WO2023068030A1 - 電力変換装置およびその制御方法 - Google Patents

電力変換装置およびその制御方法 Download PDF

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WO2023068030A1
WO2023068030A1 PCT/JP2022/037053 JP2022037053W WO2023068030A1 WO 2023068030 A1 WO2023068030 A1 WO 2023068030A1 JP 2022037053 W JP2022037053 W JP 2022037053W WO 2023068030 A1 WO2023068030 A1 WO 2023068030A1
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voltage
calculation
duty ratio
output
control circuit
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PCT/JP2022/037053
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English (en)
French (fr)
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光貴 三根
幸司 吉田
毅 中屋敷
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the present disclosure relates to a power converter used in various electric devices and a control method thereof, and more particularly to a power converter including a DCDC converter.
  • a conventional power converter will be described below.
  • a conventional power conversion device has a first controller that calculates a target value of current flowing through the power conversion device so that the output voltage is equal to the output command voltage, and a converter current value that is fed back to the target current value.
  • the output voltage is stabilized by using a current controller that outputs a signal for driving the power converter so that the current follows.
  • Patent Document 1 is known as prior art document information related to the disclosure of this application.
  • the first controller and the second controller operate based on the output voltage, so when the input voltage suddenly changes, the output voltage may become unstable and fluctuate greatly. have issues.
  • an object of the present disclosure is to provide a power converter or the like that can stabilize the output voltage even if the input voltage fluctuates greatly.
  • a power conversion device includes an input terminal, an output terminal, a switching element connected to the input terminal and the output terminal, and a DC power conversion device. and information indicating a target output voltage and a predetermined voltage for detecting a first voltage at the output terminal, a first current flowing through the conversion circuit, and a second voltage at the input terminal.
  • control circuit that transmits a PWM signal for driving the switching element by performing a plurality of operations, the control circuit for bringing the first voltage closer to the output target voltage a first calculation for calculating a target current; a second calculation for calculating a first duty ratio for bringing the first current closer to the target current; and a second duty ratio based on the predetermined voltage and the second voltage. and a fourth operation of calculating the drive ratio of the PWM signal by using the first duty ratio and the second duty ratio, and the PWM signal having the drive ratio A signal is emitted to control the first voltage.
  • a control method for a power conversion device is a control method for a power conversion device, wherein the power conversion device includes an input terminal, an output terminal, and an input terminal and the output terminal.
  • a DCDC converter having a switching element connected thereto and provided with a conversion circuit for performing DC power conversion; a first voltage at the output terminal; a first current flowing through the conversion circuit; and a second voltage at the input terminal.
  • control circuit that detects, acquires information indicating the output target voltage and the predetermined voltage, and executes a plurality of calculations to generate a PWM signal for driving the switching element
  • the control method includes: a step of a control circuit executing a first operation for calculating a target current for bringing the first voltage closer to the output target voltage; performing a second calculation for calculating a duty ratio; performing a third calculation for calculating a second duty ratio by the control circuit based on the predetermined voltage and the second voltage; and performing a fourth operation of calculating a drive duty ratio of the PWM signal by using the first duty ratio and the second duty ratio; and controlling the first voltage by emitting a signal.
  • feedback control using the value of the output voltage for the value of the output target voltage, and feed using the value of the input voltage for the value of the predetermined voltage Forward control is executed.
  • the output voltage can be brought close to the predetermined voltage in a short time by the feedforward control.
  • the output voltage can be maintained at a stable value.
  • FIG. 1 is a first circuit block diagram showing a configuration of a power conversion device according to an embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a second circuit block diagram showing the configuration of the power conversion device according to the embodiment
  • 1 is a first computational block diagram showing a configuration of a power conversion device according to an embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a second computational block diagram showing the configuration of the power conversion device according to the embodiment
  • Third circuit block diagram showing the configuration of the power conversion device in the embodiment 1 is a block diagram showing an example of an output range of each operation in a control circuit of a power conversion device according to an embodiment and a diagram showing an example of a waveform of an output voltage of the power conversion device;
  • FIG. 4 is a block diagram showing another example of the output range of each operation in the control circuit of the power conversion device according to the embodiment, and a diagram showing an example of a waveform of the output voltage of the power conversion device; Input voltage in the operation example of FIG. 6A (the output range of the second calculation unit is -0.5 to 0.5) and the operation example of FIG. 6B (the output range of the second calculation unit is -0.3 to 0.3) and the theoretical value of the maximum output voltage and an example of actual measurement
  • FIG. 1 is a first circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device 1 according to an embodiment.
  • the power conversion device 1 includes an input terminal 2 , an output terminal 3 , a DCDC converter 4 and a control circuit 5 .
  • the DCDC converter 4 is provided with a conversion circuit 7 having a switching element 6 .
  • the DCDC converter 4 is connected to the input terminal 2 and the output terminal 3.
  • the DCDC converter 4 also has a conversion circuit 7 which is connected to the input terminal 2 and the output terminal 3 .
  • the conversion circuit 7 has a switching element 6, and the switching element 6 repeats a connection state and a disconnection state at a predetermined duty ratio, thereby stepping up or stepping down the DC voltage input from the input terminal 2. Then, DC power conversion is performed to supply a DC voltage from the output terminal 3 to the outside.
  • the conversion circuit 7 is provided with a reactor 13, a smoothing capacitor 14, and a rectifying element 17, the details of which will be described with reference to FIG.
  • the control circuit 5 detects a first voltage V1 at the output terminal 3, a first current I1 flowing through the conversion circuit 7, and a second voltage V2 at the input terminal 2. Also, the control circuit 5 transmits a PWM signal for controlling and driving the switching element 6 . Furthermore, the control circuit 5 acquires information on the output target voltage V0 and a predetermined voltage (the output target voltage V0 in the present embodiment) that serves as a reference for the input voltage in feedforward control, and executes a plurality of operations described later. do.
  • the control circuit 5 includes hardware such as an A/D converter that acquires the voltage from a current sensor that detects current and the voltage at a predetermined location, a drive circuit that transmits a PWM signal, and a plurality of operations. It consists of a memory that holds information indicating a program, the output target voltage V0 and the predetermined voltage, and a processor that executes the program.
  • the control circuit 5 executes a first calculation, a second calculation, a third calculation, and a fourth calculation as the plurality of calculations described above in order to output the first voltage V1 at the output terminal 3 at the output target voltage V0. .
  • a target current I0 for bringing the first voltage V1 closer to the output target voltage V0 is calculated based on the first voltage V1 and the output target voltage V0.
  • a first duty ratio for bringing the first current I1 closer to the target current I0 is calculated.
  • the second duty ratio is calculated based on the second voltage V2 and the predetermined voltage (output target voltage V0 in this embodiment).
  • the drive duty ratio of the PWM signal is calculated by using the first duty ratio and the second duty ratio.
  • the current value of the output voltage with respect to the value of the output target voltage is used to perform feedback control by the first calculation and the second calculation for controlling the current value, and the predetermined voltage (this embodiment In the form of (2), feedforward control is executed by the third calculation using the input voltage value at the present time with respect to the value of the output target voltage).
  • the first duty ratio PWM signal based on feedback control using the current output voltage value for the output target voltage value and the current input voltage for the output target voltage value
  • the output voltage is controlled using both the second duty ratio PWM signal based on feedforward control using the value of .
  • the output voltage value can be brought closer to the output target voltage value in a short period of time through feedforward control without repeating feedback control as in the conventional technology. . As a result of this, the output voltage can be maintained at a stable value.
  • a power conversion device 1 provided on a vehicle body 9 of a vehicle 8 is connected to a first battery 10 and a second battery 11 . Then, the power conversion device 1 uses the power of the second battery 11 to charge the first battery 10 to the output target voltage V0. Also, the voltage of the first battery 10 is lower than the voltage of the second battery 11 .
  • the vehicle control unit 12 mounted on the vehicle body 9 transmits a start signal S1 to the control circuit 5.
  • the control circuit 5 receives the activation signal S1 at the timing T0, the control circuit 5 converts the first voltage V1 at the output terminal 3, the second voltage V2 at the input terminal 2, and the first current I1 flowing through the conversion circuit 7 at the timing T0. To detect. In other words, the control circuit 5 detects the voltage of the first battery 10 connected to the output terminal 3 and the voltage of the second battery 11 connected to the input terminal 2 .
