JP2011109775A - Converter controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の出力電圧を制御するコンバータ制御装置に関する。 The present invention relates to a converter control device that controls an output voltage of a fuel cell.
自動車等に搭載される燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電能力を超える急な負荷の変化等に対応するため、動力源として燃料電池とバッテリとを備えたハイブリッド型の燃料電池システムが種々提案されている。 In fuel cell systems mounted on automobiles, various hybrid fuel cell systems with fuel cells and batteries as power sources have been proposed in order to respond to sudden load changes exceeding the power generation capacity of fuel cells. Has been.
ハイブリッド型の燃料電池システムにおいては、燃料電池の出力電圧やバッテリの出力電圧をDC/DCコンバータで制御している。このような制御を行うDC/DCコンバータとしては、パワートランジスタ、IGBT、FET等のスイッチング素子をPWM動作させて電圧の変換を行う形式のものが広く利用されている。DC/DCコンバータは、電子機器の省電力化、小型化及び高性能化に伴い、一層の低損失、高効率及び低ノイズ化が望まれており、特に、PWM動作に伴うスイッチング損失やスイッチングサージの低減が望まれている。 In the hybrid fuel cell system, the output voltage of the fuel cell and the output voltage of the battery are controlled by a DC / DC converter. As a DC / DC converter that performs such control, a type that performs voltage conversion by causing a switching element such as a power transistor, IGBT, or FET to perform PWM operation is widely used. DC / DC converters are required to have further lower loss, higher efficiency, and lower noise in accordance with power saving, downsizing, and higher performance of electronic devices, and in particular, switching loss and switching surge associated with PWM operation. Reduction is desired.
このようなスイッチング損失、スイッチングサージを低減させる技術のひとつにソフトスイッチング技術がある。ここで、ソフトスイッチングは、ZVS(Zero Voltage Switching)又はZCS(Zero Current Switching)を実現するためのスイッチング方式であり、パワー半導体デバイスのスイッチング損失やそれに与えるストレスが低い。これに対してパワー半導体デバイスの持つスイッチング機能により電圧・電流を直接ターンオン・オフするスイッチング方式はハードスイッチングと称されている。以下の記述においてはZVS/ZCSの双方もしくはその一方が実現されている方式をソフトスイッチング、それ以外をハードスイッチングという。 One of the techniques for reducing such switching loss and switching surge is soft switching technique. Here, soft switching is a switching method for realizing ZVS (Zero Voltage Switching) or ZCS (Zero Current Switching), and has low switching loss and stress applied to the power semiconductor device. On the other hand, a switching method in which the voltage / current is directly turned on / off by the switching function of the power semiconductor device is called hard switching. In the following description, a method in which both or one of ZVS / ZCS is realized is called soft switching, and the other is called hard switching.
ソフトスイッチングは、例えばインダクタ、スイッチング素子、ダイオードを備えた一般的な昇降圧型DC/DCコンバータにスイッチング損失を低減するための補助回路を付加したもの(いわゆるソフトスイッチングコンバータ)によって実現される(例えば特許文献1参照)。 Soft switching is realized by, for example, a common buck-boost type DC / DC converter including an inductor, a switching element, and a diode to which an auxiliary circuit for reducing switching loss is added (so-called soft switching converter) (for example, a patent) Reference 1).
図19は、ソフトスイッチコンバータの補助回路のサージ電圧の発生メカニズムを説明するための図である。
補助回路1の補助スイッチ(例えばIGBT)2がオン状態にあり、補助コイル3に電流が流れている(すなわち通電している)状態において、補助回路1に異常などが生じて補助スイッチ2がターンオフすると、補助コイル3に流れる電流は急激に遮断される。かかる急激な電流の遮断が生じると、電流変化率di/dtが非常に大きくなり、大きなサージ電圧ΔVの発生する(下記式(A)参照)。
このサージ電圧が補助スイッチ2電圧定格を超えると、素子破壊を引き起こし、最悪の場合にはシステム停止せざるを得ないという問題が生じてしまう。
When the auxiliary switch (for example, IGBT) 2 of the
If the surge voltage exceeds the voltage rating of the
本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、ソフトスイッチングコンバータの補助回路を構成する補助スイッチの破壊を未然に防止することが可能なコンバータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a converter control device capable of preventing the auxiliary switch constituting the auxiliary circuit of the soft switching converter from being destroyed.
上記課題を解決するため、本発明に係るコンバータ制御装置は、燃料電池の出力電圧を制御する補助回路を備えたソフトスイッチングコンバータの制御装置であって、前記補助回路を構成する補助コイルが通電した状態で、該補助回路を構成する補助スイッチがオフした場合に、前記通電時と同一方向に電流を流し続けるためのフリーホイール回路を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a converter control device according to the present invention is a control device for a soft switching converter having an auxiliary circuit for controlling an output voltage of a fuel cell, and an auxiliary coil constituting the auxiliary circuit is energized. In the state, when an auxiliary switch constituting the auxiliary circuit is turned off, a free wheel circuit is provided for continuing to flow a current in the same direction as the energization.
かかる構成によれば、補助回路を構成する補助コイルが通電した状態において、補助スイッチにオープン故障などが発生し、該補助スイッチがオンからオフに切り換わったとしても、通電時と同一方向に電流を流し続けるためのフリーホイール回路の存在により、補助コイルに電流を流し続けることができ、これにより補助スイッチを破壊するようなサージ電圧の発生を未然に防ぐことが可能となる。 According to such a configuration, even if an auxiliary switch has an open failure or the like when the auxiliary coil constituting the auxiliary circuit is energized, and the auxiliary switch is switched from on to off, the current is supplied in the same direction as when energized. Due to the presence of the freewheel circuit for continuing the flow of current, it is possible to continue the flow of current to the auxiliary coil, thereby preventing the occurrence of a surge voltage that would destroy the auxiliary switch.
ここで、上記構成にあっては、前記補助コイルは、一端が前記燃料電池の高電位側に接続されるとともに、他端が前記補助スイッチの一方の極に接続され、前記フリーホイール回路は、フリーホイールダイオードを備え、前記フリーホイールダイオードは、アノード端子が前記燃料電池の低電位側に接続されるとともに、カソード端子が前記補助コイルと前記補助スイッチの接続部位に接続されている態様が好ましい。 Here, in the above configuration, the auxiliary coil has one end connected to the high potential side of the fuel cell and the other end connected to one pole of the auxiliary switch. It is preferable that the free wheel diode includes an anode terminal connected to a low potential side of the fuel cell and a cathode terminal connected to a connection portion of the auxiliary coil and the auxiliary switch.
