昇することにより、出力電圧Voutが、出力電圧指令値Vout*よりも高く、閾値V2相当まで上昇する。昇降圧モードの導入によって、時刻taにおいて、降圧モードから昇降圧モードへの動作モード切換が発生し、時刻tbにおいて、昇降圧モードから昇圧モードへの動作モード切換が発生する。 With reference to FIG. 17A, as the output voltage command value Vout * rises from the step-down mode, the control target voltage Vc * rises while avoiding the boundary voltage range (V1 to V2) after the time ta. As a result, the output voltage Vout is higher than the output voltage command value Vout * and rises to the threshold value V2. With the introduction of the buck-boost mode, the operation mode is switched from the step-down mode to the buck-boost mode at time ta, and the operation mode is switched from the buck-boost mode to the boost mode at time tb.

図17(b)には、図17(a)の時刻ta前後での拡大図が示され、図17(c)には、図17(a)の時刻tb前後での拡大図が示される。 17 (b) shows an enlarged view before and after the time ta in FIG. 17 (a), and FIG. 17 (c) shows an enlarged view before and after the time tb in FIG. 17 (a).

図17(b)及び図17(c)を参照して、実施の形態2に係る電力変換装置5bでは、昇降圧モードにおいて既定のデューティ比Dsが用いられるため、昇降圧モードへの切換時及び昇降圧モードからの切換時には、デューティ比が比較的大きく変化する。この結果、時刻ta,tbでの動作モード切換の各々において、出力電圧Voutが変動しており、かつ、リアクトル電流ILの収束も遅くなっている。 With reference to FIGS. 17 (b) and 17 (c), in the power conversion device 5b according to the second embodiment, since the predetermined duty ratio Ds is used in the buck-boost mode, when switching to the buck-boost mode and When switching from the buck-boost mode, the duty ratio changes relatively significantly. As a result, the output voltage Vout fluctuates and the convergence of the reactor current IL is slowed down in each of the operation mode switching at the time ta and tb.

図18は、実施の形態3に係る電力変換装置5cにおける出力電圧指令値の上昇に伴う動作モード切換時のシミュレーション波形図である。図18では、図17と同様の条件で出力電圧指令値Vout*が変化したときのシミュレーション結果が示される。 FIG. 18 is a simulation waveform diagram at the time of operation mode switching due to an increase in the output voltage command value in the power conversion device 5c according to the third embodiment. FIG. 18 shows a simulation result when the output voltage command value Vout * changes under the same conditions as in FIG.

図18(a)においても、図17(a)と同様の時刻taにおいて、降圧モードから昇降圧モードへの動作モード切換が発生し、時刻tbにおいて、昇降圧モードから昇圧モードへの動作モード切換が発生する。又、図18(b)には、図18(a)の時刻ta前後での拡大図が示され、図18(c)には、図18(a)の時刻tb前後での拡大図が示される。 In FIG. 18A, the operation mode is switched from the step-down mode to the step-up / down mode at the same time ta as in FIG. 17A, and the operation mode is switched from the step-up / down mode to the step-up mode at time tb. Occurs. Further, FIG. 18 (b) shows an enlarged view of FIG. 18 (a) before and after the time ta, and FIG. 18 (c) shows an enlarged view of FIG. 18 (a) before and after the time tb. Is done.

図18(b)を図17(b)と比較すると、時刻taでの降圧モードから昇降圧モードへの切換時において、実施の形態3に係る電力変換装置5cでは、電流FF項及びデューティFF項の加算によって、上述した既定のデューティ比Dsへの変化量が緩和される。この結果、出力電圧Voutの変動が殆ど変動しておらず、かつ、リアクトル電流ILの収束も早いことが理解される。 Comparing FIG. 18 (b) with FIG. 17 (b), when switching from the step-down mode to the buck-boost mode at time ta, the power conversion device 5c according to the third embodiment has a current FF term and a duty FF term. By the addition of, the amount of change to the predetermined duty ratio Ds described above is relaxed. As a result, it is understood that the fluctuation of the output voltage Vout hardly fluctuates, and the reactor current IL converges quickly.

