JP2013094034A - 双方向dc/dcコンバータ、ソーラー充電システム、及び移動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】双方向DC/DCコンバータは、トランスと、前記トランスの低電圧側巻線に接続される第1スイッチング回路と、前記トランスの高電圧側巻線に接続される第2スイッチング回路とを備える。昇圧動作時に、前記第1スイッチング回路のスイッチング動作により生成される交流電圧が前記トランスにより昇圧され、前記第2スイッチング回路により整流される。降圧動作時に、前記第2スイッチング回路のスイッチング動作により生成される交流電圧が前記トランスにより降圧され、前記第1スイッチング回路により整流される。そして、前記昇圧動作時における最大昇圧倍率が前記降圧動作時における最大降圧倍率の逆数よりも大きい。
【選択図】図1A
Description
この場合、昇圧動作において、
Vmain = αVsub − L(dI/dt)
が成り立つ。
スイッチング損失を低減するため、トランジスタTL1、TL2のスイッチングをゼロ電流スイッチング(若しくは、十分小さい電流値でのスイッチング)とすると、トランジスタTL1、TL2のいずれか一方がオン状態のときの(dI/dt)は正となるため、
Vmain = αVsub − L(dI/dt) < αVsub
が成り立つ。サブバッテリB1およびメインバッテリB2の電圧範囲を考慮すると、
Vmain_max < αVsub_min ・・・(数式1)
となるように固定昇圧倍率(例えば、トランスの巻線比)を選ぶ必要がある。
Vsub = (1/β){Vmain − L(dI/dt)}
が成り立つ。
スイッチング損失を低減するため、トランジスタTH1、TH2、TH3、TH4のスイッチングのうち、トランス端子間に生じる電圧の向きを反転させるスイッチングをゼロ電流スイッチング(若しくは、十分小さい電流値でのスイッチング)とすると、トランジスタTH1とTH4がオン状態(オフ状態)且つトランジスタTH2とTH3がオフ状態(オン状態)のときの(dI/dt)は正となるため、
Vsub = (1/β){Vmain − L(dI/dt)} < (1/β)Vmain
が成り立つ。サブバッテリB1およびメインバッテリB2の電圧範囲を考慮すると、
Vsub_max < (1/β)Vmain_min・・・(数式2)
となるように固定降圧倍率(例えば、トランスの巻線比)を選ぶ必要がある。
Vsub_max < (1/β)Vmain_min < (α/β)Vsub_min
∴ (α/β) > (Vsub_max/Vsub_min)>1・・・(数式3)
が成り立つ。従って、固定昇圧倍率αおよび固定降圧倍率(1/β)をトランスの巻線比だけで決めるとすると、昇圧時のトランスの巻線比を1:α、降圧時のトランスの巻線比を1:β(<α)とするなど、昇圧時と降圧時とで異なる巻数比を採用する必要あり、回路構成が非常に複雑となる。一方、図1Aの回路は、トランスTR1の巻線比が1:Nなので、α=2N、β=Nの場合に相当し、数式3を満たす。即ち、図1Aの回路は、昇圧時と降圧時でトランスの巻線比を変える必要がないため、簡単な回路構成によって双方向DC−DCコンバータを構成することができる。
2 MPPT制御部
3 制御部
4 サブバッテリ
5 DC/DCコンバータ
6 制御回路
7 メインバッテリ
8 インバータ
9 モータ
B1 サブバッテリ
B2 メインバッテリ
CH1、CH2、C1、C2 コンデンサ
D1、D2、DAC1、DAC2 ダイオード
DV1〜DV4 ゲートドライバ
R1、R2 抵抗
TL1〜TL4 トランジスタ
TH1〜TH5 トランジスタ
TAC1、TAC2 トランジスタ
TR1、TR2 トランス
Claims (11)
- トランスと、
前記トランスの低電圧側巻線に接続される第1スイッチング回路と、
前記トランスの高電圧側巻線に接続される第2スイッチング回路とを備え、
昇圧動作時に、前記第1スイッチング回路のスイッチング動作により生成される交流電圧が前記トランスにより昇圧され、前記第2スイッチング回路により整流され、
降圧動作時に、前記第2スイッチング回路のスイッチング動作により生成される交流電圧が前記トランスにより降圧され、前記第1スイッチング回路により整流され、
前記昇圧動作時における最大昇圧倍率が前記降圧動作時における最大降圧倍率の逆数よりも大きいことを特徴とする双方向DC/DCコンバータ。 - 前記降圧動作時に、前記第1スイッチング回路内のスイッチング素子が同期整流素子として動作することを特徴とする請求項1に記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記昇圧動作時に、前記第2スイッチング回路内のスイッチング素子が同期整流素子として動作することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記昇圧動作時に、前記第2スイッチング回路が倍電圧整流回路として動作することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記第2スイッチング回路が、第1スイッチング素子と、第2スイッチング素子と、第3スイッチング素子と、第4スイッチング素子と、第5スイッチング素子と、第1コンデンサと、第2コンデンサとを備え、
前記トランスの前記高圧側巻線の一端に前記第1スイッチング素子の一端及び前記第2スイッチング素子の一端が接続され、
前記トランスの前記高圧側巻線の他端に前記第3スイッチング素子の一端、前記第4スイッチング素子の一端、及び前記第5スイッチング素子の一端が接続され、
前記第1スイッチング素子の他端、前記第3スイッチング素子の他端、及び前記第1コンデンサの一端が共通接続され、
前記第2スイッチング素子の他端、前記第4スイッチング素子の他端、及び前記第2コンデンサの一端が共通接続され、
前記第1コンデンサの他端、前記第2コンデンサの他端、及び前記第5スイッチング素子の他端が共通接続されることを特徴とする請求項4に記載の双方向DC/DCコンバータ。 - 前記第5スイッチング素子が互いの寄生ダイオードが逆方向接続される2つのMOSFETによって構成されることを特徴とする請求項5に記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記第2コンデンサが充電時に前記第2コンデンサの一端の電位よりも前記第2コンデンサの他端の電位の方が高くなり、
前記第2スイッチング回路が、前記第2コンデンサに並列に接続される放電回路を備えることを特徴とする請求項5に記載の双方向DC/DCコンバータ。 - 前記第1スイッチング素子及び前記3スイッチング素子がそれぞれノーマリーオントランジスタであり、前記第2スイッチング素子及び前記4スイッチング素子がそれぞれノーマリーオフトランジスタである、又は、前記第1スイッチング素子及び前記3スイッチング素子がそれぞれノーマリーオフトランジスタであり、前記第2スイッチング素子及び前記4スイッチング素子がそれぞれノーマリーオントランジスタであることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 太陽電池と、
前記太陽電池から出力される電力を蓄える第1蓄電装置と、
前記第1蓄電装置よりも電圧が大きい第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置との間の電力伝送を行う双方向DC/DCコンバータとを備え、
前記双方向DC/DCコンバータが請求項1〜8のいずれか1項に記載の双方向DC/DCコンバータであることを特徴とするソーラー充電システム。 - 請求項9に記載のソーラー充電システムを備えることを特徴とする移動体。
- 前記ソーラー充電システムが備える第2蓄電装置から出力される電力を移動体の駆動用電力として用いることを特徴とする請求項10に記載の移動体。
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