(57)【要約】【課題】電力変換効率が高く、かつ目標波形に対する歪の少ない出力波形を得る電力変換装置を提供する。【解決手段】本発明は、電力変換技術に関するもので、本発明の上記目的は、負荷の電圧および電流は、リニア電圧制御器とＰＷＭ電流制御器でそれぞれ制御することによって、目標波形に対する歪の問題や追従問題および電力損失の問題を解決される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標波形が入力されるリニア電圧制御部の出力に負荷が接続され、前記負荷にＰＷＭ電圧制御部が接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記リニア電圧制御部で、リニア電圧フィードバック制御で前記目標波形に負荷電圧波形を追従させるようになっている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ＰＷＭ電流制御部で、負荷電流フィードバック制御でＰＷＭの出力電流波形を追従させるようになっている請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置に関し、特に出力波形に歪のない電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  トランジスタ等の半導体素子を電力変換装置においては、半導体スイッチング素子のオン・オフ動作に起因する高周波（リップル）成分が電力変換装置の出力電圧波形および電流波形に混入するので、出力波形に歪が生じてしまう。電力変換装置の出力波形の歪を少なくするために、従来リアクターおよびコンデンサで成るＬＣローパスフィルターを介挿して、波形歪に起因する高周波成分を除去するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１１１５００
【特許文献２】特開２００３−１２５５８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  電力変換装置の出力波形の歪を少なくするために、リアクターやコンデンサで成るＬＣローパスフィルタを介挿する場合、フィルタの容量やコストなどの点から、出力波形の歪の除去には限界があると共に、目標波形に対して出力波形の位相遅れが生じてしまう問題がある。【０００４】  本発明は上記のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ＬＣローパスフィルター等を用いることなく波形歪を除去し、位相遅れのない出力波形を得る電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は、電力変換技術に関するもので、本発明の上記目的は、負荷の電圧および電流は、リニア電圧制御器とＰＷＭ電流制御器でそれぞれ独立に制御することによって、目標波形に対する歪の問題・追従問題および電力損失の問題を解決される。
【発明の効果】
【０００６】  以上のように本発明に係る電力変換装置によれば、リニア電圧制御部の出力に負荷が接続され、負荷にＰＷＭ電流制御部が接続されているので、負荷電圧の歪成分及び目標波形との誤差成分が除去される。このため、極めて高い精度の出力波形を発生することが出来ると共に、目標電圧波形が幅広く任意の波形に容易に対応でき、負荷の変化に強くなる。
【発明の実施するための最良の形態】
【０００７】  電力変換装置においては、半導体スイッチング素子のオン・オフ動作に起因する高周波（リップル）成分が電力変換装置の出力電圧波形及び電流波形に混入する。これは、目標波形に対する電力変換装置の出力波形を、それぞれリニア電圧制御とＰＷＭ電流制御とで同時に制御することによって、出力波形の歪問題を解消している。
【０００８】  即ち、本発明では、目標波形が入力されるリニア電圧制御部の出力に負荷を接続し、前記負荷にＰＷＭ電流制御部を接続している。そして、リニア電圧制御部で、リニア電圧フィードバック制御で目標波形に負荷電圧波形を追従させるようにし、ＰＷＭ電流制御部で、負荷電流フィードバック制御でＰＷＭの出力電流波形を追従させるようにしている。これによって、出力波形の歪がリニア電圧制御でほぼゼロに除去され、極めて高精度な出力波形を実現することが出来る。