同様に、図18(c)及び図17(c)の比較から、時刻tbでの昇降圧モードから降圧モードへの切換時においても、実施の形態3に係る電力変換装置5cでは、電流FF項及びデューティFF項の加算によって、出力電圧Voutの変動が殆ど変動しておらず、かつ、リアクトル電流ILの収束も早いことが理解される。 Similarly, from the comparison of FIGS. 18 (c) and 17 (c), even when the buck-boost mode is switched to the step-down mode at time tb, the power conversion device 5c according to the third embodiment has a current FF term. It is understood that the fluctuation of the output voltage Vout hardly fluctuates and the reactor current IL converges quickly due to the addition of the duty FF term.

図19は、実施の形態2に係る電力変換装置5bにおける出力電圧指令値の低下に伴う動作モード切換時のシミュレーション波形図である。図19についても、図17と同様に、制御器30b(図12)にデューティ演算部32x(図6)を用いて、電力変換装置5bを制御したときのシミュレーション結果が示される。 FIG. 19 is a simulation waveform diagram at the time of operation mode switching due to a decrease in the output voltage command value in the power conversion device 5b according to the second embodiment. In FIG. 19, similarly to FIG. 17, the simulation result when the power conversion device 5b is controlled by using the duty calculation unit 32x (FIG. 6) in the controller 30b (FIG. 12) is shown.

図19(a)を参照して、降圧モードからの出力電圧指令値Vout*の低下に伴い、時刻tc以降では、制御目標電圧Vc*が境界電圧範囲(V1〜V2)を避けて低下することにより、出力電圧Voutが、出力電圧指令値Vout*よりも低く、閾値V1相当まで低下する。昇降圧モードの導入によって、時刻tcにおいて、昇圧モードから昇降圧モードへの動作モード切換が発生し、時刻tdにおいて、昇降圧モードから降圧モードへの動作モード切換が発生する。 With reference to FIG. 19A, as the output voltage command value Vout * decreases from the step-down mode, the control target voltage Vc * decreases while avoiding the boundary voltage range (V1 to V2) after the time ct. As a result, the output voltage Vout is lower than the output voltage command value Vout *, and drops to the threshold value V1. With the introduction of the buck-boost mode, the operation mode is switched from the step-up mode to the buck-boost mode at the time tk, and the operation mode is switched from the buck-boost mode to the buck-boost mode at the time dt.

図19(b)には、図19(a)の時刻tc前後での拡大図が示され、図19(c)には、図19(a)の時刻td前後での拡大図が示される。 19 (b) shows an enlarged view of FIG. 19 (a) before and after the time tk, and FIG. 19 (c) shows an enlarged view of FIG. 19 (a) before and after the time tk.

図19(b)及び図19(c)を参照して、実施の形態2に係る電力変換装置5bでは、時刻tc,tdでの動作モード切換時に、電流FF項及びデューティFF項が加算されることなく、デューティ比D1,D2が算出される。実施の形態2に係る電力変換装置5bでは、時刻tc及びtdの各々において、出力電圧Voutが変動しており、かつ、リアクトル電流ILの収束も遅くなっている。 With reference to FIGS. 19 (b) and 19 (c), in the power conversion device 5b according to the second embodiment, the current FF term and the duty FF term are added when the operation mode is switched at the time tk and td. The duty ratios D1 and D2 are calculated without any problem. In the power conversion device 5b according to the second embodiment, the output voltage Vout fluctuates at each of the time tc and td, and the convergence of the reactor current IL is also delayed.

図20は、実施の形態3に係る電力変換装置5cにおける出力電圧指令値の上昇に伴う動作モード切換時のシミュレーション波形図である。図20では、図19と同様の条件で出力電圧指令値Vout*が変化したときのシミュレーション結果が示される。 FIG. 20 is a simulation waveform diagram at the time of operation mode switching due to an increase in the output voltage command value in the power conversion device 5c according to the third embodiment. FIG. 20 shows a simulation result when the output voltage command value Vout * changes under the same conditions as in FIG.

