JP6576737B2

JP6576737B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6576737B2
Application number: JP2015163461A
Authority: JP
Inventors: 好紘山▲崎▼
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: JP2017041997A

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、電源の出力側に電流検出部を設けることなく、電源の入力側に入力電圧を検出するセンサーを設け、検出した入力電圧に基づいて出力電圧を求めるものが各種提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、例えば、電源の入力側に設置された電流センサーの検出結果に基づいて、出力電流を求めるために、入力電圧センサー及び出力電圧センサーの検出結果を利用するもの、又はＤＳＰ等により演算されたデューティの値を使用するもの等がある。

特許第５５５７０５１号公報特開２０１２−９０４０６号公報特開２０１５−８９１９２号公報

しかし、上記で説明した従来技術は、何れの場合もトランスに流れる励磁電流を加味するものではない。そのため、トランスの二次側に流れる電流が励磁電流分だけ小さくなる点については考慮されていない。したがって、従来技術においては、出力電流は、大電流領域の場合、負荷電流から出力電流を求めたとしても大きな誤差は生じないものの、小電流領域の場合、出力電流の精度が悪くなるものであった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小電流領域であっても、精度よく出力電流を求めることができる電力変換装置を提供することである。

本発明に係る電力変換装置は、直流を交流に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続されたトランスと、前記トランスの二次側に設けられ、前記トランスの二次巻線に生じる出力電流を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電流を平滑化する平滑回路とを備えた電源装置であって、前記トランスの一次巻線の巻数と、前記トランスの二次巻線の巻数と、前記スイッチング回路から前記トランスの一次巻線に流れる負荷電流と、前記トランスの一次巻線に生じる励磁電流の平均値とに基づいて、前記出力電流を求める演算部と、前記演算部により、前記出力電流と、前記平滑回路が出力する出力電圧とから求められる前記一次巻線に印加される電圧のデューティ比に基づいて、前記スイッチング回路の駆動を制御する駆動部とを備えることを特徴とするものである。

本発明に係る電力変換装置によれば、小電流領域であっても、精度よく出力電流を求めることができる。

また、本発明に係る電力変換装置において、前記演算部は、前記一次巻線の巻数、前記二次巻線の巻数、前記負荷電流、及び前記励磁電流により前記出力電流を求める際、前記スイッチング回路に入力される入力電圧と、前記一次巻線のインダクタと並列に生じる励磁インダクタと、前記デューティ比とに基づいて、前記励磁電流を求めることが好ましい。

この電力変換装置によれば、小電流領域から大電流領域に至るまでの全ての電流領域において、特に顕著に精度よく出力電流Ｉｏｕｔを求めることができる。

また、本発明に係る電力変換装置は、直流を交流に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続されたトランスと、前記トランスの二次側に設けられ、前記トランスの二次巻線に生じる出力電流を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電流を平滑化する平滑回路とを備えた電源装置であって、前記トランスの一次巻線の巻数と、前記トランスの二次巻線の巻数と、前記スイッチング回路から前記トランスの一次巻線に流れる負荷電流と、前記トランスの一次巻線に生じる励磁電流とに基づいて、前記出力電流を求める演算部と、前記演算部により、前記出力電流と、前記平滑回路が出力する出力電圧とから求められる前記一次巻線に印加される電圧のデューティ比に基づいて、前記スイッチング回路の駆動を制御する駆動部と、前記トランスの一次巻線側に設けられ、前記負荷電流を検出するカレントトランスと、前記スイッチング回路の入力側に設けられ、前記入力電圧を検出する入力電圧検出部と、前記演算部により、前記スイッチング回路に入力される入力電圧と、前記一次巻線のインダクタと並列に生じる励磁インダクタと、前記デューティ比とに基づいて、前記励磁電流が求められる際、前記カレントトランスの特性値と、前記入力電圧検出部により検出された前記入力電圧と、前記カレントトランスにより検出された前記負荷電流とに基づいて、前記入力電圧と前記負荷電流との相関関係を線形に補正する電流補正部と、を備え、前記演算部は、前記一次巻線の巻数、前記二次巻線の巻数、前記負荷電流、及び前記励磁電流により前記出力電流を求める際、前記スイッチング回路に入力される入力電圧と、前記一次巻線のインダクタと並列に生じる励磁インダクタと、前記デューティ比とに基づいて、前記励磁電流を求めることを特徴とするものである。

