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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022175284
(43)【公開日】2022-11-25
(54)【発明の名称】電力変換装置および電力変換システム
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20221117BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021081550
(22)【出願日】2021-05-13
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001357
【氏名又は名称】弁理士法人つばさ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】龍 建儒
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770AA05
5H770DA01
5H770DA41
5H770EA01
5H770HA02Y
5H770HA03W
5H770HA03Y
5H770JA17Y
5H770KA01Y
5H770KA03Z
(57)【要約】
【課題】波形歪みを低減することができる電力変換装置を得る。
【解決手段】本発明の電力変換装置は、入力端子と、第１の接続端子と第１のノードとを結ぶ経路に設けられた第１のスイッチング素子と、第１のノードと第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第２のスイッチング素子と、第１の接続端子と第２のノードとを結ぶ経路に設けられた第３のスイッチング素子と、第２のノードと第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第４のスイッチング素子とを有するスイッチング部と、出力端子と、ローパスフィルタと、制御部とを備える。上記制御部は、出力端子における交流出力電圧の実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値を生成し、第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値を生成し、第２の実効電圧指令値および実効電圧値に基づいてスイッチング部の動作を制御する。
【選択図】図３
【解決手段】本発明の電力変換装置は、入力端子と、第１の接続端子と第１のノードとを結ぶ経路に設けられた第１のスイッチング素子と、第１のノードと第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第２のスイッチング素子と、第１の接続端子と第２のノードとを結ぶ経路に設けられた第３のスイッチング素子と、第２のノードと第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第４のスイッチング素子とを有するスイッチング部と、出力端子と、ローパスフィルタと、制御部とを備える。上記制御部は、出力端子における交流出力電圧の実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値を生成し、第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値を生成し、第２の実効電圧指令値および実効電圧値に基づいてスイッチング部の動作を制御する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の接続端子および第２の接続端子を有する入力端子と、
前記第１の接続端子と第１のノードとを結ぶ経路に設けられた第１のスイッチング素子と、前記第１のノードと前記第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第２のスイッチング素子と、前記第１の接続端子と第２のノードとを結ぶ経路に設けられた第３のスイッチング素子と、前記第２のノードと前記第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第４のスイッチング素子とを有するスイッチング部と、
出力端子と、
前記第１のノードおよび前記第２のノードと前記出力端子とを結ぶ経路に設けられたローパスフィルタと、
前記スイッチング部の動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記出力端子における交流出力電圧の実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値を生成し、前記第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値を生成し、前記第２の実効電圧指令値および前記実効電圧値に基づいて前記スイッチング部の動作を制御する
電力変換装置。
前記第１の接続端子と第１のノードとを結ぶ経路に設けられた第１のスイッチング素子と、前記第１のノードと前記第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第２のスイッチング素子と、前記第１の接続端子と第２のノードとを結ぶ経路に設けられた第３のスイッチング素子と、前記第２のノードと前記第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第４のスイッチング素子とを有するスイッチング部と、
出力端子と、
前記第１のノードおよび前記第２のノードと前記出力端子とを結ぶ経路に設けられたローパスフィルタと、
前記スイッチング部の動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記出力端子における交流出力電圧の実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値を生成し、前記第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値を生成し、前記第２の実効電圧指令値および前記実効電圧値に基づいて前記スイッチング部の動作を制御する
電力変換装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記第２の実効電圧指令値および前記実効電圧値に基づいてデューティ比を算出し、前記デューティ比に基づいて前記スイッチング部の動作を制御する
請求項１に記載の電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記交流出力電圧に基づいて、移動平均値を算出することにより、前記実効電圧値を算出する
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記交流出力電圧の半周期分の期間における前記交流出力電圧に基づいて、前記実効電圧値を算出する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記交流出力電圧の１周期分の期間における前記交流出力電圧に基づいて、前記実効電圧値を算出する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記交流出力電圧の直流成分値である第１の直流成分値を前記第２の実効電圧指令値に応じた値でリミットすることにより第２の直流成分値を生成し、前記直流成分値の指令値である直流成分指令値を生成し、前記第２の実効電圧指令値および前記実効電圧値と、前記直流成分指令値および前記第２の直流成分値とに基づいて前記スイッチング部の動作を制御する
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記制御部は、前記スイッチング部と前記ローパスフィルタとの間に流れる電流と、前記交流出力電圧とに基づいて、前記出力端子に流れる負荷電流を推定し、前記第２の実効電圧指令値および前記実効電圧値と、前記直流成分指令値および前記第２の直流成分値と、推定された前記負荷電流の実効電流値とに基づいて前記スイッチング部の動作を制御する
請求項６に記載の電力変換装置。
請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記スイッチング部と前記ローパスフィルタとの間に流れる電流が所定のしきい値に到達した場合に、所定の時間長の期間において、前記スイッチング部が電流を出力しないように前記スイッチング部の動作を制御する
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記制御部は、前記第１の実効電圧指令値、前記第２の実効電圧指令値、および前記実効電圧値を、前記第１の接続端子および前記第２の接続端子の端子間電圧を用いて正規化し、正規化された前記第１の実効電圧指令値、正規化された前記第２の実効電圧指令値、および正規化された前記実効電圧値を用いて前記スイッチング部の動作を制御する
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項10】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置の前記入力端子に接続された直流電源と
を備えた
電力変換システム。
前記電力変換装置の前記入力端子に接続された直流電源と
を備えた
電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力を変換する電力変換装置および電力変換システムに関する。
【背景技術】
【0002】
電力変換装置には、直流電力を交流電力に変換するものがある。例えば、特許文献１には、各種電圧や電流の瞬時値に基づいてスイッチング動作を制御する電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１７／１３８１０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電力変換装置では、通常動作時だけでなく、入力電力よりも出力電力の方が大きい過負荷時においても、交流出力電圧の波形は、正弦波であり波形歪みが低いことが望まれる。
【0005】
交流出力電圧の波形歪みを低減することができる電力変換装置および電力変換システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の電力変換装置は、入力端子と、スイッチング部と、出力端子と、ローパスフィルタ尾と、制御部とを備える。入力端子は、第１の接続端子および第２の接続端子を有する。スイッチング部は、第１の接続端子と第１のノードとを結ぶ経路に設けられた第１のスイッチング素子と、第１のノードと第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第２のスイッチング素子と、第１の接続端子と第２のノードとを結ぶ経路に設けられた第３のスイッチング素子と、第２のノードと第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられた第４のスイッチング素子とを有する。ローパスフィルタは、第１のノードおよび第２のノードと出力端子とを結ぶ経路に設けられる。制御部は、スイッチング部の動作を制御する。上記制御部は、出力端子における交流出力電圧の実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値を生成し、第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値を生成し、第２の実効電圧指令値および実効電圧値に基づいてスイッチング部の動作を制御する。
