JP7129552B2 - 電力変換装置の制御方法及び電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置の制御方法及び電力変換装置 Download PDF

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Description

本発明は、交流波を生成する交流波生成回路と、交流波生成回路で生成された交流波を、整流コンデンサとダイオードを並列接続した構成で整流する整流回路とを備えた電力変換装置及びその制御方法に関する。
従来から交流波を整流する回路として、特許文献１に開示されているようなＥ級整流回路が知られている。
国際公開ＷＯ２０１５／０８７３９６
しかしながら、上述した従来のＥ級整流回路では、整流回路を構成するコンデンサが温度特性によって容量値が変化する。例えば、温度が上昇すると、コンデンサの容量値は低下するので、整流回路で半波整流された電圧波形のピーク値は容量の低下に伴って上昇し、インピーダンスの低下を引き起こす。その後、コンデンサの温度はさらに上昇するので、同様の事象が繰り返され、部品の定格温度を超えて過温度が生じてしまうという問題点があった。
そこで、本発明は上記実情に鑑みて提案されたものであり、整流回路を構成するコンデンサのインピーダンスの変化を抑制して過温度を防止することのできる電力変換装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る電力変換装置及びその制御方法は、整流コンデンサのインピーダンスの変化に応じて、整流コンデンサのインピーダンスの変化を抑制するように、整流コンデンサに入力される交流波を調整する。
本発明によれば、整流回路を構成する整流コンデンサのインピーダンスの変化を抑制して、整流コンデンサの過温度を防止することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置を構成する整流コンデンサの電圧を示す図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の出力電圧を示す図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置を構成する整流コンデンサの容量の温度特性を示す図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置を構成する整流コンデンサの電圧変化を示す図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の出力電圧の変化を示す図である。 図７は、従来の電力変換装置の入力インピーダンスの時間変化を示す図である。 図８は、従来の電力変換装置の入力電流の時間変化を示す図である。 図９は、従来の電力変換装置の出力電圧の時間変化を示す図である。 図１０は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置を構成する整流コンデンサの電圧変化を示す図である。 図１１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の出力電圧の変化を示す図である。 図１２は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 図１３は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置を構成する整流コンデンサの電圧変化を示す図である。 図１４は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の出力電圧の変化を示す図である。 図１５は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 図１６は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 図１７は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置を構成する整流コンデンサのインピーダンスの変化を判定する方法を説明するための図である。 図１８は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の負荷変動を説明するための図である。
［第１実施形態］
以下、本発明を適用した第１実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
［電力変換装置の構成］
図１は、本実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１は、入力電源３と、交流波生成回路５と、整流回路７と、検出部９と、コントローラ１１と、負荷１３から構成されている。電力変換装置１は、入力電源３からの直流電力を交流に変換し、整流回路７で整流した直流電力を負荷１３に供給している。
交流波生成回路５は、チョークコイル５１と、共振コイル５３と、共振コンデンサ５５と、スイッチング素子５７と、シャントキャパシタ５９とを備えている。交流波生成回路５は、スイッチング素子５７の駆動周波数に応じて、入力電源３の直流電力から交流波を生成するＥ級インバータ回路である。
