JP2011041340A - Dc-dc converter circuit - Google Patents

Dc-dc converter circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2011041340A
JP2011041340A JP2009183459A JP2009183459A JP2011041340A JP 2011041340 A JP2011041340 A JP 2011041340A JP 2009183459 A JP2009183459 A JP 2009183459A JP 2009183459 A JP2009183459 A JP 2009183459A JP 2011041340 A JP2011041340 A JP 2011041340A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mode
semiconductor switches
inductor
voltage source
semiconductor
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
JP2009183459A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Mogi
進一 茂木
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.)
Yanmar Co Ltd
Original Assignee
Yanmar Co Ltd
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 Yanmar Co Ltd filed Critical Yanmar Co Ltd
Priority to JP2009183459A priority Critical patent/JP2011041340A/en
Priority to EP10806328A priority patent/EP2463994A1/en
Priority to PCT/JP2010/062091 priority patent/WO2011016328A1/en
Priority to US13/387,187 priority patent/US20120126777A1/en
Priority to CN2010800343904A priority patent/CN102474181A/en
Publication of JP2011041340A publication Critical patent/JP2011041340A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582Buck-boost converters

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC-DC converter circuit enabling quick mode switching, and further reduction in conduction loss by semiconductor elements than conventional circuit, thereby improving power conversion efficiency. <P>SOLUTION: The DC-DC converter circuit 10 includes semiconductor switches S1, S2 and S4-S6; a diode D3 and an inductor L wherein all of the semiconductor switches S1, S2 and the diode D3 are connected to one end of the inductor L; all of the semiconductor switches S4-S6 are connected to the other end of the inductor L; a first voltage source E1 is connected to ends at the opposite sides of the connecting ends at which the semiconductor switches S1, S4 are connected to the inductor L; a second voltage source E2 is connected to ends at the opposite sides of the connecting ends at which the semiconductor switches S2, S5 are connected to the inductor L; and both the first voltage source E1 and the second voltage source E2 are connected to ends at the opposite sides of the connecting ends at which the diode D3 and the semiconductor switch S6 are connected to the inductor L. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、DC−DCコンバータ回路に関するものであり、特に、双方向昇降圧形DC−DCコンバータ回路における導通損低減に関するものである。   The present invention relates to a DC-DC converter circuit, and more particularly to reduction of conduction loss in a bidirectional buck-boost DC-DC converter circuit.

DC−DCコンバータ回路は、例えば、第1及び第2直流電圧源(以下、単に第1及び第2電圧源という)の間に接続され、第1及び第2電圧源の出力電圧に基づき、第1電圧源から第2電圧源に電力を供給したり、或いは、第2電圧源から第1電圧源に電力を供給したりすることが可能な双方向形のスイッチング回路として用いられる。   The DC-DC converter circuit is connected between, for example, a first DC voltage source and a second DC voltage source (hereinafter simply referred to as a first voltage source and a second voltage source), and based on output voltages of the first voltage source and the second voltage source, It is used as a bidirectional switching circuit capable of supplying power from one voltage source to the second voltage source or supplying power from the second voltage source to the first voltage source.

例えば、DC−DCコンバータ回路は、作業車両などの電動車両に用いられることがある。電動車両は、一般的に、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置からの直流電力をインバータ回路等の電力変換回路にて交流電力に変換して得られた交流電力でモータ等の車両駆動電動機を作動させるようになっている。そして、DC−DCコンバータ回路は、第1電圧源として作用する蓄電装置と、インバータ回路等の電力変換回路が接続された第2電圧源との間に設けられ、力行モード時には蓄電装置から電力変換回路に電力を供給する一方、回生モード時には電力変換回路から蓄電装置に電力を供給することが可能な構成とされている。   For example, the DC-DC converter circuit may be used for an electric vehicle such as a work vehicle. In general, an electric vehicle operates a vehicle driving motor such as a motor with AC power obtained by converting DC power from a power storage device such as a battery or a capacitor into AC power using a power conversion circuit such as an inverter circuit. It is like that. The DC-DC converter circuit is provided between the power storage device acting as the first voltage source and the second voltage source to which a power conversion circuit such as an inverter circuit is connected, and converts power from the power storage device in the powering mode. While power is supplied to the circuit, power can be supplied from the power conversion circuit to the power storage device in the regeneration mode.

従来のDC−DCコンバータ回路として、例えば、下記特許文献1に記載のチョッパ回路(特許文献1の図1参照)がある。   As a conventional DC-DC converter circuit, for example, there is a chopper circuit described in Patent Document 1 (see FIG. 1 of Patent Document 1).

図10は、従来のDC−DCコンバータ回路の一例を示す回路図である。図10に示すDC−DCコンバータ回路は、第1から第4までの半導体スイッチ121〜124と、第1から第4までのダイオード125〜128と、インダクタ129とを備えている。   FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a conventional DC-DC converter circuit. The DC-DC converter circuit shown in FIG. 10 includes first to fourth semiconductor switches 121 to 124, first to fourth diodes 125 to 128, and an inductor 129.

第1から第4半導体スイッチ121〜124は、何れも一方向にのみ電流を流すことができる半導体デバイスである。第1及び第2ダイオード125,126は、それぞれ、第1及び第2半導体スイッチ121,122に対して電流を流すことができる方向を逆にしてそれぞれ並列接続されており、第1半導体スイッチ121に並列接続された第1ダイオード125のカソード側と、第2半導体スイッチ122に並列接続された第2ダイオード126のアノード側とが接続されている。   Each of the first to fourth semiconductor switches 121 to 124 is a semiconductor device that can flow a current only in one direction. The first and second diodes 125 and 126 are respectively connected in parallel with the first semiconductor switch 121 and the second semiconductor switch 121 and 122 being connected in parallel, with the direction in which current can flow reversed. The cathode side of the first diode 125 connected in parallel and the anode side of the second diode 126 connected in parallel to the second semiconductor switch 122 are connected.

第3半導体スイッチ123の電流流入側と第1半導体スイッチ121に並列接続された第1ダイオード125のカソード側とが接続されており、第4ダイオード128のカソード側と第2半導体スイッチ122に並列接続された第2ダイオード126のアノード側とが接続されている。   The current inflow side of the third semiconductor switch 123 and the cathode side of the first diode 125 connected in parallel to the first semiconductor switch 121 are connected, and the cathode side of the fourth diode 128 and the second semiconductor switch 122 are connected in parallel. The second diode 126 is connected to the anode side.

インダクタ129は、一端が第3半導体スイッチ123の電流流出側及び第3ダイオード127のカソード側の双方に接続され、かつ、他端が第4ダイオード128のアノード側及び第4半導体スイッチ124の電流流入側の双方に接続されている。   The inductor 129 has one end connected to both the current outflow side of the third semiconductor switch 123 and the cathode side of the third diode 127, and the other end connected to the anode side of the fourth diode 128 and the current inflow of the fourth semiconductor switch 124. Is connected to both sides.

そして、図10に示すDC−DCコンバータ回路は、第1半導体スイッチ121に並列接続された第1ダイオード125のアノード側と第3ダイオード127のアノード側との間に第1電圧源110が接続され、第2半導体スイッチ122に並列接続された第2ダイオード126のカソード側と第4半導体スイッチ124の電流流出側との間に第2電圧源120が接続されるようになっている。   In the DC-DC converter circuit shown in FIG. 10, the first voltage source 110 is connected between the anode side of the first diode 125 and the anode side of the third diode 127 connected in parallel to the first semiconductor switch 121. The second voltage source 120 is connected between the cathode side of the second diode 126 connected in parallel to the second semiconductor switch 122 and the current outflow side of the fourth semiconductor switch 124.

このような従来のDC−DCコンバータ回路では、各半導体スイッチ121〜124のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、次の力行モード及び回生モードを例示できる。   In such a conventional DC-DC converter circuit, the following power running mode and regenerative mode can be exemplified as the operation modes indicating the on and off states of the semiconductor switches 121 to 124.

図11は、図10に示すDC−DCコンバータ回路において力行モードで動作している状態を示す図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating a state where the DC-DC converter circuit illustrated in FIG. 10 is operating in the power running mode.

力行モードは、例えば、図11に示すように、第1電圧源110から第1ダイオード125、第3半導体スイッチ123、インダクタ129及び第4半導体スイッチ124を経て第1電圧源110に戻る電流経路Raを形成するモードとされている。   For example, as shown in FIG. 11, the power running mode is a current path Ra that returns from the first voltage source 110 to the first voltage source 110 through the first diode 125, the third semiconductor switch 123, the inductor 129, and the fourth semiconductor switch 124. It is set as the mode which forms.

また、図12は、図10に示すDC−DCコンバータ回路において回生モードで動作している状態を示す図である。   FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which the DC-DC converter circuit illustrated in FIG. 10 is operating in the regeneration mode.

回生モードは、例えば、図12に示すように、第1電圧源110から第3ダイオード127、インダクタ129及び第4ダイオード128及び第1半導体スイッチ121を経て第1電圧源110に戻る電流経路Rbを形成するモードとされている。   In the regeneration mode, for example, as shown in FIG. 12, a current path Rb from the first voltage source 110 to the first voltage source 110 via the third diode 127, the inductor 129, the fourth diode 128, and the first semiconductor switch 121 is obtained. It is a mode to form.