【0007】
本発明の電力変換システムは、上記電力変換装置と、直流電源とを備えている。直流電源は、電力変換装置の入力端子に接続される。
【発明の効果】
【0008】
本発明の電力変換装置および電力変換システムによれば、出力端子における交流出力電圧の実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値を生成し、第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値を生成し、第２の実効電圧指令値および実効電圧値に基づいてスイッチング部の動作を制御するようにしたので、交流出力電圧の波形歪みを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図11】参考例に係る電力変換装置の一動作例を表す他のタイミング波形図である。
【図13】他の参考例に係る電力変換装置の一動作例を表す他のタイミング波形図である。
【図16】変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図17】他の変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図18】他の変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図20】変形例に係る制御部の一構成例を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
［構成例］
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置（電力変換装置１）の一構成例を表すものである。この電力変換装置１は、単相二線式のインバータである。電力変換装置１は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２と、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２とを備えている。入力端子Ｔ１１，Ｔ１２には、直流電源ＰＤＣが接続されている。直流電源ＰＤＣは、例えば直流電源装置であってもよい。この直流電源装置は、例えば、バッテリおよびＤＣ／ＤＣコンバータを有し、ＤＣ／ＤＣコンバータが、このバッテリから供給された直流電力を変換し、変換された直流電力を電力変換装置１に供給してもよい。出力端子Ｔ２１，Ｔ２２は、負荷装置ＬＯＡＤに接続されている。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置（電力変換装置１）の一構成例を表すものである。この電力変換装置１は、単相二線式のインバータである。電力変換装置１は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２と、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２とを備えている。入力端子Ｔ１１，Ｔ１２には、直流電源ＰＤＣが接続されている。直流電源ＰＤＣは、例えば直流電源装置であってもよい。この直流電源装置は、例えば、バッテリおよびＤＣ／ＤＣコンバータを有し、ＤＣ／ＤＣコンバータが、このバッテリから供給された直流電力を変換し、変換された直流電力を電力変換装置１に供給してもよい。出力端子Ｔ２１，Ｔ２２は、負荷装置ＬＯＡＤに接続されている。
【0012】
電力変換装置１は、電圧センサ２１と、入力キャパシタ２２と、スイッチング部２３と、電流センサ２４と、ローパスフィルタ２５と、電圧センサ２８と、スイッチ２９Ｕ，２９Ｗと、制御部３０とを備えている。
【0013】
電圧センサ２１は、直流バス電圧Ｖdcを検出するように構成される。電圧センサ２１の一端は入力端子Ｔ１１に導かれた電圧線Ｌ１に接続され、他端は入力端子Ｔ１２に導かれた基準電圧線Ｌ２に接続される。電圧センサ２１は、基準電圧線Ｌ２での電圧を基準とした電圧線Ｌ１での電圧を直流バス電圧Ｖdcとして検出する。そして、電圧センサ２１は、直流バス電圧Ｖdcの検出結果を制御部３０に供給するようになっている。
【0014】
入力キャパシタ２２の一端は電圧線Ｌ１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ２に接続される。入力キャパシタ２２は、キャパシタンスＣdcを有する。入力キャパシタ２２は、例えば電解コンデンサを用いることができる。
【0015】
スイッチング部２３は、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４に基づいてそれぞれスイッチング動作を行うように構成される。スイッチング部２３は、トランジスタＳＷ１～ＳＷ４を有している。トランジスタＳＷ１～ＳＷ４は、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４に基づいてそれぞれスイッチング動作を行うスイッチング素子である。トランジスタＳＷ１～ＳＷ４のそれぞれは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いて構成される。トランジスタＳＷ１～ＳＷ４のそれぞれは、還流ダイオードを有している。トランジスタＳＷ１の還流ダイオードのアノードは、トランジスタＳＷ１のエミッタに接続され、カソードは、トランジスタＳＷ１のコレクタに接続される。トランジスタＳＷ２～ＳＷ４についても同様である。なお、この例では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いたが、スイッチング素子であればどのようなものを用いてもよい。
【0016】
トランジスタＳＷ１は、電圧線Ｌ１とノードＮ１とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることによりノードＮ１を電圧線Ｌ１に接続するように構成される。トランジスタＳＷ１のコレクタは電圧線Ｌ１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｓ１が供給され、エミッタはノードＮ１に接続される。トランジスタＳＷ２は、ノードＮ１と基準電圧線Ｌ２とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることによりノードＮ１を基準電圧線Ｌ２に接続するように構成される。トランジスタＳＷ２のコレクタはノードＮ１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｓ２が供給され、エミッタは基準電圧線Ｌ２に接続される。ノードＮ１は、トランジスタＳＷ１のエミッタとトランジスタＳＷ２のコレクタとの接続点である。
【0017】
トランジスタＳＷ３は、電圧線Ｌ１とノードＮ２とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることによりノードＮ２を電圧線Ｌ１に接続するように構成される。トランジスタＳＷ３のコレクタは電圧線Ｌ１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｓ３が供給され、エミッタはノードＮ２に接続される。トランジスタＳＷ４は、ノードＮ２と基準電圧線Ｌ２とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることによりノードＮ２を基準電圧線Ｌ２に接続するように構成される。トランジスタＳＷ４のコレクタはノードＮ１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｓ４が供給され、エミッタは基準電圧線Ｌ２に接続される。ノードＮ２は、トランジスタＳＷ３のエミッタとトランジスタＳＷ４のコレクタとの接続点である。
【0018】
電流センサ２４は、ノードＮ１とローパスフィルタ２５とを結ぶ経路に設けられ、この経路に流れる電流ｉ_uを検出するように構成される。電流センサ２４の一端はノードＮ１に接続され、他端はＡＣリアクトル２６の一端に接続される。電流センサ２４は、ノードＮ１からローパスフィルタ２５に向かって流れる場合に正になるように電流ｉ_uを検出する。電流センサ２４は、電流ｉ_uの検出結果を制御部３０に供給するようになっている。
【0019】
ローパスフィルタ２５は、トランジスタＳＷ１～ＳＷ４のスイッチング動作により生成された信号に含まれる高周波数成分を除去するように構成される。ローパスフィルタ２５は、ＡＣリアクトル２６と、キャパシタ２７とを有する。
【0020】
ＡＣリアクトル２６は、ノードＮ１と出力端子Ｔ２１とを結ぶ経路に設けられ、一端は電流センサ２４の他端に接続され、他端は電圧線ＵＬに接続される。ＡＣリアクトル２６は、インダクタンスＬinvと、内部レジスタンスＲinvとを有する。
【0021】
キャパシタ２７は、例えば、ＡＣフィルムキャパシタを用いて構成される。キャパシタ２７の一端は電圧線ＵＬに接続され、他端はノードＮ２に導かれた電圧線ＷＬに接続される。キャパシタ２７は、キャパシタンスＣinvと、寄生インダクタンスＬcと、寄生レジスタンスＲcとを有する。寄生インダクタンスＬcは、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ：Equivalent Series Inductance）であり、寄生レジスタンスＲcは、等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）である。
【0022】
電圧センサ２８は、電力変換装置１から出力される交流出力電圧ｅ_invを検出するように構成される。電圧センサ２８の一端は電圧線ＵＬに接続され、他端は電圧線ＷＬに接続される。電圧センサ２８は、電圧線ＷＬでの電圧を基準とした電圧線ＵＬでの電圧を交流出力電圧ｅ_invとして検出する。そして、電圧センサ２８は、交流出力電圧ｅ_invの検出結果を制御部３０に供給するようになっている。
【0023】
スイッチ２９Ｕは、オン状態になることにより、電圧線ＵＬを負荷装置ＬＯＡＤに接続するように構成される。スイッチ２９Ｕの一端は電圧線ＵＬに接続され、他端は出力端子Ｔ２１に接続される。スイッチ２９Ｕは、スイッチ制御信号Ｓsdに基づいてオンオフするようになっている。
【0024】
スイッチ２９Ｗは、オン状態になることにより、電圧線ＷＬを負荷装置ＬＯＡＤに接続するように構成される。スイッチ２９Ｗの一端は電圧線ＷＬに接続され、他端は出力端子Ｔ２２に接続される。スイッチ２９Ｗは、スイッチ制御信号Ｓsdに基づいてオンオフするようになっている。
【0025】
出力端子Ｔ２１，Ｔ２２は、負荷装置ＬＯＡＤに接続される。負荷装置ＬＯＡＤは、一端が出力端子Ｔ２１に接続され他端が出力端子Ｔ２２に接続された、インピーダンスＺloadを有する負荷を含む。
【0026】
制御部３０は、電力変換装置１の動作を制御するように構成される。制御部３０は、例えば、１または複数のマイクロコントローラを用いて構成される。制御部３０は、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcに基づいて、演算処理を行うことにより、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。これにより、制御部３０は、交流出力電圧ｅ_invの電圧振幅が所定の振幅になるように電圧振幅一定制御を行う。
【0027】
