説明

エネルギー変換デバイスのインダクタを通って流れる電流を制御する装置及び方法

【課題】変換デバイスのインダクタを通る電流が大きく変動するのを回避する装置を提供する。
【解決手段】エネルギー変換デバイスConvのインダクタLを通って流れる電流を制御する装置に関する。エネルギー変換デバイスConvは、少なくとも1つのスイッチIG1と、電源PVの端子間に接続されるキャパシタCINとを備え、キャパシタCINの放電によって電流が供給され、スイッチIG1が導通すると、供給される電流の少なくとも一部がインダクタL及びスイッチIG1を通って流れる。当該装置は、少なくとも1つの所定の数学関数を用いてスイッチIG1の導通又は非導通を制御することによって、キャパシタCINの電圧を第1の電圧値から第2の電圧値まで低減する手段を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、包括的には、エネルギー変換デバイスのインダクタを通って流れる電流を制御する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。太陽電池によって生成される電気エネルギーを経時的に抽出し、電力の形態で使用することができる。太陽電池によって提供される直流電力は、DC−DCアップ/ダウンコンバータ回路及び/又はDC/ACインバータ回路のような変換デバイスに供給される。
【0003】
しかしながら、太陽電池の電流−電圧垂下特性(current-voltage drop characteristics)により、出力電力は太陽電池から引き出される電流とともに非線形に変化する。電力−電圧曲線は、光照射レベルや動作温度のような気候変動に従って変化する。
【0004】
太陽電池又は太陽電池のアレイを動作させる準最適点は、電力が最大となる電流−電圧曲線の領域又はその近傍である。この点は、最大電力点(MPP:Maximum Power Point)と称される。
【0005】
グリッド接続用途においては、太陽電池をMPPの周辺で動作させてそれらの発電効率を最適化することが重要である。
【0006】
電力−電圧曲線が気候変動に従って変化する際、MPPもまた気候変動に従って変化する。
【0007】
そのため、常にMPPを特定することができる必要がある。
【0008】
MPPの特定前及び/又は特定後に、先行する動作条件に依存して電源の動作点がほとんど変更されないようにする必要がある。
【0009】
MPPの特定方法によっては、そのような変更中に変換デバイスのインダクタを通る電流が大きく変動する可能性がある。
【0010】
著しい制御変動に付随するインダクタの飽和に起因する大きな電流レベルは、変換デバイスのインダクタのみならず、他の電力デバイス及び構成要素をも劣化させる可能性があり、それらのデバイス及び構成要素の寿命の低減、更には破損に繋がるおそれがある。
【0011】
メンテナンスの際に、安全上の理由からエネルギー変換デバイスのキャパシタを放電する必要があるときにも同様の問題が生じ、電流が大きく変動する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、変換デバイスのインダクタを通る電流が大きく変動するのを回避する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
このため、本発明は、エネルギー変換デバイスのインダクタを通って流れる電流を制御する装置に関する。エネルギー変換デバイスは、少なくとも1つのスイッチと、電源の端子間に接続されるキャパシタとを備え、キャパシタの放電によって電流が供給され、スイッチが導通すると、供給される電流の少なくとも一部がインダクタ及びスイッチを通って流れる。当該装置は、少なくとも1つの所定の数学関数を用いてスイッチの導通又は非導通を制御することによって、キャパシタの電圧を第1の電圧値から第2の電圧値まで低減する手段を備えることを特徴とする。
【0014】
また、本発明は、エネルギー変換デバイスのインダクタを通って流れる電流を制御する方法にも関する。エネルギー変換デバイスは、少なくとも1つのスイッチと、電源の端子間に接続されるキャパシタとを備え、キャパシタの放電によって電流が供給され、スイッチが導通すると、供給される電流の少なくとも一部がインダクタ及びスイッチを通って流れる。当該方法は、少なくとも1つの所定の数学関数を用いてスイッチの導通又は非導通を制御することによって、キャパシタの電圧を第1の電圧値から第2の電圧値まで低減するステップを含むことを特徴とする。
