(57)【要約】【課題】交流入力電圧の波形が正弦波状でなくても、正弦波状の回路電流を生成できるようにする。【解決手段】記憶デバイスは、少なくとも半周期分の正弦関数の値を時間要素と関連付けて記憶する。検出手段は、交流周期に記憶デバイスで記憶される時間要素を同期させて時間毎に変化する正弦関数の値を記憶デバイスから検出する。決定手段は、正弦関数の値から目標とする電流値を決定する。制御手段は、電圧極性が正のとき、電力変換回路を流れる回路電流がゼロ値になる毎にオンし、当該回路電流が前記目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を一方のスイッチに出力し、電圧極性が負のとき、電力変換回路を流れる回路電流がゼロ値になったときオンし、当該回路電流が目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を他方のスイッチに出力する。【選択図】      図２
2015082932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の両端に、インダクタとキャパシタとの直列回路を直列に介して第１のスイッチを接続するとともに、前記第１のスイッチの一方の端子と前記直列回路との接続点と、前記第１のスイッチの他方の端子と前記交流電源との接続点との間に、平滑コンデンサを直列に介して第２のスイッチを接続してなり、前記第１または第２のスイッチのオン，オフにより、交流を直流に変換する電力変換回路と、
少なくとも半周期分の正弦関数の値を時間要素と関連付けて記憶する記憶デバイスと、
前記交流電源の交流周期を判定する周期判定手段と、
前記交流周期に前記記憶デバイスで記憶される時間要素を同期させて時間毎に変化する前記正弦関数の値を前記記憶デバイスから検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記正弦関数の値から目標とする電流値を決定する決定手段と、
前記交流電源の電圧極性を判定する極性判定手段と、
前記電圧極性が正のとき、前記電力変換回路を流れる回路電流がゼロ値になる毎にオンし、当該回路電流が前記目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を前記第１または第２のスイッチの一方に出力し、前記電圧極性が負のとき、前記電力変換回路を流れる回路電流がゼロ値になったときオンし、当該回路電流が前記目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を前記第１または第２のスイッチの他方に出力する制御手段と、
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記記憶デバイスは、正規化された時間要素と関連付けて正規化された正弦関数の値を記憶し、
前記検出手段は、前記交流周期内の時間を正規化するための係数を用いて前記交流周期の時間を正規化し、この正規化された時間に対応する正弦関数の値を前記記憶デバイスから検出し、
前記決定手段は、前記検出手段により検出された前記正弦関数の値を、前記電力変換回路の回路電流値から導出される係数倍して、前記目標とする電流値を決定することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記正規化された時間が、前記記憶デバイスに格納される第１の時間要素とこの第１の時間要素に続く第２の時間要素との間にあるとき、前記第１の時間要素に関連付けられた前記正弦関数の値と前記第２の時間要素に関連付けられた前記正弦関数の値とを前記記憶デバイスから検出し、
前記決定手段は、前記正規化された時間と前記第１及び第２の各時間要素との間隔比を求め、その間隔比で前記第１の時間要素に関連付けられた前記正弦関数の値と前記第２の時間要素に関連付けられた前記正弦関数の値とを補正して目標とする電流値を決定することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記交流電源の投入時には、前記電力変換回路の回路電流を徐々に増加させるソフトスタート機能を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
交流電源の両端に、インダクタとキャパシタとの直列回路を直列に介して第１のスイッチを接続するとともに、前記第１のスイッチの一方の端子と前記直列回路との接続点と、前記第１のスイッチの他方の端子と前記交流電源との接続点との間に、平滑コンデンサを直列に介して第２のスイッチを接続してなり、前記第１または第２のスイッチのオン，オフにより、交流を直流に変換する電力変換回路を制御するコンピュータを、
記憶デバイスと、
前記交流電源の交流周期を判定する周期判定手段、
前記交流周期に、少なくとも半周期分の正弦関数の値を時間要素と関連付けて記憶する記憶デバイスで記憶される時間要素を同期させて時間毎に変化する前記正弦関数の値を前記記憶デバイスから検出する検出手段、
前記検出手段により検出された前記正弦関数の値から目標とする電流値を決定する決定手段、
前記交流電源の電圧極性を判定する極性判定手段、及び、
