(57)【要約】【課題】指令電圧に応じて昇圧チョッパ回路及び降圧チョッパ回路のいずれか一方を動作させる電力変換装置において、昇圧動作時及び降圧動作時に指令電圧どおりの出力電圧が容易に得られる構成を提供する。【解決手段】４象限チョッパ回路２０は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを備える。回路制御部４は、指令電圧ＶＴに基づいて昇圧チョッパ回路及び降圧チョッパ回路のいずれか一方の駆動を制御する。線形補正部３は、昇圧チョッパ回路が動作する場合に指令電圧ＶＴとチョッパ回路から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとの関係が線形性を有するように、指令電圧ＶＴを補正して回路制御部４に出力する。【選択図】図１
2014183633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを備えるチョッパ回路と、
指令電圧に基づいて前記昇圧チョッパ回路及び前記降圧チョッパ回路のいずれか一方の駆動を制御する回路制御部と、
前記昇圧チョッパ回路が動作する場合に前記指令電圧と前記チョッパ回路から出力される出力電圧との関係が線形性を有するように、前記指令電圧を補正して前記回路制御部に出力する線形補正部とを備える、電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記線形補正部は、
前記指令電圧が前記チョッパ回路に入力される入力電圧よりも高いか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって前記指令電圧が前記入力電圧よりも高いと判定された場合、前記指令電圧を補正して前記回路制御部に出力する一方、前記判定部によって前記指令電圧が前記入力電圧よりも低いと判定された場合、前記指令電圧を前記回路制御部に出力する指令電圧補正部とを有する、電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出された前記出力電圧が前記指令電圧に一致するように、前記指令電圧を制御するフィードバック補正部とをさらに備える、電力変換装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置であって、
前記線形補正部は、前記昇圧チョッパ回路が動作する際の前記指令電圧の変化量に対する前記出力電圧の変化量の傾きが、前記降圧チョッパ回路が動作する際の前記指令電圧の変化量に対する前記出力電圧の変化量の傾きに一致するように前記指令電圧を補正する、電力変換装置。
【請求項５】
昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを有するチョッパ回路の制御装置であって、
指令電圧に基づいて前記昇圧チョッパ回路及び前記降圧チョッパ回路のいずれか一方の駆動を制御する回路制御部と、
前記昇圧チョッパ回路が動作する場合に前記指令電圧と前記チョッパ回路から出力される出力電圧との関係が線形性を有するように、前記指令電圧を補正して前記回路制御部に出力する線形補正部とを備える、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、さらに詳しくは、チョッパ回路を備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電圧を降圧又は昇圧させる回路として、チョッパ回路が知られている。降圧チョッパ回路は、トランジスタなどのスイッチング素子のオン時間、オフ時間を制御することにより、入力電圧よりも低い任意の電圧を出力する。昇圧チョッパ回路は、スイッチング素子のオン時間、オフ時間を制御することにより、入力電圧よりも高い任意の電圧を出力する。
【０００３】
降圧チョッパ回路の出力電圧と指令電圧との関係が線形性を有するのに対して、昇圧チョッパ回路の出力電圧と指令電圧との関係は、非線形性を有することが知られている。具体的には、昇圧チョッパ回路の出力電圧は、指令電圧に基づいて決定される所定のスイッチング素子のオフ時間に反比例して大きくなる。よって、所定のスイッチング素子のオフ時間を僅かに変化させた場合であっても、昇圧チョッパ回路の出力電圧は、大きく変化する。
【０００４】
一方、昇圧及び降圧が可能なチョッパ回路として、４象限チョッパ回路が知られている。４象限チョッパ回路は、例えば、直流電源から供給される直流電圧を所定の電圧に変換する電力変換装置に用いられる。特許文献１には、４象限チョッパ回路の構成が開示されている。
【０００５】