【0015】
これにより、任意の動作条件において、インダクタを通る最大電流ピークがその飽和値よりも小さくなるようにする所与の制御基準信号を設計段階において設定することができる。
【0016】
特定の特徴によれば、1つの数学関数が用いられ、その数学関数は一次数学関数である。
【0017】
これにより、任意の動作条件においてこれと同じ数学関数を用いることによって、インダクタを通る電流ピークレベルが少なくとも同じになることを保証することができる。
【0018】
特定の特徴によれば、スイッチの導通又は非導通を制御することによってキャパシタの電圧を低減する手段は、キャパシタ上の電圧を監視する手段と、数学関数に従って変化する電圧を生成する手段と、キャパシタ上の監視される電圧から数学関数に従って変化する電圧を減算して誤差を取得する手段と、誤差から導出される信号を周期信号と比較する手段とを含む。
【0019】
これにより、提案される発明は、従来からのパルス幅変調法によって電圧制御モードによって制御されると共に太陽光発電装置のような電源にその入力が接続される任意のエネルギー変換デバイスにおいて、容易に実施することができる。
【0020】
特定の特徴によれば、誤差から導出される信号は、比例積分微分コントローラを用いて得られる。
【0021】
これにより、比例積分コントローラによって実施される方法よりも速く電圧値を変更することが望まれる場合に、より良好に基準信号に追従することができる。
【0022】
特定の特徴によれば、キャパシタの電圧が低減される期間の持続時間は、第1の電圧値及び第2の電圧値と一次数学関数の勾配とから求められる。
【0023】
これにより、任意の条件において基準信号の勾配を同じにして、同じ初期過渡ピークをもたらすことができる。これは、同じ最終電圧値を得るためには、初期電圧値が高いほど時間が長く、初期電圧値が低いほど時間が短いことを意味する。
【0024】
特定の特徴によれば、装置は、電源の最大電力点を求める手段を更に備え、電源の最大電力点は、キャパシタを第2の電圧値から第3の電圧値まで充電し、キャパシタの充電中にキャパシタ上の電圧を監視することによって求められる。
【0025】
これにより、太陽光発電装置のような電源における大域的なMPPを特定することができ、太陽光発電装置が部分的に陰になるときに生じる場合がある局所的なMPPにおいてエネルギー変換デバイスを動作させるのを回避することができる。
【0026】
特定の特徴によれば、装置は、少なくとも1つの所定の数学関数を用いてスイッチの導通又は非導通を制御することによって、キャパシタの電圧を第3の電圧値から第4の電圧値まで低減する手段を備える。
【0027】
これにより、MPPを特定した後に、所与の動作点から特定されたMPPに向けて、通常は高い電圧値からより低い電圧値に向けて動作点を導くことができ、過渡条件においてインダクタを通る電流ピークの所与の最大値に決して達しないことを常に保証することができる。
【0028】
特定の特徴によれば、キャパシタの電圧が低減される期間の持続時間は、第3の電圧値、第4の電圧値、及び数学関数の勾配から求められる。
【0029】
これにより、MPPが第3の電圧値から遠くない場所にある場合には、この持続時間を非常に短くすることができる。エネルギー変換デバイスは、この最後のフェーズに関連するエネルギー生成損をほとんど生じることなく、極めて迅速にその最適な点において動作することになる。
【0030】
本発明の特徴は、実施形態例の以下の説明を読むことからより明確になる。当該説明は、添付図面を参照して行われる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明を実施することができるエネルギー変換システムの一例の図である。
【図2】電源の出力電圧に対する出力電流の変動を表す曲線の一例の図である。
【図3】本発明によるエネルギー変換デバイスの一例を表す図である。
【図4】本発明による、MPPを決定できるようにする情報を求め、エネルギー変換デバイスのインダクタ内の電流を制御するためのアルゴリズムの一例の図である。
【図5】(a)は、本発明によって取得される電源電圧変動の一例の図である。(b)は、本発明によって電源の動作を制御するために用いられる基準電圧の一例の図である。(c)は、本発明によって取得される電源電流変動の一例の図である。(d)は、本発明によって取得されるインダクタ電流変動の一例の図である。