前記電圧極性が正のとき、前記電力変換回路を流れる回路電流がゼロ値になる毎にオンし、当該回路電流が前記目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を前記第１または第２のスイッチの一方に出力し、前記電圧極性が負のとき、前記電力変換回路を流れる回路電流がゼロ値になったときオンし、当該回路電流が前記目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を前記第１または第２のスイッチの他方に出力する制御手段、
として機能させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、交流電源から得られる交流電圧を直流電圧に変換して負荷へ電力を供給する電力変換装置及びその制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電圧を直流電圧に変換する方法としては、全波整流平滑方法が一般的である。この方法は、通常、ダイオードブリッジ回路と平滑コンデンサとを用いる。ダイオードブリッジ回路は、交流電源からの交流を全波整流する。平滑コンデンサは、全波整流後の直流を平滑する。
【０００３】
また、平滑コンデンサの代わりに力率改善コンバータ（ＰＦＣ）を用いる方法もある。力率改善コンバータは、ダイオードブリッジ回路で全波整流された直流の電圧を、交流入力電圧よりも高い電圧に昇圧する。かようなコンバータを利用すると、交流入力電圧から生成される回路電流の波形が、当該電圧波形と略相似形となる。したがって、交流電源として商用交流電源を用いた場合には、入力電圧波形が正弦波状となるので問題はない。
【０００４】
しかし最近では、商用交流電源の代わりにバッテリ駆動装置を用いるケースが増えつつある。バッテリ駆動装置で生成される交流電圧の波形は階段状となる。これに伴い、入力電圧波形も階段状となるため、回路電流に高調波ノイズが重畳する。高調波ノイズは、外部環境に悪影響を及ぼすおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９５２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一実施形態が解決しようとする課題は、交流入力電圧の波形が正弦波状でなくても、正弦波状の回路電流を生成でき、電流高調波抑制機能を果たすことができる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態において、電力変換装置は、電力変換回路と、記憶デバイスと、周期判定手段と、検出手段と、決定手段と、極性判定手段と、制御手段とを具備する。
【０００８】
電力変換回路は、交流電源の両端に、インダクタとキャパシタとの直列回路を直列に介して第１のスイッチを接続するとともに、第１のスイッチの一方の端子と直列回路との接続点と、第１のスイッチの他方の端子と交流電源との接続点との間に、平滑コンデンサを直列に介して第２のスイッチを接続してなり、第１または第２のスイッチのオン，オフにより、交流を直流に変換する。記憶デバイスは、少なくとも半周期分の正弦関数の値を時間要素と関連付けて記憶する。周期判定手段は、交流電源の交流周期を判定する。検出手段は、交流周期に記憶デバイスで記憶される時間要素を同期させて時間毎に変化する正弦関数の値を記憶デバイスから検出する。決定手段は、検出手段により検出された正弦関数の値から目標とする電流値を決定する。極性判定手段は、交流電源の電圧極性を判定する。制御手段は、電圧極性が正のとき、電力変換回路を流れる回路電流がゼロ値になる毎にオンし、当該回路電流が前記目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を第１または第２のスイッチの一方に出力し、電圧極性が負のとき、電力変換回路を流れる回路電流がゼロ値になったときオンし、当該回路電流が目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を第１または第２のスイッチの他方に出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電力変換装置の回路構成図。
【図２】コントローラの具体的構成を示すブロック図。
【図３】正規化テーブルに設定されるデータの一例を示す図。
【図４】正弦関数の半周期を示す図。
【図５】図４において、横軸を角度とすることで正弦関数の半周期を０から１の範囲内に納まるように正規化したグラフを示す図。
【図６】図５において、横軸を時間軸にすることで時間の経過に応じた電流目標値の変遷を示す図。
【図７】パルス信号のＯＮ，ＯＦＦタイミングを説明するための波形図。
【図８】交流入力電圧に対する回路電流を示す波形図。
【図９】電流目標値の補正方法を説明するための模式図。
【図１０】コントローラの他の実施形態を示すブロック図。
【図１１】ソフトスタート機能に必要な関数曲線を示す図。
【図１２】ソフトスタート機能を適用した回路の電流波形図。
【図１３】コントローラの処理を実現するプログラム手順を示す流れ図。
【図１４】電流目標値の変形例を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、電力変換装置の実施形態について、図面を用いて説明する。  
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態における電力変換装置１-1の回路構成図である。電力変換装置１-1は、電力変換回路１１-1とそのコントローラ１２-1とを備える。
【００１１】
