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JP7480680B2 - Power converter for induction heating device and induction heating device - Google Patents
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JP7480680B2 - Power converter for induction heating device and induction heating device - Google Patents

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Description

この発明は、誘導加熱装置用電力変換装置および誘導加熱装置に関し、誘導加熱コイルを含む負荷に出力する出力電流を制御する誘導加熱装置用電力変換装置および誘導加熱装置に関する。 This invention relates to a power conversion device for an induction heating device and an induction heating device, and to a power conversion device for an induction heating device and an induction heating device that controls the output current output to a load including an induction heating coil.

従来、誘導加熱コイルを含む負荷に出力する出力電流を制御する誘導加熱装置用電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 Conventionally, a power conversion device for an induction heating device is known that controls the output current output to a load including an induction heating coil (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献１には、誘導加熱コイルを含む負荷に出力する出力電流を制御する電力変換装置（誘導加熱装置用電力変換装置）が記載されている。上記特許文献１に記載の電力変換装置は、出力電流信号（出力電流のフィードバック値）に基づいて出力電流をフィードバック制御する制御回路を備える。 The above-mentioned Patent Document 1 describes a power conversion device (power conversion device for induction heating device) that controls the output current output to a load including an induction heating coil. The power conversion device described in the above-mentioned Patent Document 1 includes a control circuit that feedback controls the output current based on an output current signal (feedback value of the output current).

特開２０１６－１９４９９３号公報JP 2016-194993 A

ここで、上記特許文献１には記載されていないが、上記特許文献１に記載のような従来の電力変換装置において、出力電力のフィードバック値に基づいて出力電力のフィードバック制御を行うとともに、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流のフィードバック制御を行う場合がある。この場合、出力電力のフィードバック値は、出力電流の実効値、出力電圧の実効値、および、出力電流と出力電圧との位相差に基づいて算出される有効電力（負荷で消費される電力）であると考えられる。この場合、出力電流の実効値（出力電圧の実効値）を算出するには、出力電流の１周期（出力電圧の１周期）のデータが必要となる。このため、出力電力のフィードバック値を算出するのに出力電流の１周期（出力電圧の１周期）よりも長い時間が必要になるので、出力電力のフィードバック制御の応答時間が比較的長くなる。これに伴って、出力電力のフィードバック制御の結果に基づく出力電流のフィードバック制御の応答時間も比較的長くなる。ここで、誘導加熱装置では、負荷（誘導加熱コイル等）のインピーダンスの変動が大きいことに起因して出力電流の急激な変化が生じるので、出力電流のフィードバック制御の応答時間が比較的長い場合、出力電流が不安定になってしまう。たとえば、出力電流にハンチング（波打つような上下動）やオーバシュート（急上昇）が生じてしまう。このため、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流のフィードバック制御を行う場合に、出力電流が不安定になるのを抑制することが可能な電力変換装置（誘導加熱装置用電力変換装置）および誘導加熱装置が望まれている。 Here, although not described in the above Patent Document 1, in a conventional power conversion device as described in the above Patent Document 1, feedback control of the output power may be performed based on the feedback value of the output power, and feedback control of the output current may be performed based on the result of the feedback control of the output power. In this case, the feedback value of the output power is considered to be the effective power (power consumed by the load) calculated based on the effective value of the output current, the effective value of the output voltage, and the phase difference between the output current and the output voltage. In this case, data for one cycle of the output current (one cycle of the output voltage) is required to calculate the effective value of the output current (effective value of the output voltage). Therefore, since a longer time than one cycle of the output current (one cycle of the output voltage) is required to calculate the feedback value of the output power, the response time of the feedback control of the output power becomes relatively long. Accordingly, the response time of the feedback control of the output current based on the result of the feedback control of the output power also becomes relatively long. Here, in the induction heating device, a sudden change in the output current occurs due to a large fluctuation in the impedance of the load (induction heating coil, etc.), so if the response time of the feedback control of the output current is relatively long, the output current becomes unstable. For example, hunting (wave-like fluctuations up and down) and overshoot (sudden rise) occur in the output current. For this reason, there is a demand for a power conversion device (power conversion device for induction heating devices) and an induction heating device that can prevent the output current from becoming unstable when feedback control of the output current is performed based on the results of feedback control of the output power.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流のフィードバック制御を行う場合に、出力電流が不安定になるのを抑制することが可能な誘導加熱装置用電力変換装置および誘導加熱装置を提供することである。 This invention has been made to solve the problems described above, and one object of the invention is to provide a power conversion device for an induction heating device and an induction heating device that can prevent the output current from becoming unstable when feedback control of the output current is performed based on the results of feedback control of the output power.

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による誘導加熱装置用電力変換装置は、誘導加熱コイルを含み、誘導加熱により金属の溶解を行う誘導加熱装置用電力変換装置であって、入力された直流電圧を交流電圧に変換して誘導加熱コイルを含む負荷に出力する電力変換部と、設定された電力指令値と、電力変換部の出力電力のフィードバック値とに基づいて、電流指令値を制御する電力制御部と、電力制御部により制御された電流指令値と、電力変換部の出力電流のフィードバック値とに基づいて、出力電流を制御するための制御信号を制御する電流制御部と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に出力電力のフィードバック値を算出する算出部と、を備える。 To achieve the above object, a power conversion device for an induction heating device according to a first aspect of the present invention is a power conversion device for an induction heating device that includes an induction heating coil and melts metal by induction heating, and includes a power conversion unit that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs it to a load including the induction heating coil, a power control unit that controls a current command value based on a set power command value and a feedback value of the output power of the power conversion unit, a current control unit that controls a control signal for controlling the output current based on the current command value controlled by the power control unit and a feedback value of the output current of the power conversion unit, and a calculation unit that calculates a feedback value of the output power at intervals shorter than one period of the output current.

この発明の第１の局面による誘導加熱装置用電力変換装置は、上記のように、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に出力電力のフィードバック値を算出する算出部を備える。これにより、算出部により、出力電流の１周期よりも短い間隔（比較的短い間隔）毎に出力電力のフィードバック値を算出することができるので、出力電力のフィードバック制御の応答時間を比較的短くすることができる。これに伴って、出力電力のフィードバック制御の結果に基づく出力電流のフィードバック制御の応答時間も比較的短くすることができる。その結果、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流のフィードバック制御を行う場合に、出力電流が不安定になる（出力電流にハンチングやオーバシュートが生じる）のを抑制することができる。 The power conversion device for induction heating devices according to the first aspect of the present invention includes a calculation unit that calculates a feedback value of the output power at intervals shorter than one cycle of the output current, as described above. This allows the calculation unit to calculate a feedback value of the output power at intervals shorter than one cycle of the output current (relatively short intervals), making it possible to relatively shorten the response time of the feedback control of the output power. Accordingly, the response time of the feedback control of the output current based on the result of the feedback control of the output power can also be relatively shortened. As a result, when feedback control of the output current is performed based on the result of the feedback control of the output power, it is possible to suppress the output current from becoming unstable (the occurrence of hunting or overshoot in the output current).

上記第１の局面による誘導加熱装置用電力変換装置において、好ましくは、算出部は、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された出力電力の推定値に基づいて、出力電力のフィードバック値を算出する。このように構成すれば、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に出力電力の推定値を取得することにより、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に出力電力のフィードバック値を算出することができる。 In the power conversion device for induction heating device according to the first aspect, the calculation unit preferably calculates a feedback value of the output power based on an estimated value of the output power acquired at intervals shorter than one period of the output current. With this configuration, it is possible to calculate a feedback value of the output power at intervals shorter than one period of the output current by acquiring an estimated value of the output power at intervals shorter than one period of the output current.

