JP2017034959A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
入力側に接続された直流電源から供給される電力をトランスを介して出力するものとして、特許文献1記載の電源制御装置が有る。特許文献1記載の電源制御装置は、主蓄電装置と、主蓄電装置の電力ラインの間に接続される容量負荷と、主蓄電装置の電力ラインの間に、双方向コンバータを介して容量負荷と並列接続された補機用蓄電装置とを備えている。主蓄電装置と補機用蓄電装置との間での電力の授受は、双方向コンバータを用いて行われる。また、補機用蓄電装置の電力を双方向コンバータを用いて容量負荷へ供給することにより、容量負荷の電圧が主蓄電装置の電圧と等しくなるまで充電が行われる。
There is a power supply control device described in
特許文献1記載の電源制御装置における双方向コンバータが、補機用蓄電池側にチョークコイルを備えるものである場合には、容量負荷への充電は、チョークコイルの電流の増加と減少を繰り返すことにより行われる。また、特許文献1記載の電源制御装置では、システムの低コスト化や小型化の観点から、突入電流を防止するための制限抵抗等が設けられていない。
When the bidirectional converter in the power supply control device described in
ここで、チョークコイルの電流が減少するための条件は、補機用蓄電池の電圧が、容量負荷の電圧を、双方向コンバータを構成するコイルの巻数比で除算した値より小さいことである。したがって、充電の開始時等、容量負荷の電圧が小さい場合には、チョークコイルの電流は増加し続けることとなる。その結果として、DCDCコンバータの劣化や破損につながるおそれがある。一方で、チョークコイルの電流を減少させるべくスイッチング素子のOFF操作を行えば、アバランシェ電流により逆起電力が生じ、スイッチング素子の劣化や破損が生ずるおそれがある。 Here, the condition for reducing the current of the choke coil is that the voltage of the auxiliary storage battery is smaller than the value obtained by dividing the voltage of the capacitive load by the turn ratio of the coils constituting the bidirectional converter. Therefore, when the voltage of the capacitive load is small, such as at the start of charging, the choke coil current continues to increase. As a result, the DCDC converter may be deteriorated or damaged. On the other hand, if the switching element is turned OFF in order to reduce the current of the choke coil, a back electromotive force is generated by the avalanche current, and the switching element may be deteriorated or damaged.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、回路を構成するスイッチング素子の劣化や破損の抑制しつつ、電力の供給効率を向上させることが可能な電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to convert power that can improve power supply efficiency while suppressing deterioration and breakage of switching elements constituting the circuit. To provide an apparatus.
本発明は、直流電源が接続される入力側から、磁気的に結合する第1コイル及び第2コイルからなるトランス、及びスイッチング素子を備える電力変換回路を介して出力側の回路へと電力を供給する電力変換装置であって、前記電力変換回路と前記直流電源との間に設けられるチョークコイルと、前記チョークコイルをフライバックトランスとして機能させるべく、前記出力側の回路に並列接続され、前記チョークコイルと磁気的に結合し、前記チョークコイルに前記直流電源の正極側から負極側へ励磁電流が流れた場合に、前記出力側の回路の負極側から正極側へ励磁電流が流れる方向に巻かれた補助コイルと、前記補助コイルと直列接続され、前記直流電源から前記出力側への前記補助コイルを介した電力の供給、及び、前記出力側から前記入力側への電力の供給を遮断する整流素子と、を備える。 The present invention supplies power from an input side to which a DC power source is connected to a circuit on an output side through a power conversion circuit including a transformer and a switching element including a first coil and a second coil that are magnetically coupled. A choke coil provided between the power conversion circuit and the DC power supply, and the choke coil connected in parallel to the output-side circuit to function as a flyback transformer, the choke Coiled magnetically with the coil, and when the excitation current flows from the positive electrode side to the negative electrode side of the DC power supply to the choke coil, the coil is wound in the direction in which the excitation current flows from the negative electrode side to the positive electrode side of the output side circuit. Auxiliary coil, connected in series with the auxiliary coil, power supply from the DC power source to the output side via the auxiliary coil, and from the output side And a rectifying element for blocking the supply of power to the fill power side.
上記構成により、直流電源からの電力の供給を遮断する期間を含むように制御を行う場合において、回路中に生ずるアバランシェ電流は、補助コイルを介して出力側へと供給されることとなる。そのため、アバランシェ電流による入力側回路の劣化や損傷を抑制することができる。さらに、入力側回路に残存する電力を出力側へ供給することができる。したがって、入力側回路の劣化や損傷を抑制しつつ、出力側への電力の供給効率をより向上させることができる。 With the above configuration, when control is performed so as to include a period in which the supply of power from the DC power supply is cut off, the avalanche current generated in the circuit is supplied to the output side via the auxiliary coil. Therefore, it is possible to suppress deterioration and damage of the input side circuit due to the avalanche current. Furthermore, the power remaining in the input side circuit can be supplied to the output side. Therefore, it is possible to further improve the power supply efficiency to the output side while suppressing deterioration and damage of the input side circuit.
以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.
<第1実施形態>
本実施形態に係る電力変換装置は、公称電圧が12Vである鉛バッテリ等の二次電池と、公称電圧が数百Vであるリチウムイオンバッテリ等の高電圧蓄電池とを備えるハイブリッドカーに搭載されるものである。
<First Embodiment>
The power conversion device according to the present embodiment is mounted on a hybrid car including a secondary battery such as a lead battery having a nominal voltage of 12V and a high voltage storage battery such as a lithium ion battery having a nominal voltage of several hundred volts. Is.
図1は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。本実施形態に係る電力変換装置は、電力変換回路10を介して入力側に接続される直流電源である二次電池100の電力を、出力側へと供給するものである。
FIG. 1 is a circuit diagram of the power conversion device according to the present embodiment. The power conversion device according to the present embodiment supplies power of the
電力変換回路10は、トランスTr11と、MOSFETである第1〜第6スイッチング素子Q11〜Q16を備えている。トランスTr11は、互いに磁気的に結合した第1コイルL11と第2コイルL12とにより構成され、第1コイルL11は、センタータップを有している。第2コイルL12の巻数は、第1コイルL11の巻数のN/2倍である。すなわち、第2コイルL12の巻数が、第1コイルL11のいずれか一方の端からセンタータップまでの巻数のN倍となっている。
The
第1コイルL11の両端は、それぞれ、第1スイッチング素子Q11のドレイン、第2スイッチング素子Q12のドレインに接続されている。一方、第1スイッチング素子Q11のソースと第2スイッチング素子Q12のソースとが接続されている。 Both ends of the first coil L11 are connected to the drain of the first switching element Q11 and the drain of the second switching element Q12, respectively. On the other hand, the source of the first switching element Q11 and the source of the second switching element Q12 are connected.
二次電池100は、チョークコイルL13を介して電力変換回路10と接続されている。具体的には、チョークコイルL13の一端が二次電池100の正極に接続され、チョークコイルL13の他端が、第1コイルL11のセンタータップに接続されている。一方、第1スイッチング素子Q11のソースと第2スイッチング素子Q12のソースとの接続点は、二次電池100の負極に接続されている。また、二次電池100には、コンデンサ101が並列接続されている。
The
第2コイルL12の端部の一方は、第3スイッチング素子Q13のソース及び第4スイッチング素子Q14のドレインに接続されている。第2コイルL12の端部の他方は、第5スイッチング素子Q15のソース及び第6スイッチング素子Q16のドレインに接続されている。第3スイッチング素子Q13のドレイン及び第5スイッチング素子Q15のドレインは、正極側出力端子200aに接続されており、第4スイッチング素子Q14のソース及び第6スイッチング素子Q16のソースは、負極側出力端子200bに接続されている。この正極側出力端子200a、負極側出力端子200bには、コンデンサ201が並列接続されている。
One end of the second coil L12 is connected to the source of the third switching element Q13 and the drain of the fourth switching element Q14. The other end of the second coil L12 is connected to the source of the fifth switching element Q15 and the drain of the sixth switching element Q16. The drain of the third switching element Q13 and the drain of the fifth switching element Q15 are connected to the
電力変換装置は、さらに、チョークコイルL13と磁気的に結合する補助コイルL14を備えている。これらチョークコイルL13と補助コイルL14により、フライバックトランスとして機能する第2トランスTr12を構成している。補助コイルL14は、電力変換回路10に対して並列接続され、正極側出力端子200a及び負極側出力端子200bに接続されている。
The power converter further includes an auxiliary coil L14 that is magnetically coupled to the choke coil L13. The choke coil L13 and the auxiliary coil L14 constitute a second transformer Tr12 that functions as a flyback transformer. The auxiliary coil L14 is connected in parallel to the
この補助コイルL14は、チョークコイルL13に二次電池100の正極側から負極側へ励磁電流が流れた場合に、出力側の回路の負極側から正極側へ励磁電流が流れる方向に巻かれている。この補助コイルL14とチョークコイルL13との巻数比は、N:1である。加えて、補助コイルL14の負極側出力端子200b側には、ダイオードD1が直列接続されている。チョークコイルL13に対して二次電池100の正極から電圧が印加される場合には、ダイオードD1により、補助コイルL14を介した出力側への電力の供給は遮断される。また、補助コイルL14に対して正極側出力端子200a側から電圧が印加される場合には、ダイオードD1により、チョークコイルL13への電力の供給は遮断される。
The auxiliary coil L14 is wound in a direction in which the excitation current flows from the negative electrode side to the positive electrode side of the circuit on the output side when the excitation current flows through the choke coil L13 from the positive electrode side to the negative electrode side of the
電力変換装置は、二次電池100の電圧である入力側電圧VBを検出する入力側電圧検出部102、チョークコイルL13を流れる電流(入力側の回路を流れる電流)であるリアクトル電流ILを検出する電流検出部103、及び、出力側の電圧(コンデンサ201の電圧)である出力側電圧VHを検出する出力側電圧検出部202を備えている。検出された入力側電圧VB、出力側電圧VH、及びリアクトル電流ILは、制御部300へ入力される。
The power conversion device detects an input side voltage VB that is a voltage of the
制御部300は、入力された入力側電圧VB、出力側電圧VH、及びリアクトル電流ILに基づいて演算を行い、第1スイッチング素子Q11、第2スイッチング素子Q12へ制御信号を送信する。このとき、出力側において、コンデンサ201への充電の進行具合に応じて、第1〜第3モードのいずれかを選択して制御を行う。
The
第1モードの制御について、図2のタイムチャートを用いて説明する。第1モードでは、第1スイッチング素子Q11をONとし、第2スイッチング素子Q12をOFFとする制御Aと、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12をいずれもOFFとする制御Bとを交互に行う。換言すれば、第2スイッチング素子Q12を常にOFFとしておき、第1スイッチング素子Q11のONとOFFとを交互に行う。 The control in the first mode will be described with reference to the time chart of FIG. In the first mode, control A for turning on the first switching element Q11 and turning off the second switching element Q12 and control B for turning off both the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are alternately performed. Do. In other words, the second switching element Q12 is always turned off, and the first switching element Q11 is alternately turned on and off.
制御Aでは、リアクトル電流ILの単位時間あたりの変化量は、チョークコイルL13に印加される電圧であるリアクトル電圧VLに基づいて定まる。このリアクトル電圧VLは、入力側電圧VBから、出力側電圧VHを巻数比で除算した値を減算したものとなる。また、第2コイルL12側に流れる電流である出力側電流ICの単位時間あたりの変化量は、リアクトル電流ILの単位時間あたりの変化量dIL/dtをNで除算した値となる。第2コイルL12に印加される電圧である励磁電圧VTは出力側電圧VHと等しい。励磁電流IMの時間変化量は、励磁電圧VTを励磁インダクタンスで除算したものであるため、直線的に単調増加する。なお、励磁電流IMについて、正極側出力端子200aから負極側出力端子200bへと流れる向きを正としている。
In the control A, the amount of change per unit time of the reactor current IL is determined based on the reactor voltage VL that is a voltage applied to the choke coil L13. The reactor voltage VL is obtained by subtracting a value obtained by dividing the output side voltage VH by the turn ratio from the input side voltage VB. Further, the change amount per unit time of the output side current IC that is the current flowing to the second coil L12 side is a value obtained by dividing the change amount dIL / dt per unit time of the reactor current IL by N. An excitation voltage VT, which is a voltage applied to the second coil L12, is equal to the output side voltage VH. The time change amount of the excitation current IM is obtained by dividing the excitation voltage VT by the excitation inductance, and therefore increases linearly and monotonously. Note that the direction in which the excitation current IM flows from the
この制御Aが行われる際の電流経路について、図3(a)を用いて説明する。図3(a)では、電流経路を矢印で示している。また、励磁電流IMについては破線で示している。第1コイルL11側では、二次電池100から供給される電流は、チョークコイルL13、第1コイルL11、第1スイッチング素子Q11の順に通過する経路をとることとなる。第2コイルL12側では、第6スイッチング素子Q16、第2コイルL12、第3スイッチング素子Q13の順に通過する経路をとることとなる。また、励磁電流IMについては、第3スイッチング素子Q13、第2コイルL12、第6スイッチング素子Q16の順に通過する経路をとることとなる。
A current path when the control A is performed will be described with reference to FIG. In FIG. 3A, current paths are indicated by arrows. The excitation current IM is indicated by a broken line. On the first coil L11 side, the current supplied from the
制御Aでは、リアクトル電流ILが単調増加するため、リアクトル電流ILが予め定められた値である第1指令値Iref1となることを条件に、リアクトル電流ILを減少させるべく制御Bが行われる。 In the control A, since the reactor current IL monotonously increases, the control B is performed to reduce the reactor current IL on condition that the reactor current IL becomes the first command value Iref1 which is a predetermined value.