電力変換回路１１-1は、交流電源２の一端に、第１のコンデンサＣ１（以下、単にコンデンサＣ１と称する）とインダクタＬ１とを直列に接続してなるＬＣ回路１１１を接続する。さらに、前記ＬＣ回路１１１に対して直列に第１のスイッチＳ１（以下、単にスイッチＳ１と称する）を接続し、このスイッチＳ１を前記交流電源２の他端に接続する。
【００１２】
また、電力変換回路１１-1は、ＬＣ回路１１１とスイッチＳ１との接続点Ｘ１に第２のスイッチＳ２（以下、単にスイッチＳ１と称する）を接続して、スイッチＳ１とスイッチＳ２との直列回路１１２を形成する。さらに、この直列回路１１２に対して並列に、平滑コンデンサＣ２と負荷Ｍとを接続する。負荷Ｍは、ヒーターのような抵抗体でもよいし、トランスで絶縁整流して二次側から別電位の直流回路を得る回路を挿入し、この回路に機器等の負荷を接続してもよい。
【００１３】
スイッチＳ１及びスイッチＳ２は、機械的スイッチである。電力変換回路１１-1は、スイッチＳ１に対しては並列に第１のダイオードＤ１（以下、単にダイオードＤ１と称する）を接続し、スイッチＳ２に対しては並列に第２のダイオードＤ２（以下、単にダイオードＤ２と称する）を接続する。具体的には、スイッチＳ１とスイッチＳ２との接続点Ｘ１に対し、ダイオードＤ１はカソードを接続し、ダイオードＤ２はアノードを接続する。
【００１４】
さらに、電力変換回路１１-1は、入力電圧検出部３１、電流検出部３２及び出力電圧検出部３３を備える。
【００１５】
入力電圧検出部３１は、上記交流電源２の両端に生じる正または負の電圧（交流入力電圧Ｖ１）を検出する。電流検出部３２は、ＬＣ回路１１１のインダクタＬ１を流れる回路電流Ｉ１を検出する。出力電圧検出部３３は、負荷Ｍに印加される直流の出力電圧Ｖ２を検出する。入力電圧検出部３１、電流検出部３２及び出力電圧検出部３３でそれぞれ検出される信号は、コントローラ１２-1に出力される。
【００１６】
コントローラ１２-1は、回路電流Ｉｓと交流入力電圧Ｖ１と直流出力電圧Ｖ２とに基づいて、スイッチＳ１をスイッチング動作させるための第１のパルス信号Ｐ１（以下、単にパルス信号Ｐ１と称する）と，スイッチＳ２をスイッチング動作させるための第２のパルス信号Ｐ２（以下、単にパルス信号Ｐ２と称する）とを生成する。そしてコントローラ１２-1は、パルス信号Ｐ１をスイッチＳ１のゲート端子に供給し、パルス信号Ｐ２をスイッチＳ２のゲート端子に供給する。
【００１７】
スイッチＳ１は、ゲート端子にパルス信号Ｐ１が供給されている間、導通する。スイッチＳ２も、ゲート端子にパルス信号Ｐ２が供給されている間、導通する。
【００１８】
図２は、コントローラ１２-1の具体的構成を示すブロック図である。コントローラ１２-1は、正規化テーブル４０を有する。またコントローラ１２-1は、ゼロクロス判定部４１、周期判定部４２、時間長係数算出部４３、現在時刻計数部４４、変換部４５、検索部４６、実効値算出部４７、電圧判定部４８、電流係数算出部４９、演算部５０、ピーク電流検出部５１、ゼロ電流検出部５２、極性判定部５３、パルス信号Ｐ１の出力部５４及びパルス信号Ｐ２の出力部５５を備える。
【００１９】
正規化テーブル４０は、図３に示すように、“０”から“１８０”までの整数であるインデックス値ｎにそれぞれ関連付けて、正規化された設定値Table(n)を格納する。設定値Table(n)は、インデックス値ｎを度数法による角度とみなしたときの正弦関数の値である。
【００２０】
本実施形態は、交流入力電圧の波形が正弦波状でなくても、正弦波状の回路電流を生成することを目的とする。そこでこの目的を達成するために、時間軸に沿って設定される回路電流Ｉ１の目標値Ienvを正弦関数の値とする。そうすることにより、電流目標値Ienvにしたがって流れる回路電流Ｉ１は正弦波状となる。
【００２１】
正弦関数は、角度０度から角度１８０度までは正の値をとり、角度１８０度から角度３６０度までは負の値をとるものの、各値の絶対値は等しい。そこで本実施形態では、角度０度から角度１８０度までの半周期τに着目する。
【００２２】
図４の曲線Ｗ１は、正弦関数曲線の半周期τを示す。この半周期τのなかの任意の時刻tに対する正弦関数の値を電流目標値Ienv（ｔ）とすればよい。ただし、半周期τや電流目標値Ienv（ｔ）は、回路定数や負荷条件によって変動する。そこで本実施形態では、正規化の概念を利用する。正規化とは、データを利用しやすいように一定のルールにしたがって変形することである。本実施形態では、半周期τ分の正弦関数の値が“０”から“１”の範囲に収まるように正規化する。
【００２３】
正弦関数は、sin０°とsin１８０°のとき“０”で最小であり、sin９０°のとき“１”で最大あるから、図４の時間軸を図５のように度数法の角度に置き換えることによって、半周期τ分の正弦関数の値を“０”から“１”の範囲内に納めることができる。つまり正規化データを“０”から“１”の範囲内に納めることができる。このとき、半周期τ内の任意の時刻ｔは、１８０×（ｔ／τ）で表わされる。
【００２４】
この時刻ｔ＝１８０×（ｔ／τ）を正規化する場合、係数Ｋｔを乗算すればよい。つまり、図６に示すように、半周期τ分の正弦関数の値を“０”から“１”の範囲に納まるように正規化したなかでの時刻表記は“Ｋｔ＊ｔ”となる。係数Ｋｔは、時刻ｔを正規化するための係数であり、時間長係数Ｋｔと称する。時間長係数Ｋｔは、交流入力電圧Ｖ１の周期によって決まる。
【００２５】