特許文献１において、４象限チョッパ回路は、リアクトルを挟んで入力側と出力側とに設けられた２つのレグを備える。各々のレグは、半導体スイッチング素子にダイオードを逆並列に接続した２つの回路（アーム）を直列に接続することにより形成される。指令電圧に応じて各半導体スイッチング素子のオン、オフを切り替えることにより、一方のレグ及びリアクトルを昇圧チョッパ回路として動作させることができ、他方のレグ及びリアクトルを降圧チョッパ回路として動作させることができる。これにより、４象限チョッパ回路は、昇圧動作及び降圧動作のいずれかを実行することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６８２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
４象限チョッパ回路における出力電圧と指令電圧との関係は、一般的なチョッパ回路と同様である。つまり、４象限チョッパ回路が降圧動作を行う場合、出力電圧と指令電圧との関係は、線形性を有し、４象限チョッパ回路が昇圧動作を行う場合、出力電圧と指令電圧との関係は、非線形性を有する。
【０００８】
従って、４象限チョッパ回路を電力変換装置に用いた場合、降圧動作と昇圧動作とで出力特性が異なるという問題が生じる。特に、昇圧動作の場合には、上述のように出力電圧と指令電圧との関係が非線形性を有するため、降圧動作の場合と同様の制御を行うと、指令電圧に対する出力電圧の誤差が大きくなる。これに対し、電力変換装置において昇圧動作の特性に合わせた制御を行うことが考えられるが、その場合には、降圧動作と昇圧動作とで別々の制御を行う必要があり、電力変換装置の制御が複雑になるという問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、指令電圧に応じて昇圧チョッパ回路及び降圧チョッパ回路のいずれか一方を動作させる電力変換装置において、昇圧動作時及び降圧動作時に指令電圧どおりの出力電圧が容易に得られる構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る電力変換装置は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを備えるチョッパ回路と、指令電圧に基づいて前記昇圧チョッパ回路及び前記降圧チョッパ回路のいずれか一方の駆動を制御する回路制御部と、前記昇圧チョッパ回路が動作する場合に前記指令電圧と前記チョッパ回路から出力される出力電圧との関係が線形性を有するように、前記指令電圧を補正して前記回路制御部に出力する線形補正部とを備える（第１の構成）。
【００１１】
昇圧チョッパ回路を動作させる場合、指令電圧と出力電圧との関係が線形性を有するように、指令電圧が補正される。これにより、出力電圧が指令電圧に一致するようにチョッパ回路を制御することが容易となる。よって、昇圧チョッパ回路及び降圧チョッパ回路のいずれか一方を動作させる電力変換装置において、昇圧動作時及び降圧動作時に指令電圧どおりの出力電圧を容易に得ることができる。
【００１２】
前記第１の構成において、前記線形補正部は、前記指令電圧が前記チョッパ回路に入力される入力電圧よりも高いか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記指令電圧が前記入力電圧よりも高いと判定された場合、前記指令電圧を補正して前記回路制御部に出力する一方、前記判定部によって前記指令電圧が前記入力電圧よりも低いと判定された場合、前記指令電圧を前記回路制御部に出力する指令電圧補正部とを有する（第２の構成）。
【００１３】
これにより、指令電圧が入力電圧よりも高い場合には、指令電圧が補正される一方、指令電圧が入力電圧よりも低い場合には、指令電圧は補正されない。つまり、昇圧チョッパ回路が動作するときのみ指令電圧が補正されるため、降圧チョッパ回路の動作時における指令電圧と出力電圧との関係が損なわれない。したがって、電力変換装置の昇圧動作時及び降圧動作時の両方で、指令電圧と出力電圧とは線形性の関係を有する。
【００１４】
前記第１又は第２の構成において、前記出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出された前記出力電圧が前記指令電圧に一致するように、前記指令電圧を制御するフィードバック補正部とをさらに備える（第３の構成）。
【００１５】
電力変換装置が昇圧動作を行う場合、既述のように指令電圧と出力電圧とは非線形性を有するため、検出された電圧に応じてフィードバック補正部が指令電圧を補正することにより、指令電圧の僅かな変化に対して出力電圧が大きく変動する。これに対し、上述のような線形補正部を設けることにより、指令電圧の変化に対する出力電圧の変動を抑えることができる。従って、指令電圧に応じて出力電圧を安定して出力することができる。
【００１６】
前記第１から第３のいずれかの構成において、前記線形補正部は、前記昇圧チョッパ回路が動作する際の前記指令電圧の変化量に対する前記出力電圧の変化量の傾きが、前記降圧チョッパ回路が動作する際の前記指令電圧の変化量に対する前記出力電圧の変化量の傾きに一致するように前記指令電圧を補正する（第４の構成）。