また、上記構成にあっては、前記ソフトスイッチングコンバータの主昇圧回路は、一端が前記燃料電池の高電位側の端子に接続された主コイルと、一端が前記主コイルの他端に接続され、他端が前記燃料電池の低電位側の端子に接続された、スイッチングを行う主スイッチと、カソードが前記主コイルの他端に接続された第一ダイオードと、前記第一ダイオードのアノードと前記主スイッチの他端との間に設けられた平滑コンデンサとを有し、前記補助回路は、前記主スイッチに並列に接続され、かつ前記主コイルの他端と前記燃料電池の低電位側の端子に接続された、第二ダイオードとスナバコンデンサとを含む第一直列接続体と、前記第二ダイオードと前記スナバコンデンサとの接続部位と前記主コイルの一端との間に接続された、第三ダイオードと補助コイルと前記補助スイッチとを含む第二直列接続体とを有する態様も好ましい。 In the above configuration, the main booster circuit of the soft switching converter has one end connected to the high potential side terminal of the fuel cell and one end connected to the other end of the main coil. A main switch for switching, the other end of which is connected to a terminal on the low potential side of the fuel cell, a first diode whose cathode is connected to the other end of the main coil, an anode of the first diode, and the main switch A smoothing capacitor provided between the other end of the switch, and the auxiliary circuit is connected in parallel to the main switch, and connected to the other end of the main coil and a terminal on the low potential side of the fuel cell. A first series connection body including a second diode and a snubber capacitor, and a third portion connected between a connection portion between the second diode and the snubber capacitor and one end of the main coil, And a secondary series connection comprising the auxiliary switch and diode and the auxiliary coil is also preferred.
また、本発明に係る別のコンバータ制御装置は、燃料電池の出力電圧を制御する補助回路を、相毎に備えた多相ソフトスイッチングコンバータの制御装置であって、前記各相の補助回路を構成する補助コイルは、全相の補助回路について共通化されており、前記補助回路を構成する補助コイルが通電した状態で、該補助コイルの通電状態を形成するためにオンしていた1つ以上の相の補助スイッチがオフした場合に、前記通電時と同一方向に電流を流し続けるためのフリーホイール回路を備えることを特徴とする。 Another converter control device according to the present invention is a control device for a multiphase soft switching converter provided with an auxiliary circuit for controlling the output voltage of the fuel cell for each phase, and constitutes the auxiliary circuit for each phase. The auxiliary coil is common to all phases of the auxiliary circuit, and one or more auxiliary coils that are turned on to form an energized state of the auxiliary coil when the auxiliary coil constituting the auxiliary circuit is energized. When a phase auxiliary switch is turned off, a free wheel circuit is provided for continuing to flow a current in the same direction as in the energization.
また、本発明に係る別のコンバータ制御装置は、燃料電池の出力電圧を制御する補助回路を備えたソフトスイッチングコンバータの制御装置であって、前記補助回路の補助スイッチを構成する半導体素子のゲート抵抗値を可変にする抵抗制御回路を備え、前記補助スイッチのーンオフ時のゲート抵抗値は、ターンオン時のゲート抵抗値よりも大きく、かつ、素子破壊抵抗閾値よりも大きいことを特徴する。ここで、上記構成にあっては、前記補助スイッチのターンオンからターンオフへの遷移を検知する検知手段をさらに備え、前記抵抗制御回路は、前記検知手段によって前記遷移が検知されたとき、前記半導体素子のゲート抵抗値を、設定された素子破壊抵抗閾値よりも大きな値に設定する態様であっても良い。 Another converter control device according to the present invention is a control device for a soft switching converter including an auxiliary circuit for controlling an output voltage of a fuel cell, wherein the gate resistance of a semiconductor element constituting an auxiliary switch of the auxiliary circuit A resistance control circuit for changing the value is provided, and the gate resistance value when the auxiliary switch is turned off is larger than the gate resistance value when turned on and larger than the element breakdown resistance threshold value. Here, in the above configuration, the semiconductor device further includes detection means for detecting a transition from turn-on to turn-off of the auxiliary switch, and the resistance control circuit detects the transition when the detection means detects the transition. The gate resistance value may be set to a value larger than the set element breakdown resistance threshold value.
本発明によれば、ソフトスイッチングコンバータの補助回路を構成する補助スイッチの破壊を未然に防止することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to prevent the auxiliary switch constituting the auxiliary circuit of the soft switching converter from being destroyed.
A.第1実施形態
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図1は第1実施形態に係る車両に搭載されたFCHVシステムの構成を示す。なお、以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)を想定するが、電気自動車などにも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
A. First Embodiment Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of an FCHV system mounted on a vehicle according to the first embodiment. In the following description, a fuel cell vehicle (FCHV) is assumed as an example of the vehicle, but the present invention can also be applied to an electric vehicle. Further, the present invention can be applied not only to vehicles but also to various moving bodies (for example, ships, airplanes, robots, etc.), stationary power sources, and portable fuel cell systems.
A−1.システムの全体構成
図1は、FCHVシステム100のシステム全体図である。
FCHVシステム100は、燃料電池110とインバータ140の間にFCコンバータ250が設けられるとともに、バッテリ120とインバータ140の間にDC/DCコンバータ(以下、バッテリコンバータ)180が設けられている。
A-1. Overall System Configuration FIG. 1 is an overall system diagram of an
In the
燃料電池110は、複数の単位セルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池110には、燃料電池110の出力電圧Vfcmesを検出するための電圧センサV0、及び出力電流Ifcmesを検出するための電流センサI0が取り付けられている。燃料電池110においては、アノード極において(1)式の酸化反応が生じ、カソード極において(2)式の還元反応が生じ、燃料電池110全体としては(3)式の起電反応が生じる。
The
H2 → 2H++2e- ・・・(1)
(1/2)O2+2H++2e- → H2O ・・・(2)
H2+(1/2)O2 → H2O ・・・(3)
H 2 → 2H + + 2e − (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)
単位セルは、高分子電解質膜等を燃料極及び空気極の二つの電極で挟み込んだMEAを燃料ガスと酸化ガスとを供給するためのセパレータで挟み込んだ構造を有している。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。 The unit cell has a structure in which a MEA in which a polymer electrolyte membrane or the like is sandwiched between two electrodes, a fuel electrode and an air electrode, is sandwiched between separators for supplying fuel gas and oxidizing gas. The anode electrode is provided with an anode electrode catalyst layer on the porous support layer, and the cathode electrode is provided with a cathode electrode catalyst layer on the porous support layer.
