(57)【要約】  エネルギーマネジメントシステム（１）は、ＨＶＤＣバス（１０）に接続された発電装置（２０）と、ＨＶＤＣバス（１０）に接続された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（３０）と、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（３０）に接続されたインバータ（４０）とを備える。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（３０）は、非絶縁型のチョッパコンバータ（３１）と、絶縁型のＬＬＣ共振コンバータ（３２）とが直列に接続されて構成され、その接続点にはＨＶＤＣバス（１０）が接続される。チョッパコンバータ（３１）は、二次電池（Ｂ１）の充電電圧を所定値に変圧してＨＶＤＣバス（１０）へ出力する。ＬＬＣ共振コンバータ（３２）は、ＨＶＤＣバス（１０）から入力される直流電圧を変圧してインバータ（４０）へ出力する。これにより、高効率な電圧変換と、絶縁とを同時に実現できるエネルギーマネジメントシステムを提供する。
2017038363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧バスと、
前記直流電圧バスに接続され、発電された電力を前記直流電圧バスへ出力する発電装置と、
前記直流電圧バスに接続された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部と、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部に接続され、入力される交流電圧を直流電圧に変換し、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部へ出力し、また、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部から入力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
を備え、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、
二次電池接続部を有する非絶縁型のチョッパコンバータと、
前記チョッパコンバータと前記インバータとに接続された絶縁型の共振コンバータと、
を含み、
前記チョッパコンバータと前記共振コンバータとの接続点は、前記直流電圧バスに接続され、
前記チョッパコンバータは、
前記接続点から入力される直流電圧を変圧して前記二次電池接続部へ出力し、また、前記二次電池接続部から入力される直流電圧を変圧して前記接続点へ出力し、
前記共振コンバータは、
前記接続点から入力される直流電圧を変圧して前記インバータへ出力し、また、前記インバータから入力される直流電圧を変圧して前記接続点へ出力する、
エネルギーマネジメントシステム。
【請求項２】
前記チョッパコンバータ、及び前記共振コンバータはそれぞれ、スイッチング素子を有し、
前記チョッパコンバータ、及び前記共振コンバータを、スイッチング制御する制御部、をさらに備え、
前記制御部は、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部の起動時に、前記チョッパコンバータをソフトスタート起動させる、
請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部を起動して以降、固定周波数で前記共振コンバータをスイッチング制御する、
請求項２に記載のエネルギーマネジメントシステム。
【請求項４】
前記制御部は、
前記チョッパコンバータ、及び前記共振コンバータを同時に起動する、
請求項２又は３に記載のエネルギーマネジメントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅又は工場等において発電された電力を使用するエネルギーマネジメントシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーマネジメントシステム、例えば太陽光発電システムは、発電装置からの発電電力、又は電力系統（商用電源）からの電力で二次電池を充電し、また、発電電力又は二次電池の放電電力を住宅内の分電盤へ供給する。この太陽光発電システムでは、二次電池に対して充電又は二次電池から放電される直流電圧を所定の定電圧に変換するために、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが一般的に用いられる。【０００３】
