JP2009213202A - Switching power supply device - Google Patents

Switching power supply device Download PDF

Info

Publication number
JP2009213202A
JP2009213202A JP2008051134A JP2008051134A JP2009213202A JP 2009213202 A JP2009213202 A JP 2009213202A JP 2008051134 A JP2008051134 A JP 2008051134A JP 2008051134 A JP2008051134 A JP 2008051134A JP 2009213202 A JP2009213202 A JP 2009213202A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
voltage
output voltage
switching
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008051134A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Suzuki
隆弘 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2008051134A priority Critical patent/JP2009213202A/en
Publication of JP2009213202A publication Critical patent/JP2009213202A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply device capable of coping with a wide range of input voltage, using a simple configuration. <P>SOLUTION: An insulating DC-DC converter 41 has a battery-charging circuit in the secondary circuit of a transformer 43. A drive circuit 42 carries out the processings, according to the output voltage of a power factor improving circuit 30 from an output voltage detecting circuit 37 for detecting the output circuit of the power factor improvement circuit 30, when the output voltage is low, and reduces the frequency at which the switching elements S3 to S6 in the primary circuit of the transformer 43 of the insulating DC-DC converter 41 are switched; and when the output voltage of the circuit 30 is high, it increases the frequency at which the switching elements S3 to S6 in the primary circuit of the transformer 43 of the insulating DC-DC converter 41 are switched. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、スイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply apparatus.

絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータを用いたスイッチング電源装置において入力電圧をモニターしてトランスの一次巻線に接続したスイッチング素子の駆動周波数を変更することが行われている（例えば特許文献１）。特許文献１においては、トランスの一次巻線に接続され、発振器の発振周波数にて駆動するスイッチング素子と、入力電圧の大きさを検出する入力電圧検出回路と、入力電圧検出回路の検出信号に応答して発振器の発振インピーダンスを可変にさせる可変インピーダンス回路とを備え、入力電圧検出回路による入力電圧に応じて発振器の発振周波数を変更している。
特開２０００−１６６２３１号公報 In a switching power supply device using an insulating DC-DC converter, an input voltage is monitored and a driving frequency of a switching element connected to a primary winding of a transformer is changed (for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, a switching element connected to a primary winding of a transformer and driven at an oscillation frequency of an oscillator, an input voltage detection circuit that detects the magnitude of an input voltage, and a response to a detection signal of the input voltage detection circuit And a variable impedance circuit that makes the oscillation impedance of the oscillator variable, and changes the oscillation frequency of the oscillator according to the input voltage by the input voltage detection circuit.
JP 2000-166231 A

ところが、特許文献１においては入力電圧検出回路を設ける必要があった。
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、簡単な構成にて幅広い入力電圧に対応することができるスイッチング電源装置を提供することにある。 However, in Patent Document 1, it is necessary to provide an input voltage detection circuit.
The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a switching power supply apparatus capable of supporting a wide range of input voltages with a simple configuration.

請求項１に記載の発明では、交流電源電圧を入力するＡＣ入力部と、前記ＡＣ入力部の後段に設けられ、前記交流電源電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路を有する力率改善回路と、前記力率改善回路の後段に設けられ、トランスの一次側回路にスイッチング素子を有するとともに前記トランスの二次側回路に出力電圧が可変である回路を有する絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記力率改善回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路による力率改善回路の出力電圧が低い場合、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング素子をスイッチングする周波数を低くし、前記力率改善回路の出力電圧が高い場合、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング素子をスイッチングする周波数を高くするドライブ回路と、を備えたことを要旨とする。   According to the first aspect of the present invention, an AC input unit that inputs an AC power supply voltage, a power factor correction circuit that is provided at a subsequent stage of the AC input unit and has a boost chopper circuit that boosts the AC power supply voltage, and the power An isolated DC-DC converter provided at a subsequent stage of the rate improvement circuit, having a switching element in the primary circuit of the transformer and having a variable output voltage in the secondary side circuit of the transformer, and the power factor improvement circuit When the output voltage of the power factor correction circuit by the output voltage detection circuit that detects the output voltage of the power source is low, the frequency of switching the switching element of the insulated DC-DC converter is lowered, and the output voltage of the power factor improvement circuit is A drive circuit that increases the frequency of switching the switching element of the isolated DC-DC converter when the voltage is high. The gist.

請求項１に記載の発明によれば、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側回路のスイッチング素子をスイッチングする周波数を、力率改善回路を制御するために設けられている出力電圧検出回路において検出される出力電圧によって決めている。これにより、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータのトランスの一次側回路のスイッチング素子をスイッチングする周波数を決定するために使用する電圧を検出する専用の電圧検出手段を用いることなく簡単な構成にて幅広い入力電圧に対応することができる。   According to the first aspect of the present invention, in the output voltage detection circuit provided for controlling the power factor correction circuit, the frequency for switching the switching element of the primary circuit of the transformer of the isolated DC-DC converter is controlled. This is determined by the detected output voltage. As a result, a wide range of input voltages can be obtained with a simple configuration without using a dedicated voltage detection means for detecting the voltage used to determine the frequency for switching the switching element of the primary circuit of the transformer of the isolated DC-DC converter. It can correspond to.

請求項２に記載のように、請求項１に記載の発明において出力電圧が可変である回路はトランスの二次側出力により二次電池を充電するための回路であるとよい。   As described in claim 2, in the invention described in claim 1, the circuit whose output voltage is variable may be a circuit for charging the secondary battery by the secondary side output of the transformer.

