(57)【要約】【課題】、サージ電圧を適切に抑制することが可能な制御装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１０を制御する制御装置３００であって、チョークコイルＬ１３に流れる電流値を瞬時値として取得する電流取得部と、第２回路２００から第１回路１００への電力供給時に、いずれもオンとされている第２側スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のうち、少なくともひとつの第２側スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとする前に、複数の第１側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、オフとする第２側スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に逆方向の電流を発生させる第１側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オンとする制御部と、を備え、制御部は、電流取得部が取得した電流値が所定の指令値よりも大きいことを条件として、第１側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オンとする制御、及び、第２側スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとする制御を行う。【選択図】      図１
2018082583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１側スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）を備える第１回路（１００）と、前記第１回路とトランス（Ｔｒ１１）を介して接続され、複数の第２側スイッチング素子（Ｑ５，Ｑ６）とチョークコイル（Ｌ１３）とを備える第２回路（２００）と、を有する電力変換装置（１０）を制御する制御装置（３００）であって、
前記チョークコイルに流れる電流値を瞬時値として取得する電流取得部と、
前記第２回路から前記第１回路への電力供給時に、いずれもオンとされている前記第２側スイッチング素子のうち、少なくともひとつの前記第２側スイッチング素子をオフとする前に、複数の前記第１側スイッチング素子のうち、オフとする前記第２側スイッチング素子に逆方向の電流を発生させる前記第１側スイッチング素子を所定期間オンとする制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電流取得部が取得した前記電流値が所定の指令値よりも大きいことを条件として、前記第１側スイッチング素子を所定期間オンとする制御、及び、前記第２側スイッチング素子をオフとする制御を行う、制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電流取得部が取得した前記電流値が前記指令値よりも大きいことを条件として、前記第１側スイッチング素子をオンとする信号である第１信号、及び、前記第２側スイッチング素子をオフとする信号である第２信号を送信し、
前記第２側スイッチング素子のオフ動作を、前記第１側スイッチング素子のオフ動作よりも遅延させる遅延部を備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電流値と前記指令値とを比較するコンパレータ（５４２）を備え、
前記第１信号及び前記第２信号は、前記コンパレータによる共通の比較結果により生成される、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１側スイッチング素子をオンとする際の前記電流値が所定の閾値よりも小さい場合に、前記第１側スイッチング素子を所定期間オンとする制御を禁止する、請求項２又は３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１側スイッチング素子をオンとする際の前記電流値が大きくなるほど、前記第１側スイッチング素子をオンとする前記所定期間を長くする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１回路側の電圧が高いほど、前記第１側スイッチング素子をオンとする前記所定期間を短くする、請求項２〜５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１側スイッチング素子をオンとする期間であるＴ＿ｏｎを、前記トランスの第１回路側の漏れインダクタンスをＬ＿ｌｅａｋ、前記第１側スイッチング素子をオンとする際の前記電流値をＩＬ＿ｐ、前記第１回路側の電圧をＶＨ、前記トランスの第１回路側と第２回路側の巻数比をＮ：１とすると、
【数１】
2018082583.tif 000009
により求める、請求項５又は６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記遅延部は、前記電流値及び前記第１回路側の電圧の少なくとも一方に基づいて、遅延させる時間を変更する、請求項２〜７のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記チョークコイルに印加される電圧の最大値を取得する電圧取得部をさらに備え、
前記制御部は、前記電圧取得部が取得した前記電圧が大きいほど、前記第２側スイッチング素子をオンとする前記所定期間を長くする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の第１側スイッチング素子を備える第１回路と、第１回路とトランスを介して接続された、複数の第２側スイッチング素子とチョークコイルとを備える第２回路とを有する電力変換装置において、第２回路から第１回路へと電力を供給する制御が行われている。
【０００３】
