JP6154349B2 - Power conversion system - Google Patents
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Description
共通の電気負荷に対して、複数の電力変換部から電力供給を行う電力変換システムに関する。 The present invention relates to a power conversion system that supplies power from a plurality of power conversion units to a common electric load.
電力変換システムの信頼性の向上や供給電流の増大を目的として、複数の電力変換部を共通の電気負荷に対して並列接続し、複数の電力変換部から共通の電気負荷に対して電力供給を行う電力変換システムが知られている。ここで、電力変換部とは、電源装置から供給される電力をAC/DC変換又はDC/AC変換したり、電源装置から供給される電力を昇圧又は降圧したりするものである。 In order to improve the reliability of the power conversion system and increase the supply current, multiple power converters are connected in parallel to a common electrical load, and power is supplied from the multiple power converters to the common electrical load. Power conversion systems to perform are known. Here, the power conversion unit performs AC / DC conversion or DC / AC conversion on the power supplied from the power supply device, and boosts or steps down the power supplied from the power supply device.
各電力変換部の電力変換効率の向上や、各電力変換部を構成する素子に対する負担の均等化を目的として、各電力変換部から出力される出力電流を均等化する技術が知られている(例えば、特許文献1)。 A technique for equalizing the output current output from each power conversion unit is known for the purpose of improving the power conversion efficiency of each power conversion unit and equalizing the burden on the elements constituting each power conversion unit ( For example, Patent Document 1).
上記の技術は、電気負荷に対して供給されている負荷電流を検出し、その負荷電流を各電力変換部に対して出力電流の指令値として配分するものである。ここで、負荷電流を検出する際、負荷電流を検出する電流センサと電力変換部の制御部との間でAD変換を行う必要がある。また、ノイズ対策として、電流センサと制御部との間にローパスフィルタを設けることが望ましい。 In the above technique, a load current supplied to an electric load is detected, and the load current is distributed to each power conversion unit as a command value of an output current. Here, when detecting the load current, it is necessary to perform AD conversion between the current sensor that detects the load current and the control unit of the power conversion unit. Further, as a noise countermeasure, it is desirable to provide a low pass filter between the current sensor and the control unit.
各電力変換部の出力電流は、電気負荷における消費電力の変動や電源装置から電力変換部に入力される入力電流の変動に伴って変化する。上記AD変換やローパスフィルタによって生じる遅延によって、出力電流の変化に速やかに追従できないという問題が起こりうる。 The output current of each power conversion unit varies with variations in power consumption in the electrical load and variations in input current input from the power supply device to the power conversion unit. Due to the delay caused by the AD conversion and the low-pass filter, there may be a problem that the change in the output current cannot be quickly followed.
本発明は、上記の課題を解決するために為されたものであり、複数の電力変換部から共通の電気負荷に対して電力供給を行う電力変換システムにおいて、各電力変換部の出力を安定化させた上で出力電流の配分を行うことが可能な電力変換システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and stabilizes the output of each power conversion unit in a power conversion system that supplies power to a common electrical load from a plurality of power conversion units. It is an object of the present invention to provide a power conversion system capable of distributing output current after having been made.
本発明は、共通の電気負荷(60)に対して互いに並列接続される複数の電力変換部(10a,10b,10c,10d)を備え、前記電力変換部の出力電圧の目標値である目標電圧が、前記電気負荷の動作電圧に設定される電力変換システムであって、前記各電力変換部は、開状態と閉状態とが切り替わることで、前記出力電圧を制御するための電圧制御電流を調整するスイッチ素子(Q1〜Q4,15c)と、前記目標電圧と、電圧検出手段(S1)による前記出力電圧の検出値との電圧偏差に基づいて、前記電圧制御電流の目標値である目標電流を算出する目標電流算出手段(26,27)と、前記目標電流に基づいて前記スイッチ素子の制御を行うことで、前記出力電圧を前記目標電圧に調整するスイッチ制御手段(22)と、を備え、前記電力変換部ごとの前記目標電流を取得し、その目標電流の合計を各電力変換部に配分して配分電流を算出する配分電流算出手段(24)と、前記電力変換部ごとの前記目標電流及び前記配分電流を取得し、前記配分電流と前記目標電流との電流偏差に基づいて、前記目標電流が前記配分電流に近づくように前記目標電圧及び前記出力電圧の検出値の少なくとも一方を補正する補正手段(23,25)とを備えることを特徴とする。 The present invention includes a plurality of power conversion units (10a, 10b, 10c, 10d) connected in parallel to a common electrical load (60), and a target voltage that is a target value of an output voltage of the power conversion unit Is a power conversion system set to the operating voltage of the electric load, wherein each power conversion unit adjusts a voltage control current for controlling the output voltage by switching between an open state and a closed state Based on the voltage deviation between the switching elements (Q1 to Q4, 15c), the target voltage, and the detected value of the output voltage by the voltage detecting means (S1), the target current which is the target value of the voltage control current is determined. Target current calculating means (26, 27) for calculating, and switch control means (22) for adjusting the output voltage to the target voltage by controlling the switch element based on the target current. , A distribution current calculation means (24) for acquiring the target current for each power conversion unit, distributing the total of the target currents to each power conversion unit and calculating a distribution current, and the target for each power conversion unit Obtaining the current and the distributed current, and correcting at least one of the detected value of the target voltage and the output voltage based on the current deviation between the distributed current and the target current so that the target current approaches the distributed current And correcting means (23, 25).
