(57)【要約】【課題】部品耐圧を低減でき、かつ、高調波を安定して抑制すること。【解決手段】交流電流を直流電流に変換する整流回路から流出した高調波電流を含む入力電流から高調波を除去するアクティブコンバータ３の制御装置４であって、アクティブコンバータ３の入力電圧と出力電圧とを検出する電圧検出部１１，１２と、アクティブコンバータ３が停止状態である場合に、電圧検出部１１，１２により検出された入力電圧に対する出力電圧の検出ずれを補正する補正値を決定する補正値決定部１３と、アクティブコンバータ３が運転した場合に、電圧検出部１１，１２により検出された出力電圧を補正値により補正し、昇圧比制御する制御部１４とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流を直流電流に変換する整流回路から流出した高調波を含む入力電流から高調波を除去するアクティブコンバータの制御装置であって、
前記アクティブコンバータの入力電圧と出力電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記アクティブコンバータが停止状態である場合に、前記電圧検出手段により検出された前記入力電圧に対する前記出力電圧の検出ずれを補正する補正値を決定する補正値決定手段と、
前記アクティブコンバータが運転した場合に、前記電圧検出手段により検出された前記出力電圧を前記補正値により補正し、昇圧比制御する制御手段と
を具備するアクティブコンバータの制御装置。
【請求項２】
前記補正値決定手段は、前記アクティブコンバータが停止状態である場合に、実際の前記入力電圧と前記電圧検出手段により検出された前記入力電圧との第１誤差と、実際の前記出力電圧と前記電圧検出手段により検出された前記出力電力との第２誤差とに基づいて補正値を決定する請求項１に記載のアクティブコンバータの制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記アクティブコンバータが運転した場合、前記電圧検出手段により検出された前記出力電圧を、前記補正値で除算して補正し、補正後の前記出力電力により昇圧を制御する請求項１または請求項２に記載のアクティブコンバータの制御装置。
【請求項４】
交流電流を直流電流に変換する整流回路から流出した高調波を含む入力電流から高調波を除去するアクティブコンバータの制御方法であって、
前記アクティブコンバータの入力電圧と出力電圧とを検出する第１過程と、
前記アクティブコンバータが停止状態である場合に、前記第１過程により検出された前記入力電圧に対する前記出力電圧の検出ずれを補正する補正値を決定する第２過程と、
前記アクティブコンバータが運転した場合に、前記第１過程により検出された前記出力電圧を前記補正値により補正し、昇圧比制御する第３過程と
を有するアクティブコンバータの制御方法。
【請求項５】
交流電流を直流電流に変換する整流回路から流出した高調波を含む入力電流から高調波を除去するアクティブコンバータの制御プログラムであって、
前記アクティブコンバータの入力電圧と出力電圧とを検出する第１処理と、
前記アクティブコンバータが停止状態である場合に、前記第１処理により検出された前記入力電圧に対する前記出力電圧の検出ずれを補正する補正値を決定する第２処理と、
前記アクティブコンバータが運転した場合に、前記第１処理により検出された前記出力電圧を前記補正値により補正し、昇圧比制御する第３処理と
をコンピュータに実行させるためのアクティブコンバータの制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブコンバータの制御装置およびその方法ならびにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エアコンのようにインバータを用いる装置は、全波整流回路により高調波電流が発生しやすいので、パッシブフィルタやアクティブコンバータを用いて高調波電流の低減が行われている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３４１６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アクティブコンバータを用いて高調波を抑制する場合には、連続的に電流を流し直流電圧を昇圧させることになるが、昇圧レベルが低いと十分に高調波を抑制できず、昇圧レベルが高いと部品耐圧を超えることとなるので、所望の昇圧電圧に耐えられるよう部品の耐圧アップが求められている。また、一般にコンバータ入力電圧と出力電圧とを検出し、入力電圧に応じた出力電圧の制御をする場合には、部品ばらつきに応じて昇圧電圧にもばらつきが発生することから、部品耐圧は昇圧電圧のばらつきを勘案した設計が求められている。
