特開 2023-132357 電力変換装置及びその制御方法

(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】P2023132357

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】電力変換装置及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20230914BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 H

H02M3/28 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022037620

(22)【出願日】2022-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082876

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 一幸

(74)【代理人】

【氏名又は名称】柿本 恭成

(74)【代理人】

【識別番号】100178906

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 充和

(72)【発明者】

【氏名】岩尾 公喜

(72)【発明者】

【氏名】木島 正幸

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA02

5H730BB27

5H730BB61

5H730BB84

5H730DD04

5H730EE04

5H730EE08

5H730EE13

5H730EE58

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD31

5H730FG12

(57)【要約】

【課題】整流回路をそれぞれ有する複数の電力変換部（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ）の出力側が並列接続された電力変換装置において、各整流回路を、同期整流駆動とダイオード整流駆動とに切り替えた場合、その切り替わりの際に、出力電圧がふらつくことを防止する。
【解決手段】電力変換装置は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０，５０を備え、それらの出力側が並列接続されている。各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，５０の各制御回路４４，６４は、計測された整流回路３５，５５の入力電流の平均電流値を指令値として、その各整流回路３５，５５に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えて、各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，５０の出力電流を等しくするための出力バランス制御を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上側スイッチ素子及び下側スイッチ素子を有し、交流電力を直流電力に整流する整流回路と、
前記上側スイッチ素子及び前記下側スイッチ素子をオン／オフ制御する制御回路と、
をそれぞれ備える複数の電力変換部の出力側が並列接続された電力変換装置であって、
前記各制御回路は、
計測された前記各整流回路の入力電流の平均電流値を指令値として、
前記各整流回路に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えて、前記各電力変換部の出力電流を等しくするための出力バランス制御を行う、
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記同期整流駆動では、前記各整流回路の入力電流に同期して前記上側スイッチ素子と前記下側スイッチ素子とを所定のデッドタイムをおいて交互にオン／オフ駆動し、
前記ダイオード整流駆動では、前記上側スイッチ素子及び前記下側スイッチ素子をオフ状態にする、
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

請求項２記載の電力変換装置において、
前記各整流回路の入力電流を計測する電流センサと、
計測された前記入力電流の平均電流値を求める平均値電流回路と、
を有することを特徴とする電力変換装置。

【請求項4】

前記各電力変換部は、
前記各整流回路の入力側に変圧器の２次側がそれぞれ接続された絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータである、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記各電力変換部は、
前記各整流回路の入力側に変圧器の２次側がそれぞれ接続され、且つ、前記各整流回路の出力側にＤＣ／ＡＣ変換回路がそれぞれ接続された絶縁型ＤＣ／ＡＣインバータである、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項記載の電力変換装置。

【請求項6】

上側スイッチ素子及び下側スイッチ素子を有し、交流電力を直流電力に整流する整流回路と、
前記上側スイッチ素子及び前記下側スイッチ素子をオン／オフ制御する制御回路と、
をそれぞれ備える複数の電力変換部の出力側が並列接続された電力変換装置の制御方法であって、
前記各制御回路は、
計測された前記各整流回路の入力電流の平均電流値を指令値として、
前記各整流回路に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えて、前記各電力変換部の出力電流を等しくするための出力バランス制御を行う、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。

【請求項7】

前記同期整流駆動では、前記各整流回路の入力電流に同期して前記上側スイッチ素子と前記下側スイッチ素子とを所定のデッドタイムをおいて交互にオン／オフ駆動し、
前記ダイオード整流駆動では、前記上側スイッチ素子及び前記下側スイッチ素子をオフ状態にする、
ことを特徴とする請求項６記載の電力変換装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＤＣ（直流）／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣ（交流）インバータ等の複数の電力変換部の出力側が、並列に接続された電力変換装置及びその制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、並列に接続され複数の電力変換部（例えば、コンバータ又はインバータ等）の並列運転を行う電力変換装置は、例えば、特許文献１－３等に記載されている。

【0003】

図６は、特許文献１に記載された従来の電力変換装置の並列運転を示す概略の構成ブロック図である。
この電力変換装置は、ＤＣ入力電圧Ｖｄｉが供給される正負一対の入力端子１－１，１－２を有し、この入力端子１－１，１－２に、複数（例えば、２つ）の電力変換部（例えば、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ）１０，２０が並列に接続されている。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０，２０は、ＤＣ入力電圧Ｖｄｉを他のレベルのＤＣ出力電圧Ｖｄｏに変換するための回路であり、これらの出力側が、ＤＣ出力電圧Ｖｄｏを送出するための正負一対の出力端子１５－１，１５－２に並列に接続されている。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０，２０は、ＤＣ入力電圧ＶｄｉをスイッチングしてＡＣ電圧に変換するスイッチング回路１１，２１と、変換されたＡＣ電圧の電圧変換を行う変圧器（以下「トランス」）１２，２２と、このトランス１２，２２の２次側出力電圧をＤＣ電圧に整流する整流回路１３，２３と、整流されたＤＣ電圧を平滑する平滑回路１４，２４と、により構成されている。

