JP2010148164A - Power supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電池に蓄電された電力から交流電力を生成する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device that generates AC power from power stored in a storage battery.
停電等により発電所を含む電力供給システムからの電力の供給が一時的に途絶えることがある。一方、このような停電時においてもエアコン、冷蔵庫等の電気機器には継続的な電力の供給が必要である。この場合、コンセントへ接続していたプラグを、屋内配線とは独立して電力供給可能なポータブル電源装置等の電源装置に接続して動作することができる。かかる電源装置は、燃料電池や二次電池等の蓄電池を利用したものがあり、燃料電池の例では水素を燃料として数百Ｗ以上の電力を生成できるものもある（例えば、特許文献１）。 The power supply from the power supply system including the power plant may be temporarily interrupted due to a power failure or the like. On the other hand, electric power such as air conditioners and refrigerators must be continuously supplied even during such power outages. In this case, the plug connected to the outlet can be connected to a power supply device such as a portable power supply device capable of supplying power independently of the indoor wiring. Such a power supply device uses a storage battery such as a fuel cell or a secondary battery, and some examples of the fuel cell can generate electric power of several hundred watts or more using hydrogen as a fuel (for example, Patent Document 1).
一般に、燃料電池や二次電池等の蓄電池への蓄電は直流電力で為される。従って、電源装置は、そのような直流電力を交流電力に変換するための昇圧回路やインバータを備えている。このとき、当該電源装置を接続する負荷によっては、昇圧回路の出力端に接続されたコンデンサの電荷がインバータに誘引され、ひいては蓄電池からの出力電流のリプルを招く。 In general, power storage in a storage battery such as a fuel cell or a secondary battery is performed with DC power. Therefore, the power supply device includes a booster circuit and an inverter for converting such DC power into AC power. At this time, depending on the load to which the power supply device is connected, the charge of the capacitor connected to the output terminal of the booster circuit is attracted to the inverter, and as a result, the output current from the storage battery is rippled.
そこで、それぞれ入力端子が同一の蓄電池に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータと、そのＤＣ−ＤＣコンバータの出力を直列に接続するためのＤＣ−ＤＣコンバータとの２段の昇圧回路によって、電力損失を減らし、リプル電流を低減する技術が公開されている（例えば、特許文献２）。 Therefore, power loss is caused by a two-stage booster circuit including a plurality of DC-DC converters each having an input terminal connected to the same storage battery and a DC-DC converter for connecting the outputs of the DC-DC converters in series. A technique for reducing the ripple current is disclosed (for example, Patent Document 2).
また、昇圧回路中のスイッチング素子とコンバータのスイッチング素子のスイッチング周波数を同期させ、かつ、スイッチング素子を排他的にオンすることでリプル電流を低減する技術も知られている（例えば、特許文献３）。
例えば、蓄電池の端子電圧が２０〜３０Ｖであった場合、１００Ｖの交流電圧を得るために昇圧回路では１８０〜２００Ｖへの昇圧が強いられ、その昇圧比は６〜１０倍になる。しかし、このように高い昇圧比の下では、上述した従来技術を適用したとしても蓄電池の出力電流にリプルが生じてしまう。ここで、リプル電流のピークが蓄電池の許容出力電流を上回ると、蓄電池に過大な負担がかかり、ひいては蓄電池の劣化を招く。 For example, when the terminal voltage of the storage battery is 20 to 30 V, the booster circuit is forced to boost to 180 to 200 V in order to obtain an AC voltage of 100 V, and the boost ratio is 6 to 10 times. However, under such a high step-up ratio, even if the above-described conventional technique is applied, a ripple occurs in the output current of the storage battery. Here, when the peak of the ripple current exceeds the allowable output current of the storage battery, an excessive load is applied to the storage battery, which leads to deterioration of the storage battery.
リプル電流は、昇圧回路の出力端に接続されたコンデンサの容量を増やすことによっても低減することができるが、容量に伴ってコンデンサの占有体積や購入コストも増加し、ポータブル電源装置の携帯性や割安感を損なうおそれがある。 The ripple current can also be reduced by increasing the capacity of the capacitor connected to the output terminal of the booster circuit. However, the capacity of the capacitor and the purchase cost increase with the capacity. There is a risk of losing a sense of cheapness.