この制御を行う制御装置として、特許文献１に記載の制御装置がある。特許文献１に記載の制御装置では、第２側スイッチング素子をオフとする場合に生ずるサージ電圧を抑制すべく、第２側スイッチング素子をオフとする前に、オフとする第２側スイッチング素子に逆方向の電流を発生させる第１側スイッチング素子を所定期間オンとする制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７７０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の制御装置では、第１回路に接続された負荷が変化し、第２回路における電流値が小さくなる場合がある。この場合には、第１側スイッチング素子をオンとした際に、第２回路における電流値が過剰に減少して逆方向の電流が流れ、第２側スイッチング素子をオフとした場合にサージ電圧が生ずることとなる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、サージ電圧を適切に抑制することが可能な制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の第１側スイッチング素子を備える第１回路と、前記第１回路とトランスを介して接続され、複数の第２側スイッチング素子とチョークコイルとを備える第２回路と、を有する電力変換装置を制御する制御装置であって、前記チョークコイルに流れる電流値を瞬時値として取得する電流取得部と、前記第１回路から前記第２回路への電力供給時に、いずれもオンとされている前記第２側スイッチング素子のうち、少なくともひとつの前記第１側スイッチング素子をオフとする前に、複数の前記第２側スイッチング素子のうち、オフとする前記第１側スイッチング素子に逆方向の電流を発生させる前記第２側スイッチング素子を所定期間オンとする制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流取得部が取得した前記電流値が所定の指令値以上であることを条件として、前記第２側スイッチング素子を所定期間オンとする制御、及び、前記第１側スイッチング素子をオフとする制御を行う。
【０００８】
上記構成では、チョークコイルの電流値が指令値以上である場合、すなわち、チョークコイルの電流値が十分に大きくなり、第２側スイッチング素子に過剰なサージ電圧が生ずるおそれが大きい場合に、第１側スイッチング素子を所定期間オンとする制御が行うものとしているため、第２側スイッチング素子に生ずるサージ電圧を適切に抑制することができる。一方、チョークコイルに流れる電流の電流値が指令値以上でない場合、すなわち、第１側スイッチング素子を所定期間オンとする制御により第２回路において逆方向に過剰な電流が生ずる可能性がある場合には、第１側スイッチング素子を所定期間オンとする制御を行わないため、第１側スイッチング素子をオフとする前に逆方向の電流が生ずる事態を抑制することができる。したがって、第２側スイッチング素子に生ずるサージ電圧を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電力変換装置の回路図である。
【図２】第１制御のタイムチャートである。
【図３】第２制御のタイムチャートである。
【図４】第５、６スイッチング素子がオンである場合の電気経路である。
【図５】第１、４、５、６スイッチング素子がオンである場合の電気経路である。
【図６】第６スイッチング素子がオンである場合の電気経路である。
【図７】第２、３、５、６スイッチング素子がオンである場合の電気経路である。
【図８】第５スイッチング素子がオンである場合の電気経路である。
【図９】制御部が実行する処理を示すフローチャートである。
【図１０】制御部が実行する処理を示す制御ブロック図である。
【図１１】制御の詳細を示すタイムチャートである。
【図１２】実施形態に係る処理の効果を示す図である。
【図１３】第２実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図１４】第３実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図１５】第３実施形態における処理を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る電力変換装置１０の回路図である。電力変換装置１０は、トランスＴｒ１１を介して電気的に接続された第１回路１００及び第２回路２００と、第１回路１００及び第２回路２００を制御する制御装置３００とを含んで構成されている。
【００１２】
トランスＴｒ１１は、互いに磁気的に結合した第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２とにより構成され、第２コイルＬ１２は、センタータップを有している。第１コイルＬ１１の巻数は、第２コイルＬ１２の巻数のＮ／２倍である。すなわち、第１コイルＬ１１の巻数が、第２コイルＬ１２のいずれか一方の端からセンタータップまでの巻数のＮ倍となっている。
【００１３】
第１コイルＬ１１に接続される第１回路１００は、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有している。第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４として、本実施形態ではＮ型のＭＯＳＦＥＴを採用している。第１コイルＬ１１の端部の一方は、第１スイッチング素子Ｑ１のソース及び第２スイッチング素子Ｑ２のドレインに接続されている。第１コイルＬ１１の端部の他方は、第３スイッチング素子Ｑ３のソース及び第４スイッチング素子Ｑ４のドレインに接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１のドレイン及び第３スイッチング素子Ｑ３のドレインは、正極側端子１００ａに接続されており、第２スイッチング素子Ｑ２のソース及び第４スイッチング素子Ｑ４のソースは、負極側端子１００ｂに接続されている。これら正極側端子１００ａ、負極側端子１００ｂには、コンデンサ１０１が並列接続されている。正極側端子１００ａ，負極側端子１００ｂには、例えば、リチウムイオンバッテリ等の二次電池が接続される。なお、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を第１側スイッチング素子と称することができる。
【００１４】