この電力変換装置によれば、カレントトランスにより検出した電流値を安価かつ容易な方法で補正することができる。

本発明によれば、負荷電流から出力電流を求める際、励磁電流を考慮することにより、トランスの二次側に流れる出力電流に励磁電流による変動分を反映させるため、小電流領域であっても、精度よく出力電流を求めることができる電力変換装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。第１の実施形態に係るトランスＴに生じる励磁電流Ｉｍを説明する図である。第１の実施形態に係る電力変換装置１の制御例を説明するフローチャートである。第１の実施形態に係るトランスＴの一次側及び二次側で生じる各種波形の一例を説明する図である。第１の実施形態に係る励磁電流Ｉｍの波形の詳細について説明する図である。第２の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。第２の実施形態に係る電力変換装置１の制御例を説明するフローチャートである。第２の実施形態に係る微小電流領域Ａから定常電流領域Ｂにかけての電流及び電圧の測定値及び計算値の一例を示す図である。第２の実施形態に係る微小電流領域Ａから定常電流領域Ｂにかけての電流及び電圧の具体的な測定点の一例を示す図である。第３の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。第４の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。図１に示すように、電力変換装置１は、スイッチング回路１１、スイッチング回路１１に接続されたトランスＴ、トランスＴの二次側に設けられた整流回路１３、及び平滑回路１５を備える。また、電力変換装置１は、制御部１７及び駆動部１８を備える。また、電力変換装置１は、カレントトランスＣＴ、入力電圧検出部２１、及び出力電圧検出部２５を備える。

なお、スイッチング回路１１の入力側には、コンデンサＣ１が並列に接続されている。コンデンサＣ１には、ヒューズ３を介して、直流電源２が設けられている。また、平滑回路１５の出力側には、負荷４が接続されている。

直流電源２は、高電圧の電源であり、例えば、複数のセルが接続された組電池からなり、車両に搭載される。なお、直流電源２は、一次電池又は二次電池のような安定した直流電圧を供給するものであればよい。

スイッチング回路１１は、直流を交流に変換するものであり、具体的には、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなる。複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれは、例えば、光ＭＯＳＦＥＴからなるフルブリッジ構成のインバータとして機能するものである。スイッチング回路１１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３とが交互にターンオンすることにより、直流電源２から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、トランスＴに供給する。

なお、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２とは直列に接続され、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４とは直列に接続されているが、直列に接続されたもの同士が同時にターンオンすることがないように、ターンオンのタイミングは調整されている。

なお、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれには、寄生ダイオード及び寄生容量が含まれる。

トランスＴは、一次側には一次巻線Ｔ１が巻回され、二次側には二次巻線Ｔ２が巻回されたものである。整流回路１３は、トランスＴの二次巻線Ｔ２に生じる電流を整流するものである。整流回路１３は、例えば、スイッチング素子Ｑ５と、スイッチング素子Ｑ６とからなる。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のそれぞれは、例えば、光ＭＯＳＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のそれぞれには、寄生ダイオード及び寄生容量が含まれる。

平滑回路１５は、整流回路１３により整流された電流を平滑化するものであり、平滑用インダクタＬ１及び出力コンデンサＣ２を備える。平滑用インダクタＬ１は、トランスＴのセンタータップ側と接続されたものである。出力コンデンサＣ２は、平滑用インダクタＬ１と、整流回路１３との間に接続されたものであり、平滑回路１５の出力電圧Ｖｏｕｔを負荷４に供給するものである。

入力電圧検出部２１は、スイッチング回路１１の入力側に設けられ、入力電圧Ｖｉｎを検出するものである。出力電圧検出部２５は、出力コンデンサＣ２の出力側に設けられ、出力電圧Ｖｏｕｔを検出するものである。カレントトランスＣＴは、トランスＴの一次巻線Ｔ１側に設けられ、負荷電流Ｉｐを検出するものである。

