JP2011109815A - Power supply apparatus - Google Patents

Power supply apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2011109815A
JP2011109815A JP2009262509A JP2009262509A JP2011109815A JP 2011109815 A JP2011109815 A JP 2011109815A JP 2009262509 A JP2009262509 A JP 2009262509A JP 2009262509 A JP2009262509 A JP 2009262509A JP 2011109815 A JP2011109815 A JP 2011109815A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
converter
power supply
voltage
switching element
duty ratio
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.)
Withdrawn
Application number
JP2009262509A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinobu Sugiyama
義信 杉山
Kenji Itagaki
憲治 板垣
Wanleng Ang
遠齢 洪
Naomi Matsumoto
直美 松本
Yoshikazu Kataoka
義和 片岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2009262509A priority Critical patent/JP2011109815A/en
Publication of JP2011109815A publication Critical patent/JP2011109815A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply apparatus that can reduce ripple current over a wide operating range while assuring the control range of voltage conversion ratio. <P>SOLUTION: The power supply apparatus 100 includes a normal converter 110 and a polyphase converter 120 connected in parallel. The polyphase converter 120 has a plurality of chopper circuits 121-1 and 121-2 which are connected in parallel and operate at prescribed phase shifted (180 degrees) timings. The reactors L1 and L2 of the chopper circuits 121-1 and 121-2 are coupled magnetically. A control circuit 120 operates one converter having a relatively small current ripple selectively according to predetermined characteristics of ripple currents for the duty ratios of the normal converter 110 and polyphase converter 120 and based on the ratio of the voltage command value VHr of high voltage side voltage VH and the low voltage side voltage VL. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、電源装置に関し、より特定的には、直流電圧変換機能を有する電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device having a DC voltage conversion function.

従来より、直流電圧変換を行なうための電源装置の構成が種々提案されている。たとえば、モータ駆動装置において、低圧電源の出力を昇圧コンバータによって昇圧した直流電圧を、インバータによって交流電圧に変換してモータ駆動に用いる構成が、たとえば特開2004−112904号公報(特許文献1)に記載されている。特に、特許文献1には、リアクトルならびに、上下アームの電力用半導体スイッチング素子およびそれぞれの逆並列ダイオードを含む昇圧チョッパの構成および、当該昇圧チョッパにおいて、デッドタイムの影響を低減するために、リアクトルの電流範囲に応じてスイッチング周波数を低下させることが記載されている。   Conventionally, various configurations of power supply devices for performing DC voltage conversion have been proposed. For example, in a motor drive device, a configuration in which a DC voltage obtained by boosting the output of a low-voltage power supply by a boost converter is converted into an AC voltage by an inverter and used for motor driving is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-112904 (Patent Document 1). Are listed. In particular, Patent Document 1 discloses a reactor, a configuration of a boost chopper including power semiconductor switching elements of upper and lower arms and respective antiparallel diodes, and a reactor chopper in order to reduce the influence of dead time in the boost chopper. It is described that the switching frequency is lowered according to the current range.

また、昇圧コンバータの他の回路構成として、複数の並列接続されたコンバータを互いに位相をずらして動作する多相コンバータを、磁気結合型リアクトルを用いて構成することが、特開2006−262601号公報(特許文献2)および特開2003−304681号公報(特許文献3)に記載されている。特許文献2,3に記載された昇圧コンバータによれば、平滑コンデンサのリップル電流を低減することが可能である。   Further, as another circuit configuration of the boost converter, a multi-phase converter that operates a plurality of converters connected in parallel with their phases shifted from each other is configured using a magnetically coupled reactor. (Patent Document 2) and JP-A-2003-304681 (Patent Document 3). According to the boost converter described in Patent Documents 2 and 3, the ripple current of the smoothing capacitor can be reduced.

特開2004−112904号公報JP 2004-112904 A 特開2006−262601号公報JP 2006-262601 A 特開2003−304681号公報JP 2003-304681 A

昇圧チョッパでは、リアクトル電流をスイッチングするため、必然的に電流にリップル成分(以下、単に「リップル電流」とも称する)が生じる。リップル電流が大きくなると、コンバータに設けられた平滑コンデンサの発熱が大きくなったり、電力用半導体スイッチング素子の電流最大値が上昇したりするので、回路素子の寿命に悪影響を与える可能性がある。   In the step-up chopper, since the reactor current is switched, a ripple component (hereinafter also simply referred to as “ripple current”) is inevitably generated in the current. When the ripple current increases, the smoothing capacitor provided in the converter increases in heat generation and the maximum current value of the power semiconductor switching element increases, which may adversely affect the life of the circuit element.

しかしながら、特許文献1に記載された昇圧チョッパでは、昇圧比を大きくとったときにリップル電流が増大することが懸念されるが、かかる問題点については特に考慮されていない。   However, in the step-up chopper described in Patent Document 1, there is a concern that the ripple current increases when the step-up ratio is increased, but this problem is not particularly taken into consideration.

また、特許文献2,3に記載された磁気結合型リアクトルを用いた多相コンバータでは、特許文献1に記載された通常の昇圧チョッパとはリップル電流の特性が異なってくるものと予想される。ただし、特許文献2,3には、リップル電流が低下できることは記載されるものの、コンバータの動作領域に応じてリップル電流がどのように変化するかについては記載されていない。   Further, in the multiphase converter using the magnetically coupled reactor described in Patent Documents 2 and 3, it is expected that the ripple current characteristics are different from those of the normal boost chopper described in Patent Document 1. However, Patent Documents 2 and 3 describe that the ripple current can be reduced, but do not describe how the ripple current changes depending on the operation region of the converter.

上記の様に、昇圧コンバータのリップル電流特性は回路構成によって異なるため、負荷の動作範囲に対応させて電圧範囲を広く確保する必要がある用途では、広い電圧変換比(高圧側電圧/低圧側電圧)にわたって昇圧コンバータのリップル電流を抑制することが一般的に困難である。   As described above, the ripple current characteristics of the boost converter vary depending on the circuit configuration. Therefore, in applications that require a wide voltage range corresponding to the operating range of the load, a wide voltage conversion ratio (high voltage / low voltage) In general, it is difficult to suppress the ripple current of the boost converter.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、広い動作範囲(電圧変換比の範囲)を確保するとともに、リップル電流を抑制することが可能な電源装置を提供することである。   The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to ensure a wide operating range (range of voltage conversion ratio) and to suppress ripple current. Is to provide a simple power supply.

この発明による電源装置は、第1のコンバータ(110)と、第2のコンバータと、制御回路とを備える。第1のコンバータは、負荷に接続された電源配線と直流電源との間で直流電力変換を行なうために、少なくとも1個のスイッチング素子を含んで構成される。第2のコンバータは、直流電源および電源配線の間に第1のコンバータと並列に接続されて、少なくとも1個のスイッチング素子を含んで構成される。制御回路は、第1および第2のコンバータを制御するように構成される。そして、第1および第2のコンバータの各々は、スイッチング素子のオンオフ制御におけるデューティ比によって、直流電源の出力電圧に対する電源配線の電圧の比である電圧変換比が変化するように構成され、かつ、第1および第2のコンバータの間では、デューティ比に対するリップル電流特性が異なる。制御回路は、特性記憶部と、コンバータ選択部とを含む。特性記憶部は、予め求められたリップル電流特性に関する情報を記憶するように構成される。コンバータ選択部は、電源配線の電圧指令値と直流電源の出力電圧とに基づいて必要な電圧変換比を算出するとともに、特性記憶部に記憶された情報に従って、第1および第2のコンバータから、算出された電圧変換比においてリップル電流がより小さい一方のコンバータを選択的に動作させるように構成される。   The power supply device according to the present invention includes a first converter (110), a second converter, and a control circuit. The first converter includes at least one switching element in order to perform DC power conversion between a power supply wiring connected to a load and a DC power supply. The second converter is configured to include at least one switching element connected in parallel with the first converter between the DC power supply and the power supply wiring. The control circuit is configured to control the first and second converters. Each of the first and second converters is configured such that a voltage conversion ratio that is a ratio of the voltage of the power supply wiring to the output voltage of the DC power supply changes according to the duty ratio in the on / off control of the switching element, and The ripple current characteristics with respect to the duty ratio are different between the first and second converters. The control circuit includes a characteristic storage unit and a converter selection unit. The characteristic storage unit is configured to store information on the ripple current characteristic obtained in advance. The converter selection unit calculates a necessary voltage conversion ratio based on the voltage command value of the power supply wiring and the output voltage of the DC power supply, and from the first and second converters according to the information stored in the characteristic storage unit, One converter having a smaller ripple current at the calculated voltage conversion ratio is configured to selectively operate.