本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、安定した交流電力を供給しつつ蓄電池のリプル電流を低減可能な電源装置を提供することを目的としている。 In view of such problems, an object of the present invention is to provide a power supply device that can reduce the ripple current of a storage battery while supplying stable AC power with a simple configuration.
上記課題を解決するために、本発明の電源装置の代表的な構成は、蓄電池と、蓄電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、昇圧された直流電圧の変動を抑制するように昇圧回路を閉ループ制御する電圧制御部と、を備え、電圧制御部の応答時定数は、交流電圧の周期の１倍以上であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a typical configuration of a power supply device of the present invention includes a storage battery, a booster circuit that boosts the voltage of the storage battery, an inverter that converts the boosted DC voltage into an AC voltage, and a booster A voltage control unit that performs closed-loop control of the booster circuit so as to suppress fluctuations in the DC voltage, and the response time constant of the voltage control unit is one or more times the cycle of the AC voltage.
従来の電源装置では、昇圧回路とインバータとが独立して制御され、昇圧回路は、インバータの誘引による出力電圧の変動を厳格に抑制するよう機能し、その出力電圧はほぼ一定値を示す。しかし、このような昇圧回路は、出力電圧の平滑性を確保するため過度に蓄電池から電流を引き込むので、それがリプル電流となる。本発明では、昇圧回路の出力電圧の変動を許容し、特別な回路やコンデンサの追加を伴わない簡易な構成で閉ループ制御の応答時定数を長くとり、交流電圧の周波数変動に対する過度な反応を鈍化させ、蓄電池のリプル電流を低減する。 In the conventional power supply device, the booster circuit and the inverter are controlled independently, and the booster circuit functions to strictly suppress the fluctuation of the output voltage due to the induction of the inverter, and the output voltage shows a substantially constant value. However, since such a booster circuit excessively draws current from the storage battery in order to ensure the smoothness of the output voltage, it becomes a ripple current. In the present invention, fluctuation of the output voltage of the booster circuit is allowed, the response time constant of the closed loop control is made long with a simple configuration without adding a special circuit or a capacitor, and excessive response to frequency fluctuation of the AC voltage is slowed down. And reduce the ripple current of the storage battery.
電源装置は、蓄電池からの出力電流のピークに応じて応答時定数を適応的に変える時定数調整部をさらに備えてもよい。 The power supply device may further include a time constant adjusting unit that adaptively changes the response time constant according to the peak of the output current from the storage battery.
時定数調整部は、蓄電池からの出力電流のピークが、例えば許容出力電流の所定％以下となるように応答時定数を適応的に変える。かかる構成により、出力電流が許容出力電流を超過するのを適切に防ぎつつ、昇圧回路の出力電圧の変動を抑制することが可能となる。 The time constant adjusting unit adaptively changes the response time constant so that the peak of the output current from the storage battery is, for example, a predetermined% or less of the allowable output current. With this configuration, it is possible to suppress fluctuations in the output voltage of the booster circuit while appropriately preventing the output current from exceeding the allowable output current.
電圧制御部は、さらに、蓄電池の端子電圧に応じて昇圧回路を開ループ制御してもよい。 The voltage control unit may further open-loop control the booster circuit according to the terminal voltage of the storage battery.
かかる構成により、電力消費による蓄電池の端子電圧の変動に拘わらず、昇圧回路の出力電圧を所定範囲に維持することが可能となり、より安定した交流電力を供給することができる。 With this configuration, the output voltage of the booster circuit can be maintained within a predetermined range regardless of fluctuations in the terminal voltage of the storage battery due to power consumption, and more stable AC power can be supplied.
電圧制御部は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）のデューティ比によって昇圧回路を制御してもよい。 The voltage control unit may control the booster circuit by a duty ratio of PWM (Pulse Width Modulation).
