(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値の差に応じた制御値を出力する制御演算部と、
前記制御値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの位相差を調整する位相差調整部と、
前記制御値から前記位相差調整部による調整分を除いた値に応じて、前記スイッチングの周波数を調整する周波数調整部と
を有する
電力変換装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記出力および前記目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの前記出力を休止する休止期間の割合を調整する休止期間調整部を更に有する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記休止期間調整部は、前記制御値から前記位相差調整部および前記周波数調整部による調整分を除いた値に応じて前記休止期間の割合を調整する
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整する周波数調整部と、
前記出力および前記目標値に応じて、前記スイッチングの位相差を調整する位相差調整部と
を有し、
前記周波数調整部は、前記スイッチングの位相差が下限位相差に調整されたことを条件として、前記スイッチングの周波数を変更する
電力変換装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記出力および前記目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの前記出力を休止する休止期間の割合を調整する休止期間調整部を更に有する請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整する周波数調整部と、
前記出力および前記目標値に応じて、前記スイッチングの位相差を調整する位相差調整部と、
前記出力および前記目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの前記出力を休止する休止期間の割合を調整する休止期間調整部と
を有し、
前記休止期間調整部は、前記スイッチングの周波数が上限周波数に調整されたことを条件として、前記休止期間の割合を変更する
電力変換装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記出力および前記目標値の差に応じた制御値を出力する制御演算部を更に有し、
前記位相差調整部は、前記制御値に応じて前記スイッチングの位相差を調整し、
前記周波数調整部は、前記制御値から前記位相差調整部による調整分を除いた値に応じて前記スイッチングの周波数を調整し、
前記休止期間調整部は、前記制御値から前記位相差調整部および前記周波数調整部による調整分を除いた値に応じて前記休止期間の割合を調整する
請求項５または６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御演算部は、前記出力および前記目標値の差に応じたＰＩ制御またはＰＩＤ制御により前記制御値を出力する請求項１から３および７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御装置は、入力される指示に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のいずれを電力の出力側とするかを選択する選択部を更に有する請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換装置は、
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
前記制御方法は、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値の差に応じた制御値を出力することと、
前記制御値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの位相差を調整することと、
前記制御値から前記位相差の調整分を除いた値に応じて、前記スイッチングの周波数を調整することと
を含む
制御方法。
【請求項１１】
電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換装置は、
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
前記制御方法は、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整することと、
前記出力および前記目標値に応じて、前記スイッチングの位相差を調整することと
を含み、
前記周波数の調整において、前記スイッチングの位相差が下限位相差に調整されたことを条件として、前記スイッチングの周波数を変更する
制御方法。
【請求項１２】
電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換装置は、
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
前記制御方法は、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整することと、
前記出力および前記目標値に応じて、前記スイッチングの位相差を調整することと、
前記出力および前記目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの前記出力を休止する休止期間の割合を調整することと
を含み、
前記休止期間の割合の調整において、前記スイッチングの周波数が上限周波数に調整されたことを条件として、前記休止期間の割合を変更する
制御方法。
【請求項１３】
電力変換装置を制御するための制御プログラムであって、
前記電力変換装置は、
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
当該制御プログラムは、前記制御装置を、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値の差に応じた制御値を出力する制御演算部と、
前記制御値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの位相差を調整する位相差調整部と、
前記制御値から前記位相差調整部による調整分を除いた値に応じて、前記スイッチングの周波数を調整する周波数調整部と
して機能させる
制御プログラム。
【請求項１４】
電力変換装置を制御するための制御プログラムであって、
前記電力変換装置は、
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
当該制御プログラムは、前記制御装置を、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整する周波数調整部と、
前記出力および前記目標値に応じて、前記スイッチングの位相差を調整する位相差調整部と
して機能させ、
前記周波数調整部は、前記スイッチングの位相差が下限位相差に調整されたことを条件として、前記スイッチングの周波数を変更する
制御プログラム。
【請求項１５】
電力変換装置を制御するための制御プログラムであって、
前記電力変換装置は、
トランスと、
前記トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、
前記トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対を前記トランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置と
