WO2020129142A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/497—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode sinusoidal output voltages being obtained by combination of several voltages being out of phase
Definitions
- the present application relates to a power conversion device.
- a power converter is connected between the power supply and the load in order to supply power to the load such as a motor from an AC or DC power supply.
- a power converter for example, there is a DC-DC converter in which a DC power source is connected to an input terminal and a load driven by DC is connected to an output terminal.
- a DC voltage supplied to an input terminal is converted into a high frequency AC voltage by an inverter circuit, and the high frequency AC voltage is supplied to the primary side of a transformer connected to the output side of the inverter circuit.
- the rectifier circuit connected to the secondary side converts the high frequency AC voltage into DC voltage.
- the switching frequency of the entire inverter circuit can be set to a frequency that is a multiple of the switching frequency of each inverter circuit by sequentially performing the switching operation of the plurality of inverter circuits.
- the switching frequency of each inverter circuit can be lowered, so that the power loss in the inverter circuit can be reduced and the reduction in the power conversion efficiency of the DC-DC converter can be suppressed.
- the configuration in which a plurality of inverter circuits are connected in series has a feature that the transformer arranged on the output side can be configured by a small transformer, and is therefore used not only in the DC-DC converter but also in other power conversion devices.
- a capacitor is connected in parallel to the input side of each inverter circuit. Each capacitor voltage becomes an input voltage of each inverter circuit.
- a control method for solving such a problem a control method that detects the input voltage of each inverter circuit and controls the on-duty of each inverter circuit according to the detected input voltage to reduce variations in the input voltage Is disclosed (for example, see Patent Document 1). Further, as another control method, a control method is disclosed in which the output voltage of each inverter circuit is detected and the on-duty of each inverter circuit is controlled according to the detected output voltage to reduce variations in the output voltage. (For example, refer to Patent Document 2).
- the power conversion device to which the above-mentioned conventional control method is applied can reduce the reactive power inside the device, but cannot suppress the fluctuation of the output power output to the outside of the device. That is, the conventional power converter cannot perform constant power output control.
- the power conversion device of the present application is A pair of input terminals, A plurality of capacitors connected in series between a pair of input terminals, A capacitor voltage detection circuit that is connected in parallel to each of the plurality of capacitors and that detects the capacitor voltage of each capacitor, On the side opposite to the input terminal side of the plurality of capacitors, a plurality of inverter circuits respectively connected in parallel with the plurality of capacitors, A transformer having a primary winding connected to each output side of the plurality of inverter circuits, and a secondary winding magnetically coupled to the primary winding, A pair of output terminals connected to the secondary winding of the transformer, An output detector that detects at least one of the output current and the output voltage from the transformer, It has a plurality of inverter circuits, a capacitor voltage detection circuit and a control unit connected to the output detector, The control unit The on-duty of the plurality of inverter circuits is set based on the capacitor voltage of each capacitor and at least one of the output current and the output voltage.
- the power conversion device of the present application sets the on-duty of a plurality of inverter circuits based on the capacitor voltage of each capacitor and at least one of the output current and the output voltage, constant power output control can be performed.
- FIG. 3 is a circuit diagram of the power conversion device according to the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a switching operation in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart of the inverter circuit in the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a switching operation in the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a switching operation in the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a switching operation in the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a switching operation in the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a switching operation in the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing a switching operation in the first embodiment.
- 7 is a circuit diagram of a power conversion device according to a second embodiment.
- FIG. FIG. 6 is a circuit diagram of a power conversion device according to a third embodiment.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of hardware of a controller according to the first to third embodiments.
- FIG. 1 is a circuit diagram of the power conversion device according to the first embodiment.
- the power converter of the present embodiment is a DC-AC converter as an example of the power converter.
- the DC-AC converter is a device that converts the input DC power into high-frequency AC power, supplies it to the primary side of the transformer, and outputs the AC power from the secondary side of the transformer.
- the power conversion device 1 of the present embodiment includes a pair of input terminals 1a and 1b and a pair of output terminals 1c and 1d.
- Inverter circuits INV1, INV2,... INVn are connected in series between the input terminals 1a and 1b.
- n capacitors C1, C2,... Cn are connected in series between the input terminals 1a and 1b.
- n is a natural number of 2 or more.
- the n inverter circuits INV1, INV2,... INVn and the n capacitors C1, C2,... Cn are connected in parallel.
- n capacitor voltage detection circuits VD1, VD2... VDn for detecting the voltage applied to the capacitors are respectively connected in parallel to the n capacitors C1, C2,... Cn. ..
- Each capacitor voltage detected by the n capacitor voltage detection circuits is expressed as Vc1, Vc2,... Vcn.
- the primary winding of the insulation transformer TR is connected to the output side of the n inverter circuits INV1, INV2,... INVn.
- the primary winding of the insulating transformer TR is divided into n primary windings TR11, TR12,... TR1n. The connection relationship between the inverter circuits INV1, INV2,... INVn and the primary winding of the insulating transformer TR will be described later.
- the secondary winding TR2 of the insulation transformer is connected to the output terminals 1c and 1d, respectively.
- An output detector 100 that detects at least one of an output current and an output voltage of electric power output from the output terminals 1c and 1d is connected between the insulation transformer secondary winding TR2 and the output terminals 1c and 1d. Has been done.
- the n inverter circuits INV1, INV2,... INVn, the n voltage detection circuits VD1, VD2,... VDn, and the output detector 100 are connected to the controller 200.
- the controller 200 includes n inverter circuits INV1, INV2,... Based on at least one of the capacitor voltage detection circuits VD1, VD2... VDn and the detection voltage and the detection current obtained from the output detector 100. ..Control the operation of INVn. It should be noted that in FIG. 1, the connection relationship between the controller 200 and other devices is omitted in order to avoid making the drawing complicated.
- Each of the n inverter circuits has four switching elements.
- the first inverter circuit INV1 includes switching elements SE11, SE12, SE13, and SE14, SE11 and SE12 are connected in series, and SW13 and SW14 are connected in series. Then, the series connection part of SE11 and SE12 and the series connection part of SW13 and SW14 are connected in parallel.
- the n-th inverter circuit INVn includes switching elements SEn1, SEn2, SEn3, and SEn4, SEn1 and SEn2 are connected in series, and SWn3 and SWn4 are connected in series. Then, the serial connection portion of SEn1 and SEn2 and the serial connection portion of SWn3 and SWn4 are connected in parallel.
- each inverter circuit is a full-bridge inverter circuit.
- Each switching element is, for example, a semiconductor switching element.
- Each inverter circuit is not limited to an inverter circuit having a full bridge structure, and may be any circuit capable of converting DC power into AC power, such as an inverter having a half bridge structure.
- connection point between SE11 and SE12 of the first inverter circuit INV1 and the connection point between SE13 and SE14 are connected to the primary winding TR11 of the insulating transformer TR.
- connection point between SEn1 and SEn2 of the n-th inverter circuit INVn and the connection point between SEn3 and SEn4 are connected to the primary winding TR1n of the insulating transformer TR.
- An external DC current source 300 is connected between the pair of input terminals 1a and 1b of the power conversion device 1. Further, the power converter 1 configured in this way, in which the external load 400 is connected between the pair of output terminals 1c and 1d, converts the power input from the external DC current source 300 into AC power. It can be converted into the output and output to the external load 400.
- each inverter circuit includes four switching elements, two of which are turned on or off in synchronization.
- the first inverter circuit INV1 SE11 and SE14 are turned on or off in synchronization
- SE12 and SE13 are turned on or off in synchronization. Then, all the switching elements are not turned on at the same time, and the period during which each switching element is on is the same.