特許文献１には、絶縁しつつ、所定の比率で電圧を高効率に変換するＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている。特許文献１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータは、双方向チョッパの第１コンバータと、絶縁型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第２コンバータとが接続された構成である。そして、二次電池を充電する場合は、直流電圧を第２コンバータで絶縁し、第１コンバータで電圧を調整して二次電池を充電する。二次電池を放電する場合は、第１コンバータで電圧を所定の電圧に変換し、第２コンバータで絶縁する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、エネルギーマネジメントシステムにおける双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電圧バス（ＨＶＤＣバス）に接続されている。このＨＶＤＣバスには、発電装置及びインバータ等が接続されている。そして、エネルギーマネジメントシステムでは、インバータからの出力を安定させるために、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して二次電池を充放電させるなどして、ＨＶＤＣバスの電圧が常に所定の電圧値を維持するように制御している。【０００６】
特許文献１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータを用いた場合、第２コンバータ（第１のコンバータとの接続部との反対側）がＨＶＤＣバスに接続される構成となる。このため、ＨＶＤＣバスの電圧が低下し、二次電池を放電してＨＶＤＣバスへ電圧を印加する場合、第２コンバータは、出力電圧がＨＶＤＣバスの電圧に近づくよう駆動する必要がある。第２コンバータは、電流共振型コンバータであるため、共振条件下においてはトランスの巻数比によって電圧変換比率が決まる。このため、出力電圧を調整する際には、第２コンバータはＰＦＭ制御を行う必要がある。この場合、第２コンバータは、共振条件を外れて駆動することとなり、最適な駆動周波数で駆動することで得られる高効率電圧変換を常時実現できない。【０００７】
そこで、本発明の目的は、高効率な電圧変換と、絶縁とを同時に実現できるエネルギーマネジメントシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るエネルギーマネジメントシステムは、直流電圧バスと、前記直流電圧バスに接続され、発電された電力を前記直流電圧バスへ出力する発電装置と、前記直流電圧バスに接続された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部と、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部に接続され、入力される交流電圧を直流電圧に変換し、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部へ出力し、また、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部から入力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、を備え、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、二次電池接続部を有する非絶縁型のチョッパコンバータと、前記チョッパコンバータと前記インバータとに接続された絶縁型の共振コンバータと、を含み、前記チョッパコンバータと前記共振コンバータとの接続点は、前記直流電圧バスに接続され、前記チョッパコンバータは、前記接続点から入力される直流電圧を変圧して前記二次電池接続部へ出力し、また、前記二次電池接続部から入力される直流電圧を変圧して前記接続点へ出力し、前記共振コンバータは、前記接続点から入力される直流電圧を変圧して前記インバータへ出力し、また、前記インバータから入力される直流電圧を変圧して前記接続点へ出力することを特徴とする。【０００９】
この構成では、チョッパコンバータで電圧を所定値に変圧でき、共振コンバータでインバータ側と直流電圧バス側とを絶縁できる。また、チョッパコンバータで所定値に変圧することで、発電装置から出力される電力に変動があっても、共振コンバータへの入力電圧を一定にできるため、共振コンバータは、変圧比を考慮することなく高効率に駆動することができる。その結果、エネルギーマネジメントシステムは、高効率な電圧変換と、絶縁とを同時に実現できる。【００１０】