本発明では、電圧制御部による閉ループ制御の応答時定数を長くとることができるので、その制御量を迅速にパルス幅に適応する必要がない。従って、電圧制御部は、昇圧された直流電圧の平均出力電圧の変動に応じた、所定周期のＰＷＭのデューティ比の変更のみによって、本発明のリプル電流低減の目的を達成することができる。 In the present invention, since the response time constant of the closed loop control by the voltage control unit can be made long, it is not necessary to quickly adapt the control amount to the pulse width. Therefore, the voltage control unit can achieve the purpose of reducing the ripple current according to the present invention only by changing the duty ratio of the PWM in a predetermined cycle according to the fluctuation of the average output voltage of the boosted DC voltage.
本発明に係る電源装置の他の代表的な構成は、蓄電池と、蓄電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、蓄電池の端子電圧に応じて昇圧回路を開ループ制御する電圧制御部とを備えたことを特徴とする。 Another representative configuration of the power supply device according to the present invention includes a storage battery, a booster circuit that boosts the voltage of the storage battery, an inverter that converts the boosted DC voltage into an AC voltage, and boosts according to the terminal voltage of the storage battery And a voltage control unit that performs open-loop control of the circuit.
上記構成によれば、昇圧回路の出力電圧の変動を許容し、特別な回路やコンデンサの追加を伴わない簡易な構成で開ループを行うことにより、蓄電池から所望の交流電力を安定供給しつつ、蓄電池にかかるリプル電流を飛躍的に軽減し、電池寿命の延命化を図ることができる。 According to the above configuration, by allowing the output voltage of the booster circuit to vary and performing an open loop with a simple configuration that does not involve the addition of a special circuit or capacitor, while stably supplying desired AC power from the storage battery, The ripple current applied to the storage battery can be drastically reduced and the battery life can be extended.
本発明にかかる電源装置の他の代表的な構成は、蓄電池と、蓄電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路によって昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、昇圧された直流電圧に応じて昇圧回路のデューティ比を制御する電圧制御部とを備え、電圧制御部は、直流電圧が所定の上限値に達した場合には昇圧回路のデューティ比を下限値に切り替え、直流電圧が所定の下限値に達した場合には昇圧回路のデューティ比を上限値に切り替えることを特徴とする。 Another representative configuration of the power supply device according to the present invention includes a storage battery, a booster circuit that boosts the voltage of the storage battery, an inverter that converts a DC voltage boosted by the booster circuit into an AC voltage, and a boosted DC voltage And a voltage control unit that controls the duty ratio of the booster circuit according to the voltage control unit, when the DC voltage reaches a predetermined upper limit value, the duty ratio of the booster circuit is switched to the lower limit value, When the predetermined lower limit value is reached, the duty ratio of the booster circuit is switched to the upper limit value.
上記構成によれば、昇圧回路の出力電圧の変動を許容し、複雑な計算を行わずに、蓄電池から所望の交流電力を安定供給しつつ、蓄電池にかかるリプル電流を飛躍的に軽減し、電池寿命の延命化を図ることができる。 According to the above configuration, the fluctuation of the output voltage of the booster circuit is allowed, and the ripple current applied to the storage battery is drastically reduced while stably supplying desired AC power from the storage battery without performing complicated calculations. The life can be extended.
以上説明したように本発明によれば、簡易な構成で、安定した交流電力を供給しつつ蓄電池のリプル電流を低減することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the ripple current of the storage battery while supplying stable AC power with a simple configuration.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiment are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
商用のコンセントからの電力供給が停電等により途絶えた場合や、そのようなコンセントが存在しない場合であっても、ポータブル電源装置等の電源装置を用いることで、電力供給システムから独立して電力を給電し様々な電気機器を動作させることが可能である。しかし、電源装置内の昇圧回路とインバータとの関係から生じるリプル電流が過大になると、蓄電池の劣化や寿命短縮を招く。本実施形態では、簡易な構成で、安定した交流電力を供給しつつ蓄電池のリプル電流を低減することを目的としている。以下、本実施形態の電源装置の構成を詳細に説明する。 Even when power supply from a commercial outlet is interrupted due to a power failure or when such an outlet does not exist, power can be supplied independently from the power supply system by using a power supply such as a portable power supply. It is possible to operate various electric devices by supplying power. However, when the ripple current resulting from the relationship between the booster circuit in the power supply device and the inverter becomes excessive, the storage battery is deteriorated and its life is shortened. The present embodiment aims to reduce the ripple current of the storage battery while supplying stable AC power with a simple configuration. Hereinafter, the configuration of the power supply device of the present embodiment will be described in detail.
