JP2018061381A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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、電力の損失を低減させることが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置であって、電力変換回路10と直流電源100との間に設けられるチョークコイルL13と、チョークコイルL13をフライバックトランスとして機能させるべく、直流電源100に並列接続され、チョークコイルL13と磁気的に結合し、チョークコイルL13に入力側の回路の正極側から負極側へ励磁電流が流れた場合に、入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と、補助コイルL14と直列接続され、直流電源100の正極側からの補助コイルL14への通電を遮断する整流素子D1と、を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】電力変換装置であって、電力変換回路10と直流電源100との間に設けられるチョークコイルL13と、チョークコイルL13をフライバックトランスとして機能させるべく、直流電源100に並列接続され、チョークコイルL13と磁気的に結合し、チョークコイルL13に入力側の回路の正極側から負極側へ励磁電流が流れた場合に、入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と、補助コイルL14と直列接続され、直流電源100の正極側からの補助コイルL14への通電を遮断する整流素子D1と、を備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電力変換装置に関する。
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。
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。
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。
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、電力の損失を低減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。
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、前記直流電源に並列接続され、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入力側の回路の正極側から負極側へ励磁電流が流れた場合に、前記入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、前記直流電源の正極側から前記補助コイルへの通電を遮断する整流素子と、を備える。
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直流電源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、入力側の回路に残存する電力を直流電源へと戻すことができる。したがって、入力側回路の劣化や損傷を抑制しつつ、電力の損失を低減することができる。
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。
<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。
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。
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。
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N1/2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N1倍となっている。
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。
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。
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。
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の一端は、二次電池100の正極に接続されており、補助コイルL14の他端は、二次電池100の負極に接続されている。
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、二次電池100の負極側から正極側へと励磁電流が流れる方向に巻かれている。チョークコイルL13と補助コイルL14との巻数比は、1:N2であり、このN2を第2巻数比N2とする。なお、第2巻数比は、1よりも大きい値である。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。このダイオードD1は、二次電池100から補助コイルL14への通電を遮断する。
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、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、及び、出力側の回路を流れる電流である出力側電流IHとその平均値IH_aveを検出する出力側電流検出部203を備えている。検出された入力側電圧VB、出力側電圧VH、出力側電流IH、及び出力側電流IHの平均値IH_aveは、制御部300へ入力される。
制御部300は、入力された入力側電圧VB、出力側電圧VH、出力側電流IH、及びその平均値IH_ave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、コンデンサ201への充電の進行具合に応じて、すなわち、出力側電圧VHの値に応じて、第1〜第3モードのいずれかを選択して制御を行う。
なお、以下の説明において、入力側の回路において、二次電池100の負極側において、第1スイッチング素子Q11と第2スイッチング素子Q12との接続点と補助コイルL14と接続点との間に流れる電流である入力側電流IL、補助コイルL14に流れる電流であるフライバック電流ID、第2コイルL12に印加される電圧である励磁電圧VT、その励磁電圧VTにより生ずる励磁電流IM、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の変化についても説明する。図1に示すように、入力側電流ILは、第1スイッチング素子Q11と第2スイッチング素子Q12との接続点から補助コイルL14との接続点へと電流が流れる向きを正としている。フライバック電流IDは、ダイオードD1の順方向に流れる向きを正としている。励磁電流IMは、第2コイルL12の、第5スイッチング素子Q15と第6スイッチング素子Q16との接続点側から、第3スイッチング素子Q13と第4スイッチング素子Q14との接続点側へと流れる向きを正としている。これらのパラメータは第1実施形態に係る処理を実行するうえで、検出する必要はないが、検出するものとしてもよい。
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。
制御Aでは、入力側電流ILの単位時間あたりの変化量は、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を第1巻数比N1で除算した値を減算したものとなる。出力側電流IHの単位時間あたりの変化量は、入力側電流ILの単位時間あたりの変化量dIL/dtを第1巻数比N1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。
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。
制御Aでは、入力側電流ILが単調増加するため、図2で示すように、入力側電流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、すなわち、出力側電流IHが第1指令値Iref1を第1巻数比N1で除算した値となることを条件に、入力側電流ILを減少させるべく制御Bが行われる。
