(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置であって、
変圧器と、
前記変圧器の１次側に接続される第１コンバータと、
前記変圧器の２次側に接続される第２コンバータと、
前記第１コンバータに接続される第１キャパシタと、
前記第２コンバータに接続される第２キャパシタと、
前記第１コンバータおよび第２コンバータを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
複数の変調方式に対する運転範囲を決定し、
前記電力変換装置の入出力電圧比に応じて動作条件を決定し、
前記動作条件に応じた各変調方式の電力基準値に基づいて、前記複数の変調方式の運転範囲のうち前記電力変換装置の出力電力値を含む変調方式を決定し、
前記決定された変調方式に基づいて指令値に対応する前記第１コンバータおよび第２コンバータの制御信号を出力する、電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
電圧指令値に対応する制御変数を出力する制御器と、
前記出力電力値に基づいて複数の変調方式のいずれか一つの特定の変調方式の選択信号を出力するモード選択器と、
前記制御器を介して出力される制御変数を基準とし、前記モード選択器を介して選択された変調方式を適用して、前記第１コンバータを制御する第１スイッチング信号と、前記第２コンバータを制御する第２スイッチング信号を出力する制御信号出力器と、を含む、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御器は、
前記電圧指令値と出力電圧値との差の値を出力する第１演算部と、
前記第１演算部の出力値を比例積分して前記制御変数を出力する比例積分制御器と、
前記出力電圧値と出力電流値との乗算による出力電力値を出力する第２演算部と、を含む、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御器は、
入力電圧値と出力電圧値を受信し、これによる入出力電圧比を計算して出力する第３演算部をさらに含み、
前記モード選択器は、
前記第３演算部を介して出力される入出力電圧比による動作条件と、前記出力電力値に基づいて前記変調方式を選択する、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記変調方式は、
ｄｕａｌパルス幅変調方式に対応する第１変調方式と、
ｔｒｉａｎｇｕｌａｒパルス幅変調方式に対応する第２変調方式と、
ｓｉｎｇｌｅパルス幅変調方式に対応する第３変調方式と、
ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調方式に対応する第４変調方式と、を含み、
前記モード選択器は、
前記それぞれの変調方式に対応する運転範囲を保存し、
前記保存された運転範囲に基づいて前記出力電力値が属する変調方式を確認し、
前記確認した変調方式の選択信号を出力する、請求項２から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記それぞれの変調方式の運転範囲内に属する電力値は、以下のような大きさ条件を有する、請求項５に記載の電力変換装置。
第１変調方式＜第２変調方式＜第３変調方式＜第４変調方式
【請求項７】
前記制御器は、
入力電圧値と出力電圧値を受信し、これによる入出力電圧比を計算して出力する第３演算部をさらに含み、
前記モード選択器は、
前記第３演算部を介して出力される入出力電圧比による動作条件と、前記出力電力値に基づいて前記変調方式を選択し、
前記動作条件は、
出力電圧が入力電圧より大きい昇圧条件と、出力電圧が入力電圧より小さい降圧条件と、を含み、
前記モード選択器は、
前記それぞれの変調方式に対応して前記昇圧条件での運転範囲と、降圧条件での運転範囲とを区分して保存する、請求項５または６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御信号出力器は、
前記電力変換装置の動作方向情報を受信し、
前記受信した動作方向情報を用いて前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を出力し、
前記動作方向情報は、
前記第１コンバータから第２コンバータに電圧が出力される第１方向動作条件と、
前記第２コンバータから第１コンバータに電圧が出力される第２方向動作条件と、を含む、請求項２から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御信号出力器は、
現在選択された変調方式と、以前に適用した変調方式とを比較し、
前記現在の変調方式と以前の変調方式が互いに異なる場合、受信した前記制御変数を調整する、請求項２から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１コンバータは、第１レッグの第１および第２スイッチ素子と、第２レッグの第３および第４スイッチ素子と、を含み、
前記第２コンバータは、第３レッグの第５および第６スイッチ素子と、第４レッグの第７および第８スイッチ素子と、を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第１コンバータは、第１および第２レッグを含み、前記第２コンバータは、第３および第４レッグを含み、
前記第１レッグは、
互いに並列接続された第１および第２スイッチ素子を含む第１スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第３スイッチ素子および第４スイッチ素子を含む第２スイッチ素子グループと、を含み、
前記第２レッグは、
互いに並列接続された第５および第６スイッチ素子を含む第３スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第７スイッチ素子および第８スイッチ素子を含む第４スイッチ素子グループと、を含み、
前記第３レッグは、
互いに並列接続された第９および第１０スイッチ素子を含む第５スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第１１スイッチ素子および第１２スイッチ素子を含む第６スイッチ素子グループと、を含み、
前記第４レッグは、
互いに並列接続された第１３および第１４スイッチ素子を含む第７スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第１５スイッチ素子および第１６スイッチ素子を含む第８スイッチ素子グループと、を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
変圧器と、前記変圧器の１次側に接続され、第１レッグ（ｌｅｇ）の複数のスイッチ素子、および第２レッグの複数のスイッチ素子を含む第１コンバータと、前記変圧器の２次側に接続され、第３レッグの複数のスイッチ素子、および第４レッグの複数のスイッチ素子を備えた第２コンバータと、を含む電力変換装置であって、
前記電力変換装置の出力電圧値と出力電流値を用いて出力電力値を計算する段階と、
前記電力変換装置の入力電圧値と出力電圧値を用いて前記電力変換装置の動作条件が降圧条件であるか昇圧条件であるかを判断する段階と、
前記動作条件別に区分された複数の変調方式の運転範囲を基準として前記出力電力値が属する変調方式を選択する段階と、
電圧指令値と前記出力電圧値との差の値を比例積分して制御変数を出力する段階と、
前記選択された変調方式を適用して前記出力された制御変数に対応する前記第１コンバータの第１スイッチング信号および前記第２コンバータの第２スイッチング信号を出力する段階と、を含む、電力変換装置の動作方法。
【請求項１３】
前記電力変換装置の動作方向条件が、前記第１コンバータから第２コンバータに電圧が出力される第１方向動作条件と、前記第２コンバータから第１コンバータに電圧が出力される第２方向動作条件のいずれの動作条件であるかを判断する段階をさらに含み、
前記第１コンバータの第１スイッチング信号および前記第２コンバータの第２スイッチング信号を出力する段階は、
前記判断された動作条件に応じて前記第１コンバータおよび第２コンバータに出力される段階を含む、請求項１２に記載の電力変換装置の動作方法。
【請求項１４】
前記第１および第２スイッチング信号の出力以前に、現在選択された変調方式と、以前に適用した変調方式とを比較する段階と、
前記現在の変調方式と以前の変調方式が互いに異なる場合、前記出力された制御変数を調整する段階と、をさらに含む、請求項１２または１３に記載の電力変換装置の動作方法。
【請求項１５】
前記変調方式は、
ｄｕａｌパルス幅変調方式に対応する第１変調方式と、
ｔｒｉａｎｇｕｌａｒパルス幅変調方式に対応する第２変調方式と、
ｓｉｎｇｌｅパルス幅変調方式に対応する第３変調方式と、
ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調方式に対応する第４変調方式と、を含み、
前記それぞれの変調方式の運転範囲内に属する電力値は、以下のような大きさ条件を有する、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の電力変換装置の動作方法。
第１変調方式＜第２変調方式＜第３変調方式＜第４変調方式
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、特に、双方向電力伝達が可能な電力変換装置から出力される電力に応じて互いに異なる変調方式を適用しスイッチング信号を出力できるようにした電力変換装置およびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相対的に高い電圧が求められる電子回路にエネルギーを供給したり、系統に連系して応用分野に使用するためには、入力電圧を高い電圧に昇圧する必要がある。それだけでなく、電子回路によっては、高い電圧を用いて低い電圧に降圧する必要もある。このために、様々な降圧型および昇圧型コンバータのいずれか一つとして直流‐直流（ＤＣ‐ＤＣ）コンバータ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に対するモデリングおよび分析が研究された。
【０００３】
直流‐直流コンバータ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、絶縁型と非絶縁型とに大別することができる。
【０００４】
絶縁型は、入力端と出力端の絶縁、すなわち、磁性コアを用いた変圧器で絶縁を行い安定性を確保できる利点があり、巻線比の調節により昇‐降圧比を調節することができる。
【０００５】