同様に、電流目標値Ｉenv（ｔ）を正規化する場合、係数Ｋｉを乗算すればよい。つまり、図６に示すように、任意の時刻“Ｋｔ＊ｔ”に対する電流目標値Ｉenv（ｔ）は、“Ｋｔ＊ｔ＊Ｋｉ”となる。係数Ｋｉは、電流目標値Ｉenvを正規化するための係数であり、電流係数Ｋｉと称する。電流係数Ｋｉは、出力電圧Ｖ２のフィードバック量から決まる。
【００２６】
ここに、正規化テーブル４０は、半周期分の正弦関数の値を時間要素と関連付けて記憶する記憶デバイスを構成する。なお、本実施形態では半周期分の正弦関数の値を記憶したが、１周期分の正弦関数の値を時間要素と関連付けて記憶してもよい。
【００２７】
図２に説明を戻す。  
ゼロクロス判定部４１は、交流入力電圧Ｖ１を入力とし、この交流入力電圧Ｖ１がゼロボルト（０Ｖ）になったか否かを判定する。そしてゼロクロス判定部４１は、交流入力電圧Ｖ１が０Ｖになる毎に、周期判定部４２に対してトリガパルス信号tpを出力する。
【００２８】
周期判定部４２は、トリガパルス信号tpを入力とし、このトリガパルス信号tpの入力間隔（時間）を交流入力電圧Ｖ１の半周期τとして判定する。例えば周期判定部４２は、トリガパルス信号tpが入力される毎に導出される入力間隔の平均を算出し、この平均値を交流入力電圧Ｖ１の半周期τとする。周期判定部４２は、半周期τの時間情報を時間長係数算出部４３と現在時刻計数部４４とに与える。ここに、ゼロクロス判定部４１と周期判定部４２とは、交流電源２の交流周期を判定する周期判定手段として機能する。
【００２９】
時間長係数算出部４３は、半周期τの時間情報を入力とし、この半周期τの時間情報から時間長係数Ｋｔを算出する。本実施形態では、半周期τ分の正弦関数の値が“０”から“１”の範囲に収まるように、時間軸を角度軸にみなして正規化する。すなわち半周期τは、正規化により“１８０”となる。時間長係数Ｋｔは、半周期τの中の時刻ｔを正規化するための係数である。したがって、時間長係数Ｋｔは、“１８０／τ”によって算出される。時間長係数算出部４３は、算出した時間長係数Ｋｔを変換部４５に与える。
【００３０】
現在時刻計数部４４は、半周期τの時間情報を入力とし、この時間情報の入力に応じてリセットされるカウンタを有する。カウンタは、タイマでもよいし、ＣＰＵ内のクロックでもよい。現在時刻計数部４４は、カウンタ値を半周期τの開始からの経過時間に換算し、この経過時間を現在時刻ｔとして変換部４５に与える。
【００３１】
変換部４５は、現在時刻ｔと時間長係数Ｋｔとを入力とする。そして変換部４５は、現在時刻ｔに時間長係数Ｋｔを乗算して、現在時刻ｔの正規化データＫｔ＊ｔ（０から１の範囲内）を算出する。正規化テーブル４０のインデックス値ｎは０から１８０までの整数である。このため変換部４５は、正規化データＫｔ＊ｔの小数点を四捨五入して、インデックス値ｎを得る。変換部４５は、インデックス値ｎを検索部４６に与える。なお、整数のインデックス値ｎを得る際には、小数点以下を四捨五入するのでなく、切り捨てまたは切り上げてもよい。
【００３２】
検索部４６は、インデックス値ｎを入力とし、このインデックス値ｎで正規化テーブル４０を検索する。そして検索部４６は、インデックス値ｎに関連付けて設定されている設定値Table(n)を正規化テーブル４０から読出し、この設定値Table(n)を演算部５０に与える。
【００３３】
ここに、時間長係数算出部４３、現在時刻係数部４４、変換部４５及び検索部４６は、交流周期に、記憶デバイス（正規化テーブル４０）で記憶される時間要素を同期させて時間毎に変化する正弦関数の値を記憶デバイスから検出する検出手段として機能する。
【００３４】
実効値算出部４７は、交流入力電圧Ｖ１を入力とし、この交流入力電圧Ｖ１の実効値Ｖ１（Ｖ）を算出する。実効値算出部４７は、実効値Ｖ１（Ｖ）を電流係数算出部４９に与える。
【００３５】
電圧判定部４８は、直流出力電圧Ｖ２を入力とし、この直流出力電圧Ｖ２と、予め設定された目標電圧Ｖrefとの差分を判定する。電圧判定部４８は、この差分（Ｖ２−Ｖref）を電流係数算出部４９に与える。
【００３６】
電流係数算出部４９は、交流入力電圧Ｖ１の実効値Ｖ１（Ｖ）と、直流出力電圧Ｖ２と目標電圧Ｖrefとの差分（Ｖ２−Ｖref）とを入力とし、この実効値Ｖ１（Ｖ）と差分（Ｖ２−Ｖref）とから電流係数Ｋｉを算出する。電流係数算出部４９は、算出した電流係数Ｋｉを演算部５０に与える。
【００３７】
例えば電力変換回路１１-1において、実効値Ｖ１（Ｖ）が１００Ｖであり、差分（Ｖ２−Ｖref）が−０．１Ｖであって、電力１００Ｗを出力していると仮定する。この場合、１００Ｖ×１Ａ＝１００Ｗだから、回路電流Ｉ１は平均値が１Ａ、ピーク値が１．４１Ａとなる。このピーク値１．４１Ａが正規化テーブル４０における設定値Table(n)の最大値“１”に相当する。
【００３８】
上記例の場合、差分がマイナスなので、電圧判定部４８では、直流出力電圧Ｖ２が不足していると判定される。この場合、回路電流Ｉ１を平均値の１Ａよりも大きい値、例えば１．２Ａに増加させればよい。逆に、差分がプラスのときには、回路電流Ｉ１を例えば０．８Ａに減少させる。つまり、電流係数Ｋｉは、設定値Table(n)の最大値“１”に相当するピーク値１．４１に、上記１．２または０．８を乗算した値となる。なお、電流の増加幅１．２Ａ及び減少幅０．８はあくまでも一例であり、この値に限定されるものではない。
【００３９】