この場合、好ましくは、算出部は、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された電力変換部の出力電圧の推定値と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された出力電流とに基づいて、出力電力のフィードバック値を算出する。ここで、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電圧の推定値と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電流との積は、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電力の推定値となる。したがって、上記のように構成すれば、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電圧の推定値と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電流とに基づいて、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電力の推定値を容易に算出することができる。 In this case, preferably, the calculation unit calculates a feedback value of the output power based on the estimated value of the output voltage of the power conversion unit acquired at intervals shorter than one period of the output current and the output current acquired at intervals shorter than one period of the output current. Here, the product of the estimated value of the output voltage at intervals shorter than one period of the output current and the output current at intervals shorter than one period of the output current is the estimated value of the output power at intervals shorter than one period of the output current. Therefore, with the above configuration, the estimated value of the output power at intervals shorter than one period of the output current can be easily calculated based on the estimated value of the output voltage at intervals shorter than one period of the output current and the output current at intervals shorter than one period of the output current.

上記算出部が出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された電力変換部の出力電圧の推定値と出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された出力電流とに基づいて出力電力のフィードバック値を算出する構成において、好ましくは、算出部は、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された電力変換部に入力される直流電圧と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された（出力電流を制御するための）制御信号とに基づいて、出力電圧の推定値を取得する。ここで、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の電力変換部に入力される直流電圧と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電流を制御するための制御信号（ＨＩＧＨまたはＬＯＷ）との積は、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電圧の推定値となる。したがって、上記のように構成すれば、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の電力変換部に入力される直流電圧と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の制御信号とに基づいて、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電圧の推定値を容易に取得することができる。 In the configuration in which the calculation unit calculates the feedback value of the output power based on the estimated value of the output voltage of the power conversion unit acquired at intervals shorter than one period of the output current and the output current acquired at intervals shorter than one period of the output current, preferably, the calculation unit acquires the estimated value of the output voltage based on the DC voltage input to the power conversion unit acquired at intervals shorter than one period of the output current and the control signal (for controlling the output current) acquired at intervals shorter than one period of the output current. Here, the product of the DC voltage input to the power conversion unit at intervals shorter than one period of the output current and the control signal (HIGH or LOW) for controlling the output current at intervals shorter than one period of the output current is the estimated value of the output voltage at intervals shorter than one period of the output current. Therefore, with the above configuration, it is possible to easily acquire the estimated value of the output voltage at intervals shorter than one period of the output current based on the DC voltage input to the power conversion unit at intervals shorter than one period of the output current and the control signal at intervals shorter than one period of the output current.

上記算出部が出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された電力変換部の出力電圧の推定値と出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された出力電流とに基づいて出力電力のフィードバック値を算出する構成において、好ましくは、算出部は、出力電圧の推定値と、出力電流との積である出力電力の推定値に基づいて、出力電力のフィードバック値を算出する。このように構成すれば、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電圧の推定値と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電流とを乗算することにより、出力電流の１周期よりも短い間隔毎の出力電力の推定値を確実に算出することができる。 In a configuration in which the calculation unit calculates a feedback value of the output power based on an estimated value of the output voltage of the power conversion unit acquired at intervals shorter than one period of the output current and an output current acquired at intervals shorter than one period of the output current, the calculation unit preferably calculates the feedback value of the output power based on an estimated value of the output power, which is a product of the estimated value of the output voltage and the output current. With this configuration, it is possible to reliably calculate an estimated value of the output power at intervals shorter than one period of the output current by multiplying the estimated value of the output voltage at intervals shorter than one period of the output current by the output current at intervals shorter than one period of the output current.

上記算出部が出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された出力電力の推定値に基づいて出力電力のフィードバック値を算出する構成において、好ましくは、算出部は、出力電力の推定値を所定の期間に渡ってローパスフィルタによりフィルタリングすることにより、出力電力のフィードバック値を算出する。このように構成すれば、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された出力電力の推定値を所定の期間に渡ってローパスフィルタによりフィルタリングすることにより、出力電力の推定値が所定の期間において平均化された（無効電力（負荷で消費されない電力）が取り除かれた）有効電力を算出することができる。その結果、出力電力のフィードバック値を有効電力とすることができるので、出力電力のフィードバック制御の精度を向上させることができる。 In the configuration in which the calculation unit calculates the feedback value of the output power based on the estimated value of the output power acquired at intervals shorter than one cycle of the output current, preferably, the calculation unit calculates the feedback value of the output power by filtering the estimated value of the output power with a low-pass filter over a predetermined period. With this configuration, it is possible to calculate the effective power by averaging the estimated value of the output power over a predetermined period (reactive power (power not consumed by the load) is removed) by filtering the estimated value of the output power acquired at intervals shorter than one cycle of the output current with a low-pass filter over a predetermined period. As a result, the feedback value of the output power can be set to the effective power, thereby improving the accuracy of the feedback control of the output power.

上記第１の局面による誘導加熱装置用電力変換装置において、好ましくは、電力制御部は、電力指令値と、出力電力のフィードバック値とに基づいて、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に電流指令値を制御する。このように構成すれば、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に電流指令値を制御するので、出力電力のフィードバック制御の応答時間を確実に短くすることができる。 In the power conversion device for induction heating devices according to the first aspect, the power control unit preferably controls the current command value at intervals shorter than one cycle of the output current based on the power command value and the feedback value of the output power. With this configuration, the current command value is controlled at intervals shorter than one cycle of the output current, so that the response time of the feedback control of the output power can be reliably shortened.

この場合、好ましくは、電流制御部は、電流指令値と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された出力電流のフィードバック値とに基づいて、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に制御信号を制御する。このように構成すれば、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に制御信号を制御するので、出力電流のフィードバック制御の応答時間を確実に短くすることができる。また、出力電力のフィードバック制御の応答時間と、出力電流のフィードバック制御の応答時間とを共に短くすることができるので、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流のフィードバック制御を行う場合に、出力電流が不安定になる（出力電流にハンチングやオーバシュートが生じる）のを効果的に抑制することができる。 In this case, preferably, the current control unit controls the control signal at intervals shorter than one period of the output current based on the current command value and the feedback value of the output current acquired at intervals shorter than one period of the output current. With this configuration, the control signal is controlled at intervals shorter than one period of the output current, so that the response time of the feedback control of the output current can be reliably shortened. In addition, since the response time of the feedback control of the output power and the response time of the feedback control of the output current can both be shortened, when the feedback control of the output current is performed based on the result of the feedback control of the output power, it is possible to effectively suppress the output current from becoming unstable (the output current from hunting or overshooting).

上記第１の局面による誘導加熱装置用電力変換装置において、好ましくは、算出部は、出力電流の１周期よりも短い間隔であるサンプリング周期毎に出力電力のフィードバック値を算出する。このように構成すれば、算出部により、出力電流の１周期よりも短い間隔であるサンプリング周期毎に出力電力のフィードバック値を算出することができるので、出力電力のフィードバック制御の応答時間を確実に短くすることができる。なお、サンプリング周期は、出力電力のフィードバック値の算出に用いられるデータをサンプリングする周期である。 In the power conversion device for induction heating devices according to the first aspect, the calculation unit preferably calculates the feedback value of the output power for each sampling period, which is an interval shorter than one period of the output current. With this configuration, the calculation unit can calculate the feedback value of the output power for each sampling period, which is an interval shorter than one period of the output current, so that the response time of the feedback control of the output power can be reliably shortened. Note that the sampling period is the period for sampling data used to calculate the feedback value of the output power.