- the on-duty is defined.
- the on-duty is the ratio of the period in which the switch is in the on state to one cycle in the switching operation.
- the on-duty of INV1 is D1
- the on-duty of INV2 is D2
- the on-duty of INVn is Dn
- the upper diagram shows the on/off states of the switching elements SE11, SE12, SE13, and SE14
- the central diagram shows the on/off states of SE21, SE22, SE23, and SE24
- the lower diagram shows the isolation transformer. It represents the transformer voltage (V TR ) of the secondary winding of TR .
- the inverter circuit is a full-bridge inverter circuit, and can output a positive voltage and a negative voltage by turning on/off four switching elements.
- the first inverter circuit INV1 SE11 and SE14 are synchronously turned on or off, and SE12 and SE13 are synchronously turned on or off. All the switching elements are not turned on at the same time, and a dead time is inserted between the state where SE11 and SE14 are on and the state where SE12 and SE13 are on so that a short circuit does not occur.
- SE21 and SE24 are turned on or off in synchronization, and SE22 and SE23 are turned on or off in synchronization. Then, all the switching elements are not turned on at the same time, and a dead time is inserted between the state where SE21 and SE24 are on and the state where SE22 and SE23 are on so that a short circuit does not occur.
- the switches SE12 and SE13 are turned on. After the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE22 and SE23 of the second inverter INV2 are turned on. After the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned on. Then, the above operation is repeated.
- one cycle is divided into two by the first burner circuit INV1 and the second inverter circuit INV2, and they are operated with a phase shift of 180 degrees.
- one cycle is divided into n and the phases are shifted by 360 degrees/n degrees to operate.
- the isolation transformer TR when the first inverter circuit INV1 is performing on/off operation, a voltage is generated in the primary winding TR11 of the isolation transformer TR. At this time, the second inverter circuit INV2 is not performing on/off operation, but the primary windings TR11 and TR12 of the insulating transformer TR are magnetically coupled to each other, so that the primary winding TR12 of the insulating transformer TR is magnetically coupled. A voltage will also be generated.
- the second inverter circuit INV2 when the second inverter circuit INV2 is performing on/off operation, a voltage is generated in the primary winding TR12 of the isolation transformer TR.
- the first inverter circuit INV1 is not performing on/off operation, but since the primary windings TR11 and TR12 of the insulating transformer TR are magnetically coupled to each other, the primary winding TR11 of the insulating transformer TR is connected to the primary winding TR11. Will also generate voltage.
- a voltage is generated in the primary windings TR11 and TR12 of the transformer TR even when the corresponding inverter circuit is not switching, but the winding number ratios of the primary windings TR11 and TR12 are made uniform. If the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 connected to the second inverter circuit INV1 and the second inverter circuit INV2 are made equal, for example, the first inverter circuit INV1 operates. The second inverter circuit INV2 does not draw a current when it is on.
- the VT product is halved, and the core of the insulating transformer can be made smaller.
- the VT product becomes 1/n, and the core of the insulating transformer TR can be further downsized.
- the VT product is the product of the voltage applied to the secondary side of the insulating transformer and the cycle of the voltage.
- the DC power input from the external DC current source 300 is converted into AC power by the two inverter circuits INV1 and INV2.
- the AC power converted by the two inverter circuits is input to the isolation transformer TR. Electric power is transmitted to the secondary side of the insulating transformer TR, and AC power is output to the external load 400 connected to the secondary side of the insulating transformer TR.
- the power converter of the present embodiment can be controlled in the constant power mode and at least one of the constant current mode and the constant voltage mode. The control method of each mode will be described below.
- FIG. 4 is a diagram showing a control chart in the constant power mode.
- the controller 200 calculates the difference between the link voltage detection value V link and the link voltage target value V link *, and inputs it to the PI controller.
- the controller 200 takes the sum of the output value of the PI controller and the design on-duty Dref to determine the total on-duty D.
- the controller 200 controls each inverter circuit based on the calculated total on-duty D of all the inverter circuits.
- FIG. 5 is a diagram showing a control chart in the constant current mode. As shown in FIG.
- the controller 200 determines I out and I out. Calculate the difference from * and input the difference to the PI controller. Further, the controller 200 calculates the sum of the predetermined design on-duty Dref of all the inverter circuits and the PI controller output to calculate the total on-duty D of all the inverter circuits. Finally, the controller 200 controls each inverter circuit based on the calculated total on-duty D of all the inverter circuits.
- the controller 200 reduces the total on-duty D so that the output current detection value I out is the output current target value I out. If it is smaller than out * , the total on-duty D is increased.
- FIG. 6 is a diagram showing a control chart in the constant voltage mode.
- the controller 200 determines V out and V out. Calculate the difference from * and input the difference to the PI controller. Further, the controller 200 calculates the sum of the predetermined design on-duty Dref of all the inverter circuits and the PI controller output to calculate the total on-duty D of all the inverter circuits. Finally, the controller 200 controls each inverter circuit based on the calculated total on-duty D of all the inverter circuits.
- the power conversion device can also be driven in the constant power mode.
- the controller 200 needs to control the on-duty D1, D2 of each inverter circuit after determining the total on-duty D of all the inverter circuits in the constant current mode or the constant power mode.
- the control method will be described. There are eight control methods, but any control method may be used. Since these control methods are methods for controlling the balance between the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit, they will be referred to as balance control methods below.
- the link voltage is the total voltage of the capacitors C1 and C2.
- the link voltage detection value is the sum of Vc1 and Vc2 measured by the capacitor voltage detection circuits VD1 and VD2, respectively, and the link voltage target value is a preset DC voltage value of the input power.
- FIG. 7 is a diagram showing a control chart of the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit.
- a value obtained by dividing the link voltage target value V link * by 2 which is the number of inverter circuits is used as a command value.
- the difference between the command value and the voltage detection value Vc1 of the capacitor C1 is input to the PI controller.
- the value obtained by dividing the total on-duty D by the number of inverter circuits, 2, and the output of the PI controller are summed to determine the on-duty D1 of the first inverter circuit.
- the difference between the command value and the voltage detection value Vc2 of the capacitor C2 is input to the PI controller.
- the value obtained by dividing the total on-duty D by the number of inverters, 2, and the output of the PI controller are summed to determine the on-duty D2 of the second inverter circuit.
- FIG. 8 is a diagram showing a control chart of the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit.
- a value obtained by dividing the link voltage detection value V link by 2 which is the number of inverter circuits is used as a command value.
- the difference between the command value and the voltage detection value Vc1 of the capacitor C1 is input to the PI controller.
- the value obtained by dividing the total on-duty D by the number of inverter circuits, 2, and the output of the PI controller are summed to determine the on-duty D1 of the first inverter circuit.
- the difference between the command value and the voltage detection value Vc2 of the capacitor C2 is input to the PI controller.
- the on-duty D2 of the second inverter circuit is determined by taking the sum of the value obtained by dividing the total on-duty D by the number of inverter circuits, 2 and the output of the PI controller.
- FIG. 9 is a diagram showing a control chart of the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit.
- a value obtained by dividing the link voltage target value V link * by 2 which is the number of inverter circuits is used as a command value.
- the difference between the command value and the voltage detection value Vc1 of the capacitor C1 is input to the PI controller.
- the value obtained by dividing the total on-duty D by the number of inverter circuits, 2, and the output of the PI controller are summed to determine the on-duty D1 of the first inverter circuit.