第２コイルＬ１２に接続される第２回路２００は、第５スイッチング素子Ｑ５、第６スイッチング素子Ｑ６、及びチョークコイルＬ１３を有している。第５，６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６として、本実施形態ではＮ型のＭＯＳＦＥＴを採用している。第２コイルＬ１２の両端は、それぞれ、第５スイッチング素子Ｑ５のドレイン、第６スイッチング素子Ｑ６のドレインに接続されている。一方、第５スイッチング素子Ｑ５のソースと第６スイッチング素子Ｑ６のソースとが接続されている。第２コイルＬ１２のセンタータップは、チョークコイルＬ１３を介して正極側端子２００ａに接続されており、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６との接続点は、負極側端子２００ｂに接続されている。これら正極側端子２００ａ、負極側端子２００ｂには、コンデンサ２０１が並列接続されている。正極側端子２００ａ、負極側端子２００ｂには、例えば、鉛蓄電池等の二次電池が接続される。なお、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を第２側スイッチング素子と称することができる。
【００１５】
以上のように構成される第１回路１００と第２回路２００とを接続するトランスＴｒについて、詳述する。トランスＴｒを構成する第１コイルＬ１１に、第１スイッチング素子Ｑ１側から第４スイッチング素子Ｑ４側へと電圧が印加される場合に、第２コイルＬ１２側において、第５スイッチング素子Ｑ５には負極側端子２００ｂ側から正極側端子２００ａ側へと電圧が印加され、第６スイッチング素子Ｑ６には正極側端子２００ａ側から負極側端子２００ｂ側へと電圧が印加される。一方、第１コイルＬ１１に、第３スイッチング素子Ｑ３側から第２スイッチング素子Ｑ２側へと電圧が印加される場合に、第２コイルＬ１２側において、第５スイッチング素子Ｑ５には正極側端子２００ａ側から負極側端子２００ｂ側へと電圧が印加され、第６スイッチング素子Ｑ６には負極側端子２００ｂ側から正極側端子２００ａ側へと電圧が印加される。
【００１６】
電力変換装置１０は、第１回路１００における正極側端子１００ａと負極側端子１００ｂの間の電圧である第１電圧ＶＨを検出する第１電圧検出部１０２、第２回路２００における正極側端子２００ａと負極側端子２００ｂの間の電圧である第２電圧ＶＢを検出する第２電圧検出部２０２、及び、第２回路２００を流れる電流である電流値ＩＬを検出する電流検出部２０３を備えている。検出された第１電圧ＶＨ、第２電圧ＶＢ、及び電流値ＩＬは、制御装置３００へ入力される。
【００１７】
この制御装置３００が実行する制御について、図２及び３を参照して説明する。図２で示す第１制御、及び、図３に示す第２制御では、共に、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６が共にオンである期間と、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６との一方がオンである期間とを交互に繰り返す制御を行う。より具体的には、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のそれぞれについて、１制御周期Ｔｓの開始時点でオンとしてそのオン状態を半制御周期よりも長い期間継続し、且つ、制御周期を半制御周期ずらす制御を行う。
【００１８】
この制御を行う場合、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６が共にオンである期間において、図４の電気経路で示すように、トランスＴｒ１１の第２コイルＬ１２に生ずる磁束が釣り合い、第２コイルＬ１２から第１コイルへと電力が供給されなくなる。これにより、電流値ＩＬが増加する。第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６との一方がオフである期間では、トランスＴｒ１１の第２コイルＬ１２から第１コイルＬ１１へと電力が供給され、電流値ＩＬは減少する。この期間において、第２回路２００から第１回路１００へと電力が供給される。
【００１９】
このように制御を行ううえで、図２に示す第１制御では、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のうちの一方をオフとする前に、オフとするスイッチング素子に流れる電流を減少させるべく、第１〜４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の制御を行う。
【００２０】
具体的には、第５スイッチング素子Ｑ５をオフとする前に、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４を所定のオン期間Ｔ＿ｏｎだけオンとする。この第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４をオンとする契機は、電流値ＩＬにスロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅを加算した値が、所定の条件のもとで定められた指令値Ｉｒｅｆに到達することとしている。このスロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅは、制御装置３００で生成されるデジタル値であり、時間経過に伴い漸増する値である。
【００２１】
こうすることで、図５の電気経路で示すように、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４とを通る電流により第１コイルＬ１１に生ずる磁束と、第６スイッチング素子Ｑ６を通る電流により第２コイルＬ１２に生ずる磁束とが釣り合い、第５スイッチング素子Ｑ５に流れる電流が減少する。
【００２２】
そして、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４をオフとし、続けて第５スイッチング素子Ｑ５をオフとすることで、図６の電気経路で示すように、第２回路２００側において、第６スイッチング素子Ｑ６を流れる電気経路が形成され、第１回路１００側へ電力が供給される。
【００２３】
また、第６スイッチング素子Ｑ６をオフとする前には、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３を所定のオン期間Ｔ＿ｏｎだけオンとする。こうすることで、図７の電気経路で示すように、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３とを通る電流により第１コイルＬ１１に生ずる磁束と、第５スイッチング素子Ｑ５を通る電流により第２コイルＬ１２に生ずる磁束とが釣り合い、第６スイッチング素子Ｑ６に流れる電流が減少する。
【００２４】