  • a current sensor such as a shunt resistor and a voltage amplifier circuit transmits a signal corresponding to the current flowing through the switching element 6 and the reactor 13 connected in series to the control circuit 5.
  • the conversion circuit 7 includes, as an example of a configuration for step-down operation, a smoothing capacitor 14 connected between a connection point 15 between the reactor 13 and the output terminal 3 and the ground, the switching element 6 and the reactor 13. and a rectifying element 17 connected between the connection point 16 and the ground.
  • a current sensor (not shown) transmits a signal corresponding to the current between the connection point 16 and the output terminal 3 to the control circuit 5 by the current sensor (not shown).
  • a detection circuit such as an A/D converter provided in the control circuit 5 may perform the above detection of current and voltage.
  • the rectifying element 17 may be replaced with a switching element (not shown).
  • a switching element (not shown) that replaces the rectifying element 17 may perform opening and closing operations that are the opposite of those of the switching element 6 .
  • control circuit 5 transmits a PWM signal for controlling and driving the switching element 6 .
  • the driving circuit 18 included in the control circuit 5 may transmit the PWM signal.
  • the control circuit 5 does not have to transmit the control signal S2, which is a PWM signal for turning the switching element 6 on and off. In that case, the control circuit 5 may transmit the control signal S2, which is a PWM signal having an initial time ratio preset as a predetermined time ratio.
  • the control circuit 5 acquires information on the output target voltage V0.
  • the output target voltage V0 may be a value stored in advance in a storage circuit (not shown) such as a memory that the control circuit 5 has.
  • the output target voltage V0 may be transmitted from the vehicle control unit 12 to the control circuit 5 when the vehicle 8 is started.
  • the control circuit 5 has, as a functional configuration, a first calculation section 5A that performs a first calculation, a second calculation section 5B that performs a second calculation, and a third calculation section that performs a third calculation. It has a section 5C and a fourth calculation section 5D for executing the fourth calculation. Each calculation is performed by a digital calculation in this embodiment.
  • the first calculation unit 5A of the control circuit 5 compares the detected first voltage V1 at the output terminal 3 with the output target voltage V0. Furthermore, based on the difference between the first voltage V1 and the output target voltage V0, the first calculation unit 5A determines the current value to be supplied by the conversion circuit 7 in order to bring the first voltage V1 closer to or match the output target voltage V0. is set by the first calculation. For example, the first computing unit 5A computes the difference between the first voltage V1 and the output target voltage V0 and the integral value of the difference in the most recent constant period in accordance with a function for making the target current I0 Calculate
  • timing of T0 is the timing of starting an operation for executing control to set the first voltage V1 to an appropriate value.
  • the control circuit 5 repeats the operation for controlling the first voltage V1 to an appropriate value at a predetermined cycle.
  • the second calculation is performed in the second calculation unit 5B of the control circuit 5.
  • the target current I0 set in the first calculation is used to calculate a first duty ratio for bringing the first current I1 detected by the conversion circuit 7 closer to or matching the target current I0.
  • the second calculation unit 5B calculates the difference between the first current I1 and the target current I0, and the integral value of the difference in the most recent constant period, according to a function that brings the first duty ratio Calculate
  • the first current I1 used to calculate the first duty ratio may be the value detected at the timing of T0, or may be the value of T1 at which the second calculation is performed after the first calculation. It may be a value detected at timing.
  • the first current I1 may be detected at any point in the conversion circuit 7. FIG. In other words, it does not matter where the first current I1 is detected.
  • the third calculation section 5C of the control circuit 5 performs the third calculation. be done.
  • the second time ratio is calculated based on the ratio between the output target voltage V0 detected at timing T0 and the second voltage V2 at the input terminal 2.
  • the second duty ratio may be a value obtained by dividing the output target voltage V0 by the second voltage V2.
  • the third calculator 5C calculates a value (V0/V2) obtained by dividing the output target voltage V0 by the second voltage V2 as the second time ratio.
  • the fourth calculation section 5D of the control circuit 5 executes the fourth calculation.
  • the drive duty ratio of the PWM signal is calculated by using the first duty ratio calculated in the second calculation and the second duty ratio calculated in the third calculation.
  • a PWM signal having a driving time ratio is transmitted from the control circuit 5 as the control signal S2 and used to control and drive the switching element 6.
  • the second time ratio is calculated based on the ratio between the output target voltage V0 and the second voltage V2 at the input terminal 2 in the third calculation.
  • the first voltage V1 can be output as a value that quickly follows the variation of the second voltage V2.
  • the drive duty ratio calculated in the fourth calculation may be calculated as the sum of the first duty ratio and the second duty ratio.
  • the first duty ratio is determined by feedback control in order to adjust the target current I0 output by the conversion circuit 7 corresponding to the first voltage V1 corresponding to the output voltage.
  • the second duty ratio is determined by feedforward control in order to adjust the first voltage V1 corresponding to the second voltage V2 corresponding to the input voltage.
  • the second duty ratio used for feedforward control may contain many error components
  • the first duty ratio used for feedback control is applied to the correction calculation.
  • the drive duty ratio is obtained by summing the first duty ratio and the second duty ratio.
  • the drive duty ratio can be obtained by simple calculations, and the control is highly versatile and can be easily executed.
  • the second time ratio may be calculated based on the ratio between the output constant voltage VX and the second voltage V2.
  • the second duty ratio obtained by the third computing section 5C depends not on the value of the second voltage V2 at the input terminal 2 but on the output constant voltage VX.
  • the first voltage V1 can be output as a stable value.
  • the drive time ratio may be calculated by multiplying the first time ratio and the second time ratio.
  • the first duty ratio is determined by feedback control in order to adjust the target current I0 that flows through the conversion circuit 7 corresponding to the first voltage V1 corresponding to the output voltage.
  • the second duty ratio is determined by feedforward control in order to adjust the first voltage V1 corresponding to the second voltage V2 corresponding to the input voltage.
  • the first duty ratio used for feedback control is applied to the correction calculation.
  • the drive duty ratio is obtained as a value corrected by multiplying the first duty ratio and the second duty ratio.
  • the DCDC converter 4 is stepped down while the second voltage V2 corresponding to the input voltage is higher than the first voltage V1 corresponding to the output voltage, and the gain of the feedback control is inversely proportional to the second voltage V2. It is preferable that the first duty ratio is determined after being set to a value that
  • the DCDC converter 4 when the DCDC converter 4 performs the step-down operation, fluctuations in the first voltage V1 can be suppressed regardless of fluctuations in the second voltage V2, making it easier to adjust the gain in the driving ratio.
  • the drive duty ratio can be obtained by simple calculations, and the control is highly versatile and can be easily executed.
  • feedforward control in addition to feedback control without repeating control, the value of the output voltage can be brought close to the output target voltage in a short time. As a result, the output voltage can be maintained at a stable value.
  • the current value of the output voltage with respect to the value of the output target voltage is used to perform feedback control by the first and second calculations for controlling the current value, and the value of the output target voltage.
  • Both the feedforward control by the third calculation is executed using the value of the input voltage at the present time for , and the output voltage is controlled.
  • the first duty ratio PWM signal based on feedback control using the current output voltage value for the output target voltage value and the current input voltage for the output target voltage value
  • the output voltage is controlled using both the second duty ratio PWM signal based on feedforward control using the value of .
  • the output voltage value can be brought closer to the output target voltage in a short time by feedforward control without repeating feedback control. As a result of this, the output voltage can be maintained at a stable value.
  • the drive circuit 18 turns on and off the switching element 6 and turns off the switching element 6A in accordance with the driving ratio output from the fourth computing section 5D. Outputs a control signal to turn it off and on. Since the control signal for the switching element 6A is an inverted signal of the control signal for the switching element 6, it is preferable to obtain the control signal for the switching element 6 by inverting the control signal for the switching element 6 by the inverter 18A. In other words, as the control signal for the switching element 6, it is preferable to apply the PWM signal of the driving time ratio generated from the fourth calculation section 5D. Then, the control signal for the switching element 6A is preferably applied by inverting the PWM signal of the drive time ratio emitted from the fourth calculation section 5D.