直流‐直流コンバータ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の種類としては、バックタイプ（Ｂｕｃｋ  ｔｙｐｅ）としてフォワード（ｆｏｒｗａｒｄ）、ハーフブリッジ（ｈａｌｆ  ｂｒｉｄｇｅ）、フルブリッジ（ｆｕｌｌ  ｂｒｉｄｇｅ）コンバータなどがあり、バック‐ブーストタイプ（Ｂｕｃｋ‐ｂｏｏｓｔ  ｔｙｐｅ）としてフライバックコンバータ（ｆｌｙｂａｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などがある。
【０００６】
一方、電力変換装置の効率を増大するための方法としては、ソフトスイッチング（ｓｏｆｔ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）技法がある。電力変換装置は、電力用半導体のオン‐オフ（ｏｎ‐ｏｆｆ）シーケンス制御により電圧を変調する。しかしながら、電力変換装置の高効率化のために、電力用半導体のオン‐オフの際に発生するスイッチング損失（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｌｏｓｓ）を低減させる必要がある。したがって、ゼロ電圧スイッチング（ｚｅｒｏ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）およびゼロ電流スイッチング（ｚｅｒｏ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）のようなソフトスイッチング技法が使用されている。
【０００７】
従来の双方向電力変換装置は、変圧器と、前記変圧器の１次側および２次側にそれぞれ配置された第１コンバータおよび第２コンバータと、を含む。
【０００８】
前記のような双方向電力変換装置は、第１コンバータと第２コンバータが同一の構造を有することから双方向に電力制御が可能である。また、第１および第２コンバータの間に配置された変圧器を用いて、絶縁および入力／出力の比（昇圧および降圧）を変更することができる。
【０００９】
この際、前記第１コンバータと第２コンバータは、複数のスイッチ素子を含む。前記複数のスイッチ素子には、様々な変調方式のいずれか一つの変調方式に対応するスイッチング信号が供給される。
【００１０】
ここで、前記変調方式には、ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式とＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式があり、前記ＰＷＭ方式には、ｓｉｎｇｌｅ  ＰＷＭ方式およびｄｕａｌ  ＰＷＭ方式が含まれる。
【００１１】
前記ＰＷＭ方式は、変圧器の１次側と２次側にそれぞれ配置された第１および第２コンバータのスイッチング信号のデューティ比をいずれも０．５に固定して変調する方式である。
【００１２】
前記Ｓｉｎｇｌｅ  ＰＷＭ方式は、前記第１および第２コンバータのいずれか一つのコンバータのスイッチング信号はＰＷＭ方式を用いて可変を行い、他の一つのコンバータのスイッチング信号のデューティ比を０．５に固定して変調する方式である。
【００１３】
前記Ｄｕａｌ  ＰＷＭ方式は、前記第１および第２コンバータのスイッチング信号をいずれもＰＷＭ方式を適用して変調する方式である。
【００１４】
また、他の場合には、電圧制御器と変調方式を別に分離することなく、二つの部分を一つに統合して使用する方法も存在する。これは、多くの実験により最適の変調値を抽出し、これを所望の入出力電圧の値に応じてマップに作製し、これを使用することである。
【００１５】
前記のように、従来の電力変換装置に提供されるスイッチング信号を生成する方式は、位相制御方式と、パルス幅変調方式と、最適化変調方式とに分けられる。
【００１６】
前記位相制御方式は、出力電力が低くなったり入出力電圧比が大きくなると、循環電流の大きさが大きくなることから、安全上の問題とシステムの動作効率の低下という欠点が存在する。
【００１７】
また、前記パルス幅変調方式は、前記位相制御方式に比べて高効率および高性能を有する利点があるが、制御が複雑であるという欠点が存在する。
【００１８】
従来、前記パルス幅変調方式において、電力変換装置の動作のために低電力と大電力をそれぞれＤｕａｌ  ＰＷＭ方式とＳｉｎｇｌｅ  ＰＷＭ方式により制御する方法について主に提案している。この場合、第１コンバータと第２コンバータの制御のためには、それぞれ第１スイッチング信号、第２スイッチング信号、前記スイッチング信号の間の位相差のように、制御のための様々な制御変数を有することから制御動作が相当複雑であるという欠点がある。
【００１９】
ここで、前記Ｄｕａｌ  ＰＷＭ方式の場合、動作条件を十分満たさなかった場合、低電力で高効率が得られないという欠点がある。
【００２０】
最後に、前記最適化変調方式は、最適化した変調値の取得が困難であり、前記ｄｕａｌ  ＰＷＭ方式と同様に、制御動作が複雑であるという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明に係る実施形態では、電力変換装置が動作するにあたり、広い運転領域で高効率を達成できる変調方式を提供し、且つ既存の複雑な閉ループ制御方式の問題を解決することができる電力変換装置およびその動作方法を提供する。
【００２２】
また、本発明に係る実施形態では、出力電力値の変化に応じて変調方式が変更される場合に、新たな変調方式をさらに提供することができる電力変換装置およびその動作方法を提供する。
【００２３】
提案される実施形態で解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないさらに他の技術的課題は、以下の記載から提案される実施形態が属する技術分野において通常の知識を有する者が明確に理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明に係る電力変換装置は、変圧器と、前記変圧器の１次側に接続され、第１レッグ（ｌｅｇ）の複数のスイッチ素子、および第２レッグの複数のスイッチ素子を含む第１コンバータと、前記変圧器の２次側に接続され、第３レッグの複数のスイッチ素子、および第４レッグの複数のスイッチ素子を備えた第２コンバータと、前記第１コンバータに接続された第１キャパシタと、前記第２コンバータに接続された第２キャパシタと、前記第１コンバータおよび第２コンバータに含まれた複数のスイッチ素子を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、複数の変調方式に対する運転範囲を決定し、前記複数の変調方式の運転範囲のうち前記電力変換装置の出力電力値を含む変調方式を決定し、前記決定された変調方式に基づいて指令値に対応する前記第１コンバータおよび第２コンバータの制御信号を出力する。
【００２５】
また、前記第１レッグは、第１スイッチ素子と、第２スイッチ素子と、を含み、前記第２レッグは、第３スイッチ素子と、第４スイッチ素子と、を含み、前記第３レッグは、第５スイッチ素子と、第６スイッチ素子と、を含み、前記第４レッグは、第７スイッチ素子と、第８スイッチ素子と、を含む。
【００２６】
また、前記第１レッグは、互いに並列接続された第１および第２スイッチ素子を含む第１スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第３スイッチ素子および第４スイッチ素子を含む第２スイッチ素子グループと、を含み、前記第２レッグは、互いに並列接続された第５および第６スイッチ素子を含む第３スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第７スイッチ素子および第８スイッチ素子を含む第４スイッチ素子グループと、を含み、前記第３レッグは、互いに並列接続された第９および第１０スイッチ素子を含む第５スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第１１スイッチ素子および第１２スイッチ素子を含む第６スイッチ素子グループと、を含み、前記第４レッグは、互いに並列接続された第１３および第１４スイッチ素子を含む第７スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第１５スイッチ素子および第１６スイッチ素子を含む第８スイッチ素子グループと、を含む。
【００２７】
また、前記制御部は、電圧指令値に対応する制御変数を出力する制御器と、前記出力電力値に基づいて複数の変調方式のいずれか一つの特定の変調方式の選択信号を出力するモード選択器と、前記制御器を介して出力される制御変数を基準とし、前記モード選択器を介して選択された変調方式を適用して、前記第１コンバータを制御する第１スイッチング信号と、前記第２コンバータを制御する第２スイッチング信号を出力する制御信号出力器と、を含む。
【００２８】
また、前記制御器は、前記電圧指令値と出力電圧値との差の値を出力する第１演算部と、前記第１演算部の出力値を比例積分して前記制御変数を出力する比例積分制御器と、前記出力電圧値と出力電流値との乗算による出力電力値を出力する第２演算部と、を含む。
【００２９】
また、前記制御器は、入力電圧値と出力電圧値を受信し、これによる入出力電圧比を計算して出力する第３演算部をさらに含み、前記モード選択器は、前記第３演算部を介して出力される入出力電圧比による動作条件と、前記出力電力値に基づいて前記変調方式を選択する。
【００３０】
また、前記変調方式は、ｄｕａｌパルス幅変調方式に対応する第１変調方式と、ｔｒｉａｎｇｕｌａｒパルス幅変調方式に対応する第２変調方式と、ｓｉｎｇｌｅパルス幅変調方式に対応する第３変調方式と、ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調方式に対応する第４変調方式と、を含み、前記モード選択器は、前記それぞれの変調方式に対応する運転範囲を保存し、前記保存された運転範囲に基づいて前記出力電力値が属する変調方式を確認し、前記確認した変調方式の選択信号を出力する。
【００３１】
また、前記それぞれの変調方式の運転範囲内に属する電力値は、以下のような大きさ条件を有する。
第１変調方式＜第２変調方式＜第３変調方式＜第４変調方式
【００３２】
また、前記動作条件は、出力電圧が入力電圧より大きい昇圧条件と、出力電圧が入力電圧より小さい降圧条件と、を含み、前記モード選択器は、前記それぞれの変調方式に対応して前記昇圧条件での運転範囲と、降圧条件での運転範囲とを区分して保存する。
【００３３】
また、前記制御信号出力器は、前記電力変換装置の動作方向情報を受信し、前記受信した動作方向情報を用いて前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を出力し、前記動作方向情報は、前記第１コンバータから第２コンバータに電圧が出力される第１方向動作条件と、前記第２コンバータから第１コンバータに電圧が出力される第２方向動作条件と、を含む。