図20(a)においても、図19(a)と同様の時刻tcにおいて、昇圧モードから昇降圧モードへの動作モード切換が発生し、時刻tdにおいて、昇降圧モードから降圧モードへの動作モード切換が発生する。又、図20(b)には、図20(a)の時刻tc前後での拡大図が示され、図20(c)には、図20(a)の時刻td前後での拡大図が示される。 Also in FIG. 20 (a), the operation mode switching from the step-up mode to the buck-boost mode occurs at the same time tc as in FIG. 19 (a), and the operation mode switching from the buck-boost mode to the buck-boost mode occurs at the time td. Occurs. Further, FIG. 20 (b) shows an enlarged view of FIG. 20 (a) before and after the time tk, and FIG. 20 (c) shows an enlarged view of FIG. 20 (a) before and after the time tk. Is done.

図20(b)を図19(b)と比較すると、時刻tcでの昇圧モードから昇降圧モードへの切換時において、実施の形態3に係る電力変換装置5cでは、電流FF項及びデューティFF項の加算によって、出力電圧Voutの変動が殆ど変動しておらず、かつ、リアクトル電流ILの収束も早いことが理解される。 Comparing FIG. 20 (b) with FIG. 19 (b), the current FF term and the duty FF term in the power conversion device 5c according to the third embodiment at the time of switching from the step-up mode to the buck-boost mode at time tk. It is understood that the fluctuation of the output voltage Vout hardly fluctuates and the reactor current IL converges quickly by the addition of.

同様に、図20(c)及び図19(c)の比較から、時刻tdでの昇降圧モードから降圧モードへの切換時においても、実施の形態3に係る電力変換装置5cでは、電流FF項及びデューティFF項の加算によって、出力電圧Voutの変動が殆ど変動しておらず、かつ、リアクトル電流ILの収束も早いことが理解される。 Similarly, from the comparison of FIGS. 20 (c) and 19 (c), even when switching from the buck-boost mode to the step-down mode at time dt, the power conversion device 5c according to the third embodiment has a current FF term. It is understood that the fluctuation of the output voltage Vout hardly fluctuates and the reactor current IL converges quickly due to the addition of the duty FF term.

このように実施の形態3に係る電力変換装置によれば、実施の形態2で説明した昇降圧モードの導入によって境界電圧範囲(V1〜V2)における制御動作が不安定になることを防止するとともに、昇圧モード及び降圧モードの各々と昇降圧モードとの間の動作モード切換時における出力電圧Vout及びリアクトル電流ILの挙動を安定化することができる。 As described above, according to the power conversion device according to the third embodiment, it is possible to prevent the control operation in the boundary voltage range (V1 to V2) from becoming unstable due to the introduction of the buck-boost mode described in the second embodiment. , The behavior of the output voltage Vout and the reactor current IL at the time of switching the operation mode between each of the step-up mode and the step-down mode and the step-up / down mode can be stabilized.

尚、実施の形態3において、制御器30c(図14)の構成において、実施の形態2に係るデューティ選択部36に代えて、実施の形態2の変形例に係るデューティ選択部37(図12)を適用しても、同等の効果を得ることができる。又、実施の形態3に、実施の形態1の変形例1を組み合わせて、制御目標電圧Vc*がV2からV1へ(昇圧モードから降圧モード)又は、V1からV2へ(降圧モードから昇圧モード)変化する際に、制御目標電圧Vc*の時間的変化を制限することも可能である。このようにすると、昇降圧モード中のデューティ比Dcの算出において制御目標電圧Vc*の時間的変化が緩やかになることにより、制御動作をさらに安定化することができる。 In the third embodiment, in the configuration of the controller 30c (FIG. 14), the duty selection unit 37 (FIG. 12) according to the modified example of the second embodiment is replaced with the duty selection unit 36 according to the second embodiment. The same effect can be obtained by applying. Further, by combining the third embodiment with the first modification of the first embodiment, the control target voltage Vc * is changed from V2 to V1 (from step-up mode to step-down mode) or from V1 to V2 (from step-down mode to step-up mode). It is also possible to limit the temporal change of the control target voltage Vc * when changing. By doing so, the control operation can be further stabilized by gradual change of the control target voltage Vc * in the calculation of the duty ratio Dc in the buck-boost mode.