また、上記目的を達成するために、この発明の第２の局面による誘導加熱装置は、誘導加熱コイルを含み、誘導加熱により金属の溶解を行う誘導加熱装置本体と、入力された直流電圧を交流電圧に変換して負荷としての誘導加熱コイルに出力する電力変換部と、設定された電力指令値と、電力変換部の出力電力のフィードバック値とに基づいて、電流指令値を制御する電力制御部と、電力制御部により制御された電流指令値と、電力変換部の出力電流のフィードバック値とに基づいて、出力電流を制御するための制御信号を制御する電流制御部と、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に出力電力のフィードバック値を算出する算出部と、を備える。 In order to achieve the above object, the induction heating device according to a second aspect of the present invention includes an induction heating device main body including an induction heating coil and melting metal by induction heating, a power conversion unit that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs it to the induction heating coil as a load, a power control unit that controls a current command value based on a set power command value and a feedback value of the output power of the power conversion unit, a current control unit that controls a control signal for controlling the output current based on the current command value controlled by the power control unit and a feedback value of the output current of the power conversion unit, and a calculation unit that calculates a feedback value of the output power at intervals shorter than one period of the output current.

この発明の第２の局面による誘導加熱装置では、上記のように、第１の局面による誘導加熱装置用電力変換装置と同様に、出力電流の１周期よりも短い間隔毎に出力電力のフィードバック値を算出する算出部を備える。これにより、第１の局面による誘導加熱装置用電力変換装置と同様に、算出部により、出力電流の１周期よりも短い間隔（比較的短い間隔）毎に出力電力のフィードバック値を算出することができるので、出力電力のフィードバック制御の応答時間を比較的短くすることができる。その結果、第１の局面による誘導加熱装置用電力変換装置と同様に、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流のフィードバック制御を行う場合に、出力電流が不安定になる（出力電流にハンチングやオーバシュートが生じる）のを抑制することができる。 As described above, the induction heating device according to the second aspect of the present invention includes a calculation unit that calculates a feedback value of the output power at intervals shorter than one period of the output current, similar to the power conversion device for induction heating devices according to the first aspect. This allows the calculation unit to calculate a feedback value of the output power at intervals shorter than one period of the output current (relatively short intervals), similar to the power conversion device for induction heating devices according to the first aspect, so that the response time of the feedback control of the output power can be relatively short. As a result, similar to the power conversion device for induction heating devices according to the first aspect, when feedback control of the output current is performed based on the result of the feedback control of the output power, it is possible to suppress the output current from becoming unstable (the output current from hunting or overshooting).

本発明によれば、上記のように、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流のフィードバック制御を行う場合に、出力電流が不安定になるのを抑制することができる。 According to the present invention, as described above, when feedback control of the output current is performed based on the results of feedback control of the output power, it is possible to prevent the output current from becoming unstable.

本発明の一実施形態による誘導加熱装置の全体構成を示した図である。1 is a diagram showing an overall configuration of an induction heating device according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態による誘導加熱装置の制御ユニットの構成を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the induction heating device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による誘導加熱装置における出力電力のフィードバック値の算出フローを示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a calculation flow of a feedback value of output power in the induction heating device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による誘導加熱装置における出力電力のフィードバック値の算出の表計算ソフトによるシミュレーション結果（理論値）を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of a simulation (theoretical values) using a spreadsheet software for calculating a feedback value of the output power in the induction heating device according to the embodiment of the present invention. 図４の波形を図４よりも広範囲（長い期間）で示した図である。5 is a diagram showing the waveform of FIG. 4 over a wider range (longer period) than FIG. 4 . 本発明の一実施形態による誘導加熱装置における出力電力のフィードバック値の算出のＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）によるシミュレーション結果を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of a simulation using an FPGA (Field-Programmable Gate Array) for calculating a feedback value of the output power in the induction heating device according to one embodiment of the present invention.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

図１～図６を参照して、本発明の一実施形態による誘導加熱装置１００の構成について説明する。 The configuration of an induction heating device 100 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 6.

図１に示すように、誘導加熱装置１００は、誘導加熱装置本体１０と、電力変換装置２０と、を備える。誘導加熱装置本体１０は、負荷１１を含み、誘導加熱により金属の溶解を行うように構成されている。負荷１１は、誘導加熱コイルと、抵抗と、共振コンデンサと、を含む。電力変換装置２０は、交流電源２００から入力される交流電圧（の電圧、周波数、等）を変換して誘導加熱装置本体１０に供給する。なお、電力変換装置２０は、特許請求の範囲の「誘導加熱装置用電力変換装置」の一例である。 As shown in FIG. 1, the induction heating device 100 includes an induction heating device main body 10 and a power conversion device 20. The induction heating device main body 10 includes a load 11 and is configured to melt metal by induction heating. The load 11 includes an induction heating coil, a resistor, and a resonant capacitor. The power conversion device 20 converts the AC voltage (voltage, frequency, etc.) input from the AC power source 200 and supplies it to the induction heating device main body 10. The power conversion device 20 is an example of a "power conversion device for induction heating device" in the claims.

電力変換装置２０は、整流回路２１と、平滑コンデンサ２２と、インバータ部２３と、を備える。整流回路２１は、交流電源２００から入力される交流電圧を、直流電圧に変換して出力する。平滑コンデンサ２２は、整流回路２１から出力された直流電圧（中間電圧ＶＩＮＴ）を平滑する。平滑コンデンサ２２に平滑された直流電圧（中間電圧ＶＩＮＴ）は、インバータ部２３に入力される。インバータ部２３は、入力された直流電圧（中間電圧ＶＩＮＴ）を交流電圧に変換して誘導加熱コイルを含む負荷１１に出力する。なお、インバータ部２３は、特許請求の範囲の「電力変換部」の一例である。また、中間電圧ＶＩＮＴは、特許請求の範囲の「（電力変換部に入力される）直流電圧」の一例である。 The power conversion device 20 includes a rectifier circuit 21, a smoothing capacitor 22, and an inverter unit 23. The rectifier circuit 21 converts an AC voltage input from an AC power source 200 into a DC voltage and outputs the DC voltage. The smoothing capacitor 22 smoothes the DC voltage (intermediate voltage V INT ) output from the rectifier circuit 21. The DC voltage (intermediate voltage V INT ) smoothed by the smoothing capacitor 22 is input to the inverter unit 23. The inverter unit 23 converts the input DC voltage (intermediate voltage V INT ) into an AC voltage and outputs it to a load 11 including an induction heating coil. The inverter unit 23 is an example of a "power conversion unit" in the claims. The intermediate voltage V INT is an example of a "DC voltage (input to the power conversion unit)" in the claims.

インバータ部２３は、スイッチング素子２３ａを含む。インバータ部２３は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４とからなるフルブリッジ型の回路構成を有する。スイッチング素子２３ａは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。インバータ部２３は、スイッチング素子２３ａのスイッチングにより、入力された直流電圧（中間電圧ＶＩＮＴ）を交流電圧に変換する。 The inverter unit 23 includes a switching element 23a. The inverter unit 23 has a full-bridge circuit configuration including a switching element Q1, a switching element Q2, a switching element Q3, and a switching element Q4. The switching element 23a is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The inverter unit 23 converts an input DC voltage (intermediate voltage V INT ) into an AC voltage by switching the switching element 23a.

電力変換装置２０は、ゲートドライブユニット（ＧＤＵ）２４と、ＧＤＵ電源（図示しない）と、を備える。ゲートドライブユニット２４は、後述するゲート信号Ｓ（図２参照）に基づいて、スイッチング素子２３ａを制御するための駆動電流をスイッチング素子２３ａに対して出力する。ＧＤＵ電源は、ゲートドライブユニット２４において駆動電流を生成するための電力を供給する。なお、ゲート信号Ｓは、特許請求の範囲の「制御信号」の一例である。 The power conversion device 20 includes a gate drive unit (GDU) 24 and a GDU power supply (not shown). The gate drive unit 24 outputs a drive current for controlling the switching element 23a to the switching element 23a based on a gate signal S (see FIG. 2) described below. The GDU power supply supplies power for generating a drive current in the gate drive unit 24. The gate signal S is an example of a "control signal" in the claims.