このような従来のDC−DCコンバータ回路では、力行モードの電流経路Ra及び回生モードの電流経路Rbにおいて、インダクタ129に流れる電流の向きを一定方向にしている。こうすることで、各半導体スイッチ121〜124のオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、インダクタ129に流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。しかし、第1電圧源110の出力電圧V1が第2電圧源120の出力電圧V2よりも大きい場合には、第1及び第2ダイオード125,126がオン状態となり、出力電圧V1と出力電圧V2とが等しくなるため、第2電圧源120の出力電圧V2を第1電圧源110の出力電圧V1以下に降圧することができない。   In such a conventional DC-DC converter circuit, in the current path Ra in the power running mode and the current path Rb in the regenerative mode, the direction of the current flowing through the inductor 129 is made constant. In this way, when the mode switching between the power running mode and the regenerative mode is performed by switching the operation of each of the semiconductor switches 121 to 124 between the on state and the off state, the current flowing through the inductor 129 is not reversed. The time required for mode switching can be reduced, and a quick mode switching process can be performed. However, when the output voltage V1 of the first voltage source 110 is higher than the output voltage V2 of the second voltage source 120, the first and second diodes 125 and 126 are turned on, and the output voltage V1 and the output voltage V2 Therefore, the output voltage V2 of the second voltage source 120 cannot be reduced below the output voltage V1 of the first voltage source 110.

特開2007−151311号公報JP 2007-151111 A

ところで、DC−DCコンバータ回路においては、電流が通過する半導体素子の数が多くなれば、それだけ導通損が大きくなり、それに伴って電力変換効率が低下する。   By the way, in a DC-DC converter circuit, if the number of semiconductor elements through which current passes increases, the conduction loss increases accordingly, and the power conversion efficiency decreases accordingly.

図10に示す従来のDC−DCコンバータ回路では、半導体素子として、例えば、力行モード(図11参照)で第1ダイオード125及び第3半導体スイッチ123及び第4半導体スイッチ124に電流が通過することになる。また、回生モード(図12参照)で第3ダイオード127、第4ダイオード128及び第1半導体スイッチ121に電流が通過することになる。つまり、力行モード及び回生モードの何れのモードにおいても、少なくとも三つの半導体素子に対して電流が通過するため、それだけ導通損が大きくなり、それに伴って電力変換効率が低下する。   In the conventional DC-DC converter circuit shown in FIG. 10, as a semiconductor element, for example, a current passes through the first diode 125, the third semiconductor switch 123, and the fourth semiconductor switch 124 in a powering mode (see FIG. 11). Become. Further, current passes through the third diode 127, the fourth diode 128, and the first semiconductor switch 121 in the regeneration mode (see FIG. 12). That is, in both the power running mode and the regenerative mode, since current passes through at least three semiconductor elements, the conduction loss increases accordingly, and the power conversion efficiency decreases accordingly.

そこで、本発明は、力行モードと回生モードとの迅速なモード切換処理を行うことができる上、従来よりも半導体素子の導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができるDC−DCコンバータ回路を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can perform a mode switching process between the power running mode and the regenerative mode more quickly, and can reduce the conduction loss of the semiconductor element as compared with the conventional DC-, thereby improving the power conversion efficiency. An object is to provide a DC converter circuit.

本発明は、前記課題を解決するために、それぞれが一方向に電流を流すことができる第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチと、第3のダイオードと、インダクタとを備え、前記第1及び第2の半導体スイッチと、前記第3のダイオードとは、何れも前記インダクタの一端に対して電流が流入する向きに接続されており、前記第4から第6までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの他端に対して電流が流出する向きに接続されており、前記第1及び第4の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第1電圧源の陽極側が接続され、前記第2及び第5の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第2電圧源の陽極側が接続され、前記第3のダイオード及び前記第6の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に前記第1電圧源の陰極側と前記第2電圧源の陰極側との双方が接続されることを特徴とするDC−DCコンバータ回路を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches each capable of flowing a current in one direction, a third diode, an inductor, The first and second semiconductor switches and the third diode are both connected in a direction in which a current flows into one end of the inductor, and the fourth to sixth Each of the semiconductor switches is connected to the other end of the inductor in a direction in which current flows out, and the first voltage source is connected to the end of the first and fourth semiconductor switches opposite to the connection end of the inductor. The anode side of the second voltage source is connected to the opposite end of the second and fifth semiconductor switches to the connection end of the inductor, and the third diode and the sixth semiconductor switch The in The connecting end of Kuta to provide a DC-DC converter circuit, characterized in that both the cathode side of the cathode side of the first voltage source to the opposite end the second voltage source is connected.

本発明に係るDC−DCコンバータ回路によれば、前記第1電圧源と前記第2電圧源との間で双方向に出力電圧の昇降圧を行うことができる。また、前記第1電圧源と前記第2電圧源との間で双方向に電力を供給することができる。さらに、前記インダクタに流れる電流の向きを一定方向にすることができる。こうすることで、前記各半導体スイッチのオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、前記インダクタに流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。しかも、少なくとも二つの半導体素子(従来に比べて3分の2の半導体素子)に対して電流を通過させることができ、それだけ導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができる。なお、この作用効果については、以下の実施の形態で詳しく説明する。   According to the DC-DC converter circuit of the present invention, the output voltage can be stepped up and down in both directions between the first voltage source and the second voltage source. In addition, power can be supplied bidirectionally between the first voltage source and the second voltage source. Furthermore, the direction of the current flowing through the inductor can be made constant. In this way, when switching between the power running mode and the regenerative mode by switching the operation of each semiconductor switch between the on state and the off state, the current flowing through the inductor is not reversed. Time required for switching can be reduced, and quick mode switching processing can be performed. In addition, current can be passed through at least two semiconductor elements (semiconductor elements that are two-thirds of the conventional semiconductor elements), and the conduction loss can be reduced accordingly, thereby improving the power conversion efficiency. This effect will be described in detail in the following embodiment.

ところで、インバータ回路等の電力変換回路に利用されているモジュールとして、二つの逆導通形の半導体素子を直列接続して一体的に形成したモジュール(いわゆる2in1モジュール)が市販されている。本発明に係るDC−DCコンバータ回路おいて、電力容量等の設計仕様によっては、この2in1モジュールを用いることが好ましい場合がある。   By the way, as a module used in a power conversion circuit such as an inverter circuit, a module (so-called 2-in-1 module) in which two reverse conducting semiconductor elements are connected in series and formed integrally is commercially available. In the DC-DC converter circuit according to the present invention, it may be preferable to use this 2-in-1 module depending on design specifications such as power capacity.

かかる観点から、本発明に係るDC−DCコンバータ回路において、2in1モジュールを適用できる回路を構成することが可能な態様として、前記第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチに並列接続された第1、第2、第4、第5及び第6のダイオードと、前記第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチと前記インダクタとの間に、それぞれ、前記第1、第2、第4、第5及び第6のダイオードと逆方向に電流を流すことができるように接続された第7、第8、第10、第11及び第12までのダイオードとをさらに備えている態様を例示できる。   From such a viewpoint, in the DC-DC converter circuit according to the present invention, the first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches can be configured as a circuit to which a 2-in-1 module can be applied. The first, second, and second semiconductor switches connected in parallel to the first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches so that the current can flow in a direction opposite to the direction in which the current can be turned on and off, respectively. , Fourth, fifth and sixth diodes, and between the first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches and the inductor, respectively. An embodiment may further include a seventh, eighth, tenth, eleventh and twelfth diodes connected so as to allow a current to flow in the opposite direction to the fifth and sixth diodes. .

なお、前記半導体スイッチとしては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)及びGTO(Gate Turn-Off thyristor)等の半導体スイッチを例示できる。前記逆導通形の半導体素子としては、IGBT、GTO等の半導体スイッチに対して電流を流すことができる方向を逆にしてダイオードを並列接続した半導体素子、MOSFET等のように半導体の構造的に寄生ダイオード(または、ボディダイオード)が存在する半導体素子を例示でき、例えば、逆導通形のIGBT素子、逆導通形のMOSFET素子、逆導通形のGTO素子を挙げることができる。   Examples of the semiconductor switch include semiconductor switches such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), and GTO (Gate Turn-Off thyristor). As the reverse conducting semiconductor element, a semiconductor element such as a semiconductor element or a MOSFET in which diodes are connected in parallel with the direction in which a current can flow can be reversed with respect to a semiconductor switch such as IGBT, GTO, etc. A semiconductor element in which a diode (or body diode) is present can be exemplified, and examples thereof include a reverse conduction type IGBT element, a reverse conduction type MOSFET element, and a reverse conduction type GTO element.

また、各半導体スイッチに対して、それぞれ、ゲートドライブ電源を用いてもよいが、電力容量等の設計仕様によっては、半導体スイッチに対して共通のゲートドライブ電源を用いてゲートドライブ電源の個数を削減することが好ましい場合がある。   A gate drive power supply may be used for each semiconductor switch. However, depending on the design specifications such as power capacity, the number of gate drive power supplies can be reduced by using a common gate drive power supply for the semiconductor switches. It may be preferable to do so.

かかる観点から、本発明に係るDC−DCコンバータ回路において、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な態様として、前記第1及び第2の半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第1及び第2の半導体スイッチに並列接続された第1及び第2のダイオードと、前記第1の半導体スイッチと前記第1電圧源の陽極側との間に、前記第1のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第4のダイオードと、前記第2の半導体スイッチと前記第2電圧源の陽極側との間に、前記第2のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第5のダイオードとをさらに備えている態様を例示できる。   From this point of view, in the DC-DC converter circuit according to the present invention, as an aspect capable of configuring a circuit capable of reducing the number of gate drive power supplies, the first and second semiconductor switches each turn on current. , First and second diodes connected in parallel to the first and second semiconductor switches so as to allow a current to flow in a direction opposite to the direction in which the off control can be performed, the first semiconductor switch, and the first voltage A fourth diode connected to the anode side of the source so as to allow a current to flow in a direction opposite to that of the first diode; the second semiconductor switch; and an anode of the second voltage source An embodiment may further include a fifth diode connected between the first diode and the second diode so that a current can flow in a direction opposite to that of the second diode.

