JP5791567B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーを充電するための電力変換装置に関する。

従来から、バッテリーを充電するための電力変換装置として、ＡＣＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、ＤＣＤＣコンバータとを備えたものが知られている（下記特許文献１、２参照）。この電力変換装置は、交流電源から入力された交流電圧をＡＣＤＣコンバータによって直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を、平滑コンデンサによって平滑化する。そして、上記ＤＣＤＣコンバータを使って平滑後の直流電圧を変圧し、変圧後の直流電圧をバッテリーに印加する。これにより、バッテリーを充電するようになっている。

また、電力変換装置は、バッテリーの電圧（出力電圧）を測定する電圧センサと、バッテリーに流れる電流（出力電流）を測定する電流センサと、バッテリーに供給する電力（出力電力）を一定にするためのフィードバック制御部を備える。フィードバック制御部は、センサによって測定した出力電圧と出力電流との積（出力電力）が一定になるように、出力電流の量を制御する。

バッテリーを充電すると、バッテリーの電圧（出力電圧）は次第に上昇する。そのため、バッテリーの充電量が少なく出力電圧が低い時には出力電流を多くし、バッテリーが充電されて出力電圧が上昇するに従って、出力電流を少なくする。このように、出力電力を一定にするフィードバック制御を行うことにより、交流電源から供給される入力電力と、バッテリーに供給する出力電力とが釣り合うようにしている。

特開２０１０−６３２４３号公報 特開２０１０−２００５３０号公報

しかしながら従来の電力変換装置は、入力電圧の実効値が瞬間的に低下した場合に、出力電流の制御ができなくなるという問題があった。すなわち、入力電圧の実効値が低下すると、ＡＣＤＣコンバータから平滑コンデンサに加わる電圧が低下する。この状態で、入力電圧が低下する前と同じ量の出力電流を流し続けると、平滑コンデンサに蓄えられた電荷が低減し、平滑コンデンサの電圧が低下しやすくなる。そして、平滑コンデンサからＤＣＤＣコンバータに充分な電流を供給しにくくなり、ＤＣＤＣコンバータの出力電流が発振しやすくなる。その結果、バッテリーの充電効率が低下したり、充電機能を喪失したりする問題が生じる。

例えば、交流電源として家庭用の商用電源を用いる場合、エアコン等の、大きな電力を消費する電気機器を動作させた瞬間に、入力電圧の実効値が低下することがある。このような場合でも、上記出力電流の発振を防止できる電力変換装置が望まれている。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、入力電圧の実効値が変動しても、出力電流が発振しにくい電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の第１の態様は、バッテリーを充電するための電力変換装置であって、
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣＤＣコンバータと、
該ＡＣＤＣコンバータによって変換された上記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化した上記直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の上記直流電圧を出力電圧として上記バッテリーに印加し、該バッテリーを充電するＤＣＤＣコンバータと、
上記交流電源の入力電圧を測定する入力電圧測定手段と、
上記ＤＣＤＣコンバータの出力電流を測定する出力電流測定手段と、
上記出力電圧を測定する出力電圧測定手段と、
上記出力電流と上記出力電圧の積である出力電力が目標値に近づくようにフィードバック制御をするフィードバック制御部とを備え、
該フィードバック制御部は、上記入力電圧測定手段によって測定された上記入力電圧の実効値が変動したときに、上記平滑コンデンサの電圧が一定になるように、上記出力電力の目標値を変更するよう構成されており、
上記フィードバック制御部は、上記出力電力を上記交流電源の入力電力で割った値である電力効率と、上記出力電力及び上記出力電圧との相関関係を記憶する記憶部を備え、上記フィードバック制御部は、上記相関関係を用いて、上記実効値が変動する前に測定した上記出力電力及び上記出力電圧に対応した上記電力効率を求め、その求めた上記電力効率を使って、上記実効値が変動した後における上記出力電力の目標値を算出することを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
また、本発明の第２の態様は、バッテリーを充電するための電力変換装置であって、
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣＤＣコンバータと、
該ＡＣＤＣコンバータによって変換された上記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化した上記直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の上記直流電圧を出力電圧として上記バッテリーに印加し、該バッテリーを充電するＤＣＤＣコンバータと、
上記交流電源の入力電圧を測定する入力電圧測定手段と、
上記ＤＣＤＣコンバータの出力電流を測定する出力電流測定手段と、
上記出力電圧を測定する出力電圧測定手段と、
上記出力電流と上記出力電圧の積である出力電力が目標値に近づくようにフィードバック制御をするフィードバック制御部とを備え、
該フィードバック制御部は、上記入力電圧測定手段によって測定された上記入力電圧の実効値が変動したときに、上記平滑コンデンサの電圧が一定になるように、上記出力電力の目標値を変更するよう構成されており、
上記平滑コンデンサの電圧を測定するコンデンサ電圧測定手段と、上記交流電源から上記ＡＣＤＣコンバータに送られる入力電流を測定する入力電流測定手段とを備え、上記フィードバック制御部は、測定した上記入力電流及び上記平滑コンデンサの電圧が目標値に近づくようにフィードバック制御を行うよう構成され、
上記フィードバック制御部は、上記入力電圧の実効値が予め定められた値よりも低下した場合に、上記入力電流の目標値を低下させるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項２）。