本実施の形態において、降圧モードは「第1のモード」に対応し、昇圧モードは「第2のモード」に対応し、昇降圧モードは「第3のモード」に対応する。又、閾値V1は「第1の閾値」に対応し、閾値V2は「第2の閾値」に対応し、制御信号S1は「第1の制御信号」に対応し、制御信号S2は「第2の制御信号」に対応する。電圧制御部382による出力電圧偏差ΔVoutから電流目標値IL*を算出するフィードバック制御演算は「第1のフィードバック制御演算」に対応し、電流偏差ΔILからデューティ比Dcを算出する電流制御部384によるフィードバック制御演算は「第2のフィードバック制御演算」に対応する。更に、制御器30a,30x,30b,30y,30c(図2,図5,図10,図12,図14)において、デューティ演算部(32,32x,38)と、デューティ選択部(33,36,37)とによって「デューティ制御部」を構成することができる。 In the present embodiment, the step-down mode corresponds to the "first mode", the step-up mode corresponds to the "second mode", and the buck-boost mode corresponds to the "third mode". Further, the threshold value V1 corresponds to the "first threshold value", the threshold value V2 corresponds to the "second threshold value", the control signal S1 corresponds to the "first control signal", and the control signal S2 corresponds to the "second". Corresponds to "control signal". The feedback control calculation for calculating the current target value IL * from the output voltage deviation ΔVout by the voltage control unit 382 corresponds to the “first feedback control calculation”, and the feedback by the current control unit 384 for calculating the duty ratio Dc from the current deviation ΔIL. The control calculation corresponds to the "second feedback control calculation". Further, in the controllers 30a, 30x, 30b, 30y, 30c (FIGS. 2, FIG. 5, FIG. 10, FIG. 12, FIG. 14), the duty calculation unit (32, 32x, 38) and the duty selection unit (33, 36) , 37) and the "duty control unit" can be configured.

又、電力変換装置5a〜5c(図1,図9,図13)において、直流電源40として、直流電圧源を例示しているが、交流電源及び整流回路によって直流電圧を得る直流電源40を配置することも可能である。この場合には、昇圧モード及び降圧モード間の切換が頻繁に発生することを回避するために、交流電源及び整流回路の特性に従って閾値V1及びV2を設定することが好ましい。具体的には、整流回路から出力される入力電圧Vinの交流変動(リップル成分)の最小値よりも低く閾値V1を設定するとともに、当該交流変動(リップル成分)の最大値よりも高く閾値V2を高く設定することができる。 Further, in the power converters 5a to 5c (FIGS. 1, 9, and 13), the DC voltage source is illustrated as the DC power supply 40, but the DC power supply 40 that obtains the DC voltage by the AC power supply and the rectifying circuit is arranged. It is also possible to do. In this case, it is preferable to set the threshold values V1 and V2 according to the characteristics of the AC power supply and the rectifier circuit in order to avoid frequent switching between the step-up mode and the step-down mode. Specifically, the threshold value V1 is set lower than the minimum value of the AC fluctuation (ripple component) of the input voltage Vin output from the rectifier circuit, and the threshold value V2 is set higher than the maximum value of the AC fluctuation (ripple component). Can be set high.