演算部５０は、正規化テーブル４０の設定値Table(n)と電流係数Ｋｉとを入力とし、この設定値Table(n)に電流係数Ｋｉを乗算して、設定値Table(n)の正規化データTable(n)＊Ｋ１を算出する。設定値Table(n)は、現在時刻ｔを正規化して得られたインデックス値ｎを度数法による角度とみなしたときの正弦関数の値である。正規化データTable(n)＊Ｋ１は、この正弦関数の値Table(n)を正規化したものである。すなわち正規化データTable(n)＊Ｋ１は、現在時刻に対応した正弦波上の値となる。演算部５０は、正規化データTable(n)＊Ｋ１を電流目標値Ｉenvとしてピーク電流検出部５１に与える。すなわち、時系列に変化する電流目標値Ｉenvは、正弦関数曲線を辿る。
【００４０】
ここに、電流係数算出部４０及び演算部５０は、検出手段により検出された前記正弦関数の値から目標とする電流値を決定する決定手段として機能する。
【００４１】
ピーク電流検出部５１は、回路電流Ｉ１と電流目標値Ｉenvとを入力とし、回路電流Ｉ１の絶対値｜Ｉ１｜が電流目標値Ｉenvに達したことを検知する毎に、ＯＦＦタイミングパルス信号Ｐoffを出力する。ピーク電流検出部５１は、ＯＦＦタイミングパルス信号Ｐoffをパルス信号Ｐ１の出力部５４及びパルス信号Ｐ２の出力部５５にそれぞれ与える。
【００４２】
ゼロ電流検出部５２は、回路電流Ｉ１を入力とし、回路電流Ｉ１の絶対値｜Ｉ１｜が０（Ａ）になったことを検知する毎に、ＯＮタイミングパルス信号Ｐonを出力する。ゼロ電流検出部５２は、ＯＮタイミングパルス信号Ｐonをパルス信号Ｐ１の出力部５４及びパルス信号Ｐ２の出力部５５にそれぞれ与える。
【００４３】
極性判定部５３は、入力電圧Ｖ１を入力とし、この入力電圧Ｖ１が正極であるか負極であるかを判定する。極性判定部５３は、入力電圧Ｖ１の極性判定結果を示す判定信号Ｊ（例えば入力電圧Ｖ１が正極のときにはＪ＝１、負極のときにはＪ＝０）を、パルス信号Ｐ１の出力部５４及びパルス信号Ｐ２の出力部５５にそれぞれ与える。ここに、極性判定部５３は、交流電源２の電圧極性を判定する極性判定手段として機能する。
【００４４】
出力部５４は、ＯＮタイミングパルス信号ＰonとＯＦＦタイミングパルス信号Ｐoffと判定信号Ｊとを入力とする。そして出力部５４は、判定信号Ｊが正極を表わすとき、ＯＮタイミングパルス信号Ｐonの入力に応じてパルス信号Ｐ１をオンし、ＯＦＦタイミングパルス信号Ｐoffの入力に応じてパルス信号Ｐ１をオフする。判定信号Ｊが負極を表わすときには、出力部５４は、パルス信号Ｐ１を出力しない。
【００４５】
出力部５５は、ＯＮタイミングパルス信号ＰonとＯＦＦタイミングパルス信号Ｐoffと判定信号Ｊとを入力とする。そして出力部５５は、判定信号Ｊが負極を表わすとき、ＯＮタイミングパルス信号Ｐonの入力に応じてパルス信号Ｐ２をオンし、ＯＦＦタイミングパルス信号Ｐoffの入力に応じてパルス信号Ｐ２をオフする。判定信号Ｊが正極を表わすときには、出力部５５は、パルス信号Ｐ２を出力しない。
【００４６】
なお、電力変換回路１１-1に交流電源２の電圧を反転させる回路を設けることによって、判定信号Ｊが正極を表わすとき、出力部５５がアクティブとなり、判定信号Ｊが負極を表わすとき、出力部５４がアクティブとなるようにしてもよい。
【００４７】
ここに、ピーク電流検出部５１、ゼロ電流検出部５２及び出力部５４，５５は、電圧極性が正のとき、電力変換回路１１-1を流れる回路電流ｉ１がゼロ値になる毎にオンし、当該回路電流Ｉ１が目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を第１または第２のスイッチＳ１，Ｓ２の一方に出力し、電圧極性が負のとき、電力変換回路１１-1を流れる回路電流Ｉ１がゼロ値になったときオンし、当該回路電流Ｉ１が目標となる電流値に達したときオフするパルス信号を第１または第２のスイッチＳ１，Ｓ２の他方に出力する制御手段として機能する。
【００４８】
パルス信号Ｐ１（またはＰ２）と、ＯＮタイミングパルス信号Ｐon及びＯＦＦタイミングパルス信号Ｐoffとのタイミンク図を図７に示す。図７において、時点ｔ１，ｔ３，ｔ５は、回路電流Ｉ１の絶対値｜Ｉ１｜が０（Ａ）に達した時点であり、時点ｔ２，ｔ４は、回路電流Ｉ１の絶対値｜Ｉ１｜が電流目標値Ｉenvに達した時点である。時点ｔ１，ｔ３，ｔ５においては、ＯＮタイミングパルス信号Ｐonが出力される。時点ｔ２，ｔ４においては、ＯＦＦタイミングパルス信号Ｐoffが出力される。
【００４９】
交流入力電圧Ｖ１の極性が正のとき、パルス信号Ｐ１は、時点ｔ１，ｔ３，ｔ５においてハイレベルとなり、時点ｔ２，ｔ４においてローレベルとなる。パルス信号Ｐ１がハイレベルのとき、スイッチＳ１が導通する。すなわちスイッチＳ１は、交流入力電圧Ｖａの周期よりはるかに高い周波数で導通、非導通を繰り返す。
【００５０】
スイッチＳ１が導通すると、交流電源２、インダクタＬ１、キャパシタＣ１及びスイッチＳ１の閉回路が形成される。その結果、インダクタＬ１の線形リアクトル作用により、右上がりの直線的な電流が、キャパシタＣ１側からスイッチＳ１に流れる。
【００５１】
スイッチＳ１が非導通になると、スイッチＳ１を流れる電流はゼロとなる。このとき、インダクタＬ１は、リアクトルエネルギーにより引き続き電流を同方向に流し続けるようとする。このため、ダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に電流が流れ込む。
【００５２】
