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JP2023183455A - Power conversion device - Google Patents

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JP2023183455A
JP2023183455A JP2022096978A JP2022096978A JP2023183455A JP 2023183455 A JP2023183455 A JP 2023183455A JP 2022096978 A JP2022096978 A JP 2022096978A JP 2022096978 A JP2022096978 A JP 2022096978A JP 2023183455 A JP2023183455 A JP 2023183455A
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Japan
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converter
output voltage
power
control circuit
change
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Pending
Application number
JP2022096978A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
瑞紀 中原
Mizuki NAKAHARA
尊衛 嶋田
Takae Shimada
與久 渡部
Tomohisa Watabe
卓也 石垣
Takuya Ishigaki
雄介 上井
Yusuke Uei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd filed Critical Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Priority to PCT/JP2022/039396 priority patent/WO2023243115A1/en
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
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    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

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  • Rectifiers (AREA)
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Abstract

To provide a power conversion device which can suppress variation in an output voltage due to a sudden load change.SOLUTION: A power conversion device 100 comprises: an AC-DC converter 101 which converts AC power into first DC power; a DC-DC converter 102 which converts the first DC power into second DC power; and a control circuit 110 which controls an intermediate output voltage V1 of the AC-DC converter 101 on the basis of an output voltage command value. The control circuit 110 corrects the output voltage command value of the AC-DC converter 101 on the basis of a rate of a change in an output voltage V2 of the DC-DC converter 102 and a rate of a change in an output current Io of the DC-DC converter 102.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.

特許文献1には、モータ負荷を駆動する三相インバータにおいて、モータ回転数とトルクを検出して三相インバータの出力電力をリアルタイムに計算し、三相インバータの前段に接続される昇圧チョッパの電流指令値にフィードフォワードする方式が記載されている。これにより、モータの回転数やトルクが急変した場合、即座に昇圧チョッパの電流指令値が補正され、三相インバータの入力電圧、すなわち昇圧チョッパの出力電圧の変動を抑制することができる。 Patent Document 1 discloses that in a three-phase inverter that drives a motor load, the motor rotation speed and torque are detected, the output power of the three-phase inverter is calculated in real time, and the current of a boost chopper connected to the front stage of the three-phase inverter is calculated. The method of feedforwarding to the command value is described. As a result, when the rotation speed or torque of the motor suddenly changes, the current command value of the boost chopper is immediately corrected, and fluctuations in the input voltage of the three-phase inverter, that is, the output voltage of the boost chopper can be suppressed.

特開2020-10569号公報JP 2020-10569 Publication

交流電源を全波整流すると共に昇圧するAC-DCコンバータと、AC-DCコンバータが出力する直流電力を絶縁された別の直流電力に変換する絶縁形DC-DCコンバータとを備えた電力変換装置が知られている。このような電力変換装置は、データセンタ向けや産業機器向けなどの電源装置として広く用いられている。また、電源装置では、負荷として接続される装置の性能を損なわないようにする目的で、負荷電力が急変した場合でも出力電圧や出力電流が変動しないように要求されることが多い。 A power conversion device includes an AC-DC converter that full-wave rectifies an AC power source and boosts the voltage, and an isolated DC-DC converter that converts the DC power output from the AC-DC converter into another isolated DC power. Are known. Such power converters are widely used as power supplies for data centers, industrial equipment, and the like. Furthermore, in order to avoid impairing the performance of a device connected as a load, power supplies are often required to prevent output voltage and output current from fluctuating even when load power suddenly changes.

こうした中、特許文献1に記載される方式は、交流負荷であるモータ負荷を想定したものであり、直流負荷に対してそのまま適用することは容易でない。さらに、常時、フィードフォワード制御が行われるため、定常状態での制御が不安定となる可能性がある。また、AC-DCコンバータと、DC-DCコンバータとが連なる回路構成における、負荷急変の際の一般的な問題として、AC-DCコンバータからDC-DCコンバータに入力される中間直流電圧の変動が挙げられる。 Under these circumstances, the method described in Patent Document 1 assumes a motor load which is an AC load, and it is not easy to directly apply it to a DC load. Furthermore, since feedforward control is always performed, control in a steady state may become unstable. In addition, in a circuit configuration in which an AC-DC converter and a DC-DC converter are connected, fluctuations in the intermediate DC voltage input from the AC-DC converter to the DC-DC converter are cited as a common problem when the load suddenly changes. It will be done.

一般的なDC-DCコンバータでは、入力電圧に対する出力電圧の比、すなわち昇圧比に上限がある。このため、例えば、負荷急増によってDC-DCコンバータの出力電圧が低下すると、DC-DCコンバータの出力が増加し、AC-DCコンバータが制御する中間直流電圧もほぼ同時に低下する。すなわち、DC-DCコンバータの入力電圧が低下する。その結果、DC-DCコンバータの駆動能力の範囲内で、求められる直流電圧を生成することが困難となり、DC-DCコンバータから出力される直流電圧の低下を助長してしまう。したがって、負荷急変に起因する出力電圧の変動を抑制するため、定常状態での制御に影響を与えずに、中間直流電圧の変動を抑制することが求められる。 In a typical DC-DC converter, there is an upper limit to the ratio of the output voltage to the input voltage, that is, the step-up ratio. Therefore, for example, when the output voltage of the DC-DC converter decreases due to a sudden increase in load, the output of the DC-DC converter increases, and the intermediate DC voltage controlled by the AC-DC converter also decreases almost simultaneously. That is, the input voltage of the DC-DC converter decreases. As a result, it becomes difficult to generate the required DC voltage within the driving capacity of the DC-DC converter, which promotes a decrease in the DC voltage output from the DC-DC converter. Therefore, in order to suppress fluctuations in output voltage caused by sudden changes in load, it is required to suppress fluctuations in intermediate DC voltage without affecting control in a steady state.

そこで、本発明の目的の一つは、負荷急変に起因する出力電圧の変動を抑制することが可能な電力変換装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a power conversion device that can suppress fluctuations in output voltage caused by sudden changes in load.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、一実施の形態による電力変換装置は、交流電力を第1の直流電力に変換するAC-DCコンバータと、第1の直流電力を第2の直流電力に変換するDC-DCコンバータと、AC-DCコンバータの出力電圧を、出力電圧指令値に基づいて制御する制御回路と、を備える。制御回路は、DC-DCコンバータの出力電圧の変化率と、DC-DCコンバータの出力電流の変化率とに基づいて、AC-DCコンバータの出力電圧指令値を補正する。 A brief overview of typical embodiments of the invention disclosed in this application is as follows. That is, the power conversion device according to one embodiment includes an AC-DC converter that converts AC power into first DC power, a DC-DC converter that converts the first DC power into second DC power, and an AC-DC converter that converts AC power into first DC power. - A control circuit that controls the output voltage of the DC converter based on an output voltage command value. The control circuit corrects the output voltage command value of the AC-DC converter based on the rate of change in the output voltage of the DC-DC converter and the rate of change in the output current of the DC-DC converter.

前記一実施の形態によれば、負荷急変に起因する出力電圧の変動を抑制することが可能になる。 According to the embodiment, it is possible to suppress fluctuations in output voltage caused by sudden changes in load.