又、デューティ演算部32(図2,図10,図12)について、モード選択信号Smdに応じて、降圧回路10用のデューティ比算出機能と、昇圧回路20用のデューティ比算出機能とを切換えるものとして説明したが、常時、降圧回路10用のデューティ比及び昇圧回路20用のデューティ比の両方を算出するように構成することも可能である。この場合には、降圧回路10用のデューティ比及び昇圧回路20用のデューティ比の両方がデューティ選択部33,36,37に入力されるが、モード選択信号Smdに応じて、デューティ選択部33,36,37が、既定のデューティ比1,0(又は、1,0,Ds)と、デューティ演算部32によって算出されたデューティ比とから選択することで、上述の各実施の形態と同様のデューティ比D1及びD2を出力することができる。 Further, the duty calculation unit 32 (FIGS. 2, 10, and 12) switches between the duty ratio calculation function for the step-down circuit 10 and the duty ratio calculation function for the step-up circuit 20 according to the mode selection signal Smd. However, it is also possible to configure the duty ratio for the step-down circuit 10 and the duty ratio for the step-up circuit 20 to be calculated at all times. In this case, both the duty ratio for the step-down circuit 10 and the duty ratio for the booster circuit 20 are input to the duty selection units 33, 36, 37, but the duty selection unit 33, according to the mode selection signal Smd, 36, 37 have the same duty as in each of the above-described embodiments by selecting from the default duty ratio of 1,0 (or 1,0, Ds) and the duty ratio calculated by the duty calculation unit 32. The ratios D1 and D2 can be output.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.

5a,5b,5c 電力変換装置、10 降圧回路、20 昇圧回路、30,30a,30b,30c,30x,30y 制御器、31,35 動作モード選択部、32,32x,38 デューティ演算部、33,36,37 デューティ選択部、34 PWM信号生成部、40 直流電源、41 負荷、321,323,381,383 減算部、322,382 電圧制御部、324,384 電流制御部、C1 平滑コンデンサ、Di1 第1の半導体素子(降圧回路)、Di1 第2の半導体素子(昇圧回路)、GL 電力線、IL リアクトル電流、IL* 電流目標値、L1 リアクトル、N1,N2 ノード、N11,N12 入力端子、N21,N22 出力端子、S1,S2 制御信号(スイッチング素子)、Smd モード選択信号、Tr1 第1のスイッチング素子(降圧回路)、Tr2 第2のスイッチング素子(昇圧回路)、V1,V2 閾値、Vc* 制御目標電圧、Vout 出力電圧、Vout* 出力電圧指令値。 5a, 5b, 5c power converter, 10 step-down circuit, 20 step-up circuit, 30, 30a, 30b, 30c, 30x, 30y controller, 31,35 operation mode selection unit, 32, 32x, 38 duty calculation unit, 33, 36, 37 Duty selection unit, 34 PWM signal generation unit, 40 DC power supply, 41 load, 321, 323, 381, 383 subtraction unit, 322, 382 voltage control unit, 324, 384 current control unit, C1 smoothing capacitor, Di1 No. 1 semiconductor element (step-down circuit), Di1 2nd semiconductor element (boost circuit), GL power line, IL reactor current, IL * current target value, L1 reactor, N1, N2 nodes, N11, N12 input terminals, N21, N22 Output terminal, S1, S2 control signal (switching element), Smd mode selection signal, Tr1 first switching element (step-down circuit), Tr2 second switching element (boost circuit), V1, V2 threshold, Vc * control target voltage , Vout output voltage, Vout * Output voltage command value.

Claims (9)