上記電力変換装置においては、入力電圧の実効値が変動したときに、平滑コンデンサの電圧が一定になるように、フィードバック制御部が、出力電力の目標値を変更するよう構成されている。
例えば入力電圧の実効値が低下したときには、フィードバック制御部は、出力電力の目標値を低減させる。このようにすると、出力電流が低減するため、平滑コンデンサに蓄えた電荷が減少することを防止できる。そのため、平滑コンデンサからＤＣＤＣコンバータに出力電流を安定して供給できるようになり、出力電流の発振を防止することが可能になる。

なお、上記「平滑コンデンサの電圧が一定になるように」とは、電圧の平均値が変動することを抑制するという意味であり、電圧の脈動を抑制するという意味ではない。

以上のごとく、本例によれば、入力電圧の実効値が変動しても、出力電流が発振しにくい電力変換装置を提供することができる。

参考例１における、電力変換装置の回路図。 参考例１における、フィードバック制御部の詳細図。 参考例１における、出力電力の目標値と入力電圧との関係を表したグラフ。 参考例１における、入力電圧の時間変化を表したグラフ。 参考例１における、入力電流の時間変化を表したグラフ。 参考例１における、出力電流の時間変化を表したグラフ。 参考例１における、コンデンサ電圧の時間変化を表したグラフ。 実施例１における、出力電力と電力効率との関係を表したグラフ。 参考例２における、出力電力の目標値と入力電圧との関係を表したグラフ。 実施例２における、フィードバック制御部のフローチャート。 実施例２における、ゲイン調整度と入力電圧との関係を表したグラフ。 実施例２における、入力電圧の実効値が低下した時の、入力電圧と、入力電流と、コンデンサ電圧と、出力電流の時間変化を表したグラフ。 比較例における、電力変換装置の回路図。 比較例における、入力電圧の時間変化を表したグラフ。 比較例における、入力電流の時間変化を表したグラフ。 比較例における、出力電流の時間変化を表したグラフ。 比較例における、コンデンサ電圧の時間変化を表したグラフ。

上記電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されたバッテリーを充電するための、車載用電力変換装置とすることができる。また、上記交流電源は、例えば、家庭用の商用電源とすることができる。

また、本発明の第１の態様においては、上記フィードバック制御部は、上記出力電力を上記交流電源の入力電力で割った値である電力効率と、上記出力電力及び上記出力電圧との相関関係を記憶する記憶部を備え、上記フィードバック制御部は、上記相関関係を用いて、上記実効値が変動する前に測定した上記出力電力及び上記出力電圧に対応した上記電力効率を求め、その求めた上記電力効率を使って、上記実効値が変動した後における上記出力電力の目標値を算出するよう構成されている。
そのため、出力電力の目標値を、より正確に算出することができる。すなわち、上記電力効率は、出力電力及び出力電圧によって変動する。そのため、上記相関関係を用いて、測定した出力電力及び出力電圧に対応した電力効率を求めることにより、正確な電力効率を算出することが可能になる。そして、求めた正確な電力効率を用いて、出力電力の目標値を算出することにより、該目標値を精度良く算出することが可能になる。

また、上記フィードバック制御部は、上記入力電圧の瞬時値を該入力電圧の１／４周期以上、測定して上記実効値を算出し、得られた該実効値を用いて上記フィードバック制御を行うよう構成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、入力電圧の実効値を正確に求めることが可能になる。すなわち、実効値は、入力電圧の瞬時値を一定時間測定することにより、その変化率から推定することが可能である。しかしながら、瞬時値の測定時間が短いと、実効値を正確に推定できなくなるおそれがある。そのため、入力電圧の瞬時値の測定時間を充分長くし、１／４周期以上とすれば、実効値を正確に推定することができる。これにより、フィードバック制御を正確に行うことが可能となる。

