特開 2022-187140 直列接続電源システム

(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】P2022187140

(43)【公開日】2022-12-19

(54)【発明の名称】直列接続電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20221212BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 W

H02M3/28 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021094993

(22)【出願日】2021-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000144393

【氏名又は名称】株式会社三社電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川端 龍哉

(72)【発明者】

【氏名】千本 純輝

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AS01

5H730AS02

5H730BB26

5H730BB27

5H730BB85

5H730CC02

5H730DD02

5H730DD16

5H730EE03

5H730FD01

5H730FD31

5H730FF09

5H730FG05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】２以上の電源ユニットを直列に接続して構成される直列接続電源システムを提供する。
【解決手段】直列接続電源システムは、各電源ユニットの制御部が、定電流制御モードにおいて第１の応答性で電流制御を行う電流メジャーループＣＩＭＪと、定電流制御モードにおいて第１の応答性よりも高速の第２の応答性で電流制御を行い電流メジャーループＣＩＭＪの内側に配置される電流マイナーループＣＩＭＮと、定電圧制御モードにおいて第１の応答性で電圧制御を行う電圧メジャーループＣＶＭＪと、定電圧制御モードにおいて第２の応答性で電圧制御を行い電圧メジャーループＣＶＭＪの内側に配置される電圧マイナーループＣＶＭＮと、電流メジャーループＣＩＭＪにおいて所定の条件を満たすときに、電流メジャーループＣＩＭＪの電流制御を停止するスイッチ部Ｓと、を備える。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２以上の電源ユニットを直列に接続して構成される直列接続電源システムにおいて、
各電源ユニットは、
出力電流が電流設定値となるように出力電流を制御する定電流制御モードと、出力電圧が電圧設定値となるように出力電圧を制御する定電圧制御モードを備える制御部を備え、
前記制御部は、
前記定電流制御モードにおいて、第１の応答性で電流制御を行う電流メジャーループと、
前記定電流制御モードにおいて、前記第１の応答性よりも高速の第２の応答性で電流制御を行い、前記電流メジャーループの内側に配置される電流マイナーループと、
前記定電圧制御モードにおいて、前記第１の応答性で電圧制御を行う電圧メジャーループと、
前記定電圧制御モードにおいて、前記第２の応答性で電圧制御を行い、前記電圧メジャーループの内側に配置される電圧マイナーループと、
を備え、
前記電流メジャーループにおいて前記電流設定値と前記出力電流との電流偏差が所定の条件を満たすときに、前記電流メジャーループの電流制御を停止し前記電流マイナーループだけで電流制御を行うスイッチ部と、
を備える、直列接続電源システム。

【請求項2】

前記所定の条件を満たすときは、前記電流偏差が、前記電圧メジャーループにおいての前記電圧設定値と前記出力電圧との電圧偏差以下の第１条件を満たすときである、請求項１記載の直列接続電源システム。

【請求項3】

前記所定の条件を満たすときは、前記第１条件と、前記電流偏差が予め設定した第１の値以下の第２条件とのＡＮＤ条件を満たすときである、請求項２記載の直列接続電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２以上の電源ユニットを直列に接続して構成される直列接続電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

２以上の電源ユニットを接続することにより、出力電圧を大きくし、または出力電流を大きくすることが出来る。

【0003】

図１（Ａ）は、２つの電源ユニットＰＭ１とＰＭ２とを直列接続した直列接続電源システムを示し、図１（Ｂ）は、２つの電源ユニットＰＭ１とＰＭ２とを並列接続した並列接続電源システムを示す。電源ユニットＰＭ１とＰＭ２が直列接続されている図１（Ａ）の直列接続電源システムでは、負荷に対して各電源ユニットの出力電圧の２倍の電圧を印加できる。また、電源ユニットＰＭ１とＰＭ２が並列接続されている図１（Ｂ）の並列接続電源システムでは、負荷に対して各電源ユニットの出力電流の２倍の電流を印加できる。なお、各電源ユニットＰＭ１とＰＭ２は制御ユニットＣＭで制御される。