【０００５】
昇圧ばらつきは、最低限に抑制する必要があるが、部品の耐圧アップはコストアップの要因となることから、上記特許文献１では、部品ばらつきに依存しない昇圧制御を行うことで昇圧精度を向上させ、部品耐圧低下を行っていた。
しかしながら、従来の方法では、絶対値制御をしており、電圧計測時に含まれる電圧誤差が積み上げられることで必要以上に昇圧され、部品耐圧を超えやすくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、部品耐圧を低減でき、かつ、高調波を安定して抑制するアクティブコンバータの制御装置およびその方法ならびにプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、交流電流を直流電流に変換する整流回路から流出した高調波を含む入力電流から高調波を除去するアクティブコンバータの制御装置であって、前記アクティブコンバータの入力電圧と出力電圧とを検出する電圧検出手段と、前記アクティブコンバータが停止状態である場合に、前記電圧検出手段により検出された前記入力電圧に対する前記出力電圧の検出ずれを補正する補正値を決定する補正値決定手段と、前記アクティブコンバータが運転した場合に、前記電圧検出手段により検出された前記出力電圧を前記補正値により補正し、昇圧比制御する制御手段とを具備するアクティブコンバータの制御装置を提供する。
【０００８】
このような構成によれば、交流電流を直流電流に変換する整流回路から流出した高調波を含む入力電流から高調波を除去するアクティブコンバータの制御装置であって、アクティブコンバータが停止状態である場合に、電圧検出手段により検出された入力電圧に対する出力電圧の検出ずれを補正する補正値が決定され、アクティブコンバータが運転した場合に、検出された出力電圧が補正値により昇圧比制御される。
このように、アクティブコンバータが停止状態である場合には、入力電力と出力電力とは等しいと推定されるが、電圧検出手段による入力電圧に対する出力電圧の検出ずれがあれば、検出ずれを補正する補正値を求め、運転中の出力電圧の検出値を補正値で補正して比例制御する。これにより、昇圧電圧は電圧検出手段のばらつきの影響を受けず、部品耐圧を下げることができ、また、昇圧電圧のばらつき低減により安定した高調波抑制性能を確保できる。
【０００９】
上記アクティブコンバータの制御装置の前記補正値決定手段は、前記アクティブコンバータが停止状態である場合に、実際の前記入力電圧と前記電圧検出手段により検出された前記入力電圧との第１誤差と、実際の前記出力電圧と前記電圧検出手段により検出された前記出力電力との第２誤差とに基づいて補正値を決定することが好ましい。
【００１０】
実際の電圧値と検出値との誤差をキャリブレーションすることにより、最低限の耐圧の素子（部品耐圧）で使用可能となる。
【００１１】
上記アクティブコンバータの制御装置の前記制御手段は、前記アクティブコンバータが運転した場合、前記電圧検出手段により検出された前記出力電圧を、前記補正値で除算して補正し、補正後の前記出力電力により昇圧を制御することが好ましい。
これにより、簡便に補正後の出力電力を決定できる。
【００１２】
本発明は、交流電流を直流電流に変換する整流回路から流出した高調波電流を含む入力電流から高調波を除去するアクティブコンバータの制御方法であって、前記アクティブコンバータの入力電圧と出力電圧とを検出する第１過程と、前記アクティブコンバータが停止状態である場合に、前記第１過程により検出された前記入力電圧に対する前記出力電圧の検出ずれを補正する補正値を決定する第２過程と、前記アクティブコンバータが運転した場合に、前記第１過程により検出された前記出力電圧を前記補正値により補正し、昇圧比制御する第３過程とを有するアクティブコンバータの制御方法を提供する。