前記チョッパコンバータ、及び前記共振コンバータはそれぞれ、スイッチング素子を有し、前記エネルギーマネジメントシステムは、前記チョッパコンバータ、及び前記共振コンバータを、スイッチング制御する制御部、をさらに備え、前記制御部は、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部の起動時に、前記チョッパコンバータをソフトスタート起動させる構成でもよい。【００１１】
この構成では、チョッパコンバータをソフトスタート起動させることで、共振コンバータの起動時において、共振コンバータへの入力電圧（チョッパコンバータの出力電圧）が定常状態に比べて低いため、共振コンバータへの突入電流を抑制できる。このため、耐圧の高い素子で共振コンバータを構成する必要がない。また、共振コンバータは、突入電流抑制のために電圧変換比を下げる目的で、駆動周波数を共振周波数から大きく外れた領域で駆動する必要がなくなり、共振周波数又は共振周波数に近接した周波数を駆動周波数とする高効率駆動が、起動直後から可能となる。【００１２】
前記制御部は、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部を起動して以降、固定周波数で前記共振コンバータをスイッチング制御してもよい。【００１３】
この構成では、共振コンバータをＰＦＭ制御する必要がなく、高効率な周波数で常時制御することができる。【００１４】
前記制御部は、前記チョッパコンバータ、及び前記共振コンバータを同時に起動してもよい。【００１５】
この構成では、チョッパコンバータから共振コンバータへ突入電流が流れ込むおそれを抑制できる。例えば、チョッパコンバータがキャパシタを有し、チョッパコンバータの起動後に共振コンバータを起動させた場合、キャパシタが充電された状態で共振コンバータを駆動することになる。この場合、キャパシタの充電電圧によって、共振コンバータに突入電流が流れ込むおそれがある。これに対し、上記構成では、チョッパコンバータ及び共振コンバータを同時に起動されることで、突入電流の流れ込みを防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高効率な電圧変換と、絶縁とを同時に実現できるエネルギーマネジメントシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態に係るエネルギーマネジメントシステムの構成を示す図である。
【図２】図２は、発電装置及び双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図３】図３は、インバータの回路図である。
【図４】図４は、チョッパコンバータとＬＬＣ共振コンバータとに印加するゲート信号のタイムチャートを示す図である。
【図５】図５は、ＬＬＣ共振コンバータの周波数特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本実施形態に係るエネルギーマネジメントシステム１の構成を示す図である。
【００１９】
エネルギーマネジメントシステム１は、ＨＶＤＣバス１０、発電装置２０、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０及びインバータ４０を備えている。ＨＶＤＣバス１０には、発電装置２０及び双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が接続されている。ＨＶＤＣバス１０は、本発明に係る「直流電圧バス」に相当する。また、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、本発明に係る「双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ部」に相当する。
【００２０】
発電装置２０は、光発電パネル２１とＰＶコンバータ２２とを備えている。ＰＶコンバータ２２は、光発電パネル２１で発生した電力をＨＶＤＣバス１０へ出力する。なお、発電装置２０は、風力発電装置又はガス発電装置等であってもよい。
【００２１】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、チョッパコンバータ３１と、ＬＬＣ共振コンバータ３２と、制御部３３とを有している。後に詳述するが、チョッパコンバータ３１及びＬＬＣ共振コンバータ３２はそれぞれスイッチング素子を有し、制御部３３は、それらのスイッチング素子をスイッチング制御する。
【００２２】
チョッパコンバータ３１とＬＬＣ共振コンバータ３２とは直列に接続されている。また、チョッパコンバータ３１とＬＬＣ共振コンバータ３２との接続点には、ＨＶＤＣバス１０が接続されている。すなわち、チョッパコンバータ３１及びＬＬＣ共振コンバータ３２はそれぞれ、ＨＶＤＣバス１０に接続されている。また、チョッパコンバータ３１には二次電池Ｂ１が接続されている。ＬＬＣ共振コンバータ３２にはインバータ４０が接続されている。