また、高電圧による前記第1から第6までの半導体スイッチの破壊を防止する観点からは、本発明に係るDC−DCコンバータ回路において、次の(a)から(c)までの態様にすることが好ましい。すなわち、
(a)の態様として、前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第4から第6までの半導体スイッチのうちの1個以上の半導体スイッチを常時オン状態とするための手段を備える態様を例示できる。
Further, from the viewpoint of preventing the breakdown of the first to sixth semiconductor switches due to the high voltage, in the DC-DC converter circuit according to the present invention, the following aspects (a) to (c) are adopted. Is preferred. That is,
As an aspect of (a), in the case where a current flows through the inductor, an aspect including means for always turning on one or more semiconductor switches among the fourth to sixth semiconductor switches. It can be illustrated.

(b)の態様として、前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第4から第6までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第4から第6までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするための手段を備える態様を例示できる。   As an aspect of (b), when a current flows through the inductor, the first to second semiconductor switches among the fourth to sixth semiconductor switches are turned off before the fourth to sixth semiconductor switches are turned off. A mode provided with the means for turning on at least one of semiconductor switches other than the semiconductor switch made into an OFF state among the 6th semiconductor switches to an ON state beforehand can be illustrated.

(c)の態様として、前記インダクタに電流が流れている状態で、前記第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチのオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とするための手段、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするための手段を備える態様を例示できる。   As an aspect of (c), when an operation mode indicating the on state and the off state of the first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches is changed in a state where a current flows through the inductor. Means for turning on all semiconductor switches that are on in the operation mode before the change for a certain period of time after the change of operation mode, or all semiconductor switches that are on in the operation mode after the change A mode provided with means for turning on the device for a certain period of time before changing the operation mode can be exemplified.

以上説明したように、本発明によると、力行モードと回生モードとの迅速なモード切換処理を行うことができる上、従来よりも半導体素子の導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができるDC−DCコンバータ回路を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the mode switching process between the power running mode and the regenerative mode can be performed quickly, and the conduction loss of the semiconductor element can be reduced as compared with the conventional one, thereby improving the power conversion efficiency. The DC-DC converter circuit which can be provided can be provided.

本発明の実施の形態に係るDC−DCコンバータ回路を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a DC-DC converter circuit concerning an embodiment of the invention. 図1に示すDC−DCコンバータにおいて力行モードで動作している状態を示す図であって、図(a)は、第1モードを示す図であり、図(b)は、第2モードを示す図であり、図(c)は、第3モードを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the DC-DC converter illustrated in FIG. 1 is operating in a powering mode, in which FIG. (A) illustrates a first mode, and (b) illustrates a second mode. FIG. 8C is a diagram illustrating the third mode. 図1に示すDC−DCコンバータにおいて回生モードで動作している状態を示す図であって、図(a)は、第4モードを示す図であり、図(b)は、第5モードを示す図であり、図(c)は、第6モードを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the DC-DC converter illustrated in FIG. 1 is operating in a regenerative mode, in which FIG. (A) illustrates a fourth mode, and (b) illustrates a fifth mode. FIG. 8C is a diagram showing the sixth mode. 図1に示すDC−DCコンバータ回路において環流モードで動作している状態を示す図であって、図(a)は、第7モードを示す図であり、図(b)は、第8モードを示す図であり、図(c)は、第9モードを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the DC-DC converter circuit illustrated in FIG. 1 operates in a reflux mode, in which FIG. (A) illustrates a seventh mode, and FIG. (B) illustrates an eighth mode. FIG. 10C is a diagram illustrating the ninth mode. 第1、第2、第4及び第5半導体スイッチに用いることができる2in1モジュールの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the 2 in 1 module which can be used for a 1st, 2nd, 4th and 5th semiconductor switch. 2in1モジュールを適用できる回路を構成することが可能な第1実施例の回路図である。It is a circuit diagram of the 1st example which can constitute a circuit which can apply 2in1 module. ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な第2実施例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a second embodiment capable of configuring a circuit that can reduce the number of gate drive power supplies. 第3制御例において第1から第9モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図であって、図(a)は、第1モードの状態を示す図であり、図(b)は、転流状態における電流経路が一通りである場合の一例である第1モードから第2モードへの転流状態を示す図であり、図(c)は、第2モードの状態を示す図である。FIG. 9 is a state transition diagram showing an example of a case where the operation mode is changed from one mode to another mode among the first to ninth modes in the third control example, and FIG. FIG. 5B is a diagram showing a commutation state from the first mode to the second mode, which is an example in the case where there are one current path in the commutation state, and FIG. These are figures which show the state of 2nd mode. 第3制御例において第1から第9モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図であって、図(a)は、第1モードの状態を示す図であり、図(b)は、転流状態における電流経路が二通りであり、第1電圧源の出力電圧と第2電圧源の出力電圧との大小関係によって電流経路が異なる場合の一例である第1モードから第5モードへの転流状態を示す図であり、図(c)は、第5モードの状態を示す図である。FIG. 9 is a state transition diagram showing an example of a case where the operation mode is changed from one mode to another mode among the first to ninth modes in the third control example, and FIG. FIG. 4B shows a case where there are two current paths in the commutation state, and the current paths differ depending on the magnitude relationship between the output voltage of the first voltage source and the output voltage of the second voltage source. It is a figure which shows the commutation state from the 1st mode which is an example to the 5th mode, and a figure (c) is a figure which shows the state of a 5th mode. 従来のDC−DCコンバータ回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional DC-DC converter circuit. 図10に示すDC−DCコンバータ回路において力行モードで動作している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is operate | moving in power running mode in the DC-DC converter circuit shown in FIG. 図10に示すDC−DCコンバータ回路において回生モードで動作している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is operate | moving in regeneration mode in the DC-DC converter circuit shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are examples embodying the present invention, and are not of a nature that limits the technical scope of the present invention.

図1は、本発明の実施の形態に係るDC−DCコンバータ回路10を示す回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a DC-DC converter circuit 10 according to an embodiment of the present invention.

図1に示すDC−DCコンバータ回路10は、第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6と、第3ダイオードD3と、インダクタLとを備えている。   A DC-DC converter circuit 10 shown in FIG. 1 includes first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5, and S6, a third diode D3, and an inductor L. ing.

第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6は、それぞれが一方向に電流を流すことができる半導体デバイスとされている。   Each of the first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5 and S6 is a semiconductor device capable of flowing a current in one direction.

第1及び第2半導体スイッチS1,S2と、第3ダイオードD3とは、何れもインダクタLの一端(接続点B参照)に対して電流が流入する向きに接続されている。   The first and second semiconductor switches S1, S2 and the third diode D3 are all connected to one end of the inductor L (see connection point B) in a direction in which current flows.

第4から第6半導体スイッチS4〜S6は、何れもインダクタLの他端(接続点C参照)に対して電流が流出する向きに接続されている。   The fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6 are all connected to the other end of the inductor L (see connection point C) in a direction in which current flows out.

そして、DC−DCコンバータ回路10は、第1及び第4半導体スイッチS1,S4のインダクタLの接続端とは反対側端(接続点A参照)に第1電圧源E1の陽極側が接続され、第2及び第5半導体スイッチS2,S5のインダクタLの接続端とは反対側端(接続点D参照)に第2電圧源E2の陽極側が接続されるようになっている。   In the DC-DC converter circuit 10, the anode side of the first voltage source E1 is connected to the end opposite to the connection end of the inductor L of the first and fourth semiconductor switches S1 and S4 (see connection point A). The anode side of the second voltage source E2 is connected to the end opposite to the connection end of the inductor L of the second and fifth semiconductor switches S2, S5 (see connection point D).

また、DC−DCコンバータ回路10は、第3ダイオードD3及び第6半導体スイッチS6のインダクタLの接続端とは反対側端に第1電圧源E1の陰極側(接続点E参照)と第2電圧源E2の陰極側(接続点E参照)との双方が接続されるようになっている。   Further, the DC-DC converter circuit 10 has a second voltage that is connected to the cathode side of the first voltage source E1 (see connection point E) and the second voltage at the end opposite to the connection end of the third diode D3 and the inductor L of the sixth semiconductor switch S6. Both are connected to the cathode side (see connection point E) of the source E2.

なお、DC−DCコンバータ回路10が作業車両に適用される場合には、例えば、第1及び第2電圧源E1,E2は、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置とすることができる。また、第1及び第2電圧源E1,E2には、モータ等の車両駆動電動機を作動させるインバータ回路等の電力変換回路を接続することができる。   When the DC-DC converter circuit 10 is applied to a work vehicle, for example, the first and second voltage sources E1, E2 can be power storage devices such as a battery and a capacitor. The first and second voltage sources E1, E2 can be connected to a power conversion circuit such as an inverter circuit that operates a vehicle drive motor such as a motor.

本実施の形態に係るDC−DCコンバータ回路10は、さらに制御装置20を備えている。制御装置20は、CPU(Central Processing Unit)等の処理部21と、記憶部22とを備えている。記憶部22は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等の記憶メモリを含み、各種制御プログラムや必要な関数およびテーブルや、各種のデータを記憶するようになっている。   The DC-DC converter circuit 10 according to the present embodiment further includes a control device 20. The control device 20 includes a processing unit 21 such as a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit 22. The storage unit 22 includes a storage memory such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory), and stores various control programs, necessary functions and tables, and various data.