そして、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３をオフとし、続けて第６スイッチング素子Ｑ６をオフとすることで、図８の電気経路で示すように、第２回路２００側において、第５スイッチング素子Ｑ５を流れる電気経路が形成され、第１回路１００側へ電力が供給される。
【００２５】
このように、第１〜４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオンとする制御を行ううえで、そのオン期間Ｔ＿ｏｎの間で、第５、６スイッチング素子Ｑ５，６の電流がゼロとなるのが好ましい。そこで、オン期間Ｔ＿ｏｎにおける電流の減少量と、オン期間Ｔ＿ｏｎの開始時における第５、６スイッチング素子Ｑ５，６の電流が等しくなるように、オン期間Ｔ＿ｏｎを定める。
【００２６】
オン期間Ｔ＿ｏｎにおいて、時間当たりの電流の変化量ｄＩ／ｄｔは、第１コイルの漏れインダクタンスＬ＿ｌｅａｋを用いて、次式（１）で表すことができる。
【００２７】
【数１】
2018082583.tif 000003
オン期間Ｔ＿ｏｎの開始時における第５、６スイッチング素子Ｑ５，６の電流をピーク値ＩＬ＿ｐとすれば、次式（２）が成り立てば、オン期間Ｔ＿ｏｎにおける電流の減少量と、ピーク値ＩＬ＿ｐとが等しくなる。
【００２８】
【数２】
2018082583.tif 000004
この式（２）をオン期間Ｔ＿ｏｎについて解くことで、オン期間Ｔ＿ｏｎは次式（３）で求めることができる。
【００２９】
【数３】
2018082583.tif 000005
一方、図３で示した第２制御では、第１回路１００において、第１〜４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオフ状態を継続する。上式（３）で示すように、ピーク値ＩＬ＿ｐが小さいほど、オン期間Ｔ＿ｏｎが短くなる。オン期間Ｔ＿ｏｎが短いほど、精度のよい制御が困難となるため、ピーク値ＩＬ＿ｐに対して閾値ＩＬｔｈをもうけ、ピーク値ＩＬ＿ｐが閾値ＩＬｔｈよりも小さい場合には、第２制御を行うものとする。
【００３０】
また、第１制御を行う条件として、第１電圧ＶＨが第１閾値Ｖ１よりも大きく且つ第２閾値Ｖ２よりも小さいこと、及び、第２電圧ＶＢが第３閾値Ｖ３よりも大きく第４閾値Ｖ４よりも小さいことを用いている。これは、第１電圧ＶＨが過剰であったり過小であったりする場合や、第２電圧ＶＢが過剰であったり過小であったりする場合には、制御の精度が低下するためである。
【００３１】
以上説明した制御装置３００が実行する処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ１０１にて、昇圧要求を取得したか否かを判定する。この昇圧要求は、例えば、上位のＥＣＵから送信される指令である。ステップＳ１０１にて判定した場合、すなわち、ＥＣＵから昇圧要求を受け取らなかった場合には、そのまま一連の処理を終了する。なお、ステップＳ１０１にて否定判定される場合には、第１回路１００から第２回路２００へ電力を供給する降圧要求や、第１回路１００のコンデンサ１０１の充電要求を受け取る場合も含まれるが、それらの要求に対応する制御は公知のものであるため、具体的な説明を省略する。
【００３２】
ステップＳ１０１にて肯定判定すれば、すなわち、昇圧要求を取得していれば、ステップＳ１０２に進み、オン期間Ｔ＿ｏｎの開始時の電流値であるピーク値ＩＬ＿ｐが閾値ＩＬｔｈよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１０２にて肯定判定した場合、ステップＳ１０３へ進み、第１電圧ＶＨが、第１閾値Ｖ１よりも大きく且つ第２閾値Ｖ２よりも小さい値であるか否かを判定する。ステップＳ１０３にて肯定判定した場合、ステップＳ１０４へ進み、第２電圧ＶＢが、第３閾値Ｖ３よりも大きく且つ第４閾値Ｖ４よりも小さい値であるか否かを判定する。
【００３３】
ステップＳ１０４にて肯定判定した場合、ステップＳ１０５に進み、上式（３）に基づいてオン期間Ｔ＿ｏｎを算出する。そしてステップＳ１０６に進み、オン期間Ｔ＿ｏｎを用いた制御、すなわち、図２で示した第１制御を行う。そして、一連処理を終了する。一方、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４のいずれかで否定判定された場合には、第１制御を行う条件を満たさないとし、ステップＳ１０７へ進み、図３で示した第２制御を行う。そして、一連の処理を終了する。
【００３４】
続いて、第２回路２００から第１回路１００へ電力を供給する際の制御について、図１０の制御ブロック図を参照して説明する。
【００３５】
第１回路１００から第２回路２００へと電力を供給する場合には、定電圧制御における電流値ＩＬの指令値である定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖと、定電流制御における電流値ＩＬの指令値である定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃとのうち、小さいほうの指令値を用いて制御する。
【００３６】
定電圧制御部５１０は第１電圧ＶＨの指令値である電圧指令値ＶＨ＊を取得し、徐変器５１１に入力する。電圧指令値ＶＨ＊は、制御装置３００が備えるメモリに記憶されていてもよいし、上位のＥＣＵ等から取得するものとしてもよい。徐変器５１１は電圧指令値ＶＨ＊が大きくなるほど大きな値を出力する。徐変器５１１の出力値は、加算器５１２へ入力される。加算器５１２へは、第１電圧検出部１０２が検出した第１電圧ＶＨも入力され、指令値ＶＨ＊と第１電圧ＶＨとの差分が算出される。電圧指令値ＶＨ＊と第１電圧ＶＨとの差分は、ＰＩ制御器５１３へ入力され、その出力値である定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖは、最小値選択部５３０へ入力される。
【００３７】
定電流制御部５２０は、電流指令値ＩＬ＊、第１電圧ＶＨ、及び第２電圧ＶＢを取得し、電流補正部５２１へ入力する。この電流指令値ＩＬ＊は、制御装置３００が備えるメモリに記憶されていてもよいし、上位のＥＣＵ等から取得するものとしてもよい。電流補正部５２１では、電流指令値ＩＬ＊の補正値を求め、その補正値を電流指令値ＩＬ＊に加算する。そして、指令値ＩＨ＊に補正値が加算された値を最小値選択部５３０へ入力する。
【００３８】