【００２３】
チョッパコンバータ３１は、非絶縁型の双方向チョッパ回路である。チョッパコンバータ３１は、一方から入力される直流電圧を変圧（昇圧又は降圧）し、他方から出力する。すなわち、チョッパコンバータ３１は、二次電池Ｂ１から入力される電圧を変圧し、ＨＶＤＣバス１０へ出力する。これにより、二次電池Ｂ１は放電される。また、チョッパコンバータ３１は、ＨＶＤＣバス１０から入力される電圧を変圧し、二次電池Ｂ１へ出力する。これにより、二次電池Ｂ１は充電される。
【００２４】
ＬＬＣ共振コンバータ３２は、絶縁型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。ＬＬＣ共振コンバータ３２は、ＨＶＤＣバス１０から入力される直流電圧を絶縁及び所定の比率で変圧し、インバータ４０へ出力する。また、後述するが、インバータ４０は、電力系統１０１側から入力される交流電圧を直流電圧に変換する。ＬＬＣ共振コンバータ３２には、そのインバータ４０で変換された直流電圧が入力される。ＬＬＣ共振コンバータ３２は、入力される直流電圧を絶縁及び所定の比率で変圧し、ＨＶＤＣバス１０へ出力する。
【００２５】
インバータ４０は、開閉器Ｓ１，Ｓ２を介して、電力系統１０１と、分電盤１０２とに接続されている。分電盤１０２には、不図示のＡＣ出力端子（ＡＣコンセント等）が接続されている。そのＡＣ出力端子には、電子レンジ、洗濯機、エアコン等の負荷が接続される。インバータ４０は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０から入力される直流電圧を交流電圧に変換し、電力系統１０１側へ出力する。また、インバータ４０は、電力系統１０１側から入力される交流電圧を直流電圧に変換し、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０へ出力する。
【００２６】
このエネルギーマネジメントシステム１は、ＨＶＤＣバス１０の電圧が所定値（例えば、３８０Ｖ）を維持するよう、発電装置２０及び双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を制御する。ＨＶＤＣバス１０の電圧を安定させることで、インバータ４０から電力系統１０１又は分電盤１０２側へ、一定の電力を安定して出力させることができる。
【００２７】
以下、発電装置２０のＰＶコンバータ２２、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０及びインバータ４０の回路構成について説明する。
【００２８】
図２は、発電装置２０及び双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の回路図である。図３は、インバータ４０の回路図である。
【００２９】
ＰＶコンバータ２２は、図２に示すように、入力端２２Ｉ１，２２Ｉ２と、出力端２２Ｏ１，２２Ｏ２とを備えている。入力端２２Ｉ１，２２Ｉ２は、光発電パネル２１に接続されている。出力端２２Ｏ１，２２Ｏ２は、ＨＶＤＣバス１０に接続されている。入力端２２Ｉ１，２２Ｉ２と、出力端２２Ｏ１，２２Ｏ２との間には、インダクタ２２Ｌ、ダイオード２２Ｄ、スイッチング素子２２Ｓ及びコンデンサ２２Ｃからなるチョッパ回路が接続されている。
【００３０】
ＰＶコンバータ２２は、出力端２２Ｏ１，２２Ｏ２からの出力電圧が目標値に近づくように、スイッチング素子２２Ｓをスイッチング制御する。出力端２２Ｏ１，２２Ｏ２からの出力電圧は、ＨＶＤＣバス１０の電圧でもある。したがって、この制御により、ＨＶＤＣバス１０の電圧を所定値に維持する。
【００３１】
インバータ４０は、図３に示すように、入出力端４０ＩＯ１，４０ＩＯ２と、交流接続端Ｕ，Ｖ，Ｗとを備えている。入出力端４０ＩＯ１，４０ＩＯ２は、ＬＬＣ共振コンバータ３２に接続されている。交流接続端Ｕ，Ｖ，Ｗは、開閉器Ｓ１，Ｓ２を介して、電力系統１０１及び分電盤１０２に接続されている。
【００３２】
入出力端４０ＩＯ１，４０ＩＯ２には、スイッチング素子４０Ｓ１，４０Ｓ２，４０Ｓ３，４０Ｓ４，４０Ｓ５，４０Ｓ６によるスイッチ回路が接続されている。スイッチング素子４０Ｓ１，４０Ｓ２の接続点は、インダクタＬｕを介して交流接続端Ｕに接続されている。スイッチング素子４０Ｓ３，４０Ｓ４の接続点は、インダクタＬｖを介して交流接続端Ｖに接続されている。スイッチング素子４０Ｓ５，４０Ｓ６の接続点は、インダクタＬｗを介して交流接続端Ｗに接続されている。交流接続端Ｕ，Ｖ，Ｗと中性点との間には、コンデンサＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗがそれぞれ接続されている。