本発明における電力変換部は、目標電圧と出力電圧の検出値との電圧偏差に基づいて目標電流を算出し、電圧制御電流(例えば、スイッチ素子に流れるスイッチ電流)が目標電流となるようにスイッチ素子の制御を行う電流モード制御型の電力変換部である。 The power conversion unit according to the present invention calculates a target current based on a voltage deviation between the target voltage and the detected value of the output voltage, and switches the voltage control current (for example, the switch current flowing through the switch element) to be the target current. This is a current mode control type power converter that controls the element.
電力変換部を並列に接続する構成において、各電力変換部の出力電圧が目標電圧となるようにスイッチ制御を行うと、全ての電力変換部の出力電圧は目標電圧で等しくなり、各電力変換部から出力される出力電流は等しくなるはずである。しかしながら、各電力変換部の出力電圧の検出における検出精度のばらつきや、各電力変換部と電気負荷との間の配線抵抗のばらつきによって、各電力変換部の出力電圧の検出値に相違が生じるおそれがある。このように各電力変換部の出力電圧の検出値に相違が生じている状況化では、各電力変換部から出力される出力電流に差異が生じるおそれがある。 In the configuration in which the power conversion units are connected in parallel, when the switch control is performed so that the output voltage of each power conversion unit becomes the target voltage, the output voltage of all the power conversion units becomes equal to the target voltage, and each power conversion unit The output currents output from should be equal. However, the detection value of the output voltage of each power conversion unit may vary due to variations in detection accuracy in detection of the output voltage of each power conversion unit and variations in wiring resistance between each power conversion unit and the electric load. There is. As described above, in a situation where a difference occurs in the detected value of the output voltage of each power conversion unit, there is a possibility that a difference occurs in the output current output from each power conversion unit.
そこで、本発明の電力変換システムでは、各電力変換部の目標電流の合計値を各電力変換部に配分電流として配分する。その配分電流と目標電流との電流偏差に基づいて目標電圧又は出力電圧の検出値を補正することで、各電力変換部の目標電流が配分電流に近づいていき、結果として出力電圧の検出値の相違分を解消できる。このように、各電力変換部の電圧制御電流を好適に配分することで、電力変換部を構成する素子の負担を均等化させることや、各電力変換部の電力変換効率を向上させることが可能になる。 Therefore, in the power conversion system of the present invention, the total value of the target current of each power conversion unit is distributed to each power conversion unit as a distribution current. By correcting the detection value of the target voltage or output voltage based on the current deviation between the distribution current and the target current, the target current of each power converter approaches the distribution current, and as a result, the detection value of the output voltage Differences can be resolved. As described above, by appropriately allocating the voltage control current of each power conversion unit, it is possible to equalize the burden on the elements constituting the power conversion unit and improve the power conversion efficiency of each power conversion unit. become.
ここで、各電力変換部から実際に出力される出力電流は、電気負荷の動作状態の変化や、電気負荷及び電力変換部自身が備える誘導成分によって一時的な変動が大きい。つまり、電力変換部の出力電流の検出値に基づいて配分電流を算出する方法では、この出力電流の一時的な変動に起因して、各電力変換部の出力が不安定になるおそれがある。本発明における配分電流は、目標電圧と出力電圧の検出値との偏差から算出された算出値である目標電流の合計値に基づいて算出されるものである。各電力変換部の出力電圧は出力電流に比べて変動が小さいため、各電力変換部の出力を安定化させた上で、出力電流の配分を行うことが可能となる。 Here, the output current actually output from each power conversion unit has a large temporary fluctuation due to a change in the operating state of the electric load and an inductive component included in the electric load and the power conversion unit itself. That is, in the method of calculating the distribution current based on the detected value of the output current of the power conversion unit, the output of each power conversion unit may become unstable due to the temporary fluctuation of the output current. The distribution current in the present invention is calculated based on the total value of the target current, which is a calculated value calculated from the deviation between the target voltage and the detected value of the output voltage. Since the output voltage of each power converter varies less than the output current, it is possible to distribute the output current after stabilizing the output of each power converter.
