WO2019230422A1 - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

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WO2019230422A1
WO2019230422A1 PCT/JP2019/019507 JP2019019507W WO2019230422A1 WO 2019230422 A1 WO2019230422 A1 WO 2019230422A1 JP 2019019507 W JP2019019507 W JP 2019019507W WO 2019230422 A1 WO2019230422 A1 WO 2019230422A1
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current
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switch
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誠二 居安
裕二 林
祐一 半田
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株式会社デンソー
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    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/0085Partially controlled bridges

Definitions

  • the present disclosure relates to a control device applied to a power conversion device.
  • Patent Document 1 discloses a power conversion device that includes a reactor and a drive switch and converts an AC voltage into a DC voltage and outputs the DC voltage.
  • the control device applied to this power converter operates the drive switch by well-known peak current mode control so as to control the reactor current flowing through the reactor to a command value. Further, the control device adjusts the duty ratio indicating the ratio of the ON operation period to one switching cycle of the drive switch by adding the correction value to the command value, thereby reducing the distortion of the alternating current.
  • the full scale of the control device to which the command value is input is set to a large value in advance in consideration of the corrected command value. There is a need. Therefore, there is a concern that the resolution of the current command value is lowered due to an increase in the full scale of the control device.
  • An object of the present invention is to provide a control device for a device.
  • the present disclosure is applied to a power conversion device that includes a reactor and a drive switch, and converts one of the input voltages into the other of the AC voltage and the DC voltage and outputs the converted voltage. It is related with the control apparatus of the power converter device.
  • the control device includes a detection value acquisition unit that acquires a detection value of a reactor current that flows through the reactor, an AC voltage acquisition unit that acquires the AC voltage, and a correction value that is subtracted from the acquired current detection value.
  • a correction unit that calculates a detection value after correction and a current control unit that operates the drive switch by peak current mode control to control the detection value after correction to the command value are provided.
  • the duty ratio of the drive switch is set by the time until the reactor current reaches the command value in one switching cycle. Therefore, by adjusting the command value or the current detection value, the duty ratio of the drive switch can be adjusted, and consequently, the distortion of the alternating current can be suppressed.
  • the present inventor does not add the correction value to the current command value, but subtracts the correction value from the current detection value, thereby adjusting the duty ratio of the drive switch and the full control device for the input signal. We focused on the ability to suppress the increase in scale.
  • the corrected detection value is calculated by subtracting the correction value from the current detection value. Then, the drive switch is operated by the peak current mode control in order to control the calculated detection value after correction to the command value. In this case, it is possible to suppress an increase in the full scale of the control device with respect to the input signal while suppressing distortion of the alternating current.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the control device
  • FIG. 3 is a diagram showing the transition of the average value of the AC voltage, the command current, and the reactor current
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the current correction unit
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the harmonic correction value.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the divergence width.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an operation procedure of the fifth switch SW5 using the peak current mode control.
  • FIG. 8 is a timing chart of the power converter
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of the present embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the present embodiment.
  • FIG. 11 is a functional block diagram of a control device according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a power conversion device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of the control device,
  • FIG. 14 is a timing chart of the power converter,
  • FIG. 15 is a configuration diagram of a power converter according to Modification 1 of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a configuration diagram of a power conversion device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17 is a functional block diagram of the control device,
  • FIG. 18 is a timing chart of the power converter,
  • FIG. 19 is a configuration diagram of a power conversion device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 20 is a functional block diagram of the control device,
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the harmonic correction value.
  • FIG. 22 is a timing chart of the power converter
  • FIG. 23 is a configuration diagram of a power conversion device according
  • the power conversion device 100 of the present embodiment converts a DC voltage into an AC voltage.
  • a power conversion apparatus 100 illustrated in FIG. 1 includes a DC / AC converter 10.
  • the DC / AC converter 10 is connected to an AC power source 200 via a first AC terminal TA1 and a second AC terminal TA2, and is connected to a device (not shown) via a first DC terminal TD1 and a second DC terminal TD2.
  • the AC power source 200 is, for example, a commercial power source.
  • the device includes, for example, at least one of a DC power source such as a battery and a DC / DC converter.
  • the DC / AC converter 10 includes a full bridge circuit 12, a reactor 13, a half bridge circuit 15, a capacitor 16, and first to sixth wirings LP1 to LP6.
  • the half-bridge circuit 15 includes a fifth switch SW5 and a sixth switch SW6.
  • the fifth and sixth switches SW5 and SW6 are voltage-driven switches, and are n-channel MOSFETs in this embodiment.
  • the source of the fifth switch SW5 and the drain of the sixth switch SW6 are connected.
  • the drain of the fifth switch SW5 is connected to the first wiring LP1, and the source of the sixth switch SW6 is connected to the second wiring LP2.
  • Each of the fifth and sixth switches SW5 and SW6 includes a parasitic diode connected in antiparallel.
  • the fifth switch SW5 corresponds to a drive switch.
  • the first connection point K1 of the fifth and sixth switches SW5 and SW6 is connected to the first end of the third wiring LP3.
  • a reactor 13 is provided in a part of the third wiring LP3.
  • the source of the sixth switch SW6 is connected to the first end of the fourth wiring LP4.
  • the second ends of the third and fourth wirings LP3 and LP4 are connected to the full bridge circuit 12.
  • the full bridge circuit 12 includes first to fourth switches SW1 to SW4.
  • the first to fourth switches SW1 to SW4 are voltage-driven switches, and are n-channel MOSFETs in this embodiment.
  • the source of the third switch SW3 and the drain of the fourth switch SW4 are connected.
  • the source of the first switch SW1 and the drain of the second switch SW2 are connected.
  • the drains of the first and third switches SW1 and SW3 are connected to the third wiring LP3, and the sources of the second and fourth switches SW2 and SW4 are connected to the fourth wiring LP4.
  • the second connection point K2 between the first switch SW1 and the second switch SW2 is connected to the first end of the fifth wiring LP5, and the second end of the fifth wiring LP5 is connected to the first AC terminal TA1. Yes.
  • the third connection point K3 between the third switch SW3 and the fourth switch SW4 is connected to the first end of the sixth wiring LP6, and the second end of the sixth wiring LP6 is connected to the second AC terminal TA2. Yes.
  • the capacitor 16 is connected between the first wiring LP1 and the second wiring LP2.
  • the power conversion apparatus 100 includes a DC voltage sensor 31, a current sensor 32, and an AC voltage sensor 33.
  • the DC voltage sensor 31 is connected between the first wiring LP1 and the second wiring LP2, and detects the inter-terminal voltage of the capacitor 16 as the DC voltage Vdc.
  • the current sensor 32 is provided in the fourth wiring LP4, and detects the reactor current flowing through the reactor 13 as the current detection value ILr.
  • the AC voltage sensor 33 is connected between the fifth wiring LP5 and the sixth wiring LP6, and detects the voltage of the AC power supply 200 as the AC voltage Vac.
  • the case where the AC current Iac flows from the first AC terminal TA1 in the direction of the full bridge circuit 12 is positive, and the case where the AC current Iac flows in the direction of the full bridge circuit 12 from the second AC terminal TA2 is negative. .
  • the current that flows through the reactor 13 is described as a reactor current IL.
  • the power conversion device 100 includes a control device 30.
  • Each function provided by the control device 30 can be provided by, for example, software recorded in a substantial memory device and a computer that executes the software, hardware, or a combination thereof.
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating functions of the control device 30 according to the present embodiment.
  • the control device 30 operates the fifth switch SW5 to the off state or the on state by the peak current mode control.
  • the control device 30 includes a waveform generation unit 34, a multiplier 35, an absolute value calculation unit 36, a correction value setting unit 40, a current control unit 50, and a correction unit 20.
  • the waveform generation unit 34, the multiplier 35, and the absolute value calculation unit 36 correspond to a command value calculation unit.
  • the Multiplier 35 multiplies amplitude command value Ia * and reference waveform sin ⁇ t.
  • the amplitude command value Ia * is a command value that determines the amplitude of the reactor current flowing through the reactor 13, and is determined based on, for example, the command value of the AC voltage Vac that is the output voltage.
  • the absolute value calculator 36 sets the absolute value
  • the command current IL * corresponds to the command value of the reactor current.
  • the correction value setting unit 40 sets a current correction value Ic for correcting the current detection value ILr.
  • the current correction value Ic is a correction value for suppressing distortion of the alternating current Iac.
  • the correction unit 20 corrects the current detection value ILr with the current correction value Ic, and outputs the corrected value to the current control unit 50.
  • the detection value after correction by the correction unit 20 is referred to as a post-correction detection value ILar.
  • the current control unit 50 outputs a fifth gate signal GS5 for operating the fifth switch SW5 based on the corrected detection value ILar and the command current IL *.
  • the current control unit 50 outputs the fifth gate signal GS5 by well-known peak current mode control.
  • the current control unit 50 includes a DA converter 351, a comparator 352, an adder 353, an RS flip-flop 357, and a slope amount setting unit 51.
  • the command current IL * is converted from a digital value to an analog value by the DA converter 351.
  • the command current IL * converted to an analog value is input to the inverting input terminal of the comparator 352.
  • the adder 353 adds the corrected detection value ILar and the slope compensation signal Slope set by the slope amount setting unit 51.
  • the output from the adder 353 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 352.
  • the slope compensation signal Slope suppresses oscillation associated with fluctuations in the current flowing through the reactor 13.
  • the comparator 352 compares the command current IL * with the corrected detection value ILar after slope compensation, and applies a low level signal to the RS flip-flop in a period in which the corrected detection value ILar after slope compensation is smaller than the command current IL *. 357 input to the R terminal.
  • the comparator 352 inputs a high-level signal to the R terminal of the RS flip-flop 357 during a period in which the corrected detection value ILar after slope compensation is larger than the command current IL *.
  • a clock signal is input to the S terminal of the RS flip-flop 357. The period from when the clock signal is switched to the high level until the clock signal is switched to the next high level is one switching cycle Tsw of the switch SW.
  • the output terminal of the current control unit 50 is connected to the gate of the fifth switch SW5 and outputs the fifth gate signal GS5.
  • the output terminal of the current control unit 50 is connected to the gate of the sixth switch SW6 through the inverter 52. Therefore, the signal output to the gate of the sixth switch SW6 via the inverter 52 becomes the sixth gate signal GS6 for operating the sixth switch SW6.
  • the switching unit 55 sets the output signal to a high level when the AC voltage Vac is determined to be positive, and sets the output signal to a low level when the AC voltage Vac is determined to be negative.
  • the switching unit 55 is connected to the gates of the first and fourth switches SW1 and SW4, and outputs first and fourth gate signals GS1 and GS4 for operating the first and fourth switches SW1 and SW4.
  • the switching unit 55 is connected to the gates of the second and third switches SW2 and SW3 through the inverter 53, and operates the second and third switches SW2 and SW3 through the inverter 53. 2 and 3rd gate signals GS2 and GS3 are output.
  • the first and fourth gate signals GS1 and GS4 have values obtained by inverting the second and third gate signals GS2 and GS3.
  • FIG. 3A shows the transition of the AC voltage Vac
  • FIG. 3B shows the transition of the command current IL *.
  • FIG.3 (c) shows transition of the average value Iave of a reactor current.
  • FIG. 3 shows the transition of each value when the power factor is 1.
  • the command current IL * changes so that the positive half wave of the sine wave is repeated in synchronization with the change of the AC voltage Vac.
  • the average value Iave is repeated in the same manner as the command current IL *, and the positive half wave of the sine wave is repeated in synchronization with the change of the AC voltage Vac. Transition.
  • the reactor current may be distorted.
  • the average value Iave may not be the waveform shown in FIG.
  • the AC current Iac is distorted due to the reactor current not having an appropriate value.
  • the deviation width indicating the difference between the average value Iave of the reactor current in which distortion occurs and the command current IL * is zero cross timing ( It becomes the smallest in the vicinity of t1, t3, t5). Further, the deviation width becomes the largest in the vicinity of the peak timing (t2, t4) of the AC voltage Vac.
  • control device 30 sets the duty ratio (Ton / Tsw) indicating the ratio of the ON operation period to one switching cycle of the fifth switch SW5 in accordance with the changing tendency of the deviation width, thereby reducing the distortion of the reactor current. Suppressed.
  • the duty ratio of the fifth switch SW5 is set by the time until the detected current value ILr after slope compensation reaches the command current IL * in one switching cycle Tsw. Therefore, the duty ratio of the fifth switch SW5 can be adjusted by adjusting either the command current IL * or the current detection value ILr, and the distortion of the reactor current can be suppressed.
  • the duty ratio of the fifth switch SW5 is adjusted by adding a correction value to the command current IL *
  • the full range of the comparator 352 to which the corrected command current IL * is input is increased by an increase by the correction value. It is assumed that As the full range of the comparator 352 is increased, for example, the resolution of the comparator 352 is lowered, and there is a concern that the S / N ratio of the command current IL * is lowered.
  • the duty ratio can be adjusted by subtracting the correction value from the current detection value ILr instead of adding the correction value to the command current IL *.
  • the command current IL * does not increase, and the current detection value ILr does not increase, so that an increase in full scale of the comparator 352 can be suppressed. Therefore, in the present embodiment, the correction unit 20 outputs a value obtained by subtracting the current correction value Ic from the current detection value ILr to the comparator 352 in order to suppress an increase in the full scale of the comparator 352.
  • the correction value setting unit 40 illustrated in FIG. 4 includes a harmonic component generation unit 41, a coefficient setting unit 42, and an integration unit 43.
  • the harmonic component generator 41 sets the harmonic correction value Ih based on the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc.
  • FIG. 5A shows the transition of the AC voltage Vac
  • FIG. 5B shows the transition of the harmonic correction value Ih.
  • one maximum value is taken in each of the first period P1 in which the AC voltage Vac has a positive polarity and the second period P2 in which the AC voltage Vac has a negative polarity, and the maximum value in the first period P1 is reached.
  • the harmonic correction value Ih is set so as to take one minimum value between the maximum value and the timing at which the maximum value is obtained in the second period P2.
