JP7258241B2 - 電力変換回路の制御装置 - Google Patents
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Description
本願は、電力変換回路の制御装置に関するものである。
電力変換回路において、負荷が小さくなると、回路の動作状態が電流連続モードから電流不連続モードへと切り替わる。電流連続モードと電流不連続モードでは、動作特性が異なり、最適な制御方法も異なるので、両者を高精度で判定する方法が必要となる。
従来技術としては、モード判定部では、平均電流算出部によって算出されたインダクタを流れる電流の平均値と、ピーク電流算出部によって算出されたインダクタを流れる電流の極大値および極小値間の間隔とに基づき、インダクタを流れる電流の符号が反転するか否かを判断するものがある。そして、反転すると判断される場合、力行であるか回生であるかに応じて、スイッチング素子をオン、オフ操作するものである（特許文献１参照）。
上記特許文献１では、リアクトル電流の検出値を用いて、電流連続モードと電流不連続モードの判定を行っている。前記方法によって両者の判定を行う場合、電流不連続モードとなるリアクトル電流値が小さいために、電流値を検出するセンサの誤差によって、誤った判定を行うおそれがあるという問題点があった。
本願は上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、リアクトル電流の検出値を用いることなく、電流連続モードと電流不連続モードを判定することのできる電力変換回路の制御装置を提供することを目的とする。
本願に開示される電力変換回路の制御装置は、
第１端子と第２端子との間にスイッチング素子及びリアクトルを接続するとともに、前記第１端子と前記第２端子との間で電力変換を行うものであって、
前記電力変換回路に係る電気的情報の指令値及び検出値に基づいて、前記スイッチング素子のデューティ比を算出する制御器を有するフィードバック制御部と、
前記デューティ比の増減を判定するデューティ比増減判定部及び前記第２端子の電圧の検出値の増減を判定する出力電圧検出値増減判定部を有する電流連続不連続モード判定部を備え、
前記デューティ比増減判定部において、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも大きいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも大きいと判断された場合、
又は前記デューティ比増減判定部において、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも小さいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも小さいと判断された場合、前記電流連続不連続モード判定部は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、この判断結果を前記フィードバック制御部にフィードバックするものである。
第１端子と第２端子との間にスイッチング素子及びリアクトルを接続するとともに、前記第１端子と前記第２端子との間で電力変換を行うものであって、
前記電力変換回路に係る電気的情報の指令値及び検出値に基づいて、前記スイッチング素子のデューティ比を算出する制御器を有するフィードバック制御部と、
前記デューティ比の増減を判定するデューティ比増減判定部及び前記第２端子の電圧の検出値の増減を判定する出力電圧検出値増減判定部を有する電流連続不連続モード判定部を備え、
前記デューティ比増減判定部において、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも大きいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも大きいと判断された場合、
又は前記デューティ比増減判定部において、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも小さいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも小さいと判断された場合、前記電流連続不連続モード判定部は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、この判断結果を前記フィードバック制御部にフィードバックするものである。
本願に開示される電力変換回路の制御装置によれば、リアクトル電流の検出値を用いることなく、電流連続モードと電流不連続モードを判定することができる。
実施の形態１．
以下実施の形態１に係る電力変換回路２０及び電力変換回路の制御装置１０（以下、単に制御装置１０と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る電力変換回路及び制御装置を示す概略構成図である。
電力変換回路２０は、２つのスイッチング素子２０３、２０４を備え、第１端子２１と第２端子２２との間で電力変換を行う。第１端子２１には、電源又は負荷が接続され、第２端子２２には、電源又は負荷が接続される。本実施の形態では、第１端子２１に、電源７１が接続され、第２端子２２に負荷８１が接続される。電源７１は直流電源とされ、各種の蓄電装置等が用いられる。負荷８１はインバータ及びモータとされている。
以下実施の形態１に係る電力変換回路２０及び電力変換回路の制御装置１０（以下、単に制御装置１０と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る電力変換回路及び制御装置を示す概略構成図である。
電力変換回路２０は、２つのスイッチング素子２０３、２０４を備え、第１端子２１と第２端子２２との間で電力変換を行う。第１端子２１には、電源又は負荷が接続され、第２端子２２には、電源又は負荷が接続される。本実施の形態では、第１端子２１に、電源７１が接続され、第２端子２２に負荷８１が接続される。電源７１は直流電源とされ、各種の蓄電装置等が用いられる。負荷８１はインバータ及びモータとされている。
本実施の形態では、電力変換回路２０は、直流電力を変換するＤＣ－ＤＣコンバータとされている。電力変換回路２０は、第１端子２１から第２端子２２に直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、第２端子２２から第１端子２１に直流電圧を降圧する降圧チョッパ回路とが組み合わされた双方向チョッパ回路とされている。
電力変換回路２０は、電源７１の直流電力を昇圧して、インバータ及びモータに供給する昇圧機能と、モータが発電した交流電力をインバータにより直流電力に変換し、インバータが出力する直流電力を降圧して電源７１に供給する降圧機能とを有する。
電力変換回路２０は、電源７１の直流電力を昇圧して、インバータ及びモータに供給する昇圧機能と、モータが発電した交流電力をインバータにより直流電力に変換し、インバータが出力する直流電力を降圧して電源７１に供給する降圧機能とを有する。
第２端子２２の正極側と負極側との間には、スイッチング素子２０３、２０４が直列接続されている。スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（ＩＮＳＵＬＡＴＥＤ ＧＡＴＥ ＢＩＰＯＬＡＲ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）、又は逆並列接続されたダイオードの機能を有するＭＯＳＦＥＴ（ＭＥＴＡＬ ＯＸＩＤＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＦＩＥＬＤ ＥＦＦＥＣＴ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）等が用いられる。あるいはスイッチング素子には、ＳＩＣ（ＳＩＬＩＣＯＮ ＣＡＲＢＩＤＥ）－ＭＯＳＦＥＴ、ＧＡＮ（ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ）－ＦＥＴ、ＧＡＮ－ＨＥＭＴ（ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）等の各種のスイッチング素子を用いることもできる。
各スイッチング素子２０３、２０４のゲート端子には、それぞれ制御装置１０から出力されたゲート駆動信号Ｇｔ１、Ｇｔ２が入力され、各ゲート駆動信号Ｇｔ１、Ｇｔ２に従って、各スイッチング素子２０３、２０４がオンオフされる。
第１端子２１の正極側は、リアクトル２０２を介して、２つのスイッチング素子２０３、２０４の接続点に接続されている。第１端子２１の負極側は、第２端子２２の負極側に接続されている。
第２端子側の平滑コンデンサ２０５は、第２端子２２に並列に接続されて設けられている。第２端子側の平滑コンデンサ２０５は、２つのスイッチング素子２０３、２０４よりも第２端子２２側に設けられている。
第１端子２１の正極側は、リアクトル２０２を介して、２つのスイッチング素子２０３、２０４の接続点に接続されている。第１端子２１の負極側は、第２端子２２の負極側に接続されている。
第２端子側の平滑コンデンサ２０５は、第２端子２２に並列に接続されて設けられている。第２端子側の平滑コンデンサ２０５は、２つのスイッチング素子２０３、２０４よりも第２端子２２側に設けられている。
第１端子側の平滑コンデンサ２０１は、第１端子２１に並列に接続されて設けられている。第１端子側の平滑コンデンサ２０１は、リアクトル２０２よりも第１端子２１側に設けられている。
第２端子２２の電圧を検出するために電圧検出回路３１が備えられている。電圧検出回路３１は、第２端子側の平滑コンデンサ２０５の両端間の電圧を検出する。電圧検出回路３１の出力信号は、制御装置１０に入力される。
第２端子２２の電圧を検出するために電圧検出回路３１が備えられている。電圧検出回路３１は、第２端子側の平滑コンデンサ２０５の両端間の電圧を検出する。電圧検出回路３１の出力信号は、制御装置１０に入力される。
制御装置１０は、電力変換回路２０を制御する。図２は制御装置の機能を示すブロック構成図である。図２に示すように、制御装置１０は、後述するフィードバック制御部４１、電流連続不連続モード判定部５１、及びスイッチング制御部６１を備えている。以下、制御装置１０の各機能について詳細に説明する。
フィードバック制御部４１は、電力変換回路２０に係る電気的情報の指令値及び検出値に基づいて、スイッチング素子のデューティ比Ｄを算出する。本実施の形態では、電力変換回路２０に係る電気的情報は、第２端子２２の電圧（以下、第２端子電圧Ｖ２と称す）とされている。
尚後述するようにフィードバック制御部４１は、電気的情報の指令値及び検出値として、第１端子２１に入力される電圧、電流または電力を用いてもよく、更には第２端子２２から出力される電流または電力を用いてもよい。
フィードバック制御部４１は、電力変換回路２０に係る電気的情報の指令値及び検出値に基づいて、スイッチング素子のデューティ比Ｄを算出する。本実施の形態では、電力変換回路２０に係る電気的情報は、第２端子２２の電圧（以下、第２端子電圧Ｖ２と称す）とされている。
尚後述するようにフィードバック制御部４１は、電気的情報の指令値及び検出値として、第１端子２１に入力される電圧、電流または電力を用いてもよく、更には第２端子２２から出力される電流または電力を用いてもよい。
フィードバック制御部４１は、電圧検出回路３１の出力信号に基づいて、第２端子電圧を検出する（以下、第２端子電圧の検出値をＶ２ｓと称す）。フィードバック制御部４１は、減算器４０１を備え、第２端子電圧の指令値Ｖ２ｒｅｆ及び第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓに基づいて、デューティ比Ｄを算出する。第２端子電圧の指令値Ｖ２ｒｅｆは、制御装置１０内で演算してもよいし、あるしは制御装置１０の外部から伝達されてもよい。
２つの値の差を演算するための減算器４０１が備えられている。減算器４０１は、第２端子電圧の指令値Ｖ２ｒｅｆから第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓを減算する。減算器４０１の出力信号は第２端子電圧のエラー値Ｖ２ｅｒとして比例制御部４１１及び積分制御部４１２に入力される。
制御定数変更部４２０は、電流連続不連続モード判定部５１から出力される電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３に基づいて、比例制御部４１１および積分制御部４１２で用いる制御定数を変更する。