【００１３】
本発明は、交流電流を直流電流に変換する整流回路から流出した高調波電流を含む入力電流から高調波を除去するアクティブコンバータの制御プログラムであって、前記アクティブコンバータの入力電圧と出力電圧とを検出する第１処理と、前記アクティブコンバータが停止状態である場合に、前記第１処理により検出された前記入力電圧に対する前記出力電圧の検出ずれを補正する補正値を決定する第２処理と、前記アクティブコンバータが運転した場合に、前記第１処理により検出された前記出力電圧を前記補正値により補正し、昇圧比制御する第３処理とをコンピュータに実行させるためのアクティブコンバータの制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、部品耐圧を低減でき、かつ、高調波を安定して抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るアクティブコンバータの制御装置の概略構成を示した図である。
【図２】（ａ）無昇圧時の実際の入力電圧と出力電圧との関係を示す図、（ｂ）検出値が入力電圧≠出力電圧であることを示す図、（ｃ）検出ずれを補正値によって補正した出力電圧を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るアクティブコンバータの制御装置およびその方法ならびにプログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るインバータの構成を示す概略の回路図である。
図１に示されるように、本実施形態に係るインバータは、交流電源１に接続される整流回路２と、整流回路２の出力端子に接続されるアクティブコンバータ３と、アクティブコンバータ３の入力電圧の検出信号と出力電圧の検出信号とが入力され、アクティブコンバータ３を制御する制御装置４とを備えている。なお、本発明は、空気調和機のインバータに用いられることを例に挙げて説明するが、適用先は空気調和機に限定されない。
【００１７】
整流回路２は、例えば、ダイオードブリッジ等により構成される。
アクティブコンバータ３は、整流回路２の正側出力端子に接続されるリアクタ３１と、リアクタ３１に直列に接続されるダイオード３３と、リアクタ３１とダイオード３３のアノードとの接続点と負側出力ラインとの間に接続されるスイッチング素子３２と、ダイオード３３と負荷９との間に接続される平滑コンデンサ３６とを備えている。スイッチング素子３２は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、トランジスタ等である。
【００１８】
スイッチング素子３２の制御入力であるゲート端子には、所定の昇圧用パルス信号が供給され、スイッチング素子３２のオンオフ制御が行われる。スイッチング素子３２がオンした場合には、電流がリアクタ３１を通ってスイッチング素子３２に流れ、このとき、リアクタ３１にエネルギが蓄積される。一方、スイッチング素子３２がオフである場合には、電流がリアクタ３１、ダイオード３３を流れ、平滑コンデンサ３６を充電する。
これにより、平滑コンデンサ３６の両端に昇圧された直流電圧が得られる。
【００１９】
制御装置４は、電圧検出部（電圧検出手段）１１，１２と、補正値決定部（補正値決定手段）１３と、制御部（制御手段）１４とを備えている。
電圧検出部１１，１２は、アクティブコンバータ３の入力電圧と出力電圧とを検出する。具体的には、電圧検出部１１は、アクティブコンバータ３の入力側と接続され、アクティブコンバータ３の入力電圧を検出し、入力電圧に応じた検出信号を出力する。また、電圧検出部１２は、アクティブコンバータ３の出力側と接続され、アクティブコンバータ３の出力電圧を検出し、出力電圧に応じた検出信号を出力する。
【００２０】
補正値決定部１３は、アクティブコンバータ３が停止状態である場合に、電圧検出部１１，１２により検出された入力電圧に対する出力電圧の検出ずれＫを補正する補正値を決定する。具体的には、補正値決定部１３は、アクティブコンバータ３が停止状態である場合に、実際の入力電圧と電圧検出部１１により検出された入力電圧との第１誤差と、実際の出力電圧と電圧検出部１２により検出された出力電力との第２誤差とに基づいて補正値を決定する。
