特開 2022-191543 電力変換装置

(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】P2022191543

(43)【公開日】2022-12-28

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20221221BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021099807

(22)【出願日】2021-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅倉 史生

(72)【発明者】

【氏名】谷口 聡

【テーマコード（参考）】

5H006

【Ｆターム（参考）】

5H006AA02

5H006CA02

5H006CB01

5H006CB08

5H006CC01

5H006CC02

5H006DA02

5H006DB01

5H006DC02

5H006DC05

(57)【要約】

【課題】ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電流が歪むのを抑制する。
【解決手段】少なくとも１つのリアクタとスイッチング素子とダイオードとを含むブリッジレス型の力率改善回路を有し、入力される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、スイッチング素子を制御する制御装置と、を備える電力変換装置であって、制御装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電圧の絶対値が所定電圧以上であるときには、リアクタに流れる電流の電流モードを電流不連続モードまたは電流臨界モードとしてスイッチング素子を制御し、入力電圧の絶対値が所定電圧未満であるときには、電流モードを電流連続モードとしてスイッチング素子を制御する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つのリアクタとスイッチング素子とダイオードとを含むブリッジレス型の力率改善回路を有し、入力される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記スイッチング素子を制御する制御装置と、
を備える電力変換装置であって、
前記制御装置は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電圧の絶対値が所定電圧以上であるときには、前記リアクタに流れる電流の電流モードを電流不連続モードまたは電流臨界モードとして前記スイッチング素子を制御し、前記入力電圧の絶対値が前記所定電圧未満であるときには、前記電流モードを電流連続モードとして前記スイッチング素子を制御する、
電力変換装置。

【請求項2】

請求項１記載の電力変換装置であって、
前記制御装置は、
前記電流モードが前記電流連続モードであるときには、前記入力電圧の絶対値が前記所定電圧以上に至った以降における、前記リアクタの電流が増加から減少または減少から増加に切り替わる電流切替タイミングで、前記電流モードを前記電流不連続モードまたは前記電流臨界モードに切り替え、
前記電流モードが前記電流不連続モードまたは前記電流臨界モードであるときには、前記入力電圧の絶対値が前記所定電圧未満に至った以降における前記電流切替タイミングで、前記電流モードを前記電流連続モードに切り替える、
電力変換装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の電力変換装置であって、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記力率改善回路の入力側にローパスフィルタを更に有する、
電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の電力変換装置としては、商用電源の交流電圧を整流する整流器と、整流器の出力に接続されると共に第１リアクタと第１スイッチング素子と第１ダイオードとを有する第１コンバータ部と、整流器の出力に第１コンバータ部と並列に接続されると共に第２リアクタと第２スイッチング素子と第２ダイオードとを有する第２コンバータ部と、を含む力率改善回路を有するＡＣ／ＤＣコンバータを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１の図７参照）。この電力変換装置では、ＡＣ／ＤＣコンバータの力率改善回路の制御として、第１リアクタに流れる電流と第２リアクタに流れる電流とに位相差が生じるように第１、第２スイッチング素子を制御する。また、第１、第２コンバータ部の入力電圧が閾値以上である場合には、第１、第２リアクタに流れる電流の電流モードを電流臨界モードとし、第１、第２コンバータ部の入力電圧が閾値未満である場合には、電流モードを電流不連続モードとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１０／０２３９７８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

こうした電力変換装置において、ＡＣ／ＤＣコンバータの力率改善回路として、少なくとも１つのリアクタとスイッチング素子とダイオードとを含むブリッジレス型の力率改善回路が用いられる場合がある。この場合において、発明者らは、解析や実験により、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電圧の絶対値が小さいときに電流モードを電流不連続モードとすると、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が値０を跨ぐ（符号が反転する）付近で、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電流が比較的大きく歪む可能性があることを確認した。

【0005】

本発明の電力変換装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電流が歪むのを抑制することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電力変換装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明の電力変換装置は、
少なくとも１つのリアクタとスイッチング素子とダイオードとを含むブリッジレス型の力率改善回路を有し、入力される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記スイッチング素子を制御する制御装置と、
を備える電力変換装置であって、
前記制御装置は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電圧の絶対値が所定電圧以上であるときには、前記リアクタに流れる電流の電流モードを電流不連続モードまたは電流臨界モードとして前記スイッチング素子を制御し、前記入力電圧の絶対値が前記所定電圧未満であるときには、前記電流モードを電流連続モードとして前記スイッチング素子を制御する、
ことを要旨とする。