を備え、
当該制御プログラムは、前記制御装置を、
前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路および前記第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整する周波数調整部と、
前記出力および前記目標値に応じて、前記スイッチングの位相差を調整する位相差調整部と、
前記出力および前記目標値に応じて、前記第１ブリッジ回路または前記第２ブリッジ回路からの前記出力を休止する休止期間の割合を調整する休止期間調整部と
して機能させ、
前記休止期間調整部は、前記スイッチングの周波数が上限周波数に調整されたことを条件として、前記休止期間の割合を変更する
制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、制御方法、および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、双方向に電力を供給可能な電力変換装置として、ＤＡＢ（Ｄｕａｌ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｂｒｉｄｇｅ）コンバータ等の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる（例えば、特許文献１参照）。このような双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、一次側および二次側のブリッジ回路をトランスを介して接続する。特許文献１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、伝送する電力が閾値より低い領域において、間欠運転を行う。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開２０１７−１３０９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、間欠運転を行う場合、休止期間の間は電力を伝送しない。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、間欠運転においては電力を伝送する期間が短くなるので、必要な電力を伝送するために、休止期間以外の期間中に流す電流のピーク値が大きくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、トランスと、トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対をトランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対をトランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置とを備える電力変換装置を提供する。制御装置は、第１ブリッジ回路または第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整する周波数調整部を有してよい。
【０００５】
制御装置は、出力および目標値に応じて、スイッチングの位相差を調整する位相差調整部を有してよい。
【０００６】
周波数調整部は、スイッチングの位相差が下限位相差に調整されたことを条件として、スイッチングの周波数を変更してよい。
【０００７】
制御装置は、出力および目標値に応じて、第１ブリッジ回路または第２ブリッジ回路からの出力を休止する休止期間の割合を調整する休止期間調整部を有してよい。
【０００８】
休止期間調整部は、スイッチングの周波数が上限周波数に調整されたことを条件として、休止期間の割合を変更してよい。
【０００９】
制御装置は、出力および目標値の差に応じた制御値を出力する制御演算部を有してよい。位相差調整部は、制御値に応じてスイッチングの位相差を調整してよい。周波数調整部は、制御値から位相差調整部による調整分を除いた値に応じてスイッチングの周波数を調整してよい。休止期間調整部は、制御値から位相差調整部および周波数調整部による調整分を除いた値に応じて休止期間の割合を調整してよい。
【００１０】
制御演算部は、出力および目標値の差に応じたＰＩ制御またはＰＩＤ制御により制御値を出力してよい。
【００１１】
制御装置は、入力される指示に応じて、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のいずれを電力の出力側とするかを選択する選択部を有してよい。
【００１２】
本発明の第２の態様においては、電力変換装置の制御方法を提供する。電力変換装置は、トランスと、トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対をトランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対をトランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置とを備えてよい。制御方法は、第１ブリッジ回路または第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整することを含んでよい。
【００１３】
制御方法は、出力および目標値に応じて、スイッチングの位相差を調整することを含んでよい。
【００１４】
周波数を調整することは、スイッチングの位相差が下限位相差に調整されたことを条件として、スイッチングの周波数を変更してよい。
【００１５】
本発明の第３の態様においては、電力変換装置を制御するための制御プログラムを提供する。電力変換装置は、トランスと、トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対をトランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対をトランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置とを備えてよい。制御プログラムは、制御装置を、第１ブリッジ回路または第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整する周波数調整部として機能させてよい。
【００１６】
制御プログラムは、制御装置を、出力および目標値に応じて、スイッチングの位相差を調整する位相差調整部として機能させてよい。
【００１７】
周波数調整部は、スイッチングの位相差が下限位相差に調整されたことを条件として、スイッチングの周波数を変更してよい。
【００１８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る電力変換装置１００の構成を、一次側装置１１０および二次側装置１２０と共に示す。
【図２】本実施形態に係る電力変換装置１００の動作波形の一例である。
【図３】本実施形態に係る制御装置１５０の構成を示す。
【図４】本実施形態に係る制御装置１５０の動作フローを示す。
【図５】本実施形態に係る電力変換装置１００の、位相差調整動作における動作波形の一例である。
【図６】本実施形態に係る電力変換装置１００の、周波数調整動作における動作波形の一例である。
【図７】本実施形態に係る電力変換装置１００の、休止期間調整動作における動作波形の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００の構成を、一次側装置１１０および二次側装置１２０と共に示す。電力変換装置１００は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであってよく、一次側に接続された一次側装置１１０および二次側に接続された二次側装置１２０の間で、双方向に電力を供給することが可能である。