図１に示すように、チョークコイル５１は、入力電源３とスイッチング素子５７との間に接続されている。共振コイル５３と共振コンデンサ５５は共振回路を形成し、この共振回路はチョークコイル５１とスイッチング素子５７の接続点に接続されている。スイッチング素子５７は、共振回路への入力をオンオフしており、シャントキャパシタ５９はスイッチング素子５７に並列に接続されている。
整流回路７は、ダイオード７１と、整流コンデンサ７３と、フィルタコイル７５と、フィルタコンデンサ７７とを備え、ダイオード７１と整流コンデンサ７３を並列接続した構成で交流波を整流するＥ級回路である。
整流回路７では、交流波生成回路５で生成された交流波をダイオード７１によって半波整流し、整流されたエネルギーを整流コンデンサ７３にチャージする。そして、チャージされたエネルギーを、フィルタコイル７５とフィルタコンデンサ７７によって構成されるＬＣフィルタに伝達し、直流波形として負荷１３に電力伝送を行う。図２に示すように、整流コンデンサ７３の電圧波形は半波整流された形状をしているが、ＬＣフィルタを通過させることによって、負荷１３に供給される電圧波形は、図３に示すように直流となる。
検出部９は、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を検出する。検出部９は、整流コンデンサ７３の電流値または電圧値を検出し、その電流値または電圧値の変化から整流コンデンサ７３のインピーダンスがどの程度変化しているのかを検出する。また、検出部９は、整流コンデンサ７３の温度を検出し、その温度の変化から整流コンデンサ７３のインピーダンスがどの程度変化しているのかを検出してもよい。したがって、電流計、電圧計、温度計のいずれかを設置しておき、検出部９は、これらから取得した電流値、電圧値、温度のいずれかの値の変化量を算出して、インピーダンスの変化を検出すればよい。ただし、整流コンデンサ７３のインピーダンスには、電力変換装置１が最適動作を行うように設定された設定値がある。そこで、検出部９は、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値からどの程度変化したかを検出する。
コントローラ１１は、検出部９で検出された整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化に応じて、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制するように、整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。具体的に、コントローラ１１は、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇した場合には、電力変換装置１の出力電圧が低下するように整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。一方、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より低下した場合には、電力変換装置１の出力電圧が上昇するように整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。例えば、コントローラ１１は、スイッチング素子５７の駆動周波数を変化させることによって、交流波生成回路５で生成される交流波の周波数を調整し、それによって整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。
尚、コントローラ１１は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路とメモリ等の周辺機器から構成されており、交流波生成回路５と整流回路７を制御する機能を有する。コントローラ１１の各機能は、１または複数の処理回路によって実装することができる。処理回路は、例えば電気回路を含む処理装置等のプログラムされた処理装置を含み、また実施形態に記載された機能を実行するようにアレンジされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）や従来型の回路部品のような装置も含んでいる。
［電力変換装置の制御方法］
次に、本実施形態に係る電力変換装置１の制御方法を説明する。まず、整流回路７を構成する整流コンデンサ７３の容量は、図４に示すような温度特性を有しているため、整流コンデンサ７３の温度が上昇すると、整流コンデンサ７３の容量値は低下する。
ここで、整流コンデンサ７３の電圧Ｖは、以下の式（１）に示すように、整流コンデンサ７３の容量値Ｃに反比例する。
Figure 0007129552000001
尚、式（１）において、Ｉは整流コンデンサ７３の電流である。また、ω＝２πｆであり、ｆは交流波の周波数でスイッチング素子５７の駆動周波数と同じである。
したがって、式（１）に示すように、整流コンデンサ７３の容量値Ｃが低下すると、整流コンデンサ７３の電圧Ｖは上昇するので、図５に示すように、整流コンデンサ７３の電圧波形のピーク値は、容量の低下に伴って上昇する。そして、負荷１３に出力される電力変換装置１の出力電圧は、図６に示すように上昇する。
このとき、電力変換装置１の入力電流も上昇するので、電力変換装置１の入力インピーダンスが低下する。そして、入力電流と出力電圧の上昇によって、さらに整流コンデンサ７３の温度は上昇するので、同様の事象が繰り返し起こることになる。したがって、従来では、図７に示すように時間の経過とともに電力変換装置１の入力インピーダンスは低下し、図８、９に示すように電力変換装置１の入力電流と出力電圧はそれぞれ上昇していた。これにより、回路部品の温度は時間と共に上昇し、熱暴走によって過温度が生じていた。