【0008】

本発明の電力変換装置では、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電圧の絶対値が所定電圧以上であるときには、リアクタに流れる電流の電流モードを電流不連続モードまたは電流臨界モードとしてスイッチング素子を制御し、入力電圧の絶対値が所定電圧未満であるときには、電流モードを電流連続モードとしてスイッチング素子を制御する。これにより、入力電圧の絶対値が所定電圧未満であるときに、電流モードを不連続モードとする場合に比して、ＡＣ／ＤＣコンバータの入力電流が歪む、特に、入力電圧が値０を跨ぐ付近で歪むのを抑制することができる。発明者らは、このことを解析や実験により確認した。

【0009】

本発明の電力変換装置において、前記制御装置は、前記電流モードが前記電流連続モードであるときには、前記入力電圧の絶対値が前記所定電圧以上に至った以降における、前記リアクタの電流が増加から減少または減少から増加に切り替わる電流切替タイミングで、前記電流モードを前記電流不連続モードまたは前記電流臨界モードに切り替え、前記電流モードが前記電流不連続モードまたは前記電流臨界モードであるときには、前記入力電圧の絶対値が前記所定電圧未満に至った以降における前記電流切替タイミングで、前記電流モードを前記電流連続モードに切り替えるものとしてもよい。

【0010】

本発明の電力変換装置において、前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記力率改善回路の入力側にローパスフィルタを更に有するものとしてもよい。こうすれば、スイッチング素子のスイッチングによるリアクタの電流の脈動（リプル）によりＡＣ／ＤＣコンバータの入力電流が脈動するのを抑制することができる。

【0011】

本発明の電力変換装置において、前記力率改善回路は、トーテムポール・ブリッジレス型、単方向ブリッジレス型、セミブリッジレス型のうちの何れかの力率改善回路であるものとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例としての電力変換装置１０の構成の概略を示す構成図である。

【図2】リアクタ目標電流設定処理の一例を示すフローチャートである。

【図3】電流モード設定処理の一例を示すフローチャートである。

【図4】実施例の電力変換装置１０の入力電圧ＶｉｎとＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２のリアクタ２３の電流Ｉｒおよび電流モードとの様子の一例を示す説明図である。

【図5】比較例の電力変換装置１０の入力電圧ＶｉｎとＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２のリアクタ２３の電流Ｉｒおよび電流モードとの様子の一例を示す説明図である。

【図6】実施例および比較例の電力変換装置１０の入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとの関係の解析結果の一例を示す説明図である。

【図7】実施例および比較例の入力電流Ｉｉｎの各次数成分の一例を示す説明図である。

【図8】変形例の電力変換装置１１０の構成の概略を示す構成図である。

【図9】変形例の電力変換装置２１０の構成の概略を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

【実施例0014】

図１は、本発明の一実施例としての電力変換装置１０の構成の概略を示す構成図である。図示するように、電力変換装置１０は、蓄電装置としてのバッテリＢａと共に例えば電動車両やハイブリッド車両などに搭載され、車外の交流電源ＰＳに接続されているときに交流電源ＰＳからの電力を用いてバッテリＢａを充電するための装置して構成されている。交流電源ＰＳとしては、例えば、家庭用電源や商用電源などが用いられる。バッテリＢａとしては、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが用いられる。電力変換装置１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０と、コンデンサ３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、制御装置としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０とを備える。

【0015】

ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、交流電源ＰＳに電力ライン１２を介して接続されていると共にＤＣ／ＤＣコンバータ４０に電力ライン３０を介して接続されている。このＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、力率改善回路２２とローパスフィルタ２６とを有する。力率改善回路２２は、トーテムポール・ブリッジレス型の力率改善回路として構成されている。この力率改善回路２２は、４つのスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４と、４つのスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４に逆方向に並列に接続された４つのダイオードＤ１１～Ｄ１４と、リアクタ２３とを有する。スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどが用いられる。スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４は、それぞれ電力ライン３０の正極側ライン３０ｐと負極側ライン３０ｎとに対してソース側とシンク側となるように２個ずつペアで配置されている。スイッチング素子Ｑ１１とスイッチング素子Ｑ１２との接続点Ｐ１１は、リアクタ２３の一方の端子に接続されており、リアクタ２３の他方の端子は、電力ライン２４の第１ライン２４ａに接続されている。スイッチング素子Ｑ１３とスイッチング素子Ｑ１４との接続点Ｐ１２は、電力ライン２４の第２ライン２４ｂに接続されている。スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４は、ＥＣＵ７０により制御される。ローパスフィルタ２６は、電力ライン１２の第１ライン１２ａおよび第２ライン１２ｂに接続されていると共に電力ライン２４の第１ライン２４ａおよび第２ライン２４ｂに接続されている。このローパスフィルタ２６は、電力ライン１２と電力ライン２４との間で所定周波数よりも高い周波数の成分を減衰させる。