【００１７】
これにより、指令電圧を変化させた際の出力電圧の変化量が、降圧動作時及び昇圧動作時のいずれの場合も同じになる。したがって、電力変換装置の降圧動作時及び昇圧動作時の出力電圧の制御が容易になる。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る制御装置は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを有するチョッパ回路の制御装置である。制御装置は、指令電圧に基づいて前記昇圧チョッパ回路及び前記降圧チョッパ回路のいずれか一方の駆動を制御する回路制御部と、前記昇圧チョッパ回路が動作する場合に前記指令電圧と前記チョッパ回路から出力される出力電圧との関係が線形性を有するように、前記指令電圧を補正して前記回路制御部に出力する線形補正部とを備える（第５の構成）。
【００１９】
上述の制御装置を用いることにより、電力変換装置において第１の構成の作用効果が得られる。
【００２０】
なお、前記線形補正部は、前記入力電圧をＶｉｎ、前記指令電圧をＶｒｅｆ、前記補正された指令電圧をＶ＊とした場合、下記式を用いて前記指令電圧を補正する。
【００２１】
Ｖ＊＝２・Ｖｉｎ−（Ｖｉｎ・Ｖｉｎ）／Ｖｒｅｆ
この式を用いることにより、前記第１又は第５の構成における指令電圧の補正が実現できる。
【００２２】
チョッパ回路は、４象限チョッパ回路であることが好ましい。これにより、４象限チョッパ回路の入力側と出力側とが入れ替わる場合であっても、電圧を安定的に出力することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、昇圧チョッパ回路が動作する場合、指令電圧と出力電圧との関係が線形性を有するように指令電圧が補正される。これにより、電力変換装置は、降圧動作時及び昇圧動作時に、指令電圧どおりの出力電圧を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す線形補正部の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す電力変換装置において指令電圧を補正した場合における、指令電圧と出力電圧との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図４】図１に示す電力変換装置において指令電圧を補正しない場合における、指令電圧と出力電圧との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図５】図１に示す電力変換装置において指令電圧を補正した場合における、出力電圧の時間変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図６】図１に示す電力変換装置において指令電圧を補正しない場合における、出力電圧の時間変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又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。
【００２６】
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置１の構成を示す機能ブロック図である。電力変換装置１は、例えば、電気自動車の開発の際に、電気自動車のバッテリの代わりに用いられる直流模擬電源（バッテリシミュレータ）として用いられる。
【００２７】
図１を参照して、電力変換装置１は、指令電圧ＶＴに基づいて４象限チョッパ回路２０を制御する制御装置１０と、制御装置１０から供給される制御信号Ｓｉ１，Ｓｉ２に基づいて昇圧動作及び降圧動作のいずれか一方を実行する４象限チョッパ回路２０とを備える。以下、特に説明のない限り、４象限チョッパ回路２０を単に「チョッパ回路２０」と呼ぶ。
【００２８】
チョッパ回路２０は、直流電源（図示省略）から供給される直流電圧（入力電圧）Ｖｉｎを昇圧又は降圧する。チョッパ回路２０は、リアクトル２３と、直流電源に接続される端子Ｅ１，Ｅ２と、モータなどの供試体に接続される端子Ｅ３，Ｅ４と、１対のレグ２１，２２と、レグ２１，２２に対してそれぞれ並列に接続されるコンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。レグ２１は、リアクトル２３に対して端子Ｅ１，Ｅ２側に接続され、レグ２２は、リアクトル２３に対して端子Ｅ３，Ｅ４側に接続される。端子Ｅ２，Ｅ４が接地されることにより、端子Ｅ２，Ｅ４の電位は、チョッパ回路２０の基準電位となる。
【００２９】