【0004】

各スイッチング回路１１，２１は、ＤＣ／ＡＣ変換するための複数のスイッチング素子と、変換されたＡＣ電圧に共振するＬＣ直列共振回路と、を有している。各整流回路１３，２３は、複数のスイッチ素子がブリッジ接続された同期整流回路により構成されている。各スイッチ素子には、ボディダイオード又は外付けのダイオードが逆並列状態にそれぞれ接続されている。各スイッチ素子は、各トランス１２，２２の２次側出力電流に同期してオン／オフ動作し、そのトランス１２，２２の２次側出力電圧をＤＣ電圧に整流する。

【0005】

これに対して、特許文献２に記載された従来の電力変換装置では、図６中の各スイッチング回路１１，２１が、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子により構成され、ＤＣ入力電圧ＶｄｉをスイッチングしてＡＣ電圧に変換し、各トランス１２，２２の１次側へ供給する構成になっている。図６中の２つの整流回路１３，２３のうち、上側の整流回路１３は、複数のスイッチ素子を有し、その各スイッチ素子には、フリーホイールダイオードが逆並列状態にそれぞれ接続されている。上側の整流回路１３では、複数のスイッチ素子がトランス１２の２次側出力電流に同期してオン／オフ動作する同期整流動作と、複数のスイッチ素子がオフ状態になってフリーホイールダイオードによるダイオード整流動作と、が切り替え可能な構成になっている。下側の整流回路２３は、複数の整流ダイオードを有し、常時、ダイオード整流動作を行う構成になっている。このような構成により、電力変換効率及び信頼性の向上を図っている。

【0006】

又、特許文献３には、図示しない並列接続された複数のインバータが共通の負荷を駆動する並列多重インバータシステムである電力変換装置が記載されている。この特許文献３では、各インバータの出力電流が揃うように制御して、あるインバータの出力電流が他のインバータの出力端子に流れ込む横流の発生を防止する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５－１６４３６５号公報

【特許文献2】特開２０１５－１４９８５０号公報

【特許文献3】特開２０１７－１３９９３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献２に記載された図６の電力変換装置において、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０，２０の出力電流を等しくするための出力バランス制御を行って横流の発生を防止すると共に、回路構成の簡単化及び電力変換効率の向上等を図るために、下側の整流回路２３を、上側の整流回路１３と同様に、同期整流動作とダイオード整流動作とを切り替え可能な同期整流回路にて構成することが考えられる（この電力変換装置は、未公知であり、以下「提案装置」という。）。

【0009】

例えば、提案装置において、電力変換効率を向上するために、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０，２０の出力電流が定格の２０％を超えれば、同期整流駆動、定格の１５％以下でダイオード整流駆動に切り替え、チャタリングを防止するためにヒステリシスを設けることが考えられる。２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１０，２０の出力電流は、同一の出力電流値になるように、フィードバック制御によりバランス制御を行うことが望ましい。

【0010】

しかしながら、前記のような提案装置では、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１０，２０間の応答時間に差が生じて、過渡動作において電流の差異が発生し、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０，２０の出力電流が異なる。この異なる電流によって、同期整流とダイオード整流の切り替わりタイミングがずれ、出力電圧がふらつく現象が発生するという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の電力変換装置は、上側スイッチ素子及び下側スイッチ素子を有し、交流電力を直流電力に整流する整流回路と、前記上側スイッチ素子及び前記下側スイッチ素子をオン／オフ制御する制御回路と、をそれぞれ備える複数の電力変換部の出力側が並列接続された電力変換装置であって、前記各制御回路は、計測された前記各整流回路の入力電流の平均電流値を指令値として、前記各整流回路に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えて、前記各電力変換部の出力電流を等しくするための出力バランス制御を行う、ことを特徴とする。

【0012】

本発明の電力変換装置の制御方法は、上側スイッチ素子及び下側スイッチ素子を有し、交流電力を直流電力に整流する整流回路と、前記上側スイッチ素子及び前記下側スイッチ素子をオン／オフ制御する制御回路と、をそれぞれ備える複数の電力変換部の出力側が並列接続された電力変換装置の制御方法であって、前記各制御回路は、計測された前記各整流回路の入力電流の平均電流値を指令値として、前記各整流回路に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えて、前記各電力変換部の出力電流を等しくするための出力バランス制御を行う、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明の電力変換装置及びその制御方法によれば、各整流回路の入力電流の平均電流値が、各電力変換部で同じ値になるので、この値に従って、各整流回路に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えを行っている。そのため、同じタイミングで整流駆動モードが切り替わるので、各電力変換部のスイッチ素子による電圧ドロップが一致し、出力バランス制御のばたつきがなくなり、出力電圧精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例１を示す電力変換装置の概略の構成図

【図2】図１中の平均値電流回路４３，６３を示す概略の構成図

【図3】図１の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０側の制御方法を示すフローチャート

【図4】本発明の実施例２を示す電力変換装置の概略の構成図

【図5】本発明の実施例３を示す電力変換装置の概略の構成図

【図6】従来の電力変換装置の並列運転を示す概略の構成ブロック図

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

【実施例0016】

（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１を示す電力変換装置の概略の構成図である。
この電力変換装置は、ＤＣ入力電圧Ｖｄｉを他のレベルのＤＣ出力電圧Ｖｄｏに変換するための複数（例えば、２つ）の電力変換部（例えば、絶縁型の第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ）３０，５０を備え、その第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，５０の出力側が並列に接続されている。

