(57)【要約】【課題】本発明は、Ａ／Ｄ変換部の破損時に作動するＡ／Ｄ変換部の切換に関するものである。【解決手段】本発明は電力変換装置において、中間電圧をデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換部及び第２のＡ／Ｄ変換部を有し、少なくとも第１のＡ／Ｄ変換部の変換するデジタル値又は第２のＡ／Ｄ変換部の変換するデジタル値のいずれか一方の値に基づいて前記昇圧部の制御を行い、第１のＡ／Ｄ変換部又は第２のＡ／Ｄ変換部のいずれか一方の変換するデジタル値が異常である場合は他方の変換するデジタル値を用いて昇圧部の制御を行うものである。【選択図】図１
2015104294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池が発電した電力を降圧／昇圧した中間電圧の直流電力を出力する昇圧部と、こ
の中間電圧の直流電力を系統と同等の交流電力に変換するインバータ部と、前記中間電圧
を分圧した電圧を入力し当該電圧をデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換部と、この第
１のＡ／Ｄ変換部の出力が目標値に到達するように前記デジタル値を用いて前記昇圧部を
制御する制御部とを備える電力変換装置において、前記制御部は、マイクロプロセッサ等
の集積回路で構成すると共に、第1のＡ／Ｄ変換部及び前記中間電圧を分圧した電圧を入
力し当該電圧をデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換部を内部に構成し、第１のＡ／Ｄ
変換部の変換するデジタル値及び第２のＡ／Ｄ変換部の変換するデジタル値を取り込み演
算した後少なくとも第１のＡ／Ｄ変換部の変換するデジタル値又は第２のＡ／Ｄ変換部の
変換するデジタル値のいずれか一方の値に基づいて前記昇圧部の制御を行い、第１のＡ／
Ｄ変換部又は第２のＡ／Ｄ変換部のいずれか一方の変換するデジタル値が異常である場合
は他方の変換するデジタル値を用いて前記昇圧部の制御を行うことを特徴とする電力変換
装置。
【請求項２】
前記中間電圧は前記系統電圧のほぼ２倍以上の電圧であり、前記分圧した電圧は前記制御
部の入力の耐圧電圧以下にまで降圧されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変
換装置。
【請求項３】
前記中間電圧を分圧する回路は第１のＡ／Ｄ変換部及び第２のＡ／Ｄ変換部が同一の分圧
回路を用いることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記デジタル値の異常は当該値がゼロまたはほぼゼロの際に判断されることを特徴とす
る請求項１乃至請求項３のいずれか一項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、太陽電池が発電した電力を中間電圧を介して交流電力へ変換する電力変換装置
にかかり、高電圧となる中間電圧の電圧検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置の中間電圧は、ブリッジ型のインバータ部を用いた際、系統と同等の交流電
力に変換するに当たり、当該系統の２倍程度の高電圧を必要とし、この中間電圧の制御に
はフィードバック型のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が
一般に用いられ、この制御を行う制御部はマイクロプロセッサ等の集積回路で構成されて
いる。
【０００３】
この制御部は高電圧の中間電圧をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部介して取り込む
際に破損しやすい問題があった。破損対策としてＡ／Ｄ変換器を二重化した回路が提案さ
れている。（特許文献１）
【０００４】
特許文献１に記載されたものは、遠方監視制御装置において、子局にてＡ／Ｄ変換器を二
重化し、一方の前記Ａ／Ｄ変換器の故障時には、その条件により即、他方の前記Ａ／Ｄ変
換器に切換えられる回路を設けたものであった。
【０００５】
また、特許文献２には二重化した過電流及び過電圧の検出によって、確実な過電流保護制
御及び過電圧保護制御を行うスイッチング電源装置が記されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５８−８８４８６号公報