  • the harmonic component generation unit 41 has the smallest harmonic correction value Ih subtracted from the detected current value ILr at the zero cross timing of the AC voltage Vac, and corrects the harmonic at the peak timing of the AC voltage Vac.
  • the harmonic correction value Ih is set so that the value Ih becomes the largest value.
  • the harmonic component generation unit 41 sets the harmonic correction value Ih to a value of 0 or more. Further, when the value obtained by subtracting the current correction value Ic from the current detection value ILr becomes a negative value, the full scale of the comparator 352 needs to be set to a negative range. Therefore, the harmonic component generation unit 41 sets the value of the harmonic correction value Ih so that the harmonic correction value Ih is smaller than the current detection value ILr assumed according to the AC voltage Vac. .
  • the storage unit of the control device 30 stores a correction value map that is information in which the harmonic correction value Ih is defined in association with the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc. Therefore, the harmonic component generation unit 41 can set the harmonic correction value Ih corresponding to the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc by referring to the correction value map.
  • the storage unit may store a correction value map for each effective value of the commercial power source in each country. In this case, the harmonic component generation unit 41 can determine the effective value according to the maximum value of the AC voltage Vac, and can refer to the correction value map according to the determined effective value.
  • the coefficient setting unit 42 sets a coefficient ⁇ by which the harmonic correction value Ih is multiplied based on the amplitude command value Ia * and the AC voltage Vac.
  • the coefficient ⁇ is set to a value greater than 0 and 1 or less.
  • the coefficient setting unit 42 sets the coefficient ⁇ to a smaller value as the amplitude command value Ia * is smaller when the amplitude command value Ia * is smaller than the threshold value TH1, and sets the coefficient ⁇ to 1 when the amplitude command value Ia * is equal to or larger than the threshold value TH1. .
  • the current detection value ILr is excessively subtracted in the discontinuous mode, so that it is possible to prevent an excessive current from flowing through the reactor 13.
  • the control device 30 includes a storage unit such as a memory, and the storage unit stores a limit value map that is information in which a coefficient ⁇ is defined in association with the AC voltage Vac and each amplitude command value Ia *. .
  • the limit value map is stored in the storage unit for each effective value of the commercial power supply in each country.
  • the coefficient setting unit 42 can determine the effective value Vrms according to the maximum value of the AC voltage Vac, and can set the coefficient ⁇ according to the determined effective value Vrms and the amplitude command value Ia *.
  • the integrating unit 43 outputs a value obtained by multiplying the harmonic correction value Ih by the coefficient ⁇ as the current correction value Ic. Therefore, in the range where the amplitude command value Ia * is smaller than the threshold value TH1, the current correction value Ic is set to a smaller value as the amplitude command value Ia * is smaller. When the amplitude command value Ia * is equal to or greater than the threshold value TH1, the current correction value Ic is the same value as the harmonic correction value Ih.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the deviation width ⁇ i.
  • the deviation width ⁇ i is set as the harmonic correction value Ih, and the harmonic correction value Ih is a slope amount ms indicating the slope mb when the reactor current increases and the slope of the slope compensation signal Slope. It is calculated by the following formula (1) using In the following formula (1), D is the duty ratio of the fifth switch SW5.
  • the duty ratio D is calculated by the following equation (3).
  • the harmonic correction value Ih corresponding to various AC voltage Vac and DC voltage Vdc is calculated using the above formulas (2) and (3). Then, a correction value map is created by associating the calculated harmonic correction value Ih for each combination of the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc.
  • step S11 the current detection value ILr detected by the current sensor 32 is acquired.
  • Step S11 corresponds to a detection value acquisition unit.
  • step S12 the AC voltage Vac detected by the AC voltage sensor 33 is acquired.
  • Step S12 corresponds to an AC voltage acquisition unit.
  • step S13 the amplitude command value Ia * is multiplied by the reference waveform sin ⁇ t of the AC voltage Vac, and the absolute value of the multiplied value is calculated as the command current IL *.
  • Step S13 corresponds to a command value calculation unit.
  • step S14 the current correction value Ic is set based on the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc as shown in FIGS. Specifically, the harmonic correction value Ih is set based on the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc, and the current correction value Ic is calculated by adding the coefficient ⁇ to the set harmonic correction value Ih.
  • a corrected detection value ILar is calculated by subtracting the current correction value Ic set in step S14 from the current detection value ILr.
  • step S16 as described with reference to FIG. 2, the fifth and sixth gate signals GS5 and GS6 when the peak current mode control is performed based on the corrected detection value ILar are output. Thereby, the reactor current is controlled to the command current IL * set in step S13. As a result, a reactor current in which distortion of the alternating current Iac is suppressed flows through the reactor 13.
  • the process of FIG. 7 is temporarily ended.
  • FIG. 8A shows the transition of the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc
  • FIG. 8B shows the transition of the first and fourth gate signals GS1, GS4.
  • FIG. 8C shows the transition of the second and third gate signals GS2, GS3.
  • FIG. 8D shows the transition of the fifth gate signal GS5, and
  • FIG. 8E shows the transition of the sixth gate signal GS6.
  • FIG. 8F shows the transition of the current correction value Ic
  • FIG. 8G shows the transition of the command current IL *.
  • FIG. 8 (h) shows the transition of the reactor current IL
  • FIG. 8 (i) shows the transition of the alternating current Iac.
  • t11, t13, and t15 indicate zero cross timings of the AC voltage Vac
  • t12 and t14 indicate peak timings at which the AC voltage Vac has positive and negative peak values.
  • the first and fourth switches SW1 and SW4 are turned on by the first and fourth gate signals GS1 and GS4 becoming high level.
  • the second and third gate signals GS2 and GS3 become low level, the second and third switches SW2 and SW3 are turned off. Therefore, in the first period P1, the reactor current IL corresponding to the duty ratio of the fifth gate signal GS5 flows by the peak current mode control performed by the current control unit 50. Further, in the first period P1, a positive alternating current Iac flows through the power conversion device 100.
  • the first and fourth switches SW1 and SW4 are turned off by the first and fourth gate signals GS1 and GS4 becoming low level. Further, when the second and third gate signals GS2 and GS3 become high level, the second and third switches SW2 and SW3 are turned on. Therefore, in the second period P2, the reactor current IL corresponding to the duty ratio of the fifth gate signal GS5 flows by the peak current mode control performed by the current control unit 50. Further, in the second period P2, a negative AC current Iac flows through the power conversion device 100.
  • the current correction value Ic changes to take a minimum value at the zero cross timing (t11, t13, t15) and to take a maximum value at the peak timing (t12, t14). That is, at the zero cross timing at which the deviation width ⁇ i is the smallest, the current correction value Ic is smaller than the current correction value Ic at other timings. In the vicinity of the peak timing at which the deviation width ⁇ i is the largest, the current correction value Ic is larger than the current correction value Ic at other timings. Therefore, the duty ratio of the fifth switch SW5 changes according to the change tendency of the deviation width, and the distortion of the alternating current Iac is suitably suppressed.
  • FIG. 9A shows the transition of the command current IL * input to the comparator 352 according to this embodiment
  • FIG. 9B shows the transition of the command current IL * input to the comparator according to the comparative example. Show.
  • a value obtained by adding a correction value to the command current IL * is input to the comparator. Therefore, as shown in FIG. 9B, the full scale of the comparator is set in a range that takes into account the increase due to the correction value.
  • the comparator 352 receives a value obtained by subtracting the current correction value Ic from the current detection value ILr. Therefore, as shown in FIG. 9A, the full scale of the comparator 352 is set to a smaller value compared to the comparative example.
  • the range of the command current IL * corresponding to the output voltage range (for example, 0 V to 5 V) is reduced. Therefore, the resolution of the comparator 352 compared to the comparative example Becomes a high value.
  • FIG. 10A is a diagram showing the transition of the alternating current Iac when the peak current mode is performed using the current detection value ILr on which random noise is superimposed in the present embodiment.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating the transition of the alternating current Iac when the peak current mode control is performed using the current detection value ILr on which random noise is superimposed in the comparative example.
  • 10 (a) and 10 (b) the alternating current Iac changes in a sine wave shape in synchronization with the change in the alternating voltage Vac.
  • the current distortion rate THD of the alternating current Iac was 2.3%.
  • the current distortion rate THD of the alternating current Iac was 1.4%. That is, in this embodiment, since the resolution of the comparator 352 is higher than that of the comparative example, the current distortion rate THD of the alternating current Iac is reduced as compared with the comparative example.
  • the control device 30 calculates the corrected detection value ILar by subtracting the current correction value Ic from the current detection value ILr. Then, the control device 30 operates the fifth switch SW5 by the peak current mode control so as to control the corrected detection value ILar to the command current IL *. In this case, it is possible to suppress an increase in full scale of the comparator 352 with respect to the command current IL * while suppressing distortion of the alternating current Iac.
  • the control device 30 takes one maximum value for the current correction value Ic in each of the first and second periods P1 and P2 that are positive and negative in one cycle of the AC voltage, and in the first period P1. Is set so that one minimum value is taken between the timing at which the maximum value is reached and the timing at which the maximum value is reached in the second period P2. In this case, the current correction value Ic subtracted from the current detection value ILr is the smallest value at the zero cross timing and the largest value at the peak timing. As a result, since the duty ratio of the fifth switch SW5 is set according to the change tendency of the deviation width, the distortion of the alternating current Iac is suitably suppressed.
  • the current sensor 32 may be provided closer to the fifth switch SW5 than the first connection point K1 between the source of the fifth switch SW5 and the drain of the sixth switch SW6. In this case, the current flowing through the fifth switch SW5 is acquired as the detected current value ILr of the reactor current.
  • the control device 30 may maintain the sixth gate signal GS6 at a low level so that the sixth switch SW6 is always turned off.
  • Second Embodiment In the second embodiment, a configuration different from the first embodiment will be mainly described.
  • symbol same as 1st Embodiment shows the same structure, The description is not repeated.
  • the harmonic correction value Ih may not be a value that can suitably reduce the distortion of the AC current Iac.
  • the current detection value ILr at the zero cross timing is smaller than the current detection value ILr at other timings. Therefore, if the current correction value Ic is set to a value smaller than the current detection value ILr, the zero cross timing of the AC voltage Vac is set. The current correction value Ic is smaller than the current correction value Ic at other timings. In this case, at the zero cross timing, there may be a case where the duty ratio that can suitably reduce the distortion of the alternating current Ic cannot be set.
  • the slope amount setting unit 51 variably sets the slope amount ms that is the slope of the slope compensation signal Slope that compensates the corrected detection value ILar. Then, the correction value setting unit 40 sets the harmonic correction value Ih based on the set slope amount ms and the AC voltage Vac.
  • FIG. 11 is a functional block diagram of the control device 30 according to the second embodiment.
  • the slope amount setting unit 51 sets the slope amount ms based on the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc.
  • the correction value setting unit 40 receives the slope amount ms set by the slope amount setting unit 51 in addition to the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc.
  • the correction value setting unit 40 sets the harmonic correction value Ih based on the AC voltage Vac, the DC voltage Vdc, and the slope amount ms. Then, a value obtained by adding the coefficient ⁇ to the harmonic correction value Ih is output as the current correction value Ic.
  • the control device 30 stores a correction value map indicating the relationship among the AC voltage Vac, the slope amount ms, and the harmonic correction value Ih in the storage unit. For example, the harmonic correction value Ih corresponding to various AC voltage Vac, DC voltage Vdc, and slope amount ms is calculated using the above formulas (2) and (3). Then, a correction value map is created by associating the calculated harmonic correction value Ih for each combination of the AC voltage Vac and the slope amount ms.
  • the control device 30 sets the slope amount ms based on the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc. Then, the control device 30 sets the current correction value Ic based on the set slope amount ms. In this case, since the slope amount ms and the current correction value Ic can be adjusted according to the AC voltage Vac, the reduction of the full scale of the control device 30 and the reduction of the distortion of the AC current Iac are preferably made compatible. be able to.
  • the circuit topology is different from that of the DC / AC converter 10 shown in the first embodiment. Specifically, unlike the first embodiment, the DC / AC converter 10 according to the present embodiment does not include a half-bridge circuit.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the power conversion apparatus 100 according to the third embodiment.
  • the first DC terminal TD1 and the full bridge circuit 12a are connected via the first wiring LP1.
  • the second DC terminal TD2 and the full bridge circuit 12a are connected via a second wiring LP2.
  • the full bridge circuit 12a includes first to fourth switches SW11 to SW14. Since the first to fourth switches SW11 to SW14 correspond to the first to fourth switches SW1 to SW4 shown in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the fourth connection point K4 between the third switch SW13 and the fourth switch SW14 is connected to the first end of the sixth wiring LP6, and the second end of the sixth wiring LP6 is connected to the second AC terminal TA2. Yes.
  • the fifth connection point K5 between the first switch SW11 and the second switch SW12 is connected to the first end of the fifth wiring LP5, and the second end of the fifth wiring LP5 is connected to the first AC terminal TA1. Yes.
  • a reactor 13 is provided in a part of the sixth wiring LP6.
  • the full bridge circuit 12a includes a first current sensor 61 that detects a current detection value of the reactor current in the first period P1 as the first detection value IL1r, and a current detection of the reactor current IL in the second period P2.
  • a second current sensor 62 that detects the value as the second detection value IL2r is provided.
  • the first current sensor 61 is provided on the drain side of the fourth switch SW14 from the fourth connection point K4 in the wiring connecting the sources and drains of the third and fourth switches SW13 and SW14.
  • the first current sensor 61 detects the current flowing through the fourth switch SW14 as the first detection value IL1r.
  • the second current sensor 62 is provided on the drain side of the second switch SW12 from the fifth connection point K5 in the wiring connecting the sources and drains of the first and second switches SW11 and SW12.
  • the second current sensor 62 detects the current flowing through the second switch SW12 as the second detection value IL2r.
  • FIG. 13 is a functional block diagram showing functions of the control device 30 according to the third embodiment. Also in the present embodiment, the control device 30 controls the DC / AC converter 10 by peak current mode control.