図２は、電力変換装置１における電力変換動作の一例を表すものであり、（Ａ）はＵ相のスイッチング素子であるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比ｄ_uを示し、（Ｂ）はキャリア信号ＣＲの波形を示し、（Ｃ）～（Ｆ）はゲート信号Ｓ１～Ｓ４の波形を示す。この例では、ゲート信号Ｓ１が高レベルである場合にはトランジスタＳＷ１はオン状態になり、ゲート信号Ｓ１が低レベルである場合にはトランジスタＳＷ１はオフ状態になる。ゲート信号Ｓ２～Ｓ４についても同様である。周波数ｆsdは交流出力電圧ｅ_invの周波数であり、時間Ｔsdは交流出力電圧ｅ_invの周期に対応する時間である。時間ＴｓはトランジスタＳＷ１，ＳＷ２のスイッチング周期に対応する時間である。なお、この図２では、説明の便宜上、時間Ｔsdに比べて時間Ｔｓの期間を長く描いているが、例えば、時間Ｔｓは５０μsec.（＝１／２０ｋＨｚ）に設定することができ、時間Ｔsdは１６．７msec.（＝１／６０Ｈｚ）に設定することができる。
【0028】
制御部３０は、後述するようにデューティ比ｄ_uおよびキャリア信号ＣＲを生成する（図２（Ａ），（Ｂ）））。そして、制御部３０は、デューティ比ｄ_uおよびキャリア信号ＣＲに基づいてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号であるゲート信号Ｓ１，Ｓ２を生成する（図２（Ｃ），（Ｄ））。また、制御部３０は、デューティ比が約５０％であるゲート信号Ｓ３，Ｓ４を生成する（図２（Ｅ），（Ｆ））。トランジスタＳＷ１～ＳＷ４は、これらのゲート信号Ｓ１～Ｓ４に基づいてそれぞれオンオフする。ローパスフィルタ２５は、トランジスタＳＷ１～ＳＷ４のスイッチング動作により生成された交流パルス電圧に含まれる高周波数成分を除去する。このようにして、電力変換装置１は、交流出力電圧ｅ_invを生成するようになっている。
【0029】
制御部３０の動作を説明する前に、電力変換装置１の動作を以下に定式化する。スイッチング部２３のノードＮ１における電圧ｖ_uおよびノードＮ２における電圧ｖ_wは、以下の式ＥＱ１により表される
ここで、“ｄ_u”はＵ相のスイッチング素子であるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比であり、“ｄ_w”はＷ相のスイッチング素子であるトランジスタＳＷ３，ＳＷ４のデューティ比である。ノードＮ１における電圧ｖ_u、および電流ｉ_uは、キルヒホッフの電圧則およびキルヒホッフの電流則を用いて、以下の式ＥＱ２により表される。
ここで、“ｉ_laod”は、図１に示したように、負荷装置ＬＯＡＤに流れる負荷電流である。この負荷電流ｉ_laodは、以下の式ＥＱ３により表される。
この電力変換装置１では、検出された交流出力電圧ｅ_invおよび検出された電流ｉ_uに基づいて、この式ＥＱ３を用いて、負荷電流ｉ_laodを推定する。これにより、電力変換装置１では、大きな電流が流れる電圧線ＵＬに、電流センサを設けないようにすることができる。
【数1】
ここで、“ｄ_u”はＵ相のスイッチング素子であるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比であり、“ｄ_w”はＷ相のスイッチング素子であるトランジスタＳＷ３，ＳＷ４のデューティ比である。ノードＮ１における電圧ｖ_u、および電流ｉ_uは、キルヒホッフの電圧則およびキルヒホッフの電流則を用いて、以下の式ＥＱ２により表される。
【数2】
ここで、“ｉ_laod”は、図１に示したように、負荷装置ＬＯＡＤに流れる負荷電流である。この負荷電流ｉ_laodは、以下の式ＥＱ３により表される。
【数3】
この電力変換装置１では、検出された交流出力電圧ｅ_invおよび検出された電流ｉ_uに基づいて、この式ＥＱ３を用いて、負荷電流ｉ_laodを推定する。これにより、電力変換装置１では、大きな電流が流れる電圧線ＵＬに、電流センサを設けないようにすることができる。
【0030】
図３は、制御部３０の一構成例を表すものである。制御部３０は、指令値生成部３１と、実効値算出部３２，３３と、負荷電流推定部３４と、実効値算出部３５と、直流成分算出部３６と、リミッタ３７と、交流電圧制御部３８と、交流電流制御部３９と、リミッタ４１，４２と、直流成分制御部４３と、加算部４４と、乗算部４５と、ゲートブロック信号生成部４６と、キャリア信号生成部４７と、ゲート信号生成部５０とを有している。
【0031】
制御部３０は、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcを、サンプリング周波数ｆsに応じたサンプリング周期でサンプリングするＡＤ変換回路を有している。サンプリング周波数ｆsは、この例では２０ｋＨｚである。この例では、サンプリング周期（１／ｆs）は、図２に示した時間Ｔsと同じである。そして、制御部３０は、これらのデジタル値に基づいて演算処理を行う。以下、ＡＤ変換されたデジタル値を表すものとして、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcを適宜用いる。
【0032】
指令値生成部３１は、交流出力電圧ｅ_invの実効電圧値の指令値である実効電圧指令値Ｘ_inv*、および交流出力電圧ｅ_invの直流成分値の指令値である直流成分指令値Ｘ_invdc*を生成するように構成される。具体的には、指令値生成部３１は、まず、交流出力電圧ｅ_invの実効電圧値の電圧指令値である実効電圧指令値Ｅ_inv*、および交流出力電圧ｅ_invの直流成分値の電圧指令値である直流成分指令値Ｅ_invdc*を生成する。実効電圧指令値Ｅ_inv*および直流成分指令値Ｅ_invdc*の単位は電圧である。そして、以下の式ＥＱ４に示すように、指令値生成部３１は、生成した実効電圧指令値Ｅ_inv*を直流バス電圧Ｖdcで正規化することにより実効電圧指令値Ｘ_inv*を生成し、生成した直流成分指令値Ｅ_invdc*を直流バス電圧Ｖdcで正規化することにより直流成分指令値Ｘ_invdc*を生成するようになっている。
【数4】
【0033】
実効値算出部３２は、検出された交流出力電圧ｅ_invに基づいて、この交流出力電圧ｅ_invの実効値を算出することにより実効電圧値Ｘ_invを算出するように構成される。実効電圧値Ｘ_invは、例えば以下の式ＥＱ５を用いて算出される。
ここで、パラメータＭは、以下の式ＥＱ６のように表される。
式ＥＱ６において、“ｆs・Ｔsd”は、時間Ｔsdにおけるサンプリングポイント数を示している。パラメータａは、例えば“０．５”である。この場合には、実効値算出部３２は、交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）における交流出力電圧ｅ_invに基づいて実効値を算出する。なお、これに限定されるものではなく、例えば“０．５”の整数倍であってもよい。
【数5】
ここで、パラメータＭは、以下の式ＥＱ６のように表される。
【数6】
式ＥＱ６において、“ｆs・Ｔsd”は、時間Ｔsdにおけるサンプリングポイント数を示している。パラメータａは、例えば“０．５”である。この場合には、実効値算出部３２は、交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）における交流出力電圧ｅ_invに基づいて実効値を算出する。なお、これに限定されるものではなく、例えば“０．５”の整数倍であってもよい。
【0034】
式ＥＱ５の第１式は、交流出力電圧ｅ_invの２乗を時間積分することにより実効電圧値Ｅ_invを算出する式である。すなわち、この第１式は、連続時間系の式である。この例では、制御部３０は、上述したように、サンプリング周波数ｆsに応じたサンプリング周期で交流出力電圧ｅ_invをサンプリングしている。よって、連続時間系の第１式は、離散時間系の第２式に変換される。この式ＥＱ５の第２式は、移動平均法を用いることにより、第３式に変換される。この式ＥＱ５の右辺のルート内では、前回得られた実効電圧値の２乗（（Ｅ_inv[k-1]）^2）から、一番古い瞬時値に係る値（１／Ｍ・（Ｅ_inv[k-M]）^2）を減算し、一番新しい瞬時値に係る値（１／Ｍ・（Ｅ_inv[k]）^2）を加算している。実効値算出部３２は、サンプリングされた交流出力電圧ｅ_invに基づいて、この第３式を用いて、実効電圧値Ｅ_invを算出することができる。そして、実効値算出部３２は、第４式を用いて、算出された実効電圧値Ｅ_invを直流バス電圧Ｖdcで正規化することにより、実効電圧値Ｘ_invを算出するようになっている。
【0035】
実効値算出部３３は、検出された電流ｉ_uに基づいて、この電流ｉ_uの実効値を算出することにより実効電流値Ｘ_uを算出するように構成される。実効電流値Ｘ_uは、例えば以下の式ＥＱ７を用いて算出される。
【数7】
【0036】
式ＥＱ７の第１式は、電流ｉ_uの２乗を時間積分することにより実効電流値Ｉ_uを算出する式である。式ＥＱ５と同様に、この連続時間系の第１式は、離散時間系の第２式に変換される。そして、この式ＥＱ７の第２式は、移動平均法を用いることにより、第３式に変換される。実効値算出部３３は、サンプリングされた電流ｉ_uに基づいて、この第３式を用いて、実効電流値Ｉ_uを算出することができる。そして、実効値算出部３３は、第４式を用いて、算出された実効電流値Ｉ_uを直流バス電圧Ｖdcで正規化することにより、実効電流値Ｘ_uを算出するようになっている。
【0037】
負荷電流推定部３４は、検出された交流出力電圧ｅ_invおよび検出された電流ｉ_uに基づいて、式ＥＱ３を用いて負荷電流ｉ_laodを推定するように構成される。
【0038】
実効値算出部３５は、推定された負荷電流ｉ_loadに基づいて、この負荷電流ｉ_loadの実効値を算出することにより実効負荷電流値Ｘ_loadを算出するように構成される。実効負荷電流値Ｘ_loadは、例えば以下の式ＥＱ８を用いて算出される。
【数8】
【0039】
式ＥＱ８の第１式は、負荷電流ｉ_loadの２乗を時間積分することにより実効負荷電流値Ｉ_loadを算出する式である。式ＥＱ５と同様に、この連続時間系の第１式は、離散系の第２式に変換される。そして、この式ＥＱ８の第２式は、移動平均法を用いることにより、第３式に変換される。実効値算出部３５は、サンプリングされた負荷電流ｉ_loadに基づいて、この第３式を用いて、実効負荷電流値Ｉ_loadを算出することができる。そして、実効値算出部３５は、第４式を用いて、算出された実効負荷電流値Ｉ_loadを直流バス電圧Ｖdcで正規化することにより、実効負荷電流値Ｘ_loadを算出するようになっている。
【0040】
直流成分算出部３６は、検出された交流出力電圧ｅ_invに基づいて、交流出力電圧ｅ_invの平均値を算出することにより直流成分値Ｘ_invdcを算出するように構成される。直流成分値Ｘ_invdcは、例えば以下の式ＥＱ９を用いて算出される。
ここで、パラメータＮは、以下の式ＥＱ１０のように表される。
上述したように、“ｆs・Ｔsd”は、時間Ｔsdにおけるサンプリングポイント数を示している。パラメータｂは、例えば“１”である。この場合には、直流成分算出部３６は、交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）における交流出力電圧ｅ_invに基づいて平均値を算出する。なお、これに限定されるものではなく、例えば“１”の整数倍であってもよい。
【数9】
ここで、パラメータＮは、以下の式ＥＱ１０のように表される。
【数10】
