JP6154349B2 - 電力変換システム - Google Patents

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。

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。

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）。

特開２００６−１７４６７９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１実施形態における電力変換システムの電気的構成図。 第１実施形態における制御部の機能ブロック図。 第２実施形態における制御部の機能ブロック図。 第３実施形態における制御部の機能ブロック図。 第５実施形態における電力変換システムの電気的構成図。 第５実施形態における制御部の機能ブロック図。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下、本実施形態の効果を述べる。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

・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。

・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。

・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。

・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。

・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。

・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。

・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。

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）。

Claims (10)

1. 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電力変換システム。
2. 前記電圧制御電流は、前記スイッチ素子に流れるスイッチ電流であり、
   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。
3. 前記スイッチ電流の検出値が前記目標電流に達した時に、その時の前記スイッチ電流の検出値を記憶する記憶手段を備え、
   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。
4. 前記配分電流算出手段は、前記配分電流として、前記電力変換部ごとの前記目標電流の平均値を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
5. 前記補正手段は、前記配分電流が所定値より小さい場合に、前記電流偏差に基づく補正に代えて、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に対し所定値を加算することで補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力変換システム。
6. 前記電力変換システムは、第１電力変換部及び第２電力変換部から構成される２つの前記電力変換部を備え、
   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。
7. 前記補正手段は、前記電力変換部ごとに、前記配分電流と前記目標電流との電流偏差を算出し、その電流偏差に基づいて前記目標電圧を補正す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。
8. 前記配分電流算出手段は、前記目標電流の合計値が所定値より小さい場合に、前記複数の電力変換部のうち少なくとも１つの前記配分電流をゼロとし、前記目標電流の合計値を残りの電力変換部に配分して前記配分電流を算出することを特徴とする請求項７に記載の電力変換システム。
9. 前記複数の電力変換部は、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電力変換システム。
10. 前記複数の電力変換部は、それぞれＡＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電力変換システム。

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