燃料電池110には、燃料ガスをアノード極に供給する系統、酸化ガスをカソード極に供給する系統、及び冷却液を提供する系統(いずれも図示略)が設けられており、コントローラ160からの制御信号に応じて、燃料ガスの供給量や酸化ガスの供給量を制御することにより、所望の電力を発電することが可能となっている。
The
FCコンバータ250は、燃料電池110の出力電圧Vfcmesを制御する役割を担っており、一次側(入力側:燃料電池110側)に入力された出力電圧Vfcmesを、一次側と異なる電圧値に変換(昇圧または降圧)して二次側(出力側:インバータ140側)に出力し、また逆に、二次側に入力された電圧を、二次側と異なる電圧に変換して一次側に出力する双方向の電圧変換装置である。このFCコンバータ250により、燃料電池110の出力電圧Vfcmesが目標出力に応じた電圧となるように制御する。
The
バッテリ120は、負荷130に対して燃料電池110と並列に接続されており、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギ貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ120としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が利用される。
The
バッテリコンバータ180は、インバータ140の入力電圧を制御する役割を担っており、例えばFCコンバータ250と同様の回路構成を有している。なお、バッテリコンバータ180として昇圧型のコンバータを採用しても良いが、これに代えて昇圧動作および降圧動作が可能な昇降圧型のコンバータを採用しても良く、インバータ140の入力電圧の制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。
The
インバータ140は、例えばパルス幅変調方式で駆動されるPWMインバータであり、コントローラ160からの制御指令に従って、燃料電池110またはバッテリ120から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、トラクションモータ131の回転トルクを制御する。
The
トラクションモータ131は、本車両の主動力となるものであり、減速時には回生電力を発生するようにもなっている。ディファレンシャル132は減速装置であり、トラクションモータ131の高速回転を所定の回転数に減速し、タイヤ133が設けられたシャフトを回転させる。シャフトには図示せぬ車輪速センサ等が設けられ、これにより当該車両の車速等が検知される。なお、本実施形態では、燃料電池110から供給される電力を受けて動作可能な全ての機器(トラクションモータ131、ディファレンシャル132を含む)を負荷130と総称している。
The
コントローラ160は、FCHVシステム100の制御用のコンピュータシステムであり、例えばCPU、RAM、ROM等を備えている。コントローラ160は、センサ群170から供給される各種の信号(例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池110の出力電流や出力端子電圧をあらわす信号など)を入力して、負荷130の要求電力(すなわち、システム全体の要求電力)を求める。
The
負荷130の要求電力は、例えば車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には車載補機類(加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等)で消費される電力、車両走行に必要な装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等)で消費される電力、乗員空間内に配設される装置(空調装置、照明器具、及びオーディオ等)で消費される電力などが含まれる。
The required power of the
そして、コントローラ(コンバータ制御装置)160は、燃料電池110とバッテリ120とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、発電指令値を演算する。コントローラ160は、燃料電池110及びバッテリ120に対する要求電力を求めると、これらの要求電力が得られるようにFCコンバータ250及びバッテリコンバータ180の動作を制御する。
Then, the controller (converter control device) 160 determines the distribution of output power between the
A−2.FCコンバータの構成
図1に示すように、FCコンバータ250は、U相、V相、W相によって構成された三相ブリッジ形コンバータとしての回路構成を備えている。三相ブリッジ形コンバータの回路構成は、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバータ類似の回路部分と、その交流を再び整流して異なる直流電圧に変換する部分とが組み合わされている。本実施形態では、FCコンバータ250として昇圧型のソフトスイッチングコンバータ(以下、FCソフトスイッチングコンバータ)を採用しており、後述するフリーホイール回路を設定した点に特徴がある。以下、フリーホイール回路を備えていない従来のFCソフトスイッチングコンバータと比較しながら本実施形態の特徴について詳細に説明する。
A-2. Configuration of FC Converter As shown in FIG. 1, the
A−2−1.従来のFCソフトスイッチングコンバータの説明
図2は、FCHVシステム100に搭載される従来のFCソフトスイッチングコンバータ150の1相分の回路構成を示す図である。なお、以下の説明では、FCソフトスイッチングコンバータ150を構成する1相分のコンバータをFCソフトスイッチングコンバータ150と呼ぶ。また、FCソフトスイッチングコンバータ150に入力される昇圧前の電圧をコンバータ入力電圧Vinと呼び、FCソフトスイッチングコンバータ150から出力される昇圧後の電圧をコンバータ出力電圧Voutと呼ぶ。
A-2-1. 2. Description of Conventional FC Soft Switching Converter FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration for one phase of a conventional FC
図2に示すように、FCソフトスイッチングコンバータ150は、昇圧動作を行うための主昇圧回路12aと、ソフトスイッチング動作を行うための補助回路12bとを備えて構成されている。
主昇圧回路12aは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などからなる第1スイッチング素子S1とダイオードD4で構成されるスイッチング回路のスイッチ動作によって、コイルL1に蓄えられたエネルギを負荷130にダイオードD5を介して解放することで燃料電池110の出力電圧を昇圧する。
As shown in FIG. 2, the FC
The
詳述すると、コイルL1の一端が燃料電池110の高電位側の端子に接続され、第1スイッチング素子S1の一端の極がコイルL1の他端に接続され、第1のスイッチング素子S1の他端の極が燃料電池110の低電位側の端子に接続されている。また、ダイオードD5のアノードがコイルL1の他端に接続され、さらに、平滑コンデンサとして機能するコンデンサC3は、ダイオードD5のカソードと第1スイッチング素子S1の他端との間に接続されている。主昇圧回路12aには、燃料電池110側に平滑コンデンサC1が設けられており、これにより燃料電池110の出力電流のリップルを低減することが可能となる。
ここで、コンデンサC3にかかる電圧VHは、FCソフトスイッチングコンバータ150のコンバータ出力電圧Voutとなり、平滑コンデンサC1にかかる電圧VLは、燃料電池110の出力電圧であってFCソフトスイッチングコンバータ150のコンバータ入力電圧Vinとなる。
More specifically, one end of the coil L1 is connected to the high potential side terminal of the
Here, the voltage VH applied to the capacitor C3 becomes the converter output voltage Vout of the FC
補助回路12bには、第1スイッチング素子S1に並列に接続された、ダイオードD3と当該ダイオードD3に直列に接続されたスナバコンデンサC2とを含む第1直列接続体が含まれている。第1直列接続体は、ダイオードD3のアノードがコイルL1の他端に接続され、ダイオードD3のカソードがスナバコンデンサC2の一端に接続されている。さらに、スナバコンデンサC2の他端は、燃料電池110の低電位側の端子に接続されている。
The
さらに、補助回路12bには、誘導素子であるコイルL2と、ダイオードD2と、第2スイッチング素子S2及びダイオードD1で構成されるスイッチング回路とが直列に接続された第2直列接続体が含まれる。この第2直列接続体は、コイルL2の一端が第1直列接続体のダイオードD3とスナバコンデンサC2との接続部位に接続されている。さらに、ダイオードD2のアノードがコイルL2の他端に接続される一方、ダイオードD2のカソードが第2スイッチング素子S2の一端の極に接続されている。また、第2スイッチング素子S2の他端は、コイルL1の一端側に接続されている。なお、この第2直列接続体の回路トポロジーについて、コイルL2、ダイオードD2、第2スイッチング素子S2などによるスイッチング回路の直列順序は適宜入れ替えた態様も採用し得る。例えば、コイルL2と第2スイッチング素子S2などによるスイッチング回路の順序を入れ替えることで、実際の実装回路ではコイルL1とコイルL2を一体化することができ、半導体素子のモジュール化が容易となる。