電力変換装置２０は、電力変換装置２０の各部を制御する制御ユニット２５を備える。制御ユニット２５は、ＦＰＧＡから構成されている。図２に示すように、制御ユニット２５は、ゲートドライブユニット２４に対して、駆動電流を生成するためのゲート信号Ｓを出力する。ゲート信号Ｓの周波数を変化させると、スイッチング素子２３ａ（図１参照）を制御するための駆動電流のスイッチング素子２３ａに対する出力周波数が変化する。そして、スイッチング素子２３ａのスイッチング周波数が変化すると、インバータ部２３（図１参照）の出力電流ＩＯＵＴ（図１参照）の周波数が変化する（ひいては、出力電流ＩＯＵＴが変化する）。すなわち、ゲート信号Ｓは、ゲート信号Ｓの周波数を変化させることによりインバータ部２３の出力電流ＩＯＵＴを制御するための信号（ゲート周波数指令値）である。 The power conversion device 20 includes a control unit 25 that controls each part of the power conversion device 20. The control unit 25 is configured with an FPGA. As shown in FIG. 2, the control unit 25 outputs a gate signal S for generating a drive current to the gate drive unit 24. When the frequency of the gate signal S is changed, the output frequency of the drive current for controlling the switching element 23a (see FIG. 1) changes with respect to the switching element 23a. When the switching frequency of the switching element 23a changes, the frequency of the output current I OUT (see FIG. 1) of the inverter unit 23 (see FIG. 1) changes (and thus the output current I OUT changes). That is, the gate signal S is a signal (gate frequency command value) for controlling the output current I OUT of the inverter unit 23 by changing the frequency of the gate signal S.

制御ユニット２５は、ＡＰＲ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）２５ａと、ＡＣＲ（Ａｕｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）２５ｂと、を含む。なお、ＡＰＲ２５ａおよびＡＣＲ２５ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「電力制御部」および「電流制御部」の一例である。 The control unit 25 includes an APR (Auto Power Regulator) 25a and an ACR (Auto Current Regulator) 25b. The APR 25a and ACR 25b are examples of the "power control unit" and "current control unit" in the claims, respectively.

ＡＰＲ２５ａは、設定された電力指令値ＰＣＯＭと、インバータ部２３（図１参照）の出力電力のフィードバック値ＰＦＢとに基づいて、電流指令値ＩＣＯＭを制御するように構成されている。すなわち、ＡＰＲ２５ａは、インバータ部２３の出力電力のフィードバック制御を行う。電力指令値ＰＣＯＭは、誘導加熱装置本体１０に供給したい電力量に応じて、たとえば、ユーザにより設定される。 The APR 25a is configured to control the current command value ICOM based on a set power command value PCOM and a feedback value PFB of the output power of the inverter unit 23 (see FIG. 1). That is, the APR 25a performs feedback control of the output power of the inverter unit 23. The power command value PCOM is set, for example, by a user according to the amount of power desired to be supplied to the induction heating device main body 10.

ＡＣＲ２５ｂは、ＡＰＲ２５ａにより制御された電流指令値ＩＣＯＭと、インバータ部２３の出力電流ＩＯＵＴのフィードバック値ＩＦＢとに基づいて、ゲート信号Ｓを制御するように構成されている。すなわち、ＡＣＲ２５ｂは、インバータ部２３の出力電流ＩＯＵＴのフィードバック制御を行う。また、制御ユニット２５は、インバータ部２３の出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて、インバータ部２３の出力電流ＩＯＵＴのフィードバック制御を行うように構成されている。 The ACR 25b is configured to control the gate signal S based on the current command value ICOM controlled by the APR 25a and a feedback value IFB of the output current IOUT of the inverter unit 23. That is, the ACR 25b performs feedback control of the output current IOUT of the inverter unit 23. The control unit 25 is also configured to perform feedback control of the output current IOUT of the inverter unit 23 based on the result of the feedback control of the output power of the inverter unit 23.

ここで、本実施形態では、電力変換装置２０は、出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔ（図４参照）よりも短い間隔であるサンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出する出力電力算出部２５ｃを備える。サンプリング周期ＴＳは、出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出に用いられるデータ（中間電圧ＶＩＮＴ、ゲート信号Ｓ、出力電流ＩＯＵＴ）（図３参照）をサンプリングする周期である。出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出に用いられるデータは、ＦＰＧＡおよびＡＤ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータを用いて高速でサンプリングされる。なお、出力電力算出部２５ｃは、特許請求の範囲の「算出部」の一例である。 Here, in this embodiment, the power conversion device 20 includes an output power calculation unit 25c that calculates a feedback value PFB of the output power for each sampling period T S (see FIG. 4) that is an interval shorter than one period T (see FIG. 4) of the output current I OUT. The sampling period T S is a period for sampling data (intermediate voltage V INT , gate signal S, output current I OUT ) (see FIG. 3) used to calculate the feedback value PFB of the output power. The data used to calculate the feedback value PFB of the output power is sampled at high speed using an FPGA and an AD (Analog-to-Digital) converter. The output power calculation unit 25c is an example of a "calculation unit" in the claims.

図４に示すように、サンプリング周期ＴＳは、たとえば、数μ秒～数十μ秒である。すなわち、出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出に用いられるデータは、略「瞬時値」である。一方、出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔは、たとえば、数ｍ秒～数十ｍ秒である。なお、出力電流ＩＯＵＴの周波数を変化させた場合、出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔも変化する。 As shown in Fig. 4, the sampling period T S is, for example, several microseconds to several tens of microseconds. In other words, the data used to calculate the feedback value P FB of the output power is approximately an "instantaneous value." On the other hand, one period T of the output current I OUT is, for example, several milliseconds to several tens of milliseconds. Note that when the frequency of the output current I OUT is changed, one period T of the output current I OUT also changes.

また、図２に示すように、本実施形態では、ＡＰＲ２５ａは、電力指令値ＰＣＯＭと、出力電力算出部２５ｃによりサンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎に算出された出力電力のフィードバック値ＰＦＢとに基づいて、ＡＰＲフィードバック制御周期毎に電流指令値ＩＣＯＭを制御するように構成されている。ＡＰＲフィードバック制御周期は、出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔である。すなわち、ＡＰＲ２５ａは、インバータ部２３の出力電力のフィードバック制御を出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔（ＡＰＲフィードバック制御周期）毎に行う。なお、ＡＰＲフィードバック制御周期は、サンプリング周期ＴＳよりも長い。 Also, as shown in Fig. 2, in this embodiment, the APR 25a is configured to control the current command value ICOM for each APR feedback control period based on the power command value PCOM and a feedback value PFB of the output power calculated by the output power calculation unit 25c for each sampling period Ts (see Fig. 4). The APR feedback control period is an interval shorter than one period T of the output current IOUT . In other words, the APR 25a performs feedback control of the output power of the inverter unit 23 for each interval (APR feedback control period) shorter than one period T of the output current IOUT . The APR feedback control period is longer than the sampling period Ts .

また、本実施形態では、ＡＣＲ２５ｂは、ＡＰＲ２５ａによりＡＰＲフィードバック制御周期毎に制御された電流指令値ＩＣＯＭと、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎に取得された出力電流ＩＯＵＴのフィードバック値ＩＦＢとに基づいて、ＡＣＲフィードバック制御周期毎にゲート信号Ｓを制御するように構成されている。ＡＣＲフィードバック制御周期は、出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔である。すなわち、ＡＣＲ２５ｂは、インバータ部２３の出力電流ＩＯＵＴのフィードバック制御を出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔（ＡＣＲフィードバック制御周期）毎に行う。なお、ＡＣＲフィードバック制御周期は、サンプリング周期ＴＳよりも長く、かつ、ＡＰＲ制御周期よりも短い。 In this embodiment, the ACR 25b is configured to control the gate signal S for each ACR feedback control period based on the current command value ICOM controlled by the APR 25a for each APR feedback control period and the feedback value IFB of the output current IOUT acquired for each sampling period Ts (see FIG. 4). The ACR feedback control period is an interval shorter than one period T of the output current IOUT . That is, the ACR 25b performs feedback control of the output current IOUT of the inverter unit 23 for each interval (ACR feedback control period) shorter than one period T of the output current IOUT . The ACR feedback control period is longer than the sampling period Ts and shorter than the APR control period.