実施の形態1による電力変換装置の構成例を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration example of a power conversion device according to a first embodiment; FIG. 図1における制御回路の処理内容の一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram illustrating an example of processing contents of a control circuit in FIG. 1. FIG. 図1における制御回路の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a control circuit in FIG. 1. FIG. 図1および図3に示される電力変換装置において、負荷急変の際の動作例を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of the operation when the load suddenly changes in the power converter shown in FIGS. 1 and 3. FIG. 図1におけるAC-DCコンバータの詳細な構成例を示す回路図である。2 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the AC-DC converter in FIG. 1. FIG. 図1におけるDC-DCコンバータの詳細な構成例を示す回路図である。2 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the DC-DC converter in FIG. 1. FIG. 実施の形態2による電力変換装置の構成例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of a power conversion device according to a second embodiment. 図7における制御回路の処理内容の一例を示すフロー図である。8 is a flow diagram showing an example of processing contents of the control circuit in FIG. 7. FIG. 図7における制御回路の構成例を示すブロック図である。8 is a block diagram showing a configuration example of a control circuit in FIG. 7. FIG. 実施の形態3による電力変換装置において、図1における制御回路の処理内容の一例を示すフロー図である。2 is a flowchart showing an example of processing contents of a control circuit in FIG. 1 in a power conversion device according to a third embodiment; FIG. 実施の形態3による電力変換装置において、負荷急変の際の動作例を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of the operation when the load suddenly changes in the power conversion device according to the third embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. In addition, in all the figures for explaining the embodiment, the same members are given the same reference numerals in principle, and repeated explanations thereof will be omitted.

(実施の形態1)
<電力変換装置の概略>
図1は、実施の形態1による電力変換装置の構成例を示す概略図である。図1に示される電力変換装置100は、AC-DCコンバータ101と、DC-DCコンバータ102と、中間平滑コンデンサ104と、出力平滑コンデンサ106と、制御回路110と、各種センサとを備える。各種センサの中には、電圧センサ107,108と、電流センサ109とが含まれる。
(Embodiment 1)
<Outline of power converter>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a power conversion device according to a first embodiment. Power converter 100 shown in FIG. 1 includes an AC-DC converter 101, a DC-DC converter 102, an intermediate smoothing capacitor 104, an output smoothing capacitor 106, a control circuit 110, and various sensors. The various sensors include voltage sensors 107 and 108 and a current sensor 109.

当該電力変換装置100は、例えば、図1に示される各ブロックを構成する部品が配線基板上に実装されることで構成される。制御回路110は、例えば、マイクロコントローラや、FPGA(Field Programmable Gate Array)や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の部品によって実現される。 The power conversion device 100 is configured, for example, by mounting components constituting each block shown in FIG. 1 on a wiring board. The control circuit 110 is realized by, for example, components such as a microcontroller, an FPGA (Field Programmable Gate Array), and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

AC-DCコンバータ101は、三相交流電圧源111から入力される交流電力を第1の直流電力に変換する。具体的には、AC-DCコンバータ101は、交流電圧Vacを入力として、直流電圧となる中間出力電圧V1を出力する。中間平滑コンデンサ104は、AC-DCコンバータ101の出力ノードおよびDC-DCコンバータ102の入力ノードとなる中間ノード103に接続される。中間平滑コンデンサ104は、直流電圧、言い換えれば第1の直流電力である中間出力電圧V1を平滑する。電圧センサ107は、中間出力電圧V1を検出する。 AC-DC converter 101 converts AC power input from three-phase AC voltage source 111 into first DC power. Specifically, the AC-DC converter 101 receives an AC voltage Vac as an input and outputs an intermediate output voltage V1 that is a DC voltage. Intermediate smoothing capacitor 104 is connected to intermediate node 103 that serves as an output node of AC-DC converter 101 and an input node of DC-DC converter 102. The intermediate smoothing capacitor 104 smoothes the DC voltage, in other words, the intermediate output voltage V1 which is the first DC power. Voltage sensor 107 detects intermediate output voltage V1.

DC-DCコンバータ102は、第1の直流電力を第2の直流電力に変換する。すなわち、DC-DCコンバータ102は、直流電圧となる中間出力電圧V1を入力として、直流電圧となる出力電圧V2を出力する。出力平滑コンデンサ106は、DC-DCコンバータ102の出力ノード105に接続され、直流電圧、言い換えれば第2の直流電力である出力電圧V2を平滑する。電圧センサ108は、出力電圧V2を検出する。また、電流センサ109は、DC-DCコンバータ102の出力電流Ioを検出する。出力電力、すなわち出力電圧V2および出力電流Ioは、図示しない負荷に供給される。負荷は、例えば、直流負荷である。 DC-DC converter 102 converts first DC power to second DC power. That is, the DC-DC converter 102 receives an intermediate output voltage V1 as a DC voltage and outputs an output voltage V2 as a DC voltage. The output smoothing capacitor 106 is connected to the output node 105 of the DC-DC converter 102 and smoothes the DC voltage, in other words, the output voltage V2 which is the second DC power. Voltage sensor 108 detects output voltage V2. Further, current sensor 109 detects output current Io of DC-DC converter 102. The output power, ie, the output voltage V2 and the output current Io, is supplied to a load (not shown). The load is, for example, a DC load.

制御回路110は、AC-DCコンバータ101を制御する。制御回路110には、中間出力電圧指令値の通常値V1ref0が設定される。明細書では、中間出力電圧指令値をV1refと呼ぶ。制御回路110は、AC-DCコンバータ101の中間出力電圧V1を、中間出力電圧指令値V1refに基づいて制御し、中間出力電圧V1が中間出力電圧指令値V1refに等しくなるように制御する。詳細には、制御回路110は、AC-DCコンバータ101が備えるスイッチング素子の通流率を、信号線112を介して制御し、三相交流電圧源111から入力される交流電力を調節することで中間出力電圧V1の大きさを制御する。 Control circuit 110 controls AC-DC converter 101. A normal value V1ref0 of the intermediate output voltage command value is set in the control circuit 110. In the specification, the intermediate output voltage command value is referred to as V1ref. Control circuit 110 controls intermediate output voltage V1 of AC-DC converter 101 based on intermediate output voltage command value V1ref so that intermediate output voltage V1 becomes equal to intermediate output voltage command value V1ref. Specifically, the control circuit 110 controls the conduction rate of the switching element included in the AC-DC converter 101 via the signal line 112, and adjusts the AC power input from the three-phase AC voltage source 111. Controls the magnitude of intermediate output voltage V1.

次に、負荷急変の際の動作について説明する。ここでは、負荷が急増する場合を想定する。負荷が急増するとは、出力電流Ioが急増することと言い換えることができる。出力電流Ioが急増すると、出力平滑コンデンサ106から電荷が引き抜かれ、出力電圧V2が低下していく。ここで、制御回路110は、信号線113を介して出力電圧V2の検出値を入力し、さらに信号線114を介して出力電流Ioの検出値を入力する。 Next, the operation when the load suddenly changes will be explained. Here, we assume that the load increases rapidly. A sudden increase in the load can be translated into a sudden increase in the output current Io. When the output current Io increases rapidly, charge is extracted from the output smoothing capacitor 106, and the output voltage V2 decreases. Here, the control circuit 110 inputs the detected value of the output voltage V2 via the signal line 113, and further inputs the detected value of the output current Io via the signal line 114.

制御回路110は、出力電圧V2の変化率dV2/dtと出力電流Ioの変化率dIo/dtとを計算する。そして、制御回路110は、出力電圧V2の変化率dV2/dtと、出力電流Ioの変化率dIo/dtと、に基づいて、AC-DCコンバータ101の中間出力電圧指令値V1refを補正する。 The control circuit 110 calculates the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 and the rate of change dIo/dt of the output current Io. Then, the control circuit 110 corrects the intermediate output voltage command value V1ref of the AC-DC converter 101 based on the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 and the rate of change dIo/dt of the output current Io.