【００２２】
一次側装置１１０および二次側装置１２０は、電力変換装置１００に接続される装置である。一次側装置１１０および二次側装置１２０のそれぞれは、電力を出力する機能および電力を受け取る機能を有してよい。例えば、一次側装置１１０および二次側装置１２０の一方（一例として一次側装置１１０）は、蓄電装置であってよく、一次側装置１１０および二次側装置１２０の他方（一例として二次側装置１２０）から電力変換装置１００を介して伝送される電力を受け取って充電し、充電した電力を必要に応じて二次側装置１２０へと供給してよい。また例えば、一次側装置１１０および二次側装置１２０の一方（一例として二次側装置１２０）は、モータ等の駆動装置であってよく、一次側装置１１０および二次側装置１２０の他方（一例として一次側装置１１０）から供給される電力を用いて駆動され、回生動作中は回生して得られる電力を一次側装置１１０へと供給してよい。また、一次側装置１１０および二次側装置１２０のそれぞれは、例えば太陽光発電装置および蓄電装置を組み合わせたシステム等であってもよい。
【００２３】
電力変換装置１００は、トランスＴｒと、一次回路１３０と、二次回路１４０と、制御装置１５０とを備える。トランスＴｒは、一次巻線および二次巻線を有する。トランスＴｒの一次巻線および二次巻線の巻線比は、一次側装置１１０および二次側装置１２０の定格電圧の比に応じて決定されてよい。本明細書においては、説明の便宜上トランスＴｒの巻線比は１：１である場合について例示する。
【００２４】
一次回路１３０は、一次側装置１１０の正側端子および負側端子に接続され、一次側装置１１０との間で電力を授受する。また、一次回路１３０は、トランスＴｒの一次側に接続され、トランスＴｒの一次巻線との間で電力を授受する。
【００２５】
一次回路１３０は、一次側の直流母線対Ｐ１、Ｎ１を有し、一次側装置１１０の正側端子が正側の直流母線Ｐ１に、一次側装置１１０の負側端子が負側の直流母線Ｎ１に接続される。一次回路１３０は、一次側の直流母線対をトランスの一次巻線に接続する極性を切替可能なインバータ（一例として３レベルインバータ）であってよい。
【００２６】
本実施形態において、一次回路１３０は、ブリッジ回路（「第１ブリッジ回路」と示す。）であり、より具体的にはフルブリッジ回路である。これに代えて、一次回路１３０は、一次側の直流母線対をトランスの一次巻線に接続する極性を切替可能なハーフブリッジ回路（例えば中性点クランプ型３レベルインバータ）によって実現されてもよい。
【００２７】
一次回路１３０は、コンデンサＣ１と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、インダクタＬ１とを有する。コンデンサＣ１は、一次側の直流母線対Ｐ１、Ｎ１の間に接続され、一次回路１３０および一次側装置１１０の間で授受される電圧および電流を平滑化する。
【００２８】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、パワーＭＯＳＦＥＴ等のＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等であってよく、フルブリッジ構成をとる。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、主端子間（ＭＯＳＦＥＴにおいてはドレイン−ソース間、ＩＧＢＴにおいてはコレクタ−エミッタ間）が直流母線対Ｐ１、Ｎ１の間にこの順に直列に接続され、制御端子ｃ１およびｃ２（ゲート）が制御装置１５０に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、主端子間に逆接続されたダイオードを含んでよい。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２がＭＯＳＦＥＴの場合、このダイオードは寄生ダイオードであってもよい。
【００２９】
スイッチング素子Ｑ３およびＱ４は、主端子間が直流母線対Ｐ１、Ｎ１の間にこの順に直列に接続され、制御端子ｃ３およびｃ４が制御装置１５０に接続される。スイッチング素子Ｑ３およびＱ４もまた、主端子間に逆接続されたダイオードを含んでよい。
【００３０】
インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の間の中間点ａ１と、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４の間の中間点ｂ１との間に、トランスＴｒの一次巻線と直列に接続される。
【００３１】
このような構成により、一次回路１３０は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４がオン、スイッチング素子Ｑ２およびＱ３がオフとなると、中間点ａ１を直流母線Ｐ１に電気的に接続し、中間点ｂ１を直流母線Ｎ１に電気的に接続して、中間点ａ１およびｂ１の間の電圧Ｖ１を正電圧とする。また、一次回路１３０は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４がオフ、スイッチング素子Ｑ２およびＱ３がオンとなると、中間点ａ１を直流母線Ｎ１に電気的に接続し、中間点ｂ１を直流母線Ｐ１に電気的に接続して、電圧Ｖ１を負電圧とする。このようにして、一次回路１３０は、一次側の直流母線対をトランスの一次巻線に接続する極性を切替可能である。また、後述の休止期間調整動作を行う場合には、一次回路１３０は、トランスの一次巻線の極性を、正、負、０を含む３レベル以上で切替可能としてよい。本図の一次回路１３０は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ３がオン、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４がオフとなること、またはスイッチング素子Ｑ１およびＱ３がオフ、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４がオンとなることにより、中間点ａ１およびｂ１の両方を直流母線Ｐ１または直流母線Ｎ１に電気的に接続し、電圧Ｖ１を実質的に０とする。
【００３２】
二次回路１４０は、二次側装置１２０の正側端子および負側端子に接続され、二次側装置１２０との間で電力を授受する。また、二次回路１４０は、トランスＴｒの二次側に接続され、トランスＴｒの二次巻線との間で電力を授受する。ここで、二次回路１４０は、トランスＴｒの二次側および二次側装置１２０に接続され、トランスＴｒの変圧比に応じて一次回路１３０と耐圧等が異なりうる他は、一次回路１３０とほぼ同様の構成を有する。このため、二次回路１４０については、一次回路１３０との相違点を除き説明を省略する。
【００３３】
二次回路１４０は、二次側の直流母線対Ｐ２、Ｎ２を有する。直流母線対Ｐ２、Ｎ２は、一次回路１３０における直流母線対Ｐ１、Ｎ１に相当する。また、二次回路１４０は、コンデンサＣ２と、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８と、インダクタＬ２とを有する。コンデンサＣ２は、一次回路１３０におけるコンデンサＣ１に、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８は、一次回路１３０におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に、インダクタＬ２は、一次回路１３０におけるインダクタＬ１にそれぞれ相当する。
【００３４】