【0017】

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、ＤＣ入力電圧Ｖｄｉが供給される正負一対の入力端子３１－１，３１－２を有し、その入力端子３１－１，３１－２に、スイッチング回路３２が接続されている。スイッチング回路３２は、ＤＣ入力電圧Ｖｄｉをスイッチングして例えば３相ＡＣ電圧に変換する回路であり、６つのＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下「ＭＯＳＦＥＴ」という。）等のスイッチング素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆを有し、それらがブリッジ接続されている。各スイッチング素子３２ａ～３２ｆには、ダイオード３２ｇが逆並列状態にそれぞれ接続されている。各ダイオード３２ｇは、ＭＯＳＦＥＴ等のボディダイオード、或いは、外付けダイオード等により構成されている。各上側スイッチング素子３２ａ，３２ｃ，３２ｅと各下側スイッチング素子３２ｂ，３２ｄ，３２ｆとの接続点には、３相の共振回路（例えば、ＬＣ直列共振回路）３３が接続されている。

【0018】

ＬＣ直列共振回路３３は、変換された３相ＡＣ電圧に共振する回路であり、３つのコンデンサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと３つのリアクトル３３ｄ，３３ｅ，３３ｆとを有し、それが直列に接続されている。ＬＣ直列共振回路３３の出力側には、３相トランス３４が接続されている。３相トランス３４は、ＬＣ直列共振回路３３のＡＣ出力電圧を他のレベルのＡＣ電圧に変換する回路であり、３つのトランス３４ａ，３４ｂ，３４ｃを有し、それらが直列に接続されている。３つのトランス３４ａ～３４ｃの出力側には、整流回路３５が接続されている。

【0019】

整流回路３５は、トランス３４ａ～３４ｃの３相ＡＣ出力電圧を整流する回路であり、例えば、６つのＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆを有し、それらがブリッジ接続されている。各スイッチ素子３５ａ～３５ｆには、ダイオード３５ｇが逆並列状態にそれぞれ接続されている。各ダイオード３５ｇは、ＭＯＳＦＥＴ等のボディダイオード、或いは、外付けダイオード等により構成されている。整流回路３５の出力側には、平滑回路３６が接続されている。平滑回路３６は、例えば、コンデンサ３６ａ及びリアクトル３６ｂにより構成され、その出力側に、出力コンデンサ３７及び逆流防止用のスイッチ素子３８が接続されている。スイッチ素子３８は、ＭＯＳＦＥＴ等で構成されている。これらの出力コンデンサ３７及びスイッチ素子３８の出力側には、ＤＣ出力電圧Ｖｄｏを送出するための正負一対の出力端子３９－１，３９－２が接続されている。

【0020】

トランス３４の出力側には、このトランス３４の２次側出力電流（つまり整流回路３５の入力電流）を計測するための変流器（以下「ＣＴ」という。）等の電流センサ４１が接続されている。平滑回路３６の出力側には、その出力電圧を計測するための計器用変圧器（以下「ＶＴ」という。）等の電圧センサ４２が接続されている。電流センサ４１の出力側には、平均値電流回路４３及び制御回路４４が接続され、更に、その制御回路４４に、電圧センサ４２の出力側が接続されている。平均値電流回路４３は、電流センサ４１で計測された整流回路３５の入力電流の平均電流値Ｓ４３を求める回路であり、この出力側が、制御回路４４に接続されている。

【0021】

制御回路４４は、電流センサ４１で計測された電流値と電圧センサ４２で計測された電圧値とに基づいてスイッチング回路３２をスイッチング制御するための制御信号Ｓ４４ａを出力すると共に、平均値電流回路４３で求められた平均電流値Ｓ４３に基づいて整流回路３５を同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替え制御するための制御信号Ｓ４４ｂを出力する回路であり、例えば、デジタル制御プロセッサ（ＤＳＰ）等で構成されている。制御回路４４は、電流センサ４１で計測された電流値を入力するＩｏ計測端子、電圧センサ４２で計測された電圧値を入力するＶｏ計測端子、平均電流値Ｓ４３を入力する入力端子、スイッチング回路制御用の制御信号Ｓ４４ａを出力する出力端子、整流回路制御用の制御信号Ｓ４４ｂを出力する出力端子、及び整流駆動モード切替部４４ａ等を有している。

【0022】

整流駆動モード切替部４４ａは、平均値電流回路４３で求められた平均電流値Ｓ４３に基づき、例えば、その平均電流値Ｓ４３が定格電流値の２０％を超えれば同期整流駆動用の論理“Ｈ”の制御信号Ｓ４４ｂを出力し、その平均電流値Ｓ４３が定格電流値の１５％以下であればダイオード整流駆動用の論理“Ｌ”の制御信号Ｓ４４ｂを出力する機能を有している。２０％と１５％との間に、ヒステリシスを設けているのは、チャタリング等を防止するためである。