制御装置20は、DC−DCコンバータ回路10の第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6のスイッチング動作を制御するように構成されている。   The control device 20 is configured to control the switching operation of the first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5 and S6 of the DC-DC converter circuit 10.

本実施の形態に係るDC−DCコンバータ回路10において、第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、力行モードで動作する次の第1モードから第3モードと、回生モードで動作する次の第4モードから第6モードとを例示できる。   In the DC-DC converter circuit 10 according to the present embodiment, as the operation mode indicating the on state and the off state of the first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5, and S6. Examples of the first mode to the third mode that operate in the power running mode and examples of the fourth mode to the sixth mode that operate in the regenerative mode can be given.

図2は、図1に示すDC−DCコンバータ回路10において力行モードで動作している状態を示す図である。図2(a)は、第1モードを示しており、図2(b)は、第2モードを示しており、図2(c)は、第3モードを示している。   FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the DC-DC converter circuit 10 illustrated in FIG. 1 is operating in the powering mode. FIG. 2 (a) shows the first mode, FIG. 2 (b) shows the second mode, and FIG. 2 (c) shows the third mode.

また、図3は、図1に示すDC−DCコンバータ回路10において回生モードで動作している状態を示す図である。図3(a)は、第4モードを示しており、図3(b)は、第5モードを示しており、図3(c)は、第6モードを示している。   FIG. 3 is a diagram showing a state where the DC-DC converter circuit 10 shown in FIG. 1 is operating in the regeneration mode. 3A shows the fourth mode, FIG. 3B shows the fifth mode, and FIG. 3C shows the sixth mode.

力行モードにおいては、例えば、第1モードは、図2(a)に示すように、第1及び第6半導体スイッチS1,S6がオン状態となり、それ以外の第2、第4及び第5半導体スイッチS2,S4,S5がオフ状態となって、第1電圧源E1から第1半導体スイッチS1、インダクタL及び第6半導体スイッチS6を経て第1電圧源E1に戻る第1電流経路R1を形成するモードとすることができる。   In the power running mode, for example, in the first mode, as shown in FIG. 2A, the first and sixth semiconductor switches S1 and S6 are turned on, and the other second, fourth and fifth semiconductor switches. A mode in which S2, S4, and S5 are turned off to form a first current path R1 that returns from the first voltage source E1 to the first voltage source E1 through the first semiconductor switch S1, the inductor L, and the sixth semiconductor switch S6. It can be.

第2モードは、図2(b)に示すように、第1及び第5半導体スイッチS1,S5がオン状態となり、それ以外の第2、第4及び第6半導体スイッチS2,S4,S6がオフ状態となって、第1電圧源E1から第1半導体スイッチS1、インダクタL、第5半導体スイッチS5及び第2電圧源E2を経て第1電圧源E1に戻る第2電流経路R2を形成するモードとすることができる。   In the second mode, as shown in FIG. 2B, the first and fifth semiconductor switches S1, S5 are turned on, and the other second, fourth, and sixth semiconductor switches S2, S4, S6 are turned off. A mode of forming a second current path R2 from the first voltage source E1 through the first semiconductor switch S1, the inductor L, the fifth semiconductor switch S5 and the second voltage source E2 to the first voltage source E1. can do.

第3モードは、図2(c)に示すように、第5半導体スイッチS5がオン状態となり、それ以外の第1、第2、第4及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S6がオフ状態となって、第2電圧源E2から第3ダイオードD3、インダクタL及び第5半導体スイッチS5を経て第2電圧源E2に戻る第3電流経路R3を形成するモードとすることができる。   In the third mode, as shown in FIG. 2C, the fifth semiconductor switch S5 is turned on, and the other first, second, fourth, and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, and S6 are turned off. The mode can be changed to a mode in which a third current path R3 returning from the second voltage source E2 to the second voltage source E2 through the third diode D3, the inductor L, and the fifth semiconductor switch S5 is formed.

そして、力行モードを実行するときは、第1電圧源E1の出力電圧V1と第2電圧源E2の出力電圧V2との大小関係に応じて、第1モードと第2モードと第3モードとのうち少なくとも二つのモードを短い周期(例えば10kHz〜100kHz程度の何れかの周期)で切り換える各種切り換え動作を実行することができる。   When the power running mode is executed, the first mode, the second mode, and the third mode are selected according to the magnitude relationship between the output voltage V1 of the first voltage source E1 and the output voltage V2 of the second voltage source E2. Various switching operations for switching at least two modes at a short cycle (for example, any cycle of about 10 kHz to 100 kHz) can be executed.

具体的には、第1電圧源E1の出力電圧V1が第2電圧源E2の出力電圧V2よりも大きい場合には、例えば、第2モードと第3モードとを切り換える切り換え動作を実行することができ、第1電圧源E1の出力電圧V1が第2電圧源E2の出力電圧V2よりも小さい場合には、例えば、第1モードと第2モードとを切り換える切り換え動作を実行することができる。第1電圧源E1の出力電圧V1と第2電圧源E2の出力電圧V2とが等しい場合には、例えば、第1モードと第3モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第2モードのみを実行することができる。なお、第1電圧源E1の出力電圧V1と第2電圧源E2の出力電圧V2とがほぼ等しい場合(電圧V1と電圧V2との差の絶対値が所定範囲内にある場合)に、第1モードと第3モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第2モードのみを実行してもよい。   Specifically, when the output voltage V1 of the first voltage source E1 is larger than the output voltage V2 of the second voltage source E2, for example, a switching operation for switching between the second mode and the third mode may be executed. If the output voltage V1 of the first voltage source E1 is smaller than the output voltage V2 of the second voltage source E2, for example, a switching operation for switching between the first mode and the second mode can be executed. When the output voltage V1 of the first voltage source E1 and the output voltage V2 of the second voltage source E2 are equal, for example, a switching operation for switching between the first mode and the third mode is executed, or the second mode Can only run. When the output voltage V1 of the first voltage source E1 and the output voltage V2 of the second voltage source E2 are substantially equal (when the absolute value of the difference between the voltage V1 and the voltage V2 is within a predetermined range), A switching operation for switching between the mode and the third mode may be executed, or only the second mode may be executed.

また、回生モードにおいては、例えば、第4モードは、図3(a)に示すように、第2及び第6半導体スイッチS2,S6がオン状態となり、それ以外の第1、第4及び第5半導体スイッチS1,S4,S5がオフ状態となって、第2電圧源E2から第2半導体スイッチS2、インダクタL及び第6半導体スイッチS6を経て第2電圧源E2に戻る第4電流経路R4を形成するモードとすることができる。   In the regenerative mode, for example, in the fourth mode, as shown in FIG. 3A, the second and sixth semiconductor switches S2 and S6 are turned on, and the other first, fourth, and fifth modes. The semiconductor switches S1, S4, and S5 are turned off to form a fourth current path R4 that returns from the second voltage source E2 to the second voltage source E2 through the second semiconductor switch S2, the inductor L, and the sixth semiconductor switch S6. Mode.

第5モードは、図3(b)に示すように、第2及び第4半導体スイッチS2,S4がオン状態となり、それ以外の第1、第5及び第6半導体スイッチS1,S5,S6がオフ状態となって、第2電圧源E2から第2半導体スイッチS2、インダクタL、第4半導体スイッチS4及び第1電圧源E1を経て第2電圧源E2に戻る第5電流経路R5を形成するモードとすることができる。   In the fifth mode, as shown in FIG. 3B, the second and fourth semiconductor switches S2 and S4 are turned on, and the other first, fifth and sixth semiconductor switches S1, S5 and S6 are turned off. A mode in which a fifth current path R5 is formed from the second voltage source E2 to the second voltage source E2 via the second semiconductor switch S2, the inductor L, the fourth semiconductor switch S4, and the first voltage source E1. can do.

第6モードは、図3(c)に示すように、第4半導体スイッチS4がオン状態となり、それ以外の第1、第2、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S5,S6がオフ状態となって、第1電圧源E1から第3ダイオードD3、インダクタL及び第4半導体スイッチS4を経て第1電圧源E1に戻る第6電流経路R6を形成するモードとすることができる。   In the sixth mode, as shown in FIG. 3C, the fourth semiconductor switch S4 is turned on, and the other first, second, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S5, S6 are turned off. A state can be established in which a sixth current path R6 is formed from the first voltage source E1 to the first voltage source E1 through the third diode D3, the inductor L, and the fourth semiconductor switch S4.

そして、回生モードを実行するときは、第1電圧源E1の出力電圧V1と第2電圧源E2の出力電圧V2との大小関係に応じて、第4モードと第5モードと第6モードとのうち少なくとも二つのモードを短い周期(例えば10kHz〜100kHz程度の何れかの周期)で切り換える各種切り換え動作を実行することができる。   When the regeneration mode is executed, the fourth mode, the fifth mode, and the sixth mode are selected according to the magnitude relationship between the output voltage V1 of the first voltage source E1 and the output voltage V2 of the second voltage source E2. Various switching operations for switching at least two modes at a short cycle (for example, any cycle of about 10 kHz to 100 kHz) can be executed.