【００３４】
また、前記制御信号出力器は、現在選択された変調方式と、以前に適用した変調方式とを比較し、前記現在の変調方式と以前の変調方式が互いに異なる場合、前記受信した制御変数を調整する。
【００３５】
一方、実施形態に係る電力変換装置の動作方法は、変圧器と、前記変圧器の１次側に接続され、第１レッグ（ｌｅｇ）の複数のスイッチ素子、および第２レッグの複数のスイッチ素子を含む第１コンバータと、前記変圧器の２次側に接続され、第３レッグの複数のスイッチ素子、および第４レッグの複数のスイッチ素子を備えた第２コンバータと、を含む電力変換装置であって、前記電力変換装置の出力電圧値と出力電流値を用いて出力電力値を計算する段階と、前記電力変換装置の入力電圧値と出力電圧値を用いて前記電力変換装置の動作条件が降圧条件であるか昇圧条件であるかを判断する段階と、前記動作条件別に区分された複数の変調方式の運転範囲を基準とし、前記出力電力値が属する変調方式を選択する段階と、電圧指令値と前記出力電圧値との差の値を比例積分して制御変数を出力する段階と、前記選択された変調方式を適用して前記出力された制御変数に対応する前記第１コンバータの第１スイッチング信号および前記第２コンバータの第２スイッチング信号を出力する段階と、を含む。
【００３６】
また、前記変調方式は、ｄｕａｌパルス幅変調方式に対応する第１変調方式と、ｔｒｉａｎｇｕｌａｒパルス幅変調方式に対応する第２変調方式と、ｓｉｎｇｌｅパルス幅変調方式に対応する第３変調方式と、ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調方式に対応する第４変調方式と、を含み、前記それぞれの変調方式の運転範囲内に属する電力値は以下のような大きさ条件を有する。
第１変調方式＜第２変調方式＜第３変調方式＜第４変調方式
【００３７】
また、前記電力変換装置の動作方向条件が、前記第１コンバータから第２コンバータに電圧が出力される第１方向動作条件と、前記第２コンバータから第１コンバータに電圧が出力される第２方向動作条件のいずれの動作条件であるかを判断する段階をさらに含み、前記第１コンバータの第１スイッチング信号および前記第２コンバータの第２スイッチング信号を出力する段階は、前記判断された動作条件に応じて前記第１コンバータおよび第２コンバータに出力される段階を含む。
【００３８】
また、前記第１および第２スイッチング信号の出力以前に、現在選択された変調方式と、以前に適用した変調方式とを比較する段階と、前記現在の変調方式と以前の変調方式が互いに異なる場合、前記受信した制御変数を調整する段階と、をさらに含む。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の実施形態に係る電力変換装置は、出力電力値に応じてスイッチング信号の変調方式を変更する。これにより、既存の複雑な閉ループ制御方式の問題を解決することができ、且つより広い電圧領域で電力を伝達することができる。これだけでなく、広い電圧領域でいずれも高い電力変換効率を得ることができる。
【００４０】
また、本発明の実施形態に係る電力変換装置は、出力電力値の変化に応じてスイッチング信号の変調方式を変更し、変更した変調方式に応じて制御変数を変更する。これにより、前記変調方式の変化に応じて出力電圧および出力電流の値が急変する問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図２】図１の電力変換装置の第１方向動作時のタイミング図である。
【図３】図２のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【図４】図２のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【図５】図２のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【図６】図２のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【図７】図１の電力変換装置の第２方向動作時のタイミング図である。
【図８】図７のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【図９】図７のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【図１０】図７のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【図１１】図７のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【図１２】図１に図示された電力変換装置において、１次側回路と２次側回路を構成するスイッチ素子の他の構成例である。
【図１３】本発明の実施形態に係るスイッチング信号出力のための制御システムのブロック図である。
【図１４】図１３の制御部を実現する一例としての回路図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る第１変調方式を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る第２変調方式を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る第３変調方式を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る第４変調方式を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る電力変換装置の動作方法を段階別に説明するためのフローチャートである。
【図２０】図１９における変調モード決定過程をより具体的に説明するためのフローチャートである。
【図２１】本発明の実施形態に係る変調モード変更方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の利点および特徴、またそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すると明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されず、互いに異なる様々な形態に具現されることができ、ただし、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に説明するために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。明細書の全体にわたり同一の参照符号は同一の構成要素を指す。
【００４３】
本発明の実施形態を説明するにあたり、公知の機能または構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。また、後述する用語は、本発明の実施形態での機能を考慮して定義された用語であって、これは、ユーザ、運用者の意図または慣例などに応じて異なりうる。したがって、その定義は本明細書の全般にわたる内容に基づいて下すべきである。
【００４４】
添付の図面における各ブロックとフローチャートの各段階の組み合わせは、コンピュータプログラムインストラクションにより行われてもよい。これらコンピュータプログラムインストラクションは、汎用コンピュータ、特殊用コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備のプロセッサに搭載可能であることから、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備のプロセッサにより行われるそのインストラクションが図面の各ブロックまたはフローチャートの各段階で説明された機能を行う手段を生成する。これらコンピュータプログラムインストラクションは、特定の方式で機能を具現するためにコンピュータまたはその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備を目指すことができるコンピュータ利用可能またはコンピュータ読み取り可能メモリーに保存されることも可能であることから、そのコンピュータ利用可能またはコンピュータ読み取り可能メモリーに保存されたインストラクションは、図面の各ブロックまたはフローチャートの各段階で説明された機能を行うインストラクション手段を内包する物を生産することも可能である。コンピュータプログラムインストラクションは、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備上に搭載されることも可能であるため、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備上で一連の動作段階が行われてコンピュータで実行されるプロセスを生成し、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータプロセッシング装備を行うインストラクションは、図面の各ブロックおよびフローチャートの各段階で説明された機能を行うための段階を提供することも可能である。
【００４５】
また、各ブロックまたは各段階は、特定の論理的機能を行うための一つ以上の実行可能なインストラクションを含むモジュール、セグメントまたはコードの一部を示すことができる。また、いくつかの代替実施形態では、ブロックまたは段階で言及された機能が手順から離脱して発生することも可能であることを注目すべきである。例えば、連続して図示されている二つのブロックまたは段階は、実際、実質的に同時に行われることも可能であり、またはそのブロックまたは段階が時々当該機能に応じて逆順に行われることも可能である。
【００４６】
＜電力変換装置の回路図＞
図１は本発明の実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【００４７】
図１を参照して本発明の実施形態に係る電力変換装置を構成する回路素子の接続関係について説明する。
【００４８】
本発明の実施形態に係る電力変換装置は、第１および第２コイルＬｐ、Ｌｓからなる変圧器と、変圧器Ｌｐ、Ｌｓの左側と右側に配置された１次回路および２次回路を含む。
【００４９】
ここで、前記１次回路と２次回路は、第１コンバータと第２コンバータを意味し、互いに同一の構造を有する。
【００５０】