本実施形態において、二次回路１４０は、一次回路１３０と同様にブリッジ回路（「第２ブリッジ回路」と示す。）であり、より具体的にはフルブリッジ回路である。これに代えて、二次回路１４０は、二次側の直流母線対をトランスの二次巻線に接続する極性を切替可能なハーフブリッジ回路（例えば中性点クランプ型３レベルインバータ）によって実現されてもよい。後述の休止期間調整動作を行う場合には、二次回路１４０は、トランスの二次巻線の極性を、正、負、０を含む３レベル以上で切替可能としてよい。なお、一次回路１３０および二次回路１４０は、異なる種類のブリッジ回路または多レベルインバータであってもよい。
【００３５】
制御装置１５０は、一次回路１３０および二次回路１４０に接続され、一次回路１３０および二次回路１４０を制御する。本実施形態において、制御装置１５０は、方向指令値、Ｅ１指令値、Ｅ１検出値、Ｅ２指令値、およびＥ２検出値を入力し、一次回路１３０のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の制御端子ｃ１〜ｃ４のオン／オフを制御するための制御信号と、二次回路１４０のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８の制御端子ｃ５〜ｃ８のオン／オフを制御するための制御信号とを出力する。
【００３６】
方向指令値は、一次側から二次側へと電力を伝送するか、二次側から一次側へと電力を伝送するかを指示する指令値である。Ｅ１検出値は、二次側から一次側へと電力を伝送する場合において、一次回路１３０から一次側装置１１０への出力の大きさを示す指標値の一例であり、本実施形態においては一次側装置１１０へと供給される電圧Ｅ１を測定した値である。Ｅ１指令値は、一次回路１３０から一次側装置１１０への出力の目標値の一例であり、本実施形態においては一次側装置１１０へと供給すべき電圧Ｅ１の目標値を指示する値である。Ｅ２検出値およびＥ２指令値は、一次側から二次側へと電力を伝送する場合における、二次回路１４０から二次側装置１２０への出力の大きさを示す指標値および目標値である他は、Ｅ１検出値およびＥ１指令値と同様である。
【００３７】
本実施形態において、制御装置１５０は、指標値および目標値として、出力先の電圧値を示す値を入力する。これに代えて、制御装置１５０は、指標値および目標値として、出力先の電流値を示す値、または、出力先へと供給する電力値を示す値等を入力し、このような値に基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８を制御してもよい。
【００３８】
図２は、本実施形態に係る電力変換装置１００の動作波形の一例である。本図は、上段から順に、一次回路１３０の中間点ａ１およびｂ１間の電圧Ｖ１の波形、二次回路１４０の中間点ａ２およびｂ２間の電圧Ｖ２の波形、インダクタＬ１を流れる電流Ｉ１の波形（電圧Ｅ１＜電圧Ｅ２の場合）、および、電流Ｉ１の波形（電圧Ｅ１＞電圧Ｅ２の場合）を示す。各波形は、横軸に時刻をとる。
【００３９】
制御装置１５０は、一次回路１３０および二次回路１４０を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる。これにより、電力変換装置１００は、ＤＡＢコンバータとして機能する。本図は、一次側から二次側へと電力を供給する場合を例示する。
【００４０】
本図において、制御装置１５０は、ある周波数で電圧Ｖ１を正電圧および負電圧の間でスイッチングさせる。制御装置１５０は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ３をオンとし、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオフとする制御信号を一次回路１３０に供給することにより、電圧Ｖ１を正電圧Ｅ１とすることができる。また、制御装置１５０は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ３をオフとし、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンとする制御信号を一次回路１３０に供給することにより、電圧Ｖ１を負電圧−Ｅ１とすることができる。
【００４１】
また、制御装置１５０は、同じ周波数で、トランスＴｒの二次側巻線の両端に接続される中間点ａ２およびｂ２と二次側装置１２０の正側端子および負側端子の間の接続の極性をスイッチングさせる。制御装置１５０は、スイッチング素子Ｑ６およびＱ７をオンとし、スイッチング素子Ｑ５およびＱ８をオフとすることで、中間点ａ２を二次側装置１２０の負側端子に、中間点ｂ２を二次側装置１２０の正側端子に接続する。この場合、電圧Ｖ２は、二次側装置１２０の電圧Ｅ２が逆向きに印加されることとなり、負電圧−Ｅ２となる。また、制御装置１５０は、スイッチング素子Ｑ６およびＱ７をオフとし、スイッチング素子Ｑ５およびＱ８をオンとすることにより、電圧Ｖ２を正電圧Ｅ２とすることができる。
【００４２】
制御装置１５０は、電圧Ｖ１のスイッチングおよび電圧Ｖ２のスイッチングの間に図中「一次／二次位相差」と示した位相差を持たせる。ここで、トランスＴｒは、理想的には一次側の電流Ｉ１および二次側の電流Ｉ２を巻線比の逆数に応じた比率で流す。巻線比が１：１の場合、理想的には電流Ｉ１＝電流Ｉ２となる。したがって、電力変換装置１００内を流れる電流を考える上では、トランスＴｒを無視してよい。
【００４３】
図中、まず電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１となり、電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２となると、直列に接続されたインダクタＬ１およびＬ２に対して、一次側装置１１０および二次側装置１２０が順方向に直列に接続された状態となり、インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２）に電圧（Ｅ１＋Ｅ２）が印加される。これにより、インダクタＬ１およびＬ２を流れる電流Ｉ１（＝Ｉ２）は、傾き（Ｅ１＋Ｅ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）で上昇し、電流Ｉ１は正となる。
【００４４】
次に、一次／二次位相差の後に電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧Ｅ２となると、一次側装置１１０の正側端子および二次側装置１２０の正側端子がインダクタＬ１およびＬ２を介して接続された状態となり、インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２）に電圧（Ｅ１−Ｅ２）が印加される。これにより、電流Ｉ１（＝Ｉ２）は、傾き（Ｅ１−Ｅ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）で変化する。
【００４５】
ここで、電圧Ｅ１＜Ｅ２の場合、電流Ｉ１は、減少していく。電圧Ｅ１＞Ｅ２の場合、電流Ｉ１は、さらに増加していく。なお、電圧Ｅ１＝Ｅ２の場合、電流Ｉ１は変化しない。ただし、実際の回路においては、多少の損失があるので、電流Ｉ１は理想的な場合と比較し減少する傾向となる。
【００４６】
一次側装置１１０の正側端子および二次側装置１２０の正側端子がインダクタＬ１およびＬ２を介して接続された状態で、正の電流Ｉ１（＝電流Ｉ２）が流れることにより、二次側装置１２０の正側端子に正の電流Ｉ２が供給され、二次側装置１２０は充電等を行うことができる。
【００４７】
次に、電圧Ｖ１＝電圧−Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧Ｅ２となると、インダクタＬ１およびＬ２に対して、一次側装置１１０および二次側装置１２０が、電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２の場合とは逆向きに、順方向に直列に接続された状態となる。この場合、電流Ｉ１の変化が反対方向となる他は電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２の場合と同様である。