交流入力電圧の極性が正のとき、電力変換回路１１−１は上記動作を繰り返す。その結果、電力変換回路１１−１は、出力電圧Ｖ２を昇圧しながら、平滑コンデンサＣ２を充電する。
【００５３】
一方、交流入力電圧Ｖ１の極性が負のとき、パルス信号Ｐ２は、時点ｔ１，ｔ３，ｔ５においてハイレベルとなり、時点ｔ２，ｔ４においてローレベルとなる。パルス信号Ｐ２がハイレベルのとき、スイッチＳ２が導通する。すなわちスイッチＳ２は、交流入力電圧Ｖａの周期よりはるかに高い周波数で導通、非導通を繰り返す。
【００５４】
スイッチＳ２が導通すると、交流電源２、インダクタＬ１、キャパシタＣ１、スイッチＳ２及び平滑コンデンサＣ２の閉回路が形成される。このとき、平滑コンデンサＣ２の電圧は、交流入力電圧Ｖ１より高い。その結果、平滑コンデンサＣ２の充電電圧がスイッチＳ２及びインダクタＬ１を経由して交流電源２側に戻るように、電力変換回路１１−１は動作する。このため、右上がりの直線的な電流が、平滑コンデンサＣ２側からスイッチＳ２に流れる。
【００５５】
スイッチＳ２が非導通になると、スイッチＳ２を流れる電流はゼロとなる。このとき、インダクタＬ１は、リアクトルエネルギーにより引き続き電流を同方向に流し続けようとする。このため、ダイオードＤ１を経由してキャパシタＣ１に電流が流れ込む。
【００５６】
交流入力電圧の極性が負のとき、電力変換回路１１−１は上記動作を繰り返す。その結果、電力変換回路１１−１は、キャパシタＣ１に電荷を補充する。
【００５７】
交流入力電圧Ｖ１の極性は、正と負を交互に繰り返す。したがって、電力変換回路１１−１は、平滑コンデンサＣ２を充電する作用とキャパシタＣ１に電荷を補充する作用とを交互に繰り返す。すなわち電力変換回路１１−１は、キャパシタＣ１に電荷を補充した後に平滑コンデンサＣ２を充電する。したがって、平滑コンデンサＣ２を充電する際にはキャパシタＣ１に蓄えられた電荷が平滑コンデンサＣ２に移動する。
【００５８】
交流入力電圧Ｖ１に対する回路電流Ｉ１の波形図を図８に示す。図８において、実線の正弦波曲線Ｗ２は、演算部５０から出力される電流目標値Ｉenvを示す。回路電流Ｉ１は、そのピーク値Ｉpeakが電流目標値Ｉenvに達すると減少に転じ、グランドレベルの０（Ａ）になると増加に転じる。そして回路電流Ｉ１は、再びピーク値Ｉpeakが電流目標値Ｉenvに達すると、減少に転じる。この繰り返しにより、電力変換回路１１−１には三角波形状の回路電流Ｉ１が流れ、その平均値Ｉaveは、電流目標値Ｉenvの１／２である破線の正弦波曲線Ｗ３となる。
【００５９】
電力変換回路１１−１において、インダクタＬ１とコンデンサＣ２とのＬＣ回路１１１は、回路電流Ｉ１のフィルタ回路として機能する。したがって、電力変換回路１１−１を流れる電流は、図８の破線で示す正弦波曲線Ｗ３に沿った電流、つまり正弦波電流が流れる。
【００６０】
ところで、交流電源２として商用交流電源の代わりにバッテリ駆動装置を用いることがある。バッテリ駆動装置で生成される交流電圧の波形は階段状となる。しかし、交流電圧の波形が階段状であったとしても、本実施形態によれば、電流目標値Ｉenvは正弦波曲線を辿るので、正弦波状の回路電流Ｉ１を生成できる。したがって、回路電流Ｉ１が正弦波状なので、高調波ノイズが重畳するおそれはなく、簡単な回路構成であるにも拘らず電流高調波抑制機能を確実に果たすことができる。
【００６１】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、正弦関数の半周期τを０度から１８０度まで１度ずつ区分する。そして正規化テーブル４０には、“０”から“１８０”までの整数であるインデックス値ｎにそれぞれ関連付けて、このインデックス値ｎを度数法による角度とみなしたときの正弦関数の値ＳＩＮｎを、正規化された設定値Table(n)として格納する。したがって、検索部４６によって正規化テーブル４０から検索される値は、離散的な値となる。
【００６２】
一方、半周期τ内の任意の時刻ｔは、係数Ｋｔを乗算して正規化した場合に整数になるとは限らない。例えば、任意の時刻“Ｋｔ＊ｔ”の正規化データが７８．７であったとする。その場合、時刻“Ｋｔ＊ｔ”に対する電流目標値Ｉenv（ｔ）は、インデックス値ｎ＝７８に対する正弦関数の値ＳＩＮ７８°＝０．９７８と、インデックス値ｎ＝７９に対する正弦関数の値ＳＩＮ７９°＝０．９８１との間となる。しかし第１の実施形態では、任意の時刻“Ｋｔ＊ｔ”を四捨五入して“７９”とし、ＳＩＮ７９°＝０．９８１を電流目標値Ｉenv（ｔ）とする。このため、目標値Ｉenv（ｔ）は誤差を含む。そこで第２の実施形態では、任意の時刻“Ｋｔ＊ｔ”がインデックス値ｎとインデックス値ｎ＋１との間に存在するときに、電流目標値Ｉenv（ｔ）を補正する。
【００６３】
図９は、電流目標値Ｉenv（ｔ）を補正する方法の説明図である。図示するように、インデックス値ｎに対する電流目標値Ｉenv（ｎ）は、設定値Table(n)に電流係数Ｋｉを乗算した値Table(n)＊Ｋｉとなる。同様に、インデックス値ｎ＋１に対する電流目標値Ｉenv（ｎ＋１）は、設定値Table(n+1)に電流係数Ｋｉを乗算した値Table(n+1)＊Ｋｉとなる。したがって、インデックス値ｎとインデックス値ｎ＋１との中点である値“Ｋｔ＊ｔ”に対する電流目標値Ｉenv（Ｋｔ＊ｔ）は、次の（１）及び（２）式で表わされる。
【００６４】
Ｉenv（Ｋｔ＊ｔ）＝Table(n)＊Ｋｉ＋Δｈ  …（１）