また、上記フィードバック制御部は、上記入力電圧の瞬時値を該入力電圧の１／２周期以上、測定して上記実効値を算出し、得られた該実効値を用いて上記フィードバック制御を行うよう構成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、入力電圧の実効値を正確に測定することが可能になる。すなわち、上記実効値は、入力電圧の最大値を√２で割ることによって算出できるが、入力電圧の測定時間が短すぎると最大値を測定できなくなり、実効値を正確に求めにくくなる。そのため、交流電圧の瞬時値を１／２周期以上、測定すれば、電圧の最大値を少なくとも１回、測定することができ、実効値を正確に算出することが可能になる。これにより、実効値が変動したときのフィードバック制御を正確に行うことが可能になる。

また、本発明の第２の態様においては、上記平滑コンデンサの電圧を測定するコンデンサ電圧測定手段と、上記交流電源から上記ＡＣＤＣコンバータに送られる入力電流を測定する入力電流測定手段とを備え、上記フィードバック制御部は、測定した上記入力電流及び上記平滑コンデンサの電圧が目標値に近づくようにフィードバック制御を行うよう構成されている。
したがって、入力電圧の実効値が変動したときに、平滑コンデンサの電圧をより安定させることができる。そのため、平滑コンデンサから出力電流を安定して供給することができ、出力電流の発振を抑制しやすくなる。

また、本発明の第２の態様においては、上記フィードバック制御部は、上記入力電圧の実効値が予め定められた値よりも低下した場合に、上記入力電流の目標値を低下させるよう構成されている。
そのため、入力電流が流れすぎる不具合を防止できる。すなわち、入力電圧の実効値が低下した場合には、平滑コンデンサの電圧低下を抑制するため、入力電流を上げようとするフィードバック制御が働きやすくなる。その結果、入力電流が流れすぎ、電力変換装置を構成する電子部品が破損する等の不具合が生じやすくなる。したがって、上記実効値が低下した時に、入力電流の目標値を低下させるようにフィードバック制御を行えば、入力電流の流れすぎを防止でき、上記不具合を抑制しやすくなる。

（参考例１）
上記電力変換装置に係る参考例について、図１〜図７を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、ＡＣＤＣコンバータ２と、平滑コンデンサ３と、ＤＣＤＣコンバータ４と、入力電圧測定手段１２と、出力電流測定手段１３と、出力電圧測定手段１４と、フィードバック制御部５とを備える。
ＡＣＤＣコンバータ２は、交流電源１０から入力される交流電圧を直流電圧に変換する。
平滑コンデンサ３は、ＡＣＤＣコンバータ２によって変換された直流電圧を平滑化する。
ＤＣＤＣコンバータ４は、平滑化した直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の直流電圧を出力電圧Ｖ_Ｏとしてバッテリー１１に印加し、該バッテリー１１を充電する。

入力電圧測定手段１２は、交流電源１０の入力電圧Ｖ_ｉを測定する。
出力電流測定手段１３は、ＤＣＤＣコンバータ４の出力電流Ｉ_Ｏを測定する。
出力電圧測定手段１４は、ＤＣＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖ_Ｏ（バッテリー１１の電圧）を測定する。
フィードバック制御部５は、出力電流Ｉ_Ｏと出力電圧Ｖ_Ｏの積である出力電力Ｐ_Ｏが目標値Ｐ_Ｏ ^＊に近づくようにフィードバック制御をする。
フィードバック制御部５は、入力電圧測定手段１２によって測定された入力電圧Ｖ_ｉの実効値が変動したときに、平滑コンデンサ３の電圧Ｖ_ｃが一定になるように、出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊を変更するよう構成されている。

本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されたバッテリー１１を充電するための、車載用電力変換装置である。

また、本例のＡＣＤＣコンバータ２は、いわゆるＰＦＣ回路である。図１、図２に示すごとく、ＡＣＤＣコンバータ２は、ダイオードブリッジ２０と、チョークコイル２１と、スイッチング素子２２（ＩＧＢＴ素子）と、放電防止ダイオード２３とを備える。ダイオードブリッジ２０は、交流電源１０から送られる交流電流を全波整流する。整流後の電流（入力電流Ｉ_ｉ）は、チョークコイル２１を流れる。

また、フィードバック制御部５の前段部分５０は、スイッチング素子２２のスイッチング制御をしている。これにより、入力電流Ｉ_ｉの波形を、整流後の入力電圧Ｖ_ｉの波形に近づけ、入力電力Ｐｉの力率を向上させると共に、入力電圧Ｖ_ｉを昇圧している。