すなわち、前記１次回路は、第１キャパシタＣ１、第１インダクタＬ１また１次側フルブリッジ回路を構成するスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を含むことができる。また、２次回路は、第２キャパシタＣ２、第２インダクタＬ２また２次側フルブリッジ回路Ｑ５〜Ｑ８を構成するスイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８を含むことができる。
【００５１】
この際、前記のような電力変換装置は、双方向に動作する。
【００５２】
換言すれば、前記電力変換装置は、前記１次回路に電力が入力され、それにより、前記変圧器Ｔを経て２次回路を介して電力が出力される第１方向動作（正方向動作）に駆動されることができる。または、前記電力変換装置は、前記第１方向動作とは反対に、前記２次回路に電力が入力され、変圧器Ｔを経て前記１次回路に電力が出力される第２方向動作（逆方向動作）にも駆動されることができる。
【００５３】
１次側回路において、第１キャパシタＣ１は、第１および第２ノードＮ１、Ｎ２の間に接続され、第１インダクタＬ１は、第３ノードＮ３と第１コイルＬｐの一端子に接続される。また、前記第１コイルＬｐは、前記第１インダクタＬ１と第４ノードＮ４との間に接続される。
【００５４】
また、１次側フルブリッジ回路は、第１および第２ノードＮ１、Ｎ２の間の第１レッグ（ｌｅｇ）と第２レッグからなる。前記第１レッグは、第１および第３ノードＮ１、Ｎ３の間に接続された第１スイッチ素子Ｑ１と、第３および第２ノードＮ３、Ｎ２の間に接続された第２スイッチ素子Ｑ２からなる。また、前記第２レッグは、第１および第４ノードＮ１、Ｎ４の間に接続された第３スイッチ素子Ｑ３と、第４および第２ノードＮ４、Ｎ２の間に接続された第４スイッチ素子Ｑ４からなる。
【００５５】
２次側回路において、第２キャパシタＣ２は、第５および第６ノードＮ５、Ｎ６の間に接続され、第２インダクタＬ２は、第５および第７ノードＮ５、Ｎ７の間に接続される。また、第２コイルＬｓは、第１０および第９ノードＮ１０、Ｎ９の間に接続される。
【００５６】
また、２次側フルブリッジ回路は、第７および第８ノードＮ７、Ｎ８の間の第３レッグと第４レッグからなる。前記第３レッグは、第７および第９ノードＮ７、Ｎ９の間に接続された第５スイッチ素子Ｑ５と、第９および第８ノードＮ９、Ｎ８の間に接続された第６スイッチ素子Ｑ６からなる。また、前記第４レッグは、第７および第１０ノードＮ７、Ｎ１０の間に接続された第７スイッチ素子Ｑ７と、第１０および第８ノードＮ１０、Ｎ８の間に接続された第８スイッチ素子Ｑ８からなる。
【００５７】
本発明の実施形態に係る電力変換装置は、双方向コンバータである。すなわち、電力変換装置は、第１方向動作モード（正方向動作モード）で、第１および第２ノードＮ１、Ｎ２上の直流入力電圧を降圧または昇圧させて第５および第６ノードＮ５、Ｎ６に直流出力電圧を出力する。また、第２方向動作モード（逆方向動作モード）で、第５および第６ノードＮ５、Ｎ６上の直流入力電圧を昇圧または降圧させて第１および第２ノードＮ１、Ｎ２に直流出力電圧を出力する。
【００５８】
以下では、説明の便宜上、前記第１方向動作モードは、前記変圧器Ｌｐ、Ｌｓの１次側と２次側の巻数に応じて降圧動作を行い、前記第２方向動作モードは、前記変圧器Ｌｐ、Ｌｓの１次側と２次側の巻数に応じて昇圧動作を行うものとして説明する。しかしながら、これは、一実施形態に過ぎず、前記変圧器Ｌｐ、Ｌｓの巻数の調整により、第１方向動作モードで降圧動作と昇圧動作の両方が行われてもよく、これとは反対に、第２方向動作モードでも降圧動作と昇圧動作の両方が行われてもよい。
【００５９】
また、以下では、様々な変調方式のうちｄｕａｌ  ＰＷＭ変調方式による前記電力変換装置の第１方向動作モードと、第２方向動作モードについて説明する。
【００６０】
‐第１方向動作モード
以下、図２〜図６を参照して、第１方向動作モードについて説明する。
【００６１】
図２は第１方向動作モード時のタイミング図であり、図３〜図６は図２のタイミングによる電力変換装置の動作図である。
【００６２】
第１レッグの第１および第２スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、互いに相補的に動作するため、これらのいずれか一つがターンオンされた場合、他の一つはターンオフされる。また、第２レッグの第３および第４スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４は、互いに相補的に動作するため、これらのいずれか一つがターンオンされた場合、他の一つはターンオフされる。
【００６３】
また、前記第１スイッチ素子Ｑ１がターンオンされてから所定時間経過後、第３スイッチ素子Ｑ３がターンオンされ、第２スイッチ素子Ｑ２がターンオンされてから所定時間経過後、第４スイッチ素子Ｑ４がターンオンされる位相遷移（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｅｄ）スイッチング方式で動作することができる。また、第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８は、同時にターンオンおよびターンオフされることができ、第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７は、同時にターンオンおよびターンオフされることができる。
【００６４】
＜第１時区間ｔ１＞
図２および図３を参照すると、第１時区間ｔ１の間に、第１および第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４はターンオンされ、第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３はターンオフされる。
【００６５】
また、第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８はターンオフされ、第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７はターンオンされる。
【００６６】
この際、１次側電流は、１次側の点線で表されているように、第１スイッチ素子Ｑ１、第３ノードＮ３、第４ノードＮ４、第４スイッチ素子Ｑ４、また、第２ノードＮ２の順に流れる。
【００６７】
この際、第１インダクタＬ１は充電動作を行い、これにより、第１電圧Ｖ１は正の電圧を有する。
【００６８】
変圧器Ｌｐ、Ｌｓは、１次側電流と巻数比に基づいて２次側に２次側電流を形成する。
【００６９】
前記２次側電流は、第７スイッチ素子Ｑ７、第７ノードＮ７、第２インダクタＬ２、第２キャパシタＣ２、また、第６スイッチ素子Ｑ６を経由して流れる。また、２次側電流が第２インダクタＬ２を充電することで、前記第２インダクタＬ２はエネルギーを蓄積する。
【００７０】
＜第２時区間ｔ２＞
図２および図４を参照すると、第２時区間ｔ２の間に、第１スイッチ素子Ｑ１はターンオン状態を維持するが、第４スイッチ素子Ｑ４はターンオフされる。また、第１時区間ｔ１の間にターンオフ状態であった第３スイッチ素子Ｑ３がターンオンされる。
【００７１】
また、第２スイッチ素子Ｑ２は、ターンオフ状態を維持する。また、２次側スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８は、いずれもターンオンされる。この場合、第１および第３スイッチ素子Ｑ１、Ｑ３は、１次側電流パスを形成するため、第３および第４ノードＮ３、Ｎ４は互いに短絡され、第１電圧Ｖ１はゼロ電圧になる。また、２次側スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がいずれもターンオンされることから第２電圧Ｖ２もまたゼロ電圧になり、第２インダクタＬ２に蓄積されたエネルギーは出力端子Ｎ５‐Ｎ６に伝達される。
【００７２】
＜第３時区間ｔ３＞
図２および図５を参照すると、第３時区間ｔ３の間に、第１および第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４はターンオフされ、第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３はターンオンされる。
【００７３】
また、第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８はターンオンされ、第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７はターンオフされる。
【００７４】
この際、１次側電流は、１次側の点線で表されているように、第３スイッチ素子Ｑ３、第４ノードＮ４、第３ノードＮ３、また、第２スイッチ素子Ｑ２の順に流れる。すなわち、第３ノードＮ３から第４ノードＮ４の間では、第１時区間での１次側電流とは反対方向に流れる。
【００７５】
また、１次側電流により第１インダクタＬ１は充電され、第１電圧Ｖ１は負の電圧を有する。前記１次側電流は、変圧器Ｌｐ、Ｌｓにより２次側に伝達される。
【００７６】
また、２次側電流は、第５スイッチ素子Ｑ５、第２インダクタＬ２、第２キャパシタＣ２、また、第８スイッチ素子Ｑ８を経由して流れる。この際、２次側電流が第２インダクタＬ２を充電することで、前記第２インダクタＬ２はエネルギーを蓄積する。
【００７７】
＜第４時区間ｔ４＞
図２および図６を参照すると、第４時区間ｔ４の間に、第２スイッチ素子Ｑ２はターンオン状態を維持するが、第３スイッチ素子Ｑ３はターンオフされる。また、第３時区間ｔ３の間にターンオフ状態であった第４スイッチ素子Ｑ４がターンオンされる。
【００７８】
また、第１スイッチ素子Ｑ１は、ターンオフ状態を維持する。また、２次側スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８は、いずれもターンオンされる。
【００７９】
この場合、第２および第４スイッチ素子Ｑ２、Ｑ４は、１次側電流パスを形成するため、第３および第４ノードＮ３、Ｎ４は互いに短絡され、第１電圧Ｖ１はゼロ電圧になる。
【００８０】
また、２次側スイッチ素子Ｑ５〜Ｑ８がいずれもターンオンされることから、第２電圧Ｖ２もまたゼロ電圧になり、第２インダクタＬ２に蓄積されたエネルギーは、出力端子Ｎ５‐Ｎ６に伝達される。
【００８１】
上述の動作を周期的に繰り返して、入力端子Ｎ１‐Ｎ２上の入力電圧ＨＶは、変圧器Ｌｐ、Ｌｓを介して電圧降下され、出力端子Ｎ５‐Ｎ６に出力電圧ＬＶが出力される。
【００８２】
一方、変圧器Ｌｐ、Ｌｓの巻数比は、入力電圧ＨＶと出力電圧ＬＶ、また、デューティ比に応じて決定されることができ、第２インダクタＬ２のインダクタンスと第２キャパシタＣ２のキャパシタンスは、出力電流と出力電圧のリップル大きさに基づいて決定されることができる。
【００８３】
‐第２方向動作モード
以下、図７〜図１１を参照して、第２方向動作モード方式について説明する。