【0023】

制御回路４４の出力端子には、出力制御駆動回路４５及び同期整流駆動回路４６が接続されている。出力制御駆動回路４５は、制御回路４４から与えられる制御信号Ｓ４４ａを駆動してスイッチング回路３２内のスイッチング素子３２ａ～３２ｆをオン／オフ動作させる回路であり、例えば、複数の駆動用トランジスタ等により構成されている。同期整流駆動回路４６は、トランス３４の２次側出力電流と、論理“Ｈ”又は“Ｌ”の制御信号Ｓ４４ｂとに基づき、その制御信号Ｓ４４ｂが論理“Ｈ”の時には、トランス３４の２次側出力電流に同期して整流回路３５内の複数のスイッチ素子３５ａ～３５ｆをオン／オフ動作させる駆動信号を出力し、その制御信号Ｓ４４ｂが論理“Ｌ”の時には、複数のスイッチ素子３５ａ～３５ｆを全てオフ状態にするための駆動信号を出力する回路であり、例えば、複数の駆動用トランジスタ等により構成されている。

【0024】

第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と同一の構成であり、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０側と同一のＤＣ入力電圧Ｖｄｉが供給される正負一対の入力端子５１－１，５１－２を有している。入力端子５１－１，５１－２には、スイッチング回路５２が接続されている。スイッチング回路５２は、６つのスイッチング素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆを有し、それらがブリッジ接続されている。各スイッチング素子５２ａ～５２ｆには、ダイオード５２ｇが逆並列状態にそれぞれ接続されている。各上側スイッチング素子５２ａ，５２ｃ，５２ｅと各下側スイッチング素子５２ｂ，５２ｄ，５２ｆとの接続点には、３相のＬＣ直列共振回路５３が接続されている。

【0025】

ＬＣ直列共振回路５３は、３つのコンデンサ５３ａ，５３ｂ，５３ｃと３つのリアクトル５３ｄ，５３ｅ，５３ｆとを有し、それらが直列に接続されている。ＬＣ直列共振回路５３の出力側には、３相トランス５４が接続されている。３相トランス５４は、３つのトランス５４ａ，５４ｂ，５４ｃを有し、そのトランス３４ａ，３４ｂ，３４ｃの出力側に、整流回路５５が接続されている。

【0026】

整流回路５５は、６つのＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅ，５５ｆを有し、それらがブリッジ接続されている。各スイッチ素子５５ａ～５５ｆには、ダイオード５５ｇが逆並列状態にそれぞれ接続されている。整流回路５５の出力側には、平滑回路５６が接続されている。平滑回路５６は、コンデンサ５６ａ及びリアクトル５６ｂにより構成され、その出力側が、出力コンデンサ３７及び逆流防止用のスイッチ素子３８に並列に接続されている。

【0027】

トランス５４の出力側には、このトランス５４の２次側出力電流（つまり整流回路５５の入力電流）を計測するための電流センサ６１が接続されている。平滑回路５６の出力側には、その出力電圧を計測するための電圧センサ６２が接続されている。電流センサ６１の出力側には、平均値電流回路６３及び制御回路６４が接続され、更に、その制御回路６４に、電圧センサ６２の出力側が接続されている。平均値電流回路６３は、電流センサ６１で計測された整流回路５５の入力電流の平均電流値Ｓ６３を求める回路であり、この出力側が、制御回路６４に接続されている。

【0028】

制御回路６４は、電流センサ６１で計測された電流値と電圧センサ６２で計測された電圧値とに基づいてスイッチング回路５２をスイッチング制御するための制御信号Ｓ６４ａを出力すると共に、平均値電流回路６３で求められた平均電流値Ｓ６３に基づいて整流回路５５を同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替え制御するための制御信号Ｓ６４ｂを出力する回路である。制御回路６４は、電流センサ６１で計測された電流値を入力するＩｏ計測端子、電圧センサ６２で計測された電圧値を入力するＶｏ計測端子、平均電流値Ｓ６３を入力する入力端子、スイッチング回路制御用の制御信号Ｓ６４ａを出力する出力端子、整流回路制御用の制御信号Ｓ６４ｂを出力する出力端子、及び整流駆動モード切替部６４ａ等を有している。整流駆動モード切替部６４ａは、平均値電流回路６３で求められた平均電流値Ｓ６３に基づき、その平均電流値Ｓ６３が定格電流値の２０％を超えれば同期整流駆動用の論理“Ｈ”の制御信号Ｓ６４ｂを出力し、その平均電流値Ｓ６３が定格電流値の１５％以下であればダイオード整流駆動用の論理“Ｌ”の制御信号Ｓ６４ｂを出力する機能を有している。

【0029】

制御回路６４の出力端子には、出力制御駆動回路６５及び同期整流駆動回路６６が接続されている。出力制御駆動回路６５は、制御回路６４から与えられる制御信号Ｓ６４ａを駆動してスイッチング回路５２内のスイッチング素子５２ａ～５２ｆをオン／オフ動作させる回路である。同期整流駆動回路６６は、トランス５４の２次側出力電流と、論理“Ｈ”又は“Ｌ”の制御信号Ｓ６４ｂに基づき、その制御信号Ｓ６４ｂが論理“Ｈ”の時には、その２次側出力電流に同期して整流回路５５内の複数のスイッチ素子５５ａ～５５ｆをオン／オフ動作させる駆動信号を出力し、その制御信号Ｓ６４ｂが論理“Ｌ”の時には、複数のスイッチ素子５５ａ～５５ｆを全てオフ状態にするための駆動信号を出力する回路である。

