JP2012095408A - Step-up/step-down circuit and power converter - Google Patents

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Masayoshi Hirota
将義 廣田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a step-up/step-down circuit in which miniaturization and cost reduction are realized while loss is reduced and to provide a power converter.SOLUTION: A step-up/step-down circuit 52 includes: a winding portion 11 which includes winding L1 and one or a plurality of windings L2 and L3, which are wound to a common core, and to which input voltage is applied; a voltage control portion 12 which switches on/off voltage applied to the first winding when the input voltage is first polarity; a voltage control portion 13 which switches on/off voltage applied to the second winding when the input voltage is second polarity; and a voltage smoothing portion 14 smoothing voltage outputted from the winding portion 11 when application of the voltage to the winding L1 is switched off in a state where the input voltage is the first polarity and voltage outputted from the winding portion 11 when the application of the voltage to the winding L2 is switched off in a state where the input voltage is the second polarity and outputting the voltage to a load.

Description

本発明は、昇降圧回路および電力変換装置に関し、特に力率改善機能を有する昇降圧回路および電力変換装置に関する。   The present invention relates to a step-up / down circuit and a power conversion device, and more particularly to a step-up / down circuit and a power conversion device having a power factor improving function.

一般家庭の交流電力を用いて電気自動車(EV:Electric Vehicle)およびプラグイン方式のハイブリッドカー(HV:Hybrid Vehicle)等の駆動用の主電池を充電するための電力変換装置が開発されている。   2. Description of the Related Art Power converters for charging driving main batteries such as electric vehicles (EV) and plug-in hybrid vehicles (HV) using ordinary household AC power have been developed.

すなわち、電気自動車およびプラグイン方式のハイブリッドカーの特長の1つは、家庭用コンセント等の外部電源を用いて車載バッテリを充電できることである。そして、AC100VまたはAC200Vの家庭用コンセントを用いて車載バッテリを充電するには、交流電圧(AC)をバッテリ用の直流電圧(DC)に変換するためのAC/DCコンバータが必要となる。   That is, one of the features of an electric vehicle and a plug-in hybrid car is that an in-vehicle battery can be charged using an external power source such as a household outlet. In order to charge a vehicle-mounted battery using an AC outlet of 100 V AC or 200 V AC, an AC / DC converter for converting AC voltage (AC) into DC voltage (DC) for the battery is required.

下記特許文献1には、スイッチングによりデューティ比を替えることで、出力する直流電圧の昇圧または降圧が可能なAC/DCコンバータが開示されている。当該AC/DCコンバータによれば、昇降圧回路において、AC入力に対して全波整流を行った後、スイッチングによるチョッパ制御によってリアクトルに蓄積されたエネルギーの放出をオンオフすることで、昇圧または降圧が可能なDC出力を得る。また、このオンオフの制御により、リアクトルに流れる電流の波形を入力電圧の波形と相似形となるように制御すれば、当該AC/DCコンバータの電力変換時における力率の改善を行うことができる。   Patent Document 1 below discloses an AC / DC converter that can increase or decrease the output DC voltage by changing the duty ratio by switching. According to the AC / DC converter, after the full-wave rectification is performed on the AC input in the step-up / step-down circuit, the release of the energy accumulated in the reactor is turned on / off by the chopper control by the switching, so that the step-up or step-down is performed. Obtain a possible DC output. Further, if the waveform of the current flowing through the reactor is controlled to be similar to the waveform of the input voltage by this on / off control, the power factor at the time of power conversion of the AC / DC converter can be improved.

特開平10−304670号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-304670

電気自動車の電源に使用される電圧は家庭用の電圧と比べ高く、構成部品に求められる電力容量も大きいものとなる。上記特許文献1に記載のAC/DCコンバータなどの電力変換装置に用いられる昇降圧回路において、ダイオードブリッジはAC入力に対して全波整流を行い、スイッチ素子は、ダイオードブリッジによって全波整流された電圧がリアクトルに印加されるか否かを切り替える。   The voltage used for the power source of the electric vehicle is higher than the voltage for household use, and the power capacity required for the components is also large. In the step-up / step-down circuit used in the power conversion device such as the AC / DC converter described in Patent Document 1, the diode bridge performs full-wave rectification on the AC input, and the switch element is full-wave rectified by the diode bridge. Switches whether or not voltage is applied to the reactor.

しかしながら、昇降圧回路の前段に全波整流回路を設けた場合、入力側から電力を供給する経路にダイオードが二つ存在するため、導通損失の増加による効率の低下が問題となる。また、昇降圧回路のスイッチ素子に大きな負荷がかかるため、電力容量の大きなスイッチ素子を使用するか、あるいは複数のスイッチ素子を並列に接続して使用する必要があるので、装置の大型化および製造コストの増大を招いていた。   However, when a full-wave rectifier circuit is provided before the step-up / step-down circuit, there are two diodes in the path for supplying power from the input side, so that a reduction in efficiency due to an increase in conduction loss becomes a problem. In addition, since a large load is applied to the switching element of the buck-boost circuit, it is necessary to use a switching element having a large power capacity or to connect and use a plurality of switching elements in parallel. The cost was increased.

さらに、電気自動車の電源に用いられる電力変換装置は、自動車に搭載されるため、装置のサイズを小さくすることが強く望まれている。このような装置サイズの小型化、低コスト化は、車載用途に限らず一般的な電気機器に対する要望でもある。   Furthermore, since the power converter used for the power supply of an electric vehicle is mounted in a motor vehicle, it is strongly desired to reduce the size of the device. Such downsizing and cost reduction of the apparatus size are demands not only for in-vehicle use but also for general electric equipment.

本発明は、かかる事情に鑑みて成されたものであり、損失を軽減しつつ小型化および低コスト化が可能な昇降圧回路および電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a step-up / step-down circuit and a power conversion device that can be reduced in size and cost while reducing loss.

本発明の第1の態様に係る昇降圧回路は、入力電圧を昇圧または降圧して負荷に供給するための昇降圧回路であって、共通のコアに巻回された第1の巻線と1または複数の第2の巻線とを含み、前記入力電圧が印加される巻線部と、前記入力電圧が第1の極性であるときに、前記第1の巻線に印加される前記入力電圧をオンオフする第1の電圧制御部と、前記入力電圧が第2の極性であるときに、前記第2の巻線に印加される前記入力電圧をオンオフする第2の電圧制御部と、前記入力電圧が前記第1の極性である状態において前記第1の巻線への前記入力電圧の印加がオフされるときに前記巻線部から出力される電圧、および前記入力電圧が前記第2の極性である状態において前記第2の巻線への前記入力電圧の印加がオフされるときに前記巻線部から出力される電圧を平滑化して前記負荷へ出力する平滑部と、を備えることを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to the first aspect of the present invention is a step-up / step-down circuit for stepping up or stepping down an input voltage and supplying the input voltage to a load, and includes a first winding wound around a common core and 1 Or a plurality of second windings, the winding portion to which the input voltage is applied, and the input voltage applied to the first winding when the input voltage has the first polarity. A first voltage control unit for turning on and off, a second voltage control unit for turning on and off the input voltage applied to the second winding when the input voltage has a second polarity, and the input The voltage output from the winding section when the application of the input voltage to the first winding is turned off in a state where the voltage is the first polarity, and the input voltage is the second polarity Before the application of the input voltage to the second winding is turned off The voltage output from the winding portion is smoothed, characterized in that it comprises a smoothing unit for outputting to the load.

第1の態様に係る昇降圧回路によれば、第1の電圧制御部は、入力電圧が第1の極性であるときに、第1の巻線に印加される入力電圧をオンオフする。第2の電圧制御部は、入力電圧が第2の極性であるときに、第2の巻線に印加される入力電圧をオンオフする。この入力電圧の印加により、入力電圧が第1の極性である状態において第1の巻線への電圧の印加がオフされるとき、および入力電圧が第2の極性である状態において第2の巻線への電圧の印加がオフされるときに、巻線部は電圧を出力する。平滑部は巻線部から出力された電圧を平滑化する。よって、第1の電圧制御部と第2の電圧制御部とが行う電圧制御により、入力電流の波形と入力電圧の波形とが相似形となるように制御することで、力率の改善を行いつつ、昇圧または降圧された直流電圧を出力することができる。したがって、全波整流回路を用いずとも入力電圧の昇圧または降圧を行うことができるので、損失を軽減しつつ回路の小型化および低コスト化を図ることができ、かつ力率改善機能を持つ昇降圧回路を得ることが可能となる。   According to the step-up / step-down circuit according to the first aspect, the first voltage control unit turns on / off the input voltage applied to the first winding when the input voltage has the first polarity. The second voltage control unit turns on and off the input voltage applied to the second winding when the input voltage has the second polarity. The application of the input voltage turns off the application of the voltage to the first winding when the input voltage is in the first polarity and the second winding when the input voltage is in the second polarity. When the application of voltage to the line is turned off, the winding section outputs a voltage. The smoothing unit smoothes the voltage output from the winding unit. Therefore, the power factor is improved by controlling the input current waveform and the input voltage waveform to be similar by the voltage control performed by the first voltage control unit and the second voltage control unit. Meanwhile, a boosted or stepped down DC voltage can be output. Therefore, the input voltage can be boosted or stepped down without using a full-wave rectifier circuit, so that the circuit can be reduced in size and cost while reducing the loss, and has a power factor improving function. A pressure circuit can be obtained.

本発明の第2の態様に係る昇降圧回路は、第1の態様に係る昇降圧回路において特に、前記巻線部から出力される前記電圧とは、前記第2の巻線に誘起される電圧であることを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to the second aspect of the present invention is the voltage step-up / down circuit according to the first aspect, in particular, the voltage output from the winding portion is a voltage induced in the second winding. It is characterized by being.

第2の態様に係る昇降圧回路によれば、第1の巻線と第2の巻線とは共通のコアに巻回されているので、第1の巻線に電圧が印加された場合にも、第2の巻線に電圧が誘起される。よって、第2の巻線に誘起される電圧を出力することで、入力電圧の極性に関わらず、力率の改善を行いつつ、昇圧または降圧された直流電圧を出力することが可能となる。   According to the step-up / step-down circuit according to the second aspect, since the first winding and the second winding are wound around a common core, when a voltage is applied to the first winding Also, a voltage is induced in the second winding. Therefore, by outputting the voltage induced in the second winding, it is possible to output a boosted or stepped down DC voltage while improving the power factor regardless of the polarity of the input voltage.

本発明の第3の態様に係る昇降圧回路は、第1または第2の態様に係る昇降圧回路において特に、前記第1の電圧制御部は、前記第1の巻線に印加される前記入力電圧をスイッチングによりオンオフする第1のスイッチ素子を含み、前記第2の電圧制御部は、前記第2の巻線に印加される前記入力電圧をスイッチングによりオンオフする第2のスイッチ素子を含み、前記第1のスイッチ素子は、前記入力電圧が前記第2の極性であるときにオフとなり、前記第2のスイッチ素子は、前記入力電圧が前記第1の極性であるときにオフとなることを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to a third aspect of the present invention is the step-up / step-down circuit according to the first or second aspect, and in particular, the first voltage control unit is applied to the first winding. A first switch element that turns on and off the voltage by switching, and the second voltage control unit includes a second switch element that turns on and off the input voltage applied to the second winding, The first switch element is turned off when the input voltage has the second polarity, and the second switch element is turned off when the input voltage has the first polarity. And

第3の態様に係る昇降圧回路によれば、第1の電圧制御部は、第1のスイッチ素子によるスイッチングにより第1の巻線に印加される入力電圧をオンオフする。第2の電圧制御部は、第2のスイッチ素子によるスイッチングにより第2の巻線に印加される入力電圧をオンオフする。そして、入力電圧が第2の極性であるとき、第1のスイッチ素子はオフとなり第1の巻線に入力電圧が印加されないため、第2のスイッチ素子によるスイッチングにより巻線部が出力する電圧をオンオフすることができる。入力電圧が第1の極性であるとき、第2のスイッチ素子はオフとなり第2の巻線に入力電圧が印加されないため、第2のスイッチ素子によるスイッチングにより巻線部が出力する電圧をオンオフすることができる。したがって、第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子が行うスイッチングにより、巻線部が出力する直流電圧を任意のレベルに変更することが可能となる。   According to the step-up / step-down circuit according to the third aspect, the first voltage control unit turns on / off the input voltage applied to the first winding by switching by the first switch element. The second voltage control unit turns on and off the input voltage applied to the second winding by switching by the second switch element. When the input voltage has the second polarity, the first switch element is turned off and the input voltage is not applied to the first winding. Therefore, the voltage output from the winding unit by the switching by the second switch element is reduced. Can be turned on and off. When the input voltage has the first polarity, the second switch element is turned off and the input voltage is not applied to the second winding, so that the voltage output from the winding unit is turned on / off by switching by the second switch element. be able to. Therefore, the DC voltage output from the winding section can be changed to an arbitrary level by switching performed by the first switch element and the second switch element.