制御定数変更部４２０は、電流連続不連続モード判定部５１から出力される電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３に基づいて、比例制御部４１１および積分制御部４１２で用いる制御定数を変更する。
電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３がオン（１）の場合は、回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、制御定数変更部４２０は、電流不連続モード用比例ゲインＫｐＤＣＭを比例ゲインＫｐとして比例制御部４１１に出力し、更に電流不連続モード用積分ゲインＫｉＤＣＭを積分ゲインＫｉとして積分制御部４１２に出力する。
電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３がオフ（０）の場合は、回路の動作状態が電流連続モードであると判断し、制御定数変更部４２０は、電流連続モード用比例ゲインＫｐＣＣＭを比例ゲインＫｐとして比例制御部４１１に出力し、更に電流連続モード用積分ゲインＫｉＣＣＭを積分ゲインＫｉとして積分制御部４１２に出力する。
比例制御部４１１は、制御定数変更部４２０から出力された比例ゲインＫｐ（制御定数）を記憶するとともに、比例ゲインＫｐの前回値Ｋｐ０を用いて比例演算を行い、比例デューティ比Ｄｐｒ（以下、比例項と称す）を出力する。
積分制御部４１２は、制御定数変更部４２０から出力された積分ゲインＫｉ（制御定数）を記憶するとともに、積分ゲインＫｉの前回値Ｋｉ０を用いて積分演算を行い、積分デューティ比Ｄｉｎ（以下、積分項と称す）を出力する。
比例制御部４１１は、制御定数変更部４２０から出力された比例ゲインＫｐ（制御定数）を記憶するとともに、比例ゲインＫｐの前回値Ｋｐ０を用いて比例演算を行い、比例デューティ比Ｄｐｒ（以下、比例項と称す）を出力する。
積分制御部４１２は、制御定数変更部４２０から出力された積分ゲインＫｉ（制御定数）を記憶するとともに、積分ゲインＫｉの前回値Ｋｉ０を用いて積分演算を行い、積分デューティ比Ｄｉｎ（以下、積分項と称す）を出力する。
ＤｐｒとＤｉｎの２つの値の和を演算するために加算器４０２が備えられている。加算器４０２は、比例項Ｄｐｒと積分項Ｄｉｎを加算する。加算器４０２の出力信号はデューティ比Ｄとして、スイッチング制御部６１に入力される。
本実施の形態では、フィードバック制御部４１は、ＰＩ（ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＩＮＴＥＧＲＡＬ）制御器４３０を備えている。ＰＩ制御の代わりに、ＰＩＤ（ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ）制御等の積分演算を行う各種のフィードバック制御を用いることもできる。また、フィードバック制御部４１とスイッチング制御部６１との間で、ダンピング制御、電流制御等の各種の制御を行なうこともできる。ダンピング制御は、ＰＩ制御の演算結果から、電流検出値に基づく演算結果を減算するものであり、電流変動によるデューティ比の変動を抑制する制御である。
本実施の形態では、フィードバック制御部４１は、ＰＩ（ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＩＮＴＥＧＲＡＬ）制御器４３０を備えている。ＰＩ制御の代わりに、ＰＩＤ（ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ）制御等の積分演算を行う各種のフィードバック制御を用いることもできる。また、フィードバック制御部４１とスイッチング制御部６１との間で、ダンピング制御、電流制御等の各種の制御を行なうこともできる。ダンピング制御は、ＰＩ制御の演算結果から、電流検出値に基づく演算結果を減算するものであり、電流変動によるデューティ比の変動を抑制する制御である。
スイッチング制御部６１は、フィードバック制御部４１により算出されたデューティ比Ｄに基づいて、スイッチング素子２０３、２０４をオンオフする。スイッチング制御部６１は、デューティ比Ｄに基づいて、ＰＷＭ（ＰＵＬＳＥ ＷＩＤＴＨ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ）制御により、各スイッチング素子２０３、２０４のゲート駆動信号Ｇｔ１、Ｇｔ２を生成する。本実施の形態では、デューティ比Ｄは、負極側のスイッチング素子２０３のオンデューティ比となり、正極側のスイッチング素子２０４のオフデューティ比となる。負極側のスイッチング素子２０３がオンである場合は、正極側のスイッチング素子２０４がオフになる。２つのスイッチング素子２０３、２０４が同時にオンし、正極側と負極側とが短絡しないように、正極側のスイッチング素子２０４のオン期間と負極側のスイッチング素子２０３のオン期間との間には、双方ともオフになるデッドタイムが設けられている。
図３はデューティ比に基づくスイッチング素子のオンオフ制御を説明するためのタイムチャートである。図３に示すように、スイッチング制御部６１は、デューティ比Ｄとキャリア波Ｖｃｒとを比較し、各スイッチング素子２０３、２０４のゲート駆動信号Ｇｔ１、Ｇｔ２を生成する。キャリア波Ｖｃｒは、キャリア周波数で０から１の間を振動する三角波とされている。スイッチング制御部６１は、デューティ比Ｄがキャリア波Ｖｃｒよりも大きい場合は、負極側のゲート駆動信号Ｇｔ１をＨｉｇｈにし、デューティ比Ｄがキャリア波Ｖｃｒよりも小さい場合は、負極側のゲート駆動信号Ｇｔ１をＬｏｗにする。また、スイッチング制御部６１は、デューティ比Ｄにデッドタイムに対応する値ΔＤｔを加算したデューティ比Ｄ＋ΔＤｔがキャリア波Ｖｃｒよりも大きい場合は、正極側のゲート駆動信号Ｇｔ２をＬｏｗにし、加算後のデューティ比Ｄ＋ΔＤｔがキャリア波Ｖｃｒよりも小さい場合は、正極側のゲート駆動信号Ｇｔ２をＨｉｇｈにする。キャリア波Ｖｃｒはのこぎり波もしくは逆のこぎり波を用いてもよい。
次に電流連続不連続モード判定部５１の動作について説明する。
本実施の形態と異なり、電流連続不連続モード判定部５１を設けずに、第１端子側の平滑コンデンサ２０１と２つのスイッチング素子２０３、２０４の接続点との間に電流センサを設け、リアクトル２０２を流れる電流（以下、リアクトル電流と称す）の検出値を用いて電流連続モードと電流不連続モードの判定を行うことが考えられる。この場合、電流センサの誤差によって誤った判定が行われる場合がある。
電流連続不連続モード判定部５１が設けられておらず、リアクトル電流の検出値を用いて電流連続モードと電流不連続モードの判定を行う場合において、電流センサに誤差が発生した場合の挙動を図４のタイムチャートにおいて示す。図４においては、電流センサに誤差が発生し、誤った判定が行われた場合の挙動が示されている。図４において、一点鎖線で囲まれた領域Ｘは電流不連続モード領域を示している。
本実施の形態と異なり、電流連続不連続モード判定部５１を設けずに、第１端子側の平滑コンデンサ２０１と２つのスイッチング素子２０３、２０４の接続点との間に電流センサを設け、リアクトル２０２を流れる電流（以下、リアクトル電流と称す）の検出値を用いて電流連続モードと電流不連続モードの判定を行うことが考えられる。この場合、電流センサの誤差によって誤った判定が行われる場合がある。
電流連続不連続モード判定部５１が設けられておらず、リアクトル電流の検出値を用いて電流連続モードと電流不連続モードの判定を行う場合において、電流センサに誤差が発生した場合の挙動を図４のタイムチャートにおいて示す。図４においては、電流センサに誤差が発生し、誤った判定が行われた場合の挙動が示されている。図４において、一点鎖線で囲まれた領域Ｘは電流不連続モード領域を示している。
図４Ａに示すように、リアクトル２０２を実際に流れる電流ＩＬが電流不連続モードとなる値であるにもかかわらず、電流センサの誤差によって、電流連続モードとなる値ＩＬｓｅｎｅｒｒＨとして検出された場合、リアクトル電流の検出値を用いた判定方法では回路の動作状態が電流連続モードであると判定される。
また、図４Ｂに示すように、リアクトル２０２を実際に流れる電流ＩＬが電流連続モードとなる値であるにもかかわらず、電流センサの誤差によって、電流不連続モードとなる値ＩＬｓｅｎｅｒｒＬとして検出された場合、リアクトル電流の検出値を用いた判定方法では回路の動作状態が電流不連続モードであると判定される。
図４に示されるリアクトル電流の検出値を用いて電流連続モードと電流不連続モードの判定を行う場合において、回路の動作状態が電流不連続モードとなる境界付近では、電流センサの誤差によって、誤った判定を招くおそれがある。
また、図４Ｂに示すように、リアクトル２０２を実際に流れる電流ＩＬが電流連続モードとなる値であるにもかかわらず、電流センサの誤差によって、電流不連続モードとなる値ＩＬｓｅｎｅｒｒＬとして検出された場合、リアクトル電流の検出値を用いた判定方法では回路の動作状態が電流不連続モードであると判定される。
図４に示されるリアクトル電流の検出値を用いて電流連続モードと電流不連続モードの判定を行う場合において、回路の動作状態が電流不連続モードとなる境界付近では、電流センサの誤差によって、誤った判定を招くおそれがある。
次に本実施形態に示す電流連続不連続モード判定部５１を用いて、電流センサ誤差が発生しない判定について以下説明する。
図２に示すように、電流連続不連続モード判定部５１は、デューティ比Ｄの増減を判定するデューティ比増減判定部５０１、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓの増減を判定する出力電圧検出値増減判定部５０２、および電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３を備えている。
デューティ比増減判定部５０１は、今回計測したデューティ比Ｄと、デューティ比の前回値Ｄ０とを比較し、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を出力する。デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１は、ＤとＤ０の差の絶対値が第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より大きく、Ｄ０がＤよりも大きい場合は１、ＤとＤ０の差の絶対値が第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より大きく、Ｄ０がＤよりも小さい場合は－１、ＤとＤ０の差の絶対値が第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より小さい場合は０と出力される。
図２に示すように、電流連続不連続モード判定部５１は、デューティ比Ｄの増減を判定するデューティ比増減判定部５０１、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓの増減を判定する出力電圧検出値増減判定部５０２、および電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３を備えている。
デューティ比増減判定部５０１は、今回計測したデューティ比Ｄと、デューティ比の前回値Ｄ０とを比較し、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を出力する。デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１は、ＤとＤ０の差の絶対値が第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より大きく、Ｄ０がＤよりも大きい場合は１、ＤとＤ０の差の絶対値が第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より大きく、Ｄ０がＤよりも小さい場合は－１、ＤとＤ０の差の絶対値が第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より小さい場合は０と出力される。