  • the plurality of conversion circuits 7A, 7B, 7C, and 7D have their input terminals connected to each other and their output terminals connected to each other.
  • the conversion circuit 7 configured with four phases of conversion circuits 7A, 7B, 7C, and 7D is used as an example, but the conversion circuit 7 configured by connecting a plurality of N phases (N is an integer) in parallel. It may be circuit 7 .
  • control circuit 5 individually calculates the driving time ratio for each of the conversion circuits 7A, 7B, 7C, and 7D. At this time, the first operation is performed in the same manner as described above.
  • the value of I0/4 obtained by dividing the target current I0 set in the first calculation for the conversion circuits 7A, 7B, 7C, and 7D, which are the individual conversion circuits 7, by the number of phases is used to obtain the first
  • a first duty ratio is calculated for the individual phases to approximate or match the currents I1A, I1B, I1C, I1D to I0/4.
  • the operation described above is similarly executed to calculate the second duty ratio.
  • the driving duty ratio of the PWM signal for each phase is calculated by using the first duty ratio calculated in the second calculation and the second duty ratio calculated in the third calculation.
  • FIG. 6A is a block diagram ((a) in FIG. 6A) showing an example of the output range of each operation in the control circuit 5 of the power conversion device 1 according to the embodiment, and a waveform example of the output voltage of the power conversion device 1 ( It is a figure which shows (b)) of FIG. 6A.
  • the block diagram shown in (a) of FIG. 6A shows an example of the output ranges of the second arithmetic unit 5B, the third arithmetic unit 5C, and the fourth arithmetic unit 5D in FIG.
  • the second calculation unit 5B calculates a provisional time ratio by performing a predetermined calculation using the target current I0 output from the first calculation unit 5A and the first current I1 flowing through the conversion circuit 7, and calculates the calculated provisional time. If the ratio is smaller than the predetermined minimum value -0.5, -0.5 is output as the first time ratio, and if the provisional time ratio is -0.5 or more and 0.5 or less, the provisional time ratio is output. The time ratio is output as it is as the first time ratio, and if the provisional time ratio exceeds the predetermined maximum value of 0.5, 0.5 is output as the first time ratio. That is, the second calculation section 5B outputs the first duty ratio clamped within the output range of -0.5 to 0.5.
  • the predetermined calculation is, for example, a function for bringing the difference between the first current I1 and the target current I0 and the integral value of the difference in the most recent constant period closer to zero. It is a function capable of outputting a value within a representable range (for example, a floating point represented by an exponent of 127 to -126 and a mantissa of 1023 to -1022).
  • the third computing unit 5C divides a predetermined voltage (target output voltage V0 in this embodiment) by a second voltage V2 to clamp the output range of 0.0 to 1.0. Outputs the 2:00 ratio.
  • the fourth calculation unit 5D adds the first time ratio output by the second calculation unit 5B and the second time ratio output by the third calculation unit 5C, and calculates the output range of 0.1 to 0.9. Outputs the driving ratio clamped to .
  • FIG. 6A shows a waveform example of the output voltage of the power converter 1 when each calculation outputs in the output range shown in (a) of FIG. 6A.
  • the horizontal axis is time and the vertical axis is output voltage.
  • the waveform of the output voltage is shown when the input voltage (that is, the second voltage V2) is 48V in pulse form (“P1: 48V” in the figure).
  • FIG. 6B is a block diagram ((a) in FIG. 6B) showing another example of the output range of each operation in the control circuit 5 of the power converter 1 according to the embodiment, and the waveform of the output voltage of the power converter 1 It is a figure which shows an example ((b) of FIG. 6B).
  • the output range of the second calculation unit 5B is -0.3 to 0.3, which is narrower than the case shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7 shows an operation example of FIG. 6A (the output range of the second calculation unit 5B is ⁇ 0.5 to 0.5) and an operation example of FIG. 6B (the output range of the second calculation unit 5B is ⁇ 0.3 to 0 3) is a diagram showing theoretical values and actual measurement examples of the input voltage and the maximum output voltage in 3).
  • the horizontal axis is the input voltage (that is, the second voltage V2), and the vertical axis is the maximum output voltage. Note that the output target voltage V0 is 15.68V.
  • a curve 7b is a curve showing the theoretical value of the maximum output voltage when the second calculation unit 5B outputs the maximum value of 0.5.
  • a curve 7c is a curve showing the measured value of the maximum output voltage when the second calculation section 5B outputs the maximum value of 0.5.
  • a curve 7d is a curve showing the theoretical value of the maximum output voltage when the second calculation unit 5B outputs the maximum value of 0.3.
  • a curve 7e is a curve showing the measured value of the maximum output voltage when the second calculation section 5B outputs the maximum value of 0.3.
  • a curve 7f is a curve showing the theoretical value of the maximum output voltage in rated operation (that is, a state in which the input voltage is stable and the output voltage is the output target voltage V0 (15.68 V)).
  • the measured value of the maximum output voltage is the theoretical Well worth the value.
  • the fact that the measured value of the maximum output voltage is smaller than the theoretical value of the maximum output voltage is considered to be mainly due to the influence of dead time in the control and calculation in the control circuit 5.
  • the input voltage is 54 V
  • the maximum output voltage of the second calculation section 5B is about 43 V when the maximum value of the output of the second calculation section 5B is 0.5 (curves 7b and 7c).
  • the maximum output voltage is suppressed to about 32V.
  • the first voltage V1 does not rise to a level that poses a problem even in an abnormal state. Gone.
  • the power conversion device 1 is connected to the input terminal 2, the output terminal 3, the input terminal 2 and the output terminal 3, has the switching element 6 and the like, and has a DC power conversion and a first voltage at the output terminal 3, a first current flowing through the conversion circuit 7, and a second voltage at the input terminal 2 are detected, and the output target voltage and the predetermined voltage are detected.
  • control circuit 5 for generating a PWM signal for driving the switching element 6 or the like by acquiring the information indicating the a first calculation for calculating a target current for the current, a second calculation for calculating a first duty ratio for bringing the first current closer to the target current, and a second duty ratio for calculating a predetermined voltage and a second voltage and a fourth calculation of calculating the drive ratio of the PWM signal by using the first duty ratio and the second duty ratio, and transmitting the PWM signal having the drive ratio. 1 voltage control.
  • the value of the output voltage is adjusted to the output target voltage in a short time by the feedforward control by the third calculation. Since control is performed to bring them closer together, the output voltage can be stabilized even if the input voltage fluctuates greatly.
  • the control circuit 5 may calculate the drive duty ratio as the sum of the first duty ratio and the second duty ratio, or calculate the drive duty ratio as the sum of the first duty ratio and the second duty ratio. It may be calculated by multiplying it with the time ratio. As a result, the output voltage is stabilized using both feedback control by the first and second computations and feedforward control by the third computation.
  • the DCDC converter 4 has a plurality of conversion circuits from first to Nth (N is an integer) connected in parallel (in FIG. 5, the first to fourth (7A to 7D) cases are ), the control circuit 5 calculates the driving time ratio individually for each of the plurality of conversion circuits 7A to 7D, and supplies the PWM signal having the individually calculated driving time ratio to the corresponding conversion circuit 7A to 7D.
  • the first voltage may be controlled by transmitting.
  • control circuit 5 when the control circuit 5 receives a start signal from the outside of the power conversion device 1, the control circuit 5 executes a first calculation, a second calculation, a third calculation, and a fourth calculation, and has a driving time ratio.
  • the first voltage may be controlled by sending a PWM signal. This realizes a power conversion device that starts operating in conjunction with an external activation signal such as an ignition switch of a vehicle.
  • the predetermined voltage may be the output target voltage.
  • the control circuit 5 calculates a provisional time ratio by performing a predetermined calculation from the first current and the target current, and when the calculated provisional time ratio exceeds a predetermined maximum value, the predetermined maximum value is calculated. It may be calculated as the first time ratio. This makes it possible to keep the maximum output voltage within a desired value even when the input voltage fluctuates greatly.