(第1実施形態)
図1に本実施形態の電力変換システムを示す。本電力変換システムは、第1電力変換部10a及び第2電力変換部10bが共通の電気負荷60に対して並列接続されて構成されている。電力変換部10a,10bは共通の直流電源である二次電池50に並列接続されており、その二次電池50から直流電力を供給される。電気負荷60は電力変換部10a,10bによって所定の電圧に昇圧又は降圧された直流電力が供給されて駆動する。なお、本実施形態の電力変換システムは、説明の便宜のために、2つの電力変換部10a,10bが並列接続されて構成されているが、3以上の電力変換部が並列接続されて構成されるものであってもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a power conversion system according to this embodiment. The present power conversion system is configured by connecting a first power conversion unit 10 a and a second
電力変換部10a,10bは、共にフルブリッジ型のDC/DCコンバータである。第1電力変換部10aは第1制御部20aによって、第2電力変換部10bは第2制御部20bによってそれぞれ制御される。以下、第1電力変換部10aの説明を行う。なお、電力変換部10a,10bは構成が同一であるため、第2電力変換部10bの説明は省略する。
The
第1電力変換部10aの交流変換回路12は、入力側平滑コンデンサ11を介して二次電池50に接続されている。交流変換回路12は、フルブリッジ型であり、4つの半導体スイッチQ1〜Q4から構成されている。半導体スイッチQ1〜Q4はMOS−FETによって構成されている。交流変換回路12は、二次電池50から供給される直流電力を所定の周波数の交流に変換する。なお、入力側平滑コンデンサ11は、主として交流変換回路12のスイッチ動作に伴うノイズが二次電池50側へと流れ込むことを抑制する。
The
交流変換回路12は、トランス13の1次側コイルに接続されている。トランス13は、1次側コイルに交流変換回路12から入力される電力を昇圧又は降圧し、二次側コイルから出力する。トランス13の二次側コイルは全波整流回路14に入力される。全波整流回路14は、フルブリッジ型であり、4つのダイオードD1〜D4から構成されている。全波整流回路14は、トランス13から入力される交流電力を直流電力に変換してリアクトル15に出力する。リアクトル15は供給される直流電力を蓄積し、出力電圧を平滑化する出力側平滑コンデンサ16を介して電気負荷60に直流電力を出力する。
The
出力側平滑コンデンサ16の端子間に出力電圧センサS1が設けられている。入力側平滑コンデンサ11と交流変換回路12とを接続する経路上に電流センサS2が設けられている。制御部20a,20bは、出力電圧センサS1の検出値を電力変換部10a,10bから電気負荷60への出力電圧Voutとして、電流センサS2の検出値を交流変換回路12の半導体スイッチQ1〜Q4に流れる電流であるスイッチ電流Imosとしてそれぞれ取得する。制御部20a,20bはこれら取得した検出値Vout,Imosに基づいて、電力変換部10aに対してピーク電流モード制御を行う。以下、本実施形態における制御部20a,20bによる制御について説明する。
An output voltage sensor S <b> 1 is provided between the terminals of the output
図2に制御部20a,20bの機能ブロック図を示す。制御部20a,20bは、出力電圧Voutが目標電圧Vrefに等しい電圧値で一定となるように一定電圧制御を行う電圧制御手段21を備える。また、電圧制御手段21は、ピーク電流モード制御を行うピーク電流制御手段22を備える。
FIG. 2 shows a functional block diagram of the
更に、制御部20a,20bは、電力変換部10a,10bの各出力電流が所定の比率となるような制御を行うバランス制御手段23を備える。本実施形態のバランス制御手段23は、電力変換部10a,10bの各出力電流が互いに等しくなるように制御を行う。
Furthermore, the
電圧制御手段21には、所定の目標電圧Vrefが入力される。目標電圧Vrefは、電力変換部10a,10bから電気負荷60の動作に適した出力電圧(電気負荷60の動作電圧)が出力されるように定められている。第1加算手段25において、目標電圧Vrefに対して、バランス制御手段23から入力される電圧調整値ΔVrefを加算して補正することで、電力変換部10a,10bの出力電流のバランス調整を行う。このバランス調整の詳細については後述する。
A predetermined target voltage Vref is input to the voltage control means 21. The target voltage Vref is determined such that an output voltage suitable for the operation of the electric load 60 (the operating voltage of the electric load 60) is output from the
偏差算出手段26において、第1加算手段25の出力である補正後の目標電圧(Vref+ΔVref)と、出力電圧Voutとの偏差を算出する。偏差算出手段26により算出された偏差は、PI制御手段27に入力される。PI制御手段27は、偏差を減らすべく、偏差に比例する値と偏差の時間積分値に比例する値との和を、スイッチ電流Imosの目標値である目標電流Irefとして、ピーク電流制御手段22に出力する。ここで、PI制御手段27の出力である目標電流Irefは、電流制限手段28により、所定の上限値及び所定の下限値の範囲内となるように制限された上で、ピーク電流制御手段22に対して出力される。ここで、電流制限手段28による目標電流Irefの制限は、スイッチQ1〜Q4における過電流の抑制を主たる目的とする。
In the deviation calculation means 26, the deviation between the corrected target voltage (Vref + ΔVref), which is the output of the first addition means 25, and the output voltage Vout is calculated. The deviation calculated by the
ピーク電流制御手段22のDA変換器29は、入力される目標電流Irefを、デジタル値からアナログ値に変換する。そして、そのアナログ値に変換された目標電流Irefが、コンパレータ30の−端子に対して入力される。また、ピーク電流制御手段22の第2加算手段31には、スイッチ電流Imosとスロープ補償信号とが入力される。そして、スイッチ電流Imosとスロープ補償信号との和(補償後スイッチ電流)が第2加算手段31からコンパレータ30の+端子に入力される。なお、スロープ補償信号は、リアクトル15に流れる電流の変動に伴う発振を抑制するものである。
The
コンパレータ30は、目標電流Irefと補償後スイッチ電流との比較を行い、補償後スイッチ電流が目標電流Irefより小さい期間において、ハイ状態の信号をRSフリップフロップ32のR端子に入力する。また、RSフリップフロップ32のS端子には、クロック信号が入力される。RSフリップフロップ32の出力は、デューティ制限手段33によってデューティの上限値を設定された上で、半導体スイッチQ1〜Q4を駆動するゲート回路に出力される。
The
半導体スイッチQ1,Q4又は半導体スイッチQ2,Q3がオン状態とされている間、リアクトル15に流れるリアクトル電流の増加に伴い、スイッチ電流Imosは増加する。そして、スイッチ電流Imosと目標電流Irefとが等しくなるとコンパレータ30の出力がハイ状態からロー状態となり、半導体スイッチQ1,Q4又は半導体スイッチQ2,Q3がオフ状態にされる。半導体スイッチQ1,Q4又は半導体スイッチQ2,Q3がオフ状態とされている期間、リアクトル電流が減少していく。そして、RSフリップフロップ32に対してクロックが入力されるタイミングで半導体スイッチQ1,Q4又は半導体スイッチQ2,Q3は再びオン状態にされ、再びリアクトル電流及びスイッチ電流Imosが増加していく。
While the semiconductor switches Q1 and Q4 or the semiconductor switches Q2 and Q3 are in the on state, the switch current Imos increases as the reactor current flowing through the