制御Bでは、リアクトル電流ILはゼロとなる。一方で、チョークコイルL13には逆起電力が生じ、リアクトル電圧VLは、出力側電圧VHを巻数比で除算した値の負値となる。そのため、フライバック電流IDはリアクトル電圧VLの値に基づいて直線的に単調減少し、それに伴いリアクトル電流ILも直線的に単調減少する。また励磁電圧VTは出力側電圧VHの負値となり、励磁電流IMは単調減少することとなる。 In the control B, the reactor current IL becomes zero. On the other hand, a counter electromotive force is generated in the choke coil L13, and the reactor voltage VL is a negative value obtained by dividing the output side voltage VH by the turn ratio. Therefore, flyback current ID linearly monotonously decreases based on the value of reactor voltage VL, and accordingly reactor current IL also monotonously decreases linearly. Further, the excitation voltage VT becomes a negative value of the output side voltage VH, and the excitation current IM monotonously decreases.
この制御Bが行われる際の電流経路について、図3(b)を用いて説明する。この電流経路は、制御Bの前半である期間B11の経路を示している。制御Bにおいて、第1コイルL11側では、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12が共にOFFであるため、二次電池100からの電力の供給は行われない。一方で、チョークコイルL13にはリアクトル電流ILが残存しており逆起電力が生ずるため、そのリアクトル電流ILにより補助コイルL14を介した電力の供給がなされることとなる。また、励磁電流IMについては、第3スイッチング素子Q13、第2コイルL12、第6スイッチング素子Q16の順に通過する経路をとることとなる。なお、制御Bの後半である期間B12については、いずれの電流も流れないため、電流経路についての説明を省略する。
A current path when the control B is performed will be described with reference to FIG. This current path indicates the path of the period B11 which is the first half of the control B. In the control B, on the first coil L11 side, since the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are both OFF, the power supply from the
ところで、この第1モードにおけるフライバック電流IDは、上述した通り、制御Bが行われる期間においてリアクトル電圧VLの値に応じて直線的に単調減少する。このリアクトル電圧VLは、制御Bでは出力側電圧VHに基づくものであるため、フライバック電流IDの時間当たりの減少量は、出力側における充電の進行具合に基づいて変化する。この場合のフライバック電流IDについて、図4を用いて説明する。図4(a)はコンデンサ201への充電の開始時等の出力側電圧VHが0Vに近い状態のタイムチャートである。このとき、フライバック電流IDは制御Bの期間において十分に減少せず、出力側電流ICは、制御Aの期間ではトランスTr11を介して連続的に供給され、制御Bの期間では第2トランスTr12を介して連続的に供給されることとなる。
Incidentally, as described above, the flyback current ID in the first mode linearly and monotonously decreases in accordance with the value of the reactor voltage VL during the period in which the control B is performed. Since the reactor voltage VL is based on the output side voltage VH in the control B, the amount of decrease of the flyback current ID per time changes based on the progress of charging on the output side. The flyback current ID in this case will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a time chart in a state where the output side voltage VH is close to 0V at the start of charging of the
図4(b)は、出力側電圧VHの値が、入力側電圧VBに巻数比Nを乗算した値の半分程度である場合でのタイムチャートである。この場合では、制御Aにおける出力側電流ICの時間当たりの増加量と、制御Bにおける出力側電流ICの時間当たりの減少量が等しくなる。そのため、制御Aが行われる期間と制御Bが行われる期間とが等しくなるように第1指令値Iref1を設定すれば、制御Bの終了時点でフライバック電流IDをゼロとすることができ、充電を効率よく行いつつ、リアクトル電流IL及びフライバック電流IDの過剰な増加を抑制することができる。 FIG. 4B is a time chart when the value of the output side voltage VH is about half of the value obtained by multiplying the input side voltage VB by the turn ratio N. In this case, the increase amount per time of the output side current IC in the control A and the decrease amount per time of the output side current IC in the control B are equal. Therefore, if the first command value Iref1 is set so that the period during which control A is performed and the period during which control B is performed, the flyback current ID can be made zero at the end of control B, and charging The reactor current IL and the flyback current ID can be prevented from excessively increasing.
図4(c)は、コンデンサ201への充電が進行し、出力側電圧VHの値が、VB×Nに接近した場合のタイムチャートである。この場合では、制御Bの後半である期間B12では、出力側電流ICがゼロである期間が設けられることとなる。
FIG. 4C is a time chart when the
続いて、第2モードの制御について、図5のタイムチャートを用いて説明する。第2モードでは、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にONとする制御C、第1スイッチング素子Q11をONとし、第2スイッチング素子Q12をOFFとする制御A、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にOFFとする制御Bを順に行う。 Next, the control in the second mode will be described with reference to the time chart of FIG. In the second mode, the control C for turning on both the first switching element Q11 and the second switching element Q12, the control A for turning on the first switching element Q11 and turning off the second switching element Q12, and the first switching element Q11. And the control B which turns off both the 2nd switching element Q12 is performed in order.
制御Cでは、チョークコイルL13に印加されるリアクトル電圧VLは、二次電池100から印加される入力側電圧VBに等しい。すなわち、リアクトル電流ILは、直線的に単調増加する。このとき、第1コイルL11には通電がなされないため出力側電流ICはゼロである。
In the control C, the reactor voltage VL applied to the choke coil L13 is equal to the input side voltage VB applied from the
この制御Cが行われる際の電流経路について、図6(a)を用いて説明する。第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12が共にONであるため、第1コイルL11から第2コイルL12へと電力が供給されることはない。加えて、チョークコイルL13から補助コイルL14への電力の供給についても、ダイオードD1により遮断されることとなる。そのため、チョークコイルL13に流れるリアクトル電流ILが増加することとなる。 A current path when the control C is performed will be described with reference to FIG. Since both the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are ON, power is not supplied from the first coil L11 to the second coil L12. In addition, the supply of electric power from the choke coil L13 to the auxiliary coil L14 is also blocked by the diode D1. Therefore, the reactor current IL flowing through the choke coil L13 increases.
このように、制御Cではリアクトル電流ILが単調増加するため、リアクトル電流ILが予め定められた値である第2指令値Iref2となることを条件に、制御Cから制御Aへと移行する。 Thus, since the reactor current IL monotonously increases in the control C, the process shifts from the control C to the control A on condition that the reactor current IL becomes the second command value Iref2, which is a predetermined value.
続く制御Aでは、図6(b)に示すように、第1モードにおける制御Aと同じ電流経路をとることとなるため、その説明を省略する。制御Aから制御Bへの切り替えは、制御Cの開始から所定時間が経過することを条件としてもよいし、制御Aの開始から所定時間が経過することを条件としてもよい。なお、図4のタイムチャートにおいて、制御Aでリアクトル電流ILが単調増加するものとしているが、リアクトル電流ILの変化量は入力側電圧VBと出力側電圧VHの関係によっては、増減しない場合もあるし、単調減少する場合もある。 In the subsequent control A, as shown in FIG. 6B, the same current path as that of the control A in the first mode is taken, so that the description thereof is omitted. Switching from the control A to the control B may be performed under a condition that a predetermined time elapses from the start of the control C, or may be a condition that a predetermined time elapses from the start of the control A. In the time chart of FIG. 4, it is assumed that the reactor current IL monotonously increases in the control A, but the amount of change in the reactor current IL may not increase or decrease depending on the relationship between the input side voltage VB and the output side voltage VH. However, it may decrease monotonously.
制御Bでは、第1コイルL11側では、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12が共にOFFであるため、二次電池100からの電流の供給は行われず、リアクトル電流ILはゼロとなる。一方で、チョークコイルL13には逆起電力が生じ、リアクトル電圧VLは、出力側電圧VHを巻数比で除算した値の負値となる。そのため、フライバック電流IDは直線的に単調減少し、それに伴いリアクトル電流ILも直線的に単調減少する。また励磁電圧VTは出力側電圧VHの負値となり、励磁電流IMは単調減少することとなる。
In the control B, since the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are both OFF on the first coil L11 side, no current is supplied from the
この制御Bが行われる際の電流経路について、図6(c)及び図6(d)を用いて説明する。図6(c)の電流経路は、制御Bの前半である期間B11の経路を示している。制御Bにおいて、第1コイルL11側では、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12が共にOFFであるため、二次電池100からの電力の供給は行われない。一方で、チョークコイルL13にはリアクトル電流ILが残存しており逆起電力が生ずるため、そのリアクトル電流ILにより補助コイルL14を介した電力の供給がなされることとなる。また、励磁電流IMについては、第3スイッチング素子Q13、第2コイルL12、第6スイッチング素子Q16の順に通過する経路をとることとなる。なお、制御Bの後半である期間B11については、いずれの電流も流れないため、電流経路についての説明を省略する。このフライバック電流IDがゼロとなった後の期間である期間B22では、電流経路は図5(d)に示すものとなる。すなわち補助コイルL14を介した電力の供給が終了し、出力側では、第3スイッチング素子Q13、第2コイルL12、第6スイッチング素子Q16の順に通過する経路をとる励磁電流IMが流れることとなる。なお、制御Bの後半である期間B23については、第1モードと同様にいずれの電流も流れないため、電流経路についての説明を省略する。
A current path when the control B is performed will be described with reference to FIGS. 6C and 6D. The current path in FIG. 6C indicates a path in the period B11 that is the first half of the control B. In the control B, on the first coil L11 side, since the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are both OFF, the power supply from the
続いて、第3モードの制御について、図7のタイムチャートを用いて説明する。第3モードでは、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にONとする制御Aと、第1スイッチング素子Q11と第2スイッチング素子Q12との一方をONとし、他方をOFFとする制御Aとを交互に行う。このとき、制御Aについては、第1スイッチング素子Q11がONであり第2スイッチング素子Q12がOFFである場合と、第1スイッチング素子Q11がOFFであり第2スイッチング素子Q12がONである場合とが、交互に行われる。 Subsequently, the control in the third mode will be described with reference to the time chart of FIG. In the third mode, the control A that turns on both the first switching element Q11 and the second switching element Q12, and the control A that turns on one of the first switching element Q11 and the second switching element Q12 and turns off the other. And alternately. At this time, for control A, the first switching element Q11 is ON and the second switching element Q12 is OFF, and the first switching element Q11 is OFF and the second switching element Q12 is ON. Are performed alternately.
制御Cでは、リアクトル電圧VLは二次電池100から印加される入力側電圧VBと等しく、リアクトル電流ILは、第2モードと同様に直線的に単調増加する。このとき、第1コイルL11には通電がなされないため出力側電流ICはゼロである。
In the control C, the reactor voltage VL is equal to the input side voltage VB applied from the
この制御Cが行われる際の電流経路について、図8(a)を用いて説明する。第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12が共にONであるため、第1コイルL11から第2コイルL12へと電力が供給されることはない。加えて、チョークコイルL13から補助コイルL14への電力の供給についても、ダイオードD1により遮断されることとなる。そのため、チョークコイルL13に流れるリアクトル電流ILが増加することとなる。このように、制御Cではリアクトル電流ILが単調増加するため、リアクトル電流ILが予め定められた値である第3指令値Iref3となることを条件に、制御Cから制御Aへと移行する。 A current path when the control C is performed will be described with reference to FIG. Since both the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are ON, power is not supplied from the first coil L11 to the second coil L12. In addition, the supply of electric power from the choke coil L13 to the auxiliary coil L14 is also blocked by the diode D1. Therefore, the reactor current IL flowing through the choke coil L13 increases. Thus, since the reactor current IL monotonously increases in the control C, the control C shifts to the control A on condition that the reactor current IL becomes the third command value Iref3 that is a predetermined value.
続く制御Aでは、リアクトル電流ILは直線的に単調減少する。すなわち、出力側電流ICの単位時間あたりの変化量は、リアクトル電流ILの単位時間あたりの変化量dIL/dtをNで除算した値となる。第2コイルL12に印加される電圧である励磁電圧VTは出力側電圧VHと等しいものの、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12のいずれをONとするかに応じて、その極性が反転する。そのため、励磁電流IMについては、その励磁電圧VTの極性に基づいて、増加するか減少するかが定まる。 In the subsequent control A, the reactor current IL decreases linearly and monotonously. That is, the amount of change per unit time of the output side current IC is a value obtained by dividing the amount of change dIL / dt per unit time of the reactor current IL by N. The excitation voltage VT, which is a voltage applied to the second coil L12, is equal to the output side voltage VH, but the polarity is inverted depending on which of the first switching element Q11 and the second switching element Q12 is turned on. . Therefore, it is determined whether the excitation current IM increases or decreases based on the polarity of the excitation voltage VT.