以下に、出力電力算出部２５ｃによる出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出について説明する。 The calculation of the feedback value PFB of the output power by the output power calculation section 25c will be described below.

図３に示すように、本実施形態では、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎に取得された出力電力の推定値ＰＥＳＴに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成されている。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, the output power calculation unit 25c is configured to calculate a feedback value PFB of the output power for each sampling period Ts (see FIG. 4), based on the estimated value PEST of the output power acquired for each sampling period Ts .

詳細には、図１に示すように、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ４をＯＮした場合の出力電圧ＶＯＵＴは、中間電圧ＶＩＮＴの値が出力される。また、スイッチング素子Ｑ２およびスイッチング素子Ｑ３をＯＮした場合の出力電圧ＶＯＵＴは、負の方向に中間電圧ＶＩＮＴの値が出力される。すなわち、図３に示すように、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎の中間電圧ＶＩＮＴと、サンプリング周期ＴＳ毎のゲート信号Ｓ（ＨＩＧＨまたはＬＯＷ）との積は、ゲート信号Ｓの出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴとなる。 1, when switching element Q1 and switching element Q4 are turned ON, the output voltage VOUT is the intermediate voltage VINT . When switching element Q2 and switching element Q3 are turned ON, the output voltage VOUT is the negative intermediate voltage VINT . That is, as shown in FIG 3, the product of the intermediate voltage VINT for each sampling period Ts (see FIG 4) and the gate signal S (HIGH or LOW) for each sampling period Ts is the estimated value VEST of the output voltage VOUT of the gate signal S.

したがって、出力電力算出部２５ｃ（図２参照）は、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎に取得された中間電圧ＶＩＮＴと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得されたゲート信号Ｓとを乗算することにより、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴを算出する。すなわち、本実施形態では、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された中間電圧ＶＩＮＴと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得されたゲート信号Ｓとに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴを取得するように構成されている。 Therefore, the output power calculation unit 25c (see FIG. 2) multiplies the intermediate voltage VINT acquired for each sampling period Ts (see FIG. 4) by the gate signal S acquired for each sampling period Ts to calculate the estimated value VEST of the output voltage VOUT for each sampling period Ts . That is, in this embodiment, the output power calculation unit 25c is configured to acquire the estimated value VEST of the output voltage VOUT for each sampling period Ts based on the intermediate voltage VINT acquired for each sampling period Ts and the gate signal S acquired for each sampling period Ts .

そして、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）の出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電流ＩＯＵＴとの積は、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電力の推定値ＰＥＳＴとなる。したがって、出力電力算出部２５ｃ（図２参照）は、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎の出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電流ＩＯＵＴとを乗算することにより、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電力の推定値ＰＥＳＴを算出する。すなわち、本実施形態では、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電流ＩＯＵＴとに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成されている。また、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電流ＩＯＵＴとの積である出力電力の推定値ＰＥＳＴに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成されている。 The product of the estimated value VEST of the output voltage VOUT for the sampling period Ts (see FIG. 4) and the output current IOUT for each sampling period Ts is the estimated value PEST of the output power for each sampling period Ts . Therefore, the output power calculation unit 25c (see FIG. 2) calculates the estimated value PEST of the output power for each sampling period Ts by multiplying the estimated value VEST of the output voltage VOUT for each sampling period Ts (see FIG. 4 ) by the output current IOUT for each sampling period Ts. That is, in this embodiment, the output power calculation unit 25c is configured to calculate the feedback value PFB of the output power for each sampling period Ts based on the estimated value VEST of the output voltage VOUT acquired for each sampling period Ts and the output current IOUT acquired for each sampling period Ts . Moreover, the output power calculation unit 25 c is configured to calculate a feedback value P FB of the output power for each sampling period T S based on an estimated value P EST of the output power, which is the product of an estimated value V EST of the output voltage V OUT acquired for each sampling period T S and an output current I OUT acquired for each sampling period T S.

また、本実施形態では、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎に取得された出力電力の推定値ＰＥＳＴを所定の期間（たとえば、数ｍ秒～数十ｍ秒）に渡ってローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５ｄによりフィルタリングすることにより、出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成されている。 Moreover, in this embodiment, the output power calculation unit 25 c is configured to calculate a feedback value P FB of the output power by filtering the output power estimate value P EST acquired for each sampling period T S (see FIG . 4 ) by a low-pass filter (LPF) 25 d over a predetermined period (for example, several milliseconds to several tens of milliseconds).

詳細には、図４に示すように、負荷１１（図１参照）が誘導加熱コイルや共振コンデンサを含むことに起因して、出力電流ＩＯＵＴと出力電圧ＶＯＵＴ（図１参照）との間には位相差θが生じる。このため、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎に取得された出力電力の推定値ＰＥＳＴには、負荷１１（図１参照）で消費される電力である有効電力ＰＡＣＴ（図４参照）に加えて、負荷１１で消費されない電力である無効電力が含まれる。そして、出力電力のフィードバック制御の精度が低下しないように、出力電力のフィードバック値ＰＦＢは、有効電力ＰＡＣＴであることが望ましい。 In detail, as shown in Fig. 4, a phase difference θ occurs between the output current I OUT and the output voltage V OUT (see Fig. 1) due to the fact that the load 11 (see Fig. 1) includes an induction heating coil and a resonant capacitor. For this reason, the output power estimate P EST acquired for each sampling period T S (see Fig. 4) includes active power P ACT (see Fig. 4), which is the power consumed by the load 11 (see Fig. 1), as well as reactive power, which is the power not consumed by the load 11. In order to prevent a decrease in the accuracy of the feedback control of the output power, it is desirable that the feedback value P FB of the output power is the active power P ACT .

したがって、図３に示すように、出力電力算出部２５ｃ（図２参照）は、出力電力の推定値ＰＥＳＴが所定の期間において平均化された（無効電力が取り除かれた）有効電力ＰＡＣＴ（図４参照）を算出するために、サンプリング周期ＴＳ（図４参照）毎に取得された出力電力の推定値ＰＥＳＴを所定の期間に渡ってローパスフィルタ２５ｄによりフィルタリングする。 Therefore, as shown in FIG. 3, the output power calculation unit 25c (see FIG. 2) filters the output power estimate P EST acquired for each sampling period T S (see FIG. 4) by a low-pass filter 25d over a predetermined period in order to calculate the active power P ACT (see FIG. 4) obtained by averaging the output power estimate P EST over a predetermined period (reactive power removed).

なお、図５および図６に示すように、出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出のシミュレーションでは、出力電力の初期値を０Ｗとした。このため、出力電力の推定値ＰＥＳＴを所定の期間に渡ってローパスフィルタ２５ｄによりフィルタリングした出力電力のフィードバック値ＰＦＢ（有効電力ＰＡＣＴ）は、出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出の開始直後において、出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出の開始前の期間（出力電力の推定値ＰＥＳＴが０Ｗの期間）も平均化してしまう。したがって、出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出の開始直後において、出力電力のフィードバック値ＰＦＢは、出力電力のフィードバック値ＰＦＢが安定するまで徐々に上昇している。 5 and 6, in the simulation of the calculation of the output power feedback value PFB , the initial value of the output power was set to 0 W. Therefore, the output power feedback value PFB (active power PACT ) obtained by filtering the output power estimate value PEST by the low-pass filter 25d over a predetermined period of time also averages the period before the calculation of the output power feedback value PFB starts (the period when the output power estimate value PEST is 0 W) immediately after the calculation of the output power feedback value PFB starts. Therefore, immediately after the calculation of the output power feedback value PFB starts, the output power feedback value PFB gradually increases until the output power feedback value PFB becomes stable.