【0016】

コンデンサ３２は、電力ライン３０の正極側ライン３０ｐおよび負極側ライン３０ｎに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、力率改善回路２２に電力ライン３０を介して接続されていると共にバッテリＢａに電力ライン６０を介して接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、インバータ部４２と、整流部４４と、変圧部５０とを有する。インバータ部４２は、４つのスイッチング素子Ｑ２１～Ｑ２４と、４つのスイッチング素子Ｑ２１～Ｑ２４に逆方向に並列に接続された４つのダイオードＤ２１～Ｄ２４とを有する。スイッチング素子Ｑ２１～Ｑ２４としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどが用いられる。スイッチング素子Ｑ２１～Ｑ２４は、それぞれ電力ライン３０の正極側ライン３０ｐと負極側ライン３０ｎとに対してソース側とシンク側となるように２個ずつペアで配置されている。スイッチング素子Ｑ２１とスイッチング素子Ｑ２２との接続点Ｐ２１は、変圧部５０の互いに直列に接続されたリアクタ５１およびトランス５４の一次コイル５５を介して、スイッチング素子Ｑ２３とスイッチング素子Ｑ２４との接続点Ｐ２２に接続されている。スイッチング素子Ｑ２１～Ｑ２４は、ＥＣＵ７０により制御される。

【0017】

整流部４４は、４つのスイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４と、４つのスイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４に逆方向に並列に接続された４つのダイオードＤ３１～Ｄ３４と、リアクタ４５と、コンデンサ４６，４７とを有する。スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどが用いられる。スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４は、それぞれリアクタ４５の一方の端子と電力ライン６０の負極側ライン６０ｎとに対してソース側とシンク側となるように２個ずつペアで配置されている。スイッチング素子Ｑ３１とスイッチング素子Ｑ３２との接続点Ｐ３１は、変圧部５０の互いに直列に接続されたリアクタ５２およびトランス５４の二次コイル５６を介して、スイッチング素子Ｑ３３とスイッチング素子Ｑ３４との接続点Ｐ３２に接続されている。スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４は、ＥＣＵ７０により制御される。リアクタ４５の一方の端子は、スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３３に接続されており、他方の端子は、電力ライン６０の正極側ライン６０ｐに接続されている。コンデンサ４６は、電力ライン６０の正極側ライン６０ｐおよび負極側ライン６０ｎに接続されている。コンデンサ４７は、リアクタ４５の一方の端子およびスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３３と、電力ライン６０の負極側ライン６０ｎと、に接続されている。

【0018】

変圧部５０は、リアクタ５１，５２とトランス５４とを有し、トランス５４は、図示しないコアと一次コイル５５と二次コイル５６とを有する。上述したように、リアクタ５１とトランス５４の一次コイル５５とは、接続点Ｐ３１と接続点Ｐ３２とに対してこの順に互いに直列に接続されている。また、リアクタ５２とトランス５４の二次コイル５６とは、接続点Ｐ３１と接続点Ｐ３２とに対してこの順に互いに直列に接続されている。トランス５４は、一次コイル５５と二次コイル５６との間で電圧変換を伴って電力の授受を行なう。

【0019】

ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロプロセッサを備える。ＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、電力ライン１２の第１ライン１２ａおよび第２ライン１２ｂに取り付けられた電圧センサ１３からの電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎや、電力ライン１２の第１ライン１２ａに取り付けられた電流センサ１４からの電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電流Ｉｉｎを挙げることができる。ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２の電力ライン２４の第１ライン２４ａに取り付けられた（リアクタ２３に直列に取り付けられた）電流センサ２５からのリアクタ２３の電流Ｉｒも挙げることができる。電力ライン３０の正極側ライン３０ｐおよび負極側ライン３０ｎに取り付けられた電圧センサ３３からのコンデンサ３２の電圧Ｖｃや、コンデンサ３２に直列に取り付けられた電流センサ３４からのコンデンサ３２の電流Ｉｃも挙げることができる。電力ライン６０の正極側ライン６０ｐおよび負極側ライン６０ｎ（バッテリＢａの端子間）に取り付けられた電圧センサ６１からの電力変換装置１０（ＤＣ／ＤＣコンバータ４０）の出力電圧Ｖｏｕｔ（バッテリＢａの電圧）や、電力ライン６０の正極側ライン６０ｐ（バッテリＢａの出力端子）に取り付けられた電流センサ６２からの電力変換装置１０（ＤＣ／ＤＣコンバータ４０）の出力電流Ｉｏｕｔ（バッテリＢａの充電電流）も挙げることができる。