昇圧後の入力電圧Ｖ_ｉは、平滑コンデンサ３によって平滑化される。また、放電防止ダイオード２３は、スイッチング素子２２がオンした時に、平滑コンデンサ３に蓄えた電荷がスイッチング素子２２を通って放電することを防止している。

ＤＣＤＣコンバータ４は、ブリッジ回路４０と、トランス４２と、整流回路４３と、電流平滑用のコイル４４と、電圧平滑用のコンデンサ４５とを備える。ブリッジ回路４０は、４個のＩＧＢＴ素子４１からなる。このＩＧＢＴ素子４１をスイッチング制御することにより、平滑コンデンサ３によって平滑化した直流電圧を交流電圧に変換し、トランス４２の一次コイル４２１に印加する。トランス４２の二次コイル４２２からは、一次コイル４２１と二次コイル４２２との巻数比Ｎ２／Ｎ１に比例した電圧が出力される。この電圧を整流回路４３によって整流し、コイル４４及びコンデンサ４５によって平滑化して、バッテリー１１に加える。

Ｈブリッジ回路のデューティーは、フィードバック制御部５の後段部分６０（図２参照）によって決定される。このデューティーを調整することにより、バッテリー１１に流れる出力電流Ｉ_Ｏの量を制御している。

本例のフィードバック制御部５は、マイコンによって構成されている。図２に示すごとく、フィードバック制御部５の前段部分５０は、コンデンサ電圧Ｖ_Ｃの目標値Ｖ_Ｃ ^＊を入力する目標値入力部５１と、第１減算部５２と、第１ＰＩ制御部５３と、リミッター５４と、第２減算部５５と、第２ＰＩ制御部５６と、第３減算部５７と、第１掛算部５８と、第１加算部５９とを備える。

第１減算部５２は、コンデンサ電圧Ｖ_Ｃの目標値Ｖ_Ｃ ^＊と、測定したコンデンサ電圧Ｖ_Ｃとの差を、制御偏差ΔＶ_１として出力する。第１ＰＩ制御部５３は、制御偏差ΔＶ_１にゲインを乗じて、第１電流目標値Ｉ_１ ^＊として出力する。第１電流目標値Ｉ_１ ^＊はリミッター５４に入力される。リミッター５４は、第１電流目標値Ｉ_１ ^＊の上限を定めている。第１電流目標値Ｉ_１ ^＊は、リミッター５４を通過した後、第２減算部５５に入力される。

第２減算部５５は、第１電流目標値Ｉ_１ ^＊と、測定した入力電流Ｉ_ｉとの差を、制御偏差ΔＩ_１として出力する。そして、第２ＰＩ制御部５６において、制御偏差ΔＩ_１にゲインを乗じて、第２電流目標値Ｉ_２ ^＊を出力する。その後、第３減算部５７において、第２電流目標値Ｉ_２ ^＊と、測定した入力電圧Ｖ_ｉとの差Δ_１を出力する。そして、第１掛算部５８において、この差Δ_１にコンデンサ電圧Ｖ_Ｃの逆数を掛ける。その後、第１加算部５９において１を加えて、スイッチング素子２２のデューティーとして出力する。

上記処理を行うことにより、フィードバック制御部５の前段部分５０は、入力電流Ｉ_ｉの波形を入力電圧Ｖ_ｉの波形に近づけ、入力電力Ｐ_ｉの力率を向上させている。

一方、フィードバック制御部５の後段部分６０は、出力電力の目標値Ｐ_Ｏ ^＊を発生する電力目標値発生部６１と、第２掛算部６２と、第４減算部６３と、第３ＰＩ制御部６４と、第３掛算部６５と、第２加算部６６とを備える。

電力目標値発生部６１は図３に示すごとく、入力電力Ｖ_ｉの実効値と、その実効値において平滑コンデンサ３の電圧を変動させることなく出力できる出力電力（目標値Ｐ_Ｏ ^＊）との関係を記憶している。電力目標値発生部６１には、測定した、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が入力される（図１、図２参照）。電力目標値発生部６１は、図３に示す相関関係に基づいて、測定した実効値に対応する目標値Ｐ_Ｏ ^＊を算出する。例えば実効値が２００Ｖの時は、目標値Ｐ_Ｏ ^＊を３３００（Ｗ）にする。また、実効値が１４０Ｖに低下した場合は、目標値Ｐ_Ｏ ^＊を２３１０（Ｗ）に変更する。

なお、目標値Ｐ_Ｏ ^＊は、平滑コンデンサの電圧Ｖ_ｃを低下させることなく、出力できる電力であればよく、図３の相関関係から求めた値よりも小さい値を目標値Ｐ_Ｏ ^＊としてもよい。

