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公開番号2024127645
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023036966
出願日2023-03-09
発明の名称制御装置、電力変換装置、及び制御方法
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人RYUKA国際特許事務所
主分類H02M 3/155 20060101AFI20240912BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】制御装置、電力変換装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】電力変換装置において、上アーム用及び下アーム用のパワースイッチング素子のオンオフを制御する制御部は、充電モードで動作中にデッドタイム中にリアクトルに流れる電流がゼロになる第2モードの場合、第1電圧値、第2電圧値、リアクトルの電流値、リアクトルの電流値及びリアクトルの温度の少なくとも一方に基づくリアクトルのインダクタンス値に基づく第2条件で定められる第2デューティ比で、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を交互にオンオフさせ、放電モードで動作中にデッドタイム中にリアクトルに流れる電流がゼロになる第3モードの場合、第1電圧値、第2電圧値、電流値、及びインダクタンス値に基づく第3条件で定められる第3デューティ比で、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子を交互にオンオフさせる。
【選択図】図23
特許請求の範囲【請求項１】
第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子のソース端子と前記第２スイッチング素子のドレイン端子との間のノードに一端が接続されるリアクトルと、前記リアクトルの他端と前記第２スイッチング素子のソース端子との間に接続される第１コンデンサと、前記第１スイッチング素子のドレイン端子と前記第２スイッチング素子の前記ソース端子との間に接続される第２コンデンサとを備え、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせることで直流電圧を降圧または昇圧する電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記第１コンデンサに印加される電圧の第１電圧値を取得する第１電圧値取得部と、
前記リアクトルに流れる電流の電流値を取得する電流値取得部と、
前記第２コンデンサに印加される電圧の第２電圧値を取得する第２電圧値取得部と、
前記リアクトルの温度を取得する温度取得部と、
前記電流値及び前記温度の少なくとも一方に基づいて前記リアクトルのインダクタンス値を導出するインダクタンス値導出部と、
前記リアクトルに流れる電流が前記リアクトルの前記他端から前記一端に流れる充電モードまたは前記リアクトルの前記一端から前記他端に流れる放電モードで動作中において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両方がオフであるデッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記充電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、前記電流値、及び前記リアクトルの前記インダクタンス値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記放電モードで動作中の前記デッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、前記電流値、及び前記リアクトルの前記インダクタンス値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる制御部と
を備える制御装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記インダクタンス値導出部は、前記リアクトルのインダクタンス値と前記リアクトルに流れる電流の電流値との関係を示す関係情報に従って、前記電流値に基づく前記インダクタンス値を導出する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記インダクタンス値導出部は、前記リアクトルのインダクタンス値変化率と前記リアクトルの温度との関係を示す関係情報に従って、前記温度に基づく前記インダクタンス値を導出する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記インダクタンス値導出部は、前記リアクトルの温度に応じた前記リアクトルのインダクタンス値と前記リアクトルに流れる電流の電流値との関係を示す関係情報に従って、前記電流値及び前記温度に基づく前記インダクタンス値を導出する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１デューティ比は、前記電流値の大きさによらず一定であり、
前記第２デューティ比及び前記第３デューティ比は、前記電流値に基づく予め定められた非線形の関数に従って変化する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項６】
前記第１電圧値をＶ
ｉｎ
、前記第２電圧値をＶ
ｏｕｔ
、前記電流値をＩ
ｉｎ
、前記リアクトルの前記インダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフの周期をＴとした場合、
前記第１条件は、前記第１デューティ比をＤ
ＣＣＭ
とした場合、
TIFF
2024127645000044.tif
27
170
であり、
前記第２条件は、前記第２デューティ比をＤ
ＤＣＭ
（放電）とした場合、
TIFF
2024127645000045.tif
29
170
であり、
前記第３条件は、前記第３デューティ比をＤ
ＤＣＭ
（充電）とした場合、
TIFF
2024127645000046.tif
29
170
である、請求項１に記載の制御装置。
【請求項７】
前記第１電圧値をＶ
ｉｎ
、前記第２電圧値をＶ
ｏｕｔ
、前記電流値をＩ
ｉｎ
、前記リアクトルの前記インダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆ
ＳＷ
、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が
TIFF
2024127645000047.tif
44
170
を満たす場合、前記第２モードであると判断する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項８】
前記第１電圧値をＶ
ｉｎ
、前記第２電圧値をＶ
ｏｕｔ
、前記電流値をＩ
ｉｎ
、前記リアクトルの前記インダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆ
ＳＷ