【特許文献２】実開平０６−６０２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたものは、一方のＡ／Ｄ変換器が故障した際に他方Ａ／Ｄ変換器に
切り換えるものであり、他方のＡ／Ｄ変換器が破損しているか否かは検知しておらず二重
化の効果が得られない場合があった。
【０００８】
例えば、ＰＷＭ方式により高圧電圧のスイッチングを行うものでは、このスイッチングよ
るノイズと中間電圧の高電圧とが重なり合いＡ／Ｄ変換部の入力端子に想定外の高電圧が
印加され一方又は他方のどちらかのＡ／Ｄ変換器が破損する場合がある。従って、通常時
には両方のＡ／Ｄ変換器が正常に動作することを検知する必要があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載されたものは、スイッチング電源（昇圧回路）で、例えば過電圧
を検知して過電圧保護を行う検知回路を二重化しているが、単に二つの異なる設定値によ
る過電圧保護回路が作動しているに過ぎず、Ａ／Ｄ変換の破損による電圧の制御不良に対
応するものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電力変換装置は、太陽電池が発電した電力を降圧／昇圧した中間電圧の直流電
力を出力する昇圧部と、この中間電圧の直流電力を系統と同等の交流電力に変換するイン
バータ部と、前記中間電圧を分圧した電圧を入力し当該電圧をデジタル値に変換する第１
のＡ／Ｄ変換部と、この第１のＡ／Ｄ変換部の出力が目標値に到達するように前記デジタ
ル値を用いて前記昇圧部を制御する制御部とを備える電力変換装置において、前記制御部
は、マイクロプロセッサ等の集積回路で構成すると共に、第１のＡ／Ｄ変換部及び前記中
間電圧を分圧した電圧を入力し当該電圧をデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換部を内
部に構成し、第１のＡ／Ｄ変換部の変換するデジタル値及び第２のＡ／Ｄ変換部の変換す
るデジタル値を取り込み演算した後少なくとも第１のＡ／Ｄ変換部の変換するデジタル値
又は第２のＡ／Ｄ変換部の変換するデジタル値のいずれか一方の値に基づいて前記昇圧部
の制御を行い、第１のＡ／Ｄ変換部又は第２のＡ／Ｄ変換部のいずれか一方の変換するデ
ジタル値が異常である場合は他方の変換するデジタル値を用いて前記昇圧部の制御を行う
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明はこのような構成を備えることによって、二つのＡ／Ｄ変換部が通常時は正常に作
動することを確認でき、一方のＡ／Ｄ変換部に異常が生じた際は他方のＡ／Ｄ変換部を用
いて制御の継続が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施例を示す電気回路の説明図である。
【図２】図２は図１に示した電気回路の説明図の動作を示すフローチャートの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、太陽電池から直流電力を高電圧の中間電圧に降圧／昇圧制御した後、系統と同
等の交流電力に変換する電力変換装置に、降圧／昇圧する際に中間電圧をデジタル値に変
換して制御する制御部を備えるものである。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例を示す電気回路の説明図であり、１は太陽電池、２は昇圧回路（昇
圧部）、３はインバータ回路（インバータ部）、４はフィルターであり、太陽電池１で発
電された直流電力を昇圧回路２で高電圧へ昇圧して中間電圧を生成し、インバータ回路３
で系統Ｇと同等の疑似正弦波へ変換した後、フィルターで交流電力に変換している。
【００１５】
太陽電池１は太陽電池セルを直列／並列に複数枚接続したモジュールを直列／並列に複
数枚結線したものであり単一のストリングを構成している。このストリングの定格出力は
例えば１．５ｋｗ〜２．０ｋｗである。本実施例では単一のストリングを用いるが複数ス
トリング（例えばストリングの数を２〜５）として昇圧回路も複数設けることができる。
この場合、夫々の昇圧回路にはダイオードなどの逆流防止の回路を設ける。夫々のストリ
ングの出力は相互に異なる出力でもよく、また昇圧回路の容量に合わせて、１．５ｋｗ〜
２．０ｋｗを超えるものであってもよい。
【００１６】
昇圧回路２は主に直流リアクトル、スイッチング素子、ダイオードを結線してスイッチ
ング型の回路を構成し、スイッチング素子のオンデューティを変えることによって出力電