図２に示すごとく、電力目標値発生部６１が出力した目標値Ｐ_Ｏ ^＊は、第２掛算部６２に入力される。第２掛算部６２では、出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊に、測定した出力電圧Ｖ_Ｏの逆数を乗じ、第３電流目標値Ｉ_３ ^＊として出力する。第４減算部６３は、第３電流目標値Ｉ_３ ^＊と、測定した出力電流Ｉ_Ｏとの差を制御偏差ΔＩ_２として出力し、第３ＰＩ制御部６４に入力する。第３ＰＩ制御部６４は、制御偏差ΔＩ_２にゲインを乗じ、パラメータＶ_ｏ ^＊として出力する。第３掛算部６５は、パラメータＶ_ｏ ^＊に、測定したコンデンサ電圧Ｖ_Ｃの逆数を乗じる。この結果は、第２加算部６６に入力される。第２加算部６６は、入力された値にＦＦ項を加え、ブリッジ回路４０のデューティーとして出力する。
上記処理を行うことにより、フィードバック部５の後段部分６０は、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が低減した場合に、出力電流Ｉ_Ｏが低減するように、ブリッジ回路４０のデューティーを決定する。

図４〜図７に、本例の電力変換装置１を用いた実験結果を示す。図４は、入力電圧Ｖｉの波形であり、図５〜図７は、それぞれ入力電流Ｉ_ｉ、出力電流Ｉ_Ｏ、平滑コンデンサ３の電圧（コンデンサ電圧Ｖ_Ｃ）の波形である。この実験では図４に示すごとく、入力電圧Ｖ_ｉの第１波Ｗ１と第２波の実効値Ｖ_ｅ１を２００Ｖにし、第３波から実効値Ｖ_ｅ２を１４０Ｖまで下げている。このようにすると、電力変換装置１のフィードバック制御部５は、出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊を下げる。これに伴って、図６に示すごとく、出力電流Ｉ_Ｏが８Ａから６Ａ程度にまで下がる。これにより、図７に示すごとく、コンデンサ電圧Ｖｃの平均値が急に低下しなくなり、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が低下した後も、平滑コンデンサ３からＤＣＤＣコンバータに電流を安定して供給できるようになる。そのため、出力電流Ｉ_Ｏが発振（後述する比較例の図１６参照）しなくなる。

なお、本例では、入力電圧Ｖ_ｉ（図４参照）の瞬時値を、該入力電圧の１／４周期以上、測定して実効値を算出する。そして、得られた実効値を用いて、出力電力のフィードバック制御を行う。フィードバック制御部５は、このフィードバック制御を１／４周期毎に繰り返し行う。また、本例では、入力電圧Ｖ_ｉの瞬時値を、例えば３３μｓ毎に繰り返し測定している。

本例の作用効果について説明する。本例では図１、図２に示すごとく、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が変動したときに、平滑コンデンサ３の電圧Ｖ_ｃが一定になるように、フィードバック制御部５が、出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊を変更するよう構成されている。
すなわち、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が低下した場合に、フィードバック制御部５が、出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊を低減させる。このようにすると、出力電流Ｉ_Ｏが低減するため、平滑コンデンサ３に蓄えた電荷Ｑが減少することを防止できる。そのため、平滑コンデンサ３からＤＣＤＣコンバータ４に出力電流Ｉ_Ｏを安定して供給できるようになり、出力電流Ｉ_Ｏの発振を防止することが可能になる。

また、本例のフィードバック制御部５は、入力電圧の瞬時値を、該入力電圧の１／４周期以上、測定して実効値を算出する。そして、得られた実効値を用いてフィードバック制御を行う。
このようにすると、入力電圧Ｖ_ｉの実効値を正確に求めることが可能になる。すなわち、実効値は、入力電圧Ｖ_ｉの瞬時値を一定時間測定することにより、その変化率から推定することが可能である。しかしながら、瞬時値の測定時間が短いと、実効値を正確に推定できなくなるおそれがある。そのため、入力電圧Ｖ_ｉの瞬時値の測定時間を充分長くし、１／４周期以上とすれば、実効値を正確に推定することができる。これにより、フィードバック制御を正確に行うことが可能となる。

なお、本例では、入力電圧の瞬時値を１／４周期以上、測定して実効値を算出しているが、１／２周期以上、測定して実効値を算出してもよい。

また、本例では図１、図２に示すごとく、フィードバック制御部５の前段部分５０は、入力電流Ｉ_ｉ及びコンデンサ電圧Ｖ_ｃが目標値に近づくようにフィードバック制御を行う。
このようにすると、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が変動したときに、平滑コンデンサ３の電圧Ｖ_ｃをより安定させることができる。そのため、平滑コンデンサ３から出力電流Ｉ_Ｏを安定して供給することができ、出力電流Ｉ_Ｏの発振を抑制しやすくなる。

