(57)【要約】【課題】複数の直流電源を入力とし、各入力電圧が異なる場合においても、変換効率を改善できる電力変換装置を提供する。【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、平滑コンデンサ７０と、インバータ３０と、入力電圧、電流検出回路４１、５１と、出力電圧検出回路６０と、制御回路１００を備え、制御回路１００は出力電圧設定部１１０と、補正信号生成部１２０と、入力電圧設定部１３１と、指令値を生成する電圧制御部１４１と、キャリア信号の周波数と位相を設定する周波数設定部１５０、および位相設定部１６０と、キャリア信号生成部１７１と、ＰＷＭ信号生成部１８１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直流電源から入力される電圧を昇圧する複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力の結合点の平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各入力電流を検出する入力電流検出回路と、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記出力電圧が出力目標電圧となるように前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路を備え、
前記制御回路は前記各入力電圧および前記インバータの最低入力電圧に基づいて前記出力目標電圧を設定する出力電圧設定部と、前記出力目標電圧と前記出力電圧から補正信号を生成する補正信号生成部と、前記各入力電圧と前記各入力電流と前記補正信号から入力目標電圧を設定する入力電圧設定部と、前記各入力電圧と前記入力目標電圧に基づいて指令値を生成する電圧制御部と、各キャリア信号の周波数を設定する周波数設定部と、前記各キャリア信号の位相を設定する位相設定部と、前記各キャリア信号の周波数と位相に基づいて前記各キャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、前記指令値と前記各キャリア信号から前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＰＷＭ信号生成部を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記周波数設定部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの前記各入力電圧と前記出力目標電圧から前記各キャリア信号に共通の周波数を設定し、
前記位相設定部は、前記各キャリア信号の位相を前記複数の直流電源の台数から定まる値に設定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記周波数設定部は、前記各キャリア信号の周波数を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの特性から定まる値に設定し、
前記位相設定部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの前記各入力電圧と前記出力目標電圧から前記各キャリア信号の位相を設定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記周波数設定部は、前記各入力電圧と前記出力目標電圧の内の最大値をバス電圧と定め、前記バス電圧と前記各入力電圧との差分の二乗を求め、この差分の二乗の最小値と設計値として設定された電流リプルの値に基づいて前記各キャリア信号に共通の周波数を算出する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記位相設定部は、前記各入力電圧と前記出力目標電圧の内の最大値をバス電圧と定め、前記バス電圧と前記各入力電圧から前記各入力電圧のデューティ比を算出し、前記各デューティ比から２つを選択する全ての組合せの和を求め、前記組合せの和の値に基づいて前記各入力電圧を制御する前記各キャリア信号の位相を設定する請求項３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、互いに並列に接続された複数の直流電源の出力電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧して出力する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池などの直流電源を多数直列・並列に接続しＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、インバータで直流電力を交流電力に変換して商用電力系統に供給する系統連系インバータシステムが開発されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、昇圧レベルが小さい場合にはＤＣ／ＤＣコンバータのＰＷＭ信号のスイッチング周波数を低く設定し、スイッチング回数を低減しスイッチング損失を抑制するシステムが開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを互いに並列接続して、直流電源からの直流電圧を各ＤＣ／ＤＣコンバータで位相が等しくシフトしたＰＷＭ信号で昇圧する直流電源装置では、各ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流が偏って素子の破損や劣化が生じるため、各ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流が均等になるようにバランス制御を行うシステムが開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７７８５７号公報（段落［００２６］〜［００２９］、図１）