  • the control device 30 includes a first correction unit 20a, a second correction unit 20b, a first current control unit 50a, and a second current control unit 50b.
  • the first correction unit 20a calculates the first corrected detection value IL1ar by subtracting the current correction value Ic from the first detection value IL1r.
  • the second correction unit 20b calculates the second corrected detection value IL2ar by subtracting the current correction value Ic from the second detection value IL2r.
  • the first current control unit 50a operates the third and fourth switches SW13 and SW14 by the peak current mode control so as to control the first corrected detection value IL1ar to the command current IL * in the first period P1.
  • the second current control unit 50b operates the first and second switches SW11 and SW12 by peak current mode control in order to control the second corrected detection value IL2ar to the command current IL * in the second period P2.
  • the first and second current control units 50a and 50b limit the lower limit values of the first and second corrected detection values IL1ar and IL2ar output from the first and second correction units 20a and 20b.
  • a limiter 354 is provided. Since the configuration of the first and second current control units 50a and 50b other than the limiter 354 is the same as that of the current control unit 50 of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the output of the first current control unit 50 a is connected to one input terminal of the first AND circuit 382, and the output of the second current control unit 50 b is connected to one input terminal of the second AND circuit 383.
  • the output terminal of the switching unit 55 is connected to the other input terminal of the second AND circuit 383 and the input terminal of the inverter 360.
  • the output terminal of the inverter 360 is connected to the other input terminal of the first AND circuit 382.
  • the switching unit 55 outputs a low-level output signal when the alternating voltage Vac is determined to be positive, and outputs a high-level output signal when the alternating voltage Vac is determined to be negative. To do.
  • the first AND circuit 382 receives the output signal from the first current control unit 50a and the output signal from the switching unit 55.
  • the first AND circuit 382 is connected to the gate of the fourth switch SW14 and outputs a fourth gate signal GS14.
  • the output terminal of the first AND circuit 382 is connected to the gate of the third switch SW13 via the inverter 361.
  • a signal output from the first AND circuit 382 to the gate of the third switch SW13 via the inverter 361 becomes a third gate signal GS13 for operating the opening and closing of the third switch SW13.
  • the third gate signal GS13 is obtained by inverting the fourth gate signal GS14.
  • the second AND circuit 383 receives the output signal from the second current control unit 50b and the output signal from the switching unit 55.
  • the second AND circuit 383 is connected to the gate of the second switch SW12 and outputs the second gate signal GS12.
  • the output terminal of the second AND circuit 383 is connected to the gate of the first switch SW11 via the inverter 362.
  • a signal output from the second AND circuit 383 to the gate of the first switch SW11 via the inverter 362 becomes the first gate signal GS11 for operating the opening and closing of the first switch SW11.
  • the first gate signal GS11 is obtained by inverting the second gate signal GS12.
  • the fourth gate signal GS14 becomes high level
  • the gate signal GS13 becomes low level.
  • the second gate signal GS12 becomes high level
  • the first gate signal GS11 becomes low level.
  • FIG. 14 is a timing chart of the DC / AC converter 10 according to the third embodiment.
  • FIG. 14A shows transitions of the DC voltage Vdc and the AC voltage Vac.
  • FIG. 14B shows the transition of the first gate signal GS11
  • FIG. 14C shows the transition of the second gate signal GS12.
  • FIG. 14D shows the transition of the third gate signal GS13
  • FIG. 14E shows the transition of the fourth gate signal GS14.
  • FIG. 14 (f) shows the transition of the current correction value Ic
  • FIG. 14 (g) shows the transition of the command current IL *.
  • FIG. 14 (h) shows the transition of the reactor current IL
  • FIG. 14 (i) shows the transition of the alternating current Iac.
  • the first switch SW11 is turned on when the first gate signal GS11 becomes high level, and the second switch SW12 when the second gate signal GS12 becomes low level. Is turned off.
  • the reactor current IL is detected as the first corrected detection value IL1ar, and a value obtained by subtracting the current correction value Ic from the first detection value IL1r becomes the first corrected detection value IL1ar.
  • the first current control unit 50a changes the fourth gate signal GS14 between a high level and a low level in order to control the first corrected detection value IL1ar to the command current IL *.
  • the third gate signal GS13 is controlled to have a value obtained by inverting the fourth gate signal GS14.
  • the current correction value Ic takes a minimum value at the zero cross timing (t21, t23) and takes a maximum value at the peak timing (t22). Therefore, the amount of subtraction of the first detection value IL1r by the current correction value Ic is the smallest value at the peak timing and the largest value at the zero cross timing. As a result, the duty ratio of the fourth switch SW14 set by the first current control unit 50a is set according to the changing tendency of the deviation width.
  • the third switch SW13 is turned on by the third gate signal GS13 being at a high level, and the fourth gate signal GS14 is at a low level. As a result, the fourth switch SW14 is turned off.
  • the reactor current IL is detected as the second corrected detection value IL2ar, and a value obtained by subtracting the current correction value Ic from the second detection value IL2r becomes the second corrected detection value IL2ar.
  • the second current control unit 50b changes the second gate signal GS12 between a high level and a low level in order to control the second corrected detection value IL2ar to the command current IL *.
  • the first gate signal GS11 is controlled to have a value obtained by inverting the second gate signal GS12.
  • the current correction value Ic takes a minimum value at the zero cross timing (t25) and takes a maximum value at the peak timing (t24). Therefore, the current correction value Ic subtracted from the second detection value IL2r is the largest value at the peak timing and the smallest value at the zero cross timing. As a result, the duty ratio of the second switch SW12 set by the second current control unit 50b is set according to the changing tendency of the deviation width.
  • FIG. 15 is a configuration diagram of a power conversion device 100 according to the first modification of the third embodiment.
  • the first current sensor 61 is provided on the drain side of the first switch SW11, and detects the current flowing through the first switch SW11 as the first detection value IL1r.
  • the second current sensor 62 is provided on the second switch SW12 side of the fifth connection point K5 in the wiring connecting the source and drain between the first and second switches SW11 and SW12. The second current sensor 62 detects the current flowing through the second switch SW12 as the second detection value IL2r.
  • the first post-correction detection is performed by subtracting the current correction value Ic from the first detection value IL1r detected by the first current sensor 61.
  • the value IL1ar is calculated.
  • the duty ratio of the first switch SW11 is set by the peak current mode control using the first corrected detection value IL1ar.
  • the second corrected detection value IL2ar is calculated by subtracting the current correction value Ic from the second detection value IL2r detected by the second current sensor 62.
  • the duty ratio of the second switch SW12 is set by the peak current mode control using the second corrected detection value IL2ar.
  • the first current sensor 61 may be provided on the drain side of the first switch SW11, and the second current sensor 62 may be provided on the drain side of the third switch SW13. In this case, the first current sensor 61 detects the current flowing through the first switch SW11 as the first detection value IL1r. The second current sensor 62 detects the current flowing through the third switch SW13 as the second detection value IL2r.
  • the third switch SW13 may be constantly turned off in the first period P1, and the first switch SW11 may be constantly kept off in the second period P2.
  • the control device 30 maintains the third gate signal GS13 in the first period P1 at the low level and sets the first gate signal GS11 in the second period P2 to the low level. Just keep it.
  • FIG. 16 is a configuration diagram of the power conversion apparatus 100 according to the fourth embodiment.
  • a fifth switch SW25 and a sixth switch SW26 are connected between the first and second AC terminals TA1 and TA2 and the full bridge circuit 12b. .
  • the drain of the sixth switch SW26 is connected to the source of the fifth switch SW25.
  • the drain of the fifth switch SW25 is connected between the reactor 13 and the full bridge circuit 12b in the fifth wiring LP5, and the drain of the sixth switch SW26 is connected to the sixth wiring LP6.
  • Each of the fifth and sixth switches SW25 and SW26 includes a parasitic diode connected in antiparallel.
  • the first to fourth switches SW21 to SW24 correspond to the first switches SW11 to SW14 of the third embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • FIG. 17 is a functional block diagram showing functions of the control device 30 according to the fourth embodiment. Also in the present embodiment, the control device 30 controls the DC / AC converter 10 by peak current mode control.
  • the first corrected detection value IL1ar is input to the first current control unit 50a after the current correction value Ic is subtracted by the first correction unit 20a.
  • the second post-correction detection value IL2ar is input to the second current control unit 50b after the current correction value Ic is subtracted by the second correction unit 20b.
  • the output terminal of the switching unit 55 is connected to the input terminal of the second AND circuit 383, the gate of the sixth switch SW26, and the input terminal of the inverter 360.
  • the output terminal side of the inverter 360 is connected to the input terminal of the first AND circuit 382 and the gate of the fifth switch SW25.
  • the output terminal of the first AND circuit 382 is connected to the gates of the first and fourth switches SW21 and SW24.
  • the output side of the second AND circuit 383 is connected to the gates of the second and third switches SW22 and SW23.
  • FIG. 18 is a timing chart of the DC / AC converter 10 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 18A shows the transition of the DC voltage Vdc and the AC voltage Vac.
  • FIG. 18B shows the transition of the first and fourth gate signals GS21 and GS24
  • FIG. 18C shows the transition of the second and third gate signals GS22 and GS23.
  • FIG. 18D shows the transition of the fifth gate signal GS25
  • FIG. 18E shows the transition of the sixth gate signal GS26.
  • FIG. 18F shows the transition of the current correction value Ic
  • FIG. 18G shows the transition of the command current IL *.
  • FIG. 18 (h) shows the transition of the current detection value ILr
  • FIG. 18 (i) shows the transition of the alternating current Iac.
  • the sixth switch SW26 is turned on when the sixth gate signal GS26 becomes high level, and the fifth switch SW25 is changed when the fifth gate signal GS25 becomes low level. Is turned off.
  • the first current control unit 50a changes the first and fourth gate signals GS21 and GS24 to a high level or a low level in order to control the first corrected detection value IL1ar to the command current IL *.
  • the current correction value Ic takes a minimum value at the zero cross timing (t31, t33), and the current correction value Ic takes a maximum value at the peak timing (t32). Therefore, the duty ratios of the first and fourth switches SW21 and SW24 set by the first current control unit 50a are set to values according to the change tendency of the deviation width.
  • the sixth switch SW26 is turned off when the sixth gate signal GS26 goes low, and the fifth switch SW25 when the fifth gate signal GS25 goes high. Is turned on.
  • the second current control unit 50b changes the second and third gate signals GS21 and GS23 to a high level or a low level in order to control the second corrected detection value IL2ar to the command current IL *.
  • the current correction value Ic takes a minimum value at the zero cross timing (t35), and the current correction value Ic takes a maximum value at the peak timing (t34). Therefore, the duty ratios of the second and third switches SW22 and SW23 set by the second current control unit 50b are set to values according to the changing tendency of the deviation width.
  • the power conversion apparatus 100 shown in FIG. 19 includes an AC / DC converter 80 that converts an AC voltage into a DC voltage.
  • the AC / DC converter 80 includes a full bridge circuit 12c and a half bridge circuit 15a.
  • the full bridge circuit 12c includes first to fourth diodes D1 to D4.
  • the anode of the first diode D1 and the cathode of the second diode D2 are connected, and the anode of the third diode D3 and the cathode of the fourth diode D4 are connected.
  • the cathodes of the first and third diodes D1 and D3 are connected to the first end of the third wiring LP3, and the anodes of the second and fourth diodes D2 and D4 are connected to the first end of the fourth wiring LP4. Yes.
  • the first connection point K11 between the first diode D1 and the second diode D2 is connected to the first end of the fifth wiring LP5, and the second end of the fifth wiring LP5 is the first AC. It is connected to the terminal TA1.
  • the second connection point K12 between the third diode D3 and the fourth diode D4 is connected to the first end of the sixth wiring LP6, and the second end of the sixth wiring LP6 is connected to the second AC terminal TA2. Yes.
  • the half-bridge circuit 15a includes a fifth diode D5 and a switch SW31.
  • the switch SW31 is a voltage drive type switch and is an n-channel MOSFET in this embodiment.
  • the anode of the fifth diode D5 and the drain of the switch SW31 are connected.
  • the cathode of the fifth diode D5 is connected to the first end of the first wiring LP1, and the second end of the first wiring LP1 is connected to the first DC terminal TD1.
  • the source of the switch SW31 is connected to the first end of the second wiring LP2, and the second end of the second wiring LP2 is connected to the second DC terminal TD2.
  • the switch SW31 includes a parasitic diode connected in antiparallel.
  • the third connection point K13 between the fifth diode D5 and the switch SW31 is connected to the second end of the third wiring LP3.
  • a reactor 13 is provided in the third wiring LP3.
  • the source of the switch SW is connected to the second end of the fourth wiring LP4.
  • FIG. 20 is a functional block diagram illustrating functions of the control device 30. Also in the present embodiment, the control device 30 includes the correction unit 20 that calculates the corrected detection value ILar by subtracting the current correction value Ic from the current detection value ILr.
  • the current control unit 50 outputs a gate signal GS31 for operating the switch SW31 by peak current mode control using the corrected detection value ILar and the command current IL *.
  • the output terminal of the current control unit 50 is connected to the gate of the switch SW31. Therefore, the signal output from the current control unit 50 to the gate of the switch SW31 is the gate signal GS31.
  • the operation of the power conversion apparatus 100 will be described.
  • the first and fourth diodes D1 and D4 are conducted.
  • the second and third diodes D2 and D3 are turned on.
  • the gate signal GS31 changes between the high level and the low level by the peak current mode control performed by the current control unit 50, and the duty ratio is controlled.
  • the switch SW31 is in the ON state, current flows through the reactor 13 and magnetic energy is stored in the reactor 13. Further, during the period in which the switch SW31 is in the OFF state, current flows to the first DC terminal TD1 through the fifth diode D5 by the magnetic energy stored in the reactor 13.
  • FIG. 21A shows the transition of the AC voltage Vac
  • FIG. 21B shows the transition of the harmonic correction value Ih.