本発明の第4の態様に係る昇降圧回路は、第3の態様に係る昇降圧回路において特に、前記第1の巻線は、前記第1のスイッチ素子の第1端に接続される第1端、および前記第2のスイッチ素子の第2端に接続される第2端を有し、前記第2の巻線は、前記第2のスイッチ素子の第1端に接続される第1端、および前記第1のスイッチ素子の第2端に接続される第2端を有することを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to a fourth aspect of the present invention is the step-up / step-down circuit according to the third aspect, in particular, the first winding is connected to the first end of the first switch element. And a second end connected to the second end of the second switch element, the second winding is connected to the first end of the second switch element, And a second end connected to a second end of the first switch element.

第4の態様に係る昇降圧回路によれば、第1のスイッチ素子は、第1の巻線の第1端と第2の巻線の第2端との間に接続される。第2のスイッチ素子は、第1の巻線の第2端と第2の巻線の第1端との間に接続される。したがって、第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子のスイッチングにより、入力電圧が印加される電路が、第1の巻線への電路か第2の巻線への電路かを切り替えることができる。   According to the step-up / down circuit according to the fourth aspect, the first switch element is connected between the first end of the first winding and the second end of the second winding. The second switch element is connected between the second end of the first winding and the first end of the second winding. Therefore, the electric circuit to which the input voltage is applied can be switched between the electric circuit to the first coil and the electric circuit to the second coil by switching the first switch element and the second switch element.

本発明の第5の態様に係る昇降圧回路は、第4の態様に係る昇降圧回路において特に、前記第1の巻線の第2端と前記第2のスイッチ素子の第2端との第1の接続ノード、および前記第2の巻線の第2端と前記第1のスイッチ素子の第2端との第2の接続ノードの間に前記入力電圧が印加されることで、前記入力電圧が前記第1の極性であるときに前記第1の接続ノードを介して前記第1の巻線に電流が供給され、前記入力電圧が前記第2の極性であるときに前記第2の接続ノードを介して前記第2の巻線に電流が供給されることを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to a fifth aspect of the present invention is the step-up / step-down circuit according to the fourth aspect, particularly the second step of the second end of the first winding and the second end of the second switch element. The input voltage is applied between the first connection node and the second connection node between the second end of the second winding and the second end of the first switch element, whereby the input voltage Current is supplied to the first winding via the first connection node when is at the first polarity, and the second connection node is when the input voltage is at the second polarity. A current is supplied to the second winding via the wire.

第5の態様に係る昇降圧回路によれば、入力電圧が第1の極性であるときに、第1の巻線の第2端と第2のスイッチ素子との第1の接続ノードに電流が供給される。入力電圧が第2の極性であるときに、前記第2の巻線の第2端と前記第1のスイッチ素子との第2の接続ノードに電流が供給される。よって、第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子のスイッチングを制御するだけで、入力電圧の極性ごとに別の巻線に電流を供給することができ、簡易に全波整流回路が不要な昇降圧回路を得ることが可能となる。   According to the step-up / down circuit according to the fifth aspect, when the input voltage has the first polarity, a current is supplied to the first connection node between the second end of the first winding and the second switch element. Supplied. When the input voltage has the second polarity, a current is supplied to a second connection node between the second end of the second winding and the first switch element. Therefore, by controlling the switching of the first switch element and the second switch element, it is possible to supply current to different windings for each polarity of the input voltage, and it is easy to move up and down without the need for a full-wave rectifier circuit. A pressure circuit can be obtained.

本発明の第6の態様に係る昇降圧回路は、第1から第5のいずれか一つの態様に係る昇降圧回路において特に、前記第1の電圧制御部は、前記入力電圧が前記第2の極性であるときに、前記第1の電圧制御部を介して前記第1の巻線に供給される電流を遮断する第1の遮断回路を含み、前記第2の電圧制御部は、前記入力電圧が前記第1の極性であるときに、前記第2の電圧制御部を介して前記第2の巻線に供給される電流を遮断する第2の遮断回路を含むことを特徴とする。   The step-up / down circuit according to a sixth aspect of the present invention is the step-up / down circuit according to any one of the first to fifth aspects, in particular, the first voltage control unit is configured such that the input voltage is the second voltage. A first cut-off circuit that cuts off a current supplied to the first winding via the first voltage control unit when the polarity is a polarity; the second voltage control unit includes the input voltage; And a second cutoff circuit that cuts off a current supplied to the second winding via the second voltage control unit when the first polarity is the first polarity.

第6の態様に係る昇降圧回路によれば、第1の遮断回路は、入力電圧が第2の極性であるときに、第1の電圧制御部を介して第1の巻線に供給される電流を遮断する。第2の遮断回路は、入力電圧が第2の極性であるときに、第2の電圧制御部を介して第2の巻線に供給される電流を遮断する。よって、入力電圧が第1の極性であるときには、第2の巻線には入力電圧が印加されず、入力電圧が第2の極性であるときには第1の巻線には入力電圧が印加されない。したがって、入力電圧が第1の極性であるときには、第1の電圧制御部による第1の巻線に印加される入力電圧のオンオフ制御により、巻線部が出力する直流電圧を任意のレベルに変更することが可能となる。また、入力電圧が第2の極性であるときには第2の電圧制御部による第2の巻線に印加される入力電圧のオンオフ制御により、巻線部が出力する直流電圧を任意のレベルに変更することが可能となる。   According to the step-up / down circuit according to the sixth aspect, the first cutoff circuit is supplied to the first winding via the first voltage controller when the input voltage has the second polarity. Cut off current. The second cutoff circuit cuts off the current supplied to the second winding via the second voltage control unit when the input voltage has the second polarity. Therefore, when the input voltage has the first polarity, no input voltage is applied to the second winding, and when the input voltage has the second polarity, no input voltage is applied to the first winding. Therefore, when the input voltage has the first polarity, the DC voltage output from the winding unit is changed to an arbitrary level by on / off control of the input voltage applied to the first winding by the first voltage control unit. It becomes possible to do. When the input voltage has the second polarity, the DC voltage output from the winding unit is changed to an arbitrary level by on / off control of the input voltage applied to the second winding by the second voltage control unit. It becomes possible.

さらに、第1の遮断回路は入力電圧が第2の極性であるときに、第1の電圧制御部を介して流れる電流を遮断するので、第2の極性の入力電圧によって第1の電圧制御部に含まれる素子に過電流が流れることを防止することが可能である。また入力電圧が第1の極性であるときに、第2の電圧制御部を介して流れる電流を遮断するので、第1の極性の入力電圧によって第2の電圧制御部に含まれる素子に過電流が流れることを防止することが可能である。   Further, since the first cutoff circuit cuts off the current flowing through the first voltage control unit when the input voltage has the second polarity, the first voltage control unit is controlled by the input voltage having the second polarity. It is possible to prevent an overcurrent from flowing through the elements included in the. In addition, when the input voltage has the first polarity, the current flowing through the second voltage control unit is interrupted, so that the element included in the second voltage control unit is overcurrentd by the input voltage having the first polarity. Can be prevented from flowing.

本発明の第7の態様に係る昇降圧回路は、第1から第6のいずれか一つの態様に係る昇降圧回路において特に、前記負荷から前記第2の巻線に印加される直流電圧をオンオフする負荷電流切替スイッチ素子をさらに備えることを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to a seventh aspect of the present invention is the step-up / step-down circuit according to any one of the first to sixth aspects, particularly for turning on / off the DC voltage applied from the load to the second winding. The load current changeover switch element is further provided.

第7の態様に係る昇降圧回路によれば、負荷電流切替スイッチ素子は、負荷から第2の巻線に印加される直流電圧をオンオフする。よって、負荷が電池などの直流電圧源であれば、負荷電流切替スイッチ素子を制御することにより、第2の巻線に流れる電流のオンオフを制御することができる。したがって、負荷からの直流電力を受けた巻線部から出力される電圧を第1の電圧制御部により制御すれば、外部に直流電力または交流電力を出力することが可能となる。   According to the step-up / step-down circuit according to the seventh aspect, the load current changeover switch element turns on and off the DC voltage applied from the load to the second winding. Therefore, if the load is a DC voltage source such as a battery, the on / off state of the current flowing through the second winding can be controlled by controlling the load current changeover switch element. Therefore, if the voltage output from the winding unit that receives the DC power from the load is controlled by the first voltage control unit, it is possible to output DC power or AC power to the outside.

本発明の第8の態様に係る昇降圧回路は、第7の態様に係る昇降圧回路において特に、前記負荷電流切替スイッチ素子がオンの期間に、前記直流電圧に基づいた相互誘導により前記第1の巻線には前記第1の極性の誘導電圧が発生し、前記負荷電流切替スイッチ素子がオンからオフに切り替えられた時に、前記第1の巻線の自己誘導により前記第1の巻線には前記第2の極性の誘導電圧が発生することを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to an eighth aspect of the present invention is the step-up / down circuit according to the seventh aspect, particularly when the load current changeover switch element is on, by the mutual induction based on the DC voltage. When the load current selector switch element is switched from on to off when the load current changeover switching element is switched from on to off, the first winding generates self-induction in the first winding. Is characterized in that an induced voltage of the second polarity is generated.

第8の態様に係る昇降圧回路によれば、負荷電流切替スイッチ素子がオンの期間では、第2の巻線に直流電圧が印加されることにより、相互誘導によって第1の巻線に第1の極性の誘導電圧が発生する。負荷電流切替スイッチ素子がオンからオフに切り替えられた時には、第1の巻線の自己誘導により第2の極性の誘導電圧が発生する。したがって、負荷電流切替スイッチ素子のスイッチングを制御することで第1の巻線に第1の極性の電圧または第2の極性の電圧を発生させることが可能である。   According to the step-up / step-down circuit according to the eighth aspect, the DC voltage is applied to the second winding during the period in which the load current changeover switching element is ON, so that the first winding is coupled to the first winding by mutual induction. Inductive voltage of the polarity is generated. When the load current changeover switch element is switched from on to off, an induced voltage of the second polarity is generated by self-induction of the first winding. Therefore, it is possible to generate a voltage of the first polarity or a voltage of the second polarity in the first winding by controlling the switching of the load current changeover switch element.

本発明の第9の態様に係る昇降圧回路は、第7または第8の態様に係る昇降圧回路において特に、前記第1の電圧制御部は、前記第1の巻線の第1端と前記第2の巻線の第2端との間に接続される第1のスイッチ素子と、前記第1の巻線の第1端と前記第2の巻線の第2端との間に、前記第1のスイッチ素子と並列に接続される第1の整流回路と、前記第1の巻線の第1端と前記第2の巻線の第2端との間に、前記第1のスイッチ素子および前記第1の整流回路と直列に接続される誘導電流切替スイッチ素子と、前記第1の巻線の第1端と前記第2の巻線の第2端との間に、前記誘導電流切替スイッチ素子と並列に接続される第2の整流回路と、を含み、前記第2の電圧制御部は、前記第1の巻線の第2端と前記第2の巻線の第1端との間に接続される電流遮断回路を含むことを特徴とする。   The buck-boost circuit according to a ninth aspect of the present invention is the buck-boost circuit according to the seventh or eighth aspect, in particular, the first voltage control unit includes the first end of the first winding and the A first switch element connected between a second end of the second winding and a first end of the first winding and a second end of the second winding; A first rectifier circuit connected in parallel with the first switch element; and the first switch element between a first end of the first winding and a second end of the second winding. And the induced current switching element connected in series with the first rectifier circuit, and the induced current switching between the first end of the first winding and the second end of the second winding. A second rectifier circuit connected in parallel with the switch element, and the second voltage control unit includes a second end of the first winding and a first end of the second winding. Between Characterized in that it comprises a current cutoff circuit to be continued.

第9の態様に係る昇降圧回路によれば、これらの回路構成により、第1の巻線に発生した誘導電圧によって流れる電流が、第2の電圧制御部に供給されることを防ぐことができる。また、第1の電圧制御部は、第1のスイッチ素子と誘導電流切替スイッチ素子とを制御することにより、第1の電圧制御部を介して流れる電流をオンオフすることが可能となる。   According to the step-up / step-down circuit according to the ninth aspect, these circuit configurations can prevent the current flowing due to the induced voltage generated in the first winding from being supplied to the second voltage control unit. . In addition, the first voltage control unit can turn on and off the current flowing through the first voltage control unit by controlling the first switch element and the induced current changeover switch element.

本発明の第10の態様に係る昇降圧回路は、第9の態様に係る昇降圧回路において特に、前記負荷電流切替スイッチ素子がオンかつ前記第1のスイッチ素子がオンである状態と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオフかつ前記第1のスイッチ素子がオフである状態とを切り替えることで、前記第1の巻線の第2端と前記第2の電圧制御部との接続ノードから前記第2の巻線の第2端と前記第1の電圧制御部との接続ノードへの方向の前記誘導電圧の昇圧または降圧を行うことを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to a tenth aspect of the present invention is the step-up / step-down circuit according to the ninth aspect, particularly when the load current switching switch element is on and the first switch element is on, and the load By switching between the state in which the current switching switch element is off and the first switch element is off, the second node of the first winding and the second voltage control unit are connected to the second voltage control unit. The induced voltage is boosted or lowered in the direction toward the connection node between the second end of the winding and the first voltage control unit.

