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公開番号2021027757
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019145865
出願日20190808
発明の名称DC/DC変換器の電流制御装置
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20210125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】DC/DC変換器のリアクトルの電流制御にあたり、飽和領域に近い電流において、非飽和域と変わらず電流制御すること。
【解決手段】電流制御器1は、DC/DC変換器10のリアクトルLの電流を制御する。電流制御器1において、PI制御器3は、電流指令irとDC/DC変換器10の電源電流iBとの誤差に基づきリアクトルLの電流の制御に供するPWM(パルス幅変調)指令sを出力する。補正演算部4は、リアクトルLの磁束の飽和特性をリアクトルLの電流の関数として近似し、当該磁束の当該電流による微分と理想的なインダクタンスとの比をPWM指令sに乗算することによりPWM指令sを補正して新たなPWM指令sを出力する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
DC/DC変換器のリアクトルの電流を制御する電流制御装置であって、
電流指令と前記DC/DC変換器の電源電流との誤差に基づき前記リアクトルの電流の制御に供するPWM(パルス幅変調)指令を出力するPI制御部と、
前記リアクトルの磁束の飽和特性を当該リアクトルの電流の関数として近似し、当該磁束の当該電流による微分と理想的なインダクタンスとの比を前記PWM指令に乗算することにより当該PWM指令を補正する補正演算部と
を備えたことを特徴とするDC/DC変換器の電流制御装置。
続きを表示(約 370 文字)【請求項2】
前記補正演算部は、前記磁束の飽和特性を前記リアクトルの電流の関数として扱い、この関数において当該リアクトルのインダクタンスを線形なインダクタンスとした場合の当該電流の関数を適用して導出された前記補正のための演算式により、前記PWM指令の補正を行うことを特徴とする請求項1に記載のDC/DC変換器の電流制御装置。
【請求項3】
前記演算式を導出する際のパラメータとして、前記DC/DC変換器の電源電圧及び直流電圧が供されることを特徴とする請求項2に記載のDC/DC変換器の電流制御装置。
【請求項4】
前記演算式を導出する際のパラメータとして、前記DC/DC変換器の直流電圧と、前記リアクトルの電流の時間微分とが供されることを特徴とする請求項2に記載のDC/DC変換器の電流制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明はDC/DC変換器のリアクトル電流の制御技術に関する。
続きを表示(約 3,400 文字)【背景技術】
【0002】
リアクトルを用いた昇圧チョッパにおいては、リアクトルに加わる電圧を調整して、リアクトルに流れる電流を制御するコントローラが組み込まれている。通常はリアクトルの特性を線形と仮定して、PWM(パルス幅変調)により、リアクトルに印加される電圧が決定される(特許文献1等)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2002−330581号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、磁性体をコアとするリアクトルは電流に対して非線形特性(飽和特性)を有する。特に、リアクトルを小型にするために非線形な電流領域まで使用されることが多い。このため、通常のPWMにおいて適用される三角波と電圧指令を比較する方式では、大電流の領域において、想定している電流以上の電流が流れることになる。
【0005】
本発明は、以上の事情を鑑み、DC/DC変換器のリアクトルの電流制御にあたり、飽和領域に近い電流において、非飽和域と変わらず電流制御することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
そこで、本発明の一態様は、DC/DC変換器のリアクトルの電流を制御する電流制御装置であって、電流指令と前記DC/DC変換器の電源電流との誤差に基づき前記リアクトルの電流の制御に供するPWM指令を出力するPI制御部と、前記リアクトルの磁束の飽和特性を当該リアクトルの電流の関数として近似し、当該磁束の当該電流による微分と理想的なインダクタンスとの比を前記PWM指令に乗算することにより当該PWM指令を補正する補正演算部とを備える。
【0007】
本発明の一態様は、前記電流制御装置において、前記補正演算部は、前記磁束の飽和特性を前記リアクトルの電流の関数として扱い、この関数において当該リアクトルのインダクタンスを線形なインダクタンスとした場合の当該電流の関数を適用して導出された前記補正のための演算式により、前記PWM指令の補正を行う。
【0008】
本発明の一態様は、前記電流制御装置において、前記演算式を導出する際のパラメータとして、前記DC/DC変換器の電源電圧及び直流電圧が供される。
【0009】
本発明の一態様は、前記電流制御装置において、前記演算式を導出する際のパラメータとして、前記DC/DC変換器の直流電圧と、前記リアクトルの電流の時間微分とが供される。
【発明の効果】
【0010】
以上の本発明によれば、DC/DC変換器のリアクトルの電流制御にあたり、飽和領域に近い電流において、非飽和域と変わらず電流制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明の実施形態1の電流制御器が実装されたDC/DC変換器の回路図。
図1の電流制御器のブロック構成図。
図2の電流制御器に実装された補正演算部のブロック構成図。
実施形態1のシミュレーション結果を示すリアクトル電流の経時的変化。
本発明の実施形態2の電圧制御器が実装されたDC/DC変換器の回路図。
図5の電圧制御器のブロック構成図。
図6の電圧制御器に実装された補正演算部のブロック構成図。
本発明の実施形態3における補正演算部のブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0013】
[実施形態1]
図1に例示された本発明の電流制御装置の一態様である電流制御器1は、リアクトルLの飽和特性を考慮したPWMにより電流制御を行うことにより、電圧指令に比例した電流を得る。特に、本態様においては、リアクトルLの磁束の飽和特性をリアクトルLの電流の関数として近似し、当該磁束の当該電流による微分と理想的なインダクタンスとの比をPWM信号に乗算することにより当該PWM信号を補正する。
【0014】
電流制御器1が適用されるDC/DC変換器(昇圧チョッパ回路)10は、直流電源V
B
、抵抗r
B
、リアクトルL、ダイオードS
U
、スイッチング素子S
D
及び出力電源V
DC
を実装し、スイッチング素子S
D
のスイッチングによりリアクトルLの電流iを制御する。
【0015】
(電流制御器1の態様例)
電流制御器1は、図2に示したように、減算器2、PI制御器3(PI制御部)、補正演算部4、三角波発生器5、コンパレータ6及びゲート信号発生器7を備える。
【0016】
減算器2は、DC/DC変換器10の電流検出器11から電源電流i
B
を受けて電流指令i
γ
との誤差を演算する。PI制御器3は、前記誤差をゼロにするPWM指令sを出力する。補正演算部4は、PWM指令sの補正により新たなPWM指令s