制御部１７は、駆動部１８を制御するものであり、例えば、マイコンを主体に構成されるものである。制御部１７は、絶対値回路１７１及び演算部１７２を備える。絶対値回路１７１は、カレントトランスＣＴの検出結果の絶対値をとり、その結果を演算部１７２に供給するものである。

演算部１７２は、トランスＴの一次巻線Ｔ１の巻数Ｎｐと、トランスＴの二次巻線Ｔ２の巻数Ｎｓと、スイッチング回路１１からトランスＴの一次巻線Ｔ１に流れる負荷電流Ｉｐと、トランスＴの一次巻線Ｔ１に生じる励磁電流Ｉｍとに基づいて、出力電流Ｉｏｕｔを求めるものである。

演算部１７２は、一次巻線Ｔ１の巻数Ｎｐ、二次巻線Ｔ２の巻数Ｎｓ、負荷電流Ｉｐ、及び励磁電流Ｉｍにより出力電流Ｉｏｕｔを求める際、スイッチング回路１１に入力される入力電圧Ｖｉｎと、一次巻線Ｔ１のインダクタと並列に生じる励磁インダクタＬｍと、一次巻線Ｔ１に印加される電圧Ｖｐのデューティ比Ｄとに基づいて、励磁電流Ｉｍを求める。

演算部１７２は、励磁電流Ｉｍを求める際、出力電流Ｉｏｕｔ及び出力電圧Ｖｏｕｔと、出力電流設定値及び出力電圧設定値とに基づいて、デューティ比Ｄを求める。

駆動部１８は、パルス生成部１８１及びドライブ回路１８２を備え、演算部１７２により、出力電流Ｉｏｕｔと、平滑回路１５が出力する出力電圧Ｖｏｕｔとから求められた一次巻線Ｔ１に印加される電圧Ｖｐのデューティ比Ｄに基づいて、スイッチング回路１１の駆動を制御するものである。パルス生成部１８１は、デューティ比Ｄに基づいて、パルス信号を生成し、生成したパルス信号をドライブ回路１８２に供給する。ドライブ回路１８２は、パルス生成部１８１から供給されたパルス信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれのゲートの駆動を制御する。

次に、負荷電流Ｉｐ及び励磁電流Ｉｍについて図２を用いて具体的に説明する。図２は、第１の実施形態に係るトランスＴに生じる励磁電流Ｉｍを説明する図である。トランスＴの一次巻線Ｔ１を流れる負荷電流Ｉｐ’と、トランスＴの二次巻線Ｔ２に生じる負荷電流Ｉｓとは、一次巻線Ｔ１の巻数Ｎｐと、二次巻線Ｔ２の巻数Ｎｓとを用いて、次式（１）に表される。

式（１）において、トランスＴの一次巻線Ｔ１を流れる負荷電流Ｉｐ’は、トランスＴの一次巻線Ｔ１に流れる負荷電流Ｉｐと、励磁電流Ｉｍとを用いて、次式（２）に表される。

よって、式（１）と式（２）とから、トランスＴの二次巻線Ｔ２に生じる負荷電流Ｉｓは、次式（３）に表される。

負荷４に流れる出力電流Ｉｏｕｔの大きさは、平滑回路１５に流れる負荷電流Ｉｓの平均値と同じである。よって、励磁電流Ｉｍを正確に求めることができれば、精度よい出力電流Ｉｏｕｔの大きさは、トランスＴの一次巻線Ｔ１に流れる負荷電流Ｉｐより求めることができるものである。

次に、図３を用いて電力変換装置１の制御例を説明しつつ、図４及び図５を用いて励磁電流Ｉｍ及び出力電流Ｉｏｕｔの演算処理の詳細について説明する。図３は、第１の実施形態に係る電力変換装置１の制御例を説明するフローチャートである。図４は、第１の実施形態に係るトランスＴの一次側及び二次側で生じる各種波形の一例を説明する図である。図５は、第１の実施形態に係る励磁電流Ｉｍの波形の詳細について説明する図である。