【0004】

また、各電源ユニットの制御は、出力と設定値の誤差（エラー信号）をゼロにするフィードバック制御で行われるが、安定な制御を目指すために２系統の制御ループを使用することがある。この２系統の制御ループは、メジャーループとマイナーループと称される。一例として、定電流制御モード時と定電圧制御モード時の両方のモードのそれぞれにおいて、メジャーループの内側にマイナーループを設定し、メジャーループの応答性を低速とし、マイナーループの応答性を高速とする。このような構成の先行例としては、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用する構成で、マイナーループの制御周波数ｆ１＞メジャーループの制御周波数ｆ２とする（特許文献１）。特許文献１によれば、マイナーループの高速制御の不安定性をメジャーループの低速制御で補完でき、全体としてリップルの少ない安定な制御系となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１９３３８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、図１（Ａ）に示す直列接続電源システムでは、上記の２系統の制御ループを採用しても、各電源ユニットの制御誤差により、電源ユニット間の干渉が生じ、これにより負荷に供給される出力電流に歪やリップルが発生することがある。

【0007】

図２は、図１（Ａ）に示す直列接続電源システムにおいて、定電流制御モード時の出力電流の実測の波形を示している。この波形は、定電流制御モードにおいて出力電流波形に歪やリップルが生じていることを示している。なぜ、このような現象が生じるのか検討したところ、主たる原因が、定電流制御モード時のメジャーループの制御にあることが判明した。なお、直列接続電源システムの定電圧制御モード時や、図１（Ｂ）に示す並列接続電源システムではこのような出力電流歪は発生していない。また、単独の電源ユニットでの電源システムでもこのような出力電流歪は発生していない。

【0008】

そこで、本発明の目的は、直列接続電源システムの定電流制御モード時に出力電流の歪やリップルが生じない構成を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の直列接続電源システムは、
２以上の電源ユニットを直列に接続して構成される直列接続電源システムにおいて、
各電源ユニットは、
出力電流が電流設定値となるように出力電流を制御する定電流制御モードと、出力電圧が電圧設定値となるように出力電圧を制御する定電圧制御モードを備える制御部を備え、
前記制御部は、
前記定電流制御モードにおいて、第１の応答性で電流制御を行う電流メジャーループと、
前記定電流制御モードにおいて、前記第１の応答性よりも高速の第２の応答性で電流制御を行い、前記電流メジャーループの内側に配置される電流マイナーループと、
前記定電圧制御モードにおいて、前記第１の応答性で電圧制御を行う電圧メジャーループと、
前記定電圧制御モードにおいて、前記第２の応答性で電圧制御を行い、前記電圧メジャーループの内側に配置される電圧マイナーループと、
を備え、
前記電流メジャーループにおいて前記電流設定値と前記出力電流との電流偏差が所定の条件を満たすときに、前記電流メジャーループの電流制御を停止し前記電流マイナーループだけで電流制御を行うスイッチ部と、
を備える、直列接続電源システム。

【0010】

本発明では、制御系に定電流制御モードと定電圧制御モードを備えている。定電流制御モードと定電圧制御モードは、電流設定値、電圧設定値、および負荷の関係で決まる。負荷抵抗が小さくて出力電流が電流設定値に到達する場合は定電流制御モードとなり、負荷抵抗が大きくて出力電圧が電圧設定値に到達する場合は定電圧制御モードとなる。

【0011】

定電流制御モードでは、電流メジャーループの内側に電流マイナーループが置かれている。電流マイナーループの第１の応答性は電流メジャーループの第２の応答性よりも高速に設定され、これらのループの制御によって定電流制御が行われる。

【0012】

定電圧制御モードでは、電圧メジャーループの内側に電圧マイナーループが置かれている。電圧マイナーループの第１の応答性は電圧メジャーループの第２の応答性よりも高速に設定され、これらのループの制御によって定電圧制御が行われる。

【0013】

スイッチ部は、前記電流メジャーループにおいて前記電流設定値と前記出力電流との電流偏差が所定の条件を満たすときに、前記電流メジャーループの電流制御を停止し前記電流マイナーループだけで電流制御を行う。それ以外のときは、電流メジャーループと電流マイナーループの両方のループで電流制御を行う。