- the on-duty D2 of the second inverter circuit is determined by subtracting the on-duty D1 of the first inverter circuit from the total on-duty D.
- FIG. 10 is a diagram showing a control chart of the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit.
- a value obtained by dividing the link voltage detection value V link by 2 which is the number of inverter circuits is used as a command value.
- the difference between the command value and the voltage detection value Vc1 of the capacitor C1 is input to the PI controller.
- the sum of the value obtained by dividing the total on-duty D by 2 which is the number of inverter circuits and the output of the PI controller is calculated to determine the on-duty D1 of the first inverter circuit.
- the on-duty D2 of the second inverter circuit is determined by subtracting the on-duty of the first inverter circuit from the total on-duty.
- FIG. 11 is a diagram showing a control chart of the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit.
- the voltage detection value Vc1 of the capacitor C1 is divided by the link voltage target value Vlink * , and the result is integrated with the total on-duty D to determine the on-duty D1 of the first inverter circuit.
- the voltage detection value Vc2 of the capacitor C2 is divided by the link voltage target value Vlink * , and the result is integrated with the total on-duty D to determine the on-duty D2 of the second inverter circuit.
- FIG. 12 is a diagram showing a control chart of the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit.
- the voltage detection value Vc1 of the capacitor C1 is divided by the link voltage detection value Vlink , and the result is integrated with the total on-duty D to determine the on-duty D1 of the first inverter circuit.
- the voltage detection value Vc2 of the capacitor C2 is divided by the link voltage detection value Vlink , and the result is integrated with the total on-duty D to determine the on-duty D2 of the second inverter circuit.
- FIG. 13 is a diagram showing a control chart of the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit.
- the voltage detection value Vc1 of the capacitor C1 is divided by the link voltage target value Vlink * , and the result is integrated with the total on-duty D to determine the on-duty D1 of the first inverter circuit.
- the on-duty D1 of the second inverter circuit is determined by subtracting the on-duty D1 of the first inverter circuit from the total on-duty D.
- FIG. 14 is a diagram showing a control chart of the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit.
- the voltage detection value Vc1 of the capacitor C1 is divided by the link voltage detection value Vlink , and the result is integrated with the total on-duty D to determine the on-duty D1 of the first inverter circuit.
- the on-duty D1 of the second inverter circuit is determined by subtracting the on-duty D1 of the first inverter circuit from the total on-duty D.
- the balance between the on-duty D1 and D2 of each inverter circuit can be controlled.
- the power converter of the present embodiment can be controlled in the constant power mode and at least one of the constant current mode and the constant voltage mode.
- switching timing pattern of the switching element When two inverter circuits are used, there are six switching patterns, but any pattern may be used.
- the pattern shown in FIG. 3 is referred to as a switching pattern 1, and patterns 2 to 6 will be described below.
- FIG. 15 is a diagram showing a switching operation in this pattern. After the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned on. After the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned on. Then, the above operation is repeated.
- FIG. 16 is a diagram showing a switching operation in this pattern. After the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned on. After the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned on. Then, the above operation is repeated.
- FIG. 17 is a diagram showing a switching operation in this pattern. After the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned on. After the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned on. Then, the above operation is repeated.
- FIG. 18 is a diagram showing a switching operation in this pattern. After the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned on. After the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned on. Then, the above operation is repeated.
- FIG. 19 is a diagram showing a switching operation in this pattern. After the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE22 and SE23 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned on. After the switches SE12 and SE13 of the first inverter circuit INV1 are turned off, the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned on. After the switches SE21 and SE24 of the second inverter circuit INV2 are turned off, the switches SE11 and SE14 of the first inverter circuit INV1 are turned on. Then, the above operation is repeated.
- switching patterns 1 and 2 the cycle of the transformer voltage is 1/2 of the cycle T of the inverter circuit, while in switching patterns 3 to 6, the cycle of the transformer voltage is the same as the cycle T of the inverter circuit. Therefore, the switching pattern 1 and the switching pattern 2 are preferable for downsizing the insulating transformer.
- the power conversion device is a DC-AC converter.
- This DC-AC converter could be driven even in the constant power mode if the input source connected to the input terminal was a constant current source.
- the input source is limited to a constant current source.
- the power converter of the second embodiment uses an AC voltage source (hereinafter, simply referred to as an AC power source) as an input source, and further includes a converter circuit that converts AC power into DC power, which ensures a constant power mode. Can be driven by.
- FIG. 20 is a circuit diagram of the power conversion device according to this embodiment.
- the power converter of the present embodiment is an input terminal of n capacitors C1, C2,... Cn connected in series between the input terminals 1a and 1b of the power converter shown in the first embodiment.
- the converter circuit CNV is connected in parallel to the side.
- the controller 200 is also connected to this converter circuit CNV. Therefore, the power conversion device of the present embodiment is an AC-AC converter.
- An external AC power supply 500 is connected between the pair of input terminals 1a and 1b of the power conversion device 1.
- An external load 400 is connected between the pair of output terminals 1c and 1d.
- the power conversion device 1 configured in this manner can convert the AC power input from the external AC power supply 500 into AC power having a different frequency or a different voltage, and output the AC power to the external load 400.
- the AC power input from the external AC power supply 500 is converted into DC power by the converter circuit CNV.
- This DC power is converted into AC power by the n inverter circuits INV1,... INVn.
- the AC power converted by the n inverter circuits is input to the isolation transformer TR. Electric power is transmitted to the secondary side of the insulating transformer TR, and AC power is output to the external load 400 connected to the secondary side of the insulating transformer TR.
- the power conversion device of this embodiment can be controlled in the constant power mode. The control method will be described below.
- the power converter of the present embodiment can be controlled in the constant power mode similarly to the power converter of the first embodiment.
- the controller 200 calculates the difference between the link voltage detection value V link and the link voltage target value V link *, and inputs it to the PI controller.
- the controller 200 takes the sum of the output value of the PI controller and the design on-duty Dref to determine the total on-duty D.
- converter circuit CNV controls the input current such that the power factor approaches 1 and constant power is input from the AC power supply. Further, the inverter circuit INV1, ⁇ ⁇ ⁇ INVn controls to link voltage detected value V link is predetermined link voltage target value V link *.
- the controller 200 determines the on-duty of the switching element of the converter circuit CNV so that the detected value of the input current input from the AC power source 500 approaches a predetermined current target value. Further, the controller 200 controls the on-duties D1 and D2 of each inverter circuit after the total on-duty D of all the inverter circuits is determined in the constant power mode described above. The method is the same as in the first embodiment.
- the power conversion device configured as described above can reliably drive the DC power input to the inverter circuit in the constant current mode by using the converter circuit. Further, similarly to the first embodiment, the power conversion device of the present embodiment can be driven also in the constant current mode and the constant voltage mode.
- FIG. 21 is a circuit diagram of the power conversion device according to the third embodiment.
- the power converter of the present embodiment includes a rectifier circuit 600 and a rectifier capacitor 700 between the output terminal 1c of the power converter shown in the second embodiment and the secondary winding of the 1d insulating transformer. .. Further, this power conversion device includes an output current detector 800 and an output voltage detector 900 instead of the output detector. Therefore, the power conversion device of the present embodiment is an AC-DC converter.
- the output current detector 800 is connected in series between the rectifier circuit 600 and one output terminal.
- the output voltage detector 900 and the rectifying capacitor 700 are connected in parallel between the rectifying circuit 600 and the output terminal.
- the rectifier circuit 600 is composed of a diode bridge.
- the AC power output from the secondary winding TR2 of the insulation transformer is converted into DC power by the rectifying circuit 600 and the rectifying capacitor 700 and output from the output terminal.