（ステップＳ１１）
演算部１７２は、入力電圧Ｖｉｎと、励磁インダクタＬｍと、デューティ比Ｄとに基づいて励磁電流Ｉｍを求める。

（ステップＳ１２）
演算部１７２は、一次巻線Ｔ１の巻数Ｎｐ、二次巻線Ｔ２の巻数Ｎｓ、負荷電流Ｉｐ、及び励磁電流Ｉｍに基づいて、出力電流Ｉｏｕｔを求める。

出力電流Ｉｏｕｔは、トランスＴの二次側の電流、すなわち、トランスＴの二次巻線Ｔ２に生じる負荷電流Ｉｓが平滑回路１５により平滑化された電流であり、負荷電流Ｉｓの平均値と等しく、次式（４）により表される。

よって、式（３）及び式（４）より、次式（５）が導出される。

したがって、出力電流Ｉｏｕｔは、次式（５）から導出される次式（６）に表されるように、トランスＴの一次側の電流、すなわち、トランスＴの一次巻線Ｔ１に流れる負荷電流Ｉｐが絶対値回路１７１を通過した値の平均値と、励磁電流Ｉｍの絶対値の平均値とにより求められる。

負荷電流Ｉｐの絶対値の平均値は、電力変換装置１の回路構成より検出可能なものである。一方、励磁電流Ｉｍの絶対値の平均値は、次式（７）により表される。

励磁電流Ｉｍの絶対値の波形は、図５に示すように、台形波となる。励磁電流Ｉｍの振幅は、次式（８）に表される。

式（８）に示されるデューティ比Ｄは、次式（９）で表されるように、電力伝送期間の比率であり、図５に示すようになる。以上の式（７）〜（９）から、励磁電流Ｉｍの絶対値の平均値は、次式（１０）に表されるように求められる。

これにより、出力電流Ｉｏｕｔは、式（４）〜式（６）に示すように、負荷電流Ｉｐの絶対値の平均値から励磁電流Ｉｍの絶対値の平均値を差し引き、巻数Ｎｐと巻数Ｎｓとの巻数比を重み付けすることにより、求められるものである。

なお、デューティ比Ｄは、演算部１７２により求められるものであるが、次式（１１）に表されるように、入力電圧Ｖｉｎと、出力電圧Ｖｏｕｔと、巻数Ｎｐと巻数Ｎｓとの巻数比とにより求めることもできる。

（ステップＳ１３）
駆動部１８は、出力電流Ｉｏｕｔと、出力電圧Ｖｏｕｔとから求められたデューティ比Ｄに基づいて、スイッチング回路１１の駆動を制御する。

なお、ステップＳ１１及びステップＳ１２の処理により、出力電流Ｉｏｕｔを演算する処理が実行される。また、ステップＳ１３の処理により、駆動制御処理が実行される。

以上の説明から、第１の実施形態においては、電力変換装置１は、一次巻線Ｔ１の巻数Ｎｐと、二次巻線Ｔ２の巻数Ｎｓと、負荷電流Ｉｐと、励磁電流Ｉｍとに基づいて、出力電流Ｉｏｕｔを求める。これにより、励磁電流Ｉｍが考慮されるため、出力電流Ｉｏｕｔが精度よく求められる。

換言すれば、電力変換装置１は、負荷電流Ｉｐから出力電流Ｉｏｕｔを求める際、励磁電流Ｉｍを考慮することにより、トランスＴの二次側に流れる出力電流Ｉｏｕｔに励磁電流Ｉｍによる変動分を反映させるため、小電流領域であっても、精度よく出力電流Ｉｏｕｔを求めることができる。