ここで、例えば、目標電圧Vrefが400Vとされている場合に、出力電圧Vout1が398Vとして検出され、出力電圧Vout2が402Vとして検出されたとする。ここで、第1電力変換部10aの出力電圧Vout1と第2電力変換部10bの出力電圧Vout2との差は、それぞれの出力電圧センサS1の検出誤差、及び、電気負荷60と電力変換部10a,10bとの間の配線抵抗などに起因する。
Here, for example, when the target voltage Vref is 400V, the output voltage Vout1 is detected as 398V, and the output voltage Vout2 is detected as 402V. Here, the difference between the output voltage Vout1 of the first power converter 10a and the output voltage Vout2 of the
この場合、第1制御部20aにおいては、偏差ΔV1=Vout1−Vref=−2Vを解消するべく、目標電流Iref1を増加させる。その結果、第1制御部20aのデューティが増加する。また、第2制御部20bにおいては、偏差ΔV2=Vout2−Vref=+2Vを解消するべく、目標電流Iref2を減少させる。その結果、第2制御部20bのデューティが減少する。
In this case, in the first control unit 20a, the target current Iref1 is increased in order to eliminate the deviation ΔV1 = Vout1−Vref = −2V. As a result, the duty of the first control unit 20a increases. In the
このように両制御部20a,20bにおいてデューティを変化させたとしても、両電力変換部10a,10bの出力側が並列接続されているため、両出力電圧Vout1,Vout2は殆ど変化しない。つまり、偏差ΔV1,ΔV2は解消されないままであり、第1制御部20aはデューティを増加させ続け、第2制御部20bはデューティを減少させ続ける。その結果、第1制御部20aのみが電流出力を行う状態となる。
Thus, even if the duty is changed in both
このような出力電流の偏りを防止するべく、バランス制御手段23が各制御部20a,20bに設けられている。バランス制御手段23は、両制御部20a,20bの出力電流に偏差がある場合に、その偏差を解消するべく動作する。
In order to prevent such a bias in output current, balance control means 23 is provided in each of the
バランス制御手段23には、目標電流Irefと、各制御部20a,20bの目標電流Irefの平均値である平均電流Iref_aveとが入力される。配分電流算出手段24は、各電力変換部10a,10bごとの目標電流Irefを各制御部20a,20bから取得し、その目標電流Irefの合計を各電力変換部10a,10bに配分して配分電流を算出する。本実施形態における配分電流算出手段24は、配分電流として各目標電流Irefの平均値である平均電流Iref_aveを算出し、その平均電流Iref_aveを各バランス制御手段23に対して出力する。配分電流算出手段24は、制御部20a,20bのいずれかに設けられていればよく、例えば、制御部20aに設けられている。なお、配分電流算出手段24は、制御部20a,20bの外部に別体として設けられていてもよい。
The balance control means 23 receives a target current Iref and an average current Iref_ave that is an average value of the target currents Iref of the
バランス制御手段23の第2偏差算出手段34は、平均電流Iref_aveと、各制御部20a,20bの目標電流Irefとの偏差を算出する。そして、その偏差がPI制御手段35に入力される。PI制御手段35の出力は、各制御部20a,20bにおける目標電流Irefと平均電流Iref_aveとの偏差を減らすべく、第1加算手段25に対して入力される。ここで、PI制御手段35の出力は、電圧制限手段36により、所定の上限値及び所定の下限値の範囲内(例えば、−5V〜+5V)となるように制限された上で、第1加算手段25に対して入力される。ここで、電圧制限手段36による制限は、各電力変換部10a,10bの出力電圧Voutにおける変動を目標電圧Vrefを基準として所定の範囲内にすることを主たる目的とする。
The second deviation calculating means 34 of the balance control means 23 calculates the deviation between the average current Iref_ave and the target current Iref of each
例えば、上記のように、目標電圧Vrefが400Vとされている場合に、第1電力変換部10aの出力電圧Vout1が398Vとして検出され、第2電力変換部10bの出力電圧Vout2が402Vとして検出されたとする。この場合、出力電圧Vout1,Vout2のフィードバック制御により、第1電力変換部10aの目標電流Iref1が増加し、また、第2電力変換部10bの目標電流Iref2が減少していく。そして、目標電流Iref1が目標電流Iref2より大きくなることに伴い、各電力変換部10a,10bの出力電流に偏りが生じることになることが懸念される。
For example, as described above, when the target voltage Vref is 400V, the output voltage Vout1 of the first power conversion unit 10a is detected as 398V, and the output voltage Vout2 of the second
上述の出力電流の偏りを解消するべく、第1制御部20aのバランス制御手段23では、負の値となるΔVrefが出力される。つまり、第1制御部20aの第1加算手段25の出力(バランス調整後の目標電圧)は、バランス調整によって減少し、正の値である偏差ΔV1は小さくなり0に近づく。また、第2制御部20bのバランス制御手段23では、正の値となるΔVrefが出力される。つまり、第2制御部20bの第1加算手段25の出力(バランス調整後の目標電圧)は、バランス調整によって増加し、負の値である偏差ΔV2は大きくなり0に近づく。
In order to eliminate the bias of the output current described above, the balance control means 23 of the first control unit 20a outputs ΔVref that is a negative value. That is, the output (target voltage after balance adjustment) of the first addition means 25 of the first control unit 20a is reduced by balance adjustment, and the positive value deviation ΔV1 becomes smaller and approaches zero. Further, the balance control means 23 of the
このように、補正手段としてのバランス制御手段23及び第1加算手段25の動作によって、偏差ΔV1及び偏差ΔV2はそれぞれ0に近づくため、目標電流Iref1と目標電流Iref2とは等しい値(平均電流Iref_ave)になる。その結果、第1電力変換部10aのスイッチ電流Imos及び第2電力変換部10bのスイッチ電流Imosのそれぞれのピーク電流は等しくなるように制御され、第1電力変換部10aの出力電流と第2電力変換部10bの出力電流とは等しくなる。
As described above, since the deviation ΔV1 and the deviation ΔV2 approach 0 by the operations of the
以下、本実施形態の効果を述べる。 The effects of this embodiment will be described below.