この電流補正部５２１が実行する処理について、具体的に説明する。電流値ＩＬの平均値を一定に保つには、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６とが共にオンである期間における電流値ＩＬの増加分と、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６との一方がオンであり他方がオフである場合の電流値ＩＬの減少分とが等しくなればよい。したがって、１制御周期Ｔｓに対する第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６とが共にオンである期間の比率である時比率Ｄを用いれば、次式（４）が成立する。
【００３９】
【数４】
2018082583.tif 000006
上式（４）を時比率Ｄについて解けば、時比率Ｄは次式（５）で求まる。
【００４０】
【数５】
2018082583.tif 000007
本実施形態では、電流値ＩＬにスロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅを加算した値が定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃとなるように、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６をオフとするタイミングを制御する。そのため、定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃは、スロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅの時間当たりの増加量をｍとすれば、電流値ＩＬの平均値からのリプル量ΔＩＬ、及び加算されるスロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅの変化量ΔＩｓを用いて、次式（３）で算出することができる。
【００４１】
【数６】
2018082583.tif 000008
電流補正部５２１では、以上のように求めた式（６）を用いた演算が行われ、算出された定電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃが最小値選択部５３０へ入力される。
【００４２】
最小値選択部５３０では、定電圧制御部５１０から得た定電圧指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｖ、及び定電流制御部５２０から得た指令値Ｉｒｅｆ＿ｃｃのうちの小さいほうを、ピーク電流制御部５４０へ出力する。ピーク電流制御部５４０では、指令値はＤＡ変換器５４１においてアナログ値に変換され、コンパレータ５４２のマイナス端子に入力される。
【００４３】
一方、ピーク電流制御部５４０のスロープ補償部５４３は、レジスタの値により得られるスロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅの値を信号として生成し、ＤＡ変換器５４４に入力する。このスロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅは、上述した通り、各制御周期において０Ａから直線的に単調増加する鋸歯状波の信号である。そして、ＤＡ変換器５４４によりアナログ波形とされたスロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅと、電流検出部２０３により検出された電流値ＩＬとを加算部５４５において加算して、コンパレータ５４２のプラス端子に入力する。なお、スロープ補償部５４３は、直接アナログ波形を生成し、ＤＡ変換器５４４を介さずコンパレータ５４２に入力するものとしてもよい。
【００４４】
コンパレータ５４２は、マイナス端子に入力された指令値と、プラス端子に入力された、電流値ＩＨにスロープ電流Ｉ＿ｓｌｏｐｅが加算された値との比較を行う。そして、プラス端子の入力値がマイナス端子の入力値よりも小さい期間において、ハイ状態の信号をＲＳフリップフロップ５４７のＲ端子に入力し、プラス端子の入力値がマイナス端子の入力値よりも大きい期間において、ロー状態の信号をＲＳフリップフロップ５４７のＲ端子に入力する。また、ＲＳフリップフロップ５４７のＳ端子には、クロック５４６からクロック信号が入力される。
【００４５】
ＲＳフリップフロップ５４７の出力は、Ｄｕｔｙ制限部５４８によってＤｕｔｙ値の上限値及び下限値を設定される。このＤｕｔｙ制限部５４８には、上限設定部５４９から時比率Ｄの上限値が入力される。この上限値は、第１電圧ＶＨが所定の値となるまでは一定であり、第１電圧ＶＨがその上限の値よりも大きければ、第１電圧ＶＨが大きいほど小さくなる値として設定される。一方、時比率Ｄの下限は、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６のオン期間が重複するように、５０％よりも大きい値に設定されている。ＲＳフリップフロップ５４７の出力は、このＤｕｔｙ制限部５４８を経たうえで、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６へと出力される。
【００４６】
一方、コンパレータ５４２のハイ状態を示す出力信号は、パルス生成器５５０へ入力される。このパルス生成器５５０へは、ピーク値ＩＬ＿ｐと第１電圧ＶＨが入力され、上式（３）を用いてオン期間Ｔ＿ｏｎが算出される。そして、パルス生成器５５０からは、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４の組、又は第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子Ｑ３の組に対して、オン期間Ｔ＿ｏｎの間だけオンとなる駆動信号が送信される。
【００４７】
以上説明したコンパレータ５４２から出力されるコンパレータ信号と、各スイッチング素子のゲート電圧、及びオン／オフ状態について、図１１を参照して説明する。なお、第６スイッチング素子Ｑ６をオフとする前に第２、第３スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を所定期間オンとする制御については、同等のものとなるため、具体的な説明を省略する。
【００４８】
まず、時刻ｔ１にて、電流値ＩＬにスロープ電流Ｉｓを加算した値が上昇し、電流指令値Ｉｒｅｆに到達すれば、コンパレータ５４２にてコンパレータ信号が生成される。このコンパレータ信号が第５スイッチング素子Ｑ５、及び、第１スイッチング素子Ｑ１、第４スイッチング素子Ｑ４へ送信される。このコンパレータ信号により、第５スイッチング素子Ｑ５のゲート電圧は低下を開始し、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧は上昇を開始する。
