JP6980102B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、分流制御が出力電圧制御に影響を及ぼすことの無い電力変換装置を提供することを目的とする。
図1に実施の形態1の電力変換装置の構成図を示す。図2および図4に実施の形態1の電力変換装置における動作波形を示す。
実施の形態1の電力変換装置は、直流電源1と、負荷4との間に設けられ、直流電源1と並列に接続された入力平滑コンデンサ2と、入力平滑コンデンサ2の正極側にリアクトル101が接続された第1チョッパ回路100と、第1チョッパ回路100と並列に接続された第2チョッパ回路200と、第1チョッパ回路100のダイオード103のカソード端子と第2チョッパ回路のダイオード203のカソード端子と正極側が接続された出力平滑コンデンサ3と、入力平滑コンデンサ2の入力電圧Vinを検出する入力電圧検出器5と、出力平滑コンデンサ3の出力電圧Voutを検出する出力電圧検出器6と、入力電圧検出器5より検出された入力電圧値Vin_senseと出力電圧検出器6より検出された出力電圧値Vout_senseと、第1チョッパ回路100内のリアクトル電流検出器104およびリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ105より検出された電流値IL1_senseと後述の第2チョッパ回路200内のリアクトル電流検出器204およびリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ205より検出された電流値IL2_senseを用いて第1チョッパ回路100内の半導体スイッチング素子102のゲート信号Vgs_Q102と半導体スイッチング素子202のゲート信号Vgs_Q202を出力する制御装置1000を備えている。
出力電圧制御の演算によるオンデューティDxは、出力電圧制御デューティリミッタ1003に入力されリミッタによって決められた範囲内の値に補正され出力電圧制御の演算によるオンデューティDyが出力される。
分流制御の演算によるオンデューティD’は、分流制御デューティリミッタ1004に入力され、分流制御デューティリミッタ1004によって決められた範囲内の値に補正され、分流制御の演算による半導体スイッチング素子102のオンデューティの補正量D1’が出力される。
なお、制御装置1000は、アナログ回路でも構成することが可能だが、本実施の形態ではマイコンなどのデジタル演算可能な素子を想定している。また、出力電圧制御と分流制御の内容を説明したが、昇圧しない場合には、出力電圧制御と分流制御をしないように設定し、半導体スイッチング素子102と半導体スイッチング素子202をオフにする。
また、分流制御器1002において、電流によりリアクトルの直流重畳特性の影響でリアクトル101とリアクトル201のインダクタンス値が変化することで分流制御全体のゲインが変化することになり、また、入出力電圧によってリアクトルに印加される電圧が変化するため分流制御全体のゲインが変化する。この場合には、分流制御器1002のゲインをインダクタンス値の変化もしくは印加電圧に対応して可変にすることによって、リアクトルの電流値によらず分流制御の応答性を一定に保つことが可能となる。
とくに、制御装置1000をマイコンなどのデジタル演算可能な素子を使用することによってより小型で低コストの電力変換装置を提供できる。
リアクトル電流検出器用ローパスフィルタ105とリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ205はリアクトル電流検出器用ローパスフィルタのカットオフ周波数をチョッパ回路のスイッチング周波数1/Tswの1/10以下に設定することにより、分流制御に使用する電流値IL1_senseと電流値IL2_senseがリアクトル電流IL1とリアクトル電流IL2のリップル電流が除去された状態で制御装置1000に入力されることになり、分流制御の精度を高めることができ、より小型低コストの電力変換装置を提供できる。
図3に実施の形態2で説明する電力変換装置の構成図を示す。図2に実施の形態2で説明する電力変換装置の動作波形を示す。
実施の形態2における電力変換装置について、実施の形態1における電力変換装置との違いは、リアクトル電流検出器から制御装置1000にリアクトル電流の検出値を取り込むまでの構成(以後、リアクトル電流検出器周りの構成と呼ぶ)と制御装置1000である。
電流値IL1_senseとIL*の差をとり偏差電流値IL1_errorを出力し、電流値IL1_errorを第1分流制御器1005に入力し、第1分流制御器1005は半導体スイッチング素子102の第1オンデューティD1_1を出力する。電流値IL1_sense_slowとIL*の差をとり偏差電流値IL1_error_slowを出力し、偏差電流値IL1_errorを第2分流制御器1006に入力し、第2分流制御器1006は半導体スイッチング素子102の第2オンデューティD1_2を出力する。半導体スイッチング素子102の第1オンデューティD1_1と半導体スイッチング素子102の第2オンデューティD1_2を加算して、半導体スイッチング素子102のオンデューティD1とする。
以上説明した実施の形態2の電力変換装置によれば、複数台並列接続されたチョッパ回路において、リアクトル電流IL1とリアクトル電流IL2が等しくなるように制御することが可能となる。