具体的には、電力変換装置１は、出力電流Ｉｏｕｔを求める際、入力電圧Ｖｉｎと、励磁インダクタＬｍと、一次巻線Ｔ１に印加される電圧Ｖｐのデューティ比Ｄとに基づいて、励磁電流Ｉｍを求める。これにより、励磁電流Ｉｍは、演算により求められる。一方、負荷電流Ｉｐは、カレントトランス２３を介して検出できる。よって、検出結果である負荷電流Ｉｐと、演算結果である励磁電流Ｉｍとに基づいて求められた出力電流Ｉｏｕｔは、特に顕著に精度よく演算されたものとなる。よって、電力変換装置１は、小電流領域から大電流領域に至るまでの全ての電流領域において、特に顕著に精度よく出力電流Ｉｏｕｔを求めることができる。

以上、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、直流を交流に変換するスイッチング回路１１と、スイッチング回路１１に接続されたトランスＴと、トランスＴの二次側に設けられ、トランスＴの二次巻線Ｔ２に生じる出力電流Ｉｏｕｔを整流する整流回路１３と、整流回路１３により整流された電流を平滑化する平滑回路１５とを備えた電力変換装置１であって、トランスＴの一次巻線Ｔ１の巻数Ｎｐと、トランスＴの二次巻線Ｔ２の巻数Ｎｓと、スイッチング回路１１からトランスＴの一次巻線Ｔ１に流れる負荷電流Ｉｐと、トランスＴの一次巻線Ｔ１に生じる励磁電流Ｉｍとに基づいて、出力電流Ｉｏｕｔを求める演算部１７２と、演算部１７２により、出力電流Ｉｏｕｔと、平滑回路１５が出力する出力電圧Ｖｏｕｔとから求められた一次巻線Ｔ１に印加される電圧Ｖｐのデューティ比Ｄに基づいて、スイッチング回路１１の駆動を制御する駆動部１８とを備えるものである。

このような構成により、電力変換装置１は、小電流領域であっても、精度よく出力電流Ｉｏｕｔを求めることができる。

また、第１の実施形態に係る電力変換装置１において、演算部１７２は、一次巻線Ｔ１の巻数Ｎｐ、二次巻線Ｔ２の巻数Ｎｓ、負荷電流Ｉｐ、及び励磁電流Ｉｍにより出力電流Ｉｏｕｔを求める際、スイッチング回路１１に入力される入力電圧Ｖｉｎと、一次巻線Ｔ１のインダクタと並列に生じる励磁インダクタＬｍと、デューティ比Ｄとに基づいて、励磁電流Ｉｍを求めるものである。

このような構成により、電力変換装置１は、小電流領域から大電流領域に至るまでの全ての電流領域において、特に顕著に精度よく出力電流Ｉｏｕｔを求めることができる。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同様な構成については同一の符号を付し、その説明については省略する。第１の実施形態と異なる回路構成は、カレントトランスＣＴの検出結果が送信される電流検出部２７が設けられ、電流検出部２７と、絶対値回路１７１との間に電流補正部１７４が設けられた点である。

カレントトランスＣＴは、電流を検出する回路構成として設けられるものであるが、微小電流領域Ａでは、カレントトランスＣＴに二次側において出力電流Ｉｏｕｔに対するコアの励磁電流Ｉｍ_ＣＴの占める割合が大きくなる。この結果、電流を検出する際の出力直線性が低下する恐れがある。

そこで、第２の実施形態に係る電力変換装置１では、検出した電流値を安価かつ容易に補正する。具体的には、図６の電流補正部１７４は、カレントトランスＣＴの特性値と、入力電圧検出部２１により検出された入力電圧Ｖｉｎと、カレントトランスＣＴにより検出された負荷電流Ｉｐとに基づいて、入力電圧Ｖｉｎと負荷電流Ｉｐとの相関関係を線形に補正する。

次に、検出した電流値の補正処理を含めた制御例について図７を用いて説明しつつ、補正処理の詳細について図８及び図９を用いて説明する。図７は、第２の実施形態に係る電力変換装置１の制御例を説明するフローチャートである。図８は、第２の実施形態に係る微小電流領域Ａから定常電流領域Ｂにかけての電流及び電圧の測定値及び計算値の一例を示す図である。図９は、第２の実施形態に係る微小電流領域Ａから定常電流領域Ｂにかけての電流及び電圧の具体的な測定点の一例を示す図である。