第10の態様に係る昇降圧回路によれば、負荷電流切替スイッチ素子と第1のスイッチ素子とを制御することにより、前記第1の巻線の第2端と前記第2の電圧制御部との接続ノードから前記第2の巻線の第2端と前記第1の電圧制御部との接続ノードへの方向の直流電圧を、任意のレベルに変更することが可能となる。   According to the step-up / step-down circuit according to the tenth aspect, by controlling the load current switching switch element and the first switch element, the second end of the first winding, the second voltage control unit, The DC voltage in the direction from the connection node to the connection node between the second end of the second winding and the first voltage control unit can be changed to an arbitrary level.

本発明の第11の態様に係る昇降圧回路は、第9の態様に係る昇降圧回路において特に、前記負荷電流切替スイッチ素子がオンかつ前記誘導電流切替スイッチ素子がオフである状態と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオフかつ前記誘導電流切替スイッチ素子がオンである状態とを切り替えることで、前記第2の巻線の第2端と前記第1の電圧制御部との接続ノードから前記第1の巻線の第2端と前記第2の電圧制御部との接続ノードへの方向の前記誘導電圧の昇圧または降圧を行うことを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to an eleventh aspect of the present invention is the step-up / step-down circuit according to the ninth aspect, particularly when the load current changeover switch element is on and the induction current changeover switch element is off, and the load By switching between a state in which the current changeover switch element is off and the induction current changeover switch element is on, the first node from the connection node between the second end of the second winding and the first voltage control unit The induced voltage is boosted or lowered in the direction toward the connection node between the second end of the winding and the second voltage control unit.

第11の態様に係る昇降圧回路によれば、負荷電流切替スイッチ素子と誘導電流切替スイッチ素子とを制御することにより、前記第2の巻線の第2端と前記第1の電圧制御部との接続ノードから前記第1の巻線の第2端と前記第2の電圧制御部との接続ノードへの方向の直流電圧を、任意のレベルに変更することが可能となる。   According to the step-up / step-down circuit according to the eleventh aspect, by controlling the load current changeover switch element and the induction current changeover switch element, the second end of the second winding, the first voltage control unit, The DC voltage in the direction from the connection node to the connection node between the second end of the first winding and the second voltage control unit can be changed to an arbitrary level.

本発明の第12の態様に係る昇降圧回路は、第9の態様に係る昇降圧回路において特に、前記負荷電流切替スイッチ素子がオンかつ前記第1のスイッチ素子がオンである状態と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオフかつ前記第1のスイッチ素子がオフである状態とを切り替える第1極性電圧出力動作と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオンかつ前記誘導電流切替スイッチ素子がオフである状態と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオフかつ前記誘導電流切替スイッチ素子がオンである状態とを切り替える第2極性電圧出力動作とを切り替えることで、前記第1の巻線の第2端と前記第2の電圧制御部との接続ノードおよび前記第2の巻線の第2端と前記第1の電圧制御部との接続ノードから外部へ交流電圧を出力することを特徴とする。   The step-up / step-down circuit according to a twelfth aspect of the present invention is the step-up / step-down circuit according to the ninth aspect, particularly when the load current switching switch element is on and the first switch element is on, and the load A first polarity voltage output operation for switching between a state where the current switch element is off and the first switch element is off; a state where the load current switch element is on and the induction current switch element is off; Switching the second polarity voltage output operation for switching between the state where the load current changeover switch element is off and the induction current changeover switch element is on, and the second end of the first winding and the second An AC voltage is output to the outside from a connection node with the voltage control unit and a connection node between the second end of the second winding and the first voltage control unit.

第12の態様に係る昇降圧回路によれば、第1極性電圧出力動作と第2極性電圧出力動作とを切り替えることで、負荷から印加された直流電圧を電力変換し、外部へ交流電圧として出力することが可能となる。   According to the step-up / step-down circuit according to the twelfth aspect, by switching between the first polarity voltage output operation and the second polarity voltage output operation, the DC voltage applied from the load is converted into power and output to the outside as an AC voltage. It becomes possible to do.

本発明の第13の態様に係る昇降圧回路は、第3,第4,第5,第9,第10,第11,第12のいずれか一つの態様に係る昇降圧回路において特に、前記第1の電圧制御部および前記第2の電圧制御部における前記スイッチ素子によって発生するサージを抑制するサージ抑制回路をさらに備えることを特徴とする。   The step-up / down circuit according to a thirteenth aspect of the present invention is the step-up / down circuit according to any one of the third, fourth, fifth, ninth, tenth, eleventh, and twelfth aspects. It further comprises a surge suppression circuit that suppresses a surge generated by the switch element in the first voltage control unit and the second voltage control unit.

第13の態様に係る昇降圧回路によれば、サージ抑制回路は、第1の電圧制御部および第2の電圧制御部におけるスイッチ素子から発生するスイッチングサージを抑制することで、スイッチングサージに起因する回路の誤作動および回路素子の故障を防止することが可能である。   According to the step-up / step-down circuit according to the thirteenth aspect, the surge suppression circuit is caused by the switching surge by suppressing the switching surge generated from the switching elements in the first voltage control unit and the second voltage control unit. It is possible to prevent circuit malfunctions and circuit element failures.

本発明の第14の態様に係る電力変換装置は、入力電圧が入力される入力端と、出力端と、前記入力端へ入力される前記入力電圧を昇圧または降圧し、前記出力端から負荷へ前記昇圧または降圧した電圧を出力する昇降圧回路と、を備え、前記昇降圧回路は、共通のコアに巻回された第1の巻線と1または複数の第2の巻線とを含み、前記入力電圧が印加される巻線部と、前記入力電圧が第1の極性であるときに、前記第1の巻線に印加される前記入力電圧をオンオフする第1の電圧制御部と、前記入力電圧が第2の極性であるときに、前記第2の巻線に印加される前記入力電圧をオンオフする第2の電圧制御部と、前記入力電圧が第1の極性である状態において前記第1の巻線への前記入力電圧の印加がオフされるときに前記巻線部から出力される電圧、および前記入力電圧が第2の極性である状態において前記第2の巻線への前記入力電圧の印加がオフされるときに前記巻線部から出力される電圧を平滑化する平滑部と、を含むことを特徴とする。   A power converter according to a fourteenth aspect of the present invention boosts or steps down an input terminal to which an input voltage is input, an output terminal, and the input voltage input to the input terminal, and outputs the input voltage to the load. A step-up / step-down circuit that outputs the stepped-up or step-down voltage, and the step-up / down circuit includes a first winding wound around a common core and one or more second windings, A winding section to which the input voltage is applied; a first voltage control section for turning on and off the input voltage applied to the first winding when the input voltage has a first polarity; A second voltage control unit for turning on and off the input voltage applied to the second winding when the input voltage has the second polarity; and the second voltage control unit in a state where the input voltage has the first polarity. When the application of the input voltage to one winding is turned off, And a smoothing for smoothing a voltage output from the winding portion when application of the input voltage to the second winding is turned off in a state where the input voltage has a second polarity. And a portion.

第14の態様に係る電力変換装置によれば、入力端から入力された入力電圧を、昇降圧回路に入力する。昇降圧回路においては、第1の電圧制御部は、入力電圧が第1の極性であるとき、第1の巻線に印加される入力電圧をオンオフする。第2の電圧制御部は、入力電圧が第2の極性であるとき、第2の巻線に印加される入力電圧をオンオフする。この入力電圧の印加により、入力電圧が第1の極性である状態において第1の巻線への電圧の印加がオフされるとき、および入力電圧が第2の極性である状態において第2の巻線への電圧の印加がオフされるときに、巻線部は電圧を出力する。平滑部は巻線部から出力された電圧を平滑化し、この平滑化された電圧を出力端が出力電圧として出力する。よって、第1の電圧制御部と第2の電圧制御部とが行う入力電圧のオンオフ制御により、入力電流の波形と入力電圧の波形とが相似形となるように制御すれば、力率の改善を行いつつ、入力電圧を昇圧または降圧された直流電圧に電力変換することができる。したがって、入力電圧の極性によって入力電圧を印加する巻線を切り替えることにより、全波整流回路が必要なく、損失を軽減しつつ回路の小型化および低コスト化を図ることが可能となる。   According to the power converter of the fourteenth aspect, the input voltage input from the input end is input to the step-up / down circuit. In the step-up / step-down circuit, the first voltage control unit turns on / off the input voltage applied to the first winding when the input voltage has the first polarity. The second voltage control unit turns on and off the input voltage applied to the second winding when the input voltage has the second polarity. The application of the input voltage turns off the application of the voltage to the first winding when the input voltage is in the first polarity and the second winding when the input voltage is in the second polarity. When the application of voltage to the line is turned off, the winding section outputs a voltage. The smoothing unit smoothes the voltage output from the winding unit, and the output terminal outputs the smoothed voltage as an output voltage. Therefore, if the input voltage waveform and the input voltage waveform are controlled to be similar by the on / off control of the input voltage performed by the first voltage control unit and the second voltage control unit, the power factor is improved. The input voltage can be converted into a DC voltage that has been stepped up or stepped down. Therefore, by switching the winding to which the input voltage is applied depending on the polarity of the input voltage, a full-wave rectifier circuit is not necessary, and the circuit can be reduced in size and cost while reducing loss.

本発明によれば、損失を軽減しつつ小型化および低コスト化が可能な昇降圧回路および電力変換装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a step-up / down circuit and a power conversion device that can be reduced in size and cost while reducing loss.

第1の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on 1st Embodiment. 入力電圧が第1の極性であるときに電流の流れる電路を示す図である。It is a figure which shows the electric circuit through which an electric current flows when an input voltage is a 1st polarity. 入力電圧が第1の極性であるときの昇降圧回路における電流と電圧との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the electric current and voltage in a buck-boost circuit when an input voltage is the 1st polarity. 入力電圧が第2の極性であるときに電流の流れる電路を示す図である。It is a figure which shows the electric circuit through which an electric current flows when input voltage is the 2nd polarity. 入力電圧が第2の極性であるときの昇降圧回路における電流と電圧との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the electric current and voltage in a buck-boost circuit when an input voltage is the 2nd polarity. 複数出力の電力変換装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the power converter device of multiple outputs. 第2の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on 2nd Embodiment. 第1極性電圧出力動作おける電流の流れる電路を示す図である。It is a figure which shows the electric circuit through which the electric current flows in 1st polarity voltage output operation | movement. 第1極性電圧出力動作におけるスイッチングのタイミングと電流および電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the timing of switching in a 1st polarity voltage output operation | movement, and an electric current and a voltage. 第2極性電圧出力動作おける電流の流れる電路を示す図である。It is a figure which shows the electric circuit through which the electric current in 2nd polarity voltage output operation | movement flows. 第2極性電圧出力動作におけるスイッチングのタイミングと電流および電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the timing of switching in a 2nd polarity voltage output operation | movement, and an electric current and a voltage. 電力変換装置が負荷に出力する交流電圧の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the alternating voltage which a power converter device outputs to load.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中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り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

〈第1の実施形態〉
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the first embodiment.

図1を参照して、電力変換装置101は、ノイズフィルタ51と、昇降圧回路52と、電力伝達用絶縁回路53とを備える。昇降圧回路52は、巻線部11と、電圧制御回路12,13と、電圧平滑回路14と、制御部15と、コンデンサC4と、ダイオードD5とを含む。電圧制御部12は、スイッチ素子Q1と、ダイオードD1,D3と、コンデンサC1と、抵抗素子R1とを含む。電圧制御部13は、スイッチ素子Q2と、ダイオードD2,D4と、コンデンサC2と、抵抗素子R2とを含む。電圧平滑回路14は、コンデンサC3を含む。巻線部11は、共通のコアを有する巻線L1と巻線L2とを含む。巻線部11は、たとえば二巻線リアクトルである。スイッチ素子Q1,Q2は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。   Referring to FIG. 1, power conversion device 101 includes a noise filter 51, a step-up / down circuit 52, and a power transmission insulating circuit 53. The step-up / step-down circuit 52 includes a winding part 11, voltage control circuits 12, 13, a voltage smoothing circuit 14, a control part 15, a capacitor C4, and a diode D5. Voltage control unit 12 includes a switching element Q1, diodes D1 and D3, a capacitor C1, and a resistance element R1. Voltage control unit 13 includes a switching element Q2, diodes D2 and D4, a capacitor C2, and a resistance element R2. The voltage smoothing circuit 14 includes a capacitor C3. Winding portion 11 includes winding L1 and winding L2 having a common core. Winding portion 11 is, for example, a two-winding reactor. Switch elements Q1, Q2 are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).