出力電圧検出値増減判定部５０２は、第２端子電圧の今回計測した検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０とを比較し、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を出力する。出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２は、Ｖ２ｓとＶ２ｓ０の差の絶対値が第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より大きく、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも大きい場合は１、Ｖ２ｓとＶ２ｓ０の差の絶対値が第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より大きく、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも小さい場合は－１、Ｖ２ｓとＶ２ｓ０の差の絶対値が第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より小さい場合は０と出力される。
電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１と出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２がともに１、またはともに－１である場合に回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を１（オン）とする。それ以外の場合は、回路の動作状態が電流連続モードであると判断し、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を０（オフ）とする。
上記のような構成によれば、リアクトル電流の検出値を用いることなく、電流連続モードと電流不連続モードを判定することができる。
電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３で生成された電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３はフィードバック制御部４１に入力され、制御定数変更部４２０において、比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉとが決定される。
上記のような構成によれば、リアクトル電流の検出値を用いることなく、電流連続モードと電流不連続モードを判定することができる。
電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３で生成された電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３はフィードバック制御部４１に入力され、制御定数変更部４２０において、比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉとが決定される。
図５は、本実施の形態に係る電流連続不連続モード判定部５１による電流連続不連続モード判定処理、および制御定数変更部４２０における判定後の処理を示すフローチャートである。
図５において、ステップＳ０１で、比例制御部４１１は、比例ゲインＫｐの前回値Ｋｐ０と第２端子電圧のエラー値Ｖ２ｅｒを乗算し、比例項Ｄｐｒを出力する。更に積分制御部４１２は、積分ゲインＫｉの前回値Ｋｉ０と第２端子電圧のエラー値Ｖ２ｅｒと制御周期Ｔｃを乗算した値と、積分項の前回値Ｄｉｎ０を加算し、積分項の今回値Ｄｉｎを出力する。
ステップＳ０２で、加算器４０２によって、比例項Ｄｐｒと積分項Ｄｉｎを加算し、デューティ比Ｄを出力する。
図５において、ステップＳ０１で、比例制御部４１１は、比例ゲインＫｐの前回値Ｋｐ０と第２端子電圧のエラー値Ｖ２ｅｒを乗算し、比例項Ｄｐｒを出力する。更に積分制御部４１２は、積分ゲインＫｉの前回値Ｋｉ０と第２端子電圧のエラー値Ｖ２ｅｒと制御周期Ｔｃを乗算した値と、積分項の前回値Ｄｉｎ０を加算し、積分項の今回値Ｄｉｎを出力する。
ステップＳ０２で、加算器４０２によって、比例項Ｄｐｒと積分項Ｄｉｎを加算し、デューティ比Ｄを出力する。
ステップＳ０３で、電流連続不連続モード判定部５１は、デューティ比Ｄとデューティ比の前回の値Ｄ０との差の絶対値を演算し、その値が第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より大きいと判定した場合はステップＳ０４に進み、第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より小さいと判定した場合はステップＳ０５に進む。
ステップＳ０４で、電流連続不連続モード判定部５１は、デューティ比Ｄとデューティ比の前回の値Ｄ０との大小関係を確認し、Ｄ０がＤよりも大きい場合はステップＳ０６に進み、Ｄ０がＤよりも小さい場合はステップＳ０７に進む。
ステップＳ０５で、電流連続不連続モード判定部５１におけるデューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を０とする。
ステップＳ０６で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を１とする。
ステップＳ０７で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を－１とする。
ステップＳ０４で、電流連続不連続モード判定部５１は、デューティ比Ｄとデューティ比の前回の値Ｄ０との大小関係を確認し、Ｄ０がＤよりも大きい場合はステップＳ０６に進み、Ｄ０がＤよりも小さい場合はステップＳ０７に進む。
ステップＳ０５で、電流連続不連続モード判定部５１におけるデューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を０とする。
ステップＳ０６で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を１とする。
ステップＳ０７で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を－１とする。
ステップＳ０８で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０との差の絶対値を演算し、その値が第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より大きいと判定した場合はステップＳ０９に進み、第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より小さいと判定した場合はステップＳ１０に進む。
ステップＳ０９で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０との大小関係を確認し、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも大きい場合はステップＳ１１に進み、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも小さい場合はステップＳ１２に進む。
ステップＳ０９で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０との大小関係を確認し、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも大きい場合はステップＳ１１に進み、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも小さい場合はステップＳ１２に進む。
ステップＳ１０で、電流連続不連続モード判定部５１における出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を０とする。
ステップＳ１１で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を１とする。
ステップＳ１２で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を－１とする。
ステップＳ１１で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を１とする。
ステップＳ１２で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を－１とする。
ステップＳ１３では、ステップＳ０６またはステップＳ０７またはステップＳ０５、およびステップＳ１１またはステップＳ１２またはＳ１０において決定されたデューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１と出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２とに基づき、回路の動作状態が電流連続モードであるか電流不連続モードであるかを判定する。デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１と出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２がともに１、またはともに－１である場合は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、ステップＳ１４に進む。それ以外の場合は、回路の動作状態が電流連続モードであると判断し、ステップＳ１５に進む。
ステップＳ１４で、電流連続不連続モード判定部５１における電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を１（オン）とし、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１５で、電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を０（オフ）とし、ステップＳ１７に進む。
ステップＳ１６では、制御定数変更部４２０において、電流不連続モード用比例ゲインＫｐＤＣＭを比例ゲインＫｐとして比例制御部４１１に出力し、電流不連続モード用積分ゲインＫｉＤＣＭを積分ゲインＫｉとして積分制御部４１２に出力する。電流不連続モード用比例ゲインＫｐＤＣＭ及び電流不連続モード用積分ゲインＫｉＤＣＭは回路の動作状態が電流不連続モードである場合において、制御の安定性を保証しつつ、最も応答性が高くなるように決定される。通常後述する電流連続モード用比例ゲインＫｐＣＣＭ及び電流連続モード用積分ゲインＫｉＣＣＭよりも大きな値に設定される。
ステップＳ１７では、制御定数変更部４２０において、電流連続モード用比例ゲインＫｐＣＣＭを比例ゲインＫｐとして比例制御部４１１に出力し、電流連続モード用積分ゲインＫｉＣＣＭを積分ゲインＫｉとして積分制御部４１２に出力する。電流連続モード用比例ゲインＫｐＣＣＭ及び電流連続モード用積分ゲインＫｉＣＣＭは、回路の動作状態が電流連続モードである場合において、制御の安定性を保証しつつ、最も応答性が高くなるように決定される。
ステップＳ１５で、電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を０（オフ）とし、ステップＳ１７に進む。
ステップＳ１６では、制御定数変更部４２０において、電流不連続モード用比例ゲインＫｐＤＣＭを比例ゲインＫｐとして比例制御部４１１に出力し、電流不連続モード用積分ゲインＫｉＤＣＭを積分ゲインＫｉとして積分制御部４１２に出力する。電流不連続モード用比例ゲインＫｐＤＣＭ及び電流不連続モード用積分ゲインＫｉＤＣＭは回路の動作状態が電流不連続モードである場合において、制御の安定性を保証しつつ、最も応答性が高くなるように決定される。通常後述する電流連続モード用比例ゲインＫｐＣＣＭ及び電流連続モード用積分ゲインＫｉＣＣＭよりも大きな値に設定される。
ステップＳ１７では、制御定数変更部４２０において、電流連続モード用比例ゲインＫｐＣＣＭを比例ゲインＫｐとして比例制御部４１１に出力し、電流連続モード用積分ゲインＫｉＣＣＭを積分ゲインＫｉとして積分制御部４１２に出力する。電流連続モード用比例ゲインＫｐＣＣＭ及び電流連続モード用積分ゲインＫｉＣＣＭは、回路の動作状態が電流連続モードである場合において、制御の安定性を保証しつつ、最も応答性が高くなるように決定される。