【0020】

ＥＣＵ７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＥＣＵ７０から出力される信号としては、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２のスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１２への制御信号や、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０のインバータ部４２のスイッチング素子Ｑ１２～Ｑ２４や整流部４４のスイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４への制御信号を挙げることができる。ＥＣＵ７０は、電流センサ６２により検出される電力変換装置１０の出力電流Ｉｏ（バッテリＢａの電流）の積算値に基づいてバッテリＢａの蓄電割合ＳＯＣを演算している。

【0021】

こうして構成された実施例の電力変換装置１０では、電力ライン１２に接続された図示しない装置側コネクタと、交流電源ＰＳに接続された図示しない電源側コネクタとが接続されているときに、ＥＣＵ７０がＡＣ／ＤＣコンバータ２０およびＤＣ／ＤＣコンバータ４０を制御することにより、交流電源ＰＳからの交流電力が、電力変換装置１０のＡＣ／ＤＣコンバータ２０により直流電力に変換されると共にＤＣ／ＤＣコンバータ４０により電圧変換されてバッテリＢａに充電される。

【0022】

ここで、ＥＣＵ７０によるＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２の制御について説明する。力率改善回路２２のリアクタ２３の電流Ｉｒの電流モードとしては、電流連続モードや電流臨界モード、電流不連続モードが挙げられる。これらのモードでは、ＥＣＵ７０は、図２のリアクタ目標電流設定処理により、リアクタ２３の目標電流Ｉｒｔａｇを設定する。この処理は、繰り返し実行される。

【0023】

図２のリアクタ目標電流設定処理が実行されると、ＥＣＵ７０は、最初に、コンデンサ３２の電圧Ｖｃや、コンデンサ３２の目標電圧Ｖｃｔａｇなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、コンデンサ３２の電圧Ｖｃは、電圧センサ３３により検出される。コンデンサ３２の目標電圧Ｖｃｔａｇは、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎのピーク値（振幅）よりも大きい電圧として設定される。入力電圧Ｖｉｎは、電圧センサ１３により検出される。こうしてデータを入力すると、入力したコンデンサ３２の電圧Ｖｃと目標電圧Ｖｃｔａｇとの差分が打ち消されるようにフィードバック制御によりリアクタ２３の目標電流Ｉｒｔａｇを設定して（ステップＳ１１０）、本処理を終了する。

【0024】

こうしてリアクタ２３の目標電流Ｉｒｔａｇを設定すると、リアクタ２３の目標電流Ｉｒｔａｇおよび入力電圧Ｖｉｎの位相θｉｎを用いて式（１）によりリアクタ２３の電流指令値Ｉｒｃｏｍを設定し、電流モードと電力変換装置１０の入力電圧Ｖｉｎとリアクタ２３の電流Ｉｒおよび電流指令値Ｉｒｃｏｍとに基づいてスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を制御する。ここで、電流モードは、後述の電流モード設定処理により設定される。入力電圧Ｖｉｎの位相θｉｎは、入力電圧Ｖｉｎの時間変化（正弦波状の波形）に基づいて演算される。リアクタ２３の電流Ｉｒは、電流センサ２５により検出される。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０がローパスフィルタ２６を備えることにより、スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４のスイッチングによるリアクタ２３の電流Ｉｒの脈動（リプル）によりＡＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電流Ｉｉｎが脈動するのを抑制することができる。

【0025】

Ircom＝√2・Irtag・sinθin (1)

【0026】

スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４の制御は、以下のように行なわれる。電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときには、スイッチング素子Ｑ１４をオンで保持すると共にスイッチング素子Ｑ１３をオフで保持し、電流モードとリアクタ２３の電流Ｉｒおよび電流指令値Ｉｒｃｏｍとに基づいて、スイッチング素子Ｑ１２をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１１をスイッチング素子Ｑ１２と反転してオンオフ制御するまたはオフで保持する。入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときにおいて、スイッチング素子Ｑ１２がオンでかつスイッチング素子Ｑ１１がオフの状態（以下、「下アームオン状態」という）では、リアクタ２３の電流Ｉｒが増加し、スイッチング素子Ｑ１２がオフでかつスイッチング素子Ｑ１１がオンまたはオフの状態（以下、「下アームオフ状態」という）では、リアクタ２３の電流Ｉｒが減少する。