- the power converter configured in this way can be driven in any of the constant power mode, the constant current mode, and the constant voltage mode, as in the second embodiment.
- the controller 200 of the power conversion device described in the first to third embodiments includes a processor 201 and a storage device 202, as shown in FIG. 22 as an example of hardware.
- the storage device includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, an auxiliary storage device such as a hard disk may be provided instead of the flash memory.
- the processor 201 executes the program input from the storage device 202. In this case, the program is input to the processor 201 from the auxiliary storage device via the volatile storage device. Further, the processor 201 may output data such as a calculation result to the volatile storage device of the storage device 202, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.
- 1 power converter 100 output detector, 200 controller, 201 processor, 202 storage device, 300 DC current source, 400 load, 500 AC power supply, 600 rectifier circuit, 700 rectifier capacitor, 800 output current detector, 900 output voltage Detector.
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Abstract
各コンデンサのコンデンサ電圧と、出力電流および出力電圧の少なくとも一方とに基づいて、複数のインバータ回路のオンデューティーを設定することで、定電力制御を可能とする。 複数のコンデンサ(C1、C2、・・・Cn)のそれぞれに並列に接続され、各コンデンサのコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出回路(VD1、VD2、・・・VDn)と、複数のコンデンサの入力端子側と反対側に、複数の前記コンデンサと並列にそれぞれ接続された複数のインバータ回路(INV1、INV2、・・・INVn)と、出力電流および出力電圧の少なくとも一方を検出する出力検出器(100)と、各コンデンサのコンデンサ電圧と出力電流および出力電圧の少なくとも一方とに基づいて、複数のインバータ回路のオンデューティーを設定する制御部(200)とを備えている。
Description
本願は、電力変換装置に関する。
交流または直流の電源からモータなどの負荷に電力を供給するために、電源と負荷との間には電力変換装置が接続されている。このような電力変換装置として、例えば、入力端子に直流電源が接続され、出力端子に直流で駆動される負荷が接続されるDC-DCコンバータがある。このDC-DCコンバータは、入力端子に供給される直流電圧をインバータ回路で高周波交流電圧に変換し、インバータ回路の出力側に接続されたトランスの一次側に高周波交流電圧を供給し、トランスの二次側に接続された整流回路で高周波交流電圧を直流電圧に変換する。
DC-DCコンバータでは、トランスの小型化が求められている。トランスの小型化を実現する一つの手段として、インバータ回路のスイッチング周波数を高周波化する手段がある。しかし、インバータ回路のスイッチング周波数を高周波化した場合、インバータ回路での電力損失が増加してDC-DCコンバータの電力変換効率が低下する。
電力変換効率の低下を抑えてインバータ回路のスイッチング周波数を高周波化する方法として、複数のインバータ回路を直列接続する方法がある。複数のインバータ回路を直列接続したDC-DCコンバータでは、複数のインバータ回路を順次スイッチング動作させることで、インバータ回路全体のスイッチング周波数を各インバータ回路のスイッチング周波数の個数倍の周波数とすることができる。その結果、個々のインバータ回路のスイッチング周波数を低くすることができるので、インバータ回路での電力損失は小さくなり、DC-DCコンバータの電力変換効率の低下を抑えることができる。複数のインバータ回路を直列接続する構成は、出力側に配置されるトランスを小型のトランスで構成できる特徴があるため、DC-DCコンバータだけでなく他の電力変換装置にも採用されている。複数のインバータ回路を直列接続した電力変換装置では、各インバータ回路の入力側にコンデンサが並列に接続されている。この各コンデンサ電圧が各インバータ回路の入力電圧となる。
しかしながら、複数のインバータ回路を直列接続した電力変換装置では、各インバータ回路の入力電圧(コンデンサ電圧)にばらつきが生じる問題がある。そのため、各インバータ回路の出力電圧にもばらつきが生じる。各インバータ回路のコンデンサ電圧にばらつきが生じると、電圧の高いコンデンサから電圧の低いコンデンサへ流れる無効電力が発生するという課題がある。
このような問題を解決する一つの制御方法として、各インバータ回路の入力電圧を検出し、検出された入力電圧に応じて各インバータ回路のオンデューティーを制御して入力電圧のばらつきを少なくする制御方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、別の制御方法として、各インバータ回路の出力電圧を検出し、検出された出力電圧に応じて各インバータ回路のオンデューティーを制御して出力電圧のばらつきを少なくする制御方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述の従来の制御方法を適用した電力変換装置は、装置の内部での無効電力の低減はできるが、装置の外部へ出力する出力電力の変動を抑制することができない。つまり、従来の電力変換装置は、定電力出力制御ができない。
本願の電力変換装置は、
一対の入力端子と、
一対の入力端子間に直列に接続された複数のコンデンサと、
複数のコンデンサのそれぞれに並列に接続され、各コンデンサのコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出回路と、
複数のコンデンサの入力端子側の反対側に、複数のコンデンサと並列にそれぞれ接続された複数のインバータ回路と、
複数のインバータ回路のそれぞれの出力側に接続された一次側巻き線、および一次側巻き線と磁気結合した二次側巻き線を備えたトランスと、
トランスの二次側巻き線に接続された一対の出力端子と、
トランスからの出力電流および出力電圧の少なくとも一方を検出する出力検出器と、
複数のインバータ回路、コンデンサ電圧検出回路および出力検出器に接続された制御部を備えており、
制御部は、
各コンデンサのコンデンサ電圧と出力電流および出力電圧の少なくとも一方とに基づいて、複数のインバータ回路のオンデューティーを設定する。
一対の入力端子と、
一対の入力端子間に直列に接続された複数のコンデンサと、
複数のコンデンサのそれぞれに並列に接続され、各コンデンサのコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出回路と、
複数のコンデンサの入力端子側の反対側に、複数のコンデンサと並列にそれぞれ接続された複数のインバータ回路と、
複数のインバータ回路のそれぞれの出力側に接続された一次側巻き線、および一次側巻き線と磁気結合した二次側巻き線を備えたトランスと、
トランスの二次側巻き線に接続された一対の出力端子と、
トランスからの出力電流および出力電圧の少なくとも一方を検出する出力検出器と、
複数のインバータ回路、コンデンサ電圧検出回路および出力検出器に接続された制御部を備えており、
制御部は、
各コンデンサのコンデンサ電圧と出力電流および出力電圧の少なくとも一方とに基づいて、複数のインバータ回路のオンデューティーを設定する。
本願の電力変換装置は、各コンデンサのコンデンサ電圧と出力電流および出力電圧の少なくとも一方とに基づいて、複数のインバータ回路のオンデューティーを設定しているので、定電力出力制御をおこなうことができる。
以下、本願を実施するための実施の形態に係る電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしく相当部分を示している。
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置の回路図である。本実施の形態の電力変換装置は、電力変換装置の一例としてのDC-ACコンバータである。DC-ACコンバータは、入力された直流電力を高周波交流電力に変換してトランスの一次側に供給し、トランスの二次側から交流電力を出力する装置である。