第１のデューティ比閾値Ｄｔ１は、電力変換回路２０が電流連続モードである場合において、回路が最大速度で急変した際の１制御周期Ｔｃｎｔ当たりに生じるデューティ比Ｄの変化の最大値よりも大きな値に設定される。
第１の出力電圧閾値Ｖｔ１は、電力変換回路２０が定常動作をしている際の第２端子電圧Ｖ２の脈動よりも大きな値、または電力変換回路２０が電流連続モードである場合において、回路が最大速度で急変した際の１制御周期Ｔｃｎｔ当たりに生じるＶ２の変化の最大値よりも大きな値に設定される。
第１の出力電圧閾値Ｖｔ１は、電力変換回路２０が定常動作をしている際の第２端子電圧Ｖ２の脈動よりも大きな値、または電力変換回路２０が電流連続モードである場合において、回路が最大速度で急変した際の１制御周期Ｔｃｎｔ当たりに生じるＶ２の変化の最大値よりも大きな値に設定される。
図６は負荷変動時における電流連続不連続モード判定時の挙動を示すタイムチャートであり、負荷が急変した場合の制御動作を示す。図６Ａにリアクトル２０２を流れるリアクトル電流ＩＬを示す。図６Ｂに第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の指令値Ｖ２ｒｅｆを示す。図６Ｂにおいて、実線で示されているのが出力電圧検出値であるＶ２ｓであり、１点鎖線で示されているのが出力電圧指令値であるＶ２ｒｅｆである。図６Ｃにデューティ比Ｄを示す。図６Ｄに電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３の立ち上げタイミングを示す。図６Ｅに制御定数、即ち比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉの変化を示す。
図６において、時刻Ｔ０１で、リアクトル電流ＩＬが力行から減少を開始する。その直後に第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓが緩やかに増加を始め、フィードバック制御部４１によるフィードバック制御によりデューティ比Ｄは緩やかに減少を始める。このとき、デューティ比増減判定部５０１における第１のデューティ比閾値Ｄｔ１および出力電圧検出値増減判定部５０２における第１の出力電圧閾値Ｖｔ１を上記方法に従って設定することで、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３がオンとならないようにできる。
時刻Ｔ０２で、回路の動作状態は電流不連続モードとなり、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓは急激に増加し始め、デューティ比Ｄは急激に減少し始める。これにより、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３がオンとなり、制御定数は電流連続モード用ゲインから電流不連続モード用ゲインへと切り替わる。このとき、１制御周期で制御定数を変更しても良く、複数制御周期かけて変更しても良い。
時刻Ｔ０２で、回路の動作状態は電流不連続モードとなり、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓは急激に増加し始め、デューティ比Ｄは急激に減少し始める。これにより、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３がオンとなり、制御定数は電流連続モード用ゲインから電流不連続モード用ゲインへと切り替わる。このとき、１制御周期で制御定数を変更しても良く、複数制御周期かけて変更しても良い。
時刻Ｔ０３で、リアクトル電流が回生側の電流不連続モードを抜けると、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓはフィードバック制御部４１によるフィードバック制御により減少し始め、時刻Ｔ０４で第２端子電圧の指令値Ｖ２ｒｅｆへと帰着する。
このとき、電流連続不連続モード判定部５１は、一度不連続モード判定をした場合に電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３をオンしても良く、複数回不連続モード判定をした場合に電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３をオンしても良い。即ち電流連続不連続モード判定部５１は少なくとも２回以上電流不連続モードであると判断をした場合に電流不連続モードであると判定することもできる。
このとき、電流連続不連続モード判定部５１は、一度不連続モード判定をした場合に電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３をオンしても良く、複数回不連続モード判定をした場合に電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３をオンしても良い。即ち電流連続不連続モード判定部５１は少なくとも２回以上電流不連続モードであると判断をした場合に電流不連続モードであると判定することもできる。
上記のような電力変換装置を構成することにより、リアクトル電流の検出値を用いることなく、電流連続モードと電流不連続モードを判定することができるので、正確に判定を行うことができる。そしてこの判定結果に基づいてフィードバック制御部４１がフィードバック制御を実施する。従って電力変換回路２０の応答性を高めることができ、第２端子電圧Ｖ２の最大値を抑制することができる。これにより、第２端子側の平滑コンデンサ２０５の容量を低減することが可能となる。
実施の形態２．
次に実施の形態２に係る電力変換回路及び制御装置について図面を参照して説明する。上記実施の形態１と同様の構成部分については説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換回路及び制御装置の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。
図７は制御装置の機能を示すブロック構成図である。本実施形態においては、電流連続不連続モード判定部５１の結果に基づいてデューティ比Ｄを補正するデューティ比補正制御部４４０が設けられている。
デューティ比補正制御部４４０は、電流連続不連続モード判定部５１の結果に基づいて、デューティ比補正量の今回の値αＤを決定するデューティ比補正量決定部４４１と、デューティ比Ｄを補正し、補正デューティ比Ｄｃｒを出力するデューティ比補正部４４２を備えている。
次に実施の形態２に係る電力変換回路及び制御装置について図面を参照して説明する。上記実施の形態１と同様の構成部分については説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換回路及び制御装置の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。
図７は制御装置の機能を示すブロック構成図である。本実施形態においては、電流連続不連続モード判定部５１の結果に基づいてデューティ比Ｄを補正するデューティ比補正制御部４４０が設けられている。
デューティ比補正制御部４４０は、電流連続不連続モード判定部５１の結果に基づいて、デューティ比補正量の今回の値αＤを決定するデューティ比補正量決定部４４１と、デューティ比Ｄを補正し、補正デューティ比Ｄｃｒを出力するデューティ比補正部４４２を備えている。
デューティ比補正部４４２は、デューティ比補正量の今回の値αＤを記憶するとともに、デューティ比補正量の前回の値αＤ０をデューティ比Ｄに乗算することでデューティ比Ｄを補正し、補正デューティ比Ｄｃｒをデューティ比増減判定部５０１とスイッチング制御部６１に出力する。
デューティ比補正量の前回の値αＤ０が１の場合、デューティ比補正制御はオフとなり、ＰＩ制御器４３０の出力値であるＤが今回のデューティ比となる。
デューティ比補正量の前回の値αＤ０が１の場合、デューティ比補正制御はオフとなり、ＰＩ制御器４３０の出力値であるＤが今回のデューティ比となる。
デューティ比増減判定部５０１は、補正デューティ比Ｄｃｒと補正デューティ比の前回の値Ｄｃｒ０とを比較し、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を出力する。デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１は、ＤｃｒとＤｃｒ０の差の絶対値が第２のデューティ比閾値Ｄｔ２より大きく、Ｄｃｒ０がＤｃｒよりも大きい場合は１とする。又ＤｃｒとＤｃｒ０の差の絶対値が第２のデューティ比閾値Ｄｔ２より大きく、Ｄｃｒ０がＤｃｒよりも小さい場合は－１とする。更にＤｃｒとＤｃｒ０の差の絶対値が第２のデューティ比閾値Ｄｔ２より小さい場合は０と出力される。
スイッチング制御部６１は、上記実施の形態１におけるデューティ比Ｄの代わりに補正デューティ比Ｄｃｒを用いて、同様の手段によって、各スイッチング素子２０３、２０４のゲート駆動信号Ｇｔ１、Ｇｔ２を生成する。
スイッチング制御部６１は、上記実施の形態１におけるデューティ比Ｄの代わりに補正デューティ比Ｄｃｒを用いて、同様の手段によって、各スイッチング素子２０３、２０４のゲート駆動信号Ｇｔ１、Ｇｔ２を生成する。
図８は実施の形態２による電流連続不連続モード判定および判定後の処理を説明するフローチャートである。図８においては、電流連続不連続モード判定部５１による電流連続不連続モード判定処理、およびデューティ比補正制御部４４０における判定後の処理が示されている。図８において、ステップＳ１８で、フィードバック制御部４１において、ＰＩ制御器４３０からの出力値であるＤにデューティ比補正量の前回の値αＤ０を乗算し、補正デューティ比Ｄｃｒを出力する。
ステップＳ１９で、電流連続不連続モード判定部５１は、補正デューティ比Ｄｃｒと補正デューティ比の前回の値Ｄｃｒ０との差の絶対値を演算し、その値が第２のデューティ比閾値Ｄｔ２より大きいと判定した場合はステップＳ２０に進み、第２のデューティ比閾値Ｄｔ２より小さいと判定した場合はステップＳ２１に進む。
ステップＳ１９で、電流連続不連続モード判定部５１は、補正デューティ比Ｄｃｒと補正デューティ比の前回の値Ｄｃｒ０との差の絶対値を演算し、その値が第２のデューティ比閾値Ｄｔ２より大きいと判定した場合はステップＳ２０に進み、第２のデューティ比閾値Ｄｔ２より小さいと判定した場合はステップＳ２１に進む。
ステップＳ２０で、電流連続不連続モード判定部５１は、補正デューティ比Ｄｃｒと補正デューティ比の前回の値Ｄｃｒ０との大小関係を確認し、Ｄｃｒ０がＤｃｒよりも大きい場合はステップＳ２２に進み、Ｄｃｒ０がＤｃｒよりも小さい場合はステップＳ２３に進む。ステップＳ２１で、電流連続不連続モード判定部５１におけるデューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を０とする。ステップＳ２２で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を１とする。ステップＳ２３で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を－１とする。
ステップＳ２４で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回の値Ｖ２ｓ０との差の絶対値を演算し、その値が第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より大きいと判定した場合はステップＳ２５に進み、第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より小さいと判定した場合はステップＳ２６に進む。
ステップＳ２５で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０との大小関係を確認し、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも大きい場合はステップＳ２７に進み、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも小さい場合はステップＳ２８に進む。
ステップＳ２５で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０との大小関係を確認し、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも大きい場合はステップＳ２７に進み、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも小さい場合はステップＳ２８に進む。