【0014】

前記所定の条件を満たすときは、前記電流偏差が、前記電圧メジャーループにおいての前記電圧設定値と前記出力電圧との電圧偏差以下の第１条件を満たすときである。

【0015】

また、前記所定の条件を満たすときは、第１条件と、前記電流偏差が予め設定した第１の値以下の第２条件のＡＮＤ条件を満たすときである。

【0016】

以上の構成により、電流メジャーループにおいての電流偏差が大きい時にのみ電流メジャーループと電流マイナーループの両方のループで電流制御を行い、上記電流偏差が小さい時は電流マイナーループだけで電流制御を行う。

【0017】

このように制御すると、直列接続電源システムにおいて、出力電流の歪やリップルが十分に抑制される。

【発明の効果】

【0018】

本発明では、定電流制御モードにおいて、電流メジャーループにおいて電流目標値と出力電流との電流偏差が一定の値以下のときは、電流メジャーループの電流制御を停止し、電流マイナーループだけで電流制御を行う。このため電流偏差の小さい時には電流マイナーループだけで電流制御が行われる。このような選択的電流制御により、直列接続電源システムにおいての出力電流の歪やリップルの発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１（Ａ）は、２つの電源ユニットＰＭ１とＰＭ２とを直列接続した直列接続電源システムを示し、図１（Ｂ）は、２つの電源ユニットＰＭ１とＰＭ２とを並列接続した並列接続電源システムを示す。

【図2】図２は、図１（Ａ）の直列接続電源システムにおいて、定電流制御モード時の出力電流の実測の波形を模式的に示している。

【図3】図３は、本発明の実施形態である直列接続電源システムの構成図である。

【図4】図４は、パワーモジュールＰＭ１の構成図である。

【図5】図５は、制御部５の構成図である。

【図6】図６は、電流制御系ＣＩの概念図である。

【図7】図７は、電圧制御系ＣＶの概念図である。

【図8】図８は、電圧マイナーループＣＶＭＮと電流マイナーループＣＩＭＮの構成図を示す。

【図9】図９は、電圧メジャーループＣＶＭＪと電流メジャーループＣＩＭＪの構成図を示す。

【図10】図１０は、制御演算部５１のより具体的な構成図である。

【図11】図１１は、本実施形態の直列接続電源システムにおいて、出力電流の実測の波形を模式的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図３は、本発明の実施形態である直列接続電源システムの構成図である。

【0021】

直列接続電源システムは、３つの電源ユニット（以下、パワーモジュール）ＰＭ１～ＰＭ３と、これらのパワーモジュールＰＭ１～ＰＭ３を制御する制御ユニット（以下、コントロールモジュール）ＣＭとで構成される。パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ３はそれぞれ同じ特性のものであり定電流制御モードと定電圧制御モードのいずれかで制御を行う。パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ３は、直列に接続され、出力側に負荷Ｌが接続される。コントロールモジュールＣＭは、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ３に対して、出力電流の設定値となる電流設定値Ｉと出力電圧の設定値となる電圧設定値Ｖを設定し、また、各パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ３の動作状態を監視する。

【0022】

なお、定電流制御モードと定電圧制御モードは、電流設定値Ｉ、電圧設定値Ｖ、および負荷の関係でユーザが設定する。負荷抵抗が小さくて出力電流が電流設定値Ｉに到達する場合は定電流制御モードで動作をし、負荷抵抗が大きくて出力電圧が電圧設定値Ｖに到達する場合は定電圧モードで動作する。

【0023】

定電流制御モードでは、電流設定値Ｉが出力電流の目標値となり、電圧設定値Ｖは出力電圧の上限値となる。この場合、通常は定電流制御モードで運転されるが、出力電圧が上限値に達すると定電圧制御モードとなる。

【0024】

また、定電圧制御モードでは、電圧設定値Ｖが出力電圧の目標値となり、電流設定値Ｉは出力電流の上限値となる。この場合、通常は定電圧制御モードで運転されるが、出力電流が上限値に達すると定電流制御モードとなる。

