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公開番号2025077742
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-19
出願番号2023190171
出願日2023-11-07
発明の名称電力変換器制御装置
出願人東芝インフラシステムズ株式会社,株式会社TMEIC
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250512BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約
【課題】単位チョッパの電流分担を均等化する電源装置を提供する。
【解決手段】実施形態による電源装置は、正極と負極との間に直列に接続された上段回路および下段回路と、上段回路と並列に接続された第1コンデンサC1と、下段回路と並列に接続された第2コンデンサC2と、を備えた複数の単位チョッパを含み、上段回路および下段回路の各々は少なくとも一つスイッチング素子を備え、複数の単位チョッパ21-2nの正極と負極との各々を電気的に相互接続するとともに、上段回路の出力端と下段回路の出力端との各々を電気的に相互接続した多並列チョッパ回路と、上段回路の出力電流値と下段回路の出力電流値とを用いて単位チョッパの通流率を算出する演算部31-3nと、通流率を用いて上段回路および下段回路のスイッチング素子の動作を制御する信号を生成する生成部41-4nと、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極と負極との間に直列に接続された上段回路および下段回路と、前記上段回路と並列に接続された第１コンデンサと、前記下段回路と並列に接続された第２コンデンサと、前記上段回路の出力端に接続された第１リアクトルと、前記下段回路の出力端に接続された第２リアクトルと、を備えた複数の単位チョッパを含み、前記上段回路および前記下段回路の各々は少なくとも一つスイッチング素子を備え、複数の前記単位チョッパの前記正極と前記負極との各々を互いに電気的に接続するとともに、前記上段回路の出力端と前記下段回路の出力端との各々を互いに電気的に接続した多並列チョッパ回路と、
前記上段回路の出力電流値と前記下段回路の出力電流値とを用いて、前記単位チョッパの通流率を算出するＤｕｔｙ演算部と、
前記通流率を用いて前記上段回路および前記下段回路の前記スイッチング素子の動作を制御する信号を生成する信号生成部と、を備えた電源装置。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
複数の前記単位チョッパは、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの相互接続点において互いに電気的に接続されている、請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記Ｄｕｔｙ演算部は、前記上段回路の出力電流値と前記下段回路の出力電流値との平均値が、電流基準値に追従するように前記通流率を算出する、請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記信号生成部は、前記通流率と前記上段回路のキャリア波とを比較して前記上段回路の前記スイッチング素子を制御する信号を生成し、前記通流率と前記下段回路のキャリア波とを比較して前記下段回路の前記スイッチング素子を制御する信号を生成し、
前記上段回路のキャリア波と前記下段回路のキャリア波とは位相が１８０°異なる、請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記Ｄｕｔｙ演算部は、前記上段回路の出力電流値と前記下段回路の出力電流値との平均値と、前記上段回路の出力電流値から前記下段回路の出力電流値を引いた差を２で割った値と、を用いて、前記上段回路に対する前記通流率と、前記下段回路に対する前記通流率とをそれぞれ算出する、請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
複数の前記単位チョッパの前記上段回路の出力電流値と前記下段回路の出力電流値との平均値を用いて、前記平均値を平均したノーマルモード電流平均値を算出するノーマルモード電流平均値演算部と、
前記ノーマルモード電流平均値が第２電流基準に追従するようにノーマルモード平均通流率を演算する平均値電流制御器と、を更に備え、
前記Ｄｕｔｙ演算部は、複数の前記単位チョッパの各々について、前記平均値が前記ノーマルモード電流平均値に追従するように算出した前記通流率の第１成分と、前記上段回路の出力電流値から前記下段回路の出力電流値を引いた差を２で割った値であるコモンモード電流値がゼロに追従するように算出した前記通流率の第２成分との差に、前記ノーマルモード平均通流率を加算した値を前記通流率として算出する、請求項１記載の電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換器制御装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電源から負荷へ適切な電圧を供給する電源装置として、チョッパ回路が応用されている。チョッパ回路は、半導体スイッチング素子をスイッチングさせることで出力電圧を調整する回路であり、高速な電圧調整能力を有する。一方で、チョッパ回路を用いると、半導体素子の電流容量に電源装置容量が制約される。
【０００３】
そこで、従来、複数のチョッパ回路を並列接続して電源装置を構成することで電源装置容量を拡大することが提案されている。この場合に、例えばチョッパ回路の出力部にリアクトルを接続し、リアクトルを介して複数のチョッパ回路の出力部を並列接続する構成が提案されている。また、各リアクトルに流れる電流を検出し、チョッパ回路単位でリアクトルに流れる電流を制御することにより、各チョッパ回路の電流分担を均等化することができる。このことにより、最小のチョッパ並列数で必要な電力を賄え、また各チョッパ回路の責務を均等化することが可能となる。
【０００４】
一方で、各チョッパ回路の出力部に接続されるリアクトルのサイズは、各チョッパ回路のスイッチング周波数により制約を受けるため、小型化が困難である。例えばチョッパ回路の半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を高めることなく、リアクトルに印可される電圧高調波を低減できればリアクトルの小型化が可能であり、従来、多直列したチョッパ回路において発生する高調波電圧を低減する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開1997-215322号公報
特開2011-188655号公報
特開2014-96969号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
チョッパ回路の正極側に接続されたリアクトルに流れる電流の値を用いて、各チョッパ回路の責務を均等化する制御が提案されている。しかしながら、単位回路を多直列したチョッパ回路の出力部を並列接続した電源装置において、上記制御手法を適用することが困難であった。
【０００７】
本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、単位チョッパを多並列接続した電源装置において、単位チョッパの電流分担を均等化する電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態による電源装置は、正極と負極との間に直列に接続された上段回路および下段回路と、前記上段回路と並列に接続された第１コンデンサと、前記下段回路と並列に接続された第２コンデンサと、前記上段回路の出力端に接続された第１リアクトルと、前記下段回路の出力端に接続された第２リアクトルと、を備えた複数の単位チョッパを含み、前記上段回路および前記下段回路の各々は少なくとも一つスイッチング素子を備え、複数の前記単位チョッパの前記正極と前記負極との各々を互いに電気的に接続するとともに、前記上段回路の出力端と前記下段回路の出力端との各々を互いに電気的に接続した多並列チョッパ回路と、前記上段回路の出力電流値と、前記下段回路の出力電流値とを用いて前記単位チョッパの通流率を算出するＤｕｔｙ演算部と、前記通流率に基づいて前記上段回路および前記下段回路の前記スイッチング素子の動作を制御する信号を生成する信号生成部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、第１実施形態の電源装置の一構成例を概略的に示す図である。
図２は、一実施形態の電源装置の効果の一例について説明するための図である。
図３は、第１実施形態の電源装置の一変形例を概略的に示す図である。
図４は、第２実施形態の電源装置の一構成例を概略的に示す図である。
図５は、図４に示す電源装置のＤｕｔｙ演算部とゲート信号生成部との一構成例概略的に示すブロック図である。
図６は、比較例の電源装置の動作の一例について説明するための図である。
図７は、第２実施形態の電源装置の動作の一例について説明するための図である。
図８は、第３実施形態の電源装置の動作の一例について説明するための図である。
図９は、第４実施形態の電源装置の一構成例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、実施形態の電源装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１実施形態の電源装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電源装置は、直流電源１０と負荷５０との間に接続され、多並列チョッパ回路と、制御回路ＣＴＲとを備えている。多並列チョッパ回路は、複数の単位チョッパ２１－２ｎを備えている。複数の単位チョッパ２１－２ｎは、直流電源１０および負荷５０に対し並列に接続されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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