ステップＳ２６で、電流連続不連続モード判定部５１における出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を０とする。
ステップＳ２７で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を１とする。
ステップＳ２８で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を－１とする。
ステップＳ２７で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を１とする。
ステップＳ２８で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を－１とする。
ステップＳ２９では、ステップＳ２２またはステップＳ２３またはステップＳ２１、およびステップＳ２７またはステップＳ２８またはＳ２６において決定されたデューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１と出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２とに基づき、回路の動作状態が電流連続モードであるか電流不連続モードであるかを判定する。デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１と出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２がともに１、またはともに－１である場合は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、ステップＳ３０に進む。それ以外の場合は、回路の動作状態が電流連続モードであると判断し、ステップＳ３１に進む。
ステップＳ３０で、電流連続不連続モード判定部５１における電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を１（オン）とし、ステップＳ３２に進む。
ステップＳ３１で、電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を０（オフ）とし、ステップＳ３３に進む。
ステップＳ３２では、デューティ比補正量決定部４４１は、１ではないデューティ比補正量αＤをデューティ比補正部４４２に出力する。以下にデューティ比補正量αＤの設定の仕方について説明する。
ステップＳ３１で、電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を０（オフ）とし、ステップＳ３３に進む。
ステップＳ３２では、デューティ比補正量決定部４４１は、１ではないデューティ比補正量αＤをデューティ比補正部４４２に出力する。以下にデューティ比補正量αＤの設定の仕方について説明する。
デューティ比補正量αＤは、電力変換回路２０に生じる回路急変の最大速度に対して１制御周期Ｔｃｎｔ当たりに生じるデューティ比Ｄの変化の最大値よりも大きな値に設定される。例えば、第２端子電圧Ｖ２および第１端子電圧Ｖ１が一定の状態の下で負荷８１が力行から回生に変化する場合、スイッチング素子２０３に関し、デューティ比ＤはデッドタイムΔＤｔの２倍減少する。また、負荷８１が回生から力行に変化する場合、スイッチング素子２０３に関し、デューティ比ＤはデッドタイムΔＤｔの２倍増加する。１制御周期Ｔｃｎｔに２×ΔＤｔ変化するとしてデューティ比に換算し、デューティ比補正量αＤの最大値を決定する。
ステップＳ３３では、デューティ比補正量決定部４４１は、デューティ比補正量αＤとして１を、デューティ比補正部４４２に出力する。
ステップＳ３３では、デューティ比補正量決定部４４１は、デューティ比補正量αＤとして１を、デューティ比補正部４４２に出力する。
図９は負荷変動時の電流連続不連続モード判定時の挙動を説明するタイムチャートであり、負荷が急変した場合の制御挙動を示す。図９Ａにリアクトル２０２を流れるリアクトル電流ＩＬを示す。図９Ａにおいては、補正制御ＯＦＦ時のリアクトル電流と、補正制御ＯＮ時のリアクトル電流を示しており、両者は一致している。図９Ｂは第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の指令値Ｖ２ｒｅｆを示している。図９Ｂにおいて、実線Ｂ１は補正制御ＯＦＦ時の出力電圧検出値を示し、点線Ｂ２は補正制御ＯＮ時の出力電圧検出値を示している。又１点鎖線Ｂ３は出力電圧指令値を示している。図９Ｃはデューティ比Ｄを示している。図９Ｃにおいて、実線Ｃ１は補正制御ＯＦＦ時のデューティ比Ｄを示し、点線Ｃ２は補正制御ＯＮ時のデューティ比を示している。図９Ｄは電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３の立ち上げタイミングを示す。
図９において、時刻Ｔ１１で、リアクトル電流ＩＬが力行から減少を開始する。その直後に第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓが緩やかに増加を始め、フィードバック制御部４１のフィードバック制御によりデューティ比Ｄは緩やかに減少を始める。このとき、デューティ比増減判定部５０１における第２のデューティ比閾値Ｄｔ２および出力電圧検出値増減判定部５０２における第１の出力電圧閾値Ｖｔ１を上記実施の形態１と同様にして設定することで、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３がオンとならないようにできる。
時刻Ｔ１２で、回路の動作状態は電流不連続モードとなり、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓは急激に増加し始め、デューティ比Ｄは急激に減少し始める。これにより、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３がオンとなり、デューティ比補正制御がオンとなる。その結果、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓは直ちに低下を始める。
時刻Ｔ１３で、リアクトル電流ＩＬが回生側の電流不連続モードを抜けると、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓはフィードバック制御部４１のフィードバック制御により減少し始め、時刻Ｔ１４で第２端子電圧の指令値Ｖ２ｒｅｆへと帰着する。
時刻Ｔ１３で、リアクトル電流ＩＬが回生側の電流不連続モードを抜けると、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓはフィードバック制御部４１のフィードバック制御により減少し始め、時刻Ｔ１４で第２端子電圧の指令値Ｖ２ｒｅｆへと帰着する。
上記のような電力変換装置を構成することにより、リアクトル電流の検出値を用いることなく、電流連続モードと電流不連続モードを判定することができるので、正確に判定を行うことができる。そしてこの判定結果に基づいてフィードバック制御部４１がフィードバック制御を実施する。従って電力変換回路２０の応答性を高めることができ、第２端子電圧Ｖ２の最大値を抑制することができる。これにより、第２端子側の平滑コンデンサ２０５の容量を低減することが可能となる。
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る電力変換回路及び制御装置について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換回路２０及び制御装置１０の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。
図１０は本実施の形態に係る制御装置の機能を示すブロック構成図である。フィードバック制御部４１には、積分項補正量の今回値αＤｉｎｇを決定する積分項補正量決定部４５０が備えられ、ＰＩ制御器４３０には、積分項Ｄｉｎを補正し、補正積分項Ｄｉｎｃｒを出力する積分項補正部４１３が備えられている。
次に、実施の形態３に係る電力変換回路及び制御装置について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電力変換回路２０及び制御装置１０の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。
図１０は本実施の形態に係る制御装置の機能を示すブロック構成図である。フィードバック制御部４１には、積分項補正量の今回値αＤｉｎｇを決定する積分項補正量決定部４５０が備えられ、ＰＩ制御器４３０には、積分項Ｄｉｎを補正し、補正積分項Ｄｉｎｃｒを出力する積分項補正部４１３が備えられている。
積分項補正量決定部４５０は、電流連続不連続モード判定部５１の結果に基づいて、積分項補正量の今回値αＤｉｎを決定する。積分項補正部４１３は、積分項補正量の今回値αＤｉｎを記憶するとともに、積分項補正量の前回値αＤｉｎ０を積分項（積分デューティ比）Ｄｉｎに乗算することで積分項Ｄｉｎを補正し、補正積分項Ｄｉｎｃｒを加算器４０２に出力する。
積分項補正量の前回値αＤｉｎ０が１の場合、積分項補正制御はオフとなる。加算器４０２は、比例項Ｄｐｒと補正積分項Ｄｉｎｃｒを加算し、デューティ比Ｄを出力する。
積分項補正量の前回値αＤｉｎ０が１の場合、積分項補正制御はオフとなる。加算器４０２は、比例項Ｄｐｒと補正積分項Ｄｉｎｃｒを加算し、デューティ比Ｄを出力する。
図１１は実施の形態３に係る電流連続不連続モード判定および判定後の処理を説明するフローチャートである。図１１においては、電流連続不連続モード判定部５１の電流連続不連続モード判定処理と、積分項補正量決定部４５０、および積分項補正部４１３における判定後の処理を示している。
図１１において、ステップＳ３４で、積分項補正部４１３は、積分項Ｄｉｎに積分項補正量の前回の値αＤｉｎ０を乗算し、補正積分項Ｄｉｎｃｒを出力する。
ステップＳ３５で、加算器４０２によって、比例項Ｄｐｒと補正積分項Ｄｉｎｃｒを加算し、デューティ比Ｄを出力する。本実施の形態では、積分項Ｄｉｎのみ補正し、比例項Ｄｐｒは補正しない。その理由は、実施の形態２において、デューティ比を直接補正する場合を示しているが、このデューティ比を構成する要素のうち、比例項は瞬時的な値であり、積分項は各時刻における偏差に積分ゲインと制御周期を掛け算したものを時々刻々と足し合わせた値となっている。本願の効果として、第２端子電圧Ｖ２の最大値を抑制可能であり、これにより、第２端子側の平滑コンデンサ２０５の容量を低減することができるとした場合、第２端子電圧の最大値を抑制するにはデューティ比を急速に低減する必要がある。それには瞬時的に決まる比例項ではなく、それまでに蓄積された積分項を補正することが有効な手段となるからである。
図１１において、ステップＳ３４で、積分項補正部４１３は、積分項Ｄｉｎに積分項補正量の前回の値αＤｉｎ０を乗算し、補正積分項Ｄｉｎｃｒを出力する。
ステップＳ３５で、加算器４０２によって、比例項Ｄｐｒと補正積分項Ｄｉｎｃｒを加算し、デューティ比Ｄを出力する。本実施の形態では、積分項Ｄｉｎのみ補正し、比例項Ｄｐｒは補正しない。その理由は、実施の形態２において、デューティ比を直接補正する場合を示しているが、このデューティ比を構成する要素のうち、比例項は瞬時的な値であり、積分項は各時刻における偏差に積分ゲインと制御周期を掛け算したものを時々刻々と足し合わせた値となっている。本願の効果として、第２端子電圧Ｖ２の最大値を抑制可能であり、これにより、第２端子側の平滑コンデンサ２０５の容量を低減することができるとした場合、第２端子電圧の最大値を抑制するにはデューティ比を急速に低減する必要がある。それには瞬時的に決まる比例項ではなく、それまでに蓄積された積分項を補正することが有効な手段となるからである。
次にステップＳ３６で、電流連続不連続モード判定部５１は、デューティ比Ｄとデューティ比の前回の値Ｄ０との差の絶対値を演算し、その値が第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より大きいと判定した場合はステップＳ３７に進み、第１のデューティ比閾値Ｄｔ１より小さいと判定した場合はステップＳ３８に進む。