この制御Aが行われる際の電流経路について、図8(b)及び図8(c)を用いて説明する。図8(b)は第1スイッチング素子Q11がONであり、第2スイッチング素子Q12がOFFである例を示している。第1コイルL11側では、二次電池100から供給される電流は、チョークコイルL13、第1コイルL11、第1スイッチング素子Q11を通過する経路をとることとなる。第2コイルL12側では、第6スイッチング素子Q16、第2コイルL12、第3スイッチング素子Q13を通過する経路をとることとなる。図8(c)は第1スイッチング素子Q11がOFFであり、第2スイッチング素子Q12がONである例を示している。第1コイルL11側では、二次電池100から供給される電流は、チョークコイルL13、第1コイルL11、第2スイッチング素子Q12を通過する経路をとることとなる。第2コイルL12側では、第4スイッチング素子Q14、第2コイルL12、第5スイッチング素子Q15を通過する経路をとることとなる。
A current path when the control A is performed will be described with reference to FIGS. 8B and 8C. FIG. 8B shows an example in which the first switching element Q11 is ON and the second switching element Q12 is OFF. On the first coil L11 side, the current supplied from the
これら第1モード、第2モード、第3モードは、出力側電圧VHの値によって切り替えられる。コンデンサ201の充電開始時には第1モードで制御が行われ、充電が進行して出力側電圧VHが第1所定値V1よりも大きくなれば、第2モードで制御が行われる。そして、さらに充電が進行して出力側電圧VHが第2所定値V2よりも大きくなれば、第3モードで制御が行われる。
These first mode, second mode, and third mode are switched according to the value of the output side voltage VH. When charging of the
第1モードの制御で入力側から出力側へと電力の供給が可能であるのは、入力側電圧VBに巻数比Nを乗算した値が、出力側電圧VHよりも大きい場合である。そのため、入力側電圧VBが一定であるとしたうえで、第1所定値V1は、少なくとも、定数である入力側電圧VBに巻数比Nを乗算した値よりも小さく設定されることとなる。また、第3モードにおける制御Aでリアクトル電流ILが減少する条件は、入力側電圧VBに巻数比Nを乗算した値が、出力側電圧VHよりも小さい場合である。そのため、入力側電圧VBが一定であるとしたうえで、第2所定値V2は、少なくとも、定数である入力側電圧VBに巻数比Nを乗算した値よりも大きく設定されることとなる。 Electric power can be supplied from the input side to the output side by the control in the first mode when the value obtained by multiplying the input side voltage VB by the turn ratio N is larger than the output side voltage VH. Therefore, assuming that the input side voltage VB is constant, the first predetermined value V1 is set to be smaller than at least a value obtained by multiplying the input side voltage VB, which is a constant, by the turn ratio N. Further, the condition that the reactor current IL decreases in the control A in the third mode is that the value obtained by multiplying the input side voltage VB by the turn ratio N is smaller than the output side voltage VH. Therefore, assuming that the input side voltage VB is constant, the second predetermined value V2 is set to be larger than at least a value obtained by multiplying the input side voltage VB, which is a constant, by the turn ratio N.
なお、制御A、制御B、及び制御Cについては、それぞれ、第1制御、第2制御、第3制御ということもできる。 Control A, control B, and control C can also be referred to as first control, second control, and third control, respectively.
続いて、制御部300が実行する一連の処理について、図9のフローチャートを用いて説明する。図9のフローチャートに係る制御は、所定の制御周期で実行される。
Next, a series of processing executed by the
まず、起動要求を取得したか否かを判定する(S101)。この起動要求の指令信号は、例えば、上位の制御装置であるECU等から送信される。起動要求を取得していない場合(S101:NO)、一連の制御を行わず、待機状態を継続する。 First, it is determined whether an activation request has been acquired (S101). The start request command signal is transmitted from, for example, an ECU or the like, which is a host control device. When the activation request has not been acquired (S101: NO), the standby state is continued without performing a series of controls.
起動要求を取得すれば(S101:YES)、出力側電圧VHを取得し(S102)、その出力側電圧VHが第1所定値V1以下であるか否かを判定する(S103)。出力側電圧VHが第1所定値V1以下であれば(S103:YES)、第1モードでの制御を行う(S104)。出力側電圧VHが第1所定値V1以下でなければ(S103:NO)、続いて、出力側電圧VHが第2所定値V2以下であるか否かを判定する(S105)。出力側電圧VHが第2所定値V2以下であれば(S105:YES)、第2モードで制御を行う(S106)。一方、出力側電圧VHが第2所定値V2以下でなければ(S105:NO)、第3モードで制御を行う(S107)。 If the activation request is acquired (S101: YES), the output side voltage VH is acquired (S102), and it is determined whether or not the output side voltage VH is equal to or lower than the first predetermined value V1 (S103). If the output side voltage VH is equal to or lower than the first predetermined value V1 (S103: YES), control in the first mode is performed (S104). If the output side voltage VH is not less than or equal to the first predetermined value V1 (S103: NO), it is subsequently determined whether or not the output side voltage VH is less than or equal to the second predetermined value V2 (S105). If the output side voltage VH is less than or equal to the second predetermined value V2 (S105: YES), control is performed in the second mode (S106). On the other hand, if the output side voltage VH is not less than or equal to the second predetermined value V2 (S105: NO), control is performed in the third mode (S107).
第1モード、第2モード、第3モードのいずれかの制御が所定時間行われた後、制御の終了判定を行う(S108)。S108の処理では、例えば、再度出力側電圧VHを取得し、その出力側電圧VHが所定の上限値以上となったか否かを判定すればよい。なお、出力側電圧VHが所定の上限値以上となったか否かの判定は、S105で否定的な判定がなされた後に行うものとしてもよい。制御を終了すると判定した場合(S108:YES)、一連の処理を終了して起動要求がなされるまで待機する。制御を終了すると判定しない場合(S108:NO)、終了要求を取得したか否かを判定する(S109)。この終了要求の指令信号は、ECU等の上位の制御装置から送信される。終了要求を取得すれば(S109:YES)、一連の処理を終了して起動要求がなされるまで待機する。終了要求を取得しなければ(S109:NO)、S102以降の処理を再度実行する。 After the control in any one of the first mode, the second mode, and the third mode is performed for a predetermined time, the control end determination is performed (S108). In the process of S108, for example, the output side voltage VH may be acquired again, and it may be determined whether or not the output side voltage VH is equal to or higher than a predetermined upper limit value. The determination as to whether or not the output-side voltage VH has become equal to or higher than a predetermined upper limit value may be made after a negative determination is made in S105. If it is determined that the control is to be terminated (S108: YES), the process is terminated until a start request is made. If it is not determined to end the control (S108: NO), it is determined whether an end request has been acquired (S109). This end request command signal is transmitted from a host control device such as an ECU. If an end request is acquired (S109: YES), a series of processing is ended and the process waits until an activation request is made. If the end request is not acquired (S109: NO), the processing after S102 is executed again.
なお、図9のフローチャートでは、コンデンサ201への充電制御に関する制御のみを示しているが、電力変換装置はコンデンサ201への充電制御以外の電力変換も行う。例えば、正極側出力端子200a及び負極側出力端子200bを介して供給される電力を降圧し、二次電池100への充電を行う制御が挙げられる。その制御は、周知の制御であるため、説明を省略する。
In the flowchart of FIG. 9, only control related to charging control for the
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は以下の効果を奏する。 With the above configuration, the power conversion device according to the present embodiment has the following effects.
・コンデンサ201への充電(プリチャージ)の開始時等、出力側電圧VHが小さい場合では、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の一方をONとし、他方をOFFとする制御Aと、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にOFFとする制御Bとを交互に行うものとしている。これにより、制御Aにおいて増加したチョークコイルL13の電流を、制御Bで減少させることができる。よって、チョークコイルL13に流れる電流が増加し続けることを防ぐことができる。ところが、この制御Bでは、チョークコイルL13に残存するリアクトル電流ILを回路中で消費する必要がある。この点、チョークコイルL13と磁気的に結合する補助コイルL14を介して出力側へと電力を供給することができるため、入力側の回路の劣化や損傷を防ぐことができる。
When the output side voltage VH is small, such as at the start of charging (precharging) of the
・出力側電圧VHが第1所定値V1より大きくなった場合において、第2モードへと移行し、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にONとする制御C、第1スイッチング素子Q11をONとし、第2スイッチング素子Q12をOFFとする制御A、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にOFFとする制御Bを順に行うものとしている。そのため、制御CでチョークコイルL13に流れる電流を大きくすることができ、出力側への電力の供給速度を向上させることができる。また、制御BでチョークコイルL13の電流を減少させることができる。よって、チョークコイルL13に流れる電流が増加し続けることを防ぐことができる。ところが、第1モードと同様に、制御BではチョークコイルL13に残存するリアクトル電流ILを回路中で消費する必要がある。この点、チョークコイルL13と磁気的に結合する補助コイルL14を介して出力側へと電力を供給することができるため、入力側の回路の劣化や損傷を防ぐことができる。 When the output side voltage VH becomes larger than the first predetermined value V1, the control C shifts to the second mode and turns on both the first switching element Q11 and the second switching element Q12, and the first switching element Q11 The control A for turning on the second switching element Q12 and the control B for turning off both the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are sequentially performed. Therefore, the current flowing through the choke coil L13 can be increased by the control C, and the power supply speed to the output side can be improved. Further, the current of the choke coil L13 can be reduced by the control B. Therefore, it is possible to prevent the current flowing through the choke coil L13 from continuing to increase. However, similarly to the first mode, in the control B, it is necessary to consume the reactor current IL remaining in the choke coil L13 in the circuit. In this respect, since electric power can be supplied to the output side via the auxiliary coil L14 that is magnetically coupled to the choke coil L13, it is possible to prevent deterioration and damage of the circuit on the input side.
・補助コイルL14を設けているため、第1モード及び第2モードの制御Bにおいて、その補助コイルL14を介して出力側へと電力を供給可能としている。この電力は、補助コイルL14を設けていない場合には入力側の回路中で消費されるものである。よって、補助コイルL14を設けることにより、電力の供給効率を向上させることができる。 Since the auxiliary coil L14 is provided, power can be supplied to the output side via the auxiliary coil L14 in the control B in the first mode and the second mode. This electric power is consumed in the circuit on the input side when the auxiliary coil L14 is not provided. Therefore, the power supply efficiency can be improved by providing the auxiliary coil L14.
・コンデンサ201へのプリチャージがさらに進行した場合等、出力側電圧VHが第2所定値V2より大きくなった場合には、第3モードへと移行し、第1スイッチング素子Q11及び第3スイッチング素子Q13をONとし、第2スイッチング素子Q12及び第4スイッチング素子Q14をOFFとする制御Cと、第1スイッチング素子Q11、第3スイッチング素子Q13及び第4スイッチング素子Q14をOFFとし、第2スイッチング素子Q12をONとする制御Aとを交互に行うものとしている。したがって、制御CによりチョークコイルL13に流れる電流を増加させることができ、続く制御AによりチョークコイルL13に流れる電流を減少させることができ、充電が進行したコンデンサ201へのさらなる充電を迅速に行うことができる。
When the output side voltage VH becomes larger than the second predetermined value V2, such as when the precharge to the
<第2実施形態>
本実施形態では、第3モードにおける制御が、第1実施形態と一部異なっている。図10は、本実施形態での第3モードにおける第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の開閉状態と、そのときのリアクトル電流ILとを示している。
Second Embodiment
In the present embodiment, the control in the third mode is partially different from the first embodiment. FIG. 10 shows the open / closed states of the first switching element Q11 and the second switching element Q12 in the third mode in this embodiment, and the reactor current IL at that time.
第3モードにおいて、制御Cにおけるリアクトル電流ILの増加量と、制御Aにおけるリアクトル電流ILの減少量が等しければ、リアクトル電流ILの過剰な増加を抑制することができる。そこで、制御Cが行われる期間と制御Aが行われる期間の比を、1未満の値であるDを用いてD:(1−D)とし、入力側電圧VB及び出力側電圧VHを用いてDを定める。 In the third mode, if the increase amount of reactor current IL in control C is equal to the decrease amount of reactor current IL in control A, an excessive increase in reactor current IL can be suppressed. Therefore, the ratio of the period during which the control C is performed to the period during which the control A is performed is set to D: (1-D) using D which is a value less than 1, and using the input side voltage VB and the output side voltage VH. Define D.
加えて、第3モードでは、低調波発振を抑制すべく、リアクトル電流ILにスロープ電流Isを加算した値が補正指令値Iref3*となるように、制御Cから制御Aへと切り替えるタイミングを制御する。このスロープ電流Isについて、図10を用いて説明する。スロープ電流Isは、直線的に増加する仮想的な値であり、制御Cにおけるリアクトル電流ILの増加量をΔILとし、スロープ電流Isの増加量をΔIsとすれば、第3指令値Iref3にΔILとΔIsとを加算した値である補正指令値Iref3*を算出する。そして、この補正指令値Iref3*となるように、制御Cから制御Aへと切り替える制御を行う。 In addition, in the third mode, the timing for switching from the control C to the control A is controlled so that the value obtained by adding the slope current Is to the reactor current IL becomes the correction command value Iref3 * in order to suppress subharmonic oscillation. . The slope current Is will be described with reference to FIG. The slope current Is is a virtual value that increases linearly. If the increase amount of the reactor current IL in the control C is ΔIL and the increase amount of the slope current Is is ΔIs, the third command value Iref3 is set to ΔIL. A correction command value Iref3 *, which is a value obtained by adding ΔIs, is calculated. And control which switches from the control C to the control A is performed so that it may become this correction command value Iref3 *.