具体的には、第1電圧源E1の出力電圧V1が第2電圧源E2の出力電圧V2よりも大きい場合には、例えば、第4モードと第5モードとを切り換える切り換え動作を実行することができ、第1電圧源E1の出力電圧V1が第2電圧源E2の出力電圧V2よりも小さい場合には、例えば、第5モードと第6モードとを切り換える切り換え動作を実行することができる。第1電圧源E1の出力電圧V1と第2電圧源E2の出力電圧V2とが等しい場合には、例えば、第4モードと第6モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第5モードのみを実行することができる。なお、第1電圧源E1の出力電圧V1と第2電圧源E2の出力電圧V2とがほぼ等しい場合(電圧V1と電圧V2との差の絶対値が所定範囲内にある場合)に、第4モードと第6モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第5モードのみを実行してもよい。   Specifically, when the output voltage V1 of the first voltage source E1 is larger than the output voltage V2 of the second voltage source E2, for example, a switching operation for switching between the fourth mode and the fifth mode may be executed. If the output voltage V1 of the first voltage source E1 is smaller than the output voltage V2 of the second voltage source E2, for example, a switching operation for switching between the fifth mode and the sixth mode can be executed. When the output voltage V1 of the first voltage source E1 and the output voltage V2 of the second voltage source E2 are equal, for example, a switching operation for switching between the fourth mode and the sixth mode is executed, or the fifth mode Can only run. Note that when the output voltage V1 of the first voltage source E1 and the output voltage V2 of the second voltage source E2 are substantially equal (when the absolute value of the difference between the voltage V1 and the voltage V2 is within a predetermined range), A switching operation for switching between the mode and the sixth mode may be executed, or only the fifth mode may be executed.

本実施の形態に係るDC−DCコンバータ回路10において、第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、環流モードで動作する次の第7モードから第9モードを実行してもよい。   In the DC-DC converter circuit 10 according to the present embodiment, as the operation mode indicating the on state and the off state of the first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5, and S6. The seventh mode to the ninth mode may be executed in the following operation in the reflux mode.

図4は、図1に示すDC−DCコンバータ回路10において環流モードで動作している状態を示す図である。図4(a)は、第7モードを示しており、図4(b)は、第8モードを示しており、図4(c)は、第9モードを示している。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the DC-DC converter circuit 10 illustrated in FIG. 1 is operating in the reflux mode. FIG. 4 (a) shows the seventh mode, FIG. 4 (b) shows the eighth mode, and FIG. 4 (c) shows the ninth mode.

環流モードにおいては、例えば、第7モードは、図4(a)に示すように、第1及び第4半導体スイッチS1,S4がオン状態となり、それ以外の第2、第5及び第6半導体スイッチS2,S5,S6がオフ状態となって、インダクタL、第4半導体スイッチS4及び第1半導体スイッチS1を環流する第7電流経路R7を形成するモードとすることができる。   In the recirculation mode, for example, in the seventh mode, as shown in FIG. 4A, the first and fourth semiconductor switches S1 and S4 are turned on, and the other second, fifth and sixth semiconductor switches. S2, S5, and S6 are turned off, and the mode can be set to form the seventh current path R7 that circulates through the inductor L, the fourth semiconductor switch S4, and the first semiconductor switch S1.

第8モードは、図4(b)に示すように、第6半導体スイッチS6がオン状態となり、それ以外の第1、第2、第4及び第5半導体スイッチS1,S2,S4,S5がオフ状態となって、インダクタL、第6半導体スイッチS6、第3ダイオードD3を環流する第8電流経路R8を形成するモードとすることができる。   In the eighth mode, as shown in FIG. 4B, the sixth semiconductor switch S6 is turned on, and the other first, second, fourth, and fifth semiconductor switches S1, S2, S4, and S5 are turned off. The state can be changed to a mode in which an eighth current path R8 that circulates through the inductor L, the sixth semiconductor switch S6, and the third diode D3 is formed.

第9モードは、図4(c)に示すように、第2及び第5半導体スイッチS2,S5がオン状態となり、それ以外の第1、第4及び第6半導体スイッチS1,S4,S6がオフ状態となって、インダクタL、第5半導体スイッチS5及び第2半導体スイッチS2を環流する第9電流経路R9を形成するモードとすることができる。   In the ninth mode, as shown in FIG. 4C, the second and fifth semiconductor switches S2 and S5 are turned on, and the other first, fourth and sixth semiconductor switches S1, S4 and S6 are turned off. It becomes a state and it can be set as the mode which forms 9th electric current path R9 which circulates through inductor L, 5th semiconductor switch S5, and 2nd semiconductor switch S2.

なお、第1電圧源E1の出力電圧V1、第2電圧源E2の出力電圧V2は、図示を省略した電圧計にて測定することができる。   The output voltage V1 of the first voltage source E1 and the output voltage V2 of the second voltage source E2 can be measured with a voltmeter not shown.

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るDC−DCコンバータ10では、第1電圧源E1と第2電圧源E2との間で双方向に出力電圧V1,V2の昇降圧を行うことができる。また、第1電圧源E1と第2電圧源E2との間で双方向に電力を供給することができる。さらに、インダクタLに流れる電流の向きを一定方向にすることができる。こうすることで、各半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6のオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、インダクタLに流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。また、インダクタLに流れる電流の向きを一定方向することができるので、電磁オフセット型のインダクタLを使用することができ、これにより、小型化を実現することが可能となる。しかも、半導体スイッチとして、例えば、第1モード(図2(a)参照)で第1及び第6半導体スイッチS1,S6に、第2モード(図2(b)参照)で第1及び第5半導体スイッチS1,S5に、第3モード(図2(c)参照)で第3ダイオードD3及び第5半導体スイッチS5にそれぞれ電流が通過するだけで済む。また、第4モード(図3(a)参照)で第2及び第6半導体スイッチS2,S6に、第5モード(図3(b)参照)で第2及び第4半導体スイッチS2,S4に、第6モード(図3(c)参照)で第3ダイオードD3及び第4半導体スイッチS4にそれぞれ電流が通過するだけで済む。つまり、第1モードから第6モードの何れのモードにおいても(力行モード及び回生モードの何れにおいても)、少なくとも二つの半導体素子(従来に比べて2分の3の半導体素子)に対して電流を通過させることができ、それだけ導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができる。   As described above, in the DC-DC converter 10 according to the embodiment of the present invention, the output voltages V1 and V2 are stepped up and down bidirectionally between the first voltage source E1 and the second voltage source E2. Can do. In addition, power can be supplied bidirectionally between the first voltage source E1 and the second voltage source E2. Furthermore, the direction of the current flowing through the inductor L can be made constant. In this way, the current flowing through the inductor L can be reversed when switching between the power running mode and the regenerative mode by switching the operation of the semiconductor switches S1, S2, S4, S5, and S6 between the on state and the off state. Therefore, the time required for mode switching can be reduced correspondingly, and a quick mode switching process can be performed. In addition, since the direction of the current flowing through the inductor L can be made constant, the electromagnetic offset type inductor L can be used, and this makes it possible to achieve downsizing. Moreover, as the semiconductor switch, for example, the first and sixth semiconductor switches S1 and S6 in the first mode (see FIG. 2A), the first and fifth semiconductors in the second mode (see FIG. 2B), for example. It is only necessary for the currents to pass through the switches S1 and S5 through the third diode D3 and the fifth semiconductor switch S5 in the third mode (see FIG. 2C). In the fourth mode (see FIG. 3A), the second and sixth semiconductor switches S2 and S6 are used. In the fifth mode (see FIG. 3B), the second and fourth semiconductor switches S2 and S4 are used. In the sixth mode (see FIG. 3C), only the current needs to pass through the third diode D3 and the fourth semiconductor switch S4. That is, in any mode from the first mode to the sixth mode (in both the power running mode and the regenerative mode), a current is applied to at least two semiconductor elements (semiconductor elements that are half of the conventional ones). Therefore, the conduction loss can be reduced accordingly, and the power conversion efficiency can be improved.

特に、各モードの切り換え周期が短い程、第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6のスイッチングロスが大きくなるため、それだけ前記した作用効果を有効なものとすることができる。   In particular, the shorter the switching period of each mode, the larger the switching loss of the first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5 and S6. It can be effective.

なお、第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6に用いることができる半導体スイッチとして、例えば、逆阻止形のIGBT、MOSFET、GTOを用いることができる。   As the semiconductor switches that can be used for the first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5, and S6, for example, reverse blocking IGBTs, MOSFETs, and GTOs are used. Can do.

また、第1、第2、第4及び第5半導体スイッチS1,S2,S4,S5は、例えば、二つの逆導通形の半導体素子を直列接続して一体的に形成した2in1モジュールを用いることができる。   The first, second, fourth, and fifth semiconductor switches S1, S2, S4, and S5 are, for example, 2in1 modules that are integrally formed by connecting two reverse conducting semiconductor elements in series. it can.

図5は、第1、第2、第4及び第5半導体スイッチS1,S2,S4,S5に用いることができる2in1モジュールの例を示す図である。図5に示す例では、2in1モジュールMを逆導通形のIGBT素子で構成している。但し、それに限定されるものではなく、例えば、2in1モジュールを逆導通形のMOSFET素子で構成してもよいし、逆導通形のGTO素子で構成してよい。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a 2-in-1 module that can be used for the first, second, fourth, and fifth semiconductor switches S1, S2, S4, and S5. In the example shown in FIG. 5, the 2 in 1 module M is configured by a reverse conducting IGBT element. However, the present invention is not limited to this. For example, the 2 in 1 module may be configured with a reverse conducting MOSFET element or a reverse conducting GTO element.

DC−DCコンバータ回路10において、2in1モジュールを適用できる回路を構成することが可能な実施例として、次の第1実施例を例示できる。   In the DC-DC converter circuit 10, the following first embodiment can be exemplified as an embodiment capable of configuring a circuit to which a 2 in 1 module can be applied.

[第1実施例]
図6は、2in1モジュールを適用できる回路を構成することが可能な第1実施例の回路図である。なお、図6に示す各接続点A〜Dは、図1に示す各接続点A〜Dに対応している。このことは、後述する図7の回路についても同様である。
[First embodiment]
FIG. 6 is a circuit diagram of a first embodiment capable of configuring a circuit to which a 2 in 1 module can be applied. In addition, each connection point AD shown in FIG. 6 respond | corresponds to each connection point AD shown in FIG. The same applies to the circuit of FIG. 7 described later.