  • the control circuit 5 performs a first calculation for calculating a target current for bringing the first voltage closer to the output target voltage (first calculation unit 5A), the step of the control circuit 5 executing a second calculation for calculating the first duty ratio for bringing the first current closer to the target current (processing in the second calculation unit 5B), and the control circuit 5 performs a third calculation (processing in the third calculation unit 5C) for calculating the second duty ratio based on the predetermined voltage and the second voltage; A step of executing a fourth calculation (processing in the fourth calculation unit 5D) for calculating the driving time ratio of the PWM signal by using the 2:00 ratio and the control circuit 5 transmitting the PWM signal having the driving time ratio. and a step of controlling the first voltage by doing so (processing in the drive circuit 18).
  • the value of the output voltage is adjusted to the output target voltage in a short time by the feedforward control by the third calculation. Since control is performed to bring them closer together, the output voltage can be stabilized even if the input voltage fluctuates greatly.
  • the third computing unit 5C uses the target output voltage as the predetermined voltage
  • the fourth computing unit 5D uses the first time ratio and the second time ratio.
  • the third calculation unit 5C may use the output constant voltage VX independent of the target output voltage as the predetermined voltage. can be calculated. Regardless of the premise, clamping the output range of the second calculation unit 5B to a narrower range can suppress the maximum output voltage when the input voltage fluctuates.
  • vehicle control unit 12 and the control circuit 5 are described as different elements for convenience, they may be arranged in the vehicle body 9 as the same element.
  • the operation of stepping down the voltage in the power converter 1 is used for explanation, but the power converter 1 according to the present disclosure is not limited to the step-down operation.
  • the conversion circuit 7 may be configured to switch the voltage level relationship between the first battery 10 and the second battery 11 and perform the boosting operation.
  • control circuit 5 acquires the information indicating the output target voltage V0 and the predetermined voltage from the memory that internally retains it, but it may acquire it from the outside.
  • the present disclosure may also aim to provide a non-temporary recording medium, such as a computer-readable DVD, on which a program for executing a control method for a power converter and the program is recorded.
  • a non-temporary recording medium such as a computer-readable DVD
  • the power conversion device of the present disclosure has the effect that the output voltage is maintained at a stable value, and is useful as a DCDC converter in various electric devices.

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Abstract

電力変換装置（１）は、変換回路（７）が設けられたＤＣＤＣコンバータ（４）と、出力端子（３）における第１電圧と変換回路（７）を流れる第１電流と入力端子（２）における第２電圧とを検出し、出力目標電圧および所定電圧を示す情報を取得し、複数の演算を実行することで、変換回路（７）を動作させるためのＰＷＭ信号を発信する制御回路（５）とを備える。制御回路（５）は、出力目標電圧に第１電圧を近づけるための目標電流を算出する第１演算と、第１電流を目標電流に近づけるための第１時比率を算出する第２演算と、所定電圧と第２電圧とに基づいて第２時比率を算出する第３演算と、第１時比率と前記第２時比率とを用いることによってＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する第４演算とを実行することで第１電圧を制御する。

Description

電力変換装置およびその制御方法
　本開示は、各種電気機器に使用される電力変換装置およびその制御方法に関し、特に、ＤＣＤＣコンバータを備える電力変換装置等に関する。
　以下、従来の電力変換装置について説明する。従来の電力変換装置は、出力電圧を出力指示電圧に対して等しくなるように、電力変換装置に流す電流目標値を算出する第１コントローラと、電流目標値に対してコンバータ電流値をフィードバックして、電流を追従させるように電力変換装置を駆動するための信号を出力する電流コントローラとを用いることで出力電圧を安定させている。
　なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
特開２００８－１０９７３６号公報
　しかしながら、従来の電力変換装置では、出力電圧に基づいて第１コントローラと第２コントローラとが動作するため、入力電圧が急変したときには出力電圧は不安定化し出力電圧の変動が大きくなるおそれがあるという課題を有する。
　そこで本開示は入力電圧が大きく変動しても出力電圧を安定させることができる電力変換装置等を提供することを目的とする。
