JP2016082792A

JP2016082792A - 充電器

Info

Publication number: JP2016082792A
Application number: JP2014214141A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　智之; Tomoyuki Ito; 智之伊藤; 守倉石; Mamoru Kuraishi; 慎司広瀬; Shinji Hirose; 和寛新村; Kazuhiro Niimura
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-05-16
Also published as: WO2016063652A1

Abstract

【課題】充電器の出力に含まれるノイズを低減する。
【解決手段】それぞれ出力段にコイル２６及びコンデンサ３１からなるノーマルモードフィルタを備え、互いに並列接続される電力変換回路６〜８と、当該充電器１の出力端子１３、１４とアースとの間に設けられるコンデンサ９、１０と、当該充電器１の出力端子１３、１４と電力変換回路６〜８の出力端子同士の接続点Ａ、Ｂとの間に設けられるコモンモードチョークコイル１２とを備えて充電器１を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電器の出力に含まれるノイズの低減技術に関する。

電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など、電動モータの動力を利用して走行する車両の普及に伴い、車両へ充電する地上側の充電器、もしくは車両に搭載される蓄電装置に電力を供給する充電器の性能の向上が図られている。

このような充電器として、例えば、スイッチング素子がオンオフすることにより、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換し充電ケーブルを介して蓄電装置に供給するものがある。

しかしながら、このような充電器は、スイッチング素子がオンオフすることにより、スイッチングノイズやリンギングノイズなどが充電器の出力に含まれてしまう。
そこで、充電器の出力段にフィルタを備えるものがある。例えば、特許文献１〜３参照。

特開２００４−２３８２５号公報特開平４−１１４５０５号公報特開平８−２９４２７５号公報

本発明は、充電器の出力に含まれるノイズを低減することを目的とする。

実施形態の充電器は、それぞれ出力段にノーマルモードフィルタを備え、互いに並列接続される複数の電力変換回路と、前記各電力変換回路の出力端子同士の接続点から当該充電器の出力端子側に配置され、かつ、当該充電器の出力端子とアースとの間に設けられるコンデンサと、当該充電器の出力端子と前記各電力変換回路の出力端子同士の接続点との間に設けられるコモンモードチョークコイルとを備える。

本発明によれば、充電器の出力に含まれるノイズを低減することができる。

実施形態の充電器の一例を示す図である。（ａ）はノーマルモードフィルタの周波数特性の一例を示す図である。（ｂ）はコンデンサの周波数特性の一例を示す図である。（ｃ）はコモンモードチョークコイルの周波数特性の一例を示す図である。

図１は、実施形態の充電器の一例を示す図である。
図１に示す充電器１は、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両３へ充電する地上側の充電器であって、商用電源２から供給される交流電力を直流電力に変換し、車両３に搭載される蓄電装置４に充電ケーブル５を介して供給する。

また、充電器１は、互いに並列接続される３つの電力変換回路６〜８と、コンデンサ９〜１１と、コモンモードチョークコイル１２とを備える。電力変換回路６〜８は、それぞれ、商用電源２から供給される交流電力を直流電力に変換する。電力変換回路６〜８から出力される各電力は、一つにまとめられてコモンモードチョークコイル１２やコンデンサ９〜１１によりノイズが低減された後、蓄電装置４に充電ケーブル５を介して供給される。なお、充電器１に備えられる電力変換回路の数は３つに限定されない。

コンデンサ９の一方端は充電器１の一方の出力端子１３に接続され、コンデンサ９の他方端は充電器１のFG(フレームグラウンド、筐体アース)を介して商用電源２に接続されるアースに接続されている。コンデンサ１０の一方端は充電器１の他方の出力端子１４に接続され、コンデンサ１０の他方端は充電器１のFG(フレームグラウンド、筐体アース)を介して商用電源２に接続されるアースに接続されている。すなわち、コンデンサ９、１０はいわゆるＹコンデンサであって、充電器１の出力端子１３、１４と商用電源２に接続されるアースとの間に設けられ、電力変換回路６〜８から出力され一つにまとめられた電力に含まれるノイズをアースへ流すことで充電ケーブル５へ出力される電力に含まれるノイズを低減する。なお、コンデンサ９、１０のどちらか一方を省略してもよい。