【図6】本発明による、入力キャパシタを通る電圧及び電流を求めるためのアルゴリズムの一例の図である。
【図7】本発明によって得ることができる電力対電圧曲線の一例の図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
図1は、本発明を実施することができるエネルギー変換システムの一例である。
【0033】
エネルギー変換システムは、太陽電池又は太陽電池のアレイ又は燃料電池のような電源PVを含む。電源PVの出力は、DC−DCステップダウン/ステップアップコンバータ及び/又はインバータとも呼ばれるDC/ACコンバータのようなエネルギー変換デバイスConvに接続されている。エネルギー変換デバイスConvは、負荷Loに電気エネルギーを供給する。
【0034】
電源PVは、負荷Loに電流を供給する。電流は負荷Loによって使用される前に変換デバイスConvによって変換される。
【0035】
負荷は、例えば、電力網にエネルギーを供給するDC/ACコンバータとすることができ、またはバッテリとすることもできる。
【0036】
図2は、電源の出力電圧に対する出力電流の変動を表す曲線の一例である。
【0037】
図2の横軸には電圧値が示されている。電圧値は0値と開回路電圧VOCとの間にある。
【0038】
図2の縦軸には電流値が示されている。電流値は0値と短絡電流ISCとの間にある。
【0039】
任意の所与の光レベル及び太陽電池アレイ温度に対して、太陽電池アレイが動作可能な無限個の電流−電圧のペア、すなわち動作点が存在する。しかしながら、所与の光レベル及び太陽電池アレイ温度に対して存在するMPPは、唯一つである。
【0040】
図3は、本発明によるエネルギー変換デバイスの一例を表す。
【0041】
電源PVの正端子はキャパシタCINの第1の端子に接続され、電源PVの負端子はキャパシタCINの第2の端子に接続されている。
【0042】
キャパシタCIN上の電圧は、電圧測定手段V1によって監視されている。キャパシタCIN上の電圧は、電源PVによって供給される電圧VPVに等しい。
【0043】
キャパシタCINの第1の端子は、スイッチIG1に接続されている。
【0044】
例えば、スイッチIG1はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であり、キャパシタCINの第1の端子はスイッチIG1のコレクタに接続されている。
【0045】
エネルギー変換デバイスConvコンバータが昇圧モードである場合、すなわちステップアップ構成において動作している場合、スイッチIG1は常にオン状態、すなわち導通モードにある。
【0046】
ここで、以下で開示されるフェーズPH3の間、スイッチIG1はオフ状態、すなわち非導通モードにあることに留意されたい。
【0047】
スイッチIG1のエミッタは、ダイオードD1のカソードに接続されている。ダイオードD1のアノードは、電源PVの負端子に接続されている。
【0048】
スイッチIG1のエミッタは、インダクタLの第1の端子にも接続されている。
【0049】
インダクタLの第2の端子は、スイッチM1に接続されている。
【0050】
スイッチM1は、例えば、NMOSFET(Nチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)である。
【0051】
インダクタLの第2の端子は、NMOSFET M1のドレインに接続されている。NMOSFETのソースは、電源PVの負端子に接続されている。
【0052】
NMOSFETのゲートは、図3には示されないゲートドライバ回路によって駆動され、当該ゲートドライバ回路は、以下で開示される信号Pwmを用いてDSP(ディジタルシグナルプロセッサ)によって制御される。
【0053】
DSPは、動作が昇圧モード(ステップアップコンバータ)である場合には、一定の出力電圧値VDCを得るために、スイッチNMOSFET M1を制御することによって、電源から供給される電圧及び電流を変化させる。
【0054】
インダクタLの第2の端子は、ダイオードDのアノードに接続されている。
【0055】
ダイオードDのカソードは、キャパシタCの第1の端子に接続されている。キャパシタCの第2の端子は、電源PVの負端子に接続されている。
【0056】
ダイオードDのカソードは、インダクタLの第2の端子と電源PVの負端子との間の電圧を測定する電圧測定手段V2の第1の端子に接続されている。ダイオードDのカソードは、負荷に流れ込む電流を測定する電流測定手段MIの第1の端子にも接続されており、負荷はバッテリ又はインバータとすることができる。