ステップＳ３７で、電流連続不連続モード判定部５１は、デューティ比Ｄとデューティ比の前回の値Ｄ０との大小関係を確認し、Ｄ０がＤよりも大きい場合はステップＳ３９に進み、Ｄ０がＤよりも小さい場合はステップＳ４０に進む。
ステップＳ３８で、電流連続不連続モード判定部５１におけるデューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を０とする。
ステップＳ３９で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を１とする。
ステップＳ４０で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を－１とする。
ステップＳ３７で、電流連続不連続モード判定部５１は、デューティ比Ｄとデューティ比の前回の値Ｄ０との大小関係を確認し、Ｄ０がＤよりも大きい場合はステップＳ３９に進み、Ｄ０がＤよりも小さい場合はステップＳ４０に進む。
ステップＳ３８で、電流連続不連続モード判定部５１におけるデューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を０とする。
ステップＳ３９で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を１とする。
ステップＳ４０で、デューティ比増減判定部５０１は、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を－１とする。
ステップＳ４１で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０との差の絶対値を演算し、その値が第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より大きいと判定した場合はステップＳ４２に進み、第１の出力電圧閾値Ｖｔ１より小さいと判定した場合はステップＳ４３に進む。
ステップＳ４２で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０との大小関係を確認し、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも大きい場合はステップＳ４４に進み、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも小さい場合はステップＳ４５に進む。
ステップＳ４２で、電流連続不連続モード判定部５１は、第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓと第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０との大小関係を確認し、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも大きい場合はステップＳ４４に進み、Ｖ２ｓがＶ２ｓ０よりも小さい場合はステップＳ４５に進む。
ステップＳ４３で、電流連続不連続モード判定部５１における出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を０とする。
ステップＳ４４で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を１とする。
ステップＳ４５で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を－１とする。
ステップＳ４４で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を１とする。
ステップＳ４５で、出力電圧検出値増減判定部５０２は、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を－１とする。
ステップＳ４６では、ステップＳ３９またはステップＳ４０またはステップＳ３８、およびステップＳ４４またはステップＳ４５またはステップＳ４３において決定されたデューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１と出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２とに基づき、回路の動作状態が電流連続モードであるか電流不連続モードであるかを判定する。デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１と出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２がともに１、またはともに－１である場合は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、ステップＳ４７に進む。それ以外の場合は、回路の動作状態が電流連続モードであると判断し、ステップＳ４８に進む。
ステップＳ４７で、電流連続不連続モード判定部５１における電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を１（オン）とし、ステップＳ４９に進む。
ステップＳ４８で、電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を０（オフ）とし、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ４９では、積分項補正量決定部４５０は、１ではない積分項補正量αＤｉｎを積分項補正部４１３に出力する。
ステップＳ４８で、電流連続不連続モード判定フラグ生成部５０３は、電流連続不連続モード判定フラグＦｌａｇ３を０（オフ）とし、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ４９では、積分項補正量決定部４５０は、１ではない積分項補正量αＤｉｎを積分項補正部４１３に出力する。
以下、積分項補正量αＤｉｎの設定の仕方について説明する。積分項補正量αＤｉｎは、電力変換回路２０に生じる回路急変の最大速度に対して１制御周期Ｔｃｎｔ当たりに生じるデューティ比Ｄの変化の最大値よりも大きな値に設定される。例えば、第２端子電圧Ｖ２および第１端子電圧Ｖ１が一定の状態の下で負荷８１が力行から回生に変化する場合、スイッチング素子２０３に関し、デューティ比ＤはデッドタイムΔＤｔの２倍減少する。また、負荷８１が回生から力行に変化する場合、スイッチング素子２０３に関し、デューティ比ＤはデッドタイムΔＤｔの２倍増加する。１制御周期Ｔｃｎｔに２×ΔＤｔ変化するとして積分項に換算し、積分項補正量αＤｉｎの最大値を決定する。
ステップＳ５０では、積分項補正量決定部４５０は、積分項補正量αＤｉｎとして１を積分項補正部４１３に出力する。
本実施の形態において負荷が急変した場合、図９に示したものと同様の制御挙動となる。
ステップＳ５０では、積分項補正量決定部４５０は、積分項補正量αＤｉｎとして１を積分項補正部４１３に出力する。
本実施の形態において負荷が急変した場合、図９に示したものと同様の制御挙動となる。
上記のような電力変換装置を構成することにより、リアクトル電流の検出値を用いることなく、電流連続モードと電流不連続モードを判定することができるので、正確に判定を行うことができる。そしてこの判定結果に基づいてフィードバック制御部４１がフィードバック制御を実施する。従って電力変換回路２０の応答性を高めることができ、第２端子電圧Ｖ２の最大値を抑制することができる。これにより、第２端子側の平滑コンデンサ２０５の容量を低減することが可能となる。
実施の形態４．
以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
上記の各実施の形態においては、電力変換回路２０は、第１端子２１から第２端子２２に直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、第２端子２２から第１端子２１に直流電圧を降圧する降圧チョッパ回路とが組み合わされた双方向チョッパ回路とされている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電力変換回路２０は、スイッチング素子を備え、第１端子２１と第２端子２２との間で電力変換を行う回路であれば、各種の電力変換回路が用いられてもよい。例えば電力変換回路２０は、第１端子２１から第２端子２２に直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路であってもよく、第１端子２１から第２端子２２に直流電圧を降圧する降圧チョッパ回路であってもよい。あるいは絶縁トランスを備えた絶縁型の電力変換回路であってもよく、更には複数の電力変換回路の要素をインターリーブ配置又は並列配置した電力変換回路であってもよい。
以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
上記の各実施の形態においては、電力変換回路２０は、第１端子２１から第２端子２２に直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、第２端子２２から第１端子２１に直流電圧を降圧する降圧チョッパ回路とが組み合わされた双方向チョッパ回路とされている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電力変換回路２０は、スイッチング素子を備え、第１端子２１と第２端子２２との間で電力変換を行う回路であれば、各種の電力変換回路が用いられてもよい。例えば電力変換回路２０は、第１端子２１から第２端子２２に直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路であってもよく、第１端子２１から第２端子２２に直流電圧を降圧する降圧チョッパ回路であってもよい。あるいは絶縁トランスを備えた絶縁型の電力変換回路であってもよく、更には複数の電力変換回路の要素をインターリーブ配置又は並列配置した電力変換回路であってもよい。
又上記の各実施の形態においては、第１端子２１に電源７１が接続され、第２端子２２にインバータ及びモータの負荷８１が接続される場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、第１端子２１に電源又は負荷が接続されていればよく、第２端子２２に電源又は負荷が接続されればよい。そして電源及び負荷には、各種の電源及び負荷を用いることができる。
上記各実施の形態においては、フィードバック制御部４１は、第２端子電圧Ｖ２の指令値及び検出値に基づいて、デューティ比Ｄ、あるいは補正デューティ比Ｄｃｒを算出する場合を例として説明した。しかし本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわちフィードバック制御部４１は、電力変換回路２０に係る各種電気的情報であれば、他の電気的情報の指令値及び検出値を用いてもよい。フィードバック制御部４１は、例えば第１端子２１又は第２端子２２に入力又は出力される電圧、電流、又は電力を電力変換回路２０に係る電気的情報として用いてもよい。
上記の各実施の形態においては、デューティ比増減判定部５０１は、実施の形態１においては、デューティ比の前回の値Ｄ０とデューティ比Ｄに基づき、又実施の形態２においては、補正デューティ比の前回の値Ｄｃｒ０と補正デューティ比Ｄｃｒに基づいて、デューティ比増減判定フラグＦｌａｇ１を決定する場合を例として説明した。しかし本願の実施の形態はこれに限定されない。
すなわち、デューティ比の前回の値Ｄ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われたデューティ比Ｄｆｉｌｔを用いることができる。更に補正デューティ比の前回の値Ｄｃｒ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われた補正デューティ比Ｄｃｒｆｉｌｔを用いることができる。また、デューティ比の今回の値Ｄの代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われたデューティ比Ｄｆｉｌｔを用い、デューティ比の前回の値Ｄ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われたデューティ比Ｄｆｉｌｔの前回の値Ｄｆｉｌｔ０を用いることができる。即ち前回計測したデューティ比及び今回計測したデューティ比のうちの少なくとも１つの値として、移動平均処理後の値を用いることができる。又前回計測したデューティ比及び今回計測したデューティ比のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いることができる。又前回得られた補正デューティ比及び今回得られた補正デューティ比のうちの少なくとも１つの値として、移動平均処理後の値を用いることができる。更に前回得られた補正デューティ比及び今回得られた補正デューティ比のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いることができる。