スイッチ素子Q1は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、巻線L1の第1端に接続されたコレクタと、ダイオードD1のアノードに接続されたエミッタとを有する。スイッチ素子Q2は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、巻線L2の第1端に接続されたコレクタと、ダイオードD2のアノードに接続されたエミッタとを有する。   Switch element Q1 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to the first end of winding L1, and an emitter connected to the anode of diode D1. Switch element Q2 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to the first end of winding L2, and an emitter connected to the anode of diode D2.

ダイオードD2のカソードと巻線L1の第2端との接続ノードであるノードP1には、ノイズフィルタ51の一方端側が接続される。ダイオードD1のカソードと巻線L2の第2端との接続ノードであるノードP2には、ダイオードD5のカソードとノイズフィルタ51の他方端側とが接続される。   One end of the noise filter 51 is connected to a node P1, which is a connection node between the cathode of the diode D2 and the second end of the winding L1. The cathode of the diode D5 and the other end side of the noise filter 51 are connected to a node P2, which is a connection node between the cathode of the diode D1 and the second end of the winding L2.

電力変換装置101は、交流電源201から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷202に供給する。負荷202は、たとえば、EVおよびプラグイン方式のHV等の駆動用の主電源(バッテリ)である。   The power conversion device 101 converts AC power supplied from the AC power source 201 into DC power and supplies the DC power to the load 202. The load 202 is a main power (battery) for driving such as EV and plug-in HV, for example.

ノイズフィルタ51は、交流電源201から受けた交流電力のノイズを除去して昇降圧回路52へ出力する。   The noise filter 51 removes AC power noise received from the AC power supply 201 and outputs the noise to the step-up / down circuit 52.

昇降圧回路52は、ノイズフィルタ51から受けた交流電力を直流電力に変換し、電力伝達用絶縁回路53へ出力する。電力伝達用絶縁回路53は、昇降圧回路52と負荷202との間の絶縁を行いながら電力を伝達する。昇降圧回路52は、この電力変換において、出力する直流電圧のレベルを調整する。   The step-up / step-down circuit 52 converts the AC power received from the noise filter 51 into DC power and outputs the DC power to the power transmission insulating circuit 53. The power transmission insulating circuit 53 transmits power while performing insulation between the step-up / step-down circuit 52 and the load 202. The step-up / down circuit 52 adjusts the level of the output DC voltage in this power conversion.

より詳細には、昇降圧回路52において、スイッチ素子Q1およびスイッチ素子Q2は、制御部15によるスイッチングの制御によって、昇降圧回路52への入力電圧が巻線L1に印加される状態、当該入力電圧が巻線L2に印加される状態、および巻線L1と巻線L2とに当該入力電圧が印加されない状態の切り替えを行う。   More specifically, in the step-up / step-down circuit 52, the switch element Q1 and the switch element Q2 are in a state in which an input voltage to the step-up / step-down circuit 52 is applied to the winding L1 under the control of switching by the control unit 15. Is applied to the winding L2 and the state in which the input voltage is not applied to the winding L1 and the winding L2.

交流電源201からの入力電圧が第1の極性であるとき、制御部15は、スイッチ素子Q2がオフとなるように制御を行う。そして、制御部15は、スイッチ素子Q1をスイッチングすることにより、巻線L1に印加される入力電圧のオンオフを制御する。図2は、入力電圧が第1の極性であるときに電流の流れる電路を示す図である。   When the input voltage from the AC power supply 201 has the first polarity, the control unit 15 performs control so that the switch element Q2 is turned off. And the control part 15 controls on-off of the input voltage applied to the coil | winding L1 by switching the switch element Q1. FIG. 2 is a diagram illustrating an electric circuit through which a current flows when the input voltage has the first polarity.

なお、第1の極性とは、ノードP1とノードP2との電位を比べ、ノードP1の方が電位が高い状態にある電圧の極性である。また、ノードP1とノードP2との電位を比べ、ノードP2の方が電位が高い状態にある電圧の極性を第2の極性とする。   Note that the first polarity is a polarity of a voltage at which the potential of the node P1 is higher than the potential of the node P1 and the node P2. Further, the potentials of the node P1 and the node P2 are compared, and the polarity of the voltage at which the potential of the node P2 is higher is defined as the second polarity.

図2において、電流Iinは昇降圧回路52の入力電流である。電圧Vinは昇降圧回路52の入力電圧である。電圧Voutは昇降圧回路52の出力電圧である。電流ICはコンデンサC3および負荷202と、ダイオードD5と、巻線L2とを含む電路に流れる電流である。   In FIG. 2, a current Iin is an input current of the step-up / step-down circuit 52. The voltage Vin is an input voltage of the step-up / step-down circuit 52. The voltage Vout is an output voltage of the step-up / down circuit 52. The current IC is a current flowing through an electric circuit including the capacitor C3 and the load 202, the diode D5, and the winding L2.

入力電圧が第1の極性である状態でスイッチ素子Q1がオンしたとき、入力電圧による電位差により図2の電流Iinの矢印で示す向きに電流が流れる。すなわち、ノイズフィルタ51の一方端側から巻線L1、スイッチ素子Q1およびダイオードD1を通してノイズフィルタ51の他方端側へ電流Iinが流れる。このとき、巻線L1に流れた電流により巻線L1内には磁束Φが発生する。   When the switch element Q1 is turned on in a state where the input voltage has the first polarity, a current flows in the direction indicated by the arrow of the current Iin in FIG. 2 due to a potential difference due to the input voltage. That is, a current Iin flows from one end side of the noise filter 51 to the other end side of the noise filter 51 through the winding L1, the switch element Q1, and the diode D1. At this time, a magnetic flux Φ is generated in the winding L1 due to the current flowing in the winding L1.

巻線L1と巻線L2とは共通のコアを有するので、巻線L1にて発生した磁束Φは、共通のコアを介して巻線L2内を鎖交する。つまり、磁束Φは、巻線L1と巻線L2とが共有する磁束である。巻線L1と巻線L2とには、磁束Φの大きさに応じた磁気エネルギーが蓄積される。   Since the winding L1 and the winding L2 have a common core, the magnetic flux Φ generated in the winding L1 interlinks in the winding L2 through the common core. That is, the magnetic flux Φ is a magnetic flux shared by the winding L1 and the winding L2. Magnetic energy corresponding to the magnitude of the magnetic flux Φ is accumulated in the winding L1 and the winding L2.

そして、スイッチ素子Q1がオフしたとき、電流Iinは遮断されるので、巻線L2には自己誘導により誘導電圧が発生する。このとき、図2で示す矢印の向きに電流ICが流れる。すなわち、巻線L2に蓄えられた磁気エネルギーによって、コンデンサC3の一方端側からダイオードD5の導通方向の向きに、巻線L2を通してコンデンサC3の他方端側へ電流ICが流れる。この電流ICによりコンデンサC3の蓄電と負荷202への電力供給とを行い、昇降圧回路52の出力電圧を平滑化する。   When the switch element Q1 is turned off, the current Iin is cut off, so that an induced voltage is generated in the winding L2 by self-induction. At this time, the current IC flows in the direction of the arrow shown in FIG. That is, due to the magnetic energy stored in the winding L2, a current IC flows from the one end side of the capacitor C3 to the other end side of the capacitor C3 through the winding L2 in the direction of conduction of the diode D5. With this current IC, the capacitor C3 is charged and power is supplied to the load 202, and the output voltage of the step-up / down circuit 52 is smoothed.

図3は、入力電圧が第1の極性であるときの昇降圧回路52における電流と電圧との関係を示した図である。なお、図3においては、スイッチ素子Q1がオンである期間を期間Ton、スイッチ素子Q1がオフである期間を期間Toffとしている。   FIG. 3 is a diagram showing a relationship between current and voltage in the step-up / step-down circuit 52 when the input voltage has the first polarity. In FIG. 3, a period in which the switch element Q1 is on is a period Ton, and a period in which the switch element Q1 is off is a period Toff.

図3を参照して、電流Iinは、スイッチ素子Q1がオンしたときに、交流電圧である電圧Vinに応じて流れる。電流Iinは巻線L1を流れるため、その立ち上がりの遅れは巻線L1のインダクタンスに応じた時定数によって決まる。つまり、電流Iinは電圧Vinに追随するような波形となり、周波数を調整したスイッチングを行うことにより電流Iinは、電圧Vinの波形と相似形の波形となる。このときのスイッチングの周波数は、例えば数kHzから数十kHzである。   Referring to FIG. 3, current Iin flows in accordance with voltage Vin that is an AC voltage when switch element Q1 is turned on. Since the current Iin flows through the winding L1, the rising delay is determined by a time constant corresponding to the inductance of the winding L1. That is, the current Iin has a waveform that follows the voltage Vin, and the current Iin has a waveform similar to the waveform of the voltage Vin by performing switching with the frequency adjusted. The switching frequency at this time is, for example, several kHz to several tens of kHz.

電流ICは、スイッチ素子Q1がオフの間に巻線L2の誘導電圧に応じて流れる。よって、誘導電圧が減少するのに応じて電流ICも減少する。磁束Φは、巻線L1と巻線L2とで共有の磁束であるため、スイッチ素子Q1のスイッチングによってオンオフされず、電流Iinと電流ICとに応じて連続的に変化する。出力電圧Voutは、コンデンサ3によって平滑化され、直流電圧として出力される。   The current IC flows according to the induced voltage of the winding L2 while the switch element Q1 is off. Therefore, as the induced voltage decreases, the current IC also decreases. Since the magnetic flux Φ is a magnetic flux shared by the winding L1 and the winding L2, it is not turned on / off by switching of the switch element Q1, but continuously changes according to the current Iin and the current IC. The output voltage Vout is smoothed by the capacitor 3 and output as a DC voltage.

このとき、入力電圧Vinの実効電圧Veinと磁束Φとの関係は、巻線L1の巻数n1を用いて表すと、
と表される。
At this time, the relationship between the effective voltage Vein of the input voltage Vin and the magnetic flux Φ is expressed by using the number of turns n1 of the winding L1.
It is expressed.

また、入力電圧Voutの実効電圧Veoutと磁束Φとの関係は、巻線L2の巻数n2を用いて表すと、
と表される。
Further, the relationship between the effective voltage Veout of the input voltage Vout and the magnetic flux Φ is expressed using the number of turns n2 of the winding L2.
It is expressed.

すなわち、入力電圧の実効電圧Veinと出力電圧の実効電圧Veoutとの関係は、
となる。
That is, the relationship between the effective voltage Vein of the input voltage and the effective voltage Veout of the output voltage is
It becomes.

巻数n1と巻数n2とは、巻線L1および巻線L2それぞれの諸元に基づいて決まる定数であるので、昇降圧回路52の入出力電圧比Veout/Veinは、スイッチ素子Q1のスイッチングにおけるオン時間とオフ時間との比によって設定される。スイッチ素子Q1のスイッチングにより出力レベルが設定された直流電圧である電圧Veoutは、電力伝達用絶縁回路53を介して負荷202に出力される。   Since the number of turns n1 and the number of turns n2 are constants determined based on the specifications of the winding L1 and the winding L2, the input / output voltage ratio Veout / Vein of the step-up / step-down circuit 52 is the ON time in switching of the switch element Q1. And the off time ratio. The voltage Veout, which is a DC voltage whose output level is set by switching of the switch element Q1, is output to the load 202 via the power transmission insulating circuit 53.

また、昇降圧回路52において、交流電源201からの入力電圧が第1の極性である状態でスイッチ素子Q1をオフしたとき、電圧制御部13の両端には出力電圧Voutから入力電圧Vinを差し引いた電圧が印加される。そこで、ダイオードD2は、交流電源201からの入力電圧が第1の極性であるときに、交流電源201から電圧制御部13を介して流れる電流を遮断することで、スイッチ素子Q2に逆方向電圧が印加されることを防ぎ、スイッチ素子Q2を保護する。   Further, in the step-up / step-down circuit 52, when the switch element Q1 is turned off with the input voltage from the AC power supply 201 having the first polarity, the input voltage Vin is subtracted from the output voltage Vout at both ends of the voltage control unit 13. A voltage is applied. Therefore, the diode D2 blocks the current flowing from the AC power supply 201 through the voltage control unit 13 when the input voltage from the AC power supply 201 has the first polarity, so that the reverse voltage is applied to the switch element Q2. It is prevented from being applied and the switch element Q2 is protected.

一方、交流電源201からの入力電圧が第2の極性であるとき、制御部15は、スイッチ素子Q1がオフとなるように制御を行う。そして、制御部15は、スイッチ素子Q2をスイッチングすることにより、巻線L2に印加される入力電圧のオンオフを制御する。図4は、入力電圧が第2の極性であるときに電流の流れる電路を示す図である。   On the other hand, when the input voltage from the AC power supply 201 has the second polarity, the control unit 15 performs control so that the switch element Q1 is turned off. And the control part 15 controls ON / OFF of the input voltage applied to the coil | winding L2 by switching switch element Q2. FIG. 4 is a diagram illustrating an electric path through which a current flows when the input voltage has the second polarity.