（電源装置１００）
図１は、電源装置１００の外観を示した斜視図である。特に、図１中（ａ）は、電源装置１００を横置きしたときの正面を、（ｂ）はその背面を、（ｃ）は、縦置きしたときの正面を示している。
(Power supply device 100)
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the
電源装置１００は、図１（ａ）のように筐体１１０に覆われ、横置きにした状態で緩衝部材１１２を通じて床面と接触する。また、図１（ａ）における平面（上面）には、他の電源装置１００の緩衝部材１１２を嵌入するための凹部１１４が設けられている。
The
さらに、図１（ａ）における正面には当該電源装置１００への充電を行うための入力プラグ１２０が設けられ、入力プラグ１２０はプラグ収納スイッチ１２２によってプラグ収納溝１２４に収納される。そして、当該電源装置１００に充電された電力は、出力コンセント１２６を通じて任意の電気機器へ供給される。本実施形態では、電源装置１００の電力容量として、ＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚで２５０Ｗ程度を想定している。
Further, an
電源装置１００内で実質的に電力を蓄電する蓄電池としての二次電池１２８は、図１（ｂ）のように、筐体１１０背面に設けられた電池収納溝１３０に例えばプッシュロック方式により脱着可能に収納され、経年による性能劣化が生じたときは交換できるようになっている。従って、本実施形態では当該二次電池１２８を、後述する充電器１４０により充電する構成を主として説明しているが、二次電池１２８のみを取り外し、別体の充電装置で充電することもできる。即ち、充電器１４０を電源装置１００内に備えない構成も本実施形態の技術的範囲に属することとなる。
The
かかる電源装置１００を運搬する場合、図１（ｃ）のように縦置きに置き換え、ハンドル１３２を把持する。また、緩衝部材１１２が設けられた面には発光素子の光を透過する透過窓１３４が、凹部１１４が設けられた面には発光素子の光を透過して受光素子に伝達する透過窓１３６が、表裏対応する位置に設置されている。
When the
図２は、電源装置１００の概略的な動作を説明するための電気ブロック図である。
FIG. 2 is an electrical block diagram for explaining a schematic operation of the
このような充電式の電源装置１００の場合、準備段階において、二次電池１２８の蓄電量を高めるため入力プラグ１２０を商用コンセント１４６に挿入して、充電器１４０を介した充電を行う。こうして二次電池１２８への十分な蓄電が遂行されると、入力プラグ１２０は商用コンセント１４６から抜かれ、電源装置１００が利用可能な状態となる。
In the case of such a rechargeable
電源装置１００を利用する際には、二次電池１２８に蓄電された直流電力が昇圧回路１４２およびインバータ１４４を通じて再度交流電力に変換され、出力コンセント１２６を通じて電気機器に供給される。
When using the
図３は、電源装置１００の全体的な電気的機能を示した電気ブロック図である。ここで、電源装置１００は、接続切替部１４８と、充電器１４０と、二次電池１２８と、昇圧回路１４２と、インバータ１４４と、電圧制御部１５０と、電流制御部１５２とを含んで構成される。
FIG. 3 is an electrical block diagram showing the overall electrical function of the
接続切替部１４８は、入力プラグ１２０と充電器１４０または入力プラグ１２０と出力コンセント１２６のいずれかの組合せを排他的に接続する。そして、二次電池１２８への充電の際には、入力プラグ１２０と充電器１４０とを接続し、充電完了後は、電源装置１００を連結するため、入力プラグ１２０と出力コンセント１２６とを接続する。かかる接続の切替は、接続切替部１４８が入力プラグ１２０の接続先を検知して自動的に遂行されるとしてもよいし、スイッチ等を通じてユーザにより手動で遂行されてもよい。
The
このように、充電に用いられる入力プラグ１２０を電源装置１００の連結に兼用することで、電源装置１００を連結するために別途特別な構成を用いる必要もなくなり、また、電源装置１００に本来設けられるべき主回路の大幅な変更を伴うことなく、接続切替部１４８による切替を通じて充電モードと電源装置連結モードとを切り替えることができる。
As described above, the
充電器１４０は、接続切替部１４８を通じて入力された１００Ｖの交流電力を直流電力に整流すると共に、二次電池１２８への充電電流が適切な量となるように制御する。
The
二次電池１２８は、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等の蓄電池であり、当該電源装置１００の電源を担う。
The
昇圧回路１４２は、二次電池１２８の電圧、例えば２０〜３０Ｖの直流電圧を、１８０〜２００Ｖの直流電圧に昇圧する。昇圧回路１４２には後述するようにスイッチング素子２１０とコンデンサ２１６が含まれ、そのスイッチング素子２１０のオンオフによってコンデンサ２１６に電荷が蓄積され、その電圧が、昇圧回路の出力電圧となる。