第1実施例では、図6に示すように、DC−DCコンバータ回路10は、第1、第2、第4から第8、第10から第12ダイオードD1,D2,D4〜D8,D10〜D12をさらに備えている。   In the first embodiment, as shown in FIG. 6, the DC-DC converter circuit 10 includes first, second, fourth to eighth, and tenth to twelfth diodes D1, D2, D4 to D8, D10 to D12. Is further provided.

第1、第2、第4、第5及び第6ダイオードD1,D2,D4,D5,D6は、第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6が、それぞれ、電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6に並列接続されている。   The first, second, fourth, fifth and sixth diodes D1, D2, D4, D5, D6 are connected to the first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5. The first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5, and S6 are configured so that S6 can flow a current in a direction opposite to a direction in which the current can be turned on and off, respectively. Connected in parallel.

第7ダイオードD7は、第1半導体スイッチS1とインダクタL(接続点B参照)との間に、第1ダイオードD1と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第8ダイオードD8は、第2半導体スイッチS2とインダクタL(接続点B参照)との間に、第2ダイオードD2と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。   The seventh diode D7 is connected between the first semiconductor switch S1 and the inductor L (see connection point B) so that a current can flow in the opposite direction to the first diode D1. The eighth diode D8 is connected between the second semiconductor switch S2 and the inductor L (see connection point B) so that a current can flow in the opposite direction to the second diode D2.

また、第10ダイオードD10は、第4半導体スイッチS4とインダクタL(接続点C参照)との間に、第4ダイオードD4と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第11ダイオードD11は、第5半導体スイッチS5とインダクタL(接続点C参照)との間に、第5ダイオードD5と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第12ダイオードD12は、第6半導体スイッチS6とインダクタL(接続点C参照)との間に、第6ダイオードD6と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。   In addition, the tenth diode D10 is connected between the fourth semiconductor switch S4 and the inductor L (see the connection point C) so that a current can flow in the opposite direction to the fourth diode D4. The eleventh diode D11 is connected between the fifth semiconductor switch S5 and the inductor L (see the connection point C) so that a current can flow in the opposite direction to the fifth diode D5. The twelfth diode D12 is connected between the sixth semiconductor switch S6 and the inductor L (see the connection point C) so that a current can flow in the opposite direction to the sixth diode D6.

この第1実施例では、第4半導体スイッチS4と第4ダイオードD4とからなる半導体素子を上アームの第1逆導通形の半導体素子H1とし、第1半導体スイッチS1と第1ダイオードD1とからなる半導体素子を下アームの第2逆導通形の半導体素子H2とすることができる。   In the first embodiment, the semiconductor element composed of the fourth semiconductor switch S4 and the fourth diode D4 is the first reverse conducting semiconductor element H1 of the upper arm, and is composed of the first semiconductor switch S1 and the first diode D1. The semiconductor element can be the second reverse conducting semiconductor element H2 of the lower arm.

これより、DC−DCコンバータ回路10において、第1逆導通形の半導体素子H1と第2逆導通形の半導体素子H2とを直列接続して一体的に形成した2in1モジュールM1を用いることができる。   As a result, in the DC-DC converter circuit 10, the 2-in-1 module M1 formed integrally by connecting the first reverse conducting semiconductor element H1 and the second reverse conducting semiconductor element H2 in series can be used.

また、第5半導体スイッチS5と第5ダイオードD5とからなる半導体素子を上アームの第3逆導通形の半導体素子H3とし、第2半導体スイッチS2と第2ダイオードD2とからなる半導体素子を下アームの第4逆導通形の半導体素子H4とすることができる。   Also, the semiconductor element composed of the fifth semiconductor switch S5 and the fifth diode D5 is the third reverse conducting semiconductor element H3 of the upper arm, and the semiconductor element composed of the second semiconductor switch S2 and the second diode D2 is the lower arm. The fourth reverse conducting semiconductor element H4 can be obtained.

これにより、DC−DCコンバータ回路10において、第3逆導通形の半導体素子H3と第4逆導通形の半導体素子H4とを直列接続して一体的に形成した2in1モジュールM2を用いることができる。   Thereby, in the DC-DC converter circuit 10, the 2in1 module M2 formed integrally by connecting the third reverse conduction type semiconductor element H3 and the fourth reverse conduction type semiconductor element H4 in series can be used.

このように、2in1モジュールM1,M2を用いることができるので、使い勝手のよい回路構成を実現することが可能となる。   In this way, since the 2-in-1 modules M1 and M2 can be used, it is possible to realize an easy-to-use circuit configuration.

ところで、第1実施例の回路構成では、図6に示すように、第1及び第2ダイオードD1,D2の何れにおいても共通アノードをとり得る構成にはなっていない。例えば、第1及び第2半導体スイッチS1,S2がIGBTである場合、共通のエミッタをとり得る構成にはなっていない。また、第1及び第2半導体スイッチS1,S2がMOSFETである場合、共通のソースをとり得る構成にはなっていない。また、第1及び第2半導体スイッチS1,S2がGTOである場合、共通のカソードをとり得る構成にはなっていない。   By the way, in the circuit configuration of the first embodiment, as shown in FIG. 6, neither the first diode D1 nor the second diode D2 has a configuration capable of taking a common anode. For example, when the first and second semiconductor switches S1 and S2 are IGBTs, the configuration is not such that a common emitter can be taken. Further, when the first and second semiconductor switches S1 and S2 are MOSFETs, they are not configured to have a common source. Further, when the first and second semiconductor switches S1 and S2 are GTOs, the configuration is not such that a common cathode can be taken.

このために、第1及び第2半導体スイッチS1,S2のそれぞれに対して設けられるゲートドライブ電源(図示せず)、すなわち、合計2個のゲートドライブ電源が必要となる。   Therefore, a gate drive power supply (not shown) provided for each of the first and second semiconductor switches S1 and S2, that is, a total of two gate drive power supplies is required.

かかる観点から、本発明の実施の形態に係るDC−DCコンバータ回路10において、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な実施例として、次の第2実施例を例示できる。   From this point of view, the following second example can be exemplified as an example capable of configuring a circuit capable of reducing the number of gate drive power supplies in the DC-DC converter circuit 10 according to the embodiment of the present invention.

[第2実施例]
図7は、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な第2実施例の回路図である。なお、図7は、DC−DCコンバータ回路10においてインダクタLの接続点B側の部分を示している。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a circuit diagram of a second embodiment capable of configuring a circuit capable of reducing the number of gate drive power supplies. FIG. 7 shows a portion of the inductor L on the connection point B side in the DC-DC converter circuit 10.

第2実施例では、図7に示すように、DC−DCコンバータ回路10は、第1、第2、第4及び第5ダイオードD1,D2,D4,D5をさらに備えている。   In the second embodiment, as shown in FIG. 7, the DC-DC converter circuit 10 further includes first, second, fourth, and fifth diodes D1, D2, D4, and D5.

第1及び第2ダイオードD1,D2は、第1及び第2半導体スイッチS1,S2が、それぞれ、電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第1及び第2半導体スイッチS1,S2に並列接続されている。   The first and second diodes D1 and D2 include first and second semiconductors so that the first and second semiconductor switches S1 and S2 can pass current in a direction opposite to a direction in which current can be controlled on and off, respectively. The switches S1 and S2 are connected in parallel.

第4ダイオードD4は、第1半導体スイッチS1と第1電圧源E1の陽極側(接続点A参照)との間に、第1ダイオードD1と逆の方向に電流を流すことができるように接続されている。   The fourth diode D4 is connected between the first semiconductor switch S1 and the anode side of the first voltage source E1 (see connection point A) so that a current can flow in the opposite direction to the first diode D1. ing.

第5ダイオードD5は、第2半導体スイッチS2と第2電圧源E2の陽極側(接続点D参照)との間に、第2ダイオードD2と逆の方向に電流を流すことができるように接続されている。   The fifth diode D5 is connected between the second semiconductor switch S2 and the anode side of the second voltage source E2 (see the connection point D) so that a current can flow in the opposite direction to the second diode D2. ing.

この第2実施例では、第1ダイオードD1のアノード側と第2ダイオードD2のアノード側とが接続されており、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2に対して共通アノードとすることができる(破線部α参照)。   In the second embodiment, the anode side of the first diode D1 and the anode side of the second diode D2 are connected, and can be a common anode for the first diode D1 and the second diode D2 (dashed line). Part α).

これにより、DC−DCコンバータ回路10において、第1半導体スイッチS1及び第2半導体スイッチS2に対して同一の(共通の)ゲートドライブ電源(図示せず)とすることができる。従って、第1半導体スイッチS1及び第2半導体スイッチS2に対して1個のゲートドライブ電源で済むことになる。   Thereby, in the DC-DC converter circuit 10, it can be set as the same (common) gate drive power supply (not shown) with respect to 1st semiconductor switch S1 and 2nd semiconductor switch S2. Therefore, only one gate drive power source is required for the first semiconductor switch S1 and the second semiconductor switch S2.

次に、第4、第5及び第6半導体スイッチS4,S5,S6の制御装置20による制御例について説明する。   Next, an example of control by the control device 20 of the fourth, fifth, and sixth semiconductor switches S4, S5, and S6 will be described.