本実施形態における電力変換システムでは、各電力変換部10a,10bの目標電流Irefの平均値を各電力変換部10a,10bに平均電流Iref_aveとして配分する。その平均電流Iref_aveと目標電流Irefとの電流偏差に基づいて目標電圧Vrefを補正することで、各電力変換部10a,10bの目標電流Irefが平均電流Iref_aveに近づいていき、各電力変換部10a,10bのスイッチ電流Imosが平均電流Iref_aveとなる。その結果、各電力変換部10a,10bの出力電流が等しくなる。このように、各電力変換部10a,10bに流れる電流を好適に配分することで、電力変換部10a,10bを構成する素子の負担を均等化させることや、各電力変換部10a,10bの電力変換効率を向上させることが可能になる。
In the power conversion system in the present embodiment, the average value of the target currents Iref of the
ここで、各電力変換部10a,10bから実際に出力される出力電流は、電気負荷60の動作状態の変化や、電気負荷60の誘導成分及び電力変換部10a,10b自身が備える誘導成分(リアクトル15)によって大きな一時的変動が生じる。つまり、電力変換部10a,10bの出力電流の検出値や電気負荷60に流れる負荷電流の検出値に基づいて平均電流を算出する方法では、この出力電流の一時的な変動に起因して、各電力変換部10a,10bの出力が不安定になるおそれがある。本実施形態における平均電流Iref_aveは、目標電圧Vrefと出力電圧の検出値Voutとの偏差から算出された算出値である目標電流Irefの平均値として算出される。各電力変換部10a,10bの出力電圧は出力電流に比べて変動が小さいため、各電力変換部10a,10bの出力を安定化させた上で、出力電流の配分を行うことが可能となる。
Here, the output current actually output from each of the
また、電力変換部10a,10bは、出力電流の変動に対し応答性の高いピーク電流モード制御を行うものである。そして、ピーク電流モード制御を行う電力変換部10a,10bのそれぞれの目標電流Iref、及び、目標電流Irefの平均値である平均電流Iref_aveに基づいて、目標電圧Vrefを補正値を算出する構成とした。これにより、出力電流の変動に対して応答性の高い出力電流の配分を行うことが可能になる。
The
また、各電力変換部10a,10bの制御部20a,20bごとにバランス制御手段23を設ける構成にした。そして、各バランス制御手段23において、各電力変換部10a,10bの目標電流Irefと平均電流Iref_aveとの偏差を算出し、その偏差が解消されるように、目標電圧Vrefを補正する。このような構成にすることで、各電力変換部10a,10bのスイッチ電流Imosを好適に平均電流Iref_aveとなるように制御することが可能になる。
Moreover, it was set as the structure which provides the balance control means 23 for every
(第2実施形態)
上記実施形態では、各バランス制御手段23がそれぞれ平均電流Iref_aveと目標電流Irefとの偏差ΔIrefを算出し、その偏差ΔIrefに基づいて、それぞれ目標電圧Vrefの補正値を算出する構成にした。
(Second Embodiment)
In the above embodiment, each
図3に示す第2実施形態では、2つのバランス制御手段23a,23bのうち第1制御部20aが備えるバランス制御手段23aにおいて、偏差ΔIrefを算出し、その偏差ΔIrefに基づいて第1電力変換部10aの目標電圧Vref1の補正値を算出する。そして、第2制御部20bが備えるバランス制御手段23bにおいて、バランス制御手段23aが算出した第1電力変換部10aの目標電圧Vref1の補正値を取得するとともに、積算手段37により、その正負を反転させる。そして、正負を反転させた値を第2電力変換部10bの目標電圧Vref2の補正値として用いる。
In the second embodiment shown in FIG. 3, the balance control means 23a included in the first control section 20a of the two balance control means 23a and 23b calculates the deviation ΔIref, and the first power conversion section based on the deviation ΔIref. A correction value of the target voltage Vref1 of 10a is calculated. Then, in the
各電力変換部10a,10bの目標電流Irefが変動する場合に、平均電流Iref_aveの算出に用いられた目標電流Irefと、現在のIrefとが大きく異なる場合がある。このような場合に、一方の目標電流Irefのみに基づいて、ΔVrefを算出することで、目標電流Irefが変動することを抑制することが可能となる。
When the target current Iref of each of the
また、第1電力変換部10a及び第2電力変換部10bの目標電圧の補正値の平均値が0となるため、電力変換システムとしての出力電圧が補正前の目標電圧とほぼ等しくなる。このため、バランス制御が電力変換システムとしての出力電圧に干渉せず、電力変換システムの出力電圧が安定することが可能となる。
Moreover, since the average value of the correction value of the target voltage of the 1st power converter 10a and the
また、バランス制御手段23aは、平均電流Iref_aveが所定の閾値Ibより小さい場合に、第1制御部20aの第1加算手段25に対して所定の正の値(例えば、+5V)を出力する。これにより、第1電力変換部10aから出力される電流は徐々に増加していく。また、バランス制御手段23aは、バランス制御手段23bに対して所定の正の値(例えば、+5V)を出力する。バランス制御手段23bに対して所定の正の値が入力されることで、バランス制御手段23bから第2制御部20bの第1加算手段25に対して出力される値が所定の負の値(例えば、−5V)となる。つまり、第2電力変換部10bの目標電圧Vref2に、所定の負の値が加算されることとなる。これにより、第2電力変換部10bから出力される電流は徐々に減少して0Aとなる。ここで、所定の閾値Ibは、電力変換部10aのみが電流出力を行った場合に、電力変換効率が向上するような値に設定されている。このように配分電流が所定の閾値Ibより小さい場合に、一方の電力変換部(第1電力変換部10a)のみから出力電流が出力されることになり、より電力変換効率を向上させることが可能になる。さらに、平均電流Iref_aveが所定の閾値Ib以上となった場合に、速やかに2つの電力変換部10a,10bから電流出力を行うことが可能になる。
Further, the
(第3実施形態)
図4に示す第3実施形態は、2つの制御部20a,20bにおいて、制御部20aのみがバランス制御手段23を備える構成である。本実施形態における電力変換システムにおいても、各電力変換部10a,10bにおける出力電流の偏りを調整することができる。
(Third embodiment)
In the third embodiment shown in FIG. 4, in the two
(第4実施形態)
第4実施形態の配分電流算出手段は、目標電流Irefの合計値と所定の閾値Iaを比較し、Irefの合計値が所定の閾値Iaより小さい場合に、一方の電力変換部10aが電流を出力し、他方の電力変換部10bが電流を出力しないような制御を行う。具体的には、一方のバランス制御手段23aに対しIrefの合計値を出力し、他方のバランス制御手段23bに対し0を出力する。ここで、所定の閾値Iaは、1台の電力変換部10aのみが電流出力を行った場合に、電力変換効率が向上するような値に設定されている。このように出力電流の配分を行うことで、より電力変換効率を向上させることが可能になる。さらに、目標電流Irefの合計値が所定の閾値Ia以上となった場合に、速やかに2つの電力変換部10a,10bから電流出力を行うことが可能になる。