【００３３】
図２に示すように、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のチョッパコンバータ３１は、入出力端３１ＩＯ１，３１ＩＯ２，３１ＩＯ３，３１ＩＯ４を備えている。入出力端３１ＩＯ１，３１ＩＯ２には二次電池Ｂ１が接続されている。入出力端３１ＩＯ１，３１ＩＯ２は、本発明に係る「二次電池接続部」に相当する。入出力端３１ＩＯ３，３１ＩＯ４は、ＬＬＣ共振コンバータ３２、及びＨＶＤＣバス１０に接続されている。
【００３４】
入出力端３１ＩＯ１，３１ＩＯ２と入出力端３１ＩＯ３，３１ＩＯ４との間には、非絶縁型の双方向チョッパ回路が接続されている。この双方向チョッパ回路は、インダクタ３１Ｌ、スイッチング素子３１Ｓ１，３１Ｓ２及びキャパシタ３１Ｃからなる。スイッチング素子３１Ｓ１，３１Ｓ２は、例えばｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴであり、これらのゲートが制御部３３に接続されている。そして、制御部３３によりゲート信号が印加されて、オンオフする。
【００３５】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のＬＬＣ共振コンバータ３２は、入出力端３２ＩＯ１，３２ＩＯ２，３２ＩＯ３，３２ＩＯ４を備えている。入出力端３２ＩＯ１，３２ＩＯ２は、チョッパコンバータ３１の入出力端３１ＩＯ３，３１ＩＯ４、及びＨＶＤＣバス１０に接続されている。入出力端３２ＩＯ３，３２ＩＯ４はインバータ４０の入出力端４０ＩＯ１，４０ＩＯ２に接続されている。
【００３６】
入出力端３２ＩＯ１，３２ＩＯ２には、第１スイッチ回路が接続されている。第１スイッチ回路は、スイッチング素子３２Ｓ１，３２Ｓ２，３２Ｓ３，３２Ｓ４からなる。入出力端３２ＩＯ３，３２ＩＯ４には、平滑コンデンサ３２Ｃ２及び第２スイッチ回路が接続されている。第２スイッチ回路は、スイッチング素子３２Ｓ５，３２Ｓ６，３２Ｓ７，３２Ｓ８からなる。スイッチング素子３２Ｓ１〜３２Ｓ８は、例えばｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴであり、これらのゲートが制御部３３に接続されている。そして、制御部３３によりゲート信号が印加されて、オンオフする。
【００３７】
第１スイッチ回路と第２スイッチ回路との間には、共振用インダクタ３２Ｌ、共振用コンデンサ３２Ｃ１及びトランスＴ１が接続されている。図２では、トランスＴ１は、理想トランスで示している。共振用インダクタ３２Ｌ及び共振用コンデンサ３２Ｃ１は、トランスＴ１の励磁インダクタンスＬｍとＬＬＣ共振回路を構成している。
【００３８】
このＬＬＣ共振コンバータ３２では、第１スイッチ回路又は第２スイッチ回路のスイッチング周波数を、ＬＬＣ共振回路の共振周波数に近づけることで、高い電圧変換効率が得られる。例えば、入出力端３２ＩＯ１，３２ＩＯ２から入力する直流電圧を入出力端３２ＩＯ３，３２ＩＯ４から出力する場合、スイッチング素子３２Ｓ１，３２Ｓ４と、スイッチング素子３２Ｓ２，３２Ｓ３とを、５０％デューティでオンオフし、そのスイッチング周波数を共振周波数とすることで、高い電圧変換効率が得られる。なお、電圧変換時の変換比率は、トランスＴ１の一次巻線と二次巻線との巻数比により定まる。
【００３９】
前記のように、エネルギーマネジメントシステム１は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０が有するチョッパコンバータ３１とＬＬＣ共振コンバータ３２との接続点に、ＨＶＤＣバス１０が接続されている構成である。この構成により、エネルギーマネジメントシステム１は、二次電池Ｂ１の充電電圧をインバータ４０から出力する場合、二次電池Ｂ１とインバータ４０との絶縁を確保しつつ、高効率に電圧変換できる。以下、具体的に説明する。
【００４０】
チョッパコンバータ３１は、二次電池Ｂ１の充電電圧を所定の電圧に変圧する。前記のように、チョッパコンバータ３１はＨＶＤＣバス１０に接続されている。そして、ＨＶＤＣバス１０の電圧は所定値に維持する必要がある。したがって、チョッパコンバータ３１は、出力電圧が目標値に近づくように、スイッチング素子３１Ｓ１，３１Ｓ２をスイッチング制御する。
【００４１】
ＬＬＣ共振コンバータ３２は、絶縁を確保しつつ、チョッパコンバータ３１により変圧された電圧を、所定の比率で変圧する。このとき、ＬＬＣ共振コンバータ３２は、最も効率の良いスイッチング周波数、すなわち、ＬＬＣ共振回路の共振周波数で、スイッチング素子３２Ｓ１〜３２Ｓ４をスイッチング制御する。
【００４２】