図4において、電流Iinは昇降圧回路52の入力電流である。電圧Vinは昇降圧回路52の入力電圧である。電圧Voutは昇降圧回路52の出力電圧である。電流ICはコンデンサC3および負荷202と、ダイオードD5と、巻線L2とを含む電路に流れる電流である。   In FIG. 4, a current Iin is an input current of the step-up / step-down circuit 52. The voltage Vin is an input voltage of the step-up / step-down circuit 52. The voltage Vout is an output voltage of the step-up / down circuit 52. The current IC is a current flowing through an electric circuit including the capacitor C3 and the load 202, the diode D5, and the winding L2.

入力電圧が第2の極性である状態でスイッチ素子Q2がオンしたとき、入力電圧による電位差により図4の電流Iinの矢印で示す向きに電流が流れる。すなわち、ノイズフィルタ51の一方端側から巻線L2、スイッチ素子Q2、およびダイオードD2を通してノイズフィルタ51の他方端側へ電流Iinが流れる。巻線L2には、巻線L2に流れる電流Iinに応じた磁束Φが発生し、磁気エネルギーが蓄積される。   When the switch element Q2 is turned on in a state where the input voltage has the second polarity, a current flows in the direction indicated by the arrow of the current Iin in FIG. 4 due to a potential difference due to the input voltage. That is, current Iin flows from one end side of noise filter 51 to the other end side of noise filter 51 through winding L2, switching element Q2, and diode D2. In the winding L2, a magnetic flux Φ corresponding to the current Iin flowing through the winding L2 is generated, and magnetic energy is accumulated.

そして、スイッチ素子Q2がオフしたとき、電流Iinは遮断されるので、巻線L2には自己誘導により誘導電圧が発生する。このとき、図4で示す矢印の向きに電流ICが流れる。すなわち、巻線L2に蓄えられた磁気エネルギーによって、コンデンサC3の一方端側からダイオードD5の導通方向の向きに、巻線L2を通してコンデンサC3の他方端側へ電流ICが流れる。この電流ICによりコンデンサC3の蓄電と負荷202への電力供給とを行い、昇降圧回路52の出力電圧を平滑化する。   When the switch element Q2 is turned off, the current Iin is cut off, so that an induction voltage is generated in the winding L2 by self-induction. At this time, the current IC flows in the direction of the arrow shown in FIG. That is, due to the magnetic energy stored in the winding L2, a current IC flows from the one end side of the capacitor C3 to the other end side of the capacitor C3 through the winding L2 in the direction of conduction of the diode D5. With this current IC, the capacitor C3 is charged and power is supplied to the load 202, and the output voltage of the step-up / down circuit 52 is smoothed.

図5は、入力電圧が第2の極性であるときの昇降圧回路52における電流と電圧との関係を示した図である。なお、図5においては、スイッチ素子Q2がオンである期間を期間Ton、スイッチ素子Q2がオフである期間を期間Toffとしている。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the current and voltage in the buck-boost circuit 52 when the input voltage has the second polarity. In FIG. 5, a period in which the switch element Q2 is on is a period Ton, and a period in which the switch element Q2 is off is a period Toff.

図5を参照して、電流Iinは、スイッチ素子Q2がオンしたときに、交流電圧である入力電圧Vinに応じて流れる。電流Iinは巻線L2を流れるため、その立ち上がりの遅れは巻線L2のインダクタンスに応じた時定数によって決まる。つまり、電流Iinは電圧Vinに追随するような波形となり、周波数を調整したスイッチングを行うことにより電流Iinは、電圧Vinの波形と相似形の波形となる。このときのスイッチングの周波数は、例えば数kHzから数十kHzである。   Referring to FIG. 5, current Iin flows according to input voltage Vin, which is an alternating voltage, when switch element Q2 is turned on. Since the current Iin flows through the winding L2, the rise delay is determined by a time constant corresponding to the inductance of the winding L2. That is, the current Iin has a waveform that follows the voltage Vin, and the current Iin has a waveform similar to the waveform of the voltage Vin by performing switching with the frequency adjusted. The switching frequency at this time is, for example, several kHz to several tens of kHz.

電流ICは、スイッチ素子Q2がオフの間に巻線L2の誘導電圧に応じて流れる。よって、誘導電圧が減少するのに応じて電流ICも減少する。巻線L2に発生する磁束Φは、スイッチ素子Q2のスイッチングによってオンオフされず、電流Iinと電流ICとに応じて連続的に変化する。出力電圧Voutは、コンデンサ3によって平滑化され、直流電圧として出力される。   The current IC flows according to the induced voltage of the winding L2 while the switch element Q2 is off. Therefore, as the induced voltage decreases, the current IC also decreases. The magnetic flux Φ generated in the winding L2 is not turned on / off by switching of the switch element Q2, but continuously changes according to the current Iin and the current IC. The output voltage Vout is smoothed by the capacitor 3 and output as a DC voltage.

このとき、入力電圧Vinの実効電圧Veinと磁束Φとの関係は、巻線L2の巻数n2を用いて表すと、
と表される。
At this time, the relationship between the effective voltage Vein of the input voltage Vin and the magnetic flux Φ is expressed by using the number of turns n2 of the winding L2.
It is expressed.

また、入力電圧Voutの実効電圧Veoutと磁束Φとの関係は、巻線L2の巻数n2を用いて表すと、
と表される。
Further, the relationship between the effective voltage Veout of the input voltage Vout and the magnetic flux Φ is expressed using the number of turns n2 of the winding L2.
It is expressed.

すなわち、入力電圧の実効電圧Veinと出力電圧の実効電圧Veoutとの関係は、
となる。
That is, the relationship between the effective voltage Vein of the input voltage and the effective voltage Veout of the output voltage is
It becomes.

よって、昇降圧回路52の入出力電圧比Veout/Veinは、スイッチ素子Q2のスイッチングにおけるオン時間とオフ時間との比によって設定される。スイッチ素子Q2のスイッチングにより出力レベルが設定された直流電圧である電圧Veoutは、電力伝達用絶縁回路53を介して負荷202に出力される。   Therefore, the input / output voltage ratio Veout / Vein of the step-up / step-down circuit 52 is set by the ratio between the on time and the off time in switching of the switch element Q2. The voltage Veout, which is a DC voltage whose output level is set by switching of the switch element Q2, is output to the load 202 via the power transmission insulating circuit 53.

また、昇降圧回路52において、交流電源201からの入力電圧が第2の極性である状態でスイッチ素子Q2をオフしたとき、電圧制御部12の両端には出力電圧Voutから入力電圧Vinを差し引いた電圧が印加される。そこで、ダイオードD1は、交流電源201からの入力電圧が第2の極性であるときに、交流電源201から電圧制御部12を介して流れる電流を遮断することで、スイッチ素子Q1に逆方向電圧が印加されることを防ぎ、スイッチ素子Q1を保護する。   Further, in the step-up / step-down circuit 52, when the switch element Q2 is turned off with the input voltage from the AC power supply 201 having the second polarity, the input voltage Vin is subtracted from the output voltage Vout at both ends of the voltage control unit 12. A voltage is applied. Therefore, the diode D1 blocks the current flowing from the AC power supply 201 through the voltage control unit 12 when the input voltage from the AC power supply 201 has the second polarity, so that the reverse voltage is applied to the switch element Q1. It is prevented from being applied, and the switch element Q1 is protected.

また、交流電源201からの入力電圧の極性に関わらず、ダイオードD3はスイッチ素子Q1のスイッチングにより発生した逆流電流からスイッチ素子Q1を保護している。ダイオードD4はスイッチ素子Q2のスイッチングにより発生した逆流電流からスイッチ素子Q2を保護している。   Regardless of the polarity of the input voltage from the AC power supply 201, the diode D3 protects the switching element Q1 from the reverse current generated by switching of the switching element Q1. The diode D4 protects the switch element Q2 from a reverse current generated by switching of the switch element Q2.

さらに、交流電源201からの入力電圧の極性に関わらず、コンデンサC1および抵抗素子R1は、スイッチ素子Q1で発生したスイッチングサージのサージ電流を抑制する。コンデンサC2および抵抗素子R2は、スイッチ素子Q2で発生したスイッチングサージのサージ電流を抑制する。   Furthermore, regardless of the polarity of the input voltage from AC power supply 201, capacitor C1 and resistance element R1 suppress the surge current of the switching surge generated in switch element Q1. Capacitor C2 and resistance element R2 suppress the surge current of the switching surge generated in switch element Q2.

以上のように、電力変換装置101は、昇降圧回路52によって交流電源201からの入力電圧の極性が、第1の極性であっても第2の極性であっても、制御部15によりスイッチ素子Q1とスイッチ素子Q2とのスイッチングを制御することで、出力する直流電圧の昇圧または降圧が可能となり、入力された交流電力を直流電力に変換することができる。したがって、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置101は、入力電圧の昇降圧を行う際、全波整流回路を用いる必要がないため、全波整流回路を用いる場合と比べ損失の軽減を行うことが可能である。   As described above, the power converter 101 uses the control unit 15 to switch the switching element regardless of whether the input / output voltage from the AC power supply 201 is the first polarity or the second polarity by the step-up / down circuit 52. By controlling the switching between Q1 and the switch element Q2, the output DC voltage can be boosted or stepped down, and the input AC power can be converted into DC power. Therefore, the power conversion device 101 according to the embodiment of the present invention does not need to use a full-wave rectifier circuit when performing step-up / step-down of the input voltage, and therefore reduces loss compared to the case of using a full-wave rectifier circuit. It is possible.

なお、電力変換装置101に入力される電力は交流電力に限らず、直流電力が入力されてもよい。この場合、本実施の形態で説明した、交流電源201の極性が第1の極性の動作または第2の極性動作のいずれかを行い、出力する直流電圧の昇圧または降圧が可能となり、出力する直流電圧を任意のレベルに設定することができる。   Note that the power input to the power conversion apparatus 101 is not limited to AC power, and DC power may be input. In this case, the operation of the AC power supply 201 described in the present embodiment is either the first polarity operation or the second polarity operation, and the output DC voltage can be boosted or stepped down. The voltage can be set to any level.

そして、昇降圧回路52が交流電力を直流電力に変換する際に、スイッチ素子Q1とスイッチ素子Q2とが行うスイッチングにより、入力電流Iinの波形と入力電圧Vinの波形とが相似形となるように制御すれば、当該電力変換における力率を改善することができる。   When the step-up / step-down circuit 52 converts AC power into DC power, the waveform of the input current Iin and the waveform of the input voltage Vin are similar to each other by switching performed by the switch element Q1 and the switch element Q2. If controlled, the power factor in the power conversion can be improved.

さらに、昇降圧回路52においては、入力電圧の極性によって入力電圧を印加する巻線を切り替えることにより、全波整流回路が必要ない。また、二巻線リアクトルである巻線部11は、一つのコアに複数の巻線が巻回されているので、一巻線リアクトルと比べてもさほど変わらない大きさとなる。よって、昇降圧回路52は、巻線部11を含んでも大型化することはない。   Further, the step-up / step-down circuit 52 does not require a full-wave rectifier circuit by switching the winding to which the input voltage is applied depending on the polarity of the input voltage. Moreover, since the winding part 11 which is a two-winding reactor has a plurality of windings wound around one core, it has a size that is not much different from that of a one-winding reactor. Therefore, the step-up / step-down circuit 52 is not enlarged even if it includes the winding portion 11.

また、昇降圧回路52は、ダイオードD1,D2によって、交流電源201からの入力電圧の極性に応じて使用しないスイッチ素子に流れる電流を遮断し、逆方向電圧が印加されることを防いでいる。よって、スイッチ素子Q1,Q2に比較的電力容量の小さいスイッチ素子を用いることができるので、昇降圧回路52の小型化および低コスト化を図ることが可能となる。   In addition, the step-up / step-down circuit 52 blocks the current flowing through the switch element that is not used according to the polarity of the input voltage from the AC power supply 201 by the diodes D1 and D2, and prevents the reverse voltage from being applied. Therefore, since the switch elements having a relatively small power capacity can be used for the switch elements Q1 and Q2, the step-up / down circuit 52 can be reduced in size and cost.

また、昇降圧回路52は、スイッチ素子Q1,Q2で発生するスイッチングサージを抑制する回路を含んでいるので、スイッチングサージによる回路の誤作動とスイッチ素子およびダイオードの故障を防止することが可能である。   Further, since the step-up / step-down circuit 52 includes a circuit that suppresses the switching surge generated in the switch elements Q1 and Q2, it is possible to prevent malfunction of the circuit due to the switching surge and failure of the switch element and the diode. .

本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置101では、さらに、図6のような構成を採用してもよい。図6は、複数出力の電力変換装置101の構成を示した図である。   The power conversion apparatus 101 according to the first embodiment of the present invention may further employ a configuration as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the power converter 101 having a plurality of outputs.

