(57)【要約】【課題】電力変換回路の途中で他の回路に電力が供給されても、出力電力を正しく推定する技術を提供することを目的とする。【解決手段】昇圧型ＰＦＣ回路２と、昇圧型ＰＦＣ回路２に接続されるメイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３と、昇圧型ＰＦＣ回路２に接続されるサブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４と、メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電力により昇圧型ＰＦＣ回路２、メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３、及びサブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４の動作を制御する制御回路１０とを備えて電力変換回路１を構成し、制御回路１０は、昇圧型ＰＦＣ回路２に入力される電力から、昇圧型ＰＦＣ回路２及びメイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３の損失と、サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４に入力される電力とを差し引いて、メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電力を求める。【選択図】図１
2014197950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電力変換回路と、
前記第１の電力変換回路に接続される第２の電力変換回路と、
前記第１の電力変換回路又は前記第２の電力変換回路に接続される第３の電力変換回路と、
前記第２の電力変換回路の出力電力により前記第１〜第３の電力変換回路の動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記第１の電力変換回路に入力される電力から、前記第１の電力変換回路及び前記第２の電力変換回路の損失と、前記第３の電力変換回路に入力される電力とを差し引いて、前記第２の電力変換回路の出力電力を求める
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換回路であって、
前記第２の電力変換回路にはメインバッテリが接続され、
前記第３の電力変換回路には補機バッテリが接続され、
前記第１の電力変換回路を介して前記メインバッテリと前記補機バッテリとを同時に充電する
ことを特徴とする電力変換回路。
【請求項３】
第１の電力変換回路の入力電力を求める第１工程と、
前記第１の電力変換回路及び前記第１の電力変換回路に接続される第２の電力変換回路の損失を求める第２工程と、
前記第１の電力変換回路又は前記第２の電力変換回路に接続される第３の電力変換回路の入力電力を求める第３工程と、
前記第１の電力変換回路の入力電力から、前記第１の電力変換回路及び前記第２の電力変換回路の損失と、前記第３の電力変換回路の入力電力とを差し引いて、前記第２の電力変換回路の出力電力を求める第４工程と、
を有することを特徴とする出力電力推定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の出力電力推定方法であって、
前記第２の電力変換回路にはメインバッテリが接続され、
前記第３の電力変換回路には補機バッテリが接続され、
前記第１の電力変換回路を介して前記メインバッテリと前記補機バッテリとを同時に充電する
ことを特徴とする出力電力推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に変換する電力変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換回路の出力電力を推定する方法として様々なものがある（例えば、特許文献１参照）。例えば、電力変換回路の入力電力から電力変換回路の損失を減算することにより、電力変換回路の出力電力を求めるものがある。
【０００３】
しかしながら、このような推定方法では、電力変換回路の途中で他の回路に電力が供給される場合、電力変換回路の出力電力を正しく推定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６６５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、電力変換回路の入力電力を用いて電力変換回路の出力電力を推定する場合において、電力変換回路の途中で他の回路に電力が供給されても、出力電力を正しく推定する技術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】
【０００６】
本実施形態の電力変換回路は、第１の電力変換回路と、前記第１の電力変換回路に接続される第２の電力変換回路と、前記第１の電力変換回路又は前記第２の電力変換回路に接続される第３の電力変換回路と、前記第２の電力変換回路の出力電力により前記第１〜第３の電力変換回路の動作を制御する制御回路とを備える。
【０００７】
前記制御回路は、前記第１の電力変換回路に入力される電力から、前記第１の電力変換回路及び前記第２の電力変換回路の損失と、前記第３の電力変換回路に入力される電力とを差し引いて、前記第２の電力変換回路の出力電力を求める。
【０００８】
このように、第３の電力変換回路の入力電力も考慮して第２の電力変換回路の出力電力を求めているため、第２の電力変換回路の出力電力を正しく推定することができる。すなわち、電力変換回路の途中で他の回路に電力が供給されても、電力変換回路の出力電力を正しく推定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電力変換回路の入力電力を用いて電力変換回路の出力電力を推定する場合において、電力変換回路の途中で他の回路に電力が供給されても、出力電力を正しく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の電力変換回路を示す図である。
【図２】制御回路の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、実施形態の電力変換回路を示す図である。