【0027】

一方、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎが値０未満であるときには、スイッチング素子Ｑ１３をオンで保持すると共にスイッチング素子Ｑ１４をオフで保持し、電流モードとリアクタ２３の電流Ｉｒおよび電流指令値Ｉｒｃｏｍとに基づいて、スイッチング素子Ｑ１１をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１２をスイッチング素子Ｑ１１と反転してオンオフ制御するまたはオフで保持する。入力電圧Ｖｉｎが値０未満であるときにおいて、スイッチング素子Ｑ１１がオンでかつスイッチング素子Ｑ１２がオフの状態（以下、「上アームオン状態」という）では、リアクタ２３の電流Ｉｒが減少し（絶対値としては増加し）、スイッチング素子Ｑ１１がオフでかつスイッチング素子Ｑ１２がオンまたはオフの状態（以下、「上アームオフ状態」という）では、リアクタ２３の電流Ｉｒが増加する（絶対値としては減少する）。

【0028】

ここで、電流連続モードや電流臨界モード、電流不連続モードでのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の制御の詳細について説明する。電流連続モードでは、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときにおいて、リアクタ２３の電流Ｉｒが電流指令値Ｉｒｃｏｍ未満であるときには、下アームオン状態としてリアクタ２３の電流Ｉｒを増加させ、リアクタ２３の電流Ｉｒが電流指令値Ｉｒｃｏｍ以上であるときには、下アームオフ状態としてリアクタ２３の電流Ｉｒを減少させる。この場合、電流臨界モードに比して、リアクタ２３の電流Ｉｒを電流指令値Ｉｒｃｏｍに精度よく追従させることができる。入力電圧Ｖｉｎが値０未満であるときについては、入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときと同様に考えることができる。

【0029】

電流臨界モードでは、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときにおいて、下アームオン状態でリアクタ２３の電流Ｉｒが電流指令値Ｉｒｃｏｍの２倍として設定された上側リアクタ２３の電流Ｉｒｕｐに到達すると、下アームオフ状態に切り替えてリアクタ２３の電流Ｉｒを減少させ、リアクタ２３の電流Ｉｒが値０として設定された下側リアクタ２３の電流Ｉｒｌｏに到達すると、下アームオン状態に切り替えてリアクタ２３の電流Ｉｒを増加させる。この場合、下アームオフ状態から下アームオン状態に切り替えるとき、即ち、スイッチング素子Ｑ１２をオンするときにソフトスイッチングすることになり、ターンオン損失を低減することができる。入力電圧Ｖｉｎが値０未満であるときについては、入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときと同様に考えることができる。

【0030】

電流不連続モードでは、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときにおいて、下アームオン状態でリアクタ２３の電流Ｉｒが上側リアクタ２３の電流Ｉｒｕｐに到達すると、下アームオフ状態に切り替えてリアクタ２３の電流Ｉｒを減少させ、リアクタ２３の電流Ｉｒが下側リアクタ２３の電流Ｉｒｌｏに到達すると、時間をおいて下アームオン状態に切り替えてリアクタ２３の電流Ｉｒを増加させる。この場合、電流臨界モードと同様に、下アームオフ状態から下アームオン状態に切り替えるとき、即ち、スイッチング素子Ｑ１２をオンするときにソフトスイッチングすることになり、ターンオン損失を低減することができる。また、電流臨界モードに比してスイッチング素子Ｑ１２のスイッチング周波数が高くなるのを抑制することができる。

【0031】

次に、実施例の電力変換装置１０の動作、特に、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２の電流モードを設定する処理について説明する。図３は、ＥＣＵ７０により実行される電流モード設定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、繰り返し実行される。なお、実施例では、電流連続モードや電流臨界モード、電流不連続モードのうち電流連続モードおよび電流臨界モードを用いるものとした。

【0032】

電流モード設定処理では、ＥＣＵ７０は、最初に、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎやリアクタ２３の電流Ｉｒなどのデータを入力する（ステップＳ２００）。ここで、入力電圧Ｖｉｎは、電圧センサ１３により検出された値が入力される。リアクタ２３の電流Ｉｒは、電流センサ２５により検出された値が入力される。