図1において、本実施の形態の電力変換装置1は、一対の入力端子1aおよび1bと、一対の出力端子1cおよび1dとを備えている。入力端子1aと1bとの間には、n個のインバータ回路INV1、INV2、・・・INVnが直列に接続されている。また、入力端子1aと1bとの間には、n個のコンデンサC1、C2、・・・Cnが直列に接続されている。ここで、nは2以上の自然数である。そして、n個のインバータ回路INV1、INV2、・・・INVnとn個のコンデンサC1、C2、・・・Cnとはそれぞれ並列に接続されている。さらに、n個のコンデンサC1、C2、・・・Cnには、それらのコンデンサに印加された電圧を検出するn個のコンデンサ電圧検出回路VD1、VD2・・・VDnがそれぞれ並列に接続されている。このn個のコンデンサ電圧検出回路で検出された各コンデンサ電圧をVc1、Vc2、・・・Vcnと表記する。
n個のインバータ回路INV1、INV2、・・・INVnの出力側には、絶縁トランスTRの一次巻き線が接続されている。絶縁トランスTRの一次巻き線は、n個の一次巻き線TR11、TR12、・・・TR1nに分割されている。インバータ回路INV1、INV2、・・・INVnと絶縁トランスTRの一次巻き線との接続関係は後述する。
絶縁トランス二次巻き線TR2は、出力端子1cおよび1dにそれぞれ接続されている。そして、絶縁トランス二次巻き線TR2と、出力端子1cおよび1dとの間には、出力端子1cおよび1dから出力される電力の出力電流および出力電圧の少なくとも一方を検出する出力検出器100が接続されている。
n個のインバータ回路INV1、INV2、・・・INVn、n個の電圧検出回路VD1、VD2・・・VDn、出力検出器100は、制御器200に接続されている。この制御器200は、n個のコンデンサ電圧検出回路VD1、VD2・・・VDn、出力検出器100から得られる検出電圧および検出電流の少なくとも一方に基づいて、n個のインバータ回路INV1、INV2、・・・INVnの動作を制御する。
なお、図1において、制御器200と他の機器との接続関係の図示は、図が煩雑になることを避けるために省略している。
なお、図1において、制御器200と他の機器との接続関係の図示は、図が煩雑になることを避けるために省略している。
n個のインバータ回路のそれぞれは、4つのスイッチング素子を備えている。例えば、1個目のインバータ回路INV1は、スイッチング素子SE11、SE12、SE13およびSE14を備えており、SE11とSE12とが直列に接続されており、SW13とSW14とが直列に接続されている。そして、SE11とSE12との直列接続部分と、SW13とSW14との直列接続部分とが並列に接続されている。同様に、n個目のインバータ回路INVnは、スイッチング素子SEn1、SEn2、SEn3およびSEn4を備えており、SEn1とSEn2とが直列に接続されており、SWn3とSWn4とが直列に接続されている。そして、SEn1とSEn2との直列接続部分と、SWn3とSWn4との直列接続部分とが並列に接続されている。すなわち、各インバータ回路は、フルブリッジ構成のインバータ回路である。また、各スイッチング素子は、例えば半導体スイッチ素子である。なお、各インバータ回路は、フルブリッジ構成のインバータ回路に限ったものではなく、ハーフブリッジ構成のインバータなど直流電力を交流電力に変換できるものであればどのような回路であってもよい。
1個目のインバータ回路INV1のSE11とSE12との接続点と、SE13とSE14との接続点とが絶縁トランスTRの一次巻き線TR11に接続されている。同様に、n個目のインバータ回路INVnのSEn1とSEn2との接続点と、SEn3とSEn4との接続点とが絶縁トランスTRの一次巻き線TR1nに接続されている。
電力変換装置1の一対の入力端子1aと1bとの間には、外部の直流電流源300が接続されている。また、一対の出力端子1cと1dとの間には、外部の負荷400が接続されているこのように構成された電力変換装置1は、外部の直流電流源300から入力される電力を交流電力に変換して外部の負荷400に出力することができる。
つぎに、電力変換装置1の動作について説明する。n個のインバータ回路はすべて同一周波数で動作されるとし、各インバータ回路のスイッチングのタイミングは制御器200で制御されている。n個のインバータ回路のそれぞれは、4つのスイッチング素子を備えているが、その中で2つずつは同期してオンまたはオフされる。例えば、1個目のインバータ回路INV1では、SE11とSE14とが同期してオンまたはオフされ、SE12とSE13とが同期してオンまたはオフされる。そして、同時にすべてのスイッチング素子がオン状態となることはなく、それぞれのスイッチング素子がオン状態である期間は同じとする。つまり、同一周波数で動作するインバータ回路の1周期をTとし、1個目のインバータ回路INV1のSE11とSE14とが同期してオン状態である期間をT1とすると、SE12とSE13とが同期して状態である期間もT1となる。同様に、n個目のインバータ回路INVnは、スイッチング素子SEn1、とSEn4とが同期してオンまたはオフされ、SEn2とSEn3とが同期してオンまたはオフされる。n個目のインバータ回路INV1のSEn1とSEn4とが同期してオン状態である期間をTnとすると、SEn2とSEn3とが同期してオン状態である期間もTnとなる。
ここで、オンデューティーを定義する。オンデューティーとは、スイッチング動作において、1周期に対するオン状態となる期間の比率である。INV1のオンデューティーをD1、INV2のオンデューティーをD2、INVnのオンデューティーをDn、およびINV1からINVnのすべてのインバータの合計オンデューティーをDとすると、これらのオンデューティーは、次の式で表すことができる。
D1=T1/T、D2=T2/T、・・・Dn=Tn/T
D=D1+D2+・・・+Dn
D1=T1/T、D2=T2/T、・・・Dn=Tn/T
D=D1+D2+・・・+Dn
以下、説明を簡素化するために、n=2の場合の電力変換装置を説明する。
図2は、本実施の形態に係るn=2とした電力変換装置の回路図である。また、図3は、n=2とした電力変換装置におけるスイッチング動作を示す図である。図3において、上の図はスイッチング素子SE11、SE12、SE13およびSE14のオン・オフ状態を表し、中央の図はSE21、SE22、SE23およびSE24のオン・オフ状態を表し、下の図は絶縁トランスTRの2次巻き線のトランス電圧(VTR)を表している。インバータ回路は、フルブリッジ構成のインバータ回路であり、4つのスイッチング素子のオン・オフにより正極性の電圧および負極性の電圧を出力することが可能である。
図2は、本実施の形態に係るn=2とした電力変換装置の回路図である。また、図3は、n=2とした電力変換装置におけるスイッチング動作を示す図である。図3において、上の図はスイッチング素子SE11、SE12、SE13およびSE14のオン・オフ状態を表し、中央の図はSE21、SE22、SE23およびSE24のオン・オフ状態を表し、下の図は絶縁トランスTRの2次巻き線のトランス電圧(VTR)を表している。インバータ回路は、フルブリッジ構成のインバータ回路であり、4つのスイッチング素子のオン・オフにより正極性の電圧および負極性の電圧を出力することが可能である。
1個目のインバータ回路INV1では、SE11とSE14とが同期してオンまたはオフされ、SE12とSE13とが同期してオンまたはオフされる。そして、同時にすべてのスイッチング素子がオン状態となることはなく、SE11およびSE14がオンの状態とSE12およびSE13がオンの状態との間には短絡が生じないようにデッドタイムが挿入されている。また、2個目のインバータ回路INV2では、SE21とSE24とが同期してオンまたはオフされ、SE22とSE23とが同期してオンまたはオフされる。そして、同時にすべてのスイッチング素子がオン状態となることはなく、SE21およびSE24がオンの状態とSE22およびSE23がオンの状態との間には短絡が生じないようにデッドタイムが挿入されている。
1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、スイッチSE12、SE13がターンオンする。第1のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、2個目のインバータINV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。このように、
n=2とした電力変換装置では、1個目のバータ回路INV1と2個目のインバータ回路INV2とで1周期内を2分割し、180度位相をずらして動作させている。インバータ回路の数がn個ある電力変換装置では、1周期をn分割し、360度/n度位相をずらして動作させる。
n=2とした電力変換装置では、1個目のバータ回路INV1と2個目のインバータ回路INV2とで1周期内を2分割し、180度位相をずらして動作させている。インバータ回路の数がn個ある電力変換装置では、1周期をn分割し、360度/n度位相をずらして動作させる。
絶縁トランスTRにおいて、1個目のインバータ回路INV1がオン・オフ動作を行っているとき、絶縁トランスTRの1次巻線TR11に電圧が生じる。このとき、2個目のインバータ回路INV2はオン・オフ動作を行っていないが、絶縁トランスTRの1次巻線TR11とTR12とは磁気結合しているため、絶縁トランスTRの1次巻線TR12にも電圧が生じることになる。
同様に、2個目のインバータ回路INV2がオン・オフ動作を行っているとき、絶縁トランスTRの1次巻線TR12に電圧が生じる。このとき、第1のインバータ回路INV1はオン・オフ動作を行っていないが、絶縁トランスTRの1次巻線TR11とTR12とは磁気結合しているため、絶縁トランスTRの1次巻線TR11にも電圧が生じることになる。