【0057】
負荷が電力網に接続されるDC/ACコンバータであるとき、電流測定手段MIは、通常はフィルタインダクタと直列に、DC/ACコンバータの1つの出力と電力網との間に接続されることに留意されたい。電流測定手段MIは、上記で開示されたように接続される代わりに、電力網内に流れ込む電流を制御し、また力率補正(PFC)を保証するために必要とされる。測定されたAC電圧及びAC電流はアナログ/デジィタルコンバータADCに与えられ、グリッドに実際に流れ込む平均電力を得るために、非常に低いカットオフ周波数を有するローパスフィルタが用いられる。
【0058】
コンバータConvの出力電圧は、VDCと呼ばれる。
【0059】
測定手段V1及びV2によって測定される電圧VPV及びVDC並びに測定手段MIによって測定される電流Iは、DSP(ディジタルシグナルプロセッサ)の内部に含まれるアナログ/ディジタルコンバータADCによってディジタルデータに変換される。
【0060】
DSPは、図1には示されていないバスによって互いに接続される構成要素、並びに図4、図7、及び図9において開示されるようなアルゴリズムに関連するプログラムによって制御されるプロセッサ100に基づくアーキテクチャを有している。
【0061】
バスは、プロセッサ100を、リードオンリーメモリROM103、ランダムアクセスメモリRAM102、及びアナログ/ディジタル変換器ADCに接続する。
【0062】
リードオンリーメモリROM103は、図4及び図6に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含み、当該プログラム命令は、エネルギー変換デバイスConvに電源が投入されるとランダムアクセスメモリRAM102に転送される。
【0063】
RAMメモリ102は、変数を受け取るように意図されるレジスタと、図4及び図6に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令とを含んでいる。
【0064】
DSPは、MPPT(最大電力点トラッカー)制御ブロックMp、電流コントローラブロックCcont、スイッチSw、減算手段Dif、コントローラPi、キャリア生成モジュールCar、及びコンパレータCompを備えている。
【0065】
ここで、MPPT制御ブロックMp、電流コントローラブロックCcont、スイッチSw、減算手段Dif、コントローラPi、キャリア生成モジュールCar、及びコンパレータCompは、ソフトウェアの形態で実装することもできることに留意されたい。
【0066】
アナログ/ディジタルコンバータADCの出力は、MPPT制御ブロックMp、電流コントローラブロックCcont、及び減算手段Difに与えられる。
【0067】
MPPT制御ブロックMPは、測定された電流Iと共に、ディジタル変換された電圧VPV及びVDCを受信する。
【0068】
電流コントローラブロックCcontは、ディジタル変換された電圧VPVを受信する。
【0069】
スイッチSwは、MPPT追跡フェーズにおいて、又は図4を参照しながら開示される電流制御フェーズにおいて、コンバータConvの動作モードを選択できるようにする。
【0070】
スイッチSwの出力の電圧はVPVREFで示され、減算手段Difによってディジタル変換された電圧VDCから減算される。減算手段Difの出力誤差εは、コントローラPiによって制御されてコンパレータCompに与えられ、コンパレータはその誤差をキャリア生成モジュールCarによって与えられるキャリア信号と比較する。コントローラPiは、例えば比例積分微分(PID)コントローラである。
【0071】
コンパレータCompの出力は、制御信号Pwmを与える。
【0072】
図4は、本発明による、MPPを決定できるようにする情報を求めるためのアルゴリズムの一例である。
【0073】
より厳密には、本アルゴリズムは、プロセッサ100によって実行される。
【0074】
電源の最大電力点を決定できるようにする情報を得るためのアルゴリズムは、少なくとも、キャパシタCIN上の電圧VPV、電圧VDC、及び電流Iを監視する。
【0075】
ステップS400において、フェーズPH1が始まる。フェーズPH1は、図5(a)〜図5(d)において示されている。
【0076】
図5(a)は、本発明によって得られる電源電圧変動の一例である。
【0077】