　そして、この目的を達成するために本開示の一形態に係る電力変換装置は、入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子とに接続され、スイッチング素子を有し、直流電力変換を行う変換回路が設けられたＤＣＤＣコンバータと、前記出力端子における第１電圧と前記変換回路を流れる第１電流と前記入力端子における第２電圧とを検出し、出力目標電圧および所定電圧を示す情報を取得し、複数の演算を実行することで、前記スイッチング素子を駆動させるためのＰＷＭ信号を発信する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記出力目標電圧に前記第１電圧を近づけるための目標電流を算出する第１演算と、前記第１電流を前記目標電流に近づけるための第１時比率を算出する第２演算と、前記所定電圧と前記第２電圧とに基づいて第２時比率を算出する第３演算と、前記第１時比率と前記第２時比率とを用いることによって前記ＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する第４演算とを実行し、前記駆動時比率をもつ前記ＰＷＭ信号を発信することで前記第１電圧を制御する。
　また、本開示の一形態に係る電力変換装置の制御方法は、電力変換装置の制御方法であって、前記電力変換装置は、入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子とに接続され、スイッチング素子を有し、直流電力変換を行う変換回路が設けられたＤＣＤＣコンバータと、前記出力端子における第１電圧と前記変換回路を流れる第１電流と前記入力端子における第２電圧とを検出し、出力目標電圧および所定電圧を示す情報を取得し、複数の演算を実行することで、前記スイッチング素子を駆動させるためのＰＷＭ信号を発信する制御回路とを備え、前記制御方法は、前記制御回路が、前記出力目標電圧に前記第１電圧を近づけるための目標電流を算出する第１演算を実行するステップと、前記制御回路が、前記第１電流を前記目標電流に近づけるための第１時比率を算出する第２演算を実行するステップと、前記制御回路が、前記所定電圧と前記第２電圧とに基づいて第２時比率を算出する第３演算を実行するステップと、前記制御回路が、前記第１時比率と前記第２時比率とを用いることによって前記ＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する第４演算を実行するステップと、前記制御回路が、前記駆動時比率をもつ前記ＰＷＭ信号を発信することで前記第１電圧を制御するステップとを含む。
　本開示に係る電力変換装置等によれば、出力目標電圧の値に対しての出力電圧の値を用いてのフィードバック制御と、所定電圧の値に対しての入力電圧の値を用いてのフィードフォワード制御とが実行される。これにより、入力電圧の値に急激な変動が生じた際においても、フィードフォワード制御によって出力電圧を所定電圧に短い時間で近づけることができる。この結果として、出力電圧は安定した値で維持されることができる。
実施の形態における電力変換装置の構成を示す第１回路ブロック図 実施の形態における電力変換装置の構成を示す第２回路ブロック図 実施の形態における電力変換装置の構成を示す第１演算ブロック図 実施の形態における電力変換装置の構成を示す第２演算ブロック図 実施の形態における電力変換装置の構成を示す第３回路ブロック図 実施の形態における電力変換装置の制御回路における各演算の出力範囲の一例を示すブロック図および電力変換装置の出力電圧の波形例を示す図 実施の形態における電力変換装置の制御回路における各演算の出力範囲の他の一例を示すブロック図および電力変換装置の出力電圧の波形例を示す図 図６Ａの動作例（第２演算部の出力範囲が－０．５～０．５）と図６Ｂの動作例（第２演算部の出力範囲が－０．３～０．３）における入力電圧と出力最大電圧の理論値および実測例を示す図
　以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。
　（実施の形態）
　図１は実施の形態における電力変換装置１の構成を示す第１回路ブロック図である。
　電力変換装置１は、入力端子２と出力端子３とＤＣＤＣコンバータ４と制御回路５とを備える。ＤＣＤＣコンバータ４には、スイッチング素子６を有した変換回路７が設けられている。
　ＤＣＤＣコンバータ４は入力端子２と出力端子３とに接続されている。またＤＣＤＣコンバータ４は変換回路７を有し、変換回路７は入力端子２と出力端子３とに接続されている。変換回路７はスイッチング素子６を有していて、スイッチング素子６が所定の時比率（デューティ比）で接続状態と遮断状態とを繰り返すことで、入力端子２から入力された直流電圧を昇圧または降圧して出力端子３から外部に直流電圧を供給する直流電力変換を行う。なお、変換回路７には、リアクトル１３、平滑コンデンサ１４、および、整流素子１７が設けられているが、これらの詳細については、図２を用いて、説明する。
　制御回路５は、出力端子３における第１電圧Ｖ１と変換回路７を流れる第１電流Ｉ１と入力端子２における第２電圧Ｖ２とを検出する。また、制御回路５は、スイッチング素子６を制御、駆動させるためのＰＷＭ信号を発信する。さらに制御回路５は、出力目標電圧Ｖ０、および、フィードフォワード制御における入力電圧の基準となる所定電圧（本実施の形態では、出力目標電圧Ｖ０）の情報を取得し、後述する複数の演算を実行する。なお、制御回路５は、ハードウェアとして、例えば、電流を検出する電流センサからの電圧および所定の箇所における電圧を取得するＡ／Ｄ変換器、ＰＷＭ信号を発信する駆動回路、複数の演算を行うプログラム、出力目標電圧Ｖ０および所定電圧を示す情報等を保持するメモリ、プログラムを実行するプロセッサ等で構成される。
　制御回路５は、上述した複数の演算として、出力端子３における第１電圧Ｖ１を出力目標電圧Ｖ０で出力するために、第１演算と第２演算と第３演算と第４演算とを実行する。
　第１演算では、出力目標電圧Ｖ０に第１電圧Ｖ１を近づけるための目標電流Ｉ０が、第１電圧Ｖ１と出力目標電圧Ｖ０とに基づいて算出される。第２演算では、第１電流Ｉ１を目標電流Ｉ０に近づけるための第１時比率が算出される。第３演算では、第２電圧Ｖ２と所定電圧（本実施の形態では、出力目標電圧Ｖ０）とに基づいて第２時比率が算出される。第４演算では、第１時比率と第２時比率とを用いることによってＰＷＭ信号の駆動時比率が算出される。
　以上の構成および動作によって、出力目標電圧の値に対しての現時点での出力電圧の値を用いて、電流値の制御を行う第１演算および第２演算によるフィードバック制御と、所定電圧（本実施の形態では、出力目標電圧）の値に対しての現時点での入力電圧の値を用いて第３演算によるフィードフォワード制御とが実行される。いいかえると、出力目標電圧の値に対しての現時点での出力電圧の値を用いてのフィードバック制御に基づく第１時比率のＰＷＭ信号と、出力目標電圧の値に対しての現時点での入力電圧の値を用いてのフィードフォワード制御に基づく第２時比率のＰＷＭ信号との双方を用いて出力電圧が制御される。
　これにより、入力電圧の値に急激な変動が生じた場合においても、従来技術のようにフィードバック制御を繰り返すことなく、フィードフォワード制御によって出力電圧の値を短い時間で出力目標電圧に近づけることができる。この結果として、出力電圧は安定した値で維持されることができる。
　以下で、図２の実施の形態における電力変換装置の構成を示す第２回路ブロック図を用いて電力変換装置１の動作の詳細について説明する。ここでは車両８の車体９に設けられた電力変換装置１が第１バッテリー１０と第２バッテリー１１とに接続されている。そして、電力変換装置１が第２バッテリー１１の電力を用いて第１バッテリー１０を出力目標電圧Ｖ０に充電する。また、第１バッテリー１０の電圧は、第２バッテリー１１の電圧よりも低い。
　車両８の搭乗者が例えばイグニションスイッチをオンさせるなどで車両８を起動させるための指示を行うと、車体９に搭載された車両制御部１２は制御回路５に起動信号Ｓ１を発信する。制御回路５は、起動信号Ｓ１をＴ０のタイミングで受信すると、Ｔ０のタイミングでの出力端子３における第１電圧Ｖ１と入力端子２における第２電圧Ｖ２と変換回路７を流れる第１電流Ｉ１とを検出する。いいかえると制御回路５は、出力端子３に接続された第１バッテリー１０の電圧と、入力端子２に接続された第２バッテリー１１の電圧とを検出する。
　第１電流Ｉ１の検出は、直列に接続されたスイッチング素子６とリアクトル１３とを流れる電流に対応した信号を、シャント抵抗および電圧増幅回路等の電流センサ（図示せず）が制御回路５に発信することによって行えばよい。ここでは変換回路７には、降圧動作のための構成の一例として、リアクトル１３と出力端子３との接続点１５とグランドとの間に接続された平滑コンデンサ１４と、スイッチング素子６とリアクトル１３との接続点１６とグランドとの間に接続された整流素子１７とが設けられている。そして電流センサ（図示せず）は接続点１６と出力端子３との間の電流に対応した信号を、電流センサ（図示せず）が制御回路５に発信することによって行う。以上の電流や電圧の検出は制御回路５が有するＡ／Ｄ変換器等の検出回路（図示せず）が実行すればよい。ここで整流素子１７はスイッチング素子（図示せず）に置き換えてもよい。そして整流素子１７に置き換えられるスイッチング素子（図示せず）はスイッチング素子６とは反転した開閉動作をすればよい。
　また、制御回路５は、スイッチング素子６を制御、駆動させるためのＰＷＭ信号を発信する。ＰＷＭ信号の発信は制御回路５が有する駆動回路１８が実行すればよい。なお、Ｔ０のタイミングでは、制御回路５はスイッチング素子６をオン、オフさせるためのＰＷＭ信号である制御信号Ｓ２は発信していなくてよい。その場合、制御回路５は所定の時比率として予め設定された初期時比率を有したＰＷＭ信号である制御信号Ｓ２を発信してもよい。
　制御回路５は出力目標電圧Ｖ０の情報を取得する。出力目標電圧Ｖ０は予め制御回路５が有するメモリ等の記憶回路（図示せず）に記憶された値であってよい。あるいは、出力目標電圧Ｖ０は車両８の起動時に車両制御部１２から制御回路５へ発信されてもよい。