詳細には、制御回路110は、各変化率dV2/dt,dIo/dtを、予め定めた各しきい値dV2_th,dIo_thと比較する。そして、制御回路110は、出力電圧V2の変化率dV2/dtがしきい値(第1のしきい値)dV2_thを超え、かつ、出力電流Ioの変化率dIo/dtがしきい値(第2のしきい値)dIo_thを超えた場合に、負荷急増と判定する。制御回路110は、負荷急増と判定した場合、中間出力電圧指令値V1refを、通常値V1ref0から補正する。より詳細には、制御回路110は、例えば、出力電流Ioの変化率dIo/dtとしきい値dIo_thとの差分に基づき、中間出力電圧指令値V1refを通常値V1ref0から高めるように補正する。 Specifically, the control circuit 110 compares each rate of change dV2/dt and dIo/dt with each predetermined threshold value dV2_th and dIo_th. Then, the control circuit 110 determines that the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 exceeds a threshold (first threshold) dV2_th, and the rate of change dIo/dt of the output current Io exceeds a threshold (second threshold) dV2_th. (threshold value) dIo_th, it is determined that the load has suddenly increased. When the control circuit 110 determines that the load has suddenly increased, the control circuit 110 corrects the intermediate output voltage command value V1ref from the normal value V1ref0. More specifically, the control circuit 110 corrects the intermediate output voltage command value V1ref to be higher than the normal value V1ref0 based on, for example, the difference between the rate of change dIo/dt of the output current Io and the threshold value dIo_th.

これにより、AC-DCコンバータ101の出力電力が即座に増加し、中間出力電圧V1の低下を抑制できる。また、DC-DCコンバータ102の出力電力が増加していき、出力電圧V2の低下が鈍化する。一方、制御回路110は、出力電圧V2の変化率dV2/dtと、予め定めたしきい値(第3のしきい値)dV2_thと、を比較し、出力電圧V2の変化率dV2/dtがしきい値dV2_thよりも小さくなった場合に、中間出力電圧指令値V1refへの補正量をゼロにする。すなわち、制御回路110は、中間出力電圧指令値V1refを通常値V1ref0に戻す。 As a result, the output power of the AC-DC converter 101 increases immediately, and a decrease in the intermediate output voltage V1 can be suppressed. Further, the output power of the DC-DC converter 102 increases, and the decrease in the output voltage V2 slows down. On the other hand, the control circuit 110 compares the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 with a predetermined threshold (third threshold) dV2_th, and determines whether the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 is When the value becomes smaller than the threshold value dV2_th, the amount of correction to the intermediate output voltage command value V1ref is set to zero. That is, the control circuit 110 returns the intermediate output voltage command value V1ref to the normal value V1ref0.

以上のような制御を用いることで、負荷急変の際に中間出力電圧V1の変動を抑制することができ、DC-DCコンバータ102は、駆動能力の範囲内で求められる出力電圧V2を生成することができる。その結果、出力電圧V2の変動を抑制することが可能になる。さらに、中間出力電圧指令値V1refの補正は、出力電圧V2の変化率dV2/dtと、出力電流Ioの変化率dIo/dtと、が共にしきい値を超えた場合に開始され、変化率が小さい定常状態においては終了している。このため、例えば、フィードフォワード制御等を用いる場合と異なり、定常状態での制御を安定化することが可能になる。 By using the above-described control, it is possible to suppress fluctuations in the intermediate output voltage V1 when the load suddenly changes, and the DC-DC converter 102 can generate the required output voltage V2 within the range of the driving capacity. Can be done. As a result, it becomes possible to suppress fluctuations in the output voltage V2. Furthermore, the correction of the intermediate output voltage command value V1ref is started when the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 and the rate of change dIo/dt of the output current Io both exceed the threshold, and the rate of change is In a small steady state, it is finished. Therefore, unlike the case where feedforward control or the like is used, for example, it becomes possible to stabilize control in a steady state.

なお、変化率とは、1回の検出サイクルにおける検出値の変化量であり、例えば、検出サイクルの始点における検出値と終点における検出値との差分値を検出サイクルの時間で除算すること等で算出され得る。また、中間出力電圧指令値V1refの補正を開始する際に出力電圧V2に対して用いる第1のしきい値と、補正を終了する際に出力電圧V2に対して用いる第3のしきい値とは、同じ値であっても異なる値であってもよい。異なる値を用いる場合、例えば、第3のしきい値を第1のしきい値よりも小さい値に定めることで、チャタリング等を防止できる場合がある。 Note that the rate of change is the amount of change in the detected value in one detection cycle, and can be calculated by, for example, dividing the difference value between the detected value at the start point and the detected value at the end point of the detection cycle by the time of the detection cycle. It can be calculated. Also, a first threshold value is used for the output voltage V2 when starting correction of the intermediate output voltage command value V1ref, and a third threshold value is used for the output voltage V2 when ending the correction. may be the same value or different values. When using different values, for example, by setting the third threshold value to a smaller value than the first threshold value, chattering etc. can be prevented in some cases.

<制御回路の詳細>
図2は、図1における制御回路の処理内容の一例を示すフロー図である。例えば、制御回路110は、前述した中間出力電圧指令値V1refの補正機能の有効/無効を設定によって選択可能となっている。補正機能が有効の場合、制御回路110は、図2に示したようなフローを、制御サイクル毎に繰り返し実行する。当該フローは、例えば、マイクロコントローラ等が備えるプロセッサが、メモリに記憶されているプログラムを実行することで実現されてもよく、または、FPGAやASIC等に回路を組み込みことで実現されてもよい。
<Details of control circuit>
FIG. 2 is a flow diagram showing an example of the processing contents of the control circuit in FIG. For example, the control circuit 110 can enable or disable the above-mentioned intermediate output voltage command value V1ref correction function by setting. When the correction function is enabled, the control circuit 110 repeatedly executes the flow shown in FIG. 2 in each control cycle. The flow may be realized, for example, by a processor included in a microcontroller or the like executing a program stored in a memory, or by incorporating a circuit into an FPGA, ASIC, or the like.

図2において、制御回路110は、まず、出力電圧V2の変化率dV2/dtがしきい値(第1のしきい値)dV2_thを超えたか否かを判定する(ステップS101)。詳細には、制御回路110は、変化率dV2/dtの絶対値|dV2/dt|がしきい値dV2_thを超えたか否か判定する。変化率dV2/dtは、負荷急変の一つである負荷急増の場合には負極となり、負荷急変の他の一つである負荷急減の場合には正極となる。 In FIG. 2, the control circuit 110 first determines whether the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 exceeds a threshold (first threshold) dV2_th (step S101). Specifically, the control circuit 110 determines whether the absolute value |dV2/dt| of the rate of change dV2/dt exceeds the threshold value dV2_th. The rate of change dV2/dt has a negative polarity in the case of a sudden load increase, which is one type of sudden load change, and a positive polarity in the case of a sudden load decrease, which is another type of sudden load change.

続いて、制御回路110は、出力電流Ioの変化率dIo/dtがしきい値(第2のしきい値)dIo_thを超えたか否かを判定する(ステップS102)。詳細には、制御回路110は、変化率dIo/dtの絶対値|dIo/dt|がしきい値dIo_thを超えたか否かを判定する。変化率dIo/dtは、負荷急増の場合には正極となり、負荷急減の場合には負極となる。 Subsequently, the control circuit 110 determines whether the rate of change dIo/dt of the output current Io exceeds a threshold (second threshold) dIo_th (step S102). Specifically, the control circuit 110 determines whether the absolute value |dIo/dt| of the rate of change dIo/dt exceeds the threshold value dIo_th. The rate of change dIo/dt becomes positive when the load suddenly increases, and becomes negative when the load suddenly decreases.

出力電圧V2の変化率dV2/dtがしきい値dV2_thを超え、かつ、出力電流Ioの変化率dIo/dtもしきい値dIo_thを超えた場合(ステップS102:YES)、制御回路110は、負荷急変が生じたと判定する。この場合、制御回路110は、中間出力電圧指令値V1refの補正量を計算し、通常値V1ref0に反映させる(ステップS103)。明細書では、中間出力電圧指令値V1refの補正量をΔV1refと呼ぶ。 When the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 exceeds the threshold value dV2_th and the rate of change dIo/dt of the output current Io also exceeds the threshold value dIo_th (step S102: YES), the control circuit 110 controls the sudden load change. It is determined that this has occurred. In this case, the control circuit 110 calculates the correction amount of the intermediate output voltage command value V1ref, and reflects it in the normal value V1ref0 (step S103). In the specification, the amount of correction of the intermediate output voltage command value V1ref is referred to as ΔV1ref.