レグ２１は、リアクトル２３とともに入力電圧Ｖｉｎの降圧に用いられ、端子Ｅ１と端子Ｅ２との間に直列に接続されたアーム２１１，２１２を備える。アーム２１１は、端子Ｅ１に接続され、スイッチング素子であるトランジスタＴＲ１と、トランジスタＴＲ１と逆並列に接続されたダイオードＤ１とを備える。アーム２１２は、端子Ｅ２に接続され、スイッチング素子であるトランジスタＴＲ２と、トランジスタＴＲ２と逆並列に接続されたダイオードＤ２とを備える。トランジスタＴＲ２のベースには、制御信号Ｓｉ１のレベルを反転させるＮＯＴ回路４７が接続される。
【００３０】
レグ２２は、リアクトル２３とともに入力電圧Ｖｉｎの昇圧に用いられ、端子Ｅ３と端子Ｅ４との間に直列に接続されたアーム２２１，２２２を備える。アーム２２１は、端子Ｅ３に接続され、スイッチング素子であるトランジスタＴＲ３と、トランジスタＴＲ３と逆並列に接続されたダイオードＤ３とを備える。アーム２２２は、端子Ｅ４に接続され、スイッチング素子であるトランジスタＴＲ４と、トランジスタＴＲ４と逆並列に接続されたダイオードＤ４とを備える。トランジスタＴＲ３のベースには、制御信号Ｓｉ２を反転させるＮＯＴ回路４８が接続される。
【００３１】
リアクトル２３は、レグ２１のアーム２１１，２１２の中点とレグ２２のアーム２２１，２２２の中点に接続される。リアクトル２３は、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の動作に応じて、電気エネルギーを蓄えたり、蓄えた電気エネルギーを解放したりする。
【００３２】
チョッパ回路２０は、制御装置１０から供給される制御信号Ｓｉ１，Ｓｉ２に応じて、入力電圧Ｖｉｎの昇圧又は降圧を実行する。すなわち、チョッパ回路２０は、昇圧チョッパ回路及び降圧チョッパ回路を含む。
【００３３】
入力電圧Ｖｉｎが降圧される場合、トランジスタＴＲ１は、制御信号Ｓｉ１に基づいてオン、オフが切り替わる。トランジスタＴＲ２は、制御信号Ｓｉ１のレベルが反転された信号に基づいてオン、オフが切り替わる。トランジスタＴＲ４は、制御信号Ｓｉ２によりオフの状態であり、トランジスタＴＲ３は、制御信号Ｓｉ２のレベルが反転された信号によりオンの状態である。
【００３４】
制御信号Ｓｉ１によって、トランジスタＴＲ１がオン状態で、トランジスタＴＲ２がオフ状態の場合、電流が、端子Ｅ１、アーム２１１、リアクトル２３、アーム２２１を流れることに伴って、リアクトル２３は、電気エネルギーをチャージする。トランジスタＴＲ３がオン状態で、トランジスタＴＲ４がオフ状態であるため、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎに一致する。
【００３５】
その後、トランジスタＴＲ２がオン状態になり、トランジスタＴＲ１がオフ状態になることにより、リアクトル２３に流れる電流が減少する。この状態では、リアクトル２３は、チャージされた電気エネルギーを、電流として出力する。トランジスタＴＲ１のオン時間及びオフ時間を通じての出力電圧Ｖｏｕｔの平均値は、入力電圧Ｖｉｎを下回る。このようにして、入力電圧Ｖｉｎが、チョッパ回路２０により降圧される。
【００３６】
入力電圧Ｖｉｎが昇圧される場合、トランジスタＴＲ３は、制御信号Ｓｉ２がレベル反転された信号によりオン、オフが切り替わる。トランジスタＴＲ４は、制御信号Ｓｉ２によりオン、オフが切り替わる。トランジスタＴＲ１は、制御信号Ｓｉ１によりオン状態であり、トランジスタＴＲ２は、制御信号Ｓｉ１がレベル反転された制御信号によりオフ状態である。
【００３７】
制御信号Ｓｉ２によって、トランジスタＴＲ４がオン状態で、トランジスタＴＲ３がオフ状態の場合、電流が、アーム２１１、リアクトル２３、アーム２２２を流れることに伴って、電気エネルギーがリアクトル２３にチャージされる。
【００３８】
トランジスタＴＲ４がオフ状態で、トランジスタＴＲ３がオン状態になることにより、電流が、アーム２１１、リアクトル２３、アーム２２１を流れる。このとき、リアクトル２３にチャージされた電気エネルギーが、入力電圧Ｖｉｎに上乗せされることにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎよりも高くなる。トランジスタＴＲ３のオン時間及びオフ時間を通じての出力電圧Ｖｏｕｔの平均値が入力電圧Ｖｉｎを上回る。このようにして、入力電圧Ｖｉｎが、チョッパ回路２０により昇圧される。
【００３９】
制御装置１０は、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値である指令電圧ＶＴに基づいてチョッパ回路２０を制御することにより、チョッパ回路２０に昇圧及び降圧のいずれか一方の動作を実行させる。制御装置１０は、チョッパ回路２０で検出された検出電圧Ｖｄ及び検出電流Ｉｄに基づいて指令電圧ＶＴを補正して調整指令電圧Ｖ２（指令電圧Ｖｒｅｆ）を生成するフィードバック補正部７と、調整指令電圧Ｖ２を入力電圧Ｖｉｎと比較した結果に応じて調整指令電圧Ｖ２を補正する線形補正部３と、補正された調整指令電圧Ｖ２をＰＷＭ変調して制御信号Ｓｉ１，Ｓｉ２を生成する回路制御部４とを備える。
