JP7380372B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

特開２０１２－１６１２２２号公報（特許文献１）には、直流電源と負荷との間に並列に接続された複数のチョッパ部を有する並列多重チョッパ装置が開示されている。この並列多重チョッパ装置においては、電流指令値と電流検出値との偏差を用いて電流制御を行ない、並列多重チョッパ装置の電圧指令値を算出する。そして、ＰＷＭキャリア信号と電圧指令値とを比較して、チョッパ部のスイッチング素子へのゲート指令が生成される。

特開２０１２－１６１２２２号公報

ここで、ゲート指令はパルス波形であるため、電流検出波形は電流リップルを含んだ波形となる。電流リップルの影響を低減させるため、ＰＷＭキャリア信号のピークタイミング（上限値，下限値）で電流変動の中間値（中間電流）を所取得できるように、ＰＷＭキャリア信号のピークタイミングと、電流変動と同期させることがある。これにより、ＰＷＭキャリア信号のピークタイミングでサンプリングを行ない、中間電流を取得することができる。

しかしながら、電流検出遅延および／またはデッドタイム等の影響によって、ＰＷＭキャリア信号のピークタイミングと、電流変動とが同期しなくなる場合が起こり得る。ＰＷＭキャリア信号のピークタイミングと電流変動とが同期しなくなると、電流検出波形の立ち上がりと立ち下がりとでは、その傾きが異なり得るため、正確な電流を把握できなくなり、負荷に供給する電力に不足を生じさせてしまう可能性がある。直流電源と負荷との間に複数のチョッパ回路が並列接続された多相チョッパ回路を有する場合には、ＰＷＭキャリア信号のピークタイミングと、電流変動との同期ズレに起因した検出誤差が大きくなり、負荷に供給する電力の不足を生じさせる可能性が高まる。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、多相チョッパ回路において、各相のチョッパ回路に流れる電流の検出精度を向上させることである。

この開示に係る電力変換装置は、バッテリと負荷との間に並列に接続された複数のチョッパ部を含む多相チョッパ回路と、多相チョッパ回路を制御する制御装置とを備える。制御装置は、各相において、キャリア信号のピークタイミングでチョッパ部に流れる電流を示す相電流の中間値を取得できるように、ピークタイミングと相電流の変動とを同期させる。制御装置は、多相チョッパ回路に対する電流指令を示す主電流指令に基づいて、各相のチョッパ部の電流指令を示す相電流指令をそれぞれ生成し、バッテリの電圧、多相チョッパ回路から負荷への入力電圧、および相電流指令に基づいて、ピークタイミングと相電流の変動との同期ずれを補償するための補償値を算出し、補償値を用いて相電流指令を補償し、補償した相電流指令に従って、多相チョッパ回路を制御する。

上記構成によれば、バッテリの電圧、多相チョッパ回路から負荷への入力電圧（システム電圧）、および相電流指令に基づいて相電流指令が補償される。電流検出遅延および／またはデッドタイム等に起因してキャリア信号のピークタイミングと電流変動とが適切に同期しなくなると、正確な電流が取得できず、実電流値と制御認識値とに乖離が生じる。これは、電流検出波形の立ち上がりと立下りとにおける傾きが異なることによって生じる。上記傾きは、システム電圧、バッテリ電圧および電流指令に起因するところ、これらを用いて相電流指令を補償することにより、キャリア信号のピークタイミングと電流変動とを適切に同期させることができる。これによって、ゆえに、電流の検出誤差を低減することができ、負荷に適切な電力を供給することが可能となる。

本開示によれば、多相チョッパ回路において、各相のチョッパ回路に流れる電流の検出精度を向上させることができる。

実施の形態に係る負荷駆動システムの全体構成図である。 ＳＷ指令の生成を説明するための図である。 電流検出遅延が生じた場合の電流検出を説明するための図である。 電流検出波形の傾きを説明するための図である。 デッドタイムが挿入された場合の電流検出を説明するための図である。 多相チョッパ回路において生じる実電流値と制御認識値との乖離を概念的に示す図である。 実施の形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 補償マップを説明するための図である。 補償値の一例を説明するための図である。 制御装置で実行される処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜負荷駆動システムの構成＞
図１は、本実施の形態に係る負荷駆動システム１の全体構成図である。負荷駆動システム１は、バッテリ１０と、多相チョッパ回路２０と、負荷３０と、制御装置４０と、監視ユニット５０と、電流センサ６０と、電圧センサ７０と、コンデンサＣ１と、コンデンサＣ２とを備える。負荷駆動システム１は、バッテリ１０の電圧を昇圧し、昇圧した電圧を負荷３０に供給する。また、負荷駆動システム１は、負荷３０から供給された電圧を降圧してバッテリ１０を充電する。