また、図６に示すＦＰＧＡによるシミュレーション結果と、図５に示す表計算ソフトによるシミュレーション結果（理論値）とにおいて、出力電力のフィードバック値ＰＦＢが安定するまでの時間が略一致した。すなわち、出力電力算出部２５ｃによる、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢ（有効電力ＰＡＣＴ）の算出が、実機において理論通り行われることが確認された。 Furthermore, the time taken for the output power feedback value P FB to stabilize was approximately the same in the simulation results using the FPGA shown in Fig. 6 and the simulation results (theoretical values) using the spreadsheet software shown in Fig. 5. In other words, it was confirmed that the calculation of the output power feedback value P FB (active power P ACT ) by the output power calculation unit 25c for each sampling period T S was performed in the actual device as theoretically expected.

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。 (Effects of the embodiment)
In this embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態では、上記のように、電力変換装置２０は、出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔であるサンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出する出力電力算出部２５ｃを備える。これにより、出力電力算出部２５ｃにより、サンプリング周期ＴＳ（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出することができるので、出力電力のフィードバック制御の応答時間を比較的短くすることができる。これに伴って、出力電力のフィードバック制御の結果に基づく出力電流ＩＯＵＴのフィードバック制御の応答時間も比較的短くすることができる。その結果、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流ＩＯＵＴのフィードバック制御を行う場合に、出力電流ＩＯＵＴが不安定になる（出力電流ＩＯＵＴにハンチングやオーバシュートが生じる）のを抑制することができる。 In the present embodiment, as described above, the power conversion device 20 includes the output power calculation unit 25c that calculates the feedback value PFB of the output power for each sampling period T S that is an interval shorter than one period T of the output current I OUT. This allows the output power calculation unit 25c to calculate the feedback value PFB of the output power for each sampling period T S (an interval shorter than one period T of the output current I OUT ), so that the response time of the feedback control of the output power can be relatively short. Accordingly, the response time of the feedback control of the output current I OUT based on the result of the feedback control of the output power can also be relatively short. As a result, when the feedback control of the output current I OUT is performed based on the result of the feedback control of the output power, it is possible to suppress the output current I OUT from becoming unstable (the output current I OUT from causing hunting or overshooting).

また、本実施形態では、上記のように、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に取得された出力電力の推定値ＰＥＳＴに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出する。これにより、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力の推定値ＰＥＳＴを取得することにより、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出することができる。 In the present embodiment, as described above, the output power calculation unit 25c calculates the feedback value PFB of the output power for each sampling period Ts based on the estimated value PEST of the output power acquired for each sampling period Ts (an interval shorter than one period T of the output current IOUT ) . In this way, by acquiring the estimated value PEST of the output power for each sampling period Ts , the feedback value PFB of the output power can be calculated for each sampling period Ts .

また、本実施形態では、上記のように、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に取得されたインバータ部２３の出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電流ＩＯＵＴとに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出する。これにより、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電流ＩＯＵＴとに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電力の推定値ＰＥＳＴを容易に算出することができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the output power calculation unit 25c calculates the feedback value PFB of the output power for each sampling period Ts based on the estimated value VEST of the output voltage VOUT of the inverter unit 23 acquired for each sampling period Ts (an interval shorter than one period T of the output current IOUT ) and the output current IOUT acquired for each sampling period Ts . This makes it possible to easily calculate the estimated value PEST of the output power for each sampling period Ts based on the estimated value VEST of the output voltage VOUT for each sampling period Ts and the output current IOUT for each sampling period Ts .

また、本実施形態では、上記のように、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に取得されたインバータ部２３に入力される中間電圧ＶＩＮＴと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された（出力電流ＩＯＵＴを制御するための）ゲート信号Ｓとに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴを取得する。これにより、サンプリング周期ＴＳ毎のインバータ部２３に入力される中間電圧ＶＩＮＴと、サンプリング周期ＴＳ毎のゲート信号Ｓとに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴを容易に取得することができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the output power calculation unit 25c acquires the estimated value VEST of the output voltage VOUT for each sampling period Ts based on the intermediate voltage VINT input to the inverter unit 23 acquired for each sampling period Ts (an interval shorter than one period T of the output current IOUT) and the gate signal S (for controlling the output current IOUT ) acquired for each sampling period Ts . This makes it possible to easily acquire the estimated value VEST of the output voltage VOUT for each sampling period Ts based on the intermediate voltage VINT input to the inverter unit 23 for each sampling period Ts and the gate signal S for each sampling period Ts .

また、本実施形態では、上記のように、出力電力算出部２５ｃは、サンプリング周期ＴＳ（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に取得された出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電流ＩＯＵＴとの積である出力電力の推定値ＰＥＳＴに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成されている。これにより、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電流ＩＯＵＴとを乗算することにより、サンプリング周期ＴＳ毎の出力電力の推定値ＰＥＳＴを確実に算出することができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the output power calculation unit 25c is configured to calculate the feedback value PFB of the output power for each sampling period Ts based on the output power estimate PEST , which is the product of the estimate VEST of the output voltage VOUT acquired for each sampling period Ts (an interval shorter than one period T of the output current IOUT ) and the output current IOUT acquired for each sampling period Ts . This makes it possible to reliably calculate the output power estimate PEST for each sampling period Ts by multiplying the estimate VEST of the output voltage VOUT for each sampling period Ts by the output current IOUT for each sampling period Ts .

また、本実施形態では、上記のように、出力電力算出部２５ｃは、出力電力の推定値ＰＥＳＴを所定の期間に渡ってローパスフィルタ２５ｄによりフィルタリングすることにより、出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出する。これにより、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電力の推定値ＰＥＳＴを所定の期間に渡ってローパスフィルタ２５ｄによりフィルタリングすることにより、出力電力の推定値ＰＥＳＴが所定の期間において平均化された（無効電力（負荷１１で消費されない電力）が取り除かれた）有効電力ＰＡＣＴを算出することができる。その結果、出力電力のフィードバック値ＰＦＢを有効電力ＰＡＣＴとすることができるので、出力電力のフィードバック制御の精度を向上させることができる。 In the present embodiment, as described above, the output power calculation unit 25c calculates the feedback value PFB of the output power by filtering the output power estimate value PEST by the low-pass filter 25d over a predetermined period. In this way, by filtering the output power estimate value PEST acquired for each sampling period T S by the low-pass filter 25d over a predetermined period, it is possible to calculate the active power PACT obtained by averaging the output power estimate value PEST over the predetermined period (reactive power (power not consumed by the load 11) is removed). As a result, the output power feedback value PFB can be set to the active power PACT , thereby improving the accuracy of the feedback control of the output power.

また、本実施形態では、上記のように、ＡＰＲ２５ａは、電力指令値ＰＣＯＭと、出力電力算出部２５ｃによりサンプリング周期ＴＳ毎に算出された出力電力のフィードバック値ＰＦＢとに基づいて、ＡＰＲフィードバック制御周期（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に電流指令値ＩＣＯＭを制御する。これにより、ＡＰＲフィードバック制御周期毎に電流指令値ＩＣＯＭを制御するので、出力電力のフィードバック制御の応答時間を確実に短くすることができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the APR 25a controls the current command value ICOM for each APR feedback control period (an interval shorter than one period T of the output current IOUT ) based on the power command value PCOM and the feedback value PFB of the output power calculated for each sampling period TS by the output power calculation unit 25c . As a result, since the current command value ICOM is controlled for each APR feedback control period, the response time of the feedback control of the output power can be reliably shortened.