すなわち、デューティ比の前回の値Ｄ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われたデューティ比Ｄｆｉｌｔを用いることができる。更に補正デューティ比の前回の値Ｄｃｒ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われた補正デューティ比Ｄｃｒｆｉｌｔを用いることができる。また、デューティ比の今回の値Ｄの代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われたデューティ比Ｄｆｉｌｔを用い、デューティ比の前回の値Ｄ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われたデューティ比Ｄｆｉｌｔの前回の値Ｄｆｉｌｔ０を用いることができる。即ち前回計測したデューティ比及び今回計測したデューティ比のうちの少なくとも１つの値として、移動平均処理後の値を用いることができる。又前回計測したデューティ比及び今回計測したデューティ比のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いることができる。又前回得られた補正デューティ比及び今回得られた補正デューティ比のうちの少なくとも１つの値として、移動平均処理後の値を用いることができる。更に前回得られた補正デューティ比及び今回得られた補正デューティ比のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いることができる。
第２端子電圧の検出値によって決まるデューティ比は、回路状態が電流連続モードから電流不連続モードに切り替わる際、特に力行から回生となる場合にオーバーシュートするが、厳密にはリアクトル電流のリプルなどによって完全な単調増加にはならない。したがって、今回の値と前回の値のみを用いて判定を行うと誤判定が発生することがある。そこでデューティ比に、移動平均処理又はローパスフィルタ処理を加えることで、これらの値を滑らかにすることができるため、判定精度の向上に繋がる。
具体的な処理方法については、移動平均処理は各実施の形態においてデューティ比の今回の値と前回の値の平均（さらに遡ってもよい）を取り、移動平均処理後の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、今回の値との差に応じてモード判定を行うことができる。又移動平均処理後の値を実施の形態１～３における今回の値に置き換え、移動平均処理後の前回の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、両者の差に応じてモード判定を行うことができる。
また、ローパスフィルタ処理は各実施においてデューティ比の出力後にローパスフィルタを入れ、ローパスフィルタ処理後の値を実施の形態１～３における前回の値と置き換えて、今回の値との変化差分に応じてモード判定を行うことができる。又ローパスフィルタ処理後の値を実施の形態１～３における今回の値に置き換え、ローパスフィルタ処理後の前回の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、両者の差に応じてモード判定を行うことができる。
具体的な処理方法については、移動平均処理は各実施の形態においてデューティ比の今回の値と前回の値の平均（さらに遡ってもよい）を取り、移動平均処理後の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、今回の値との差に応じてモード判定を行うことができる。又移動平均処理後の値を実施の形態１～３における今回の値に置き換え、移動平均処理後の前回の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、両者の差に応じてモード判定を行うことができる。
また、ローパスフィルタ処理は各実施においてデューティ比の出力後にローパスフィルタを入れ、ローパスフィルタ処理後の値を実施の形態１～３における前回の値と置き換えて、今回の値との変化差分に応じてモード判定を行うことができる。又ローパスフィルタ処理後の値を実施の形態１～３における今回の値に置き換え、ローパスフィルタ処理後の前回の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、両者の差に応じてモード判定を行うことができる。
上記の各実施の形態においては、出力電圧検出値増減判定部５０２は、第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０と第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓとに基づいて、出力電圧検出値増減判定フラグＦｌａｇ２を決定する場合を例として説明した。しかし本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち第２端子電圧の検出値の前回値Ｖ２ｓ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われた第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓｆｉｌｔを用いることができる。
また、第２端子電圧の検出値の今回の値Ｖ２ｓの代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われた第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓｆｉｌｔを用い、第２端子電圧の検出値の前回の値Ｖ２ｓ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われた第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓｆｉｌｔの前回の値Ｖ２ｓｆｉｌｔ０を用いることができる。即ち前回計測した検出値及び今回計測した検出値のうちの少なくとも１つの値として、移動平均処理後の値を用いることができる。又前回計測した検出値及び今回計測した検出値のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いることができる。
また、第２端子電圧の検出値の今回の値Ｖ２ｓの代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われた第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓｆｉｌｔを用い、第２端子電圧の検出値の前回の値Ｖ２ｓ０の代わりにローパスフィルタ処理または移動平均処理などの各種平滑処理が行われた第２端子電圧の検出値Ｖ２ｓｆｉｌｔの前回の値Ｖ２ｓｆｉｌｔ０を用いることができる。即ち前回計測した検出値及び今回計測した検出値のうちの少なくとも１つの値として、移動平均処理後の値を用いることができる。又前回計測した検出値及び今回計測した検出値のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いることができる。
第２端子電圧の検出値は回路状態が電流連続モードから電流不連続モードに切り替わる際、特に力行から回生となる場合にオーバーシュートするが、厳密にはリアクトル電流のリプルなどによって完全な単調増加にはならない。したがって、今回の値と前回の値のみを用いて判定を行うと誤判定が発生することがある。第２端子電圧の検出値に、移動平均処理又はローパスフィルタ処理を加えることで、これらの値を滑らかにすることができるため、判定精度の向上に繋がる。
具体的な処理方法については、移動平均処理は各実施の形態において第２端子電圧の検出値の今回の値と前回の値の平均（さらに遡ってもよい）を取り、移動平均処理後の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、今回の値との差に応じてモード判定を行うことができる。又移動平均処理後の値を実施の形態１～３における今回の値に置き換え、移動平均処理後の前回の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、両者の差に応じてモード判定を行うことができる。
また、ローパスフィルタ処理は各実施において第２端子電圧の検出値の出力後にローパスフィルタを入れ、ローパスフィルタ処理後の値を実施の形態１～３における前回の値と置き換えて、今回の値との差に応じてモード判定を行うことができる。又ローパスフィルタ処理後の値を実施の形態１～３における今回の値に置き換え、ローパスフィルタ処理後の前回の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、両者の差に応じてモード判定を行うことができる。
具体的な処理方法については、移動平均処理は各実施の形態において第２端子電圧の検出値の今回の値と前回の値の平均（さらに遡ってもよい）を取り、移動平均処理後の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、今回の値との差に応じてモード判定を行うことができる。又移動平均処理後の値を実施の形態１～３における今回の値に置き換え、移動平均処理後の前回の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、両者の差に応じてモード判定を行うことができる。
また、ローパスフィルタ処理は各実施において第２端子電圧の検出値の出力後にローパスフィルタを入れ、ローパスフィルタ処理後の値を実施の形態１～３における前回の値と置き換えて、今回の値との差に応じてモード判定を行うことができる。又ローパスフィルタ処理後の値を実施の形態１～３における今回の値に置き換え、ローパスフィルタ処理後の前回の値を実施の形態１～３における前回の値に置き換えて、両者の差に応じてモード判定を行うことができる。
上記実施の形態２において、デューティ比補正部４４２は、デューティ比Ｄにデューティ比補正量の前回の値αＤ０を乗算することでデューティ比Ｄを補正し、補正デューティ比Ｄｃｒを出力する場合を例として説明した。しかし本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、デューティ比Ｄにデューティ比補正量の前回の値αＤ０を加算することでデューティ比Ｄを補正し、補正デューティ比Ｄｃｒを出力してもよい。
上記実施の形態３において、積分項補正部４１３は、積分項Ｄｉｎに積分項補正量の前回の値αＤｉｎ０を乗算することで積分項Ｄｉｎを補正し、補正積分項Ｄｉｎｃｒを出力する場合を例として説明した。しかし本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち積分項Ｄｉｎに積分項補正量の前回値αＤｉｎ０を加算することで積分項Ｄｉｎを補正し、補正積分項Ｄｉｎｃｒを出力してもよい。
上記の各実施の形態においては、電流連続モードと電流不連続モードの判定方法として、リアクトル電流の検出値を全く用いない場合を例として説明した。しかし本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電流センサによる最大の誤差を考慮した場合に電流連続モードと電流不連続モードの境界となるリアクトル電流値を閾値として電流連続不連続モード判定フラグの判定条件に追加しても良い。これにより、電流連続モードと不連続モードの判定精度を向上させることができる。
