JP2016195511A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置は、入力電源電圧を変換して任意の直流電圧を出力する非絶縁型コンバータ回路15と、そこから出力される直流電圧を入力して負荷へ直流電圧を出力する絶縁型コンバータ回路16と、非絶縁型コンバータ回路15と絶縁型コンバータ回路16を制御する制御部17とを備え、制御部17は、絶縁型コンバータ回路16の負荷側から電流が逆流することを検知する逆流検知部を備え、逆流検知部の判定結果に基づいて非絶縁型コンバータ回路15と絶縁型コンバータ回路16を制御する。
【選択図】図1
Description
しかしながら、動作中の負荷変動、例えば、ユーザーが動作中に補機用電池に対して、ブースターケーブルによるジャンプスタートなどを行った際、補機用電池の電圧が急上昇する。このとき、同期整流方式では、電流が逆流する場合が考えられる。その場合には、例えば、過大な逆流電流が流れている最中に、スイッチング素子をオフすることで発生するターンオフサージにより、スイッチング素子の故障を引き起こす恐れがある。しかしながら、特許文献1に記載の従来のスイッチング電源装置では、軽負荷時での高効率化(同期整流方式)、および、負荷側変動により、電流が逆流し素子が故障してしまうという問題については考慮されていないため、当該問題には対応できないという課題があった。
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の概略構成図である。図1に示すように、電力変換装置は、絶縁型コンバータ回路16の前段に非絶縁型昇降圧コンバータ回路15を設けたコンバータ2段構成である。非絶縁型昇降圧コンバータ回路15により入力電圧Viを任意の電圧に変換し、絶縁型コンバータ回路16により当該任意の電圧から出力電圧Voを出力する。非絶縁型昇降圧コンバータ回路15および絶縁型コンバータ回路16の動作は、制御部17によって制御される。
また、制御部17は、絶縁型コンバータ回路16に接続された負荷側からの電流の逆流を検知する逆流検知部(図示せず)を有している。逆流検知部については後述する。制御部17は、逆流検知部による逆流電流発生有無の判定結果に基づき、非絶縁型昇降圧コンバータ回路15および絶縁型コンバータ回路16の動作の制御を行う。
本発明の実施の形態2に係る電力変換装置は、上記実施の形態1で説明した電力変換装置と同じ回路構成を有している。従って、図1を参照することとし、ここでは、その説明を省略する。また、本実施の形態2では、制御部17の逆流検知部は、リンクコンデンサ電圧検出回路22が検出する電圧値Vlinkを用いることを特徴とする。実施の形態1で説明したように、出力電圧Voが上昇するに伴い、式(1)より、リンクコンデンサ6の電圧Vlinkも上昇する。制御部17の逆流検知部は、リンクコンデンサ電圧検出回路22が検出する電圧Vlinkが、制御目標値Vlink*から大きく外れて、それらの差分が予め設定された閾値以上の電圧となった場合、逆流検知部は逆流電流が発生していることを検知し、半導体スイッチング素子7,8,12,13をオフする。このときの動作を図14に示す。なお、この場合の閾値を、実施の形態1の閾値(Ith)と区別するために、以下では、閾値(Vth)と呼ぶこととする。
本発明の実施の形態3に係る電力変換装置は、上記実施の形態1で説明した電力変換装置と同じ回路構成を有している。従って、図1を参照することとし、ここでは、その説明は省略する。上記実施の形態1、2からもわかるように、式(1)より、リンクコンデンサ6の電圧Vlinkと出力電圧Voとは連動しているこのため、例えば、素子の故障などでリンクコンデンサ6の電圧Vlinkが低下し、以下の式(7)を満たす関係になってしまったとき、出力側から電流が逆流してしまう。
このことを、さらに詳細に説明する。
図18に示すように、非絶縁型昇降圧(または昇圧)コンバータ回路15は、入力電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出回路21と、入力電源からの入力電流を検出する入力電流検出回路25とを備えている。また、絶縁型コンバータ回路16は、負荷へ出力される出力電圧を検出する出力電圧検出回路23と、負荷へ出力される出力電流を検出する出力電流検出回路24とを備えている。また、制御部17は、電力変換装置の効率を求める効率演算部(図示せず)を内部に備えている。効率演算部は、検出された入力電圧と入力電流とに基づいて入力電力を求めるとともに、検出された出力電圧と出力電流とに基づいて出力電力を求めて、当該入力電力に対する出力電力の比率(=出力電力/入力電力)を、電力変換装置の効率として求める。効率演算部が演算した当該効率の値が閾値に達したときに、逆流検知部は逆流が発生したと判定する。
Claims (16)
- 入力電源と負荷との間に接続される電力変換装置であって、
前記入力電源の入力電圧を変換して任意の直流電圧を出力する非絶縁型コンバータ回路と、
前記非絶縁型コンバータ回路から入力される前記直流電圧から出力電圧を発生させて、前記負荷へ前記出力電圧を出力する絶縁型コンバータ回路と、
前記非絶縁型コンバータ回路および前記絶縁型コンバータ回路を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記絶縁型コンバータ回路の前記負荷側から電流が逆流することを検知する逆流検知部を備え、
前記制御部は、前記逆流検知部の逆流発生有無の判定結果に基づいて、前記非絶縁型コンバータ回路および前記絶縁型コンバータ回路を制御する
電力変換装置。 - 前記非絶縁型コンバータはDC/DCコンバータから構成され、
前記絶縁型コンバータは、
一次巻線及び二次巻線を備えるトランスと、
共振用コンデンサと、
共振用リアクトルと、
前記一次巻線側に設けられた第1のスイッチ素子と第2のスイッチ素子と、
前記二次巻線側に設けられ、前記一次巻線との磁界結合により前記二次巻線側に誘起される電圧を整流して前記負荷へ出力する整流回路と
を有するLLC直列共振コンバータから構成されている