また、本実施形態では、上記のように、ＡＣＲ２５ｂは、電流指令値ＩＣＯＭと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電流ＩＯＵＴのフィードバック値ＩＦＢとに基づいて、ＡＣＲフィードバック制御周期（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎にゲート信号Ｓを制御する。これにより、ＡＣＲフィードバック制御周期毎にゲート信号Ｓを制御するので、出力電流ＩＯＵＴのフィードバック制御の応答時間を確実に短くすることができる。また、出力電力のフィードバック制御の応答時間と、出力電流ＩＯＵＴのフィードバック制御の応答時間とを共に短くすることができるので、出力電力のフィードバック制御の結果に基づいて出力電流ＩＯＵＴのフィードバック制御を行う場合に、出力電流ＩＯＵＴが不安定になる（出力電流ＩＯＵＴにハンチングやオーバシュートが生じる）のを効果的に抑制することができる。 In addition, in this embodiment, as described above, the ACR 25b controls the gate signal S for each ACR feedback control period (an interval shorter than one period T of the output current IOUT ) based on the current command value ICOM and the feedback value IFB of the output current IOUT acquired for each sampling period Ts . As a result, since the gate signal S is controlled for each ACR feedback control period, the response time of the feedback control of the output current IOUT can be reliably shortened. In addition, since both the response time of the feedback control of the output power and the response time of the feedback control of the output current IOUT can be shortened, when the feedback control of the output current IOUT is performed based on the result of the feedback control of the output power, it is possible to effectively suppress the output current IOUT from becoming unstable (the output current IOUT from causing hunting or overshooting).

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。 [Modification]
The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the description of the above embodiments, and further includes all modifications (variations) within the meaning and scope of the claims.

たとえば、上記実施形態では、ＡＣＲフィードバック制御周期が、サンプリング周期ＴＳよりも長く、かつ、ＡＰＲフィードバック制御周期よりも短い例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＡＣＲフィードバック制御周期が、サンプリング周期と等しくてもよいし、ＡＰＲフィードバック制御周期と等しくてもよいし、ＡＰＲフィードバック制御周期よりも長くてもよい。 For example, in the above embodiment, an example was shown in which the ACR feedback control period is longer than the sampling period T S and shorter than the APR feedback control period, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the ACR feedback control period may be equal to the sampling period, may be equal to the APR feedback control period, or may be longer than the APR feedback control period.

また、上記実施形態では、ＡＰＲフィードバック制御周期が、サンプリング周期ＴＳよりも長い例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＡＰＲフィードバック制御周期が、サンプリング周期と等しくてもよい。 In the above embodiment, the APR feedback control period is longer than the sampling period T S , but the present invention is not limited to this. In the present invention, the APR feedback control period may be equal to the sampling period.

また、上記実施形態では、出力電力算出部２５ｃ（算出部）を、出力電力の推定値ＰＥＳＴを所定の期間に渡ってローパスフィルタ２５ｄによりフィルタリングすることにより、出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、算出部を、出力電力の推定値をそのまま出力電力のフィードバック値とするように構成してもよい。 In the above embodiment, the output power calculation unit 25c (calculation unit) is configured to calculate the feedback value PFB of the output power by filtering the estimated value PEST of the output power by the low-pass filter 25d for a predetermined period of time, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the calculation unit may be configured to use the estimated value of the output power as the feedback value of the output power as it is.

また、上記実施形態では、出力電力算出部２５ｃ（算出部）を、サンプリング周期ＴＳ（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に取得された出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴと、サンプリング周期ＴＳ毎に取得された出力電流ＩＯＵＴと（の積である出力電力の推定値ＰＥＳＴ）に基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成した（すなわち、出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴの取得間隔と、出力電流ＩＯＵＴの取得間隔と、出力電力のフィードバック値ＰＦＢの算出間隔とが、互いに等しい）例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、出力電圧の推定値の取得間隔と、出力電流の取得間隔と、出力電力のフィードバック値の算出間隔とが、互いに異なっていてもよい。 In the above embodiment, the output power calculation unit 25c (calculation unit) is configured to calculate the feedback value PFB of the output power for each sampling period Ts based on the estimated value VEST of the output voltage VOUT acquired for each sampling period Ts (an interval shorter than one period T of the output current IOUT ) and the output current IOUT acquired for each sampling period Ts (the product of the estimated value PEST of the output power) (i.e., the acquisition interval of the estimated value VEST of the output voltage VOUT , the acquisition interval of the output current IOUT , and the calculation interval of the feedback value PFB of the output power are equal to each other), but the present invention is not limited to this. In the present invention, the acquisition interval of the estimated value of the output voltage, the acquisition interval of the output current, and the calculation interval of the feedback value of the output power may be different from each other.

また、上記実施形態では、出力電力算出部２５ｃ（算出部）を、サンプリング周期ＴＳ（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に取得されたインバータ部２３（電力変換部）に入力される中間電圧ＶＩＮＴ（直流電圧）と、サンプリング周期ＴＳ毎に取得されたゲート信号Ｓ（（出力電流ＩＯＵＴを制御するための）制御信号）とに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴを取得するように構成した（すなわち、インバータ部２３（電力変換部）に入力される中間電圧ＶＩＮＴ（直流電圧）の取得間隔と、ゲート信号Ｓ（（出力電流ＩＯＵＴを制御するための）制御信号）の取得間隔と、出力電圧ＶＯＵＴの推定値ＶＥＳＴの取得間隔とが、互いに等しい）例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電力変換部に入力される直流電圧の取得間隔と、（出力電流を制御するための）制御信号の取得間隔と、出力電圧の推定値の取得間隔とが、互いに異なっていてもよい。 In the above embodiment, the output power calculation unit 25c (calculation unit) is configured to acquire the estimated value VEST of the output voltage VOUT every sampling period Ts based on the intermediate voltage VINT (DC voltage) input to the inverter unit 23 (power conversion unit) acquired every sampling period Ts (an interval shorter than one period T of the output current IOUT) and the gate signal S (a control signal (for controlling the output current IOUT )) acquired every sampling period Ts (i.e., the acquisition interval of the intermediate voltage VINT (DC voltage) input to the inverter unit 23 (power conversion unit ), the acquisition interval of the gate signal S (a control signal (for controlling the output current IOUT )), and the acquisition interval of the estimated value VEST of the output voltage VOUT are equal to each other), but the present invention is not limited to this. In the present invention, the acquisition interval of the DC voltage input to the power conversion unit, the acquisition interval of the control signal (for controlling the output current), and the acquisition interval of the estimated value of the output voltage may be different from each other.

また、上記実施形態では、出力電力算出部２５ｃ（算出部）を、サンプリング周期ＴＳ（出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔）毎に取得された出力電力の推定値ＰＥＳＴに基づいて、サンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成した（すなわち、出力電力の推定値ＰＥＳＴの取得間隔と、出力電力のフィードバック値ＰＦＢの取得間隔とが、互いに等しい）例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、出力電力の推定値の取得間隔と、出力電力のフィードバック値の取得間隔とが、互いに異なっていてもよい。 In the above embodiment, the output power calculation unit 25c (calculation unit) is configured to calculate the feedback value PFB of the output power for each sampling period Ts (an interval shorter than one period T of the output current IOUT ) based on the estimated value PEST of the output power acquired for each sampling period Ts (i.e., the acquisition interval of the estimated value PEST of the output power and the acquisition interval of the feedback value PFB of the output power are equal to each other), but the present invention is not limited to this. In the present invention, the acquisition interval of the estimated value of the output power and the acquisition interval of the feedback value of the output power may be different from each other.