上述のとおり、トランスTRの1次巻線TR11およびTR12には、対応するインバータ回路がスイッチングを行っていないときにも電圧を生じるが、1次巻線TR11およびTR12の巻き数比を揃え、1個目のインバータ回路INV1と2個目のインバータ回路INV2にそれぞれ接続される第1のコンデンサC1と第2のコンデンサC2の電圧を等しくすれば、例えば、1個目のインバータ回路INV1が動作しているときに、2個目のインバータ回路INV2が電流を引き込むことはない。
このように、インバータ回路が2個で180度位相をずらして交互にスイッチングを行うことで、1周期を2個のインバータ回路で時分割して絶縁トランスTRに対して交互の電圧を印加することができるため、VT積が半分となり、絶縁トランスのコアを小さくできる。n個のインバータ回路で交互に動作をさせると、VT積が1/nとなり、絶縁トランスTRのコアの小型化がさらに可能になる。ここで、VT積とは、絶縁トランスの二次側に印加される電圧と、その電圧の周期との積である。
次に、図2に示した電力変換装置の動作について説明する。外部の直流電流源300から入力された直流電力は、2つのインバータ回路INV1、INV2で交流電力に変換される。この2つのインバータ回路で変換された交流電力は、絶縁トランスTRへ入力される。絶縁トランスTRの2次側に電力が伝送され、この絶縁トランスTRの二次側に接続された外部の負荷400へ交流電力を出力する。本実施の形態の電力変換装置は、定電力モードと、定電流モードおよび定電圧モードの少なくとも一方のモードとで制御することができる。以下に各モードの制御方法について説明する。
<定電力モード>
図4は、定電力モードの制御チャートを示す図である。図20に示すように、制御器200は、リンク電圧検出値Vlinkとリンク電圧目標値Vlink *との差分を計算し、PI制御器に入力する。制御器200は、PI制御器の出力値と設計オンデューティーDrefとの和を取り、合計オンデューティーDが決定される。最後に制御器200は、算出された全インバータ回路の合計オンデューティーDに基づいて、各インバータ回路を制御する。
<定電流モード>
図5は、定電流モードの制御チャートを示す図である。図4に示すように、定電流モードでの出力電流目標値をIout *とし、出力検出器100で検出される出力電流検出値をIoutとすると、制御器200は、IoutとIout *との差分を計算し、その差分をPI制御器に入力する。さらに、制御器200は、あらかじめ定められた全インバータ回路の設計オンデューティーDrefとPI制御器出力との和を計算して、全インバータ回路の合計オンデューティーDを算出する。最後に制御器200は、算出された全インバータ回路の合計オンデューティーDに基づいて、各インバータ回路を制御する。
図4は、定電力モードの制御チャートを示す図である。図20に示すように、制御器200は、リンク電圧検出値Vlinkとリンク電圧目標値Vlink *との差分を計算し、PI制御器に入力する。制御器200は、PI制御器の出力値と設計オンデューティーDrefとの和を取り、合計オンデューティーDが決定される。最後に制御器200は、算出された全インバータ回路の合計オンデューティーDに基づいて、各インバータ回路を制御する。
<定電流モード>
図5は、定電流モードの制御チャートを示す図である。図4に示すように、定電流モードでの出力電流目標値をIout *とし、出力検出器100で検出される出力電流検出値をIoutとすると、制御器200は、IoutとIout *との差分を計算し、その差分をPI制御器に入力する。さらに、制御器200は、あらかじめ定められた全インバータ回路の設計オンデューティーDrefとPI制御器出力との和を計算して、全インバータ回路の合計オンデューティーDを算出する。最後に制御器200は、算出された全インバータ回路の合計オンデューティーDに基づいて、各インバータ回路を制御する。
例えば、制御器200は、出力電流検出値をIoutが出力電流目標値をIout
*よりも大きい場合、合計オンデューティーDを小さくし、出力電流検出値をIoutが出力電流目標値をIout
*よりも小さい場合、合計オンデューティーDを大きくする。
<定電圧モード>
図6は、定電圧モードの制御チャートを示す図である。図5に示すように、定電圧モードでの出力電圧目標値をVout *とし、出力検出器100で検出される出力電圧検出値をVoutとすると、制御器200は、VoutとVout *との差分を計算し、その差分をPI制御器に入力する。さらに、制御器200は、あらかじめ定められた全インバータ回路の設計オンデューティーDrefとPI制御器出力との和を計算して、全インバータ回路の合計オンデューティーDを算出する。最後に制御器200は、算出された全インバータ回路の合計オンデューティーDに基づいて、各インバータ回路を制御する。
図6は、定電圧モードの制御チャートを示す図である。図5に示すように、定電圧モードでの出力電圧目標値をVout *とし、出力検出器100で検出される出力電圧検出値をVoutとすると、制御器200は、VoutとVout *との差分を計算し、その差分をPI制御器に入力する。さらに、制御器200は、あらかじめ定められた全インバータ回路の設計オンデューティーDrefとPI制御器出力との和を計算して、全インバータ回路の合計オンデューティーDを算出する。最後に制御器200は、算出された全インバータ回路の合計オンデューティーDに基づいて、各インバータ回路を制御する。
ここで、フィードバック制御としてPI制御を用いた場合について説明したが、P制御またはPID制御を用いてもよい。
また、外部の直流電流源300が定電流モードで駆動できるものであれば、本実施の形態の電力変換装置は定電力モードでも駆動できる。
制御器200は、定電流モードあるいは定電力モードで全インバータ回路の合計オンデューティーDを決定したのちに、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2を制御する必要がある。その制御方法について説明する。制御方法として8パターンあるが、どの制御方法を用いてもよい。なお、これらの制御方法は、各インバータ回路のオンデューティーD1とD2とのバランスを制御する方法であるので、以下バランス制御方法と記す。なお、リンク電圧とは、コンデンサC1およびC2の電圧の合計である。リンク電圧検出値は、コンデンサ電圧検出回路VD1およびVD2でそれぞれ測定されたVc1とVc2との合計であり、リンク電圧目標値は、あらかじめ設定された入力電力の直流電圧値である。
<バランス制御方法1>
図7は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。リンク電圧目標値Vlink *をインバータ回路の個数の2で割った値を指令値とする。指令値とコンデンサC1の電圧検出値Vc1の差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。指令値とコンデンサC2の電圧検出値Vc2との差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータの個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
図7は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。リンク電圧目標値Vlink *をインバータ回路の個数の2で割った値を指令値とする。指令値とコンデンサC1の電圧検出値Vc1の差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。指令値とコンデンサC2の電圧検出値Vc2との差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータの個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
<バランス制御方法2>
図8は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。リンク電圧検出値Vlinkをインバータ回路の個数の2で割った値を指令値とする。指令値とコンデンサC1の電圧検出値Vc1の差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。指令値とコンデンサC2の電圧検出値Vc2との差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、第2のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
図8は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。リンク電圧検出値Vlinkをインバータ回路の個数の2で割った値を指令値とする。指令値とコンデンサC1の電圧検出値Vc1の差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。指令値とコンデンサC2の電圧検出値Vc2との差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、第2のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
<バランス制御方法3>
図9は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。リンク電圧目標値Vlink *をインバータ回路の個数の2で割った値を指令値とする。指令値とコンデンサC1の電圧検出値Vc1の差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。2個目のインバータ回路のオンデューティーD2は、合計オンデューティーDから1個目のインバータ回路のオンデューティーD1を引くことで決定される。
