KR20190108159A - 전원 제어 장치, 전력 변환 시스템 및 전원 제어 방법 - Google Patents

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다카시 효도
사토시 오가사와라
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 스너버 소자를 갖는 스위치 회로를 사용한 매트릭스 컨버터의 출력측에 공진 회로를 배치한 전력 변환 장치에 의해, 다상 교류 전원으로부터의 출력을 AC-AC 변환하는 전력 변환 장치를 제어하고, 출력 전류의 위상을 적합화하고, 출력측의 역률을 높여, 출력의 전달 효율을 향상시키는 것이 가능한 전원 제어 장치, 전력 변환 시스템 및 전원 제어 방법을 제공한다.
[해결 수단] 전원 제어 장치는, 전력 변환 장치로부터 출력하는 정방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 공진 회로에 의해 위상차가 발생하는 출력 전류가 부, 또는 부방향 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 출력 전류가 정으로 되고, 또한 스너버 소자가 방전하는 기간 내에 출력 전류의 극성 변화가 발생하지 않도록 제어한다.

Description

전원 제어 장치, 전력 변환 시스템 및 전원 제어 방법
본 발명은, 다상 교류 전원의 상마다 접속되어, 복수의 스위치 회로에 의해, AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치를 제어하는 전원 제어 장치, 그러한 전원 제어 장치를 구비하는 전력 변환 시스템, 및 그러한 전력 변환 시스템에서 실행되는 전원 제어 방법에 관한 것이다.
다상 교류 전원으로부터 입력을 받아, 매트릭스 컨버터에 의해, AC-AC 변환을 행하여 부하측에 출력하는 전력 변환 장치가 주목받고 있다. 매트릭스 컨버터는, 입력인 다상 교류 전원의 상마다 접속한 스위치 회로를 온/오프함으로써, 직류로 변환하지 않고, AC-AC 변환하고, 교류를 부하측에 출력한다. 매트릭스 컨버터는, 부하측에 출력하는 교류의 전압, 주파수 등에 따라, 쌍방향 스위치의 전환을 제어한다. 교류로부터 교류로 변환하는 매트릭스 컨버터는, 교류로부터 직류로 변환한 후, 다시 교류로 변환하는 인버터를 사용한 전력 변환에 비해 변환 손실이 작고, 또한, 인버터를 필요로 하지 않으므로 소형화가 용이하다는 이점이 있다.
본원 출원인은, 이러한 매트릭스 컨버터에 대해서, 출력측에 공진 회로를 배치함으로써, 전압과 전류 사이에 위상차를 발생시켜, 전압 또는 전류가 제로인 상태에서 스위칭을 행하는 소프트 스위칭 기술을 개시하고 있다(특허문헌 1 참조).
소프트 스위칭은, 전압이 인가되어서 전류가 흐르고 있는 상태에서 강제적으로 온/오프를 행함으로써 변환 처리를 하는 하드 스위칭과 비교하여, 스위칭 손실의 억제, 변환 효율의 저하의 억제, 반도체 디바이스에 걸리는 스트레스의 억제 등의 여러가지 효과를 예상할 수 있다.
일본 특허 공개 제2015-149857호 공보
본원 발명자 등은, 상술한 특허문헌 1에 개시한 기술을 더욱 개량하여, 전달 효율을 높이는 것을 과제로 하여 연구하였다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이고, 전류의 위상을 최적화함으로써, 출력의 전달 효율을 높이는 것이 가능한 전원 제어 장치의 제공을 주된 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 전원 제어 장치를 사용한 전력 변환 시스템의 제공을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 전력 변환 시스템에서 실시 가능한 전원 제어 방법의 제공을 다른 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본원에 기재된 전원 제어 장치는, 다상 교류 전원의 상마다 접속되어, 각각 충방전 가능한 스너버 소자를 갖는 복수의 스위치 회로에 의해, 상기 다상 교류 전원으로부터의 입력을 AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치를 제어하는 전원 제어 장치이며, 상기 전력 변환 장치로부터 출력시키는 출력 전압의 계단상 파형을 제작하는 파형 제작 수단과, 상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형에 기초하는 출력 전압의 기본파의 위상, 상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형으로 나타나는 출력 전압의 절댓값을 최대로 했을 때의 위상을 나타내는 상승 위상, 및 상기 스너버 소자의 방전에 필요한 기간에 기초하는 방전 위상차에 기초하여, 상기 전력 변환 장치로부터 출력하는 출력 전압의 기본파 위상 및 출력 전류의 위상의 위상차를 도출하는 위상차 도출 수단과, 상기 위상차 도출 수단이 도출한 위상차가 되는 주파수를 도출하는 주파수 도출 수단과, 상기 주파수 도출 수단이 도출한 주파수로 되도록, 상기 전력 변환 장치의 상기 스위치 회로를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원 제어 장치에 있어서, 상기 위상차 도출 수단은, 상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형을 푸리에 급수 전개한 결과에 기초하여 출력 전압의 기본파의 위상을 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원 제어 장치에 있어서, 상기 위상차 도출 수단은, 상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형에 기초하는 출력 전압의 변화, 상기 공진 회로의 공진 회로 특성 및 상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형을 푸리에 급수 전개한 결과에 기초하는 출력 전압의 기본파 진폭으로부터 구한 출력 전류의 크기에 기초하여, 상기 스너버 소자의 방전 위상차를 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원 제어 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 위상차 도출 수단이 도출한 위상차에 기초하여, 상기 스위치 회로의 전환 제어에 의해 출력 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원 제어 장치에 있어서, 설정된 출력 전압 명령값을 판독하는 명령값 판독 수단과, 다상 교류 전원으로부터 입력되는 각 상의 입력 전압을 검출하는 전압 검출 수단을 구비하고, 상기 파형 제작 수단은, 상기 명령값 판독 수단이 판독한 출력 전압 명령값 및 상기 전압 검출 수단이 검출한 각 상의 입력 전압에 기초하여, 계단상 파형을 제작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원 제어 장치에 있어서, 교류 전원에 접속되어, 각각 충방전 가능한 스너버 소자를 갖는 복수의 스위치 회로에 의해, 상기 교류 전원으로부터의 입력을 AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치를 제어하는 전원 제어 장치이며, 상기 전력 변환 장치로부터 출력하는 정방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 상기 공진 회로에 의해 위상차가 발생하는 출력 전류가 부, 또는 부방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 출력 전류가 정이 되고, 상기 스너버 소자가 방전하는 기간 내에 출력 전류의 극성 변화가 발생하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본원에 기재된 전력 변환 시스템은, 다상 교류 전원의 상마다 접속되어, 각각 충방전 가능한 스너버 소자를 갖는 복수의 스위치 회로에 의해, 상기 다상 교류 전원으로부터의 입력을 AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치와, 상기 전력 변환 장치를 제어 하는 상기 전원 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본원에 기재된 전원 제어 방법은, 교류 전원에 접속되어, 각각 충방전 가능한 스너버 소자를 갖는 복수의 스위치 회로에 의해, 상기 교류 전원으로부터의 입력을 AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치를 제어하는 전원 제어 방법이며, 상기 전력 변환 장치로부터 출력하는 정방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 상기 공진 회로에 의해 위상차가 발생하는 출력 전류가 부, 또는 부방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 출력 전류가 정으로 되고, 상기 스너버 소자가 방전하는 기간 내에 출력 전류의 극성 변화가 발생하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본원에 기재된 전원 제어 장치, 전력 변환 시스템 및 전원 제어 방법은, 전류의 위상을 적합화하는 것이 가능하다.