上述したように、“ｆs・Ｔsd”は、時間Ｔsdにおけるサンプリングポイント数を示している。パラメータｂは、例えば“１”である。この場合には、直流成分算出部３６は、交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）における交流出力電圧ｅ_invに基づいて平均値を算出する。なお、これに限定されるものではなく、例えば“１”の整数倍であってもよい。
【0041】
式ＥＱ９の第１式は、交流出力電圧ｅ_invを時間積分することにより直流成分値Ｅ_invdcを算出する式である。すなわち、この第１式は、連続時間系の式である。この例では、制御部３０は、上述したように、サンプリング周波数ｆsに応じたサンプリング周期で交流出力電圧ｅ_invをサンプリングしている。よって、連続時間系の第１式は、離散時間系の第２式に変換される。直流成分算出部３６は、サンプリングされた交流出力電圧ｅ_invに基づいて、この第２式を用いて、直流成分値Ｅ_invdcを算出することができる。そして、直流成分算出部３６は、第３式を用いて、算出された直流成分値Ｅ_invdcを直流バス電圧Ｖdcで正規化することにより、直流成分値Ｘ_invdcを算出するようになっている。
【0042】
リミッタ３７は、実効電圧指令値Ｘ_inv*を所定の値でリミットすることにより実効電圧指令値Ｘ_invlim*を生成するように構成される。具体的には、リミッタ３７は、以下の式ＥＱ１１に基づいて、実効電圧指令値Ｘ_inv*をリミットする。
ここで、minは、２つの引数のうちの小さい値を選択することを示す関数である。この式ＥＱ１１は、実効電圧指令値Ｘ_inv*をパラメータＴmaxでリミットすることを示している。パラメータＴmaxは、以下の式ＥＱ１２を用いて表される。
ここで、“Ｔd”はスイッチング部２３におけるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２のデッドタイムである。パラメータＴmaxは、時間Ｔsのうちの２つのデッドタイムＴdを除く時間の、時間Ｔsに対する比率を示している。すなわち、このパラメータＴmaxは、ＰＷＭ信号のパルス幅の最大値に対応する。
【数11】
ここで、minは、２つの引数のうちの小さい値を選択することを示す関数である。この式ＥＱ１１は、実効電圧指令値Ｘ_inv*をパラメータＴmaxでリミットすることを示している。パラメータＴmaxは、以下の式ＥＱ１２を用いて表される。
【数12】
ここで、“Ｔd”はスイッチング部２３におけるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２のデッドタイムである。パラメータＴmaxは、時間Ｔsのうちの２つのデッドタイムＴdを除く時間の、時間Ｔsに対する比率を示している。すなわち、このパラメータＴmaxは、ＰＷＭ信号のパルス幅の最大値に対応する。
【0043】
このリミッタ３７は、例えば、電力変換装置１の入力電力よりも電力変換装置１の出力電力の方が大きい過負荷時において動作し得る。すなわち、このような場合には、電力変換装置１の前段の直流電源ＰＤＣは、十分な電力を電力変換装置１に供給することができない。例えば、このような状況が過渡的に生じた場合には、電力変換装置１は、入力キャパシタ２２に蓄えられた電力を効果的に活用することにより、負荷装置ＬＯＡＤに対して電力を供給する。この場合、電力変換装置１は、ＰＷＭ信号のパルス幅の最大値でスイッチング部２３を動作させる。言い換えれば、電力変換装置１は、とり得る最大のデューティ比で動作することにより、負荷装置ＬＯＡＤに対して電力を供給するようになっている。
【0044】
交流電圧制御部３８は、実効電圧指令値Ｘ_invlim*および実効電圧値Ｘ_invに基づいて、実効電圧値Ｘ_invが実効電圧指令値Ｘ_invlim*と等しくなるように実効電圧値Ｘ_invを制御することにより、実効電流値Ｘ_uの指令値である実効電流指令値Ｘ_u*を生成するように構成される。
【0045】
交流電流制御部３９は、実効電流指令値Ｘ_u*および実効電流値Ｘ_u，Ｘ_loadに基づいて、実効電流値Ｘ_uが実効電流指令値Ｘ_u*と等しくなるように実効電流値Ｘ_uを制御することにより、出力電流指令値Ｘ_L*を生成するように構成される。
【0046】
リミッタ４１は、実効電圧値Ｘ_invを所定の値でリミットすることにより実効電圧値Ｘ_invlimを生成するように構成される。具体的には、リミッタ４１は、リミッタ３７と同様に、以下の式ＥＱ１３に基づいて、実効電圧値Ｘ_invをリミットする。
このリミッタ４１は、リミッタ３７と同様に、例えば、電力変換装置１の入力電力よりも電力変換装置１の出力電力の方が大きい過負荷時において動作し得る。
【数13】
このリミッタ４１は、リミッタ３７と同様に、例えば、電力変換装置１の入力電力よりも電力変換装置１の出力電力の方が大きい過負荷時において動作し得る。
【0047】
リミッタ４２は、直流成分値Ｘ_invdcを実効電圧指令値Ｘ_invlim*に応じた値でリミットすることにより直流成分値Ｘ_invdclimを生成するように構成される。具体的には、リミッタ４２は、以下の式ＥＱ１４に基づいて、直流成分値Ｘ_invdcをリミットする。
ここで、maxは、２つの引数のうちの大きい値を選択することを示す関数である。この式は、直流成分値Ｘ_invdcを、実効電圧指令値Ｘ_invlim*のｃ倍の値（ｃ・Ｘ_invlim*）、および実効電圧指令値Ｘ_invlim*の（－ｃ）倍の値（－ｃ・Ｘ_invlim*）でリミットすることを示している。パラメータｃは、０より大きく１より小さい値である。パラメータｃは、例えば“０．０１”に設定される。
【数14】
ここで、maxは、２つの引数のうちの大きい値を選択することを示す関数である。この式は、直流成分値Ｘ_invdcを、実効電圧指令値Ｘ_invlim*のｃ倍の値（ｃ・Ｘ_invlim*）、および実効電圧指令値Ｘ_invlim*の（－ｃ）倍の値（－ｃ・Ｘ_invlim*）でリミットすることを示している。パラメータｃは、０より大きく１より小さい値である。パラメータｃは、例えば“０．０１”に設定される。
【0048】
このリミッタ４２は、リミッタ３７，４１と同様に、例えば、電力変換装置１の入力電力よりも電力変換装置１の出力電力の方が大きい過負荷時において動作し得る。この場合、上述したように、電力変換装置１は、入力キャパシタ２２に蓄えられた電力を効果的に活用することにより、負荷装置ＬＯＡＤに対して電力を供給する。リミッタ３７は、実効電圧指令値Ｘ_inv*を所定の値でリミットすることにより実効電圧指令値Ｘ_invlim*を生成し、リミッタ４１は、実効電圧値Ｘ_invを所定の値でリミットすることにより実効電圧値Ｘ_invlimを生成する。指令値生成部３１は、このような過負荷時において、以下の式ＥＱ１５に示すように、直流成分指令値Ｘ_invdc*を“０”にする
そして、リミッタ４２は、直流成分値Ｘ_invdcを実効電圧指令値Ｘ_invlim*に応じた値でリミットすることにより直流成分値Ｘ_invdclimを生成する。これにより、直流成分値Ｘ_invdclimは、式ＥＱ１４に示したように、実効電圧指令値Ｘ_invlim*の“－０．０１”倍の値以上、かつ実効電圧指令値Ｘ_invlim*の“０．０１”倍の値以下になる。
【数15】
そして、リミッタ４２は、直流成分値Ｘ_invdcを実効電圧指令値Ｘ_invlim*に応じた値でリミットすることにより直流成分値Ｘ_invdclimを生成する。これにより、直流成分値Ｘ_invdclimは、式ＥＱ１４に示したように、実効電圧指令値Ｘ_invlim*の“－０．０１”倍の値以上、かつ実効電圧指令値Ｘ_invlim*の“０．０１”倍の値以下になる。
【0049】
直流成分制御部４３は、直流成分指令値Ｘ_invdc*および直流成分値Ｘ_invdclimに基づいて、直流成分値Ｘ_invdclimが直流成分指令値Ｘ_invdc*と等しくなるように直流成分値Ｘ_invdclimを制御することにより、直流成分指令値Ｘ_dc*を生成するように構成される。
【0050】
電力変換装置１では、直流成分制御部４３を設けることにより、例えば、負荷装置ＬＯＡＤが半波整流負荷を有する場合の不具合を抑えることができる。すなわち、半波整流負荷に対して電力を供給する場合には、図４に示したように、交流出力電圧ｅ_invの周期期間における半分の期間において負荷電流ｉ_loadが流れ、残りの半分の期間において負荷電流ｉ_loadが流れない。このように負荷電流ｉ_loadがアンバランスであるので、負荷電流ｉ_loadが流れる期間における交流出力電圧ｅ_invのピーク値ｅ_aは、負荷電流ｉ_loadが流れない期間における交流出力電圧ｅ_invのピーク値ｅ_aよりも低い。このような交流出力電圧ｅ_invを、複数の負荷装置に供給する場合には、他の負荷装置の動作に影響を与える可能性がある。直流成分制御部４３は、このように半波整流負荷に対して電力を供給する場合でも、交流出力電圧ｅ_invの直流成分を調節するので、ピーク値ｅ_aとピーク値ｅ_bとを互いに等しくすることができる。これにより、電力変換装置１では、交流出力電圧ｅ_invを複数の負荷装置に供給する場合でも、他の負荷装置の動作に影響を与えないようにすることができる。
【0051】
なお、近年は、家庭用の一般的な負荷装置は、商用系統電圧の変動に耐えられるように設計されている。よって、電力変換装置１は、このような家庭用の一般的な負荷装置に対して、電力を供給することができる。電力変換装置１では、このように、交流出力電圧ｅ_invの直流成分を調節するので、家庭用の一般的な負荷装置は、問題なく動作することができる。
【0052】
加算部４４（図３）は、出力電流指令値Ｘ_L*と、直流成分指令値Ｘ_dc*と、実効電圧値Ｘ_invlimとを加算することにより、信号Ｄ_u*を生成するように構成される。
【0053】
乗算部４５は、信号Ｄ_u*と“Sin（θsd）”の値とを乗算することにより信号ｄ_inv*を生成する。θsdは交流出力電圧ｅ_invの位相角度である。
【0054】
ゲートブロック信号生成部４６は、ゲートブロック信号Ｇu，Ｇwを生成するように構成される。ゲートブロック信号生成部４６は、検出された電流ｉ_uの絶対値｜i_u｜が所定のしきい値Ｉthに到達した場合に、ゲートブロック信号Ｇuを低レベルにするようになっている。
【0055】
電力変換装置１では、このように瞬時過電流が生じた場合に、ゲートブロック信号Ｇuを低レベルにすることにより、スイッチング部２３におけるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２を所定の時間にわたりオフにすることができる。その結果、電力変換装置１では、トランジスタＳＷ１～ＳＷ４を保護することができる。以下に、負荷装置ＬＯＡＤが非線形負荷を有する場合を例に挙げて説明する。
【0056】
図５は、負荷装置ＬＯＡＤが非線形負荷を有する場合における、負荷装置ＬＯＡＤの等価回路の一例を表すものである。負荷装置ＬＯＡＤは、入力端子Ｔ３１，Ｔ３２と、ダイオードＤ１～Ｄ４と、キャパシタ１０１と、抵抗素子１０２とを有している。入力端子Ｔ３１，Ｔ３２は、電力変換装置１の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２にそれぞれ接続される。ダイオードＤ１のアノードは入力端子Ｔ３１に接続され、カソードは電圧線Ｌ３１に接続される。ダイオードＤ２のアノードは基準電圧線Ｌ３２に接続され、カソードは入力端子Ｔ３１に接続される。ダイオードＤ３のアノードは入力端子Ｔ３２に接続され、カソードは電圧線Ｌ３１に接続される。ダイオードＤ４のアノードは基準電圧線Ｌ３２に接続され、カソードは入力端子Ｔ３２に接続される。キャパシタ１０１の一端は電圧線Ｌ３１に接続され、カソードは基準電圧線Ｌ３２に接続される。抵抗素子１０２の一端は電圧線Ｌ３１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ３２に接続される。