The
インバータ１４４は、昇圧回路１４２によって昇圧された直流電圧、例えば１８０〜２００Ｖの直流電圧を、ブリッジ回路等を通じて１００Ｖの交流電圧に変換する。
The
電圧制御部１５０は、昇圧回路１４２によって昇圧された直流電圧の変動を抑制するように昇圧回路１４２を閉ループ制御する。電圧制御部１５０に関する詳細な動作は、昇圧回路１４２およびインバータ１４４と共に後程詳述する。
The
電流制御部１５２は、出力コンセント１２６を通過する総電流を当該電源装置１００の電力容量に応じて適切に按分した電流値になるよう、インバータ１４４からの出力電圧および位相を制御する。
The
（交流生成回路２００）
図４は、電源装置１００の具体的な交流生成回路２００を示した回路図である。かかる交流生成回路２００の昇圧回路１４２では、スイッチング素子２１０のＯＮ／ＯＦＦ制御に応じ、二次電池１２８の直流電力がインダクタ２１２およびダイオード２１４を通じてコンデンサ２１６に蓄電される。そして、インバータ１４４は、コンデンサ２１６に蓄積された直流電力を、４つのスイッチング素子２１０からなるブリッジ回路を通じて交流電力に変換する。
(AC generation circuit 200)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific
図５は、電圧制御部１５０の応答時定数が短い比較例を説明するためのタイミングチャートである。例えば、端子電圧が２０〜３０Ｖの直流電圧である二次電池１２８から１００Ｖの交流電圧（図５（ａ））を得る場合、昇圧回路１４２により一旦１８０〜２００Ｖの直流電圧が生成される（図５（ｂ））。このとき、昇圧回路１４２の昇圧比は６〜１０倍になる。
FIG. 5 is a timing chart for explaining a comparative example in which the
このように高い昇圧比の下では、昇圧回路１４２の出力端に接続されたコンデンサ２１６の電荷がインバータ１４４に誘引され、二次電池１２８からの出力電流のリプルを招く（図５（ｃ））。ここで、リプル電流のピークが二次電池１２８の許容出力電流を上回ると、二次電池１２８に過大な負担がかかり、ひいては二次電池１２８電池の劣化を招く。
Under such a high step-up ratio, the charge of the
これは、電圧制御部１５０が、昇圧回路１４２の出力電圧を厳格に一定に保とうという制御を行っていることに起因している。昇圧回路１４２の出力電圧を一定（平滑）に保とうとする、即ち、昇圧回路１４２の出力電圧の変動を即座にスイッチング素子２１０へのフィードバック信号に反映しようとすると、その分、二次電池１２８の出力電流が迅速に応答してしまい、それがリプル電流となる。
This is because the
そこで、電圧制御部１５０における閉ループの応答時定数を、交流電圧の周期の１倍以上、例えば１０倍（交流電圧が２０ｍｓｅｃのとき２００ｍｓｅｃ）と長くとって、昇圧回路１４２の出力電圧維持特性を鈍らせる。
Therefore, the response time constant of the closed loop in the
図６は、電圧制御部１５０の応答時定数を長くとった場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。例えば、図５同様、端子電圧が２０〜３０Ｖの直流電圧である二次電池１２８から１００Ｖの交流電圧（図６（ａ））を得る場合、昇圧回路１４２により一旦１８０〜２００Ｖの直流電圧が生成される（図６（ｂ））。
FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation when the response time constant of the
本実施形態では、昇圧回路１４２の出力電圧の変動を許容することとし、特別な回路やコンデンサ２１６の追加を伴わない簡易な構成で閉ループ制御の応答時定数を長くとり、交流電圧の周波数変動に対する過度な反応を鈍化させ、二次電池１２８のリプル電流を低減する。従って昇圧回路１４２の出力電圧は、交流電圧のピークに合わせてひずむものの（図６（ｂ））、二次電池１２８の出力電流を顕著に低減することができる（図６（ｃ））。
In the present embodiment, the output voltage of the
このとき、昇圧回路１４２のひずみがインバータ１４４に与える影響も考慮しなければならないが、インバータ１４４には、通常、入力の許容範囲が設けられており、例えば、下限１８０Ｖ〜上限２００Ｖの間の変動は自体で吸収し、その交流電力の出力を補償している。こうして、安定した交流電力を供給しつつ二次電池１２８のリプル電流を低減することが可能となる。
At this time, the influence of the distortion of the
ここでは、電圧制御部１５０における閉ループの応答時定数を、交流電圧の周期の１０倍としたが、かかる応答時定数の大きさは任意であり、負荷の変動度合いに応じて、自由に調整することもできる。例えば、変動が大きかったり、変動機会が多い負荷に対しては負荷の変動に迅速に反応するように応答時定数を比較的小さくしたり、変動がほとんどない場合には、応答時定数を比較的大きくしたりすることが可能となる。
