WO2019207663A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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current
output voltage
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優矢 田中
麻衣 中田
晋吾 加藤
又彦 池田
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present application relates to a power conversion device that converts a DC voltage into a predetermined voltage, and particularly to a power conversion device in which a plurality of chopper circuits are connected in parallel.
  • Patent Document 1 As a control method that can achieve this current balance, in Patent Document 1, a plurality of chopper circuits that convert an input DC voltage into a predetermined DC voltage are connected in parallel, and a predetermined position of each chopper circuit is respectively connected. Current is taken out as a chopper current, a current deviation between the average value of each chopper current and the chopper current of the chopper circuit is detected, and the deviation amount is interrupted to the control system of the chopper circuit as a correction amount. Control of the output voltage of the circuit is performed.
  • a chopper circuit is configured by controlling so that a difference between current values output from a plurality of chopper circuits connected in parallel is reduced (as much as possible).
  • the maximum loss of the switching element to be reduced is reduced, and a smaller and lower cost power conversion device can be provided.
  • the control method for controlling the currents of the plurality of chopper circuits to be equal is described as shunt control, and the expected output current value of each chopper circuit with respect to the average value of the output current values of the plurality of chopper circuits.
  • the fact that the maximum value of the difference between the two is small will be described as being highly accurate in the diversion control.
  • the power converter of the present application includes a plurality of chopper circuits connected in parallel, a reactor current detector that detects a reactor current of each chopper circuit, an output voltage detector that detects an output voltage, and a detected reactor current.
  • a shunt controller that performs shunt control based on the output voltage and a voltage controller that performs voltage control based on the detected output voltage, and controls the output voltage of the chopper circuit so that the reactor currents of the plurality of chopper circuits are equal.
  • the control apparatus which performs is provided.
  • FIG. 1 shows a configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment. 2 and 4 show operation waveforms in the power conversion device of the first embodiment.
  • the power conversion apparatus according to the first embodiment includes an input smoothing capacitor 2 provided between a DC power supply 1 and a load 4 and connected in parallel with the DC power supply 1, and a reactor 101 on the positive electrode side of the input smoothing capacitor 2.
  • the first chopper circuit 100 connected, the second chopper circuit 200 connected in parallel with the first chopper circuit 100, the cathode terminal of the diode 103 of the first chopper circuit 100, and the cathode terminal of the diode 203 of the second chopper circuit.
  • the output smoothing capacitor 3 connected to the positive electrode side, the input voltage detector 5 for detecting the input voltage Vin of the input smoothing capacitor 2, the output voltage detector 6 for detecting the output voltage Vout of the output smoothing capacitor 3, and the input voltage
  • Vin_sense detected by the detector 5 and the output voltage value Vout_se detected by the output voltage detector 6 se, the current value IL1_sense detected by the reactor current detector 104 and the reactor current detector low-pass filter 105 in the first chopper circuit 100, and the reactor current detector 204 and the reactor current detector in the second chopper circuit 200 described later.
  • a control device 1000 is provided that outputs the gate signal Vgs_Q102 of the semiconductor switching element 102 and the gate signal Vgs_Q202 of the semiconductor switching element 202 in the first chopper circuit 100 using the current value IL2_sense detected by the low-pass filter 205.
  • the first chopper circuit 100 smoothes the output of the reactor 101, the semiconductor switching element 102, the diode 103, the reactor current detector 104 that detects the reactor current IL1, and the reactor current detector 104, and the ripple current of the reactor current IL1. And a low-pass filter 105 for a reactor current detector that is input to the control device 1000.
  • the drain terminal of the semiconductor switching element 102 is on a different terminal side from the terminal to which the input smoothing capacitor 2 of the reactor 101 is connected.
  • the anode terminal of the diode 103 is connected to a terminal side different from the terminal to which the input smoothing capacitor 2 of the reactor 101 is connected.
  • the second chopper circuit 200 has the same configuration as the first chopper circuit 100, and includes a reactor 201, a semiconductor switching element 202, a diode 203, a reactor current detector 204 that detects a reactor current IL2, and a reactor current detector 204.
  • a reactor current detector low-pass filter 205 for smoothing the output and removing the ripple current of the reactor current IL2 and inputting the ripple current to the control device 1000 is provided.
  • the difference between the output voltage target value Vout * of the output voltage value Vout and the output voltage value Vout_sense is obtained, and the deviation voltage value Vout_error is output.
  • the deviation voltage value Vout_error is input to the output voltage controller 1001, and the on-duty Dx is calculated by the output voltage control calculation. Is output.
  • the on-duty Dx calculated by the output voltage control is input to the output voltage control duty limiter 1003 and corrected to a value within the range determined by the limiter, and the on-duty Dy calculated by the output voltage control is output.
  • the difference between the current value IL2_sense obtained through the reactor current detector low-pass filter 105 of the first chopper circuit 100 and the current value IL1_sense obtained through the reactor current detector low-pass filter 205 of the second chopper circuit 200 is taken to obtain a deviation current value IL_error.
  • the deviation current value IL_error is input to the shunt controller 1002, and the on-duty D ′ by the shunt control calculation is output.