本発明によれば、簡単な構成にて幅広い入力電圧に対応することができるスイッチング電源装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the switching power supply device which can respond to a wide input voltage with a simple structure can be provided.

以下、本発明を車載バッテリの充電装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、スイッチング電源装置１０は、交流電源接続部１１を介して外部の商用の交流電源に接続されるとともにバッテリ１２に接続される。スイッチング電源装置１０は、ＡＣ入力部２０と、力率改善回路（ＰＦＣ回路）３０と、ＤＣ−ＤＣ絶縁回路４０と、充電電流・電圧検出部５０と、高圧バッテリ側フィルタ部６０とを備えている。そして、交流入力側（ＡＣ側）から、バッテリ１２への高圧出力側（バッテリ高圧側）に対し、順に、ＡＣ入力部２０、力率改善回路３０、ＤＣ−ＤＣ絶縁回路４０、充電電流・電圧検出部５０、高圧バッテリ側フィルタ部６０が接続されている。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an in-vehicle battery charging device will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the switching power supply device 10 is connected to an external commercial AC power supply via an AC power supply connection unit 11 and to a battery 12. The switching power supply device 10 includes an AC input unit 20, a power factor correction circuit (PFC circuit) 30, a DC-DC insulation circuit 40, a charging current / voltage detection unit 50, and a high voltage battery side filter unit 60. Yes. Then, from the AC input side (AC side) to the high voltage output side (battery high voltage side) to the battery 12, the AC input unit 20, the power factor correction circuit 30, the DC-DC insulation circuit 40, the charging current / voltage in this order. The detection part 50 and the high voltage battery side filter part 60 are connected.

バッテリ１２は、出力電圧が、車両の走行モータを駆動する電圧よりも低いものが使用される。本実施の形態では、車両の走行モータを駆動する電圧（例えば、５００Ｖ）よりも低く、交流電源の電圧（例えば、１００Ｖ）より高い電圧のもの、例えば、１６０Ｖのものが使用されている。   As the battery 12, a battery whose output voltage is lower than a voltage for driving a traveling motor of the vehicle is used. In the present embodiment, a voltage that is lower than a voltage (for example, 500 V) for driving a vehicle running motor of the vehicle and higher than a voltage (for example, 100 V) of an AC power supply, for example, 160 V is used.

ＡＣ入力部２０は、スイッチ２１とコンデンサ２２，２３，２４を有している。交流電源接続部１１の端子１１ａ，１１ｂに例えば９０〜２６４Ｖの交流電源電圧が入力される。交流電源接続部１１の端子１１ａ，１１ｂにスイッチ２１を介してコンデンサ２２，２３，２４が接続されている。詳しくは、スイッチ２１を閉路した状態において交流電源接続部１１の端子１１ａとグランド間にコンデンサ２２が接続されるとともに端子１１ｂとグランド間にコンデンサ２４が接続され、さらに端子１１ａ，１１ｂ間にコンデンサ２３が接続される。そして、交流電源接続部１１の端子１１ａ，１１ｂからスイッチ２１を介して交流電源電圧を入力し、入力した交流電源電圧におけるノイズ成分がコンデンサ２２，２３，２４により低減される。   The AC input unit 20 includes a switch 21 and capacitors 22, 23 and 24. For example, an AC power supply voltage of 90 to 264 V is input to the terminals 11 a and 11 b of the AC power supply connection unit 11. Capacitors 22, 23, and 24 are connected to terminals 11 a and 11 b of the AC power supply connection unit 11 via a switch 21. Specifically, in the state where the switch 21 is closed, the capacitor 22 is connected between the terminal 11a of the AC power supply connecting portion 11 and the ground, the capacitor 24 is connected between the terminal 11b and the ground, and the capacitor 23 is further connected between the terminals 11a and 11b. Is connected. Then, an AC power supply voltage is input from the terminals 11 a and 11 b of the AC power supply connection unit 11 via the switch 21, and noise components in the input AC power supply voltage are reduced by the capacitors 22, 23 and 24.

力率改善回路３０は、ＡＣ入力部２０の後段に設けられた昇圧チョッパ回路３１と、ドライブ回路３２とを備えている。入力した交流電源電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路３１は、第１のＨブリッジ回路３３とコイル３４，３５とコンデンサ３６と出力電圧検出回路（電圧センサ）３７と電流センサ３８とを備えている。第１のＨブリッジ回路３３は、４つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４と２つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２からなり、各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用されている。各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ２，Ｄ４が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で逆並列に接続されている。   The power factor correction circuit 30 includes a step-up chopper circuit 31 provided in the subsequent stage of the AC input unit 20 and a drive circuit 32. The boost chopper circuit 31 that boosts the input AC power supply voltage includes a first H bridge circuit 33, coils 34 and 35, a capacitor 36, an output voltage detection circuit (voltage sensor) 37, and a current sensor 38. The first H-bridge circuit 33 includes four diodes D1, D2, D3, and D4 and two switching elements S1 and S2. Insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are used as the switching elements S1 and S2. . Between the collectors and emitters of the switching elements S1 and S2, diodes D2 and D4 are connected in antiparallel with the cathode corresponding to the collector and the anode corresponding to the emitter.