【００８４】
図７は第２方向動作モード時のタイミング図であり、図８〜図１１は図７のタイミングによる動作図である。
【００８５】
＜第１時区間ｔ１＞
図７および図８を参照すると、第１時区間ｔ１の間に、第１および第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４はターンオンされ、第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３はターンオフされる。
【００８６】
また、第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８はターンオフされ、第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７はターンオンされる。この場合、２次側の第２キャパシタＣ２から電流は、第２インダクタＬ２と第７スイッチ素子Ｑ７、第２コイルＬｓおよび第６スイッチ素子Ｑ６を経由して流れ、第２電圧Ｖ２は正極性電圧になる。
【００８７】
この際、２次側の電流は、変圧器Ｌｐ、Ｌｓの巻数比に応じて１次側電流を形成し、１次側の第１コイルＬｐからの電流は、第１インダクタＬ１と第１スイッチ素子Ｑ１、第１キャパシタＣ１および第４スイッチ素子Ｑ４を経由して流れ、第１キャパシタＣ１を充電する。
【００８８】
＜第２時区間ｔ２＞
図７および図９を参照すると、第２時区間ｔ２の間に、第１および第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４はターンオフされ、第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３はターンオフを維持する。
【００８９】
また、第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８はターンオンされ、第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７はターンオンを維持する。この場合、第５〜第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８はターンオンされるため、第２電圧Ｖ２はゼロ電圧となり、１次側第１コイルＬｐに誘起される電圧は０Ｖとなり、第１インダクタＬ１に流れる電流は第１〜第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の逆並列ダイオードを経由して第１キャパシタＣ１に流れる。また、第２コイルＬｓに流れる電流は減少し、次の時区間において逆方向電流になる。
【００９０】
＜第３時区間ｔ３＞
図７および図１０を参照すると、第３時区間ｔ３の間に、第１および第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４はターンオフを維持し、第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３はターンオンされる。
【００９１】
また、第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８はターンオンを維持し、第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７はターンオフされる。
【００９２】
この場合、２次側の第２キャパシタＣ２から電流は、第２インダクタＬ２と第５スイッチ素子Ｑ５、第２コイルＬｓおよび第８スイッチ素子Ｑ８を経由して流れ、第２電圧Ｖ２は負極性電圧になる。
【００９３】
この際、変圧器Ｌｐ、Ｌｓにより、１次側の第１コイルＬｐからの電流は、第３スイッチ素子Ｑ３と第１キャパシタＣ１、第２スイッチ素子Ｑ２および第１インダクタＬ１を経由して流れ、第１キャパシタＣ１を充電する。
【００９４】
＜第４時区間ｔ４＞
図７および図１１を参照すると、第４時区間ｔ４の間に、第１および第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４はターンオフを維持し、第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３はターンオフされる。
【００９５】
また、第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８はターンオンを維持し、第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７はターンオンされる。この場合、第５〜第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８はターンオンされるため、第２電圧Ｖ２はゼロ電圧となり、１次側第１コイルＬｐに誘起される電圧は０Ｖとなり、第１インダクタＬ１に流れる電流は、第１〜第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の逆並列ダイオードを経由して第１キャパシタＣ１に流れる。
【００９６】
また、第２コイルＬｓに流れる電流は減少し、次の時区間において正方向電流になる。
【００９７】
上述の動作を周期的に繰り返して、入力端子Ｎ５‐Ｎ６上の入力電圧ＬＶは、変圧器Ｌｐ、Ｌｓを介して電圧上昇し、出力端子Ｎ１‐Ｎ２に出力電圧ＨＶが出力される。
【００９８】
一方、図７の矢印のようにターンオンされた第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８がターンオフされる時点を調節する場合、すなわち、第５および第８スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８のターンオン時間を増加させる場合、第２コイルＬｓに流れる電流の増加量を上昇させて、１次側の第１キャパシタＣ１の充電量を増加させることができる。
【００９９】
これと対応する方式でターンオンされた第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７がターンオフされる時点を調節する場合、すなわち、第６および第７スイッチ素子Ｑ６、Ｑ７のターンオン時間を増加させる場合、第２コイルＬｓに流れる電流の増加量を上昇させて、１次側の第１キャパシタＣ１の充電量を増加させることができる。
【０１００】
このような原理を用いて入力電圧ＬＶの増幅量を調節し、出力端子Ｎ１‐Ｎ２に入力電圧ＬＶより高い出力電圧ＨＶを出力することができる。
【０１０１】
図１２は図１に図示された電力変換装置において、１次側回路と２次側回路を構成するスイッチ素子の他の構成例である。
【０１０２】
図１２は図１において１次側回路に含まれたスイッチ素子の他の構成例である。
【０１０３】
まず、図１に図示された１次側回路は、第１および第２ノードＮ１、Ｎ２の間の第１レッグ（ｌｅｇ）と第２レッグからなる。前記第１レッグは、第１および第３ノードＮ１、Ｎ３の間に接続された第１スイッチ素子Ｑ１と、第３および第２ノードＮ３、Ｎ２の間に接続された第２スイッチ素子Ｑ２からなる。また、前記第２レッグは、第１および第４ノードＮ１、Ｎ４の間に接続された第３スイッチ素子Ｑ３と、第４および第２ノードＮ４、Ｎ２の間に接続された第４スイッチ素子Ｑ４からなる。
【０１０４】
図１２に図示された１次側回路のフルブリッジ回路は、第１および第２ノードＮ１、Ｎ２の間の第１レッグ（ｌｅｇ）と第２レッグからなる。
【０１０５】
前記第１レッグは、第１および第３ノードＮ１、Ｎ３の間に接続された第１スイッチ素子グループと、第３および第２ノードＮ３、Ｎ２の間に接続された第２スイッチ素子グループからなる。
【０１０６】
ここで、前記第１スイッチ素子グループは、第１および第３ノードＮ１、Ｎ３の間に互いに並列に接続された第１‐１スイッチ素子Ｑ１１と、第１‐２スイッチ素子Ｑ１２と、を含む。また、前記第２スイッチ素子グループは、第３および第２ノードＮ３、Ｎ２の間に互いに並列に接続された第２‐１スイッチ素子Ｑ２１と、第２‐２スイッチ素子Ｑ２２と、を含む。
【０１０７】
前記第２レッグは、第１および第４ノードＮ１、Ｎ４の間に接続された第３スイッチ素子グループと、第４および第２ノードＮ４、Ｎ２の間に接続された第４スイッチ素子グループからなる。
【０１０８】
ここで、前記第３スイッチ素子グループは、第１および第４ノードＮ１、Ｎ４の間に互いに並列に接続された第３‐１スイッチ素子Ｑ３１と、第３‐２スイッチ素子Ｑ３２と、を含む。また、前記第４スイッチ素子グループは、第４および第２ノードＮ４、Ｎ２の間に互いに並列に接続された第４‐１スイッチ素子Ｑ４１と、第４‐２スイッチ素子Ｑ４２と、を含む。
【０１０９】
また、前記では、１次側回路のフルブリッジ回路については説明したが、前記１次側回路のフルブリッジ回路と同一の構造を有し、２次側回路のフルブリッジ回路が構成されてもよい。
【０１１０】
‐制御動作
図１３は本発明の実施形態に係るスイッチング信号出力のための制御システムのブロック図であり、図１４は図１３の制御部を実現する一例としての回路図である。
【０１１１】
図１３を参照すると、制御システムは、電圧センサ１１０と、電流センサ１２０と、制御部１３０と、を含む。
【０１１２】
電圧センサ１１０は、第１電圧センサ１１１と、第２電圧センサ１１２と、を含む。
【０１１３】
第１電圧センサ１１１は、前記１次回路の入出力端に配置され、それにより、前記配置された位置での電圧を検知する。すなわち、第１電圧センサ１１１は、第１方向動作モードで、前記電力変換装置の入力電圧Ｖｉを検出することができると共に、第２方向動作モードで、前記電力変換装置の出力電圧Ｖｏを検出することができる。
【０１１４】
第２電圧センサ１１２は、前記２次回路の入出力端に配置され、それにより、前記配置された位置での電圧を検知する。すなわち、第２電圧センサ１１２は、前記第１方向動作モードで、前記電力変換装置の出力電圧Ｖｏを検出することができると共に、第２方向動作モードで、前記電力変換装置の入力電圧Ｖｉを検出することができる。
【０１１５】
電流センサ１２０は、第１電流センサ１２１と、第２電流センサ１２２と、を含む。
【０１１６】
第１電流センサ１２１は、前記１次回路の入出力端に配置され、それにより、前記配置された位置での電流を検知する。すなわち、第１電流センサ１２１は、第１方向動作モードで、前記電力変換装置の入力電流Ｉｉを検出することができると共に、第２方向動作モードで、前記電力変換装置の出力電流Ｉｏを検出することができる。
【０１１７】
第２電流センサ１２２は、前記２次回路の入出力端に配置され、それにより、前記配置された位置での電流を検知する。すなわち、第２電流センサ１２２は、前記第１方向動作モードで、前記電力変換装置の出力電流Ｉｏを検出することができると共に、第２方向動作モードで、前記電力変換装置の入力電流Ｉｉを検出することができる。