図5(a)の横軸には時間が表示され、図5(a)の縦軸には電圧が表示されている。
【0078】
図5(b)は、本発明によって電源の動作を制御するために用いられる基準電圧の一例である。
【0079】
図5(b)の横軸には時間が表示され、図5(b)の縦軸には電圧が表示されている。
【0080】
図5(c)は、本発明によって得られる電源電流変動の一例である。
【0081】
図5(c)の横軸には時間が表示され、図5(c)の縦軸には電流が表示されている。
【0082】
図5(d)は、本発明によって得られるインダクタ電流変動の一例である。
【0083】
図5(d)の横軸には時間が表示され、図5(d)の縦軸には電流が表示されている。
【0084】
斜線のエリアは、インダクタ電流変動の包絡線を表す。
【0085】
フェーズPH1の間、エネルギー変換デバイスConvは、例えば昇圧(ステップアップ)DC/DCコンバータとしての役割を果たす。ここで、エネルギー変換デバイスは、降圧(ステップダウン)DC/DCコンバータとしての役割を果たすこともできることに留意されたい。
【0086】
フェーズPH1の間、エネルギー変換デバイスConvは、電源の動作点を制御し、例えば山登り法(Perturb and Observe:P&O)最大電力点追跡(MPPT)モードにおいて動作する。
【0087】
P&O MPPTのフェーズにおいては、ローパスフィルタによって処理した後のエネルギー変換デバイスの出力電力(VDC・I)に関する情報を用いることによって、利用可能な電力が推定される。
【0088】
フェーズPH1の間、スイッチSwは、MPPT制御ブロックによって与えられる基準電圧を、電源PVによって与えられて測定手段V1によって測定された後にディジタル変換された電圧VPVと比較できるようにする。
【0089】
PVREFとVPVとの差によって生成される誤差εは、コントローラPiによって補償される。コントローラPiは、比例積分微分(PID)コントローラ、又は比例積分(PI)コントローラとすることができ、VCont信号を生成する。
【0090】
その後、VCont信号は、キャリア波形Vcarrierと比較される。キャリア波形は、最大値V及び周波数fSWを有する三角波形又は鋸波形とすることができる。
【0091】
carrier<VContである場合には、スイッチM1は導通状態、すなわちオンであり、そうでない場合には、スイッチM1は非導通状態、すなわちオフである。
【0092】
フェーズPH1の間、入力電圧は概ね所望の値VPVREFに調整される。一方、出力電圧VDCは一定である。例えば、出力電圧VDCはバッテリによって印加することができる。あるいは、出力電圧VDCは、グリッド接続用途であるか否か等の用途の種類に応じて、特定の制御ループを通じて出力電圧VDCを調整するインバータの調整済みDCリンクとすることができる。
【0093】
フェーズPH1の間、VPVはMPPTアルゴリズムによって与えられる基準値VPVREFに追従する。それに応じてIPVが変化し、スイッチM1の切替によってIが変化する。
【0094】
次のステップS401において、フェーズPH2が始まる。
【0095】
フェーズPH2の間、例えば電源PVの電力曲線を特徴付けることができるようにするために、キャパシタCINが放電される。
【0096】
キャパシタCINは、現在の電圧値VMPPから最小電圧値VMINまで放電される。最小電圧値は、例えばエネルギー変換デバイスConvの最小許容動作電圧値である。
【0097】
本発明によれば、フェーズPH2の持続時間は、VPVREFの所与の勾配によって課せられる、インダクタLを通って流れる電流を制限するように規定される。
【0098】
フェーズPH2の間、すなわちステップS402において、スイッチSwは、電流コントローラCcontによって与えられる電圧を、電源によって与えられて測定手段V1によって測定された後にディジタル変換された電圧VPVと比較できるようにする。電流コントローラCcontは、ここではPH1のVMPPに対応する初期値VPVからVMINまで減少する所与の数学関数に従って規定される電圧VPVREFを与える。
【0099】
電圧VPVREFは、インダクタL上の電流ピークが最大値、例えばその飽和値以下になることを保証する数学関数に従う。
【0100】
その際、フェーズPH2の持続時間は、VMPPと勾配に関連付けられる最小電圧値VMINに依存し、勾配は電源PVの任意の動作電圧値において同じになる。
【0101】