ダイオードＤ１はカソードが正側配線に接続され、アノードがスイッチング素子Ｓ１のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｓ１のエミッタは負側配線に接続され、ダイオードＤ１のアノードとスイッチング素子Ｓ１のコレクタとの中点がコイル３４の第１端部に接続されている。ダイオードＤ３はカソードが正側配線に接続され、アノードがスイッチング素子Ｓ２のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｓ２のエミッタは負側配線に接続され、ダイオードＤ３のアノードとスイッチング素子Ｓ２のコレクタとの中点がコイル３５の第１端部に接続されている。コイル３４の第２端子が電流センサ３８を介してＡＣ入力部２０における正側配線（電源接続部１１の端子１１ａ側）と接続されている。コイル３５の第２端子がＡＣ入力部２０における負側配線（電源接続部１１の端子１１ｂ側）と接続されている。電流センサ３８は入力する交流電源電流値を検出する。コンデンサ３６は第１のＨブリッジ回路３３の出力側の正側配線と負側配線との間に接続されている。出力電圧検出回路３７はコンデンサ３６の両端電圧、即ち、力率改善回路３０（Ｈブリッジ回路３３）の出力電圧ＶＨを検出する。   The diode D1 has a cathode connected to the positive wiring and an anode connected to the collector of the switching element S1. The emitter of the switching element S1 is connected to the negative wiring, and the midpoint between the anode of the diode D1 and the collector of the switching element S1 is connected to the first end of the coil 34. The diode D3 has a cathode connected to the positive wiring and an anode connected to the collector of the switching element S2. The emitter of the switching element S2 is connected to the negative wiring, and the midpoint between the anode of the diode D3 and the collector of the switching element S2 is connected to the first end of the coil 35. The second terminal of the coil 34 is connected to the positive side wiring (the terminal 11 a side of the power supply connection unit 11) in the AC input unit 20 through the current sensor 38. The second terminal of the coil 35 is connected to the negative side wiring (the terminal 11 b side of the power supply connection unit 11) in the AC input unit 20. The current sensor 38 detects the input AC power supply current value. The capacitor 36 is connected between the positive-side wiring and the negative-side wiring on the output side of the first H-bridge circuit 33. The output voltage detection circuit 37 detects the voltage across the capacitor 36, that is, the output voltage VH of the power factor correction circuit 30 (H bridge circuit 33).

ドライブ回路３２はスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のゲートと接続され、ドライブ回路３２はスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２をデューティ制御、即ち、一定周期中のオン時間を調整して入力される交流電圧を直流電圧に変換する。また、ドライブ回路３２には出力電圧検出回路３７および電流センサ３８が接続され、出力電圧検出回路３７による検出電圧値および電流センサ３８による検出電流値がドライブ回路３２に取り込まれる。   The drive circuit 32 is connected to the gates of the switching elements S1 and S2, and the drive circuit 32 controls the duty of the switching elements S1 and S2, that is, converts the input AC voltage into a DC voltage by adjusting the ON time during a certain period. To do. An output voltage detection circuit 37 and a current sensor 38 are connected to the drive circuit 32, and a detection voltage value from the output voltage detection circuit 37 and a detection current value from the current sensor 38 are taken into the drive circuit 32.

ＤＣ−ＤＣ絶縁回路４０は、力率改善回路３０の後段に設けられた絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１と、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ用ドライブ回路４２とを有している。絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、トランス４３と、トランス４３の一次側回路を構成する第２のＨブリッジ回路４４と、トランス４３の二次側回路を構成する整流回路４５とを有している。   The DC-DC insulation circuit 40 includes an insulation type DC-DC converter 41 provided in the subsequent stage of the power factor correction circuit 30 and an insulation type DC-DC converter drive circuit 42. The insulated DC-DC converter 41 includes a transformer 43, a second H bridge circuit 44 that forms a primary circuit of the transformer 43, and a rectifier circuit 45 that forms a secondary circuit of the transformer 43. .

第２のＨブリッジ回路４４は、４つのスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６と４つのダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８からなり、各スイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用されている。各スイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｓ３は、コレクタが正側配線に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｓ４のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｓ４のエミッタは負側配線に接続され、スイッチング素子Ｓ３のエミッタとスイッチング素子Ｓ４のコレクタとの中点がトランス４３の一次巻線４３ａの第１端部に接続されている。スイッチング素子Ｓ５は、コレクタが正側配線に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｓ６のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｓ６のエミッタは負側配線に接続され、スイッチング素子Ｓ５のエミッタとスイッチング素子Ｓ６のコレクタとの中点がトランス４３の一次巻線４３ａの第２端部に接続されている。   The second H-bridge circuit 44 includes four switching elements S3, S4, S5, and S6 and four diodes D5, D6, D7, and D8. Insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are used as the switching elements S3 to S6. in use. Between the collectors and emitters of the switching elements S3 to S6, diodes D5, D6, D7, and D8 are connected in antiparallel with the cathode corresponding to the collector and the anode corresponding to the emitter. The switching element S3 has a collector connected to the positive wiring and an emitter connected to the collector of the switching element S4. The emitter of the switching element S4 is connected to the negative wiring, and the midpoint between the emitter of the switching element S3 and the collector of the switching element S4 is connected to the first end of the primary winding 43a of the transformer 43. The switching element S5 has a collector connected to the positive wiring and an emitter connected to the collector of the switching element S6. The emitter of the switching element S6 is connected to the negative wiring, and the midpoint between the emitter of the switching element S5 and the collector of the switching element S6 is connected to the second end of the primary winding 43a of the transformer 43.