【００４８】
次に、電圧Ｖ１＝電圧−Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２となると、電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧Ｅ２の場合と同様に、二次側装置１２０が充電等される。
【００４９】
なお、二次側から一次側へと電力を供給する場合には、制御装置１５０は、電圧Ｖ１のスイッチングを、電圧Ｖ２のスイッチングに対して遅らせればよい。このように、一次回路１３０および二次回路１４０を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことで、一次側装置１１０および二次側装置１２０の間で電力を授受することができる。また、巻線比が１：１でない場合には、電圧が巻線比に応じて変わり、電流を巻線比の逆数に応じて変わる他は上記と同様である。
【００５０】
ここで、制御装置１５０は、電力入力側（本例において一次側）から電力出力側（本例において二次側）へと、要求される電力を過不足なく伝送することが求められる。特に上記における電圧Ｅ１＞電圧Ｅ２のような場合、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２が正となっても電流Ｉ１が増加し続けてしまう。そこで、本実施形態に係る制御装置１５０は、このような状況においても過大な電力を電力出力側へと伝送しないようにするために、次に示すような電力伝送量を調整するための構成をとる。
【００５１】
図３は、本実施形態に係る制御装置１５０の構成を示す。制御装置１５０は、一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチングの位相差を調整する位相差調整動作、スイッチングの周波数を調整する周波数調整動作、および、各スイッチング周期内において電力の伝送を休止する休止期間の割合を調整する休止期間調整動作を行うことができる。これにより、制御装置１５０は、一次側装置１１０の電圧Ｅ１および二次側装置１２０の電圧Ｅ２の関係等の様々な条件下で、電力伝送を適切に制御することができる。
【００５２】
制御装置１５０は、選択部３１０と、減算器３１５と、制御演算部３２０と、位相差調整部３３０と、周波数調整部３５０と、休止期間調整部３７０とを有する。選択部３１０は、入力される指示に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０のいずれを電力の出力側とするかを選択する。本実施形態に係る選択部３１０は、方向指令値、Ｅ１検出値、Ｅ２検出値、Ｅ１指令値、Ｅ２指令値を入力し、方向指令値に応じて、Ｅ１検出値およびＥ２検出値のいずれを検出値として用いるのか、およびＥ１指令値およびＥ２指令値のいずれを指令値（目標値）として用いるのかを選択する。方向指令値が一次側から二次側へと電力を伝送することを指示する場合、選択部３１０は、出力先となる二次側のＥ２検出値およびＥ２指令値を選択して出力する。方向指令値が二次側から一次側へと電力を伝送することを指示する場合、選択部３１０は、出力先となる一次側のＥ１検出値およびＥ１指令値を選択して出力する。
【００５３】
減算器３１５は、選択部３１０により選択された指令値および検出値の差を算出する。本実施形態に係る減算器３１５は、指令値から検出値を減じた差を算出する。
【００５４】
制御演算部３２０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうち出力側となる回路の出力（本実施形態においては検出値）および目標値（指令値）の差に応じた制御値を出力する。この制御値は、一次回路１３０および二次回路１４０のうち出力側となる回路の出力に応じた値となり、一例としてそのタイミングにおける出力の大きさを示す値であってよい。
【００５５】
位相差調整部３３０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうち出力側となる回路の出力および目標値に応じて、スイッチングの位相差を調整する。本実施形態に係る位相差調整部３３０は、制御演算部３２０が出力する制御値に応じてスイッチングの位相差を調整する。位相差調整部３３０は、制御演算部３２０が出力する制御値を位相差指令として受け取り、スイッチングの位相差（図２における「一次／二次位相差」）を位相差指令に対応する位相差に調整する。ここで位相差調整部３３０は、位相差指令が増加すると電力入力側の回路（図２においては一次回路１３０）のスイッチングに対する電力出力側の回路（図２においては二次回路１４０）のスイッチングの位相遅延を増加させて、電流Ｉ１およびＩ２を増加させることにより出力を増加させる。位相差調整部３３０は、位相差指令が減少すると、この位相遅延を減少させて、電流Ｉ１およびＩ２を減少させることにより出力を減少させる。
【００５６】
位相差調整部３３０は、位相差リミッタ３３５と、位相差制御部３４０とを含む。位相差リミッタ３３５は、スイッチングの位相差が下限位相差より小さくならないように位相差指令に制限をかける。例えば、位相差リミッタ３３５は、下限位相差よりも位相差を減少させることを指示する位相差指令を受けると、位相差指令を下限値に制限してこれ以上位相差が小さくならないようにする。一例として下限位相差は０であってよく、この場合に位相差リミッタ３３５は、電力入力側の回路のスイッチングに対する出力側のスイッチングの位相差をマイナスに設定しないようにしてよい。これに代えて、下限位相差は、正または負の値であってもよい。
【００５７】
位相差制御部３４０は、制限された位相差指令を位相差リミッタ３３５から受け取り、位相差指令に応じて一次回路１３０および二次回路１４０の間の位相差を制御する。位相差制御部３４０は、一次回路１３０および二次回路１４０の間の位相差を、位相差指令により指定される位相差に設定してよい。これに代えて、位相差制御部３４０は、一次回路１３０および二次回路１４０の間の位相差を、位相差指令により指定される位相差に近付けるように徐々に変化させることにより、位相差を急激に変化させないようにしてもよい。
【００５８】
そして、位相差制御部３４０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうち入力側となる回路用のスイッチング波形（図２の例においてはＶ１波形）を休止期間調整部３７０から入力し、そのスイッチング波形を設定中の位相差に応じた遅延量分遅延させて出力側となる回路用のスイッチング波形を生成する。そして、位相差制御部３４０は、方向指令値に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０のうち入力側となる回路および出力側となる回路に対して、対応する入力側用のスイッチング波形および出力側用のスイッチング波形を出力する。
【００５９】
周波数調整部３５０は、一次回路１３０または二次回路１４０からの出力および目標値に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチングの周波数を調整する。ここで、周波数調整部３５０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうち出力側となる回路からの出力および目標値に応じて、スイッチング周波数を調整する。本実施形態において、周波数調整部３５０は、位相差調整部３３０によりスイッチングの位相差が下限位相差に調整されたことを条件として、スイッチングの周波数を変更する。
【００６０】