好ましくは、第1のコンバータは、第1のチョッパ回路を含む。第1のチョッパ回路は、制御回路によってオンオフ制御される少なくとも1個の第1のスイッチング素子と、第1のスイッチング素子によりスイッチングされた電流が通過するように配置された第1のリアクトルとを有する。第2のコンバータは、並列接続された複数の第2のチョッパ回路を含む。複数の第2のチョッパ回路の各々は、制御回路によってオンオフ制御される少なくとも1個の第2のスイッチング素子と、第2のスイッチング素子によりスイッチングされた電流が通過するように配置された第2のリアクトルとを有する。そして、各第2のチョッパ回路の第2のリアクトルは、互いに磁気的に結合するように配置され、複数の第2のチョッパ回路間で互いに所定位相ずつタイミングがずれるように、各第2のチョッパ回路の第2のスイッチング素子のオンオフは制御される。   Preferably, the first converter includes a first chopper circuit. The first chopper circuit has at least one first switching element that is controlled to be turned on and off by the control circuit, and a first reactor that is arranged so that a current switched by the first switching element passes therethrough. . The second converter includes a plurality of second chopper circuits connected in parallel. Each of the plurality of second chopper circuits includes at least one second switching element that is controlled to be turned on and off by the control circuit, and a second circuit that is arranged so that a current switched by the second switching element passes therethrough. And a reactor. The second reactors of the respective second chopper circuits are arranged so as to be magnetically coupled to each other, and the respective second chopper circuits are shifted in timing by a predetermined phase from each other among the plurality of second chopper circuits. On / off of the second switching element of the circuit is controlled.

さらに好ましくは、複数の第2のチョッパ回路のそれぞれの第2のリアクトルは、共通のコアの異なる部位に巻回されたコイル巻線をそれぞれ含む。   More preferably, each second reactor of the plurality of second chopper circuits includes coil windings wound around different portions of the common core.

また好ましくは、制御回路は、第1のコンバータ制御部および第2のコンバータ制御部をさらに含む。第1のコンバータ制御部は、第1のコンバータが選択されたときに、第2のコンバータのスイッチング素子をオフに固定する一方で、電源配線の電圧を電圧指令値に制御するために第1のコンバータのスイッチング素子のデューティ比を制御するように構成される。第2のコンバータ制御部は、第2のコンバータが選択されたときに、第1のコンバータのスイッチング素子をオフに固定する一方で、電源配線の電圧を電圧指令値に制御するために第2のコンバータのスイッチング素子のデューティ比を制御するように構成される。   Preferably, the control circuit further includes a first converter control unit and a second converter control unit. The first converter control unit fixes the switching element of the second converter to OFF when the first converter is selected, while controlling the voltage of the power supply wiring to the voltage command value. The duty ratio of the switching element of the converter is configured to be controlled. The second converter control unit fixes the switching element of the first converter to OFF when the second converter is selected, while controlling the voltage of the power supply wiring to the voltage command value. The duty ratio of the switching element of the converter is configured to be controlled.

あるいは好ましくは、電源装置は、直流電源および第1のコンバータの間に接続された第1の開閉器と、直流電源および第2のコンバータの間に接続された第2の開閉器とをさらに備える。そして、コンバータ選択部によって第1のコンバータが選択されると、第1の開閉器がオンする一方で、第2の開閉器はオフされ、コンバータ選択部によって第2のコンバータが選択されると、第2の開閉器がオンする一方で、第1の開閉器はオフされる。   Alternatively, preferably, the power supply device further includes a first switch connected between the DC power supply and the first converter, and a second switch connected between the DC power supply and the second converter. . When the first converter is selected by the converter selection unit, the first switch is turned on, while the second switch is turned off. When the second converter is selected by the converter selection unit, While the second switch is turned on, the first switch is turned off.

好ましくは、特性記憶部は、第1および第2のコンバータのそれぞれにおける、デューティ比に対する電流リップルの特性を記憶する。そして、コンバータ選択部は、算出した電圧変換比を実現するための第1および第2のンバータの各々におけるデューティ比を算出とともに、算出されたデューティ比における、第1および第2のコンバータの電流リップルの比較に基づいて、一方のコンバータを選択する。   Preferably, the characteristic storage unit stores a characteristic of current ripple with respect to the duty ratio in each of the first and second converters. Then, the converter selection unit calculates a duty ratio in each of the first and second inverters for realizing the calculated voltage conversion ratio, and current ripples of the first and second converters in the calculated duty ratio. Based on the comparison, one converter is selected.

この発明によれば、広い動作範囲(電圧変換比の範囲)を確保するとともに、リップル電流を広い動作範囲にわたって抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to secure a wide operating range (voltage conversion ratio range) and to suppress the ripple current over a wide operating range.

本発明の実施の形態による電源装置の構成を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structure of the power supply device by embodiment of this invention. 磁気結合型リアクトルの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a magnetic coupling type reactor. デューティ比に対するリップル電流の特性を比較するグラフである。It is a graph which compares the characteristic of the ripple current with respect to a duty ratio. 本発明の実施の形態による電源装置の制御構成を説明する機能ブロック図である。It is a functional block diagram explaining the control structure of the power supply device by embodiment of this invention. 通常コンバータを選択したときのスイッチング制御を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining switching control when a normal converter is selected. 多相コンバータを選択したときのスイッチング制御を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining switching control when a multiphase converter is selected. 本発明の実施の形態による電源装置の制御処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control processing of the power supply device by embodiment of this invention.

以下に、この発明の実施の形態で図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さないものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の実施の形態による電源装置の構成を説明する回路図である。
図1を参照して、本発明の実施の形態による電源装置100は、平滑コンデンサC0,C1と、リレーRL0,RL1と、通常の昇圧チョッパ型のコンバータ110(以下、「通常コンバータ」とも称する)と、磁気結合型リアクトルを含んで構成された多相コンバータ120とを備える。電源装置100は、負荷220と接続された電源配線PLおよび直流電源B1の間で、直流電力変換を行なう。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, power supply apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes smoothing capacitors C0 and C1, relays RL0 and RL1, and a normal boost chopper type converter 110 (hereinafter also referred to as “normal converter”). And a multiphase converter 120 configured to include a magnetically coupled reactor. Power supply device 100 performs DC power conversion between power supply wiring PL connected to load 220 and DC power supply B1.

直流電源B1は、直流電圧を出力する。直流電源B1は、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。   The DC power supply B1 outputs a DC voltage. The DC power supply B1 is typically composed of a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion.

平滑コンデンサC0は、直流電源B1の正極と電気的に接続されるノードNaと接地配線GLとの間に接続される。平滑コンデンサC0は、電源装置100の低圧側電圧VLに相当する直流電源B1の出力電圧を平滑する。   Smoothing capacitor C0 is connected between node Na electrically connected to the positive electrode of DC power supply B1 and ground wiring GL. Smoothing capacitor C0 smoothes the output voltage of DC power supply B1 corresponding to low-voltage side voltage VL of power supply device 100.

平滑コンデンサC1は、電源配線PLおよび接地配線GLの間に接続されて、電源装置100の高圧側電圧VHを平滑する。負荷200は、電源配線PLおよび接地配線GLと接続される。   Smoothing capacitor C1 is connected between power supply line PL and ground line GL, and smoothes high-voltage side voltage VH of power supply device 100. Load 200 is connected to power supply line PL and ground line GL.

負荷200としては、たとえばインバータ回路を介して駆動される交流電動機が適用される。そして、エンジン出力および/または電動機出力によって走行するハイブリッド自動車や電動機出力のみによって走行する電気自動車等への適用が、本発明の実施の形態によるDC−DCコンバータの代表的な適用例として挙げられる。この場合には、たとえば直流電源B1の出力電圧(電圧VL)が200V程度とされる一方で、負荷200へ供給すべき電圧VHが200V〜650V程度とされる。   As load 200, for example, an AC motor driven through an inverter circuit is applied. Application to a hybrid vehicle that travels by engine output and / or motor output, an electric vehicle that travels only by motor output, and the like can be given as typical application examples of the DC-DC converter according to the embodiment of the present invention. In this case, for example, the output voltage (voltage VL) of the DC power supply B1 is set to about 200V, while the voltage VH to be supplied to the load 200 is set to about 200V to 650V.