  • the on-duty D ′ resulting from the shunt control calculation is input to the shunt control duty limiter 1004 and is corrected to a value within the range determined by the shunt control duty limiter 1004.
  • a correction amount D1 ′ is output.
  • the on-duty D1 of the semiconductor switching element 102 and the on-duty D2 of the semiconductor switching element 202 are calculated by combining the on-duty Dy calculated by the output voltage control and the on-duty D ′ calculated by the shunt control.
  • the polarity of the on-duty correction amount D1 ′ of the semiconductor switching element 102 and the on-duty correction amount D2 ′ of the semiconductor switching element 202 by calculation of shunt control are reversed and added to the on-duty D by calculation of output voltage control.
  • the sum of the on-duty correction amounts output by the shunt control becomes zero.
  • the on-duty D1 of the semiconductor switching element 102 and the on-duty D2 of the semiconductor switching element 202 output so far are input to the gate signal generator 1010 and are generated inside the gate signal generator 1010 as shown in FIG. Compared with the carrier wave CW, the gate signal generator 1010 outputs gate signals Vgs_Q102 and Vgs_Q202.
  • the control device 1000 can be configured by an analog circuit, but in the present embodiment, an element capable of digital calculation such as a microcomputer is assumed. Further, although the contents of the output voltage control and the shunt control have been described, when the voltage is not boosted, the output voltage control and the shunt control are set not to be performed, and the semiconductor switching element 101 and the semiconductor switching element 201 are turned off.
  • the reactor current detector low-pass filter 105 and the reactor current detector low-pass filter 205 set the cutoff frequency of the reactor current detector low-pass filter to 1/10 or less of the switching frequency 1 / Tsw of the chopper circuit.
  • the ripple current of the reactor current is removed to 1/10 or less regardless of the order.
  • the cut-off frequency of the low-pass filter for the reactor current detection means is large and sampling is performed twice or less per switching cycle, the sampling timing is shifted from the DC value timing of the reactor current.
  • the shunt controller 1002 if the cutoff frequency of the low-pass filter for the reactor current detection means is set to 1/10 or less, it is necessary to lower the gain of the shunt controller 1002 by the amount by which the cut-off frequency is lowered. If the phase is advanced by a differential element using a PID (Proportional-Integral-Differential) controller, it becomes possible to maintain the responsiveness of the shunt control with the same gain as before the cut-off frequency is lowered.
  • PID Proportional-Integral-Differential
  • the gain of the entire shunt control is changed by the inductance value of the reactor 101 and the reactor 201 being changed by the influence of the direct current superposition characteristics of the reactor due to the current, and the reactor is changed by the input / output voltage. Since the voltage applied to the current changes, the gain of the entire shunt control changes. In this case, by making the gain of the shunt controller 1002 variable according to the change of the inductance value or the applied voltage, it becomes possible to keep the responsiveness of the shunt control constant regardless of the current value of the reactor. .
  • the on-duty correction amount D2 ′ of the semiconductor switching element 202 by the calculation of the shunt control is not a value whose absolute value is smaller than the difference between the on-duty Dy by the calculation of the output voltage control and the upper and lower limit values of the output voltage control limiter 003.
  • the on-duty correction amount D1 ′ of the semiconductor switching element 102 based on the shunt control calculation and the on-duty correction amount D2 ′ of the semiconductor switching element 202 based on the shunt control calculation are the output voltage control.
  • On-duty by calculation Upper and lower limits are set so that the absolute value is equal to or smaller than the difference between y and the upper limit value of output voltage control limiter 003 or the difference between on-duty Dy calculated by output voltage control and the upper limit value of output voltage control limiter 003
  • the sum of the correction amounts by the shunt control can be zero regardless of the values of the on-duty D ′ by the shunt control and the on-duty Dy by the output voltage control.
  • the reactor current IL1 and the reactor current IL2 are controlled to be equal in the chopper circuits connected in parallel without causing the output voltage control and the shunt control to interfere with each other. It becomes possible.
  • an element capable of digital computation such as a microcomputer as the control device 1000, a smaller and lower cost power conversion device can be provided.
  • the reactor current detecting means low-pass filter 105 and the reactor current detecting means low-pass filter 205 are divided by setting the cutoff frequency of the reactor current detecting means low-pass filter to 1/10 or less of the switching frequency 1 / Tsw of the chopper circuit.
  • the current value IL1_sense and current value IL2_sense used for control are input to the control device 1000 in a state where the ripple currents of the reactor current IL1 and the reactor current IL2 are removed, so that the accuracy of the shunt control can be improved.
  • a small and low-cost power conversion device can be provided.
  • a power converter having a configuration in which two chopper circuits are connected in parallel will be described as a chopper circuit.
  • the operation waveform in the power conversion device having the configuration shown in FIG. 1 is as shown in FIG.
  • the slope of reactor current IL1 during the ON period of semiconductor switching element 102 (for example, period T4, period T5, and period T6 in FIG. 2) is obtained by equation (1).
  • the slope of reactor current IL1 during the off period of semiconductor switching element 102 (for example, period T7 in FIG. 2) is obtained by equation (2).