続いて、制御部300が実行する処理を、図11の制御ブロック図により説明する。定電流制御部50では、第1モードにおけるリアクトル電流ILの指令値である第1指令値Iref1と、第2モードにおけるリアクトル電流ILの指令値である第2指令値Iref2、及び、第3モードにおけるリアクトル電流ILの指令値である第3指令値Iref3とを、メモリから読み出して制御に用いる。
Next, processing executed by the
第1指令値Iref1及び第2指令値Iref2は、そのまま、定電流制御部50から出力される。なお、第1指令値Iref1と第2指令値Iref2とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
The first command value Iref1 and the second command value Iref2 are output from the constant
第3指令値Iref3は、フィードバック制御部51に入力される。フィードバック制御部51は、加えて、リアクトル電流ILの実電流である平均値IL_aveを取得する。この平均値IL_aveは、電流検出部103により検出されたリアクトル電流ILを所定期間蓄積し、その値を平均化したものである。第3指令値Iref3と平均値IL_aveは加算部52に入力され、加算部52は、第3指令値Iref3と平均値IL_aveの差分をとる。この差分はPI制御器53に入力され、リミッタ54へ入力される。このリミッタ54では、PI制御器53の出力値が上限値よりも大きければ、その出力値を上限値に制限する。リミッタ54からの出力値は、加算器55において第3指令値Iref3に加算され、フィードバック制御部51から出力される。
The third command value Iref3 is input to the
一方、電流補正部57には、入力側電圧VB及び出力側電圧VHが入力され、第3指令値Iref3の補正量を出力する。そして、加算器56で第3指令値Iref3とフィードバック制御部51の出力値との和に加算されることにより、補正指令値Iref3*が得られる。
On the other hand, the input voltage VB and the output voltage VH are input to the current correction unit 57, and the correction amount of the third command value Iref3 is output. Then, a correction command value Iref3 * is obtained by adding to the sum of the third command value Iref3 and the output value of the
定電流制御部50から出力された第1指令値Iref1、第2指令値Iref2、及び補正指令値Iref3*は、モード選択部60に入力される。モード選択部60には、さらに、出力側電圧VHも入力され、その出力側電圧VHと、第1所定値V1及び第2所定値V2とを比較する。そして、第1指令値Iref1、第2指令値Iref2及び補正指令値Iref3*のいずれを出力するかを決定して出力する。
The first command value Iref1, the second command value Iref2, and the correction command value Iref3 * output from the constant
モード選択部60から出力された第1指令値Iref1、第2指令値Iref2及び補正指令値Iref3*のいずれかは、ピーク電流制御部70に入力され、DA変換器71においてアナログ値に変換され、コンパレータ72のマイナス端子に入力される。
One of the first command value Iref1, the second command value Iref2, and the correction command value Iref3 * output from the
一方、ピーク電流制御部70のスロープ補償部73は、レジスタの値により得られるスロープ電流Isの値を信号として生成し、DA変換器74に入力する。このスロープ電流Isは、上述した通り、各制御周期において0Aから直線的に単調増加する鋸歯状波の信号である。そして、DA変換器74によりアナログ波形とされたスロープ電流Isとリアクトル電流ILとを、加算部75において加算して、コンパレータ72のプラス端子に入力する。なお、スロープ補償部73は、直接アナログ波形を生成し、DA変換器74を介さずコンパレータ72に入力するものとしてもよい。
On the other hand, the
このスロープ補償部73は、第1モード及び第2モードでは、スロープ電流Isの値をゼロとし、第3モードでは、上述した鋸歯状波のスロープ電流Isを出力するものとしている。これは、第1モードでは、第1スイッチング素子Q11と第2スイッチング素子Q12とを共にOFFとする期間を有しており、その期間ではリアクトル電流ILがゼロとなり、その結果として低調波発振現象が発生しないためである。
The
コンパレータ72は、マイナス端子に入力された、第1指令値Iref1、第2指令値Iref2及び補正指令値Iref3*のいずれかと、プラス端子に入力された、リアクトル電流ILにスロープ電流Isが加算された値との比較を行う。そして、プラス端子の入力値がマイナス端子の入力値よりも小さい期間において、ハイ状態の信号をRSフリップフロップ77のS端子に入力し、プラス端子の入力値がマイナス端子の入力値よりも大きい期間において、ロー状態の信号をRSフリップフロップ77のS端子に入力する。また、RSフリップフロップ77のR端子には、クロック76からクロック信号が入力される。
The
第1モードにおいて、入力された信号がロー状態の信号となれば、リアクトル電流ILが第1指令値Iref1を超えたことを意味する。そのため、RSフリップフロップ77は、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にOFFとする信号を送信することにより、制御Aから制御Bへと切り替える。そして、1制御周期が経過すれば、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の一方をONとし他方をOFFとする信号を送信することにより、制御Bから制御Aへと切り替える。
In the first mode, if the input signal is a low signal, it means that the reactor current IL has exceeded the first command value Iref1. Therefore, the RS flip-
第2モードにおいて、入力された信号がロー状態の信号となれば、リアクトル電流ILが第2指令値Iref2を超えたことを意味する。そのため、RSフリップフロップ77は、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の一方をONとし、他方をOFFとする信号を送信することにより、制御Cから制御Aへと切り替える。続いて、制御Cの開始から1制御周期未満の所定時間(例えば半周期)が経過すれば、RSフリップフロップ77は、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12をいずれもOFFとする信号を送信することにより、制御Aから制御Bへと切り替える。そして、1制御周期が経過すれば、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にONとする信号を送信することにより、制御Bから制御Cへと切り替える。
In the second mode, if the input signal is a low signal, it means that the reactor current IL has exceeded the second command value Iref2. Therefore, the RS flip-
第3モードにおいて、入力された信号がロー状態の信号となれば、リアクトル電流ILにスロープ電流Isを加算した値が補正指令値Iref3*を超えたことを意味する。そのため、RSフリップフロップ77は、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の一方をONとし、他方をOFFとする信号を送信することにより、制御Cから制御Aへと切り替える。そして、1制御周期が経過すれば、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にONとする信号を送信することにより、制御Aから制御Cへと切り替える。
In the third mode, if the input signal becomes a low signal, it means that the value obtained by adding the slope current Is to the reactor current IL exceeds the correction command value Iref3 *. Therefore, the RS flip-
RSフリップフロップ77の出力は、Duty制限部78へ入力される。このDuty制限部78では、各制御の期間の長さが上限値を超えていればその上限値に設定され、下限値を下回っていれば、下限値に設定される。そして、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12へ制御信号が送信される。
The output of the RS flip-
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、第1実施形態に係る電力変換装置が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。 With the configuration described above, the power conversion device according to the present embodiment has the following effects in addition to the effects exhibited by the power conversion device according to the first embodiment.
・ピーク電流制御部70において、定電流制御部50から入力された各指令値を用いて定電流制御を行っている。これにより、入力側電圧VBに変化が生じた場合等において、過電流に対するロバスト性を向上させることができる。
The peak
・第3モードでリアクトル電流ILについてのピーク電流制御を行ううえで、スロープ電流を加算するものとしている。これにより、リアクトル電流ILの低調波発振を抑制することができる。 The slope current is added when the peak current control is performed for the reactor current IL in the third mode. Thereby, subharmonic oscillation of reactor current IL can be suppressed.
<第3実施形態>
本実施形態では、電力変換装置の回路構成が第1実施形態と異なっている。また、回路構成が異なっていることから、制御部300が実行する処理についても、一部異なっている。
<Third Embodiment>
In this embodiment, the circuit configuration of the power converter is different from that of the first embodiment. Moreover, since the circuit configurations are different, some of the processes executed by the
図12は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。電力変換装置が備える電力変換回路20は、第1コイルL21及び第2コイルL22からなるトランスTr21と、MOSFETである第1〜第8スイッチング素子Q21〜Q28を備えている。第1コイルL21と第2コイルL22の巻数比は、1:Nである。
FIG. 12 is a circuit diagram of the power conversion apparatus according to the present embodiment. The
第1スイッチング素子Q21のソースと、第2スイッチング素子Q22のドレインとが接続され、その接続点には第1コイルL21の一端が接続されている。一方、第3スイッチング素子Q23のソースと第4スイッチング素子Q24のドレインとが接続され、その接続点には第1コイルL21の他端が接続されている。第1スイッチング素子Q21のドレイン及び第3スイッチング素子Q23のドレインは、チョークコイルL23の一端に接続され、チョークコイルL23の他端は二次電池100の正極に接続されている。第2スイッチング素子Q22のソース及び第4スイッチング素子Q24のソースは、二次電池100の負極に接続されている。
The source of the first switching element Q21 and the drain of the second switching element Q22 are connected, and one end of the first coil L21 is connected to the connection point. On the other hand, the source of the third switching element Q23 and the drain of the fourth switching element Q24 are connected, and the other end of the first coil L21 is connected to the connection point. The drain of the first switching element Q21 and the drain of the third switching element Q23 are connected to one end of the choke coil L23, and the other end of the choke coil L23 is connected to the positive electrode of the
第2コイルL22側に設けられる第5〜第8スイッチング素子Q25〜Q28については、第1実施形態の第3〜第6スイッチング素子Q13〜Q16と同様に接続されるため、その説明を省略する。 Since the fifth to eighth switching elements Q25 to Q28 provided on the second coil L22 side are connected in the same manner as the third to sixth switching elements Q13 to Q16 of the first embodiment, description thereof is omitted.
チョークコイルL23には、補助コイルL24が磁気的に結合するように設けられ、これらチョークコイルL23及び補助コイルL24により、第2トランスTr22を構成している。なお、チョークコイルL23、補助コイルL24については、第1実施形態と同様に巻かれており、ダイオードD2についても第1実施形態と同様に設けられるため、詳しい説明を省略する。 The choke coil L23 is provided with an auxiliary coil L24 that is magnetically coupled, and the choke coil L23 and the auxiliary coil L24 constitute a second transformer Tr22. Note that the choke coil L23 and the auxiliary coil L24 are wound in the same manner as in the first embodiment, and the diode D2 is also provided in the same manner as in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
図13は、第1モードにおける処理を示すタイムチャートである。第1モードでは、第1スイッチング素子Q21及び第4スイッチング素子Q24をONし、第2スイッチング素子Q22及び第3スイッチング素子Q23をOFFとする制御Aと、第1〜第4スイッチング素子Q21〜Q24をいずれもOFFとする制御Bとを交互に行う。 FIG. 13 is a time chart showing processing in the first mode. In the first mode, the control A for turning on the first switching element Q21 and the fourth switching element Q24 and turning off the second switching element Q22 and the third switching element Q23, and the first to fourth switching elements Q21 to Q24 are performed. Control B which turns off both is performed alternately.
制御Aでは、第1実施形態における制御Aと同様に、リアクトル電流ILが単調増加し、それに伴い出力側電流ICも単調増加する。制御Bについても、第1実施形態における制御Bと同様に、リアクトル電流ILはゼロとなり、フライバック電流IDが単調減少する。そして、それに伴い出力側電流ICも単調減少する。 In the control A, similarly to the control A in the first embodiment, the reactor current IL monotonously increases, and accordingly, the output side current IC also monotonously increases. As for the control B, similarly to the control B in the first embodiment, the reactor current IL becomes zero and the flyback current ID monotonously decreases. Accordingly, the output side current IC also monotonously decreases.
図14は、第2モードにおける処理を示すタイムチャートである。第2モードでは、第1〜第4スイッチング素子Q21〜Q24をいずれもONとする制御C、第1スイッチング素子Q21及び第4スイッチング素子Q24をONし、第2スイッチング素子Q22及び第3スイッチング素子Q23をOFFとする制御A、第1〜第4スイッチング素子Q21〜Q24をいずれもOFFとする制御Bを順に行う。 FIG. 14 is a time chart showing processing in the second mode. In the second mode, the control C for turning on the first to fourth switching elements Q21 to Q24, the first switching element Q21 and the fourth switching element Q24 are turned on, and the second switching element Q22 and the third switching element Q23 are turned on. The control A for turning off and the control B for turning off all of the first to fourth switching elements Q21 to Q24 are sequentially performed.