しかし、本実施形態に係る電力変換装置１では、検出部９で検出された整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化に応じて、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制するように、整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。具体的に、コントローラ１１は、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇した場合には、電力変換装置１の出力電圧が低下するように整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。一方、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より低下した場合には、電力変換装置１の出力電圧が上昇するように整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。
例えば、コントローラ１１は、スイッチング素子５７の駆動周波数を変化させることによって、交流波生成回路５で生成される交流波の周波数を調整し、それによって整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整している。
具体的に説明すると、温度上昇によって整流コンデンサ７３の容量が低下した場合、式（１）に示すように、整流コンデンサ７３のインピーダンスは設定値より上昇し、整流コンデンサ７３の電圧は上昇する。このとき、スイッチング素子５７の駆動周波数を、予め設定された所定値より上昇させて交流波生成回路５で生成される交流波の周波数を上昇させると、整流回路７に入力される交流波の周波数も上昇する。その結果、式（１）のωが大きくなるので、整流コンデンサ７３のインピーダンスは低下する。したがって、図１０に示すように、整流コンデンサ７３の電圧波形のピーク値は低下し、負荷１３に出力される電力変換装置１の出力電圧も図１１に示すように低下する。尚、駆動周波数の所定値については、負荷１３が設計値となるような最適動作が行われる場合の周波数を、所定値として設定すればよい。
一方、温度低下によって整流コンデンサ７３の容量が上昇した場合には、式（１）に示すように、整流コンデンサ７３のインピーダンスは設定値より低下し、整流コンデンサ７３の電圧も低下する。このとき、スイッチング素子５７の駆動周波数を所定値より低下させて、交流波生成回路５で生成される交流波の周波数を低下させると、整流回路７に入力される交流波の周波数も低下する。その結果、式（１）のωが小さくなるので、整流コンデンサ７３のインピーダンスは上昇する。したがって、整流コンデンサ７３の電圧波形のピーク値は上昇し、負荷１３に出力される電力変換装置１の出力電圧も上昇する。
このように、整流コンデンサ７３に入力される交流波の周波数を調整することによって、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制している。その結果、電力変換装置１の入力インピーダンス、入力電流、出力電圧をそれぞれ一定に制御し、熱暴走による部品の過温度を防止することができる。
尚、スイッチング素子５７の駆動周波数を上昇させると、スイッチング損失が増加するが、交流波生成回路５は電圧共振によってＺＶＳ（Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）を実現し、スイッチング損失を極力抑えられるＥ級インバータ回路である。そのため、駆動周波数を増加させる影響を小さく抑えることが可能である。
また、本実施形態の整流回路７は、ダイオード７１と整流コンデンサ７３を並列接続したＥ級回路であるが、その他の整流回路、例えばダイオードによる全波整流回路では、エネルギーをチャージする整流コンデンサを備えていない。そのため、整流コンデンサの温度変化によって、出力電圧や入力電流、入力インピーダンスが変化することはなく、本実施形態が課題としているような過温度が生じることはない。
さらに、スナバ回路等でもダイオードとコンデンサを並列接続する構成が用いられているが、スナバ回路では、高速スイッチング等に起因して生じるサージ電圧を、コンデンサで吸収する働きが行われており、本実施形態の整流回路７とは働き方が異なっている。
尚、交流波生成回路５は、交流波を生成して出力する回路であれば、図１に示す構成以外であってもよく、例えば、Ｄ級インバータ回路のようなスイッチを複数有する共振型回路であってもよい。また、整流回路７のフィルタはＬＣフィルタ以外の構造であってもよい。さらに、交流波生成回路５と整流回路７との間に、絶縁のためのトランス等が接続されていてもよい。
［第１実施形態の効果］
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置１では、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化に応じて、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制するように、整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。これにより、電力変換装置１の入力電流、出力電圧、入力インピーダンスの変化を抑制することができ、その結果、整流コンデンサ７３の過温度を防止することができる。