【００４９】
時刻ｔ２において、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧が、それぞれゲート閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ４に到達すれば、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４はオンとなる。これにより、第５スイッチング素子Ｑ５を流れる電流は減少する。続く時刻ｔ３で第１スイッチング素子Ｑ１及び第５スイッチング素子Ｑ５をオフとする信号が送信されれば、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧が低下を開始する。時刻ｔ４で、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧が、それぞれゲート閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ４に到達すれば、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４はオフとなる。
【００５０】
この場合に、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のオン期間Ｔ＿ｏｎが、実際に第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４がオンである期間となるように、時刻ｔ３のタイミングが設定すればよい。また、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧の上昇が開始される時刻ｔ１から、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧の減少が開始される時刻ｔ３までの期間が、オン期間Ｔ＿ｏｎとなるようにしてもよい。また、オン期間Ｔ＿ｏｎを、他の期間に基づいて設定するものとしてもよい。
【００５１】
第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のゲート電圧が、それぞれゲート閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ４を下回った後、時刻ｔ５で第５スイッチング素子Ｑ５のゲート電圧が閾値ｔｈ５を下回れば第５スイッチング素子Ｑ５はオフとなる。第５スイッチング素子Ｑ５がオフとなれば、第２回路２００から第１回路１００へと電力の供給が行われ、電流値ＩＬは減少する。
【００５２】
以上の制御を行った際の第５スイッチング素子Ｑ５に流れる電流Ｉｄと、第５スイッチング素子Ｑ５に生ずる電圧Ｖｄとについて、図１２を参照して説明する。図１２（ａ）に示すように、時刻ｔ１１で第１、第４スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンとすることで、電流Ｉｄが減少を開始し、時刻ｔ１２で電流がゼロとなる。この時刻ｔ１２で第５スイッチング素子Ｑ５をオンとしたとしても、電圧Ｖｄのフロアレベルからの乖離量が相対的に小さく、サージ電圧を抑制できていることがわかる。
【００５３】
一方、図１２（ｂ）に示すように、第１、第４スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンとしない場合、第５スイッチング素子Ｑ５をオンとする時刻ｔ２１で電圧Ｖｄが立ちあがり、それに伴い電流Ｉｄが減少する。そして、時刻ｔ２２で電圧Ｖｄが最大値Ｖｄ＿ｍａｘとなる。すなわち、第１、４スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンとする制御を行わないことにより、図１２（ａ）で示した場合よりも大きなサージ電圧が生じていることがわかる。その後、電圧Ｖｄは減衰し、電圧Ｖｄは図１２（ａ）で示した場合と同様に、フロアレベルへ収束する。
【００５４】
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置１０は、以下の効果を奏する。
【００５５】
・チョークコイルＬ１３の電流値ＩＬが所定値よりも大きい場合、すなわち、チョークコイルＬ１３の電流値ＩＬが十分に大きくなり、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に過剰なサージ電圧が生ずるおそれが大きい場合に、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オンとする制御が行うものとしているため、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に生ずるサージ電圧を適切に抑制することができる。一方、チョークコイルＬ１３の電流値ＩＬが所定値よりも小さい場合、すなわち、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オンとする制御により逆方向に過剰な電流が生ずる可能性がある場合には、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オンとする制御を行わないため、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとする前に逆方向の電流が生ずる事態を抑制することができる。したがって、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に生ずるサージ電圧を抑制することができる。
【００５６】