【0033】

続いて、現在の電流モードが電流連続モードであるか電流臨界モードであるかを判定し（ステップＳ２１０）、現在の電流モードが電流連続モードであると判定したときには、電力変換装置１０の入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆは、電流モードの切替を許可するか否かを判定するのに用いられる閾値である。入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満であると判定したときには、電流モードの切替を許可しないと判断し、電流モードを電流連続モードで保持して、本処理を終了する。なお、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満であるときを考えているから、電流臨界モードでなく、電流連続モードでも、入力電圧Ｖｉｎが値０以上で下アームオフ状態から下アームオン状態に切り替えるときすなわちスイッチング素子Ｑ１２をオンするときのターンオン損失や、入力電圧Ｖｉｎが値０未満で上アームオフ状態から上アームオン状態に切り替えるときすなわちスイッチング素子Ｑ１１をオンするときのターンオン損失は、比較的小さいと想定される。

【0034】

ステップＳ２２０で入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上であると判定したときには、電流モードの切替を許可すると判断し、リアクタ２３の電流Ｉｒが増加から減少または減少から増加に切り替わる電流切替タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。この処理は、例えば、前回の入力電流（前回Ｉａｃ）が前々回の入力電流（前回Ｉａｃ）よりも大きく且つ今回のリアクタ２３の電流Ｉｒが前回の入力電流（前回Ｉａｃ）よりも小さい条件、および、前回の入力電流（前回Ｉａｃ）が前々回の入力電流（前回Ｉａｃ）よりも小さく且つ今回のリアクタ２３の電流Ｉｒが前回の入力電流（前回Ｉａｃ）よりも大きい条件のうちの何れかが成立したか否かを判定することにより行なうことができる。

【0035】

ステップＳ２３０で電流切替タイミングでないと判定したときには、電流モードを電流連続モードで保持して、本処理を終了する。一方、電流切替タイミングであると判定したときには、電流モードを電流連続モードから電流臨界モードに切り替えて（ステップＳ２４０）、本処理を終了する。電流切替タイミングで電流モードを電流連続モードから電流臨界モードに切り替えることにより、この切替をスムーズに行なうことができる。

【0036】

ステップＳ２１０で現在の電流モードが電流臨界モードであると判定したときには、電力変換装置１０の入力電圧Ｖｉｎの絶対値が上述の閾値Ｖｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２５０）。入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上であると判定したときには、電流モードの切替を許可しないと判断し、電流モードを電流臨界モードで保持して、本処理を終了する。

【0037】

ステップＳ２５０で入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満であると判定したときには、電流モードの切替を許可すると判断し、上述の電流切替タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ２６０）。そして、電流切替タイミングでないと判定したときには、電流モードを電流臨界モードで保持して、本処理を終了する。一方、電流切替タイミングであると判定したときには、電流モードを電流臨界モードから電流連続モードに切り替えて（ステップＳ２７０）、本処理を終了する。電流切替タイミングで電流モードを電流臨界モードから電流連続モードに切り替えることにより、この切替をスムーズに行なうことができる。

【0038】

図４および図５は、それぞれ、実施例および比較例の電力変換装置１０の入力電圧ＶｉｎとＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２のリアクタ２３の電流Ｉｒおよび電流モードとの様子の一例を示す説明図である。比較例では、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満の領域で、電流モードを電流連続モードでなく電流不連続モードとするものとした。図６は、実施例および比較例の電力変換装置１０の入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとの関係の解析結果の一例を示す説明図であり、図７は、実施例および比較例の入力電流Ｉｉｎの各次数成分の一例を示す説明図である。ここで、入力電流Ｉｉｎの各次数は、入力電圧Ｖｉｎ周波数に対する各倍数を意味する。図６から、実施例の場合、比較例の場合に比して、入力電流Ｉｉｎが歪む、特に、入力電圧Ｖｉｎが値０を跨ぐ付近で歪むのを抑制できていることが解る。なお、比較例の場合に入力電圧Ｖｉｎが値０を跨ぐ付近で入力電流Ｉｉｎで歪む要因としては、入力電圧Ｖｉｎが値０を跨ぐ付近で、電圧センサ１３による入力電圧Ｖｉｎの検出遅れや、電流センサ２５によるリアクタ２３の電流Ｉｒの検出遅れ、ＥＣＵ７０によるスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４の制御遅れなどの影響が大きくなるためであると考えられる。また、図７から、比較例の場合、入力電流Ｉｉｎの一部の次数成分が許容値を超過しているのに対し、実施例の場合、入力電流Ｉｉｎの任意の次数成分を許容値以下にできていることが解る。