ステップS103において、具体的には、制御回路110は、例えば、出力電流Ioの変化率dIo/dtとしきい値dIo_thとの差分に基づいて、当該差分に比例する補正量を計算する。この際に、補正量ΔV1refは、出力電流Ioの変化率dIo/dtが正極の場合に正極となり、出力電流Ioの変化率dIo/dtが負極の場合に負極となる。なお、制御回路110は、出力電流Ioの代わりに、出力電圧V2の変化率dV2/dtとしきい値dV2_thとの差分に基づいて、中間出力電圧指令値V1refを補正してもよい。ただし、出力電流Ioを用いることで、出力電圧V2を用いる場合よりも応答速度を速められるため、この観点では、出力電流Ioを用いる方が望ましい。 Specifically, in step S103, the control circuit 110 calculates, for example, a correction amount proportional to the difference between the rate of change dIo/dt of the output current Io and the threshold value dIo_th. At this time, the correction amount ΔV1ref becomes positive when the rate of change dIo/dt of the output current Io is positive, and becomes negative when the rate of change dIo/dt of the output current Io is negative. Note that the control circuit 110 may correct the intermediate output voltage command value V1ref based on the difference between the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 and the threshold value dV2_th instead of the output current Io. However, by using the output current Io, the response speed can be made faster than when using the output voltage V2, so from this point of view, it is preferable to use the output current Io.

一方、出力電圧V2の変化率dV2/dtがしきい値dV2_thを超えない場合か(ステップS101:NO)、または、出力電流Ioの変化率dIo/dtがしきい値dIo_thを超えない場合(ステップS102:NO)、制御回路110は、電力変換装置100の動作が定常状態である、と判定する。この場合、制御回路110は、中間出力電圧指令値V1refの補正量ΔV1refをゼロに定めることで、中間出力電圧指令値V1refを通常値V1ref0に定める(ステップS104)。 On the other hand, if the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 does not exceed the threshold dV2_th (step S101: NO), or if the rate of change dIo/dt of the output current Io does not exceed the threshold dIo_th (step S102: NO), the control circuit 110 determines that the operation of the power conversion device 100 is in a steady state. In this case, the control circuit 110 sets the intermediate output voltage command value V1ref to the normal value V1ref0 by setting the correction amount ΔV1ref of the intermediate output voltage command value V1ref to zero (step S104).

以上のようなフローにより、制御回路110は、DC-DCコンバータ102の出力電圧V2の変動方向と逆極性にAC-DCコンバータ101の中間出力電圧指令値V1refを補正することができる。また、定常状態の場合、すなわち変化率dV2/dtまたは変化率dIo/dtが小さい場合には、中間出力電圧指令値V1refの補正量ΔV1refはゼロとなる。このため、定常状態では、安定した制御を行うことが可能になる。 Through the above-described flow, the control circuit 110 can correct the intermediate output voltage command value V1ref of the AC-DC converter 101 to have a polarity opposite to the fluctuation direction of the output voltage V2 of the DC-DC converter 102. Further, in a steady state, that is, when the rate of change dV2/dt or the rate of change dIo/dt is small, the correction amount ΔV1ref of the intermediate output voltage command value V1ref becomes zero. Therefore, stable control can be performed in a steady state.

図3は、図1における制御回路の構成例を示すブロック図である。図3において、微分器301は、検出された出力電流Ioを入力し、変化率dIo/dtを計算して出力する。比較器302は、微分器301からの変化率dIo/dtと、予め設定されたしきい値dIo_thと、を入力する。比較器302は、変化率dIo/dtとしきい値dIo_thとを比較し、|dIo/dt|≧dIo_thの場合に、ハイレベルの検出信号303を出力し、|dIo/dt|<dIo_thの場合に、ロウレベルの検出信号303を出力する。 FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the control circuit in FIG. 1. In FIG. 3, a differentiator 301 inputs the detected output current Io, calculates and outputs the rate of change dIo/dt. The comparator 302 inputs the rate of change dIo/dt from the differentiator 301 and a preset threshold value dIo_th. The comparator 302 compares the rate of change dIo/dt with the threshold value dIo_th, and outputs a high-level detection signal 303 when |dIo/dt|≧dIo_th, and outputs a high-level detection signal 303 when |dIo/dt|<dIo_th. , outputs a low level detection signal 303.

同様に、微分器306は、検出された出力電圧V2を入力し、変化率dV2/dtを計算して出力する。比較器307は、微分器306からの変化率dV2/dtと、予め設定されたしきい値dV2_thと、を入力する。比較器307は、変化率dV2/dtとしきい値dV2_thとを比較し、|dV2/dt|≧dV2_thの場合に、ハイレベルの検出信号308を出力し、|dV2/dt|<dV2_thの場合に、ロウレベルの検出信号308を出力する。 Similarly, the differentiator 306 inputs the detected output voltage V2, calculates and outputs the rate of change dV2/dt. The comparator 307 inputs the rate of change dV2/dt from the differentiator 306 and a preset threshold value dV2_th. The comparator 307 compares the rate of change dV2/dt with the threshold value dV2_th, and outputs a high-level detection signal 308 when |dV2/dt|≧dV2_th, and outputs a high-level detection signal 308 when |dV2/dt|<dV2_th. , outputs a low level detection signal 308.

加算器305は、比較器302の場合と同じく、微分器301からの変化率dIo/dtと、しきい値dIo_thとを入力する。加算器305は、差分検出器でもあり、変化率dIo/dtと、しきい値dIo_thとの差分を計算することで、例えば、当該差分に比例する補正量ΔV1refを計算する。具体的には、加算器305は、|dIo/dt|≧dIo_thを前提として、変化率dIo/dtが正極の場合には正極の補正量ΔV1refを計算し、変化率dIo/dtが負極の場合には負極の補正量ΔV1refを計算する。 As with the comparator 302, the adder 305 receives the rate of change dIo/dt from the differentiator 301 and the threshold value dIo_th. The adder 305 is also a difference detector, and by calculating the difference between the rate of change dIo/dt and the threshold value dIo_th, calculates, for example, a correction amount ΔV1ref proportional to the difference. Specifically, on the premise that |dIo/dt|≧dIo_th, the adder 305 calculates a positive correction amount ΔV1ref when the rate of change dIo/dt is positive, and calculates a positive correction amount ΔV1ref when the rate of change dIo/dt is negative. In this step, a negative polarity correction amount ΔV1ref is calculated.

補正量計算器304は、検出信号303,308が共にハイレベルの場合には、加算器305からの補正量ΔV1refを補正信号309として出力する。一方、補正量計算器304は、検出信号303,308の少なくとも一方がロウレベルの場合には、補正信号309としてゼロを出力する。加算器310は、中間出力電圧指令値V1refの通常値V1ref0に、補正信号309に基づく補正量ΔV1refを加算することで、中間出力電圧指令値V1refを出力する。なお、加算器305への入力は、図2で述べたように、微分器306からの変化率dV2/dtと、しきい値dV2_thとであってもよい。 Correction amount calculator 304 outputs correction amount ΔV1ref from adder 305 as correction signal 309 when both detection signals 303 and 308 are at high level. On the other hand, the correction amount calculator 304 outputs zero as the correction signal 309 when at least one of the detection signals 303 and 308 is at a low level. Adder 310 outputs intermediate output voltage command value V1ref by adding correction amount ΔV1ref based on correction signal 309 to normal value V1ref0 of intermediate output voltage command value V1ref. Note that the input to the adder 305 may be the rate of change dV2/dt from the differentiator 306 and the threshold value dV2_th, as described in FIG. 2.