【0025】

図３では、パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ３を直列に接続することで出力電圧を各パワーモジュールの出力電圧の３倍にする。要求される出力電圧の大きさにより、直列に接続されるパワーモジュールの台数が決められる。

【0026】

図４は、パワーモジュールＰＭ１の構成図である。他のパワーモジュールＰＭ２、ＰＭ３も同じ構成である。

【0027】

パワーモジュールＰＭ１は、電源１０からの入力電流を整流する整流部３と、整流部３の整流出力を入力とするＤＣ／ＤＣコンバータ４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力をフィードバックしてＤＣ／ＤＣコンバータ４のスイッチングを制御する制御部５と、出力電流検出器６と、出力電圧検出器７とを備える。

【0028】

制御部５には、電流設定値Ｉと電圧設定値Ｖを含む制御信号ＴＣ１がコントロールモジュールＣＭから入力される。制御部５は、定電流制御モードの場合、出力電流検出器６の検出値Ｉｄｅｔが電流設定値Ｉに一致するように、また、出力電圧検出器７の検出値Ｖｄｅｔが電圧設定値Ｖを超えないように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のスイッチングを制御する。制御部５は、定電圧制御モードの場合、出力電圧検出器７の検出値Ｖｄｅｔが電圧設定値Ｖに一致するように、また、出力電流検出器６の検出値Ｉｄｅｔが電流設定値Ｉを超えないように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のスイッチングを制御する。いずれのモードでも、具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のスイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。

【0029】

以上の構成で、直列接続電源システムの正常運転中においては、出力電流ＩＬは、各パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ３の出力電流Ｉｏに等しく、出力電圧ＶＬ、すなわち負荷Ｌの入力電圧は、各パワーモジュールＰＭ１～ＰＭ３の出力電圧Ｖｏの合計値となる。また、定電流制御モードの場合、出力電流Ｉｏは電流設定値Ｉに等しくなるように、且つ、出力電圧Ｖｏは電圧設定値Ｖを超えないように制御される。

【0030】

図５は、制御部５の構成図である。

【0031】

制御部５は、出力電流検出器６の検出値Ｉｄｅｔと出力電圧検出器７の検出値Ｖｄｅｔに基づいて、ＰＷＭ信号を生成する。

【0032】

制御部５は、検出値Ｉｄｅｔと検出値Ｖｄｅｔが入力する検出部５０と、制御演算部５１と、ＰＷＭ生成部５２と、ゲート駆動部５３と、設定部５４とを備える。

【0033】

検出部５０は、フィードバック信号として検出値Ｉｄｅｔと検出値Ｖｄｅｔとを検出する。設定部５４は、コントロールモジュールＣＭからの制御信号ＴＣ１に含まれる電流設定値Ｉと電圧設定値Ｖを設定し、制御演算部５１に入力する。制御演算部５１には、さらに上記検出値Ｉｄｅｔと検出値Ｖｄｅｔとが入力される。

【0034】

制御演算部５１はＣＰＵを含み、所定の演算周期で動作する。制御演算部５１は定電流制御モードにおいて電流設定値Ｉと検出値Ｉｄｅｔとが一致するように、また、電圧設定値Ｖと検出値Ｖｄｅｔとを比較して、検出値Ｖｄｅｔが電圧設定値Ｖを超えないように制御系の操作量ＯＰを演算し、操作量ＯＰをＰＷＭ生成部５２に出力する。ゲート駆動部５３は、ＰＷＭ生成部５２からの信号によりＤＣ／ＤＣコンバータ４のスイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ信号を生成する。

【0035】

制御演算部５１では、定電流制御モードのときに電流制御系ＣＩにより定電流制御が行われる。このとき、出力電圧が電圧設定値を超えると定電圧制御モードに切り替わり、制御は電流制御系ＣＩから電圧制御系ＣＶに切り替わる。