バッテリ１０は、たとえば、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。二次電池は、正極と負極との間に液体電解質を有する二次電池であってもよいし、固体電解質を有する二次電池（全固体電池）であってもよい。また、バッテリ１０は、電気二重層キャパシタ等によって構成されてもよい。

監視ユニット５０は、バッテリ１０の状態を監視する。監視ユニット５０は、電圧センサ、電流センサおよび温度センサを含む（いずれも図示せず）。電圧センサは、バッテリ１０の端子間電圧（バッテリ電圧）ＶＢを検出する。電圧センサは、コンデンサＣ１の電圧を検出し、検出した電圧をバッテリ電圧ＶＢとしてもよい。電流センサは、バッテリ１０に入出力される電流（バッテリ電流）ＩＢを検出する。電流センサは、バッテリ１０に入力される電流（充電電流）を負値として検出し、バッテリ１０から出力される電流（放電電流）を正値として検出する。温度センサは、バッテリ１０の温度（バッテリ温度）ＴＢを検出する。各センサは、検出結果を示す信号を制御装置４０に出力する。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１および電力線ＮＬの間に接続される。コンデンサＣ１は、バッテリ電圧ＶＢを平滑化して多相チョッパ回路２０に供給する。

多相チョッパ回路２０は、第１相～第９相の９台のチョッパ部を含む。第１相～第９相のチョッパ部は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬとの間に互いに並列に接続されている。チョッパ部の各々は、リアクタンスと、２つのスイッチング素子と、２つのダイオードとを含む。チョッパ部の各々は、所謂、電流可逆チョッパ回路によって構成される。

具体的には、第１相のチョッパ部は、リアクタンスＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクタンスＬ１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードと電力線ＰＬ１との間に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および後述のスイッチング素子Ｑ３～Ｑ１８の各々は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードＤ１，Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ－エミッタ間に逆並列にそれぞれ接続される。なお、以下においては、スイッチング素子Ｑ１を上アームとも称し、スイッチング素子Ｑ２を下アームとも称する。

第２相のチョッパ部は、リアクタンスＬ２と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、ダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。第３相のチョッパ部は、リアクタンスＬ３と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。第４相のチョッパ部は、リアクタンスＬ４と、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、ダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。第５相のチョッパ部は、リアクタンスＬ５と、スイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０と、ダイオードＤ９，Ｄ１０とを含む。第６相のチョッパ部は、リアクタンスＬ６と、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２と、ダイオードＤ１１，Ｄ１２とを含む。第７相のチョッパ部は、リアクタンスＬ７と、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４と、ダイオードＤ１３，Ｄ１４とを含む。第８相のチョッパ部は、リアクタンスＬ８と、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６と、ダイオードＤ１５，Ｄ１６とを含む。第９相のチョッパ部は、リアクタンスＬ９と、スイッチング素子Ｑ１７，Ｑ１８と、ダイオードＤ１７，Ｄ１８とを含む。第２相～第９相のチョッパ部におけるリアクタンス、２つのスイッチング素子、および２つのダイオードの接続態様は、上述の第１相のチョッパ部と同様である。なお、以下においては、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７，Ｑ９，Ｑ１１，Ｑ１３，Ｑ１５，Ｑ１７の各々を上アームとも称し、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ１２，Ｑ１４，Ｑ１６，Ｑ１８の各々を下アームとも称する。

電流センサ６０は、第１相のチョッパ部のリアクタンスＬ１に流れる電流を検出する。電流センサ６０は、検出結果を制御装置４０に出力する。

コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬとの間に接続されている。コンデンサＣ２は、多相チョッパ回路２０から供給された直流電圧を平滑化して負荷３０に供給する。電圧センサ７０は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち多相チョッパ回路２０と負荷３０とを結ぶ電力線ＰＬ２，ＮＬ間の電圧（以下「システム電圧」とも称する）ＶＨを検出し、その検出結果を示す信号を制御装置４０に出力する。