【特許文献２】特許第５１１２１１１号公報（段落［００２２］、［００２３］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
各入力電圧の電圧値が異なる場合、特許文献１の開示発明では、適切なＰＷＭ信号のスイッチング周波数が設定できない。また、特許文献２の開示発明では、ＰＷＭ信号の位相が適切でなく平滑コンデンサの電流リプルが低減できないという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、複数の直流電源を入力とし、各入力電圧が異なる場合においても、変換効率を改善できる電力変換装置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】
この発明に係る電力変換装置は、複数の直流電源から入力される電圧を昇圧する複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力の結合点の平滑コンデンサと、平滑コンデンサの直流電力を交流電力に変換するインバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各入力電流を検出する入力電流検出回路と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電圧が出力目標電圧となるように複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路を備え、制御回路は各入力電圧およびインバータの最低入力電圧に基づいて出力目標電圧を設定する出力電圧設定部と、出力目標電圧と出力電圧から補正信号を生成する補正信号生成部と、各入力電圧と各入力電流と補正信号から入力目標電圧を設定する入力電圧設定部と、各入力電圧と入力目標電圧に基づいて指令値を生成する電圧制御部と、各キャリア信号の周波数を設定する周波数設定部と、各キャリア信号の位相を設定する位相設定部と、各キャリア信号の周波数と位相に基づいて各キャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、指令値と各キャリア信号から複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＰＷＭ信号生成部を備える構成としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、上記のように構成されているため、複数の直流電源からの各入力電圧が異なる場合においても、変換効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る制御回路の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る動作を説明するフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る制御回路の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る動作を説明するフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る動作を説明するタイミングチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る動作を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１は、複数の直流電源から直流電力の供給を受ける複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、インバータと、複数の入力電圧、電流検出回路と、出力電圧検出回路と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路を備え、制御回路は出力電圧設定部と、補正信号生成部と、複数の入力電圧設定部と、指令値を生成する複数の電圧制御部と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各入力電圧と出力目標電圧から各キャリア信号に共通の周波数を設定する周波数設定部と、各キャリア信号の位相を複数の直流電源の台数から定まる値に設定する位相設定部と、複数のキャリア信号生成部と、複数のＰＷＭ信号生成部を備える構成とした電力変換装置に関するものである。