また、本実施形態に係る電力変換装置１では、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇した場合には、電力変換装置１の出力電圧が低下するように整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。一方、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より低下した場合には、電力変換装置１の出力電圧が上昇するように整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。これにより、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制することができるので、整流コンデンサ７３の過温度を防止することができる。
さらに、本実施形態に係る電力変換装置１では、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇した場合には、交流波生成回路５で生成される交流波の周波数を上昇させる。一方、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より低下した場合には、交流波生成回路５で生成される交流波の周波数を低下させる。これにより、整流コンデンサ７３に入力される交流波の周波数を調整して、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制することができるので、整流コンデンサ７３の過温度を防止することができる。
また、本実施形態に係る電力変換装置１では、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を検出する。これにより、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を直接検出するので、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を速やかに抑制することができ、整流コンデンサ７３の過温度を確実に防止することができる。
さらに、本実施形態に係る電力変換装置１では、交流波生成回路５が、共振コイル５３と共振コンデンサ５５を有する共振回路と、この共振回路への入力をオンオフするスイッチング素子５７とを含んでいる。これにより、スイッチング素子５７の駆動周波数を調整することで、整流コンデンサ７３に入力される交流波を容易に調整することができる。したがって、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制することができ、整流コンデンサ７３の過温度を防止することができる。
また、本実施形態に係る電力変換装置１では、交流波生成回路５が、入力電源３とスイッチング素子５７との間に接続されたチョークコイル５１と、スイッチング素子５７に並列に接続されたシャントキャパシタ５９とをさらに備えている。そして、共振回路はチョークコイル５１とスイッチング素子５７の接続点に接続されている。これにより、交流波生成回路５をＥ級インバータ回路として構成することができるので、スイッチング損失を小さく抑えることができる。したがって、スイッチング素子５７の駆動周波数を上昇させたときのスイッチング損失の増加による影響を抑えるとともに、整流コンデンサ７３の過温度を防止することができる。
［第２実施形態］
以下、本発明を適用した第２実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
［電力変換装置の構成］
図１２は、本実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。図１２に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１は、整流コンデンサ７３へ入力される交流波をオンオフするスイッチング素子として整流スイッチ７９をさらに備えたことが第１実施形態と相違している。整流スイッチ７９は、整流コンデンサ７３に直列に接続されている。
［電力変換装置の制御方法］
次に、本実施形態に係る電力変換装置１の制御方法を説明する。本実施形態では、検出部９が整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を検出すると、コントローラ１１は、整流スイッチ７９のオンオフを制御することによって、整流コンデンサ７３に入力される交流波を調整する。
具体的に、コントローラ１１は、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇した場合には、交流波が整流コンデンサ７３へ入力される時間を短くするように整流スイッチ７９を制御する。一方、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より低下した場合には、交流波が整流コンデンサ７３へ入力される時間を長くするように整流スイッチ７９を制御する。