制御装置４０は、外部に設けられた電子制御ユニット（上位制御装置：図示せず）から入力された、電流指令値（ＩＬ指令メイン）に基づいて、多相チョッパ回路２０を制御する。ＩＬ指令メインは、たとえば、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわちシステム電圧ＶＨを目標電圧に保つために要する電力に基づいて算出される指令値である。制御装置４０は、ＩＬ指令メインに基づいて、多相チョッパ回路２０を制御するためのＳＷ指令Ｓ１～Ｓ１８を生成して、多相チョッパ回路２０に出力する。多相チョッパ回路２０の各相チョッパ部のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ１８は、ＳＷ指令Ｓ１～Ｓ１８に従ってオン／オフされる。

図２は、ある相（第ｊ相：本実施の形態においてはｊは１～９のいずれか）のＳＷ指令の生成を説明するための図である。図２には、昇圧動作時における、キャリア信号（実線Ｇ１）、電圧指令（実線Ｇ２）、ＳＷ指令（実線Ｇ３）および相電流（実線Ｇ４）の時間変化が示されている。相電流とは、第ｊ相のチョッパ部のリアクタンスＬｊに流れる電流である。なお、図２において、ＳＷ指令は、下アームに対する指令を示している。上アームに対するＳＷ指令は、下アームに対するＳＷ指令のＨｉ／Ｌｏを反転させたものとなる。

各相のキャリア信号には、キャリア周期３６０度をチョッパ部の台数で除算した位相ずつ位相差が設けられている。つまり、本実施の形態においては、各相のキャリア信号は、４０度（＝３６０度／９）ずつ位相がずれるように設定されている。

制御装置４０は、キャリア信号と電圧指令とを比較し、ＳＷ指令を生成する。具体的には、制御装置４０は、キャリア信号が電圧指令以上となる区間においてはＨｉのＳＷ指令を生成し、キャリア信号が電圧指令未満となる区間においてはＬｏのＳＷ指令を生成する。

制御装置４０は、キャリア信号のピークタイミング（上限値，下限値）において相電流の中間値を取得できるように、キャリア信号のピークタイミングと相電流の変動とを同期させている。電圧指令は、図２に示すようにパルス波形であるため、相電流の電流検出波形は電流リップルを含んだ波形となる。キャリア信号のピークタイミングに同期したタイミングでサンプリングを行ない、電流変動の中間値（中間電流）を取得することにより、電流リップルの影響を低減させることができる。具体的には、図２に示すように、制御装置４０は、キャリア信号のピークタイミングである時刻ｔ１，ｔ２，・・・，ｔ９，・・・において電流を取得する。これにより、電流リップルの影響を低減させることができる。

しかしながら、電流を検出するための回路（たとえば、電流センサ６０および／または制御装置４０）の処理の遅延に起因した電流検出遅延が生じる場合や、ＳＷ指令にデッドタイムが挿入される場合がある。電流検出遅延が生じると、遅延時間の影響によって、キャリア信号のピークタイミングと、電流検出のタイミングとに乖離が生じる。そのため、中間電流を取得することができず、電流リップルの影響を低減させることができない。また、ＳＷ指令にデッドタイムが挿入された場合、キャリア信号のピークタイミングと、電流変動とが同期しなくなり、中間電流を取得することができず、電流リップルの影響を低減させることができない。電流検出遅延および／またはデッドタイムの影響により電流リップルの影響を低減できないと、実電流値と制御認識値とに乖離が生じてしまう。そうすると、実電流値を正確に把握できず、負荷３０に所望の電力を供給できなくなってしまう可能性がある。以下、それぞれのケースについて具体的に説明する。

図３は、電流検出遅延が生じた場合の電流検出を説明するための図である。図３を参照して、電流検出遅延が生じると、電流検出タイミングが、キャリア信号のピークタイミングである時刻ｔ１，ｔ２，・・・，ｔ９，・・・から、時刻ｔ１ａ，ｔ２ａ，・・・，ｔ９ａ，・・・にそれぞれ遅れる。キャリア信号のピークタイミングで中間電流を取得できるように同期されているため、電流検出遅延が生じると中間電流を取得することができなくなってしまう。中間電流を取得できないと、実電流値と制御認識値とに乖離が生じる。これは、相電流の電流検出波形の傾きは、立ち上がりと立ち下がりとにおいて異なるためである。