【００４０】
フィードバック補正部７は、指令電圧ＶＴ及び検出電圧Ｖｄから指令電流ＩＴを生成するＡＶＲ７１（Automatic Voltage Regulator：自動電圧調整器）と、指令電流ＩＴ及び検出電流Ｉｄから調整指令電圧Ｖ２を生成するＡＣＲ７２（Automatic Current Regulator：自動電流調整器）とを備える。
【００４１】
ＡＶＲ７１は、指令電圧ＶＴと、検出電圧Ｖｄとの差分値に基づいて、検出電圧Ｖｄを指令電圧ＶＴに近づけるための指令電流ＩＴを生成する。検出電圧Ｖｄは、端子Ｅ３と端子Ｅ４との間の電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）を測定する電圧測定器５（電圧検出部）により検出された電圧値である。ＡＣＲ７２は、指令電流ＩＴと検出電流Ｉｄとの差分値に基づいて、検出電流Ｉｄを指令電流ＩＴに近づけるための調整指令電圧Ｖ２を生成する。検出電流Ｉｄは、リアクトル２３を流れる電流ＩＬの測定値であり、リアクトル２３とアーム２２１，２２２との間に設けられた電流測定器６により測定される。
【００４２】
線形補正部３は、調整指令電圧Ｖ２を入力電圧Ｖｉｎと比較し、比較結果に基づいて調整指令電圧Ｖ２を補正する。具体的には、線形補正部３は、調整指令電圧Ｖ２を入力電圧Ｖｉｎと比較する判定部３１と、判定部３１の比較結果に応じて調整指令電圧Ｖ２から補正指令電圧Ｖ＊を生成する補正演算部３２（指令電圧補正部）とを備える。
【００４３】
判定部３１は、調整指令電圧Ｖ２を入力電圧Ｖｉｎと比較し、その比較結果に応じて変数ＶＡとして調整指令電圧Ｖ２又は入力電圧Ｖｉｎを出力する。調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎよりも大きい場合、判定部３１は、変数ＶＡとして入力電圧Ｖｉｎを出力する。調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎ以下である場合、判定部３１は、変数ＶＡとして調整指令電圧Ｖ２を出力する。なお、判定部３１は、調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎ以上の場合に、変数ＶＡとして入力電圧Ｖｉｎを出力する一方、調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎよりも小さい場合に変数ＶＡとして調整指令電圧Ｖ２を出力してもよい。
【００４４】
補正演算部３２は、判定部３１から出力される変数ＶＡと、調整指令電圧Ｖ２とを用いて、下記式（１）に示す演算を実行して補正指令電圧Ｖ＊を生成する。
【００４５】
【数１】
2014183633.tif 000003
【００４６】
上記式（１）に示す演算を実行するために、補正演算部３２は、変数ＶＡの２乗を調整指令電圧Ｖ２で割った演算値Ａ１を生成する演算器３２１と、変数ＶＡを２倍した演算値Ａ２を生成する演算器３２２と、演算値Ａ２から演算値Ａ１を減算する演算器３２３とを備える。式（１）の第１項の演算は、演算器３２２で実行される。式（１）の第２項の演算は、演算器３２１で実行される。式（１）の第１項から第２項を減算する演算は、演算器３２３で実行される。
【００４７】
回路制御部４は、チョッパ回路２０に昇圧動作及び降圧動作のいずれか一方を実行させるために、ＰＷＭ変調を用いて、補正指令電圧Ｖ＊に基づく制御信号Ｓｉ１，Ｓｉ２を生成する。
【００４８】
補正指令電圧Ｖ＊が入力電圧Ｖｉｎ以下である場合、回路制御部４は、入力電圧Ｖｉｎをチョッパ回路２０によって降圧させるための制御信号Ｓｉ１，Ｓｉ２を生成する。入力電圧Ｖｉｎを降圧する場合、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のオン、オフを、補正指令電圧Ｖ＊に応じたデューティ比で制御する。このため、回路制御部４は、補正指令電圧Ｖ＊に応じたデューティ比が設定されたパルス信号を、制御信号Ｓｉ１としてチョッパ回路２０に供給する。また、回路制御部４は、ローレベルの制御信号Ｓｉ２をチョッパ回路２０に供給する。
【００４９】
補正指令電圧Ｖ＊が入力電圧Ｖｉｎよりも大きい場合、回路制御部４は、入力電圧Ｖｉｎをチョッパ回路２０によって昇圧させるための制御信号Ｓｉ１，Ｓｉ２を生成する。入力電圧Ｖｉｎを昇圧する場合、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４のオン、オフを、補正指令電圧Ｖ＊に応じたデューティ比で制御する。このため、回路制御部４は、補正指令電圧Ｖ＊に応じたデューティ比が設定されたパルス信号を、制御信号Ｓｉ２としてチョッパ回路２０に供給する。また、回路制御部４は、ローレベルの制御信号Ｓｉ１をチョッパ回路２０に供給する。
【００５０】
（線形補正部３の動作）
図２は、線形補正部３の動作を示すフローチャートである。以下、図２を参照しながら、線形補正部３の動作について説明する。