　ここで、図３の実施の形態における電力変換装置の構成を示す第１演算ブロック図を用いて制御回路５における演算手順（つまり、電力変換装置の制御方法）を説明する。図３に示されるように、制御回路５は、機能構成として、第１演算を実行する第１演算部５Ａ、第２演算を実行する第２演算部５Ｂ、第３演算を実行する第３演算部５Ｃ、第４演算を実行する第４演算部５Ｄを有する。各演算は、本実施の形態では、デジタル演算によって行われる。
　まず、Ｔ０のタイミングで、制御回路５の第１演算部５Ａは、検出された出力端子３における第１電圧Ｖ１と出力目標電圧Ｖ０とを比較する。さらに第１演算部５Ａは、第１電圧Ｖ１と出力目標電圧Ｖ０との差分に基づいて、第１電圧Ｖ１を出力目標電圧Ｖ０に近づけるあるいは一致させるために変換回路７が、供給すべき電流値である目標電流Ｉ０を第１演算によって設定する。例えば、第１演算部５Ａは、第１電圧Ｖ１と出力目標電圧Ｖ０との差分、および、その差分の直近の一定期間における積分値をゼロに近づけるための関数に従って演算することで、目標電流Ｉ０を算出する。
　なお、Ｔ０のタイミングは第１電圧Ｖ１を適切な値にする制御を実行するための動作をスタートさせるタイミングである。そして、第１電圧Ｖ１を適切な値にする制御を実行するための動作は制御回路５において所定の周期で繰り返し実行される。
　第１演算部５Ａにおいて第１演算が実行されたあと、制御回路５の第２演算部５Ｂで第２演算が実行される。第２演算では、第１演算で設定された目標電流Ｉ０を用いて、変換回路７で検出された第１電流Ｉ１を目標電流Ｉ０に近づけるあるいは一致させるための第１時比率が算出される。例えば、第２演算部５Ｂは、第１電流Ｉ１と目標電流Ｉ０との差分、および、その差分の直近の一定期間における積分値をゼロに近づけるための関数に従って演算することで、第１時比率を算出する。
　なお、第１時比率を算出するために用いる第１電流Ｉ１は、Ｔ０のタイミングで検出された値であっても、あるいは第１演算の後で実行される第２演算が実行されるＴ１のタイミングで検出された値であってもよい。第１電流Ｉ１は変換回路７のどの箇所で検出されてもよい。いいかえると第１電流Ｉ１の検出箇所は不問である。
　第１演算部５Ａでの第１演算の実行と並行して、あるいは第２演算部５Ｂでの第２演算の実行と並行して、制御回路５の第３演算部５Ｃで第３演算が実行される。第３演算では、Ｔ０のタイミングで検出された出力目標電圧Ｖ０と入力端子２における第２電圧Ｖ２との比率に基づいて、第２時比率が算出される。ここで第２時比率は、出力目標電圧Ｖ０を第２電圧Ｖ２で除した値としてよい。例えば、第３演算部５Ｃは、出力目標電圧Ｖ０を第２電圧Ｖ２で除した値（Ｖ０／Ｖ２）を第２時比率として算出する。
　第１演算と第２演算と第３演算との実行のあと、制御回路５の第４演算部５Ｄで第４演算が実行される。第４演算では、第２演算で算出された第１時比率と第３演算で算出された第２時比率とを用いることによってＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する。そして、駆動時比率を有したＰＷＭ信号が制御信号Ｓ２として制御回路５から発信されてスイッチング素子６の制御や駆動に用いられる。
　本実施の形態では、第３演算において出力目標電圧Ｖ０と入力端子２における第２電圧Ｖ２との比率に基づいて、第２時比率が算出される。これにより、第１電圧Ｖ１は第２電圧Ｖ２の変動に早く追従した値として出力されることが可能となる。
　このとき、第４演算で算出される駆動時比率は、第１時比率と第２時比率との和によって算出されるとよい。第１時比率は、先にも説明したように、出力電圧に相当する第１電圧Ｖ１に対応して変換回路７が出力する目標電流Ｉ０を調整するためにフィードバック制御によって決定される。また、第２時比率は先にも説明したように、入力電圧に相当する第２電圧Ｖ２に対応して第１電圧Ｖ１を調整するためにフィードフォワード制御によって決定される。
　いいかえると、フィードフォワード制御に用いられる第２時比率は誤差成分を多く含む可能性があるため、フィードバック制御に用いられる第１時比率を補正演算に適用している。そして、駆動時比率が第１時比率と第２時比率との和演算によって得られる。この結果、駆動時比率は容易な演算で得られることで制御は汎用性が高く容易に実行が可能であり、入力電圧の値に急激な変動が生じた場合においても、従来技術のようにフィードバック制御を繰り返すことなく、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を用いることによって出力電圧の値を短い時間で出力目標電圧に近づけることができる。その結果、出力電圧は安定した値で維持されることができる。
　また、図４の実施の形態における電力変換装置の構成を示す第２演算ブロック図に示すように、第３演算では、フィードフォワード制御における入力電圧の基準となる所定電圧として、予め設定された定数である出力定数電圧ＶＸが制御回路５に与えられたうえで、出力定数電圧ＶＸと第２電圧Ｖ２との比率に基づいて、第２時比率が算出されてもよい。
　これにより、第３演算部５Ｃによって得られる第２時比率は入力端子２における第２電圧Ｖ２の値ではなく出力定数電圧ＶＸに依存することとなる。この結果として、第１電圧Ｖ１は安定した値として出力されることが可能となる。
　ここで駆動時比率は、第１時比率と第２時比率との積によって算出されてもよい。第１時比率は先にも説明したように、出力電圧に相当する第１電圧Ｖ１に対応して変換回路７に流す目標電流Ｉ０を調整するためにフィードバック制御によって決定される。また、第２時比率は先にも説明したように、入力電圧に相当する第２電圧Ｖ２に対応して第１電圧Ｖ１を調整するためにフィードフォワード制御によって決定される。
　いいかえると、フィードフォワード制御に用いられる第２時比率は誤差成分を多く含む可能性があるため、フィードバック制御に用いられる第１時比率を補正演算に適用している。これにより、駆動時比率は第１時比率と第２時比率との積演算によって補正演算された値として得られる。ここのとき厳密には、入力電圧に相当する第２電圧Ｖ２が出力電圧に相当する第１電圧Ｖ１よりも高い状態でＤＣＤＣコンバータ４を降圧動作させ、フィードバック制御のゲインが第２電圧Ｖ２に反比例する値に設定されたうえで第１時比率が決定されるとよい。
　これにより、ＤＣＤＣコンバータ４が降圧動作するときには第２電圧Ｖ２の変動にかかわらず第１電圧Ｖ１の変動を抑制することができ、駆動時比率におけるゲイン調整が容易となる。この結果、駆動時比率は容易な演算で得られることで制御は汎用性が高く容易に実行が可能であり、入力電圧の値に急激な変動が生じた場合においても、従来技術のようにフィードバック制御を繰り返すことなく、フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を用いることによって出力電圧の値を短い時間で出力目標電圧に近づけることができる。その結果、出力電圧は安定した値で維持されることができる。
　以上の構成および動作によって、出力目標電圧の値に対しての現時点での出力電圧の値を用いて、電流値の制御を行う第１演算および第２演算によるフィードバック制御と、出力目標電圧の値に対しての現時点での入力電圧の値を用いて第３演算によるフィードフォワード制御との双方が実行され、出力電圧が制御される。いいかえると、出力目標電圧の値に対しての現時点での出力電圧の値を用いてのフィードバック制御に基づく第１時比率のＰＷＭ信号と、出力目標電圧の値に対しての現時点での入力電圧の値を用いてのフィードフォワード制御に基づく第２時比率のＰＷＭ信号との双方を用いて出力電圧が制御される。
　これにより、入力電圧の値に急激な変動が生じた場合においても、フィードバック制御を繰り返すことなくフィードフォワード制御によって出力電圧の値を短い時間で出力目標電圧に近づけることができる。この結果として、出力電圧は安定した値で維持されることができる。
　先にも述べたように、図３に示されるように、駆動回路１８は第４演算部５Ｄから発せられる駆動時比率に対応してスイッチング素子６をオン、オフさせ、かつ、スイッチング素子６Ａをオフ、オンさせるよう、制御信号を出力する。スイッチング素子６Ａに対する制御信号は、スイッチング素子６に対する制御信号とは反転した信号とするため、スイッチング素子６に対する制御信号をインバータ１８Ａによって反転させることで得るとよい。いいかえると、スイッチング素子６に対する制御信号は第４演算部５Ｄから発せられる駆動時比率のＰＷＭ信号を適用するとよい。そしてスイッチング素子６Ａに対する制御信号は、第４演算部５Ｄから発せられる駆動時比率のＰＷＭ信号を反転させて適用するとよい。
　ここで、図５の実施の形態における電力変換装置の構成を示す第３回路ブロック図に示すように、ＤＣＤＣコンバータ４には、並列に接続された複数の変換回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが設けられてもよい。つまり、複数の変換回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄは、各入力端子が互いに接続され、各出力端子が互いに接続されている。図では変換回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの４相で構成された変換回路７を一例として用いているが、Ｎ相からなる複数（Ｎは整数）が並列接続されることで構成された変換回路７であってよい。