周波数調整部３５０は、減算器３５５と、周波数リミッタ３６０と、周波数制御部３６５とを含む。減算器３５５は、位相差リミッタ３３５が出力する、制限された位相差指令と、制御演算部３２０が出力する位相差指令との差に応じた周波数増分指令を出力する。これにより、減算器３５５は、制御演算部３２０が出力する制御値から位相差調整部３３０による調整分を除いた値を出力し、周波数調整部３５０はこの値に応じてスイッチングの周波数を調整することができる。本実施形態において、減算器３５５は、位相差リミッタ３３５が出力する制限された位相差指令から、制御演算部３２０が出力する位相差指令を減じることによって、位相差調整部３３０による調整分を除いた指令値の反転値（マイナス値）を周波数増分指令として出力する。この周波数増分指令は、スイッチングの位相差が下限位相差となり位相差指令を下限値に制限した場合に、下限値に制限された位相差指令から実際の位相差指令を減じた差に応じて周波数を増加させる指令となる。
【００６１】
周波数リミッタ３６０は、スイッチングの周波数が上限周波数（「ｆｍａｘ」とも示す。）を超えないように周波数増分指令に制限をかける。例えば、周波数リミッタ３６０は、周波数増分指令を、上限周波数に応じた上限値以下となるように制限する。
【００６２】
周波数制御部３６５は、制限された周波数増分指令を周波数リミッタ３６０から受け取り、周波数増分指令に応じて一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチングの周波数を制御する。周波数制御部３６５は、一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチング周波数を、周波数増分指令により指定される周波数に設定してよい。これに代えて、周波数制御部３６５は、スイッチング周波数を、周波数増分指令により指定される周波数に近付けるように徐々に変化させることにより、周波数を急激に変化させないようにしてもよい。本実施形態に係る周波数制御部３６５は、周波数増分指令により指定される周波数の基本スイッチング波形を発生し、休止期間調整部３７０へと出力する。
【００６３】
休止期間調整部３７０は、一次回路１３０または二次回路１４０からの出力および目標値に応じて、一次回路１３０または二次回路１４０からの出力を休止する休止期間の割合を調整する。ここで、休止期間調整部３７０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうち出力側となる回路からの出力および目標値に応じて、休止期間の割合を調整する。本実施形態において、休止期間調整部３７０は、周波数調整部３５０によりスイッチングの周波数が上限周波数に調整されたことを条件として、休止期間の割合を変更する。
【００６４】
休止期間調整部３７０は、減算器３７５と、パルス幅制御部３８０とを含む。減算器３７５は、周波数リミッタ３６０が出力する、制限された周波数増分指令と、減算器３５５が出力する周波数増分指令との差に応じたパルス幅減少指令を出力する。これにより、減算器３７５は、制御演算部３２０が出力する制御値から位相差調整部３３０および周波数調整部３５０による調整分を除いた値を出力し、休止期間調整部３７０はこの値に応じて休止期間の割合を調整することができる。本実施形態において、減算器３７５は、減算器３５５が出力する周波数増加指令から周波数調整部３５０が出力する制限された周波数増加指令を減じることによって、位相差調整部３３０および周波数調整部３５０による調整分を除いた指令値をパルス幅減少指令として出力する。このパルス幅減少指令は、スイッチングの周波数が上限周波数となり周波数増分指令を上限値に制限した場合に、実際の周波数増分指令から上限値に制限された周波数増分指令を減じた差に応じてパルス幅を減少させる指令となる。
【００６５】
パルス幅制御部３８０は、パルス幅減少指令を受け取り、パルス幅減少指令に応じて一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチングにおける電圧Ｖ１＝Ｅ１および−Ｅ１とする期間および電圧Ｖ２＝Ｅ２および−Ｅ２とする期間を指定するパルスのパルス幅を、周波数調整部３５０が設定した周波数に応じた１周期の期間中において減少させる。これにより、パルス幅制御部３８０は、１周期の期間中において、一次回路１３０および二次回路１４０の間での電力伝送を休止させる期間の割合を増加させることができる。本実施形態において、パルス幅制御部３８０は、パルス幅減少指令の指令値が大きいほど、このパルス幅をより小さくする。パルス幅制御部３８０は、スイッチングにおける休止期間の割合を、パルス幅減少命令に応じた休止期間の割合に近付けるように徐々に変化させることにより、休止期間の割合を急激に変化させないようにしてもよい。そして、パルス幅制御部３８０は、周波数制御部３６５が発生した基本スイッチング波形を入力し、基本スイッチング波形の各パルスのパルス幅をパルス幅減少指令に応じたパルス幅に設定して位相差制御部３４０へと出力する。
【００６６】
以上に示した制御装置１５０によれば、同一の制御演算部３２０が出力する制御値に基づいて、位相差、周波数、および休止期間の割合を調整することができる。このように複数の調整動作を同一の制御演算部３２０が出力する制御値に基づいて行うようにすれば、調整動作の種類毎に異なる制御演算部を持たせた場合に発生する可能性がある制御の乱れを抑えることができる。
【００６７】
図４は、本実施形態に係る制御装置１５０の動作フローを示す。Ｓ４００において、制御装置１５０は、Ｅ１指令値、Ｅ２指令値、Ｅ１検出値、Ｅ２検出値、および方向指令値を入力する。
【００６８】
Ｓ４１０において、制御装置１５０内の選択部３１０は、方向指令値に応じて電力を伝送する方向を選択し、Ｅ１指令値およびＥ２指令値のうち電力出力側の指令値と、Ｅ１検出値およびＥ２検出値のうち電力出側の検出値とを選択して出力する。
【００６９】
Ｓ４２０において、制御装置１５０内の減算器３１５および制御演算部３２０は、Ｓ４１０において選択された指令値および検出値に応じた制御値を算出する。ここで、制御演算部３２０は、出力および目標値の差に応じたＰＩ制御またはＰＩＤ制御により制御値を出力してよく、これに代えて出力および目標値の差を平均化する等を含む任意の手段を用いて出力および目標値の差を低減していくことができる制御値を出力してよい。
【００７０】
Ｓ４３０において、位相差調整部３３０は、制御演算部３２０からの制御値に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチングの位相差を決定する。Ｓ４４０において、周波数調整部３５０は、制御演算部３２０からの制御値のうち位相差調整部３３０による位相差調整によって使用される分を除いた残り成分に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチングの周波数を決定する。Ｓ４５０において、休止期間調整部３７０は、制御演算部３２０からの制御値のうち位相差調整部３３０による位相差調整および周波数調整部３５０による周波数調整によって使用される分を除いた残り成分に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０の間の電力伝送を休止する休止期間の割合または長さを決定する。
【００７１】
Ｓ４６０において、位相差調整部３３０、周波数調整部３５０、および休止期間調整部３７０は、方向指令値により指定された方向、Ｓ４３０において決定された位相差、Ｓ４４０において決定された周波数、Ｓ４５０において決定された休止期間の長さに応じて、一次回路１３０内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４および二次回路１４０内のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８が決定した位相差でスイッチングするように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８に対する制御信号ｃ１〜ｃ８の周波数、パルス幅、およびそれぞれの位相を設定する。
【００７２】