본 발명은, 전력 변환 장치로부터 계단상 파형으로서 출력하는 전압의 절댓값을 최대로 했을 때의 위상을 나타내는 상승 위상 및 스위치 회로에 포함되는 스너버 소자의 방전에 필요한 기간에 기초하는 위상에 기초하여 바람직한 위상차를 도출하고, 도출한 위상차에 기초하여 전력 변환 장치를 제어한다. 이에 의해, 전류의 위상이 적합화된다. 따라서, 바람직한 타이밍에서의 스위칭을 가능하게 하고, 출력측의 역률을 높여, 출력의 전달 효율을 향상시키는 것이 가능한 등, 우수한 효과를 발휘한다.
도 1은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템의 회로 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는, 본원에 기재된 전력 변환 시스템에 있어서, 삼상 교류 전원의 전압 파형 및 스위칭 소자의 제어 패턴을 도시하는 설명도이다.
도 3은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템에 있어서, 전력 변환 장치의 출력 전압 및 출력 전류의 관계를 경시적으로 나타내는 그래프이다.
도 4a는, 본원에 기재된 전력 변환 시스템에 있어서의 전력 변환 장치가 구비하는 스위칭 소자의 동작 상황을 경시적으로 나타내는 타임 차트이다.
도 4b는, 본원에 기재된 전력 변환 시스템에 있어서의 전력 변환 장치가 구비하는 스위칭 소자의 동작 상황을 경시적으로 나타내는 타임 차트이다.
도 5는, 본원에 기재된 전력 변환 시스템에 있어서의 전력 변환 장치가 구비하는 스위칭 소자 및 출력 전압 및 출력 전류의 상황을 경시적으로 나타내는 그래프이다.
도 6은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템이 구비하는 전력 변환 장치로부터 출력 파형을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템이 구비하는 전력 변환 장치의 스위치 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 8은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템이 구비하는 전력 변환 장치로부터 출력 파형을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 9는, 본원에 기재된 전원 제어 장치의 처리를 개념적으로 도시하는 블록도이다.
도 10은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템이 구비하는 전력 변환 장치로부터 출력 파형을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 11은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템이 구비하는 전력 변환 장치가 실행하는 위상 산출 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12는, 본원에 기재된 전력 변환 시스템에 있어서, 전원 제어 장치의 제어에 기초하여 전력 변환 장치로부터 출력되는 출력 전압 및 출력 전류의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명을 구현화한 일례이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
<전력 변환 시스템>
도 1은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템의 회로 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 도 1에 예시하는 전력 변환 시스템(1)은, 삼상 교류 전원 등의 다상 교류 전원으로부터 입력된 교류 전력을 AC-AC 변환한다. 도 1에 도시하는 전력 변환 시스템(1)에서는, 변환된 교류 전력을, 예를 들어 차량에 탑재된 이차 전지 등의 전력 부하(2)로의 충전용으로 출력하는 형태를 예시하고 있다. 전력 변환 시스템(1)으로부터 출력된 교류 전력은, 트랜스 T를 통해 비접촉 상태에서 차량측으로 출력되고, 차량측의 AC-DC 변환 장치에 의해 변환된 직류 전력으로서 전력 부하(2)로 공급된다. 또한, AC-DC 변환 장치는, 차량에 탑재되어 있어도, 차량 외에 배치되어 있어도 된다.
전력 변환 시스템(1)은, 복수의 스위치 회로를 갖는 매트릭스 컨버터(110) 및 LLC 회로 등의 공진 회로(111)를 갖는 전력 변환 장치(11), 그리고 전력 변환 장치(11)를 제어하는 전원 제어 장치(12)를 구비하고 있다.
도 1에 예시하는 매트릭스 컨버터(110)는, 6조의 스위치 회로를 갖고 있고, 각 조의 스위치 회로는, 쌍방향 스위치로서 기능한다. 입력되는 삼상 교류 전원(10)의 각 상(R상, S상, T상)에는, 각각 스위치 회로로서, 2개의 쌍방향 스위치가 병렬로 접속되어 있다. 각 쌍방향 스위치는, 2개의 스위칭 소자와, 2개의 다이오드와, 스너버 소자로서 기능하는 1개의 콘덴서(스너버 콘덴서)를 각각 구비하고 있다. 이하에서는, 스위칭 소자 S1, S2를 구비하는 스위치 회로를 예시하여 설명하지만, 스위칭 소자 S3 내지 S12를 구비하는 다른 스위치 회로에 대해서도 마찬가지이다.
스위칭 소자 S1, S2는, 역도통하지 않는 구조를 갖는 반도체 스위치이고, 절연 게이트형 바이폴라·트랜지스터(IGBT), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 소자가 사용된다. 스위치 회로는, 2개의 스위칭 소자 S1, S2를 역병렬 접속하고 있기 때문에, 쌍방향 스위치로서 기능한다.