例えば、数学関数は、一変数の一次多項式関数のような一次関数である。
【0102】
ここで、キャパシタCINの放電中に、複数の異なる一次関数を連続的に用いることができることに留意されたい。
【0103】
キャパシタ電圧VPVが最小電圧値VMINに達すると、フェーズPH2は終了する。
【0104】
ステップS403において、フェーズPH3が始まる。
【0105】
フェーズPH3は、電力曲線が監視される期間に対応する。
【0106】
DSPは、スイッチIG1及びM1を非導通状態に設定する。
【0107】
したがって、入力キャパシタCINは、電源PVによってVMINから最大値VMAXまで制約を課されることなく充電され、例えば、最大値はVMAX=0.85VOCである。
【0108】
フェーズPH3の間、キャパシタCINの充電中に電圧VPVがサンプリングされる。
【0109】
ステップS404において、フェーズPH3の間、VPVの電圧サンプルが格納される。
【0110】
次のステップS405において、VPVの電圧サンプルを用いてキャパシタ電流ICINを評価する。キャパシタ電流ICINは、電源PVによって出力される電流IPVと同じである。
【0111】
CINの求め方は、図6を参照しながら更に詳細に開示される。
【0112】
次のステップS406において、電源特性が求められる。
【0113】
図7は、本発明によって得られる電力対電圧曲線の一例である。
【0114】
図7の横軸には電圧VPVが表示され、図7の縦軸には電源PVから出力される電力が表示されている。
【0115】
曲線の太い部分は、本発明によって求められるIPV及びVPVから得られる曲線部分を表している。
【0116】
MPPは、電源PVが出力することのできる最大電力に対応する。
【0117】
新たなMPP情報は、MPPTブロックMpに与えられる。
【0118】
次のステップS407において、フェーズPH4が始まる。
【0119】
図5(a)に示されるように、フェーズPH4の開始時において、電圧VPVはVMAXに等し。そして、VPVは、ステップS406において求められたMPP動作電圧に合わせられなければならない。
【0120】
本発明によれば、フェーズPH4の持続時間は、インダクタLを通って流れる電流を制限するように規定される。
【0121】
フェーズPH4の間、スイッチSwは、電流コントローラCcontによって与えられる電圧を、電源によって与えられて測定手段V1によって測定された後にディジタル変換された電圧VPVと比較できるようにする。電流コントローラCcontは、初期値VMAXからVMPP値まで減少する所与の数学関数に従って規定される電圧VPVREFを与える。
【0122】
この数学関数の勾配は、例えば、フェーズPH2において用いられた数学関数の勾配と等しい。
【0123】
電圧VPVREFは、インダクタL上の電流ピークが最大値、例えばその飽和値以下になることを保証する数学関数に従う。
【0124】
その際、フェーズPH4の持続時間は、VMPP、最大電圧値VMAX、及び電源PVの任意の動作電圧値における勾配に等しい勾配に依存する。
【0125】
例えば、数学関数は、一変数の一次多項式関数のような一次関数である。
【0126】
図5(d)において観察されるように、電流Iは制限され、インダクタLの飽和は生じない。
【0127】
次のステップS408において、フェーズPH5が始まる。
【0128】
エネルギー変換デバイスConvは、新たに求められたMPP値を用いて電源PVの動作を制御し、フェーズPH1において開示されたようなP&O最大電力点追跡MPPTモードにおいて動作する。
【0129】
P&O MPPTフェーズでは、ローパスフィルタによって処理した後のエネルギー変換デバイスの出力電力(VDC・I)に関する情報を用いることによって、利用可能な電力が推定される。
【0130】
図6は、本発明による、入力キャパシタを通る電圧及び電流を求めるためのアルゴリズムの一例である。
【0131】
より厳密には、本アルゴリズムはプロセッサ100によって実行される。
【0132】
一般的見地から、本アルゴリズムによって、所与のサンプルに対するキャパシタ電流ICINは、キャパシタCINの静電容量値に所与のサンプルの電圧導関数を乗じることによって求められる。電圧導関数は、フィッティング数学関数、例えば実係数を有する多項式関数によって得られる。
【0133】