【0039】

以上説明した実施例の電力変換装置１０では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２の制御において、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上であるときには、電流モードを電流臨界モードとしてスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を制御し、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満であるときには、電流モードを電流連続モードとしてスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を制御する。これにより、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満であるときに、電流モードを電流不連続モードとしてスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を制御する場合に比して、電力変換装置１０の入力電流Ｉｉｎが歪む、特に、入力電圧Ｖｉｎが値０を跨ぐ付近で歪むのを抑制することができる。

【0040】

しかも、実施例の電力変換装置１０では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２の制御において、電流モードが電流連続モードであるときには、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上に至った以降における、リアクタ２３の電流Ｉｒが増加から減少または減少から増加に切り替わる電流切替タイミングで、電流モードを電流臨界モードに切り替え、電流モードが電流臨界モードであるときには、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満に至った以降における電流切替タイミングで、電流モードを電流連続モードに切り替える。これにより、電流モードを電流連続モードと電流臨界モードとでスムーズに切り替えることができる。

【0041】

実施例の電力変換装置１０では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２の制御において、電流モードが電流連続モードであるときには、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上に至った以降における電流切替タイミングで、電流モードを電流臨界モードに切り替え、電流モードが電流臨界モードであるときには、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満に至った以降における電流切替タイミングで、電流モードを電流連続モードに切り替えるものとした。しかし、電流モードが電流連続モードであるときには、電力変換装置１０の入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上に至ったときに、直ちに電流モードを電流臨界モードに切り替え、電流モードが電流臨界モードであるときには、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満に至ったときに、直ちに電流モードを電流連続モードに切り替えるものとしてもよい。

【0042】

実施例の電力変換装置１０では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２の制御において、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上であるときには、電流モードを電流臨界モードとし、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満であるときには、電流モードを電流連続モードとするものとした。しかし、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ以上であるときには、電流モードを電流不連続モードとし、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が閾値Ｖｒｅｆ未満であるときには、電流モードを電流連続モードとするものとしてもよい。この場合でも、実施例と同様の効果を奏することができる。

【0043】

実施例の電力変換装置１０では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２の制御として、電力変換装置１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０）の入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときには、スイッチング素子Ｑ１４をオンで保持すると共にスイッチング素子Ｑ１３をオフで保持し、更にスイッチング素子Ｑ１２をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１１をスイッチング素子Ｑ１２と反転してオンオフ制御しまたはオフで保持し、入力電圧Ｖｉｎが値０未満であるときには、スイッチング素子Ｑ１３をオンで保持すると共にスイッチング素子Ｑ１４をオフで保持し、更にスイッチング素子Ｑ１１をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１２をスイッチング素子Ｑ１１と反転してオンオフ制御するまたはオフで保持するものとした。しかし、入力電圧Ｖｉｎに拘わらずにスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３をオフで保持し、入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときには、スイッチング素子Ｑ１２をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１４をスイッチング素子Ｑ１２と反転してオンオフ制御しまたはオフで保持し、入力電圧Ｖｉｎが値０未満であるときには、スイッチング素子Ｑ１４をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１２をスイッチング素子Ｑ１４と反転してオンオフ制御しまたはオフで保持するものとしてもよい。この場合でも、図３の電流モード設定処理によって電流連続モードと電流臨界モードとを切り替えることにより、実施例と同様の効果を奏することができる。なお、上述のように、電流臨界モードを電流不連続モードに置き換えるものとしてもよい。

【0044】

実施例の電力変換装置１０では、図１に示したように、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２は、４つのスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４と、４つのダイオードＤ１１～Ｄ１４と、リアクタ２３とを有するものとした。しかし、図８や図９の変形例の電力変換装置１１０，２１０に示すように、図１のＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２を、図８のＡＣ／ＤＣコンバータ１２０の力率改善回路１２２や、図９のＡＣ／ＤＣコンバータ２２０の力率改善回路２２２に置き換えるものとしてもよい。