  • divergence width ⁇ i indicating the difference between average reactor current Iave in which distortion has occurred and command current IL * is zero cross at which AC voltage Vac is zero. It is the largest value near the timing (t41, t43, t45).
  • the deviation width ⁇ i is the smallest value near the peak timing (t42, t44) of the AC voltage Vac.
  • the correction value setting unit 40 takes one minimum value for the harmonic correction value Ih in each of the first period P1 having a positive polarity and the second period P2 having a negative polarity in one cycle of the AC voltage.
  • one maximum value is set between the timing at which the minimum value is obtained in the first period P1 and the timing at which the minimum value is obtained in the second period P2.
  • the correction value setting unit 40 calculates the current correction value Ic by adding the coefficient ⁇ to the set harmonic correction value Ih. Therefore, the current correction value Ic to be subtracted from the current detection value ILr is the largest at the zero cross timing and the smallest value at the peak timing.
  • the storage unit of the control device 30 stores a correction value map that is information in which the harmonic correction value Ih is defined in association with the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc. Therefore, the correction value setting unit 40 sets the harmonic correction value Ih corresponding to the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc by referring to the correction value map.
  • the duty ratio D is calculated by the following equation (4).
  • the width ⁇ i is calculated by the following equation (5).
  • the harmonic correction value Ih when the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc are changed to various values is calculated using the above formulas (4) and (5).
  • a correction value map can be created by associating the calculated harmonic correction value Ih with the AC voltage Vac.
  • FIG. 22A shows the transition of the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc
  • FIG. 22B shows the transition of the gate signal GS31
  • FIG. 22C shows the transition of the current correction value Ic
  • FIG. 22D shows the transition of the command current IL *
  • FIG. 22 (e) shows the transition of the reactor current IL
  • FIG. 22 (f) shows the transition of the alternating current Iac.
  • t51, t53, and t55 indicate zero-cross timings of the AC voltage Vac
  • t52 and t54 indicate peak timings at which the AC voltage Vac has positive and negative peak values.
  • the current correction value Ic changes such that it takes a maximum value at each of the zero cross timings (t51, t53, t55) and takes a minimum value near the peak timing (t52, t54). To do. That is, the current correction value Ic subtracted from the current detection value ILr becomes the largest value at the zero cross timing when the deviation width ⁇ i becomes large. In the vicinity of the peak timing of the AC voltage Vac where the deviation width ⁇ i increases, the current correction value Ic subtracted from the current detection value ILr becomes the smallest value. As a result, the duty ratio of the switch SW31 is set to a value corresponding to the changing tendency of the deviation width.
  • the control device 30 performs the peak current mode control using a value obtained by subtracting the current correction value Ic from the current detection value ILr. Further, the control device 30 takes one local minimum value in each period of positive polarity and negative polarity in one cycle of the AC voltage, and the maximum value between the minimum value in the positive polarity and the minimum value in the negative polarity.
  • the current correction value Ic is set so that one is taken.
  • the duty ratio of the switch SW31 is set to a value corresponding to the tendency of the deviation width ⁇ i.
  • the control device 30 may variably set the slope amount ms based on the AC voltage Vac as in the second embodiment. In this case, the control device 30 may set the current correction value Ic by the slope amount ms in addition to the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc.
  • the circuit topology is different from that of the power converter 100 shown in the fifth embodiment.
  • the power conversion device 100 according to the present embodiment does not include a half bridge circuit.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating the power conversion apparatus 100 according to the second embodiment.
  • the first DC terminal TD1 and the full bridge circuit 12d are connected via the first wiring LP1.
  • the second DC terminal TD2 and the full bridge circuit 12d are connected via the second wiring LP2.
  • the full bridge circuit 12d includes a first switch SW41 and a second switch SW42, and first and second diodes D11 and D12.
  • the first and second switches SW41 and SW42 are voltage-driven switches, and are n-channel MOSFETs in this embodiment.
  • the anode of the first diode D11 and the drain of the first switch SW41 are connected.
  • the anode of the second diode D12 and the drain of the second switch SW42 are connected.
  • the cathodes of the first and second diodes D11 and D12 are connected to the first wiring LP1, and the sources of the first and second switches SW41 and SW42 are connected to the second wiring LP2.
  • Each of the first and second switches SW41 and SW42 includes a parasitic diode connected in antiparallel.
  • the first connection point K11 between the first diode D11 and the first switch SW41 is connected to the first end of the fifth wiring LP5, and the second end of the fifth wiring LP5 is connected to the first AC terminal TA1. Yes.
  • the second connection point K12 between the second diode D12 and the second switch SW42 is connected to the first end of the sixth wiring LP6, and the second end of the sixth wiring LP6 is connected to the second AC terminal TA2. Yes.
  • a first current sensor 65 for detecting a reactor current in the first period P1 is provided between the anode of the first diode D11 and the drain of the first switch SW41.
  • the first current sensor 65 detects the current flowing through the first switch SW41 as the first detection value IL1r.
  • a second current sensor 66 for detecting a reactor current in the second period P2 is provided between the anode of the second diode D12 and the drain of the second switch SW42.
  • the second current sensor 66 detects the current flowing through the second switch SW42 as the second detection value IL2r.
  • FIG. 24 is a functional block diagram showing functions of the control device 30 according to the sixth embodiment.
  • the control device 30 includes a first current control unit 50c, a second current control unit 50d, and a switching unit 155.
  • the first current control unit 50c performs peak current mode control so as to control the first detection value IL1r after slope compensation to the command current IL *.
  • the second current control unit 50d performs peak current mode control so as to control the second detection value IL2r after slope compensation to the command current IL *. Since the configuration of the first and second current control units 50c and 50d is the same as the configuration of the current control unit 50, the description thereof is omitted.
  • the switching unit 155 switches the output of the first gate signal GS41 or the second gate signal GS42 according to the polarity of the AC voltage Vac.
  • the output terminal of the switching unit 155 is connected to the input terminals of the first and second AND circuits 386 and 387, respectively.
  • the other input terminal of the first AND circuit 386 is connected to the output terminal of the first current control unit 50c.
  • the other input terminal of the second AND circuit 387 is connected to the output terminal of the second current control unit 50d.