入力電圧を昇降圧した出力電圧を発生する電力変換装置であって、
第1のスイッチング素子を含む降圧回路と、
第2のスイッチング素子を含む昇圧回路と、
前記電力変換装置の出力電圧指令値に従って前記出力電圧を制御するために第1及び第2のスイッチング素子のオンオフを制御する第1及び第2の制御信号を生成する制御器とを備え、
前記制御器は、
前記出力電圧指令値の入力を受けて、前記電力変換装置の動作モードの選択結果及び制御目標電圧を出力する動作モード選択部と、
前記動作モード及び前記制御目標電圧に従って前記第1及び第2スイッチング素子の各々のオンオフのデューティ比を制御するデューティ制御部とを含み、
前記動作モードは、
前記第2のスイッチング素子のオンオフを固定する一方で前記第1のスイッチング素子のデューティ比によって前記出力電圧を前記入力電圧よりも低い前記制御目標電圧に制御する第1のモードと、
前記第1のスイッチング素子のオンオフを固定する一方で前記第2のスイッチング素子のデューティ比によって前記出力電圧を前記入力電圧よりも高い前記制御目標電圧に制御する第2のモードとを含み、
前記動作モード選択部は、前記入力電圧よりも低い第1の閾値と、前記入力電圧よりも高い第2の閾値との間の境界電圧範囲を避けて前記出力電圧の制御目標電圧を設定する、電力変換装置。
A power converter that generates an output voltage that is obtained by raising or lowering the input voltage.
A step-down circuit including a first switching element and
A booster circuit including a second switching element and
A controller for generating first and second control signals for controlling the on / off of the first and second switching elements in order to control the output voltage according to the output voltage command value of the power converter is provided.
The controller
An operation mode selection unit that receives an input of the output voltage command value and outputs an operation mode selection result and a control target voltage of the power conversion device.
It includes a duty control unit that controls the on / off duty ratio of each of the first and second switching elements according to the operation mode and the control target voltage.
The operation mode is
A first mode in which the on / off of the second switching element is fixed while the output voltage is controlled to the control target voltage lower than the input voltage by the duty ratio of the first switching element.
It includes a second mode in which the on / off of the first switching element is fixed while the output voltage is controlled to the control target voltage higher than the input voltage by the duty ratio of the second switching element.
The operation mode selection unit sets the control target voltage of the output voltage while avoiding the boundary voltage range between the first threshold value lower than the input voltage and the second threshold value higher than the input voltage. Power converter.
前記動作モード選択部は、前記出力電圧指令値が前記境界電圧範囲内であるときは、前記第1及び第2の閾値のうちの一方の閾値を前記制御目標電圧に設定する一方で、前記出力電圧指令値が前記境界電圧範囲外であるときは、当該出力電圧指令値を前記制御目標電圧に設定し、かつ、
前記動作モード選択部は、
前記制御目標電圧が前記第1及び第2の閾値のうちの他方の閾値よりも低いときには前記第1のモードを選択する一方で、前記制御目標電圧が前記他方の閾値よりも高いときには前記第2のモードを選択する、請求項1記載の電力変換装置。
When the output voltage command value is within the boundary voltage range, the operation mode selection unit sets one of the first and second threshold values to the control target voltage, while the output When the voltage command value is out of the boundary voltage range, the output voltage command value is set to the control target voltage, and the voltage command value is set to the control target voltage.
The operation mode selection unit is
The first mode is selected when the control target voltage is lower than the other threshold of the first and second thresholds, while the second mode is selected when the control target voltage is higher than the other threshold. The power conversion device according to claim 1, wherein the mode of the above is selected.
前記動作モードは、
前記第1及び第2のスイッチング素子の両方のオンオフにより、前記出力電圧を前記制御目標電圧に制御する第3のモードをさらに含み、
前記動作モード選択部は、前記出力電圧が前記第1の閾値よりも低いときに前記第1のモードを選択し、前記出力電圧が前記第2の閾値よりも高いときに前記第2のモードを選択し、前記出力電圧が前記第1及び第2の閾値の間であるときに前記第3のモードを選択する、請求項1又は2に記載の電力変換装置。
The operation mode is
It further includes a third mode in which the output voltage is controlled to the control target voltage by turning on and off both the first and second switching elements.
The operation mode selection unit selects the first mode when the output voltage is lower than the first threshold value, and selects the second mode when the output voltage is higher than the second threshold value. The power conversion device according to claim 1 or 2, which is selected and the third mode is selected when the output voltage is between the first and second threshold values.