電流連続モードと電流不連続モードは物理的にはリアクトル電流の動きによって区別される。したがって、電流センサの誤差の影響を無視できる理想的な状態においては、電流連続モードと電流不連続モードの判定はリアクトル電流を用いて行うのが良い。しかしながら、電流センサの誤差の影響を無視できない現実的な状態においては、電流連続モードと電流不連続モードの境界となるリアクトル電流値に対して電流センサの誤差の影響が大きく、リアクトル電流のみを判定基準として用いるのは困難となる。
一方で、上記各実施の形態は、第２端子電圧の検出値とデューティ比を用いて判定を行うことで電流センサの影響を受けることなく判定を行うことが可能となるが、上記のように誤判定が発生する可能性もある。
一方で、上記各実施の形態は、第２端子電圧の検出値とデューティ比を用いて判定を行うことで電流センサの影響を受けることなく判定を行うことが可能となるが、上記のように誤判定が発生する可能性もある。
上記２つの背景より、物理的に決定される電流連続モードと電流不連続モードの境界ではなく、電流センサの影響を考慮した上での電流連続モードと電流不連続モードの境界を第３の判定条件として用いることで、電流センサによる影響を排除しつつ、電流連続モードと電流不連続モードの判定精度を向上させることができる。
具体的な処理方法については、各実施の形態において、物理的に決定される電流連続モードと電流不連続モードの閾値として電流センサによる最大の誤差を考慮した値を加味し、リアクトル電流の検出値がその閾値よりも小さい場合に１（ＯＮ）、大きい場合に０（ＯＦＦ）となる判定フラグを追加し、その判定フラグがＯＮかつＦｌａｇ３がＯＮの場合に電流不連続モードと判定する。
具体的な処理方法については、各実施の形態において、物理的に決定される電流連続モードと電流不連続モードの閾値として電流センサによる最大の誤差を考慮した値を加味し、リアクトル電流の検出値がその閾値よりも小さい場合に１（ＯＮ）、大きい場合に０（ＯＦＦ）となる判定フラグを追加し、その判定フラグがＯＮかつＦｌａｇ３がＯＮの場合に電流不連続モードと判定する。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例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、本願明細書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、本願明細書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。
１０ 制御装置、２０ 電力変換回路、２１ 第１端子、２２ 第２端子、４１ フィードバック制御部、５１ 電流連続不連続モード判定部、２０３，２０４ スイッチング素子、４１３ 積分項補正部、４２０ 制御定数変更部、４３０ ＰＩ制御器、４４０ デューティ比補正制御部、４４１ デューティ比補正量決定部、４４２ デューティ比補正部、４５０ 積分項補正量決定部、５０１ デューティ比増減判定部、５０２ 出力電圧検出値増減判定部。
Claims (12)
- 第１端子と第２端子との間にスイッチング素子及びリアクトルを接続するとともに、前記第１端子と前記第２端子との間で電力変換を行う電力変換回路の制御装置において、
前記電力変換回路に係る電気的情報の指令値及び検出値に基づいて、前記スイッチング素子のデューティ比を算出する制御器を有するフィードバック制御部と、
前記デューティ比の増減を判定するデューティ比増減判定部及び前記第２端子の電圧の検出値の増減を判定する出力電圧検出値増減判定部を有する電流連続不連続モード判定部を備え、
前記デューティ比増減判定部において、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも大きいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも大きいと判断された場合、
又は前記デューティ比増減判定部において、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも小さいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも小さいと判断された場合、前記電流連続不連続モード判定部は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、この判断結果を前記フィードバック制御部にフィードバックする電力変換回路の制御装置。 - 前記フィードバック制御部は前記制御器において用いる制御定数を変更する制御定数変更部を有し、
前記制御器は前記制御定数変更部から出力された前記制御定数を記憶するとともに、前記制御定数の前回値を用いて前記デューティ比を演算し、
前記デューティ比増減判定部において、今回計測したデューティ比と前回計測したデューティ比の差の絶対値が第１のデューティ比閾値よりも大きく、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも大きいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値と前回計測した検出値の差の絶対値が第１の出力電圧閾値よりも大きく、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも大きいと判断された場合、
又は前記デューティ比増減判定部において、今回計測したデューティ比と前回計測したデューティ比の差の絶対値が第１のデューティ比閾値よりも大きく、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも小さいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値と前回計測した検出値の差の絶対値が第１の出力電圧閾値よりも大きく、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも小さいと判断された場合、前記電流連続不連続モード判定部は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、この判断結果に基づき前記制御定数変更部は前記制御定数を決定する請求項１記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記フィードバック制御部はデューティ比補正量の値を決定するデューティ比補正量決定部、及び前記デューティ比を補正し、補正デューティ比を出力するデューティ比補正部を有し、
前記デューティ比補正部は、今回計測した前記デューティ比補正量を記憶するとともに、前回計測した前記デューティ比補正量を前記デューティ比に乗算することにより前記補正デューティ比を演算し、
前記デューティ比増減判定部において、今回得られた補正デューティ比と前回得られた補正デューティ比の差の絶対値が第２のデューティ比閾値よりも大きく、前回得られた補正デューティ比が今回得られた補正デューティ比よりも大きいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値と前回計測した検出値の差の絶対値が第１の出力電圧閾値よりも大きく、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも大きいと判断された場合、
又は前記デューティ比増減判定部において、今回得られた補正デューティ比と前回得られた補正デューティ比の差の絶対値が第２のデューティ比閾値よりも大きく、前回得られた補正デューティ比が今回得られた補正デューティ比よりも小さいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値と前回計測した検出値の差の絶対値が第１の出力電圧閾値よりも大きく、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも小さいと判断された場合、前記電流連続不連続モード判定部は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、この判断結果に基づき前記デューティ比補正量決定部は前記デューティ比補正量の値を決定する請求項１記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記フィードバック制御部は前記指令値及び前記検出値に基づいて比例項を出力する比例制御部と、
前記指令値及び前記検出値に基づいて積分項を出力する積分制御部と、
前記積分項を補正するための積分項補正量を決定する積分項補正量決定部と、
前記積分項補正量の今回の値を記憶するとともに、前記積分項補正量の前回の値を前記積分項に乗算することにより補正積分項を算出する積分項補正部と、
前記比例項と前記補正積分項を加算しデューティ比を出力する加算器を有し、
前記デューティ比増減判定部において、今回計測したデューティ比と前回計測したデューティ比の差の絶対値が第１のデューティ比閾値よりも大きく、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも大きいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値と前回計測した検出値の差の絶対値が第１の出力電圧閾値よりも大きく、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも大きいと判断された場合、
又は前記デューティ比増減判定部において、今回計測したデューティ比と前回計測したデューティ比の差の絶対値が第１のデューティ比閾値よりも大きく、前回計測したデューティ比が今回計測したデューティ比よりも小さいと判断され、かつ前記出力電圧検出値増減判定部において、今回計測した検出値と前回計測した検出値の差の絶対値が第１の出力電圧閾値よりも大きく、今回計測した検出値が前回計測した検出値よりも小さいと判断された場合、前記電流連続不連続モード判定部は回路の動作状態が電流不連続モードであると判断し、この判断結果に基づき前記積分項補正量決定部は前記積分項補正量を決定する請求項１記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記前回計測したデューティ比及び前記今回計測したデューティ比のうちの少なくとも１つの値として、移動平均処理後の値を用いる請求項２又は請求項４に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記前回計測したデューティ比及び前記今回計測したデューティ比のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いる請求項２又は請求項４に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記前回得られた補正デューティ比及び前記今回得られた補正デューティ比のうちの少なくとも１つの値として、移動平均処理後の値を用いる請求項３に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記前回得られた補正デューティ比及び前記今回得られた補正デューティ比のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いる請求項３に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記前回計測した検出値及び前記今回計測した検出値のうちの少なくとも１つの値として、
移動平均処理後の値を用いる請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。 - 前記前回計測した検出値及び前記今回計測した検出値のうちの少なくとも１つの値として、ローパスフィルタ処理後の値を用いる請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記電流連続不連続モード判定部は２回以上電流不連続モードであると判断をした場合に電流不連続モードであると判定する請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
- 前記電気的情報は、前記第１端子に入力される電圧、電流または電力であり、あるいは前記第２端子から出力される電圧、電流または電力である請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
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