Δｈ＝｛Table(n+1)−Table(n)｝＊（Ｋｔ＊ｔ−ｎ）＊Ｋｉ  …（２）
このような補正方法を採用する第２の実施形態では、コントローラ１２-2における変換部４５、検索部４６及び演算部５０の作用が、第１の実施形態とは異なる。電力変換回路１１-1及びコントローラ１２-1のハードウェア構成は、第１の十消し痛いと同様なので、図１及び図２を用いて詳しい説明は省略する。
【００６５】
第２の実施形態において、変換部４５は、現在時刻ｔに時間長係数Ｋｔを乗算して得られる現在時刻ｔの正規化データＫｔ＊ｔが小数点を有するとき、この小数点を切り捨てた値ｎと切り上げた値ｎ＋１とを検索部４６に与える。
【００６６】
検索部４６は、変換部４５から２つのインデックス値ｎ及びｎ＋１が与えられると、正規化テーブル４０を検索して、インデックス値ｎに関連付けて設定されている設定値Table(n)と、インデックス値ｎ＋１に関連付けて設定されている設定値Table(n+1)とを正規化テーブル４０から読出し、これら設定値Table(n)及びTable(n+1)を演算部５０に与える。
【００６７】
演算部５０は、検索部４６から2つの設定値Table(n)及びTable(n+1)が与えられると、前記（１）及び（２）式に基づいて電流目標値Ｉenvを算出し、ピーク電流検出部５１に与える。
【００６８】
このような補正機能を有した第２の実施形態によれば、電流目標値Ｉenvの信頼度を高めることができる。
【００６９】
［第３の実施形態］
電源スイッチの投入時、電力変換回路に過大な電流（オーバーシュート）が流れて回路素子が破壊されるおそれがある。このような不具合を防止するめに、第３の実施形態ではソフトスタート機能を実装する。
【００７０】
ソフトスタート機能を実装する第３の実施形態の電力変換装置１-3の電力変換回路１１-3の構成は、第１の実施形態と共通なので、図１を用いて詳細な説明は省略する。  
図１０は、電力変換装置１-3におけるコントローラ１２-3の具体的構成を示すブロック図である。なお、第１の実施形態のコントローラ１２-1と共通する部分には同一符号を付してあり、その詳しい説明は省略する。
【００７１】
図２と図１０とを比較すれば分かるように、コントローラ１２-3がコントローラ１２-1と異なる点は、電流係数算出部４９と演算部５０との間に、時定数係数算出部６１を介在させた点である。
【００７２】
時定数係数算出部６１は、電流係数算出部４９で算出された電流係数Ｋｉを入力とし、この電流係数Ｋｉに、図１１の実線で示す曲線Ｗ４の関係を有する関数ｇ（Ｔ）を乗算して時定数係数ｋｔを算出する。時定数係数算出部６１は、時定数係数ｋｔを演算部５０に与える。演算部５０は、電流係数Ｋｉに代えて時定数係数ｋｔを用いて電流目標値Ｉenvを算出する。
【００７３】
ここで、関数ｇ（Ｔ）は、時間Ｔ＝０のときの値を“１”よりも小さい最小値ｙ０とし、それから一定時間Ｔｚが経過した後の値ｙ１を“１”として、その間を緩やかに上昇するカーブでつなぐ関数である。一定時間Ｔｚが経過した後は、値“１”を維持する。このような関数ｇ（Ｔ）を電流係数Ｋｉに乗算することにより、図１２に示すように、電源スイッチＳＷがオンしてから一定時間Ｔｚが経過するまでは関数ｇ（Ｔ）にしたがって緩やかに上昇し、一定時間Ｔｚが経過すると、定常の値となる。したがって、電源投入時に過大な電流が流れて回路素子が破壊される不具合を防止できる。
【００７４】
［第４の実施形態］
前記各実施形態では、コントローラ１２-1〜１２-3をハードウェアで構成したが、コントローラ１２-1〜１２-3をソフトウェアで構成することも可能である。
【００７５】
図１３は、第１の実施形態のコントローラ１２-1をソフトウェアで構成する場合の情報処理手順を示す流れ図である。コントローラ１２-1は、コンピュータの中枢部に相当するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、主記憶部に相当するＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）と、補助記憶部に相当する補助記憶デバイスを含む。補助記憶デバイスは、例えばＥＥＰＲＯＭ（electric erasable programmable read-only memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（solid state drive）などである。ソフトウェアである制御プログラムは、ＲＯＭまたは補助記憶デバイスに格納される。また、正規化テーブル４０は、補助記憶デバイスまたはＲＡＭに格納される。
【００７６】
制御プログラムが起動すると、ＣＰＵは先ず、入力電圧検出部３１で検出される交流入力電圧Ｖ１を取り込む（Act１）。そしてＣＰＵは、例えば交流入力電圧Ｖ１がゼロボルトになるタイミングを検出して、交流入力電圧Ｖ１の半周期τを決定する（Act２：周期判定手段）。半周期τのデータは、ＲＡＭに格納される。ＣＰＵは、交流入力電圧Ｖ１の半周期τを決定できるまで、交流入力電圧Ｖ１の取り込みを繰り返す。
【００７７】
交流入力電圧Ｖ１の半周期τを決定したならば（Act２にてＹＥＳ）、ＣＰＵは、上記交流入力電圧とともに、出力電圧検出部３３で検出される直流出力電圧Ｖ２を取り込む（Act３）。そしてＣＰＵは、交流入力電圧Ｖ１の半周期τと、交流入力電圧の実効値と、直流出力電圧Ｖ２の目標電圧Ｖrefに対する差分値とから、時間長係数Ｋｔ、現在時刻ｔ及び電流係数Ｋｉを算出する（Act４）。算出された時間長係数Ｋｔ、現在時刻ｔ及び電流係数Ｋｉの値は、交流入力電圧Ｖ１及び直流出力電圧Ｖ２とともに、最新値がＲＡＭに格納される。