を出力する。三角波発生器5は、PWM指令sを発生するための三角波を出力する。コンパレータ6は、前記三角波と前記新たなPWM指令s

との比較を行う。ゲート信号発生器7は、前記比較に基づくスイッチング素子S
D
のゲート信号g
D
を出力する。
【0017】
(実施形態1の補正演算部4の動作例)
補正演算部4は、図3に例示したブロック構成を成し、以下の演算式によるPWM指令sの補正により新たなPWM指令s

を算出する。
【0018】
【0019】
補正演算部4において、乗算部40は電源電流i
B
と−α(α:リアクトルLの形状を決定する係数)とを乗算する。指数関数演算部41は、乗算部40の出力の指数関数e
-αiB
を演算する。加算部42は、1と指数関数e
-αiB
とを加算する。乗算部43は、加算部42の出力を2乗する。除算部44は、指数関数演算部41の出力aを乗算部43の出力bで除算する。乗算部45は、除算部44の出力a/bに(2αΦ
m
)/Lを乗算する。乗算部46は、PI制御器3からのPWM指令sに乗算部45からの出力ψを乗算する。減算部47は、1と乗算部45の出力ψとの差を出力する。乗算部48は、前記差にv
DC
/(v
B
+V
DC
)を乗算する。加算部49は、乗算部46,48の出力の加算による新たなPWM指令s

を出力する。
【0020】
以下、補正演算部4の具体的な演算方式について説明する。
【0021】
図1のDC/DC変換器10において、リアクトルLの磁束がψ(i)である場合、磁束ψ(i)と電源電圧v
B
及び出力電圧V
DC
との関係は以下の式(1)(2)となる。尚、リアクトルLの抵抗は無視する。
【0022】
【0023】
ここで、リアクトルLが線形(以下、線形リアクトル)であると仮定すると、リアクトルLの電流iと電源電圧v
B
及び出力電圧V
DC
との関係は以下の式(3)となる。
【0024】
【0025】
式(1)においてS
W
の代わりにS
W

が適用されると以下の式(4)が得られる。
【0026】
【0027】
式(3)(4)を比較して以下の式(5)とするとリアクトルLの飽和特性による電流の増加が回避される。
【0028】
【0029】
したがって、PWM指令sは以下の式(6)により補正できる。
【0030】
(【0031】以降は省略されています)

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