【0036】

また、電流制御系ＣＩと電圧制御系ＣＶとは、それぞれ、メジャーループとマイナーループの制御系を備えている。

【0037】

図６は、電流制御系ＣＩの概念図である。

【0038】

図示のように、電流メジャーループＣＩＭＪの内側に電流マイナーループＣＩＭＮが配置されている。電流マイナーループＣＩＭＮは本発明の第２の応答性である高速応答の制御部Ｇ１（Ｉ）を備え、電流メジャーループＣＩＭＪは本発明の第１の応答性である低速応答の制御部Ｇ２（Ｉ）を備える。制御部Ｇ２（Ｉ）は、後述の図９のように低速応答のために検出値Ｉｄｅｔをフィルタリングする検出値フィルタ処理部Ｇ３（Ｉ）を備えている。制御部Ｇ２（Ｉ）は、後述のように電流微調整値ｅ１´を出力する。また、後述のように検出値フィルタ処理部Ｇ３（Ｉ）は、検出値Ｉｄｅｔをフィルタリングした検出値Ｉｄｅｔ＿ｆｉｌｔを出力する。

【0039】

もし、高速応答の電流マイナーループＣＩＭＮだけで制御を行うと、出力電流が安定しないことがある。そこで、低速応答の電流メジャーループＣＩＭＪも設け、且つ、低速応答の電流メジャーループＣＩＭＪの内側に高速応答の電流マイナーループＣＩＭＮを配置する。こうして、電流マイナーループＣＩＭＮによる高速制御の不安定性を、電流メジャーループＣＩＭＪの低速制御で補完でき、全体としてリップルの少ない安定な制御系となる
なお、図６は電流制御系ＣＩの概念図であるが、図７は電圧制御系ＣＶの概念図である。構成において、電流制御系ＣＩと電圧制御系ＣＶとが相違する点は、電流制御系ＣＩがスイッチＳを備えている点である。

【0040】

すなわち、本実施形態では、図６の電流制御系ＣＩにおいて、スイッチＳを設けている。このスイッチＳは、演算周期毎に以下の条件が満たされるかどうかを判断し、すべての条件が満たされるときにオフする。すなわち、スイッチＳをオフすることで、電流メジャーループＣＩＭＪによる制御をオフする。

【0041】

（条件１）直列接続電源システムである。

【0042】

（条件２）マイナーループが定電流制御モードになっている。すなわち図６の電流制御系ＣＩが動作している。

【0043】

（条件３）電流メジャーループＣＩＭＪの電流偏差ａ（図６）が電圧メジャーループＣＶＭＪの電圧偏差ｂ（図７）以下である（本発明の第１条件）。

【0044】

（条件４）電流メジャーループＣＩＭＪの偏差ａが一定の値以下（定格電流に対し０．０３％以下。本発明の第１の値以下）である（本発明の第２条件）。

【0045】

条件１は、本実施形態は直列接続電源システムであるから常に満たされている。

【0046】

条件２は、定電流制御モードのときかどうかで判断される。後述のように図８のセレクタ１によって判断される。

【0047】

条件３は、これが満たされるときは、過度な制御を防ぐためにスイッチＳをオフする。

【0048】

条件４は、これが満たされるときは、過度な制御を防ぐためにスイッチＳをオフする。

【0049】

上記条件１～４はＡＮＤ条件であり、いずれか一つの条件が満たされない場合は、スイッチＳがオンとなり、通常通りの制御となる。

【0050】

このように制御すると、直列接続電源システムにおいて、過度な制御がなくなり、出力電流の歪とリップルが十分に抑制される。

【0051】

なお、別の実施例として、条件４を、電流偏差ａが別の一定の値以上（定格電流に対し０．１％以上）であれば、条件４が満たされないようにすることで、スイッチＳのオンオフ動作にヒステリシス機能をもたせることも出来る。つまり、電流偏差ａがある程度大きい場合は、この条件４が満たされないようにして、通常通りの制御とする。