【0030】

図２は、図１中の平均値電流回路４３，６３を示す概略の構成図である。
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０内の平均値電流回路４３は、電流センサ４１で計測されたトランス３４の２次側出力電流（即ち、整流回路３５の入力電流）を整流するダイオード４３ａと、整流されたＤＣ電流を電圧降下して整流回路３５の入力電流の平均電流値Ｓ４３を求める抵抗４３ｂと、を有している。求められた平均電流値Ｓ４３は、制御回路４４へ入力されると共に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０内の平均値電流回路６３へ与えられる。

【0031】

第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０内の平均値電流回路６３は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０内の平均値電流回路４３と同一の構成であり、電流センサ６１で計測されたトランス５４の２次側出力電流（即ち、整流回路５５の入力電流）を整流するダイオード６３ａと、整流されたＤＣ電流を電圧降下して整流回路５５の入力電流の平均電流値Ｓ６３を求める抵抗６３ｂと、を有している。求められた平均電流値Ｓ６３は、制御回路６４へ入力されると共に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０内の平均値電流回路４３へ与えられる。

【0032】

（実施例１の動作）
図１の電力変換装置において、同一のＤＣ入力電圧Ｖｄｉが、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０側の入力端子３１－１，３１－２に供給されると共に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０側の入力端子５１－１，５１－２に供給されると、その第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０が動作を開始する。

【0033】

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０側において、入力端子３１－１，３１－２に供給されたＤＣ入力電圧Ｖｄｉは、出力制御駆動回路４５により駆動されるスイッチング回路３２内のスイッチング素子３２ａ～３２ｆによりスイッチングされ（例えば、スイッチング素子３２ａ，３２ｄ，３２ｅが順にオン、スイッチング素子３２ｂ，３２ｃ，３２ｆが順にオフし）、ＡＣ電圧に変換される。変換されたＡＣ電圧により、ＬＣ直列共振回路３３が共振し、その共振電圧がトランス３４により電圧変換される。電圧変換されたＡＣ電圧は、同期整流駆動回路４６で駆動される整流回路３５により、同期整流又はダイオード整流される。同期整流では、整流回路３５内のスイッチ素子３５ａ～３５ｆが、トランス３４の２次側出力電流（即ち、整流回路３５の入力電流）に同期してオン／オフ動作し、整流される。ダイオード整流では、整流回路３５内のスイッチ素子３５ａ～３５ｆが全てオフし、各スイッチ素子３５ａ～３５ｆに逆並列状態で接続された６つのダイオード３５ｇにより、整流される。整流された電圧は、平滑回路３６で平滑される。

【0034】

平滑されたＤＣ出力電圧Ｖｄｏは、電圧センサ４２で計測され、その計測された電圧値が制御回路４４のＶｏ計測端子へ入力される。すると、制御回路４４は、フィードバック制御により、ＤＣ出力電圧Ｖｄｏが目標電圧値と一致するような制御信号Ｓ４４ａを出力制御駆動回路４５へ供給する。この出力制御駆動回路４５により、スイッチング回路３２内のスイッチング素子３２ａ～３２ｆがオン／オフ駆動される。これにより、ＤＣ出力電圧Ｖｄｏが、目標電圧値と一致するように動作する。このＤＣ出力電圧Ｖｄｏは、出力コンデンサ３７及び逆流防止用のスイッチ素子３８を介して、出力端子３９－１，３９－２から送出される。

【0035】

第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０も、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と同様の動作を行う。即ち、入力端子５１－１，５１－２に供給されたＤＣ入力電圧Ｖｄｉは、出力制御駆動回路６５により駆動されるスイッチング回路５２内のスイッチング素子５２ａ～５２ｆによりスイッチングされ、ＡＣ電圧に変換される。変換されたＡＣ電圧により、ＬＣ直列共振回路５３が共振し、その共振電圧がトランス５４により電圧変換される。電圧変換されたＡＣ電圧は、同期整流駆動回路６６で駆動される整流回路５５により、同期整流又はダイオード整流される。整流された電圧は、平滑回路５６で平滑される。

【0036】

平滑されたＤＣ出力電圧Ｖｄｏは、電圧センサ６２で計測され、その計測された電圧値が制御回路６４のＶｏ計測端子へ入力される。すると、制御回路６４は、ＤＣ出力電圧Ｖｄｏが目標電圧値と一致するような制御信号Ｓ６４ａを出力制御駆動回路６５へ供給する。この出力制御駆動回路６５により、スイッチング回路５２内のスイッチング素子５２ａ～５２ｆがオン／オフ駆動される。これにより、ＤＣ出力電圧Ｖｄｏが、目標電圧値と一致するように動作する。このＤＣ出力電圧Ｖｄｏは、出力コンデンサ３７及び逆流防止用のスイッチ素子３８を介して出力端子３９－１，３９－２から送出され、図示しない負荷へ供給される。

【0037】

図３は、図１の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０側の制御方法を示すフローチャートである。なお、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０側も、図３と同様の制御を行う。
図３のフローチャートでは、ステップＳＴ１～ＳＴ５の処理が行われる。

【0038】

先ず、ステップＳＴ１において、図１のトランス３４の２次側出力電流（即ち、整流回路３５の入力電流）が、電流センサ４１で計測され、平均値電流回路４３、制御回路４４、及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０内の平均値電流回路６３へ供給される。同様に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０側においても、トランス５４の２次側出力電流（即ち、整流回路５５の入力電流）が、電流センサ６１で計測され、平均値電流回路６３、制御回路６４、及び第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３０内の平均値電流回路４３へ供給される。