以上のごとく、本例によれば、入力電圧の実効値が変動しても、出力電流が発振しにくい電力変換装置を提供することができる。

（実施例１）
本例は、出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊の算出方法を変更した例である。図８に示すごとく、本例のフィードバック制御部５は、出力電力Ｐ_Ｏを入力電力Ｐ_ｉで割った値である電力効率ηと、出力電力Ｐ_Ｏ及び出力電圧Ｖ_Ｏとの相関関係を記憶している。フィードバック制御部５は、この相関関係を用いて、入力電圧Ｖ_ｉの実効値Ｖ_ｅが変動する前に測定した出力電力Ｐ_Ｏ及び出力電圧Ｖ_Ｏに対応する電力効率ηを求める。
例えば、実効値Ｖ_ｅが変動する前において出力電圧Ｖ_Ｏが３３５Ｖであり、かつ出力電力Ｐ_Ｏが３０００Ｗの時は、図８のグラフから、電力効率η_１は０．８８となる。

そして、求めた電力効率η_１を使って、実効値Ｖ_ｅが変動した後における出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊を算出する。
目標値Ｐ_Ｏ ^＊の算出方法について説明する。まず、下記数式１に示すごとく、出力電力Ｐ_Ｏをη_１で割り、実効値が変動する前における入力電力Ｐ_ｉを算出する。
Ｐ_Ｏ／η_１＝Ｐ_ｉ ・・・（１）

その後、下記数式２に示すごとく、入力電力Ｐ_ｉを入力電圧Ｖ_ｉの実効値Ｖ_ｅで割る。これにより、実効値Ｖ_ｅが変動する前の入力電流Ｉ_ｉを算出する。
Ｐ_ｉ／Ｖ_ｅ＝Ｉ_ｉ ・・・（２）

入力電力Ｖ_ｉの実効値Ｖ_ｅがＶ_ｅ’に低下した場合、フィードバック制御部５の前段部分５０によって、平滑コンデンサ３の電圧低下を抑制するために入力電流Ｉ_ｉを上昇させるフィードバック制御が働くが、このフィードバック制御は応答が遅いため、暫く同じ電流Ｉ_ｉが流れ続ける。そのため、実効値がＶ_ｅ’に低下した後の入力電力Ｐ_ｉ’は、下記数式３に示すごとく、実効値Ｖ_ｅ’と入力電流Ｉ_ｉの積となる。
Ｐ_ｉ’＝Ｖ_ｅ’・Ｉ_ｉ ・・・（３）

その後、フィードバック制御部５は、下記数式４を用いることにより、入力電力Ｐ_ｉ’が上記数式３によって求めた値になったときにおいて、平滑コンデンサ３の電圧Ｖ_Ｃを変動させることなく出力できる出力電力Ｐ_Ｏの値（目標値Ｐ_Ｏ ^＊）を算出する。
Ｐ_Ｏ ^＊＝Ｐ_ｉ’×η_２ ・・・（４）
なお、上記η_２は、入力電力がＰ_ｉ’であるときの電力効率である。η_２は、フィードバック制御部５に予め記憶されている。
その他、参考例１と同様の構成を有する。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊を、より正確に算出することができる。すなわち、上記電力効率ηは、出力電力Ｐ_Ｏ及び出力電圧Ｖ_Ｏによって変動する。そのため、図８のグラフを用いて、測定した出力電力Ｐ_Ｏ及び出力電圧Ｖ_Ｏに対応した電力効率ηを求めることにより、正確な電力効率ηを算出することが可能になる。そして、求めた正確な電力効率ηを用いて、出力電力Ｐ_Ｏの目標値Ｐ_Ｏ ^＊を算出することにより、該目標値Ｐ_Ｏ ^＊を精度良く算出することが可能になる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。