【0052】

また、さらに別の実施例として、上記条件４をなくし、条件１～条件３が満たされたときに電流メジャーループＣＩＭＪによる制御をオフすることも可能である。

【0053】

図８、図９は制御演算部５１の構成図を示す。

【0054】

図８は、制御演算部５１内の、電圧制御系ＣＶのマイナーループ（電圧マイナーループＣＶＭＮ）と、電流制御系ＣＩのマイナーループ（電流マイナーループＣＩＭＮ）と、セレクタ１とを示す。

【0055】

図９は、制御演算部５１内の、電圧制御系ＣＶのメジャーループ（電圧メジャーループＣＶＭＪ）と、電流制御系ＣＩのメジャーループ（電流メジャーループＣＩＭＪ）と、セレクタ２とを示す。

【0056】

図７に示す電圧制御系ＣＶは、図８の電圧マイナーループＣＶＭＮと図９の電圧メジャーループＣＶＭＪとで構成され、図６に示す電流制御系ＣＩは、図８の電流マイナーループＣＩＭＮと図９の電流メジャーループＣＩＭＪとで構成される。

【0057】

図８において、電圧マイナーループＣＶＭＮは、ＰＷＭ生成部５２に出力するための電圧操作量ＯＰＶを出力する。また、電流マイナーループＣＩＭＮは、ＰＷＭ生成部５２に出力するための電流操作量ＯＰＩを出力する。電圧マイナーループＣＶＭＮには、高速応答のための制御部Ｇ１（Ｖ）が設けられ、電流マイナーループＣＩＭＮには、高速応答のための制御部Ｇ１（Ｉ）が設けられている。

【0058】

セレクタ１は、上記電圧操作量ＯＰＶと電流操作量ＯＰＩの小さい方を選択し、これを操作量ＯＰとして出力する。

【0059】

すなわち、ＯＰＶ＞ＯＰＩのときは、電流操作量ＯＰＩが選択され、制御モードは定電流制御モードと判断され、制御モードは定電流制御モードとなる。ＯＰＶ＜＝ＯＰＩのときは、電圧操作量ＯＰＶが選択され、制御モードは定電圧制御モードと判断され、制御モードは定電圧制御モードとなる。

【0060】

図９において、電圧メジャーループＣＶＭＪは、図７の電圧微調整値ｅ１を出力し、電流メジャーループＣＩＭＪは、図６の電流微調整値ｅ１´を出力する。電圧微調整値ｅ１は、電圧メジャーループＣＶＭＪの操作量であり、電流微調整値ｅ１´は、電流メジャーループＣＩＭＪの操作量である。電圧メジャーループＣＶＭＪには、ゲイン制御部と、低速応答のための、検出値のフィルタ処理部Ｇ３（Ｖ）が設けられ、電流メジャーループＣＩＭＪには、ゲイン制御部と、低速応答のための、検出値のフィルタ処理部Ｇ３（Ｉ）が設けられている。

【0061】

セレクタ２は、電圧微調整値ｅ１と電流微調整値ｅ１´小さい方（メジャーループの操作量の小さい方）を選択して出力する。

【0062】

すなわち、ｅ１＞ｅ１´のときは、セレクタ２が電流微調整値ｅ１´を選択することで、電流制御系ＣＩ（図６）の電流メジャーループＣＩＭＪの動作が有効となる。ｅ１＜＝ｅ１´のときは、セレクタ２が電圧微調整値ｅ１を選択することで、電圧制御系ＣＶ（図７）の電圧メジャーループＣＶＭＪの動作が有効となる。

【0063】

図９において、スイッチＳは、電流メジャーループＣＩＭＪの入力側に配置されている。スイッチＳがオンすると、電流メジャーループＣＩＭＪの動作が有効となり、スイッチＳがオフすると、電流メジャーループＣＩＭＪの動作が無効となる。このスイッチＳがオンする条件は以下の通りである。

【0064】

（条件１）直列接続電源システムである。

【0065】

（条件２）定電流制御モードになっている。すなわち、図８の電流マイナーループＣＩＭＮと図９の電流メジャーループＣＩＭＪが選択されることで、電流制御系ＣＩが動作している。