（ステップＳ３１）
電流補正部１７４は、負荷電流Ｉｐと、入力電圧Ｖｉｎとの相関関係が線形に補正されているか否かを判定する。負荷電流Ｉｐと、入力電圧Ｖｉｎとの相関関係が線形に補正されている場合、ステップＳ３３に進む。一方、負荷電流Ｉｐと、入力電圧Ｖｉｎとの相関関係が線形に補正されていない場合、ステップＳ３２に進む。

（ステップＳ３２）
電流補正部１７４は、負荷電流Ｉｐと、入力電圧Ｖｉｎとの相関関係を線形に補正する。具体的には、入力電圧検出部２１で検出される電圧値と、電流検出部２７で検出される電流値との相関関係が図８に示すように得られる。検出された電圧値と、検出された電流値とは、傾きを２つ持つ１次の関数特性に近似することができる。ここでは、図８に示すように、微小電流領域Ａと、定常電流領域Ｂとに検出された電圧値及び電流値の特性を分け、微小電流領域Ａ及び定常電流領域Ｂに後述する補正係数ｋ１，ｋ２，ａ１，ａ２を用意し、補正処理を実行する。

より具体的には、計算値は次式（１２）のように１次関数で表され、測定値は次式（１３）及び次式（１４）のような１次関数で表される。このうち、次式（１３）は、微小電流領域Ａに対応し、次式（１４）は、定常電流領域Ｂに対応する。

ここで、ｘは電流を表し、ｙは計算より求められる電圧値を表し、ｙ１，ｙ２は測定された電圧値を表す。補正係数ｋは、カレントトランスＣＴの特性から得られるものであり、補正係数ｋ１，ｋ２，ａ１，ａ２の値は測定した値から得られるものである。

図８に示すように、微小電流領域Ａと定常電流領域Ｂとに分けて補正する場合、次式（１５），次式（１６）に示すように表される。

次に、図９を用いて補正係数ｋ１，ｋ２，ａ１，ａ２の導出について説明する。図９に示すように、３点の測定点が得られると想定する。測定点（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）は式（１３）を満たし、測定点（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３）は式（１４）を満たす。これにより、微小電流領域Ａに対応するものは次式（１７）で表される。よって、次式（１７）から次式（１８），（１９）を導出することにより、補正係数ｋ１，ａ１が求められる。一方、定常電流領域Ｂに対応するものは次式（２０）に表される。よって、次式（２０）から次式（２１），（２２）を導出することにより、補正係数ｋ２，ａ２が求められる。

（ステップＳ３３）
演算部１７２は、出力電流演算処理を実行する。出力電流演算処理は、上記で説明したステップＳ１１及びステップＳ１２の処理である。

（ステップＳ３４）
駆動部１８は、駆動制御処理を実行する。駆動制御処理は、上記で説明したステップＳ１３の処理である。

なお、ステップＳ３１及びステップＳ３２の処理により、電流補正処理が実行される。

以上の説明から、第２の実施形態において、電力変換装置１は、負荷電流Ｉｐと、入力電圧Ｖｉｎとの線形性を担保するものである。具体的には、負荷電流ＩｐがカレントトランスＣＴを介して検出される場合、負荷電流Ｉｐの検出精度は、カレントトランスＣＴの特性に依存する。カレントトランスＣＴは、小電流領域、特に、微小電流領域Ａにおいて、励磁電流Ｉｍ_ＣＴの影響を受けやすい。つまり、カレントトランスＣＴの一次側を流れる負荷電流Ｉｐが微小電流領域Ａに相当するものであれば、カレントトランスＣＴの二次側で生じる電流は、カレントトランスＣＴで生じる励磁電流Ｉｍ_ＣＴの占める割合が大きくなる。

そこで、電力変換装置１は、演算部１７２により励磁電流Ｉｍが求められる際、カレントトランスＣＴの特性値と、入力電圧検出部２１により検出された入力電圧Ｖｉｎと、カレントトランスＣＴにより検出された負荷電流Ｉｐとに基づいて、入力電圧Ｖｉｎと負荷電流Ｉｐとの相関関係を線形に補正する。