  • the overall slope of the reactor current IL1 can be obtained by Expression (3).
  • the slope of the reactor current IL2 during the ON period of the semiconductor switching element 202 (for example, the period T2, the period T3, and the period T4 in FIG. 2) is obtained by Expression (4).
  • the slope of reactor current IL2 in the off period (for example, period T5 in FIG. 2) of semiconductor switching element 202 is obtained by equation (5).
  • the overall slope of the reactor current IL2 can be obtained by the equation (6).
  • Expression (7) is established.
  • the output voltage value Vout changes when the average value of the on-duty of the semiconductor switching element 102 and the on-duty of the semiconductor switching element 202 changes. That is, if the shunt control outputs individual correction amounts and the average of the on-duty of the semiconductor switching element 102 and the on-duty of the semiconductor switching element 202 changes, the shunt control affects the output voltage control.
  • FIG. FIG. 3 shows a configuration diagram of the power conversion device described in the second embodiment.
  • FIG. 2 shows operation waveforms of the power conversion device described in the second embodiment.
  • the difference between the power conversion device in the second embodiment and the power conversion device in the first embodiment is that the configuration from the reactor current detector until the detected value of the reactor current is taken into the control device 1000 (hereinafter, the reactor current detector and its surroundings) And the control device 1000.
  • the configuration around the reactor current detector 104 of the first chopper circuit 100 in the second embodiment is such that the reactor current detector 104 that detects the reactor current IL1 and the output of the reactor current detector 104 are smoothed and the ripple current of the reactor current IL1.
  • the reactor current detector low-pass filter 106 has a larger time constant than the filter 105.
  • the configuration of the second chopper circuit 200 around the reactor current detector 204 is controlled by smoothing the output of the reactor current detector 204 that detects the reactor current IL2 and the reactor current detector 204, and removing the ripple current of the reactor current IL2.
  • Reactor current detector low-pass filter 205 that is input to device 1000
  • reactor current detector low-pass filter 205 that is input to control device 1000 after smoothing the output of reactor current detector 204 and removing the ripple current of reactor current IL2
  • the control device 1000 takes the difference between the output voltage target value Vout * of the output voltage value Vout and the output voltage value Vout_sense, and outputs a deviation output voltage value Vout_error, and the deviation output voltage value Vout_error is output to the output voltage controller 1001.
  • the difference between the current values IL1_sense and IL * is calculated and the deviation current value IL1_error is output.
  • the current value IL1_error is input to the shunt controller 005, and the shunt controller 005 outputs the first on-duty D1_1 of the semiconductor switching element 102.
  • the difference between the current values IL1_sense_slow and IL * is calculated and the deviation current value IL1_error_slow is output.
  • the deviation current value IL1_error is input to the shunt controller 006, and the shunt controller 006 outputs the second on-duty D1_2 of the semiconductor switching element 102.
  • the first on-duty D1_1 of the semiconductor switching element 102 and the second on-duty D1_2 of the semiconductor switching element 102 are added to obtain the on-duty D1 of the semiconductor switching element 102.
  • the difference between the current values IL2_sense and IL * is calculated and the deviation current value IL2_error is output.
  • the current value IL2_error is input to the third shunt controller 1007, and the fourth shunt controller 1008 sets the first on-duty D2_1 of the semiconductor switching element 202. Output.
  • the difference between the current values IL2_sense_slow and IL * is taken to output a deviation current value IL2_error_slow, and the current value IL2_error is input to the fourth shunt controller 1008.
  • the fourth shunt controller 1008 receives the second on-duty D2_2 of the semiconductor switching element 202. Is output.
  • the first on-duty D2_1 of the semiconductor switching element 202 and the second on-duty D2_2 of the semiconductor switching element 202 are added to obtain the on-duty D2 of the semiconductor switching element 202.
  • the difference between the first shunt controller 1005 and the second shunt controller 1006 is the order of the controller, and the first shunt controller 1005 has a higher order than the second shunt controller 1006.
  • the current value IL1_sense input to the first shunt controller 1005 and the current value IL1_sense_slow input to the second shunt controller 1006 differ in the time constant of the reactor current detector low-pass filter 105 in the previous stage, and the current value IL1_sense is the time This is because the output of the low-pass filter 105 for the reactor current detector with a small constant has a small waveform delay and a large ripple in the waveform due to the ripple current of the reactor current IL1, which is for high-speed response.
  • the second shunt controller 1006 includes an integral element regardless of the order. Since the current value IL1_sense_slow is an output of the low-pass filter 106 for the reactor current detector having a large time constant, the waveform delay is large and the ripple of the waveform due to the ripple current of the reactor current IL1 is small. This is because it is suitable for increasing, and since the integral element adds values until the deviation becomes zero, the deviation can be reduced to zero.
  • the difference between the third shunt controller 1007 and the fourth shunt controller 1008 is the same.
  • control device has an integrator that uses the output of a low-pass filter with a time constant that can remove the ripple current of the reactor current and a proportional device that uses the output of a low-pass filter with a time constant that cannot remove the ripple current of the reactor current. It becomes composition.