例えば、整流コンデンサ７３の温度上昇によって、整流コンデンサ７３の容量が低下すると、式（１）に示すように整流コンデンサ７３のインピーダンスは上昇し、整流コンデンサ７３の電圧は上昇する。この場合に、図１３に示すように、整流コンデンサ７３の電圧が上昇し始める時点に、入力停止期間を設ける。この入力停止期間は、整流スイッチ７９をオフして整流コンデンサ７３に交流波が入力されない期間である。この後に、整流スイッチ７９をオンして整流コンデンサ７３に交流波を入力させる（交流波入力期間）。そして、入力停止期間を長くすることによって、交流波入力期間が短くなり、交流波が整流コンデンサ７３へ入力される時間を、予め設定された所定時間よりも短くする。その結果、整流コンデンサ７３にチャージされる電力が減少し、負荷１３に出力される電力変換装置１の出力電圧も図１４に示すように低下する。尚、所定時間については、負荷１３が設計値となるような最適動作が行われる場合の時間を、所定時間として設定すればよい。
一方、整流コンデンサ７３の温度低下によって、整流コンデンサ７３の容量が上昇すると、式（１）に示すように整流コンデンサ７３のインピーダンスは低下し、整流コンデンサ７３の電圧は低下する。この場合には、図１３に示した入力停止期間を短くすることによって、交流波が整流コンデンサ７３に入力される時間を、所定時間より長くする。その結果、整流コンデンサ７３にチャージされる電力が増加し、負荷１３に出力される電力変換装置１の出力電圧は上昇する。
尚、整流スイッチ７９を、図１５に示すように、整流コンデンサ７３と並列に接続してもよい。この場合には、整流スイッチ７９のオンオフを、図１２の直列に接続した場合と逆に制御する。すなわち、整流スイッチ７９を整流コンデンサ７３と並列に接続した場合には、整流スイッチ７９をオンすることによって、交流波が整流コンデンサ７３に入力されない入力停止期間が設定される。そして、整流スイッチ７９をオフすると、整流コンデンサ７３に交流波が入力される。
［第２実施形態の効果］
上述したように、本実施形態に係る電力変換装置１では、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇した場合には、交流波が整流コンデンサ７３へ入力される時間を短くする。一方、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より低下した場合には、交流波が整流コンデンサ７３へ入力される時間を長くする。これにより、交流波が整流コンデンサ７３に入力される時間を調整することによって、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制することができ、その結果、整流コンデンサ７３の過温度を防止することができる。
［第３実施形態］
以下、本発明を適用した第３実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
［電力変換装置の構成］
図１６は、本実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。図１６に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１は、電力変換装置１の入力電圧と入力電流と出力電圧と出力電流を検出するようにしたことが第１及び第２実施形態と相違している。したがって、検出部９は、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を検出する代わりに、電力変換装置１の入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉと出力電圧Ｖ０と出力電流Ｉ０を検出する。一般的に、電力変換装置では、入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流を検出しているので、本実施形態でも電圧計や電流計を設置するような一般的な方法で、これらの値を検出すればよい。
［電力変換装置の制御方法］
次に、本実施形態に係る電力変換装置１の制御方法を説明する。本実施形態では、電力変換装置１の入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉと出力電圧Ｖ０と出力電流Ｉ０に基づいて、電力変換装置１を制御する。具体的に、コントローラ１１は、まず検出部９から入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉと出力電圧Ｖ０と出力電流Ｉ０を取得すると、入力インピーダンスＺｉを式（２）により算出する。
Ｚｉ＝Ｖｉ／Ｉｉ ・・・（２）
次に、コントローラ１１は、入力インピーダンスＺｉを算出すると、図１７に示す表を用いて、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇したか、あるいは低下したかを判断する。図１７において、上向きの矢印は上昇を、下向きの矢印は低下を、横向きの矢印は変化なしを意味する。
図１７に示すように、コントローラ１１は、入力インピーダンスＺｉが設定値より低下し、尚且つ出力電圧Ｖ０と出力電流Ｉ０が設定値より上昇した場合には、整流コンデンサ７３の容量が低下してインピーダンスが設定値より上昇したと判断する。一方、入力インピーダンスＺｉが設定値より上昇し、尚且つ出力電圧Ｖ０と出力電流Ｉ０が設定値より低下した場合には整流コンデンサ７３の容量が上昇してインピーダンスが設定値より低下したと判断する。尚、入力インピーダンス、出力電圧、出力電流の設定値は、電力変換装置１が最適動作を行うときの値である。