(Fourth embodiment)
The distributed current calculation means of the fourth embodiment compares the total value of the target current Iref and a predetermined threshold value Ia, and when the total value of Iref is smaller than the predetermined threshold value Ia, one power conversion unit 10a outputs a current. Then, control is performed so that the
同様にn台(nは3以上の自然数)の電力変換部を備える電力変換システムにおいては、Irefの合計値と所定の閾値Ia_mを比較し、Irefの合計値が所定の閾値Ia_mより小さい場合に、m台の電力変換部のみが電流出力を行うように出力電流の配分を行うようにするとよい。ここで、mは1≦m≦n−1となる自然数であり、閾値Ia_mは、Ia_m=Ia×mである。 Similarly, in a power conversion system including n power converters (n is a natural number of 3 or more), the total value of Iref is compared with a predetermined threshold value Ia_m, and the total value of Iref is smaller than the predetermined threshold value Ia_m. The output current may be distributed so that only the m power conversion units perform current output. Here, m is a natural number satisfying 1 ≦ m ≦ n−1, and the threshold value Ia_m is Ia_m = Ia × m.
(第5実施形態)
上記実施形態は、DC/DCコンバータとしての電力変換部を備える電力変換システムに適用されるものであったが、これを変更し、AC/DCコンバータとしての電力変換部を備える電力変換システムに適用されるものであってもよい。
(Fifth embodiment)
Although the said embodiment was applied to a power conversion system provided with the power converter as a DC / DC converter, it changed this and applied to a power conversion system provided with the power converter as an AC / DC converter. It may be done.
図5に示す本実施形態の電力変換システムでは、第1電力変換部10c及び第2電力変換部10dが共通の電気負荷61に対して並列接続されて構成されている。電力変換部10c,10dは共通の交流電源51に対して並列接続されており、その交流電源51から交流電力を供給される。電気負荷61は電力変換部10c,10dによって直流に変換され、所定の電圧に昇圧又は降圧された直流電流が供給されて駆動する。
In the power conversion system of this embodiment shown in FIG. 5, the first
電力変換部10c,10dは共にPFC回路付きのAC/DCコンバータである。以下、第1電力変換部10cの説明を行う。なお、電力変換部10c,10dは構成が同一であるため、第2電力変換部10dの説明は省略する。
The
第1電力変換部10cの整流回路12cは、ローパスフィルタ11cを介して交流電源51に接続されている。整流回路12cは、フルブリッジ型であり、4つのダイオードから構成されている。整流回路12cは、交流電源51から供給される交流電力を全波整流することで直流電力に変換する。
The rectifier circuit 12c of the first
整流回路12cは、昇圧チョッパ型のPFC回路13c(Power Factor Correction)に接続されている。PFC回路13cはリアクトル14cと半導体スイッチ15cとダイオード16cと出力側平滑コンデンサ17cとから構成されている。PFC回路13cは、交流電源51から入力される電圧及び電流の位相と周波数とを調整することで力率を改善し、交流電源51から効率よく電力を取り出すことを可能にする。また、PFC回路13cの動作により、交流電源51に対するノイズの混入が抑制される。PFC回路13cは、出力側平滑コンデンサ17cを介して電気負荷61に対して直流電力を出力する。
The rectifier circuit 12c is connected to a step-up chopper
また、ローパスフィルタ11cを構成するコンデンサの端子間に入力電圧センサS3cが設けられている。出力側平滑コンデンサ17cの端子間に出力電圧センサS1cが設けられている。半導体スイッチ15cのドレイン側にスイッチ電流センサS2cが設けられている。
Further, an input voltage sensor S3c is provided between the terminals of the capacitors constituting the low-
制御部20c,20dは、入力電圧センサS3cの検出値を交流電源51から電力変換部10c,10dへの入力電圧Vinとして、出力電圧センサS1cの検出値を電力変換部10c,10dから電気負荷61への出力電圧Voutとして、スイッチ電流センサS2cの検出値をPFC回路のスイッチに流れる電流であるスイッチ電流Imosとしてそれぞれ取得する。制御部20c,20dはこれら取得した検出値に基づいて、PFC回路13cに対してピーク電流モード制御型のPFC制御を行う。以下、本実施形態における制御部20c,20dによる制御について説明する。
The
図6に本実施形態の機能ブロック図を示す。なお、第1実施形態における制御部20a,20bと同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態における制御部20c,20dは、電圧周波数取得手段38と電圧位相取得手段39と全波整流波形生成手段40と積算手段41を備える。
FIG. 6 shows a functional block diagram of the present embodiment. In addition, about the structure same as
電圧周波数取得手段38は、入力電圧センサの検出値に基づいて、入力電圧Vinの周波数を取得する。また、電圧位相取得手段39は、入力電圧センサS3cの検出値に基づいて、入力電圧Vinの位相を取得する。全波整流波形生成手段40は、電圧周波数取得手段38及び電圧位相取得手段39及びによって取得された入力電圧Vinの位相及び周波数に基づいて、入力電圧Vinと同位相及び同周波数の正弦波の全波整流波形を生成する。この全波整流波形の値と、電流制限手段28によって制限されたPI制御手段27の出力とが積算手段41によって積算される。そして、その積算値がピーク電流制御手段22に出力される。
The voltage
電力変換部10c,10dの出力電流は、全波整流波形となる。仮に、この出力電流を検出し、その合計値を各電力変換部10c,10dに配分すると、各出力電流の位相のずれに起因して、各電力変換部10c,10dに配分される電流に偏りが生じると考えられる。本実施形態における電力変換部10c,10dでは、スイッチ電流Imos即ち出力電流のピーク値となる目標電流Irefの合計値が各電力変換部10c,10dに配分される。このため、各電力変換部10c,10dの出力する電流に位相のずれが生じていた場合であっても、好適に電流を配分することが可能になる。
The output currents of the
