JP2005224060A - Dc/dcコンバータ、及びプログラム。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 スイッチSW1〜SW4をオン/オフ制御し、DC電源入力部によりキャパシタC1、C2を個々に充電し、またインダクターLに磁気エネルギーを蓄積し、このインダクターからの電流によりキャパシタC1及びC2を充電し、出力部に昇圧された電圧を得る(昇圧)。また、回生モード時にスイッチSW1〜SW4をオン/オフ制御し、キャパシタC1及びC2に蓄積された回生電力を電源側に返還すると共に、この際に、インダクターLに磁気エネルギーを蓄積し、このインダクターからの電流により電源側に回生電力を返還する(回生)。また、スイッチSW1〜SW4をオン/オフ制御し、DC電源入力部の電圧をそのまま出力部に出力する(導通)。
【選択図】 図1
Description
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、小型、軽量、安価であって、所望の中間的な電圧を任意出力できる可変昇圧型の、DC/DCコンバータ、及びプログラムを提供することを目的とする。
これにより、同一の回路で、スイッチ動作を変化させるだけで、昇圧回路、導通回路、回生回路のいずれにも使用できる。
このような構成により、複数のスイッチ(例えば、図1に示すスイッチSW1〜SW4)を指示された動作モードでオン/オフ制御すると共に、DC電源入力部の電圧と出力部の電圧を比較して、複数のスイッチをオン/オフ制御する。
これにより、例えば、指示されたモードが昇圧モードの場合に出力部の電圧を任意の値に設定できる。また、負荷がモータであり回生ブレーキ動作により出力部の電圧が急に上昇したときに、これを検出して回生機能を作動させるように複数のスイッチ(例えば、図1に示すスイッチSW1〜SW4)をオン/オフ制御することができる。
このような構成により、第1〜第4のスイッチ(例えば、図1に示すスイッチSW1〜SW4)を指示された動作モードでオン/オフ制御すると共に、DC電源入力部の電圧と出力部の電圧を比較して、複数のスイッチをオン/オフ制御する。
これにより、例えば、指示されたモードが昇圧モードの場合に出力部の電圧を任意の値に設定できる。また、負荷がモータ(交流モータのインバータやブラシモータを含む)であり回生ブレーキ動作により出力部の電圧が急に上昇したときに、これを検出して回生機能を作動させるように第1〜第4のスイッチ(例えば、図1に示すスイッチSW1〜SW4)をオン/オフ制御することができる。
このような構成により、第1〜第4のスイッチ(例えば、図1に示すスイッチSW1〜SW4)をオン/オフ制御する場合において、一方方向にのみ電流が流れ、且つその電流の方向がフライホイールダイオードの順方向であるスイッチがある場合には、当該スイッチのオン/オフ制御を行わず、フライホイールダイオードのスイッチング作用(整流作用)を利用する。
これにより、オン/オフ制御するスイッチ数を減らし、スイッチング制御を簡易化できる。
これにより、高速、大電流、高圧のスイッチング制御が可能となる。
これにより、フイルムキャパシタの電荷の蓄積効率のよさ(電解キャパシタは80%程度で、フイルムキャパシタは98%程度)、小型、軽量、低価格という利点を利用でき、DC/DCコンバータの高効率化、小型化、低価格化を実現できる。
これにより、蓄電効率はフィルムコンデンサと同等レベルを維持しつつ更に小型化が図られる。
また、第1の回生モード時には、第2のスイッチ(例えば、図8に示すSW2)及び第3のスイッチSW3(例えば、図8に示すSW3)を常時オフとし、第1のスイッチ(例えば、図8に示すSW1)及び第4のスイッチ(例えば、図8に示すSW2)を交互にオン/オフさせることで、第1のスイッチのオン時に、第1のスイッチ及び第3のスイッチのフライホイールダイオード(例えば、図8に示すフライホイールダイオードD3)を導通させ、第1のキャパシタ(例えば、図8に示すキャパシタC1)に蓄積された回生電力をDC電源側に返還する。
また、第2の回生モード時には、第1のスイッチ(例えば、図9に示すSW1)のみをオン/オフさせ、第2のスイッチ(例えば、図9に示すSW2)及び第3のスイッチ(例えば、図9に示すSW3)は常時オフとし、第4のスイッチ(例えば、図9に示すSW4)は常時オンとして、第1のスイッチのオン時に第1のスイッチ及び第4のスイッチを導通させ、第1のキャパシタ(例えば、図9に示すキャパシタC1)および第2のキャパシタ(例えば、図9に示すキャパシタC2)に蓄積された回生電力を電源側に返還する。また、第1のスイッチのオフ時に第2及び第3のスイッチのフライホイールダイオード(例えば、図9に示すフライホイールダイオードD2およびD3)を導通させ、インダクター(例えば、図9に示すインダクターL)に蓄積された電磁エネルギーを電源側に返還する。
これにより不要な回生を阻止したい場合に回生阻止モードを実現することができる。
また、実施例では第1及び第2のキャパシタがフィルムコンデンサの場合を説明したが、セラミックコンデンサ等の他のコンデンサを用いてもよい。セラミックコンデンサを使用した場合、蓄電効率はフィルムコンデンサと同等レベルを維持しつつ更に小型化が図られる。
更に本発明によれば、不要な回生を阻止したい場合に回生阻止モードを実現することもできる。この回生阻止モードではスイッチSW1、SW4を常時オフとし、それぞれのフライホイールダイオードを機能させればよい。
2 制御回路部
3 入力電圧検出部
4 出力電圧検出部
5 電圧比較部
6 回生負荷検出部
10 スイッチング制御部
C1、C2、C3 キャパシタ
D1、D2、D3、D4 ダイオード
L インダクター
SW1、SW2、SW3、SW4 スイッチ
Claims (14)
- DC電源入力部と、前記DC電源入力部に接続されたインダクターと、複数のスイッチと、複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに接続された出力部とを有し、
動作モードに応じた前記複数のスイッチのオン/オフ制御により前記インダクター及び前記複数のキャパシタを選択的に機能させることによって、昇圧、導通、回生の何れかの動作を行うことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 指示された動作モードと、前記DC電源入力部及び前記出力部の電圧に基づき、前記複数のスイッチのオン/オフ制御を行うスイッチング手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