Further, the
このように構成されるFCソフトスイッチングコンバータ150においては、コントローラ160が第1スイッチング素子S1のスイッチングデューティー比を調整することで、FCソフトスイッチングコンバータ150による昇圧比、すなわちコンバータ入力電圧Vinに対するコンバータ出力電圧Voutの比が制御される。また、第1スイッチング素子S1のスイッチング動作において補助回路12bの第2スイッチング素子S2のスイッチング動作を介在させることで、ソフトスイッチングが実現される。
In the FC
次に、FCソフトスイッチングコンバータ150によるソフトスイッチング動作について、図3〜図7を参照しながら説明する。ここで、図3は、ソフトスイッチング動作を介したFCソフトスイッチングコンバータ150の一サイクルの処理(以下、ソフトスイッチング処理)のフローチャートであり、コントローラ160が図3に示すステップS101〜S106を順次実行することによって一サイクルを形成する。なお、以下の説明では、FCソフトスイッチングコンバータ150の電流、電圧の状態をあらわすモードをそれぞれモード1〜モード6として表現し、その状態を図4〜図7に示す。また、図4〜図7では回路を流れる電流を矢印で示す。
Next, the soft switching operation by the FC
<ソフトスイッチング動作>
まず、図3に示すソフトスイッチング処理が行われる初期状態は、燃料電池110から負荷130に要求される電力が供給されている状態、すなわち第1スイッチング素子S1、第2スイッチング素子S2がともにターンオフされることで、コイルL1、ダイオードD5を介して電流が負荷130に供給される状態にある。
<Soft switching operation>
First, the initial state in which the soft switching process shown in FIG. 3 is performed is a state in which power required for the
(モード1;図4参照)
ステップS101においては、第1スイッチング素子S1のオフを保持する一方、第2スイッチング素子S2をターンオンする。かかるスイッチング動作を行うと、FCソフトスイッチングコンバータ150の出力電圧VHと入力電圧VLの電位差により、負荷130側に流れていた電流がコイルL1、ダイオードD3、コイルL2、第2スイッチング素子S2を介して補助回路12b側に徐々に移行してゆく。なお、図4中では、負荷130側から補助回路12b側への電流の移行の様子を白抜き矢印で示している。
(
In step S101, the first switching element S1 is kept off, while the second switching element S2 is turned on. When such a switching operation is performed, the current flowing to the
さらに、第2スイッチング素子S2をターンオンすることにより、図4に示す矢印Dm11の向きに電流の循環が発生する。ここで、第2スイッチング素子S2の電流変化速度は、コイルL2の両端電圧(VH−VL)とコイルL2のインダクタンスに従い増加していくが、第2スイッチング素子S2に流れる電流はコイルL2により抑制されるため、結果としてダイオードD5を介して負荷130側に流れる電流(図4に示す矢印Dm12参照)のソフトターンオフが実現される。
ここで、モード1からモード2への遷移完了時間tm1は下記式(4)によって表される。
L2id;コイルL2のインダクタンス
Furthermore, by turning on the second switching element S2, current circulation occurs in the direction of the arrow Dm11 shown in FIG. Here, the current changing speed of the second switching element S2 increases according to the voltage across the coil L2 (VH−VL) and the inductance of the coil L2, but the current flowing through the second switching element S2 is suppressed by the coil L2. Therefore, as a result, soft turn-off of the current (see arrow D m12 shown in FIG. 4) flowing to the
Here, the transition completion time tm1 from
(モード2;図5参照)
上記遷移完了時間が経過し、ステップS102に移行すると、ダイオードD5を流れる電流はゼロとなり、コイルL1及びダイオードD3を介して補助回路12b側に電流が流れ込むとともに(図5に示す矢印Dm21参照)、代わってスナバコンデンサC2と燃料電池110の電圧VLとの電位差により、スナバコンデンサC2にチャージされていた電荷が補助回路12b側に流れてゆく(図5に示す矢印Dm22参照)。このスナバコンデンサC2の容量に応じて、第1スイッチング素子S1にかかる電圧が決定される。ここで、モード2では、第1スイッチング素子S1をターンオフするときにスナバコンデンサC2にチャージされていた電荷が補助回路12bに流れることで、スナバコンデンサC2にかかる電圧は低下(VH→0)してゆく。このとき、コイルL2とスナバコンデンサC2のLC共振により、スナバコンデンサC2の電圧がゼロになるまで、電流は流れ続ける。ここで、コイルL2の一端にはダイオードD2のアノードが接続されているため、LC共振は半波で止まる。このため、スナバコンデンサC2は、放電後に0Vを保持することになる。なお、補助回路12bを流れる電流のうち、一部はダイオードD4を介して補助回路12b側に流れてゆく。
ここで、モード2からモード3への遷移完了時間tm2は下記式(5)によって表される。
When the transition completion time elapses and the process proceeds to step S102, the current flowing through the diode D5 becomes zero, and the current flows into the
Here, the transition completion time tm2 from
(モード3;図6参照)
上記遷移完了時間が経過し、スナバコンデンサC2の電荷が抜けきると、第1スイッチング素子S2がターンオンされ、ステップS103に移行する。スナバコンデンサC2の電圧がゼロとなった状態では、第1スイッチング素子S1にかかる電圧もゼロとなる。かかる状態では、コイルL1に流れる電流Il1は、矢印Dm31に示す補助回路12b側に流れる電流Idm31と矢印Dm32に示す第1スイッチング素子S1を介して流れる電流Idm32の和となる(下記式(6)参照)。
When the transition completion time elapses and the charge of the snubber capacitor C2 is completely discharged, the first switching element S2 is turned on, and the process proceeds to step S103. When the voltage of the snubber capacitor C2 is zero, the voltage applied to the first switching element S1 is also zero. In such a state, the current Il1 flowing in the coil L1 is the sum of the current Idm31 flowing on the
ここで、第1スイッチング素子S1に流れる電流Idm31は、補助回路12b側に流れる電流Idm31の減少速度に応じて決定される。補助回路12b側に流れる電流Idm31の電流変化速度は下記式(7)によって表わされる。すなわち、補助回路12b側に流れる電流Idm31は、下記式(7)の変化速度で減少していくため、第1スイッチング素子S1をターンオンしたとしても第1スイッチング素子S1に流れる電流が急に立ち上がることはなく、ZCS(Zero Current Switching)が実現される。
(モード4;図7参照)