　ここで制御回路５は、個々の変換回路７である変換回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄに対して個別に駆動時比率を算出する。このとき、第１演算は先に説明した動作が同様に実行される。
　第２演算では個々の変換回路７である変換回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄに対して第１演算で設定された目標電流Ｉ０を相数で除したＩ０／４の値を用いて、第１電流Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃ、Ｉ１ＤをＩ０／４に近づけるあるいは一致させるための個別の相に対する第１時比率が算出される。第３演算は先に説明した動作が同様に実行されて第２時比率が算出される。第４演算でも同様に、第２演算で算出された第１時比率と第３演算で算出された第２時比率とを用いることによって個別の相に対するＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する。
　以上の構成および動作によって、個別の変換回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄに対する個別の制御が実行され、第１電流Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ１Ｃ、Ｉ１Ｄの総和に相当する第１電流Ｉ１が安定し、電力変換装置１は第１電圧Ｖ１を安定して出力することができる。
　図６Ａは、実施の形態における電力変換装置１の制御回路５における各演算の出力範囲の一例を示すブロック図（図６Ａの（ａ））、および、電力変換装置１の出力電圧の波形例（図６Ａの（ｂ））を示す図である。
　図６Ａの（ａ）に示されるブロック図では、図３における第２演算部５Ｂ、第３演算部５Ｃ、および、第４演算部５Ｄの出力範囲例が示されている。
　第２演算部５Ｂは、第１演算部５Ａから出力された目標電流Ｉ０と変換回路７を流れる第１電流Ｉ１とを用いて所定演算を行うことで暫定時比率を算出し、算出した暫定時比率が所定最小値－０．５より小さい場合には－０．５を第１時比率として出力し、暫定時比率が－０．５以上０．５以下である場合にはその暫定時比率をそのまま第１時比率として出力し、暫定時比率が所定最大値０．５を超える場合には０．５を第１時比率として出力する。つまり、第２演算部５Ｂは、－０．５～０．５の出力範囲内にクランプした第１時比率を出力する。なお、所定演算は、例えば、第１電流Ｉ１と目標電流Ｉ０との差分、および、その差分の直近の一定期間における積分値をゼロに近づけるための関数であり、制御回路５のプロセッサが実数として表現可能な範囲（例えば、指数部が１２７～－１２６で仮数部が１０２３～－１０２２で表現される浮動小数点）の値を出力し得る関数である。
　同様に、第３演算部５Ｃは、所定電圧（本実施の形態では、出力目標電圧Ｖ０）を第２電圧Ｖ２で除することで、０．０～１．０の出力範囲内にクランプした第２時比率を出力する。
　また、第４演算部５Ｄは、第２演算部５Ｂが出力した第１時比率と第３演算部５Ｃが出力した第２時比率とを加算し、０．１～０．９の出力範囲内にクランプした駆動時比率を出力する。
　図６Ａの（ｂ）は、図６Ａの（ａ）で示される出力範囲で各演算が出力する場合における電力変換装置１の出力電圧の波形例が示されている。横軸は、時間であり、縦軸は、出力電圧である。入力電圧（つまり、第２電圧Ｖ２）がパルス的に４８Ｖ（図中の「Ｐ１：４８Ｖ」）となった場合の出力電圧の波形が示されている。出力目標電圧Ｖ０は、１５．６８Ｖ（図中の「出力設定値：１５．６８Ｖ」）である。本図に示されるように、出力電圧がパルス的に３８Ｖ（図中の「Ｐ２＝３８Ｖ」）まで上昇していることがわかる。
　図６Ｂは、実施の形態における電力変換装置１の制御回路５における各演算の出力範囲の他の一例を示すブロック図（図６Ｂの（ａ））、および、電力変換装置１の出力電圧の波形例（図６Ｂの（ｂ））を示す図である。
　図６Ｂの（ａ）に示されるように、この例では、第２演算部５Ｂの出力範囲が－０．３～０．３と、図６Ａに示される場合よりも狭められている。
　図６Ｂの（ｂ）に示されるように、この例では、図６Ａと同様の条件において、出力電圧がパルス的に２９Ｖ（図中の「Ｐ２＝２９Ｖ」）までの上昇に抑えられていることがわかる。
　図６Ａおよび図６Ｂを比較してわかるように、出力目標電圧Ｖ０が１５．６８Ｖに設定されるケースにおいて、第２電圧Ｖ２が４８Ｖ一定条件下にて、異常状態（第１電圧Ｖ１を検知する抵抗がドリフトした）時、図６Ａに示されるように、第２演算部５Ｂの出力範囲が－０．５～０．５の範囲内にクランプされているときには、電力変換装置１の出力最大電圧は３８Ｖであったが、図６Ｂに示されるように、第２演算部５Ｂの出力範囲が－０．３～０．３の範囲内にクランプされているときには、電力変換装置１の出力最大電圧は２９Ｖに抑えられている。
　図７は、図６Ａの動作例（第２演算部５Ｂの出力範囲が－０．５～０．５）と図６Ｂの動作例（第２演算部５Ｂの出力範囲が－０．３～０．３）における入力電圧と出力最大電圧の理論値および実測例を示す図である。横軸は、入力電圧（つまり、第２電圧Ｖ２）であり、縦軸は、出力最大電圧である。なお、出力目標電圧Ｖ０は、１５．６８Ｖである。
　図７において、直線７ａは、第４演算部５Ｄが駆動時比率として０．９を出力したときの出力最大電圧を示す。出力電圧＝駆動時比率×入力電圧が成り立つので、直線７ａは、出力最大電圧＝０．９×入力電圧の直線を示す。
　曲線７ｂは、第２演算部５Ｂが最大値０．５を出力した場合の出力最大電圧の理論値を示す曲線である。曲線７ｃは、第２演算部５Ｂが最大値０．５を出力した場合の出力最大電圧の実測値を示す曲線である。
　曲線７ｄは、第２演算部５Ｂが最大値０．３を出力した場合の出力最大電圧の理論値を示す曲線である。曲線７ｅは、第２演算部５Ｂが最大値０．３を出力した場合の出力最大電圧の実測値を示す曲線である。
　曲線７ｆは、定格動作（つまり、入力電圧が安定しており、出力電圧が出力目標電圧Ｖ０（１５．６８Ｖ）になっている状態）の出力最大電圧の理論値を示す曲線である。
　図７からわかるように、第２演算部５Ｂの出力が最大値０．５、および、最大値０．３のいずれの場合であっても、出力最大電圧の実測値は、出力最大電圧の理論値によく合っている。出力最大電圧の実測値が出力最大電圧の理論値より小さめなのは、主に制御回路５での制御および演算におけるデッドタイムの影響と考えられる。
　第２演算部５Ｂの出力が最大値０．５の場合（曲線７ｂおよび７ｃ）、および、最大値０．３の場合（曲線７ｄおよび７ｅ）を比較して分かるように、入力電圧がプロット上の最大値５４Ｖである場合、第２演算部５Ｂの出力の最大値が０．５であるときには（曲線７ｂおよび７ｃ）出力最大電圧が約４３Ｖになるところが、第２演算部５Ｂの出力の最大値が０．３であるときには（曲線７ｄおよび７ｅ）出力最大電圧が約３２Ｖに抑えられている。後者のケースでは、通常使用電圧１５．６８Ｖに対し、第２演算部５Ｂの出力の最大値を０．５にした場合に比べ、異常状態でも第１電圧Ｖ１が問題になるレベルまでは上昇しなくなる。
　以上のように、本実施の形態に係る電力変換装置１は、入力端子２と、出力端子３と、入力端子２と出力端子３とに接続され、スイッチング素子６等を有し、直流電力変換を行う変換回路７が設けられたＤＣＤＣコンバータ４と、出力端子３における第１電圧と変換回路７を流れる第１電流と入力端子２における第２電圧とを検出し、出力目標電圧および所定電圧を示す情報を取得し、複数の演算を実行することで、スイッチング素子６等を駆動させるためのＰＷＭ信号を発信する制御回路５とを備え、制御回路５は、出力目標電圧に第１電圧を近づけるための目標電流を算出する第１演算と、第１電流を目標電流に近づけるための第１時比率を算出する第２演算と、所定電圧と第２電圧とに基づいて第２時比率を算出する第３演算と、第１時比率と第２時比率とを用いることによってＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する第４演算とを実行し、駆動時比率をもつＰＷＭ信号を発信することで第１電圧を制御する。
　これにより、従来技術のようにフィードバック制御だけを繰り返すのでなく、第１演算および第２演算によるフィードバック制御に加えて、第３演算によるフィードフォワード制御によって出力電圧の値を短い時間で出力目標電圧に近づける制御が行われるので、入力電圧が大きく変動しても出力電圧を安定させることができる。
　ここで、制御回路５は、第４演算において、駆動時比率を、第１時比率と第２時比率との和によって算出してもよいし、駆動時比率を、第１時比率と第２時比率との積によって算出してもよい。これにより、第１演算および第２演算によるフィードバック制御と第３演算によるフィードフォワード制御との両方を用いて出力電圧が安定化される。
　また、ＤＣＤＣコンバータ４は、並列に接続された第１から第Ｎ（Ｎは整数）までの複数の変換回路を有し（図５では、例として第１から第４（７Ａ～７Ｄ）の場合を示す）、制御回路５は、複数の変換回路７Ａ～７Ｄのそれぞれに対して個別に駆動時比率を算出し、個別に算出した駆動時比率をもつＰＷＭ信号を対応する変換回路７Ａ～７Ｄに発信することで第１電圧を制御してもよい。これにより、安定した出力制御が維持された状態で、大きな出力電流を供給できる電力変換装置が実現される。