【００２１】
以下に、補正値決定部１３により補正値を決定する方法について説明する。
アクティブコンバータ３が停止状態である場合には、入力電圧のピーク値と出力電力とは等しくなることから、以下の（１）式が成立することを前提とする。ここで、アクティブコンバータ３が停止状態である場合に、電圧検出部１１により検出された交流電圧の全波整流後の入力電圧をＶｉｎ＿０とし、電圧検出部１２により検出された出力電圧をＶｄｃ＿０とする。
Ｖｄｃ＿０／Ｖｉｎ＿０＝１      （１）
【００２２】
実際の検出回路においては、検出値が誤差（第１誤差：γ１，第２誤差：γ２）を含んでいるので、アクティブコンバータ３が停止状態であり、誤差を含んでいる場合の入力電力Ｖｉｎ１＿０と、このときの出力電力Ｖｄｃ１＿０とは、以下の（２），（３）式のように示される。なお、検出値の誤差には、部品と回路のばらつきとを含む。
Ｖｄｃ１＿０＝γ２×Ｖｄｃ＿０      （２）
Ｖｉｎ１＿０＝γ１×Ｖｉｎ＿０      （３）
【００２３】
そうすると、アクティブコンバータ３が停止状態の場合の入力電力に対する出力電圧の検出ずれＫ（誤差）は、以下の（４）式で示される。
Ｋ＝Ｖｄｃ１＿０／Ｖｉｎ１＿０
＝γ２／γ１×（Ｖｄｃ＿０／Ｖｉｎ＿０）
＝γ２／γ１      （４）
このように、検出ずれＫは、Ｋ＝γ２／γ１と示される。また、検出ずれＫは、停止状態以外の場合においても同様に発生するので、検出ずれＫを用いて運転中の出力電圧Ｖｄｃを補正する。
【００２４】
Ｖｉｎ１をアクティブコンバータ３の運転時の入力電圧（検出値）、Ｖｄｃ１をアクティブコンバータ３の運転時の出力電圧（検出値）とすると、検出ずれＫは、停止状態以外の場合においても同様に発生するので、以下の（５）式が成立する。ここで、実際の出力電圧をＶｄｃ、実際の入力電圧をＶｉｎとする。
Ｖｄｃ／Ｖｉｎ＝γ２×Ｖｄｃ１／（γ１×Ｖｉｎ１）
＝Ｋ×Ｖｄｃ１／Ｖｉｎ１      （５）
補正後の出力電圧をＶｄｃ２とすると、入力電圧に対する出力電圧は、上記（１）から（５）式に基づいて、以下の（６）式で示される。
Ｖｄｃ／Ｖｉｎ＝γ２／γ１×（Ｖｄｃ１／Ｖｉｎ１）
＝Ｋ×（Ｖｄｃ１／Ｖｉｎ１）
＝Ｖｄｃ２／Ｖｉｎ１      （６）
【００２５】
入力電圧と出力電圧の関係について、図２を参照して説明する。例えば、アクティブコンバータ３が停止状態である場合に、実際の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｄｃとが、図２（ａ）に示されるような関係であったとしても、検出値として誤差を含んでいる場合には、図２（ｂ）に示されるように、入力電圧Ｖｉｎ１＿０≠出力電圧Ｖｄｃ１＿０となる。図２（ｂ）では、入力電力検出値が実際の電圧より下がり、出力電力検出値が実際の電圧より上昇している様子を示している。ここで、図２（ｃ）で示されるように、入力電圧に対する出力電圧Ｖｄｃ１を検出ずれＫで補正することで、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｄｃとの誤差をキャリブレーションし、出力電力Ｖｄｃ２とする。
【００２６】
制御部１４は、アクティブコンバータ３が運転した場合に、電圧検出部１２により検出された出力電圧を補正値により補正し、昇圧比制御する。具体的には、制御部１４は、電圧検出部１２により検出された出力電圧の検出値Ｖｄｃ１に、検出ずれＫを乗算して補正し、補正後の出力電力Ｖｄｃ２により、昇圧比制御する。ここで、αは、昇圧比（例えば、６％）とし、Ｖｄｃ２＝α×Ｖｉｎ１とし、上記（５）式に基づき、以下のように表わされる。
α＝Ｖｄｃ／Ｖｉｎ
＝Ｋ×Ｖｄｃ１／Ｖｉｎ１
＝Ｖｄｃ２／Ｖｉｎ１        
（Ｋ＝Ｖｄｃ１＿０／Ｖｉｎ１＿０）      （７）
つまり、Ｖｄｃ２とＶｉｎ１を用いて昇圧制御すれば、上記（７）式によりその昇圧比αは実電圧比のＶｄｃ／Ｖｉｎとなるので、電圧検出誤差を無視して、電圧制御できる。
【００２７】
次に、本実施形態に係るインバータの基本的な動作について説明する。