【００５１】
判定部３１は、調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎ以下の場合（ステップＳ１においてＮｏ）、判定部３１は、変数ＶＡとして調整指令電圧Ｖ２を設定する（ステップＳ２）。
【００５２】
補正演算部３２は、ステップＳ２の結果に基づいて、式（１）を計算する（ステップＳ４）。この結果、補正指令電圧Ｖ＊は、下記式（２）で表される。
【００５３】
【数２】
2014183633.tif 000004
【００５４】
調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎ以下の場合、調整指令電圧Ｖ２は、式（２）に示すように、補正指令電圧Ｖ＊として回路制御部４へそのまま出力される。調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎ以下の場合、チョッパ回路２０は、降圧動作を行う。つまり、チョッパ回路２０の降圧動作時において、調整指令電圧Ｖ２は、補正されない。
【００５５】
ステップＳ１の説明に戻る。調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎよりも大きい場合（ステップＳ１においてＹｅｓ）、判定部３１は、変数ＶＡとして入力電圧Ｖｉｎを設定する（ステップＳ３）。補正演算部３２は、ステップＳ３の結果に基づいて、上記式（１）を計算する（ステップＳ４）。この結果、Ｖ＊は、下記式（３）で表される。
【００５６】
【数３】
2014183633.tif 000005
【００５７】
式（３）で得られる補正指令電圧Ｖ＊が、回路制御部４に入力される。調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎよりも大きい場合、チョッパ回路２０は、昇圧動作を行う。チョッパ回路２０の昇圧動作時において、チョッパ回路２０は、補正された調整指令電圧Ｖ２に基づいて、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する。
【００５８】
線形補正部３を備えた電力変換装置１における指令電圧ＶＴと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を図３に示す。電力変換装置が線形補正部３を備えていない場合の指令電圧ＶＴと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を図４に示す。
【００５９】
線形補正部３を備えていない場合、出力電圧Ｖｏｕｔと指令電圧ＶＴとの関係は、図４に示すように、降圧動作時には線形であり、昇圧動作時には非線形である。
【００６０】
一方、線形補正部３を備えた電力変換装置１では、出力電圧Ｖｏｕｔと指令電圧ＶＴとの関係は、図３に示すように、昇圧動作時及び降圧動作時の両方で線形である。つまり、調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎよりも大きい場合、調整指令電圧Ｖ２を式（３）に基づいて補正することにより、チョッパ回路２０の昇圧動作時における指令電圧ＶＴと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を線形にすることができる。
【００６１】
また、図３に示すように、チョッパ回路２０の昇圧動作時における指令電圧ＶＴの変化量に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化量の傾きが、降圧動作時における指令電圧ＶＴの変化量に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化量の傾きと一致している。よって、調整指令電圧Ｖ２が入力電圧Ｖｉｎよりも大きい場合には、調整指令電圧Ｖ２を式（３）に基づいて補正することにより、調整指令電圧Ｖ２に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化量を、昇圧動作時と降圧動作時とで合わせることができる。つまり、チョッパ回路２０に入力電圧Ｖｉｎを昇圧させる場合と、入力電圧Ｖｉｎを降圧させる場合とで、同じ出力特性を用いてチョッパ回路２０を制御することができる。
【００６２】
また、降圧時における出力電圧Ｖｏｕｔと指令電圧ＶＴとの関係を示す直線の傾きは、電力変換装置１が線形補正部３を備えている場合と備えていない場合とで同じである。これは、電力変換装置１が線形補正部３を備えている場合であっても、チョッパ回路２０の降圧動作時には、調整指令電圧Ｖ２が補正されないからである。
【００６３】
（式（１）の導出）
以下、昇圧動作時における補正指令電圧Ｖ＊の計算に用いられる式（１）の導出について説明する。
【００６４】