<電力変換装置の負荷急変時での動作>
図4は、図1および図3に示される電力変換装置において、負荷急変の際の動作例を示す波形図である。図4には、一例として、負荷急増の際の動作波形が示される。また、図4には、比較例として、実施の形態の方式を用いない場合の波形が点線で示される。以下、図4に示される動作について説明する。
<Operation of power conversion equipment when load suddenly changes>
FIG. 4 is a waveform diagram illustrating an example of the operation of the power converter shown in FIGS. 1 and 3 when the load suddenly changes. FIG. 4 shows, as an example, operational waveforms when the load suddenly increases. Further, in FIG. 4, as a comparative example, waveforms when the method of the embodiment is not used are shown by dotted lines. The operation shown in FIG. 4 will be described below.

時刻t1では、負荷が急増し、出力電流Ioが増加しはじめる。時刻t1から時刻t2までの期間では、出力電流Ioの増加により、出力電圧V2は低下する。これに伴い、DC-DCコンバータ102の出力が増加するため、中間出力電圧V1も、ほぼ同時に低下する。なお、この時刻t1から時刻t2までの期間では、出力電流Ioの変化率および出力電圧V2の変化率は、共に小さいため、中間出力電圧指令値V1refは、通常値V1ref0のままである。 At time t1, the load increases rapidly and the output current Io begins to increase. During the period from time t1 to time t2, the output voltage V2 decreases due to the increase in the output current Io. Along with this, since the output of the DC-DC converter 102 increases, the intermediate output voltage V1 also decreases almost simultaneously. Note that during the period from time t1 to time t2, the rate of change of the output current Io and the rate of change of the output voltage V2 are both small, so the intermediate output voltage command value V1ref remains the normal value V1ref0.

時刻t2では、出力電流Ioの変化率と出力電圧V2の変化率は、共にしきい値を超える。これに伴い、中間出力電圧指令値V1refの補正が開始する。時刻t2から時刻t3までの期間では、出力電流Ioの変化率dIo/dtとしきい値dIo_thとの差分に基づく補正量ΔV1refが計算され、中間出力電圧指令値V1refは、高くなっている。これにより、AC-DCコンバータ101の出力が増加するため、比較例の場合と比べて、中間出力電圧V1の低下を抑制できる。 At time t2, both the rate of change of output current Io and the rate of change of output voltage V2 exceed the threshold. Along with this, correction of the intermediate output voltage command value V1ref starts. In the period from time t2 to time t3, a correction amount ΔV1ref is calculated based on the difference between the rate of change dIo/dt of the output current Io and the threshold value dIo_th, and the intermediate output voltage command value V1ref is high. As a result, the output of the AC-DC converter 101 increases, so that a decrease in the intermediate output voltage V1 can be suppressed compared to the case of the comparative example.

時刻t3では、出力電流Ioの変化率dIo/dtは、ピークとなる。時刻t3から時刻t4までの期間では、変化率dIo/dtの減少に伴い、補正量ΔV1refも減少していく。時刻t4では、DC-DCコンバータ102の出力により、出力電圧V2の低下は収まる。これに伴い、出力電圧V2の変化率dV2/dtがしきい値よりも小さくなることで、補正量ΔV1refは、ゼロに戻る。このような動作により、比較例の場合よりも中間出力電圧V1の低下を抑制でき、結果として出力電圧V2の変動幅を縮小できる。 At time t3, the rate of change dIo/dt of the output current Io reaches its peak. In the period from time t3 to time t4, the correction amount ΔV1ref also decreases as the rate of change dIo/dt decreases. At time t4, the output voltage V2 stops decreasing due to the output of the DC-DC converter 102. Along with this, the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 becomes smaller than the threshold value, and the correction amount ΔV1ref returns to zero. With such an operation, it is possible to suppress a decrease in the intermediate output voltage V1 more than in the case of the comparative example, and as a result, it is possible to reduce the fluctuation width of the output voltage V2.

<各コンバータの詳細>
図5は、図1におけるAC-DCコンバータの詳細な構成例を示す回路図である。図5に示されるAC-DCコンバータ101は、全波整流回路401と、インダクタ402と、スイッチング素子403と、ダイオード404とを備えた昇圧チョッパ型の構成となっている。全波整流回路401は、6個のダイオードD1~D6からなるダイオードブリッジによって全波整流を行うことで、3相の交流電圧Vacを直流電圧に整流する。
<Details of each converter>
FIG. 5 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the AC-DC converter in FIG. 1. The AC-DC converter 101 shown in FIG. 5 has a step-up chopper type configuration including a full-wave rectifier circuit 401, an inductor 402, a switching element 403, and a diode 404. The full-wave rectifier circuit 401 rectifies the three-phase AC voltage Vac into a DC voltage by performing full-wave rectification using a diode bridge made up of six diodes D1 to D6.

インダクタ402は、スイッチング素子403がオンの期間で、全波整流回路401からの電力を蓄える。一方、スイッチング素子403がオフの期間では、インダクタ402に蓄えられた電力は、ダイオード404を介して中間平滑コンデンサ104に伝送される。中間出力電圧V1の大きさは、スイッチング素子403の通流率によって制御される。スイッチング素子403のオン/オフは、図1に示した制御回路110からの信号線112によって制御される。 Inductor 402 stores power from full-wave rectifier circuit 401 while switching element 403 is on. On the other hand, while the switching element 403 is off, the power stored in the inductor 402 is transmitted to the intermediate smoothing capacitor 104 via the diode 404. The magnitude of intermediate output voltage V1 is controlled by the conduction rate of switching element 403. On/off of the switching element 403 is controlled by the signal line 112 from the control circuit 110 shown in FIG.

AC-DCコンバータ101は、図5に示されるような回路方式に限らず、例えば3相PWMコンバータでもよく、他の回路方式のものであってもよい。また、図5の例では、スイッチング素子403は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であるが、これに限らず、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の素子であってもよい。 The AC-DC converter 101 is not limited to the circuit system shown in FIG. 5, but may be a three-phase PWM converter, for example, or may be of another circuit system. Further, in the example of FIG. 5, the switching element 403 is a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), but is not limited to this, and may be an element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

図6は、図1におけるDC-DCコンバータの詳細な構成例を示す回路図である。図6に示されるDC-DCコンバータ102は、絶縁形DC-DCコンバータの一種である共振形コンバータである。DC-DCコンバータ102の一次側には、スイッチング素子Q10~Q13からなるフルブリッジ回路501と、インダクタ502と、トランス503の一次巻線と、コンデンサ504とが設けられる。一方、DC-DCコンバータ102の二次側には、スイッチング素子Q20~Q23からなるフルブリッジ回路506と、インダクタ505と、トランス503の二次巻線とが設けられる。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the DC-DC converter in FIG. 1. The DC-DC converter 102 shown in FIG. 6 is a resonant converter that is a type of isolated DC-DC converter. On the primary side of the DC-DC converter 102, a full bridge circuit 501 including switching elements Q10 to Q13, an inductor 502, a primary winding of a transformer 503, and a capacitor 504 are provided. On the other hand, on the secondary side of the DC-DC converter 102, a full bridge circuit 506 including switching elements Q20 to Q23, an inductor 505, and a secondary winding of a transformer 503 are provided.

フルブリッジ回路501において、スイッチング素子Q10,Q13の組と、スイッチング素子Q11,Q12の組とを交互にオンに制御することで、トランス503に交流電流が流れる。また、フルブリッジ回路506において、スイッチング素子Q20,Q23の組と、スイッチング素子Q21,Q22の組とを交互にオンに制御することで、トランス503によって伝送された電流は、同期整流されたのち、出力平滑コンデンサ106を充電する。 In the full-bridge circuit 501, alternating current flows through the transformer 503 by alternately turning on the set of switching elements Q10 and Q13 and the set of switching elements Q11 and Q12. In addition, in the full bridge circuit 506, by alternately turning on the set of switching elements Q20 and Q23 and the set of switching elements Q21 and Q22, the current transmitted by the transformer 503 is synchronously rectified, and then Charges the output smoothing capacitor 106.