  • the switching unit 155 determines that the AC voltage Vac is positive, the switching unit 155 sets the first switching signal output to the first AND circuit 386 to the high level and sets the second switching signal output to the second AND circuit 387 to the low level. On the other hand, when the switching unit 155 determines that the AC voltage Vac is negative, the switching unit 155 sets the first selection signal output to the first AND circuit 386 to a low level and sets the second switching signal output to the second AND circuit 387 to a high level. To do.
  • the first AND circuit 386 is connected to the gate of the first switch SW41, and outputs a first gate signal GS41 for operating the first switch SW41.
  • the second AND circuit 387 is connected to the gate of the second switch SW42 and outputs a second gate signal GS42 for operating the second switch SW42.
  • the first switching signal AQ1 from the switching unit 155 is at a high level, and the second switching signal AQ2 is at a low level.
  • the first gate signal GS41 output to the gate of the first switch SW41 by the first current control unit 50c changes between a high level and a low level.
  • a value obtained by subtracting the current correction value Ic from the first detection value IL1r by the first correction unit 20a is input to the first current control unit 50c.
  • the first switching signal AQ1 is at a low level and the second switching signal AQ2 is at a high level.
  • the second switch SW42 is operated by the peak current mode control performed by the second current control unit 50d.
  • a value obtained by subtracting the current correction value Ic from the second detection value IL2r by the second correction unit 20b is input to the second current control unit 50d.
  • the current correction value Ic changes such that it takes a maximum value at the zero cross timing and takes a minimum value at the peak timing.
  • the duty ratio of the switch SW31 is set to a value corresponding to the changing tendency of the deviation width.
  • the harmonic correction value Ih when the DC voltage Vdc is converted into the AC voltage Vac by the power conversion device 100 is not limited to the one calculated by the above formulas (2) and (3).
  • the harmonic correction value Ih may be set based only on the AC voltage Vac.
  • the harmonic correction value Ih when the AC voltage Vac is converted into the DC voltage Vdc by the power converter 100 is not limited to that calculated by the above formulas (4) and (5).
  • the harmonic correction value Ih may be set based only on the AC voltage Vac.
  • the power converter 100 may be a device that performs bidirectional power conversion between the AC voltage Vac and the DC voltage Vdc.

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Abstract

リアクトル(13)と、駆動スイッチ(SW~SW42)とを有し、交流電圧及び直流電圧のうち、入力される一方の電圧を他方の電圧に変換して出力する電力変換装置(100)に適用される制御装置(30)に関する。制御装置(30)は、交流電圧に基づいて、リアクトル(13)に流れるリアクトル電流の電流検出値を補正する電流補正値を設定する。制御装置(30)は、取得された電流検出値から補正値を減算することにより電流検出値を算出する。制御装置(30)は、算出した電流検出値を指令値に制御すべく、ピーク電流モード制御により駆動スイッチを操作する。

Description

電力変換装置の制御装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2018年5月29日に出願された日本出願番号2018-102642号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、電力変換装置に適用される制御装置に関する。
 例えば特許文献1には、リアクトルと、駆動スイッチとを有し、交流電圧を直流電圧に変換して出力する電力変換装置が開示されている。この電力変換装置に適用される制御装置は、リアクトルに流れるリアクトル電流を指令値に制御すべく、周知のピーク電流モード制御により駆動スイッチを操作する。また、制御装置は、補正値を指令値に加算することにより駆動スイッチの1スイッチング周期に対するオン操作期間の比を示すデューティ比を調整し、交流電流の歪みを低減している。
特開2015-198460号公報
 指令値に補正値を加算することにより交流電流の歪みを抑制する場合、補正後の指令値を考慮して、この指令値が入力される制御装置のフルスケールを予め大きな値に設定しておく必要がある。そのため、制御装置のフルスケールの増加により電流指令値の分解能が低くなることが懸念される。
 本開示は上記課題に鑑みたものであり、電力変換装置に適用される制御装置において、交流電流の歪みを抑制しつつ、入力信号に対する制御装置のフルスケールの増加を抑制することができる電力変換装置の制御装置を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために本開示では、リアクトルと、駆動スイッチとを有し、交流電圧及び直流電圧のうち、入力される一方の電圧を他方の電圧に変換して出力する電力変換装置に適用される電力変換装置の制御装置に関するものである。制御装置は、前記リアクトルに流れるリアクトル電流の検出値である電流検出値を取得する検出値取得部と、前記交流電圧を取得する交流電圧取得部と、取得された電流検出値から補正値を減算することにより、補正後検出値を算出する補正部と、前記補正後検出値を前記指令値に制御すべく、ピーク電流モード制御により前記駆動スイッチを操作する電流制御部とを備える。
 ピーク電流モード制御では、駆動スイッチのデューティ比は、1スイッチング周期においてリアクトル電流が指令値に達するまでの時間により設定される。そのため、指令値又は電流検出値を調整することにより、駆動スイッチのデューティ比を調整でき、ひいては交流電流の歪みを抑制することができる。ここで、本発明者は、電流指令値に補正値を加算するのではなく、電流検出値から補正値を減算することにより、駆動スイッチのデューティ比を調整しつつ、入力信号に対する制御装置のフルスケールが増加するのを抑制できることに着目した。
 そこで、上記構成では、電流検出値から補正値を減算することにより、補正後検出値が算出される。そして、算出された補正後検出値を指令値に制御すべく、ピーク電流モード制御により駆動スイッチが操作される。この場合、交流電流の歪みを抑制しつつ、入力信号に対する制御装置のフルスケールの増加を抑制することができる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図2は、制御装置の機能ブロック図であり、 図3は、交流電圧、指令電流、及びリアクトル電流の平均値の推移を示す図であり、 図4は、電流補正部の構成図であり、 図5は、高調波補正値を説明する図であり、 図6は、乖離幅を説明する図であり、 図7は、ピーク電流モード制御を用いた第5スイッチSW5の操作手順を示すフローチャートであり、 図8は、電力変換装置のタイミングチャートであり、 図9は、本実施形態の効果を説明する図であり、 図10は、本実施形態の効果を説明する図であり、 図11は、第2実施形態に係る制御装置の機能ブロック図であり、 図12は、第3実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図13は、制御装置の機能ブロック図であり、 図14は、電力変換装置のタイミングチャートであり、 図15は、第3実施形態の変形例1に係る電力変換装置の構成図であり、 図16は、第4実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図17は、制御装置の機能ブロック図であり、 図18は、電力変換装置のタイミングチャートであり、 図19は、第5実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図20は、制御装置の機能ブロック図であり、 図21は、高調波補正値を説明する図であり、 図22は、電力変換装置のタイミングチャートであり、 図23は、第6実施形態に係る電力変換装置の構成図であり、 図24は、制御装置の機能ブロック図である。
 <第1実施形態>
 本実施形態に係る電力変換装置、及び電力変換装置に適用される制御装置の一態様について図を用いて説明する。
 本実施形態の電力変換装置100は、直流電圧を交流電圧に変換する。図1に示す電力変換装置100は、DC・AC変換器10を備えている。DC・AC変換器10は、第1交流端子TA1及び第2交流端子TA2を介して交流電源200に接続され、第1直流端子TD1及び第2直流端子TD2を介して不図示の機器に接続されている。交流電源200は、例えば、商用電源である。機器には、例えば、バッテリ等の直流電源及びDC・DCコンバータのうち少なくとも一方が含まれる。
 DC・AC変換器10は、フルブリッジ回路12と、リアクトル13と、ハーフブリッジ回路15と、コンデンサ16と、第1~第6配線LP1~LP6とを備えている。
 ハーフブリッジ回路15は、第5スイッチSW5と、第6スイッチSW6とを備えている。第5,第6スイッチSW5,SW6は、電圧駆動型のスイッチであり、本実施形態ではnチャネルMOSFETである。第5スイッチSW5のソースと第6スイッチSW6のドレインとが接続されている。第5スイッチSW5のドレインが第1配線LP1に接続され、第6スイッチSW6のソースが第2配線LP2に接続されている。第5,第6スイッチSW5,SW6それぞれは、逆並列接続された寄生ダイオードを備えている。本実施形態では、第5スイッチSW5が駆動スイッチに相当する。
 第5,第6スイッチSW5,SW6の第1接続点K1は、第3配線LP3の第1端に接続されている。第3配線LP3の一部にはリアクトル13が設けられている。また、第6スイッチSW6のソースは、第4配線LP4の第1端に接続されている。第3,4配線LP3,LP4それぞれの第2端は、フルブリッジ回路12に接続されている。
 フルブリッジ回路12は、第1~第4スイッチSW1~SW4を備えている。第1~第4スイッチSW1~SW4は、電圧駆動型のスイッチであり、本実施形態ではnチャネルMOSFETである。第3スイッチSW3のソースと、第4スイッチSW4のドレインとが接続されている。第1スイッチSW1のソースと、第2スイッチSW2のドレインとが接続されている。第1,第3スイッチSW1,SW3それぞれのドレインが第3配線LP3に接続され、第2,第4スイッチSW2,SW4それぞれのソースが第4配線LP4に接続されている。
 第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との第2接続点K2は、第5配線LP5の第1端に接続されており、第5配線LP5の第2端は第1交流端子TA1に接続されている。第3スイッチSW3と第4スイッチSW4との第3接続点K3は、第6配線LP6の第1端に接続されており、第6配線LP6の第2端は第2交流端子TA2に接続されている。コンデンサ16は、第1配線LP1と第2配線LP2との間に接続されている。
 電力変換装置100は、直流電圧センサ31と、電流センサ32と、交流電圧センサ33とを備えている。直流電圧センサ31は、第1配線LP1と第2配線LP2との間に接続されており、コンデンサ16の端子間電圧を直流電圧Vdcとして検出する。電流センサ32は、第4配線LP4に設けられており、リアクトル13に流れるリアクトル電流を電流検出値ILrとして検出する。交流電圧センサ33は、第5配線LP5と第6配線LP6との間に接続されており、交流電源200の電圧を交流電圧Vacとして検出する。
 本実施形態では、交流電流Iacが、第1交流端子TA1からフルブリッジ回路12の向きに流れる場合を正極性し、第2交流端子TA2からフルブリッジ回路12の向きに流れる場合を負極性とする。リアクトル13に実際に流れる電流と、電流検出値ILrとを区別するために、リアクトル13に流れる電流をリアクトル電流ILと記載する。
 電力変換装置100は、制御装置30を備えている。制御装置30が提供する各機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。
 図2は、本実施形態に係る制御装置30の機能を説明する機能ブロック図である。制御装置30は、ピーク電流モード制御により第5スイッチSW5をオフ状態又はオン状態に操作する。本実施形態では、制御装置30は、波形生成部34と、乗算器35と、絶対値算出部36と、補正値設定部40と、電流制御部50と、補正部20とを備えている。本実施形態では、波形生成部34と、乗算器35と、絶対値算出部36とが指令値算出部に相当する。
 波形生成部34は、交流電源200の半周期(T/2)における電圧変化を示す基準波形sinωtを算出する。例えば、波形生成部34は、交流電圧センサ33により検出された交流電圧Vacが0となるタイミングをゼロクロスタイミングとして検出し、交流電圧Vacが、ゼロクロスタイミングから次のゼロクロスタイミングまで変化する期間を、交流電源200の半周期(T/2)として設定する。そして、波形生成部34は、周期Tから交流電源200の角速度ω(=2π×(1/T))を算出する。波形生成部34は、振幅が1の正弦波信号の角速度を、算出した角速度ωに設定することにより、交流電圧Vacと同位相となる基準波形sinωtを算出する。
 乗算器35は、振幅指令値Ia*と基準波形sinωtとを乗算する。振幅指令値Ia*は、リアクトル13に流れるリアクトル電流の振幅を定める指令値であり、例えば、出力電圧である交流電圧Vacの指令値に基づいて定められる。絶対値算出部36は、乗算器35からの出力値の絶対値|Ia*×sinωt|を指令電流IL*として設定する。本実施形態では、指令電流IL*がリアクトル電流の指令値に相当する。
 補正値設定部40は、電流検出値ILrを補正する電流補正値Icを設定する。電流補正値Icは交流電流Iacの歪みを抑制するための補正値である。補正部20は、電流補正値Icにより電流検出値ILrを補正し、補正後の値を電流制御部50に出力する。以下では、補正部20による補正後の検出値を補正後検出値ILarと称す。
 電流制御部50は、補正後検出値ILarと指令電流IL*とに基づいて、第5スイッチSW5を操作する第5ゲート信号GS5を出力する。本実施形態では、電流制御部50は周知のピーク電流モード制御により第5ゲート信号GS5を出力する。