通常コンバータ110および多相コンバータ120は、電源配線PLおよび接地配線GLの間に互いに並列に接続されて、各々が、電源配線PLおよび直流電源B1の間で直流電力変換を行なうように構成される。   Normal converter 110 and multiphase converter 120 are connected in parallel with each other between power supply line PL and ground line GL, and each is configured to perform DC power conversion between power supply line PL and DC power supply B1. .

リレーRL0は、ノードNaおよび通常コンバータ110の間に配置され、リレーRL1は、ノードNaおよび多相コンバータ120の間に配置される。各リレーRL0,RL1のオンオフは、制御回路210によって制御される。リレーRL0,RL1は、「開閉器」の代表例として示される。すなわち、電流経路の遮断および形成を制御回路120により制御可能な素子であれば、リレーRL0,RL1に代えて任意の素子を用いることが可能である。   Relay RL0 is arranged between node Na and normal converter 110, and relay RL1 is arranged between node Na and multiphase converter 120. On / off of each of the relays RL0 and RL1 is controlled by the control circuit 210. Relays RL0 and RL1 are shown as representative examples of “switches”. That is, any element can be used in place of relays RL0 and RL1 as long as it is an element that can be controlled by control circuit 120 to interrupt and form the current path.

通常コンバータ110は、チョッパ回路により構成される。具体的には、通常コンバータ110は、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)Q01およびQ02と、ダイオードD01およびD02と、リアクトルL0とを含む。スイッチング素子Q01およびQ02は、電源配線PLおよび接地配線GLの間に直列接続される。リアクトルL0は、スイッチング素子Q01およびQ02の接続ノードであるノードN0と、リレーRL0との間に電気的に接続される。ダイオードD01およびD02は、スイッチング素子Q11およびQ12に対してそれぞれ逆並列に接続される。   The normal converter 110 is configured by a chopper circuit. Specifically, normal converter 110 includes power semiconductor switching elements (hereinafter simply referred to as “switching elements”) Q01 and Q02, diodes D01 and D02, and a reactor L0. Switching elements Q01 and Q02 are connected in series between power supply line PL and ground line GL. Reactor L0 is electrically connected between node N0, which is a connection node of switching elements Q01 and Q02, and relay RL0. Diodes D01 and D02 are connected in antiparallel to switching elements Q11 and Q12, respectively.

スイッチング素子として、本実施の形態ではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例示するが、制御電極(ゲートあるいはベース)の駆動制御によってターンオンおよびターンオフを制御可能なスイッチング素子であれば、電圧駆動型のスイッチング素子(MOS−FET、IGBT等)や電流駆動型のスイッチング素子(バイポーラトランジスタ等)、各種のスイッチング素子を任意に適用可能である。   In this embodiment, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is exemplified as the switching element. However, as long as the switching element can control turn-on and turn-off by driving control of a control electrode (gate or base), voltage-driven switching is possible. Elements (MOS-FET, IGBT, etc.), current-driven switching elements (bipolar transistors, etc.), and various switching elements can be arbitrarily applied.

多相コンバータ120は、並列接続された複数のチョッパ回路121−1,121−2を有する。チョッパ回路121−1,121−2は、通常コンバータ110を構成するチョッパ回路と同様の構成を有するが、リアクトルL1およびL2は、互いに磁気的に結合するように配置される点が、通常コンバータ110と異なる。すなわち、多相コンバータ120は、磁気結合型リアクトルを含む多相コンバータである。   Multiphase converter 120 has a plurality of chopper circuits 121-1 and 121-2 connected in parallel. The chopper circuits 121-1 and 121-2 have the same configuration as the chopper circuit constituting the normal converter 110, except that the reactors L <b> 1 and L <b> 2 are arranged so as to be magnetically coupled to each other. And different. That is, multiphase converter 120 is a multiphase converter including a magnetically coupled reactor.

具体的には、チョッパ回路121−1は、スイッチング素子Q11およびQ12と、ダイオードD11およびD12と、リアクトルL1とを含む。スイッチング素子Q11およびQ12は、電源配線PLおよび接地配線GLの間に直列接続される。リアクトルL1は、スイッチング素子Q11およびQ12の接続ノードであるノードN1と、直流電源B1との間に電気的に接続される。ダイオードD11およびD12は、スイッチング素子Q11およびQ12に対してそれぞれ逆並列に接続される。   Specifically, chopper circuit 121-1 includes switching elements Q11 and Q12, diodes D11 and D12, and a reactor L1. Switching elements Q11 and Q12 are connected in series between power supply line PL and ground line GL. Reactor L1 is electrically connected between node N1, which is a connection node of switching elements Q11 and Q12, and DC power supply B1. Diodes D11 and D12 are connected in antiparallel to switching elements Q11 and Q12, respectively.

同様に、チョッパ回路121−2は、チョッパ回路121−1と同様に構成され、スイッチング素子Q21およびQ22と、ダイオードD21およびD22と、リアクトルL2とを含む。リアクトルL2は、スイッチング素子Q21およびQ22の接続ノードであるノードN2と、直流電源B1の間に電気的に接続される。   Similarly, chopper circuit 121-2 is configured similarly to chopper circuit 121-1, and includes switching elements Q21 and Q22, diodes D21 and D22, and a reactor L2. Reactor L2 is electrically connected between a node N2, which is a connection node of switching elements Q21 and Q22, and DC power supply B1.

図1の構成において、通常コンバータ110は、「第1のコンバータ」および「第1のチョッパ回路」に対応し、多相コンバータ120は、「第2のコンバータ」に対応する。
そして、チョッパ回路121−1,121−2は、「複数の第2のチョッパ回路」に対応する。また、リアクトルL0は「第1のリアクトル」に対応し、リアクトルL1,L2は「第2のリアクトル」に対応する。さらに、リレーRL0は「第1の開閉器」に対応し、リレーRL1は「第2の開閉器」に対応する。
In the configuration of FIG. 1, the normal converter 110 corresponds to a “first converter” and a “first chopper circuit”, and the multiphase converter 120 corresponds to a “second converter”.
The chopper circuits 121-1 and 121-2 correspond to “a plurality of second chopper circuits”. Reactor L0 corresponds to “first reactor”, and reactors L1 and L2 correspond to “second reactor”. Further, the relay RL0 corresponds to a “first switch”, and the relay RL1 corresponds to a “second switch”.

上述のように、リアクトルL1およびL2は、磁気結合型リアクトルを構成するように設けられる。図2には、磁気結合型リアクトルの構成例が示される。   As described above, reactors L1 and L2 are provided to constitute a magnetically coupled reactor. FIG. 2 shows a configuration example of a magnetically coupled reactor.

図2を参照して、磁気結合型リアクトルは、コア250と、コア250に巻回されたコイル巻線241,242とを含む。コア250は、外脚部251a,251bと、ギャップ253を挟んで対向するように配置された中央脚部252とを含む。   Referring to FIG. 2, the magnetically coupled reactor includes a core 250 and coil windings 241 and 242 wound around the core 250. The core 250 includes outer leg portions 251a and 251b and a central leg portion 252 arranged so as to face each other with the gap 253 interposed therebetween.

リアクトルL1を構成するコイル巻線241は、外脚部251aに巻回される。リアクトルL2を構成するコイル巻線242は、外脚部251bに巻回される。ここで、外脚部251aおよび251bの断面積をS1とし長さをLN1とすると、外脚部251a,251bの磁気抵抗R1は下記(1)式で示される。同様に、中央脚部252の断面積をS2、長さをLN2とし、ギャップ長をdとすると、中央脚部252の磁気抵抗R2は下記(2)式によって示される。なお、(1),(2)式において、μはコア250の透磁率を示し、μ0はギャップにおける空気中の透磁率を示す。   The coil winding 241 constituting the reactor L1 is wound around the outer leg portion 251a. The coil winding 242 constituting the reactor L2 is wound around the outer leg portion 251b. Here, when the cross-sectional area of the outer legs 251a and 251b is S1 and the length is LN1, the magnetic resistance R1 of the outer legs 251a and 251b is expressed by the following equation (1). Similarly, when the cross-sectional area of the center leg 252 is S2, the length is LN2, and the gap length is d, the magnetic resistance R2 of the center leg 252 is expressed by the following equation (2). In the equations (1) and (2), μ represents the magnetic permeability of the core 250, and μ0 represents the magnetic permeability in the air in the gap.