実施の形態3の電力変換装置の構成は、実施の形態1と同じで、図1に示す構成となる。実施の形態3では、制御装置1000にマイコンなどのデジタル演算可能な素子を使用するもので、入力電圧値Vin_sense、出力電圧値Vout_sense、電流値IL1_sense、電流値IL2_senseを連続波形ではなく、離散波形で制御装置1000に入力するものである。実施の形態3で説明する電力変換装置は、スイッチング周期1周期あたり4回以上サンプリングしている。
一方、図5で示すように、リアクトル101とリアクトル201のインダクタンス値が異なる場合、リアクトル電流のサンプリング値IL1_senseの平均値とリアクトル電流IL2のサンプリング値IL2_senseの平均値に差が発生するため、分流制御の精度が下がることになる。リアクトル電流のサンプリング値の平均値がリアクトル電流の直流値とずれる原理は、波形の遅延により、波形において直流値より手前をサンプリングすることになるためである。
実施の形態1、2のように、リアクトル電流検出器用ローパスフィルタの時定数を一定以上にすれば、遅延によるリアクトル電流のサンプリング値の平均値と直流値のずれはなくなるが、リアクトル電流検出器用ローパスフィルタの時定数を一定以上にできない場合は、サンプリングの回数を増やすことで、特に4回以上に増やすことでリアクトル電流サンプリング値の平均値とリアクトル電流の直流値のずれを抑制できる。
以上説明した実施の形態1の電力変換装置によれば、複数台並列接続されたチョッパ回路において分流制御の精度を高めることができ、より小型低コストの電力変換装置を提供できる。
図1に実施の形態4で説明する電力変換装置の構成図を示す。図5に実施の形態4で説明する電力変換装置の原理を説明するための波形を示す。
実施の形態4で説明する電力変換装置は、構成は実施の形態1と同じである。リアクトル101とリアクトル201は、直流重畳特性をもち、流れる電流の絶対値が大きいほどインダクタンス値が小さくなるものとする。制御装置1000にマイコンなどのデジタル演算可能な素子を使用すると入力電圧値Vin_sense、出力電圧値Vout_sense、電流値IL1_sense、電流値IL2_senseを連続波形ではなく、離散波形で制御装置1000に入力することになる。実施の形態4では、スイッチング周期1周期あたりのサンプリング回数を2回以下とする。実施の形態3で説明したとおり、サンプリング回数が2回以下でリアクトル101とリアクトル201のインダクタンス値が異なる場合、リアクトル電流の直流値とリアクトル電流の検出値の平均値がずれる現象が発生する。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (8)
- 並列に接続された複数台のチョッパ回路、それぞれのチョッパ回路のリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出器、出力電圧を検出する出力電圧検出器、および検出されたリアクトル電流に基づいて分流制御を行う分流制御器と検出された出力電圧に基づいて電圧制御を行う電圧制御器を有し、複数の前記チョッパ回路のリアクトル電流が等しくなるように前記チョッパ回路の出力電圧を制御する制御装置を備え、
前記リアクトル電流検出器の後段に時定数が異なる複数のローパスフィルタを備え、前記ローパスフィルタの出力を前記制御装置に入力するようにし、
前記制御装置がリアクトル電流のリップル電流を除去できる時定数のローパスフィルタの出力を使用する積分器とリアクトル電流のリップル電流を除去できない時定数のローパスフィルタの出力を使用する比例器を合わせ持つ電力変換装置。 - 前記チョッパ回路のゲート信号のデューティは、検出した出力電圧を目標値に追従させるためにリアクトル電流の目標値を出力し、前記チョッパ回路のリアクトル電流とリアクトル電流の目標値の偏差を基に算出されている請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記チョッパ回路のリアクトルのうちの一部もしくはすべてが他のチョッパ回路のリアクトルと磁気結合している請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記制御装置がデジタル演算可能な素子である請求項1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記リアクトル電流検出器がスイッチング周期1回当たり4回以上サンプリングする請求項1から4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記リアクトル電流検出器にチョッパ回路のスイッチング周波数の1/10以下のカットオフ周波数のローパスフィルタを持つ請求項1から4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記チョッパ回路に動作範囲内でインダクタンス値が変化するリアクトルを使用していて、サンプリングのタイミングがリアクトル電流の直流値となるタイミングからずれているようにした請求項1から4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記分流制御器が動作条件によりゲインを変更する請求項1から7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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