  • the on-duty D1 of the semiconductor switching element 102 and the on-duty D2 of the semiconductor switching element 102 thus output are input to the gate signal generator 1010, and the carrier wave generated inside the gate signal generator 1010 as shown in FIG. Compared with CW, the gate signal generator 1010 outputs gate signals Vgs_Q102 and Vgs_Q202. According to the power conversion device of the second embodiment described above, it is possible to control the reactor current IL1 and the reactor current IL2 to be equal in a plurality of chopper circuits connected in parallel.
  • a more compact and low-cost power conversion device can be provided. Further, by having the reactor current detector low-pass filter 105 and the reactor current detector low-pass filter 106 having different time constants in the subsequent stage of the reactor current detector 104, the accuracy can be improved without impairing the response of the shunt control. A smaller and lower cost power conversion device can be provided.
  • Embodiment 3 The configuration of the power conversion device of the third embodiment is the same as that of the first embodiment and is the configuration shown in FIG.
  • a digitally operable element such as a microcomputer is used for the control device 1000.
  • the input voltage value Vin_sense, the output voltage value Vout_sense, the current value IL1_sense, and the current value IL2_sense are not continuous waveforms but discrete waveforms. This is input to the control device 1000.
  • the power conversion device described in the third embodiment samples at least four times per one switching cycle.
  • FIG. 4 and FIG. 5 show waveforms in the case of capturing twice as a discrete waveform in order to explain the reason for increasing sampling.
  • sampling is performed twice per switching period, and a delay element is added to the gate signals Vgs_Q102 and Vgs_Q202.
  • the delay elements of the gate signals Vgs_Q102 and Vgs_Q202 are not shown in FIG. 1, they are caused by the propagation delay of the gate signal generator circuit between the control device 1000 and the semiconductor switching element. Due to the delay of the gate signal (indicated by an arrow in the figure), other waveforms such as the reactor current are also delayed.
  • the delay of each waveform due to the delay of the gate signal is referred to as a waveform delay.
  • Sampling timing (timing indicated by black triangles in the figure) is performed in the valleys of the carrier wave CW.
  • the average value of the reactor current sampling value will be If the absolute value of the slope when the gate is turned on is smaller than the absolute value of the slope when the gate is turned off, the average value of the reactor current sampling value is larger than the direct current value of the reactor current.
  • the time constant of the low-pass filter for the reactor current detector is set to a certain value or more as in the first and second embodiments, the difference between the average value of the sampling value of the reactor current and the DC value due to the delay is eliminated, but the low-pass for the reactor current detector
  • the time constant of the filter cannot be increased beyond a certain value, the difference between the average value of the reactor current sampling values and the direct current value of the reactor current can be suppressed by increasing the number of samplings, particularly by increasing the number to four or more.
  • the accuracy of shunt control can be increased in a plurality of chopper circuits connected in parallel, and a smaller and lower cost power conversion device can be provided.
  • FIG. 1 shows a configuration diagram of a power conversion device described in a fourth embodiment.
  • FIG. 5 shows waveforms for explaining the principle of the power conversion device described in the fourth embodiment.
  • the configuration of the power conversion device described in the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • Reactor 101 and reactor 201 have DC superimposition characteristics, and the inductance value decreases as the absolute value of the flowing current increases.
  • a digitally operable element such as a microcomputer is used for the control device 1000
  • the input voltage value Vin_sense, the output voltage value Vout_sense, the current value IL1_sense, and the current value IL2_sense are input to the control device 1000 in a discrete waveform instead of a continuous waveform. .
  • the number of samplings per switching cycle is 2 or less. As described in the third embodiment, when the number of samplings is two or less and the inductance values of the reactor 101 and the reactor 201 are different, a phenomenon occurs in which the DC value of the reactor current and the average value of the detected value of the reactor current are shifted.
  • the direct current value of the reactor current and the reactor due to the difference between the reactor current detection value generated by the reactor current detector and the reactor current detector low-pass filter
  • the deviation of the average value of the detected value of the current is utilized. Reduce.
  • an error occurs in the reactor current detector and the reactor current detector low-pass filter with respect to the current value IL1_sense and the current value IL2_sense which are the reactor current detection values, and the current value IL1_sense is the current when the reactor current IL1 and the current value IL2 are equal. It is assumed that the detected value is smaller than the value IL2_sense. Then, since the current value IL1_sense and the current value IL2_sense are controlled to be equal to each other by the shunt control, the DC value of the current value IL1 becomes larger than the DC value of the current value IL2.
  • the difference between the direct current value of the current value IL1 and the direct current value of the current value IL2 causes a difference in inductance due to the direct current superposition characteristics of the reactor 101 and the reactor 201. Since the inductance value decreases as the direct current value of the reactor current increases, the inductance value of the reactor 101 becomes smaller than the inductance value of the reactor 201.
  • a semiconductor switching element, a diode, and a reactor such as a step-down chopper method as shown in FIG. 6 and a coupled reactor method as shown in FIG.
  • Any power conversion device having a plurality of chopper circuits that control the input / output voltage ratio with the on-duty of the semiconductor switching element can be applied.