R1≒(1/μ)・(LN1/S1) …(1)
R2≒(1/μ)・2・(LN2/S2)+1/μ0・(d/S2) …(2)
本実施の形態では、磁気結合型リアクトルの定数S1,LN1,S2,LN2,dは、(1),(2)式によるR2>>R1となるように設定される。
R1≈ (1 / μ) · (LN1 / S1) (1)
R2≈ (1 / μ) · 2 · (LN2 / S2) + 1 / μ0 · (d / S2) (2)
In the present embodiment, the constants S1, LN1, S2, LN2, and d of the magnetically coupled reactor are set so that R2 >> R1 according to the expressions (1) and (2).

このように設定することにより、コイル巻線241の通過電流によって生じた磁束の殆どがコイル巻線242と鎖交するとともに、コイル巻線242の通過電流によって生じた磁束の殆どがコイル巻線241と鎖交するようになる。この結果、図1において、リアクトルL1およびL2でそれぞれ生じた起電力の反対方向の逆起電力が、リアクトルL2およびL1にそれぞれ発生するようになる。   By setting in this way, most of the magnetic flux generated by the passing current of the coil winding 241 is linked to the coil winding 242 and most of the magnetic flux generated by the passing current of the coil winding 242 is almost all the coil winding 241. And become interlinked. As a result, in FIG. 1, counter electromotive forces in the opposite directions to the electromotive forces generated in reactors L1 and L2, respectively, are generated in reactors L2 and L1, respectively.

なお、コア250の形状については、図2の例に限定されるものではなく、図1に記載した等価回路を構成可能である限り、任意とすることができる。たとえば、特開2003−304681号公報(特許文献3)の図5,6等に示される形状を用いてもよい。   The shape of the core 250 is not limited to the example of FIG. 2 and can be arbitrarily set as long as the equivalent circuit described in FIG. 1 can be configured. For example, you may use the shape shown by FIG.5, 6 etc. of Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-304681 (patent document 3).

電圧センサ20は、直流電源B1の出力電圧に相当する、多相コンバータ120の低圧側の直流電圧VLを検出する。電圧センサ22は、電源配線PLの電圧、すなわち、多相コンバータ120の高圧側の直流電圧VHを検出する。電圧センサ20,22による検出値VL,VHは、制御回路210へ入力される。   Voltage sensor 20 detects DC voltage VL on the low voltage side of multiphase converter 120, which corresponds to the output voltage of DC power supply B1. Voltage sensor 22 detects the voltage of power supply line PL, that is, DC voltage VH on the high voltage side of multiphase converter 120. Detection values VL and VH detected by the voltage sensors 20 and 22 are input to the control circuit 210.

制御回路210は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、所定の演算処理を実行するように構成される。あるいは、ECUの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。   The control circuit 210 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) with a built-in memory, and performs predetermined arithmetic processing based on a map and a program stored in the memory. Configured to run. Alternatively, at least a part of the ECU may be configured to execute predetermined numerical / logical operation processing by hardware such as an electronic circuit.

制御回路210は、上述した各センサによる検出値に基づいて、電源配線PLの直流電圧VHを電圧指令値VHrと一致させるように、通常コンバータ110のスイッチング素子Q01,Q02のオンオフを制御する信号PWM0と、多相コンバータ120のスイッチング素子Q11,Q12,Q21,Q22のオンオフを制御するための信号PWM1,PWM2とを生成する。   Control circuit 210 is a signal PWM0 that controls on / off of switching elements Q01 and Q02 of normal converter 110 so that DC voltage VH of power supply line PL matches voltage command value VHr based on the detection values of the respective sensors described above. And signals PWM1 and PWM2 for controlling on / off of switching elements Q11, Q12, Q21, and Q22 of multiphase converter 120 are generated.

通常コンバータ110、チョッパ回路121−1および121−2の各々は、下アームのスイッチング素子Q02,Q12,Q22をオンオフさせることにより、スイッチングされた電流をリアクトルL0,L1,L2に通過させることによって、上アームのダイオードD01,D11,D21による電流経路を用いて、低圧側の直流電圧VLを昇圧した直流電圧VHを電源配線PLに発生することができる。   Each of normal converter 110 and chopper circuits 121-1 and 121-2 causes switching currents to pass through reactors L 0, L 1, and L 2 by turning on and off switching elements Q 02, Q 12, and Q 22 in the lower arm. A DC voltage VH obtained by boosting the DC voltage VL on the low voltage side can be generated in the power supply wiring PL using the current path formed by the upper arm diodes D01, D11, and D21.

反対に、通常コンバータ110、チョッパ回路121−1および121−2の各々は、上アームのスイッチング素子Q01,Q11,Q21をオンオフさせることにより、スイッチングされた電流をリアクトルL0,L1,L2に通過させることによって、下アームのダイオードD02,D12,D22による電流経路によって、高圧側の直流電圧VHを降圧した直流電圧VLにより直流電源B1を充電することができる(回生時)。   Conversely, normal converter 110 and chopper circuits 121-1 and 121-2 each turn on and off switching elements Q01, Q11, and Q21 of the upper arm to pass the switched current to reactors L0, L1, and L2. As a result, the DC power supply B1 can be charged by the DC voltage VL obtained by stepping down the DC voltage VH on the high voltage side through the current path formed by the lower arm diodes D02, D12, D22 (during regeneration).

通常コンバータ110、チョッパ回路121−1および121−2の各々では、力行時には上アームのスイッチング素子Q01,Q11,Q21はオフ固定することも可能であり、回生時には下アームのスイッチング素子Q02,Q12,Q22をオフ固定することも可能である。ただし、電流方向によって制御を切替えることなく回生および力行に連続的に対応するために、各スイッチング周期内で、上アームのスイッチング素子Q11,Q21および下アームのスイッチング素子Q02,Q12,Q22を相補的にオンオフさせてもよい。   In each of normal converter 110 and chopper circuits 121-1 and 121-2, switching elements Q 01, Q 11, and Q 21 of the upper arm can be fixed off during power running, and switching elements Q 02, Q 12, Q of the lower arm can be fixed during regeneration. It is also possible to fix Q22 off. However, the upper arm switching elements Q11 and Q21 and the lower arm switching elements Q02, Q12, and Q22 are complementary in each switching period in order to continuously cope with regeneration and power running without switching control depending on the current direction. May be turned on and off.

以下、本実施の形態では、スイッチング周期に対する下アームのスイッチング素子のオン期間の比率をデューティ比DTと定義することとする。   Hereinafter, in the present embodiment, the ratio of the ON period of the switching element of the lower arm to the switching cycle is defined as the duty ratio DT.

このデューティ比DTと、通常コンバータ110、チョッパ回路121−1および121−2の各々での電圧変換との関係は、下記(3)式によって示される。(3)式を変形することにより、高圧側の電圧VHは、(4)式によって示される。   The relationship between the duty ratio DT and voltage conversion in each of the normal converter 110 and the chopper circuits 121-1 and 121-2 is expressed by the following equation (3). By modifying equation (3), voltage VH on the high voltage side is expressed by equation (4).

DT=1.0−(VL/VH) ・・・(3)
VH=VL/(1.0−VL) ・・・(4)
(3),(4)式より、下アームのスイッチング素子Q02,Q12,Q22がオフに固定(DT=0.0)されるとVH=VLとなり、デューティ比DTを上昇させるのに従って電圧VHが上昇することが理解される。すなわち、制御回路210は、通常コンバータ110、チョッパ回路121−1および121−2の各々について、デューティ比DTの制御により、電源配線PLの電圧VHを制御することができる。
DT = 1.0− (VL / VH) (3)
VH = VL / (1.0-VL) (4)
From the equations (3) and (4), when the lower arm switching elements Q02, Q12, and Q22 are fixed off (DT = 0.0), VH = VL, and the voltage VH increases as the duty ratio DT increases. It is understood that it rises. That is, control circuit 210 can control voltage VH of power supply line PL for each of normal converter 110 and chopper circuits 121-1 and 121-2 by controlling duty ratio DT.

多相コンバータ120を構成する2個のチョッパ回路121−1,121−2は、180(360/2)度、すなわちスイッチング周期に対して半周期分、位相をずらして動作する。したがって、信号PWM1およびPWM2の位相は、180度ずれている。   The two chopper circuits 121-1 and 121-2 constituting the multiphase converter 120 operate with a phase difference of 180 (360/2) degrees, that is, a half cycle with respect to the switching cycle. Therefore, the phases of signals PWM1 and PWM2 are shifted by 180 degrees.