【００１１】
以下、本願発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の構成、動作について、電力変換装置の構成図である図１、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成図である図２、制御回路の構成図である図３、動作を説明するタイミングチャートである図４、および動作を説明するフローチャートである図５に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１の電力変換装置１を含む全体システムの構成を示す。システム全体は、電力変換装置１と商用電力系統２と電源装置３から構成され、後述する複数の直流電源から供給される直流電力が交流電力に変換されて、商用電力系統２に供給される。
【００１３】
次に、電力変換装置１の全体構成を図１に基づいて説明する。電力変換装置１は、外部に設けられた電源装置３から直流電力を供給する電源装置３を構成する直流電源１１、１２、１３、１４の出力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２１、２２、２３、２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、２２、２３、２４から出力される直流電力を交流電力に変換して商用電力系統２に出力するインバータ３０を備える。電力変換装置１は、さらにＤＣ／ＤＣコンバータ２１、２２、２３、２４の出力の結合点に平滑コンデンサ７０を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、２２、２３、２４を制御する制御回路１００と、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、２２、２３、２４の入力電圧および電流を検出する入力電圧検出回路４１、４２、４３、４４および入力電流検出回路５１、５２、５３、５４とを備える。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、２２、２３、２４からインバータ３０への出力電圧を検出する出力電圧検出回路６０を備える。
なお、以下の説明では、例えば、直流電源１１、１２、１３、１４を２回目以降の説明では直流電源１１〜１４と適宜記載する。
【００１４】
直流電源１１〜１４は、例えばそれぞれ異なる特性を持った複数の太陽電池を想定している。
【００１５】
直流電源１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、平滑コンデンサ７０、出力電圧検出回路６０、インバータ３０は、この順序で直列に接続されている。直流電源１２とＤＣ／ＤＣコンバータ２２、直流電源１３とＤＣ／ＤＣコンバータ２３、および直流電源１４とＤＣ／ＤＣコンバータ２４はそれぞれ直列に接続され、直流電源１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の直列接続に並列に接続されている。そして、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４には制御回路１００が接続されている。
【００１６】
以降、電力変換装置１の構成および機能、動作説明は、特に個別の説明の必要がない限り、直流電源１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、入力電圧検出回路４１、および入力電流検出回路５１を含む回路部分を代表として説明する。
【００１７】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の構成、動作を図２に基づいて説明する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、スイッチング素子Ｑ１、リアクトルＬ１およびダイオードＤ１で構成されている昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータである。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、制御回路１００からのＰＷＭ信号によって、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフする。スイッチング素子Ｑ１のオン期間には直流電源１１から供給される電力がリアクトルＬ１に蓄積され、オフ期間にはリアクトルＬ１に蓄積され電力はダイオードＤ１を介して平滑コンデンサ７０に放出される。したがって、直流電源１１から供給される電力のリアクトルＬ１への蓄積と、リアクトルＬ１に蓄積された電力の平滑コンデンサ７０への放出とが交互に繰り返される。このように直流電源１１からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２１で昇圧され平滑コンデンサ７０に一旦蓄積され、平滑コンデンサ７０からインバータ３０に電圧が供給される。