また、コンデンサ１１の一方端は出力端子１３に接続され、コンデンサ１１の他方端は出力端子１４に接続されている。コンデンサ１１は電力変換回路６〜８の各出力端子１５から出力される電力に含まれるノイズを電力変換回路６〜８の各出力端子１６へ流すことで充電ケーブル５へ出力される電力に含まれるノイズを低減する。

なお、コンデンサ９〜１１は電力変換回路６〜８の出力端子１５、１６同士の接続点Ａ、Ｂから出力端子１３、１４側に配置される。
また、コモンモードチョークコイル１２の一方のコイル１２１の一方端は電力変換回路６〜８の出力端子１５同士の接続点Ａに接続され、コイル１２１の他方端は出力端子１３に接続されている。コモンモードチョークコイル１２の他方のコイル１２２の一方端は電力変換回路６〜８の出力端子１６同士の接続点Ｂに接続され、コイル１２２の他方端は出力端子１４に接続されている。すなわち、コモンモードチョークコイル１２は、充電器１の出力端子１３、１４と電力変換回路６〜８の出力端子１５、１６同士の接続点Ａ、Ｂとの間に設けられている。コモンモードチョークコイル１２はコモンモードノイズを低減することで充電ケーブル５へ出力される電力に含まれるノイズを低減する。

電力変換回路６〜８は、それぞれ、ダイオード１７〜２３と、コイル２４〜２６と、コンデンサ２７〜３１と、トランス３２と、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）３３〜３７と、制御部３８〜４０とを備える。なお、制御部３８〜４０は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成される。

ダイオード１７のカソード端子が充電器１の入力端子（電力変換回路６、８：入力端子Ｒ、電力変換回路７：入力端子Ｓ）及びダイオード１８のアノード端子に接続され、ダイオード１９のアノード端子が充電器１の入力端子（電力変換回路６、７：入力端子Ｔ、電力変換回路８：入力端子Ｓ）及びダイオード２０のカソード端子に接続されている。ダイオード１８のカソード端子はダイオード１９のカソード端子及びコイル２４の一方端に接続され、ダイオード２０のアノード端子はダイオード１７のアノード端子、ＭＯＳＦＥＴ３３のソース端子、及びコンデンサ２７の一方端に接続されている。コイル２４の他方端はＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン端子及びダイオード２１のアノード端子に接続されている。ダイオード２１のカソード端子はコンデンサ２７の他方端に接続されている。制御部３８はＭＯＳＦＥＴ３３をオンオフさせるための制御信号をＭＯＳＦＥＴ３３のゲート端子に出力する。すなわち、ダイオード１７〜２１、コイル２４、コンデンサ２７、ＭＯＳＦＥＴ３３、及び制御部３８は、ＰＦＣ(Power Factor Correction)回路を構成する。商用電源２から供給される交流電力は、ダイオード１７〜２０により整流され、ＭＯＳＦＥＴ３３がオンオフすることにより昇圧されつつ力率が改善される。

また、ＭＯＳＦＥＴ３４のドレイン端子はコンデンサ２７の他方端に接続され、ＭＯＳＦＥＴ３４のソース端子はＭＯＳＦＥＴ３５のドレイン端子、コンデンサ２８の一方端、及びコイル２５の一方端に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３５のソース端子はコンデンサ２８の他方端及びコンデンサ２９の一方端に接続されている。トランス３２の一次コイル３２１の一方端はコイル２５の他方端に接続され、一次コイル３２１の他方端はコンデンサ２９の他方端に接続されている。トランス３２の二次コイル３２２の一方端はダイオード２２のアノード端子に接続され、二次コイル３２２の中点はコンデンサ３０のマイナス側端子に接続され、二次コイル３２２の他方端はダイオード２３のアノード端子に接続されている。ダイオード２２のカソード端子はコンデンサ３０のプラス側端子及びダイオード２３のカソード端子に接続されている。制御部３９はＭＯＳＦＥＴ３４がオン、ＭＯＳＦＥＴ３５がオフした後、ＭＯＳＦＥＴ３４がオフ、ＭＯＳＦＥＴ３５がオンすることを繰り返させるための制御信号をＭＯＳＦＥＴ３４、３５のそれぞれのゲート端子に出力する。すなわち、ダイオード２２〜２３、コイル２５、コンデンサ２８〜３０、トランス３２、ＭＯＳＦＥＴ３４〜３５、及び制御部３９は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する。ＰＦＣ回路から出力される電力は、ＭＯＳＦＥＴ３４、３５が交互にオンオフすることによりトランス３２の一次コイル３２１から二次コイル３２２へ伝わり、ダイオード２２〜２３により整流され、コンデンサ３０により平滑される。