・第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオンとする期間が、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングよりも早くなりすぎた場合、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとした後に第１側スイッチング素子における電流の蓄積が再開される。一方、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフとするタイミングが、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングよりも遅くなれば、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の電流を十分に減少させることができなくなる。本実施形態では、第５、６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６へ送信する信号の生成する条件と、第１〜４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４へ送信する信号を生成する条件を共通とし、且つ、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のオフ動作を第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオフ動作よりも遅延させているため、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングと、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間の終了タイミングとを精度よく制御することができる。
【００５７】
・電流値ＩＬと指令値Ｉｒｅｆとを比較するうえで、第５、６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６へ送信する信号の生成に用いるコンパレータ、第１〜４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４へ送信する信号の生成に用いるコンパレータとをそれぞれ別に設ける場合、比較結果の生成にずれが生じて制御の精度が低下する場合がある。この点、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４子をオンとする第１信号、及び、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとする第２信号を、１つのコンパレータ５４２による共通の比較結果により生成しているため、制御の精度を向上させることができる。
【００５８】
・第２回路２００の電流値ＩＬが小さいほど、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオンとする期間を短くする必要があるが、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオンとする期間が短くなるほど、オン状態からオフ状態への切り替えを精度よく行うことが困難になる。また、電流値ＩＬが小さいほど、サージ電圧も小さくなるため、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オンとする制御を行うことの効果が小さくなる。この点、第２回路２００の電流値ＩＬが所定の閾値ＩＬｔｈよりも小さい場合には、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オンとする制御を禁止しているため、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オンとすることによる効果が小さい状況下で、精度が低くなるおそれのある制御が行われる事態を抑制することができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置１０は第２回路２００の一部が第１実施形態と異なっている。図１３は、本実施形態に係る電力変換装置１０の回路図である。電力変換装置１０において、トランスＴｒ１１を構成する第２コイルＬ１２の端部のそれぞれに、第５スイッチング素子Ｑ５ａのソース、第６スイッチング素子Ｑ６のソースがそれぞれ接続されている。一方で、第５スイッチング素子Ｑ５のドレインと第６スイッチング素子Ｑ６のドレインは接続され、その接続点はチョークコイルＬ１３の一端に接続される。また、第２コイルＬ１２のセンタータップは、負極側端子２００ｂに接続される。なお、第１回路１００の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。このとき、制御装置３００が実行する処理は、第１と同様のものとなる。
【００６０】
＜第３実施形態＞
本実施形態に係る電力変換装置１０は第２回路２００の一部が第１実施形態と異なっている。図１４は、本実施形態に係る電力変換装置１０の回路図である。電力変換装置１０は、第１コイルＬ１１及び第２コイルＬ１２ｂからなるトランスＴｒ１１ｂと、第１回路１００と、第２回路２００とを備えている。第１コイルＬ１１と第２コイルＬ１２の巻数比は、Ｎ：１である。
【００６１】
第２回路２００において、第５スイッチング素子Ｑ５ｂのソースと、第６スイッチング素子Ｑ６ｂのドレインとが接続され、その接続点には第２コイルＬ１２ｂの一端が接続されている。一方、第７スイッチング素子Ｑ７ｂのソースと第８スイッチング素子Ｑ８ｂのドレインとが接続され、その接続点には第２コイルＬ１２ｂの他端が接続されている。第５スイッチング素子Ｑ５ｂのドレイン及び第７スイッチング素子Ｑ７ｂのドレインは、チョークコイルＬ１３の一端に接続され、チョークコイルＬ１３の他端は正極側端子２００ａに接続されている。第６スイッチング素子Ｑ６ｂのソース及び第８スイッチング素子Ｑ８ｂのソースは、負極側端子２００ｂに接続されている。
【００６２】
なお第１回路１００の構成は、第１実施液体と同様であるため、説明を省略する。
【００６３】
本実施形態に係る制御装置３００が実行する処理について、図１５を参照して説明する。図１５に示すように、第２回路側において、第５スイッチング素子Ｑ５ｂと第８スイッチング素子Ｑ８ｂとを同期させて制御し、第６スイッチング素子Ｑ６ｂと第７スイッチング素子Ｑ７ｂとを同期させて制御する。この場合に、第５スイッチング素子Ｑ５ｂと第８スイッチング素子Ｑ８ｂとを同期させてオフとする前に、第１回路１００において、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４とを同期させて所定期間オンとする。同様に、第６スイッチング素子Ｑ６ｂと第７スイッチング素子Ｑ７ｂとを同期させてオフとする前に、第１回路１００において、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３とを同期させて所定期間オンとする。