스너버 소자로서 기능하는 콘덴서 C1은, 역병렬 접속된 스위칭 소자 S1, S2의 콜렉터-이미터 사이에 접속되어 있다.
또한, 스위칭 소자 S1, S2의 콜렉터-베이스 사이에는, 다이오드 D1, D2(도 4a, 도 4b 등 참조)가 접속되어 있다.
스위칭 소자 S3 내지 S12를 구비하는 다른 스위치 회로도 마찬가지로, 콘덴서 C2 내지 C6 및 다이오드(도 4a, 도 4b에서, D3 내지 D6을 도시)를 구비하고 있다.
이들 6조의 스위치 회로를 갖는 매트릭스 컨버터(110)는, 삼상 교류 전원(10)의 상마다 접속되어, 각 스위칭 소자 S1, S2, …, S11, S12의 온/오프 전환에 의해, 삼상 교류 전원(10) 중 어느 2상의 상간 전압을 출력한다. 또한, R상, S상 및 T상으로 이루어지는 삼상 교류 전원(10)으로부터의 출력은, 스위칭 소자 S1 내지 S6을 사용하여 형성되는 U상측 및 스위칭 소자 S7 내지 S12를 사용하여 형성되는 V상측에 전류의 방향에 따라서 분기한다. 각 스위칭 소자 S1, S2, …, S11, S12의 온/오프 전환은, 전원 제어 장치(12)에 의해 제어된다.
공진 회로(111)는, 콘덴서 C111과, 코일 L111을 직렬로 접속하고, 또한 전력 부하(2)에 비접촉으로 접속하는 트랜스 T의 1차측 코일 Lt1이 접속된 LLC 회로이다. 공진 회로(111)의 공진 주파수는, 전력 변환 장치(11)로부터 출력하는 교류 전압의 주파수에 기초하여 결정되고 있다. 또한, 1차측 코일 Lt1과 함께 트랜스 T를 구성하는 2차측 코일 Lt2에는, AC-DC 변환 장치를 통해 전력 부하(2)가 접속되어 있다.
전원 제어 장치(12)는, 입력 전압 검출부(120), 연산부(121) 및 펄스 출력부(122), 그 밖에도 출력 전압 검출부(123) 등의 각종 구성을 구비하고 있다.
입력 전압 검출부(120)는, 삼상 교류 전원(10)으로부터 입력을 받는 각 상의 전압을 각각 검출하는 회로이다. 도 1에 예시하는 전력 변환 시스템(1)에서는, 각 상 R, S, T의 전압 er, es, et를 각각 검출하고, 연산부(121)에 입력 전압 E, 그리고 위상 θr, θs, θt로서 출력한다.
연산부(121)는, 입력 전압 검출부(120)가 검출한 입력 전압 및 입력 전압 위상의 초기값의 입력에 기초하여, 전력 변환 장치(11)의 변환 대상으로 되는 각 상의 위상차 및 위상차에 기초하는 주파수를 도출한다. 그리고, 연산부(121)는, 도출한 위상차 및 주파수가 되도록 매트릭스 컨버터(110)를 제어하기 위해 펄스 출력부(122)에 위상차 및 주파수에 기초하는 출력값을 출력한다.
펄스 출력부(122)는, 연산부(121)로부터 출력된 출력값에 기초하여, 매트릭스 컨버터(110)의 각 스위칭 소자 S1, S2, …, S11, S12를 제어하기 위해, PWM 펄스 신호를 생성하고, 생성한 PWM 펄스 신호를 매트릭스 컨버터(110)로 출력한다.
연산부(121)에 의한 연산 및 연산 결과에 기초하는 각 스위칭 소자 S1, S2, …, S11, S12의 제어 상세에 대해서는 후술한다.
이러한 전원 제어 장치(12)는, 연산부(121)에 의해, 장치 전체가 제어되어 동작한다. 또한, 연산부(121)는, VLSI, LSI 등의 논리 회로를 사용한 하드웨어로서 실현해도 되고, 플래시 메모리 등의 기록 회로 및 기록 회로에 기록된 컴퓨터 프로그램을 실행하는 CPU 등의 제어 회로로서 실현해도 되고, 또한 이들을 적절히 조합하여 실현해도 된다. 즉, 전원 제어 장치(12)는, 논리 회로가 탑재된 제어 기판, 본원에 기재된 전원 제어 방법을 실현하는 전원 제어 프로그램이 기록되고, 그 전원 제어 프로그램을 실행하는 컴퓨터 등의 양태로 구성된다.
<제어 방법>
도 2는, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)에 있어서, 삼상 교류 전원(10)의 전압 파형 및 스위칭 소자의 제어 패턴을 도시하는 설명도이다. 도 2의 (a)는, 횡축에 시간을 취하고, 종축에 입력 전압 Vin의 전압값을 취하여, 삼상 교류 전원(10)으로부터 출력된 각 상의 전압값의 경시 변화를 나타내고 있다. 각 상의 전압 파형 er, es, et는, 위상이 2/3π(120°)씩 어긋나 있다. 전원 제어 장치(12)는, 각 상의 전압의 대소 관계로 분류한 6패턴의 구간(도 2에 도시하는 A 내지 F의 구간)마다, 그 구간에 따른 제어 패턴으로 전력 변환 장치(11)의 6조의 스위치 회로의 상태(스위칭 소자 S1 내지 S12의 온/오프 상태)를 제어한다.
도 2의 (b)는, 횡축에 개념적인 시간을 취하여, 스위칭 소자 S1 내지 S12의 제어 패턴 및 출력 전압 Vout의 전압값의 경시 변화를 나타내고 있다. 또한, 횡축은, 설명의 편의상, 개념적인 시간으로서, 시각 T1 내지 T6 내지 다음 주기의 각 구간을 등분하여 나타내고 있지만, 각 구간의 시간 간격은 반드시 일정하지 않다. 또한, 도 2의 (b)에 나타내는 제어 패턴은, 도 2의 (a)에 나타낸 구간 D에 있어서의 스위칭 소자 S1 내지 S12의 제어 패턴을 나타내고 있다. 또한, 도 2에 있어서, 스위칭 소자 S1 내지 S12의 경시 변화 중 온으로 되는 구간을 사선으로 나타내고 있다.