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、スイッチング素子Ｑ２、リアクトルＬ２およびダイオードＤ２で構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、スイッチング素子Ｑ３、リアクトルＬ３およびダイオードＤ３で構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、スイッチング素子Ｑ４、リアクトルＬ４およびダイオードＤ４で構成される。
【００１８】
次に制御回路１００の関連回路について説明する。
入力電圧検出回路４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に入力される電圧を検出し、検出した入力電圧を制御回路１００へ出力する。入力電流検出回路５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に入力される電流を検出し、検出した入力電流を制御回路１００へ出力する。出力電圧検出回路６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１からインバータ３０へ出力する出力電圧を検出し、検出した出力電圧を制御回路１００へ出力する。
【００１９】
次に制御回路１００の構成および機能、動作を図３に基づいて説明する。
制御回路１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン・オフ制御するＰＷＭ信号を生成する。
制御回路１００は、出力電圧設定部１１０と、補正信号生成部１２０と、入力電圧設定部１３１、１３２、１３３、１３４と、電圧制御部１４１、１４２、１４３、１４４と、周波数設定部１５０と、位相設定部１６０と、キャリア信号生成部１７１、１７２、１７３、１７４と、およびＰＷＭ信号生成部１８１、１８２、１８３、１８４とを備える。
【００２０】
以降、制御回路１００の機能、動作説明においても、特に必要がない限り、入力電圧設定部１３１、電圧制御部１４１、キャリア信号生成部１７１、およびＰＷＭ信号生成部１８１を含む回路部分を代表として説明する。
【００２１】
出力電圧設定部１１０は、インバータ３０へ出力する出力電圧の出力目標電圧を設定する。出力目標電圧は、入力電圧検出回路４１、４２、４３、４４で検出した入力電圧および固定値の中で最大電圧が選択されて設定される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、出力電圧がこの出力目標電圧となるように制御される。ここで、固定値とは、電力変換装置１の仕様として設定されたＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧、すなわちインバータ３０の入力電圧の最小値（最低入力電圧）である。
【００２２】
補正信号生成部１２０は、入力電圧設定部１３１で設定する入力電圧設定電圧の補正値を生成する。出力電圧検出回路６０で検出した出力電圧と、出力電圧設定部１１０で設定した出力目標電圧との差分から補正値を生成し、入力電圧設定部１３１に出力する。
具体的には、出力目標電圧と出力電圧検出値の差分を求め、出力目標電圧≧出力電圧検出値の場合は零値、出力目標電圧＜出力電圧検出値の場合は、（出力電圧検出値−出力目標電圧）の値に設定する。
【００２３】
入力電圧設定部１３１は、直流電源１１からの入力電圧の入力目標電圧を設定する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、直流電源１１からの入力電圧がこの入力目標電圧となるように制御される。入力電圧設定部１３１は、入力電圧検出回路４１で検出された入力電圧と、入力電流検出回路５１で検出された入力電流からから算出された電力が最大となる電圧に、補正信号生成部１２０からの補正値を加算した入力目標電圧を設定する。
【００２４】
電圧制御部１４１は、入力電圧設定部１３１で設定した入力目標電圧と入力電圧検出回路４１で検出された入力電圧との偏差を算出し、指令値として出力する。
【００２５】
周波数設定部１５０は、入力電圧検出回路４１〜４４で検出した入力電圧と出力電圧設定部１１０からの出力設定電圧の内の最大値をバス電圧と定める。周波数設定部１５０は、このバス電圧と各入力電圧との差分の二乗を求め、この内の最小値に基づいてキャリア周波数を選択し、キャリア信号生成部１７１に出力する。このようにキャリア周波数は、直流電源１１〜１４の入力電圧に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４に共通の周波数として設定される。
【００２６】
位相設定部１６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４を制御するキャリア信号のそれぞれの位相を設定するもので、それぞれ０度、９０度、１８０度、２７０度に設定され、キャリア信号生成部１７１〜１７４に出力する。
【００２７】
キャリア信号生成部１７１は、周波数設定部１５０から入力されたキャリア周波数および、位相設定部１６０から入力されたキャリア位相に基づいて三角波を生成し、キャリア信号としてＰＷＭ信号生成部１８１に出力する。
【００２８】