整流回路４５はＨブリッジ回路により構成され、４つのダイオードＤ９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２からなる。ダイオードＤ１１はカソードが正側配線に接続され、アノードがダイオードＤ１２のカソードに接続されている。ダイオードＤ１２のアノードは負側配線に接続され、ダイオードＤ１１のアノードとダイオードＤ１２のカソードとの中点がトランス４３の二次巻線４３ｂの第１端子に接続されている。ダイオードＤ９はカソードが正側配線に接続され、アノードがダイオードＤ１０のカソードに接続されている。ダイオードＤ１０のアノードは負側配線に接続され、ダイオードＤ９のアノードとダイオードＤ１０のカソードとの中点がトランス４３の二次巻線４３ｂの第２端子に接続されている。   The rectifier circuit 45 is constituted by an H bridge circuit, and includes four diodes D9, D10, D11, and D12. The diode D11 has a cathode connected to the positive wiring, and an anode connected to the cathode of the diode D12. The anode of the diode D12 is connected to the negative wiring, and the midpoint between the anode of the diode D11 and the cathode of the diode D12 is connected to the first terminal of the secondary winding 43b of the transformer 43. The diode D9 has a cathode connected to the positive wiring and an anode connected to the cathode of the diode D10. The anode of the diode D10 is connected to the negative wiring, and the midpoint between the anode of the diode D9 and the cathode of the diode D10 is connected to the second terminal of the secondary winding 43b of the transformer 43.

絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ用ドライブ回路４２はスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６のゲートと接続されている。また、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ用ドライブ回路４２には出力電圧検出回路３７の検出信号が取り込まれる。絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ用ドライブ回路４２はスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をオン・オフ制御するとともにその周波数も変更することができるようになっている。   The insulating DC-DC converter drive circuit 42 is connected to the gates of the switching elements S3, S4, S5 and S6. Further, the detection signal of the output voltage detection circuit 37 is taken into the drive circuit 42 for the insulated DC-DC converter. The drive circuit 42 for the insulated DC-DC converter can turn on / off the switching elements S3, S4, S5, and S6 and change the frequency thereof.

充電電流・電圧検出部５０は、整流回路４５の後段に設けられ、バッテリ電圧検出回路５１と電流センサ５２を備えている。バッテリ電圧検出回路５１は整流回路（Ｈブリッジ回路）４５の出力電圧である正側配線と負側配線の間の電圧を検出する。電流センサ５２は整流回路（Ｈブリッジ回路）４５の出力側の負側配線に流れる電流を検出する。電流センサ５２の検出信号及びバッテリ電圧検出回路５１の検出信号は絶縁素子（図示略）を介してドライブ回路３２に取り込まれる。   The charging current / voltage detection unit 50 is provided in the subsequent stage of the rectifier circuit 45 and includes a battery voltage detection circuit 51 and a current sensor 52. The battery voltage detection circuit 51 detects the voltage between the positive side wiring and the negative side wiring, which is the output voltage of the rectifier circuit (H bridge circuit) 45. The current sensor 52 detects a current flowing through the negative side wiring on the output side of the rectifier circuit (H bridge circuit) 45. The detection signal of the current sensor 52 and the detection signal of the battery voltage detection circuit 51 are taken into the drive circuit 32 via an insulating element (not shown).

高圧バッテリ側フィルタ部６０は、コイル６１，６２とコンデンサ６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９を備えている。コンデンサ６３が整流回路（Ｈブリッジ回路）４５の出力側の正側配線と負側配線との間に接続されている。コイル６１はコンデンサ６３の正側端子と整流回路４５のダイオードＤ９，Ｄ１１のカソードとの間に接続されている。バッテリ１２とコンデンサ６３との間においてコモンモードチョークコイル６２が接続されている。コモンモードチョークコイル６２とコンデンサ６３との間においてコンデンサ６４が正側配線・グランド間に、コンデンサ６５が正側配線・負側配線間に、コンデンサ６６が負側配線・グランド間に接続されている。コモンモードチョークコイル６２とバッテリ１２との間においてコンデンサ６９が正側配線・グランド間に、コンデンサ６７が正側配線・負側配線間に、コンデンサ６８が負側配線・グランド間に接続されている。この高圧バッテリ側フィルタ部６０により絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１でのスイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６のスイッチング周波数の変化に伴う電圧の変動の影響がバッテリ１２側に出ないようにすることができる。   The high voltage battery side filter unit 60 includes coils 61 and 62 and capacitors 63, 64, 65, 66, 67, 68 and 69. A capacitor 63 is connected between the positive side wiring and the negative side wiring on the output side of the rectifier circuit (H bridge circuit) 45. The coil 61 is connected between the positive terminal of the capacitor 63 and the cathodes of the diodes D9 and D11 of the rectifier circuit 45. A common mode choke coil 62 is connected between the battery 12 and the capacitor 63. Between the common mode choke coil 62 and the capacitor 63, the capacitor 64 is connected between the positive side wiring and the ground, the capacitor 65 is connected between the positive side wiring and the negative side wiring, and the capacitor 66 is connected between the negative side wiring and the ground. . Between the common mode choke coil 62 and the battery 12, a capacitor 69 is connected between the positive side wiring and the ground, a capacitor 67 is connected between the positive side wiring and the negative side wiring, and a capacitor 68 is connected between the negative side wiring and the ground. . The high-voltage battery-side filter unit 60 can prevent the influence of voltage fluctuations accompanying the change in the switching frequency of the switching elements S3 to S6 in the insulated DC-DC converter 41 from appearing on the battery 12 side.