【0066】

（条件３）電流メジャーループＣＩＭＪの電流偏差ａが電圧メジャーループＣＶＭＪの電圧偏差ｂ以下である（本発明の第１条件）。

【0067】

（条件４）電流メジャーループＣＩＭＪの電流偏差ａが一定の値以下（定格電流に対し０．０３％以下。本発明の第１の値以下）である（本発明の第２条件）。

【0068】

上記条件１～４はＡＮＤ条件であり、いずれか一つの条件が満たされない場合は、スイッチＳがオンとなり、電流メジャーループＣＩＭＪの動作が有効となって、通常通りの制御となる。

【0069】

このように制御すると、直列接続電源システムにおいて、定電流制御モードのときに過度な制御がなくなり、出力電流の歪とリップルが十分に抑制される。

【0070】

なお、別の実施例として、条件４を、電流偏差ａが別の一定の値以上（定格電流に対し０．１％以上）であれば、条件４が満たされないようにすることが出来る。つまり、電流偏差ａがある程度大きい場合は、この条件４が満たされないようにすることで、スイッチＳのオンオフ動作にヒステリシス機能をもたせることも出来る。つまり、電流偏差ａがある程度大きい場合は、この条件４が満たされないようにして、通常通りの制御とする。

【0071】

また、さらに別の実施例として、上記条件４をなくし、条件１～条件３が満たされたときに電流メジャーループＣＩＭＪによる制御をオフすることも可能である。

【0072】

図１０は、制御演算部５１のより具体的な構成図である。

【0073】

設定部５４には、電圧設定値Ｖと電流設定値Ｉとが設定され、これらの値が、各マイナーループと各メジャーループに入力される。定電流制御モードでは、電流設定値Ｉが電流目標値となり、電圧設定値Ｖが電圧上限値となる。また、定電圧制御モードでは、電流設定値Ｉが電流上限値となり、電圧設定値が電圧目標値となる。

【0074】

制御ループは、上から順に、電圧マイナーループＣＶＭＮと、電流マイナーループＣＩＭＮと、電圧メジャーループＣＶＭＪと、電流メジャーループＣＩＭＪとで構成される。全体の構成としては図６、図７に示すように、電圧制御系ＣＶについては、低速応答の電圧メジャーループＣＶＭＪ内に高速応答の電圧マイナーループＣＶＭＮが配置され、電流制御系ＣＩについては、低速応答の電流メジャーループＣＩＭＪ内に高速応答の電流マイナーループＣＩＭＮが配置される。

【0075】

電圧マイナーループＣＶＭＮは、電圧設定値Ｖに後述のセレクタ２から出力される電圧微調整値ｅ１を加え、出力電圧値の微調整を行う。微調整された値は、電圧検出器７の検出値Ｖｄｅｔと一致するように制御される。電流マイナーループＣＩＭＮは、電流設定値Ｉに後述のセレクタ２から出力される電流微調整値ｅ１´を加え出力電流値の微調整を行う。微調整された値は、電流検出器６の検出値Ｉｄｅｔと一致するように制御される。電圧微調整値ｅ１は電圧メジャーループＣＶＭＪから電圧マイナーループＣＶＭＮに与える制御値であり、電流微調整値ｅ１´は電流メジャーループＣＩＭＪから電流マイナーループＣＩＭＮに与える制御値である。

【0076】

電圧マイナーループＣＶＭＮの出力は電圧操作量ＯＰＶであり、電流マイナーループＣＩＭＮの出力は電流操作量ＯＰＩである。

【0077】

セレクタ１は、電圧マイナーループＣＶＭＮの電圧操作量ＯＰＶと電流マイナーループＣＩＭＮの電流操作量ＯＰＩとを比較して、小さい方の操作量を選択する。この値が制御演算部５１からＰＷＭ生成部５２に出力される操作量ＯＰとなる。ＯＰＩ＜＝ＯＰＶのときは定電流制御モードであり、ＯＰＩ＞ＯＰＶのときは定電圧制御モードである。したがって、定電流制御をしているときは、通常は、ＯＰＩ＜＝ＯＰＶであり、電流操作量ＯＰＩが選択される。