【００７８】
ＣＰＵは、時間長係数Ｋｔと現在時刻ｔとから正規化テーブル４０のインデックス値ｎを算出する。そしてＣＰＵは、このインデックス値ｎで正規化テーブル４０を検索して、インデックス値ｎに対応した設定値Table(n)を検出する（Act５：検出手段）。設定値Table(n)を検出できたならば、ＣＰＵは、この設定値Table(n)と電流係数Ｋｉとから電流目標値Ｉenvを算出する（Act６：決定手段）。
【００７９】
しかる後、ＣＰＵは、電流検出部３２で検出される回路電流Ｉ１を取り込む（Act７）。そしてＣＰＵは、回路電流Ｉ１が０（Ａ）であるか否かを判定する（Act８）。回路電流Ｉ１が０（Ａ）でないとき（Act８にてＮＯ）、ＣＰＵは、回路電流Ｉ１の絶対値が電流目標値Ｉenvに達したか否かを判定する（Act９）。回路電流Ｉ１が電流目標値Ｉenvに達していないとき（Act９にてＮＯ）、ＣＰＵは、回路電流Ｉ１を再度取り込む（Act７）。そしてＣＰＵは、Act８またはAct９の判定処理を繰り返す。
【００８０】
回路電流Ｉ１が０（Ａ）になったとき（Act８にてＹＥＳ）、ＣＰＵは、ＲＡＭに格納されている交流入力電圧Ｖ１の最新値から、交流入力電圧Ｖ１の極性を判定する（Act１０：極性判定手段）。交流入力電圧Ｖ１の極性が正（＋）のとき、ＣＰＵは、パルス信号Ｐ１をオンする（Act１１：制御手段）。これに対し、交流入力電圧Ｖ１の極性が負（−）のときには、ＣＰＵは、パルス信号Ｐ２をオンする（Act１２：制御手段）。その後、ＣＰＵは、Act７の処理に戻る。
【００８１】
回路電流Ｉ１の絶対値が電流目標値Ｉenvに達したときも（Act９にてＹＥＳ）、ＣＰＵは、交流入力電圧Ｖ１の極性を判定する（Act１３：極性判定手段）。交流入力電圧Ｖ１の極性が正（＋）のとき、ＣＰＵは、パルス信号Ｐ１をオフする（Act１４：制御手段）。これに対し、交流入力電圧Ｖ１の極性が負（−）のときには、ＣＰＵは、パルス信号Ｐ２をオフする（Act１５：制御手段）。その後、ＣＰＵは、Act３の処理に戻る。
【００８２】
ＣＰＵが、制御プログラムに従いAct１〜Act１５の処理を実行することにより、コントローラ１２-1は、第１の実施形態と同様に機能する。すなわちコントローラ１２-1をソフトウェアによって構成できる。
【００８３】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。  
例えば前記実施形態では、時間軸に沿って設定される回路電流Ｉ１の目標値Ienvを正弦関数の値としたが、必ずしも正弦関数の値そのものに限定されるものではない。例えば図１４に示すように、正弦関数Sin(n)に補正関数f(n)を積算して得られる蒲鉾型の値を、正規化テーブルの設定値Table(n)として定義することで、回路電流Ｉ１の目標値Ienvを蒲鉾型としてもよい。この場合も、回路電流に高調波ノイズが重畳することはないので、電流高調波抑制機能を果たすことができる。
【００８４】
また、前記実施形態では、スイッチＳ１，Ｓ２として機械的なスイッチを示したが、スイッチＳ１，Ｓ２はこれに限定されるものではない。例えば、ＭＯＳ型電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＧａＮ、ＳｉＣ等の半導体素子を用いたスイッチでもよい。
【００８５】
また、第４の実施形態では、第１の実施形態のコントローラ１２-1をソフトウェアで実現する場合を示したが、第２または第３の実施形態のコントローラ１２-2，１２-3についても同様にソフトウェアで実現できるのは言うまでもないことである。
【００８６】
この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８７】
１-1…電力変換装置、１１-1〜１１-3…電力変換回路、１２-1〜１２-3…コントローラ、３１…入力電圧検出部、３２…電流検出部、３３…出力電圧検出部、４０…正規化テーブル、４１…ゼロクロス判定部、４２…周期判定部、４３…時間長係数算出部、４４…現在時刻計数部、４５…変換部、４６…検索部、４７…実効値算出部、４８…電圧判定部、４９…電流係数算出部、５０…演算部、５１…ピーク電流検出部、５２…ゼロ電流検出部、５３…極性判定部、５４，５５…出力部。
【図１】
2015082932.tif 000003
【図２】
2015082932.tif 000004
【図３】
2015082932.tif 000005
【図４】
2015082932.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2015082932.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015082932.tif 000011
【図１０】
2015082932.tif 000012
【図１１】
2015082932.tif 000013
【図１２】
2015082932.tif 000014
【図１３】
2015082932.tif 000015
【図１４】
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