図１に示す電力変換回路１は、昇圧型ＰＦＣ（Power  Factor  Correction）回路２（第１の電力変換回路）と、メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３（第２の電力変換回路）と、サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４（第３の電力変換回路）と、電流検出部５、６と、電圧検出部７〜９と、制御回路１０とを備える。なお、電力変換回路１は、例えば、車両に搭載されるものであって、メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３にはメインバッテリBmが接続され、サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４には補機バッテリBsが接続される。このように構成される場合、メインバッテリBmの充電中に補機バッテリBsも充電することができるため、補機バッテリBsから供給される電力により制御回路１０を駆動する場合であっても、補機バッテリBsが上がってしまうことを抑えることができる。
【００１２】
昇圧型ＰＦＣ回路２は、電力変換回路１に入力される交流電力の力率を改善するとともに、その交流電力を直流電力に変換するものであって、インダクタ１１と、スイッチング素子１２と、ダイオード１３と、コンデンサ１４とを備える。なお、スイッチング素子１２は、MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）に限らず、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）やバイポーラトランジスタなどでもよい。インダクタ１１の一方端は電力変換回路１の入力端子に接続され、インダクタ１１の他方端はスイッチング素子１２のドレイン端子及びダイオード１３のアノード端子に接続されている。ダイオード１３のカソード端子はコンデンサ１４の一方端に接続されている。コンデンサ１４の他方端はスイッチング素子１２のソース端子に接続されている。スイッチング素子１２がオンすると、インダクタ１１及びスイッチング素子１２に電流が流れ、スイッチング素子１２がオフすると、インダクタ１１及びダイオード１３に電流が流れる。インダクタ１１に流れる電流が擬似的に理想的な正弦波となるように、スイッチング素子１２のオン、オフを制御する制御信号Spfcのデューティ比が調整されることにより、入力電力の力率が改善される。また、力率改善後の電力はコンデンサ１４により平滑されて直流電力となる。
【００１３】
メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、スイッチング素子１５〜１８と、トランス１９と、整流回路２０と、平滑回路２１とを備える。なお、スイッチング素子１５〜１８は、MOSFETに限らず、IGBTやバイポーラトランジスタなどでもよい。
【００１４】
整流回路２０は、ダイオード２２〜２５を備える。なお、整流回路２０の回路構成は、特に限定されない。
平滑回路２１は、インダクタ２６と、コンデンサ２７とを備える。
【００１５】
スイッチング素子１５、１６は互いに直列接続されるとともにコンデンサ１４に並列接続されている。スイッチング素子１７、１８は互いに直列接続されるとともにスイッチング素子１５、１６に並列接続されている。トランス１９の１次コイルの一方端はスイッチング素子１７、１８の接続点に接続され、トランス１９の１次コイルの他方端はスイッチング素子１５、１６の接続点に接続されている。スイッチング素子１６、１８は、メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３の１次側のグランドに接続されている。ダイオード２２のカソード端子はインダクタ２６の一方端及びダイオード２４のカソード端子に接続され、ダイオード２２のアノード端子はトランス１９の２次コイルの一方端及びダイオード２３のカソード端子に接続されている。ダイオード２４のアノード端子はトランス１９の２次コイルの他方端及びダイオード２５のカソード端子に接続されている。ダイオード２３、２５のアノード端子はそれぞれ電力変換回路１の２次側グランドに接続されている。コンデンサ２７はメイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力段に設けられている。インダクタ２６の他方端はコンデンサ２７の一方端に接続されている。コンデンサ２７の他方端は電力変換回路１の２次側グランドに接続されている。
【００１６】
制御信号Sm１〜Sm４によりスイッチング素子１５、１８とスイッチング素子１６、１７とが交互にオン、オフすることで、昇圧型ＰＦＣ回路２から出力される直流電力が交流電力に変換されてトランス１９の１次コイルから２次コイルに伝わる。そして、２次コイルに伝わった交流電力は整流回路２０により整流された後、平滑回路２１により平滑されて出力される。
【００１７】
サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、スイッチング素子２８、２９と、コンデンサ３０、３１と、トランス３２と、ダイオード３３、３４と、インダクタ３５と、コンデンサ３６とを備える。
【００１８】
スイッチング素子２８、２９は互いに直列接続されるとともにコンデンサ１４に並列接続されている。コンデンサ３０、３１は互いに直列接続されるとともにスイッチング素子２８、２９に並列接続されている。トランス３２の１次コイルの一方端はスイッチング素子２８、２９の接続点に接続され、トランス３２の１次コイルの他方端はコンデンサ３０、３１の接続点に接続されている。ダイオード３３のアノード端子はトランス３２の２次コイルの一方端に接続され、ダイオード３３のカソード端子はダイオード３４のカソード端子及びインダクタ３５の一方端に接続されている。ダイオード３４のアノード端子はトランス３２の２次コイルの他方端に接続されている。コンデンサ３６はサブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４の出力段に設けられている。インダクタ３５の他方端はコンデンサ３６の一方端に接続されている。コンデンサ３６の他方端はトランス３２の２次コイルの中央タップに接続されている。
【００１９】
制御信号Ss１、Ss２によりスイッチング素子２８、２９が交互にオン、オフすることで、昇圧型ＰＦＣ回路２から出力される直流電力が交流電力に変換されてトランス３２の１次コイルから２次コイルに伝わる。そして、２次コイルに伝わった交流電力はダイオード３３、３４により整流された後、インダクタ３５及びコンデンサ３６により平滑されて出力される。