さらに、多相コンバータ120では、磁気結合型リアクトルL1,L2によって、チョッパ回路121−1,121−2間で、リアクトル電流I1,I2のリップル成分の影響が互いに打ち消し合うように作用する。したがって、通常コンバータ110と多相コンバータ120との間では、図3に示す様に、デューティ比に対するリップル電流の特性が異なってくる。   Furthermore, in multiphase converter 120, magnetically coupled reactors L1 and L2 act so that the influences of the ripple components of reactor currents I1 and I2 cancel each other between chopper circuits 121-1 and 121-2. Therefore, the characteristics of the ripple current with respect to the duty ratio differ between the normal converter 110 and the multiphase converter 120 as shown in FIG.

図3を参照して、特性線260は、通常コンバータ110における、デューティ比に対するリップル電流の特性をプロットしたものに相当する。通常の昇圧チョッパであるコンバータ110では、下アームのスイッチング素子Q02のオン期間が長くなるほど、リアクトルL0への蓄積エネルギおよび、下アームのスイッチング素子オフ時の電流変化が大きなものとなるので、デューティ比の上昇に応じてリップル電流が単調に増大する。   Referring to FIG. 3, characteristic line 260 corresponds to a plot of ripple current characteristics versus duty ratio in normal converter 110. In converter 110 that is a normal step-up chopper, the longer the ON period of switching element Q02 in the lower arm, the greater the accumulated energy in reactor L0 and the current change when switching element in the lower arm is OFF. The ripple current increases monotonously with the increase of.

これに対して、磁気結合型リアクトルを備えた多相コンバータ120では、リアクトルL1,L2間で逆方向に起電力が作用し合うので、180度位相がずれたチョッパ回路121−1,121−2間で、下アームのスイッチング素子Q12およびQ22が相補にオンオフする状況で、リップル電流の抑制効果が最大となる。すなわち、多相コンバータ120のデューティ比に対するリップル電流の特性を示す特性線270では、特定のデューティ比(図1の多相コンバータ120ではDT=0.5)に、リップル電流の極小点が存在する。また、DT=0に近い領域では、電流のスイッチングが殆ど行われないため、リップル電流も当然小さくなる。   On the other hand, in the multiphase converter 120 provided with the magnetic coupling type reactor, since the electromotive force acts in the reverse direction between the reactors L1 and L2, the chopper circuits 121-1 and 121-2 are shifted in phase by 180 degrees. In the meantime, in the situation where the switching elements Q12 and Q22 of the lower arm are complementarily turned on / off, the ripple current suppressing effect is maximized. That is, in characteristic line 270 indicating the characteristic of ripple current with respect to the duty ratio of multiphase converter 120, there is a minimum point of ripple current at a specific duty ratio (DT = 0.5 in multiphase converter 120 of FIG. 1). . Also, in the region close to DT = 0, current switching is hardly performed, so that the ripple current naturally becomes small.

この結果、特定のデューティ比範囲(図3のD1<DT<D2)では、多相コンバータ120の方が通常コンバータ110よりもリップル電流が小さくなる。   As a result, in the specific duty ratio range (D1 <DT <D2 in FIG. 3), the polyphase converter 120 has a smaller ripple current than the normal converter 110.

この反面、多相コンバータ120は、上記以外のデューティ比範囲では、リアクトル間の相互作用によって却ってリップル電流が大きくなってしまうため、広い電圧範囲で使用したときに問題が生じる。   On the other hand, the multiphase converter 120 has a problem when it is used in a wide voltage range because the ripple current becomes larger due to the interaction between the reactors in the duty ratio range other than the above.

この様に、通常コンバータ110および多相コンバータ120の間では、デューティ比に対するリップル電流特性が異なるため、各デューティ比に対して、通常コンバータ110でのリップル電流I1と、多相コンバータ120でのリップル電流I2とが異なる。そして、通常コンバータ110を用いた方がリップル電流が小さくなる(I2>I1)デューティ比領域と、多相コンバータ120を用いた方がリップル電流が小さくなる(I1>I2)デューティ比領域とが存在することが理解される。   As described above, since the ripple current characteristics with respect to the duty ratio are different between the normal converter 110 and the multiphase converter 120, the ripple current I1 in the normal converter 110 and the ripple in the multiphase converter 120 are different for each duty ratio. The current I2 is different. Further, there is a duty ratio region in which the ripple current is smaller when using the normal converter 110 (I2> I1) and a duty ratio region where the ripple current is smaller when using the multiphase converter 120 (I1> I2). To be understood.

図4は、本発明の実施の形態による電源装置の制御構成を説明する機能ブロック図である。図4に示した各ブロックによる機能は、制御回路210によるソフトウェア処理によって実現してもよく、当該機能を実現する電子回路(ハードウェア)を制御回路210に構成することによって実現してもよい。   FIG. 4 is a functional block diagram illustrating a control configuration of the power supply device according to the embodiment of the present invention. 4 may be realized by software processing by the control circuit 210, or may be realized by configuring the control circuit 210 with an electronic circuit (hardware) that realizes the function.

図4を参照して、制御回路210は、コンバータ選択部300と、リップル特性記憶部310と、通常コンバータ制御部320と、多相コンバータ制御部330とを含む。   Referring to FIG. 4, control circuit 210 includes a converter selection unit 300, a ripple characteristic storage unit 310, a normal converter control unit 320, and a multiphase converter control unit 330.

リップル特性記憶部310には、図3に示したデューティ比に対するリップル電流特性を示す情報が記憶される。具体的には、解析や動作実験等によって予め求められた特性線260,270(図3)に従って、各デューティ比に対応して、通常コンバータ110のリップル電流I1および多相コンバータ120のリップル電流I2がマップ化されて記憶されている。   The ripple characteristic storage unit 310 stores information indicating the ripple current characteristic with respect to the duty ratio shown in FIG. Specifically, according to the characteristic lines 260 and 270 (FIG. 3) obtained in advance by analysis, operation experiment, etc., the ripple current I1 of the normal converter 110 and the ripple current I2 of the multiphase converter 120 corresponding to each duty ratio. Are mapped and stored.

コンバータ選択部300は、電源装置100の電圧指令値VHrと低圧側の電圧VLとに基づいて、必要な電圧変換比(VHr/VL)を算出するとともに、この電圧変換比の逆数を上記(3)式に代入することによって、対応のデューティ比を算出する。   The converter selection unit 300 calculates a necessary voltage conversion ratio (VHr / VL) based on the voltage command value VHr of the power supply device 100 and the low voltage VL, and sets the reciprocal of the voltage conversion ratio to the above (3 The corresponding duty ratio is calculated by substituting it into the formula.

そして、コンバータ選択部300は、このように算出したデューティ比におけるリップル電流I1,I2を、リップル特性記憶部310から読出す。さらに、コンバータ選択部300は、想定されるデューティ比において、よりリップル電流が低い一方のコンバータを選択する。すなわち、I1>I2のときには多相コンバータ120が選択される一方で、I2>I1のときには、通常コンバータ110が選択される。   Then, converter selection unit 300 reads ripple currents I 1 and I 2 at the duty ratio thus calculated from ripple characteristic storage unit 310. Furthermore, converter selection unit 300 selects one converter having a lower ripple current at the assumed duty ratio. That is, when I1> I2, multiphase converter 120 is selected, while when I2> I1, normal converter 110 is selected.

コンバータ選択部300が通常コンバータ110を選択したときには、通常コンバータ制御部320が、図5に示すように、信号PWM0,PWM1,PWM2を生成する。   When converter selection unit 300 selects normal converter 110, normal converter control unit 320 generates signals PWM0, PWM1, and PWM2, as shown in FIG.

図5を参照して、通常コンバータ制御部320は、電圧指令値VHrと電圧センサによって検出された電圧VHおよび/またはVLに基づいて、通常コンバータ110のデューティ比を制御する。たとえば、電圧指令値VHrおよび電圧VLによって決定される理論上の電圧変換比に対応するデューティ比を、電圧指令値VHrに対する電圧VHの偏差によって修正することによって、通常コンバータ110のデューティ比が設定される。   Referring to FIG. 5, normal converter control unit 320 controls the duty ratio of normal converter 110 based on voltage command value VHr and voltages VH and / or VL detected by the voltage sensor. For example, the duty ratio of normal converter 110 is set by correcting the duty ratio corresponding to the theoretical voltage conversion ratio determined by voltage command value VHr and voltage VL by the deviation of voltage VH from voltage command value VHr. The

通常コンバータ制御部320は、このようにして設定したデューティ比に従って通常コンバータ110のスイッチング素子Q01およびQ02をオンオフ制御するように信号PWM0を生成する。一方、通常コンバータ制御部320は、多相コンバータ120のスイッチング素子Q11,Q12,Q21,Q22についてはオフ固定するように、信号PWM1,PWM2を生成する。   Normal converter control unit 320 generates signal PWM0 so as to on / off control switching elements Q01 and Q02 of normal converter 110 according to the duty ratio set in this way. On the other hand, normal converter control unit 320 generates signals PWM1 and PWM2 so that switching elements Q11, Q12, Q21, and Q22 of multiphase converter 120 are fixed off.