【0057】
図６は、非線形負荷を有する負荷装置ＬＯＡＤに対して電力を供給する場合における、電力変換装置１の交流出力電圧ｅ_invおよび負荷電流ｉ_loadの波形例を表すものである。電力変換装置１が図５に示したような負荷装置ＬＯＡＤに対して電力を供給する場合には、キャパシタ１０１の充放電により突入電流が発生する。電力変換装置１では、このような瞬時過電流が生じた場合に、ゲートブロック信号Ｇuを低レベルにすることにより、スイッチング部２３におけるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２を所定の短い時間にわたりオフにする。その結果、電力変換装置１では、トランジスタＳＷ１～ＳＷ４を保護することができる。
【0058】
図７は、ゲートブロック信号生成部４６の一動作例を表すものである。電流ｉ_uの絶対値｜i_u｜が所定のしきい値Ｉthに到達すると、ゲートブロック信号生成部４６は、ゲートブロック信号Ｇuを所定の時間Ｔoffにわたり低レベルにする。この時間Ｔoffは、以下の式ＥＱ１６のように表される。
第２式に示したように、パラメータｚは“０”より大きい値に設定される。パラメータｚは、例えば、“０．５”にすることができる。この場合には、スイッチング部２３におけるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２は、図２に示した、スイッチング周期に対応する時間Ｔｓの半分の時間だけオフ状態になる。なお、パラメータｚは、例えば“１”より大きい値にしてもよい。この場合には、例えば、トランジスタＳＷ１，ＳＷ２は、時間Ｔｓより長い時間だけオフ状態になる。
【数16】
第２式に示したように、パラメータｚは“０”より大きい値に設定される。パラメータｚは、例えば、“０．５”にすることができる。この場合には、スイッチング部２３におけるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２は、図２に示した、スイッチング周期に対応する時間Ｔｓの半分の時間だけオフ状態になる。なお、パラメータｚは、例えば“１”より大きい値にしてもよい。この場合には、例えば、トランジスタＳＷ１，ＳＷ２は、時間Ｔｓより長い時間だけオフ状態になる。
【0059】
このように、電力変換装置１では、交流出力電圧ｅ_invの実効値、電流ｉ_uの実効値、負荷電流ｉ_loadの実効値に基づく制御と併せて、瞬時過電流が生じた場合にトランジスタＳＷ１，ＳＷ２を短時間だけオフにする制御を行うようにした。例えば、特許文献１に記載されているような、各種電圧の瞬時値および各種電流の瞬時時に基づく制御と併せて、本開示のような瞬時過電流に対する制御を行うことは難しい。すなわち、このような瞬時値に基づく制御では、スイッチング周期、サンプリング周期、および制御周期で同期動作を行うので、このようにトランジスタＳＷ１，ＳＷ２を短時間だけオフにすると、フィードバック制御において外乱が生じ、制御ループが不安定になる可能性がある。電力変換装置１では、実効値に基づく制御を行うので、このようにトランジスタＳＷ１，ＳＷ２を短時間だけオフにしても、瞬時的な外乱は緩和されるので、フィードバック制御への影響を小さくすることができる。
【0060】
【0061】
ゲート信号生成部５０は、信号ｄ_inv*、キャリア信号ＣＲ、およびゲートブロック信号Ｇu，Ｇwに基づいて、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４を生成するように構成される。
【0062】
図８は、ゲート信号生成部５０の一構成例を表すものである。ゲート信号生成部５０は、比較部５１と、加算部５２と、ＰＷＭ信号生成部５３と、信号生成部５４とを有している。
【0063】
比較部５１は、“Sin（θsd）”の値と“０”とを比較することによりデューティ比ｄ_wを生成するように構成される。比較部５１は、Sin（θsd）の値が“０”より大きい場合（Sin（θsd）＞０）にデューティ比ｄ_wを“０”にし、Sin（θsd）の値が“０”より小さい場合（Sin（θsd）＜０）にデューティ比ｄ_wを“１”にする。このようにして、比較部５１は、Sin（θsd）のゼロクロスタイミングで、“１”および“０”の間で遷移するデューティ比ｄ_wを生成するようになっている。
【0064】
加算部５２は、乗算部４５（図３）から供給された信号ｄ_inv*とデューティ比ｄ_wとを加算することによりデューティ比ｄ_uを生成するように構成される。
【0065】
ＰＷＭ信号生成部５３は、デューティ比ｄ_uおよびキャリア信号ＣＲに基づいて、図２（Ｃ），（Ｄ）に示したゲート信号Ｓ１，Ｓ２を生成するように構成される。ＰＷＭ信号生成部５３は、ゲートブロック信号Ｇuが高レベルである場合に、デューティ比ｄ_uに基づいて、ＰＷＭ信号であるゲート信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、ゲートブロック信号Ｇuが低レベルである場合に、低レベルのゲート信号Ｓ１，Ｓ２を生成するようになっている。ＰＷＭ信号生成部５３は、デューティ比ｄ_uに基づいてゲート信号Ｓ１，Ｓ２を生成する際、デッドタイムＴｄについての情報に基づいて、ゲート信号Ｓ１が高レベルになる期間と、ゲート信号Ｓ２が高レベルになる期間との間に、ゲート信号Ｓ１，Ｓ２がともに低レベルになる、所定の時間（デッドタイムＴｄ）を有する期間を設けるようになっている。
【0066】
信号生成部５４は、デューティ比ｄ_wに基づいて、図２（Ｅ），（Ｆ）に示したゲート信号Ｓ３，Ｓ４を生成するように構成される。信号生成部５４は、ゲートブロック信号Ｇwが高レベルである場合に、デューティ比ｄ_wに基づいてゲート信号Ｓ３，Ｓ４を生成し、ゲートブロック信号Ｇwが低レベルである場合に、低レベルのゲート信号Ｓ３，Ｓ４を生成するようになっている。信号生成部５４は、デューティ比ｄ_wに基づいてゲート信号Ｓ３，Ｓ４を生成する際、デッドタイムＴｄについての情報に基づいて、ゲート信号Ｓ３が高レベルになる期間と、ゲート信号Ｓ４が高レベルになる期間との間に、ゲート信号Ｓ３，Ｓ４がともに低レベルになる、所定の時間（デッドタイムＴｄ）を有する期間を設けるようになっている。
【0067】
図９は、ゲート信号生成部５０の一動作例を表すものであり、（Ａ）は信号ｄ_inv*の波形を示し、（Ｂ）はデューティ比ｄ_wの波形を示し、（Ｃ）はデューティ比ｄ_uの波形を示す。比較部５１は、“Sin（θsd）”の値と“０”とを比較することによりデューティ比ｄ_wを生成する（図９（Ｂ））。加算部５２は、乗算部４５から供給された信号ｄ_inv*とデューティ比ｄ_wとを加算することによりデューティ比ｄ_uを生成する（図９（Ｃ））。ＰＷＭ信号生成部５３は、デューティ比ｄ_u（図２（Ａ））およびキャリア信号ＣＲ（図２（Ｂ））に基づいて、ゲート信号Ｓ１，Ｓ２（図２（Ｃ），（Ｄ））を生成する。そして、信号生成部５４は、デューティ比ｄ_wに基づいて、ゲート信号Ｓ３，Ｓ４（図２（Ｅ），（Ｆ））を生成するようになっている。
【0068】
ここで、スイッチング部２３は、本開示における「スイッチング部」の一具体例に対応する。トランジスタＳＷ１～ＳＷ４は、本開示における「第１～第４のスイッチング素子」の一具体例にそれぞれ対応する。入力端子Ｔ１１，Ｔ１２は、本開示における「入力端子」に対応する。入力端子Ｔ１１は、本開示における「第１の接続端子」の一具体例に対応する。入力端子Ｔ１２は、本開示における「第２の接続端子」の一具体例に対応する。ノードＮ１は、本開示における「第１のノード」の一具体例に対応する。ノードＮ２は、本開示における「第２のノード」の一具体例に対応する。出力端子Ｔ２１，Ｔ２２は、本開示における「出力端子」に対応する。ローパスフィルタ２５は、本開示における「ローパスフィルタ」に対応する。制御部３０は、本開示における「制御部」に対応する。
【0069】
デューティ比ｄ_uは、本開示における「デューティ比」に対応する。交流出力電圧ｅ_invは、本開示における「交流出力電圧」の一具体例に対応する。実効電圧値Ｘ_invは、本開示における「実効電圧値」の一具体例に対応する。実効電圧指令値Ｘ_inv*は、本開示における「第１の実効電圧指令値」の一具体例に対応する。実効電圧指令値Ｘ_invlim*は、本開示における「第２の実効電圧指令値」の一具体例に対応する。直流成分指令値Ｘ_invdc*は、本開示における「直流成分指令値」の一具体例に対応する。直流成分値Ｘ_invdcは、本開示における「第１の直流成分値」の一具体例に対応する。直流成分値Ｘ_invdclimは、本開示における「第２の直流成分値」の一具体例に対応する。負荷電流ｉ_loadは、本開示における「負荷電流」の一具体例に対応する。実効負荷電流値Ｘ_loadは、本開示における「実効負荷電流値」の一具体例に対応する。
【0070】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態の電力変換装置１の動作および作用について説明する。
続いて、本実施の形態の電力変換装置１の動作および作用について説明する。
【0071】
（全体動作概要）
まず、図１，２を参照して、電力変換装置１の全体動作概要を説明する。自立運転を行う際、電力変換装置１は、スイッチ２９Ｕ，２９Ｗをオン状態にする。これにより、負荷装置ＬＯＡＤが電力変換装置１に接続される。制御部３０は、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcに基づいて、演算処理を行うことにより、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。トランジスタＳＷ１～ＳＷ４は、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４に基づいてそれぞれオンオフする。制御部３０は、交流出力電圧ｅ_invの電圧振幅が所定の振幅になるように電圧振幅一定制御を行う。
まず、図１，２を参照して、電力変換装置１の全体動作概要を説明する。自立運転を行う際、電力変換装置１は、スイッチ２９Ｕ，２９Ｗをオン状態にする。これにより、負荷装置ＬＯＡＤが電力変換装置１に接続される。制御部３０は、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcに基づいて、演算処理を行うことにより、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。トランジスタＳＷ１～ＳＷ４は、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４に基づいてそれぞれオンオフする。制御部３０は、交流出力電圧ｅ_invの電圧振幅が所定の振幅になるように電圧振幅一定制御を行う。
【0072】
（詳細動作）
制御部３０は、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcを、サンプリング周波数ｆsに応じたサンプリング周期（例えば５０μsec.（＝１／２０ｋＨｚ））でサンプリングしてＡＤ変換を行うことにより、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcを示すデジタル値をそれぞれ求める。そして、制御部３０は、これらのデジタル値に基づいて演算処理を行う。