ここで、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１のトランス４３の二次側回路として、整流回路４５、充電電流・電圧検出部５０、高圧バッテリ側フィルタ部６０が接続され、これらは、トランス４３の二次側出力により二次電池であるバッテリ１２を充電するための回路であって出力電圧が可変である。そして、充電当初は出力電圧が例えば１６０Ｖであり、その後充電に伴い出力電圧が例えば３００Ｖにまで上昇される。   Here, as a secondary circuit of the transformer 43 of the insulated DC-DC converter 41, a rectifier circuit 45, a charging current / voltage detection unit 50, and a high voltage battery side filter unit 60 are connected. This is a circuit for charging the battery 12 as a secondary battery by the side output, and the output voltage is variable. Then, the output voltage is initially 160 V, for example, at the beginning of charging, and then the output voltage is increased to, for example, 300 V along with charging.

なお、バッテリ１２には車両の走行に必要な図示しない負荷（走行用モータ、補機）が接続されており、負荷で電力が消費されるようになっている。
次に、前記のように構成されたスイッチング電源装置１０の作用を説明する。 The battery 12 is connected to a load (travel motor, auxiliary machine) (not shown) necessary for traveling of the vehicle, and power is consumed by the load.
Next, the operation of the switching power supply device 10 configured as described above will be described.

バッテリ１２を充電するには、交流電源接続部１１に外部の交流電源を接続してスイッチ２１を閉じる。すると、商用の交流電圧がＡＣ入力部２０のコンデンサ２２，２３，２４を介して力率改善回路３０の昇圧チョッパ回路３１の第１のＨブリッジ回路３３に供給される。昇圧チョッパ回路３１のＨブリッジ回路の各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、ドライブ回路３２からの制御信号により、交互にオン・オフ制御される。   In order to charge the battery 12, an external AC power source is connected to the AC power source connection unit 11 and the switch 21 is closed. Then, a commercial AC voltage is supplied to the first H bridge circuit 33 of the boost chopper circuit 31 of the power factor correction circuit 30 via the capacitors 22, 23, and 24 of the AC input unit 20. The switching elements S1 and S2 of the H bridge circuit of the boost chopper circuit 31 are alternately turned on / off by a control signal from the drive circuit 32.

具体的には、ＡＣ入力部２０に入力される交流電圧及び交流電流が正のときには、スイッチング素子Ｓ１がオン・オフ制御される。スイッチング素子Ｓ１がオンになると、図２（ａ）に実線で示すように、コイル３４→スイッチング素子Ｓ１→ダイオードＤ４→コイル３５→となるように電流が流れ、コイル３４，３５に電気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Ｓ１がオフすると、コイル３４，３５に蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図２（ｂ）に実線で示すように、コイル３４→ダイオードＤ１→コンデンサ３６→ダイオードＤ４→コイル３５→となるように電流が流れる。   Specifically, when the alternating voltage and alternating current input to the AC input unit 20 are positive, the switching element S1 is on / off controlled. When the switching element S1 is turned on, as indicated by a solid line in FIG. 2A, a current flows in the order of the coil 34 → switching element S1 → diode D4 → coil 35 →, and electric energy is accumulated in the coils 34 and 35. Is done. When the switching element S1 is turned off, the energy accumulated in the coils 34 and 35 is applied, and as shown by the solid line in FIG. 2B, the coil 34 → the diode D1 → the capacitor 36 → the diode D4 → the coil Current flows so that 35 →.

また、ＡＣ入力部２０に入力される交流電圧及び交流電流が負のときには、スイッチング素子Ｓ２がオン・オフ制御される。スイッチング素子Ｓ２がオンになると、図２（ａ）に一点鎖線で示すように、コイル３５→スイッチング素子Ｓ２→ダイオードＤ２→コイル３４→となるように電流が流れ、コイル３４，３５に電気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Ｓ２がオフになると、コイル３４，３５に蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図２（ｂ）に一点鎖線で示すように、コイル３５→ダイオードＤ３→コンデンサ３６→ダイオードＤ２→コイル３４→となるように電流が流れる。   When the AC voltage and AC current input to the AC input unit 20 are negative, the switching element S2 is controlled to be turned on / off. When the switching element S2 is turned on, a current flows in the order of the coil 35 → switching element S2 → diode D2 → coil 34 → as indicated by a one-dot chain line in FIG. Accumulated. When the switching element S2 is turned off, the energy accumulated in the coils 34 and 35 is applied and the coil 35 → diode D3 → capacitor 36 → diode D2 as shown by the one-dot chain line in FIG. A current flows so as to be the coil 34.

このスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のオン・オフ制御の際に、交流電圧の平滑化、２つのコイル３４，３５を用いた昇圧、交流電流の位相及び波形を交流電圧の位相及び波形と一致もしくは相似させる力率改善動作が行われる。   During the on / off control of the switching elements S1 and S2, the AC voltage is smoothed, the voltage is boosted using the two coils 34 and 35, and the phase and waveform of the AC current are matched or similar to the phase and waveform of the AC voltage. Power factor correction operation is performed.