  • the power conversion device has a semiconductor switching element and a reactor connected in series and has a plurality of bidirectional chopper circuits that control the input / output voltage ratio by the on-duty of the semiconductor switching element, Applicable to anything.
  • the bi-directional chopper circuit in FIG. 8 is a step-up chopper method, but is also applicable to a power conversion apparatus having a plurality of other bi-directional chopper circuits such as a step-down chopper method as shown in FIG. 6 and a coupled reactor method as shown in FIG. it can.
  • the control device 1000 includes a processor 500 and a storage device 501 as shown in FIG. 9 as an example of hardware.
  • the storage device 501 includes a volatile storage device such as a random access memory and a nonvolatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, an auxiliary storage device of a hard disk may be provided instead of the flash memory.
  • the processor 500 executes the program input from the storage device 501. In this case, a program is input from the auxiliary storage device to the processor 500 via the volatile storage device. Further, the processor 500 may output data such as a calculation result to the volatile storage device of the storage device 501, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • 1 DC power supply 2 input smoothing capacitor, 3 output smoothing capacitor, 4 load, 5 input voltage detector, 6 output voltage detector, 100 1st chopper circuit, 200 2nd chopper circuit, 101, 201 reactor, 102, 202 semiconductor Switching element, 103, 203 diode, 104, 204 reactor current detector, 105, 106, 205, 206 low pass filter for reactor current detector, 500 processor, 501 storage device, 1000 control device, 1001 output voltage controller, 1002 shunt control 1003, output voltage control duty limiter, 1004 shunt control duty limiter, 1005 first shunt controller, 1006 second shunt controller, 1007 third Flow controller, 1008 a fourth shunt regulator,

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Abstract

複数のチョッパ回路100,200はそれぞれの半導体スイッチング素子102、202のオンデューティの平均値によって出力電圧が制御されるので、複数のチョッパ回路100、200のそれぞれのリアクトル電流を検出し、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1002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1001を有し、半導体スイッチング素子102、202のオンデューティの平均値が分流制御によって変化しないように複数の前記チョッパ回路100、200のリアクトル電流が等しくなるように制御装置1000によって出力電圧を制御するようにした。

Description

電力変換装置
 本願は、直流電圧を所定の電圧に変換する電力変換装置に関するもので、特に複数のチョッパ回路を並列に接続した電力変換装置に関するものである。
 電力変換装置は、小型軽量化の要求に対応するため、複数のチョッパ回路を並列に接続して動作させることが行われており、この場合の複数のチョッパ回路間の電流バランスをとることが必要であった。
 この電流バランスをとることのできる制御方法として、特許文献1では、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換するチョッパ回路を複数台並列接続していて、それぞれのチョッパ回路の所定位置からそれぞれの電流をチョッパ電流として取り出して、それぞれのチョッパ電流の平均値と前記チョッパ回路のチョッパ電流との電流偏差を検出し、これらの偏差量を補正量としてチョッパ回路の制御系に割り込ませて、チョッパ回路の出力電圧を制御することが行われている。この特許文献1に示された技術によって、並列接続された複数のチョッパ回路の出力する電流値の差が小さくなるように(できるだけ同じ電流値になるように)制御することによって、チョッパ回路を構成するスイッチング素子の最大損失が小さくなり、より小型低コストの電力変換装置を提供できていた。以下、複数のチョッパ回路の電流が等しくなるように制御する制御方法を分流制御と記述し、複数のチョッパ回路の出力電流値の平均値に対して、それぞれのチョッパ回路の想定される出力電流値の差の最大値が小さいことを、分流制御の精度が高いとして説明する。
特開昭61―142961号公報
 しかし、特許文献1の構成では、複数のチョッパ回路に個別に分流制御の補正量を出力することによってそれぞれのチョッパ回路のチョッパ電流の平均値が変化することになる。特に、昇圧しない動作領域あるいは最大昇圧の動作領域においては、出力電圧制御と分流制御が干渉して、分流制御を行うことによって、出力電圧制御が円滑に行われないという問題があった。
 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。
 本願の電力変換装置は、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たものである。
 本願によれば、出力電圧制御と分流制御が干渉しないように分流制御を行うことによって、小型の電力変換装置を提供できる。
本願の実施の形態1に係る電力変換装置の構成を示した構成図である。 本願の実施の形態1、2に係る電力変換装置における動作波形を示す図である。 本願の実施の形態2に係る電力変換装置の構成を示した構成図である。 本願の実施の形態1、3、4に係る電力変換装置における動作波形を示す図である。 本願の実施の形態3、4に係る電力変換装置における動作波形を示す図である。 本願の実施の形態1から4に係る電力変換装置の別の構成を示した構成図である。 本願の実施の形態1から4に係る電力変換装置の別の構成を示した構成図である。 本願の実施の形態1から4に係る電力変換装置の別の構成を示した構成図である。 本願の制御装置のハードウエアの構成例を示す構成図である。
実施の形態1.