Here, the response time constant of the closed loop in the
また、本実施形態の交流生成回路２００では、二次電池１２８からの出力電流のピークに応じて応答時定数を適応的に変える時定数調整部２５０をさらに備えることができる。
In addition, the
時定数調整部２５０は、二次電池１２８からの出力電流のピークが、例えば許容出力電流の９０％以下となるように応答時定数を適応的に変える。かかる構成により、出力電流が許容出力電流を超過するのを適切に防ぎつつ、昇圧回路の出力電圧の変動を抑制することが可能となる。
The time
ここで、電圧制御部１５０は、ＰＷＭのデューティ比によって昇圧回路１４２を閉ループ制御する。
Here, the
図７は、ＰＷＭのデューティ比を説明するための説明図である。電圧制御部１５０から昇圧回路１４２のスイッチング素子２１０にフィードバックされるフィードバック信号は、その制御量をパルス幅で示したＰＷＭで表し、例えばＰＷＭ周波数が４０ｋＨｚとした場合、その逆数であるＰＷＭの周期Ｔのデューティ比の時間分だけ最大値が保たれる。従って、制御量は最大値×デューティ比／１００％で表すことができる。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the duty ratio of PWM. The feedback signal fed back from the
図８は、電圧制御部１５０による制御量を説明するための説明図である。電圧制御部１５０における閉ループ制御の応答時定数を長くとることは、昇圧回路１４２の出力電圧をＬＰＦ（Low Pass Filter）によって平均化した平均出力電圧に対して閉ループ制御を実行するのと等価となるので、ここでは、昇圧回路１４２の出力電圧の平均出力電圧を取得し、その値に応じた一次関数によってＰＷＭのデューティ比を決めている。このとき、図８（ａ）に示すように、電圧制御部１５０は二次電池１２８からの出力電圧を見る必要はない（図にて不要な回路を波線で示す）。図８（ｂ）を参照すると、下限１８０Ｖのときは、昇圧回路１４２の出力電圧の平均出力電圧を上げるべく高いデューティ比（例えば９０％）とし、上限２００Ｖのときは、昇圧回路１４２の出力電圧のオフセットを下げるべく低いデューティ比（例えば８０％）としている。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a control amount by the
本実施形態では、電圧制御部１５０による閉ループ制御の応答時定数を長くとることができるので、その制御量を迅速にパルス幅に適応する必要がない。従って、電圧制御部１５０は、昇圧された直流電圧の平均出力電圧の変動に応じた、所定周期のＰＷＭのデューティ比の変更のみによって、本実施形態のリプル電流低減の目的を達成することができる。
In this embodiment, since the response time constant of the closed loop control by the
電圧制御部１５０は、二次電池１２８の端子電圧に応じて昇圧回路１４２を開ループ制御してもよい。
The
図９は、電圧制御部１５０による制御量を説明するための説明図である。電圧制御部１５０は、二次電池１２８の端子電圧に対する開ループ制御を実施する例である。この場合において図９（ａ）に示すように、電圧制御部１５０は昇圧回路１４２の出力電圧を見る必要はなく、また時定数調整部２５０も必ずしも必要ではない（図にて不要な回路を波線で示す）。かかる開ループ制御は、図９（ｂ）に示したように、二次電池１２８の端子電圧に応じた一次関数によってＰＷＭのデューティ比を決めている。図９（ｂ）を参照すると、二次電池端子電圧が２０Ｖのときは高いデューティ比（例えば９０％）とし、３０Ｖのときは低いデューティ比（例えば８０％）としている。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a control amount by the
かかる構成により、電力消費による二次電池１２８の端子電圧の変動に拘わらず、昇圧回路１４２の出力電圧を所定範囲に維持することが可能となり、より安定した交流電力を供給することができる。
With this configuration, the output voltage of the
図１０は、二次電池１２８の端子電圧に応じて昇圧回路１４２を開ループ制御した場合の実施例と比較例（従来例）を説明する図である。二次電池１２８の出力電流をＩ１、二次電池１２８の端子電圧をＶ２、昇圧回路１４２の出力電圧をＶ３、コンデンサ２１６の電圧をＶ４、交流電圧をＶ５とする（図９参照）。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example and a comparative example (conventional example) when the