さらに、通常コンバータ制御部320は、リレーRL0をオンする一方で、リレーRL1をオフする。これにより、通常コンバータ110の選択時には、直流電源B1および多相コンバータ120の間での電流入出力を遮断できる。   Further, normal converter control unit 320 turns on relay RL0 while turning on relay RL0. Thereby, when normal converter 110 is selected, current input / output between DC power supply B1 and multiphase converter 120 can be cut off.

これに対して、コンバータ選択部300が多相コンバータ120を選択したときには、多相コンバータ制御部330が、図6に示すように、信号PWM0,PWM1,PWM2を生成する。   On the other hand, when converter selection unit 300 selects multiphase converter 120, multiphase converter control unit 330 generates signals PWM0, PWM1, and PWM2, as shown in FIG.

図6を参照して、多相コンバータ制御部330は、電圧指令値VHrと電圧センサによって検出された電圧VHおよび/またはVLに基づいて、多相コンバータ120のデューティ比を制御する。そして、制御されたデューティ比に従って、かつ、チョッパ回路121−1,121−2の間で位相が180度(スイッチング周期の半周期)ずれるように、信号PWM1,PWM2を生成する。一方、多相コンバータ制御部330は、通常コンバータ110のスイッチング素子Q01,Q02についてはオフ固定するように、信号PWM0を生成する。   Referring to FIG. 6, multiphase converter control unit 330 controls the duty ratio of multiphase converter 120 based on voltage command value VHr and voltages VH and / or VL detected by the voltage sensor. Then, the signals PWM1 and PWM2 are generated in accordance with the controlled duty ratio and so that the phase is shifted by 180 degrees (half the switching period) between the chopper circuits 121-1 and 121-2. On the other hand, multiphase converter control unit 330 generates signal PWM0 so that switching elements Q01 and Q02 of normal converter 110 are fixed off.

多相コンバータ120でのデューティ比については、電圧情報(電圧指令値VHrならびに、電圧VLおよび/またはVH)のみに基づいて、チョッパ回路121−1,121−2の間で共通に制御してもよい。たとえば、通常コンバータ110と同様の制御により、チョッパ回路121−1,121−2の各々のデューティ比を共通値に設定することができる。あるいは、リアクトル電流I1,I2を検出するための電流センサ(図示せず)を配置することによって、チョッパ回路121−1,121−2のそれぞれにおいて、独立にリアクトル電流制御を行なうように、多相コンバータ120のデューティ比を制御してもよい。この場合には、電圧指令値VHrおよび電圧VHの偏差に応じてリアクトル電流制御の指令値を調整することにより、電源配線PLの電圧VHを制御することが可能である。   The duty ratio in polyphase converter 120 may be controlled in common between chopper circuits 121-1 and 121-2 based only on voltage information (voltage command value VHr and voltages VL and / or VH). Good. For example, the duty ratio of each of the chopper circuits 121-1 and 121-2 can be set to a common value by the same control as the normal converter 110. Alternatively, by arranging a current sensor (not shown) for detecting the reactor currents I1 and I2, the chopper circuits 121-1 and 121-2 are configured so as to perform the reactor current control independently. The duty ratio of converter 120 may be controlled. In this case, voltage VH of power supply wiring PL can be controlled by adjusting the command value for reactor current control in accordance with the deviation between voltage command value VHr and voltage VH.

さらに、多相コンバータ制御部330は、リレーRL1をオンする一方で、リレーRL0をオフする。これにより、多相コンバータ120の選択時には、通常コンバータ110および直流電源B1の間の電流入出力を遮断できる。   Furthermore, multiphase converter control unit 330 turns on relay RL0 while turning on relay RL1. Thereby, when the multiphase converter 120 is selected, current input / output between the normal converter 110 and the DC power supply B1 can be cut off.

図4の構成において、通常コンバータ制御部320は「第1のコンバータ制御部」に対応し、多相コンバータ制御部330は「第2のコンバータ制御部」に対応する。   In the configuration of FIG. 4, the normal converter control unit 320 corresponds to a “first converter control unit”, and the multiphase converter control unit 330 corresponds to a “second converter control unit”.

図7は、図4に示した制御構成を実現するための、制御回路210による一連の制御処理を説明するフローチャートである。フローチャートの各ステップは、基本的には制御回路210によるソフトウェア処理によって実現されるが、ハードウェア処理によって実現されてもよい。図7に示す制御処理は、所定周期で起動される。   FIG. 7 is a flowchart for explaining a series of control processes by the control circuit 210 for realizing the control configuration shown in FIG. Each step of the flowchart is basically realized by software processing by the control circuit 210, but may be realized by hardware processing. The control process shown in FIG. 7 is started at a predetermined cycle.

図7を参照して、制御回路210は、ステップS100により、電圧指令値VHrおよび電圧センサ20によって検出された電圧VLを取得する。そして、制御回路210は、
ステップS110では、電圧変換比VHr/VLに対応するデューティ比を(3)式に従って算出する。
Referring to FIG. 7, control circuit 210 obtains voltage command value VHr and voltage VL detected by voltage sensor 20 in step S100. Then, the control circuit 210
In step S110, a duty ratio corresponding to the voltage conversion ratio VHr / VL is calculated according to equation (3).

さらに、制御回路210は、ステップS120では、換算したデューティ比に基づく、リップル電流特性を読出すことによって、当該デューティ比における通常コンバータ110でのリップル電流I1および多相コンバータ120でのリップル電流I2を求める。そして、制御回路210は、ステップS130では、I1>I2であるか否かを判定することによって、リップル電流I1およびI2を比較する。そして、I1>I2のとき(S130のYES判定時)には、制御回路210は、ステップS140に処理を進めて、制御回路210は、通常コンバータ110のスイッチングを停止する。これに合わせて、リレーRL0をオフするように制御してもよい。   Further, in step S120, control circuit 210 reads ripple current characteristics based on the converted duty ratio to obtain ripple current I1 in normal converter 110 and ripple current I2 in multiphase converter 120 at the duty ratio. Ask. In step S130, the control circuit 210 compares the ripple currents I1 and I2 by determining whether or not I1> I2. When I1> I2 (YES in S130), control circuit 210 proceeds to step S140, and control circuit 210 stops switching of normal converter 110. In accordance with this, the relay RL0 may be controlled to be turned off.

さらに、制御回路210は、ステップS150により、多相コンバータ120のデューティ制御により、電源配線PLの電圧VHを電圧指令値VHrに制御する。すなわち、ステップS140,S150による処理は、図4の多相コンバータ制御部330による信号PWM0,PWM1,PWM2の生成(図6)およびリレーRL0,RL1の制御と同様である。   Further, in step S150, control circuit 210 controls voltage VH of power supply line PL to voltage command value VHr by duty control of multiphase converter 120. That is, the processing in steps S140 and S150 is the same as the generation of signals PWM0, PWM1, and PWM2 (FIG. 6) and control of relays RL0 and RL1 by multiphase converter control unit 330 in FIG.

一方、I1<I2のとき(S130のNO判定時)には、制御回路210は、ステップS160に処理を進めて、多相コンバータ120のスイッチングを停止する。これに合わせて、リレーRL1をオフするように制御してもよい。   On the other hand, when I1 <I2 (NO determination in S130), control circuit 210 proceeds to step S160 and stops switching of multiphase converter 120. In accordance with this, the relay RL1 may be controlled to be turned off.

さらに、制御回路210は、ステップS170により、通常コンバータ110のデューティ制御により、電圧VHを電圧指令値VHrへ制御する。すなわち、ステップS160,S170による処理は、図4の通常コンバータ制御部320による信号PWM0,PWM1,PWM2の生成(図6)およびリレーRL0,RL1の制御と同様である。   Further, in step S170, control circuit 210 controls voltage VH to voltage command value VHr by duty control of normal converter 110. That is, the processing in steps S160 and S170 is the same as the generation of signals PWM0, PWM1, and PWM2 (FIG. 6) and control of relays RL0 and RL1 by normal converter control unit 320 in FIG.