図9は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。リンク電圧目標値Vlink *をインバータ回路の個数の2で割った値を指令値とする。指令値とコンデンサC1の電圧検出値Vc1の差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。2個目のインバータ回路のオンデューティーD2は、合計オンデューティーDから1個目のインバータ回路のオンデューティーD1を引くことで決定される。
<バランス制御方法4>
図10は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。リンク電圧検出値Vlinkをインバータ回路の個数の2で割った値を指令値とする。指令値とコンデンサC1の電圧検出値Vc1の差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。2個目のインバータ回路のオンデューティーD2は、合計オンデューティーから1個目のインバータ回路のオンデューティーを引くことで決定される。
図10は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。リンク電圧検出値Vlinkをインバータ回路の個数の2で割った値を指令値とする。指令値とコンデンサC1の電圧検出値Vc1の差分がPI制御器に入力される。合計オンデューティーDをインバータ回路の個数の2で割った値と、PI制御器の出力との和を取り、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。2個目のインバータ回路のオンデューティーD2は、合計オンデューティーから1個目のインバータ回路のオンデューティーを引くことで決定される。
<バランス制御方法5>
図11は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。コンデンサC1の電圧検出値Vc1をリンク電圧目標値Vlink *で割り、その結果を合計オンデューティーDと積算し、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。コンデンサC2の電圧検出値Vc2をリンク電圧目標値Vlink *で割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
図11は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。コンデンサC1の電圧検出値Vc1をリンク電圧目標値Vlink *で割り、その結果を合計オンデューティーDと積算し、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。コンデンサC2の電圧検出値Vc2をリンク電圧目標値Vlink *で割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
<バランス制御方法6>
図12は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。コンデンサC1の電圧検出値Vc1をリンク電圧検出値Vlinkで割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。コンデンサC2の電圧検出値Vc2をリンク電圧検出値Vlinkで割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
図12は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。コンデンサC1の電圧検出値Vc1をリンク電圧検出値Vlinkで割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。コンデンサC2の電圧検出値Vc2をリンク電圧検出値Vlinkで割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
<バランス制御方法7>
図13は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。コンデンサC1の電圧検出値Vc1をリンク電圧目標値Vlink *で割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。合計オンデューティーDから1個目のインバータ回路のオンデューティーD1を引くことにより、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
図13は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。コンデンサC1の電圧検出値Vc1をリンク電圧目標値Vlink *で割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。合計オンデューティーDから1個目のインバータ回路のオンデューティーD1を引くことにより、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
<バランス制御方法8>
図14は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。コンデンサC1の電圧検出値Vc1をリンク電圧検出値Vlinkで割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。合計オンデューティーDから1個目のインバータ回路のオンデューティーD1を引くことにより、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
図14は、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2の制御チャートを示す図である。コンデンサC1の電圧検出値Vc1をリンク電圧検出値Vlinkで割り、その結果が合計オンデューティーDと積算され、1個目のインバータ回路のオンデューティーD1が決定される。合計オンデューティーDから1個目のインバータ回路のオンデューティーD1を引くことにより、2個目のインバータ回路のオンデューティーD2が決定される。
このような8つのパターンのバランス制御方法を用いることで、各インバータ回路のオンデューティーD1とD2とのバランスを制御することができる。その結果、本実施の形態の電力変換装置は、定電力モードと、定電流モードおよび定電圧モードの少なくとも一方のモードとで制御することができる。
次に、スイッチング素子のスイッチングのタイミングのパターンについて説明する。2個のインバータ回路を用いた場合、スイッチングのパターンとして6パターンあるが、どのパターンを用いてもよい。なお、図3に示したパターンをスイッチングパターン1とし、以下にパターン2から6を説明する。
<スイッチングパターン2>
図15は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
図15は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
<スイッチングパターン3>
図16は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
図16は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
<スイッチングパターン4>
図17は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
図17は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
<スイッチングパターン5>
図18は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
図18は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
<スイッチングパターン6>
図19は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
図19は、このパターンでのスイッチング動作を示す図である。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11とSE14がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE22、SE23がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオンする。1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE12、SE13がターンオフ後、2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオンする。2個目のインバータ回路INV2のスイッチSE21、SE24がターンオフ後、1個目のインバータ回路INV1のスイッチSE11、SE14がターンオンする。そして上記動作を繰り返す。
スイッチングパターン1およびスイッチングパターン2は、トランス電圧の周期がインバータ回路の周期Tの1/2となるが、イッチングパターン3から6は、トランス電圧の周期がインバータ回路の周期Tと同じになる。したがって、絶縁トランスの小型化のためには、スイッチングパターン1およびスイッチングパターン2の方が好ましい。
実施の形態2.