 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。
 第1チョッパ回路100は、リアクトル101と、半導体スイッチング素子102と、ダイオード103と、リアクトル電流IL1を検出するリアクトル電流検出器104と、リアクトル電流検出器104の出力を平滑しリアクトル電流IL1のリップル電流を除去して制御装置1000に入力するリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ105とを備えており、半導体スイッチング素子102のドレイン端子は、リアクトル101の入力平滑コンデンサ2が接続された端子とは異なる端子側に接続され、同様に、ダイオード103のアノード端子が、リアクトル101の入力平滑コンデンサ2が接続された端子とは異なる端子側に接続されている。
 第2チョッパ回路200は、第1チョッパ回路100と同じ構成で、リアクトル201と、半導体スイッチング素子202と、ダイオード203と、リアクトル電流IL2を検出するリアクトル電流検出器204と、リアクトル電流検出器204の出力を平滑しリアクトル電流IL2のリップル電流を除去して制御装置1000に入力するリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ205とを備えている。
 制御装置1000において、出力電圧値Voutの出力電圧目標値Vout*と出力電圧値Vout_senseの差をとり偏差電圧値Vout_errorを出力し、出力電圧制御器1001に入力し出力電圧制御の演算によるオンデューティDxを出力する。
 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。
 第1チョッパ回路100のリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ105を通じて得られる電流値IL2_senseと、第2チョッパ回路200のリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ205を通じて得られる電流値IL1_senseとの差をとり、偏差電流値IL_errorを出力し、偏差電流値IL_errorを分流制御器1002に入力し、分流制御の演算によるオンデューティD’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。
 出力電圧制御の演算によるオンデューティDyと分流制御の演算によるオンデューティD’を組み合わせて半導体スイッチング素子102のオンデューティD1と半導体スイッチング素子202のオンデューティD2を算出するが、このとき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’と分流制御の演算による半導体スイッチング素子202のオンデューティの補正量D2’の極性を逆転させて出力電圧制御の演算によるオンデューティDに加算させることによって、分流制御によって出力されるオンデューティの補正量の合計が0となる。
 ここまで出力された半導体スイッチング素子102のオンデューティD1と半導体スイッチング素子202のオンデューティD2は、ゲート信号生成器1010に入力され、図2に示すようにゲート信号生成器1010の内部において生成されるキャリア波CWと比較され、ゲート信号生成器1010は、ゲート信号Vgs_Q102とVgs_Q202を出力する。
 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101と半導体スイッチング素子201をオフにする。
 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、ローパスフィルタの次数によらずリアクトル電流のリップル電流を1/10以下に除去する。図4に示すように、リアクトル電流検出手段用ローパスフィルタのカットオフ周波数が大きく1スイッチング周期あたり2回以下のサンプリングの場合、サンプリングのタイミングがリアクトル電流の直流値のタイミングとずれるため、リアクトル電流検出手段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で、リップル電流を除去し、リアクトル電流の直流値を検出できるようにする。
 分流制御器1002において、リアクトル電流検出手段用ローパスフィルタのカットオフ周波数を1/10以下に設定するとカットオフ周波数を下げた分だけ分流制御器1002のゲインを下げる必要があるが、分流制御器1002にPID(Proportional-Integral-Differential)制御器を用いて微分要素により位相を進めると、カットオフ周波数を下げる前と同等のゲインで分流制御の応答性を保つことが可能となる。
 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。
 分流制御リミッタ1004では、半導体スイッチング素子102のオンデューティD1と半導体スイッチング素子202のオンデューティD2が、ともに0以上の値となるので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’と分流制御の演算による半導体スイッチング素子202のオンデューティの補正量D2’は、出力電圧制御の演算によるオンデューティDyと出力電圧制御リミッタ003の上下限値の差より絶対値が小さい値でなければ補正量の合計が0とならないため、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’と分流制御の演算による半導体スイッチング素子202のオンデューティの補正量D2’が出力電圧制御の演算によるオンデューティDyと出力電圧制御リミッタ003の上限値の差もしくは出力電圧制御の演算によるオンデューティDyと出力電圧制御リミッタ003の上限値の差より絶対値が等しいか、もしくは小さくなるように上下限を設けて、分流制御の演算によるオンデューティD’と出力電圧制御の演算によるオンデューティDyの値によらず分流制御による補正量の合計が0とすることを可能にしている。
 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出力電圧制御と分流制御が干渉することなく、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。
 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手段用ローパスフィルタ105とリアクトル電流検出手段用ローパスフィルタ205はリアクトル電流検出手段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。
 ここで、本願が設定した新たな課題について詳細に説明する。ここでは、チョッパ回路として2台のチョッパ回路を並列に接続した構成の電力変換装置を取り上げて具体的に説明する。図1の構成の電力変換装置における動作波形は、図2に示すようになる。ここで、半導体スイッチング素子102のオン期間(たとえば図2の期間T4、期間T5、期間T6)のリアクトル電流IL1の傾きは式(1)で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 半導体スイッチング素子102のオフ期間(たとえば図2の期間T7)のリアクトル電流IL1の傾きは式(2)で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 リアクトル電流IL1の全体の傾きは式(3)で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 半導体スイッチング素子202のオン期間(たとえば図2の期間T2、期間T3、期間T4)のリアクトル電流IL2の傾きは式(4)で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 半導体スイッチング素子202のオフ期間(たとえば図2の期間T5)のリアクトル電流IL2の傾きは式(5)で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 リアクトル電流IL2の全体の傾きは式(6)で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 ここで、入力電流が変化しないとすると式(7)が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 式(3)、式(6)、式(7)の連立方程式をL_1=L_2とおいて解くと式(8)となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 式(8)より、半導体スイッチング素子102のオンデューティと半導体スイッチング素子202のオンデューティの平均値が変化すると出力電圧値Voutが変化することがわかる。すなわち、分流制御が個別の補正量を出力し、半導体スイッチング素子102のオンデューティと半導体スイッチング素子202のオンデューティの平均が変化すると分流制御が出力電圧制御に影響を与えるということになる。
実施の形態2.