以上説明したように、本実施の形態による電源装置では、通常の昇圧チョッパ型のコンバータ110と磁気結合型リアクトルを含んで構成された多相コンバータ120とを並列接続し、それぞれのコンバータを相対的にリップル電流が小さい動作領域に限定して作動させることができる。この結果、広い動作範囲(電圧変換比の範囲)を確保するとともに、リップル電流を抑制することができる。この結果、平滑コンデンサやスイッチング素子の発熱を抑制して、電源装置100の効率上昇や回路素子の長寿命化を図ることができる。   As described above, in the power supply device according to the present embodiment, the normal step-up chopper type converter 110 and the multiphase converter 120 including the magnetically coupled reactor are connected in parallel, and the respective converters are relative to each other. The operation can be limited to the operation region where the ripple current is small. As a result, it is possible to secure a wide operating range (voltage conversion ratio range) and suppress ripple current. As a result, heat generation of the smoothing capacitor and the switching element can be suppressed, and the efficiency of the power supply device 100 can be increased and the life of the circuit element can be extended.

なお、各チョッパ回路110,121−1,121−2について、上アームおよび下アームの両方にスイッチング素子を設ける図1の構成例のみならず、下アームにスイッチング素子(Q02,Q12,Q22)を設けるとともに上アームにはダイオード(D01,D11、D21)を配置する回路構成(力行専用)、または、上アームにスイッチング素子(Q01,Q11,Q21)を設けるとともに下アームにはダイオード(D02,D12,D22)を配置する回路構成(回生専用)とすることも可能である。この場合にも、特性線260および270を予め求めることによって、同様に、通常コンバータ110および多相コンバータ120を選択することができる。   For each chopper circuit 110, 121-1, 121-2, not only the configuration example of FIG. 1 in which switching elements are provided in both the upper arm and the lower arm, but also switching elements (Q02, Q12, Q22) in the lower arm. And a circuit configuration (only for powering) in which diodes (D01, D11, D21) are provided on the upper arm, or switching elements (Q01, Q11, Q21) are provided on the upper arm and diodes (D02, D12 are provided on the lower arm) , D22) may be arranged (regeneration only). Also in this case, the normal converter 110 and the multiphase converter 120 can be similarly selected by obtaining the characteristic lines 260 and 270 in advance.

また、図1では、並列接続された2個のチョッパ回路によって多相コンバータ120を構成したが、特開2003−304681号公報(特許文献2)の図7,10のように、3以上の複数個(N個)のチョッパ回路の並列接続によって多相コンバータ12を構成してもよい。この場合には、N個のチョッパ回路は、それぞれ(360/N)度ずつ位相をずらしたタイミングでオンオフ制御される。ただし、このような多相コンバータにおいても、デューティ比に対するリップル電流特性(図3の特性線270)について、解析あるいは実験等によって予め求めることが可能である。   In FIG. 1, the multiphase converter 120 is configured by two chopper circuits connected in parallel. However, as shown in FIGS. 7 and 10 of Japanese Patent Laid-Open No. 2003-304681 (Patent Document 2), a plurality of three or more The polyphase converter 12 may be configured by parallel connection of N (N) chopper circuits. In this case, the N chopper circuits are ON / OFF controlled at a timing at which the phases are shifted by (360 / N) degrees. However, even in such a multiphase converter, the ripple current characteristic (characteristic line 270 in FIG. 3) with respect to the duty ratio can be obtained in advance by analysis or experiment.

あるいは、本実施の形態では、通常の昇圧チョッパで構成されたコンバータ(通常コンバータ110)と磁気結合型リアクトルを含む多相コンバータ(多相コンバータ120)が並列接続された構成例を説明したが、本願発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、リップル電流の異なる複数(3以上であっても可)のコンバータを並列接続した構成の電源装置について、本実施の形態と同様に、現在の動作点においてリップル電流が相対的に低いコンバータを選択的に動作させることが可能である。   Alternatively, in the present embodiment, a configuration example in which a converter (normal converter 110) configured by a normal boost chopper and a multiphase converter (multiphase converter 120) including a magnetically coupled reactor is connected in parallel has been described. The application of the present invention is not limited to such a configuration. That is, for a power supply device configured by connecting a plurality of converters having different ripple currents (or 3 or more converters) in parallel, a converter having a relatively low ripple current at the current operating point is provided as in the present embodiment. It is possible to operate selectively.

また、本実施の形態では、電源装置100の負荷200について、ハイブリッド自動車または電気自動車等に搭載される交流電動機およびインバータ回路を例示したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。すなわち、負荷200を特に限定することなく本発明の適用が可能である点について、確認的に記載する。   Further, in the present embodiment, the AC motor and the inverter circuit mounted on the hybrid vehicle or the electric vehicle are exemplified for the load 200 of the power supply device 100, but the application of the present invention is not limited to this. That is, the point that the present invention can be applied without particularly limiting the load 200 will be described in a confirming manner.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明は、直流電圧変換を行なうための電源装置に適用することができる。   The present invention can be applied to a power supply device for performing DC voltage conversion.

20,22 電圧センサ、100 電源装置、110 通常コンバータ、120 多相コンバータ、121−1,121−2 チョッパ回路、200 負荷、210 制御回路(ECU)、241,242 コイル巻線、250 コア、251a,251b 外脚部、252 中央脚部、253 ギャップ、260 特性線(通常コンバータ)、270 特性線(多相コンバータ)、300 コンバータ選択部、310 リップル特性記憶部、320 通常コンバータ制御部、330 多相コンバータ制御部、B1 直流電源、C0,C1 平滑コンデンサ、D01,D02,D11,D12,D21,D22 ダイオード、DT デューティ比、GL 接地配線、I1 リップル電流(通常コンバータ)、I2 リップル電流(多相コンバータ)、L0 リアクトル、L1,L2 リアクトル(磁気結合型)、N0,N1,N2,Na ノード、PL 電源配線、PWM0 信号(通常コンバータ)、PWM1,PWM2 信号(多相コンバータ)、Q01,Q02,Q11,Q12,Q21,Q22 スイッチング素子、RL0,RL1 リレー、VH 直流電圧(高圧側)、VHr 電圧指令値、VL 直流電圧(低圧側)。   20, 22 Voltage sensor, 100 Power supply device, 110 Normal converter, 120 Multi-phase converter, 121-1, 121-2 Chopper circuit, 200 Load, 210 Control circuit (ECU), 241, 242 Coil winding, 250 core, 251a 251b Outer leg part, 252 Central leg part, 253 Gap, 260 Characteristic line (normal converter), 270 Characteristic line (polyphase converter), 300 Converter selection part, 310 Ripple characteristic memory part, 320 Normal converter control part, 330 Phase converter controller, B1 DC power supply, C0, C1 smoothing capacitor, D01, D02, D11, D12, D21, D22 diode, DT duty ratio, GL ground wiring, I1 ripple current (normal converter), I2 ripple current (multiphase) Converter), L0 rear Kutor, L1, L2 reactor (magnetic coupling type), N0, N1, N2, Na node, PL power supply wiring, PWM0 signal (normal converter), PWM1, PWM2 signal (multi-phase converter), Q01, Q02, Q11, Q12, Q21, Q22 Switching element, RL0, RL1 relay, VH DC voltage (high voltage side), VHr voltage command value, VL DC voltage (low voltage side).

Claims (6)