、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が
TIFF
2024127645000048.tif
44
170
を満たす場合、前記第３モードであると判断する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項９】
前記第１電圧値をＶ
ｉｎ
、前記第２電圧値をＶ
ｏｕｔ
、前記電流値をＩ
ｉｎ
、前記リアクトルの前記インダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数をｆ
ＳＷ
、前記デッドタイムをＴｄ、前記電流値の誤差をＩｄｅｔ＿ｅｒｒとした場合、前記制御部は、前記電流値が
TIFF
2024127645000049.tif
44
170
を満たす場合、前記第２モードであると判断し、
前記制御部は、前記電流値が
TIFF
2024127645000050.tif
44
170
を満たす場合、前記第３モードであると判断する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記電流値が式（Ｄ）及び式（Ｅ）を満たさない場合、前記第１モードであると判断する、請求項９に記載の制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、電力変換装置、及び制御方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、低出力時に電流不連続モードを実現する直流電圧変換回路が開示されている。特許文献２には、デッドタイムの影響による出力電圧変動に対して制御が不安定にならない制御部を備えたＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０２１－１７０９３４号公報
［特許文献２］特開２０１４－１９２９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
２つのスイッチング素子を交互にオンオフする相補スイッチングを行う場合に、デッドタイム中に、リアクトルに流れる電流がゼロになることで、出力電圧が不安定になる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様に係る制御装置は、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子のソース端子と前記第２スイッチング素子のドレイン端子との間のノードに一端が接続されるリアクトルと、前記リアクトルの他端と前記第２スイッチング素子のソース端子との間に接続される第１コンデンサと、前記第１スイッチング素子のドレイン端子と前記第２スイッチング素子の前記ソース端子との間に接続される第２コンデンサとを備え、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせることで直流電圧を降圧または昇圧する電力変換装置を制御する制御装置でよい。前記制御装置は、前記第１コンデンサに印加される電圧の第１電圧値を取得する第１電圧値取得部を備えてよい。前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流の電流値を取得する電流値取得部を備えてよい。前記制御装置は、前記第２コンデンサに印加される電圧の第２電圧値を取得する第２電圧値取得部を備えてよい。前記制御装置は、前記リアクトルの温度を取得する温度取得部を備えてよい。前記制御装置は、前記電流値及び前記温度の少なくとも一方に基づいて前記リアクトルのインダクタンス値を導出するインダクタンス値導出部を備えてよい。前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流が前記リアクトルの前記他端から前記一端に流れる充電モードまたは前記リアクトルの前記一端から前記他端に流れる放電モードで動作中において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の両方がオフであるデッドタイム中に、前記リアクトルに流れる電流がゼロにならない第１モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値及び前記第２電圧値に基づく第１条件で定められる第１デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記充電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第２モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、前記電流値、及び前記リアクトルの前記インダクタンス値に基づく第２条件で定められる第２デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせ、前記放電モードで動作中の前記デッドタイム中に前記リアクトルに流れる電流がゼロになる第３モードで、前記電力変換装置が動作する場合、前記第１電圧値、前記第２電圧値、前記電流値、及び前記リアクトルの前記インダクタンス値に基づく第３条件で定められる第３デューティ比で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフさせる制御部を備えてよい。
【０００５】
前記制御装置において、前記インダクタンス値導出部は、前記リアクトルのインダクタンス値と前記リアクトルに流れる電流の電流値との関係を示す関係情報に従って、前記電流値に基づく前記インダクタンス値を導出してよい。
【０００６】
いずれかの前記制御装置において、前記インダクタンス値導出部は、前記リアクトルのインダクタンス値変化率と前記リアクトルの温度との関係を示す関係情報に従って、前記温度に基づく前記インダクタンス値を導出してよい。
【０００７】
いずれかの前記制御装置において、前記インダクタンス値導出部は、前記リアクトルの温度に応じた前記リアクトルのインダクタンス値と前記リアクトルに流れる電流の電流値との関係を示す関係情報に従って、前記電流値及び前記温度に基づく前記インダクタンス値を導出してよい。
【０００８】
いずれかの前記制御装置において、前記第１デューティ比は、前記電流値の大きさによらず一定でよい。前記第２デューティ比及び前記第３デューティ比は、前記電流値に基づく予め定められた非線形の関数に従って変化してよい。
【０００９】
いずれかの前記制御装置において、前記第１電圧値をＶ
ｉｎ
、前記第２電圧値をＶ
ｏｕｔ
、前記電流値をＩ
ｉｎ
、前記リアクトルの前記インダクタンス値をＬ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフの周期をＴとした場合、前記第１条件は、前記第１デューティ比をＤ
ＣＣＭ
とした場合、
TIFF
2024127645000002.tif
27
170
でよい。
【００１０】
前記第２条件は、前記第２デューティ比をＤ
ＤＣＭ
（放電）とした場合、
TIFF
2024127645000003.tif
29
170
でよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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