【０１１８】
制御部１３０は、様々な条件に応じて電力変換装置の動作モードを決定する。前記動作モードは、上述の第１方向動作モードと、第２方向動作モードと、を含む。
【０１１９】
すなわち、前記電力変換装置は、系統連系装置に設置されることができる。
【０１２０】
これにより、前記電力変換装置は、第１方向動作モードで、前記１次回路の入力端に接続された発電装置（例えば、太陽光発電装置、風力発電装置、火力発電装置など）が接続され、それにより、前記接続された発電装置から供給される電力を変換して前記２次回路の出力端に接続されたエネルギー貯蔵装置に供給し、前記エネルギー貯蔵装置を充電させることができる。
【０１２１】
また、前記電力変換装置は、前記第２方向動作モードで、前記エネルギー貯蔵装置の放電が行われ、それにより、前記放電によって前記エネルギー貯蔵装置から出力される電力を前記１次回路の出力端に接続された系統や負荷に供給することができる。
【０１２２】
これにより、前記制御部１３０は、様々な条件（例えば、負荷量、エネルギー貯蔵装置の充電量など）に応じて、前記電力変換装置の動作モード（すなわち、前記電力変換装置の動作方向）を決定する。
【０１２３】
また、制御部１３０は、外部から供給される指令値に応じて前記１次回路および２次回路にそれぞれ供給されるスイッチング信号（以下では、１次回路に供給されるスイッチング信号を「第１スイッチング信号」とし、２次回路に供給されるスイッチング信号を「第２スイッチング信号」とする）を生成する。
【０１２４】
このために、制御部１３０は、前記指令値に応じて前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を生成するための制御変数Ｄｅｌを計算して出力する。前記制御変数Ｄｅｌは、図１４に図示されたΦｆである。
【０１２５】
前記制御変数Ｄｅｌは、所望の出力電力を得るための制御条件であり、これは、第１スイッチング信号と第２スイッチング信号の位相、第１スイッチング信号のデューティ比および第２スイッチング信号のデューティ比を含む。
【０１２６】
すなわち、出力電力値は、前記制御変数に応じて決定された前記第１スイッチング信号の位相、第２スイッチング信号の位相、第１スイッチング信号のデューティ比および第２スイッチング信号のデューティ比による第１スイッチング信号および第２スイッチング信号に応じて決定されることができる。
【０１２７】
また、制御部１３０は、前記制御変数に応じて、前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を生成するための電圧変調方式を決定する。
【０１２８】
ここで、前記電圧変調方式は、第１変調方式と、第２変調方式と、第３変調方式と、第４変調方式と、を含む。
【０１２９】
前記第１変調方式は、Ｄｕａｌ  ＰＷＭ方式を意味する。
【０１３０】
前記Ｄｕａｌ  ＰＷＭ方式は、前記第１および第２スイッチング信号をいずれもＰＷＭ方式を適用して変調する方式である。これにより、前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号のデューティ比は、固定されず、変化する。
【０１３１】
前記第２変調方式は、Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  ＰＷＭ方式を意味する。
【０１３２】
前記Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  ＰＷＭ方式は、前記第１および第２スイッチング信号のいずれか一つのスイッチング信号のデューティ比は可変し、他の一つのスイッチング信号のデューティ比を０．５に固定する方式であり、これは、電流が変圧器Ｌｐ、Ｌｓの電圧波形が変化する時点（正から負、または負から正）で０になる変調方式である。
【０１３３】
前記第３変調方式は、ｓｉｎｇｌｅ  ＰＷＭ方式を意味する。
【０１３４】
前記ｓｉｎｇｌｅ  ＰＷＭ方式は、前記Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  ＰＷＭ方式と同様、前記第１および第２スイッチング信号のいずれか一つのスイッチング信号のデューティ比は可変し、他の一つのスイッチング信号のデューティ比は０．５に固定する方式である。
【０１３５】
前記第４変調方式は、ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を意味する。
【０１３６】
前記ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式は、前記第１および第２スイッチング信号のデューティ比をいずれも０．５に固定し、位相のみをシフトする方式である。
【０１３７】
一方、前記でデューティ比が０．５に固定されたとは、オンデューティとオフデューティがそれぞれ１／２であることを意味し、これは、１周期でオンデューティとオフデューティが同一であることを意味する。
【０１３８】
この際、前記制御部１３０は、出力電力値Ｐｏに基づいて前記複数の変調方式のいずれか一つの変調方式を選択し、前記選択された変調方式に応じて前記第１スイッチング信号および第２スイッチング信号が出力されるようにする。
【０１３９】
このために、制御部１３０は、まず、電力変換装置の入力電圧と出力電圧に基づいて前記電力変換装置の動作条件（昇圧条件であるか、降圧条件であるか）を確認する。
【０１４０】
すなわち、前記制御部１３０は、入力電圧と出力電圧との比が１より大きい場合には、前記電力変換装置が昇圧動作を行っていると判断し、前記入力電圧と出力電圧との比が１より大きくない場合（小さかったり同じ場合）には、前記電力変換装置が降圧動作を行っていると判断する。
【０１４１】
また、制御部１３０は、前記動作条件に応じて現在必要な電力条件を用いて変調方式を決定する。
【０１４２】
前記変調方式が決定されると、前記制御部１３０は、前記決定された変調方式および前記決定された制御変数、また、前記電力変換装置の動作方向に応じて第１スイッチング信号、第２スイッチング信号を生成し、これを前記１次回路と２次回路にそれぞれ供給する。
【０１４３】
以下では、前記制御部１３０の動作についてより具体的に説明する。
【０１４４】
図１４を参照すると、制御部１３０は、制御器１３１と、モード選択器１３２と、制御信号出力器１３３と、を含む。
【０１４５】
制御部１３０は、複数の互いに異なる変調方式のうち出力電力値に対応するいずれか一つの変調方式を用いて、第１および第２コンバータを制御するための第１および第２スイッチング信号を生成する。
【０１４６】
図１４におけるＶｉは入力電圧、ｄは入出力電圧比、Φｆは制御器１３１の出力信号、Ｍは変調方式選択信号、Ｓαは第１スイッチング信号、Ｓβは第２スイッチング信号、Φは前記スイッチング信号の位相遅延信号、Ｄｉｒは出力電力流れ信号（換言すれば、動作方向信号）を意味する。
【０１４７】
前記のように、制御部１３０は、前記第１および第２スイッチング信号を出力するために、基本的に比例積分制御器（ＰＩ制御器）を用いる。
【０１４８】
制御器１３１は、第１演算部１３１１と、第２演算部１３１２と、第３演算部１３１３と、ＰＩ制御器と、を含む。
【０１４９】
第１演算部１３１１は、電圧指令値Ｖｒｅｆと出力電圧値Ｖｏを受信し、前記受信した電圧指令値Ｖｒｅｆと出力電圧値Ｖｏとの差の値を計算して出力する。
【０１５０】
ＰＩ制御器は、前記電圧指令値Ｖｒｅｆと出力電圧値Ｖｏとの差の値に対して比例積分制御を行い、これによる制御変数Φｆを出力する。前記制御変数Φｆは、前記電圧指令値Ｖｒｅｆに前記出力電圧値Ｖｏを合わせるためのものであり、第１スイッチング信号と第２スイッチング信号の位相差、第１スイッチング信号のデューティ比および第２スイッチング信号のデューティ比に応じて決定されることができる。
【０１５１】
第２演算部１３１２は、出力電圧値Ｖｏと入力電圧値Ｖｉを受信し、それにより、前記出力電圧値Ｖｏと入力電圧値Ｖｉとの比を計算して出力する。
【０１５２】
すなわち、第２演算部１３１２は、出力電圧値Ｖｏ／入力電圧値Ｖｉを計算して、入出力電圧比ｄを出力する。
【０１５３】
第３演算部１３１３は、出力電圧値Ｖｏと出力電流値Ｉｏを受信し、前記出力電圧値Ｖｏと出力電流値Ｉｏとを乗算して出力する。
【０１５４】
すなわち、第３演算部は、出力電力値Ｐｏを計算して出力する。
【０１５５】
前記第２演算部１３１２の演算値と、第３演算部１３１３の演算値は、モード選択器１３２に入力される。
【０１５６】
モード選択器１３２は、前記入出力電圧比ｄと、出力電力値Ｐｏを受信して前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を生成するための変調方式を決定する。
【０１５７】
ここで、前記モード選択器１３２は、前記入出力電圧比ｄに応じて前記電力変換装置が降圧条件で動作するか、それとも昇圧条件で動作するかをまず確認する。
【０１５８】
また、モード選択器１３２は、前記入出力電圧比ｄに応じて電力変換装置の動作条件が確認されると、確認された動作条件による各変調方式の電力基準値に基づいて、前記出力電力値Ｐｏが如何なる変調方式の電力範囲内に含まれるかを確認する。
【０１５９】
ここで、前記モード選択器１３２は、前記動作条件に応じて互いに異なる電力基準値が適用された各変調方式の電力基準値に基づいて前記変調方式を決定する。
【０１６０】
換言すれば、前記電力基準値は、第１変調方式に対する第１電力基準値と、第２変調方式に対する第２電力基準値と、第３変調方式に対する電力基準値と、第４変調方式に対する第４電力基準値と、を含む。
【０１６１】
ここで、前記それぞれの電力基準値は、特定の値であってもよく、これとは異なり、それぞれの変調方式がカバー可能な電力値の範囲を意味してもよい。
【０１６２】
この際、入出力の電圧の比が変化するにつれて基準となる電力の値が変化する。これにより、前記入出力電圧比ｄに応じて互いに異なる電力範囲を適用して前記変調方式が選択されるようにする。
【０１６３】
ここで、前記それぞれの変調方式に対する電力基準値、すなわち、電力値の範囲は、以下の表１のように決定されることができる。
【０１６４】
【表１】
0006259009.tif 000002
【０１６５】
表１を参照すると、それぞれの変調方式は、互いに異なる電力値範囲内をカバーすることができる。第１変調方式は、最も低い電力値範囲で最大効率を示すことができ、次に、第２変調方式、第３変調方式および第４変調方式が、電力値が増加するほどそれぞれの最大効率を示すことができる。
【０１６６】
これにより、モード選択器１３２は、前記様々な変調方式のいずれか一つの変調方式を選択し、それにより、前記選択された変調方式に対する選択信号Ｍを制御信号出力器１３３に出力する。