負荷に接続された電源配線と直流電源との間で直流電力変換を行なうための、少なくとも1個のスイッチング素子を含んで構成された第1のコンバータと、
前記直流電源および前記電源配線の間に前記第1のコンバータと並列に接続された、少なくとも1個のスイッチング素子を含んで構成された第2のコンバータと、
前記第1および第2のコンバータを制御するための制御回路とを備え、
前記第1および第2のコンバータの各々は、前記スイッチング素子のオンオフ制御におけるデューティ比によって、前記直流電源の出力電圧に対する前記電源配線の電圧の比である電圧変換比が変化するように構成され、
前記第1および第2のコンバータの間では、前記デューティ比に対するリップル電流特性が異なり、
前記制御回路は、
予め求められた前記リップル電流特性に関する情報を記憶するための特性記憶部と、
前記電源配線の電圧指令値と前記直流電源の出力電圧とに基づいて必要な電圧変換比を算出するとともに、前記特性記憶部に記憶された情報に従って、前記第1および前記第2のコンバータから、算出された電圧変換比においてリップル電流がより小さい一方のコンバータを選択的に動作させるためのコンバータ選択部とを含む、電源装置。
A first converter configured to include at least one switching element for performing DC power conversion between a power supply wiring connected to a load and a DC power supply;
A second converter configured to include at least one switching element connected in parallel with the first converter between the DC power supply and the power supply wiring;
A control circuit for controlling the first and second converters,
Each of the first and second converters is configured such that a voltage conversion ratio that is a ratio of a voltage of the power supply wiring to an output voltage of the DC power supply changes according to a duty ratio in the on / off control of the switching element,
A ripple current characteristic with respect to the duty ratio is different between the first and second converters,
The control circuit includes:
A characteristic storage unit for storing information on the ripple current characteristic obtained in advance;
While calculating the necessary voltage conversion ratio based on the voltage command value of the power supply wiring and the output voltage of the DC power supply, from the first and second converters according to the information stored in the characteristic storage unit, And a converter selecting section for selectively operating one converter having a smaller ripple current at the calculated voltage conversion ratio.
前記第1のコンバータは、
前記制御回路によってオンオフ制御される少なくとも1個の第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子によりスイッチングされた電流が通過するように配置された第1のリアクトルとを有する第1のチョッパ回路を含み、
前記第2のコンバータは、
並列接続された複数の第2のチョッパ回路を含み、
前記複数の第2のチョッパ回路の各々は、
前記制御回路によってオンオフ制御される少なくとも1個の第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子によりスイッチングされた電流が通過するように配置された第2のリアクトルとを有し、
各前記第2のチョッパ回路の前記第2のリアクトルは、互いに磁気的に結合するように配置され、
前記複数の第2のチョッパ回路間で互いに所定位相ずつタイミングがずれるように、各前記第2のチョッパ回路の前記第2のスイッチング素子のオンオフは制御される、請求項1記載の電源装置。
The first converter includes:
A first chopper circuit having at least one first switching element controlled to be turned on and off by the control circuit, and a first reactor arranged so that a current switched by the first switching element passes therethrough. Including
The second converter is:
A plurality of second chopper circuits connected in parallel;
Each of the plurality of second chopper circuits is
At least one second switching element that is on / off controlled by the control circuit;
A second reactor arranged to pass a current switched by the second switching element;
The second reactors of each second chopper circuit are arranged to be magnetically coupled to each other;
2. The power supply device according to claim 1, wherein on / off of the second switching element of each of the second chopper circuits is controlled so that timings of the plurality of second chopper circuits are shifted from each other by a predetermined phase.
前記複数の第2のチョッパ回路のそれぞれの前記第2のリアクトルは、共通のコアの異なる部位に巻回されたコイル巻線をそれぞれ含む、請求項2記載の電源装置。   3. The power supply device according to claim 2, wherein each of the second reactors of the plurality of second chopper circuits includes coil windings wound around different portions of a common core. 前記制御回路は、
前記第1のコンバータが選択されたときに、前記第2のコンバータの前記スイッチング素子をオフに固定する一方で、前記電源配線の電圧を前記電圧指令値に制御するために前記第1のコンバータの前記スイッチング素子のデューティ比を制御するための第1のコンバータ制御部と、
前記第2のコンバータが選択されたときに、前記第1のコンバータの前記スイッチング素子をオフに固定する一方で、前記電源配線の電圧を前記電圧指令値に制御するために前記第2のコンバータの前記スイッチング素子のデューティ比を制御するための第2のコンバータ制御部とをさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源装置。
The control circuit includes:
When the first converter is selected, the switching element of the second converter is fixed to be off while the voltage of the power supply wiring is controlled to the voltage command value to control the voltage of the first converter. A first converter control unit for controlling a duty ratio of the switching element;
When the second converter is selected, the switching element of the first converter is fixed to be off while the voltage of the power supply wiring is controlled to the voltage command value to control the voltage of the second converter. The power supply device according to claim 1, further comprising: a second converter control unit for controlling a duty ratio of the switching element.
前記直流電源および前記第1のコンバータの間に接続された第1の開閉器と、
前記直流電源および前記第2のコンバータの間に接続された第2の開閉器とをさらに備え、
前記コンバータ選択部によって前記第1のコンバータが選択されると、前記第1の開閉器がオンする一方で、前記第2の開閉器はオフされ、
前記コンバータ選択部によって前記第2のコンバータが選択されると、前記第2の開閉器がオンする一方で、前記第1の開閉器はオフされる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源装置。
A first switch connected between the DC power source and the first converter;
A second switch connected between the DC power source and the second converter;
When the first converter is selected by the converter selection unit, the first switch is turned on, while the second switch is turned off,
5. The device according to claim 1, wherein when the second converter is selected by the converter selection unit, the second switch is turned on while the first switch is turned off. The power supply described.
前記特性記憶部は、前記第1および第2のコンバータのそれぞれにおける、前記デューティ比に対する前記電流リップルの特性を記憶し、
前記コンバータ選択部は、算出した電圧変換比を実現するための前記第1および第2のコンバータの各々におけるデューティ比を算出とともに、算出されたデューティ比における、前記第1および第2のコンバータの電流リップルの比較に基づいて、前記一方のコンバータを選択する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電源装置。
The characteristic storage unit stores a characteristic of the current ripple with respect to the duty ratio in each of the first and second converters,
The converter selection unit calculates a duty ratio in each of the first and second converters for realizing the calculated voltage conversion ratio, and currents of the first and second converters in the calculated duty ratio The power supply device according to claim 1, wherein the one converter is selected based on a comparison of ripples.
JP2009262509A 2009-11-18 2009-11-18 Power supply apparatus Withdrawn JP2011109815A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009262509A JP2011109815A (en) 2009-11-18 2009-11-18 Power supply apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009262509A JP2011109815A (en) 2009-11-18 2009-11-18 Power supply apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011109815A true JP2011109815A (en) 2011-06-02

Family

ID=44232684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009262509A Withdrawn JP2011109815A (en) 2009-11-18 2009-11-18 Power supply apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011109815A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016143012A1 (en) * 2015-03-06 2016-09-15 日産自動車株式会社 Power adjustment system and method for controlling same
US10340804B2 (en) 2016-11-10 2019-07-02 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Power supply circuit including converter and power supply system using the same

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016143012A1 (en) * 2015-03-06 2016-09-15 日産自動車株式会社 Power adjustment system and method for controlling same
KR20170113651A (en) * 2015-03-06 2017-10-12 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 Power control system and control method thereof
CN107408883A (en) * 2015-03-06 2017-11-28 日产自动车株式会社 Power regulation system and its control method
JPWO2016143012A1 (en) * 2015-03-06 2017-12-14 日産自動車株式会社 Power adjustment system and control method thereof
EP3267567A4 (en) * 2015-03-06 2018-02-21 Nissan Motor Co., Ltd Power adjustment system and method for controlling same
KR102016825B1 (en) * 2015-03-06 2019-08-30 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 Power regulation system and its control method
US10530287B2 (en) 2015-03-06 2020-01-07 Nissan Motor Co., Ltd. Electric power adjustment system and control method for electric power adjustment system
CN107408883B (en) * 2015-03-06 2020-03-03 日产自动车株式会社 Power adjustment system and control method thereof
US10340804B2 (en) 2016-11-10 2019-07-02 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Power supply circuit including converter and power supply system using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5397532B2 (en) Power supply
JP5382139B2 (en) Power supply
JP5660025B2 (en) Voltage conversion circuit and voltage conversion system including the voltage conversion circuit
JP5617227B2 (en) DC-DC converter
US20090171521A1 (en) AC Link Bidirectional DC-DC Converter, Hybrid Power Supply System Using the Same and Hybrid Vehicle
JP5855133B2 (en) Charger
US20120206076A1 (en) Motor-driving apparatus for variable-speed motor
CN102273058A (en) Load drive system, electric motor drive system and vehicle control system
US9525346B2 (en) Power device
JP2013077452A (en) Power supply system
JP6702209B2 (en) Power converter
JP2015213402A (en) Dc/dc converter
CN116587869A (en) Vehicle battery charging system using motor driving system
JP2015201942A (en) Power conversion device
Choi et al. Deadbeat predictive direct power control of interleaved buck converter-based fast battery chargers for electric vehicles
JP2011109869A (en) Power supply
JP5176922B2 (en) DC-DC converter and control method thereof
JP2011109815A (en) Power supply apparatus
JP2017070056A (en) Inverter driving device
JP2015019545A (en) Power conversion device
JP4361334B2 (en) DC / DC converter
JP2022069834A (en) Power supply controller
JP5708283B2 (en) vehicle
WO2019202354A1 (en) Method for controlling resonant power conversion device, and resonant power conversion device
WO2023089746A1 (en) Motor control device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20130205