전원 제어 장치(12)는, 스위칭 소자 S1 내지 S12의 온/오프 전환을 반복하여 행함으로써, 전력 변환 장치(11)로부터 출력되는 상간 전압이 도 2에 도시한 바와 같이 주기적으로 변화한다.
도 3은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)에 있어서, 전력 변환 장치(11)의 출력 전압 및 출력 전류의 관계를 경시적으로 나타내는 그래프이다. 도 3은, 횡축에 시간을 취하고, 좌측에 나타내는 종축에 출력 전압 Vout를 취하고, 우측에 나타내는 종축에 출력 전류 Iout를 취하여, 출력 전압 Vout 및 출력 전류 Iout의 경시 변화를 나타내고 있다. 또한, 출력 전류 Iout는, 도 1을 예시하여 설명한 전력 변환 장치(11)에 있어서, 스위칭 소자 S1 내지 S6을 사용하여 형성되는 스위치 회로로부터 전력 부하(2)측으로 출력되는 U상의 전류를 나타내고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 출력 전압 Vout는 계단상의 파형을 나타내는 계단상 파로서 출력된다. 계단상 파로서 출력되는 출력 전압 Vout는, 시각 T1에서 반전되고, 시각 T2에서, 최후의 상승이 일어나 최대로 된다. 또한, 출력 전압 Vout는, 시각 T3 내지 T5 사이에서 단계적으로 내려가, 시각 T4에서 반전되고, 시각 T5에서 최소로 된다(소위, 하강의 최후로 된다). 또한, 전력 변환 장치(11)는, 공진 회로(111)를 구비하고 있기 때문에, 출력 전류 Iout의 위상은, 출력 전압 Vout의 위상보다, 위상 θ에 상당하는 시간 분의 지연이 발생한다. 또한, 본원에서는, 부로부터 정으로의 반전이 발생하는 시각 T1을 기준으로 위상을 정의한다.
도 4a 및 도 4b는, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)에 있어서의 전력 변환 장치(11)가 구비하는 스위칭 소자 S1 내지 S6의 동작 상황을 경시적으로 나타내는 타임 차트이다. 도 4a 및 도 4b에 나타내는 스위칭 회로는, S1 내지 S6에서 나타내는 스위칭 소자, C1 내지 C3으로서 나타내는 스너버 콘덴서 및 D1 내지 D6으로서 나타내는 다이오드를 구비하고 있다. 또한, 도 5는, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)에 있어서의 전력 변환 장치(11)가 구비하는 스위칭 소자 S1 내지 S4 그리고 출력 전압 및 출력 전류의 상황을 경시적으로 나타내는 그래프이다. 도 4a 및 도 4b 및 도 5는, 도 2 및 도 3에 예시한 R상으로부터 S상으로 전환되는 시각 T5 이후의 제어의 상황을 t1 내지 t4의 구간에 세분화하여 나타내고 있다. 또한, 도 4a 및 도 4b는, 도 4a의 (a), 도 4a의 (b), 도 4a의 (c), 도 4b의 (a), 도 4b의 (b)가 순서대로 스위칭 소자의 전환이 행하여진다. 도 5에 도시하는 Vcr은, 스위칭 소자 S1, S2의 콜렉터-이미터 사이에 접속된 콘덴서 C1의 양단 전압이고, Vcs는, 스위칭 소자 S3, S4의 콜렉터-이미터 사이에 접속된 콘덴서 C2의 양단 전압이다. 또한, Ir은 R상을 흐르는 전류이며, Is는, S상을 흐르는 전류이다. 또한, 실제로는, R상 및 S상을 흐르는 전류는, 스위칭 상태가 변화되지 않는 상태에 있어서도 일정하지 않고 변동하지만, 도 5에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 전류가 흐르고 있고, 또한 스위칭이 변화하지 않는 상태에서는 일정한 것으로서 개념적인 도시로 하고 있다.
먼저, 전원 제어 장치(12)는, 도 2 및 도 3에 도시한 시각 T5가 된 직후의 t1에 있어서, 스위칭 소자 S4를 오프 상태로부터 온 상태로 전환한다(도 4a의 (a)→도 4a의 (b)). 이 스위칭 소자 S4의 상태 전환 시에는, 전류가 S상을 흐르지 않고 있으므로(Is=0), t1에 있어서의 스위칭 소자 S4의 상태 전환이 제로 전류 시퀀스(ZCS)로 행하여진다. 즉, t1에 있어서의 스위칭 소자 S4의 상태 전환은, 소프트 스위칭으로 행하여진다.
이어서, 전원 제어 장치(12)는, t2에 있어서, 스위칭 소자 S2를 온 상태로부터 오프 상태로 전환한다(도 4a의 (b)→도 4a의 (c)). 이 스위칭 소자 S2의 상태 전환 시에는, 콘덴서 C1의 양단 전압이 0V이므로, t2에 있어서의 스위칭 소자 S2의 상태 전환이 제로 전압 시퀀스(ZVS)로 행하여진다. 즉, t2에 있어서의 스위칭 소자 S2의 상태 전환은, 소프트 스위칭으로 행하여진다. 또한, 스위칭 소자 S2를 오프 상태로 함으로써, 콘덴서 C1의 충전이 개시되어, S상의 전류 Is가 흐르기 시작한다. 또한, 스위칭 소자 S2를 전환한 t2의 직후는, 충전이 개시되는 콘덴서 C1에서 접속됨으로써, 일시적으로 양쪽에 전류가 흐르게 된다. 따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, t2의 직후는 콘덴서 C1의 충전 및 콘덴서 C2의 방전이 완료될 때까지, R상의 전류 Ir과 S상의 전류 Is로 전류가 나뉘게 된다.
전원 제어 장치(12)는, t3에 있어서, 스위칭 소자 S3을 오프 상태로부터 온 상태로 전환한다(도 4a의 (c)→도 4b의 (a)). 이 스위칭 소자 S3의 상태 전환 시에는, 콘덴서 C2의 양단 전압이 0V이므로, t3에 있어서의 스위칭 소자 S3의 상태 전환이 제로 전압 시퀀스(ZVS)로 행하여진다. 즉, t3에 있어서의 스위칭 소자 S3의 상태 전환은, 소프트 스위칭으로 행하여진다.
