このセクションでは、グリッドに起因する過渡電流が注入されたときの電流センシング段の最小帯域幅を求める目的で、制御電流ループの性能を分析しています。この調査の目標は、過電流保護状態に陥ることなく、PCC に大きな故障がない場合にコンバータをグリッドに接続し続けるために許容される最小帯域幅を特定することです。 過電流を引き起こす可能性のある、一時的な AC 電圧低下、ステップ電力応答、AC 過電圧といった複数のストレス シナリオを分析しました。これらの故障のうち、一時的な電圧低下やステップ電力応答のみを説明します。

図 2-8 は、センサで動作するコンバータの帯域幅が 6kHz の場合の、グリッド電圧に対するスイッチング ノード電流 (ポイント B) を示しています。上のグラフでは、AC/DC コンバータの出力電力が 0 から 11kW に 3ms で急激に変化するため、L1 (I_L1_B) に過電流が流れます。下のグラフでは、AC ライン電圧が 26ms で 20% 低下した結果、L2 (I_L2_B) に大きな過電流が生じ、コンバータの不要なシャットダウンにつながります。

図 2-8 AC/DC コンバータのグリッド電圧および電流：ステップ電力応答および一時的な電圧低下応答

電流センサの帯域幅のみを変更して (6kHz、30kHz、60kHz)、バッテリからステップ電力が要求されたときのスイッチング ノードのピーク過電流を比較することで、複数のシミュレーションを実行しました。図 2-9 に、シミュレーションの結果を示します。6kHz の電流センサの場合、30kHz の電流センサ (電流制御ループの帯域幅の 10 倍) で達成される良好な過渡応答に対して、L1 の電流は 30% オーバーシュート (ピーク 33A) します。電流センシング帯域幅をさらに広げても (30kHz から 60kHz へ)、両方の曲線が重なるため、さらなる利点はありません。

図 2-9 に、電流センサの帯域幅をパラメータとした、AC/DC コンバータのステップ電力応答 (11kW) の t = 3ms (スパン 200μs) における拡大部分を示します。

図 2-9 t=3ms の拡大部分 (スパン 200μs)

電流センサの帯域幅のみを変更して、複数のシミュレーションを実行しました。コンバータが全負荷で動作し、グリッドに予測不可能な一時的な電圧低下が発生したときの、スイッチング ノードのピーク電流の比較を行いました。図 2-10 に、6kHz、30kHz、60kHz の各電流センサによるライン過渡応答を示します。6kHz の電流センサの場合、30kHz の電流センサ (電流制御ループの帯域幅の 10 倍) で達成される良好な過渡応答に対して、L2 の電流は > 2A (約 33A のピークまで) オーバーシュートします。電流センシング帯域幅をさらに広げても (30kHz から 60kHz へ)、両方の曲線が重なるため、さらなる利点はありません。

図 2-10 に、電流センサの帯域幅をパラメータとした、AC/DC コンバータの一時的な電圧低下応答の t = 26ms (スパン 200μs) における拡大部分を示します。

図 2-10 t=26ms の拡大部分 (スパン 200μs)

利用可能な電流制御ループ帯域幅を最大限に活用するために、センシング帯域幅を制御ループ帯域幅の 10 倍以上にする必要があります。このガイドラインを適用することで、過電流検出のために測定範囲を犠牲にする必要がなくなるため、電流測定の分解能が最大化されます。