制御部３０は、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcを、サンプリング周波数ｆsに応じたサンプリング周期（例えば５０μsec.（＝１／２０ｋＨｚ））でサンプリングしてＡＤ変換を行うことにより、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcを示すデジタル値をそれぞれ求める。そして、制御部３０は、これらのデジタル値に基づいて演算処理を行う。
【0073】
指令値生成部３１（図３）は、交流出力電圧ｅ_invの実効電圧値の指令値である実効電圧指令値Ｘ_inv*、および交流出力電圧ｅ_invの直流成分値の指令値である直流成分指令値Ｘ_invdc*を生成する。実効値算出部３２は、検出された交流出力電圧ｅ_invに基づいて、この交流出力電圧ｅ_invの実効値を算出することにより実効電圧値Ｘ_invを算出する。実効値算出部３３は、検出された電流ｉ_uに基づいて、この電流ｉ_uの実効値を算出することにより実効電流値Ｘ_uを算出する。負荷電流推定部３４は、検出された交流出力電圧ｅ_invおよび検出された電流ｉ_uに基づいて、負荷電流ｉ_laodを推定する。実効値算出部３５は、推定された負荷電流ｉ_loadに基づいて、この負荷電流ｉ_loadの実効値を算出することにより実効負荷電流値Ｘ_loadを算出する。直流成分算出部３６は、検出された交流出力電圧ｅ_invに基づいて、交流出力電圧ｅ_invの平均値を算出することにより直流成分値Ｘ_invdcを算出する。リミッタ３７は、実効電圧指令値Ｘ_inv*を所定の値でリミットすることにより実効電圧指令値Ｘ_invlim*を生成する。交流電圧制御部３８は、実効電圧指令値Ｘ_invlim*および実効電圧値Ｘ_invに基づいて、実効電圧値Ｘ_invが実効電圧指令値Ｘ_invlim*と等しくなるように実効電圧値Ｘ_invを制御することにより、実効電流値Ｘ_uの指令値である実効電流指令値Ｘ_u*を生成する。交流電流制御部３９は、実効電流指令値Ｘ_u*および実効電流値Ｘ_u，Ｘ_loadに基づいて、実効電流値Ｘ_uが実効電流指令値Ｘ_u*と等しくなるように実効電流値Ｘ_uを制御することにより、出力電流指令値Ｘ_L*を生成する。リミッタ４１は、実効電圧値Ｘ_invを所定の値でリミットすることにより実効電圧値Ｘ_invlimを生成する。リミッタ４２は、直流成分値Ｘ_invdcを実効電圧指令値Ｘ_invlim*に応じた値でリミットすることにより直流成分値Ｘ_invdclimを生成する。直流成分制御部４３は、直流成分指令値Ｘ_invdc*および直流成分値Ｘ_invdclimに基づいて、直流成分値Ｘ_invdclimが直流成分指令値Ｘ_invdc*と等しくなるように直流成分値Ｘ_invdclimを制御することにより、直流成分指令値Ｘ_dc*を生成する。加算部４４は、出力電流指令値Ｘ_L*と、直流成分指令値Ｘ_dc*と、実効電圧値Ｘ_invとを加算することにより、信号Ｄ_u*を生成する。乗算部４５は、信号Ｄ_u*と“Sin（θsd）”の値とを乗算することにより信号ｄ_inv*を生成する。ゲートブロック信号生成部４６は、ゲートブロック信号Ｇu，Ｇwを生成する。キャリア信号生成部４７は、キャリア信号ＣＲを生成する。ゲート信号生成部５０は、信号ｄ_inv*、キャリア信号ＣＲ、およびゲートブロック信号Ｇu，Ｇwに基づいて、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。
【0074】
以下に、いくつかのシミュレーション結果を用いて、電力変換装置１の動作および作用について説明する。
【0075】
図１０は、負荷急変時の電力変換装置１の一動作例を表すものである。この例では、タイミングｔ１１において、電力変換装置１に負荷装置ＬＯＡＤが接続され、負荷電流ｉ_loadが流れ始める。このとき、交流出力電圧ｅ_invは、この負荷急変の影響をほぼ受けずに、ほぼ一定の振幅の交流電圧を維持する。
【0076】
電力変換装置１では、式ＥＱ５，ＥＱ７，ＥＱ８の第３式を用いて移動平均値を算出することにより、実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出するようにした。これにより、電力変換装置１は、負荷急変に対して短い時間で応答し、交流出力電圧ｅ_invを安定させることができる。
【0077】
すなわち、例えば、移動平均値を算出せずに、例えば時間Ｔsd（図２）ごとに実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出した場合には、図１１に示すように、交流出力電圧ｅ_invは、負荷急変の影響を受ける可能性がある。この例では、タイミングｔ１２において、電力変換装置に負荷装置ＬＯＡＤが接続され、負荷電流ｉ_loadが流れ始める。このタイミングｔ１２以降において、交流出力電圧ｅ_invは、やや乱れ、交流出力電圧ｅ_invの２周期程度の時間が経過した後に、安定する。このように、移動平均値を用いない場合には、負荷急変に対する応答時間が長くなり得る。
【0078】
一方、電力変換装置１では、移動平均値を算出することにより、実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出するようにした。これにより、電力変換装置１は、負荷急変に対する応答時間を短くすることができる。
【0079】
図１２は、負荷装置ＬＯＡＤが半波整流負荷を有する場合における、電力変換装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）は負荷電流ｉ_loadの波形を示し、（Ｂ）は交流出力電圧ｅ_invの波形を示し、（Ｃ）は交流出力電圧ｅ_invの絶対値｜ｅ_inv｜の波形を示す。負荷装置ＬＯＡＤが半波整流負荷を有するので、図１２（Ａ）に示したように、交流出力電圧ｅ_invの周期期間における半分の期間において負荷電流ｉ_loadが流れ、残りの半分の期間において負荷電流ｉ_loadが流れない。この場合でも、図１２（Ｂ），（Ｃ）に示したように、交流出力電圧ｅ_invの正のピーク値と負のピーク値とを、ほぼ同じにすることができる。
【0080】
電力変換装置１では、直流成分制御部４３を設け、交流出力電圧ｅ_invの直流成分を調節するようにした。これにより、電力変換装置１では、負荷装置ＬＯＡＤが半波整流負荷を有する場合でも、交流出力電圧ｅ_invの直流成分が調節されるので、交流出力電圧ｅ_invの正のピーク値と負のピーク値とを、ほぼ同じにすることができる。
【0081】
すなわち、例えば、直流成分制御部４３を設けない場合には、図１３に示すように、交流出力電圧ｅ_invの正のピーク値と負のピーク値とがずれてしまう。この例では、負荷電流ｉ_loadが流れる期間における交流出力電圧ｅ_invのピーク値は、負荷電流ｉ_loadが流れない期間における交流出力電圧ｅ_invのピーク値よりも低い。この場合には、このような交流出力電圧ｅ_invを、複数の負荷装置に供給する場合に、他の負荷装置に影響を与える可能性がある。
【0082】
一方、電力変換装置１では、直流成分制御部４３を設けるようにしたので、交流出力電圧ｅ_invの直流成分が調節される。これにより、交流出力電圧ｅ_invの正のピーク値と負のピーク値とを、ほぼ同じにすることができる。これにより、電力変換装置１では、交流出力電圧ｅ_invを複数の負荷装置に供給する場合でも、他の負荷装置の動作に影響を与えないようにすることができる。
【0083】
図１４は、電力変換装置１の入力電力よりも電力変換装置１の出力電力の方が大きい過負荷時における、電力変換装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）は交流出力電圧ｅ_invの波形を示し、（Ｂ）は負荷電流ｉ_loadの波形を示し、（Ｃ）は直流バス電圧Ｖdcの波形を示す。この例では、タイミングｔ１３において、電力変換装置１に負荷装置ＬＯＡＤが接続される。これにより、電力変換装置１は、電力変換装置１の前段の直流電源ＰＤＣから供給された電力に基づいて、負荷装置ＬＯＡＤに対して電力を供給しようとする。しかしながら、この例では、この直流電源ＰＤＣの応答が遅く、直流電源ＰＤＣは、電力変換装置１に対してすぐに電力を供給することができない。この場合には、直流電源ＰＤＣの電力供給能力が過渡的に不足するので、電力変換装置１は、入力キャパシタ２２に蓄えられた電力を効果的に活用することにより、負荷装置ＬＯＡＤに対して電力を供給する。これにより、直流バス電圧Ｖdcが過渡的に低下する（図１４（Ｃ））。このとき、電力変換装置１は、ＰＷＭ信号のパルス幅の最大値でスイッチング部２３を動作させる。言い換えれば、電力変換装置１は、とり得る最大のデューティ比で動作することにより、負荷装置ＬＯＡＤに対して電力を供給する。このような過負荷時において、交流出力電圧ｅ_invの振幅は小さくなるが、波形は正弦波の波形を維持する（図１４（Ａ））。そして、直流電源ＰＤＣが応答すると、直流電源ＰＤＣが電力変換装置１に対して電力を供給するので、直流バス電圧Ｖdcは、徐々に元の電圧に戻る。これに応じて、交流出力電圧ｅ_invもまた、徐々に元の振幅に戻る。
【0084】
図１５は、負荷装置ＬＯＡＤが非線形負荷を有する場合における、電力変換装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）は交流出力電圧ｅ_invの波形を示し、（Ｂ）は負荷電流ｉ_loadの波形を示す。この例では、タイミングｔ１４において、電力変換装置１に負荷装置ＬＯＡＤが接続される。これにより、図１５（Ｂ）に示したように、負荷電流ｉ_loadに、負荷装置ＬＯＡＤのキャパシタ１０１（図６）の充放電による瞬時過電流が生じ得る。電力変換装置１は、電流ｉ_uの絶対値｜i_u｜が所定のしきい値Ｉth（この例では７５Ａ）に到達すると、ゲートブロック信号Ｇuを低レベルにすることにより、スイッチング部２３におけるトランジスタＳＷ１，ＳＷ２を所定の短い時間にわたりオフにする。これにより、出力電流が抑制されるので、負荷電流ｉ_loadは、瞬時に大きな電流にならずに済む。このようにして電力変換装置１では、トランジスタＳＷ１～ＳＷ４を保護する。負荷装置ＬＯＡＤのキャパシタ１０１の充電が進むにつれ、瞬時過電流が減っていき、交流出力電圧ｅ_invの振幅は徐々に元の振幅に戻る。
【0085】
なお、図１５（Ａ）に示した交流出力電圧ｅ_invの波形は、商用系統電圧が非線形負荷に電力を供給するときの系統電圧の波形と同様である。よって、電力変換装置１は、家庭用の一般的な負荷装置に対して、このような交流出力電圧ｅ_invを供給しても、負荷装置は問題なく動作することができる。
【0086】
このように、電力変換装置１では、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２における交流出力電圧ｅ_invの実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値（実効電圧指令値Ｘ_inv*）を生成し、この第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値（実効電圧指令値Ｘ_invlim*）を生成し、第２の実効電圧指令値（実効電圧指令値Ｘ_invlim*）および実効電圧値Ｘ_invに基づいてスイッチング部２３の動作を制御するようにした。具体的には、電力変換装置１では、第２の実効電圧指令値（実効電圧指令値Ｘ_invlim*）および実効電圧値Ｘ_invに基づいてデューティ比ｄ_uを算出し、デューティ比ｄ_uに基づいてスイッチング部２３の動作を制御するようにした。これにより、電力変換装置１では、通常動作時だけでなく、入力電力よりも出力電力の方が大きい過負荷時においても、交流出力電圧ｅ_invの波形を正弦波に維持することができる。