또한, 콘덴서 C1 내지 C6의 용량과, 공진 회로(111)의 공진 주파수 및 전력 부하(2)의 크기의 관계에 대해서는 후술한다.
전원 제어 장치(12)는, t4에 있어서, 스위칭 소자 S1을 온 상태로부터 오프 상태로 전환한다(도 4b의 (a)→도 4b의 (b)). 이 스위칭 소자 S1의 상태 전환 시에는, 전류가 R상을 흐르지 않고 있으므로(Ir=0), t4에 있어서의 스위칭 소자 S4의 상태 전환이 제로 전류 시퀀스(ZCS)로 행하여진다. 즉, t4에 있어서의 스위칭 소자 S1의 상태 전환은, 소프트 스위칭으로 행하여진다.
이와 같이, 전력 변환 장치(11)의 전류 동작에 관한 스위칭 소자 S1 내지 S12의 상태 전환이, 모두 소프트 스위칭으로 행하여지고, 하드 스위칭으로 행하여지는 일은 없다. 이러한 전력 변환 장치(11)로서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2015-149857호 공보에서 상세하게 설명한 기술을 적용하는 것이 가능하다.
<제어 및 각종 연산>
이어서, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)에 있어서, 전력 변환 장치(11)로부터의 출력에 관한 출력 주파수를, 전력 부하(2)에 따라서 동적으로 최적화함으로써, 소프트 스위칭을 달성하면서도, 역률이 높아지도록 제어하는 방법 및 그를 위한 각종 연산에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 전술한 전력 변환 시스템(1)에 의한 소프트 스위칭에 있어서, 출력 전압 및 출력 전류의 최적인 위상차를 도출하고, 도출한 위상차로 하기 위해, 전원 제어 장치(12)가 전력 변환 장치(11)를 제어하는 방법이다.
전력 부하(2)에 대하여 최적화된 출력 주파수로 하고, 소프트 스위칭을 달성하면서도 역률을 최고로 하기 위해서는, 하기의 조건 1 및 조건 2를 충족하고, 또한 조건 3을 충족하도록 출력 주파수를 제어한다.
조건 1. 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 출력 전류가 출력 전압의 반대 극성
즉,
조건 1.1 출력 전압 증가 시에 출력 전류 iuv<0
조건 1.2 출력 전압 감소 시에 출력 전류 iuv>0
중 한쪽의 조건을 충족한다.
조건 2. 스너버 소자가 방전하는 기간 내에 출력 전류의 극성 변화 없음
조건 3. 상기 조건 1 및 조건 2를 충족하고, 출력 전압 및 출력 전류의 위상차가 최소
조건 1에 대하여 설명한다. 도 6은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)이 구비하는 전력 변환 장치(11)로부터의 출력 파형을 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 6은, 횡축에 위상을 취하고, 종축에 출력값을 취하여, 출력 전압 및 출력 전류의 파형 변화를 나타내고 있다. 도 6 중, 계단상 파를 나타내는 실선은, 전력 변환 장치(11)로부터 출력되는 출력 전압의 계단상 파형을 나타내고 있고, 사인파를 나타내는 파선은, 출력 전압의 기본파를 나타내고 있다. 기본파는, 전력 변환 장치(11)로부터 출력하는 출력 전압의 계단상 파형으로부터 고차 성분을 제외한 출력 전압의 파형이다. 또한, 실선으로 나타낸 사인파는, 전력 변환 장치(11)로부터 출력되는 출력 전류의 파형을 나타내고 있다. 또한, 여기에서는 U상으로부터 V상의 방향으로 흐르는 전류를 출력 전류로서 나타내고 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 계단상 파로서 출력되는 출력 전압이 정이고, 또한 출력 전압의 값이 상승되어서 증가하고 있는 시점을 포함하는 기간 Tr에 있어서, 실선으로 나타내는 출력 전류 iuv<0의 조건을 충족하고 있다.
조건 2에 대하여 설명한다. 도 7은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)이 구비하는 전력 변환 장치(11)의 스위치 회로의 일례를 나타내는 회로도이다. 도 7에 나타내는 스위치 회로는, 2개의 스위칭 소자 S1, S2를 역병렬 접속한 쌍방향 스위치이고, 역병렬 접속된 스위칭 소자 S1, S2의 이미터-콜렉터 간을 스너버 소자로서 기능하는 콘덴서(스너버 콘덴서) C1에 의해 접속하고 있다. 또한, 스위칭 소자 S1의 콜렉터-베이스 간에는, 다이오드 D1이 접속되어 있고, 스위칭 소자 S2의 콜렉터-베이스 간에는, 다이오드 D2가 접속되어 있고, 각각 역류 방지용의 소자로서 기능한다. 도 7을 향하여 좌측이 R상으로 되는 삼상 교류 전원(10)측을 나타내고 있고, 우측이 U상으로 되는 전력 부하(2)측을 나타내고 있다. 스너버 콘덴서 C1은, 전류 시에 충방전을 행함으로써, 스위치 회로의 양단 급격한 전압 변화를 억제한다. 즉, 도 7에 있어서, R상과 U상의 전위차가 되는 Vru가 정(Vru>0)인 경우에, 삼상 교류 전원(10)측으로부터 전력 부하(2)측으로 흐르는 전류 iu가 정(iu>0)일 때는, 스너버 소자로의 충전이 행하여지고, 전류 iu가 부(iu<0)일 때는, 스너버 소자가 방전한다.