フィッティング数学関数は、所与の時間サンプルについての処理された電圧を取得するために、連続的な時間サンプルx(i=1〜N)において測定された電圧yと関数f(x)との差の二乗和を最小化することによって得られる。これは、以下のように行われる。
【0134】
N個のサンプル(x,y),(x,y)...(x,y)が与えられると、必要とされるフィッティング数学関数を、例えば以下の形に書くことができる。
【数1】

ただし、f(x)(j=1,2...K)はxの数学関数であり、C(j=1,2...K)は当初は未知の定数である。
【0135】
f(x)とyの実際の値との差の二乗和は、以下によって与えられる。
【数2】

【0136】
この誤差項は、定数C(j=1,2,...K)の各々についてEの1階偏導関数を取り、その結果をゼロにすることによって最小化される。したがって、対称なK元連立方程式が得られ、これがC、C、…、Cについて解かれる。この手順は、最小平均二乗(LMS)アルゴリズムとしても知られている。
【0137】
V1の電圧サンプルについて、各サンプルに対して移動する所定の窓における適切な数学関数、例えば実係数を有する多項式関数のフィッティングに基づいて、曲線が取得される。したがって、電圧はフィルタリングされ、その導関数を窓の中心点すべてに対して非常に簡単かつ直接的な方法で同時に計算することができる。これにより、いかなる追加の電流センサも必要とすることなく電流が求められる。
【0138】
ステップS600において、プロセッサ100は、フェーズPH2の間に得られたV1のN個のサンプルを取得する。例えば、少なくとも100個のサンプルが取得される。各サンプルは2次元ベクトルであり、その係数は、電圧値とその電圧が測定された時刻である。
【0139】
次のステップS601において、プロセッサ100は、移動窓のサイズを決定する。移動窓のサイズは、適切な数学関数、例えば実係数を有する多項式関数のフィッティングに基づいて曲線を求めるために用いられるサンプルの数Nptを表す。移動窓のサイズは奇数である。例えば、移動窓のサイズは21に等しい。
【0140】
次のステップS602において、プロセッサ100は、移動窓の中心点Ncを求める。
【0141】
次のステップS603において、プロセッサ100は、変数iを値Nptに設定する。
【0142】
次のステップS604において、プロセッサ100は、変数jをi−Nc+1に設定する。
【0143】
次のステップS605において、プロセッサ100は、変数kを1に設定する。
【0144】
次のステップS606において、プロセッサ100は、x(k)の値をサンプルjの時刻係数に設定する。
【0145】
次のステップS607において、プロセッサ100は、y(k)の値をサンプルjの電圧係数に設定する。
【0146】
次のステップS608において、プロセッサ100は、変数kを1インクリメントする。
【0147】
次のステップS609において、プロセッサ100は、変数jを1インクリメントする。
【0148】
次のステップS610において、プロセッサ100は、変数jがiとNcとの和から1を引いた値より厳密に小さいか否かを検査する。
【0149】
変数jがiとNcとの和から1を引いた値より厳密に小さい場合、プロセッサ100はステップS606に戻る。そうでない場合、プロセッサ900はステップS611に移る。
【0150】
ステップS611において、プロセッサ100は、最小平均二乗アルゴリズムと、S610の条件に達するまでステップS606及びS607においてサンプリングされたすべてのx(k)値及びy(k)値とを用いて、フィッティング数学関数、例えば多項式関数y(x)=ax+bx+cを求める。
【0151】
プロセッサ100は、二次多項式関数のa、b、及びcの実係数
【数3】

を取得する。
【0152】
次のステップS612において、プロセッサ100は、以下の式に従ってフィルタリングされた電圧値と必要とされる電流を評価する。
【数4】

【0153】
次のステップS613において、プロセッサ900は、変数iを1単位インクリメントする。
【0154】
次のステップS614において、プロセッサ100は、iがNからNcを引いた値より厳密に小さいか否かを検査する。
【0155】
iがNからNcを引いた値より厳密に小さい場合、プロセッサ100はステップS604に戻る。そうでない場合、プロセッサ300はステップS615に移り、本アルゴリズムによって求められた電圧と電流のペアを出力する。
【0156】
その後、プロセッサ100は、本アルゴリズムを中断し、図4のアルゴリズムのステップS406に戻る。
【0157】