図４は、電流検出波形の傾きを説明するための図である。相電流の電流検出波形の傾きは、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよびリアクタンスＬｊのパラメータによって変化するところ、立ち上がりと立ち下がりとでは、その傾きが異なる。図４において、Ｔ_ＯＦＦは、「上アームがＯＮ、かつ、下アームがＯＦＦ」である場合を示し、Ｔ_ＯＮは、「上アームがＯＦＦ、かつ、下アームがＯＮ」である場合を示す。

Ｔ_ＯＦＦにおいては、電流は、バッテリ１０→リアクタンス→下アーム→バッテリ１０の経路を流れる。そのため、リアクタンスのインダクタンスをＬｆ、リアクタンスに流れる電流をＩｆとすると、以下の式（１）が成立する。

ＶＢ＝Ｌｆ×（ｄＩｆ／ｄｔ）・・・（１）
上記式（１）を変形して、Ｔ_ＯＦＦにおける電流の傾きを、以下の式（２）により表わすことができる。

（ｄＩｆ／ｄｔ）＝ＶＢ／Ｌｆ・・・（２）
Ｔ_ＯＮにおいては、電流は、バッテリ１０→リアクタンス→上アームのコレクタ－エミッタ間に逆並列に接続されたダイオード→負荷３０→バッテリ１０の経路を流れる。そのため、以下の式（３）が成立する。

ＶＢ－ＶＨ＝Ｌｆ×（ｄＩｆ／ｄｔ）・・・（３）
上記式（３）を変形して、Ｔ_ＯＮにおける電流の傾きを、以下の式（４）により表わすことができる。

（ｄＩｆ／ｄｔ）＝（ＶＢ－ＶＨ）／Ｌｆ・・・（４）
上記のように、相電流の電流検出波形の傾きは、立ち上がりと立ち下がりとにおいて異なる。そのため、電流検出遅延が生じて、キャリア信号のピークタイミングと電流検出のタイミングとに乖離が生じると、たとえばキャリア信号の周期毎に電流の移動平均を取ったとしても、制御認識値と実電流値とには乖離が生じてしまう。

図５は、デッドタイムが挿入された場合の電流検出を説明するための図である。図５の横軸には時間が示され、縦軸には電流が示されている。図５には、キャリア信号（Ｇ１１）、理想電流検出波形（Ｇ１２）、理想平均（Ｇ１３）、実電流検出波形（Ｇ１４）、および制御認識平均（Ｇ１５）が示されている。

制御装置４０は、キャリア信号のピークタイミングに同期して、時刻ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３およびｔ１４において、電流を取得する。キャリア信号のピークタイミングと、電流変動とが同期している場合には、理想電流検出波形Ｇ１２に示されるように、キャリア信号のピークタイミングにおいて電流が中間電流となる。ゆえに、制御装置４０は、各時刻ｔ１０～ｔ１４において、検出電流としてプロットＰ１で示す中間電流を取得することができる。各時刻ｔ１０～ｔ１４において取得された検出電流の移動平均は、理想平均Ｇ１３として表わされる。理想平均Ｇ１３で表わされる値が実電流値である。

デッドタイムが挿入されると、スイッチングに遅れが生じる。そのため、実際の電流検出波形である実電流検出波形Ｇ１４は、理想電流検出波形Ｇ１２に対してデッドタイム分遅れる。これにより、キャリア信号のピークタイミングにおいて、電流が中間電流とならず、制御装置４０は、各時刻ｔ１０～ｔ１４において、プロットＰ２で示す電流を取得する。図４において説明したように、電流検出波形の立ち上がりと立ち下がりとでは、その傾きが異なる。それゆえに、プロットＰ２の移動平均は、制御認識平均Ｇ１５として示されるように、理想平均Ｇ１３から乖離したものとなる。すなわち、理想平均をＩｘ１、制御認識平均Ｉｘ２と表わすと、実電流値と制御認識値とには、ΔＩｘ（＝Ｉｘ２－Ｉｘ１）の乖離が生じる。

以上のように、電流検出遅延および／またはデッドタイム等に起因して、実電流値と制御認識値とに乖離が生じ得る。さらに、本実施の形態にように、複数のチョッパ部が並列に接続された多相チョッパ回路においては、１相において上述のような乖離が生じると、多相チョッパ回路全体では、その並列台数倍の乖離が生じることとなる。