【０００９】  以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る電力変換装置の原理構成例を示すブロック図であり、リニア電圧フィードバック制御方式のリニア電圧制御部１０、負荷電流フィードバック方式のＰＷＭ電流制御部２０とで構成され、リニア電圧制御部１０の出力部には負荷１が接続されている。リニア電圧制御部１０は、目標波形Ｖｒｅｆ及び負荷１からのフィードバック電圧Ｖｏを入力して偏差電圧Ｖｅ（＝Ｖｒｅｆ−Ｖｏ）を求める減算部１１と、減算部１１からの電圧偏差Ｖｅを図２に示すような特性で電圧制御するＰＩＤ制御等の電圧制御部１２と、電圧制御部１２からの電圧Ｖｃに従って電流Ｉηを出力する電圧源１３とで構成されている。また、ＰＷＭ電流制御部２０は、電流検出器２で検出された負荷１を流れる電流Ｉｏ及び電流検出器３で検出された電流Ｉｓの電流偏差（＝Ｉｏ−Ｉｓ）を求める減算器２１と、減算器２１からの電流偏差Ｉｅを図３に示すような特性で電流制御する電流制御部２２と、電流制御部２２からの電流Ｉｃに従って電流Ｉｓを出力するチョッパ部２３とで構成されている。
【００１０】  このような構成において、目標波形Ｖｒｅｆを減算器１１に入力すると、電圧制御部１２は減算器１１で求められた負荷１の電圧Ｖｏとの電圧偏差Ｖｅに基づいて、図２の特性で電圧Ｖｃを出力し、電圧源１３は電流Ｉｃに基づいて電流Ｉηを出力する。電流Ｉηは負荷１を流れる。
【００１１】  負荷１を流れるＩηは電流検出器２で検出され、検出電流Ｉｏは減算器２１で検出電流Ｉｓとの電流偏差Ｉｅが求められる。偏差電流Ｉｅは電流制御部２２で図３に示す特性で電流Ｉｃを出力し、電流Ｉｃがチョッパ部２３をチョッパする。チョッパのパルス幅は電流Ｉｃに対応して制御される。チョッパ部２３から出力される電流が負荷１を流れることにより、電圧源１３からの電流Ｉηは負荷１には流入しない。
【００１２】  図４は本発明の具体的な回路結線図を示しており、目標電圧（波形）Ｖｒｅｆは減算器３０に入力され、負荷Ｒｏで得られる出力電圧Ｖｏとの電圧偏差Ｖｅが得られる。電圧偏差Ｖｅは電圧制御部３１に入力されて電圧Ｖｃが出力され、電圧Ｖｃは電圧源としてのトランジスタ３２のベースに入力される。ベース電流をＩｂとすると、トランジスタ３２のコレクタに流れる電流ＩｃはＩｃ＝ｈ・Ｉｂとなる。
【００１３】  また、負荷Ｒｏに流れる電流をＩｏとすると、出力電圧ＶｏはＶｏ＝Ｉｏ・Ｒｏとなる。ここで、例えばバイアス電圧Ｖｃｃが＋１２Ｖで、コレクタ電流Ｉｃが１０Ａとした場合、負荷電圧Ｖｏが７Ｖであるとすると、１０（Ａ）×７（Ｖ）＝７０Ｗの損失を生じたことになる。
【００１４】  電流Ｉｏは電流検出器３３で検出されて減算器３４に入力され、減算器３４からの電流偏差Ｉｅに基づいて電流制御部３５において図５に示す特性で制御電流Ｉｃを出力する。制御電流Ｉｃはチョッパ部３６に入力され、例えば±１５Ｖの矩形波にチョッピングされて出力される。チョップ部３６と負荷Ｒｏとの間にはインダクタ３８（インダクタンスＬ）が接続されており、電流ＩＬは電流検出器３７で検出されて減算器３４に入力される。インダクタ３８を流れる電流ＩＬは下記数１で表わされる。
【数１】
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【００１５】  インダクタ３８から電流ＩＬが負荷Ｒｏに供給されると、トランジスタ３２のエミッタ電流Ｉｏは電流ＩＬに置き換えられる。このため、エミッタ電流Ｉｏは流れなくなり、トランジスタ３２の損失を小さくすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  本発明に係る電力変換装置の原理構成例を示すブロック図である。
【図２】  電圧制御部の特性例を示す図である。
【図３】  電流制御部の特性例を示す図である。
【図４】  本発明の具体的な回路例を示す回路結線図である。
【図５】  電流制御部のヒステリシス特性を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】１            負荷
２，３        電流検出器
１０          リニア電圧制御部
１１、２１    減算部
１２          電圧制御部
１３          電圧源
２０          ＰＷＭ電流制御部
２２          電流制御部
２３          チョッパ部
【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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