仮に、図１において、ＨＶＤＣバス１０が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０とインバータ４０との接続点に接続されている場合、ＬＬＣ共振コンバータ３２がＨＶＤＣバス１０に接続される構成となる。この場合、ＬＬＣ共振コンバータ３２の出力電圧を目標値に近づける必要がある。ＬＬＣ共振コンバータ３２での変圧比は、トランスＴ１の巻数比により定まる。このため、ＬＬＣ共振コンバータ３２の出力電圧を目標値に近づける場合には、ＬＬＣ共振コンバータ３２はＰＦＭ制御により、出力電圧を調整する必要がある。この場合、ＬＬＣ共振コンバータ３２は、常に高効率に駆動ができない。
【００４３】
これに対し、本実施形態に係るエネルギーマネジメントシステム１では、ＨＶＤＣバス１０は、チョッパコンバータ３１とＬＬＣ共振コンバータ３２との接続点に接続された構成である。このため、チョッパコンバータ３１が出力電圧を調整すればよく、ＬＬＣ共振コンバータ３２は、出力電圧を調整する必要がない。その結果、ＬＬＣ共振コンバータ３２は、共振周波数をスイッチング周波数としてスイッチング素子３２Ｓ１〜３２Ｓ４をスイッチング制御する高効率駆動が可能となる。
【００４４】
また、ＬＬＣ共振コンバータ３２は、エネルギーマネジメントシステム１の起動時であっても、高効率駆動が可能である。
【００４５】
図４は、チョッパコンバータ３１とＬＬＣ共振コンバータ３２とに印加するゲート信号のタイムチャートを示す図である。
【００４６】
図４の（１）は、チョッパコンバータ３１のスイッチング素子３１Ｓ１に印加するゲート信号のタイムチャートである。図４の（２）は、ＬＬＣ共振コンバータ３２のスイッチング素子３２Ｓ１，３２Ｓ４（又は３２Ｓ２，３２Ｓ３）に印加するゲート信号のタイムチャートである。また、図４の（３）は、ＨＶＤＣバス１０の電圧Ｖ１、（４）は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０からインバータ４０に印加される出力電圧Ｖ２（入出力端３２ＩＯ３、３２ＩＯ４の出力電圧。）を示す。
【００４７】
制御部３３は、チョッパコンバータ３１とＬＬＣ共振コンバータ３２とを同時に起動する。起動直後、制御部３３は、チョッパコンバータ３１をソフトスタート起動させる。これにより、図４（３）に示すように、チョッパコンバータ３１からの出力電圧、すなわち、ＨＶＤＣバス１０の電圧Ｖ１は緩やかに上昇する。この結果、ＬＬＣ共振コンバータ３２へ突入電流が流れ込むことを抑制できる。
【００４８】
突入電流を抑制することで、ＬＬＣ共振コンバータ３２を共振周波数近辺で高効率駆動させても、図４（４）に示すように、突入電流による高電圧は発生せず、ＨＶＤＣバス１０の電圧と同様に緩やかに上昇する。このため、制御部３３は、ＬＬＣ共振コンバータ３２を、起動直後から高効率に駆動させることができる。すなわち、制御部３３は、共振周波数をスイッチング周波数に設定して、スイッチング素子３２Ｓ１，３２Ｓ４と、スイッチング素子３２Ｓ２，３２Ｓ３とを、貫通電流が流れるのを防ぐための最小デッドタイムを除き、ほぼ５０％デューティでオンオフする。
【００４９】
制御部３３は、チョッパコンバータ３１をソフトスタートさせて、チョッパコンバータ３１の出力電圧が目標値となると、ソフトスタートを終了し、出力電圧が目標値を維持するようＰＷＭ制御を行う。また、制御部３３は、チョッパコンバータ３１のソフトスタート終了後も、同じ周波数でＬＬＣ共振コンバータ３２を駆動し続ける。
【００５０】
このように、本実施形態では、ＬＬＣ共振コンバータ３２は、起動直後から常時高効率駆動が可能となる。また、ＬＬＣ共振コンバータ３２への突入電流を抑制することで、ＬＬＣ共振コンバータ３２の各素子を、耐圧の高い素子にする必要がない。
【００５１】
また、チョッパコンバータ３１をソフトスタートさせることで、ＬＬＣ共振コンバータ３２への突入電流を抑制しているが、チョッパコンバータ３１とＬＬＣ共振コンバータ３２とを同時起動させることで、ＬＬＣ共振コンバータ３２へ突入電流の流れ込みをより抑制できる。例えば、チョッパコンバータ３１を先に駆動させた場合、チョッパコンバータ３１のキャパシタ３１Ｃが充電された状態で、ＬＬＣ共振コンバータ３２が駆動することになる。この場合、キャパシタ３１Ｃの充電電圧によって、ＬＬＣ共振コンバータ３２に突入電流が流れ込むおそれがある。このため、チョッパコンバータ３１及びＬＬＣ共振コンバータ３２を同時に起動することで、突入電流の流れ込みを抑制できる。
【００５２】
なお、本実施形態では、チョッパコンバータ３１とＬＬＣ共振コンバータ３２とを同時起動させているが、チョッパコンバータ３１を先に起動し後、チョッパコンバータ３１のソフトスタート期間中にＬＬＣ共振コンバータ３２を起動させるようにしてもよい。この場合であっても、キャパシタ３１Ｃは満充電はされていないため、突入電流を抑制できる。
【００５３】