【0045】

図８の電力変換装置１１０のＡＣ／ＤＣコンバータ１２０の力率改善回路１２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３を除くと共にリアクタ２３ｂを追加した点で、図１の電力変換装置１０のＡＣ／ＤＣコンバータ２０の力率改善回路２２とは異なる。力率改善回路１２２は、単方向ブリッジレス型の力率改善回路として構成されている。力率改善回路１２２において、リアクタ２３の一方の端子は、ダイオードＤ１１のアノードとスイッチング素子Ｑ１２との接続点Ｐ１１に接続されており、リアクタ２３の他方の端子は、電力ライン２４の第１ライン２４ａに接続されている。リアクタ２３ｂの一方の端子は、ダイオードＤ１３のアノードとスイッチング素子Ｑ１４との接続点Ｐ１２に接続されており、リアクタ２３ｂの他方の端子は、電力ライン２４の第２ライン２４ｂに接続されている。この力率改善回路１２２では、電力変換装置１１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ１２０）の入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときには、スイッチング素子Ｑ１２をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１４をスイッチング素子Ｑ１２と反転してオンオフ制御するまたはオフで保持する。一方、入力電圧Ｖｉｎが値０未満であるときには、スイッチング素子Ｑ１４をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１２をスイッチング素子Ｑ１４と反転してオンオフ制御するまたはオフで保持する。この場合でも、図３の電流モード設定処理によって電流連続モードと電流臨界モードとを切り替えることにより、実施例と同様の効果を奏することができる。なお、上述のように、電流臨界モードを電流不連続モードに置き換えるものとしてもよい。

【0046】

図９の電力変換装置２１０のＡＣ／ＤＣコンバータ２２０の力率改善回路２２２は、ダイオードＤ１５，Ｄ１６を追加した点で、図８の電力変換装置１１０のＡＣ／ＤＣコンバータ１２０の力率改善回路１２２とは異なる。力率改善回路２２２は、セミブリッジレス型の力率改善回路として構成されている。力率改善回路２２２において、ダイオードＤ１５は、電力ライン３０の負極側ライン３０ｎから電力ライン２４の第１ライン２４ａの電流センサ２５よりもローパスフィルタ２６側の方向が順方向となるように取り付けられている。ダイオードＤ１６は、電力ライン３０の負極側ライン３０ｎから電力ライン２４の第２ライン２４ｂの方向が順方向となるように取り付けられている。この力率改善回路２２２では、電力変換装置２１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０）の入力電圧Ｖｉｎが値０以上であるときには、スイッチング素子Ｑ１２をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１４をスイッチング素子Ｑ１２と反転してオンオフ制御するまたはオフで保持する。一方、入力電圧Ｖｉｎが値０未満であるときには、スイッチング素子Ｑ１４をオンオフ制御すると共にスイッチング素子Ｑ１２をスイッチング素子Ｑ１４と反転してオンオフ制御しまたはオフで保持する。この場合でも、図３の電流モード設定処理によって電流連続モードと電流臨界モードとを切り替えることにより、実施例と同様の効果を奏することができる。なお、上述のように、電流臨界モードを電流不連続モードに置き換えるものとしてもよい。

【0047】

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、力率改善回路２２を有するＡＣ／ＤＣコンバータ２０が「ＡＣ／ＤＣコンバータ」に相当し、ＥＣＵ７０が「制御装置」に相当する。

【0048】

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0049】

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明は、電力変換装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0051】

１０，１１０，２１０ 電力変換装置、１２ 電力ライン、１２ａ 第１ライン、１２ｂ 第２ライン、１３ 電圧センサ、１４ 電流センサ、２０，１２０，２２０ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２２，１２２，２２２ 力率改善回路、２３，２３ｂ リアクタ、２４ 電力ライン、２４ａ 第１ライン、２４ｂ 第２ライン、２５ 電流センサ、２６ ローパスフィルタ、３０ 電力ライン、３０ｎ 負極側ライン、３０ｐ 正極側ライン、３２ コンデンサ、３３ 電圧センサ、３４ 電流センサ、４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４２ インバータ部、４４ 整流部、４５ リアクタ、４６，４７ コンデンサ、５０ 変圧部、５１，５２ リアクタ、５４ トランス、５５ 一次コイル、５６ 二次コイル、６０ 電力ライン、６０ｎ 負極側ライン、６０ｐ 正極側ライン、６１ 電圧センサ、６２ 電流センサ、７０ ＥＣＵ、Ｂａ バッテリ、Ｄ１１～Ｄ１４，Ｄ２１～Ｄ２４，Ｄ３１～Ｄ３４ ダイオード、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２ 接続点、ＰＳ 交流電源、Ｑ１１～Ｑ１４，Ｑ２１～Ｑ２４，Ｑ３１～Ｑ３４ スイッチング素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】