詳しくは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のデューティ比が変更される（デューティ制御が行われる）ことで交流電圧の平滑化、２つのコイル３４，３５を用いた昇圧、交流電流の位相及び波形を交流電圧の位相及び波形と一致もしくは相似させる力率改善動作が行われる。このデューティ比は、出力電圧検出回路３７から検出される出力電圧ＶＨと目標の出力電圧ＶＨとに基づいて求められるデューティ比と、バッテリ１２を充電可能な直流電圧をＨブリッジ回路３３から出力するために必要とされるＡＣ入力部２０から出力される交流電流の目標値と電流センサ３８で検出された電流値に基づいて求められるデューティ比とから決定される。目標の出力電圧ＶＨは、時間と共に変更されるバッテリ高圧側の要求電圧と、電流センサ３８による電流値と、電流センサ５２による電流値と、バッテリ電圧検出回路５１によるバッテリ電圧値とに基づいて決定される。   Specifically, the duty ratio of the switching elements S1 and S2 is changed (duty control is performed) to smooth the AC voltage, the boost using the two coils 34 and 35, the phase and waveform of the AC current are changed to the AC voltage. A power factor improving operation is performed so that the phase and waveform coincide with or similar to each other. This duty ratio is used to output from the H bridge circuit 33 a duty ratio determined based on the output voltage VH detected from the output voltage detection circuit 37 and the target output voltage VH and a DC voltage capable of charging the battery 12. Is determined from the target value of the alternating current output from the AC input unit 20 required for the current value and the duty ratio determined based on the current value detected by the current sensor 38. The target output voltage VH is determined based on the required voltage on the high voltage side of the battery that changes with time, the current value by the current sensor 38, the current value by the current sensor 52, and the battery voltage value by the battery voltage detection circuit 51. Is done.

そして、充電当初はバッテリ高圧側の電圧が例えば１６０Ｖ、力率改善回路３０の出力電圧ＶＨが１４０Ｖ（外部からの入力電圧が１００Ｖの場合）であり、その後の充電動作に伴うバッテリ電圧の上昇に伴いバッテリ電圧が例えば３００Ｖになると充電動作が終了される。   At the beginning of charging, the voltage on the high voltage side of the battery is, for example, 160V, the output voltage VH of the power factor correction circuit 30 is 140V (when the input voltage from the outside is 100V), and the battery voltage increases due to the subsequent charging operation. Accordingly, when the battery voltage becomes 300 V, for example, the charging operation is terminated.

絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１においてＨブリッジ回路４４の各スイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６は、Ｈブリッジ回路３３から供給される直流電圧を交流電圧に変換するように、ドライブ回路４２からの制御信号によってスイッチング制御される。そして、変換された交流電圧がトランス４３の一次巻線４３ａに供給されて、トランス４３の二次巻線４３ｂに交流電圧が誘起される。また、整流回路（Ｈブリッジ回路）４５の各ダイオードＤ９〜Ｄ１２により、二次巻線４３ｂに誘起された交流電圧が直流電圧に変換されて充電電流・電圧検出部５０および高圧バッテリ側フィルタ部６０を介してバッテリ１２に充電される。   In the insulated DC-DC converter 41, each of the switching elements S3 to S6 of the H bridge circuit 44 performs switching control by a control signal from the drive circuit 42 so as to convert the DC voltage supplied from the H bridge circuit 33 into an AC voltage. Is done. Then, the converted AC voltage is supplied to the primary winding 43 a of the transformer 43, and an AC voltage is induced in the secondary winding 43 b of the transformer 43. Also, the AC voltage induced in the secondary winding 43b is converted into a DC voltage by the diodes D9 to D12 of the rectifier circuit (H bridge circuit) 45, and the charging current / voltage detection unit 50 and the high voltage battery side filter unit 60 are converted. The battery 12 is charged via

詳しくは、二次巻線４３ｂに図１における下側から上側に向かうように流れる電流が誘起されるときは、二次巻線４３ｂ→ダイオードＤ１１→バッテリ１２→ダイオードＤ１０→二次巻線４３ｂ→となるように電流が流れてバッテリ１２に充電される。二次巻線４３ｂに図１における上側から下側に向かうように流れる電流が誘起されるときは、二次巻線４３ｂ→ダイオードＤ９→バッテリ１２→ダイオードＤ１２→二次巻線４３ｂ→となるように電流が流れてバッテリ１２に充電される。   Specifically, when a current flowing from the lower side to the upper side in FIG. 1 is induced in the secondary winding 43b, the secondary winding 43b → the diode D11 → the battery 12 → the diode D10 → the secondary winding 43b → A current flows so that the battery 12 is charged. When a current flowing from the upper side to the lower side in FIG. 1 is induced in the secondary winding 43b, the secondary winding 43b → the diode D9 → the battery 12 → the diode D12 → the secondary winding 43b →. Current flows to charge the battery 12.

このとき、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ用ドライブ回路４２は、力率改善回路３０での監視用の出力電圧（昇圧電圧）ＶＨを入力して出力電圧（昇圧電圧）ＶＨに応じて絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の駆動周波数を制御する。即ち、出力電圧ＶＨが低い場合、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１のスイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６をスイッチングする周波数を低くし、出力電圧ＶＨが高い場合、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１のスイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６をスイッチングする周波数を高くする。これにより、専用の電圧検出手段（例えば特許文献１での入力電圧検出回路）を用いることなく力率改善回路３０での監視用の出力電圧（昇圧電圧）ＶＨを用いることにより簡単な構成にて幅広い入力電圧に対応することができる。   At this time, the drive circuit 42 for the isolated DC-DC converter inputs the output voltage (boosted voltage) VH for monitoring in the power factor correction circuit 30 and receives the isolated DC-DC according to the output voltage (boosted voltage) VH. The drive frequency of the switching elements S3, S4, S5, and S6 of the DC converter 41 is controlled. That is, when the output voltage VH is low, the switching frequency of the switching elements S3 to S6 of the insulated DC-DC converter 41 is lowered, and when the output voltage VH is high, the switching elements S3 to S6 of the insulated DC-DC converter 41 are set. Increase the switching frequency. Thus, a simple configuration can be obtained by using the output voltage (boost voltage) VH for monitoring in the power factor correction circuit 30 without using dedicated voltage detection means (for example, the input voltage detection circuit in Patent Document 1). A wide range of input voltages can be supported.