(他の実施形態)
・ピーク電流モード制御を行う制御部において、各電力変換部のスイッチ電流Imosが目標電流Irefに達した時に、その時のスイッチ電流Imosの検出値(ピーク値)を記憶する記憶手段を備える構成とする。そして、上記配分電流算出手段24及びバランス制御手段23の第2偏差算出手段34は、各電力変換部の現在の目標電流Irefに代えて、記憶手段に記憶されたスイッチ電流Imosの前回のピーク値を取得する構成とする。ここで、スイッチ電流Imosの前回のピーク値は、過去の目標電流Irefに相当する。現在の目標電流Irefに代えて、スイッチ電流Imosの前回のピーク値を用いることで、各電力変換部の目標電流の時間的変動によって生じる悪影響を抑制することができる。
(Other embodiments)
The control unit that performs peak current mode control includes a storage unit that stores a detection value (peak value) of the switch current Imos at that time when the switch current Imos of each power conversion unit reaches the target current Iref. . Then, the distribution
・配分電流算出手段24は、各電力変換部に対して異なる比率で配分電流を配分するものであってもよい。電力変換部の出力電流特性が異なり、一方の電力変換部が他方の電力変換部に比べて大きな電流を出力するのに適しているような場合に、電力システム全体の電力変換効率を向上させることができる。
The distribution
・上記実施形態では、電力変換部が接続される電力源が同一のものであったが、これを変更し、異なる電力源から電力を供給されるようなものであってもよい。 In the above embodiment, the power source to which the power conversion unit is connected is the same, but this may be changed and power may be supplied from a different power source.
・PI制御を行うPI制御手段27及びPI制御手段35に代えて、ヒステリシス制御を行うヒステリシス制御手段を設けてもよい。 -Hysteresis control means for performing hysteresis control may be provided instead of the PI control means 27 and PI control means 35 for performing PI control.
・上記バランス制御手段23及び第1加算手段による目標電圧の補正は、ピーク電流モード制御を行う電力変換部10a〜10dに代えて、平均電流モード制御を行う電力変換部に適用されるものであってもよい。
The correction of the target voltage by the
・第2実施形態に記載の構成のうち、平均電流Iref_aveが所定の閾値Ibより小さい場合に、一方の電力変換部10aの目標電圧に対して所定の正の補正値を加算し、他方の電力変換部10bの目標電圧に対して所定の負の補正値を加算する構成は、他の実施形態に適用されてもよい。目標電圧に対して所定の正の補正値を加算することで、その電力変換部の出力電流を大きくすることができ、また、目標電圧に対して所定の負の補正値を加算することで、その電力変換部の出力電流を小さくすることができる。なお、複数の電力変換部において、それぞれの目標電圧に対して所定の補正値を加算する必要はなく、少なくとも一つの電力変換部の目標電圧に対して所定の補正値を加算する構成とすればよい。また、目標電圧に所定の補正値を加算する構成に代えて、出力電圧の検出値に所定の補正値を加算する構成としてもよい。
In the configuration described in the second embodiment, when the average current Iref_ave is smaller than the predetermined threshold value Ib, a predetermined positive correction value is added to the target voltage of one power conversion unit 10a, and the other power The configuration in which a predetermined negative correction value is added to the target voltage of the
・上記実施形態では、第1加算手段25は、目標電圧Vrefを補正するものであったが、これを変更し、出力電圧の検出値Voutを補正するものであってもよい。このような構成では、目標電流Irefが平均電流Iref_aveより大きい場合に、出力電圧の検出値Voutが大きくなるように、目標電流Irefが平均電流Iref_aveより小さい場合に、出力電圧の検出値Voutが小さくなるように補正を行えばよい。 In the above embodiment, the first addition means 25 corrects the target voltage Vref. However, it may be modified to correct the output voltage detection value Vout. In such a configuration, when the target current Iref is smaller than the average current Iref_ave, the detected value Vout of the output voltage is small so that the detected value Vout of the output voltage becomes large when the target current Iref is larger than the average current Iref_ave. Correction may be performed so that
・電力変換部10a,10bとして絶縁型DC/DCコンバータを用いたが、これを変更し、チョッパ回路のような非絶縁型DC/DCコンバータを用いてもよい。
-Although the insulation type DC / DC converter was used as the
10a…第1電力変換部、10b…第2電力変換部、22…ピーク電流制御手段(スイッチ制御手段)、23…バランス制御手段(補正手段)、24…配分電流算出手段、25…第1加算手段(補正手段)、26…偏差算出手段(目標電流算出手段)、27…PI制御手段(目標電流算出手段)、60…電気負荷、Q1〜Q4…スイッチ素子、S1…電圧センサ(電圧検出手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a ... 1st power converter, 10b ... 2nd power converter, 22 ... Peak current control means (switch control means), 23 ... Balance control means (correction means), 24 ... Distribution current calculation means, 25 ... 1st addition Means (correction means), 26 ... Deviation calculation means (target current calculation means), 27 ... PI control means (target current calculation means), 60 ... Electric load, Q1 to Q4 ... Switch element, S1 ... Voltage sensor (voltage detection means) ).