図６は、多相チョッパ回路において生じる実電流値と制御認識値との乖離を概念的に示す図である。たとえば、１相のチョッパ部において実電流値と制御認識値とにΔＩｙの差が生じるような場合には、本実施の形態に係る９台のチョッパ部を含む多相チョッパ回路２０においては、実電流値と制御認識値とに９ΔＩｙの差が生じることになる。実電流値と制御認識値との乖離が大きくなると、負荷３０に供給する電力が不足したり、過剰になったりし得る。

そこで、本実施の形態においては、多相チョッパ回路２０において生じ得る、電流検出遅延および／またはデッドタイム等に起因した実電流値と制御認識値との乖離（差分）を推定し、当該乖離を補償するための補償値を算出する。そして、補償値を用いて各相の電流指令である相電流指令（ＩＬ指令）を補償することによって、実電流値と制御認識値とに乖離が生じることを抑制することができる。

図４において説明したように、電流検出波形の傾きは、システム電圧ＶＨと、バッテリ電圧ＶＢと、インダクタンスとによって定まる。インダクタンスは、リアクタンスに流れる電流によって変化することに鑑みれば、電流検出波形の傾きは、システム電圧ＶＨと、バッテリ電圧ＶＢと、相電流指令（ＩＬ指令）とに基づいて算出することができる。そこで、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよびＩＬ指令に基づいて、多相チョッパ回路２０において生じ得る、電流検出遅延および／またはデッドタイム等に起因した実電流値と制御認識値との乖離（差分）を推定すれば、補償すべき補償値を算出することができる。電流検出遅延および／またはデッドタイム等に起因した実電流値と制御認識値との差分と、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよびＩＬ指令との関係は、負荷駆動システム１の仕様および多相チョッパ回路２０の仕様、実験あるいはシミュレーション等の結果に基づいて予め求めておくことができる。この関係を用いれば、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢ、電流指令値および補償値の関係を、３次元マップとして定めることができる。以下においては、当該３次元マップを「補償マップ」とも称する。補償マップの詳細は後述する。

＜制御装置の機能ブロック＞
図７は、本実施の形態に係る制御装置４０の機能ブロック図である。図７を参照して、制御装置４０は、電流指令生成部４１と、電流補償部４２と、加算器４３と、減算器４４と、フィードバック（ＦＢ）項演算部４５と、ＳＷ指令生成部４６とを含む。

電流指令生成部４１は、上位制御装置から受けるＩＬ指令メインに基づいて、各チョッパ部への電流指令である各相ＩＬ指令ＩＬ１～ＩＬ９を生成する。電流指令生成部４１は、たとえば、ＩＬ指令メインをチョッパ部の並列台数（本実施の形態においては９台）で乗算して各相ＩＬ指令ＩＬ１～ＩＬ９を生成する。電流指令生成部４１は、各相ＩＬ指令ＩＬ１～ＩＬ９のうち、第ｊ相のＩＬ指令ＩＬｊ（ｊは１～９のいずれか）を電流補償部４２および加算器４３に出力する。なお、ｊは、チョッパ部のリアクタンスを流れる電流を検出する電流センサが設けられる相の番号に対応する。本実施の形態においては、第１相チョッパ部に電流センサ６０が設けられているため、ｊ＝１である。

電流補償部４２には、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよびＩＬ指令ＩＬｊが入力される。電流補償部４２は、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよびＩＬ指令ＩＬｊを引数として、補償マップを用いてＩＬ補償値を算出する。

図８は、補償マップを説明するための図である。補償マップは、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢ、ＩＬ指令ＩＬｊおよびＩＬ補償値との関係を定めた３次元マップである。補償マップは、たとえば、制御装置４０のメモリ（図示せず）に記憶されている。システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよびＩＬ指令ＩＬｊを引数として、補償マップを用いることにより、ＩＬ補償値を算出することができる。

図９は、補償値の一例を説明するための図である。図９には、システム電圧ＶＨがＶｘ、かつ、バッテリ電圧ＶＢがＶＢ１である場合における、ＩＬ指令ＩＬｊとＩＬ補償値との関係が示されている。ＩＬ指令ＩＬｊが負の場合にはＩＬ指令ＩＬｊの大きさに応じた正のＩＬ補償値が、ＩＬ指令ＩＬｊが正の場合にはＩＬ指令ＩＬｊの大きさに応じた負のＩＬ補償値が導かれる。