当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
エネルギー変換デバイスのインダクタを通って流れる電流を制御する装置であって、
前記エネルギー変換デバイスは、電源の端子に並列に接続されるキャパシタと、少なくとも1つのスイッチとを備え、
前記キャパシタの放電によって電流が供給され、前記スイッチがオンに切り替えられると、前記供給される電流の少なくとも一部が前記インダクタ及び前記スイッチを通って流れ、
該装置は、前記インダクタ上の電流ピークが最大値以下になることを保証する少なくとも1つの一次数学関数を用いて前記スイッチのオン及びオフの切替を制御することによって、前記キャパシタの電圧を第1の電圧値から第2の電圧値まで低減する手段を備えることを特徴とする、エネルギー変換デバイスのインダクタを通って流れる電流を制御する装置。
【請求項2】
前記スイッチのオン及びオフの切替を制御することによって前記キャパシタの電圧を低減する前記手段は、
前記キャパシタ上の電圧を監視する手段と、
前記一次数学関数に従って変化する電圧を生成する手段と、
前記キャパシタ上の前記監視される電圧から前記一次数学関数に従って変化する電圧を減算して誤差を取得する手段と、
前記誤差から導出される信号を周期信号と比較する手段と
を備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記誤差から導出される信号は、比例積分微分コントローラを用いて得られることを特徴とする、請求項2に記載の装置。
【請求項4】
前記キャパシタの電圧が低減される期間の持続時間は、前記第1の電圧値及び前記第2の電圧値と前記一次数学関数の勾配とから求められることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項5】
前記装置は、前記電源の最大電力点を求める手段を更に備え、
前記電源の最大電力点は、前記キャパシタを前記第2の電圧値から第3の電圧値まで充電し、該キャパシタの充電中に該キャパシタ上の電圧を監視することによって求められることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項6】
前記装置は、前記少なくとも1つの一次数学関数を用いて前記スイッチの導通又は非導通を制御することによって、前記キャパシタの電圧を前記第3の電圧値から第4の電圧値まで低減する手段を備えることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
【請求項7】
前記キャパシタの電圧が低減される期間の持続時間は、前記第3の電圧値及び前記第4の電圧値から求められることを特徴とする、請求項6に記載の装置。
【請求項8】
エネルギー変換デバイスのインダクタを通って流れる電流を制御する方法であって、
前記エネルギー変換デバイスは、少なくとも1つのスイッチと、電源の端子に並列に接続されるキャパシタとを備え、
前記キャパシタの放電によって電流が供給され、前記スイッチがオンに切り替えられると、前記供給される電流の少なくとも一部が前記インダクタ及び前記スイッチを通って流れ、
該方法は、前記インダクタ上の電流ピークが最大値以下になることを保証する少なくとも1つの一次数学関数を用いて前記スイッチのオン及びオフの切替を制御することによって、前記キャパシタの電圧を第1の電圧値から第2の電圧値まで低減するステップを含むことを特徴とする、エネルギー変換デバイスのインダクタを通って流れる電流を制御する方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2012−228172(P2012−228172A)
【公開日】平成24年11月15日(2012.11.15)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2012−93909(P2012−93909)
【出願日】平成24年4月17日(2012.4.17)
【出願人】(503163527)ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ (175)
【氏名又は名称原語表記】MITSUBISHI ELECTRIC R&D CENTRE EUROPE B.V.
【住所又は居所原語表記】Capronilaan 46, 1119 NS Schiphol Rijk, The Netherlands
【Fターム(参考)】