【0039】

ステップＳＴ２において、図２の平均値電流回路４３は、ダイオード４３ａ及び抵抗４３ｂにより、平均電流値Ｓ４３を求め、制御回路４４内の整流駆動モード切替部４４ａへ与える。同様に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０側においても、図２の平均値電流回路６３は、ダイオード６３ａ及び抵抗６３ｂにより、平均電流値Ｓ６３を求め、制御回路６４内の整流駆動モード切替部６４ａへ与える。

【0040】

ステップＳＴ３において、整流駆動モード切替部４４ａは、平均電流値Ｓ４３が、定格電流値の例えば２０％を超えるが否かを判定し、２０％を超えれば（ＹＥＳ）、論理“Ｈ”の制御信号Ｓ４４ｂを出力して同期整流駆動回路４６へ供給してステップＳＴ４へ進み、ヒステリシスを設けた１５％以下であれば（ＮＯ）、論理“Ｌ”の制御信号Ｓ４４ｂを出力して同期整流駆動回路４６へ供給してステップＳＴ５へ進む。同様に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０側においても、制御回路６４内の整流駆動モード切替部６４ａは、平均電流値Ｓ６３が、定格電流値の２０％を超えるが否かを判定し、２０％を超えれば（ＹＥＳ）、論理“Ｈ”の制御信号Ｓ６４ｂを出力して同期整流駆動回路６６へ供給してステップＳＴ４へ進み、１５％以下であれば（ＮＯ）、論理“Ｌ”の制御信号Ｓ６４ｂを出力して同期整流駆動回路６６へ供給してステップＳＴ５へ進む。

【0041】

ステップＳＴ４において、同期整流駆動回路４６は、供給された論理“Ｈ”の制御信号Ｓ４４ｂに基づき、整流回路３５内のスイッチ素子３５ａ～３５ｆをオン／オフ駆動して同期整流を行わせる。同様に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０側においても、同期整流駆動回路６６は、供給された論理“Ｈ”の制御信号Ｓ６４ｂに基づき、整流回路５５内のスイッチ素子５５ａ～５５ｆをオン／オフ駆動して同期整流を行わせる。

【0042】

又、ステップＳＴ５において、同期整流駆動回路４６は、供給された論理“Ｌ”の制御信号Ｓ４４ｂに基づき、整流回路３５内の全スイッチ素子３５ａ～３５ｆをオフにしてダイオード整流を行わせる。同様に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５０側においても、同期整流駆動回路６６は、供給された論理“Ｌ”の制御信号Ｓ６４ｂに基づき、整流回路５５内の全スイッチ素子５５ａ～５５ｆをオフにしてダイオード整流を行わせる。

【0043】

本実施例１では、計測された各整流回路３５，５５の入力電流の平均電流値Ｓ４３，Ｓ６３を指令値として、各制御回路４４，６４内の整流駆動モード切替部４４ａ，６４ａで制御される各同期整流駆動回路４６，６６により、各整流回路３５，５５に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えて、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，５０の出力電流を等しくするための出力バランス制御を行っている。つまり、各平均電流値Ｓ４３，Ｓ６３を使って、各整流回路３５，５５の整流駆動モードを切り替えている。そのため、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，５０において、同じタイミングで整流駆動モードが切り替わるので、整流回路３５，５５内のスイッチ素子３５ａ～３５ｆ，５５ａ～５５ｆによる電圧降下（ドロップ）が無く、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，５０の出力電圧がばたつくことが無い。

【0044】

（実施例１の効果）
本実施例１の電力変換装置及びその制御方法によれば、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３０，５０内の各整流回路３５，５５における入力電流の平均電流値Ｓ４３、Ｓ６３は、同じ値になるので、この値に従って、各整流回路３５，５５に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えを行っている。そのため、同じタイミングで整流駆動モードが切り替わるので、整流回路３５，５５内のスイッチ素子３５ａ～３５ｆ，５５ａ～５５ｆによる電圧ドロップが一致し、出力バランス制御のばたつきがなくなり、出力電圧精度が向上する。

【実施例0045】

（実施例２の構成）
図４は、本発明の実施例２を示す電力変換装置の概略の構成図である。
この電力変換装置は、３相のＡＣ入力電圧Ｖａｉが供給されるＲ１入力端子６７－１、Ｓ１入力端子６７－２、及びＴ１入力端子６７－３に接続された力率改善回路（以下「ＰＦＣ」という。）６８と、この出力側に並列に接続された複数（例えば、２つ）の平滑用のコンデンサ６９－１，６９－２と、この出力側にそれぞれ接続された電力変換部（例えば、絶縁型の第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ）７０，８０と、を備えている。

【0046】

ＰＦＣ６８は、Ｒ１入力端子６７－１、Ｓ１入力端子６７－２、及びＴ１入力端子６７－３から入力される３相のＡＣ入力電圧Ｖａｉの力率を改善してＤＣ電圧を出力する回路であり、例えば、複数のダイオード、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子、及びコンデンサ等により構成されている。ＰＦＣ６８の出力側には、コンデンサ６９－１，６９－２を介して、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７０，８０が並列に接続されている。第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７０，８０は、コンデンサ６９－１，６９－２でそれぞれ平滑されたＤＣ電圧を、他のレベルのＤＣ出力電圧Ｖｄｏにそれぞれ変換する回路であり、その出力側が並列に接続されている。