【0078】

電圧メジャーループＣＶＭＪは、電圧設定値Ｖとフィルタ処理された検出値Ｖｄｅｔ＿ｆｉｌｔとを比較し、その偏差を適度にゲイン制御して出力する。ゲイン制御部は、低速のＩ（積分）制御である。フィルタ処理部Ｇ３（Ｖ）では、検出値Ｖｄｅｔをｎ回分（ｎ回の演算回数）積分して平均化するフィルタ処理をすることで、低速応答を実現している。

【0079】

電圧メジャーループＣＶＭＪの出力側には、リミット制御部Ｌ１が設けられている。リミット制御部Ｌ１は、電圧メジャーループＣＶＭＪの出力の絶対値上限をするものである。

【0080】

電流メジャーループＣＩＭＪは、電圧メジャーループＣＶＭＪと同様な構成である。すなわち、電流設定値Ｉとフィルタ処理された検出値Ｉｄｅｔ＿ｆｉｌｔとを比較し、その偏差を適度にゲイン制御して出力する。ゲイン制御部は、低速のＩ（積分）制御である。フィルタ処理部Ｇ３（Ｉ）では、検出値Ｉｄｅｔをｎ回分（ｎ回の演算回数）積分して平均化するフィルタ処理をすることで、低速応答を実現している。また、電流メジャーループＣＩＭＪの出力側にはリミット制御部Ｌ２が設けられている。リミット制御部Ｌ２は、電流メジャーループＣＩＭＪの出力の絶対値上限をするものである。

【0081】

電流メジャーループＣＩＭＪが電圧メジャーループＣＶＭＪと相違する点は、電流メジャーループＣＩＭＪ内に偏差比較を行うスイッチＳを設けている点である。

【0082】

スイッチＳは、ゲイン制御部の前段に直列に配置されている。このスイッチＳがオンすると、電流メジャーループＣＩＭＪの動作が有効であり、オフすると無効となる。

【0083】

スイッチＳがオフする条件は以下の通りである。

【0084】

（条件１）直列接続電源システムである（直列フラグがオン）。

【0085】

（条件２）定電流制御モードになっている。すなわち、セレクタ１により電流操作量ＯＰＩ（ＯＰＩ＜＝ＯＰＶ）が選択されている。

【0086】

（条件３）電流メジャーループＣＩＭＪの電流偏差ａが電圧メジャーループＣＶＭＪの電圧偏差ｂ以下である（スイッチＳの偏差比較により判断）。

【0087】

（条件４）電流メジャーループＣＩＭＪの電流偏差ａが一定の値以下（定格電流に対し０．０３％以下。本発明の第１の値以下）である。

【0088】

上記条件１～４はＡＮＤ条件であり、いずれか一つの条件が満たされない場合は、スイッチＳがオンとなり、電流メジャーループＣＩＭＪの動作が有効となって、通常通りの制御となる。

【0089】

なお、別の実施例として、条件４を、電流偏差ａが別の一定の値以上（定格電流に対し０．１％以上）であれば、条件４が満たされないようにすることで、スイッチＳのオンオフ動作にヒステリシス機能をもたせることも出来る。が出来る。つまり、電流偏差ａがある程度大きい場合は、この条件４が満たされないようにして、通常通りの制御とする。

【0090】

また、さらに別の実施例として、上記条件４をなくし、条件１～条件３が満たされたときに電流メジャーループＣＩＭＪによる制御をオフすることも可能である。

【0091】

このように制御すると、直列接続電源システムにおいて、定電流制御モードのときに過度な制御がなくなり、出力電流の歪とリップルが十分に抑制される。

【0092】

図１１は、本実施形態の直列接続電源システムにおいて、出力電流の実測の波形を模式的に示している。図１の波形と比較すると、歪とリップルが少なくなっていることが分かる。

【符号の説明】

【0093】

ＣＶＭＮ ― 電圧マイナーループ
ＣＩＭＮ ― 電流マイナーループ
ＣＶＭＪ ― 電圧メジャーループ
ＣＩＭＪ ― 電流メジャーループ
Ｓ ― スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】