 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。
 実施の形態2における第1チョッパ回路100のリアクトル電流検出器104周りの構成は、リアクトル電流IL1を検出するリアクトル電流検出器104と、リアクトル電流検出器104の出力を平滑しリアクトル電流IL1のリップル電流を除去して制御装置1000に入力す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104の出力を平滑しリアクトル電流IL1のリップル電流を除去して制御装置1000に入力するリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ105より時定数の大きいリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ106とで構成される。
 第2チョッパ回路200のリアクトル電流検出器204周りの構成は、リアクトル電流IL2を検出するリアクトル電流検出器204と、リアクトル電流検出器204の出力を平滑しリアクトル電流IL2のリップル電流を除去して制御装置1000に入力するリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ205と、リアクトル電流検出器204の出力を平滑しリアクトル電流IL2のリップル電流を除去して制御装置1000に入力するリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ205より時定数の大きいリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ206とで構成される。
 実施の形態2における制御装置1000は、出力電圧値Voutの出力電圧目標値Vout*と出力電圧値Vout_senseの差をとり偏差出力電圧値Vout_errorを出力し、偏差出力電圧値Vout_errorを出力電圧制御器1001に入力しリアクトル電流目標値IL*を出力するように構成されている。
 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を分流制御器005に入力し、分流制御器005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を分流制御器006に入力し、分流制御器006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。
 電流値IL2_senseとIL*の差をとり偏差電流値IL2_errorを出力し、電流値IL2_errorを第3分流制御器1007に入力し、第4分流制御器1008は半導体スイッチング素子202の第1オンデューティD2_1を出力する。電流値IL2_sense_slowとIL*の差をとり偏差電流値IL2_error_slowを出力し、電流値IL2_errorを第4分流制御器1008に入力し、第4分流制御器1008は、半導体スイッチング素子202の第2オンデューティD2_2を出力する。半導体スイッチング素子202の第1オンデューティD2_1と半導体スイッチング素子202の第2オンデューティD2_2を加算して、半導体スイッチング素子202のオンデューティD2とする。
 第1分流制御器1005と第2分流制御器1006の違いは、制御器の次数であり、第2分流制御器1006に比べて第1分流制御器1005の方が、次数が高い。第1分流制御器1005に入力される電流値IL1_senseと第2分流制御器1006に入力される電流値IL1_sense_slowは、前段のリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ105の時定数が異なり、電流値IL1_senseは、時定数が小さいリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ105の出力なので、波形の遅れが少なくリアクトル電流IL1のリップル電流による波形のリップルが大きいため、高速応答向きのためである。そして、第2分流制御器1006は、次数を問わないが積分要素を含んでいる。電流値IL1_sense_slowは時定数が大きいリアクトル電流検出器用ローパスフィルタ106の出力なので、波形の遅れが大きくリアクトル電流IL1のリップル電流による波形のリップルが小さいため、高速応答には向かないが分流制御の精度を高めるのには向いているためであり、積分要素は偏差が0になるまで値を加算するため、偏差を0にすることが可能となる。なお、第3分流制御器1007と第4分流制御器1008の違いも同様である。すなわち、制御装置として、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構成となる。
 ここまで出力された半導体スイッチング素子102のオンデューティD1と半導体スイッチング素子102のオンデューティD2はゲート信号生成器1010に入力され、図2に示すようにゲート信号生成器1010の内部生成されるキャリア波CWと比較され、ゲート信号生成器1010はゲート信号Vgs_Q102とVgs_Q202を出力する。
 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。
 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り、より小型低コストの電力変換装置を提供できる。また、リアクトル電流検出器104の後段に時定数が異な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106を持つことにより、分流制御の応答性を損なうことなく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することができる。
実施の形態3.