- DC電源入力部と、直列に接続された第1及び第2のキャパシタと、前記第1及び第2のキャパシタに接続された出力部とを備えたDC/DCコンバータであって、
前記DC電源入力部の正極側又は負極側に接続されたインダクターと、
前記インダクターを介して前記DC電源入力部の正極側を、前記第1のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側に接続する第1のスイッチと、
前記インダクターを介して前記DC電源入力部の正極側を、前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続する第2のスイッチと、
前記電源入力部の負極側を、前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続する第3のスイッチと、
前記電源入力部の負極側を、前記第2のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側に接続する第4のスイッチとを有し、
動作モードに応じて前記第1〜第4のスイッチのそれぞれがオン又はオフとなり、前記インダクター及び前記第1及び第2のキャパシタを選択的に機能させることによって、昇圧、導通、回生の何れかの動作を行うことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 指示された動作モードと、前記DC電源入力部及び前記出力部の電圧に基づき、前記第1〜第4のスイッチのオン/オフ制御を行うスイッチング手段を
更に有することを特徴とする請求項3に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記第1〜第4のスイッチをフライホイールダイオード付きのトランジスタスイッチとしたことを特徴とする請求項3又は4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
- 前記トランジスタスイッチは、IGBTであることを特徴とする請求項5に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記第1及び第2のキャパシタは、フイルムコンデンサであることを特徴とする請求項3乃至6の何れかに記載のDC/DCコンバータ。
- 前記第1及び第2のキャパシタは、セラミックコンデンサであることを特徴とする請求項3から6の何れか1項記載のDC/DCコンバータ。
- 昇圧モード時には、前記第1及び第4のスイッチを常時オフとし、前記第2及び第3のスイッチを交互にオン/オフさせることで、前記第2のスイッチのオン時に前記第2のスイッチ及び前記第4のスイッチのフライホイールダイオードを導通させ、前記第3のスイッチのオン時に前記第1のスイッチのフライホイールダイオード及び前記第3のスイッチを導通させ、
導通モード時には、前記第1〜第4のスイッチを常時オフとし、前記第1及び第4のスイッチのフライホイールダイオードを導通させ、
第1の回生モード時には、前記第2及び第3のスイッチを常時オフとし、前記第1及び第4のスイッチを交互にオン/オフさせることで、前記第1のスイッチのオン時に前記第1のスイッチ及び前記第3のスイッチのフライホイールダイオードを導通させ、前記第4のスイッチのオン時に前記第2のスイッチのフライホイールダイオード及び前記第4のスイッチを導通させ、
第2の回生モード時には、前記第1のスイッチのみをオン/オフさせ、前記第2及び第3のスイッチは常時オフとし、前記第4のスイッチは常時オンとして、前記第1のスイッチのオン時に前記第1及び第4のスイッチを導通させ、前記第1のスイッチのオフ時に前記第2及び第3のスイッチのフライホイールダイオードを導通させることを特徴とする請求項3から7の何れか1項記載のDC/DCコンバータ。 - 更に、前記第1及び第4のスイッチを常時オフとして、回生動作を阻止する回生阻止モードを有することを特徴とする請求項9に記載のDC/DCコンバータ。
- DC電源入力部と、前記DC電源入力部に接続されたインダクターと、複数のスイッチと、複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに接続された出力部とを有するDC/DCコンバータにおける前記複数のスイッチの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
昇圧、導通、回生の何れかの動作モードに応じて前記複数のスイッチのオン/オフを制御し、前記インダクター及び前記複数のキャパシタを選択的に機能させる処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 - 指示された動作モードと、入力電圧検出部により検出される前記DC電源入力部及び出力電圧検出部により検出される前記出力部の電圧に基づいて、前記複数のスイッチのオン/オフ制御の処理をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項11に記載のプログラム。
- DC電源入力部の正極側又は負極側に接続されたインダクターと、前記インダククーを介して前記DC電源入力部の正極側を、第1のキャパシタの正極側及び出力部の正極側に接続する第1のスイッチと、前記インダククーを介して前記DC電源入力部の正極側を、前記第1のキャパシタの負極側及び第2のキャパシタの正極側に接続する第2のスイッチと、前記DC電源入力部の負極側を、前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続する第3のスイッチと、前記DC電源入力部の負極側を、前記第2のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側に接続する第4のスイッチとを有するDC/DCコンバータにおいて、前記第1〜第4のスイッチの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
昇圧、導通、回生の何れかの動作モードに応じて前記第1〜第4のスイッチのオン/オフを制御し、前記インダクター及び前記複数のキャパシタを選択的に機能させる処理をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項12に記載のプログラム。 - 指示された動作モードと、入力電圧検出部により検出される前記DC電源人力部及び出力電圧検出部により検出される前記出力部の電圧に基づいて、前記複数のスイッチのオン/オフ制御処理を
コンピュータに実行させることを特徴とする請求項13に記載のプログラム。
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