 電流制御部50は、DA変換器351と、コンパレータ352と、加算器353と、RSフリップフロップ357と、スロープ量設定部51と、を備えている。指令電流IL*は、DA変換器351によりデジタル値からアナログ値に変換される。アナログ値に変換された指令電流IL*は、コンパレータ352の反転入力端子に入力される。加算器353は、補正後検出値ILarと、スロープ量設定部51により設定されたスロープ補償信号Slopeとを加算する。加算器353からの出力は、コンパレータ352の非反転入力端子に入力される。なお、スロープ補償信号Slopeは、リアクトル13に流れる電流の変動に伴う発振を抑制するものである。
 コンパレータ352は、指令電流IL*とスロープ補償後の補正後検出値ILarとを比較し、スロープ補償後の補正後検出値ILarが指令電流IL*より小さい期間において、ローレベルの信号をRSフリップフロップ357のR端子に入力する。また、コンパレータ352は、スロープ補償後の補正後検出値ILarが指令電流IL*より大きい期間において、ハイレベルの信号をRSフリップフロップ357のR端子に入力する。更に、RSフリップフロップ357のS端子には、クロック信号が入力される。クロック信号がハイレベルに切り替えられてから、クロック信号が次回ハイレベルに切り替えられるまでの期間が、スイッチSWの1スイッチング周期Tswとなる。
 電流制御部50の出力端子は、第5スイッチSW5のゲートに接続されており、第5ゲート信号GS5を出力する。また、電流制御部50の出力端子は、反転器52を介して第6スイッチSW6のゲートに接続されている。そのため、反転器52を介して第6スイッチSW6のゲートに出力される信号が、第6スイッチSW6を操作する第6ゲート信号GS6となる。
 切替部55は、交流電圧Vacを正極性と判定した場合に、出力信号をハイレベルにし、交流電圧Vacを負極性と判定した場合に、出力信号をローレベルにする。切替部55は、第1,第4スイッチSW1,SW4の各ゲートに接続されており、第1,第4スイッチSW1,SW4を操作する第1,第4ゲート信号GS1,GS4を出力する。また、切替部55は、反転器53を介して第2,第3スイッチSW2,SW3の各ゲートに接続されており、反転器53を介して第2,第3スイッチSW2,SW3を操作する第2,第3ゲート信号GS2,GS3を出力する。第1,第4ゲート信号GS1,GS4は、第2,第3ゲート信号GS2,GS3を反転させた値となる。
 図3(a)は、交流電圧Vacの推移を示し、図3(b)は、指令電流IL*の推移を示す。図3(c)は、リアクトル電流の平均値Iaveの推移を示す。図3では、力率を1とする場合の各値の推移を示している。
 図3(a),(b)に示すように、指令電流IL*は、交流電圧Vacの変化に同期して正弦波の正の半波が繰り返されるように推移する。また、図3(c)に示すように、歪みのないリアクトル電流では、平均値Iaveが指令電流IL*と同様、交流電圧Vacの変化に同期して正弦波の正の半波が繰り返されるように推移する。
 一方、実際には、リアクトル電流に歪みが生じる場合があり、この場合、平均値Iaveが図3(c)に示した波形とならない場合がある。ピーク電流モード制御では、リアクトル電流が適正な値とならないことにより交流電流Iacに歪みが生じる。具体的には、DC・AC変換器10が直流電圧を交流電圧に変換する場合、歪みが生じているリアクトル電流の平均値Iaveと指令電流IL*との差を示す乖離幅は、ゼロクロスタイミング(t1,t3,t5)付近において最も小さくなる。また、乖離幅は交流電圧Vacのピークタイミング(t2,t4)付近において最も大きくなる。そこで、制御装置30は、乖離幅の変化傾向に応じて、第5スイッチSW5の1スイッチング周期に対するオン操作期間の比を示すデューティ比(Ton/Tsw)を設定することで、リアクトル電流の歪みを抑制している。
 具体的には、ピーク電流モード制御では、第5スイッチSW5のデューティ比は、1スイッチング周期Tswにおいてスロープ補償後の電流検出値ILrが指令電流IL*に達するまでの時間により設定される。そのため、指令電流IL*及び電流検出値ILrのいずれかを調整することにより、第5スイッチSW5のデューティ比を調整でき、リアクトル電流の歪みを抑制することができる。ここで、指令電流IL*に補正値を加算することにより第5スイッチSW5のデューティ比を調整する場合、補正後の指令電流IL*が入力されるコンパレータ352のフルレンジが補正値による増加分だけ大きくなることが想定される。コンパレータ352のフルレンジが大きくなることにより、例えば、コンパレータ352の分解能が低下し、指令電流IL*のS/N比が低下することも懸念される。
 一方、指令電流IL*に補正値を加算するのではなく、電流検出値ILrから補正値を減算することでも、デューティ比を調整することができる。この場合、指令電流IL*は増加せず、また、電流検出値ILrも増加しないため、コンパレータ352のフルスケールの増加を抑制することができる。そこで、本実施形態では、補正部20は、コンパレータ352のフルスケールの増加を抑制すべく、電流検出値ILrから電流補正値Icを減算した値をコンパレータ352に出力している。
 次に、本実施形態に係る補正値設定部40の構成について説明する。図4に示す補正値設定部40は、高調波成分生成部41と、係数設定部42と、積算部43と、を備えている。
 高調波成分生成部41は、交流電圧Vacと直流電圧Vdcとに基づいて、高調波補正値Ihを設定する。図5(a)は交流電圧Vacの推移を示し、図5(b)は高調波補正値Ihの推移を示している。本実施形態では、交流電圧Vacが正極性となる第1期間P1及び交流電圧Vacが負極性となる第2期間P2それぞれで極大値を1つ取り、第1期間P1での極大値となるタイミングと第2期間P2での極大値となるタイミングとの間に極小値を1つ取るように高調波補正値Ihを設定している。具体的には、高調波成分生成部41は、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいて、電流検出値ILrから減算する高調波補正値Ihが最も小さな値となり、交流電圧Vacのピークタイミングにおいて、高調波補正値Ihが最も大きな値となるように高調波補正値Ihを設定する。
 本実施形態では、高調波成分生成部41は、高調波補正値Ihを0以上の値に設定している。また、電流検出値ILrから電流補正値Icを引いた値が負の値となると、コンパレータ352のフルスケールを負の範囲まで設定しておく必要が生じる。そこで、高調波成分生成部41は、高調波補正値Ihが交流電圧Vacに応じて想定される電流検出値ILrよりも小さな値となるように、高調波補正値Ihの値を設定している。
 本実施形態では、制御装置30の記憶部には、交流電圧Vacと直流電圧Vdcとに対応付けられて高調波補正値Ihが規定された情報である補正値マップが記憶されている。そのため、高調波成分生成部41は、補正値マップを参照することにより交流電圧Vac及び直流電圧Vdcに応じた高調波補正値Ihを設定することができる。なお、記憶部には、各国の商用電源の実効値毎に補正値マップを記憶しておいてもよい。この場合、高調波成分生成部41は、交流電圧Vacの最大値に応じて実効値を判定し、判定した実効値に応じた補正値マップを参照することができる。
 図4に戻り、係数設定部42は、振幅指令値Ia*と交流電圧Vacとに基づいて、高調波補正値Ihに乗算する係数βを設定する。本実施形態では、係数βを、0より大きく、1以下の値に定めている。振幅指令値Ia*が小さい場合、リアクトル13に断続的に電流が流れる不連続モードとなるため、電流補正値Icにより補正すべき電流検出値ILrは小さくなる。そのため、係数設定部42は、振幅指令値Ia*が閾値TH1より小さい場合、振幅指令値Ia*が小さいほど係数βを小さな値に設定し、閾値TH1以上の場合、係数βを1に設定する。上記構成により、不連続モード時に、電流検出値ILrが過剰に減算されることにより、リアクトル13に過剰に電流が流れるのを抑制することができる。
 制御装置30は、メモリ等の記憶部を備え、記憶部には、交流電圧Vac及び各振幅指令値Ia*に対応付けられて係数βが規定された情報である制限値マップが記憶されている。例えば、制限値マップは、各国の商用電源の実効値毎に記憶部に記憶されている。例えば、係数設定部42は、交流電圧Vacの最大値に応じて実効値Vrmsを判定し、判定した実効値Vrms及び振幅指令値Ia*に応じた係数βを設定することができる。
 積算部43は、高調波補正値Ihに係数βを乗算した値を電流補正値Icとして出力する。そのため、振幅指令値Ia*が閾値TH1よりも小さい範囲において、振幅指令値Ia*が小さな値であるほど電流補正値Icが小さな値に設定される。振幅指令値Ia*が閾値TH1以上となる場合、電流補正値Icは高調波補正値Ihと同じ値となる。
 次に、振幅指令値Ia*と高調波補正値Ihとの対応関係を示す補正値マップの作成方法について図6を用いて説明する。
 図6は、乖離幅Δiを説明する図である。本実施形態では、乖離幅Δiを、リアクトル電流の平均値Iaveと指令電流IL*との差として定義している。そのため、1スイッチング周期Tswにおけるリアクトル電流の最大増加分をΔILとすると、乖離幅Δiは、平均値Iaveと最大増加分ΔILとの差(=ΔIL/2)に、スロープ補償信号Slopeの最大増加分ΔSlopeを加えた値となる。また、本実施形態では、乖離幅Δiを高調波補正値Ihとして設定しており、高調波補正値Ihは、リアクトル電流の増加時の傾きmbと、スロープ補償信号Slopeの傾きを示すスロープ量msとを用いた下記式(1)により算出される。下記式(1)において、Dは第5スイッチSW5のデューティ比である。
 Δi=Ih=mb×D×Tsw/2+ms×D×Tsw … (1)
 リアクトル電流の増加時の傾きmbは、「mb=(Vdc-|Vac|)/L」の関係があり、この関係性を上記式(1)に代入することにより、高調波補正値Ihは下記式(2)により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 
 電力変換装置100が直流電圧を交流電圧に変換する場合、デューティ比Dは下記式(3)により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 
 本実施形態では、上記式(2),(3)を用いて、様々な交流電圧Vacと直流電圧Vdcとに応じた高調波補正値Ihを算出する。そして、算出した高調波補正値Ihを、交流電圧Vacと直流電圧Vdcとの組合せ毎に対応付けることにより補正値マップを作成する。
 次に、図7を用いて、ピーク電流モード制御を用いた第5スイッチSW5の操作手順を説明する。図7に示す処理は、制御装置30により所定周期で繰り返し実施される。
 ステップS11では、電流センサ32により検出された電流検出値ILrを取得する。ステップS11が検出値取得部に相当する。ステップS12では、交流電圧センサ33により検出された交流電圧Vacを取得する。ステップS12が交流電圧取得部に相当する。
 ステップS13では、振幅指令値Ia*に交流電圧Vacの基準波形sinωtを乗算し、その乗算値の絶対値を指令電流IL*として算出する。ステップS13が指令値算出部に相当する。
 ステップS14では、交流電圧Vac及び直流電圧Vdcに基づいて、先の図4,図5に示したように、電流補正値Icを設定する。具体的には、交流電圧Vac及び直流電圧Vdcに基づいて、高調波補正値Ihを設定し、設定した高調波補正値Ihに係数βを積算することにより電流補正値Icを算出する。
 ステップS15では、電流検出値ILrからステップS14で設定した電流補正値Icを減算することにより、補正後検出値ILarを算出する。
 ステップS16では、図2を用いて説明したように、補正後検出値ILarに基づいてピーク電流モード制御を実施する場合の第5,第6ゲート信号GS5,GS6を出力する。これにより、リアクトル電流がステップS13で設定した指令電流IL*に制御される。その結果、リアクトル13には交流電流Iacの歪みが抑制されたリアクトル電流が流れる。ステップS16の処理が終了すると、図7の処理を一旦終了する。
 次に、図8及び図9を用いて、本実施形態の作用効果を説明する。
 図8(a)は交流電圧Vac及び直流電圧Vdcの推移を示し、図8(b)は、第1,第4ゲート信号GS1,GS4の推移を示す。図8(c)は、第2,第3ゲート信号GS2,GS3の推移を示す。図8(d)は、第5ゲート信号GS5の推移を示し、図8(e)は第6ゲート信号GS6の推移を示す。図8(f)は電流補正値Icの推移を示し、図8(g)は指令電流IL*の推移を示す。図8(h)は、リアクトル電流ILの推移を示し、図8(i)は交流電流Iacの推移を示す。なお、図8(a)において、t11,t13,t15は、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングを示し、t12,t14は、交流電圧Vacが正,負のピーク値となるピークタイミングを示す。
 交流電圧Vacが正極性となる第1期間P1では、第1,第4ゲート信号GS1,GS4がハイレベルとなることにより、第1,第4スイッチSW1,SW4がオン状態となる。第2,第3ゲート信号GS2,GS3がローレベルとなることにより、第2,第3スイッチSW2,SW3がオフ状態となる。そのため、第1期間P1において、電流制御部50が実施するピーク電流モード制御により、第5ゲート信号GS5のデューティ比に応じたリアクトル電流ILが流れる。また、第1期間P1では、電力変換装置100には、正極性の交流電流Iacが流れる。
 交流電圧Vacが負極性となる第2期間P2では、第1,第4ゲート信号GS1,GS4がローレベルとなることにより、第1,第4スイッチSW1,SW4がオフ状態となる。また、第2,第3ゲート信号GS2,GS3がハイレベルとなることにより、第2,第3スイッチSW2,SW3がオン状態となる。そのため、第2期間P2において、電流制御部50が実施するピーク電流モード制御により第5ゲート信号GS5のデューティ比に応じたリアクトル電流ILが流れる。また、第2期間P2では、電力変換装置100には、負極性の交流電流Iacが流れる。
 第1,第2期間P1,P2において、電流補正値Icは、ゼロクロスタイミング(t11,t13,t15)で極小値を取り、ピークタイミング(t12,t14)で極大値を取るように変化する。即ち、乖離幅Δiが最も小さくなるゼロクロスタイミングでは、電流補正値Icが他のタイミングでの電流補正値Icよりも小さくなる。また、乖離幅Δiが最も大きくなるピークタイミング付近では、電流補正値Icが他のタイミングでの電流補正値Icよりも大きくなる。そのため、乖離幅の変化傾向に応じて、第5スイッチSW5のデューティ比が変化し、交流電流Iacの歪みが好適に抑制される。
 図9(a)は、本実施形態に係るコンパレータ352に入力される指令電流IL*の推移を示し、図9(b)は、比較例に係るコンパレータに入力される指令電流IL*の推移を示す。
 比較例では、コンパレータには、指令電流IL*に補正値が加算された値が入力される。そのため、図9(b)に示すように、コンパレータのフルスケールは、補正値による増加分を考慮した範囲で設定されている。
 これに対して、本実施形態では、コンパレータ352には、電流検出値ILrから電流補正値Icを減算した値が入力される。そのため、図9(a)に示すように、コンパレータ352のフルスケールは、比較例と比べて小さな値に設定されている。
 入力信号に対するコンパレータ352のフルスケールの増加を抑制することにより、出力電圧の範囲(例えば、0V~5V)に対応する指令電流IL*の範囲が小さくなるため、比較例と比べてコンパレータ352の分解能が高い値となる。
 図10(a)は、本実施形態において、ランダム雑音を重畳した電流検出値ILrを用いてピーク電流モードを実施した場合の交流電流Iacの推移を示す図である。図10(b)は、比較例において、ランダム雑音を重畳した電流検出値ILrを用いてピーク電流モード制御を実施した場合の交流電流Iacの推移を示す図である。図10(a),(b)共に、交流電流Iacは交流電圧Vacの変化に同期して正弦波状に変化している。
 比較例では、交流電流Iacの電流歪み率THDは2.3パーセントであった。これに対して、本実施形態では、交流電流Iacの電流歪み率THDは、1.4パーセントであった。すなわち、本実施形態では、コンパレータ352の分解能が比較例と比べて高くなっているため、交流電流Iacの電流歪み率THDが比較例と比べて低減されている。
 以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏する。
 ・制御装置30は、電流検出値ILrから電流補正値Icを減算することにより補正後検出値ILarを算出する。そして、制御装置30は、補正後検出値ILarを、指令電流IL*に制御すべく、ピーク電流モード制御により第5スイッチSW5を操作する。この場合、交流電流Iacの歪みを抑制しつつ、指令電流IL*に対するコンパレータ352のフルスケールの増加を抑制することができる。
 ・電力変換装置100が直流電圧を交流電圧に変換する場合、交流電流の歪みの要因となる乖離幅は交流電圧のゼロクロスタイミングで最も小さくなり、ピークタイミングで最も大きくなる傾向がある。そこで、制御装置30は、電流補正値Icを、交流電圧の1周期において正極性及び負極性となる第1,第2期間P1,P2それぞれで極大値を1つ取り、かつ第1期間P1での極大値となるタイミングと、第2期間P2での極大値となるタイミングとの間で極小値を1つ取るように設定する。この場合、電流検出値ILrから減算する電流補正値Icが、ゼロクロスタイミングで最も小さな値となり、ピークタイミングで最も大きな値となる。その結果、乖離幅の変化傾向に応じて第5スイッチSW5のデューティ比が設定されるため、交流電流Iacの歪みが好適に抑制される。
 <第1実施形態の変形例1>
 電流センサ32を、第5スイッチSW5のソースと、第6スイッチSW6のドレインとの間の内、第1接続点K1よりも第5スイッチSW5側に設けてもよい。この場合、第5スイッチSW5に流れる電流がリアクトル電流の電流検出値ILrとして取得される。