電源１からの交流電圧は、整流回路２により整流され、アクティブコンバータ３に供給される。アクティブコンバータ３では、スイッチング素子３２がオンである期間には、電流が、リアクタ３１を通ってスイッチング素子３２に流れ、このとき、リアクタ３１にエネルギが蓄積される。一方、スイッチング素子３２がオフである期間には、電流がリアクタ３１、ダイオード３３を流れ、平滑コンデンサ３６を充電する。また、リアクタ３１に蓄積されたエネルギが放出される。
このように、アクティブコンバータ３が動作することにより、整流回路２の出力電圧（出力電流）から高調波電流が低減され、平滑化された電圧（電流）が負荷９へ供給される。
【００２８】
次に、本実施形態に係るアクティブコンバータ３の制御装置４の作用について説明する。
まず、アクティブコンバータ３が停止状態である場合に、電圧検出部１１によりアクティブコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎ＿０、および電圧検出部１２によりアクティブコンバータ３の出力電圧Ｖｄｃ＿０がそれぞれ検出される。アクティブコンバータ３が停止状態である場合に、電圧の検出値に誤差（γ１，γ２）が含まれていることとした場合に、入力電圧に対する出力電圧の検出ずれＫは、Ｋ＝γ２／γ１と示される。
【００２９】
検出ずれＫは、停止時以外でも同様に発生することから、運転時の出力電圧Ｖｄｃ１（検出値）を検出ずれＫによって補正し、出力電圧Ｖｄｃ２とする。入力電圧Ｖｉｎ１＝出力電圧Ｖｄｃ２が成立するよう、出力電圧の目標値を絶対値とせず入力電圧に対する比例値とする。昇圧比α＝Ｖｄｃ／Ｖｉｎとなることから、電圧検出誤差を無視して、電圧が制御される。
なお、入力電圧に対する出力電圧の検出ずれＫを考慮した補正は、空気調和機を停止状態から起動するたび毎（つまり、回路の起動毎）に実施することが好ましい。例えば、夏と冬の外温等の条件により抵抗の定数は変化する（ばらつく）ので、起動毎にキャリブレーションを行うことで、より正確に補正できる。
【００３０】
上述した実施形態に係る制御装置４においては、上記処理の全て或いは一部を別途ソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。この場合、制御装置４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラム（例えば、制御プログラム）が記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の制御装置４と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００３１】
以上説明してきたように、本実施形態に係るアクティブコンバータの制御装置４及び方法並びにプログラムによれば、アクティブコンバータ３が停止状態である場合に、電圧検出部１１，１２により検出された入力電圧に対する出力電圧の検出ずれＫを補正する補正値が決定され、アクティブコンバータ３が運転した場合に、検出された出力電圧が補正値により昇圧比制御される。
【００３２】
このように、停止状態である場合に検出した入力電圧に対する出力電圧の検出ずれを補正する補正値によって、運転中の出力電圧の検出値を比例制御するので、昇圧電圧は電圧検出部１１，１２のばらつきの影響を受けず、部品耐圧を下げることができる。また、昇圧電圧のばらつき低減により、安定した高調波抑制性能を確保できる。
また、電圧計測において、入力電圧と出力電圧との誤差をキャリブレーションすることにより、電圧計測側で誤差が積み上がり必要以上に増幅してしまうことによる部品耐圧超過を防ぎ、部品耐圧を最低限の耐圧素子で使用可能にした。
なお、例えば、実際の電圧と電圧検出値とに２８Ｖの誤差が含まれる状況において本発明を適用した場合には、誤差は、略マイコンのＡＤ変換分の誤差である４Ｖ程度に低減された。
【符号の説明】
【００３３】
２  整流回路
３  アクティブコンバータ
４  制御装置
９  負荷
１１、１２  電圧検出部
１３  補正値決定部
１４  制御部
【図１】
2014096893.tif 000003
【図２】
2014096893.tif 000004