JP2015136202A

JP2015136202A - チョッパ回路

Info

Publication number: JP2015136202A
Application number: JP2014005693A
Authority: JP
Inventors: 金林張; Jinlin Zhang
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-27

Abstract

【課題】インターリーブ方式で並列化された、昇降圧チョッパ回路の低出力時における効率向上を図る。
【解決手段】出力電流と設定閾値を比較して運転する昇降圧チョッパ回路の台数を制御することにより、インターリーブ方式で並列化された昇降圧チョッパ回路の低出力時における効率向上を図る。又、並列運転を行う起動台数に応じて位相を、（３６０°／昇降圧チョッパ回路の並列起動台数分）、ずらして昇降圧チョッパ回路の起動停止を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池や燃料電池などの直流電源を系統と連系させた分散電源システムなどに用いられ、直流電源を昇圧あるいは降圧する直流−直流変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を構成する昇降圧チョッパ回路に用いられ、さらに詳しくは、その昇降圧チョッパ回路が並列多重化された回路に関する。

太陽電池や燃料電池を分散電源として商用電源と連系させて負荷に電力を供給する分散電源システムでは、太陽電池や燃料電池の発電電圧が低いためにその出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータを具備するのが一般的である。太陽電池や負荷に大電流を供給する場合には、単位チョッパ回路を複数台多重並列に接続して、出力電流を分担させるようにしている。しかしながら多重並列接続チョッパ回路においては、出力が大きい場合には、効率はさほど悪くないが、低出力時において、効率が低下するという課題があった。

特開平０９−２１５３２２号公報

特開平０９−２１５３２２では、各々のチョッパごとに電流検出器を設け、この出力電流と平均電流との偏差を求めて、電流偏差の時間的変化の大きさに対応した補正量を出力する。更に電流偏差の絶対値を演算し、この絶対値が基準電圧源をこえたか否かを、判定し、この判定結果に対応してＰＩＤ調節器の出力側に設けたスイッチをオン・オフさせ、僅かな電流偏差で無用な補正動作を妨げる昇降圧チョッパ回路が並列多重化された回路において、低出力時における効率向上を図るようにしている。

特許文献１に記載されているフィードバック制御を行う回路で、出力電流のアンバランスを解消し、低出力時における効率向上を図ることは、可能であるが、検出器が単位チョッパ分必要になり、制御部が複雑になるという課題がある。

本発明は、多重並列接続チョッパ回路において、制御部を複雑にせずに簡単な制御で、低出力時においても、効率が低下しないようにすることを目的とする。

上記課題を解決する為に、本発明に係わる昇降圧チョッパ回路は、入力・出力電流を計測し、負荷状態を確認し、その値により運転する昇降圧チョッパ回路の台数を制御する。低出力時（軽負荷時）に、昇降圧チョッパ回路を止め、中高出力時には、止めていた昇降圧チョッパ回路を起動するように制御を行う。具体的には、共通の直流電源に並列に接続された昇降圧チョッパ回路において、出力電流を測定する手段を備え、出力電流がｎ台運転上限閾値以上になった時に、（ｎ＋１）台目の昇降圧チョッパ回路を規定の電流位相差でソフトスタート起動し、出力電流がｎ台運転下限閾値以下になった時に、ｎ台目の昇降圧チョッパ回路を停止する手段を備えている。

並列接続された昇降圧チョッパ回路において、各々の昇降圧チョッパ回路のＭＡＸ効率点（電流・電圧）をあらかじめ計測し、入力・出力電流により運転する昇降圧チョッパ回路の台数を制御する。入力・出力電流と閾値を比較して、運転する昇降圧チョッパの台数を算出する。具体的には、図２のフローチャートに従い決定する。まず、１台の昇降圧チョッパ回路のＭＡＸ効率点（電流・電圧）を把握する（Ｓ２０）。入力電流、入力電圧、出力電流、出力電圧の測定を行う（Ｓ２１）。昇降圧チョッパ回路の台数＝ＩＮＴ（計測電流／ＭＡＸ効率点電流）（Ｓ２２）。次に、チョッパ回路の投入／停止に伴う切り替え後の電流位相を算出する。切り替え後の電流位相計算値＝３６０度／昇降圧チョッパ回路の並列台数（Ｓ２３）。

また、本発明では、頻繁に運転台数の切り替えが発生しないように1台の装置の最大出力を参考にして、運転台数の切り替え閾値を設定する。図３にその設定例を示す。モード１、１台運転を行う場合、例えば、９０Aを２台目の切り替え設定値にした時、９０Aを少し越えて、モード２の2台運転に切り替わった後、すぐに９０Aを割った場合、またモード１に切り替えることになる。頻繁に切り替えが起こると、切り替えロスが何度も発生することになる。頻繁な切り替えを防ぐ為、切り替えの下限閾値を、たとえば８５Aとして頻繁に切り替えが、発生しないようにしている。又、ソフトスタートをかけて、昇降圧チョッパの起動・停止を行い運転台数の切り替えを行う。