ＰＷＭ信号生成部１８１は、電圧制御部１４１から入力される指令値とキャリア信号生成部１７１から入力される三角波を比較し、例えば、指令値≧キャリア信号のときハイレベル信号を生成し、指令値＜キャリア信号のときローレベル信号を生成し、ＰＷＭ信号としてＤＣ／ＤＣコンバータ２１に出力する。
【００２９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、ＰＷＭ信号生成部１８１からのＰＷＭ信号にしたがって、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフする。すなわち、ＰＷＭ信号がハイレベルの時、スイッチング素子Ｑ１はオン動作し、直流電源１１から供給される電力をリアクトルＬ１に蓄積する。ＰＷＭ信号がローレベルの時、スイッチング素子Ｑ１はオフ動作し、リアクトルＬ１に蓄積した電力はダイオードＤ１を介して平滑コンデンサ７０に放出される。
【００３０】
本実施の形態１に係る電力変換装置１の効果を図４のタイミングチャートに基づいて説明する。
図４は本実施の形態１に係る電力変換装置１の信号波形の一例を示す図である。図４は、キャリア信号（キャリア信号１〜４）、ＰＷＭ信号（ＰＷＭ信号１〜４）、リアクトル電流（Ｌ１〜４リアクトル電流）、ダイオード電流（Ｄ１〜４電流）、および平滑コンデンサ電流（Ｃ電流）の関係を示す。図４の横軸（時間軸）の目盛り（例えば、ｔ０→ｔ１）は、位相角で９０度である。
キャリア信号１〜４の位相は、それぞれ０度、９０度、１８０度、２７０度に設定されている。キャリア信号１〜４の位相がそれぞれ９０度ずつシフトしているため、ダイオード電流（Ｄ１〜Ｄ４電流）が加算されて平滑コンデンサ電流（Ｃ電流）のリップルが小さくなっていることがわかる。
【００３１】
ここで、例えばキャリア信号１、ＰＷＭ信号１、Ｌ１リアクトル電流、およびＤ１電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、および制御回路１００のＤＣ／ＤＣコンバータ２１に関係するキャリア信号生成部１７１、ＰＷＭ信号生成部１８１に関するものである。
【００３２】
次に、周波数設定部１５０の具体的動作について、図５のフローチャートに基づいて説明する。周波数設定部１５０は、入力電圧検出回路４１〜４４で検出した入力電圧と出力電圧設定部１１０からの出力目標電圧の内の最大値をバス電圧（Ｖｄｃ）に定める（ステップＳ１１）。バス電圧と各入力電圧との差分の二乗（Ｖｄｆ）を式（１）で求める（ステップＳ１２）。
Ｖｄｆ＝（Ｖｉｎ−Ｖｄｃ／２）２                          （１）
【００３３】
次に各入力電圧におけるＶｄｆ値の最小値（Ｖｄｆｍｉｎ）を抽出する（ステップＳ１３）。
次にＶｄｆｍｉｎに基づいてキャリア周波数候補（Ｆｓｗｂ）を式（２）で求める（ステップＳ１４）。
Ｆｓｗｂ＝（１／（Ｌ・Ｉｒｐ））・（Ｖｄｃ／４−Ｖｄｆｍｉｎ／Ｖｄｃ）
（２）
ここで、ＬはＤＣ／ＤＣコンバータ２１のリアクトル値、ＩｒｐはＤＣ／ＤＣコンバータ２１のリアクトル電流の電流リプル上限値であり、設計値として与えられるものである。予め設定された周波数リスト（例えば、１８ｋＨｚ、２４ｋＨｚ、３０ｋＨｚ）の中から、Ｆｓｗｂ以上で最小の周波数を周波数リストから選択し、キャリア周波数とする（ステップＳ１５）。
【００３４】
なお、リアクトル電流のリプル上限値は、リップル電流による電力変換効率の低下および損失発生による発熱、温度によるリアクトルの損傷に至る可能性を考慮して、設計値として決められる。また、キャリア信号の周波数は、電力変換装置が設置される環境も考慮して、可聴周波数以上であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の特性から定まるスイッチング損失増加が問題とならない周波数に設定される。
【００３５】
本実施の形態１では、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４に入力される入力電圧と出力目標電圧から、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４を制御するそれぞれＰＷＭ信号の基準となるキャリア信号の共通の周波数が設定される。したがって、各入力電圧が異なる場合でも、各入力電圧の組み合わせに最適なキャリア信号の周波数が選択することができ、リアクトル素子の劣化を防ぐとともにスイッチング損失を抑制することができ、変換効率を改善することができる。
【００３６】
実施の形態１では、例えば入力電圧検出回路を各直流電源１１〜１４に対応して設けているが、個別の入力電圧検出回路４１〜４４をまとめて、共通の入力電圧検出回路とし、各直流電源１１〜１４の入力電圧を時分割で検出することもできる。入力電流検出回路、入力電圧設定部、電圧制御部も同様に共通回路として設けることができる。
【００３７】