図6を参照して、電力変換装置101は、ノイズフィルタ51と、昇降圧回路52と、電力伝達用絶縁回路53,54とを備える。昇降圧回路52は、巻線部11と、電圧制御回路12,13と、電圧平滑回路14,16と、制御部15と、コンデンサC4と、ダイオードD5,D6とを含む。電圧制御部12は、スイッチ素子Q1と、ダイオードD1とを含む。電圧制御部13は、スイッチ素子Q2と、ダイオードD2とを含む。電圧平滑回路14は、コンデンサC3を含む。電圧平滑回路16は、コンデンサC4を含む。巻線部11は、共通のコアを有する巻線L1と巻線L2と巻線L3とを含む。   Referring to FIG. 6, power conversion device 101 includes noise filter 51, step-up / step-down circuit 52, and power transmission insulating circuits 53 and 54. The step-up / step-down circuit 52 includes a winding unit 11, voltage control circuits 12, 13, voltage smoothing circuits 14, 16, a control unit 15, a capacitor C4, and diodes D5, D6. The voltage control unit 12 includes a switch element Q1 and a diode D1. Voltage control unit 13 includes a switching element Q2 and a diode D2. The voltage smoothing circuit 14 includes a capacitor C3. The voltage smoothing circuit 16 includes a capacitor C4. Winding portion 11 includes winding L1, winding L2, and winding L3 having a common core.

電力変換装置101は、図1にて示した電力変換装置101と同様の動作を行い、交流電源201から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷202と負荷203とに供給する。このとき、巻線L2と巻線L3とに巻数の異なる巻線を使用することで負荷202への出力電圧と負荷203への出力電圧とを異なるレベルの電圧に設定することもできる。   The power conversion device 101 performs the same operation as that of the power conversion device 101 shown in FIG. 1, converts AC power supplied from the AC power source 201 into DC power, and supplies the DC power to the load 202 and the load 203. At this time, the output voltage to the load 202 and the output voltage to the load 203 can be set to different levels by using different windings for the winding L2 and the winding L3.

〈第2の実施形態〉
電気自動車の電源に用いられる電力変換装置においては、車載バッテリへの充電を行う電力変換だけでなく、車載バッテリを電源として交流電圧を出力することで電気機器を使用したり、車載バッテリから直流電圧を出力することで別のバッテリへの充電を行ったりする電力変換へのニーズが高まっている。そこで、本発明に係る電力変換装置において、バッテリを電源として外部にACまたはDCを出力する。
<Second Embodiment>
In the power conversion device used for the power source of electric vehicles, not only power conversion for charging the in-vehicle battery, but also electric devices can be used by outputting AC voltage using the in-vehicle battery as a power source. There is a growing need for power conversion to charge another battery by outputting. Therefore, in the power conversion device according to the present invention, AC or DC is output to the outside using a battery as a power source.

図7は、第2の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the second embodiment.

図7を参照して、電力変換装置101は、ノイズフィルタ51と、昇降圧回路52と、電力伝達用絶縁回路53とを備える。昇降圧回路52は、巻線部11と、電圧制御回路12,13と、電圧平滑回路14と、制御部15と、コンデンサC4と、ダイオードD5と、スイッチ素子Q4とを含む。電圧制御部12は、スイッチ素子Q1,Q3と、ダイオードD1,D3とを含む。電圧制御部13は、スイッチ素子Q2と、ダイオードD2,D4とを含む。電圧平滑回路14は、コンデンサC3を含む。巻線部11は、共通のコアを有する巻線L1と巻線L2とを含む。巻線部11は、たとえば二巻線リアクトルである。スイッチ素子Q1〜Q4は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。   Referring to FIG. 7, power conversion device 101 includes a noise filter 51, a step-up / down circuit 52, and a power transmission insulating circuit 53. The step-up / step-down circuit 52 includes a winding unit 11, voltage control circuits 12, 13, a voltage smoothing circuit 14, a control unit 15, a capacitor C4, a diode D5, and a switch element Q4. Voltage control unit 12 includes switch elements Q1, Q3 and diodes D1, D3. Voltage control unit 13 includes a switching element Q2 and diodes D2 and D4. The voltage smoothing circuit 14 includes a capacitor C3. Winding portion 11 includes winding L1 and winding L2 having a common core. Winding portion 11 is, for example, a two-winding reactor. Switch elements Q1-Q4 are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).

スイッチ素子Q1は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、巻線L1の第1端に接続されたコレクタと、スイッチ素子Q3のエミッタに接続されたエミッタとを有する。ダイオードD3は、巻線L1の第1端に接続されたカソードと、スイッチ素子Q3のエミッタに接続されたアノードとを有し、スイッチ素子Q1と並列に接続される。   Switch element Q1 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to the first end of winding L1, and an emitter connected to the emitter of switch element Q3. Diode D3 has a cathode connected to the first end of winding L1 and an anode connected to the emitter of switch element Q3, and is connected in parallel to switch element Q1.

スイッチ素子Q2は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、巻線L2の第1端に接続されたコレクタと、ダイオードD2のアノードに接続されたエミッタとを有する。ダイオードD4は、巻線L2の第1端に接続されたカソードと、ダイオードD2のアノードに接続されたアノードとを有し、スイッチ素子Q2と並列に接続される。   Switch element Q2 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to the first end of winding L2, and an emitter connected to the anode of diode D2. The diode D4 has a cathode connected to the first end of the winding L2 and an anode connected to the anode of the diode D2, and is connected in parallel with the switch element Q2.

スイッチ素子Q3は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、巻線L2の第2端に接続されたコレクタと、スイッチ素子Q1のエミッタに接続されたエミッタとを有する。ダイオードD1は、巻線L2の第2端に接続されたカソードと、スイッチ素子Q1のエミッタに接続されたアノードとを有し、スイッチ素子Q3と並列に接続される。   Switch element Q3 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to the second end of winding L2, and an emitter connected to the emitter of switch element Q1. Diode D1 has a cathode connected to the second end of winding L2 and an anode connected to the emitter of switch element Q1, and is connected in parallel to switch element Q3.

ダイオードD2は、スイッチ素子Q2のエミッタおよびダイオードD4に接続されたアノードと、巻線L1の第2端とノイズフィルタの一方端側との接続ノードであるノードP1とに接続されたカソードを有する。   Diode D2 has an anode connected to the emitter of switching element Q2 and diode D4, and a cathode connected to node P1, which is a connection node between the second end of winding L1 and one end of the noise filter.

スイッチ素子Q4は、コンデンサC3の第1端および電力伝達用絶縁回路53の一方端側に接続されたエミッタと、ダイオードD1のカソードと巻線L2の第2端との接続ノードであるノードP2に接続されたコレクタとを有する。ダイオードD5は、コンデンサC3の第1端および電力伝達用絶縁回路53の一方端側に接続されたアノードと、ノードP2に接続されたカソードとを有し、スイッチ素子Q4と並列に接続される。   Switch element Q4 is connected to node P2, which is a connection node between the emitter connected to the first end of capacitor C3 and one end of power transmission insulating circuit 53, the cathode of diode D1, and the second end of winding L2. And a connected collector. Diode D5 has an anode connected to the first end of capacitor C3 and one end of power transmission insulating circuit 53, and a cathode connected to node P2, and is connected in parallel to switch element Q4.

ノードP1には、ノイズフィルタ51の一方端側が接続される。ノードP2には、ノイズフィルタ51の他方端側が接続される。巻線L2の第1端とスイッチ素子Q2のコレクタとの接続ノードには、コンデンサC3の他方端側と、電力伝達用絶縁回路53の他方端側とが接続される。   One end of the noise filter 51 is connected to the node P1. The other end side of the noise filter 51 is connected to the node P2. The other end side of the capacitor C3 and the other end side of the power transmission insulating circuit 53 are connected to a connection node between the first end of the winding L2 and the collector of the switch element Q2.

電力変換装置101は、交流電源201から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷202に供給する。負荷202は、たとえば、EVおよびプラグイン方式のHV等の駆動用の主電源(バッテリ)である。   The power conversion device 101 converts AC power supplied from the AC power source 201 into DC power and supplies the DC power to the load 202. The load 202 is a main power (battery) for driving such as EV and plug-in HV, for example.

ノイズフィルタ51は、交流電源201から受けた交流電力のノイズを除去して昇降圧回路52へ出力する。   The noise filter 51 removes AC power noise received from the AC power supply 201 and outputs the noise to the step-up / down circuit 52.

電力伝達用絶縁回路53は、昇降圧回路52と負荷202との間の絶縁を行いながら、昇降圧回路52および負荷202の間の電力伝達を行う。   The power transmission insulating circuit 53 performs power transmission between the step-up / down circuit 52 and the load 202 while performing insulation between the step-up / down circuit 52 and the load 202.

昇降圧回路52は、スイッチ素子Q3,Q4をオフにすることで、第1の実施形態の昇降圧回路52と同様に、交流電源201から入力された交流電力を直流電力に変換して負荷202に出力する。   The step-up / step-down circuit 52 turns off the switch elements Q3, Q4 to convert the AC power input from the AC power source 201 into DC power by converting the load 202 into the same manner as the step-up / step-down circuit 52 of the first embodiment. Output to.

また、電力変換装置101は、負荷202から直流電圧が入力される場合に、負荷202から入力される直流電圧の昇圧または降圧を行う第1極性電圧出力動作および第2極性電圧出力動作を行う。図8は、第1極性電圧出力動作おける電流の流れる電路を示す図である。昇降圧回路52によってバッテリなどである負荷202から供給された直流電力の昇圧または降圧を行うことで、第1極性電圧出力動作において電力変換装置101は第1の極性の直流電圧を負荷204に供給する。   In addition, when a DC voltage is input from the load 202, the power conversion device 101 performs a first polarity voltage output operation and a second polarity voltage output operation for boosting or stepping down the DC voltage input from the load 202. FIG. 8 is a diagram illustrating an electric path through which a current flows in the first polarity voltage output operation. In the first polarity voltage output operation, the power conversion device 101 supplies the first polarity DC voltage to the load 204 by boosting or stepping down the DC power supplied from the load 202 such as a battery by the step-up / down circuit 52. To do.

図8において、電流Iin2は、負荷202から供給され、巻線L2に流れる電流である。電圧Vin2は、負荷202によって昇降圧回路52に印加される電圧である。電流Iout2は、昇降圧回路52の出力電流である。電圧Vout2は、昇降圧回路52の出力電圧である。   In FIG. 8, a current Iin2 is a current supplied from the load 202 and flowing through the winding L2. The voltage Vin2 is a voltage applied to the step-up / step-down circuit 52 by the load 202. The current Iout2 is an output current of the buck-boost circuit 52. The voltage Vout2 is an output voltage of the buck-boost circuit 52.

より詳細には、昇降圧回路52において、スイッチ素子Q1およびスイッチ素子Q4がオンとなるように、制御部15はスイッチング制御を行う。スイッチ素子Q4がオンである期間では、負荷202から入力された直流電圧により、巻線L2に電流Iin2が流れる。このとき巻線L2と共通のコアを有する巻線L1は、相互誘導によりノードP1からノードP2への方向の誘導電圧が生じる。そして、スイッチ素子Q1がオンであるので、電流Iout2が流れる。つまり、このとき巻線部11は変圧器として機能し、電圧Vout2が負荷204に出力される。   More specifically, in the step-up / step-down circuit 52, the control unit 15 performs switching control so that the switch element Q1 and the switch element Q4 are turned on. During the period when the switch element Q4 is on, the current Iin2 flows through the winding L2 due to the DC voltage input from the load 202. At this time, in the winding L1 having a common core with the winding L2, an induced voltage in the direction from the node P1 to the node P2 is generated by mutual induction. Since the switch element Q1 is on, the current Iout2 flows. That is, at this time, the winding part 11 functions as a transformer, and the voltage Vout2 is output to the load 204.

図9は、第1極性電圧出力動作におけるスイッチングのタイミングと電流および電圧との関係を示す図である。図9において、期間Tonは、スイッチ素子Q4がオンかつスイッチ素子Q1がオンである期間である。期間Toffは、スイッチ素子Q4がオフかつスイッチ素子Q1がオフである期間である。また、第1極性電圧出力動作を行っているとき、スイッチ素子Q2,Q3はオフである。   FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between switching timing, current, and voltage in the first polarity voltage output operation. In FIG. 9, a period Ton is a period in which the switch element Q4 is on and the switch element Q1 is on. The period Toff is a period in which the switch element Q4 is off and the switch element Q1 is off. Further, when the first polarity voltage output operation is performed, the switch elements Q2 and Q3 are off.

このとき、スイッチ素子Q4がオンである期間における入力電圧Vin2の実効電圧Vein2と出力電圧Vout2の実効電圧Veout2との関係は、巻線L1の巻数n1と巻線L2の巻数n2とを用いて表すと、
と表される。
At this time, the relationship between the effective voltage Vein2 of the input voltage Vin2 and the effective voltage Veout2 of the output voltage Vout2 during the period when the switch element Q4 is on is expressed by using the number of turns n1 of the winding L1 and the number of turns n2 of the winding L2. When,
It is expressed.