【0047】

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、コンデンサ６９－１で平滑されたＤＣ電圧を入力するスイッチング回路７１を有している。スイッチング回路７１は、入力されたＤＣ電圧をスイッチングして例えば単相ＡＣ電圧に変換する回路であり、４つのＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと、この各スイッチング素子７１ａ～７１ｄに対して逆並列状態にそれぞれ接続されたダイオード７１ｅと、その各スイッチング素子７１ａ～７１ｄに対して並列にそれぞれ接続された２つの直列コンデンサ７１ｆ，７１ｇとを有している。各ダイオード７１ｅは、ボディダイオードや外付けダイオード等により構成されている。

【0048】

スイッチング素子７１ａ、このスイッチング素子７１ａに対して逆並列状態に接続されたダイオード７１ｅ、及び、そのスイッチング素子７１ａに対して並列に接続された２つの直列コンデンサ７１ｆ，７１ｇからなる上側第１回路ブロックと、スイッチング素子７１ｂ、このスイッチング素子７１ｂに対して逆並列状態に接続されたダイオード７１ｅ、及び、そのスイッチング素子７１ｂに対して並列に接続された２つの直列コンデンサ７１ｆ，７１ｇからなる上側第２回路ブロックとは、並列に接続されている。更に、スイッチング素子７１ｃ、このスイッチング素子７１ｃに対して逆並列状態に接続されたダイオード７１ｅ、及び、そのスイッチング素子７１ｃに対して並列に接続された２つの直列コンデンサ７１ｆ，７１ｇからなる下側第１回路ブロックと、スイッチング素子７１ｄ、このスイッチング素子７１ｄに対して逆並列状態に接続されたダイオード７１ｅ、及び、そのスイッチング素子７１ｄに対して並列に接続された２つの直列コンデンサ７１ｆ，７１ｇからなる下側第２回路ブロックとは、並列に接続されている。そして、上側第１回路ブロック及び上側第２回路ブロックと、下側第１回路ブロック及び下側第２回路ブロックとは、直列に接続されたハーフブリッジ構成になっている。

【0049】

スイッチング回路７１の出力側には、単相のＬＣ共振回路７２が接続されている。ＬＣ共振回路７２は、変換された単相ＡＣ電圧に共振する回路であり、直列に接続された２つのコンデンサ７２ａ，７２ｂと、この各コンデンサ７２ａ，７２ｂに対して逆並列状態にそれぞれ接続されたダイオード７２ｃと、リアクトル７２ｄと、により構成されている。ＬＣ共振回路７２の出力側には、トランス７３が接続されている。トランス７３は、ＬＣ共振回路７２のＡＣ出力電圧を他のレベルのＡＣ電圧に変換する回路であり、３つのトランス本体７３ａ，７３ｂ，７３ｃを有し、それらの１次側（入力側）が直列に接続されている。トランス７３の２次側（出力側）には、整流回路７４が接続されている。

【0050】

整流回路７４は、トランス本体７３ａ，７３ｂ，７３ｃのＡＣ出力電圧を整流する回路であり、例えば、６つのＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆを有している。トランス本体７４ａの出力側には、全波整流用の２つのスイッチ素子７４ａ，７４ｂが接続されている。同様に、トランス本体７３ｂの出力側に、全波整流用の２つのスイッチ素子７４ｃ，７４ｄが接続され、更に、トランス本体７３ｃの出力側に、全波整流用の２つのスイッチ素子７４ｅ，７４ｆが接続されている。各スイッチ素子７４ａ～７４ｆには、ボディダイオードや外付けダイオード等のダイオード７４ｇが逆並列状態にそれぞれ接続されている。整流回路７４の出力側には、平滑回路７５が接続されている。平滑回路７５は、２つのコンデンサ７５ａ，７５ｅ、２つのリアクトル７５ｂ，７５ｃ、及び抵抗７５ｄにより構成され、その出力側に、ＤＣ出力電圧Ｖｄｏを送出する正負一対の出力端子７６－１，７６－２が接続されている。

【0051】

第２ＤＣ／ＤＣコンバータ８０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７０と同一の構成であり、コンデンサ６９－２で平滑されたＤＣ電圧を入力するスイッチング回路８１、ＬＣ共振回路８２、トランス８３、及び整流回路８４を有し、その整流回路８４の出力側が、平滑回路７５の入力側に並列に接続されている。

【0052】

スイッチング回路８１は、４つのスイッチング素子８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄと、この各スイッチング素子８１ａ～８１ｄに対して逆並列状態にそれぞれ接続されたダイオード８１ｅと、その各スイッチング素子８１ａ～８１ｄに対して並列にそれぞれ接続された２つの直列コンデンサ８１ｆ，８１ｇとを有している。スイッチング素子８１ａ、このスイッチング素子８１ａに対して逆並列状態に接続されたダイオード８１ｅ、及び、そのスイッチング素子８１ａに対して並列に接続された２つの直列コンデンサ８１ｆ，８１ｇからなる上側第１回路ブロックと、スイッチング素子８１ｂ、このスイッチング素子８１ｂに対して逆並列状態に接続されたダイオード８１ｅ、及び、そのスイッチング素子８１ｂに対して並列に接続された２つの直列コンデンサ８１ｆ，８１ｇからなる上側第２回路ブロックとは、並列に接続されている。