도 8은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)이 구비하는 전력 변환 장치(11)로부터의 출력 파형을 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 8은, 횡축에 시간을 취하고, 종축에 출력값을 취하여, 출력 전압 및 출력 전류의 파형 변화를 나타내고 있다. 도 8 중, 계단상 파는, 전력 변환 장치(11)로부터 출력되는 출력 전압 Vout의 파형을 나타내고 있고, 사인파는, 전력 변환 장치(11)로부터 출력되는 출력 전류 iuv의 파형을 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 스너버 소자는, 전류 시에 충방전을 행함으로써, 스위치 회로의 양단 급격한 전압 변화를 억제하고 있다. 따라서, 스너버 소자가 완전히 방전할 때까지, 스위치 회로를 흐르는 출력 전류 iuv의 방향(극성)이 변화하지 않도록 제어할 필요가 있다. 즉, 조건 2. 「스너버 소자가 방전하는 기간 내에 출력 전류의 극성 변화 없음」을 충족해야만 한다. 도 8에서는, 출력 전류 iuv가 부로부터 정으로 될 때까지, 즉, 시각 tr로부터 시각 ti에 도달할 때까지로 방전을 완료해야 한다. 따라서, 스너버 소자의 방전에 필요한 기간을 고려하여, 방전에 필요한 기간 내에 출력 전류가 극성 변화하지 않도록 제어해야 한다.
또한, 도 8 중에 시각 tr로서 나타내는 출력 전압의 절댓값을 최대로 하는 시점으로부터 후에는, 전류와 전류의 극성 변화의 시간차가 작아지므로, 스너버 소자의 정전 용량을 고려하여, 고정밀도로 제어할 필요가 있다. 즉, 하기 식 (1)에서 나타내는 조건을 충족하도록 제어해야 한다. 또한, 출력 전압의 절댓값을 최대로 하는 시점이란, 계단상 파인 출력 전압이, 극소값으로부터 극대값으로 천이할 때까지, 복수회의 상승을 행하는 동안에, 그 마지막으로 상승되는 시점이고, 예를 들어 상술한 도 3에 예시한 시각 T2의 시점을 말한다. 극대값으로부터 극소값으로 천이하는 경우에는, 마지막으로 출력 전압이 내려가는, 소위 하강의 최후의 시점이고, 전술한 도 3에서는, 시각 T5로서 예시하고 있다.
Figure pct00001
도 9는, 본원에 기재된 전원 제어 장치(12)의 처리를 개념적으로 도시하는 블록도이다. 도 9는, 상술한 조건 1 및 조건 2 그리고 조건 3을 충족시키기 위하여 필요한 연산을 블록도로서 나타내고 있다. 전원 제어 장치(12)는, 입력 또는 설정된 출력 전압 명령값을 판독하여, 계단상의 출력파가 되는 출력 전압 파형(계단상 파형)을 형성한다.
전원 제어 장치(12)의 연산부(121)는, 형성한 출력 전압 파형을 푸리에 급수 전개하고, 그 결과에 기초하여 출력 전압의 기본파 위상 φ1과, 출력 전압의 기본파 진폭 V1을 도출한다.
연산부(121)는, 출력 전압의 기본파 진폭 V1 및 공진 회로(111)의 임피던스 Z로부터 하기 식 (2)에 의해, 출력 전류의 크기 I를 도출한다. 또한, 임피던스 Z는, 후술하는 방법으로 도출한 위상차(φi -φ1)로부터 도출되는 각 주파수 ω을 피드백함으로써 설정한다.
Figure pct00002
단, I: 출력 전류의 크기 I
V1: 출력 전압의 기본파의 진폭
Z: 임피던스
연산부(121)는, 형성한 출력 전압 파형으로부터 도출되는 출력 전압의 절댓값을 최대로 하는 시점(출력 전압의 최후의 상승 시)에 있어서의 출력 전압의 변화 ΔV와, 도출한 출력 전류의 크기 I로부터, 스너버 소자의 정전 용량 C 등의 조건 (2)로서, 전술한 식 (1)에 기초하여 방전에 필요한 위상차 Δφs를 도출한다. 위상차 Δφs는, 도 8에 나타낸 ti -tr에 대응하고 있다.
연산부(121)는, 형성한 출력 전압 파형으로부터 도출되는 출력 전압의 절댓값을 최대로 하는 시점(출력 전압의 최후의 상승 시)의 위상 φr과, 도출한 방전에 필요한 위상차 Δφs를 가산하고, 최적인 전류 위상 φi(φi=φr+Δφs)를 도출한다.
연산부(121)는, 도출한 최적인 전류 위상 φi로부터, 푸리에 급수 전개에서 도출한 출력 전압의 기본파 위상 φ1을 감하여, 최적인 출력 전류의 위상차(φi-φ1)를 도출한다.
연산부(121)는, 도출한 최적인 출력 전류의 위상차(φi -φ1)에 기초하는 공진 회로(111)의 임피던스 Z(ω)를 도출하고(φi-φ1=Z(ω)), 추가로 각 주파수 ω을 도출한다. 도출한 각 주파수 ω은, 출력 전류의 크기 I의 도출에 피드백된다. 또한, 연산부(121)는 도출한 각 주파수 ω로부터 최적인 출력 주파수 f를 도출한다.
그리고, 연산부(121)는, 위상차(φi -φ1)에 기초하여 출력 주파수 f로 제어하도록, 펄스 출력부(122)에 출력값을 출력하고, 펄스 출력부(122)는 연산부(121)로부터 출력된 출력값에 기초하여 전력 변환 장치(11)의 매트릭스 컨버터(110)를 제어한다.
전술한 연산 처리에 있어서, 연산부(121)가, 기본파의 각 요소를 도출할 때의 푸리에 급수 전개에 대하여 설명한다. 출력 전압 파형에 기초하는 주기 함수 vout의 푸리에 급수 전개식은, 하기 식(3)과 같이 표시된다.
Figure pct00003
또한, 상기 식에 있어서, ω은 vout의 각 주파수이다. 또한, 상기 식 중 n=1의 성분이 상술한 기본파의 성분이고, 이 성분을 사용하여 기본파는, 하기 식 (4)로 표시된다.
Figure pct00004
또한, 식 (4)에서 나타내는 기본파의 각 성분은, vout의 주기 T를 사용하여 하기 식 (5)로 표시된다.
Figure pct00005
이와 같이 하여, 연산부(121)는, 푸리에 급수 전개를 행하여, 출력 전압 파형에 기초하여 진폭 V1 및 위상 φ1 등의 기본파의 성분을 도출하고, 도출한 기본파의 성분을 각종 연산에 사용한다.