本実施の形態では、インダクタLに電流が流れている場合においては、第4から第6半導体スイッチS4〜S6が全てオフ状態となると、第4、第5及び第6半導体スイッチS4,S5,S6に高電圧が印加され、これにより第4、第5及び第6半導体スイッチS4,S5,S6の何れかの半導体スイッチが破壊することがある。   In the present embodiment, in the case where a current flows through the inductor L, the fourth, fifth and sixth semiconductor switches S4, S5, S6 when all the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6 are turned off. As a result, a high voltage may be applied to the semiconductor switch, which may destroy any of the fourth, fifth, and sixth semiconductor switches S4, S5, and S6.

かかる観点から、DC−DCコンバータ回路10において、制御装置20による次のスイッチング動作の第1制御例から第3制御例を行う保護機能を備えている。   From this point of view, the DC-DC converter circuit 10 includes a protection function for performing the first to third control examples of the next switching operation by the control device 20.

なお、次の第1制御例から第3制御例において、インダクタLに流れる電流は、図示を省略した電流計にて測定することができる。制御装置20は、この電流計の検出結果に基づきインダクタLに電流が流れているか否かを認識することができる。   In the following first to third control examples, the current flowing through the inductor L can be measured with an ammeter not shown. The control device 20 can recognize whether or not a current is flowing through the inductor L based on the detection result of the ammeter.

[第1制御例]
第1制御例では、制御装置20は、インダクタLに電流が流れている場合は、第4から第6半導体スイッチS4〜S6のうちの1個以上の半導体スイッチを常時オン状態とするように、第4から第6半導体スイッチS4〜S6の制御電圧を制御する構成とされている。
[First control example]
In the first control example, when current flows through the inductor L, the control device 20 always turns on one or more semiconductor switches among the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6. The control voltage of the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6 is controlled.

こうすることで、インダクタLに電流が流れている場合に、インダクタLを含む電流経路を確保することができる。   By doing so, when a current flows through the inductor L, a current path including the inductor L can be secured.

例えば、インダクタLに電流が流れている場合において、第5半導体スイッチS5だけがオン状態であれば、第3電流経路R3(図2(c))が形成される。   For example, in the case where a current flows through the inductor L, if only the fifth semiconductor switch S5 is in the on state, the third current path R3 (FIG. 2C) is formed.

また、例えば、インダクタLに電流が流れている場合において、第4半導体スイッチS4だけがオン状態であれば、第6電流経路R6(図3(c)参照)が形成される。   For example, in the case where a current is flowing through the inductor L, if only the fourth semiconductor switch S4 is in an on state, a sixth current path R6 (see FIG. 3C) is formed.

また、例えば、インダクタLに電流が流れている場合において、第6半導体スイッチS6だけがオン状態であれば、第8電流経路R8(図4(b))が形成される。   Further, for example, in the case where a current flows through the inductor L, if only the sixth semiconductor switch S6 is in an on state, an eighth current path R8 (FIG. 4B) is formed.

このように第1制御例では、第4から第6半導体スイッチS4〜S6が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第4、第5及び第6半導体スイッチS4,S5,S6の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。   As described above, in the first control example, it is possible to avoid that the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6 are all turned off, and accordingly, the fourth, fifth and sixth semiconductor switches S4, S5 and S5 due to the high voltage are avoided. The breakdown of any semiconductor switch in S6 can be prevented.

[第2制御例]
第2制御例では、制御装置20は、インダクタLに電流が流れている場合は、第4から第6半導体スイッチS4〜S6のうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、第4から第6半導体スイッチS4〜S6のうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするように、第4から第6半導体スイッチS4〜S6の制御電圧を制御する構成とされている。
[Second control example]
In the second control example, when a current flows through the inductor L, the control device 20 before turning off one or two of the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6, Control of the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6 so that at least one of the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6 other than the semiconductor switch to be turned off is turned on in advance. The voltage is controlled.

こうすることで、インダクタLに電流が流れている場合に、インダクタLを含む電流経路を確保することができる。   By doing so, when a current flows through the inductor L, a current path including the inductor L can be secured.

例えば、インダクタLに電流が流れている場合において、オフ状態とする第4及び第6半導体スイッチS4,S6をオフ状態とする前に、それ以外の第5半導体スイッチS5を事前にオン状態にすると仮定し、かつ、第1及び第2半導体スイッチS1,S2をオフ状態と仮定すると、第8電流経路R8(図4(b)参照)が形成される。   For example, when a current flows through the inductor L, the other fifth semiconductor switches S5 are turned on in advance before the fourth and sixth semiconductor switches S4 and S6 to be turned off are turned off. Assuming and assuming that the first and second semiconductor switches S1 and S2 are in the OFF state, an eighth current path R8 (see FIG. 4B) is formed.

このように第2制御例では、第4から第6半導体スイッチS4〜S6が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第4、第5及び第6半導体スイッチS4,S5,S6の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。   As described above, in the second control example, it is possible to avoid that the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6 are all turned off, and accordingly, the fourth, fifth and sixth semiconductor switches S4, S5 and S5 due to the high voltage are avoided. The breakdown of any semiconductor switch in S6 can be prevented.

[第3制御例]
第3制御例では、制御装置20は、インダクタLに電流が流れている状態で、第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6のオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とするか、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするように、第1、第2、第4、第5及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S5,S6の制御電圧を制御する構成とされている。
[Third control example]
In the third control example, the control device 20 is in the ON state of the first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5, and S6 in a state where a current flows through the inductor L. In the case of changing the operation mode indicating the off state, all semiconductor switches that are turned on in the operation mode before the change are turned on for a certain time after the operation mode is changed, or the operation mode after the change is performed. The first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, S5, S6 so that all the semiconductor switches that are turned on at a predetermined time are turned on for a certain period of time before the operation mode is changed. The control voltage is controlled.

図8及び図9は、何れも第3制御例において第1から第9モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図である。   8 and 9 are state transition diagrams illustrating an example in the case where the operation mode is changed from one mode to another mode among the first to ninth modes in the third control example.

図8(a)は、第1モードの状態を示しており、図8(b)は、転流状態における電流経路が一通りである場合の一例である第1モードから第2モードへの転流状態を示しており、図8(c)は、第2モードの状態を示している。   FIG. 8A shows the state of the first mode, and FIG. 8B shows the transition from the first mode to the second mode, which is an example when the current path in the commutation state is one. The flow state is shown, and FIG. 8C shows the state of the second mode.

図8(a)に示す状態では、第1モードにより第1電流経路R1(図2(a)参照)が形成される。   In the state shown in FIG. 8A, the first current path R1 (see FIG. 2A) is formed in the first mode.

次に、図8(b)に示す状態では、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチ(ここでは第1及び第6半導体スイッチS1,S6)が動作モードの変更後も一定時間オン状態となる。または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチ(ここでは第1及び第5半導体スイッチS1,S5)が動作モードの変更前に一定時間オン状態となる。このとき、第1、第5及び第6半導体スイッチS1,S5,S6がオン状態となり、結果、第1電流経路R1(図2(a)参照)が形成される。   Next, in the state shown in FIG. 8B, all the semiconductor switches (in this case, the first and sixth semiconductor switches S1 and S6) that are in the on state in the operation mode before the change are in a certain time after the change of the operation mode. Turns on. Alternatively, all the semiconductor switches (in this case, the first and fifth semiconductor switches S1 and S5) that are turned on in the changed operation mode are turned on for a predetermined time before the operation mode is changed. At this time, the first, fifth, and sixth semiconductor switches S1, S5, and S6 are turned on, and as a result, the first current path R1 (see FIG. 2A) is formed.

そして、図8(c)に示す状態では、第2モードになり、第2電流経路R2(図2(b)参照)が形成される。   In the state shown in FIG. 8C, the second mode is established, and the second current path R2 (see FIG. 2B) is formed.

図9(a)は、第1モードの状態を示しており、図9(b)は、転流状態における電流経路が二通りであり、第1電圧源E1の出力電圧V1と第2電圧源E2の出力電圧V2との大小関係によって電流経路が異なる場合の一例である第1モードから第5モードへの転流状態を示しており、図9(c)は、第5モードの状態を示している。   FIG. 9A shows the state of the first mode, and FIG. 9B shows two current paths in the commutation state. The output voltage V1 of the first voltage source E1 and the second voltage source FIG. 9C shows the commutation state from the first mode to the fifth mode, which is an example of the case where the current path differs depending on the magnitude relationship between the output voltage V2 of E2 and FIG. 9C shows the state of the fifth mode. ing.

図9(a)に示す状態では、第1モードにより第1電流経路R1(図2(a)参照)が形成される。   In the state shown in FIG. 9A, the first current path R1 (see FIG. 2A) is formed in the first mode.

次に、図9(b)に示す状態では、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチ(ここでは第1及び第6半導体スイッチS1,S6)が動作モードの変更後も一定時間オン状態となる。または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチ(ここでは第2及び第4半導体スイッチS2,S4)が動作モードの変更前に一定時間オン状態となる。このとき、第1、第2、第4及び第6半導体スイッチS1,S2,S4,S6がオン状態となり、第1電圧源E1の出力電圧V1が第2電圧源E2の出力電圧V2よりも大きい場合に第1電流経路R1(図2(a)参照)が形成され、第1電圧源E1の出力電圧V1が第2電圧源E2の出力電圧V2よりも小さい場合に第4電流経路R4(図3(a)参照)が形成される。   Next, in the state shown in FIG. 9B, all the semiconductor switches (in this case, the first and sixth semiconductor switches S1 and S6) that are in the on state in the operation mode before the change are in a certain time after the change of the operation mode. Turns on. Alternatively, all the semiconductor switches (in this case, the second and fourth semiconductor switches S2 and S4) that are turned on in the changed operation mode are turned on for a predetermined time before the operation mode is changed. At this time, the first, second, fourth, and sixth semiconductor switches S1, S2, S4, and S6 are turned on, and the output voltage V1 of the first voltage source E1 is larger than the output voltage V2 of the second voltage source E2. The first current path R1 (see FIG. 2A) is formed, and the fourth current path R4 (see FIG. 2) when the output voltage V1 of the first voltage source E1 is smaller than the output voltage V2 of the second voltage source E2. 3 (a)) is formed.