前記デューティ制御部は、前記第3のモードにおいて、前記第1のスイッチング素子のデューティ比を固定する一方で、前記第2のスイッチング素子のデューティ比を前記出力電圧を前記制御目標電圧に制御するように設定する、請求項3記載の電力変換装置。 In the third mode, the duty control unit fixes the duty ratio of the first switching element, while controlling the duty ratio of the second switching element to the output voltage to the control target voltage. The power conversion device according to claim 3, which is set to. 前記デューティ制御部は、前記第3のモードにおいて、前記第2のスイッチング素子のデューティ比を固定する一方で、前記第1のスイッチング素子のデューティ比を前記出力電圧を前記制御目標電圧に制御するように設定する、請求項3記載の電力変換装置。 In the third mode, the duty control unit fixes the duty ratio of the second switching element, while controlling the duty ratio of the first switching element to the output voltage to the control target voltage. The power conversion device according to claim 3, which is set to. 前記電力変換装置は、
前記降圧回路及び前記昇圧回路の間に接続されたリアクトルをさらに備え、
前記デューティ制御部は、前記第1及び第2のモードの各々において、前記制御目標電圧に対する前記出力電圧の電圧偏差に基づく第1のフィードバック制御演算によって前記リアクトルを流れるリアクトル電流の電流目標値を算出するとともに、前記電流目標値に対する前記リアクトル電流の電流偏差に基づく第2のフィードバック制御演算によって、前記第1又は第2のスイッチング素子のデューティ比を算出し、かつ、
前記デューティ制御部は、前記第1又は第2のモードと、前記第3のモードとの間の動作モード切換時において、前記第1のフィードバック制御演算に対して予め定められた第1の算出式に従う第1のフィードフォワード項を加算するとともに、前記第2のフィードバック制御演算に対して予め定められた第2の算出式に従う第2のフィードフォワード項を加算する、請求項3〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The power converter
A reactor connected between the step-down circuit and the step-up circuit is further provided.
In each of the first and second modes, the duty control unit calculates the current target value of the reactor current flowing through the reactor by the first feedback control calculation based on the voltage deviation of the output voltage with respect to the control target voltage. At the same time, the duty ratio of the first or second switching element is calculated by the second feedback control calculation based on the current deviation of the reactor current with respect to the current target value, and
The duty control unit uses a first calculation formula predetermined for the first feedback control calculation when the operation mode is switched between the first or second mode and the third mode. Any of claims 3 to 5, in which the first feedforward term according to the above is added and the second feedforward term according to the second calculation formula determined in advance is added to the second feedback control operation. The power conversion device according to item 1.
前記電力変換装置は、
前記降圧回路及び前記昇圧回路の間に接続されたリアクトルをさらに備え、
前記デューティ制御部は、前記第1及び第2のモードの各々において、前記制御目標電圧に対する前記出力電圧の電圧偏差に基づく第1のフィードバック制御演算によって前記リアクトルを流れるリアクトル電流の電流目標値を算出するとともに、前記電流目標値に対する前記リアクトル電流の電流偏差に基づく第2のフィードバック制御演算によって、前記第1又は第2のスイッチング素子のデューティ比を算出する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The power converter
A reactor connected between the step-down circuit and the step-up circuit is further provided.
In each of the first and second modes, the duty control unit calculates the current target value of the reactor current flowing through the reactor by the first feedback control calculation based on the voltage deviation of the output voltage with respect to the control target voltage. Any one of claims 1 to 3, wherein the duty ratio of the first or second switching element is calculated by the second feedback control calculation based on the current deviation of the reactor current with respect to the current target value. The power converter described in.
前記デューティ制御部は、前記第1のモードにおいて、前記降圧回路によって前記入力電圧を前記制御目標電圧に変換するための前記デューティ比を算出する一方で、前記第2のモードにおいて、前記昇圧回路によって前記入力電圧を前記制御目標電圧に変換するための前記デューティ比を算出する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 In the first mode, the duty control unit calculates the duty ratio for converting the input voltage into the control target voltage by the step-down circuit, while in the second mode, the booster circuit calculates the duty ratio. The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the duty ratio for converting the input voltage into the control target voltage is calculated. 前記動作モード選択部は、前記境界電圧範囲を避けて前記制御目標電圧を設定するために、前記第1の閾値以下の電圧領域及び前記第2の閾値以上の電圧領域のうちの一方の電圧領域から他方の電圧領域に前記制御目標電圧を変化させる際に、前記制御目標電圧の時間的変化を制限する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 In order to avoid the boundary voltage range and set the control target voltage, the operation mode selection unit is one of a voltage region below the first threshold value and a voltage region above the second threshold value. The power conversion device according to any one of claims 1 to 8, which limits the temporal change of the control target voltage when the control target voltage is changed from one to the other voltage region.
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