一般的な降圧チョッパ回路において、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は、式（４）で表される。
【００６５】
【数４】
2014183633.tif 000006
【００６６】
式（４）において、Ｔｏｎは、降圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子のオン時間であり、Ｔは、スイッチング素子のオン時間とオフ時間との和である。チョッパ回路２０では、Ｔｏｎは、トランジスタＴＲ１のオン時間に相当する。
【００６７】
一方、一般的な昇圧チョッパ回路において、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は、式（５）で表される。
【００６８】
【数５】
2014183633.tif 000007
【００６９】
式（５）において、Ｔｏｆｆは、昇圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子のオフ時間である。チョッパ回路２０では、Ｔｏｆｆは、トランジスタＴＲ３のオフ時間に相当する。式（５）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｔｏｆｆに反比例する。
【００７０】
ここで、チョッパ回路２０が昇圧動作を行う場合において、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係が、降圧チョッパ回路と同様、線形性を有すると仮定する。つまり、図３に示すように、指令電圧ＶＴが入力電圧Ｖｉｎよりも大きい場合であっても、出力電圧Ｖｏｕｔが、Ｔｏｎに比例して増加すると仮定する。この仮定に基づくと、Ｔｏｎ＝０の場合、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎに等しい。前記仮定に基づいた場合、チョッパ回路２０が昇圧動作を実行する場合の出力電圧Ｖｏｕｔは、式（６）で表される。
【００７１】
【数６】
2014183633.tif 000008
【００７２】
式（６）は、図３において、指令電圧ＶＴが入力電圧Ｖｉｎよりも大きい領域での入力電圧と出力電圧との関係（図３のＶｉｎよりも大きい範囲の直線）を示す。式（５）は、指令電圧ＶＴが入力電圧Ｖｉｎ以下の領域での入力電圧と出力電圧との関係（図３のＶｉｎ以下の範囲の直線）を示す。
【００７３】
式（５）及び式（６）を用いて、補正指令電圧Ｖ＊と調整指令電圧Ｖ２との関係式を求める。具体的には、式(６)において、Ｖｏｕｔを補正指令電圧Ｖ＊に置き換える。そして、Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆの関係式を用いて、式（６）をＴｏｆｆについて解いた場合、Ｔｏｆｆは、下記式（７）で表される。
【００７４】
【数７】
2014183633.tif 000009
【００７５】
昇圧チョッパ回路における、オフ時間Ｔｏｆｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す式（５）を用いて、式（７）を補正指令電圧Ｖ＊について解く。この結果、補正指令電圧Ｖ＊と実際の出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す式（８）が導き出される。
【００７６】
【数８】
2014183633.tif 000010
【００７７】
式（８）において、出力電圧Ｖｏｕｔに調整指令電圧Ｖ２を代入し、入力電圧Ｖｉｎとして変数ＶＡを代入する。この結果、式（１）を得ることができる。
【００７８】
このように、線形補正部３は、式（１）を用いることにより、チョッパ回路２０の昇圧動作時において、指令電圧ＶＴと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係が線形性を有するように調整指令電圧Ｖ２を補正することができる。
【００７９】
（出力電圧Ｖｏｕｔの安定性）
線形補正部３を備える電力変換装置１を用いることにより、電力変換装置１は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する場合であっても、Ｖｏｕｔを安定して出力することができる。図５は、昇圧動作時に調整指令電圧Ｖ２を補正した場合における、出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示すグラフである。図６は、昇圧動作時に調整指令電圧Ｖ２を補正しない場合における、出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示すグラフである。
【００８０】