また、電力変換装置１の入出力に変化が起きる場合には、整流コンデンサ７３の容量変化だけではなく、負荷１３の変動と入力電圧の変動が考えられる。そこで、コントローラ１１は、入力インピーダンスＺｉと出力電圧Ｖ０と出力電流Ｉ０から負荷１３が変動した場合と入力電圧が変動した場合をそれぞれ区別して判断している。
まず、負荷１３が変動した場合について説明する。図１７に示すように、コントローラ１１は、入力インピーダンスＺｉと出力電圧Ｖ０が設定値より上昇し、尚且つ出力電流Ｉ０が設定値より低下した場合には、負荷１３の抵抗値が設計値から上昇する変化Ａの場合であると判断する。例えば、図１８に示すように、電力変換装置１では、最適動作となる負荷１３の抵抗値を、例えば５０Ωと設定し、この値を設計値として決めている。変化Ａの場合は、設定されている設計値から遠ざかる方向に負荷１３の抵抗値が上昇した場合である。
また、コントローラ１１は、図１７に示すように、入力インピーダンスＺｉと出力電流Ｉ０が設定値より上昇し、尚且つ出力電圧Ｖ０が設定値より低下した場合には、図１８に示す変化Ｂの場合であると判断する。変化Ｂの場合には、負荷１３の抵抗値が設計値から遠ざかる方向に低下する。
さらに、コントローラ１１は、図１７に示すように、入力インピーダンスＺｉと出力電流Ｉ０が設定値より低下し、尚且つ出力電圧Ｖ０が設定値より上昇した場合には、図１８に示す変化Ｃの場合であると判断する。変化Ｃの場合には、負荷１３の抵抗値が設計値へ近づく方向に上昇する。また、コントローラ１１は、図１７に示すように、入力インピーダンスＺｉと出力電圧Ｖ０が設定値より低下し、尚且つ出力電流Ｉ０が設定値より上昇した場合には、図１８に示す変化Ｄの場合であると判断する。変化Ｄの場合には、負荷１３の抵抗値が設計値へ近づく方向に低下する。
次に、入力電圧が変動した場合について説明する。図１７に示すように、コントローラ１１は、入力インピーダンスＺｉが設定値から変化していない場合には、入力変動であると判断し、出力電圧Ｖ０と出力電流Ｉ０が設定値より上昇している場合には、入力電圧が上昇していると判断する。また、出力電圧Ｖ０と出力電流Ｉ０が設定値より低下している場合には、入力電圧が低下していると判断する。
このようにして、整流コンデンサ７３のインピーダンス変化、負荷１３の変動、入力電圧の変動のいずれかであることが判断されると、コントローラ１１は、インピーダンスの変化と判断した場合に、スイッチング素子５７の駆動周波数を制御する。具体的に、コントローラ１１は、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇していると判断したときには、スイッチング素子５７の駆動周波数を上昇させて、整流コンデンサ７３のインピーダンスを低下させる。一方、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より低下していると判断したときには、スイッチング素子５７の駆動周波数を低下させて、整流コンデンサ７３のインピーダンスを上昇させる。
尚、図１６では、図１に示す第１実施形態の電力変換装置に、本実施形態の電力変換装置を適用した場合を示しているが、図１２、１５に示す第２実施形態の電力変換装置に、本実施形態の電力変換装置を適用してもよい。
［第３実施形態の効果］
上述したように、本実施形態に係る電力変換装置１では、電力変換装置１の入力インピーダンスと出力電圧と出力電流を用いて、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化と負荷１３の変動と入力電圧の変動の全てを判断することが可能である。特に、入力インピーダンスが変化したとしても整流コンデンサ７３のインピーダンスが変化したとは限らず、負荷１３の変動によって入力インピーダンスが変化している場合も考えられる。そこで、本実施形態に係る電力変換装置１では、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化であるのか、入力電圧の変動や負荷１３の変動であるのかを、図１７に示す表を用いて正確に判断している。
また、整流コンデンサ７３の温度を測定し、温度変化から容量値の変化量を推定する方法も考えられる。しかし、この方法では、温度をピンポイントで測定するための計測器が必要となる。さらに、温度の上昇値から容量値の変化を正確に推定する方法も考えられるが、この方法ではコンデンサの個体毎のバラつきを含めた特性を事前に測定しておく必要がある。そのため、製造する装置のそれぞれに対して温度と容量値の関係を取得する検査工程の追加も必要となる。したがって、整流コンデンサ７３の温度変化から容量値の変化量を推定しようとすると、新規部品を追加しなければならず、装置の小型化や低コスト化の妨げとなる。
これに対して、本実施形態に係る電力変換装置１では、電力変換装置１の入力電圧と入力電流と出力電圧と出力電流とを検出する。したがって、一般に検出されている入出力の電圧と電流だけを用いるので、温度を測定するための追加部品を設置しなくても、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を判断することができる。これにより、追加の部品や装置を必要とせずに、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制して、整流コンデンサ７３の過温度を防止することができる。