また、本実施形態では、制御部３３は、チョッパコンバータ３１のソフトスタート開始時及び終了後のいずれも、同じ周波数でＬＬＣ共振コンバータ３２を駆動し続けているが、例えば、以下変形例のように、必ずしも、固定周波数でＬＬＣ共振コンバータ３２を駆動させ続けなくてもよい。
【００５４】
（変形例）
図５は、ＬＬＣ共振コンバータの周波数特性を示す。横軸を「駆動周波数／共振周波数」とし、縦軸を「電圧利得（電圧ゲイン）」とする。また、図５では、軽負荷から重負荷までの４種類の負荷をそれぞれ別の曲線としてグラフ化している。
【００５５】
なお、「電圧利得」とは、入力電圧と出力電圧との比（出力電圧／入力電圧）を意味する。また、図５中の「Ｋ」は、ＬＬＣ共振コンバータの定常動作時（ソフトスタート終了後の通常動作時）における「電圧利得」の最小値を意味する。すなわち、この変形例において、ＬＬＣ共振コンバータは、通常動作時において、最も高効率となる周波数を含む所定の周波数範囲で駆動しており、「Ｋ」は、当該所定の周波数範囲において、「電圧利得」が最小値となる値を意味する。
【００５６】
一般に定格負荷で駆動する場合、ＬＬＣ共振コンバータにおいては、駆動周波数を共振周波数近辺（理論上は「駆動周波数／共振周波数」＝１が最適となるが、実際には励磁インダクタンス等の影響があり、共振周波数より若干低い周波数が最適）とすることが効率面でも、最大電力を出力できる面においても適している。
【００５７】
しかしながら、本変形例においては、ＬＬＣ共振コンバータにおける突入電流をさらに抑制するために、チョッパコンバータのソフトスタート期間中に、ＬＬＣ共振コンバータを電圧利得Ｋとなる周波数から駆動開始するようにしている。このように、最も高効率となる周波数ではなく、電圧利得Ｋとなる周波数から駆動開始するようにしているため、比較的高効率な周波数でＬＬＣ共振コンバータを駆動開始しつつも、突入電流も抑制することができる。
【００５８】
そして、ソフトスタート終了後に、制御部は、より高効率となる周波数（共振周波数近辺）でＬＬＣ共振コンバータをスイッチング制御すればよい。このように、本変形例におけるＬＬＣ共振コンバータは、ソフトスタート期間、通常動作時双方において、常に、「Ｋ」以上の電圧利得となる周波数で駆動させるようにすることで、比較的高効率な周波数での駆動を維持しつつ、突入電流の抑制も図っている。
【００５９】
なお、「Ｋ」はたとえば「駆動周波数／共振周波数」＝１となるときの電圧利得としてもよい。また、ＬＬＣ共振コンバータは「Ｋ」を超える電圧利得となる周波数から駆動開始するようにしてもよい。
【００６０】
なお、上記した実施例はあくまで例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。また、各実施例の特徴部分、各要素を適宜組み合わせたり置き換えたりすることもできる。
【符号の説明】
【００６１】
Ｂ１…二次電池
Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗ…キャパシタ
Ｌｍ…励磁インダクタンス
Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ…インダクタ
Ｓ１，Ｓ２…開閉器
Ｔ１…トランス
Ｕ，Ｖ，Ｗ…交流接続端
１…エネルギーマネジメントシステム
１０…ＨＶＤＣバス
２０…発電装置
２１…光発電パネル
２２…ＰＶコンバータ
２２Ｃ…コンデンサ
２２Ｄ…ダイオード
２２Ｉ１，２２Ｉ２…入力端
２２Ｌ…インダクタ
２２Ｏ１，２２Ｏ２…出力端
２２Ｓ…スイッチング素子
３０…ＤＣ−ＤＣコンバータ
３１…チョッパコンバータ
３１Ｃ…キャパシタ
３１ＩＯ１，３１ＩＯ２，３１ＩＯ３，３１ＩＯ４…入出力端
３１Ｌ…インダクタ
３１Ｓ１，３１Ｓ２…スイッチング素子
３２…ＬＬＣ共振コンバータ
３２Ｃ１，…共振用コンデンサ
３２Ｃ２…平滑コンデンサ
３２ＩＯ１，３２ＩＯ２，３２ＩＯ３，３２ＩＯ４…入出力端
３２Ｌ…共振用インダクタ
３２Ｓ１，３２Ｓ２，３２Ｓ３，３２Ｓ４…スイッチング素子
３２Ｓ５，３２Ｓ６，３２Ｓ７，３２Ｓ８…スイッチング素子
３３…制御部
４０…インバータ
４０ＩＯ１，４０ＩＯ２…入出力端
４０Ｓ１，４０Ｓ２，４０Ｓ３，４０Ｓ４，４０Ｓ５，４０Ｓ６…スイッチング素子
１０１…電力系統
１０２…分電盤
【図１】
2017038363.tif 000003
【図２】
2017038363.tif 000004
【図３】
2017038363.tif 000005
【図４】
2017038363.tif 000006
【図５】
2017038363.tif 000007
【国際調査報告】
2017038363.tif 000008
2017038363.tif 000009
2017038363.tif 000010