再び図７を参照し、電流補償部４２は、算出されたＩＬ補償値を加算器４３に出力する。

加算器４３には、電流指令生成部４１からのＩＬ指令ＩＬｊと、電流補償部４２からのＩＬ補償値とが入力される。加算器４３は、ＩＬ指令ＩＬｊにＩＬ補償値を加算して補償ＩＬ指令ＡＩＬｊを算出し、算出された補償ＩＬ指令ＡＩＬｊを減算器４４に出力する。

減算器４４には、加算器４３からの補償ＩＬ指令ＡＩＬｊと、第ｊ相のリアクタンスＬｊに流れる電流（以下「第ｊ相電流Ｉｊ」とも称する）とが入力される。上述のとおり、ｊは、チョッパ部のリアクタンスを流れる電流を検出する電圧センサが設けられる相の番号に対応する。ゆえに、本実施の形態において第ｊ相電流Ｉｊは、第１相電流Ｉ１である。

減算器４４は、補償ＩＬ指令ＡＩＬｊから第ｊ相電流Ｉｊを減算して、指令値に対する実値の偏差（以下「電流偏差」とも称する）を算出する。減算器４４は、電流偏差をＦＢ項演算部４５に出力する。

ＦＢ項演算部４５は、減算器４４から電流偏差を受ける。ＦＢ項演算部４５は、電流偏差について所定ゲインによるＰＩ（比例積分）演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じた電圧指令を生成する。ＦＢ項演算部４５は、生成した電圧指令をＳＷ指令生成部４６に出力する。

ＳＷ指令生成部４６は、キャリア信号と電圧指令とを比較して第ｊ相のチョッパ部のＳＷ指令を生成する。そして、ＳＷ指令生成部４６は、第ｊ相のチョッパ部のＳＷ指令をベースに、キャリア周期３６０度をチョッパ部の台数で除算した位相ずつの位相差を持つように他の相のＳＷ指令も生成する。ＳＷ指令生成部４６は、生成したＳＷ指令を多相チョッパ回路２０に出力する。ある１相（ｊ相）において算出したＳＷ指令をベースに、他の相のＳＷ指令を生成することで、制御装置４０における処理負荷を低減することができる。

なお、ＳＷ指令生成部４６は、各相のキャリア信号と電圧指令とを比較して各相のＳＷ指令を生成してもよい。各チョッパ部のスイッチング特性が同等である場合には、ある１相（ｊ相）において算出した電圧指令を他の相にも展開することができる。これにより、制御装置４０における処理負荷を低減することができる。

上記のように、第ｊ相の電流をフィードバックし、フィードバック結果を他の相にも展開することにより、すべての相のチョッパ部に対してリアクタンスを流れる電流を検出するための電流センサを設けなくてもよいので、部品点数の削減を図ることができる。

＜制御装置により実行される処理＞
図１０は、制御装置４０で実行される処理の手順を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、所定の制御周期毎に制御装置４０によって繰り返し実行される。なお、図１０に示すフローチャートの各ステップ（以下ステップを「Ｓ」と略す）は、制御装置４０によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部が制御装置４０内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。

制御装置４０は、ＩＬ指令メインに基づいて、各相ＩＬ指令を算出する（Ｓ１）。具体的には、制御装置４０は、ＩＬ指令メインを多相チョッパ回路２０のチョッパ部の台数で除算することにより、各相ＩＬ指令を算出する。

制御装置４０は、各相ＩＬ指令のうち、第ｊ相のＩＬ指令ＩＬｊをピックアップする（Ｓ３）。

制御装置４０は、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよびＩＬ指令ＩＬｊを引数として、補償マップを用いて、ＩＬ補償値を算出する（Ｓ５）。

制御装置４０は、ＩＬ指令ＩＬｊにＩＬ補償値を加算して、補償ＩＬ指令ＡＩＬｊを算出する（Ｓ７）。

制御装置４０は、補償ＩＬ指令ＡＩＬｊから第ｊ相電流Ｉｊを減算して、指令値に対する実値の偏差である電流偏差を算出する（Ｓ９）。

制御装置４０は、算出した電流偏差について所定ゲインによるＰＩ演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じた電圧指令を算出する（Ｓ１１）。