また、ＭＯＳＦＥＴ３６のドレイン端子がコンデンサ３０のプラス側端子に接続され、ＭＯＳＦＥＴ３６のソース端子がＭＯＳＦＥＴ３７のドレイン端子及びコイル２６の一方端に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３７のソース端子はコンデンサ３０のマイナス側端子、コンデンサ３１の一方端、及び出力端子１６に接続されている。コイル２６の他方端はコンデンサ３１の他方端及び出力端子１５に接続されている。制御部４０はＭＯＳＦＥＴ３６がオン、ＭＯＳＦＥＴ３７がオフした後、ＭＯＳＦＥＴ３６がオフ、ＭＯＳＦＥＴ３７がオンすることを繰り返させるための制御信号をＭＯＳＦＥＴ３６、３７のそれぞれのゲート端子に出力する。すなわち、コイル２６、コンデンサ３１、ＭＯＳＦＥＴ３６、３７、及び制御部４０は、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧（コンデンサ３０にかかる電圧）は、ＭＯＳＦＥＴ３６、３７が交互にオンオフすることにより降圧される。

実施形態の充電器１において、電力変換回路６〜８のそれぞれの出力段に設けられているコイル２６及びコンデンサ３１は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を降圧させるために必要な素子であるが、ＭＯＳＦＥＴ３３〜３７がスイッチング動作することにより電力変換回路６〜８内で発生するスイッチングノイズやリンギングノイズなどの比較的高い周波数のノイズを低減するためのノーマルモードフィルタ（ローパスフィルタ）としても機能させることができる。例えば、図２（ａ）に示すノーマルモードフィルタの周波数特性において、振幅を減衰させたい信号の周波数帯域ｆｂ１（カットオフ周波数ｆｃを境にして減衰量が大きくなる周波数帯域）が、スイッチングノイズやリンギングノイズなどの周波数帯域と一致又はほぼ一致するように、コイル２６及びコンデンサ３１を選択することが望ましい。これにより、電力変換回路６〜８内で発生するノイズを低減することができるため、充電器１から充電ケーブル５を介して出力される電力に含まれるノイズを低減することができる。

また、実施形態の充電器１では、電力変換回路６〜８から出力され一つにまとめられた電力に含まれるノイズ（コイル２６及びコンデンサ３１からなるノーマルモードフィルタにより除去しきれなかったノイズや出力端子１５と接続点Ａとの間の配線又は出力端子１６と接続点Ｂとの間の配線に存在する浮遊抵抗、浮遊容量、及び浮遊インダクタンスの影響により生じるノイズ）を、出力端子１３、１４の直前に設けられるコンデンサ９、１０を介してアースへ流し、或いはコンデンサ１１を通して出力端子１５から出力端子１６へ流している。例えば、図２（ｂ）に示すコンデンサ９又はコンデンサ１０の周波数特性において、振幅を減衰させたい信号の周波数帯域ｆｂ２（自己共振周波数ｆｏを中心とするインピーダンスが小さい周波数帯域）が、電力変換回路６〜８から出力され一つにまとめられた電力に含まれるノイズの周波数帯域と一致又はほぼ一致するように、コンデンサ９、１０を選択することが望ましい。これにより、電力変換回路６〜８から出力され一つにまとめられた電力に含まれるノイズを低減することができるため、充電器１から充電ケーブル５を介して出力される電力に含まれるノイズをさらに低減することができる。