圧を制御する。このオンデューティはこの昇圧回路２の出力電圧となる中間電圧が目標電
圧になるようにフィードバック型のＰＷＭ制御される。
【００１７】
この昇圧回路２はスイッチング型回路に限るものではなく、高周波リンク型、リンギン
グチョーク型など限定されるものではない。また、ストリングの定格出力電圧が中間電圧
より高く構成される際は３端子レギュレーター回路などによる降圧機能を備えるものであ
る。昇圧機能と降圧機能を併用した昇圧回路とすることも可能である。
【００１８】
インバータ回路３は主に４個のスイッチング素子をブリッジ状に結線した単相ブリッジ
回路と平滑コンデンとから構成され、平滑コンデンサの端子電圧、すなわち中間電圧の直
流電力を単相の交流電力に変換する。単相ブリッジを構成するスイッチング素子は夫々系
統Ｇの周期と同じ(または実質的に同じ)周期の変調波と搬送波とから得られるスイッチン
グ信号で動作し疑似正弦波を生成する。
【００１９】
フィルター回路４は主に２つの交流リアクトルとコンデンサとから系統Ｇと同じ周波数
の交流電力を通過させるローパスフィルターを構成し疑似正弦波の高周波成分を減衰させ
た交流電力を出力する。
【００２０】
インバータ回路３には単相ブリッジ回路を用いたがこれに限るものではなく、中性点ク
ランプ型の回路やヘリック型の回路やこれらの変形回路などフィルター回路４と合わせて
直流電力を交流電力へ変換できるものであれば良い。尚、単相に限るものではなく３相、
Ｖ結線３相などの多相回路を用いることもできる。
【００２１】
６は昇圧回路２の入力電流を検知する電流センサ、７は昇圧回路２の入力電圧を検知する
電圧センサ、８は中間電圧を検知する電圧センサ、９はフィルター回路４の交流出力電圧
を検知する電圧センサ、１０はフィルター回路の交流出力電流を検知する電流センサであ
る。
【００２２】
電流センサ６は直流電流を検出するセンサであり、例えばホール効果を用い検出する電流
値に相当する直流電圧を分圧回路１１を介して出力する。尚、電流センサ６にはシャント
抵抗を用いるものなど直流電流を直流電圧の値に変換して検出するものを用いることがで
きる。
【００２３】
電圧センサ７、電圧センサ８、電圧センサ９は夫々の検知する地点の電圧を夫々対応す
る分圧回路１２、１３、１４で分圧した後制御部１６へ出力する（これらの電圧センサ実
質的には回路の分岐点に相当している）。電圧センサ９は交流電力の電圧を検知するため
、この電圧センサ９の出力を整流平滑回路を通して実効値で出力するようにしても良い。
尚、本実施例の制御部１６では交流電圧の瞬時値を複数周期分取り込み平均値の演算を行
って実効値を算出している。
【００２４】
電流センサ１０はＣ．Ｔ．（カレントトランス）を用いて誘起した電流に相当する交流
電圧を分圧回路１５を介して制御部１６へ出力する。当該出力も電圧センサ９と同様に整
流平滑回路用いて実効値として制御部１６が取り込んでもよく、また瞬時値を複数周期分
取り込んで演算で実効値を算出しても良いものである。
【００２５】
集積回路５は制御部１６、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部１６ａ〜１６ｆを内部
に構成しており、夫々のＡ／Ｄ変換部は印加される電圧を所定の周期毎に８ビットのデジ
タル値に変換して夫々対応する出力バッファに格納するものである。尚、デジタル値は８
ビットに限るものではなく４ビットや１０ビットなど制御の仕様に合わせて任意のものを
用いることができる。
【００２６】
分圧回路１１〜１５は各センサの出力を夫々対応するＡ／Ｄ変換部の入力電圧の範囲内
まで降圧するものであり、例えば抵抗による分圧回路を用いることができる。また、各セ
ンサの検出レンジを片側にスライドさせる場合はそのレンジ幅を入力電圧の範囲に設定す
る。分圧回路１３は中間電圧を分圧した後Ａ／Ｄ変換部１６ｃ、１６ｄへ並列に同じ電圧
を供給している。
【００２７】
少なくともＡ／Ｄ変換部１６ｃ、１６ｄは高圧なる中間電圧をＡ／Ｄ変換するものであ
り、また、制御部がマイコン等の集積回路と共に構成されており高電圧による破損が起こ
りうるものである。特に静電気による高電圧や中間電圧にノイズが乗った際の高電圧が印
加され、コンデンサ等のノイズ対策回路の容量を超えた際に破損が起こる。
【００２８】
破損が起きた場合、入力端子の絶縁層などが破壊され、Ａ／Ｄ変換部であれば入力端子
間が短絡状態に至りＡ／Ｄ変換部の出力が０Ｖと成ることがある。この０Ｖ出力では昇圧
回路２のフィードバック制御が誤動作し電圧上昇が抑制できなくなる問題が生じる。
【００２９】