전술한 연산 처리에 있어서, 연산부(121)가, 스너버 소자로서 사용되고 있는 스너버 콘덴서의 방전에 필요한 위상차 Δφs를 도출하는 처리에 대하여 설명한다.
조건 2로서 식 (1)을 사용하여 설명한 바와 같이, 출력 전류의 극성이 변화될 때까지, 예를 들어 출력 전류가 부로부터 정이 될 때까지, 스너버 콘덴서는 방전을 완료해야 한다.
도 10은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)이 구비하는 전력 변환 장치(11)로부터의 출력 파형을 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 10은, 횡축에 위상을 취하고, 종축에 출력값을 취하여, 출력 전압 및 출력 전류의 파형 변화를 나타내고 있다. 도 10에 도시되는 출력 전류 i를, 하기의 식 (6)으로 한다.
Figure pct00006
상기 식 (6)을 풂으로써, 하기의 식 (7)이 얻어진다.
Figure pct00007
연산부(121)는, 식 (7)을 사용하여, 스너버 소자로서 사용되는 스너버 콘덴서의 방전에 필요한 위상차 Δφs(=φi-φr)을 도출한다.
전술한 연산 처리에 있어서, 연산부(121)가, 출력 전압 파형으로부터 출력 전압의 절댓값을 최대로 하는 시점의 위상 φr과, 푸리에 급수 전개에 의해 도출하는 출력 전압의 기본파 위상 φ1을 도출하는 구체적인 처리에 대하여 추가로 설명한다. 도 11은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)이 구비하는 전력 변환 장치(11)가 실행하는 위상 산출 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
전력 변환 장치(11)의 연산부(121)는, 입력 또는 설정된 출력 전압 명령값을 판독하고(스텝 S1), 추가로 미리 설정되어 있는 입력 전압 위상의 초기값을 판독한다(스텝 S2). 스텝 S1 및 스텝 S2의 판독 처리는, 미리 설정값으로서 내부에 기록되어 있는 값을 판독하도록 해도 되고, 또한, 외부로부터 입력된 값을 판독하도록 해도 된다.
연산부(121)는, 판독한 출력 전압 명령값 및 입력 전압 위상의 초기값에 기초하여, 매트릭스 컨버터(110)가 구비하는 스위치 회로의 각 스위칭 소자에 관한 온/오프의 시간 비율(스위칭 시 비율)을 도출한다(스텝 S3).
판독한 출력 전압 명령값 및 도출한 스위칭 시 비율에 기초하여, 연산부(121)는, 전력 변환 장치(11)로부터 계단상 파로서 출력시키는 출력 전압 파형(계단상 파형)을 제작한다(스텝 S4).
제작한 출력 전압 파형에 기초하여, 연산부(121)는, 출력 전압의 절댓값을 최대로 했을 때의 위상 φr을 도출한다(스텝 S5). 또한, 연산부(121)는, 제작한 출력 전압 파형을 푸리에 급수 전개하여(스텝 S6), 출력 전압의 기본파 위상 φ1을 도출한다(스텝 S7).
그리고, 연산부(121)는, 연산의 대상으로 하는 입력 전압의 위상을 갱신하고(스텝 S8), 연산을 종료할 것인지 여부를 판정한다(스텝 S9). 스텝 S9에 있어서, 연산을 종료하지 않았다고 판정한 경우(스텝 S9: "아니오"), 연산부(121)는, 스텝 S3으로 되돌아가, 이후의 처리를 반복한다. 또한, 스텝 S9에 있어서, 연산을 종료한다고 판정한 경우(스텝 S9: "예"), 제어부는, 위상 산출 처리를 종료한다. 스텝 S9의 종료 판정 조건은, 사양에 따라서 적절히 설정된다. 예를 들어, 입력 전압 위상의 초기와 최종값의 차가 소정값 이하로까지 수렴되었을 경우에, 연산을 종료한다고 판정한다.
이상과 같이 하여, 위상 산출 처리가 실행된다.
이상, 상세하게 설명한 바와 같이, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)에서는, 도 9의 블록도, 도 11의 흐름도 등의 도를 사용하여 개념적으로 처리를 예시한 바와 같이, 출력 전압 명령값에 기초하여, 스위칭 시 비율의 도출, 출력 전압 파형의 제작, 출력 주파수의 도출 등의 각종 처리를 반복하여 행하는 재귀적 알고리즘을 사용하여 점근적으로 풀이가 수렴하도록 연산한다. 그리고, 연산에 의해 얻어진 풀이, 즉 전술한 조건 1(조건 1.1, 조건 1.2), 조건 2 및 조건 3에 기초하여 제어함으로써, 전력 변환 장치(11)로부터의 출력에 관한 주파수 f를 동적으로 최적화하고, 역률이 1 또는 가급적 1에 접근하도록 소프트 스위칭을 실시할 수 있다.
<실험 결과>
이어서, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)에 있어서, 전원 제어 장치(12)에 의해 제어되는 전력 변환 장치(11)의 출력을 실험한 결과에 대하여 설명한다. 도 11은, 본원에 기재된 전력 변환 시스템(1)에 있어서, 전원 제어 장치(12)의 제어에 기초하여 전력 변환 장치(11)로부터 출력되는 출력 전압 및 출력 전류의 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 11의 (a), (b) 및 (c)는, 횡축에 시간을 취하고, 종축에 출력값을 취하여, 출력 전압 및 출력 전류의 경시 변화를 나타내는 그래프이다. 도 11의 (a), (b), (c)는, 각각 스위칭 시 비율을 변화시켜서 제작한 여러가지 계단상 파형으로 나타내는 출력 전압에 대하여, 출력 전류의 파형이 어떻게 되는지를 나타내고 있다.
도 11의 (a), (b) 및 (c)에 도시하는 바와 같이, 출력 전압의 파형이 어떤 계단상 파형이어도, 출력 전류가 추종한 결과가 되고, 최적인 위상 제어가 이루어지고 있다. 그리고, 어느 실험에 있어서도, 전술한 조건 1 내지 조건 3을 충족하고 있다. 즉, 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 출력 전류가 출력 전류의 반대 극성이고, 스너버 소자의 방전 기간 내에 출력 전류의 극성 변화가 없고, 당해 조건 하에서 출력 전압 및 출력 전류가 최소로 되어 있다.