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、複数の直流電源から直流電力の供給を受ける複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、インバータと、複数の入力電圧、電流検出回路と、出力電圧検出回路と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路を備え、制御回路は出力電圧設定部と、補正信号生成部と、複数の入力電圧設定部と、指令値を生成する複数の電圧制御部と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各入力電圧と出力目標電圧から各キャリア信号に共通の周波数を設定する周波数設定部と、各キャリア信号の位相を複数の直流電源の台数から定まる値に設定する位相設定部と、複数のキャリア信号生成部と、複数のＰＷＭ信号生成部を備える構成としている。このため、実施の形態１の電力変換装置は、変換効率を改善でき、省エネルギー化を図ることができる。さらに、リアクトルの劣化を防ぎ、スイッチング損失を抑制することができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態２の電力変換装置は、複数の直流電源から直流電力の供給を受ける複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、インバータと、複数の入力電圧、電流検出回路と、出力電圧検出回路と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路を備え、制御回路は出力電圧設定部と、補正信号生成部と、複数の入力電圧設定部と、指令値を生成する複数の電圧制御部と、各キャリア信号の周波数を複数のＤＣ／ＤＣコンバータの特性から定まる値に設定する周波数設定部と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各入力電圧と出力目標電圧から各キャリア信号の位相を設定する位相設定部と、複数のキャリア信号生成部と、複数のＰＷＭ信号生成部を備える構成としたものである。
【００３９】
以下、実施の形態２の電力変換装置２００の構成、動作について、電力変換装置２００の構成図である図６、制御回路の構成図である図７、動作を説明するフローチャートである図８、および動作を説明するタイミングチャートである図９、１０に基づいて実施の形態１との差異を中心に説明する。
なお、図６および図７において、図１および図３と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００４０】
実施の形態２の電力変換装置２００の全体構成は、実施の形態１の電力変換装置１と同じである。制御回路の構成が異なっており、実施の形態１の制御回路と区別するため、図６において制御回路３００としている。
実施の形態２の制御回路３００が実施の形態１の制御回路１００と異なっている部分は、周波数設定部と位相設定部であり、実施の形態１の周波数設定部および位相設定部と区別するため、図７において周波数設定部３５０および位相設定部３６０としている。
以降、実施の形態２の制御回路３００の動作・機能を実施の形態１との差異を中心に説明する。
【００４１】
周波数設定部３５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４を制御するキャリア信号の周波数を設定するもので、固定値（例えば、３０ｋＨｚ）を設定し、キャリア信号生成部１７１〜１７４に出力する。
なお、キャリア信号の周波数は、実施の形態１と同様に、可聴周波数以上であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４の特性から定まるスイッチング損失増加が問題とならない周波数に設定される。
【００４２】
位相設定部３６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４を制御するキャリア信号のそれぞれの位相を設定するもので、入力電圧検出回路４１〜４４で検出した入力電圧と出力電圧設定部１１０からの出力目標電圧の内の最大値をバス電圧と定め、バス電圧と各入力電圧から各入力電圧に対するデューティ比（Ｒａｔｉｏ）を算出する。入力電圧検出回路４１〜４４で検出した各入力電圧に対するデューティ比の組合せから、各入力電圧に対応するキャリア信号の位相を決定し、キャリア信号生成部１７１〜１７４に出力する。
【００４３】
キャリア信号生成部１７１〜１７４は、周波数設定部３５０から入力されたキャリア周波数および、位相設定部３６０から入力されたキャリア位相に基づいて三角波を生成し、キャリア信号としてＰＷＭ信号生成部１８１〜１８４に出力する。ＰＷＭ信号生成部１８１〜１８４は、電圧制御部１４１〜１４４からの指令値とキャリア信号生成部１７１〜１７４から入力される三角波を比較し、ハイレベル信号／ローレベル信号のＰＷＭ信号をＤＣ／ＤＣコンバータ２１〜２４に出力する。
【００４４】
次に位相設定部３６０の具体的動作について、図８のフローチャートに基づいて説明する。位相設定部３６０は、入力電圧検出回路４１〜４４で検出した入力電圧と出力電圧設定部１１０からの出力目標電圧の内の最大値をバス電圧（Ｖｄｃ）に定める（ステップＳ２１）。バス電圧（Ｖｄｃ）と各入力電圧（Ｖｉｎ）から各入力電圧に対するデューティ比（Ｒａｔｉｏ）を式（３）で求める（ステップＳ２２）。
Ｒａｔｉｏ＝（１−Ｖｉｎ／Ｖｄｃ）                            （３）