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１はトランス４３の二次側回路に出力電圧が可変である回路を有し、ドライブ回路４２は力率改善回路３０の出力電圧を検出する出力電圧検出回路３７による力率改善回路３０の出力電圧が低い場合、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１のトランス４３の一次側回路のスイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６をスイッチングする周波数を低くし、力率改善回路３０の出力電圧が高い場合、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ４１のトランス４３の一次側回路のスイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６をスイッチングする周波数を高くする。よって、簡単な構成にて幅広い入力電圧に対応することができる。 According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The insulated DC-DC converter 41 has a circuit whose output voltage is variable in the secondary side circuit of the transformer 43, and the drive circuit 42 is an output voltage detection circuit 37 that detects the output voltage of the power factor correction circuit 30. When the output voltage of the power factor correction circuit 30 is low, the frequency for switching the switching elements S3 to S6 of the primary circuit of the transformer 43 of the insulated DC-DC converter 41 is lowered, and the output voltage of the power factor improvement circuit 30 is If it is high, the switching frequency of the switching elements S3 to S6 of the primary circuit of the transformer 43 of the insulated DC-DC converter 41 is increased. Therefore, a wide range of input voltages can be handled with a simple configuration.

（２）出力電圧が可変である回路（トランス４３の二次側回路）はトランス４３の二次側出力により二次電池としてのバッテリ１２を充電するための回路であり、充電の進行に伴い要求バッテリ電圧が上昇する場合に好適である。   (2) A circuit whose output voltage is variable (secondary circuit of the transformer 43) is a circuit for charging the battery 12 as a secondary battery by the secondary side output of the transformer 43, and is required as the charging progresses. This is suitable when the battery voltage increases.

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・トランス４３の二次側回路にバッテリ充電用の整流回路４５、充電電流・電圧検出部５０、高圧バッテリ側フィルタ部６０を設けたが、これに代わりインバータ、特に高い交流電圧を出力したいインバータを設けてもよい。具体的には溶接機を挙げることができる。このように、出力電圧が可変である回路はインバータであってもよい。 The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
The secondary circuit of the transformer 43 is provided with a rectifier circuit 45 for charging the battery, a charging current / voltage detection unit 50, and a high voltage battery side filter unit 60. Instead of this, an inverter, in particular an inverter that outputs a high AC voltage, is provided. It may be provided. Specifically, a welding machine can be mentioned. Thus, the circuit whose output voltage is variable may be an inverter.

・図１における第１のＨブリッジ回路３３において上アームはダイオードＤ１，Ｄ３のみであったが、これに代わり、下アームと同様に上アームも、並列接続したダイオードとスイッチング素子にて構成してもよい。   In the first H-bridge circuit 33 in FIG. 1, the upper arms are only the diodes D1 and D3, but instead of this, the upper arm is composed of a diode and a switching element connected in parallel as well as the lower arm. Also good.

・バッテリ１２は、交流電源の電圧より高い電圧のものを使用したがトランスなどを変更させることで交流電源電圧より低い電圧のものを使用してもよい。   -Although the battery 12 used the voltage higher than the voltage of AC power supply, you may use the voltage lower than AC power supply voltage by changing a transformer etc.

本実施形態におけるスイッチング電源装置の回路図。The circuit diagram of the switching power supply device in this embodiment. （ａ），（ｂ）は作用を説明するためのＨブリッジ回路における電流経路を示す回路図。(A), (b) is a circuit diagram which shows the electric current path | route in the H bridge circuit for demonstrating an effect | action.

符号の説明Explanation of symbols

２０…ＡＣ入力部、３０…力率改善回路、３１…昇圧チョッパ回路、３２…ドライブ回路、３７…出力電圧検出回路、４１…絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ、４２…絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ用ドライブ回路、４３…トランス、４３ａ…一次巻線、４３ｂ…二次巻線、４５…整流回路、Ｓ３〜Ｓ８…スイッチング素子、ＶＨ…力率改善回路の出力電圧。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... AC input part, 30 ... Power factor improvement circuit, 31 ... Boost chopper circuit, 32 ... Drive circuit, 37 ... Output voltage detection circuit, 41 ... Insulation type DC-DC converter, 42 ... Drive for insulation type DC-DC converter Circuit, 43 ... Transformer, 43a ... Primary winding, 43b ... Secondary winding, 45 ... Rectifier circuit, S3-S8 ... Switching element, VH ... Output voltage of power factor correction circuit.

Claims (2)

交流電源電圧を入力するＡＣ入力部と、
前記ＡＣ入力部の後段に設けられ、前記交流電源電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路を有する力率改善回路と、
前記力率改善回路の後段に設けられ、トランスの一次側回路にスイッチング素子を有するとともに前記トランスの二次側回路に出力電圧が可変である回路を有する絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記力率改善回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路による力率改善回路の出力電圧が低い場合、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング素子をスイッチングする周波数を低くし、前記力率改善回路の出力電圧が高い場合、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング素子をスイッチングする周波数を高くするドライブ回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。 An AC input unit for inputting an AC power supply voltage;
A power factor correction circuit provided at a subsequent stage of the AC input unit and having a boosting chopper circuit that boosts the AC power supply voltage;
An isolated DC-DC converter provided at a subsequent stage of the power factor correction circuit, having a switching element in a primary side circuit of the transformer and a circuit in which an output voltage is variable in a secondary side circuit of the transformer;
When the output voltage of the power factor correction circuit by the output voltage detection circuit for detecting the output voltage of the power factor improvement circuit is low, the frequency for switching the switching element of the insulated DC-DC converter is lowered, and the power factor improvement is performed. When the output voltage of the circuit is high, a drive circuit that increases the frequency for switching the switching element of the isolated DC-DC converter;
A switching power supply device comprising: 前記出力電圧が可変である回路は前記トランスの二次側出力により二次電池を充電するための回路である請求項１に記載のスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 1, wherein the circuit whose output voltage is variable is a circuit for charging a secondary battery by a secondary side output of the transformer.
JP2008051134A 2008-02-29 2008-02-29 Switching power supply device Pending JP2009213202A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008051134A JP2009213202A (en) 2008-02-29 2008-02-29 Switching power supply device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008051134A JP2009213202A (en) 2008-02-29 2008-02-29 Switching power supply device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009213202A true JP2009213202A (en) 2009-09-17