本発明ではＡ／Ｄ変換部１６ｃ、１６ｄの出力を比較し、いずれ一方が異常な値（例え
ば０Ｖ出力）を示した場合には他方の値を制御に用いるものである。一方のＡ／Ｄ変換部
を主とし他方のＡ／Ｄ変換部をバックアップとした際、バックアップ側のＡ／Ｄ変換の破
損が検知されず対策が取れないことがあり突然の動作不良に至ることがあったが、本発明
では片方のＡ／Ｄ変換部の異常を検知し、ノイズ対策の追加、Ａ／Ｄ変換部の追加／交換
、集積回路の交換などを促す信号を出力することが可能になるものである。
【００３０】
図２はＡ／Ｄ変換部１６ｃ、１６ｄの異常を検知する動作を示すフローチャートの図で
あり、ステップＳ１で太陽電池１の発電量が所定以上あるか否かを判断し、太陽電池１の
発電量が少ない時はこの発電量が所定値以上になるまで待機する。ステップＳ２ではＡ／
Ｄ変換部１６ｃ、１６ｄがＡ／Ｄ変換の動作を行い夫々の電圧センサ８の検出した中間電
圧をデジタル値Ｄｃ、Ｄｄに変換しバッファに格納する。
【００３１】
ステップＳ３では制御部１６がデータバスを介してバッファに格納されたデジタル値Ｄｃ
、Ｄｄを取り込みその差の絶対値がＴａ（例えば、回路の浮遊容量や電子部品の誤差等を
加味してＴａ＝５Ｖを用いるが中間電圧の範囲によって任意に設定ることができる。）以
下か否かの演算と判断を行う。
【００３２】
ステップＳ３の条件を満たす時（正常の範囲内の時）はステップＳ６へ進み、デジタル値
Ｄｃ、Ｄｄの内小さい方の値を出力してステップＳ１０で制御が行われる。電力変換装置
内はインバータ回路３から放射されるスイッチングノイズなどがあり、このノイズ等によ
る瞬時的な電圧上昇分加味し、デジタル値Ｄｃ、Ｄｄの小さい方の値を用いているが、中
間電圧が高くならないように抑制したい場合はデジタル値Ｄｃ、Ｄｄの内大きい方の値を
用いればよく、また、デジタル値Ｄｃ、Ｄｄを交互に出力するなどデジタル値Ｄｃ、Ｄｄ
のいずれか一方を出力すれように構成すればよい。また、デジタル値Ｄｃ、Ｄｄの平均値
を一方の値として出力することもできる。
【００３３】
ステップＳ３の条件を満たさない場合、すなわちデジタル値Ｄｃ、Ｄｄの差が大きい時
はＡ／Ｄ変換部１６ｃまたはＡ／Ｄ変換部１６ｄのいずれかが破損していることが考えら
れ、この破損の場合はデジタル値Ｄｃ、Ｄｄがゼロに近くなるので、ステップＳ４、ステ
ップＳ５でデジタル値Ｄｃ、ＤｄがＴｂ以下であるか否かの判断を行う。尚、Ｔｂの値は
Ａ／Ｄ変換部の入力端子間の容量により残る電圧や周辺回路の影響等を加味して任意に決
めることができる。本実施例では例えば、１Ｖである。
【００３４】
ステップＳ４の条件を満たす場合、すなわちＡ／Ｄ変換部１６ｃが破損している場合は
ステップＳ９でＡ／Ｄ変換部１６ｄの出力（デジタル値Ｄｄ）を出力してステップＳ１０
へ進む。同時にＡ／Ｄ変換部１６ｃが異常である旨の表示や信号の出力を行うものである
。ステップＳ５の条件を満たす場合、すなわちＡ／Ｄ変換部１６ｄが破損している場合は
ステップＳ８でＡ／Ｄ変換部１６ｃの出力（デジタル値Ｄｃ）を出力してステップＳ１０
へ進む。同時にＡ／Ｄ変換部１６ｄが異常である旨の表示や信号の出力を行うものである
。
【００３５】
ステップＳ４及びステップＳ５を満たさない場合はステップＳ７へ進む。すなわち、一
時的にノイズ等が乗りＡ／Ｄ変換部の出力が大きく出た場合はステップＳ７で前回の出力
に近い方の出力（デジタル値）を出力してステップＳ１０へ進む。この場合、異常表示は
行われないものである。
【００３６】
以上のように動作することによって、Ａ／Ｄ変換部に異常がない時は常にＡ／Ｄ変換部
１６ｃ、Ａ／Ｄ変換部１６ｄの動作を確認し、何れかのＡ／Ｄ変換部に異常が生じた場合
は他方のＡ／Ｄ変換部の出力を制御に用いることができ、また異常対策を残りのＡ／Ｄ変
換部に対して予め行うことができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、電力変換装置の中間電圧など高圧の電圧をＡ／Ｄ変換する際に有効なもので
ある。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１    太陽電池
２    昇圧回路
３    インバータ回路
７    電圧センサ
８    電圧センサ
９    電圧センサ
１１    分圧回路
１２    分圧回路
１３    分圧回路
１４    分圧回路
１５    分圧回路
１６ｃ    Ａ／Ｄ変換部
１６ｄ    Ａ／Ｄ変換部
【図１】
2015104294.tif 000003
【図２】
2015104294.tif 000004