본 발명은, 이상 설명한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다른 다양한 형태로 실시하는 것이 가능하다. 그 때문에, 상술한 실시 형태는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석하면 안된다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타내는 것으로서, 명세서 본문에는, 하등 구속되지 않는다. 또한, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 전력 변환 시스템(1)으로부터 출력하는 교류 전력을 직류로 변환하는 형태를 예시했지만, 직류로 변환하지 않고, 교류 전력으로서 사용하게 해도 된다.
또한, 전력 변환 장치(11)의 매트릭스 컨버터(110)에 사용되는 스위치 회로는, 쌍방향 스위치라면, 다른 회로 구성이어도 된다. 예를 들어, 환류 다이오드로서 기능하는 다이오드가 역병렬 접속된 2개의 스위칭 소자를 역방향으로 직렬 접속하고, 직렬 접속된 스위칭 소자와 병렬로 스너버 콘덴서를 접속한 회로 구성의 쌍방향 스위치를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 전력 변환 시스템(1)은, 출력처의 전력 부하(2)에 관한 전압을 출력 전압 검출부(123)에서 검출하고, 피드백 제어하는 등, 적절히 설계하는 것이 가능하다.
1: 전력 변환 시스템
10: 다층 교류 전원(삼상 교류 전원)
11: 전력 변환 장치
110: 매트릭스 컨버터
111: 공진 회로(LLC 회로)
C1 내지 C6: 스너버 콘덴서(스너버 소자)
S1 내지 S12: 스위칭 소자
12: 전원 제어 장치
120: 입력 전압 검출부
121: 연산부
122: 펄스 출력부
123: 출력 전압 검출부
2: 전력 부하

Claims (8)

  1. 다상 교류 전원의 상마다 접속되고, 각각 충방전 가능한 스너버 소자를 갖는 복수의 스위치 회로에 의해, 상기 다상 교류 전원으로부터의 입력을 AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치를 제어하는 전원 제어 장치이며,
    상기 전력 변환 장치로부터 출력시키는 출력 전압의 계단상 파형을 제작하는 파형 제작 수단과,
    상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형에 기초하는 출력 전압의 기본파 위상, 상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형으로 나타내는 출력 전압의 절댓값을 최대로 했을 때의 위상을 나타내는 상승 위상 및 상기 스너버 소자의 방전에 필요한 기간에 기초하는 방전 위상차에 기초하여, 상기 전력 변환 장치로부터 출력하는 출력 전압의 기본파 위상 및 출력 전류의 위상의 위상차를 도출하는 위상차 도출 수단과,
    상기 위상차 도출 수단이 도출한 위상차로 되는 주파수를 도출하는 주파수 도출 수단과,
    상기 주파수 도출 수단이 도출한 주파수가 되도록, 상기 전력 변환 장치의 상기 스위치 회로를 제어하는 제어 수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 제어 장치.
  2. 제1항에 기재된 전원 제어 장치이며,
    상기 위상차 도출 수단은,
    상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형을 푸리에 급수 전개한 결과에 기초하여 출력 전압의 기본파 위상을 도출하는
    것을 특징으로 하는 전원 제어 장치.
  3. 제2항에 기재된 전원 제어 장치이며,
    상기 위상차 도출 수단은,
    상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형에 기초하는 출력 전압의 변화, 상기 공진 회로의 공진 회로 특성 및 상기 파형 제작 수단이 제작한 계단상 파형을 푸리에 급수 전개한 결과에 기초하는 출력 전압의 기본파 진폭으로부터 구한 출력 전류의 크기에 기초하여, 상기 스너버 소자의 방전 위상차를 도출하는
    것을 특징으로 하는 전원 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 전원 제어 장치이며,
    상기 제어 수단은,
    상기 위상차 도출 수단이 도출한 위상차에 기초하여, 상기 스위치 회로의 전환 제어에 의해 출력 주파수를 제어하는
    것을 특징으로 하는 전원 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전원 제어 장치이며,
    설정된 출력 전압 명령값을 판독하는 명령값 판독 수단과,
    다상 교류 전원으로부터 입력되는 각 상의 입력 전압을 검출하는 전압 검출 수단
    을 구비하고,
    상기 파형 제작 수단은,
    상기 명령값 판독 수단이 판독한 출력 전압 명령값 및 상기 전압 검출 수단이 검출한 각 상의 입력 전압에 기초하여, 계단상 파형을 제작하는
    것을 특징으로 하는 전원 제어 장치.
  6. 교류 전원에 접속되어, 각각 충방전 가능한 스너버 소자를 갖는 복수의 스위치 회로에 의해, 상기 교류 전원으로부터의 입력을 AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치를 제어하는 전원 제어 장치이며,
    상기 전력 변환 장치로부터 출력하는 정방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 상기 공진 회로에 의해 위상차가 발생하는 출력 전류가 부, 또는 부방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 출력 전류가 정으로 되고,
    상기 스너버 소자가 방전하는 기간 내에 출력 전류의 극성 변화가 발생하지 않도록 제어하는
    것을 특징으로 하는 전원 제어 장치.
  7. 다상 교류 전원의 상마다 접속되어, 각각 충방전 가능한 스너버 소자를 갖는 복수의 스위치 회로에 의해, 상기 다상 교류 전원으로부터의 입력을 AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치와,
    상기 전력 변환 장치를 제어하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 전원 제어 장치
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
  8. 교류 전원에 접속되어, 각각 충방전 가능한 스너버 소자를 갖는 복수의 스위치 회로에 의해, 상기 교류 전원으로부터의 입력을 AC-AC 변환하고, 공진 회로를 통하여 출력하는 전력 변환 장치를 제어하는 전원 제어 방법이며,
    상기 전력 변환 장치로부터 출력하는 정방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 상기 공진 회로에 의해 위상차가 발생하는 출력 전류가 부, 또는 부방향의 출력 전압의 절댓값이 증가하고 있는 기간에, 출력 전류가 정으로 되고,
    상기 스너버 소자가 방전하는 기간 내에 출력 전류의 극성 변화가 발생하지 않도록 제어하는
    것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.
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