本発明により、回路構成を変更することなく低出力から、定格出力まで安定した、高効率運転が可能となる。

本発明における回路構成例（３並列降圧チョッパ回路）本発明の動作フローチャート本発明の台数決定フローチャートチョッパ投入台数制御の設定例（３台）チョッパ投入台数制御の動きチョッパ回路の効率計算シミュレーション従来回路と本発明の力率比較

図１から図７を用いて本発明を説明する。図１は、３並列降圧チョッパ回路で構成した３０ｋｗシステムで、１台が１０ｋｗの回路（定格入力電圧２００Ｖ、定格出力電流１００Ａ、出力電圧１００Ｖ）が３台並列につながれている。この回路構成で、一般的なスイッチングデバイスＩＧＢＴでのシミュレーション結果を図６に示す。

図１から図７を用いて３並列降圧チョッパ回路での本発明の動作を説明する。図４は、投入台数の設定例を示す。モード１、１台起動（１号機起動）。モード２、２台起動（１号機と２号機起動）、モード３、３台起動（１号機、２号機、３号機全て起動）。モード１状態から、出力電流があがり、モード２へ移行する時の出力電流値の値を１台上限閾値と定義する。本実施例では９０Aとする。前記１台上限閾値以上になったとき、モード２の２台運転に移行させる。モード２の２台運転中で、モード３へ移行する時の出力電流値の値を２台上限閾値と定義する。本実施例では１８０Aとする。以下同様にモード３から、モード２へ移行する時の出力電流値の値を３台下限閾値と定義し、モード２からモード１へ移行する時の、出力電流値の値を２台下限閾値と定義する。
本実施例では、前記３台下限閾値を１７０A、前記２台下限閾値を８５Aとする。

図３の動作フローチャートと図４、図５により本実施例の動作を説明する。＜モード１＞、まず１号機を起動する（Ｓ１）。出力電流を常に計測しており、出力電流が１台運転上限設定閾値９０Ａ以上になった時に、モード２へ移行する（Ｓ２）。２号機がスタンバイし、１号機の電流位相が、１８０°遅れる時点で２号機にソフトスタートをかけて起動する（Ｓ３）。出力電流量が２台運転上限設定閾値１８０Ａ以上になると、モード３に移行する（Ｓ５）。２号機の電流位相遅れが１８０°から、１２０°まで段々進相すると同時に、１号機電流位相より２４０°遅れる時点で３号機にソフトスタートをかけて起動する（Ｓ６）。

３台並列降圧チョッパ回路では、高出力の時は、このまま３台並列運転を継続する（モード３の状態が持続する）。出力電流量が３台運転下限設定閾値１７０Ａ以下に下がると（Ｓ７）、３号機にソフトスタートをかけて停止する（Ｓ８）。モードに移行し、２号機の電流位相遅れを１２０°から、遅れ１８０°まで、段々進相させる。出力電流量が２台運転下限設定閾値８５Ａ以下になると（Ｓ４）、２号機にソフトスタートをかけ停止し、モード１へ移行する（Ｓ９）。

従来例と本発明の台数制御を行った場合の効率の比較を図７に示す。従来方式でも、出力定格付近では、効率が、９８.４％と高い効率が維持されているが、出力が低下するに伴い、効率が下がって行き、出力電流が６０Ａの時には、効率が９７．６％まで下がっている。本発明の実施例のように出力電流により、運転台数を制御することで、負荷率２０％〜１００％まで、効率は定格時の高効率９８．４％を維持できており、低負荷時の効率をあげることができる。

本実施例では、３台並列降圧チョッパ回路を用いたが、昇圧チョッパ回路でも同様の制御を行うことで、低負荷時の効率をあげることができる。並列台数が４台以上の場合も、同様の制御を実施することで、適応が可能である。

１直流電源
２ C1（コンデンサ）
３ SW1
４ SW2
５ SW3
６ D1（ダイオード）
７ D2（ダイオード）
８ D3（ダイオード）
９ L１（リアクトル）
１０ L２（リアクトル）
１１ L３（リアクトル）
１２ C２（コンデンサ）
１３負荷
１４合計入力電流
１５合計出力電流
１６負荷電流

Claims

共通の直流電源に並列に接続された昇降圧チョッパ回路において、出力電流を測定する手段と、出力電流がｎ台運転上限閾値以上になった時に、（ｎ＋１）台目の昇降圧チョッパ回路を規定の電流位相差でソフトスタートをかけて起動し、出力電流がｎ台運転下限閾値以下になった時に、ｎ台目の昇降圧チョッパ回路を規定の電流位相差でソフトスタートをかけて停止する手段を備えたことを特徴とする昇降圧チョッパ回路
前記並列接続された昇降圧チョッパ回路において、各々の昇降圧チョッパ回路のＭＡＸ効率点（電流・電圧）をあらかじめ計測し、入力・出力電流により運転する昇降圧チョッパ回路の運転台数を決定するｎ台運転上限閾値とｎ台運転下限閾値を設定する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の昇降圧チョッパ回路
前記昇降圧チョッパ回路の起動・停止に伴う台数変更後の前記規定の電流位相差は、（３６０°／昇降圧チョッパ回路の並列起動台数）、であることを特徴とする請求項１又は２に記載の昇降圧チョッパ回路