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁型コンバータは、
前記整流回路の後段に設けられた平滑用コンデンサと、
前記平滑用コンデンサの後段に設けられ、前記負荷に流れる電流値を検出する出力電流検出回路と
をさらに備え、
前記出力電流検出回路が検出する前記電流値が第1の閾値に達したときに、前記逆流検知部は前記逆流が発生したと判定する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁型コンバータは、
前記整流回路の後段に設けられた平滑用コンデンサと、
前記整流回路と前記平滑用コンデンサとの間に設けられ、そこを流れる共振電流を検出する共振電流検出回路と
を備え、
前記共振電流検出回路が検出する前記共振電流の値が第2の閾値に達したときに、前記逆流検知部は前記逆流が発生したと判定する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記非絶縁型コンバータと前記絶縁型コンバータとの間に設けられた平滑用のリンクコンデンサと、
前記リンクコンデンサの電圧値を検出するリンクコンデンサ電圧検出回路と
をさらに備え、
前記リンクコンデンサ電圧検出回路が検出する前記リンクコンデンサの電圧値が第3の閾値に達したとき、前記逆流検知部は前記逆流が発生したと判定する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記非絶縁型コンバータと前記絶縁型コンバータとの間に設けられた平滑用のリンクコンデンサと、
前記リンクコンデンサの電圧値を検出するリンクコンデンサ電圧検出回路と
をさらに備え、
前記リンクコンデンサ電圧検出回路が検出する前記リンクコンデンサの電圧値と前記制御部が設定した制御目標値との差分が第4の閾値以上になったときに、前記逆流検知部は前記逆流が発生したと判定する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁型コンバータは、
前記整流回路の後段に設けられた平滑用コンデンサと、
前記平滑用コンデンサと並列に設けられ、前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路と
をさらに備え、
前記出力電圧検出回路が検出する出力電圧の値が第5の閾値に達したときに、前記逆流検知部は前記逆流が発生したと判定する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記LLC直列共振コンバータは、
共振用コンデンサと、
前記共振用コンデンサの電圧を検出する共振用コンデンサ電圧検出回路と
を備え、
前記共振用コンデンサ電圧検出回路が検出する電圧の値が第6の閾値に達したときに、前記逆流検知部は前記逆流が発生したと判定する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記非絶縁型コンバータは、
前記入力電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電源からの入力電流を検出する入力電流検出回路と
を備え、
前記絶縁型コンバータは、
前記負荷へ出力される前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記負荷へ出力される出力電流を検出する出力電流検出回路と
を備え、
前記制御部は、
前記入力電圧と前記入力電流とに基づいて入力電力を求めるとともに、前記出力電圧と前記出力電流とに基づいて出力電力を求めて、前記入力電力に対する前記出力電力の比率を効率として求める効率演算部
をさらに備え、
前記効率演算部が演算した前記効率の値が第7の閾値に達したときに、前記逆流検知部は前記逆流が発生したと判定する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記非絶縁型コンバータは、前記入力電源からの入力電流を検出する入力電流検出回路を備え、
前記入力電流検出回路が検出する入力電流の値が第8の閾値に達したときに、前記逆流検知部は前記逆流が発生したと判定する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁型コンバータの前記整流回路は、2以上のスイッチング素子で構成されている同期整流回路であり、
前記逆流検知部が前記逆流が発生したと判定したときに、前記制御部は、前記同期整流回路の前記スイッチング素子を停止する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記逆流検知部が前記逆流が発生したと判定したときに、前記制御部は、前記DC/DCコンバータが出力する前記直流電圧を上昇させる
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記絶縁型コンバータ回路と前記負荷との間に接続され、前記絶縁型コンバータ回路の出力と前記負荷とを接離する出力リレーをさらに備え、
前記逆流検知部が前記逆流が発生したと判定したときに、前記制御部は、前記出力リレーを遮断する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記入力電源と前記非絶縁型コンバータ回路との間に接続され、前記入力電源と前記非絶縁型コンバータ回路とを接離する入力リレーをさらに備え、
前記逆流検知部が前記逆流が発生したと判定したときに、前記制御部は、前記入力リレーを遮断する
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記非絶縁型コンバータは昇圧コンバータである
請求項1から14までのいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記非絶縁型コンバータは昇降圧コンバータである
請求項1から14までのいずれか1項に記載の電力変換装置。
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