【０１６７】
例えば、モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが０．５ｋＷである場合、第１変調方式の選択信号を前記制御信号出力器１３３に出力する。また、モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが１．５ｋＷである場合、前記第２変調方式の選択信号を前記制御信号出力器１３３に出力する。また、モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが２．５ｋＷである場合、前記第３変調方式の選択信号を前記制御信号出力器１３３に出力する。また、モード選択器１３２は、出力電力値Ｐｏが５ｋＷである場合、第４変調方式の選択信号を前記制御信号出力器１３３に出力する。
【０１６８】
一方、前記では前記表１のように、それぞれの変調方式に応じて一つの電力値範囲のみが存在すると記載しているが、これは一実施形態に過ぎないだけであって、前記電力変換装置の動作条件（降圧条件または昇圧条件）に応じて互いに異なる電力値範囲が存在し得る。
【０１６９】
制御信号出力器１３３は、前記制御器１３１から出力される制御変数Φｆと、選択信号Ｍと、動作方向信号Ｄｉｒを受信する。
【０１７０】
また、制御信号出力器１３３は、前記制御変数Φｆ、選択信号Ｍおよび動作方向信号Ｄｉｒを用いて前記選択信号Ｍに対応する変調方式を適用し、第１スイッチング信号と第２スイッチング信号をそれぞれ生成して出力する。
【０１７１】
この際、前記それぞれの変調方式を用いてこれに対応する第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を生成する内容は、既に本発明が属する分野において公知の技術であるため、これに関する詳細な説明は省略する。
【０１７２】
前記のように、本発明における制御部１３０は、出力電力値Ｐｏおよび入出力電圧比ｄに基づいて、前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を発生するための変調方式を選択し、前記選択した変調方式に応じて前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を生成して出力する。
【０１７３】
一方、制御信号出力器１３３は、前記選択信号Ｍが受信されると、現在選択された変調方式と、以前に選択された変調方式とに差があるか否かを確認する。
【０１７４】
また、制御信号出力器１３３は、前記現在の変調方式と以前の変調方式とに差がある場合には、前記受信した制御変数Φｆを変更する。前記制御変数は、前記電力変換装置の動作条件に応じて増加してもよく減少してもよい。
【０１７５】
換言すれば、前記それぞれの変調方式は、他の変調方式と比較して、異なる出力電流と出力電圧が示される。
【０１７６】
これにより、前記で変調方式が急に変更されると、前記出力電流と出力電圧が急に大きくなる現象が発生し、これは、電力変換装置の信頼性に大きい影響を及ぼし得る。
【０１７７】
したがって、制御信号出力器１３３は、変調方式が変更される場合、以前の制御変数と現在の制御変数による出力電流と出力電圧値に基づいて、前記現在の制御変数に対応する出力電流と出力電圧が発生せず、前記以前の制御変数に対応する出力電流と現在の制御変数に対応する出力電流との間に含まれた出力電流を発生するための制御変数や、前記以前の制御変数に対応する出力電圧と、現在の制御変数に対応する出力電圧との間に含まれた出力電圧を発生するための制御変数に前記現在の制御変数を変更し、前記変更された制御変数に応じて前記第１スイッチング信号および第２スイッチング信号を生成して出力する。
【０１７８】
本発明に係る実施形態によれば、出力電力値に応じてスイッチング信号の変調方式を変更することにより、既存の複雑な閉ループ制御方式の問題を解決することができ、且つより広い電圧領域での電力伝達が可能になるだけでなく、広い電圧領域でいずれも高い電力変換効率を得ることができる。
【０１７９】
また、本発明に係る実施形態によれば、出力電力値の変化に応じてスイッチング信号の変調方式が変更されると、それに合わせて制御変数を変更することにより、前記変調方式の変化に応じて出力電圧および出力電流の値が急変する問題を解決することができる。
【０１８０】
‐変調方式
以下では、本発明に含まれたそれぞれの変調方式について説明する。
【０１８１】
図１５は本発明の実施形態に係る第１変調方式を説明するための図であり、図１６は本発明の実施形態に係る第２変調方式を説明するための図であり、図１７は本発明の実施形態に係る第３変調方式を説明するための図であり、図１８は本発明の実施形態に係る第４変調方式を説明するための図である。
【０１８２】
図１５〜図１８において、Ｖｐｒｉは変圧器Ｌｐ、Ｌｓの１次側電圧値を意味し、Ｖｓｅｃは変圧器Ｌｐ、Ｌｓの２次側電圧値を意味し、ＩＬは前記１次側電圧値と２次側電圧値による出力電流を意味する。
【０１８３】
また、図１５〜図１８において、左側の波形は、それぞれの変調方式で、降圧条件時の出力波形を示すものであり、右側の波形は、それぞれの変調方式で、昇圧条件時の出力波形を示すものである。
【０１８４】
図１５〜図１８を参照すると、第１変調方式の出力電流が最も低く、次に、第２変調方式、第３変調方式および第４変調方式の順に出力電流が高くなることが分かる。
【０１８５】
したがって、出力電力値Ｐｏが低いと、前記のように出力電流が最も低い第１変調方式を用いて電圧変調を行った場合に最も高い電力変換効率が示される。また、第２変調方式、第３変調方式および第４変調方式になるほど出力電流が増加することが分かり、これにより、前記出力電力値Ｐｏが増加するほどこれに対応する出力電流を発生する変調方式に変更することが好ましい。
【０１８６】
図１５を参照すると、前記第１変調方式は、Ｄｕａｌ  ＰＷＭ方式を意味する。
【０１８７】
前記Ｄｕａｌ  ＰＷＭ方式は、前記第１および第２スイッチング信号をいずれもＰＷＭ方式を適用して変調する方式である。すなわち、図１５に図示されているように、１次側電圧と２次側電圧のデューティ比は、いずれも同一であることが分かる。これにより、前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号のデューティ比は、固定されず、変化する。
【０１８８】
図１６を参照すると、前記第２変調方式は、Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  ＰＷＭ方式を意味する。
【０１８９】
前記Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  ＰＷＭ方式は、前記第１および第２スイッチング信号のいずれか一つのスイッチング信号のデューティ比は可変し、他の一つのスイッチング信号のデューティ比は０．５に固定する方式であり、これは、電流が変圧器Ｌｐ、Ｌｓの電圧波形が変化する時点（正から負、または負から正）で０になる変調方式である。すなわち、図１６と同様に、１次側電圧値のデューティ比は変化し続け、２次側電圧値のデューティ比は固定されたことが分かる。また、変圧器Ｌｐ、Ｌｓの電圧波形が変化する時点で電流が０の値を有する。
【０１９０】
図１７を参照すると、前記第３変調方式は、ｓｉｎｇｌｅ  ＰＷＭ方式を意味する。
【０１９１】
前記ｓｉｎｇｌｅ  ＰＷＭ方式は、前記Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  ＰＷＭ方式と同様、前記第１および第２スイッチング信号のいずれか一つのスイッチング信号のデューティ比は可変し、他の一つのスイッチング信号のデューティ比は０．５に固定する方式である。
【０１９２】
図１８を参照すると、前記第４変調方式は、ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を意味する。
【０１９３】
前記ＰＳＭ（Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式は、前記第１および第２スイッチング信号のデューティ比をいずれも０．５に固定し、位相のみをシフトする方式である。
【０１９４】
‐電力変換装置の動作方法
以下では、電力変換装置の動作方法について説明する。
【０１９５】
図１９は本発明の実施形態に係る電力変換装置の動作方法を段階別に説明するためのフローチャートであり、図２０は図１９における変調モード決定過程をより具体的に説明するためのフローチャートであり、図２１は本発明の実施形態に係る変調モード変更方法を説明するためのフローチャートである。
【０１９６】
図１９を参照すると、制御部１３０は、指令値を受信する（１００段階）。前記指令値は、電圧指令値Ｖｒｅｆであってもよく、電力指令値Ｐｒｅｆであってもよい。
【０１９７】
前記指令値が受信されると、前記制御部１３０は、前記指令値に基づいて制御変数を出力する（１１０段階）。前記制御変数は、電圧指令値と実際測定された電圧値（出力電圧値）との差の値に対して比例積分を行った結果値である。
【０１９８】
次に、制御部１３０は、入出力電圧比ｄ、出力電力値Ｐｏを計算し、前記計算した入出力電圧比ｄと出力電力値Ｐｏを用いて変調モード（変調方式）を決定する（１２０段階）。前記変調方式を決定する具体的な過程は後述する。
【０１９９】
また、制御部１３０は、電力変換装置の条件に応じて前記電力変換装置の動作方向を決定する（１３０段階）。
【０２００】
次いで、制御部１３０は、前記決定された制御変数および動作方向に応じて前記選択された変調方式でスイッチング制御信号を生成する（１４０段階）。すなわち、制御部１３０は、前記変調方式に基づいて第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を生成する。
【０２０１】
次に、制御部１３０は、前記生成された第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を１次回路および２次回路のスイッチ素子にそれぞれ出力する（１５０段階）。前記第１スイッチング信号と第２スイッチング信号は、前記スイッチ素子のゲートに入力されるゲート信号である。
【０２０２】
次に、図２０を参照すると、モード選択器１３２は、制御変数Ｄｅｌと、出力電力値Ｐｏを受信する（２００段階）。
【０２０３】
次に、モード選択器１３２は、入出力電圧比ｄを受信し、前記受信した入出力電圧比ｄが１より小さいか同じであるかを確認して、前記電力変換装置が降圧条件であるか昇圧条件であるかを判断する（２０１段階）。
【０２０４】
前記判断結果、前記電力変換装置が降圧条件である場合には（ｄ≦１）、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが第３変調方式の電力値範囲Ｐｓｉｎｇｌｅ内の電力値より小さいか同じであるかを判断する（２０２段階）。