具体的には、上記で説明したように、電力変換装置１は、微小電流領域Ａと、定常電流領域Ｂとのそれぞれの測定値におけるカレントトランスＣＴの特性から得られる補正係数ｋ１，ｋ２，ａ１，ａ２を含む一次関数と、全体の電流領域の計算値におけるカレントトランスＣＴの特性から得られる補正係数ｋを利用することにより、カレントトランスＣＴにより検出した電流値を安価かつ容易な方法で補正することができる。

このようにすることで、電力変換装置１は、微小電流領域Ａで計算値からのずれに対して精度のよい補正をすることができる。また、電力変換装置１は、電流値の補正をマイコン内の処理で行うことにより、追加の回路を必要としないため、コストを低減することができる。さらに、補正係数ｋ，ｋ１，ｋ２，ａ１，ａ２は、ソフトウェアにて変更できるものであるため、カレントトランスＣＴのバラツキに応じた補正をすることができる。

以上、第２の実施形態に係る電力変換装置１は、トランスＴの一次巻線Ｔ１側に設けられ、負荷電流Ｉｐを検出するカレントトランスＣＴと、スイッチング回路１１の入力側に設けられ、入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出部２１と、演算部１７２により、入力電圧Ｖｉｎと、励磁インダクタＬｍと、デューティ比Ｄとに基づいて、励磁電流Ｉｍが求められる際、カレントトランスＣＴの特性値と、入力電圧検出部２１により検出された入力電圧Ｖｉｎと、カレントトランスＣＴにより検出された負荷電流Ｉｐとに基づいて、入力電圧Ｖｉｎと負荷電流Ｉｐとの相関関係を線形に補正する電流補正部１７４とをさらに備えるものである。

このような構成により、カレントトランスＣＴにより検出した電流値を安価かつ容易な方法で補正することができる。

＜第３の実施形態＞
図１０は、第３の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。第３の実施形態において、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様な構成については同一の符号を付し、その説明については省略する。

図１０に示すように、カレントトランスＣＴは、スイッチング回路１１の入力側に設けられている。カレントトランスＣＴの二次側における励磁電流Ｉｍ_ＣＴの影響により微小電流領域Ａで計算値と測定値とにずれが生じる場合、電流の測定値と、電圧の測定値とが補正係数ｋ，ｋ１，ｋ２，ａ１，ａ２を用いて補正されればよい。よって、その電流の検出箇所は特に限定されるものではないため、図１０に示すような位置であってもよい。

以上、第３の実施形態に係る電力変換装置１は、スイッチング回路１１の入力側に設けられ、電流を検出するカレントトランスＣＴと、スイッチング回路１１の入力側に設けられ、入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出部２１と、演算部１７２により、入力電圧Ｖｉｎと、励磁インダクタＬｍと、デューティ比Ｄとに基づいて、励磁電流Ｉｍが求められる際、カレントトランスＣＴの特性値と、入力電圧検出部２１により検出された入力電圧Ｖｉｎと、カレントトランスＣＴにより検出された電流とに基づいて、入力電圧Ｖｉｎと電流との相関関係を線形に補正する電流補正部１７４とをさらに備えるものである。

＜第４の実施形態＞
図１１は、第４の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。第４の実施形態において、第１の実施形態〜第３の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明については省略する。

図１１に示すように、カレントトランスＣＴは、平滑回路１５の出力側に設けられている。カレントトランスＣＴの二次側における励磁電流Ｉｍ_ＣＴの影響により微小電流領域Ａで計算値と測定値とにずれが生じる場合、電流の測定値と、電圧の測定値とが補正係数ｋ，ｋ１，ｋ２，ａ１，ａ２を用いて補正されればよい。よって、その電流の検出箇所は特に限定されるものではないため、図１１に示すような位置であってもよい。