また、スイッチ素子Q1およびスイッチ素子Q4がオフである期間においては、電路が遮断されるため、電流Iin2、および電流Iout2は流れない。したがって、出力電圧Vout2の実効電圧Veout2は、スイッチ素子Q1がオンかつスイッチ素子Q4がオンである期間Tonとスイッチ素子Q1がオフかつスイッチ素子Q4がオフである期間Toffとを切り替えることで、チョッパ制御により昇圧または降圧される。このチョッパ制御におけるスイッチングの周波数は、たとえば数kHzから数十kHzである。このようにして、昇降圧回路52は第1極性電圧出力動作を行う。   In addition, during the period in which the switch element Q1 and the switch element Q4 are off, the current path is interrupted, so that the current Iin2 and the current Iout2 do not flow. Therefore, the effective voltage Veout2 of the output voltage Vout2 is controlled by switching between the period Ton when the switch element Q1 is on and the switch element Q4 is on and the period Toff when the switch element Q1 is off and the switch element Q4 is off. Is stepped up or down. The switching frequency in this chopper control is, for example, several kHz to several tens kHz. In this way, the step-up / step-down circuit 52 performs the first polarity voltage output operation.

図10は、第2極性電圧出力動作おける電流の流れる電路を示す図である。電力変換装置101は、第2極性電圧出力動作において、バッテリなどである負荷202から供給された直流電力を、昇降圧回路52によって昇圧または降圧を行い、第2の極性の電圧として負荷204に供給する。   FIG. 10 is a diagram illustrating an electric path through which a current flows in the second polarity voltage output operation. In the second polarity voltage output operation, the power conversion device 101 boosts or steps down the DC power supplied from the load 202 such as a battery by the step-up / down circuit 52 and supplies the DC power to the load 204 as a second polarity voltage. To do.

図10において、電流Iin2は、負荷202から供給され巻線L2に流れる電流である。電圧Vin2は、負荷202によって昇降圧回路52に印加される電圧である。電流Iout2は、昇降圧回路52の出力電流である。電圧Vout2は、昇降圧回路52の出力電圧である。   In FIG. 10, a current Iin2 is a current supplied from the load 202 and flowing through the winding L2. The voltage Vin2 is a voltage applied to the step-up / step-down circuit 52 by the load 202. The current Iout2 is an output current of the buck-boost circuit 52. The voltage Vout2 is an output voltage of the buck-boost circuit 52.

より詳細には、昇降圧回路52において、スイッチ素子Q4がオンかつスイッチ素子Q3がオフである状態となるように、制御部15はスイッチ素子Q4およびスイッチ素子Q3を制御する。スイッチ素子Q4がオンである期間では、負荷202から入力された直流電圧により、巻線L2に電流Iin2が流れる。このとき、巻線L2には、電流Iin2に起因する磁束Φが発生している。この磁束Φは共通のコアを介して巻線L1内を鎖交する。   More specifically, in the step-up / step-down circuit 52, the control unit 15 controls the switch element Q4 and the switch element Q3 so that the switch element Q4 is on and the switch element Q3 is off. During the period when the switch element Q4 is on, the current Iin2 flows through the winding L2 due to the DC voltage input from the load 202. At this time, the magnetic flux Φ resulting from the current Iin2 is generated in the winding L2. This magnetic flux Φ is linked in the winding L1 through a common core.

次に、スイッチ素子Q4がオフかつスイッチ素子Q3がオンである状態になるように、制御部15は、スイッチ素子Q4およびスイッチ素子Q3を制御する。このスイッチ素子の状態の切り替えが行われた時、巻線L2に流れていた電流Iin2が遮断されるので、巻線L1には自己誘導により巻線L2と巻線L1との共通のコアに発生していた磁束Φを維持する方向に誘導電圧が発生する。このとき、スイッチ素子Q3はオンであるため、巻線L1にて発生した誘導電圧によって、電流Iout2が流れ、負荷204に電力が供給される。   Next, the control unit 15 controls the switch element Q4 and the switch element Q3 so that the switch element Q4 is turned off and the switch element Q3 is turned on. When the switching of the state of the switch element is performed, the current Iin2 flowing through the winding L2 is cut off, so that the winding L1 is generated in the common core of the winding L2 and the winding L1 by self-induction. An induced voltage is generated in a direction to maintain the magnetic flux Φ. At this time, since the switch element Q3 is on, the current Iout2 flows due to the induced voltage generated in the winding L1, and power is supplied to the load 204.

図11は、第2極性電圧出力動作におけるスイッチングのタイミングと電流および電圧との関係を示す図である。期間Tonは、スイッチ素子Q4がオフかつスイッチ素子Q3がオンである期間である。期間Toffは、スイッチ素子Q4がオンかつスイッチ素子Q3がオフである期間である。また、第2極性出力動作を行っているとき、スイッチ素子Q1,Q2はオフである。   FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between switching timing, current, and voltage in the second polarity voltage output operation. The period Ton is a period in which the switch element Q4 is off and the switch element Q3 is on. The period Toff is a period in which the switch element Q4 is on and the switch element Q3 is off. Further, when the second polarity output operation is performed, the switch elements Q1 and Q2 are off.

図11を参照して、電流Iin2は、スイッチ素子Q4がオンしたときに、負荷202から印加される直流電圧に応じて流れる。電流Iin2は巻線L2を流れるため、その立ち上がりの遅れは巻線L2のインダクタンスに応じた時定数によって決まる。   Referring to FIG. 11, current Iin2 flows in accordance with the DC voltage applied from load 202 when switch element Q4 is turned on. Since the current Iin2 flows through the winding L2, the rise delay is determined by a time constant corresponding to the inductance of the winding L2.

電流Iout2は、スイッチ素子Q3がオンの間に巻線L2の誘導電圧に応じて流れる。よって、誘導電圧が減少するのに応じて電流Iout2も減少する。巻線L2に発生する磁束Φは、スイッチ素子Q3のスイッチングによってオンオフされず、電流Iin2と電流Iout2とに応じて連続的に変化する。   The current Iout2 flows according to the induced voltage of the winding L2 while the switch element Q3 is on. Therefore, the current Iout2 also decreases as the induced voltage decreases. The magnetic flux Φ generated in the winding L2 is not turned on / off by switching of the switch element Q3, but continuously changes according to the current Iin2 and the current Iout2.

このとき、入力電圧Vin2の実効電圧Vein2と磁束Φとの関係は、巻線L2の巻数n2、およびスイッチ素子Q4がオンかつスイッチ素子Q3がオフである期間Toffを用いて表すと、
と表される。
At this time, the relationship between the effective voltage Vein2 of the input voltage Vin2 and the magnetic flux Φ is expressed by using the number of turns n2 of the winding L2 and the period Toff in which the switch element Q4 is on and the switch element Q3 is off.
It is expressed.

また、入力電圧Vout2の実効電圧Veout2と磁束Φとの関係は、巻線L1の巻数n1、およびスイッチ素子Q4がオフかつスイッチ素子Q3がオンである期間Tonを用いて表すと、
と表される。
Further, the relationship between the effective voltage Veout2 of the input voltage Vout2 and the magnetic flux Φ is expressed using the number of turns n1 of the winding L1 and the period Ton in which the switch element Q4 is off and the switch element Q3 is on.
It is expressed.

巻線L1と巻線L2とは共通のコアを有するので、入力電圧の実効電圧Vein2と出力電圧の実効電圧Veout2との関係は、
となる。
Since the winding L1 and the winding L2 have a common core, the relationship between the effective voltage Vein2 of the input voltage and the effective voltage Veout2 of the output voltage is
It becomes.

巻数n1と巻数n2とは、巻線L1、巻線L2それぞれの諸元に基づいて決まる定数であるので、負荷202から負荷204への入出力電圧比Veout2/Vein2は、スイッチ素子Q4とスイッチ素子Q3とのスイッチングにおけるオン時間とオフ時間との比によって設定することができる。このときのスイッチングの周波数は、たとえば数kHzから数十kHzである。   Since the number of turns n1 and the number of turns n2 are constants determined based on the specifications of the winding L1 and the winding L2, the input / output voltage ratio Veout2 / Vein2 from the load 202 to the load 204 is the switching element Q4 and the switching element. It can be set by the ratio of the on-time and off-time in switching with Q3. The switching frequency at this time is, for example, several kHz to several tens of kHz.

よって、昇降圧回路52は、負荷202から直流電圧が印加されるとき、制御部15によるスイッチ制御によりデューティ比を変えることによって、出力直流電圧の昇圧または降圧が可能となり、出力電圧を任意のレベルに設定することができる。   Therefore, when the DC voltage is applied from the load 202, the step-up / step-down circuit 52 can increase or decrease the output DC voltage by changing the duty ratio by switch control by the control unit 15, and the output voltage can be set to an arbitrary level. Can be set to

このように、昇降圧回路52は、第1極性電圧出力動作または第2極性電圧出力動作を行うことで、負荷202から印加された直流電圧を昇圧または降圧して負荷204に出力することができる。また、第1極性電圧出力動作と第2極性電圧出力動作とで、負荷204に出力する電圧の方向が逆方向であるので、第1極性電圧出力動作と第2極性電圧出力動作とを切り替えることで、昇降圧回路52は負荷204に交流電圧の出力を行う。   In this manner, the step-up / step-down circuit 52 can step up or step down the DC voltage applied from the load 202 and output it to the load 204 by performing the first polarity voltage output operation or the second polarity voltage output operation. . In addition, since the direction of the voltage output to the load 204 is opposite between the first polarity voltage output operation and the second polarity voltage output operation, the first polarity voltage output operation and the second polarity voltage output operation are switched. Thus, the step-up / step-down circuit 52 outputs an AC voltage to the load 204.

図12は、電力変換装置101が負荷204に出力する交流電圧の例を示した図である。ただし、図12におけるVout2は、第1極性の電圧を正、第2極性の電圧を負として表示している。昇降圧回路52は、制御部15によって、スイッチ素子Q1〜Q4のスイッチングを制御することで、例えば正弦波と相似形となるように第1の極性の昇圧または降圧を行った電圧と第1の極性の昇圧または降圧を行った電圧を出力する。スイッチ素子Q1〜Q4のスイッチングは、例えば数kHzから数十kHzの周波数で行われるため、商用電源の周波数と比べるとスイッチ素子のスイッチングは十分に短い。よって、昇降圧回路52が出力する電圧は外部の負荷204において交流電圧として用いることができる。   FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an AC voltage output from the power conversion apparatus 101 to the load 204. However, Vout2 in FIG. 12 displays the voltage of the first polarity as positive and the voltage of the second polarity as negative. The step-up / step-down circuit 52 controls the switching of the switching elements Q1 to Q4 by the control unit 15, so that, for example, a voltage obtained by boosting or stepping down the first polarity so as to be similar to a sine wave and the first voltage Outputs voltage that has been boosted or lowered in polarity. Since switching of the switch elements Q1 to Q4 is performed at a frequency of, for example, several kHz to several tens of kHz, the switching of the switch element is sufficiently short compared with the frequency of the commercial power supply. Therefore, the voltage output from the step-up / down circuit 52 can be used as an AC voltage in the external load 204.

以上のように、電力変換装置101は、交流電源201から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷202に供給することが可能である。また、昇降圧回路52によって負荷202から印加された直流電圧を昇圧または降圧することによって、第1の極性の直流電圧、第2の極性の直流電圧、または交流電圧に電力変換することが可能となる。   As described above, the power conversion device 101 can convert the AC power supplied from the AC power source 201 into DC power and supply the DC power to the load 202. Further, the DC voltage applied from the load 202 by the step-up / step-down circuit 52 can be boosted or lowered to be converted into a first polarity DC voltage, a second polarity DC voltage, or an AC voltage. Become.

また、電力変換装置101は、外部の交流電源から印加された交流電圧を直流電圧に変換する際に、入力電圧の極性によって入力電圧を印加する巻線を切り替えるので、全波整流回路が必要なく、損失を軽減しつつ回路の小型化および低コスト化を図ることが可能である。   In addition, when converting the AC voltage applied from the external AC power source to the DC voltage, the power conversion device 101 switches the winding for applying the input voltage according to the polarity of the input voltage, so that a full-wave rectifier circuit is not necessary. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the circuit while reducing the loss.

なお、本発明の第2の実施形態において、第1の実施形態にて示したように、スイッチ素子Q1〜Q4と並列にコンデンサおよび抵抗素子を接続することで、各スイッチ素子におけるスイッチングサージの抑制を行ってもよい。   In the second embodiment of the present invention, as shown in the first embodiment, the switching surge in each switch element is suppressed by connecting a capacitor and a resistor element in parallel with the switch elements Q1 to Q4. May be performed.

なお、本発明の第1の実施形態および第2の実施形態において、巻線部11が二巻線リアクトルの場合を例示したが、本発明において、巻線部11はトランスなどであってもよく、共通のコアを持つ複数の巻線を含めばよい。   In the first embodiment and the second embodiment of the present invention, the case where the winding portion 11 is a two-winding reactor is illustrated. However, in the present invention, the winding portion 11 may be a transformer or the like. A plurality of windings having a common core may be included.

上記実施の形態は、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、上記説明ではなく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 above embodiment 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.