制御装置４０は、キャリア信号と電圧指令とを比較して第ｊ相のＳＷ指令を生成し、生成された第ｊ相のＳＷ指令をベースに、他の相のＳＷ指令を生成する（Ｓ１３）。

そして、制御装置４０は、生成したＳＷ指令を多相チョッパ回路２０に出力する（Ｓ１５）。これにより、制御装置４０は、多相チョッパ回路２０を制御する。

以上のように、本実施の形態に係る負荷駆動システム１においては、制御装置４０が、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよび電流指令に基づいて、電流指令を補償するための補償値を求め、補償値を用いて電流指令を補償する。電流検出遅延および／またはデッドタイム等に起因してキャリア信号のピークタイミングと電流変動とが適切に同期しなくなると、実電流値と制御認識値とに乖離が生じる。これは、電流検出波形の立ち上がりと立下りとにおける傾きが異なることによって生じる。上記傾きは、システム電圧ＶＨ、バッテリ電圧ＶＢおよび電流指令に起因するところ、これらを用いて電流指令を補償することにより、キャリア信号のピークタイミングと電流変動とを適切に同期させることができる。キャリア信号のピークタイミングと電流変動とを適切に同期させることにより、電流の検出誤差を低減できる。電流の検出精度が向上することにより、負荷３０に適切な電力を供給することが可能となる。

（変形例）
実施の形態においては、制御装置４０は、ＩＬ指令メインをチョッパ部の並列台数で乗算して各相ＩＬ指令を生成した。すなわち、実施の形態においては、制御装置４０は、ＩＬ指令メインを均等分配して各相ＩＬ指令を生成した。しかしながら、各相において、スイッチング損失、オン抵抗による損失、銅損失（巻線の損失）等が異なる場合もあり得る。このような場合には、相間の発熱を均等にするために、損失分を考慮して各相ＩＬ指令間に差を持たせてもよい。

各相ＩＬ指令間に差を持たせる場合には、各相においてリアクタンスに流れる電流を検出する電流センサを設け、各相において実施の形態で説明した制御を実行すればよい。具体的には、制御装置４０は、各相ＩＬ指令ＩＬ１～ＩＬ９を算出して、各相ＩＬ指令ＩＬ１～ＩＬ９にＩＬ補償値を加算して各相の補償ＩＬ指令ＡＩＬ１～ＡＩＬ９を算出する。

そして、制御装置４０は、各相において電流フィードバックを行ない、各相のＳＷ指令を生成して、各チョッパ部を制御する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 負荷駆動システム、１０ バッテリ、２０ 多相チョッパ回路、３０ 負荷、４０ 制御装置、４１ 電流指令生成部、４２ 電流補償部、４３ 加算器、４４ 減算器、４５ フィードバック（ＦＢ）項演算部、４６ ＳＷ指令生成部、５０ 監視ユニット、６０ 電流センサ、７０ 電圧センサ、Ｃ１ コンデンサ、Ｃ２ コンデンサ、ＮＬ，ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線。

Claims (2)

1. バッテリと負荷との間に並列に接続された複数のチョッパ部を含む多相チョッパ回路と、
   前記多相チョッパ回路を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、各相において、キャリア信号のピークタイミングでチョッパ部に流れる電流を示す相電流の中間値を取得できるように、前記ピークタイミングと前記相電流の変動とを同期させ、
   前記制御装置は、
   前記多相チョッパ回路に対する電流指令を示す主電流指令に基づいて、各相のチョッパ部の電流指令を示す相電流指令をそれぞれ生成し、
   前記バッテリの電圧、前記多相チョッパ回路から前記負荷への入力電圧、および、前記相電流指令に基づいて、前記ピークタイミングと前記相電流の変動との同期ずれを補償するための補償値を算出し、
   前記補償値を用いて前記相電流指令を補償し、
   前記補償した相電流指令に従って、前記多相チョッパ回路を制御し、
   前記バッテリの電圧と、前記入力電圧と、前記相電流指令と、前記補償値との関係が予め定められた３次元マップを用いて、前記バッテリの電圧、前記入力電圧、および、前記相電流指令に基づいて、前記補償値を算出する、電力変換装置。
2. 前記３次元マップは、前記相電流指令の変化に従って前記補償値が線形的に変化するように定められている、請求項１に記載の電力変換装置。

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