　また、制御回路５は、電力変換装置１の外部から起動信号を受信した時点で、第１演算と、第２演算と、第３演算と、第４演算とを実行し、駆動時比率をもつＰＷＭ信号を発信することで第１電圧を制御してもよい。これにより、車両のイグニションスイッチ等の外部からの起動信号と連動して動作を開始する電力変換装置が実現される。
　また、所定電圧は、出力目標電圧であってもよい。これにより、第１演算および第２演算によるフィードバック制御と第３演算によるフィードフォワード制御とが同一のパラメータを用いることとなり、制御が簡素化され得る。
　また、制御回路５は、第２演算において、第１電流と目標電流とから所定演算を行うことで暫定時比率を算出し、算出した暫定時比率が所定最大値を超える場合に所定最大値を第１時比率として算出してもよい。これにより、入力電圧が大きく変動した場合であっても、出力最大電圧を所望値内に抑えることが可能になる。
　また、本実施の形態に係る電力変換装置１の制御方法は、制御回路５が、出力目標電圧に第１電圧を近づけるための目標電流を算出する第１演算を実行するステップ（第１演算部５Ａでの処理）と、制御回路５が、第１電流を目標電流に近づけるための第１時比率を算出する第２演算を実行するステップ（第２演算部５Ｂでの処理）と、制御回路５が、所定電圧と第２電圧とに基づいて第２時比率を算出する第３演算を実行するステップ（第３演算部５Ｃでの処理）と、制御回路５が、第１時比率と第２時比率とを用いることによってＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する第４演算を実行するステップ（第４演算部５Ｄでの処理）と、制御回路５が、駆動時比率をもつＰＷＭ信号を発信することで第１電圧を制御するステップ（駆動回路１８での処理）とを含む。
　これにより、従来技術のようにフィードバック制御だけを繰り返すのでなく、第１演算および第２演算によるフィードバック制御に加えて、第３演算によるフィードフォワード制御によって出力電圧の値を短い時間で出力目標電圧に近づける制御が行われるので、入力電圧が大きく変動しても出力電圧を安定させることができる。
　以上、本開示に係る電力変換装置およびその制御方法について、実施の形態およびその変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態および変形例に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態および変形例に施したものや、実施の形態および変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。
　例えば、図６Ａ、図６Ｂおよび図７に示される電力変換装置では、第３演算部５Ｃが所定電圧として目標出力電圧を用いること、および、第４演算部５Ｄが第１時比率と第２時比率との和によって駆動時比率を算出することを前提としたが、この前提に限られない。第３演算部５Ｃが所定電圧として目標出力電圧とは独立した出力定数電圧ＶＸを用いてもよいし、第４演算部５Ｄが第１時比率と第２時比率との積によって駆動時比率を算出してもよい。いずれの前提であっても、第２演算部５Ｂの出力範囲をより狭い範囲にクランプすることで、入力電圧の変動時における出力最大電圧を抑制することができる。
　また、車両制御部１２と制御回路５とは便宜上異なる要素として説明しているが、同一の要素として車体９に配置されていてもよい。
　本実施の形態では、電力変換装置１で電圧を降圧させる動作を用いて説明しているが、本開示に係る電力変換装置１は降圧動作に限ったものではない。いいかえると、電力変換装置１は、第１バッテリー１０と第２バッテリー１１との電圧の高低関係を入れ替え、昇圧動作を実行するように変換回路７が構成されてよい。
　また、上記実施の形態では、制御回路５は、出力目標電圧Ｖ０および所定電圧を示す情報を内部に保持するメモリから取得したが、外部から取得してもよい。
　また、本開示は、電力変換装置の制御方法を実行するプログラム、そのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なＤＶＤ等の非一時的な記録媒体の提供を目的としてもよい。
　本開示の電力変換装置は、出力電圧が安定した値で維持されるという効果を有し、各種電気機器におけるＤＣＤＣコンバータとして、有用である。
　１　電力変換装置
　２　入力端子
　３　出力端子
　４　ＤＣＤＣコンバータ
　５　制御回路
　５Ａ　第１演算部
　５Ｂ　第２演算部
　５Ｃ　第３演算部
　５Ｄ　第４演算部
　６　スイッチング素子
　６Ａ　スイッチング素子
　７　変換回路
　７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ　変換回路
　８　車両
　９　車体
　１０　第１バッテリー
　１１　第２バッテリー
　１２　車両制御部
　１３　リアクトル

Claims (8)

  1. 　入力端子と、
    　出力端子と、
    　前記入力端子と前記出力端子とに接続され、スイッチング素子を有し、直流電力変換を行う変換回路が設けられたＤＣＤＣコンバータと、
    　前記出力端子における第１電圧と前記変換回路を流れる第１電流と前記入力端子における第２電圧とを検出し、出力目標電圧および所定電圧を示す情報を取得し、複数の演算を実行することで、前記スイッチング素子を駆動させるためのＰＷＭ信号を発信する制御回路とを備え、
    　前記制御回路は、
    　　前記出力目標電圧に前記第１電圧を近づけるための目標電流を算出する第１演算と、
    　　前記第１電流を前記目標電流に近づけるための第１時比率を算出する第２演算と、
    　　前記所定電圧と前記第２電圧とに基づいて第２時比率を算出する第３演算と、
    　　前記第１時比率と前記第２時比率とを用いることによって前記ＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する第４演算とを実行し、
    　　前記駆動時比率をもつ前記ＰＷＭ信号を発信することで前記第１電圧を制御する、
    　電力変換装置。
  2. 　前記制御回路は、前記第４演算において、前記駆動時比率を、前記第１時比率と前記第２時比率との和によって算出する、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記制御回路は、前記第４演算において、前記駆動時比率を、前記第１時比率と前記第２時比率との積によって算出する、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 　前記ＤＣＤＣコンバータは、並列に接続された第１から第Ｎ（Ｎは整数）までの複数の前記変換回路を有し、
    　前記制御回路は、
    　　複数の前記変換回路のそれぞれに対して個別に前記駆動時比率を算出し、
    　　個別に算出した前記駆動時比率をもつ前記ＰＷＭ信号を対応する前記変換回路に発信することで前記第１電圧を制御する、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記制御回路は、前記電力変換装置の外部から起動信号を受信した時点で、前記第１演算と、前記第２演算と、前記第３演算と、前記第４演算とを実行し、前記駆動時比率をもつ前記ＰＷＭ信号を発信することで前記第１電圧を制御する、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 　前記所定電圧は、前記出力目標電圧である、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　前記制御回路は、前記第２演算において、前記第１電流と前記目標電流とから所定演算を行うことで暫定時比率を算出し、算出した前記暫定時比率が所定最大値を超える場合に前記所定最大値を前記第１時比率として算出する、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　電力変換装置の制御方法であって、
    　前記電力変換装置は、
    　入力端子と、
    　出力端子と、
    　前記入力端子と前記出力端子とに接続され、スイッチング素子を有し、直流電力変換を行う変換回路が設けられたＤＣＤＣコンバータと、
    　前記出力端子における第１電圧と前記変換回路を流れる第１電流と前記入力端子における第２電圧とを検出し、出力目標電圧および所定電圧を示す情報を取得し、複数の演算を実行することで、前記スイッチング素子を駆動させるためのＰＷＭ信号を発信する制御回路とを備え、
    　前記制御方法は、
    　　前記制御回路が、前記出力目標電圧に前記第１電圧を近づけるための目標電流を算出する第１演算を実行するステップと、
    　　前記制御回路が、前記第１電流を前記目標電流に近づけるための第１時比率を算出する第２演算を実行するステップと、
    　　前記制御回路が、前記所定電圧と前記第２電圧とに基づいて第２時比率を算出する第３演算を実行するステップと、
    　　前記制御回路が、前記第１時比率と前記第２時比率とを用いることによって前記ＰＷＭ信号の駆動時比率を算出する第４演算を実行するステップと、
    　　前記制御回路が、前記駆動時比率をもつ前記ＰＷＭ信号を発信することで前記第１電圧を制御するステップとを含む、
    　電力変換装置の制御方法。
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