一次側の交流電流は、インダクタ502と、トランス503の励磁インダクタと、コンデンサ504とからなる直列共振回路によって正弦波状に制御される。これにより,スイッチング素子の遮断電流を抑えることで高効率な電力変換が可能である。また、出力電圧V2の大きさは、例えば、各スイッチング素子のスイッチング周波数によって制御される。各スイッチング素子のオン/オフは、図1に示されないDC-DCコンバータ102の制御回路によって制御される。ただし、当該制御回路は、図1に示した制御回路110によって実現されてもよい。 The alternating current on the primary side is controlled sinusoidally by a series resonant circuit including an inductor 502, an exciting inductor of a transformer 503, and a capacitor 504. This enables highly efficient power conversion by suppressing the switching element's breaking current. Further, the magnitude of the output voltage V2 is controlled, for example, by the switching frequency of each switching element. On/off of each switching element is controlled by a control circuit of the DC-DC converter 102, which is not shown in FIG. However, the control circuit may be realized by the control circuit 110 shown in FIG.

DC-DCコンバータ102は、図6に示されるような回路方式に限らず、例えば、DAB(Dual Active Bridge)であってもよく、非絶縁形のチョッパ回路であってもよい。DABは、図6に示した構成例からコンデンサ504を削除したような構成を備える。また、図6の例では、各スイッチング素子は、MOSFETであるが、これに限らず、IGBT等の素子であってもよい。 The DC-DC converter 102 is not limited to the circuit system shown in FIG. 6, and may be, for example, a DAB (Dual Active Bridge) or a non-insulated chopper circuit. The DAB has a configuration similar to the configuration example shown in FIG. 6, except that the capacitor 504 is removed. Further, in the example of FIG. 6, each switching element is a MOSFET, but is not limited to this, and may be an element such as an IGBT.

<実施の形態1の主要な効果>
以上のように、実施の形態1の方式では、出力電圧V2の変化率および出力電流Ioの変化率に基づいて、中間出力電圧指令値V1refの補正量ΔV1refを制御する。これにより、負荷急変に起因する出力電圧V2の変動を抑制することが可能になる。また、定常状態で補正量ΔV1refがゼロとなるような制御を用いることで、定常状態で、安定した制御を行うことが可能になる。その結果、ロバストな電力変換装置を実現可能になる。
<Main effects of Embodiment 1>
As described above, in the method of the first embodiment, the correction amount ΔV1ref of the intermediate output voltage command value V1ref is controlled based on the rate of change of the output voltage V2 and the rate of change of the output current Io. This makes it possible to suppress fluctuations in the output voltage V2 caused by sudden changes in load. Further, by using control such that the correction amount ΔV1ref becomes zero in a steady state, stable control can be performed in a steady state. As a result, a robust power conversion device can be realized.

(実施の形態2)
<電力変換装置の概略>
図7は、実施の形態2による電力変換装置の構成例を示す概略図である。図7に示される電力変換装置200は、図1に示した構成例と比較して、次の2点が異なっている。1点目の相違点として、電流センサ601が設けられる。電流センサ601は、出力平滑コンデンサ106に流れるコンデンサ電流Icを検出する。2点目の相違点として、制御回路110は、図1における出力電圧V2の検出値の代わりに、電流センサ601からのコンデンサ電流Icの検出値を、信号線602を介して入力する。
(Embodiment 2)
<Outline of power converter>
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration example of a power conversion device according to the second embodiment. The power conversion device 200 shown in FIG. 7 differs from the configuration example shown in FIG. 1 in the following two points. The first difference is that a current sensor 601 is provided. Current sensor 601 detects capacitor current Ic flowing through output smoothing capacitor 106. The second difference is that the control circuit 110 receives the detected value of the capacitor current Ic from the current sensor 601 via the signal line 602 instead of the detected value of the output voltage V2 in FIG.

すなわち、制御回路110は、実施の形態1では、出力電圧V2の変化率dV2/dtを計算したが、実施の形態2では、当該変化率dV2/dtを、出力平滑コンデンサ106に流れるコンデンサ電流Icによって検出する。具体的には、コンデンサ容量Cの定義式から、コンデンサ電圧Vcとコンデンサ電流Icには式(1)の関係がある。
Vc=∫(Ic)dt/C …(1)
That is, in the first embodiment, the control circuit 110 calculates the rate of change dV2/dt of the output voltage V2, but in the second embodiment, the control circuit 110 calculates the rate of change dV2/dt in the capacitor current Ic flowing through the output smoothing capacitor 106. Detected by. Specifically, from the definition equation of capacitor capacitance C, there is a relationship between capacitor voltage Vc and capacitor current Ic as shown in equation (1).
Vc=∫(Ic)dt/C...(1)

式(1)より、コンデンサ電圧Vcは、コンデンサ電流Icの積分値である。したがって、出力電圧V2の変化率dV2/dtは、コンデンサ電流Icに置き換えられる。また、コンデンサ電流Icを積分することで、出力電圧V2を計算することもできる。このため、出力電圧V2の代わりにコンデンサ電流Icを用いても、実施の形態1の場合と同様の動作を行うことができ、同様の効果を得ることができる。さらに、一般的に、コンデンサ電圧よりもコンデンサ電流の方が、変動が顕著なため、負荷急変を検出しやすい。 From equation (1), capacitor voltage Vc is an integral value of capacitor current Ic. Therefore, the rate of change dV2/dt of the output voltage V2 is replaced by the capacitor current Ic. Furthermore, the output voltage V2 can also be calculated by integrating the capacitor current Ic. Therefore, even if the capacitor current Ic is used instead of the output voltage V2, the same operation as in the first embodiment can be performed and the same effects can be obtained. Furthermore, since capacitor current generally fluctuates more significantly than capacitor voltage, it is easier to detect sudden changes in load.

なお、図7の構成例では、図1における電圧センサ108、すなわち出力電圧V2を検出するセンサが設けられないが、実用上は、当該電圧センサ108も設けられる。すなわち、出力電圧V2の値は、DC-DCコンバータ102を制御する上で、ある程度高精度な値が必要とされる。一方、出力電圧V2の値は、式(1)に基づく計算によって求めることも可能である。ただし、この場合、演算負荷が増大し、また、コンデンサ容量Cの経時変動等によって、出力電圧V2の値に誤差が生じ得る。 Note that in the configuration example of FIG. 7, the voltage sensor 108 in FIG. 1, that is, the sensor that detects the output voltage V2, is not provided, but in practice, the voltage sensor 108 is also provided. That is, the value of the output voltage V2 needs to be highly accurate to some extent in order to control the DC-DC converter 102. On the other hand, the value of the output voltage V2 can also be determined by calculation based on equation (1). However, in this case, the calculation load increases, and an error may occur in the value of the output voltage V2 due to changes in the capacitor capacitance C over time.

<制御回路の詳細>
図8は、図7における制御回路の処理内容の一例を示すフロー図である。図8に示されるフローは、図2におけるステップS101が図8におけるステップS201に置き換わったものとなっている。ステップS201において、制御回路110は、コンデンサ電流Icがしきい値(第1のしきい値)dIc_thを超えたか否かを判定する。詳細には、制御回路110は、コンデンサ電流Icの絶対値|Ic|がしきい値dIc_thを超えたか否か判定する。コンデンサ電流Icは、負荷急増の場合には負極、すなわち放電方向となり、負荷急減の場合は正極、すなわち充電方向となる。
<Details of control circuit>
FIG. 8 is a flow diagram showing an example of the processing contents of the control circuit in FIG. In the flow shown in FIG. 8, step S101 in FIG. 2 is replaced with step S201 in FIG. In step S201, control circuit 110 determines whether capacitor current Ic exceeds a threshold (first threshold) dIc_th. Specifically, the control circuit 110 determines whether the absolute value |Ic| of the capacitor current Ic exceeds the threshold value dIc_th. When the load suddenly increases, the capacitor current Ic becomes negative, that is, in the discharging direction, and when the load suddenly decreases, it becomes positive, that is, in the charging direction.