【００６４】
こうすることで、第１実施形態と同等の効果を奏することができる。
【００６５】
＜変形例＞
・実施形態において、コンパレータ５４２の判定結果を分岐させて、第１回路１００側の制御信号と第２回路２００側の制御信号のそれぞれに用いるものとしたが、第１回路１００側の制御信号と第２回路２００側の制御信号とをそれぞれ別のコンパレータにより生成するものとしてもよい。
【００６６】
・実施形態では、第５、６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のゲート電圧の時定数と、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート電圧の時定数を異ならせることで、第５、６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングを遅延させるものとした。この点、コンパレータ５４２の判定結果に基づく信号を第５、６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６へ送信するうえで、その信号の送信を遅延させる遅延部を設けることで、第５、６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングを遅延させるものとしてもよい。
【００６７】
・実施形態では、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間Ｔ＿ｏｎの値を可変としたが、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングの遅延量を可変に設定してもよい。第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングが一定であれば、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間Ｔ＿ｏｎが短いほど、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフとしてから、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするまでに間隔が生ずる。また、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間Ｔ＿ｏｎが長いほど、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフする前に、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がオフとなる可能性がある。そこで、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間Ｔ＿ｏｎが短いほど、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングの遅延量を短くし、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間Ｔ＿ｏｎが長いほど、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングの遅延量を長くしてもよい。なお、上述した通り、オン期間Ｔ＿ｏｎは、電流のピーク値ＩＬ＿ｐが大きくなるほど長くなり、第１電圧ＶＨが大きくなるほど短くなるものである。そのため、遅延量も、電流のピーク値ＩＬ＿ｐが大きくなるほどより大きくし、第１電圧ＶＨが大きくなるほどより小さくするものとしてもよい。
【００６８】
・第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとする前に第１〜４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所定期間オフとする制御を行わない場合、図１２で示したように、サージ電圧が生ずる。このサージ電圧Ｖｄは、第２回路２００に流れる電流が大きいほど大きくなる。すなわち、図１２で示した最大値Ｖｄ＿ｍａｘが大きくなる。ところで、実施形態で説明した通り、第２回路２００に流れる電流が大きいほど、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間Ｔ＿ｏｎを長くしている。したがって、サージ電圧Ｖｄの最大値Ｖｄ＿ｍａｘを検出する電圧検出部をさらにもうけ、その電圧検出部が検出した電圧が大きいほど、第１〜第４スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間Ｔ＿ｏｎを長くしたり、第５、第６スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオフとするタイミングの遅延量を長くしたりしてもよい。
【００６９】
・実施形態では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７としてＮ型のＭＯＳＦＥＴを採用したが、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴでもよく、他の素子を採用するものとしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…電力変換装置、１００…第１回路、２００…第２回路、３００…制御部、５４２…コンパレータ、Ｌ１３…チョークコイル、Ｔｒ１１…トランス。
【図１】
2018082583.tif 000010
【図２】
2018082583.tif 000011
【図３】
2018082583.tif 000012
【図４】
2018082583.tif 000013
【図５】
2018082583.tif 000014
【図６】
2018082583.tif 000015
【図７】
2018082583.tif 000016
【図８】
2018082583.tif 000017
【図９】
2018082583.tif 000018
【図１０】
2018082583.tif 000019
【図１１】
2018082583.tif 000020
【図１２】
2018082583.tif 000021
【図１３】
2018082583.tif 000022
【図１４】
2018082583.tif 000023
【図１５】
2018082583.tif 000024