 <第1実施形態の変形例2>
 制御装置30は、第6スイッチSW6が常時オフ状態となるように、第6ゲート信号GS6をローレベルに維持してもよい。
 <第2実施形態>
 第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第1実施形態と同一の符号を付した構成は同一の構成を示し、その説明は繰り返さない。
 スロープ量msを一定とした状態で、電流検出値ILrから電流補正値Icを減算するだけでは、高調波補正値Ihが交流電流Iacの歪みを好適に低減することができる値とならない場合がある。例えば、ゼロクロスタイミングの電流検出値ILrは他のタイミングの電流検出値ILrよりも小さな値となるため、電流補正値Icを電流検出値ILrよりも小さな値に設定すると、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングでの電流補正値Icは他のタイミングでの電流補正値Icよりも小さくなる。この場合、ゼロクロスタイミングにおいて、交流電流Icの歪みを好適に低減できるデューティ比を設定できない場合がある。そこで、本実施形態では、スロープ量設定部51は、補正後検出値ILarを補償するスロープ補償信号Slopeの傾きであるスロープ量msを可変設定する。そして、補正値設定部40は、設定されたスロープ量msと、交流電圧Vacとに基づいて高調波補正値Ihを設定する。
 図11は、第2実施形態に係る制御装置30の機能ブロック図である。本実施形態では、スロープ量設定部51は、交流電圧Vacと直流電圧Vdcとに基づいてスロープ量msを設定する。
 補正値設定部40には、交流電圧Vac及び直流電圧Vdcに加えて、スロープ量設定部51により設定されたスロープ量msが入力される。補正値設定部40は、交流電圧Vacと直流電圧Vdcとスロープ量msとに基づいて高調波補正値Ihを設定する。そして、高調波補正値Ihに係数βを積算した値を電流補正値Icとして出力する。本実施形態では、制御装置30は、交流電圧Vacと、スロープ量msと、高調波補正値Ihとの関係を示す補正値マップを記憶部に記憶している。例えば、上記式(2),(3)を用いて、様々な交流電圧Vac、直流電圧Vdc及びスロープ量msに応じた高調波補正値Ihを算出する。そして、算出した高調波補正値Ihを、交流電圧Vacとスロープ量msとの組合せ毎に対応付けることにより補正値マップを作成する。
 以上説明した本実施形態では、制御装置30は、交流電圧Vacと直流電圧Vdcとに基づいてスロープ量msを設定する。そして、制御装置30は、設定したスロープ量msに基づいて、電流補正値Icを設定する。この場合、交流電圧Vacに応じて、スロープ量msと電流補正値Icとを調整することができるため、制御装置30のフルスケールの低減と、交流電流Iacの歪みの低減とを好適に両立させることができる。
 <第3実施形態>
 第3実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第1実施形態と同一の符号を付した構成は同一の構成を示し、その説明は繰り返さない。
 本実施形態では、第1実施形態に示すDC・AC変換器10と比べて、回路トポロジーが異なる。具体的には、本実施形態に係るDC・AC変換器10は、第1実施形態と異なり、ハーフブリッジ回路を備えていない。
 図12は、第3実施形態に係る電力変換装置100を示す図である。第1直流端子TD1とフルブリッジ回路12aとは、第1配線LP1を介して接続されている。第2直流端子TD2とフルブリッジ回路12aとは、第2配線LP2を介して接続されている。
 フルブリッジ回路12aは、第1~第4スイッチSW11~SW14を備えている。第1~第4スイッチSW11~SW14は、第1実施形態で示した第1~第4スイッチSW1~SW4に相当するためその説明を省略する。
 第3スイッチSW13と第4スイッチSW14との第4接続点K4は、第6配線LP6の第1端に接続されており、第6配線LP6の第2端は第2交流端子TA2に接続されている。第1スイッチSW11と第2スイッチSW12との第5接続点K5は、第5配線LP5の第1端に接続されており、第5配線LP5の第2端は第1交流端子TA1に接続されている。第6配線LP6の一部には、リアクトル13が設けられている。
 本実施形態では、フルブリッジ回路12aには、第1期間P1におけるリアクトル電流の電流検出値を第1検出値IL1rとして検出する第1電流センサ61と、第2期間P2におけるリアクトル電流ILの電流検出値を第2検出値IL2rとして検出する第2電流センサ62とが設けられている。第1電流センサ61は、第3,第4スイッチSW13,SW14のソースとドレインとを接続する配線において、第4接続点K4よりも第4スイッチSW14のドレイン側に設けられている。第1電流センサ61は、第4スイッチSW14に流れる電流を第1検出値IL1rとして検出する。第2電流センサ62は、第1,第2スイッチSW11,SW12のソースとドレインとを接続する配線において、第5接続点K5よりも第2スイッチSW12のドレイン側に設けられている。第2電流センサ62は、第2スイッチSW12に流れる電流を第2検出値IL2rとして検出する。
 図13は、第3実施形態に係る制御装置30の機能を示す機能ブロック図である。本実施形態においても、制御装置30は、ピーク電流モード制御によりDC・AC変換器10を制御する。
 制御装置30は、第1補正部20aと、第2補正部20bと、第1電流制御部50aと、第2電流制御部50bとを備えている。第1補正部20aは、第1検出値IL1rから電流補正値Icを減算することにより第1補正後検出値IL1arを算出する。第2補正部20bは、第2検出値IL2rから電流補正値Icを減算することにより第2補正後検出値IL2arを算出する。
 第1電流制御部50aは、第1期間P1において第1補正後検出値IL1arを指令電流IL*に制御すべく、ピーク電流モード制御により第3,第4スイッチSW13,SW14を操作する。第2電流制御部50bは、第2期間P2において第2補正後検出値IL2arを指令電流IL*に制御すべく、ピーク電流モード制御により第1,第2スイッチSW11,SW12を操作する。本実施形態では、第1,第2電流制御部50a,50bは、第1,第2補正部20a,20bから出力される第1,第2補正後検出値IL1ar,IL2arの下限値を制限するリミッタ354を備えている。第1,第2電流制御部50a,50bは、リミッタ354以外の構成が第1実施形態の電流制御部50と同様であるため、その説明を省略する。
 第1電流制御部50aの出力は、第1AND回路382の一方の入力端子に接続されており、第2電流制御部50bの出力は、第2AND回路383の一方の入力端子に接続されている。切替部55の出力端子は、第2AND回路383の他方の入力端子と、反転器360の入力端子とに接続されている。反転器360の出力端子は、第1AND回路382の他方の入力端子に接続されている。
 本実施形態では、切替部55は、交流電圧Vacを正極性と判定した場合に、ローレベルの出力信号を出力し、交流電圧Vacを負極性と判定した場合に、ハイレベルの出力信号を出力する。
 第1AND回路382には、第1電流制御部50aからの出力信号と、切替部55からの出力信号とが入力される。第1AND回路382は、第4スイッチSW14のゲートに接続されており、第4ゲート信号GS14を出力する。また、第1AND回路382の出力端子は、反転器361を介して第3スイッチSW13のゲートに接続されている。第1AND回路382から反転器361を介して第3スイッチSW13のゲートに出力される信号が、第3スイッチSW13の開閉を操作する第3ゲート信号GS13となる。第3ゲート信号GS13は、第4ゲート信号GS14を反転させたものとなる。
 第2AND回路383には、第2電流制御部50bからの出力信号と、切替部55からの出力信号とが入力される。第2AND回路383は、第2スイッチSW12のゲートに接続されており、第2ゲート信号GS12を出力する。また、第2AND回路383の出力端子は、反転器362を介して第1スイッチSW11のゲートに接続されている。第2AND回路383から反転器362を介して第1スイッチSW11のゲートに出力される信号が、第1スイッチSW11の開閉を操作する第1ゲート信号GS11となる。第1ゲート信号GS11は、第2ゲート信号GS12を反転させたものとなる。
 第1AND回路382に、切替部55からのハイレベルの出力信号と第1電流制御部50aからのハイレベルの出力信号とが入力されることで、第4ゲート信号GS14がハイレベルとなり、第3ゲート信号GS13がローレベルとなる。また、第2AND回路383に、切替部55からのハイレベルの出力信号と第2電流制御部50bからのハイレベルの出力信号とが入力されることで、第2ゲート信号GS12がハイレベルとなり、第1ゲート信号GS11がローレベルとなる。
 図14は、第3実施形態に係るDC・AC変換器10のタイミングチャートである。図14(a)は、直流電圧Vdc及び交流電圧Vacの推移を示す。図14(b)は、第1ゲート信号GS11の推移を示し、図14(c)は、第2ゲート信号GS12の推移を示す。図14(d)は、第3ゲート信号GS13の推移を示し、図14(e)は、第4ゲート信号GS14の推移を示す。図14(f)は、電流補正値Icの推移を示し、図14(g)は、指令電流IL*の推移を示す。図14(h)はリアクトル電流ILの推移を示し、図14(i)は交流電流Iacの推移を示す。
 交流電圧Vacが正となる第1期間P1では、第1ゲート信号GS11がハイレベルとなることにより第1スイッチSW11がオン状態となり、第2ゲート信号GS12がローレベルとなることにより第2スイッチSW12がオフ状態となる。第1期間P1では、リアクトル電流ILが第1補正後検出値IL1arとして検出され、第1検出値IL1rから電流補正値Icが減算された値が第1補正後検出値IL1arとなる。第1電流制御部50aは、第1補正後検出値IL1arを指令電流IL*に制御すべく、第4ゲート信号GS14をハイレベルとローレベルとに変化させる。なお、第3ゲート信号GS13は第4ゲート信号GS14を反転させた値となるように制御される。
 第1期間P1では、電流補正値Icはゼロクロスタイミング(t21,t23)において極小値を取り、ピークタイミング(t22)において極大値を取る。そのため、電流補正値Icによる第1検出値IL1rの減算量は、ピークタイミングにおいて最も小さな値となり、ゼロクロスタイミングにおいて最も大きな値となる。その結果、第1電流制御部50aにより設定される第4スイッチSW14のデューティ比は、乖離幅の変化傾向に応じて設定される。
 交流電圧Vacが負となる第2期間P2では、フルブリッジ回路12では、第3ゲート信号GS13がハイレベルとなることにより第3スイッチSW13がオン状態となり、第4ゲート信号GS14がローレベルとなることにより第4スイッチSW14がオフ状態となる。第2期間P2では、リアクトル電流ILが第2補正後検出値IL2arとして検出され、第2検出値IL2rから電流補正値Icが減算された値が、第2補正後検出値IL2arとなる。第2電流制御部50bは、第2補正後検出値IL2arを指令電流IL*に制御すべく、第2ゲート信号GS12をハイレベルとローレベルとに変化させる。なお、第1ゲート信号GS11は第2ゲート信号GS12を反転させた値となるように制御される。
 第2期間P2では、電流補正値Icはゼロクロスタイミング(t25)において極小値を取り、ピークタイミング(t24)において極大値を取る。そのため、第2検出値IL2rから減算する電流補正値Icは、ピークタイミングにおいて最も大きな値となり、ゼロクロスタイミングにおいて最も小さな値となる。その結果、第2電流制御部50bにより設定される第2スイッチSW12のデューティ比は、乖離幅の変化傾向に応じて設定される。
 以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
 <第3実施形態の変形例1>
 図15は、第3実施形態の変形例1に係る電力変換装置100の構成図である。本実施形態では、第1電流センサ61は、第1スイッチSW11のドレイン側に設けられており、第1スイッチSW11に流れる電流を第1検出値IL1rとして検出する。また、第2電流センサ62は、第1,第2スイッチSW11,SW12間のソースとドレインとを接続する配線において、第5接続点K5よりも第2スイッチSW12側に設けられている。第2電流センサ62は、第2スイッチSW12に流れる電流を第2検出値IL2rとして検出する。
 本実施形態においても、交流電圧Vacが正極性となる第1期間P1では、第1電流センサ61により検出された第1検出値IL1rから電流補正値Icを減算することにより、第1補正後検出値IL1arが算出される。そして、第1期間P1では、第1補正後検出値IL1arを用いたピーク電流モード制御により、第1スイッチSW11のデューティ比が設定される。交流電圧Vacが負極性となる第2期間P2では、第2電流センサ62により検出された第2検出値IL2rから電流補正値Icを減算することにより、第2補正後検出値IL2arが算出される。そして、第2期間P2では、第2補正後検出値IL2arを用いたピーク電流モード制御により、第2スイッチSW12のデューティ比が設定される。
 以上説明した本実施形態においても第3実施形態と同様の効果を奏することができる。
 <第3実施形態の変形例2>
 第1電流センサ61が、第1スイッチSW11のドレイン側に設けられ、第2電流センサ62が、第3スイッチSW13のドレイン側に設けられていてもよい。この場合、第1電流センサ61は、第1スイッチSW11に流れる電流を第1検出値IL1rとして検出する。また、第2電流センサ62は、第3スイッチSW13に流れる電流を第2検出値IL2rとして検出する。
 以上説明した本実施形態においても第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
 <第3実施形態の変形例3>
 第3実施形態において、第1期間P1で、第3スイッチSW13が常時オフ状態とされ、第2期間P2で、第1スイッチSW11が常時オフ状態に維持されてもよい。この場合、図14で示したタイミングチャートにおいて、制御装置30は、第1期間P1での第3ゲート信号GS13をローレベルに維持し、第2期間P2での第1ゲート信号GS11をローレベルに維持すればよい。
 <第4実施形態>
 第4実施形態では、第3実施形態と異なる構成を中心に説明する。なお、同一の符号を付した箇所は同一の部位を示しその説明は繰り返さない。
 図16は、第4実施形態に係る電力変換装置100の構成図である。本実施形態に係るDC・AC変換器10では、第1,第2交流端子TA1,TA2と、フルブリッジ回路12bとの間に、第5スイッチSW25と、第6スイッチSW26とが接続されている。具体的には、第5スイッチSW25のソースに、第6スイッチSW26のドレインが接続されている。また、第5スイッチSW25のドレインが第5配線LP5のうち、リアクトル13とフルブリッジ回路12bとの間に接続され、第6スイッチSW26のドレインが第6配線LP6に接続されている。第5,第6スイッチSW25,SW26それぞれは、逆並列接続された寄生ダイオードを備えている。なお、第1~第4スイッチSW21~SW24は、第3実施形態の第1スイッチSW11~SW14に相当するため説明を省略する。
 図17は、第4実施形態に係る制御装置30の機能を示す機能ブロック図である。本実施形態においても、制御装置30は、ピーク電流モード制御により、DC・AC変換器10を制御する。
 第1補正後検出値IL1arは、第1補正部20aにより電流補正値Icが減算された後、第1電流制御部50aに入力される。第2補正後検出値IL2arは、第2補正部20bにより電流補正値Icが減算された後、第2電流制御部50bに入力される。
 切替部55の出力端子は、第2AND回路383の入力端子と、第6スイッチSW26のゲートと、反転器360の入力端子とに接続されている。反転器360の出力端子側は、第1AND回路382の入力端子と第5スイッチSW25のゲートとに接続されている。
 第1AND回路382の出力端子は、第1,第4スイッチSW21,SW24のゲートに接続されている。第2AND回路383の出力側は、第2,第3スイッチSW22,SW23のゲートに接続されている。
 図18は、第4実施形態に係るDC・AC変換器10のタイミングチャートである。図18(a)は直流電圧Vdc及び交流電圧Vacの推移を示す。図18(b)は第1,第4ゲート信号GS21,GS24の推移を示し、図18(c)は第2,第3ゲート信号GS22,GS23の推移を示す。図18(d)は第5ゲート信号GS25の推移を示し、図18(e)は第6ゲート信号GS26の推移を示す。図18(f)は電流補正値Icの推移を示し、図18(g)は指令電流IL*の推移を示す。図18(h)は電流検出値ILrの推移を示し、図18(i)は交流電流Iacの推移を示す。
 交流電圧Vacが正となる第1期間P1では、第6ゲート信号GS26がハイレベルとなることにより第6スイッチSW26がオン状態となり、第5ゲート信号GS25がローレベルとなることにより第5スイッチSW25がオフ状態となる。第1期間P1では、第1電流制御部50aは、第1補正後検出値IL1arを指令電流IL*に制御すべく、第1,4ゲート信号GS21,GS24をハイレベル又はローレベルに変化させる。
 本実施形態においても、第1期間P1では、ゼロクロスタイミング(t31,t33)において電流補正値Icが極小値を取り、ピークタイミング(t32)において電流補正値Icが極大値を取る。そのため、第1電流制御部50aにより設定される第1,第4スイッチSW21,SW24のデューティ比は、乖離幅の変化傾向に応じた値に設定される。
 交流電圧Vacが負となる第2期間P2では、第6ゲート信号GS26がローレベルとなることで第6スイッチSW26がオフ状態となり、第5ゲート信号GS25がハイレベルとなることで第5スイッチSW25がオン状態となる。第2期間P2では、第2電流制御部50bは、第2補正後検出値IL2arを指令電流IL*に制御すべく、第2,3ゲート信号GS21,GS23をハイレベル又はローレベルに変化させる。