図9は、図7における制御回路の構成例を示すブロック図である。図9に示される制御回路110は、図3に示した構成例と比較して、比較器307への入力内容が異なっている。すなわち、比較器307は、電流センサ601からのコンデンサ電流Icと、予め設定されたしきい値dIc_thと、を入力する。比較器307は、コンデンサ電流Icとしきい値dIc_thとを比較し、|Ic|≧dIc_thの場合に、ハイレベルの検出信号308を出力し、|Ic|<dIc_thの場合に、ロウレベルの検出信号308を出力する。 FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the control circuit in FIG. 7. The control circuit 110 shown in FIG. 9 differs from the configuration example shown in FIG. 3 in the input contents to the comparator 307. That is, the comparator 307 inputs the capacitor current Ic from the current sensor 601 and a preset threshold value dIc_th. Comparator 307 compares capacitor current Ic with threshold value dIc_th, and outputs a high-level detection signal 308 when |Ic|≧dIc_th, and outputs a low-level detection signal 308 when |Ic|<dIc_th. Output.

<実施の形態2の主要な効果>
以上、実施の形態2の方式を用いることでも、実施の形態1で述べた各種効果と同様の効果が得られる。また、図7に示したように、図3における微分器306を削除することができ、制御回路110を簡素化できる。さらに、出力電圧V2の代わりにコンデンサ電流Icを検出することで、負荷急変に対してより感度が高い検出を行える場合がある。その結果として、応答性をより高められる場合がある。
<Main effects of Embodiment 2>
As described above, by using the method of the second embodiment, various effects similar to those described in the first embodiment can be obtained. Further, as shown in FIG. 7, the differentiator 306 in FIG. 3 can be deleted, and the control circuit 110 can be simplified. Furthermore, by detecting the capacitor current Ic instead of the output voltage V2, it may be possible to perform detection with higher sensitivity to sudden changes in load. As a result, responsiveness may be further improved.

(実施の形態3)
<制御回路の詳細>
図10は、実施の形態3による電力変換装置において、図1における制御回路の処理内容の一例を示すフロー図である。図10に示されるフローは、制御サイクル毎に繰り返し実行される。図10に示されるフローは、図2に示したフローと比較して次の点が異なっている。すなわち、図2におけるステップS103が図10におけるステップS301に置き換わり、更に、図10では、ステップS302~S304が追加されている。
(Embodiment 3)
<Details of control circuit>
FIG. 10 is a flowchart showing an example of processing contents of the control circuit in FIG. 1 in the power converter according to the third embodiment. The flow shown in FIG. 10 is repeatedly executed for each control cycle. The flow shown in FIG. 10 differs from the flow shown in FIG. 2 in the following points. That is, step S103 in FIG. 2 is replaced with step S301 in FIG. 10, and further, steps S302 to S304 are added in FIG.

ステップS301において、制御回路110は、ステップS103の場合と同様に、中間出力電圧指令値V1refの補正量ΔV1refを計算する。ただし、制御回路110は、ステップS103の場合と異なり、この段階では、当該補正量ΔV1refを中間出力電圧指令値V1refに反映しない。ステップS301ののち、制御回路110は、ステップS301で算出した補正量ΔV1refが、前回の制御サイクルで算出した補正量よりも大きいか否かを判定する(ステップS302)。 In step S301, the control circuit 110 calculates the correction amount ΔV1ref of the intermediate output voltage command value V1ref, as in the case of step S103. However, unlike the case of step S103, the control circuit 110 does not reflect the correction amount ΔV1ref on the intermediate output voltage command value V1ref at this stage. After step S301, the control circuit 110 determines whether the correction amount ΔV1ref calculated in step S301 is larger than the correction amount calculated in the previous control cycle (step S302).

現在の制御サイクルで算出した補正量ΔV1refが前回の制御サイクルで算出した補正量よりも大きい場合(ステップS302:YES)、制御回路110は、ステップS301で算出した補正量ΔV1refを反映して中間出力電圧指令値V1refを出力する(ステップS304)。一方、現在の補正量ΔV1refが前回の補正量よりも小さい場合(ステップS302:NO)、制御回路110は、現在の補正量ΔV1refを、制御サイクル毎に一定の傾きで減少していく補正量に定める。そして、制御回路110は、当該定めた補正量を反映させた中間出力電圧指令値V1refを出力する(ステップS303)。 If the correction amount ΔV1ref calculated in the current control cycle is larger than the correction amount calculated in the previous control cycle (step S302: YES), the control circuit 110 outputs an intermediate output by reflecting the correction amount ΔV1ref calculated in step S301. Voltage command value V1ref is output (step S304). On the other hand, if the current correction amount ΔV1ref is smaller than the previous correction amount (step S302: NO), the control circuit 110 changes the current correction amount ΔV1ref to a correction amount that decreases at a constant slope every control cycle. stipulate. Then, the control circuit 110 outputs an intermediate output voltage command value V1ref that reflects the determined correction amount (step S303).

ステップS303において、詳細には、制御回路110は、例えば、前回の制御サイクルでの補正量から予め定めた量だけ減少させた補正量ΔV1refを定める。そして、制御回路110は、当該定めた補正量を中間出力電圧指令値V1refの通常値V1ref0に加算する。このようなフローを用いることで、補正量ΔV1refを徐々にゼロに収束させることができ、補正量ΔV1refが急峻にゼロにリセットされないように制御することができる。その結果、負荷急変から定常状態に戻る際の中間出力電圧V1の変動を抑制できる。 In step S303, in detail, the control circuit 110 determines, for example, a correction amount ΔV1ref that is decreased by a predetermined amount from the correction amount in the previous control cycle. Then, the control circuit 110 adds the determined correction amount to the normal value V1ref0 of the intermediate output voltage command value V1ref. By using such a flow, the correction amount ΔV1ref can be gradually converged to zero, and the correction amount ΔV1ref can be controlled so as not to be abruptly reset to zero. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the intermediate output voltage V1 when returning to a steady state from a sudden load change.

図11は、実施の形態3による電力変換装置において、負荷急変の際の動作例を示す波形図である。図11に示される波形図は、図4に示した波形図と比較して、補正量ΔV1refの波形が異なっている。時刻t3において、図4の場合と同様に、出力電流Ioの変化率dIo/dtは、ピークとなる。これに伴い、補正量ΔV1refもピークとなる。 FIG. 11 is a waveform diagram illustrating an example of the operation when the load suddenly changes in the power converter according to the third embodiment. The waveform diagram shown in FIG. 11 differs from the waveform diagram shown in FIG. 4 in the waveform of the correction amount ΔV1ref. At time t3, as in the case of FIG. 4, the rate of change dIo/dt of the output current Io reaches a peak. Along with this, the correction amount ΔV1ref also reaches its peak.

次の制御サイクルとなる時刻t34において、図10におけるステップS301で算出された補正量ΔV1refは、前回の制御サイクルである時刻t3で算出された補正量よりも小さくなっているものとする。この場合、制御回路110は、図10に示したステップS303において、例えば、時刻t3で算出された補正量から予め定めた減少量ΔVだけ減少させた補正量を、時刻t34での補正量ΔV1refに定める。 It is assumed that at time t34, which is the next control cycle, the correction amount ΔV1ref calculated in step S301 in FIG. 10 is smaller than the correction amount calculated at time t3, which is the previous control cycle. In this case, in step S303 shown in FIG. 10, the control circuit 110 changes the correction amount, which is obtained by reducing the correction amount calculated at time t3 by a predetermined reduction amount ΔV, to the correction amount ΔV1ref at time t34. stipulate.

