JP2011188565A - チョッパ回路、dc/dcコンバータ、燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路であって、主スイッチング素子と補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、補助ターンオン信号が入力されない場合には、主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備える。
【選択図】図3
Description
補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路であって、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備えるチョッパ回路。
適用例1記載のチョッパ回路であって、前記禁止部は遅延回路を備え、前記遅延回路は、前記補助ターンオン信号が前記補助スイッチング素子に入力されてから所定の時間が経過しないと前記主スイッチング素子をターンオンさせないチョッパ回路。
適用例1または適用例2に記載のチョッパ回路であって、前記禁止部は論理回路によって構成されているチョッパ回路。
このチョッパ回路によると、禁止部は論理回路によって構成されているので、CPUによる演算処理によって主スイッチング素子をターンオンさせるか否かを判断する場合と比較して、判断が速く、主スイッチング素子のスイッチングを制御することができる。
DC/DCコンバータであって、直流電源に接続されているDC入力部と、前記DC入力部から入力した直流電力の電圧を変換するチョッパ回路と、前記チョッパ回路によって電圧が変換された直流電圧を出力するDC出力部とを備え、前記チョッパ回路は、主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備えるDC/DCコンバータ。
このDC/DCコンバータによると、チョッパ回路の補助ターンオン信号が補助スイッチングに入力されなかった場合に、主スイッチング素子のハードスイッチング動作を回避できる。
燃料電池システムであって、負荷に対して電力を供給する燃料電池と、スイッチング素子を備えるチョッパ回路を用いることによって前記電力の電圧制御を行うDC/DCコンバータとを備え、前記チョッパ回路は、主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備える燃料電池システム。
この燃料電池システムによると、チョッパ回路の補助ターンオン信号が補助スイッチングに入力されなかった場合に、主スイッチング素子のハードスイッチング動作を回避できる。
A.第1実施例:
(A1)燃料電池システムの構成:
図1は、第1実施例として車両に搭載された燃料電池システム10の構成を説明する説明図である。本実施例においては、車両の一例として、燃料電池自動車(FCHV: Fuel Cell Hyblid Vehicle)を想定しているが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。
次にソフトスイッチングコンバータ60の構成について説明する。図2は、ソフトスイッチングコンバータ60の回路構成を示す説明図である。なお、ソフトスイッチングコンバータの詳細な動作原理については、特開2009−165245において開示されているので、説明は省略する。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、スイッチ制御部50は、S2ゲート信号のターンオン信号の入力を条件として、スイッチング素子S1のターンオンの信号をS1ゲートに入力したが、変形例1として、さらに遅延回路を備え、S2ゲート信号がS2ゲートに入力されて所定時間の経過を条件としてS1ゲート信号をS1ゲートに入力するとしてもよい。図5は変形例1におけるスイッチ制御部50の構成を示している。上記実施例で説明した論理回路とS1,S2ゲートとの間に遅延回路70を備える。遅延回路70としては、リレー(継電器)や、ICによるものを用いることができる。図6は遅延回路による効果を示すスイッチング素子S1,S2のスイッチングのタイミングチャートである。図6(A)は、ノイズなどにより、S2ゲート信号とS1ゲート信号とが、時間的な間隔が狭まい状態でスイッチ制御部50に入力された場合を示している。このような異常としては、ノイズによりS2ゲート信号が制御ユニット20から所定のタイミングより遅れて出力された場合を含んでいる。このように正常な時間的な間隔を確保してS2ゲート信号とS1ゲート信号が入力されなかった場合、ソフトスイッチング動作が正常に機能せず、スイッチング素子S1がハードスイッチング動作をしてしまう恐れがある。この場合、スイッチング素子S1の破損の原因となる。
上記実施例では、スイッチ制御部50は論理回路(図3参照)により構成したが、これに限らず、CPUを備えた処理装置によって構成するとしてもよい。このようにしても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
上記実施例では、ソフトスイッチングコンバータとして、図2に示した回路構成のソフトスイッチングコンバータを用いたが、これに限ることなく、異なる回路構成のソフトスイッチングコンバータを備えるとしてもよい。図7にその例を示す。図7(A)に示したS1a,S2a、L1a、L2a及び図7(B)に示したS1b,S2b、L1b、L2bは、第1実施例(図2参照)における、スイッチング素子S1,スイッチング素子S2、リアクトルL1、リアクトルL2に各々対応する。このようなスイッチングコンバータにスイッチ制御部50を備えるとしても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
上記実施例では、ソフトスイッチ動作を用いたチョッパ回路としてソフトスイッチコンバータを例に説明したが、これに限らず、ソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路にスイッチ制御部50を備えるとすれば、上記実施例と同様の効果を得ることができる。つまり、S2ゲート信号が正常にS2ゲートに入力されなかった場合にスイッチング素子S1の破損を防止することができる。ソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路としては、上記説明したDC/DCコンバータや、AC/DCコンバータ、PFC回路(power fator Correction回路:力率改善回路)、UPS(UPS:Uninterruptible Power Supply:無停電電源装置)、パワーコンディショナ、周波数変換装置等に用いることができる。
20…制御ユニット
30…電源装置
50…スイッチ制御部
60…ソフトスイッチングコンバータ
LOAD…負荷
E…直流電源
I…共振電流
A1,A2…AND回路素子
R1…OR回路素子
S1…スイッチング素子
L1…リアクトル
D1…ダイオード
C1…フィルタコンデンサ
N1…バッファ
S2…スイッチング素子
D2…ダイオード
C2…平滑コンデンサ
L2…リアクトル
D3…スナバダイオード
C3…スナバコンデンサ
D4…ダイオード
D5…ダイオード
D6…ダイオード
FC…燃料電池
WH…ワイヤーハーネス
Claims (5)
- 補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路であって、
前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、
前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部と
を備えるチョッパ回路。 - 請求項1に記載のチョッパ回路であって、
前記禁止部は遅延回路を備え、
前記遅延回路は、前記補助ターンオン信号が前記補助スイッチング素子に入力されてから所定の時間が経過しないと前記主スイッチング素子をターンオンさせない
チョッパ回路。 - 請求項1または請求項2に記載のチョッパ回路であって、
前記禁止部は論理回路によって構成されている
チョッパ回路。 - DC/DCコンバータであって、
直流電源に接続されているDC入力部と、
前記DC入力部から入力した直流電力の電圧を変換するチョッパ回路と、
前記チョッパ回路によって電圧が変換された直流電圧を出力するDC出力部と
を備え、
前記チョッパ回路は、
主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備える
DC/DCコンバータ。 - 燃料電池システムであって、
負荷に対して電力を供給する燃料電池と、
スイッチング素子を備えるチョッパ回路を用いることによって前記電力の電圧制御を行うDC/DCコンバータと
を備え、
前記チョッパ回路は、
主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備える
燃料電池システム。
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