そして、ステップS104では、ステップS103の状態が継続することで、コイルL1に流れ込んでいく電流量を増加させてコイルL1に蓄えられるエネルギを徐々に増加してゆく(図7に矢印Dm42参照)。ここで、補助回路12bにおけるコイルL2と第2スイッチング素子S2との間には、アノードがコイルL2の一端に接続されるとともにカソードが第2スイッチング素子S2の一端に接続されたダイオードD2が存在するため、コイルL2に逆電流は流れず(図7に示す矢印Dm41参照)、第2スイッチング素子S2を介してスナバコンデンサC2は充電されない。また、この時点で第1スイッチング素子S1はターンオンしているため、ダイオードD3を経由してスナバコンデンサC2が充電されることもない。従って、コイルL1の電流=第1スイッチング素子S1の電流となり、コイルL1に蓄えられるエネルギを徐々に増加してゆく。ここで、第1スイッチング素子S1のターンオン時間Ts1は、下記式(8)によって表される。
なお、制御周期とは、ステップS101〜ステップS106までの一連の処理を一周期(一サイクル)としたときのソフトスイッチング処理の時間周期を意味する。
(Mode 4; see FIG. 7)
In step S104, as the state in step S103 continues, the amount of current flowing into coil L1 is increased to gradually increase the energy stored in coil L1 (see arrow D m42 in FIG. 7). . Here, a diode D2 having an anode connected to one end of the coil L2 and a cathode connected to one end of the second switching element S2 exists between the coil L2 and the second switching element S2 in the
(モード5;図8参照)
ステップS104においてコイルL1に所望のエネルギが蓄えられると、第1スイッチング素子S1及び第2スイッチング素子S2がターンオフされ、図8に矢印Dm51で示す経路に電流が流れる。ここで、図10は、モード5におけるスナバコンデンサC2の電圧(以下、スナバコンデンサ電圧)Vc、第1スイッチング素子S1にかかる電圧(以下、素子電圧)Ve、第1スイッチング素子S1を流れる電流(以下、素子電流)Ieの関係を例示した図である。上記スイッチング動作が行われると、モード2において電荷が抜かれて低電圧状態となっているスナバコンデンサC2に電荷がチャージされ、これにより、スナバコンデンサ電圧VcはFCソフトスイッチングコンバータ150のコンバータ出力電圧VHに向かって上昇する。このとき、素子電圧Veの上昇速度は、スナバコンデンサC2への充電により抑制され(すなわち、素子電圧の立ち上がりが鈍化され)、素子電流Ieにおいてテール電流が存在する領域(図10に示すα参照)でのスイッチング損失を低減することが可能となる。
(Mode 5; see FIG. 8)
When desired energy is stored in the coil L1 in step S104, the first switching element S1 and the second switching element S2 are turned off, and a current flows through a path indicated by an arrow D m51 in FIG. Here, FIG. 10 shows the voltage of the snubber capacitor C2 in mode 5 (hereinafter referred to as snubber capacitor voltage) Vc, the voltage applied to the first switching element S1 (hereinafter referred to as element voltage) Ve, and the current flowing through the first switching element S1 (hereinafter referred to as “voltage”). , Element current) Ie. When the above switching operation is performed, in the
(モード6;図9参照)
スナバコンデンサC2が電圧VHまで充電されると、コイルL1に蓄えられたエネルギが負荷130側に解放される(図9に示す矢印Dm61参照)。ここで、第1スイッチング素子S1のターンオフ時間Ts2は、下記式(9)によって表される。
When the snubber capacitor C2 is charged to the voltage VH, the energy stored in the coil L1 is released to the load 130 (see arrow D m61 shown in FIG. 9). Here, the turn-off time Ts2 of the first switching element S1 is expressed by the following formula (9).
以上説明したソフトスイッチング処理を行うことでFCソフトスイッチングコンバータ150のスイッチング損失を可及的に抑制した上で、燃料電池110の出力電圧を所望の電圧に上昇し、負荷130に供給することが可能となる。
By performing the soft switching process described above, the switching loss of the FC
<従来のFCソフトスイッチングコンバータの問題>
図11は、従来のFCソフトスイッチングコンバータ150の問題を説明するための図であり、上述したモード1での状態を示す図である。
第2スイッチング素子S2がオンすることで矢印Dm11の向きに電流の循環が発生してコイルL2が通電した状態において、オープン故障するなどして第2スイッチング素子S2がオンからオフに切り換わると、コイルL2に流れる電流は急激に遮断される。かかる急激な電流の遮断が生じると、電流変化率di/dtが非常に大きくなり、大きなサージ電圧ΔVの発生し、素子破壊を引き起こし、最悪の場合にはシステム停止せざるを得ないという問題が生じてしまう(発明が解決しようとする課題の項参照)。なお、上記ではコイルL2に流れる電流が急激に遮断される例として第2スイッチング素子S2がオープン故障した場合を例示したが、これに限られる趣旨でないことは理解されよう。本実施形態では、このようなサージ電圧ΔVの発生を防止するために、コイルL2の通電中に第2スイッチング素子S2がターンオフしても、このコイルL2に電流を流し続けることができるフリーホイール回路を設定する。
<Problems of conventional FC soft switching converter>
FIG. 11 is a diagram for explaining a problem of the conventional FC
When the second switching element S2 is turned on and the second switching element S2 is switched from on to off due to an open failure or the like in a state where current circulation occurs in the direction of the arrow Dm11 and the coil L2 is energized. The current flowing through the coil L2 is suddenly interrupted. When such a sudden current interruption occurs, the current change rate di / dt becomes very large, a large surge voltage ΔV is generated, the element is destroyed, and in the worst case, the system must be stopped. (See the section on the problem to be solved by the invention). In the above description, the case where the second switching element S2 has an open failure is illustrated as an example in which the current flowing through the coil L2 is suddenly interrupted. However, it will be understood that the present invention is not limited to this. In the present embodiment, in order to prevent the occurrence of such a surge voltage ΔV, a free wheel circuit that can continue to pass current through the coil L2 even if the second switching element S2 is turned off while the coil L2 is energized. Set.