このような制御が、制御サイクル毎に繰り返し実行されることで、図11に示されるように、補正量ΔV1refは、徐々にゼロに収束していく。すなわち、図4における時刻t4に示されるような、補正量ΔV1refの急減な変化を無くすことができる。図4の場合には、図示は省略されているが、当該時刻t4での急減な変化に応じて、中間出力電圧V1が変動するおそれがある。図11では、このような中間出力電圧V1の変動を抑制できる。 By repeatedly executing such control in each control cycle, the correction amount ΔV1ref gradually converges to zero, as shown in FIG. 11. That is, it is possible to eliminate a sudden change in the correction amount ΔV1ref as shown at time t4 in FIG. 4. In the case of FIG. 4, although not shown, there is a possibility that the intermediate output voltage V1 may fluctuate in response to the sudden change at time t4. In FIG. 11, such fluctuations in the intermediate output voltage V1 can be suppressed.

<実施の形態3の主要な効果>
以上、実施の形態3の方式を用いることでも、実施の形態1で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態1の場合と比較して、負荷急変から定常状態に戻る際の中間出力電圧V1の変動を抑制できる。
<Main effects of Embodiment 3>
As described above, by using the method of the third embodiment, various effects similar to those described in the first embodiment can be obtained. Furthermore, compared to the case of the first embodiment, it is possible to suppress fluctuations in the intermediate output voltage V1 when returning to a steady state from a sudden load change.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As above, the invention made by the present inventor has been specifically explained based on the embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments described above, and various changes can be made without departing from the gist thereof. For example, the embodiments described above have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. . Furthermore, it is possible to add, delete, or replace some of the configurations of each embodiment with other configurations.

100,200…電力変換装置、101…AC-DCコンバータ、102…DC-DCコンバータ、106…出力平滑コンデンサ、110…制御回路、Io…出力電流、V1…中間出力電圧、V2…出力電圧、Vac…交流電圧、dIo_th,dV2_th,Ic_th…しきい値、ΔV1ref…補正量 100, 200... Power converter, 101... AC-DC converter, 102... DC-DC converter, 106... Output smoothing capacitor, 110... Control circuit, Io... Output current, V1... Intermediate output voltage, V2... Output voltage, Vac ...AC voltage, dIo_th, dV2_th, Ic_th...threshold value, ΔV1ref...correction amount

Claims (11)

交流電力を第1の直流電力に変換するAC-DCコンバータと、
前記第1の直流電力を第2の直流電力に変換するDC-DCコンバータと、
前記AC-DCコンバータの出力電圧を、出力電圧指令値に基づいて制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記DC-DCコンバータの出力電圧の変化率と、前記DC-DCコンバータの出力電流の変化率とに基づいて、前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値を補正する、
電力変換装置。
an AC-DC converter that converts AC power into first DC power;
a DC-DC converter that converts the first DC power to a second DC power;
a control circuit that controls the output voltage of the AC-DC converter based on an output voltage command value;
Equipped with
The control circuit corrects the output voltage command value of the AC-DC converter based on a rate of change in the output voltage of the DC-DC converter and a rate of change in the output current of the DC-DC converter.
Power converter.
請求項1記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記DC-DCコンバータの出力電圧の変化率が予め定めた第1のしきい値を超え、かつ、前記DC-DCコンバータの出力電流の変化率が予め定めた第2のしきい値を超えた場合に、前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値を補正する、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The control circuit is configured such that the rate of change in the output voltage of the DC-DC converter exceeds a first predetermined threshold and the rate of change in the output current of the DC-DC converter exceeds a second predetermined threshold. correcting the output voltage command value of the AC-DC converter when the threshold value is exceeded;
Power converter.
請求項2記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記DC-DCコンバータの出力電流の変化率と前記第2のしきい値との差分に基づいて、前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値の補正量を定める、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 2,
The control circuit determines a correction amount for the output voltage command value of the AC-DC converter based on the difference between the rate of change of the output current of the DC-DC converter and the second threshold.
Power converter.
請求項2記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記DC-DCコンバータの出力電圧の変化率と前記第1のしきい値との差分に基づいて、前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値の補正量を定める、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 2,
The control circuit determines a correction amount for the output voltage command value of the AC-DC converter based on a difference between a rate of change in the output voltage of the DC-DC converter and the first threshold.
Power converter.
請求項2記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記DC-DCコンバータの出力電圧の変化率が予め定めた第3のしきい値よりも小さくなった場合に、前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値の補正量をゼロにする、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 2,
The control circuit sets a correction amount of the output voltage command value of the AC-DC converter to zero when a rate of change in the output voltage of the DC-DC converter becomes smaller than a predetermined third threshold. to,
Power converter.
請求項3または4に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、制御サイクル毎に、前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値の補正量を算出し、現在の制御サイクルで算出した補正量が前回の制御サイクルで算出した補正量よりも小さい場合、制御サイクル毎に一定の傾きで減少していく補正量を定める、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 3 or 4,
The control circuit calculates a correction amount of the output voltage command value of the AC-DC converter for each control cycle, and the correction amount calculated in the current control cycle is smaller than the correction amount calculated in the previous control cycle. In this case, the correction amount that decreases at a constant slope every control cycle is determined.
Power converter.
請求項1記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記DC-DCコンバータの出力電圧の変動方向と逆極性に前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値を補正する、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The control circuit corrects the output voltage command value of the AC-DC converter to have a polarity opposite to the fluctuation direction of the output voltage of the DC-DC converter.
Power converter.
請求項1記載の電力変換装置において、
さらに、前記第1の直流電力を保持するコンデンサを有し、
前記制御回路は、前記DC-DCコンバータの出力電圧の変化率を、前記コンデンサに流れるコンデンサ電流によって検出する、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
Furthermore, it has a capacitor that holds the first DC power,
The control circuit detects a rate of change in the output voltage of the DC-DC converter based on a capacitor current flowing through the capacitor.
Power converter.
交流電力を第1の直流電力に変換するAC-DCコンバータと、
前記第1の直流電力を第2の直流電力に変換するDC-DCコンバータと、
前記第1の直流電力を保持するコンデンサと、
前記AC-DCコンバータを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記コンデンサに流れるコンデンサ電流と、前記DC-DCコンバータの出力電流の変化率とに基づいて、前記AC-DCコンバータの出力電圧指令値を補正する、
電力変換装置。
an AC-DC converter that converts AC power into first DC power;
a DC-DC converter that converts the first DC power to a second DC power;
a capacitor that holds the first DC power;
a control circuit that controls the AC-DC converter;
Equipped with
The control circuit corrects an output voltage command value of the AC-DC converter based on a capacitor current flowing through the capacitor and a rate of change in an output current of the DC-DC converter.
Power converter.
請求項9記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記コンデンサ電流が予め定めた第1のしきい値を超え、かつ、前記DC-DCコンバータの出力電流の変化率が予め定めた第2のしきい値を超えた場合に、前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値を補正する、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 9,
The control circuit is configured to: when the capacitor current exceeds a first predetermined threshold and the rate of change of the output current of the DC-DC converter exceeds a second predetermined threshold; correcting the output voltage command value of the AC-DC converter;
Power converter.
請求項10記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記DC-DCコンバータの出力電流の変化率と前記第2のしきい値との差分に基づいて、前記AC-DCコンバータの前記出力電圧指令値の補正量を定める、
電力変換装置。
The power conversion device according to claim 10,
The control circuit determines a correction amount for the output voltage command value of the AC-DC converter based on the difference between the rate of change of the output current of the DC-DC converter and the second threshold.
Power converter.
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