【０２０５】
また、前記出力電力値Ｐｏが前記第３変調方式の電力値範囲内の電力値より小さいか同じ場合には、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが第２変調方式の電力値範囲Ｐｔｒｉａｎｇｌｕｒ内の電力値より小さいか同じであるかを判断する（２０３段階）。
【０２０６】
また、モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第２変調方式の電力値範囲内の電力値より小さいか同じ場合には、第１変調方式を選択し、それに応じて前記第１変調方式の選択信号を出力する（２０４段階）。
【０２０７】
次いで、モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第２変調方式の電力値範囲内の電力値より大きい場合には、第２変調方式を選択し、それに応じて前記第２変調方式の選択信号を出力する（２０５段階）。
【０２０８】
また、前記出力電力値Ｐｏが前記第３変調方式の電力値範囲内の電力値より大きい場合には、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第４変調方式の電力値範囲Ｐｐｓｍ内の電力値より小さいか同じであるかを判断する（２０６段階）。
【０２０９】
また、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第４変調方式の電力値範囲内の電力値より小さいか同じである場合には、第３変調方式を選択し、それに応じて前記第３変調方式の選択信号を出力する（２０７段階）。
【０２１０】
また、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第４変調方式の電力値範囲内の電力値より大きい場合には、第４変調方式を選択し、それに応じて前記第４変調方式の選択信号を出力する（２０８段階）。
【０２１１】
ここで、前記第２変調方式の電力値範囲Ｐｔｒｉａｎｇｌｕｒ内の電力値は、前記電力値範囲Ｐｔｒｉａｎｇｌｕｒ内の電力値のうち最も小さい値を意味し、第３変調方式の電力値範囲Ｐｓｉｎｇｌｅ内の電力値も当該電力値範囲Ｐｓｉｎｇｌｅ内の電力値のうち最も小さい値を意味し、前記第４変調方式の電力値範囲Ｐｐｓｍ内の電力値も当該電力値範囲Ｐｐｓｍ内の電力値のうち最も小さい値を意味する。
【０２１２】
一方、前記判断結果、前記電力変換装置が昇圧条件（ｄ＞１）である場合、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが第３変調方式の電力値範囲Ｐｓｉｎｇｌｅ内の電力値より小さいか同じであるかを判断する（２０９段階）。
【０２１３】
また、前記出力電力値Ｐｏが前記第３変調方式の電力値範囲内の電力値より小さいか同じ場合には、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが第２変調方式の電力値範囲Ｐｔｒｉａｎｇｌｕｒ内の電力値より小さいか同じであるかを判断する（２１０段階）。
【０２１４】
また、モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第２変調方式の電力値範囲内の電力値より小さいか同じ場合には、第１変調方式を選択し、それに応じて前記第１変調方式の選択信号を出力する（２１１段階）。
【０２１５】
次いで、モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第２変調方式の電力値範囲内の電力値より大きい場合には、第２変調方式を選択し、それに応じて前記第２変調方式の選択信号を出力する（２１２段階）。
【０２１６】
また、前記出力電力値Ｐｏが前記第３変調方式の電力値範囲内の電力値より大きい場合には、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第４変調方式の電力値範囲Ｐｐｓｍ内の電力値より小さいか同じであるかを判断する（２１３段階）。
【０２１７】
また、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第４変調方式の電力値範囲内の電力値より小さいか同じである場合には、第３変調方式を選択し、それに応じて前記第３変調方式の選択信号を出力する（２１４段階）。
【０２１８】
また、前記モード選択器１３２は、前記出力電力値Ｐｏが前記第４変調方式の電力値範囲内の電力値より大きい場合には、第４変調方式を選択し、それに応じて前記第４変調方式の選択信号を出力する（２１５段階）。
【０２１９】
ここで、前記第２変調方式の電力値範囲Ｐｔｒｉａｎｇｌｕｒ内の電力値は、前記電力値範囲Ｐｔｒｉａｎｇｌｕｒ内の電力値のうち最も小さい値を意味し、第３変調方式の電力値範囲Ｐｓｉｎｇｌｅ内の電力値も当該電力値範囲Ｐｓｉｎｇｌｅ内の電力値のうち最も小さい値を意味し、前記第４変調方式の電力値範囲Ｐｐｓｍ内の電力値も当該電力値範囲Ｐｐｓｍ内の電力値のうち最も小さい値を意味する。
【０２２０】
また、図２１を参照すると、制御部１３０は、前記決定された変調方式と以前に使用した変調方式とを比較する（３００段階）。
【０２２１】
次に、前記制御部１３０は、前記決定された変調方式と以前に使用した変調方式が互いに同じである場合には、前記計算された制御変数に基づいて第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を出力する（３２０段階）。
【０２２２】
また、前記制御部１３０は、前記決定された変調方式と以前に使用した変調方式が互いに異なる場合には、出力電流および出力電圧の急変を解決するために、前記計算された制御変数を調整し、前記調整された制御変数に基づいて第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を出力する（３３０段階）。
【０２２３】
本発明に係る実施形態によれば、出力電力値に応じてスイッチング信号の変調方式を変更することにより、既存の複雑な閉ループ制御方式の問題を解決することができ、且つより広い電圧領域での電力伝達が可能になるだけでなく、広い電圧領域でいずれも高い電力変換効率を得ることができる。
【０２２４】
また、本発明に係る実施形態によれば、出力電力値の変化に応じてスイッチング信号の変調方式が変更されると、それに合わせて制御変数を変更することにより、前記変調方式の変化に応じて出力電圧および出力電流の値が急変する問題を解決することができる。
【０２２５】
一方、本発明の他の実施形態によれば、出力電力値および動作方向に応じて、第１および第２コンバータの制御信号を生成するための変調モードを選択することにより、伝達可能な電力の領域がより広くなり、各電力領域での電力変換効率が向上することができる。
【０２２６】
以上、実施形態において説明された特徴、構造、効果などは、少なくとも一つの実施形態に含まれ、必ずしも一つの実施形態にのみ限定されるものではない。さらに、各実施形態において例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野において通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組み合わせまたは変形されて実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形に関する内容は、実施形態の範囲に含まれると解釈すべきである。
【０２２７】
以上、実施形態を中心に説明しているが、これは、単に例示であって、実施形態を限定するものではなく、実施形態が属する分野において通常の知識を有する者であれば本実施形態の本質的な特性から逸脱しない範囲で、以上に例示されていない様々な変形と応用が可能であることが分かる。例えば、実施形態に具体的に示されている各構成要素は変形して実施できるものである。また、このような変形と応用に関係する相違点は、添付の請求の範囲で設定する実施形態の範囲に含まれると解釈すべきである。
【産業上の利用可能性】
【０２２８】
本発明は、電力変換装置およびその動作方法に適用することができる。
【符号の説明】
【０２２９】
Ｔ        ：  変圧器
Ｌｐ      ：  第１コイル
Ｌｓ      ：  第２コイル
Ｃ１      ：  第１キャパシタ
Ｃ２      ：  第２キャパシタ
１３０    ：  制御部
Ｐｏ      ：  出力電力値
Ｖｒｅｆ  ：  電圧指令値
Ｄｅｌ    ：  制御変数
１３１    ：  制御器
１３２    ：  モード選択器
Ｓα      ：  第１スイッチング信号
Ｓβ      ：  第２スイッチング信号
１３３    ：  制御信号出力器
Ｖｏ      ：  出力電圧値
１３１１  ：  第１演算部
ＰＩ      ：  比例積分制御器
Ｉｏ      ：  出力電流値
１３１２  ：  第２演算部
ｄ        ：  入出力電圧比
１３１３  ：  第３演算部
Ｑ１      ：  第１スイッチ素子
Ｑ２      ：  第２スイッチ素子
Ｑ３      ：  第３スイッチ素子
Ｑ４      ：  第４スイッチ素子
Ｑ５      ：  第５スイッチ素子
Ｑ６      ：  第６スイッチ素子
Ｑ７      ：  第７スイッチ素子
Ｑ８      ：  第８スイッチ素子
【図１】
0006259009.tif 000003
【図２】
0006259009.tif 000004
【図３】
0006259009.tif 000005
【図４】
0006259009.tif 000006
【図５】
0006259009.tif 000007
【図６】
0006259009.tif 000008
【図７】
0006259009.tif 000009
【図８】
0006259009.tif 000010
【図９】
0006259009.tif 000011
【図１０】
0006259009.tif 000012
【図１１】
0006259009.tif 000013
【図１２】
0006259009.tif 000014
【図１３】
0006259009.tif 000015
【図１４】
0006259009.tif 000016
【図１５】
0006259009.tif 000017
【図１６】
0006259009.tif 000018
【図１７】
0006259009.tif 000019
【図１８】
0006259009.tif 000020
【図１９】
0006259009.tif 000021
【図２０】
0006259009.tif 000022
【図２１】
0006259009.tif 000023