実施の形態1の電力変換装置は、DC-ACコンバータであった。このDC-ACコンバータは、入力端子に接続される入力源が定電流源であれば、定電力モードでも駆動可能であった。しかし、実際には入力源が定電流源であることは限られている。実施の形態2の電力変換装置は、入力源として交流電圧源(以下、単に交流電源と呼ぶ)を用い、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路をさらに備えたもので、確実に定電力モードで駆動できる。
実施の形態1の電力変換装置は、DC-ACコンバータであった。このDC-ACコンバータは、入力端子に接続される入力源が定電流源であれば、定電力モードでも駆動可能であった。しかし、実際には入力源が定電流源であることは限られている。実施の形態2の電力変換装置は、入力源として交流電圧源(以下、単に交流電源と呼ぶ)を用い、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路をさらに備えたもので、確実に定電力モードで駆動できる。
図20は、本実施の形態に係る電力変換装置の回路図である。本実施の形態の電力変換装置は、実施の形態1に示した電力変換装置の入力端子1aと1bとの間に直列に接続されたn個のコンデンサC1、C2、・・・Cnの入力端子側に、コンバータ回路CNVが並列に接続されている。また、制御器200は、このコンバータ回路CNVにも接続されている。したがって、本実施の形態の電力変換装置は、AC-ACコンバータである。
電力変換装置1の一対の入力端子1aと1bとの間には、外部の交流電源500が接続されている。また、一対の出力端子1cと1dとの間には、外部の負荷400が接続されている。このように構成された電力変換装置1は、外部の交流電源500から入力される交流電力を異なる周波数あるいは異なる電圧の交流電力に変換して外部の負荷400に出力することができる。
このように構成された電力変換装置の動作について説明する。外部の交流電源500から入力された交流電力は、コンバータ回路CNVで直流電力に変換される。この直流電力がn個のインバータ回路INV1、・・・INVnで交流電力に変換される。このn個のインバータ回路で変換された交流電力は、絶縁トランスTRへ入力される。絶縁トランスTRの2次側に電力が伝送され、この絶縁トランスTRの二次側に接続された外部の負荷400へ交流電力を出力する。本実施の形態の電力変換装置は、定電力モードで制御することができる。以下にその制御方法について説明する。
<定電力モード>
本実施の形態の電力変換装置は、実施の形態1の電力変換装置と同様に定電力モードで制御することができる。実施の形態1の図4に示すように、制御器200は、リンク電圧検出値Vlinkとリンク電圧目標値Vlink *との差分を計算し、PI制御器に入力する。制御器200は、PI制御器の出力値と設計オンデューティーDrefとの和を取り、合計オンデューティーDが決定される。
本実施の形態の電力変換装置は、実施の形態1の電力変換装置と同様に定電力モードで制御することができる。実施の形態1の図4に示すように、制御器200は、リンク電圧検出値Vlinkとリンク電圧目標値Vlink *との差分を計算し、PI制御器に入力する。制御器200は、PI制御器の出力値と設計オンデューティーDrefとの和を取り、合計オンデューティーDが決定される。
また、定電力モードにおいて、コンバータ回路CNVは、力率が1に近づき、かつ交流電源から定電力が入力されるように入力電流を制御する。さらに、インバータ回路INV1、・・・INVnは、リンク電圧検出値Vlinkがあらかじめ定められたリンク電圧目標値Vlink
*となるように制御する。
制御器200は、交流電源500より入力される入力電流の検出値があらかじめ定められた電流目標値に近づくように、コンバータ回路CNVの有するスイッチング素子のオンデューティーを決定する。さらに、制御器200は、上述の定電力モードで全インバータ回路の合計オンデューティーDが決定したのちに、各インバータ回路のオンデューティーD1、D2を制御する。その方法は、実施の形態1と同様である。
このように構成された電力変換装置は、コンバータ回路を用いてインバータ回路に入力される直流電力を定電流モードにすることができるので、確実に定電力モードで駆動することができる。
また、実施の形態1と同様に、本実施の形態の電力変換装置は、定電流モードおよび定電圧モードでも駆動することができる。
また、実施の形態1と同様に、本実施の形態の電力変換装置は、定電流モードおよび定電圧モードでも駆動することができる。
実施の形態3.
図21は、実施の形態3に係る電力変換装置の回路図である。本実施の形態の電力変換装置は、実施の形態2に示した電力変換装置の出力端子1cと1d絶縁トランスとの二次側巻き線との間に整流回路600および整流コンデンサ700を備えている。また、この電力変換装置は、出力検出器に替えて出力電流検出器800および出力電圧検出器900を備えている。したがって、本実施の形態の電力変換装置は、AC-DCコンバータである。
図21は、実施の形態3に係る電力変換装置の回路図である。本実施の形態の電力変換装置は、実施の形態2に示した電力変換装置の出力端子1cと1d絶縁トランスとの二次側巻き線との間に整流回路600および整流コンデンサ700を備えている。また、この電力変換装置は、出力検出器に替えて出力電流検出器800および出力電圧検出器900を備えている。したがって、本実施の形態の電力変換装置は、AC-DCコンバータである。
出力電流検出器800は、整流回路600と一方の出力端子との間に直列に接続されている。出力電圧検出器900および整流コンデンサ700は、整流回路600と出力端子との間に並列に接続されている。整流回路600は、ダイオードブリッジで構成されている。絶縁トランスの二次側巻き線TR2から出力される交流電力は、整流回路600および整流コンデンサ700で直流電力に変換されて出力端子から出力される。
このように構成された電力変換装置は、実施の形態2と同様に、定電力モード、定電流モードおよび定電圧モードのいずれのモードでも駆動することができる。
なお、実施の形態1から3で説明した電力変換装置の制御器200は、ハードウエアの一例を図22に示すように、プロセッサ201と記憶装置202とから構成される。記憶装置は、図示していないが、ランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクなどの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ201は、記憶装置202から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ201にプログラムが入力される。また、プロセッサ201は、演算結果などのデータを記憶装置202の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、1つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 電力変換装置、 100 出力検出器、 200 制御器、 201 プロセッサ、 202 記憶装置、 300 直流電流源、 400 負荷、 500 交流電源、 600 整流回路、 700 整流コンデンサ、 800 出力電流検出器、 900 出力電圧検出器。
Claims (11)
- 一対の入力端子と、
前記一対の入力端子間に直列に接続された複数のコンデンサと、
複数の前記コンデンサのそれぞれに並列に接続され、各コンデンサのコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出回路と、
複数の前記コンデンサの入力端子側と反対側に、複数の前記コンデンサと並列にそれぞれ接続された複数のインバータ回路と、
複数の前記インバータ回路のそれぞれの出力側に接続された一次側巻き線、および前記一次側巻き線と磁気結合した二次側巻き線を備えたトランスと、
前記トランスの二次側巻き線に接続された一対の出力端子と、
前記トランスからの出力電流および出力電圧の少なくとも一方を検出する出力検出器と、
複数の前記インバータ回路、前記コンデンサ電圧検出回路、および前記出力検出器に接続された制御部と
を備えた電力変換装置であって、
前記制御部は、
前記各コンデンサの前記コンデンサ電圧と前記出力電流および前記出力電圧の少なくとも一方とに基づいて、前記複数のインバータ回路のオンデューティーを設定する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記複数のコンデンサの前記入力端子側に、前記複数のコンデンサと並列に接続されたコンバータ回路をさらに備え、
前記制御部は、前記コンバータ回路の入力電流を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記トランスの二次側巻き線と前記一対の出力端子との間に、整流回路および整流コンデンサをさらに備え、
前記出力検出器は、前記整流回路と一方の出力端子との間に直列に接続された出力電流検出器および
前記一対の出力端子間に接続された出力電圧検出器を備えた
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、正極性の電圧および負極性の電圧を出力するものであり、
前記制御部は、1つの周期において前記インバータ回路が正極性の電圧および負極性の電圧を1回ずつ出力するように前記スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、複数の前記インバータ回路のうち1つの前記インバータ回路が異なる極性の電圧を連続で出力したのち、他の前記インバータ回路が異なる極性の電圧を出力するように前記スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、複数の前記インバータ回路のすべてが一方の極性の電圧を連続で出力したのち、複数の前記インバータ回路のすべてが他方の極性の電圧を出力するように前記スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記トランスの二次側巻き線から出力される電力を定電流モードおよび定電圧モードの少なくとも一つのモードで制御する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記出力電流および前記出力電圧の少なくとも一方を一定とするように、前記複数のインバータ回路のオンデューティーを設定する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記複数のインバータ回路の各インバータ回路の個別オンデューティーと、
前記個別オンデューティーの合計である全オンデューティーと
を設定する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
複数の前記コンデンサの個別のコンデンサ電圧の値と複数の前記コンデンサのすべてのコンデンサ電圧の値の合計値を複数の前記コンデンサの個数で割った値との差分値、および前記全オンデューティーを複数の前記コンデンサの個数で割った値に基づいて、前記個別オンデューティーを設定する
ことを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
複数の前記コンデンサの個別のコンデンサ電圧の値を複数の前記コンデンサのすべてのコンデンサ電圧の値の合計値で割った値に前記全オンデューティーを乗算した値に基づいて、前記個別オンデューティーを設定する
ことを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。
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