（参考例２）
本例は、出力電力の目標値Ｐ_Ｏ ^＊の算出方法を変更した例である。本例では、図９に示すごとく、出力電力の目標値Ｐ_Ｏ ^＊と、入力電圧Ｖ_ｉの実効値との関係を、ヒステリシスにして記憶してある。例えば、実効値がＶ_１〜Ｖ_４の間は、目標値Ｐ_Ｏ ^＊として第１の一定値（２７００Ｗ）を出力する。そして、実効値がＶ_４よりも大きくなった場合は、第１の一定値よりも大きな第２の一定値（３０００Ｗ）を出力する。また、実効値が低下してもＶ_３以下になるまでは、目標値として第２の一定値（３０００Ｗ）を出力し続ける。そして、実効値がＶ_３より小さくなった時には、第１の一定値（２７００Ｗ）に下げる。
本例では、このようなヒステリシスを、グラフに複数箇所、設けてある。
その他、参考例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、ノイズの影響を受けにくくなる。すなわち、測定した、入力電圧Ｖ_ｉの実効値にノイズが入り、Ｖ_３〜Ｖ_４の間で変動しても、その間は目標値Ｐ_Ｏ ^＊が切り替わらなくなる。そのため、ノイズによって目標値Ｐ_Ｏ ^＊が何度も切り替わることを防止でき、安定して目標値Ｐ_Ｏ ^＊を出力することが可能になる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。

（実施例２）
本例は、フィードバック制御部５の前段部分５０における制御方法を変更した例である。本例のフィードバック制御部５は、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が、予め定められた値よりも低下した場合に、入力電流Ｉ_ｉの目標値（第１電流目標値Ｉ_１ ^＊）を低下させるよう構成されている。
すなわち、上記実効値が予め定められた値よりも低下した時には、第１ＰＩ制御部５３（図２参照）におけるゲインを小さくする。これにより、第１電流目標値Ｉ_１ ^＊を小さくし、入力電流Ｉ_ｉを低減させる。

図１０に、フィードバック制御部５のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１において、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が変動したか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ２に移り、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が低下したか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合はステップＳ３に移り、第１ＰＩ制御部５３（図２参照）のゲインを下げる。また、ステップＳ２においてＮｏと判断した場合はステップＳ４に移り、第１ＰＩ制御部５３のゲインを上げる。図１１に、入力電圧Ｖ_ｉの実効値と、ゲイン調整度との関係を示す。このような関係を、フィードバック制御部５は予め記憶しておき、これを用いてゲインを調整する。
その他、参考例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、入力電流Ｉ_ｉが流れすぎる不具合を防止できる。すなわち、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が低下した場合には、平滑コンデンサ３の電圧低下を抑制するため、入力電流Ｉ_ｉを上げようとするフィードバック制御が働きやすくなる。その結果、入力電流Ｉ_ｉが流れすぎ、電力変換装置１を構成する電子部品が破損する等の不具合が生じやすくなる。したがって、上記実効値が低下した時に、入力電流Ｉ_ｉの目標値を低下させるようにフィードバック制御を行えば、入力電流Ｉ_ｉの流れすぎを防止でき、上記不具合を抑制しやすくなる。

本例の実験結果を図１２に示す。この実験では、入力電圧Ｖ_ｉの第１波〜第３波までは実効値を２００Ｖにしてあり、第４波から実効値を１４０Ｖまで低下させている。実効値が低下すると、コンデンサ電圧Ｖ_Ｃが下がり、入力電流Ｉ_ｉが上昇しやすくなる。しかしながら本例では、実効値が低下した時に、入力電流Ｉ_ｉの目標値（第１電流目標値Ｉ_１ ^＊）を低下させるようにフィードバック制御が働くため、入力電流Ｉ_ｉが大きく増加しなくなる。図１２に示すごとく、入力電流Ｉ_ｉは最大値でも２１Ａ程度であり、充分、抑制できている。
その他、参考例１と同様の作用効果を備える。

（比較例）
本例は図１３に示すごとく、比較例として、フィードバック制御部９５の構成を変更した例である。本例のフィードバック制御部９５は、後段部分９６０において、常に一定の目標値Ｐ_ｏ ^＊を発生させ、この目標値Ｐ_ｏ ^＊を使って、出力電流Ｉ_Ｏのフィードバック制御を行っている。すなわち、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が低下した場合でも、出力電力の目標値Ｐ_ｏ ^＊が変化しないようになっている。

そのため、本例では、入力電圧Ｖ_ｉの実効値が低下した場合でも出力電流Ｉ_Ｏが低減しない。したがって、上記実効値が低下した時に、平滑コンデンサ９３に蓄えた電荷Ｑが減少しやすくなり、平滑コンデンサ９３の電圧Ｖ_Ｃが低下しやすくなる。これに伴って、出力電流Ｉ_Ｏが発振しやすくなる。