以上、第４の実施形態に係る電力変換装置１は、平滑回路１５の出力側に設けられ、電流を検出するカレントトランスＣＴと、スイッチング回路１１の入力側に設けられ、入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出部２１と、演算部１７２により、入力電圧Ｖｉｎと、励磁インダクタＬｍと、デューティ比Ｄとに基づいて、励磁電流Ｉｍが求められる際、カレントトランスＣＴの特性値と、入力電圧検出部２１により検出された入力電圧Ｖｉｎと、カレントトランスＣＴにより検出された電流とに基づいて、入力電圧Ｖｉｎと電流との相関関係を線形に補正する電流補正部１７４とをさらに備えるものである。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、第１の実施形態においてスイッチング回路１１は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるフルブリッジインバータであったが、これに限らず、インバータの機能を実現する回路構成であればよい。

加えて、第２の実施形態において微小電流領域Ａと、定常電流領域Ｂとの２つの領域に分けた補正処理により、負荷電流Ｉｐと、入力電圧Ｖｉｎとの線形性を担保させる一例を説明したが、これに限らず、３つ以上の複数の領域に分けた補正処理を行ってもよい。

１：電力変換装置
２：直流電源
３：ヒューズ
４：負荷
１１：スイッチング回路
１３：整流回路
１５：平滑回路
１７：制御部
１８：駆動部
２１：入力電圧検出部
２５：出力電圧検出部
２７：電流検出部
１７１：絶対値回路
１７２：演算部
１７４：電流補正部
１８１：パルス生成部
１８２：ドライブ回路

Claims

直流を交流に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続されたトランスと、
前記トランスの二次側に設けられ、前記トランスの二次巻線に生じる出力電流を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された電流を平滑化する平滑回路と
を備えた電源装置であって、
前記トランスの一次巻線の巻数と、前記トランスの二次巻線の巻数と、前記スイッチング回路から前記トランスの一次巻線に流れる負荷電流と、前記トランスの一次巻線に生じる励磁電流の平均値とに基づいて、前記出力電流を求める演算部と、
前記演算部により、前記出力電流と、前記平滑回路が出力する出力電圧とから求められる前記一次巻線に印加される電圧のデューティ比に基づいて、前記スイッチング回路の駆動を制御する駆動部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。
前記演算部は、
前記一次巻線の巻数、前記二次巻線の巻数、前記負荷電流、及び前記励磁電流により前記出力電流を求める際、
前記スイッチング回路に入力される入力電圧と、前記一次巻線のインダクタと並列に生じる励磁インダクタと、前記デューティ比とに基づいて、前記励磁電流を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
直流を交流に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続されたトランスと、
前記トランスの二次側に設けられ、前記トランスの二次巻線に生じる出力電流を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された電流を平滑化する平滑回路と
を備えた電源装置であって、
前記トランスの一次巻線の巻数と、前記トランスの二次巻線の巻数と、前記スイッチング回路から前記トランスの一次巻線に流れる負荷電流と、前記トランスの一次巻線に生じる励磁電流とに基づいて、前記出力電流を求める演算部と、
前記演算部により、前記出力電流と、前記平滑回路が出力する出力電圧とから求められる前記一次巻線に印加される電圧のデューティ比に基づいて、前記スイッチング回路の駆動を制御する駆動部と、
前記トランスの一次巻線側に設けられ、前記負荷電流を検出するカレントトランスと、
前記スイッチング回路の入力側に設けられ、前記入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
前記演算部により、前記スイッチング回路に入力される入力電圧と、前記一次巻線のインダクタと並列に生じる励磁インダクタと、前記デューティ比とに基づいて、前記励磁電流が求められる際、前記カレントトランスの特性値と、前記入力電圧検出部により検出された前記入力電圧と、前記カレントトランスにより検出された前記負荷電流とに基づいて、前記入力電圧と前記負荷電流との相関関係を線形に補正する電流補正部と、
を備え、
前記演算部は、
前記一次巻線の巻数、前記二次巻線の巻数、前記負荷電流、及び前記励磁電流により前記出力電流を求める際、
前記スイッチング回路に入力される入力電圧と、前記一次巻線のインダクタと並列に生じる励磁インダクタと、前記デューティ比とに基づいて、前記励磁電流を求める
ことを特徴とする電力変換装置。