制御Cでは、第1実施形態における制御Cと同様に、リアクトル電流ILは単調増加する。一方で、第1コイルL21から第2コイルL22への電力の供給は行われないため、出力側電流ICはゼロである。制御Aでは、第1実施形態における制御Aと同様に、入力側電圧VBと出力側電圧VHとの関係によって、リアクトル電流ILの変化量が定まる。このとき、第1コイルL21から第2コイルL22への電力の供給が行われ、出力側電流ICはリアクトル電流ILの値に準ずるものとなる。続く制御Bでは、第1実施形態における制御Bと同様に、リアクトル電流ILはゼロとなり、フライバック電流IDが単調減少する。そして、それに伴い出力側電流ICも単調減少する。 In the control C, similarly to the control C in the first embodiment, the reactor current IL increases monotonously. On the other hand, since power is not supplied from the first coil L21 to the second coil L22, the output-side current IC is zero. In the control A, similarly to the control A in the first embodiment, the amount of change in the reactor current IL is determined by the relationship between the input side voltage VB and the output side voltage VH. At this time, electric power is supplied from the first coil L21 to the second coil L22, and the output-side current IC conforms to the value of the reactor current IL. In the subsequent control B, similarly to the control B in the first embodiment, the reactor current IL becomes zero, and the flyback current ID monotonously decreases. Accordingly, the output side current IC also monotonously decreases.
図15は、第3モードにおける処理を示すタイムチャートである。第3モードでは、第1〜第4スイッチング素子Q21〜Q24をいずれもONとする制御Cと、第1スイッチング素子Q21及び第4スイッチング素子Q24をONし、第2スイッチング素子Q22及び第3スイッチング素子Q23をOFFとする制御A、又は第1スイッチング素子Q21及び第4スイッチング素子Q24をOFFし、第2スイッチング素子Q22及び第3スイッチング素子Q23をONとする制御Aとを、交互に行う。 FIG. 15 is a time chart showing processing in the third mode. In the third mode, the control C for turning on the first to fourth switching elements Q21 to Q24, the first switching element Q21 and the fourth switching element Q24 are turned on, and the second switching element Q22 and the third switching element are turned on. Control A for turning off Q23 or control A for turning off the first switching element Q21 and the fourth switching element Q24 and turning on the second switching element Q22 and the third switching element Q23 are alternately performed.
制御Cでは、第1実施形態における制御Cと同様に、リアクトル電流ILは単調増加する。一方で、第1コイルL21から第2コイルL22への電力の供給は行われないため、出力側電流ICはゼロである。制御Aでは、第1実施形態における制御Aと同様に、リアクトル電流ILは単調減少する。このとき、第1コイルL21から第2コイルL22への電力の供給が行われ、出力側電流ICはリアクトル電流ILの値に準ずるものとなる。 In the control C, similarly to the control C in the first embodiment, the reactor current IL increases monotonously. On the other hand, since power is not supplied from the first coil L21 to the second coil L22, the output-side current IC is zero. In the control A, similarly to the control A in the first embodiment, the reactor current IL decreases monotonously. At this time, electric power is supplied from the first coil L21 to the second coil L22, and the output-side current IC conforms to the value of the reactor current IL.
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、第1実施形態に準ずる効果を奏する。 With the above configuration, the power conversion device according to the present embodiment has an effect similar to that of the first embodiment.
<第4実施形態>
本実施形態では、電力変換装置の回路構成が第1実施形態と異なっている。また、回路構成が異なっていることから、制御部300が実行する処理についても、一部異なっている。
<Fourth embodiment>
In this embodiment, the circuit configuration of the power converter is different from that of the first embodiment. Moreover, since the circuit configurations are different, some of the processes executed by the
図16は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。電力変換装置が備える電力変換回路30は、トランスTr31、第1〜第4スイッチング素子Q31〜Q34、第1〜第4ダイオードD31〜D34、及びコンデンサC30を含んで構成されている。トランスTr31の入力側として設けられる第1コイルL31には、MOSFETである第2スイッチング素子Q32が直列接続されて直列接続体をなし、その直列接続体にMOSFETである第1スイッチング素子Q31が並列接続されている。より具体的には、第1コイルL31の一端に第1スイッチング素子Q31のドレインが接続されており、第1コイルL31の他端に第2スイッチング素子Q32のドレインが接続されている。そして、第1スイッチング素子Q31のソースと第2スイッチング素子Q32のソースが接続されている。
FIG. 16 is a circuit diagram of the power converter according to the present embodiment. The
第1スイッチング素子Q31のドレインと第1コイルL31との接続点は、チョークコイルL33を介して二次電池100の正極に接続されている。一方、第1スイッチング素子Q31のソースと第2スイッチング素子Q32のソースとの接続点は、二次電池100の負極に接続されている。
A connection point between the drain of the first switching element Q31 and the first coil L31 is connected to the positive electrode of the
トランスTr31の出力側には第1コイルL31と磁気的に結合する第2コイルL32が設けられている。第1コイルL31と第2コイルL32との巻数比は、1:Nである。出力側では、MOSFETである第3スイッチング素子Q33とコンデンサC30とが直列接続されて直列接続体をなし、その直列接続体と第2コイルL32とが並列接続されて並列接続体をなしている。その並列接続体には、MOSFETである第4スイッチング素子Q34が直列接続されている。より具体的には、第2コイルL32の一端とコンデンサC30の一端とが接続され、コンデンサC30の他端と第3スイッチング素子Q33のドレインが接続され、第2コイルL32の他端と第3スイッチング素子Q33のソースが接続されている。第2コイルL32と第3スイッチング素子Q33のソースとの接続点には、第4スイッチング素子Q34のドレインが接続されている。 A second coil L32 that is magnetically coupled to the first coil L31 is provided on the output side of the transformer Tr31. The turn ratio of the first coil L31 and the second coil L32 is 1: N. On the output side, the third switching element Q33, which is a MOSFET, and the capacitor C30 are connected in series to form a series connection body, and the series connection body and the second coil L32 are connected in parallel to form a parallel connection body. A fourth switching element Q34, which is a MOSFET, is connected in series to the parallel connection body. More specifically, one end of the second coil L32 and one end of the capacitor C30 are connected, the other end of the capacitor C30 and the drain of the third switching element Q33 are connected, and the other end of the second coil L32 and the third switching are connected. The source of the element Q33 is connected. The drain of the fourth switching element Q34 is connected to the connection point between the second coil L32 and the source of the third switching element Q33.
第2コイルL32とコンデンサC30との接続点は、正極側出力端子200aに接続されており、第4スイッチング素子Q34のソースは負極側出力端子200bに接続されている。この正極側出力端子200a、負極側出力端子200bには、コンデンサ201が並列接続されている。
The connection point between the second coil L32 and the capacitor C30 is connected to the
チョークコイルL33には、補助コイルL34が磁気的に結合するように設けられ、これらチョークコイルL33及び補助コイルL34により、第2トランスTr32を構成している。なお、チョークコイルL33、補助コイルL34については、第1実施形態と同様に巻かれており、ダイオードD3についても第1実施形態と同様に設けられるため、詳しい説明を省略する。 An auxiliary coil L34 is magnetically coupled to the choke coil L33, and the choke coil L33 and the auxiliary coil L34 constitute a second transformer Tr32. Note that the choke coil L33 and the auxiliary coil L34 are wound in the same manner as in the first embodiment, and the diode D3 is also provided in the same manner as in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
図17は、第1モードにおける処理を示すタイムチャートである。第1モードでは、第1スイッチング素子Q31、第3スイッチング素子Q33及び第4スイッチング素子Q34をOFFとし、第2スイッチング素子Q32をONとする制御Aと、第1スイッチング素子Q31、第2スイッチング素子Q32、及び第4スイッチング素子Q34をOFFとし、第3スイッチング素子Q33をONとする制御Bとを交互に行う。換言すれば、第1スイッチング素子Q31及び第4スイッチング素子Q34については常にOFFとし、第2スイッチング素子Q32と第3スイッチング素子Q33とを交互にONとする制御を行う。 FIG. 17 is a time chart showing processing in the first mode. In the first mode, the control A that turns off the first switching element Q31, the third switching element Q33, and the fourth switching element Q34 and turns on the second switching element Q32, and the first switching element Q31 and the second switching element Q32. , And the control B for turning off the fourth switching element Q34 and turning on the third switching element Q33. In other words, the first switching element Q31 and the fourth switching element Q34 are always turned off, and the second switching element Q32 and the third switching element Q33 are alternately turned on.
制御Aでは、第1実施形態における制御Aと同様に、リアクトル電流ILが単調増加し、それに伴い出力側電流ICも単調増加する。制御Bについても、第1実施形態における制御Bと同様に、リアクトル電流ILはゼロとなり、フライバック電流IDが単調減少する。そして、それに伴い出力側電流ICも単調減少する。 In the control A, similarly to the control A in the first embodiment, the reactor current IL monotonously increases, and accordingly, the output side current IC also monotonously increases. As for the control B, similarly to the control B in the first embodiment, the reactor current IL becomes zero and the flyback current ID monotonously decreases. Accordingly, the output side current IC also monotonously decreases.
図18は、第2モードにおける処理を示すタイムチャートである。第2モードでは、第1スイッチング素子Q31及び第3スイッチング素子Q33をONとし、第2スイッチング素子Q32及び第4スイッチング素子Q34をOFFとする制御C、第1スイッチング素子Q31、第3スイッチング素子Q33及び第4スイッチング素子Q34をOFFとし、第2スイッチング素子Q32をONとする制御A、第1スイッチング素子Q31、第2スイッチング素子Q32、及び第4スイッチング素子Q34をOFFとし、第3スイッチング素子Q33をONとする制御Bを順に行う。 FIG. 18 is a time chart showing processing in the second mode. In the second mode, the control C for turning on the first switching element Q31 and the third switching element Q33 and turning off the second switching element Q32 and the fourth switching element Q34, the first switching element Q31, the third switching element Q33, and Control A for turning off the fourth switching element Q34 and turning on the second switching element Q32, turning off the first switching element Q31, the second switching element Q32, and the fourth switching element Q34, and turning on the third switching element Q33 Control B is performed in order.
制御Cでは、第1実施形態における制御Cと同様に、リアクトル電流ILは単調増加する。一方で、第1コイルL31から第2コイルL32への電力の供給は行われないため、出力側電流ICはゼロである。制御Aでは、第1実施形態における制御Aと同様に、入力側電圧VBと出力側電圧VHとの関係によって、リアクトル電流ILの変化量が定まる。このとき、第1コイルL31から第2コイルL32への電力の供給が行われ、出力側電流ICはリアクトル電流ILの値に準ずるものとなる。続く制御Bでは、第1実施形態における制御Bと同様に、リアクトル電流ILはゼロとなり、フライバック電流IDが単調減少する。そして、それに伴い出力側電流ICも単調減少する。 In the control C, similarly to the control C in the first embodiment, the reactor current IL increases monotonously. On the other hand, since no power is supplied from the first coil L31 to the second coil L32, the output-side current IC is zero. In the control A, similarly to the control A in the first embodiment, the amount of change in the reactor current IL is determined by the relationship between the input side voltage VB and the output side voltage VH. At this time, electric power is supplied from the first coil L31 to the second coil L32, and the output-side current IC conforms to the value of the reactor current IL. In the subsequent control B, similarly to the control B in the first embodiment, the reactor current IL becomes zero, and the flyback current ID monotonously decreases. Accordingly, the output side current IC also monotonously decreases.
図19は、第3モードにおける処理を示すタイムチャートである。第3モードでは、第1スイッチング素子Q31及び第3スイッチング素子Q33をONとし、第2スイッチング素子Q32及び第4スイッチング素子Q34をOFFとする制御Cと、第1スイッチング素子Q31、第3スイッチング素子Q33及び第4スイッチング素子Q34をOFFとし、第2スイッチング素子Q32をONとする制御Aとを交互に行う。 FIG. 19 is a time chart showing processing in the third mode. In the third mode, the control C for turning on the first switching element Q31 and the third switching element Q33 and turning off the second switching element Q32 and the fourth switching element Q34, and the first switching element Q31 and the third switching element Q33. And the control A which turns off the fourth switching element Q34 and turns on the second switching element Q32 is alternately performed.
制御Cでは、第1実施形態における制御Cと同様に、リアクトル電流ILは単調増加する。一方で、第1コイルL31から第2コイルL32への電力の供給は行われないため、出力側電流ICはゼロである。制御Aでは、第1実施形態における制御Aと同様に、リアクトル電流ILは単調減少する。このとき、第1コイルL31から第2コイルL32への電力の供給が行われ、出力側電流ICはリアクトル電流ILの値に準ずるものとなる。 In the control C, similarly to the control C in the first embodiment, the reactor current IL increases monotonously. On the other hand, since no power is supplied from the first coil L31 to the second coil L32, the output-side current IC is zero. In the control A, similarly to the control A in the first embodiment, the reactor current IL decreases monotonously. At this time, electric power is supplied from the first coil L31 to the second coil L32, and the output-side current IC conforms to the value of the reactor current IL.
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、第1実施形態に準ずる効果を奏する。 With the above configuration, the power conversion device according to the present embodiment has an effect similar to that of the first embodiment.