図１０（ｂ）に示す比較例は従来の制御であって、昇圧回路１４２によって昇圧されたコンデンサ２１６の電圧Ｖ４が一定になるように電圧制御部１５０を制御するものである。そのため、図を参照するとＶ４の電圧は極めて一定になっており（１８５Ｖ〜１８６Ｖ）、また交流電圧Ｖ５の波形も整っている。しかし、二次電池出力電流Ｉ１は大きく変動していることがわかる（３．８Ａ〜２４．６Ａ）。
The comparative example shown in FIG. 10B is conventional control, and controls the
これに対し図１０（ａ）に示す実施例では、二次電池出力電流Ｉ１の振幅が大幅に抑えられていることがわかる（２．５Ａ〜５．１Ａ）。その代わりにコンデンサ２１６の電荷が若干不足していると見られ、コンデンサ２１６の電圧Ｖ４が振動していると共に（１８１．５Ｖ〜１８４．０Ｖ）、交流電圧Ｖ５の波形にもわずかに歪みが生じている。しかしＶ４の振動やＶ５の歪みは極めてわずかであって、機器に障害を及ぼすほどのものではない。このことから、蓄電池から所望の交流電力を安定供給しつつ、蓄電池にかかるリプル電流を飛躍的に軽減し、電池寿命の延命化を図ることができることがわかる。
On the other hand, in the example shown in FIG. 10A, it can be seen that the amplitude of the secondary battery output current I1 is greatly suppressed (2.5A to 5.1A). Instead, the
このように電圧制御部１５０が二次電池１２８の端子電圧に対して開ループ制御される場合、昇圧回路１４２の出力電圧に対する閉ループ制御を切替制御によって実現することも可能となる。
As described above, when the
図１１は、電圧制御部１５０による制御量を説明するための説明図である。電圧制御部１５０は、昇圧回路１４２の出力電圧に対して、複雑な計算を行わず、切替制御する。即ち、昇圧回路１４２の出力電圧の平均出力電圧が所定の上限値（例えば２００Ｖ）となると、ＰＷＭのデューティ比を下限値（例えば８０％）に切り替えて固定し、昇圧回路１４２の出力電圧の平均出力電圧が所定の下限値（例えば１８０Ｖ）となると、ＰＷＭのデューティ比を上限値（例えば９０％）に切り替えて固定する。このとき図１１（ａ）に示すように、電圧制御部１５０は二次電池１２８の端子電圧を見る必要はなく、また時定数調整部２５０も必ずしも必要ではない（図にて不要な回路を波線で示す）。従って図１１（ｂ）に示すように、昇圧回路１４２の出力電圧は、１８０Ｖから２００Ｖの間で無作為に変動することとなる。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a control amount by the
このとき、切替制御を厳格に遂行すると、昇圧回路１４２の出力電圧が１８０Ｖまたは２００Ｖとなったところで、ＰＷＭのデューティ比が振動的に切り替わるチャタリング状態が生じうる。そこで、本実施形態では、図１１（ｂ）に示すように、一旦下限１８０Ｖや上限２００Ｖに到達したら、ある程度電圧が戻るまでそのデューティ比を維持するヒステリシス特性を持たせてもよい。
At this time, if the switching control is strictly performed, a chattering state in which the PWM duty ratio is switched in an oscillating manner may occur when the output voltage of the
以上、説明した電源装置１００によって、簡易な構成で、安定した交流電力を供給しつつ二次電池１２８のリプル電流を低減することが可能となる。
As described above, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
本発明は、蓄電池に蓄電された電力から交流電力を生成する電源装置に利用することができる。 The present invention can be used in a power supply device that generates AC power from power stored in a storage battery.
１００ …電源装置
１２８ …二次電池（蓄電池）
１４０ …充電器
１４２ …昇圧回路
１４４ …インバータ
１５０ …電圧制御部
２００ …交流生成回路
２５０ …時定数調整部
100 ...
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記蓄電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記昇圧された直流電圧の変動を抑制するように前記昇圧回路を閉ループ制御する電圧制御部と、
を備え、
前記電圧制御部の応答時定数は、前記交流電圧の周期の１倍以上であることを特徴とする電源装置。 A storage battery,
A booster circuit for boosting the voltage of the storage battery;