また、実施形態の充電器１では、コンデンサ９、１０を介してアースへ流れるノイズがコモンモードノイズとなって商用電源２を介して充電器１に再度入力されても、そのコモンモードノイズを、出力端子１３、１４の直前に設けられるコモンモードチョークコイル１２により低減している。例えば、図２（ｃ）に示すコモンモードチョークコイル１２の周波数特性において、振幅を減衰させたい信号の周波数帯域ｆｂ３（比較的インピーダンスが高い周波数帯域）が、コモンモードノイズの周波数帯域と一致又はほぼ一致するように、コモンモードチョークコイル１２を選択することが望ましい。これにより、充電器１内のコモンモードノイズを低減することができるため、充電器１から充電ケーブル５を介して出力される電力に含まれるノイズをさらに低減することができる。

なお、電力変換回路６〜８内で発生するノイズの周波数帯域、電力変換回路６〜８から出力され一つにまとめられた電力に含まれるノイズの周波数帯域、及びコモンモードノイズの周波数帯域が互いに同じである場合は、周波数帯域ｆｂ１、周波数帯域ｆｂ２、及び周波数帯域ｆｂ３を互いに一致又はほぼ一致させることが望ましい。

また、電力変換回路６〜８内で発生するノイズの周波数帯域、電力変換回路６〜８から出力され一つにまとめられた電力に含まれるノイズの周波数帯域、及びコモンモードノイズの周波数帯域が互いに異なる場合は、周波数帯域ｆｂ１、周波数帯域ｆｂ２、及び周波数帯域ｆｂ３を互いに異ならせることが望ましい。

また、実施形態の充電器１では、電力変換回路６〜８から出力される電力に含まれるノイズを、出力端子１３、１４の間に設けられているコンデンサ１１により低減している。これにより、充電器１から充電ケーブル５を介して出力される電力に含まれるノイズをさらに低減することができる。

また、実施形態の充電器１では、コンデンサ９〜１１及びコモンモードチョークコイル１２を共通化して出力端子１３、１４の直前に設けているため、コンデンサ９〜１１及びコモンモードチョークコイル１２をそれぞれ電力変換回路６〜８に備える構成に比べて、部品点数を削減することができ回路規模やコストの増大を低減することができる。

なお、実施形態の充電器１は、車両３に搭載される充電器として採用してもよい。

１充電器
２商用電源
３車両
４蓄電装置
５充電ケーブル
６〜８電力変換回路
９〜１１コンデンサ
１２コモンモードチョークコイル
１２１、１２２コイル
１３〜１６出力端子
１７〜２３ダイオード
２４〜２６コイル
２７〜３１コンデンサ
３２トランス
３２１一次コイル
３２２二次コイル
３３〜３７ＭＯＳＦＥＴ
３８〜４０制御部

Claims

それぞれ出力段にノーマルモードフィルタを備え、互いに並列接続される複数の電力変換回路と、
前記各電力変換回路の出力端子同士の接続点から当該充電器の出力端子側に配置され、かつ、当該充電器の出力端子とアースとの間に設けられるコンデンサと、
当該充電器の出力端子と前記各電力変換回路の出力端子同士の接続点との間に設けられるコモンモードチョークコイルと、
を備えることを特徴とする充電器。
請求項１に記載の充電器であって、
前記ノーマルモードフィルタの周波数特性において振幅を減衰させたい信号の周波数帯域、前記コンデンサの周波数特性において振幅を減衰させたい信号の周波数帯域、及び前記コモンモードチョークコイルの周波数特性において振幅を減衰させたい信号の周波数帯域を、互いに一致又はほぼ一致させる
ことを特徴とする充電器。
請求項１に記載の充電器であって、
前記ノーマルモードフィルタの周波数特性において振幅を減衰させたい信号の周波数帯域、前記コンデンサの周波数特性において振幅を減衰させたい信号の周波数帯域、及び前記コモンモードチョークコイルの周波数特性において振幅を減衰させたい信号の周波数帯域を、互いに異ならせる
ことを特徴とする充電器。