【００２０】
電流検出部５は昇圧型ＰＦＣ回路２の入力電流Iminを検出し、電流検出部６はサブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４の入力電流Isinを検出する。なお、電流検出部５、６は、例えば、電流計とする。
【００２１】
電圧検出部７は昇圧型ＰＦＣ回路２の入力電圧Vminを検出し、電圧検出部８はメイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧Vmoutを検出し、電圧検出部９はサブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４の出力電圧Vsoutを検出する。なお、電圧検出部７〜９は、例えば、電圧計とする。
【００２２】
制御回路１０は、入力電流Imin、Isin、入力電圧Vmin、及び出力電圧Vmout、Vsoutを用いて、メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３（電力変換回路１）の出力電力Pmoutを求め、その出力電力Pmoutを用いて、制御信号Spfc、制御信号Sm1〜Sm4、及び制御信号Ss1、Ss2を出力する。なお、制御回路１０は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、マルチコアCPU、プログラマブルなデバイス（FPGA（Field Programmable Gate Array）、PLD（Programmable Logic Device))などに構成され、不図示の記憶部に記憶されているプログラムをCPU、プログラマブルなデバイス、又はPLDなどが読み出して実行することにより、制御回路１０の動作が実現される。
【００２３】
図２は、出力電力Pmoutを求める際の制御回路１０の動作を示すフローチャートである。
まず、制御回路１０は、入力電流Imin及び入力電圧Vminを取得し、昇圧型ＰＦＣ回路２（電力変換回路１）の入力電力Pminを求める（Ｓ１）。例えば、制御回路１０は、入力電流Iminと入力電圧Vminを乗算することにより入力電力Pminを求める。
【００２４】
次に、制御回路１０は、出力電圧Vmoutを取得し、昇圧型ＰＦＣ回路２及びメイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３の損失Plossを求める（Ｓ２）。入力電力Pminに対応する損失Ploss（入力電力Pmin−損失Ploss特性）は線形近似が可能であり、例えば、制御回路１０は、Ploss＝f（Vmout）×Pmin＋g（Vmout）を計算することにより損失Plossを求める。なお、f（Vmout）は出力電圧Vmoutの関数であって線形近似の傾きを示し、例えば、f（Vmout）＝−「係数」×Vmout+「固定値」を計算することにより求められる。また、g（Vmout）は出力電圧Vmoutの関数であって線形近似の切片を示し、例えば、g（Vmout）=「係数」×Vmout−「固定値」を計算することによって求められる。なお、昇圧型ＰＦＣ回路２の前段にフィルタ回路が設けられる場合であっても、同様な計算を行うことによってフィルタ回路の損失を含めた損失Plossを求めることができる。
【００２５】
次に、制御回路１０は、入力電流Isin及び出力電圧Vsoutを取得し、サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４の入力電力Psinを求める（Ｓ３）。例えば、制御回路１０は、近似式などを用いて入力電流Isinからサブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４の出力電流Isoutを求め、Psin=Isout×Vsout／「効率［％］」を計算することにより、入力電力Psinを求める。なお、「効率」は実験などにより予め求めておくものとする。また、トランス３２の１次コイルに流れる電流は徐々に増加し一定値にならないため、入力電流Isinから出力電流Isoutを求める際、その出力電流Isoutを平均電流として求めてもよい。
【００２６】
そして、制御回路１０は、入力電力Pminから損失Ploss及び入力電力Psinを減算することによりメイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３（電力変換回路１）の出力電力Poutを求める（Ｓ４）。
【００２７】
このように、本実施形態の電力変換回路１では、入力電力Pminから損失Plossだけでなく入力電力Psinも減算することにより電力変換回路１の出力電力Pmoutを求めている。これにより、電力変換回路１の途中でサブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４に電力が供給されても、電力変換回路１の出力電力Pmoutを正しく推定することができる。
【００２８】
また、本実施形態の電力変換回路１では、出力電力Pmoutを推定するために、電力変換回路１の出力電流を検出する電流検出部を新たに備える必要がないため、その分コストを低減することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４がコンデンサ１４に並列接続される構成であるが、サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４のトランス３２の２次コイルをトランス１９の２次コイルとトランス結合させるように構成してもよい。このように構成する場合、電流検出部６は、サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４のトランス３２の２次コイルに設けられる。
【符号の説明】
【００３０】
１  電力変換回路
２  昇圧型ＰＦＣ回路
３  メイン絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
４  サブ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
５、６  電流検出部
７〜９  電圧検出部
１０  制御回路
【図２】
2014197950.tif 000003
【図１】
2014197950.tif 000004