Family

ID=41185821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008051134A Pending JP2009213202A (en) 2008-02-29 2008-02-29 Switching power supply device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009213202A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012019603A (en) * 2010-07-07 2012-01-26 Murata Mach Ltd Non-contact power reception device
DE102013211828A1 (en) 2012-07-02 2014-01-02 Omron Automotive Electronics Co., Ltd. loader
KR101567648B1 (en) 2013-12-18 2015-11-10 현대자동차주식회사 Method and system for controlling battery recharge
WO2016063652A1 (en) * 2014-10-21 2016-04-28 株式会社豊田自動織機 Charger
JP2016149897A (en) * 2015-02-13 2016-08-18 住友電気工業株式会社 Converter and control circuit
US10270339B2 (en) 2015-02-27 2019-04-23 Samsung Electronics Co., Ltd. DC-DC converter, charger integrated circuit and electronic device having the same and battery charging method thereof
KR20190062567A (en) * 2016-10-13 2019-06-05 선전 임모터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 Power connectors and power control units
KR20190073341A (en) * 2016-08-08 2019-06-26 아날로그 디바이시즈 글로벌 언리미티드 컴퍼니 Galvanic Isolated Data Isolator with Improved Common-Mode Transient Removal
JP2020080604A (en) * 2018-11-13 2020-05-28 三菱電機株式会社 Power conversion device
US10686374B2 (en) 2017-11-17 2020-06-16 Soken, Inc. Control apparatus for power conversion apparatus

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012019603A (en) * 2010-07-07 2012-01-26 Murata Mach Ltd Non-contact power reception device
DE102013211828A1 (en) 2012-07-02 2014-01-02 Omron Automotive Electronics Co., Ltd. loader
US9484804B2 (en) 2013-12-18 2016-11-01 Hyundai Motor Company Battery charging system and method
KR101567648B1 (en) 2013-12-18 2015-11-10 현대자동차주식회사 Method and system for controlling battery recharge
WO2016063652A1 (en) * 2014-10-21 2016-04-28 株式会社豊田自動織機 Charger
WO2016129592A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 住友電気工業株式会社 Converter and control circuit
JP2016149897A (en) * 2015-02-13 2016-08-18 住友電気工業株式会社 Converter and control circuit
US10250121B2 (en) 2015-02-13 2019-04-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Converter and control circuit
US10270339B2 (en) 2015-02-27 2019-04-23 Samsung Electronics Co., Ltd. DC-DC converter, charger integrated circuit and electronic device having the same and battery charging method thereof
KR20190073341A (en) * 2016-08-08 2019-06-26 아날로그 디바이시즈 글로벌 언리미티드 컴퍼니 Galvanic Isolated Data Isolator with Improved Common-Mode Transient Removal
KR102363095B1 (en) 2016-08-08 2022-02-16 아날로그 디바이시즈 글로벌 언리미티드 컴퍼니 Galvanically Isolated Data Isolators with Improved Common Mode Transient Rejection
KR20190062567A (en) * 2016-10-13 2019-06-05 선전 임모터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 Power connectors and power control units
KR102257076B1 (en) * 2016-10-13 2021-05-26 선전 임모터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 Power connector and power control device
US10686374B2 (en) 2017-11-17 2020-06-16 Soken, Inc. Control apparatus for power conversion apparatus
JP2020080604A (en) * 2018-11-13 2020-05-28 三菱電機株式会社 Power conversion device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009213202A (en) Switching power supply device
JP5701283B2 (en) Charger
JP4263736B2 (en) Switching power supply
US7764527B2 (en) Switching power supply unit
US11865933B2 (en) Vehicle and energy conversion device and power system thereof
JP6103445B2 (en) Non-contact charging device power supply device
JP5470965B2 (en) Power supply device
JP5089359B2 (en) Power converter
US20080043506A1 (en) Dc-ac converter
JP2009033800A (en) Bidirectional dc/ac inverter
JP4632023B2 (en) Power converter
JP2007110856A (en) Bidirectional dc-ac inverter
JPWO2013136753A1 (en) Non-contact charging device power supply device
US9866129B2 (en) Power conversion device including primary inverter, transformer, secondary converter, and controller
US20080037290A1 (en) Ac-dc converter and method for driving for ac-dc converter
JP2011234458A (en) Output controller of hybrid type engine generator
US8824180B2 (en) Power conversion apparatus
CN109687702B (en) DC-DC converter
JP2019083658A (en) Power converter
JP5678860B2 (en) AC / DC converter
JPH09233709A (en) Charger for electric car
JP5611300B2 (en) Power converter and control method thereof
JP5349920B2 (en) Discharge lamp lighting circuit
WO2012098867A1 (en) Power supply device for non-contact charging device
US20080037299A1 (en) Method for driving dc-ac converter