図１４〜図１７に、本例の実験結果を示す。この実験では図１４に示すごとく、入力電圧Ｖ_ｉの、第１波Ｗ１と第２波Ｗ２における実効値を２００Ｖにしてあり、第３波Ｗ３から実効値を１４０Ｖまで低下させている。本例では、入力電圧Ｖ_ｉが低下しても出力電流が低減しないため、図１７に示すごとく、コンデンサ電圧Ｖｃが徐々に低下していく。そして、平滑コンデンサ９３からＤＣＤＣコンバータ９４に出力電流Ｉ_Ｏを充分に供給できなくなり、図１６に示すごとく、出力電流Ｉ_Ｏが発振し始める。このようになると、バッテリー９１１の充電効率が低下する等の問題が生じやすくなる。

１ 電力変換装置
１０ 交流電源
１１ バッテリー
１２ 入力電圧測定手段
１３ 出力電流測定手段
１４ 出力電圧測定手段
２ ＡＣＤＣコンバータ
３ 平滑コンデンサ
４ ＤＣＤＣコンバータ
５ フィードバック制御部

Claims (4)

1. バッテリー（１１）を充電するための電力変換装置（１）であって、
   交流電源（１０）から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣＤＣコンバータ（２）と、
   該ＡＣＤＣコンバータ（２）によって変換された上記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ（３）と、
   平滑化した上記直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の上記直流電圧を出力電圧として上記バッテリー（１１）に印加し、該バッテリーを充電するＤＣＤＣコンバータ（４）と、
   上記交流電源（１０）の入力電圧を測定する入力電圧測定手段（１２）と、
   上記ＤＣＤＣコンバータ（４）の出力電流を測定する出力電流測定手段（１３）と、
   上記出力電圧を測定する出力電圧測定手段（１４）と、
   上記出力電流と上記出力電圧の積である出力電力が目標値に近づくようにフィードバック制御をするフィードバック制御部（５）とを備え、
   該フィードバック制御部（５）は、上記入力電圧測定手段（１２）によって測定された上記入力電圧の実効値が変動したときに、上記平滑コンデンサ（３）の電圧が一定になるように、上記出力電力の目標値を変更するよう構成されており、
   上記フィードバック制御部（５）は、上記出力電力を上記交流電源の入力電力で割った値である電力効率と、上記出力電力及び上記出力電圧との相関関係を記憶する記憶部を備え、上記フィードバック制御部（５）は、上記相関関係を用いて、上記実効値が変動する前に測定した上記出力電力及び上記出力電圧に対応した上記電力効率を求め、その求めた上記電力効率を使って、上記実効値が変動した後における上記出力電力の目標値を算出することを特徴とする電力変換装置（１）。
2. バッテリー（１１）を充電するための電力変換装置（１）であって、
   交流電源（１０）から入力される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣＤＣコンバータ（２）と、
   該ＡＣＤＣコンバータ（２）によって変換された上記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ（３）と、
   平滑化した上記直流電圧を変圧すると共に、その変圧後の上記直流電圧を出力電圧として上記バッテリー（１１）に印加し、該バッテリーを充電するＤＣＤＣコンバータ（４）と、
   上記交流電源（１０）の入力電圧を測定する入力電圧測定手段（１２）と、
   上記ＤＣＤＣコンバータ（４）の出力電流を測定する出力電流測定手段（１３）と、
   上記出力電圧を測定する出力電圧測定手段（１４）と、
   上記出力電流と上記出力電圧の積である出力電力が目標値に近づくようにフィードバック制御をするフィードバック制御部（５）とを備え、
   該フィードバック制御部（５）は、上記入力電圧測定手段（１２）によって測定された上記入力電圧の実効値が変動したときに、上記平滑コンデンサ（３）の電圧が一定になるように、上記出力電力の目標値を変更するよう構成されており、
   上記平滑コンデンサ（３）の電圧を測定するコンデンサ電圧測定手段と、上記交流電源（１０）から上記ＡＣＤＣコンバータ（２）に送られる入力電流を測定する入力電流測定手段とを備え、上記フィードバック制御部（５）は、測定した上記入力電流及び上記平滑コンデンサの電圧が目標値に近づくようにフィードバック制御を行うよう構成され、
   上記フィードバック制御部（５）は、上記入力電圧の実効値が予め定められた値よりも低下した場合に、上記入力電流の目標値を低下させるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置（１）において、上記フィードバック制御部（５）は、上記入力電圧の瞬時値を該入力電圧の１／４周期以上、測定して上記実効値を算出し、得られた該実効値を用いて上記フィードバック制御を行うよう構成されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
4. 請求項１又は２に記載の電力変換装置（１）において、上記フィードバック制御部（５）は、上記入力電圧の瞬時値を該入力電圧の１／２周期以上、測定して上記実効値を算出し、得られた該実効値を用いて上記フィードバック制御を行うよう構成されていることを特徴とする電力変換装置（１）。

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