図５及び図６において、指令電圧ＶＴは、入力電圧Ｖｉｎよりも高いＶＢに設定されている。縦軸は、出力電圧Ｖｏｕｔを示し、横軸は、時間を示す。図６に示すように、調整指令電圧Ｖ２を補正しない場合、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧ＶＢを中心に変動する。入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係が非線形的であるため、フィードバック補正部７が調整指令電圧Ｖ２を変化させると出力電圧Ｖｏｕｔが大きく変化する。その出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて指令電圧ＶＴを再度調整することにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、さらに変動する。この結果、出力電圧Ｖｏｕｔは増減を続け、出力電圧Ｖｏｕｔを指令電圧ＶＴに収束させることができない。
【００８１】
一方、図５に示すように、調整指令電圧Ｖ２を補正した場合、出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧ＶＢでほぼ一定となっている。調整指令電圧Ｖ２を補正することにより、調整指令電圧Ｖ２と出力電圧Ｖｏｕｔとの関係が線形性を有するため、フィードバック補正部７が調整指令電圧Ｖ２の変化に伴う出力電圧Ｖｏｕｔの変動を抑制することができる。したがって、フィードバック補正部７を用いることにより、出力電圧Ｖｏｕｔを指令電圧ＶＴに一致させることが容易となる。
【００８２】
以上説明したように、電力変換装置１は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する場合、指令電圧ＶＴと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係が線形性を有するように調整指令電圧Ｖ２を補正する。これにより、電力変換装置１は、入力電圧Ｖｉｎの降圧及び昇圧に関係なく、指令電圧ＶＴどおりの出力電圧Ｖｏｕｔを容易に且つ安定して出力することができる。
【００８３】
前記実施の形態において、端子Ｅ１，Ｅ２間の電圧が入力電圧Ｖｉｎであり、端子Ｅ３，Ｅ４間の電圧が出力電圧Ｖｏｕｔである場合を例に説明した。しかし、端子Ｅ３，Ｅ４を入力側とし、端子Ｅ１，Ｅ２側を出力側としてもよい。この場合、電圧測定器５が、端子Ｅ１，Ｅ２間の電圧を測定できるように配置されればよい。これにより、リアクトル２３に流れる電流の向きが逆となった場合であっても、４象限チョッパ回路２０によって、指令電圧ＶＴに応じた出力電圧Ｖｏｕｔを安定して出力することができる。
【００８４】
前記実施の形態において、チョッパ回路２０が４象限チョッパ回路である例を説明したが、これに限られない。チョッパ回路２０は、順方向昇圧及び順方向降圧を行う２象限チョッパ回路であってもよい。ここで、順方向とは、図１に示す電流ＩＬの向きである。あるいは、チョッパ回路２０は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを個別に備える構成であってもよい。つまり、電力変換装置１は、昇圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路と、線形補正部３と、回路制御部４とを備えていればよい。
【００８５】
前記実施の形態において、フィードバック補正部７が、ＡＶＲ７１及びＡＣＲ７２を備える例を説明したが、これに限られない。例えば、フィードバック補正部７は、ＡＶＲ７１及びＡＣＲ７２のいずれか一方のみを備えていてもよい。あるいは、電力変換装置１は、フィードバック補正部７を備えていなくてもよい。この場合、線形補正部３は、指令電圧ＶＴを補正する。すなわち、本実施形態では、線形補正部３は調整指令電圧Ｖ２を補正しているが、この限りではなく、指令電圧ＶＴを補正してもよい。本発明の指令電圧Ｖｒｅｆは、フィードバック補正部７がない構成の場合には指令電圧ＶＴを、フィードバック補正部７を有する構成の場合には調整指令電圧Ｖ２をそれぞれ意味する。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明による電力変換装置は、所望の電圧を得るために直流電圧を昇圧又は降圧する装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１  電力変換装置
２  ４象限チョッパ回路（チョッパ回路）
３  線形補正部
４  回路制御部
５  電圧測定器（電圧検出部）
６  電流測定器
７  フィードバック補正部
３１  判定部
３２  補正演算部（指令電圧補正部）
３２１，３２２，３２３  演算器
７１  ＡＶＲ
７２  ＡＣＲ
【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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