<第5実施形態>
本実施形態では、第1〜第3モードにおける制御が、第1実施形態と一部異なっている。具体的には、電流検出部103を設けずリアクトル電流ILの検出を行わない、若しくは、電流検出部103が検出したリアクトル電流ILの値を第1〜第3モードの制御で用いないものとしている。
<Fifth Embodiment>
In the present embodiment, the control in the first to third modes is partially different from that in the first embodiment. Specifically, the reactor current IL is not detected without providing the
第1実施形態の図4(a)で示したように、各制御周期の終了時点でリアクトル電流ILを第1指令値Iref1とする制御を行う場合、リアクトル電流ILの検出を行わないため、リアクトル電流ILが過剰な値となるおそれがある。一方、各制御周期における制御の終了時点でフライバック電流IDがゼロとなるように制御すれば、制御Aから制御Bへの切り替えの際にリアクトル電流ILが第1指令値Iref1に達せず、電力の供給速度が低下する。そこで、本実施形態における第1モードの制御では、所定制御周期の制御の終了時点でのフライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値が第1指令値Iref1となるように、制御Aが行われる期間の長さを設定する。加えて、その所定制御周期の終了後に、フライバック電流IDをゼロにすべく、所定制御周期に亘って第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12のOFF状態を継続する休止期間を設ける。 As shown in FIG. 4A of the first embodiment, when the reactor current IL is controlled to be the first command value Iref1 at the end of each control cycle, the reactor current IL is not detected. The current IL may become an excessive value. On the other hand, if control is performed such that the flyback current ID becomes zero at the end of control in each control cycle, the reactor current IL does not reach the first command value Iref1 when switching from the control A to the control B, and the power The supply speed of the is reduced. Therefore, in the control in the first mode in the present embodiment, the control A is performed so that the value obtained by multiplying the flyback current ID at the end of the control in the predetermined control cycle by the turn ratio N becomes the first command value Iref1. Set the length of the displayed period. In addition, after the end of the predetermined control period, a pause period is provided in which the OFF state of the first switching element Q11 and the second switching element Q12 is continued over the predetermined control period in order to make the flyback current ID zero.
図20は、第1モードにおける第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の開閉状態と、そのときのリアクトル電流IL、フライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値、及び、出力側電圧VHを示している。図20において、時刻T1から時刻T2までは制御Aと制御Bとを交互に繰り返してリアクトル電流ILの値を漸増させ、時刻T2から時刻T3までを休止期間としている。同様に、時刻T3から時刻T4までの期間、及び時刻T5から時刻T6までの期間でリアクトル電流ILの値を漸増させ、時刻T4から時刻T5までの期間、及び時刻T6からT7までの期間を休止期間としている。 FIG. 20 shows the open / closed states of the first switching element Q11 and the second switching element Q12 in the first mode, the reactor current IL, the value obtained by multiplying the flyback current ID by the turn ratio N, and the output side voltage VH. Is shown. In FIG. 20, from time T1 to time T2, the control A and the control B are alternately repeated to gradually increase the value of the reactor current IL, and from time T2 to time T3 is set as a pause period. Similarly, the reactor current IL is gradually increased in the period from time T3 to time T4 and in the period from time T5 to time T6, and the period from time T4 to time T5 and the period from time T6 to T7 are suspended. The period.
制御Aと制御Bとを交互に繰り返す期間では、制御Aと制御Bとを固定周期(4制御周期)の間交互に繰り返し、4制御周期の制御が終了したときのフライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値が第1指令値Iref1となるように、各制御周期における制御Aが行われる期間の長さの比であるDuty値Dを設定する。すなわち、制御AにおいてチョークコイルL13に蓄積される磁束の増加量が、制御Bにおける磁束の減少量よりも大きくなるように、Duty値Dを設定する。このとき1制御周期あたりのリアクトル電流ILの増加量であり、1制御周期あたりのフライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値の増加量でもあるΔI’は、次式(1)で表される。 In the period in which the control A and the control B are alternately repeated, the control A and the control B are alternately repeated for a fixed period (four control periods), and the turn ratio is set to the flyback current ID when the control in the four control periods is completed. The duty value D, which is the ratio of the lengths of the periods during which the control A is performed in each control cycle, is set so that the value obtained by multiplying N becomes the first command value Iref1. That is, the duty value D is set so that the increase amount of the magnetic flux accumulated in the choke coil L13 in the control A is larger than the decrease amount of the magnetic flux in the control B. At this time, ΔI ′, which is an increase amount of the reactor current IL per control cycle, and an increase amount of a value obtained by multiplying the flyback current ID per control cycle by the turn ratio N, is expressed by the following equation (1). The
このように制御を行うため、第1モードでは、出力側電圧VHは漸増し、制御Aでのリアクトル電流ILの時間変化量は小さくなり、制御Bでのフライバック電流IDの時間変化量の絶対値は大きくなる。そのため、図20における時刻T7から時刻T8の期間のごとく、Duty値Dの値を上限値に設定しても、1制御周期の終了時点でフライバック電流IDがゼロとなることが起こり得る。すなわち、リアクトル電流IL及びフライバック電流IDの変化は、第1実施形態の図4(b)、及び図4(c)で示したものと同等のものとなる。この場合には、1制御周期におけるリアクトル電流ILの増加量が第1指令値Iref1となるように、次式(4)でDuty値Dの値を求める。 In order to perform the control in this way, in the first mode, the output side voltage VH gradually increases, the amount of time change of the reactor current IL in the control A becomes small, and the time change amount of the flyback current ID in the control B is absolute. The value gets bigger. Therefore, as in the period from time T7 to time T8 in FIG. 20, even when the duty value D is set to the upper limit value, the flyback current ID may become zero at the end of one control cycle. That is, changes in the reactor current IL and the flyback current ID are equivalent to those shown in FIGS. 4B and 4C of the first embodiment. In this case, the value of the duty value D is obtained by the following equation (4) so that the increase amount of the reactor current IL in one control cycle becomes the first command value Iref1.
続いて、第2モードでの制御について説明する。第2モードでは、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12を共にONとする制御Cにおいて、リアクトル電流ILが第2指令値Iref2となるように制御する。第2モードでは、制御Cが行われる期間と制御Aが行われる期間の合計の期間を1制御周期の半分として固定する。そして、1制御周期に対する制御Cが行われる期間の長さの比をDuty値Dとすれば、制御Cにおけるリアクトル電流ILの時間変化量は入力側電圧VBを自己インダクタンスであるLで除算した値であるため、Duty値Dは次式(5)で表される。なお、このDuty値Dを求めるうえで、Duty値Dが1制御周期の半分よりも小さい値となるように、上限値(例えば45%)を定める。 Subsequently, the control in the second mode will be described. In the second mode, in the control C in which both the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are turned on, the reactor current IL is controlled to be the second command value Iref2. In the second mode, the total period of the period in which the control C is performed and the period in which the control A is performed is fixed as half of one control cycle. If the ratio of the length of the period during which the control C is performed with respect to one control cycle is the duty value D, the time change amount of the reactor current IL in the control C is a value obtained by dividing the input side voltage VB by L which is a self-inductance. Therefore, the duty value D is expressed by the following equation (5). In determining the duty value D, an upper limit value (for example, 45%) is determined so that the duty value D is smaller than half of one control cycle.
このようにDuty値Dを算出する一方、休止期間演算部406へ出力側電圧VHを入力し、休止期間の長さを演算する。このとき、上述した通り、休止期間の長さは制御周期の整数倍とする。
In this way, while calculating the duty value D, the output side voltage VH is input to the idle
このようにして、Duty値D、及び休止期間の長さが求まれば、それらの値は演算部407へ入力される。演算部407では、固定周期が経過するまでは、Duty値Dとして算出された値を、第1スイッチング素子Q11のON期間の長さの比率を示すDuty値DであるD1として出力する。また、第2スイッチング素子Q12のON期間の長さを示すDuty値DであるD2については、0%、すなわち常にOFFとなる制御信号を送信する。一方、固定周期が経過していれば、休止期間の制御を行うべく、D1及びD2として、共に0%の値を出力する。この制御は、休止期間が経過するまで行われる。
If the duty value D and the length of the pause period are obtained in this way, these values are input to the
第2モード制御部410では、入力側電圧VBを演算部411へ入力する。演算部411では、上式(5)によりDuty値Dが算出され、算出されたDuty値DはDuty制限部412へ入力される。Duty制限部412では、入力されたDuty値Dが上限値以下であればそのまま出力し、上限値よりも大きければ、Duty値Dを上限値に設定して出力する。このとき、Duty値Dは、第2スイッチング素子Q12のON期間の長さの比率を示すDuty値DであるD2として出力する。一方、第1スイッチング素子Q11の長さの比率を示すDuty値DであるD1は、50%に固定されて出力される。
In the second
第3モード制御部420では、出力側電圧VH及び入力側電圧VBを演算部421へ入力する。演算部421では上式(6)によりDuty値Dが算出され、そのDuty値DはDuty制限部422で下限値以上の値とされる。一方、出力側電圧VHの指令値VH*を用いる定電圧制御も行う。この指令値VH*は徐変部423へ入力され、充電の進行とともに指令値VH*が漸増するように設定される。徐変部423を介した指令値VH*は加算器424へ入力され、検出された出力側電圧VHとの差分が求められる。この差分はPI制御器425へ入力されてDuty値Dが算出され、そのDuty値DはDuty制限部426で下限値以上の値とされる。このように求められたDuty値Dは選択部427へ入力され、小さい方の値が出力される。
In the third
間欠制御部428では、出力側電圧VHが所定値よりも大きい場合、及び、入力されたDuty値Dが所定値よりも小さい場合の少なくとも一方を満たす場合、D1及びD2の値をゼロに設定し、スイッチングを停止する。出力側電圧VHと比較する所定値は、コンデンサ201への充電が完了したことを示す値に設定する。Duty値Dと比較する所定値については、Duty制限部422における下限値及びDuty制限部426における下限値の、少なくとも一方よりも大きく設定されている。
The
選択部427において定電圧制御の結果として得られるDuty値Dが選択され、Duty値Dが所定値よりも小さくなる場合とは、指令値VH*と出力側電圧VHとの偏差が小さくなった場合を意味する。また、選択部427において演算部421により算出されたDuty値Dが選択され、Duty値Dが所定値よりも小さくなる場合とは、出力側電圧VHの値が入力側電圧VBの値に巻数比Nを乗算した値に近づいた場合を意味する、したがって、入力されたDuty値Dが所定値よりも小さい場合とは、コンデンサ201への充電が進行し、出力側電圧VHがコンデンサ201の充電の完了を示す値となったことを意味する。
When the duty value D obtained as a result of the constant voltage control is selected by the
すなわち、コンデンサ201への充電が終了すれば、間欠制御部428による判断によりさらなる充電が停止され、その後、コンデンサ201の放電が進めば間欠制御部428による判断によりコンデンサ201への充電が再開されることとなる。したがって、コンデンサ201への充電が終了した後は、出力側電圧VHが指令値VH*近辺で漸減と漸増とを交互に繰り返すように、制御が行われることとなる。
That is, when the charging to the
このようにして間欠制御部428を経たDuty値Dは、第1スイッチング素子Q11についてのDuty値DであるD1及び第2スイッチング素子Q12についてのDuty値DであるD2として出力される。
The duty value D that has passed through the
以上のように求められたD1及びD2は、モード選択部430へ入力される。モード選択部430では、第1実施形態と同様に出力側電圧VHを用いていずれのモードの制御を行うかを選択し、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12へ制御信号を送信する。このとき、入力側電圧VBも用いて判定を行ってもよい。
D1 and D2 obtained as described above are input to the
なお、本実施形態において、検出された出力側電圧VHを用いているが、出力側電圧VHが小さい場合等には、ダイオードD1による電圧降下量VFを加味すれば、より精度の良い制御が可能となる。この場合には、各式において、出力側電圧VHに電圧降下量VFを加算するものとすればよい。 In this embodiment, the detected output side voltage VH is used. However, when the output side voltage VH is small, more accurate control is possible by taking into account the voltage drop amount VF due to the diode D1. It becomes. In this case, in each equation, the voltage drop amount VF may be added to the output side voltage VH.
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は以下の効果を奏する。 With the above configuration, the power conversion device according to the present embodiment has the following effects.
・第1モードにおいて、制御Aと制御Bとを交互に繰り返す制御を所定周期行った際に、フライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値が第1指令値Iref1となるように制御している。これにより、出力側電圧VHが小さく1制御周期におけるリアクトル電流ILの増加量が小さい場合であっても、電力の供給速度を向上させることができる。 In the first mode, when the control that alternately repeats the control A and the control B is performed for a predetermined period, the value obtained by multiplying the flyback current ID by the turn ratio N is controlled to be the first command value Iref1. Yes. Thereby, even when the output side voltage VH is small and the increase amount of the reactor current IL in one control cycle is small, the power supply speed can be improved.
・制御Aと制御Bとを交互に繰り返す制御を所定周期行った後、制御Bを継続する休止期間を設けている。これにより、増加したリアクトル電流ILをゼロとすることができ、リアクトル電流ILの過剰な増加を抑制することができる。 A pause period is provided in which the control B is continued after the control A and the control B are alternately repeated for a predetermined period. Thereby, the increased reactor current IL can be made zero, and an excessive increase in the reactor current IL can be suppressed.