【0053】

更に、スイッチング素子８１ｃ、このスイッチング素子８１ｃに対して逆並列状態に接続されたダイオード８１ｅ、及び、そのスイッチング素子８１ｃに対して並列に接続された２つの直列コンデンサ８１ｆ，８１ｇからなる下側第１回路ブロックと、スイッチング素子８１ｄ、このスイッチング素子８１ｄに対して逆並列状態に接続されたダイオード８１ｅ、及び、そのスイッチング素子８１ｄに対して並列に接続された２つの直列コンデンサ８１ｆ，８１ｇからなる下側第２回路ブロックとは、並列に接続されている。そして、上側第１回路ブロック及び上側第２回路ブロックと、下側第１回路ブロック及び下側第２回路ブロックとは、直列に接続されたハーフブリッジ構成になっている。

【0054】

スイッチング回路８１の出力側に接続されたＬＣ共振回路８２は、直列に接続された２つのコンデンサ８２ａ，８２ｂと、この各コンデンサ８２ａ，８２ｂに対して逆並列状態にそれぞれ接続されたダイオード８２ｃと、リアクトル８２ｄと、により構成されている。ＬＣ共振回路８２の出力側に接続されたトランス８３は、３つのトランス本体８３ａ，８３ｂ，８３ｃを有し、それらの入力側が直列に接続されている。トランス８３の出力側に接続された整流回路８４は、６つのスイッチ素子８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，８４ｅ，８４ｆにより構成されている。

【0055】

図４の電力変換装置には、図示しないが、実施例１の図１と略同様に、トランス７３，８３の２次側出力電流（つまり整流回路７４，８４の入力電流）を計測する電流センサ、整流回路７４，８４の出力電圧を計測する電圧センサ、その電流センサの出力側に接続された平均値電流回路、及び、その電圧センサ・電流センサに接続された制御回路等が設けられている。
制御回路は、例えば、ＰＦＣ６８の動作を制御すると共に、実施例１と同様に、スイッチング回路７１，８１のスイッチング動作を制御し、更に、平均値電流回路で求められた平均電流値に基づいて整流回路７４，８４を同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替え制御する機能を有している。

【0056】

（実施例２の動作）
図４の電力変換装置において、３相ＡＣ入力電圧Ｖａｉが、Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１入力端子６７－１，６７－２，６７－３に供給されると、その３相ＡＣ入力電圧Ｖａｉが、ＰＦＣ６８によりＤＣ電圧に変換されて力率が改善される。変換されたＤＣ電圧は、コンデンサ６９－１，６９－２で平滑され、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７０及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ８０へ供給される。

【0057】

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ７０側に供給されたＤＣ電圧は、スイッチング回路７１内のスイッチング素子７１ａ～７１ｄによりスイッチングされ、ＡＣ電圧に変換される。変換されたＡＣ電圧により、ＬＣ共振回路７２が共振し、その共振電圧がトランス７３により電圧変換される。電圧変換されたＡＣ電圧は、整流回路７４により、同期整流又はダイオード整流される。整流されたＤＣ電圧は、制御回路のフィードバック制御により、目標電圧値と一致するように制御される。

【0058】

同様に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ８０側に供給されたＤＣ電圧は、スイッチング回路８１内のスイッチング素子８１ａ～８１ｄによりスイッチングされ、ＡＣ電圧に変換される。変換されたＡＣ電圧により、ＬＣ共振回路８２が共振し、その共振電圧がトランス８３により電圧変換される。電圧変換されたＡＣ電圧は、整流回路８４により、同期整流又はダイオード整流される。整流されたＤＣ電圧は、制御回路のフィードバック制御により、目標電圧値と一致するように制御される。
整流回路７４，８４から出力されたＤＣ電圧は、平滑回路７５で平滑され、この平滑されたＤＣ出力電圧Ｖｄｏが、出力端子７６－１，７６－２から送出され、図示しない負荷へ供給される。

【0059】

本実施例２の整流回路７４，８４は、実施例１の図３と同様に、制御される。即ち、計測された各整流回路７４，８４の入力電流の平均電流値を指令値として、各制御回路の制御により、各整流回路７４，８４に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えて、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７０，８０の出力電流を等しくするための出力バランス制御を行っている。そのため、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７０，８０において、同じタイミングで整流駆動モードが切り替わるので、整流回路７４，８４内のスイッチ素子７４ａ～７４ｆ，８４ａ～８４ｆによる電圧ドロップが無く、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７０，８０の出力電圧がばたつくことが無い。

【0060】

（実施例２の効果）
本実施例２の電力変換装置及びその制御方法によれば、実施例１と同様に、第１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ７０，８０内の各整流回路７４，８４における入力電流の平均電流値は、同じ値になるので、この値に従って、各整流回路７４，８４に対する整流駆動モードを、同期整流駆動又はダイオード整流駆動に切り替えを行っている。そのため、同じタイミングで整流駆動モードが切り替わるので、整流回路７４，８４内のスイッチ素子７４ａ～７４ｆ，８４ａ～８４ｆによる電圧ドロップが一致し、出力バランス制御のばたつきがなくなり、出力電圧精度が向上する。