A−2−2.本実施形態のFCソフトスイッチングコンバータ250の説明
図12は、FCソフトスイッチングコンバータ250の1相分の回路構成を示す図である。なお、図2に対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
図12と図2を比較して明らかなように、本実施形態に係るソフトスイッチングコンバータ250は、図2に示す補助回路12bのコイルL2と第2スイッチング素子S2の配置順序入れ換えた補助回路22bを有しており、かつ、フリーホイールダイオードD6を含むフリーホイール回路22cが形成されている点に特徴の1つがある。
A-2-2. Description of FC
As apparent from comparison between FIG. 12 and FIG. 2, the
本実施形態に係る補助回路22bの第2直列接続体は、ダイオードD2のアノード端子が第1直列接続体のダイオードD3とスナバコンデンサC2との接続部位に接続されている。さらに、ダイオードD2のカソード端子が第2スイッチング素子(補助スイッチ)S2の一端の極に接続されている。また、第2スイッチング素子S2の他端の極は、コイルL2とフリーホイール回路22cを形成するフリーホイールダイオードD6の接続部位に接続されている。フリーホイールダイオードD6のアノードは、燃料電池110の低電位側に接続される一方、フリーホイールダイオードD6のカソードはコイルL2に接続されている。
In the second series connection body of the
かかる構成によれば、コイルL2が通電した状態(第2スイッチング素子;オン)において、第2スイッチング素子S2にオープン故障などが発生し、第2スイッチング素子S2がオンからオフに切り換わったとしても、フリーホイールダイオードD6の存在により、図13に示すように矢印Dm71の向き(上述したコイルL2の通電時と同一の方向)に電流の循環が発生し、コイルL2に電流を流し続けることができ、これにより第2スイッチング素子S2を破壊するようなサージ電圧の発生を未然に防ぐことが可能となる。 According to such a configuration, even when the coil L2 is energized (second switching element; on), an open failure or the like occurs in the second switching element S2, and the second switching element S2 is switched from on to off. Due to the presence of the freewheel diode D6, current circulation occurs in the direction of the arrow Dm71 (the same direction as when the coil L2 is energized) as shown in FIG. 13, and the current continues to flow through the coil L2. Thus, it is possible to prevent the occurrence of a surge voltage that destroys the second switching element S2.
<変形例1>
図14Aは、変形例1に係るFCソフトスイッチングコンバータ350の回路構成を示す図である。
図14Aと図2を比較して明らかなように、変形例1に係るソフトスイッチングコンバータ350は、図2に示す補助回路12bのコイルL2と第2スイッチング素子S2が直接接続され、かつ、ツェナーダイオードD7(またはバリスタV1)を含むフリーホイール回路22cが形成されている点に特徴がある。
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FIG. 14A is a diagram illustrating a circuit configuration of the FC
14A and 2, the
本実施形態に係る補助回路22bの第2直列接続体は、コイルL2の一端と第2スイッチング素子(補助スイッチS2)の一端の極が接続されている。また、このコイルL2と第2スイッチング素子S2の接続部位にツェナーダイオードD7のカソード(またはバリスタV1の一端)が接続される一方、ツェナーダイオードD7のアノード(またはバリスタV1の他端)が燃料電池110の低電位側に接続されている。
In the second series connection body of the
かかる構成によれば、コイルL2が通電した状態(第2スイッチング素子;オン)において、第2スイッチング素子S2にオープン故障などが発生し、第2スイッチング素子S2がオンからオフに切り換わったとしても、ツェナーダイオードD7(またはバリスタV1)の存在により、図14Aの矢印Dv1の向きに電流を流すことができ(すなわちコイルL2の電流をフリーホイールさせることができ)、これにより第2スイッチング素子S2を破壊するようなサージ電圧の発生を未然に防ぐことが可能となる。 According to such a configuration, even when the coil L2 is energized (second switching element; on), an open failure or the like occurs in the second switching element S2, and the second switching element S2 is switched from on to off. Due to the presence of the Zener diode D7 (or varistor V1), a current can flow in the direction of the arrow Dv1 in FIG. 14A (that is, the current of the coil L2 can be freewheeled), thereby the second switching element S2. It is possible to prevent the generation of a surge voltage that destroys the battery.
<変形例2>
図14Bは、変形例2に係るFCソフトスイッチングコンバータ450の回路構成を示す図である。
図14Bと図14Aを比較して明らかなように、変形例2に係るソフトスイッチングコンバータ450は、ツェナーダイオードD7(またはバリスタV1)を含むフリーホイール回路22cがコイルL2に並列に接続されている点に特徴がある。
<
FIG. 14B is a diagram illustrating a circuit configuration of the FC
14B and 14A, the
本実施形態に係る補助回路22bの第2直列接続体は、コイルL2の一端と第2スイッチング素子(補助スイッチS2)の一端の極が接続されている。また、このコイルL2と第2スイッチング素子S2の接続部位にツェナーダイオードD7のカソード(またはバリスタV1の一端)が接続される一方、ツェナーダイオードD7のアノード(またはバリスタV1の他端)がコイルL2の他端に接続されている。
In the second series connection body of the
かかる構成によっても、コイルL2が通電した状態(第2スイッチング素子;オン)において、第2スイッチング素子S2にオープン故障などが発生し、第2スイッチング素子S2がオンからオフに切り換わったとしても、ツェナーダイオードD7(またはバリスタV1)の存在により、図14Bの矢印Dv2の向きに電流を流すことができ(すなわちコイルL2の電流をフリーホイールさせることができ)、これにより第2スイッチング素子S2を破壊するようなサージ電圧の発生を未然に防ぐことが可能となる。 Even with this configuration, even when the coil L2 is energized (second switching element; on), even if an open failure occurs in the second switching element S2, and the second switching element S2 is switched from on to off, Due to the presence of the Zener diode D7 (or varistor V1), a current can flow in the direction of the arrow Dv2 in FIG. 14B (that is, the current of the coil L2 can be freewheeled), thereby destroying the second switching element S2. Such a surge voltage can be prevented from occurring.
<変形例3>
上述した本実施形態では、FCソフトスイッチングコンバータ250について、U相、V相、W相のインターリーブ構成を採用し、相ごとに補助回路22b及びフリーホイール回路22cを設けた場合について説明したが、部品点数及びコストの低減を図るために、これらの回路素子の一部を共通化しても良い。
<
In the above-described embodiment, the FC
図15は、変形例3に係るFCソフトスイッチングコンバータ550の回路構成を示す図である。
本変形例3においては、補助回路32bの動作時間は主昇圧回路32aの動作時間に比して短いことを利用して、各相に設けられた補助回路32bについてコイルL2を共通化するとともに、フリーホイール回路32c(ここではフリーホイールダイオードD6)を共通化している。その他の構成等は第1実施形態と同様であるため、対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明を割愛する。このように回路素子の一部を共通化することで、回路全体のコスト増大を抑制するようにしても良い。
なお、コイルL2の一部に耐圧が低い部分を設定し、コイルL2に発生する電圧が素子破壊電圧に至る前にコイルL2の内部を短絡してサージ電圧の発生を防止しても良い。
FIG. 15 is a diagram illustrating a circuit configuration of the FC
In the third modification, by utilizing the fact that the operation time of the
Note that a part having a low withstand voltage may be set in a part of the coil L2, and the inside of the coil L2 may be short-circuited before the voltage generated in the coil L2 reaches the element breakdown voltage to prevent the generation of a surge voltage.