図５は、本実施形態に係る電力変換装置１００の、位相差調整動作における動作波形の一例である。本図は、トランスＴｒの巻線比が１：１の場合において、一次側装置１１０の電圧Ｅ１が二次側装置１２０の電圧Ｅ２よりも高い場合に一次側から二次側へと電力を伝送するときの動作波形を示す。なお、本図の動作波形は、図２におけるＶ１波形、Ｖ２波形、およびＩ１波形（Ｅ１＞Ｅ２）と同様であるので、以下相違点を除き説明を省略する。
【００７３】
位相差調整動作において、制御装置１５０は、一次回路１３０および二次回路１４０を基本周波数ｆ１でスイッチングさせ、電力出力側を電力入力側に対して位相差を持たせてスイッチングさせる。制御演算部３２０は、指令値および検出値の差に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０の間のスイッチングに持たせる位相差を調整する。ここで、図２に関連して示したように、位相差調整部３３０は、位相差指令が大きいほど上記の位相差を増やす。位相差が増えると、電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２の間における電流Ｉ１の立ち上がり期間が長くなり、電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧Ｅ２となった後に二次側装置１２０に供給される電力が増加する。また、位相差が増えると、電圧Ｖ１＝電圧−Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧Ｅ２の間における電流Ｉ１の立ち下がり期間が長くなり、電圧Ｖ１＝電圧−Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２の間に二次側装置１２０に供給される電力が増加する。このように位相差を増やすことによって、制御装置１５０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうち出力側となる回路への電力伝送量を増加させることができる。逆に、位相差調整部３３０は、位相差指令が小さいほど上記の位相差を減らして、電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２の間における電流Ｉ１の立ち上がり期間を短くし、電圧Ｖ１＝電圧−Ｅ１、電圧Ｖ２＝電圧Ｅ２の間における電流Ｉ１の立ち下がり期間を短くする。このように位相差を減らすことによって、制御装置１５０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうち出力側となる回路への電力伝達量を減少させることができる。
【００７４】
ここで、一次側装置１１０および二次側装置１２０のうち電力入力側の電圧（例えば電圧Ｅ１）が、電力出力側の電圧（例えば電圧Ｅ２）よりも著しく大きくなる用途（例えば電力出力側のバッテリを充電する場合等）においては、図５に示したように位相差を０としても電流Ｉ１（≒電流Ｉ２）の大きさが増加し続けて電力伝送量が大きくなってしまう可能性がある。本実施形態に係る電力変換装置１００は、次に示すように、周波数調整動作を行うことにより、電流Ｉ１のピークの大きさおよび電力伝送量を抑える。
【００７５】
図６は、本実施形態に係る電力変換装置１００の、周波数調整動作における動作波形の一例である。本図は、上段から順に、周波数調整動作における電圧Ｖ１の波形、電圧Ｖ２の波形、および電流Ｉ１の波形を示す。各波形は、横軸に時間をとる。
【００７６】
本図の電圧Ｖ１波形および電圧Ｖ２波形は、一次側装置１１０および二次側装置１２０のうち電力入力側の電圧（例えば電圧Ｅ１）が、電力出力側の電圧（例えば電圧Ｅ２）よりも大きい場合を示す。この場合、電流Ｉ１波形に示したように、電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１および電圧Ｖ２＝電圧Ｅ２として二次側装置１２０を充電等している期間、ならびに電圧Ｖ１＝電圧−Ｅ１および電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２として二次側装置１２０を充電等している期間の間も電流Ｉ１の大きさが増加していく。
【００７７】
電力変換装置１００は、位相差調整動作において一次側から二次側へと伝送すべき電力が低下して位相差が下限位相差に調整されたことに応じて、周波数調整動作を行う。周波数調整動作において、制御装置１５０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうちの電力出力側の回路、すなわち一次側から二次側へと電力を伝送すべき場合には二次回路１４０からの出力および目標値に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチング周波数ｆ２を調整する。
【００７８】
図２に関連して示したように、周波数調整部３５０は、制御演算部３２０が出力する制御値から位相差調整部３３０による調整分を除いた値のマイナス値を周波数増分指令とし、この周波数増分指令に基づいて、制御演算部３２０が出力する位相差指令が小さいほど周波数ｆ２を増加させて電力伝送量を低下させる。本実施形態に係る周波数調整部３５０は、周波数増分指令に基づいて、周波数ｆ２を、位相差調整動作を行う場合における周波数ｆ１から上限周波数ｆｍａｘの間で変更する。周波数が増えると、スイッチングの周期１／ｆ２が短くなる。このように周波数を増やすことによって、制御装置１５０は、電流Ｉ１の大きさが増加していく期間を短くして電流Ｉ１のピークの大きさを抑え、また伝送する電力も低下させる。
【００７９】
周波数調整動作において、電力変換装置１００は、周波数を増加することによって、各スイッチング周期内において休止期間を設けることなく電力の伝送量を低下させることができる。ここで、休止期間を設けると、休止期間中には電力が伝送されないので、電力を伝送する期間中に流す電流の大きさのピーク値は、周波数調整動作によって周波数を上げて同じ量の電力を伝送する場合に流す電流の大きさのピーク値よりも大きくなってしまう。したがって、周波数調整動作を用いた場合には、休止期間を設ける場合と比較して、同じ電流のピーク値において伝送する電力量をより大きくすることができる。電力変換装置１００は、休止期間を設けた場合に休止期間以外に流す電流が大きくなり周期的な電流変動が大きくなってしまうような状況または使用条件等において、周波数調整動作を行ってよい。
【００８０】
図７は、本実施形態に係る電力変換装置１００の、休止期間調整動作における動作波形の一例である。本図は、上段から順に、休止期間調整動作における電圧Ｖ１の波形、電圧Ｖ２の波形、および電流Ｉ１の波形を示す。各波形は横軸に期間をとる。
【００８１】
本図の電圧Ｖ１波形および電圧Ｖ２波形は、一次側装置１１０および二次側装置１２０のうち電力入力側の電圧（例えば電圧Ｅ１）が、電力出力側の電圧（例えば電圧Ｅ２）よりも大きい場合を示す。この場合、電流Ｉ１波形に示したように、電圧Ｖ１＝電圧Ｅ１および電圧Ｖ２＝電圧Ｅ２として二次側装置１２０を充電等している期間、ならびに電圧Ｖ１＝電圧−Ｅ１および電圧Ｖ２＝電圧−Ｅ２として二次側装置１２０を充電等している期間の間も電流Ｉ１の大きさが増加していく。
【００８２】
電力変換装置１００は、周波数調整動作において一次側から二次側へと伝送すべき電力が低下して周波数が最大周波数ｆｍａｘに調整されたことに応じて、休止期間調整動作を行う。休止期間調整動作において、制御装置１５０は、一次回路１３０および二次回路１４０のうちの電力出力側の回路、すなわち一次側から二次側へと電力を伝送すべき場合には二次回路１４０からの出力および目標値に応じて、一次回路１３０および二次回路１４０のスイッチングにおける休止期間の割合を調整する。
【００８３】