An inverter that converts the boosted DC voltage into an AC voltage;
A voltage controller that performs closed-loop control of the booster circuit so as to suppress fluctuations in the boosted DC voltage;
With
The power supply apparatus according to claim 1, wherein a response time constant of the voltage control unit is one or more times a period of the AC voltage.
前記蓄電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路によって昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記蓄電池の端子電圧に応じて前記昇圧回路のデューティ比を制御する電圧制御部と、
を備えたことを特徴とする電源装置。 A storage battery,
A booster circuit for boosting the voltage of the storage battery;
An inverter that converts the DC voltage boosted by the booster circuit into an AC voltage;
A voltage control unit for controlling a duty ratio of the booster circuit according to a terminal voltage of the storage battery;
A power supply device comprising:
前記蓄電池の電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路によって昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記昇圧された直流電圧に応じて前記昇圧回路のデューティ比を制御する電圧制御部とを備え、
前記電圧制御部は、前記直流電圧が所定の上限値に達した場合には前記昇圧回路のデューティ比を下限値に切り替え、前記直流電圧が所定の下限値に達した場合には前記昇圧回路のデューティ比を上限値に切り替えることを特徴とする電源装置。 A storage battery,
A booster circuit for boosting the voltage of the storage battery;
An inverter that converts the DC voltage boosted by the booster circuit into an AC voltage;
A voltage control unit that controls a duty ratio of the booster circuit according to the boosted DC voltage;
The voltage controller switches the duty ratio of the booster circuit to a lower limit value when the DC voltage reaches a predetermined upper limit value, and switches the duty ratio of the booster circuit when the DC voltage reaches a predetermined lower limit value. A power supply apparatus characterized by switching a duty ratio to an upper limit value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109256973A (en) * | 2018-08-23 | 2019-01-22 | 广西大学 | A kind of two-stage type individual event inverter input terminal ripple current suppressing method of prime boost boosting |
| JP2019115203A (en) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Power supply device, acoustic device, and emergency device |
-
2008
- 2008-12-16 JP JP2008319173A patent/JP2010148164A/en active Pending
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