B.第2実施形態
図16は、第2実施形態に係るFCHVシステム300のシステム全体図であり、図17はゲート電圧制御回路500の回路構成を示す図である。
このFCHVシステム300は、フリーホイール回路32cの代わりにゲート電圧制御回路500を備えている。その他の構成は、図1に示すFCHVシステム100と同様であるため、対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
B. Second Embodiment FIG. 16 is an overall system diagram of an
The
ゲート電圧制御回路500は、回路駆動用の電源510と、ターンオン制御部520と、ターンオフ制御部530と、ドライブ回路540とを備えている。ターンオン制御部520は、第2スイッチング素子S2をターンオンするためのスイッチW1と、ターンオン用のゲート抵抗R1とを備える一方、ターンオフ制御部530は、第2スイッチング素子S2をターンオフするためのスイッチW2、W3と、ターンオフ用のゲート抵抗R2、R3とを備える。ゲート抵抗R3の抵抗値は、ゲート抵抗R2の抵抗値よりも大きく設定されている。ここで、サージ電圧ΔVは電流変化率di/dtに比例するため(発明が解決しようとする課題の項参照)、本実施形態では第2スイッチング素子S2のターンオフ用のゲート抵抗R3を大きく設定し、電流変化率di/dtを小さくすることでサージ電圧ΔVの減少を図っている。なお、ゲート抵抗R3については、サージ電圧ΔVがスイッチング素子S2の耐電圧を超えないように、抵抗値(素子破壊抵抗閾値)を設定しておけば良い。このようなゲート抵抗はスイッチング損失としてエネルギーを消費するエネルギー放出源としても機能する。
The gate
ドライブ回路(抵抗制御回路)540は、コントローラ160から与えられる信号に従って、第2スイッチング素子S2のターンオン、ターンオフを制御するとともに、ターンオフ用のゲート抵抗値を制御する回路である。システムが正常なとき、第2スイッチング素子S2をターンオンする場合には、ドライブ回路440はスイッチW1をオンとする一方、第2スイッチング素子S2をターンオフする場合には、ドライブ回路540はスイッチW2及びW3をオンとする。
一方、ドライブ回路540は、コイルL2が通電中であって、第2スイッチング素子S2がオフされたことを検知すると、サージ電圧ΔVの発生に起因した第2スイッチング素子S2の素子破壊を防止するべく、抵抗R3のみの高抵抗へと切り換える。より具体的には、ドライブ回路(検知手段)540は、コイルL2に流れる電流を検知するとともに、第2スイッチング素子S2のコレクタ・エミッタ間の電圧などを把握することでスイッチング状態(オン・オフ状態)を検知する。ドライブ回路540は、コイルL2が通電中であり、かつ、この状態で第2スイッチング素子S2がオフしたことを検知すると、スイッチS2をオフとしてゲート抵抗をR2とR3を並列接続した低抵抗から、抵抗R3のみの高抵抗へと切り換える。
The drive circuit (resistance control circuit) 540 is a circuit that controls turn-on and turn-off of the second switching element S2 and controls a gate resistance value for turn-off in accordance with a signal given from the
On the other hand, when the
かかる構成によれば、第2スイッチング素子S2のターンオフ用のゲート抵抗R3を大きく設定し、電流変化率di/dtを小さくすることでサージ電圧ΔVの減少を図っているため、回路異常の発生などにより、上述したサージ電圧ΔVが発生した場合でも第2スイッチング素子S2の素子破壊を未然に防止することが可能となる。 According to such a configuration, the gate voltage R3 for turning off the second switching element S2 is set large, and the current change rate di / dt is reduced to reduce the surge voltage ΔV. Thus, even when the above-described surge voltage ΔV is generated, it is possible to prevent the second switching element S2 from being destroyed.
なお、第2スイッチング素子S2として、回路異常などが発生した場合でもオフしないタイプのスイッチング素子、すなわちノーマリーオン形(normally on type)のスイッチング素子を採用しても良い。 The second switching element S2 may be a switching element that does not turn off even when a circuit abnormality occurs, that is, a normally on type switching element.
また、コイルL2の通電の有無(通電判定)を実施する通電判定回路を設け、コイルL2が通電中である場合には第2スイッチング素子S2がオフできないように、ゲート抵抗R1〜R3を制御しても良い。 In addition, an energization determination circuit that implements whether or not the coil L2 is energized (energization determination) is provided to control the gate resistances R1 to R3 so that the second switching element S2 cannot be turned off when the coil L2 is energized. May be.
<変形例1>
ここで、上述した第2実施形態では、第2スイッチング素子S2のターンオンからターンオフへの遷移を検知し、第2スイッチング素子S2のゲート抵抗を能動的に切り換える場合について説明したが、受動的に切り換えるようにしても良い。
<
Here, in the above-described second embodiment, the case where the transition from the turn-on to the turn-off of the second switching element S2 is detected and the gate resistance of the second switching element S2 is actively switched has been described. You may do it.
図18は、変形例1に係るゲート電圧制御回路600を示す図である。
ゲート電圧制御回路600は、回路駆動用の電源610と、ゲート抵抗回路620と、第2補助スイッチS2のゲート(G)−エミッタ(E)間に接続されたコンデンサCgeとを備えて構成される。
ゲート抵抗回路620は、並列接続された抵抗R1、R2と、カソードが抵抗R2に接続されたダイオードDgを備えている。
FIG. 18 is a diagram illustrating a gate
The gate
The
かかる構成によれば、第2スイッチング素子S2がターンオンする際(コンデンサCgeが充電される際)のゲート抵抗Rは、抵抗R1とR2が並列接続された低抵抗になる一方、第2スイッチング素子S2がターンオフする際(コンデンサCgeが放電する際)のゲート抵抗Rは、抵抗R1のみの高抵抗へと切り換えられる。このように、スイッチング素子S2のゲート抵抗を受動的に切り換えるようにすることで、第2スイッチング素子S2のターンオフ時のゲート抵抗Rを大きく設定し、電流変化率di/dtを小さくすることでサージ電圧ΔVの減少を図ることが可能となる。なお、抵抗R1については、サージ電圧ΔVがスイッチング素子S2の耐電圧を超えないように、抵抗値(素子破壊抵抗閾値)を設定しておけば良い。 According to this configuration, when the second switching element S2 is turned on (when the capacitor Cge is charged), the gate resistance R becomes a low resistance in which the resistors R1 and R2 are connected in parallel, while the second switching element S2 Is turned off (when the capacitor Cge is discharged), the gate resistance R is switched to a high resistance of only the resistor R1. Thus, by switching the gate resistance of the switching element S2 passively, the gate resistance R at the time of turn-off of the second switching element S2 is set large, and the current change rate di / dt is reduced to reduce the surge. It is possible to reduce the voltage ΔV. For the resistor R1, a resistance value (element breakdown resistance threshold value) may be set so that the surge voltage ΔV does not exceed the withstand voltage of the switching element S2.