 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。
 図4および図5ではサンプリングを増やす理由を説明するために離散波形でスイッチング周期1周期あたり2回取り込む場合の波形を示している。図4では、スイッチング周期1周期につき2回サンプリングかつゲート信号Vgs_Q102とVgs_Q202に遅延要素を加えている。図1においてはゲート信号Vgs_Q102とVgs_Q202の遅延要素は図示していないが、制御装置1000と半導体スイッチング素子との間にあるゲート信号生成器回路の伝播遅延よって発生する。ゲート信号の遅延(図中矢印にて示している)により、リアクトル電流などのほかの波形も遅れることになる。以後ゲート信号の遅延による各波形の遅延は、波形の遅延と呼ぶこととする。サンプリングのタイミング(図中黒三角にて示すタイミング)はキャリア波CWの山谷で行っている。
 図4に示すように、リアクトル101とリアクトル201のインダクタンス値が等しい場合、ゲート信号の遅延によって、リアクトル電流のサンプリング値は、リアクトル電流の直流値と異なる値となるが、リアクトル電流のサンプリング値IL1_sense(図中黒丸で示している)の平均値とリアクトル電流IL2のサンプリング値IL2_sense(図中白丸で示している)の平均値が等しいため分流制御の精度が下がることはない。
 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。
 ゲートオン時にリアクトル電流が上昇、オフ時に下降するため、ゲート遅延時間が同じ場合、ゲートオン時の傾きの絶対値の方がゲートオフ時の傾きの絶対値より大きい場合はリアクトル電流サンプリング値の平均値がリアクトル電流の直流値より小さめに、ゲートオン時の傾きの絶対値の方がゲートオフ時の傾きの絶対値より小さい場合はリアクトル電流サンプリング値の平均値がリアクトル電流の直流値より大きめになる。
 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。
実施の形態4.
 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。
 実施の形態4で説明する電力変換装置は、制御装置1000にリアクトル電流を取り込む場合にリアクトル電流検出器とリアクトル電流検出器用ローパスフィルタによって発生するリアクトル電流検出値のずれによる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のずれを、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を利用して軽減させる。
 まず、リアクトル電流検出値である電流値IL1_senseと電流値IL2_senseについて、リアクトル電流検出器とリアクトル電流検出器用ローパスフィルタによって誤差が発生し、リアクトル電流IL1と電流値IL2が等しい場合に電流値IL1_senseが電流値IL2_senseより小さく検出されるとする。そうすると分流制御により、電流値IL1_senseと電流値IL2_senseが等しくなるように制御されるため、電流値IL1の直流値が電流値IL2の直流値より大きくなる。電流値IL1の直流値が電流値IL2の直流値の違いがリアクトル101とリアクトル201の直流重畳特性によるインダクタンスの違いを生む。リアクトル電流の直流値が大きいほうがインダクタンス値が小さくなるため、リアクトル101のインダクタンス値がリアクトル201のインダクタンス値より小さくなる。
 また、実施の形態1から4について、図1や図2に示す昇圧チョッパ回路の他に、図6のような降圧チョッパ方式や、図7のような結合リアクトル方式など半導体スイッチング素子とダイオードとリアクトルを持ち、半導体スイッチング素子のオンデューティで入出力電圧比を制御するチョッパ回路を複数台持つ電力変換装置であれば、何にでも適用できる。 
また、図8に示すように、直列接続された半導体スイッチング素子とリアクトルを持ち、半導体スイッチング素子のオンデューティで入出力電圧比を制御する双方向チョッパ回路を複数台持つ電力変換装置であれば、何にでも適用できる。図8の双方向チョッパ回路は昇圧チョッパ方式だが、図6のような降圧チョッパ方式や、図7のような結合リアクトル方式などその他の方式の双方向チョッパ回路を複数台持つ電力変換装置にも適用できる。
 なお、制御装置1000は、ハードウエアの一例を図9に示すように、プロセッサ500と記憶装置501から構成される。記憶装置501の詳細は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ500は、記憶装置501から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ500にプログラムが入力される。また、プロセッサ500は、演算結果等のデータを記憶装置501の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
 本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
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。
1 直流電源、 2 入力平滑コンデンサ、 3 出力平滑コンデンサ、 4 負荷、 5 入力電圧検出器、 6 出力電圧検出器、 100 第1チョッパ回路、 200 第2チョッパ回路、 101,201 リアクトル、 102,202 半導体スイッチング素子、 103,203 ダイオード、 104,204 リアクトル電流検出器、 105,106,205,206 リアクトル電流検出器用ローパスフィルタ、 500 プロセッサ、 501 記憶装置、 1000 制御装置、 1001 出力電圧制御器、 1002 分流制御器、 1003 出力電圧制御デューティリミッタ、 1004 分流制御デューティリミッタ、 1005 第1分流制御器、 1006 第2分流制御器、 1007 第3分流制御器、 1008 第4分流制御器、

Claims (13)

  1.  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た電力変換装置。
  2.  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の値と検出したそれぞれ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制御するための値との和であって、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制御するための値の和が0である請求項1に記載の電力変換装置。
  3.  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として出力し、前記チョッパ回路のリアクトル電流が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。
  4.  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から3のいずれか一項に記載の電力変換装置
  5.  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4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6.  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5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  7.  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5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  8.  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た請求項1から5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  9.  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5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  10.  前記分流制御器がPID制御器である請求項7に記載の電力変換装置。
  11.  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請求項8に記載の電力変換装置。
  12.  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11のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  13.  分流制御デューティリミッタの値の絶対値が、出力電圧制御の演算によるオンデューティと出力電圧制御デューティリミッタの上限値との差、もしくは出力電圧制御の演算によるオンデューティと出力電圧制御デューティリミッタの下限値との差と等しいか小さい値である請求項2から12のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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