図２に関連して示したように、休止期間調整部３７０は、制御演算部３２０が出力する制御値から位相差調整部３３０および周波数調整部３５０による調整分を除いた値をパルス幅減少指令とし、このパルス幅減少指令に基づいて、制御演算部３２０が出力する位相差指令が小さいほどスイッチングのパルス幅を減少させて電力伝送量を低下させる。ここで制御装置１５０は、休止期間の間、電圧Ｖ１＝０、電圧Ｖ２＝０とするようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８を制御する。制御装置１５０は、一例としてスイッチング素子Ｑ１およびＱ３をオン、Ｑ２およびＱ４をオフとして中間点ａ１およびｂ１を正側の直流母線Ｐ１に接続することにより電圧Ｖ１＝０としてよく、これに代えてスイッチング素子Ｑ１およびＱ３をオフ、Ｑ２およびＱ４をオンとして中間点ａ１およびｂ１を負側の直流母線Ｎ１に接続することにより電圧Ｖ１＝０としてもよい。また、制御装置１５０は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８についてもスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と同様に制御することによって、電圧Ｖ２＝０としてよい。
【００８４】
電圧Ｖ１＝０かつ電圧Ｖ２＝０である休止期間においては、一次回路１３０は、インダクタＬ１およびトランスＴｒを介して一次側装置１１０を経由することなく電流を循環させ、二次回路１４０は、インダクタＬ２およびトランスＴｒを介して二次側装置１２０を経由することなく電流を循環させる。したがって、電力変換装置１００は、休止期間の間、電流Ｉ１および電流Ｉ２を維持する。なお、現実には電流の循環経路における配線抵抗等の影響によって、電流Ｉ１およびＩ２は多少減衰しうる。電力変換装置１００は、休止期間を終えた後にこの電流Ｉ１およびＩ２をコンデンサＣ１およびＣ２に回収するか、一次側装置１１０および二次側装置１２０の充電に使用する。
【００８５】
本実施形態の電力変換装置１００は、スイッチングの各周期において電力を伝送する時間幅を減少させることによって電力を伝送しない休止期間を設ける制御（いわゆるＰＷＭ制御）を行う。休止期間調整動作において、電力変換装置１００は、スイッチングの１周期の間の休止期間の割合を増やすことにより、スイッチングの周波数を上げなくても電力伝送量を低減することができる。ここで、電力変換装置１００は、スイッチングの１周期の間の大部分を休止期間とすることも可能であるから、実装によっては休止期間調整動作の方が周波数調整動作よりも低い電力伝送量に対応することが可能となりうる。その一方で、休止期間調整動作においては電力伝送中のピーク電流は周波数調整動作と比較して大きくなるので、電力変換装置１００の実装によっては周波数調整動作の方が電力伝送効率が高くなりうる。したがって、このような実装においては、電力変換装置１００は、周波数調整動作を行い、更に電力伝送量が低下した場合には休止期間調整動作を行うことによって効率よく電力を伝送することが可能となる。
【００８６】
これに代えて、電力変換装置１００は、スイッチングの周期的動作を停止させて一定期間（例えば１周期を超える期間）の間電力を伝送しない休止期間を設ける制御（いわゆるバースト制御）を行ってもよい。また、電力変換装置１００は、目標とする休止期間の割合に応じて、休止期間のＰＷＭ制御およびバースト制御を切り替えてもよい。
【００８７】
以上に示した実施形態においては、制御装置１５０は、位相差調整動作、周波数調整動作、および休止期間調整動作を切り替える。これに代えて、制御装置１５０は、位相差調整動作および休止期間調整動作を行わずに周波数調整動作によって電力伝送量を調整してもよく、位相差調整動作および周波数調整動作の組み合わせによって電力伝送量を調整してもよく、周波数調整動作および休止期間調整動作の組み合わせによって電力伝送量を調整してもよい。
【００８８】
また、制御装置１５０は、要求される電力伝送量の減少に伴って、位相差調整動作において下限位相差に達してから周波数調整動作を行うように制御するのに代えて、位相差を減少させつつ周波数を上げていくようにしてもよい。同様に、制御装置１５０は、要求される電力伝送量の減少に伴って、周波数を上げながら休止期間の割合を増やしていくようにしてもよい。また、制御装置１５０は、要求される電力伝送量に応じて、位相差、周波数、および休止期間の割合の全てを並行して変化させるようにしてもよい。
【００８９】
また、制御装置１５０は、周波数調整動作において周波数が上限周波数に達して休止期間調整動作に移行した場合に、要求される電力伝送量の減少に伴って、休止期間の割合を増やしつつ周波数を低下させるようにして、スイッチングによる損失を低減してもよい。この場合において、制御装置１５０は、スイッチングの周波数を、位相差調整動作に用いる周波数までの範囲で低下させてもよく、例えば可聴領域外（例えば２０ｋＨｚ以上）の予め定められた下限周波数以上の範囲で低下させてもよい。
【００９０】
なお、以上に示した実施形態においては、電力変換装置１００は、双方向に電力を伝送可能な構成をとる。これに代えて、電力変換装置１００は、一次側から二次側へ等の一方向にのみ電力を伝送するよう制御装置１５０により制御されてもよい。
【００９１】
本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
【００９２】
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
【００９３】
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかであるプログラムを含んでよい。
【００９４】
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
【００９５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００９６】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００９７】
１００  電力変換装置、１１０  一次側装置、１２０  二次側装置、１３０  一次回路、１４０  二次回路、１５０  制御装置、３１０  選択部、３１５  減算器、３２０  制御演算部、３３０  位相差調整部、３３５  位相差リミッタ、３４０  位相差制御部、３５０  周波数調整部、３５５  減算器、３６０  周波数リミッタ、３６５  周波数制御部、３７０  休止期間調整部、３７５  減算器、３８０  パルス幅制御部
【要約】
【課題】電力伝送量を効率よく調整することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】トランスと、トランスの一次側に接続され、一次側の直流母線対をトランスに接続する極性を切替可能な第１ブリッジ回路と、トランスの二次側に接続され、二次側の直流母線対をトランスに接続する極性を切替可能な第２ブリッジ回路と、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路を、位相差を持たせてスイッチングさせる制御を行うことができる制御装置とを備え、制御装置は、第１ブリッジ回路または第２ブリッジ回路からの出力および目標値に応じて、第１ブリッジ回路および第２ブリッジ回路のスイッチングの周波数を調整する周波数調整部を有する電力変換装置を提供する。
【選択図】図３【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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【図６】
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【図７】
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