バッテリ充放電回路の小型化と高効率化を両立する交流－交流直接変換器の開発

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本研究課題では，2台のハーフブリッジを逆直列接続した交流－交流直接変換器に対して，パワーデカップリング制御法の電力制御特性を検討した。これまでに提案していたパワーデカップリング制御法は，単相交流に起因した電力脈動を小容量のフィルタコンデンサのみで吸収できるが，軽負荷時に負荷電圧の制御範囲の低下という問題があった。これは，フィルタコンデンサが電源に対して進相コンデンサとして働き，これに伴う進相電流を打ち消すように交流－交流直接変換器を動作させるためには，比較的大きな共振電流を必要とするためである。まず，軽負荷時の共振電流の低減法，すなわち，負荷電圧の低下を防ぐ方法として，フィルタコンデンサのオフセット電圧を高く設定することを検討した。この場合，電源電流を高力率に制御したまま負荷電圧の制御範囲が改善できることを実験により確認した。しかしながら，軽負荷時にフィルタコンデンサ電圧とスイッチング周波数が急激に上昇するため，軽負荷時の電力変換効率が低下した。次に，進相電流を補償しないパワーデカップリング制御法を提案した。このとき，電源電流は進相電流の大きさに応じて進み力率となるが，フィルタコンデンサは小容量であるため，軽負荷時のみ電源力率が低下する。また，提案制御法では電源電流の基本波力率のみが低下するため，電源電流には高調波成分が生じない。実験により，軽負荷時の負荷電圧の制御範囲を改善し，かつ，定格動作時の電源力率は99%以上であることを確認した。最後に，フィルタコンデンサ電圧を上昇させる手法との比較実験を行い，進相電流を補償しない場合はフィルタコンデンサ電圧を上昇させる必要がないため，電力変換効率が改善できることを明らかにした。以上の結果より，交流－交流直接変換器によるバッテリ充電回路の小型化と高効率化の基本方針を確立した。