【００４５】
任意の２つのデューティ比（Ｒａｔｉｏ）の和（ＰａｉｒｓＲ）をステップＳ２２で求めた各デューティ比（Ｒａｔｉｏ）の全ての組合せに対して求める（ステップＳ２３）。  ステップＳ２３で求めたＰａｉｒｓＲの中で値が式（４）で得られるＰＲｏｐｔの値（本実施の形態では１．０）に最も近いＰａｉｒｓＲを抽出する（ステップＳ２４）。
ＰＲｏｐｔ＝（Ｎｃｉｒｃｕｉｔ−ｍｏｄ（Ｎｃｉｒｃｕｉｔ，２））
／Ｎｃｉｒｃｕｉｔ              （４）
ここで、ＮｃｉｒｃｕｉｔはＤＣ／ＤＣコンバータの回路数、ｍｏｄ（ａ，ｂ）は、ａをｂで除算したときの剰余である。
抽出されたＰａｉｒｓＲに対応する入力電圧の組合せの内で、電圧値の大きい入力電圧の位相を０度とし、もう一方の位相を式（５）で得られるＰｈａｓｅＸ（本実施の形態では１８０度）とし、残って入力のうち電圧値の大きい入力の位相をＰｈａｓｅＸ−（３６０／Ｎｃｉｒｃｕｉｔ）（本実施の形態では９０度）とし、もう一方の位相をＰｈａｓｅＸ＋（３６０／Ｎｃｉｒｃｕｉｔ）（本実施の形態では２７０度）とする（ステップＳ２５）。
ＰｈａｓｅＸ＝（ＩＮＴ（Ｎｃｉｒｃｕｉｔ／２）／Ｎｃｉｒｃｕｉｔ）・３６０
（５）
ここで、ＩＮＴは、整数化処理を示す。
【００４６】
図９、図１０に本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の信号波形の一例を示す。図９および図１０は、入力電圧検出回路４１〜４４において検出した入力電圧が、それぞれ１４０Ｖ、１３０Ｖ、１１０Ｖ、１００Ｖであり、出力電圧設定部１１０からの出力目標電圧が２４０Ｖの場合の信号波形を示す。図９はキャリア信号の位相をそれぞれ０度、９０度、１８０度、２７０度に固定した場合であり、平滑コンデンサ電流の電流リプルが大きくなっている。
図１０は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置２００により、キャリア信号の位相の最適化処理を適応した場合であり、平滑コンデンサ電流の電流リプルが低減されている。
【００４７】
本実施の形態２では、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに入力される入力電圧と出力目標電圧から、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するそれぞれＰＷＭ信号の基準となるキャリア信号の位相がそれぞれ設定される。したがって、各入力電圧が異なる場合においても、各入力電圧の組み合わせに最適なキャリア信号の位相の組み合わせを設定できるので、平滑コンデンサの電流リプルを低減でき、平滑コンデンサの劣化を防ぐとともに平滑コンデンサの損失を抑制することができ、変換効率を改善することができる。
【００４８】
以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置２００は、複数の直流電源から直流電力の供給を受ける複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑コンデンサと、インバータと、複数の入力電圧、電流検出回路と、出力電圧検出回路と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路を備え、制御回路は出力電圧設定部と、補正信号生成部と、複数の入力電圧設定部と、指令値を生成する複数の電圧制御部と、各キャリア信号の周波数を複数のＤＣ／ＤＣコンバータの特性から定まる値に設定する周波数設定部と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各入力電圧と出力目標電圧から各キャリア信号の位相を設定する位相設定部と、複数のキャリア信号生成部と、複数のＰＷＭ信号生成部を備える構成としたものである。このため、変換効率を改善でき、省エネルギー化を図ることができる。さらに、平滑コンデンサのリプルを低減でき、平滑コンデンサの劣化を防ぎ、平滑コンデンサの損失を抑制することができる。
【００４９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１，２００  電力変換装置、２  商用電力系統、３  電源装置、
１１〜１４  直流電源、２１〜２４  ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０  インバータ、
４１〜４４  入力電圧検出回路、５１〜５４  入力電流検出回路、
６０  出力電圧検出回路、７０  平滑コンデンサ、１００，３００  制御回路、
１１０  出力電圧設定部、１２０  補正信号生成部、１３１〜１３４  入力電圧設定部、１４１〜１４４  電圧制御部、１５０，３５０  周波数設定部、
１６０，３６０  位相設定部、１７１〜１７４  キャリア信号生成部、
１８１〜１８４  ＰＷＭ信号生成部、Ｑ１〜Ｑ４  スイッチング素子、
Ｌ１〜Ｌ４  リアクトル、Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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