Claims (10)
前記各電力変換部は、
開状態と閉状態とが切り替わることで、前記出力電圧を制御するための電圧制御電流を調整するスイッチ素子(Q1〜Q4,15c)と、
前記目標電圧と、電圧検出手段(S1)による前記出力電圧の検出値との電圧偏差に基づいて、前記電圧制御電流の目標値である目標電流を算出する目標電流算出手段(26,27)と、
前記目標電流に基づいて前記スイッチ素子の制御を行うことで、前記出力電圧を前記目標電圧に調整するスイッチ制御手段(22)と、を備え、
前記電力変換部ごとの前記目標電流を取得し、その目標電流の合計を各電力変換部に配分して配分電流を算出する配分電流算出手段(24)と、
前記電力変換部ごとの前記目標電流及び前記配分電流を取得し、前記配分電流と前記目標電流との電流偏差に基づいて、前記目標電流が前記配分電流に近づくように前記目標電圧及び前記出力電圧の検出値の少なくとも一方を補正する補正手段(23,25)とを備えることを特徴とする電力変換システム。 A plurality of power conversion units (10a, 10b, 10c, 10d) connected in parallel to a common electric load (60) are provided, and a target voltage that is a target value of an output voltage of the power conversion unit is A power conversion system set to the operating voltage of a load,
Each power converter is
Switching elements (Q1 to Q4, 15c) for adjusting a voltage control current for controlling the output voltage by switching between an open state and a closed state;
Target current calculating means (26, 27) for calculating a target current which is a target value of the voltage control current based on a voltage deviation between the target voltage and the detected value of the output voltage by the voltage detecting means (S1); ,
Switch control means (22) for adjusting the output voltage to the target voltage by controlling the switch element based on the target current,
A distributed current calculating means (24) for acquiring the target current for each of the power converters, and distributing the total of the target currents to the respective power converters to calculate a distributed current;
Obtaining the target current and the distributed current for each power conversion unit, and based on a current deviation between the distributed current and the target current, the target voltage and the output voltage so that the target current approaches the distributed current And a correction means (23, 25) for correcting at least one of the detected values.
前記スイッチ制御手段は、所定の周期で前記スイッチ素子をオン状態にするとともに、当該スイッチ素子のオン後に電流検出手段(S2)による前記スイッチ電流の検出値が前記目標電流に達すると当該スイッチ素子をオフ状態にするピーク電流制御手段であることを特徴とする請求項1に記載の電力変換システム。 The voltage control current is a switch current flowing through the switch element,
The switch control means turns on the switch element at a predetermined cycle, and turns on the switch element when the detection value of the switch current by the current detection means (S2) reaches the target current after the switch element is turned on. 2. The power conversion system according to claim 1, wherein the power conversion system is a peak current control unit that is turned off. 3.
前記配分電流算出手段及び前記補正手段は、前記電力変換部ごとの前記目標電流として、前記記憶手段に記憶した前記スイッチ電流の検出値を取得することを特徴とする請求項2に記載の電力変換システム。 When the detected value of the switch current reaches the target current, the storage means for storing the detected value of the switch current at that time,
3. The power conversion according to claim 2, wherein the distribution current calculation unit and the correction unit obtain a detection value of the switch current stored in the storage unit as the target current for each of the power conversion units. system.
前記補正手段は、前記第1電力変換部について前記配分電流と前記目標電流との電流偏差を算出し、その算出された電流偏差に基づいて、前記第1電力変換部の目標電圧の補正値を算出するとともに、前記第1電力変換部の目標電圧の補正値の正負を反転させた値を前記第2電力変換部の目標電圧の補正値として用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力変換システム。 The power conversion system includes two power conversion units including a first power conversion unit and a second power conversion unit,
The correction means calculates a current deviation between the distribution current and the target current for the first power conversion unit, and calculates a correction value of the target voltage of the first power conversion unit based on the calculated current deviation. 6. The calculation according to claim 1, wherein a value obtained by reversing the sign of the correction value of the target voltage of the first power conversion unit is used as the correction value of the target voltage of the second power conversion unit. The power conversion system according to claim 1.
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