11 巻線部
12,13 電圧制御部
14,16 電圧平滑部
15 制御部
51 ノイズフィルタ
52 昇降圧回路
53,54 電力伝達用絶縁回路
101 電力変換装置
201 交流電源
202,203,204 負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Winding part 12, 13 Voltage control part 14, 16 Voltage smoothing part 15 Control part 51 Noise filter 52 Buck-boost circuit 53, 54 Insulation circuit for power transmission 101 Power converter 201 AC power supply 202, 203, 204 Load

Claims (14)

入力電圧を昇圧または降圧して負荷に供給するための昇降圧回路であって、
共通のコアに巻回された第1の巻線と1または複数の第2の巻線とを含み、前記入力電圧が印加される巻線部と、
前記入力電圧が第1の極性であるときに、前記第1の巻線に印加される前記入力電圧をオンオフする第1の電圧制御部と、
前記入力電圧が第2の極性であるときに、前記第2の巻線に印加される前記入力電圧をオンオフする第2の電圧制御部と、
前記入力電圧が前記第1の極性である状態において前記第1の巻線への前記入力電圧の印加がオフされるときに前記巻線部から出力される電圧、および前記入力電圧が前記第2の極性である状態において前記第2の巻線への前記入力電圧の印加がオフされるときに前記巻線部から出力される電圧を平滑化して前記負荷へ出力する平滑部と、
を備える、昇降圧回路。
A step-up / step-down circuit for boosting or stepping down an input voltage and supplying it to a load,
A winding portion including a first winding and one or more second windings wound around a common core, to which the input voltage is applied;
A first voltage controller that turns on and off the input voltage applied to the first winding when the input voltage has a first polarity;
A second voltage controller that turns on and off the input voltage applied to the second winding when the input voltage has a second polarity;
The voltage output from the winding unit when the application of the input voltage to the first winding is turned off in the state where the input voltage is the first polarity, and the input voltage is the second voltage A smoothing unit that smoothes the voltage output from the winding unit when the application of the input voltage to the second winding is turned off in a state of the polarity of and outputs to the load
A step-up / step-down circuit.
前記巻線部から出力される前記電圧とは、前記第2の巻線に誘起される電圧である、請求項1に記載の昇降圧回路。   The step-up / step-down circuit according to claim 1, wherein the voltage output from the winding unit is a voltage induced in the second winding. 前記第1の電圧制御部は、前記第1の巻線に印加される前記入力電圧をスイッチングによりオンオフする第1のスイッチ素子を含み、
前記第2の電圧制御部は、前記第2の巻線に印加される前記入力電圧をスイッチングによりオンオフする第2のスイッチ素子を含み、
前記第1のスイッチ素子は、前記入力電圧が前記第2の極性であるときにオフとなり、
前記第2のスイッチ素子は、前記入力電圧が前記第1の極性であるときにオフとなる、請求項1または2に記載の昇降圧回路。
The first voltage control unit includes a first switch element that turns on and off the input voltage applied to the first winding by switching,
The second voltage control unit includes a second switch element that turns on and off the input voltage applied to the second winding by switching,
The first switch element is turned off when the input voltage is the second polarity;
The step-up / step-down circuit according to claim 1 or 2, wherein the second switch element is turned off when the input voltage has the first polarity.
前記第1の巻線は、前記第1のスイッチ素子の第1端に接続される第1端、および前記第2のスイッチ素子の第2端に接続される第2端を有し、
前記第2の巻線は、前記第2のスイッチ素子の第1端に接続される第1端、および前記第1のスイッチ素子の第2端に接続される第2端を有する、請求項3に記載の昇降圧回路。
The first winding has a first end connected to a first end of the first switch element and a second end connected to a second end of the second switch element;
The second winding has a first end connected to a first end of the second switch element and a second end connected to a second end of the first switch element. The step-up / step-down circuit described in 1.
前記第1の巻線の第2端と前記第2のスイッチ素子の第2端との第1の接続ノード、および前記第2の巻線の第2端と前記第1のスイッチ素子の第2端との第2の接続ノードの間に前記入力電圧が印加されることで、前記入力電圧が前記第1の極性であるときに前記第1の接続ノードを介して前記第1の巻線に電流が供給され、前記入力電圧が前記第2の極性であるときに前記第2の接続ノードを介して前記第2の巻線に電流が供給される、請求項4に記載の昇降圧回路。   A first connection node between a second end of the first winding and a second end of the second switch element; and a second end of the second winding and a second of the first switch element. When the input voltage is applied between the second connection node and the end, the first winding is connected to the first winding via the first connection node when the input voltage has the first polarity. The step-up / step-down circuit according to claim 4, wherein a current is supplied and current is supplied to the second winding via the second connection node when the input voltage has the second polarity. 前記第1の電圧制御部は、前記入力電圧が前記第2の極性であるときに、前記第1の電圧制御部を介して前記第1の巻線に供給される電流を遮断する第1の遮断回路を含み、
前記第2の電圧制御部は、前記入力電圧が前記第1の極性であるときに、前記第2の電圧制御部を介して前記第2の巻線に供給される電流を遮断する第2の遮断回路を含む、請求項1から5のいずれか一つに記載の昇降圧回路。
A first voltage control unit configured to cut off a current supplied to the first winding via the first voltage control unit when the input voltage has the second polarity; Including a breaker circuit,
A second voltage control unit configured to cut off a current supplied to the second winding via the second voltage control unit when the input voltage has the first polarity; The step-up / step-down circuit according to any one of claims 1 to 5, including a cutoff circuit.
前記昇降圧回路は、前記負荷から前記第2の巻線に印加される直流電圧をオンオフする負荷電流切替スイッチ素子をさらに備える、請求項1から6のいずれか一つに記載の昇降圧回路。   The step-up / step-down circuit according to claim 1, further comprising a load current changeover switch element that turns on and off a DC voltage applied from the load to the second winding. 前記負荷電流切替スイッチ素子がオンの期間に、前記直流電圧に基づいた相互誘導により前記第1の巻線には前記第1の極性の誘導電圧が発生し、
前記負荷電流切替スイッチ素子がオンからオフに切り替えられた時に、前記第1の巻線の自己誘導により前記第1の巻線には前記第2の極性の誘導電圧が発生する、請求項7に記載の昇降圧回路。
During the period in which the load current changeover switch element is on, an induced voltage of the first polarity is generated in the first winding by mutual induction based on the DC voltage,
The induced voltage having the second polarity is generated in the first winding by self-induction of the first winding when the load current changeover switching element is switched from on to off. The step-up / step-down circuit described.
前記第1の電圧制御部は、
前記第1の巻線の第1端と前記第2の巻線の第2端との間に接続される第1のスイッチ素子と、
前記第1の巻線の第1端と前記第2の巻線の第2端との間に、前記第1のスイッチ素子と並列に接続される第1の整流回路と、
前記第1の巻線の第1端と前記第2の巻線の第2端との間に、前記第1のスイッチ素子および前記第1の整流回路と直列に接続される誘導電流切替スイッチ素子と、
前記第1の巻線の第1端と前記第2の巻線の第2端との間に、前記誘導電流切替スイッチ素子と並列に接続される第2の整流回路と、
を含み、
前記第2の電圧制御部は、前記第1の巻線の第2端と前記第2の巻線の第1端との間に接続される電流遮断回路を含む、請求項7または8に記載の昇降圧回路。
The first voltage controller is
A first switch element connected between a first end of the first winding and a second end of the second winding;
A first rectifier circuit connected in parallel with the first switch element between a first end of the first winding and a second end of the second winding;
Inductive current switching element connected in series with the first switch element and the first rectifier circuit between the first end of the first winding and the second end of the second winding When,
A second rectifier circuit connected in parallel with the induced current changeover switch element between a first end of the first winding and a second end of the second winding;
Including
The said 2nd voltage control part contains the electric current interruption circuit connected between the 2nd end of the said 1st coil | winding, and the 1st end of the said 2nd coil | winding. Buck-boost circuit.
前記負荷電流切替スイッチ素子がオンかつ前記第1のスイッチ素子がオンである状態と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオフかつ前記第1のスイッチ素子がオフである状態とを切り替えることで、前記第1の巻線の第2端と前記第2の電圧制御部との接続ノードから前記第2の巻線の第2端と前記第1の電圧制御部との接続ノードへの方向の前記誘導電圧の昇圧または降圧を行う、請求項9に記載の昇降圧回路。   By switching between a state in which the load current changeover switch element is on and the first switch element is on and a state in which the load current changeover switch element is off and the first switch element is off, the first The induced voltage in a direction from a connection node between the second end of one winding and the second voltage control unit to a connection node between the second end of the second winding and the first voltage control unit The step-up / step-down circuit according to claim 9, wherein the step-up / step-down circuit performs step-up or step-down. 前記負荷電流切替スイッチ素子がオンかつ前記誘導電流切替スイッチ素子がオフである状態と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオフかつ前記誘導電流切替スイッチ素子がオンである状態とを切り替えることで、前記第2の巻線の第2端と前記第1の電圧制御部との接続ノードから前記第1の巻線の第2端と前記第2の電圧制御部との接続ノードへの方向の前記誘導電圧の昇圧または降圧を行う、請求項9に記載の昇降圧回路。   By switching between the state where the load current changeover switch element is on and the induction current changeover switch element is off and the state where the load current changeover switch element is off and the induction current changeover switch element is on, the first The induced voltage in the direction from the connection node between the second end of the second winding and the first voltage control unit to the connection node between the second end of the first winding and the second voltage control unit The step-up / step-down circuit according to claim 9, wherein the step-up / step-down circuit performs step-up or step-down. 前記負荷電流切替スイッチ素子がオンかつ前記第1のスイッチ素子がオンである状態と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオフかつ前記第1のスイッチ素子がオフである状態とを切り替える第1極性電圧出力動作と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオンかつ前記誘導電流切替スイッチ素子がオフである状態と、前記負荷電流切替スイッチ素子がオフかつ前記誘導電流切替スイッチ素子がオンである状態とを切り替える第2極性電圧出力動作とを切り替えることで、前記第1の巻線の第2端と前記第2の電圧制御部との接続ノードおよび前記第2の巻線の第2端と前記第1の電圧制御部との接続ノードから外部へ交流電圧を出力する、請求項9に記載の昇降圧回路。   First polarity voltage output for switching between a state in which the load current changeover switch element is on and the first switch element is on and a state in which the load current changeover switch element is off and the first switch element is off A second switching operation between a state in which the load current changeover switch element is on and the induction current changeover switch element is off, and a state in which the load current changeover switch element is off and the induction current changeover switch element is on. By switching the polarity voltage output operation, a connection node between the second end of the first winding and the second voltage control unit, and the second end of the second winding and the first voltage control. The step-up / step-down circuit according to claim 9, wherein an AC voltage is output to the outside from a connection node with the unit. 前記昇降圧回路は、前記第1の電圧制御部および前記第2の電圧制御部における前記スイッチ素子によって発生するサージを抑制するサージ抑制回路をさらに備える、請求項3,4,5,9,10,11,12のいずれか一つに記載の昇降圧回路。   The step-up / step-down circuit further includes a surge suppression circuit that suppresses a surge generated by the switch element in the first voltage control unit and the second voltage control unit. The step-up / step-down circuit according to claim 1. 入力電圧が入力される入力端と、
出力端と、
前記入力端へ入力される前記入力電圧を昇圧または降圧し、前記出力端から負荷へ前記昇圧または降圧した電圧を出力する昇降圧回路と、
を備え、
前記昇降圧回路は、
共通のコアに巻回された第1の巻線と1または複数の第2の巻線とを含み、前記入力電圧が印加される巻線部と、
前記入力電圧が第1の極性であるときに、前記第1の巻線に印加される前記入力電圧をオンオフする第1の電圧制御部と、
前記入力電圧が第2の極性であるときに、前記第2の巻線に印加される前記入力電圧をオンオフする第2の電圧制御部と、
前記入力電圧が第1の極性である状態において前記第1の巻線への前記入力電圧の印加がオフされるときに前記巻線部から出力される電圧、および前記入力電圧が第2の極性である状態において前記第2の巻線への前記入力電圧の印加がオフされるときに前記巻線部から出力される電圧を平滑化する平滑部と、
を含む電力変換装置。
An input terminal to which an input voltage is input;
An output end;
A step-up / step-down circuit for stepping up or stepping down the input voltage input to the input end and outputting the boosted or stepped down voltage from the output end to a load;
With
The step-up / down circuit is
A winding portion including a first winding and one or more second windings wound around a common core, to which the input voltage is applied;
A first voltage controller that turns on and off the input voltage applied to the first winding when the input voltage has a first polarity;
A second voltage controller that turns on and off the input voltage applied to the second winding when the input voltage has a second polarity;
The voltage output from the winding unit when the application of the input voltage to the first winding is turned off in the state where the input voltage has the first polarity, and the input voltage has the second polarity A smoothing unit for smoothing a voltage output from the winding unit when application of the input voltage to the second winding is turned off in a state of
A power conversion device including:
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