そして、図9(c)に示す状態では、第5モードになり、第2電流経路R5(図3(b)参照)が形成される。   In the state shown in FIG. 9C, the fifth mode is set, and the second current path R5 (see FIG. 3B) is formed.

このように第3制御例では、第4から第6半導体スイッチS4〜S6が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第4、第5及び第6半導体スイッチS4,S5,S6の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。   As described above, in the third control example, it is possible to avoid that the fourth to sixth semiconductor switches S4 to S6 are all turned off, and accordingly, the fourth, fifth and sixth semiconductor switches S4, S5 and S5 due to the high voltage are avoided. The breakdown of any semiconductor switch in S6 can be prevented.

10 DC−DCコンバータ回路
20 制御装置
D1〜D8 第1から第8ダイオード
D10〜D16 第10から第16ダイオード
E1 第1電圧源
E2 第2電圧源
L インダクタ
S1〜S2 第1及び第2半導体スイッチ
S4〜S6 第4から第6半導体スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 DC-DC converter circuit 20 Control apparatus D1-D8 1st-8th diode D10-D16 10th-16th diode E1 1st voltage source E2 2nd voltage source L Inductors S1-S2 1st and 2nd semiconductor switch S4 ~ S6 4th to 6th semiconductor switches

Claims (6)

それぞれが一方向に電流を流すことができる第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチと、第3のダイオードと、インダクタとを備え、
前記第1及び第2の半導体スイッチと、前記第3のダイオードとは、何れも前記インダクタの一端に対して電流が流入する向きに接続されており、
前記第4から第6までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの他端に対して電流が流出する向きに接続されており、
前記第1及び第4の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第1電圧源の陽極側が接続され、
前記第2及び第5の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第2電圧源の陽極側が接続され、
前記第3のダイオード及び前記第6の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に前記第1電圧源の陰極側と前記第2電圧源の陰極側との双方が接続されることを特徴とするDC−DCコンバータ回路。
Each including first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches capable of passing current in one direction, a third diode, and an inductor;
The first and second semiconductor switches and the third diode are both connected in a direction in which current flows into one end of the inductor,
Each of the fourth to sixth semiconductor switches is connected in a direction in which current flows out to the other end of the inductor,
The anode side of the first voltage source is connected to the opposite end to the connection end of the inductor of the first and fourth semiconductor switches,
The anode side of the second voltage source is connected to the opposite end of the second and fifth semiconductor switches to the connection end of the inductor;
Both the cathode side of the first voltage source and the cathode side of the second voltage source are connected to ends of the third diode and the sixth semiconductor switch opposite to the connection ends of the inductors. A DC-DC converter circuit that is characterized.
請求項1に記載のDC−DCコンバータ回路であって、
前記第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチに並列接続された第1、第2、第4、第5及び第6のダイオードと、
前記第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチと前記インダクタとの間に、それぞれ、前記第1、第2、第4、第5及び第6のダイオードと逆方向に電流を流すことができるように接続された第7、第8、第10、第11及び第12までのダイオードとを
さらに備えていることを特徴とするDC−DCコンバータ回路。
The DC-DC converter circuit according to claim 1,
Said first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches allow said current to flow in a direction opposite to the direction in which the current can be turned on and off, respectively. , First, second, fourth, fifth and sixth diodes connected in parallel to the fifth and sixth semiconductor switches;
Between the first, second, fourth, fifth and sixth semiconductor switches and the inductor, current flows in the opposite direction to the first, second, fourth, fifth and sixth diodes, respectively. A DC-DC converter circuit, further comprising seventh, eighth, tenth, eleventh and twelfth diodes connected so as to be able to flow.
請求項1に記載のDC−DCコンバータ回路であって、
前記第1及び第2の半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第1及び第2の半導体スイッチに並列接続された第1及び第2のダイオードと、
前記第1の半導体スイッチと前記第1電圧源の陽極側との間に、前記第1のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第4のダイオードと、
前記第2の半導体スイッチと前記第2電圧源の陽極側との間に、前記第2のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第5のダイオードと
をさらに備えていることを特徴とするDC−DCコンバータ回路。
The DC-DC converter circuit according to claim 1,
The first and second semiconductor switches are connected in parallel to the first and second semiconductor switches so that the current can flow in a direction opposite to the direction in which the current can be controlled on and off, respectively. Two diodes;
A fourth diode connected between the first semiconductor switch and the anode side of the first voltage source so that a current can flow in a direction opposite to that of the first diode;
A fifth diode connected between the second semiconductor switch and the anode side of the second voltage source so as to allow a current to flow in a direction opposite to that of the second diode; A DC-DC converter circuit characterized by comprising:
請求項1から請求項3までの何れか一つに記載のDC−DCコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第4から第6までの半導体スイッチのうちの1個以上の半導体スイッチを常時オン状態とするための手段を備えることを特徴とするDC−DCコンバータ回路。
A DC-DC converter circuit according to any one of claims 1 to 3,
A DC-DC converter comprising means for always turning on one or more of the fourth to sixth semiconductor switches when a current flows through the inductor. circuit.
請求項1から請求項4までの何れか一つに記載のDC−DCコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第4から第6までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第4から第6までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするための手段を備えることを特徴とするDC−DCコンバータ回路。
A DC-DC converter circuit according to any one of claims 1 to 4,
When a current flows through the inductor, before turning one or two of the fourth to sixth semiconductor switches off, the fourth to sixth semiconductor switches A DC-DC converter circuit comprising means for previously turning on at least one of the semiconductor switches other than the semiconductor switch to be turned off.
請求項1から請求項5までの何れか一つに記載のDC−DCコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている状態で、前記第1、第2、第4、第5及び第6の半導体スイッチのオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とし、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするための手段を備えることを特徴とするDC−DCコンバータ回路。
A DC-DC converter circuit according to any one of claims 1 to 5,
When the operation mode indicating the on state and the off state of the first, second, fourth, fifth, and sixth semiconductor switches is changed in a state where a current flows through the inductor, the operation before the change All semiconductor switches that are turned on in the mode are turned on for a certain period of time after the operation mode is changed, or all semiconductor switches that are turned on in the changed operation mode are turned on for a certain period of time before the operation mode is changed. A DC-DC converter circuit comprising means for achieving the above.
JP2009183459A 2009-08-06 2009-08-06 Dc-dc converter circuit Pending JP2011041340A (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009183459A JP2011041340A (en) 2009-08-06 2009-08-06 Dc-dc converter circuit
EP10806328A EP2463994A1 (en) 2009-08-06 2010-07-16 Dc-dc converter circuit
PCT/JP2010/062091 WO2011016328A1 (en) 2009-08-06 2010-07-16 Dc-dc converter circuit
US13/387,187 US20120126777A1 (en) 2009-08-06 2010-07-16 Dc-dc converter circuit
CN2010800343904A CN102474181A (en) 2009-08-06 2010-07-16 Dc-dc converter circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009183459A JP2011041340A (en) 2009-08-06 2009-08-06 Dc-dc converter circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011041340A true JP2011041340A (en) 2011-02-24

Family

ID=43768511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009183459A Pending JP2011041340A (en) 2009-08-06 2009-08-06 Dc-dc converter circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011041340A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015019447A (en) * 2013-07-09 2015-01-29 富士電機株式会社 Parallel connection method of battery

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005295671A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Denso Corp Bidirectional voltage rising/dropping chopper circuit and inverter circuit, and dc-dc converter circuit using the same
JP2007151311A (en) * 2005-11-29 2007-06-14 Tdk Corp Switching power supply unit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005295671A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Denso Corp Bidirectional voltage rising/dropping chopper circuit and inverter circuit, and dc-dc converter circuit using the same
JP2007151311A (en) * 2005-11-29 2007-06-14 Tdk Corp Switching power supply unit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015019447A (en) * 2013-07-09 2015-01-29 富士電機株式会社 Parallel connection method of battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011016328A1 (en) Dc-dc converter circuit
JP5212303B2 (en) Power converter
JP4772542B2 (en) Power converter
JP6477915B2 (en) Power converter
JP5975833B2 (en) Power converter
JP6610406B2 (en) Power converter
US10090778B2 (en) Multi-phase power device with two-phase modulation scheme
US20130314965A1 (en) Inverter device
JP5382535B2 (en) Power supply device for gate drive circuit
JP5355283B2 (en) DC-DC converter circuit
JP5754609B2 (en) Power converter and its control device
US20150207428A1 (en) Inverter drive circuit
US8736239B2 (en) DC-DC converter circuit
Kudoh et al. Single to two-phase matrix converter using GaN-based monolithic bidirectional switch for driving symmetrical two-phase motor
JP2011041340A (en) Dc-dc converter circuit
JP6739865B2 (en) Semiconductor device
JP2011041339A (en) Dc-dc converter circuit
JP2008109792A (en) Inverter control device for driving motor, compressor, refrigerator and air conditioner therewith
JP2010283987A (en) Drive device of switching element
JP5355284B2 (en) DC-DC converter circuit
JP2007244183A (en) Single phase double voltage rectifier circuit and inverter device
WO2022244361A1 (en) Gate drive circuit and power conversion device
JP2018121472A (en) Power conversion device
JP2018121475A (en) Power conversion device
JP2007074772A (en) Voltage converter and its control method, and hybrid system and its control method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120319

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130827

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20131224