また、上記実施形態では、出力電力算出部２５ｃ（算出部）を、出力電流ＩＯＵＴの１周期Ｔよりも短い間隔であるサンプリング周期ＴＳ毎に出力電力のフィードバック値ＰＦＢを算出するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、算出部を、出力電流の１周期よりも短い間隔であれば、サンプリング周期以外の間隔毎に出力電力のフィードバック値を算出するように構成してもよい。 In the above embodiment, the output power calculation unit 25c (calculation unit) is configured to calculate the feedback value PFB of the output power at each sampling period Ts , which is an interval shorter than one period T of the output current IOUT , but the present invention is not limited to this. In the present invention, the calculation unit may be configured to calculate the feedback value of the output power at intervals other than the sampling period, as long as the interval is shorter than one period of the output current.

１０ 誘導加熱装置本体
１１ 負荷
２０ 電力変換装置（誘導加熱装置用電力変換装置）
２３ インバータ部（電力変換部）
２５ａ ＡＰＲ（電力制御部）
２５ｂ ＡＣＲ（電流制御部）
２５ｃ 出力電力算出部（算出部）
２５ｄ ローパスフィルタ
１００ 誘導加熱装置
ＩＣＯＭ 電流指令値
ＩＦＢ 出力電流のフィードバック値
ＩＯＵＴ 出力電流
ＰＣＯＭ 電力指令値
ＰＥＳＴ 出力電力の推定値
ＰＦＢ 出力電力のフィードバック値
Ｓ ゲート信号（制御信号）
Ｔ （出力電流の）１周期
ＴＳ サンプリング周期
ＶＥＳＴ 出力電圧の推定値
ＶＩＮＴ 中間電圧（（電力変換部に入力される）直流電圧）
ＶＯＵＴ 出力電圧
 10 Induction heating device main body 11 Load 20 Power conversion device (power conversion device for induction heating device)
23 Inverter unit (power conversion unit)
25a APR (power control unit)
25b ACR (current control unit)
25c output power calculation unit (calculation unit)
25d Low-pass filter 100 Induction heating device I COM current command value I Feedback value of FB output current I OUT Output current P COM power command value P EST Estimated value of output power P Feedback value of FB output power S Gate signal (control signal)
T is one period (of the output current) T is the sampling period V is the estimated value of the output voltage V is the intermediate voltage (DC voltage (input to the power conversion section))
VOUT Output voltage

Claims (10)

誘導加熱コイルを含み、誘導加熱により金属の溶解を行う誘導加熱装置用電力変換装置であって、
入力された直流電圧を交流電圧に変換して前記誘導加熱コイルを含む負荷に出力する電力変換部と、
設定された電力指令値と、前記電力変換部の出力電力のフィードバック値とに基づいて、電流指令値を制御する電力制御部と、
前記電力制御部により制御された前記電流指令値と、前記電力変換部の出力電流のフィードバック値とに基づいて、前記出力電流を制御するための制御信号を制御する電流制御部と、
前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に前記出力電力のフィードバック値を算出する算出部と、を備える、誘導加熱装置用電力変換装置。 A power converter for an induction heating device that includes an induction heating coil and melts metal by induction heating,
a power conversion unit that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to a load including the induction heating coil;
a power control unit that controls a current command value based on a set power command value and a feedback value of the output power of the power conversion unit;
a current control unit that controls a control signal for controlling the output current based on the current command value controlled by the power control unit and a feedback value of the output current of the power conversion unit;
A power conversion device for an induction heating device comprising: a calculation unit that calculates a feedback value of the output power at intervals shorter than one period of the output current. 前記算出部は、前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された前記出力電力の推定値に基づいて、前記出力電力のフィードバック値を算出する、請求項１に記載の誘導加熱装置用電力変換装置。 The power conversion device for induction heating devices according to claim 1, wherein the calculation unit calculates the feedback value of the output power based on an estimated value of the output power acquired at intervals shorter than one period of the output current. 前記算出部は、前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された前記電力変換部の出力電圧の推定値と、前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された前記出力電流とに基づいて、前記出力電力のフィードバック値を算出する、請求項２に記載の誘導加熱装置用電力変換装置。 The power conversion device for induction heating devices according to claim 2, wherein the calculation unit calculates the feedback value of the output power based on an estimated value of the output voltage of the power conversion unit acquired at intervals shorter than one period of the output current and the output current acquired at intervals shorter than one period of the output current. 前記算出部は、前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された前記電力変換部に入力される直流電圧と、前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された前記制御信号とに基づいて、前記出力電圧の推定値を取得する、請求項３に記載の誘導加熱装置用電力変換装置。 The power conversion device for induction heating devices according to claim 3, wherein the calculation unit obtains an estimate of the output voltage based on the DC voltage input to the power conversion unit obtained at intervals shorter than one cycle of the output current and the control signal obtained at intervals shorter than one cycle of the output current. 前記算出部は、前記出力電圧の推定値と前記出力電流との積である前記出力電力の推定値に基づいて、前記出力電力のフィードバック値を算出する、請求項３または４に記載の誘導加熱装置用電力変換装置。 The power conversion device for induction heating devices according to claim 3 or 4, wherein the calculation unit calculates the feedback value of the output power based on the estimated value of the output power, which is the product of the estimated value of the output voltage and the output current. 前記算出部は、前記出力電力の推定値を所定の期間に渡ってローパスフィルタによりフィルタリングすることにより、前記出力電力のフィードバック値を算出する、請求項２～５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置用電力変換装置。 The power conversion device for induction heating devices according to any one of claims 2 to 5, wherein the calculation unit calculates the feedback value of the output power by filtering the estimated value of the output power with a low-pass filter over a predetermined period of time. 前記電力制御部は、前記電力指令値と、前記出力電力のフィードバック値とに基づいて、前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に前記電流指令値を制御する、請求項１～６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置用電力変換装置。 The power conversion device for induction heating devices according to any one of claims 1 to 6, wherein the power control unit controls the current command value at intervals shorter than one period of the output current based on the power command value and a feedback value of the output power. 前記電流制御部は、前記電流指令値と、前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に取得された前記出力電流のフィードバック値とに基づいて、前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に前記制御信号を制御する、請求項７に記載の誘導加熱装置用電力変換装置。 The power conversion device for induction heating devices according to claim 7, wherein the current control unit controls the control signal at intervals shorter than one period of the output current based on the current command value and a feedback value of the output current acquired at intervals shorter than one period of the output current. 前記算出部は、前記出力電流の１周期よりも短い間隔であるサンプリング周期毎に前記出力電力のフィードバック値を算出する、請求項１～８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置用電力変換装置。 The power conversion device for an induction heating device according to any one of claims 1 to 8, wherein the calculation unit calculates the feedback value of the output power for each sampling period that is an interval shorter than one period of the output current. 誘導加熱コイルを含み、誘導加熱により金属の溶解を行う誘導加熱装置本体と、
入力された直流電圧を交流電圧に変換して前記誘導加熱コイルを含む負荷に出力する電力変換部と、
設定された電力指令値と、前記電力変換部の出力電力のフィードバック値とに基づいて、電流指令値を制御する電力制御部と、
前記電力制御部により制御された前記電流指令値と、前記電力変換部の出力電流のフィードバック値とに基づいて、前記出力電流を制御するための制御信号を制御する電流制御部と、
前記出力電流の１周期よりも短い間隔毎に前記出力電力のフィードバック値を算出する算出部と、を備える、誘導加熱装置。 An induction heating device main body including an induction heating coil for melting metal by induction heating;
a power conversion unit that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to a load including the induction heating coil;
a power control unit that controls a current command value based on a set power command value and a feedback value of the output power of the power conversion unit;
a current control unit that controls a control signal for controlling the output current based on the current command value controlled by the power control unit and a feedback value of the output current of the power conversion unit;
a calculation unit that calculates a feedback value of the output power at intervals shorter than one period of the output current.
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