また、本実施形態に係る電力変換装置１では、入力電圧と入力電流から入力インピーダンスを算出し、入力インピーダンスが設定値より低下して出力電圧と出力電流が設定値より上昇した場合に整流コンデンサのインピーダンスが設定値より上昇したと判断する。一方、入力インピーダンスが設定値より上昇して出力電圧と出力電流が設定値より低下した場合に整流コンデンサのインピーダンスが設定値より低下したと判断する。これにより、追加の部品や装置を必要とせずに、整流コンデンサ７３のインピーダンスが設定値より上昇したか、低下したかを判断することができる。したがって、この判断に基づいて、整流コンデンサ７３のインピーダンスの変化を抑制して、整流コンデンサ７３の過温度を防止することができる。
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
１ 電力変換装置
３ 入力電源
５ 交流波生成回路
７ 整流回路
９ 検出部
１１ コントローラ
１３ 負荷
５１ チョークコイル
５３ 共振コイル
５５ 共振コンデンサ
５７ スイッチング素子
５９ シャントキャパシタ
７１ ダイオード
７３ 整流コンデンサ
７５ フィルタコイル
７７ フィルタコンデンサ
７９ 整流スイッチ

Claims (10)

  1. 交流波を生成する交流波生成回路と、前記交流波生成回路で生成された交流波を、整流コンデンサとダイオードを並列接続した構成で整流する整流回路とを備えた電力変換装置の制御方法であって、
    前記整流コンデンサのインピーダンスの変化に応じて、前記整流コンデンサのインピーダンスの変化を抑制するように、前記整流コンデンサに入力される交流波を調整する
    ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  2. 前記整流コンデンサのインピーダンスが設定値より上昇した場合には、前記電力変換装置の出力電圧が低下するように前記整流コンデンサに入力される交流波を調整し、
    前記整流コンデンサのインピーダンスが設定値より低下した場合には、前記電力変換装置の出力電圧が上昇するように前記整流コンデンサに入力される交流波を調整する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御方法。
  3. 前記整流コンデンサのインピーダンスが設定値より上昇した場合には、前記交流波生成回路で生成される交流波の周波数を上昇させ、
    前記整流コンデンサのインピーダンスが設定値より低下した場合には、前記交流波生成回路で生成される交流波の周波数を低下させる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置の制御方法。
  4. 前記整流コンデンサのインピーダンスが設定値より上昇した場合には、前記交流波が前記整流コンデンサへ入力される時間を短くし、
    前記整流コンデンサのインピーダンスが設定値より低下した場合には、前記交流波が前記整流コンデンサへ入力される時間を長くする
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置の制御方法。
  5. 前記整流コンデンサのインピーダンスの変化を検出することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御方法。
  6. 前記電力変換装置の入力電圧と入力電流と出力電圧と出力電流とを検出することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御方法。
  7. 前記入力電圧と前記入力電流から入力インピーダンスを算出し、
    前記入力インピーダンスが設定値より低下し、尚且つ前記出力電圧と前記出力電流が設定値より上昇した場合には、前記整流コンデンサのインピーダンスが設定値より上昇したと判断し、
    前記入力インピーダンスが設定値より上昇し、尚且つ前記出力電圧と前記出力電流が設定値より低下した場合には、前記整流コンデンサのインピーダンスが設定値より低下したと判断する
    ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置の制御方法。
  8. 交流波を生成する交流波生成回路と、前記交流波生成回路で生成された交流波を、整流コンデンサとダイオードを並列接続した構成で整流する整流回路と、前記交流波生成回路と前記整流回路を制御するコントローラとを備えた電力変換装置であって、
    前記コントローラは、
    前記整流コンデンサのインピーダンスの変化に応じて、前記整流コンデンサのインピーダンスの変化を抑制するように、前記整流コンデンサに入力される交流波を調整する
    ことを特徴とする電力変換装置。
  9. 前記交流波生成回路は、共振コイルと共振コンデンサを有する共振回路と、前記共振回路への入力をオンオフするスイッチング素子とを含むことを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
  10. 前記交流波生成回路は、前記スイッチング素子と電源との間に接続されたチョークコイルと、前記スイッチング素子に並列に接続されたキャパシタとをさらに備え、前記共振回路は前記チョークコイルと前記スイッチング素子の接続点に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
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