 本実施形態においても、第2期間P2では、ゼロクロスタイミング(t35)において電流補正値Icが極小値を取り、ピークタイミング(t34)において電流補正値Icが極大値を取る。そのため、第2電流制御部50bにより設定される第2,第3スイッチSW22,SW23のデューティ比は、乖離幅の変化傾向に応じた値に設定される。
 以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
 <第5実施形態>
 第5実施形態では、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。なお、同一の符号を付した箇所は同一の部位を示しその説明は繰り返さない。
 本実施形態では、図19に示す電力変換装置100は、交流電圧を直流電圧に変換するAC・DC変換器80を備えている。AC・DC変換器80は、フルブリッジ回路12cと、ハーフブリッジ回路15aとを備えている。
 フルブリッジ回路12cは、第1~第4ダイオードD1~D4により構成されている。第1ダイオードD1のアノードと第2ダイオードD2のカソードとが接続され、第3ダイオードD3のアノードと、第4ダイオードD4のカソードとが接続されている。第1,第3ダイオードD1,D3の各カソードが第3配線LP3の第1端に接続され、第2,第4ダイオードD2,D4の各アノードが第4配線LP4の第1端に接続されている。
 フルブリッジ回路12cにおいて、第1ダイオードD1と第2ダイオードD2との第1接続点K11は、第5配線LP5の第1端に接続されており、第5配線LP5の第2端は第1交流端子TA1に接続されている。第3ダイオードD3と第4ダイオードD4との第2接続点K12は、第6配線LP6の第1端に接続されており、第6配線LP6の第2端は第2交流端子TA2に接続されている。
 ハーフブリッジ回路15aは、第5ダイオードD5とスイッチSW31とを備えている。スイッチSW31は、電圧駆動型のスイッチであり本実施形態ではnチャネルMOSFETである。第5ダイオードD5のアノードと、スイッチSW31のドレインとが接続されている。第5ダイオードD5のカソードが第1配線LP1の第1端に接続され、第1配線LP1の第2端が第1直流端子TD1に接続されている。スイッチSW31のソースが第2配線LP2の第1端に接続され、第2配線LP2の第2端が第2直流端子TD2に接続されている。スイッチSW31は、逆並列接続された寄生ダイオードを備えている。
 第5ダイオードD5とスイッチSW31との第3接続点K13は、第3配線LP3の第2端に接続されている。第3配線LP3にはリアクトル13が設けられている。また、スイッチSWのソースは、第4配線LP4の第2端に接続されている。
 図20は、制御装置30の機能を説明する機能ブロック図である。本実施形態においても、制御装置30は、電流検出値ILrから電流補正値Icを減算して補正後検出値ILarを算出する補正部20を備えている。
 電流制御部50は、補正後検出値ILarと、指令電流IL*とを用いたピーク電流モード制御により、スイッチSW31を操作するゲート信号GS31を出力する。
 電流制御部50の出力端子は、スイッチSW31のゲートに接続されている。そのため、電流制御部50からスイッチSW31のゲートに出力される信号がゲート信号GS31となる。
 次に、電力変換装置100の動作を説明する。交流電圧Vacが正極性となる第1期間P1では、第1,第4ダイオードD1,D4が導通する。また、第2期間P2では、第2,第3ダイオードD2,D3が導通する。第1,第2期間P1,P2において、電流制御部50が実施するピーク電流モード制御により、ゲート信号GS31がハイレベルとローレベルとの間で変化し、デューティ比が制御される。スイッチSW31がオン状態となる期間では、リアクトル13に電流が流れ、リアクトル13に磁気エネルギが蓄えられる。また、スイッチSW31がオフ状態となる期間では、リアクトル13に蓄えられた磁気エネルギにより、第5ダイオードD5を通じて第1直流端子TD1に電流が流れる。
 図21(a)は交流電圧Vacの推移を示し、図21(b)は高調波補正値Ihの推移を示す。電力変換装置100が、交流電圧を直流電圧に変換する場合、歪みが生じているリアクトル電流の平均値Iaveと指令電流IL*との差を示す乖離幅Δiは、交流電圧Vacが0となるゼロクロスタイミング(t41,t43,t45)付近において最も大きな値となる。また、乖離幅Δiは交流電圧Vacのピークタイミング(t42,t44)付近において最も小さな値となる。
 本実施形態では、補正値設定部40は、高調波補正値Ihを、交流電圧の1周期において正極性となる第1期間P1及び負極性となる第2期間P2それぞれで極小値を1つ取り、かつ第1期間P1での極小値となるタイミングと第2期間P2での極小値となるタイミングとの間で極大値を1つ取るように設定する。補正値設定部40は、設定した高調波補正値Ihに係数βを積算することにより電流補正値Icを算出する。そのため、電流検出値ILrから減算する電流補正値Icは、ゼロクロスタイミングにおいて最も大きくなり、ピークタイミングにおいて最も小さな値となる。
 本実施形態においても、制御装置30の記憶部には、交流電圧Vacと直流電圧Vdcに対応付けられて高調波補正値Ihが規定された情報である補正値マップが記憶されている。そのため、補正値設定部40は、補正値マップを参照することにより交流電圧Vac及び直流電圧Vdcに応じた高調波補正値Ihを設定する。
 次に、本実施形態に係る補正値マップの作成方法について説明する。
 AC・DC変換器80が交流電圧を直流電圧に変換する場合、デューティ比Dは下記式(4)により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 
 リアクトル電流の増加時の傾きmb(すなわち、リアクトル電流の増加速度)は、「mb=|Vac|/L」の関係があり、この関係性を、上記式(1)に代入することにより、乖離幅Δiは下記式(5)により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 
 本実施形態では、上記式(4),(5)を用いて、交流電圧Vac及び直流電圧Vdcを様々な値に変化させた場合の高調波補正値Ihを算出する。そして、算出した高調波補正値Ihを交流電圧Vacに対応付けることにより補正値マップを作成することができる。
 次に、図22を用いて、本実施形態の作用効果を説明する。
 図22(a)は交流電圧Vac及び直流電圧Vdcの推移を示し、図22(b)は、ゲート信号GS31の推移を示す。図22(c)は電流補正値Icの推移を示し、図22(d)は指令電流IL*の推移を示す。図22(e)は、リアクトル電流ILの推移を示し、図22(f)は交流電流Iacの推移を示す。なお、図22(a)において、t51,t53,t55は、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングを示し、t52,t54は、交流電圧Vacが正,負のピーク値となるピークタイミングを示す。
 第1,第2期間P1,P2において、電流補正値Icは、ゼロクロスタイミング(t51,t53,t55)それぞれで極大値を取り、ピークタイミング(t52,t54)の付近で極小値を取るように変化する。即ち、乖離幅Δiが大きくなるゼロクロスタイミングでは、電流検出値ILrから減算する電流補正値Icが最も大きな値となる。また、乖離幅Δiが大きくなる交流電圧Vacのピークタイミング付近では、電流検出値ILrから減算する電流補正値Icが最も小さな値となる。その結果、スイッチSW31のデューティ比は、乖離幅の変化傾向に応じた値に設定される。
 以上説明した本実施形態においても、制御装置30は、電流検出値ILrから電流補正値Icを減算した値によりピーク電流モード制御を実施する。また、制御装置30は、交流電圧の1周期において正極性及び負極性となる期間それぞれで極小値を1つ取り、かつ正極性での極小値と負極性での極小値との間で極大値を1つ取るように電流補正値Icを設定する。この場合、スイッチSW31のデューティ比が、乖離幅Δiの傾向に応じた値に設定される。その結果、交流電流Iacの歪みを抑制しつつ、指令電流IL*に対するコンパレータ352のフルスケールの増加を抑制することができる。
 <第5実施形態の変形例>
 第5実施形態において、制御装置30は、第2実施形態のように、スロープ量msを交流電圧Vacに基づいて可変設定してもよい。この場合において、制御装置30は、交流電圧Vac及び直流電圧Vdcに加えて、スロープ量msにより電流補正値Icを設定してもよい。
 <第6実施形態>
 第6実施形態では、第5実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第5実施形態と同一の符号を付した構成は同一の構成を示し、その説明は繰り返さない。
 本実施形態では、第5実施形態に示す電力変換装置100と比べて、回路トポロジーが異なる。具体的には、本実施形態に係る電力変換装置100は、第5実施形態と異なり、ハーフブリッジ回路を備えていない。
 図23は、第2実施形態に係る電力変換装置100を示す図である。第1直流端子TD1とフルブリッジ回路12dとは、第1配線LP1を介して接続されている。第2直流端子TD2とフルブリッジ回路12dとは、第2配線LP2を介して接続されている。
 フルブリッジ回路12dは、第1スイッチSW41及び第2スイッチSW42と、第1,第2ダイオードD11,D12とを備えている。第1,第2スイッチSW41,SW42は、電圧駆動型のスイッチであり、本実施形態では、nチャネルMOSFETである。第1ダイオードD11のアノードと第1スイッチSW41のドレインとが接続されている。第2ダイオードD12のアノードと第2スイッチSW42のドレインとが接続されている。第1,第2ダイオードD11,D12それぞれのカソードが、第1配線LP1に接続され、第1,第2スイッチSW41,SW42それぞれのソースが第2配線LP2に接続されている。第1,第2スイッチSW41,SW42それぞれは、逆並列接続された寄生ダイオードを備えている。
 第1ダイオードD11と第1スイッチSW41との第1接続点K11は、第5配線LP5の第1端に接続されており、第5配線LP5の第2端は第1交流端子TA1に接続されている。第2ダイオードD12と第2スイッチSW42との第2接続点K12は、第6配線LP6の第1端に接続されており、第6配線LP6の第2端は第2交流端子TA2に接続されている。
 第1ダイオードD11のアノードと第1スイッチSW41のドレインとの間には、第1期間P1におけるリアクトル電流を検出する第1電流センサ65が設けられている。第1電流センサ65は、第1スイッチSW41に流れる電流を第1検出値IL1rとして検出する。また、第2ダイオードD12のアノードと第2スイッチSW42のドレインとの間には、第2期間P2におけるリアクトル電流を検出する第2電流センサ66が設けられている。第2電流センサ66は、第2スイッチSW42に流れる電流を第2検出値IL2rとして検出する。
 図24は、第6実施形態に係る制御装置30の機能を示す機能ブロック図である。制御装置30は、第1電流制御部50cと、第2電流制御部50dと、切替部155とを備えている。
 第1電流制御部50cは、スロープ補償後の第1検出値IL1rを指令電流IL*に制御すべく、ピーク電流モード制御を実施する。第2電流制御部50dは、スロープ補償後の第2検出値IL2rを指令電流IL*に制御すべく、ピーク電流モード制御を実施する。第1,第2電流制御部50c,50dの構成は、電流制御部50の構成と同様であるため、その説明を省略する。
 切替部155は、交流電圧Vacの極性に応じて、第1ゲート信号GS41又は第2ゲート信号GS42の出力を切り替える。切替部155の出力端子は、第1,第2AND回路386,387それぞれの入力端子に接続されている。第1AND回路386の他方の入力端子は、第1電流制御部50cの出力端子に接続されている。第2AND回路387の他方の入力端子は、第2電流制御部50dの出力端子に接続されている。
 切替部155は、交流電圧Vacを正極性と判定した場合に、第1AND回路386に出力する第1切替信号をハイレベルにし、第2AND回路387に出力する第2切替信号をローレベルにする。一方、切替部155は、交流電圧Vacを負極性と判定した場合に、第1AND回路386に出力する第1選択信号をローレベルにし、第2AND回路387に出力する第2切替信号をハイレベルにする。
 第1AND回路386は、第1スイッチSW41のゲートに接続されており、第1スイッチSW41を操作する第1ゲート信号GS41を出力する。第2AND回路387は、第2スイッチSW42のゲートに接続されており、第2スイッチSW42を操作する第2ゲート信号GS42を出力する。
 交流電圧Vacが正極性となる第1期間P1では、切替部155からの第1切替信号AQ1がハイレベルとなり、第2切替信号AQ2がローレベルとなる。また、第1期間P1では、第1電流制御部50cにより第1スイッチSW41のゲートに出力される第1ゲート信号GS41がハイレベルとローレベルとの間で変化する。このとき、第1補正部20aにより第1検出値IL1rから電流補正値Icが減算された値が第1電流制御部50cに入力する。
 交流電圧Vacが負極性となる第2期間P2では、第1切替信号AQ1がローレベルとなり、第2切替信号AQ2がハイレベルとなる。また、第2期間P2では、第2電流制御部50dが実施するピーク電流モード制御により第2スイッチSW42が操作される。このとき、第2補正部20bにより第2検出値IL2rから電流補正値Icが減算された値が第2電流制御部50dに入力する。
 第1,第2期間P1,P2において、電流補正値Icは、ゼロクロスタイミングで極大値を取り、ピークタイミングで極小値を取るように変化する。その結果、第1,第2期間P1,P2において、スイッチSW31のデューティ比は、乖離幅の変化傾向に応じた値に設定される。
 以上説明した本実施形態によれば、第5実施形態と同様の効果を奏することができる。
 <その他の実施形態>
 ・電力変換装置100により直流電圧Vdcを交流電圧Vacに変換する場合の高調波補正値Ihは、上記式(2),(3)により算出されるものに限られない。例えば、直流電圧Vdcが固定値に設定される場合、交流電圧Vacのみに基づいて高調波補正値Ihが設定されてもよい。
 ・電力変換装置100により交流電圧Vacを直流電圧Vdcに変換する場合の高調波補正値Ihは、上記式(4),(5)により算出されるものに限られない。例えば、直流電圧Vdcが固定値に設定される場合、交流電圧Vacのみに基づいて高調波補正値Ihが設定されてもよい。
 ・各実施形態では、力率を1とする場合を例に説明を行った。これに換えて、力率が1未満の場合においても、本実施形態を適用することができる。この場合、波形生成部34は、力率に応じて、交流電圧Vacから所定量αだけ位相がずれた基準波形(=sin(ωt+α))を生成する。そして、生成した基準波形に基づいて、指令電流IL*を算出すればよい。この場合においても、力率に応じて設定された指令電流IL*とリアクトル電流の平均値Iaveとの乖離幅を算出し、この乖離幅に応じて高調波補正値Ihを設定すればよい。
 ・電力変換装置100は、交流電圧Vacと直流電圧Vdcとの間で双方向での電力変換を行う装置であってもよい。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (4)

  1.  リアクトル(13)と、駆動スイッチ(SW~SW42)とを有し、交流電圧及び直流電圧のうち、入力される一方の電圧を他方の電圧に変換して出力する電力変換装置(100)に適用される電力変換装置の制御装置(30)であって、
     前記リアクトルに流れるリアクトル電流の検出値である電流検出値を取得する検出値取得部と、
     前記交流電圧を取得する交流電圧取得部と、
     取得した前記交流電圧に基づいて、正弦波状のリアクトル電流の指令値を算出する指令値算出部(34,35,36)と、
     前記交流電圧に基づいて、取得された前記電流検出値の補正値を設定する補正値設定部(40)と、
     取得された前記電流検出値から前記補正値を減算することにより、補正後検出値を算出する補正部(20,20a,20b)と、
     前記補正後検出値を前記指令値に制御すべく、ピーク電流モード制御により前記駆動スイッチを操作する電流制御部(50,50a~50d)と、を備える電力変換装置の制御装置。
  2.  前記電流検出値に加算されるスロープ補償信号の傾きを可変設定するスロープ量設定部(51)を備え、
     前記補正値設定部は、前記交流電圧及び設定された前記スロープ補償信号の傾きに基づいて、前記補正値を設定し、
     前記電流制御部は、前記補正後検出値に前記スロープ補償信号を加算した値を前記指令値に制御すべく、ピーク電流モード制御により前記駆動スイッチを操作する請求項1に記載の電力変換装置の制御装置。
  3.  前記電力変換装置は、前記直流電圧を前記交流電圧に変換し、
     前記補正値設定部は、前記補正値を、前記交流電圧の1周期において正極性及び負極性となる期間それぞれで極大値を1つ取り、かつ前記正極性での極大値となるタイミングと前記負極性での極大値となるタイミングとの間で極小値を1つ取るように設定する請求項1又は2に記載の電力変換装置の制御装置。
  4.  前記電力変換装置は、前記交流電圧を前記直流電圧に変換し、
     前記補正値設定部は、前記補正値を、前記交流電圧の1周期において正極性及び負極性となる期間それぞれで極小値を1つ取り、かつ前記正極性での極小値となるタイミングと前記負極性での極小値となるタイミングとの間で極大値を1つ取るように設定する請求項1又は2に記載の電力変換装置の制御装置。
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