<第6実施形態>
本実施形態では、制御部300が実行する処理の一部が第5実施形態と異なっている。具体的には、電流検出部103で検出したリアクトル電流ILの値を第3モードの制御に用いるものとしている。図22は、本実施形態における制御部300が実行する処理を示す制御ブロック図である。第1モード制御部400及び第2モード制御部410における処理については、第5実施形態と同等であるため、その説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
In the present embodiment, part of the processing executed by the
第3モード制御部440では、加算器441において、出力側電圧VHとその指令値VH*の差分が求められ、その差分はPI制御器442において定電圧指令値Iref_cvとされる。この定電圧指令値Iref_cvは、選択部443へ入力される。一方、選択部443へは、定電流制御についての指令値である第3指令値Iref3も入力され、小さい方の値が出力される。選択部443から出力された定電圧指令値Iref_cv又は第3指令値Iref3は、加算器444でリアクトル電流ILとの差分が取られ、PI制御器445へ入力される。PI制御器445の出力は加算器446において入力側電圧VBとの差分が取られ、乗算器447で巻数比Nを出力側電圧VHで除算した値が乗算され、その算出結果が、加算器448において、1から減算されてDuty値Dとされる。
In the third
算出されたDuty値Dは、Duty制限部450へ入力される。このDuty制限部450へは、上限値設定部449で求められた上限値D_maxも入力される。この上限値D_maxは、入力側電圧VBの値及び出力側電圧VHの値で定まるものである。Duty制限部450では、算出されたDuty値Dが上限値D_maxよりも大きければ、Duty値Dを上限値D_maxとして出力する。
The calculated duty value D is input to the
以上のように求められたD1及びD2は、モード選択部430へ入力される。モード選択部430では、第1実施形態と同様に出力側電圧VHを用いていずれのモードの制御を行うかを選択し、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12へ制御信号を送信する。
D1 and D2 obtained as described above are input to the
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は第5実施形態に係る電力変換装置が奏する効果に準ずる効果を奏する。 By the said structure, the power converter device which concerns on this embodiment has an effect according to the effect which the power converter device which concerns on 5th Embodiment has.
<第7実施形態>
本実施形態では、第1モードでの制御が第1実施形態と異なっている。図23は、第1モードにおける第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の開閉状態と、そのときのリアクトル電流IL、及びフライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値を示している。
<Seventh embodiment>
In the present embodiment, the control in the first mode is different from the first embodiment. FIG. 23 shows a value obtained by multiplying the open / close state of the first switching element Q11 and the second switching element Q12 in the first mode, the reactor current IL at that time, and the flyback current ID by the turn ratio N.
第1モードにおいて、制御Aでリアクトル電流ILが第1指令値Iref1となるように制御すれば、制御Bの期間の終了時にフライバック電流IDがゼロとならないことが起こり得る。この場合では、リアクトル電流ILが際限なく増加するおそれがある。また、制御Bの期間の終了よりも前にフライバック電流IDがゼロとなることも起こり得る。この場合では、リアクトル電流ILが際限なく増加する事態を抑制することはできるものの、電力の供給速度が低下する。 In the first mode, if the control A is performed so that the reactor current IL becomes the first command value Iref1, the flyback current ID may not become zero at the end of the period of the control B. In this case, the reactor current IL may increase without limit. In addition, the flyback current ID may become zero before the end of the control B period. In this case, although the situation where the reactor current IL increases indefinitely can be suppressed, the power supply speed decreases.
一方、制御Aでのリアクトル電流ILの増加量と制御Bでのフライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値の減少量が等しくなるように制御すれば、制御Aではリアクトル電流ILが第1指令値Iref1に到達しない場合が起こり得る。この場合でも、リアクトル電流ILが際限なく増加する事態を抑制することはできるものの、電力の供給速度が低下する。 On the other hand, if control is performed so that the amount of increase in reactor current IL in control A is equal to the amount of decrease in the value obtained by multiplying the flyback current ID in control B by the turn ratio N, in control A, reactor current IL is There may be a case where the command value Iref1 is not reached. Even in this case, although the situation in which the reactor current IL increases indefinitely can be suppressed, the power supply speed decreases.
そこで、本実施形態では、図23に示すように、制御Aにおいてリアクトル電流ILが第1指令値Iref1となり、且つ、制御Bの終了時にフライバック電流IDがゼロとなるように、1制御周期の長さであるTsを可変とする。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 23, in the control A, the reactor current IL becomes the first command value Iref1, and at the end of the control B, the flyback current ID becomes zero. The length Ts is variable.
制御Aでリアクトル電流ILが第1指令値Iref1となるようにすれば、次式(7)が成立し、制御Bにおけるフライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値の減少量が第1指令値Iref1となるようにすれば、次式(8)が成立する。 If the reactor current IL is set to the first command value Iref1 in the control A, the following equation (7) is established, and the amount of decrease in the value obtained by multiplying the flyback current ID in the control B by the turn ratio N is the first command value. If the value is Iref1, then the following equation (8) is established.
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、リアクトル電流ILの過剰な増加を抑制しつつ、電力の供給速度を向上させることができる。 With the above configuration, the power conversion device according to the present embodiment can improve the power supply speed while suppressing an excessive increase in the reactor current IL.
<変形例>
・第1実施形態では、ダイオードD1を、補助コイルL14の負極側出力端子200b側に設けるものとしているが、図24に示すように、ダイオードD1aを、補助コイルL14の正極側出力端子200a側に設けるものとしてもよい。この場合でも、第1実施形態と同様の効果を奏する。
<Modification>
In the first embodiment, the diode D1 is provided on the
・第1実施形態の電力変換回路10を、図25(a)のように構成してもよい。具体的には、電力変換回路10aにおいて、トランスTr11aを構成する第1コイルL11aの端部のそれぞれに、第1スイッチング素子Q11aのソース、第2スイッチング素子Q12aのソースをそれぞれ接続する。一方で、第1スイッチング素子Q11aのドレインと第2スイッチング素子Q12aのドレインは接続され、その接続点はチョークコイルL13の一端に接続される。また、第1コイルL11のセンタータップは、二次電池100の負極に接続される。なお、第2コイルL12側の構成については、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。このとき、制御部300が実行する処理は、第1実施形態と同様のものとなる。また、この場合においても、図25(b)に示すように、ダイオードD1aを補助コイルL14の正極側出力端子200a側に設けるものとしてもよい。
-You may comprise the
・図26に示すように、第3実施形態に係るフルブリッジ回路においても、ダイオードD2aを補助コイルL24の正極側出力端子200a側に設けるものとしてもよい。また、図示しないが、第4実施形態に係るフォワードアクティブクランプ回路についても同様に、ダイオードを補助コイルL34の正極側出力端子200a側に設けるものとしてもよい。
As shown in FIG. 26, also in the full bridge circuit according to the third embodiment, the diode D2a may be provided on the
・第4実施形態に係る電力変換回路30(フォワードアクティブクランプ回路)の第2コイルL32側について、図27のように構成してもよい。具体的には、トランスTr31の出力側を構成する第2コイルL32の一端は正極側出力端子200aに接続されており、他端は第4スイッチング素子Q34aのドレインに接続されている。第2コイルL32と第4スイッチング素子Q34aのドレインとの接続点は、コンデンサC30aを介して第3スイッチング素子Q33aのソースに接続されており、第4スイッチング素子Q34aのソースは第3スイッチング素子Q33aのドレインに接続されている。この第4スイッチング素子Q34aと第3スイッチング素子Q33aの接続点は、負極側出力端子200bに接続されている。なお、第3スイッチング素子Q33aには第3ダイオードD33aが逆方向に並列接続されており、第4スイッチング素子Q34には第4ダイオードD34aが逆方向に並列接続されている。制御部300が実行する具体的な処理については、第4実施形態と同様であるため、説明を省略する。
The second coil L32 side of the power conversion circuit 30 (forward active clamp circuit) according to the fourth embodiment may be configured as shown in FIG. Specifically, one end of the second coil L32 constituting the output side of the transformer Tr31 is connected to the
・各実施形態では、第1〜第3モードの制御をいずれも行うものとしているが、各モードのうち、少なくとも2つのモードの制御を行うものであってもよい。すなわち、充電の開始時には第1モードの制御を行い、出力側電圧VHが所定値を超えれば第2モードを経ずに第3モードの制御を行うものとしてもよい。また、充電の開始時から第2モードの制御を行い、出力側電圧VHが所定値を超えれば第3モードを行うものとしてもよい。 -In each embodiment, although control of 1st-3rd mode shall all be performed, control of at least 2 mode among each mode may be performed. That is, the first mode control may be performed at the start of charging, and the third mode control may be performed without passing through the second mode if the output side voltage VH exceeds a predetermined value. Alternatively, the second mode may be controlled from the start of charging, and the third mode may be performed if the output side voltage VH exceeds a predetermined value.
・各実施形態では、補助コイルL14,L24,L34に接続する整流素子としてダイオードD1,D1a,D2,D2a,D3を用いるものとしているが、ダイオードD1,D1a,D2,D2a,D3の代わりにスイッチング素子を用いるものとしてもよい。この場合には、補助コイルL14,L24,L34を介して入力側から出力側へと電力を供給する際に、スイッチング素子をONとして通電するものとすればよい。 In each embodiment, the diodes D1, D1a, D2, D2a, and D3 are used as the rectifying elements connected to the auxiliary coils L14, L24, and L34, but switching is performed instead of the diodes D1, D1a, D2, D2a, and D3. An element may be used. In this case, when power is supplied from the input side to the output side via the auxiliary coils L14, L24, and L34, the switching element may be turned on and energized.
・第1実施形態における第1モードにおいて、第2スイッチング素子Q12を常にOFFとする例を示したが、図28(a)に示すように、制御Aでは、第1スイッチング素子Q11がONである場合とQ12がONである場合とを交互に行うものとしてもよい。また、図28(b)に示すように、第1スイッチング素子Q11がONである制御Aを複数回行い、続いて、第2スイッチング素子Q12がONである制御Aを複数回行うものとしてもよい。 In the first mode in the first embodiment, the example in which the second switching element Q12 is always turned off has been shown. However, as shown in FIG. 28A, in the control A, the first switching element Q11 is turned on. The case and the case where Q12 is ON may be alternately performed. Further, as shown in FIG. 28B, the control A in which the first switching element Q11 is ON may be performed a plurality of times, and then the control A in which the second switching element Q12 is ON may be performed a plurality of times. .
・第1実施形態における第2モードにおいて、第2スイッチング素子Q12をOFFとすることにより制御Cから制御Aへと切り替えるものとしているが、図29(a)に示すように、第2スイッチング素子Q12をOFFとすることにより制御Cから制御Aへと切り替える制御と、第1スイッチング素子Q11をOFFとすることにより制御Cから制御Aへと切り替える制御とを交互に行うものとしてもよい。また、図29(b)に示すように、第2スイッチング素子Q12をOFFとすることにより制御Cから制御Aへと切り替える制御を複数回行い、続いて、第1スイッチング素子Q11をOFFとすることにより、制御Cから制御Aへと切り替える制御を複数回行うものとしてもよい。 In the second mode in the first embodiment, the second switching element Q12 is switched from the control C to the control A by turning off the second switching element Q12. However, as shown in FIG. Control for switching from control C to control A by turning OFF and control for switching from control C to control A by turning off first switching element Q11 may be performed alternately. Further, as shown in FIG. 29 (b), the control to switch from the control C to the control A is performed a plurality of times by turning off the second switching element Q12, and then the first switching element Q11 is turned off. Thus, the control for switching from the control C to the control A may be performed a plurality of times.
・第1〜第3モードにおいて、第1〜第3指令値Iref1〜Iref3を用いて制御するものとしたが、各モードにおいて、制御A〜制御Cを行う期間の長さを予め定めておき、その定められた期間に基づいて制御を行うものとしてもよい。 In the first to third modes, control is performed using the first to third command values Iref1 to Iref3. However, in each mode, the length of the period for performing the control A to control C is determined in advance. Control may be performed based on the determined period.
・各実施形態では、チョークコイルL13,L23,L33を二次電池100に対して正極側に設けているが、負極側に設けてもよい。また、チョークコイルL13,L23,L33を正極側及び負極側に設け、それぞれに磁気結合する補助コイルL14,L24,L34を設けるものとしてもよい。
In each embodiment, the choke coils L13, L23, and L33 are provided on the positive electrode side with respect to the
・補助コイルL14とチョークコイルとの巻数比を、N以上:1としてもよい。 The turn ratio between the auxiliary coil L14 and the choke coil may be N or more and 1 :.
・実施形態において、電力変換装置がハイブリッドカーに搭載されるものとしたが、搭載対象はこれに限られることはない。 -In embodiment, although the power converter device shall be mounted in a hybrid car, mounting object is not restricted to this.
・第5実施形態〜第7実施形態では、第1実施形態に係る電力変換装置における制御を変更するものとしたが、第3、第4実施形態における電力変換装置においても、同様に実施できる。すなわち、第5〜第7実施形態で示した制御A及び制御Bの長さの設定方法を用いて、各スイッチング素子を制御すればよい。 -In 5th Embodiment-7th Embodiment, although the control in the power converter device which concerns on 1st Embodiment shall be changed, it can implement similarly also in the power converter device in 3rd, 4th embodiment. That is, each switching element may be controlled using the length setting method of the control A and the control B shown in the fifth to seventh embodiments.
・第5実施形態において、休止期間の長さを制御周期の整数倍とし、制御周期の整数倍の期間の経過後に制御Aを開始するものとした。この点、上式(3)で算出された休止期間が経過すれば、制御Aを開始するものとしてもよい。 In the fifth embodiment, the length of the pause period is an integral multiple of the control cycle, and the control A is started after the lapse of the integral multiple of the control cycle. In this regard, the control A may be started when the suspension period calculated by the above equation (3) elapses.