【0087】
すなわち、例えば、特許文献１に記載されているように、各種電圧の瞬時値および各種電流の瞬時時に基づいてスイッチング部の動作を制御した場合には、過負荷時には、出力電流のピーク値をカットする方法があり得る。しかしながら、この場合には、出力電流のピーク値がカットされることにより出力電圧のピーク値もまたカットされ、交流出力電圧ｅ_invの波形が方形波に近づき、波形歪みが増大してしまう。このような交流出力電圧ｅ_invが供給する負荷装置ＬＯＡＤでは、不具合が生じる可能性がある。
【0088】
一方、電力変換装置１では、第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値（実効電圧指令値Ｘ_invlim*）を生成し、第２の実効電圧指令値（実効電圧指令値Ｘ_invlim*）および実効電圧値Ｘ_invに基づいてデューティ比ｄ_uを算出するようにした。これにより、通常動作時だけでなく、過負荷時においても、図１４に示したように、交流出力電圧ｅ_invの波形を正弦波に維持することができる。その結果、電力変換装置１では、交流出力電圧の波形歪みを低減することができる。
【0089】
電力変換装置１では、交流出力電圧ｅ_invに基づいて、移動平均値を算出することにより、実効電圧値Ｘ_invを算出するようにした。これにより、図１０，１１に示したように、例えば移動平均値を算出せずに、時間Ｔｓごとに実効電圧値Ｘ_invを算出した場合に比べ、負荷急変に対する応答時間を短くすることができる。
【0090】
電力変換装置１では、交流出力電圧ｅ_invの直流成分値である第１の直流成分値（直流成分値Ｘ_invdc）を第２の実効電圧指令値（実効電圧指令値Ｘ_invlim*）に応じた値でリミットすることにより第２の直流成分値（直流成分値Ｘ_invdclim）を生成し、交流出力電圧ｅ_invの直流成分値の指令値である直流成分指令値Ｘ_invdc*を生成し、第２の実効電圧指令値（実効電圧指令値Ｘ_invlim*）および実効電圧値Ｘ_invと、直流成分指令値Ｘ_invdc*および第２の直流成分値（直流成分値Ｘ_invdclim）とに基づいてスイッチング部２３の動作を制御するようにした。これにより、例えば負荷装置ＬＯＡＤが半波整流負荷を有する場合において、電力変換装置１は、図１２に示したように、交流出力電圧ｅ_invの直流成分を調節し、交流出力電圧ｅ_invの正のピーク値と負のピーク値とを、ほぼ同じにすることができる。よって、電力変換装置１では、交流出力電圧ｅ_invを複数の負荷装置に供給する場合でも、他の負荷装置の動作に交流出力電圧ｅ_invの直流成分に起因する影響を与えないようにすることができる。
【0091】
また、電力変換装置１では、ノードＮ１とローパスフィルタとの間に流れる電流が所定のしきい値Ｉthに到達した場合に、所定の時間長（時間Ｔoff）の期間において、スイッチング部２３が電流を出力しないようにスイッチング部２３の動作を制御するようにした。これにより、例えば、負荷装置ＬＯＡＤが非線形負荷を有する場合に、図１５に示したように、動作を継続しつつ、負荷電流ｉ_loadを抑制することができるので、トランジスタＳＷ１～ＳＷ４を保護することができる。
【0092】
すなわち、例えば、瞬時過電流が生じた場合に、運転を停止するように構成することがあり得る。しかしながら、この場合には、負荷装置ＬＯＡＤが非線形負荷を有する場合には、瞬時過電流が繰り返し生じ得るので、電力変換装置は、運転の停止および再起動を繰り返すため、継続運転を行うことができない。
【0093】
一方、電力変換装置１では、スイッチング部２３とローパスフィルタ２５との間に流れる電流ｉ_uが所定のしきい値Ｉthに到達した場合に、所定の時間長（時間Ｔoff）の期間において、スイッチング部２３が電流を出力しないようにスイッチング部２３の動作を制御するようにした。これにより、電力変換装置１では、負荷装置ＬＯＡＤが非線形負荷を有する場合でも、継続運転を行うことができる。
【0094】
［効果］
以上のように本実施の形態では、出力端子における交流出力電圧の実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値を生成し、この第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値を生成し、第２の実効電圧指令値および実効電圧値に基づいてスイッチング部の動作を制御するようにしたので、交流出力電圧の波形歪みを低減することができる。
以上のように本実施の形態では、出力端子における交流出力電圧の実効電圧値の指令値である第１の実効電圧指令値を生成し、この第１の実効電圧指令値を所定の値でリミットすることにより第２の実効電圧指令値を生成し、第２の実効電圧指令値および実効電圧値に基づいてスイッチング部の動作を制御するようにしたので、交流出力電圧の波形歪みを低減することができる。
【0095】
本実施の形態では、交流出力電圧に基づいて、移動平均値を算出することにより、実効電圧値を算出するようにしたので、負荷急変に対する応答時間を短くすることができる。
【0096】
本実施の形態では、交流出力電圧の直流成分値である第１の直流成分値を第２の実効電圧指令値に応じた値でリミットすることにより第２の直流成分値を生成し、交流出力電圧の直流成分値の指令値である直流成分指令値を生成し、第２の実効電圧指令値および実効電圧値と、直流成分指令値および第２の直流成分値とに基づいてスイッチング部の動作を制御するようにしたので、交流出力電圧を複数の負荷装置に供給する場合でも、他の負荷装置の動作に影響を与えないようにすることができる。
【0097】
本実施の形態では、スイッチング部とローパスフィルタとの間に流れる電流が所定のしきい値に到達した場合に、所定の時間長の期間において、スイッチング部が電流を出力しないようにスイッチング部の動作を制御するようにしたので、トランジスタを保護することができる。
【0098】
[変形例１]
上記実施の形態では、式ＥＱ６において、パラメータａを“０．５”にした。これにより、実効値算出部３２は、交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）における交流出力電圧ｅ_invに基づいて、移動平均値を算出することにより実効電圧値Ｘ_invを算出した。同様に、実効値算出部３３は、交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）における電流ｉ_uに基づいて、移動平均値を算出することにより実効電流値Ｘ_uを算出した。実効値算出部３５は、交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）における負荷電流ｉ_loadに基づいて、移動平均値を算出することにより実効負荷電流値Ｘ_loadを算出した。しかしながら、これに限定されるものではない。これに代えて、例えばパラメータａを“１”にしてもよい。これにより、実効値算出部３２は、交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）における交流出力電圧ｅ_invに基づいて、移動平均値を算出することにより実効電圧値Ｘ_invを算出し、実効値算出部３３は、交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）における電流ｉ_uに基づいて、移動平均値を算出することにより実効電流値Ｘ_uを算出し、実効値算出部３５は、交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）における負荷電流ｉ_loadに基づいて、移動平均値を算出することにより実効負荷電流値Ｘ_loadを算出することができる。
上記実施の形態では、式ＥＱ６において、パラメータａを“０．５”にした。これにより、実効値算出部３２は、交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）における交流出力電圧ｅ_invに基づいて、移動平均値を算出することにより実効電圧値Ｘ_invを算出した。同様に、実効値算出部３３は、交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）における電流ｉ_uに基づいて、移動平均値を算出することにより実効電流値Ｘ_uを算出した。実効値算出部３５は、交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）における負荷電流ｉ_loadに基づいて、移動平均値を算出することにより実効負荷電流値Ｘ_loadを算出した。しかしながら、これに限定されるものではない。これに代えて、例えばパラメータａを“１”にしてもよい。これにより、実効値算出部３２は、交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）における交流出力電圧ｅ_invに基づいて、移動平均値を算出することにより実効電圧値Ｘ_invを算出し、実効値算出部３３は、交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）における電流ｉ_uに基づいて、移動平均値を算出することにより実効電流値Ｘ_uを算出し、実効値算出部３５は、交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）における負荷電流ｉ_loadに基づいて、移動平均値を算出することにより実効負荷電流値Ｘ_loadを算出することができる。
【0099】
[変形例２]
上記実施の形態では、式ＥＱ５，ＥＱ７，ＥＱ８の第３式を用いて移動平均値を算出することにより、実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出するようにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、移動平均値を算出せずに、式ＥＱ５，ＥＱ７，ＥＱ８の第２式を用いて、例えば交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）ごとに、実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出してもよい。また、例えば、移動平均値を算出せずに、式ＥＱ５，ＥＱ７，ＥＱ８の第２式を用いて、例えば交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）ごとに、実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出してもよい。
上記実施の形態では、式ＥＱ５，ＥＱ７，ＥＱ８の第３式を用いて移動平均値を算出することにより、実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出するようにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、移動平均値を算出せずに、式ＥＱ５，ＥＱ７，ＥＱ８の第２式を用いて、例えば交流出力電圧ｅ_invの半周期分の時間（時間Ｔsd／２）ごとに、実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出してもよい。また、例えば、移動平均値を算出せずに、式ＥＱ５，ＥＱ７，ＥＱ８の第２式を用いて、例えば交流出力電圧ｅ_invの１周期分の時間（時間Ｔsd）ごとに、実効電圧値Ｘ_inv、実効電流値Ｘ_u、および実効負荷電流値Ｘ_loadを算出してもよい。