100,300…FCHVシステム、110…燃料電池、120…バッテリ、130…負荷、140…インバータ、150,250…FCコンバータ、160…コントローラ、170…センサ群、180…バッテリコンバータ、400…ゲート電圧制御回路、410…電源、420…ターンオン制御部、430…ターンオフ制御部、440…ドライブ回路、22a…主昇圧回路、22b…補助回路、22c…フリーホイール回路、S1,S2…スイッチング素子、C1,C3…平滑コンデンサ、C2…スナバコンデンサ、L1,L2,…コイル、D1,D2,D3,D4,D5…ダイオード、D6…フリーホイールダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,300 ... FCHV system, 110 ... Fuel cell, 120 ... Battery, 130 ... Load, 140 ... Inverter, 150,250 ... FC converter, 160 ... Controller, 170 ... Sensor group, 180 ... Battery converter, 400 ... Gate voltage control Circuit, 410 ... Power supply, 420 ... Turn-on controller, 430 ... Turn-off controller, 440 ... Drive circuit, 22a ... Main booster circuit, 22b ... Auxiliary circuit, 22c ... Freewheel circuit, S1, S2 ... Switching elements, C1, C3 ... smoothing capacitor, C2 ... snubber capacitor, L1, L2, ... coil, D1, D2, D3, D4, D5 ... diode, D6 ... freewheeling diode
Claims (6)
前記補助回路を構成する補助コイルが通電した状態で、該補助回路を構成する補助スイッチがオフした場合に、前記通電時と同一方向に電流を流し続けるためのフリーホイール回路を備えるコンバータ制御装置。 A control device for a soft switching converter having an auxiliary circuit for controlling an output voltage of a fuel cell,
A converter control device comprising a freewheel circuit for continuing to flow a current in the same direction as the energization when the auxiliary switch constituting the auxiliary circuit is turned off while the auxiliary coil constituting the auxiliary circuit is energized.
前記フリーホイール回路は、フリーホイールダイオードを備え、
前記フリーホイールダイオードは、アノード端子が前記燃料電池の低電位側に接続されるとともに、カソード端子が前記補助コイルと前記補助スイッチの接続部位に接続されている、請求項1に記載のコンバータ制御装置。 The auxiliary coil has one end connected to the high potential side of the fuel cell and the other end connected to one pole of the auxiliary switch,
The freewheeling circuit comprises a freewheeling diode;
2. The converter control device according to claim 1, wherein the free wheel diode has an anode terminal connected to a low potential side of the fuel cell and a cathode terminal connected to a connection portion of the auxiliary coil and the auxiliary switch. .
一端が前記燃料電池の高電位側の端子に接続された主コイルと、
一端が前記主コイルの他端に接続され、他端が前記燃料電池の低電位側の端子に接続された、スイッチングを行う主スイッチと、
カソードが前記主コイルの他端に接続された第一ダイオードと、
前記第一ダイオードのアノードと前記主スイッチの他端との間に設けられた平滑コンデンサとを有し、
前記補助回路は、
前記主スイッチに並列に接続され、かつ前記主コイルの他端と前記燃料電池の低電位側の端子に接続された、第二ダイオードとスナバコンデンサとを含む第一直列接続体と、
前記第二ダイオードと前記スナバコンデンサとの接続部位と前記主コイルの一端との間に接続された、第三ダイオードと補助コイルと前記補助スイッチとを含む第二直列接続体とを有する請求項2に記載のコンバータ制御装置。 The main booster circuit of the soft switching converter is
A main coil having one end connected to a terminal on the high potential side of the fuel cell;
A main switch for switching, with one end connected to the other end of the main coil and the other end connected to a terminal on the low potential side of the fuel cell;
A first diode having a cathode connected to the other end of the main coil;
A smoothing capacitor provided between the anode of the first diode and the other end of the main switch;
The auxiliary circuit is
A first series connection including a second diode and a snubber capacitor connected in parallel to the main switch and connected to the other end of the main coil and a terminal on the low potential side of the fuel cell;
3. A second series connection body including a third diode, an auxiliary coil, and the auxiliary switch connected between a connection portion of the second diode and the snubber capacitor and one end of the main coil. The converter control apparatus described in 1.
前記各相の補助回路を構成する補助コイルは、全相の補助回路について共通化されており、
前記補助回路を構成する補助コイルが通電した状態で、該補助コイルの通電状態を形成するためにオンしていた1つ以上の相の補助スイッチがオフした場合に、前記通電時と同一方向に電流を流し続けるためのフリーホイール回路を備えるコンバータ制御装置。 A control device for a multi-phase soft switching converter having an auxiliary circuit for controlling the output voltage of a fuel cell for each phase,
The auxiliary coil constituting the auxiliary circuit of each phase is common to the auxiliary circuits of all phases,
When the auxiliary coil constituting the auxiliary circuit is energized and one or more auxiliary switches that have been turned on to form the energized state of the auxiliary coil are turned off, the auxiliary coil is turned in the same direction as the energized state. A converter control device provided with a freewheel circuit for keeping current flowing.
前記補助回路の補助スイッチを構成する半導体素子のゲート抵抗値を可変にする抵抗制御回路を備え、
前記補助スイッチのーンオフ時のゲート抵抗値は、ターンオン時のゲート抵抗値よりも大きく、かつ、素子破壊抵抗閾値よりも大きい、コンバータの制御装置。 A control device for a soft switching converter having an auxiliary circuit for controlling an output voltage of a fuel cell,
Comprising a resistance control circuit for varying a gate resistance value of a semiconductor element constituting an auxiliary switch of the auxiliary circuit;
A control device for a converter, wherein a gate resistance value when the auxiliary switch is turned off is larger than a gate resistance value when the auxiliary switch is turned on and larger than an element breakdown resistance threshold value.
前記抵抗制御回路は、前記検知手段によって前記遷移が検知されたとき、前記半導体素子のゲート抵抗値を、設定された素子破壊抵抗閾値よりも大きな値に設定する、請求項5に記載のコンバータの制御装置。 A detecting means for detecting a transition from turn-on to turn-off of the auxiliary switch;
The converter according to claim 5, wherein the resistance control circuit sets a gate resistance value of the semiconductor element to a value larger than a set element breakdown resistance threshold when the transition is detected by the detection unit. Control device.
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