・第5実施形態において、制御Aと制御Bとを交互に行う期間を固定周期(4制御周期)としたが、制御周期を変化させてもよい。すなわち、複数制御周期の終了時点でフライバック電流IDに巻数比Nを乗算した値が第1指令値Iref1となるように制御を行い、且つ、その後の休止期間でフライバック電流IDがゼロとなればよい。 In the fifth embodiment, the period in which the control A and the control B are alternately performed is a fixed period (four control periods), but the control period may be changed. That is, control is performed such that the value obtained by multiplying the flyback current ID by the turn ratio N at the end of the plurality of control cycles becomes the first command value Iref1, and the flyback current ID becomes zero in the subsequent rest period. That's fine.
10…電力変換回路、20…電力変換回路、30…電力変換回路、300…制御部、C30,C30a…コンデンサ、D1,D1a,D2,D2a,D3…ダイオード、L11,L11a,L21,L31…第1コイル、L12,L22,L32…第2コイル、L13,L23,L33…チョークコイル、L14,L24,L34…補助コイル、Q11〜Q16,Q21〜Q28,Q31〜Q34…スイッチング素子、Tr11,Tr11a,Tr21,Tr31…トランス。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記電力変換回路と前記直流電源との間に設けられるチョークコイル(L13,L23,L33)と、
前記チョークコイルをフライバックトランスとして機能させるべく、前記出力側の回路に並列接続され、前記チョークコイルと磁気的に結合し、前記チョークコイルに前記直流電源の正極側から負極側へ励磁電流が流れた場合に、前記出力側の回路の負極側から正極側への励磁電流が流れる方向に巻かれた補助コイル(L14,L24,L34)と、
前記補助コイルと直列接続され、前記直流電源から前記出力側への前記補助コイルを介した電力の供給、及び、前記出力側から前記入力側への電力の供給を遮断する整流素子(D1)と、を備える、電力変換装置。 A transformer (Tr11, Tr21, Tr31) comprising a first coil (L11, L21, L31) and a second coil (L12, L22, L32) that are magnetically coupled from the input side to which the DC power supply (100) is connected; And power is supplied to the output side circuit through the power conversion circuit (10, 10a, 20, 30, 30a) including the switching elements (Q11, Q11a, Q12, Q12a, Q21 to Q24, Q31 to Q33, Q33a). A power converter that
Choke coils (L13, L23, L33) provided between the power conversion circuit and the DC power source;
In order to make the choke coil function as a flyback transformer, it is connected in parallel to the circuit on the output side, and is magnetically coupled to the choke coil, and an exciting current flows from the positive side of the DC power source to the negative side of the choke coil. The auxiliary coil (L14, L24, L34) wound in the direction in which the exciting current flows from the negative electrode side to the positive electrode side of the circuit on the output side,
A rectifying element (D1) connected in series with the auxiliary coil and blocking power supply from the DC power source to the output side via the auxiliary coil and power supply from the output side to the input side; A power conversion device.
前記電力変換回路(10,10a)は、前記第1コイルの両端のそれぞれに接続された第1スイッチング素子(Q11,Q11a)及び第2スイッチング素子(Q12,Q12a)を有し、
前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子が、前記直流電源の正極及び負極の一方に接続され、前記センタータップが前記直流電源の正極及び負極の他方に接続される、請求項1に記載の電力変換装置。 The first coil (L11) has a center tap,
The power conversion circuit (10, 10a) includes a first switching element (Q11, Q11a) and a second switching element (Q12, Q12a) connected to both ends of the first coil,
The first switching element and the second switching element are connected to one of a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply, and the center tap is connected to the other of the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply. Power conversion device.
前記制御部は、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との一方をONとし、他方をOFFとする第1制御と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを共にOFFとする第2制御と、を順に行う期間を含む第1モードと、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを共にONとする第3制御と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との一方をONとし、他方をOFFとする前記第1制御と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを共にOFFとする前記第2制御と、を順に行う期間を含む第2モードと、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との一方をONとし、他方をOFFとする前記第1制御と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを共にONとする前記第3制御と、を順に行う期間を含む第3モードと、のうち、少なくとも2つのモードを実行する、請求項2に記載の電力変換装置。 A controller (300) for controlling the first switching element and the second switching element;
The controller is
A first control in which one of the first switching element and the second switching element is turned on and the other is turned off; a second control in which both the first switching element and the second switching element are turned off; A first mode including a period in which
A third control for turning on both the first switching element and the second switching element; and a first control for turning on one of the first switching element and the second switching element and turning off the other. A second mode including a period for sequentially performing the second control for turning off both the first switching element and the second switching element;
The first control in which one of the first switching element and the second switching element is turned on and the other is turned off, and the third control in which both the first switching element and the second switching element are turned on The power conversion device according to claim 2, wherein at least two modes are executed among a third mode including a period in which the steps are sequentially performed.
直列接続された第1スイッチング素子(Q21)及び第2スイッチング素子(Q22)と、直列接続された第3スイッチング素子(Q23)及び第4スイッチング素子(Q24)と、を有し、
前記第1コイルの一端は前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子の接続部に接続され、前記第1コイルの他端は前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子の接続部に接続され、
前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子が前記直流電源の正極側に接続され、前記第2スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子が前記直流電源の負極側に接続されるフルブリッジ回路を備える、請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion circuit (20)
A first switching element (Q21) and a second switching element (Q22) connected in series; a third switching element (Q23) and a fourth switching element (Q24) connected in series;
One end of the first coil is connected to a connection portion between the first switching element and the second switching element, and the other end of the first coil is connected to a connection portion between the third switching element and the fourth switching element. ,
A full bridge circuit in which the first switching element and the third switching element are connected to a positive electrode side of the DC power supply, and the second switching element and the fourth switching element are connected to a negative electrode side of the DC power supply; The power conversion device according to claim 1.
前記制御部は、
前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とをONとし、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをOFFとする、又は、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをONとし、前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とをOFFとする第1制御と、前記第1〜第4スイッチング素子をいずれもOFFとする第2制御と、を順に行う期間を含む第1モードと、
前記第1〜第4スイッチング素子をいずれもONとする第3制御と、前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とをONとし、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをOFFとする、又は、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをONとし、前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とをOFFとする前記第1制御と、前記第1〜第4スイッチング素子をいずれもOFFとする前記第2制御と、を順に行う期間を含む第2モードと、
前記第1〜第4スイッチング素子をいずれもONとする前記第3制御と、前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とをONとし、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをOFFとする、又は、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子とをONとし、前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とをOFFとする前記第1制御と、を順に行う期間を含む第3モードと、のうち、少なくとも2つのモードを実行する、請求項4に記載の電力変換装置。 A control unit (300) for controlling the first to fourth switching elements;
The controller is
The first switching element and the fourth switching element are turned on, the second switching element and the third switching element are turned off, or the second switching element and the third switching element are turned on. A first mode including a period for sequentially performing a first control for turning off the first switching element and the fourth switching element and a second control for turning off all of the first to fourth switching elements. When,
Third control for turning on all of the first to fourth switching elements; turning on the first switching element and the fourth switching element; turning off the second switching element and the third switching element; Or the first control for turning on the second switching element and the third switching element and turning off the first switching element and the fourth switching element, and the first to fourth switching elements. A second mode including a period of sequentially performing the second control in which both are turned off,
The third control for turning on the first to fourth switching elements, the first switching element and the fourth switching element are turned on, and the second switching element and the third switching element are turned off. Or a period of time in which the first control for turning on the second switching element and the third switching element and turning off the first switching element and the fourth switching element are sequentially performed. The power converter according to claim 4 which performs at least two modes among three modes.
前記第1コイルに直列接続された第1スイッチング素子(Q32)と、
前記第1コイル及び前記第1スイッチング素子に並列接続された第2スイッチング素子(Q31)と、
前記第2コイルに並列接続又は直列接続された、第3スイッチング素子(Q33,Q33a)とコンデンサ(C30,C30a)との直列接続体と、を有するアクティブクランプ回路を備える、請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion circuit (30, 30a)
A first switching element (Q32) connected in series to the first coil;
A second switching element (Q31) connected in parallel to the first coil and the first switching element;
2. The active clamp circuit according to claim 1, further comprising: an active clamp circuit having a third switching element (Q33, Q33a) and a capacitor (C30, C30a) connected in parallel or in series with the second coil. Power conversion device.
前記制御部は、
前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をOFFとし、前記第2スイッチング素子をONとする第1制御と、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子をOFFとし、前記第3スイッチング素子をONとする第2制御とを行う第1モードと、
前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をONとし、前記第2スイッチング素子をOFFとする第3制御と、前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をOFFとし、前記第2スイッチング素子をONとする前記第1制御と、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子をOFFとし、前記第3スイッチング素子をONとする前記第2制御とを行う第2モードと、
前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をONとし、前記第2スイッチング素子をOFFとする前記第3制御と、前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をOFFとし、前記第2スイッチング素子をONとする前記第1制御と、を行う第3モードと、のうち、少なくとも2つのモードを実行する、請求項6に記載の電力変換装置。 A control unit (300) for controlling the first to third switching elements;
The controller is
A first control for turning off the first switching element and the third switching element and turning on the second switching element; turning off the first switching element and the second switching element; and turning off the third switching element. A first mode for performing the second control to be ON;
A third control for turning on the first switching element and the third switching element and turning off the second switching element; turning off the first switching element and the third switching element; and turning on the second switching element. A second mode for performing the first control to be turned on, and the second control to turn off the first switching element and the second switching element and turn on the third switching element;
The third control for turning on the first switching element and the third switching element and turning off the second switching element; turning off the first switching element and the third switching element; and The power conversion device according to claim 6, wherein at least two modes are executed among the first mode in which the first control is turned on and the third mode in which the first control is performed.
前記出力電圧が第1所定値よりも小さい場合には、前記第1モードを実行し、
前記出力電圧が前記第1所定値よりも大きく、前記第1所定値よりも大きい第2所定値よりも小さい場合には、前記第2モードを実行し、
前記出力電圧が前記第2所定値よりも大きい場合には、前記第3モードを実行する、請求項3、5又は7に記載の電力変換装置。 A voltage detector that detects the output voltage as an output voltage;
If the output voltage is less than a first predetermined value, execute the first mode;
When the output voltage is larger than the first predetermined value and smaller than a second predetermined value larger than the first predetermined value, the second mode is executed,
The power converter according to claim 3, 5 or 7, wherein the third mode is executed when the output voltage is larger than the second predetermined value.
前記出力電圧が所定値よりも小さい場合には、前記第1モードを実行し、
前記出力電圧が前記所定値よりも大きい場合には、前記第3モードを実行する、請求項3、5又は7に記載の電力変換装置。 A voltage detector that detects the output voltage as an output voltage;
When the output voltage is smaller than a predetermined value, the first mode is executed,
The power converter according to claim 3, 5 or 7, wherein the third mode is executed when the output voltage is larger than the predetermined value.
前記出力電圧が所定値よりも小さい場合には、前記第2モードを実行し、
前記出力電圧が前記所定値よりも大きい場合には、前記第3モードを実行する、請求項3、5又は7に記載の電力変換装置。 A voltage detector that detects the output voltage as an output voltage;
When the output voltage is smaller than a predetermined value, the second mode is executed,
The power converter according to claim 3, 5 or 7, wherein the third mode is executed when the output voltage is larger than the predetermined value.
前記制御部は、前記各モードにおいて、前記電流値が予め定められた所定値となるように各スイッチング素子を制御する、請求項3、5、7〜10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 A current detector (103) for detecting a current value of the choke coil;
The power conversion according to any one of claims 3, 5, and 7 to 10, wherein the control unit controls each switching element so that the current value becomes a predetermined value in each mode. apparatus.
前記スロープ補償部は、前記第1モード及び前記第2モードでは前記スロープ信号を加算せず、前記第3モードでは前記スロープ信号を加算する、請求項11に記載の電力変換装置。 The control unit further includes a slope compensation unit that adds a slope signal that is a sawtooth wave to the current value,
The power converter according to claim 11, wherein the slope compensator does not add the slope signal in the first mode and the second mode, and adds the slope signal in the third mode.
前記出力電圧が大きくなるほど、前記休止期間を短くする、請求項13又は14に記載の電力変換装置。 A voltage detector that detects the output voltage as an output voltage;
The power converter according to claim 13 or 14, wherein the pause period is shortened as the output voltage increases.
前記出力電圧が大きくなるほど、1制御周期における前記第1制御を行う比率を上昇させる、請求項13又は14に記載の電力変換装置。 A voltage detector that detects the output voltage as an output voltage;
The power converter according to claim 13 or 14, wherein a ratio of performing the first control in one control cycle is increased as the output voltage increases.
前記第3モードでは、検出された前記電流値が指令値となるように制御する、請求項13〜18のいずれか1項に記載の電力変換装置。 A current detection unit for detecting a current value of the choke coil;
The power converter according to any one of claims 13 to 18, wherein, in the third mode, control is performed so that the detected current value becomes a command value.
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