【0100】
[変形例３]
上記実施の形態では、リミッタ４２は、式ＥＱ１４に基づいて、直流成分値Ｘ_invdcを実効電圧指令値Ｘ_invlim*に応じた値でリミットしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、以下の式ＥＱ１７に基づいて、直流成分値Ｘ_invdcを実効電圧指令値Ｘ_inv*に応じた値でリミットしてもよい。
これにより、直流成分値Ｘ_invdclimは、式ＥＱ１７に示したように、実効電圧指令値Ｘ_inv*の“－０．０１”倍の値以上、かつ実効電圧指令値Ｘ_inv*の“０．０１”倍の値以下になる。
上記実施の形態では、リミッタ４２は、式ＥＱ１４に基づいて、直流成分値Ｘ_invdcを実効電圧指令値Ｘ_invlim*に応じた値でリミットしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、以下の式ＥＱ１７に基づいて、直流成分値Ｘ_invdcを実効電圧指令値Ｘ_inv*に応じた値でリミットしてもよい。
【数17】
これにより、直流成分値Ｘ_invdclimは、式ＥＱ１７に示したように、実効電圧指令値Ｘ_inv*の“－０．０１”倍の値以上、かつ実効電圧指令値Ｘ_inv*の“０．０１”倍の値以下になる。
【0101】
[変形例４]
上記実施の形態では、図１に示したように、ノードＮ１とローパスフィルタ２５とを結ぶ経路に電流センサ２４を設けたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図１６に示す電力変換装置１Ａのように、ノードＮ２とローパスフィルタ２５とを結ぶ経路に電流センサ２４Ａを設けてもよい。この電力変換装置１Ａは、電流センサ２４Ａと、制御部３０Ａとを備えている。
上記実施の形態では、図１に示したように、ノードＮ１とローパスフィルタ２５とを結ぶ経路に電流センサ２４を設けたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図１６に示す電力変換装置１Ａのように、ノードＮ２とローパスフィルタ２５とを結ぶ経路に電流センサ２４Ａを設けてもよい。この電力変換装置１Ａは、電流センサ２４Ａと、制御部３０Ａとを備えている。
【0102】
電流センサ２４Ａは、ノードＮ２とローパスフィルタ２５とを結ぶ経路に設けられ、この経路に流れる電流ｉ_wを検出するように構成される。電流センサ２４Ａの一端はノードＮ２に接続され、他端はキャパシタ２７の他端に接続される。電流センサ２４Ａは、ローパスフィルタ２５からノードＮ２に向かって流れる場合に正になるように電流ｉ_wを検出する。電流センサ２４Ａは、電流ｉ_wの検出結果を制御部３０Ａに供給するようになっている。
【0103】
制御部３０Ａは、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_w、および直流バス電圧Ｖdcに基づいて、演算処理を行うことにより、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。制御部３０Ａは、上記実施の形態に係る各式における電流ｉ_uを、電流ｉ_wに置き換えた式を用いて、各種演算を行うようになっている。
【0104】
また、例えば、図１７に示す電力変換装置１Ｂのように、ノードＮ１とローパスフィルタ２５とを結ぶ経路に電流センサ２４を設けるとともに、ノードＮ２とローパスフィルタ２５とを結ぶ経路に電流センサ２４Ａを設けてもよい。この電力変換装置１Ｂは、電流センサ２４，２４Ａと、制御部３０Ｂとを備えている。
【0105】
制御部３０Ｂは、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u，ｉ_w、および直流バス電圧Ｖdcに基づいて、演算処理を行うことにより、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。制御部３０Ｂは、上記実施の形態に係る各式における電流ｉ_uを、電流ｉ_uおよび電流ｉ_wの平均値に置き換えた式を用いて、各種演算を行うようになっている。
【0106】
[変形例５]
上記実施の形態では、トランジスタＳＷ１，ＳＷ２に対してＰＷＭ制御を行うようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、さらに、トランジスタＳＷ３，ＳＷ４に対してもＰＷＭ制御を行うようにしてもよい。以下に、本変形例に係る電力変換装置１Ｃについて詳細に説明する。
上記実施の形態では、トランジスタＳＷ１，ＳＷ２に対してＰＷＭ制御を行うようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、さらに、トランジスタＳＷ３，ＳＷ４に対してもＰＷＭ制御を行うようにしてもよい。以下に、本変形例に係る電力変換装置１Ｃについて詳細に説明する。
【0107】
図１８は、電力変換装置１Ｃの一構成例を表すものである。電力変換装置１Ｃは、ローパスフィルタ２５Ｃと、制御部３０Ｃとを備えている。
【0108】
ローパスフィルタ２５Ｃは、ＡＣリアクトル２６，６６と、キャパシタ２７とを有している。ＡＣリアクトル６６は、ノードＮ２と出力端子Ｔ２２とを結ぶ経路に設けられ、一端はノードＮ２に接続され、他端は電圧線ＷＬに接続される。ＡＣリアクトル６６は、ＡＣリアクトル２６と同様に、インダクタンスＬinvと、内部レジスタンスＲinvとを有する。
【0109】
制御部３０Ｃは、交流出力電圧ｅ_inv、電流ｉ_u、および直流バス電圧Ｖdcに基づいて、演算処理を行うことにより、ゲート信号Ｓ１～Ｓ４を生成する。制御部３０Ｃは、上記実施の形態に係る制御部３０（図３）と同様に、ゲート信号生成部５０Ｃを有している。
【0110】
図１９は、ゲート信号生成部５０Ｃの一構成例を表すものである。ゲート信号生成部５０Ｃは、乗算部６２と、ＰＷＭ信号生成部５３，６３とを有している。
【0111】
乗算部６２は、信号Ｆinvと信号ｄ_inv*を乗算することによりデューティ比ｄ_wを生成するように構成される。信号Ｆinvは、“１”または“－１”をとり得る。信号Ｆinvが“１”である場合には、電力変換装置１Ｃは、バイポーラＰＷＭ動作を行う。信号Ｆinvが“－１”である場合には、電力変換装置１Ｃは、ユニポーラＰＷＭ動作を行う。
【0112】
ＰＷＭ信号生成部５３は、信号ｄ_inv*をデューティ比ｄ_uとして用い、デューティ比ｄ_uおよびキャリア信号ＣＲに基づいてゲート信号Ｓ１，Ｓ２を生成するように構成される。
【0113】
ＰＷＭ信号生成部６３は、デューティ比ｄ_wおよびキャリア信号ＣＲに基づいてゲート信号Ｓ３，Ｓ４を生成するように構成される。
【0114】
[変形例６]
上記実施の形態では、図３に示したように、直流成分制御部４３を設け、交流出力電圧ｅ_invの直流成分を調節するようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、交流出力電圧ｅ_invの直流成分を調整しないようにしてもよい。以下に、本変形例に係る電力変換装置について詳細に説明する。この電力変換装置は、制御部３０Ｄを備えている。
上記実施の形態では、図３に示したように、直流成分制御部４３を設け、交流出力電圧ｅ_invの直流成分を調節するようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、交流出力電圧ｅ_invの直流成分を調整しないようにしてもよい。以下に、本変形例に係る電力変換装置について詳細に説明する。この電力変換装置は、制御部３０Ｄを備えている。
【0115】
図２０は、制御部３０Ｄの一構成例を表すものである。制御部３０Ｄは、指令値生成部３１Ｄと、実効値算出部３２，３３と、負荷電流推定部３４と、実効値算出部３５と、リミッタ３７と、交流電圧制御部３８と、交流電流制御部３９と、リミッタ４１と、加算部４４Ｄと、乗算部４５と、ゲートブロック信号生成部４６と、キャリア信号生成部４７と、ゲート信号生成部５０とを有している。すなわち、制御部３０Ｄは、上記実施の形態に係る制御部３０（図３）から、リミッタ４２および直流成分制御部４３を省くとともに、指令値生成部３１を指令値生成部３１Ｄに変更し、加算部４４を加算部４４Ｄに変更したものである。
【0116】
指令値生成部３１Ｄは、交流出力電圧ｅ_invの実効電圧値の指令値である実効電圧指令値Ｘ_inv*を生成するように構成される。加算部４４Ｄは、出力電流指令値Ｘ_L*および実効電圧値Ｘ_invlimを加算することにより、信号Ｄ_u*を生成するように構成される。
【0117】
このような電力変換装置は、例えば、所定の特性や所定の用途を有する負荷装置ＬＯＡＤに対してのみ電力を供給する場合に用いられる。このような電力変換装置は、例えば、パーソナルコンピュータに電力を供給する、パーソナルコンピュータ用の無停電電源装置電源（Uninterruptible Power Supply）に適用することができる。交流出力電圧ｅ_invの直流成分は、このような負荷装置ＬＯＡＤの動作に影響がないようにすることができる。具体的には、交流出力電圧ｅ_invの直流成分は、例えば定格出力電圧の±１％以内に収まるようにすることができる。
【0118】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
【0119】
例えば、交流出力電圧ｅ_invの周期（時間Ｔsd）の値、トランジスタＳＷ１，ＳＷ２のスイッチング周期（時間Ｔｓ）の値、サンプリング周波数ｆsの値は、一例であり、適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【0120】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…電力変換装置、２１…電圧センサ、２２…入力キャパシタ、２３…スイッチング部、２４，２４Ａ…電流センサ、２５，２５Ｃ…ローパスフィルタ、２６…ＡＣリアクトル、２７…キャパシタ、２８…電圧センサ、２９Ｕ，２９Ｗ…スイッチ、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…制御部、３１，３１Ｄ…指令値生成部、３２，３３，３５…実効値算出部、３４…負荷電流推定部、３６…直流成分算出部、３７，４１，４２…リミッタ、３８…交流電圧制御部、３９…交流電流制御部、４３…直流成分制御部、４４，４４Ｄ…加算部、４５…乗算部、４６…ゲートブロック信号生成部、４７…キャリア信号生成部、５０，５０Ｃ…ゲート信号生成部、５１…比較部、５２…加算部、５３，６３…ＰＷＭ信号生成部、５４…信号生成部、６２…乗算部、６６…ＡＣリアクトル、ＣＲ…キャリア信号、ｄ_u，ｄ_w…デューティ比、ｅ_inv…交流出力電圧、ｉ_load…負荷電流、ｉ_u，ｉ_w…電流、Ｇu，Ｇw…ゲートブロック信号、ＬＯＡＤ…負荷装置、Ｌ１…電圧線、Ｌ２…基準電圧線、Ｎ１，Ｎ２…ノード、ＰＤＣ…直流電源、Ｓsd…スイッチ制御信号、ＳＷ１～ＳＷ４…トランジスタ、Ｓ１～Ｓ４…ゲート信号、Ｔｄ…デッドタイム、Ｔ１１，Ｔ１２…入力端子、Ｔ２１，Ｔ２２…出力端子、ＵＬ，ＷＬ…電圧線、Ｖdc…直流バス電圧、Ｘ_inv，Ｘ_invlim…実効電圧値、Ｘ_invdc，Ｘ_invdclim…直流成分値、Ｘinvdc*…直流成分指令値、Ｘ_inv*，Ｘ_invlim*…実効電圧指令値、Ｘ_load…実効負荷電流値、Ｘ_u…実効電流値。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】