制御Bでは、チョークコイルL13から補助コイルL14へと電力が供給される。具体的には、チョークコイルL13に逆起電力が生じ、リアクトル電圧VLは、入力側電圧VBを第2巻数比N2で除算した値の負値となる。これにより、補助コイルL14に対してダイオードD1の順方向に向けてフライバック電流IDが流れ、且つ、このフライバック電流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。
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には電流が残存しており逆起電力が生ずるため、補助コイルL14を介して、二次電池100へ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。
続いて、第2モードの制御について、図4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。
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、入力側電流ILは、直線的に単調増加する。このとき、第1コイルL11から第2コイルL12へ電力の供給がなされないため出力側電流IHはゼロである。
この制御Cが行われる際の電流経路について、図5(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に流れる入力側電流ILが増加することとなる。
このように、制御Cでは入力側電流ILが単調増加するため、入力側電流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、すなわち、出力側電流IHが第2指令値Iref2を第1巻数比N1で除算した値となることを条件に、制御Cから制御Aへと移行する。
続く制御Aでは、図5(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、入力側電流ILが所定の上限に到達するか、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行われる。なお、図4のタイムチャートにおいて、制御Aで入力側電流ILが単調増加するものとしているが、入力側電流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。
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からの電力の供給は行われない。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を第2巻数比N2で除算した値の負値となる。これにより、補助コイルL14に対してダイオードD1の順方向に向けてフライバック電流IDが流れ、且つ、このフライバック電流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。
この制御Bが行われる際の電流経路について、図5(c)及び図5(d)を用いて説明する。図5(c)の電流経路は、制御Bの前半である期間B21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には電流が残存しており逆起電力が生ずるため、その電流により補助コイルL14を介して二次電池100へ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。この入力側電流IL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。
続いて、第3モードの制御について、図6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。なお、以下の図7を用いた説明において、励磁電流IMについては各制御状態で正負が反転するものであり、電流経路についての説明が冗長化するため、図示を省略する。
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、入力側電流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IHはゼロである。
この制御Cが行われる際の電流経路について、図7(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に流れる入力側電流ILが増加することとなる。なお、この制御Cから制御Aへ移行させる条件については、後述する。
続く制御Aでは、入力側電流ILは直線的に単調減少する。すなわち、出力側電流IHの単位時間あたりの変化量は、入力側電流ILの単位時間あたりの変化量dIL/dtをNで除算した値となり、出力側電流IHは、その入力側電流ILを第1巻数比N1で除算したものとなる。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。
この制御Aが行われる際の電流経路について、図7(b)及び図7(c)を用いて説明する。図7(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7(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。
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。
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に第1巻数比N1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で入力側電流ILが減少する条件は、入力側電圧VBに第1巻数比N1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。
続いて、制御部300が実行する一連の処理について、図8のフローチャートを用いて説明する。図8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。
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。
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)。
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。
なお、図8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。
続いて、制御部400が行う制御について、図9を参照して説明する。
最初に、第1モード設定部410について説明する。まず、入力側電流ILの指令値である第1指令値Iref1が乗算器411へ入力され、第1巻数比N1の逆数が乗算される。すなわち、入力側電流ILの指令値を、出力側電流IHの指令値に換算する。乗算器411から得られた値は、DA変換器412を介してコンパレータ413のマイナス端子へ入力される。一方、コンパレータ413のプラス端子には、出力側電流IHが入力される。
コンパレータ413は、マイナス端子に入力された、第1指令値Iref1を出力側電流IHの指令値に換算した値と、プラス端子に入力された出力側電流IH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414のR端子に入力する。また、RSフリップフロップ414のS端子には、クロック415からクロック信号が入力される。
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、出力側電流IHが第1指令値Iref1を巻数比Nで除算した値を超えたことを意味する。そのため、RSフリップフロップ414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。
RSフリップフロップ414の出力信号は、Duty制限部416へ入力される。Duty制限部416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Duty値が、上限値よりも大きければDuty値が上限値に設定される。この上限値は、50%未満の値、例えば45%に設定されている。以上のように求められた第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の制御信号は、モード選択部450へ入力される。
次に、第2モード設定部420について説明する。第2モード設定部420では、第1スイッチング素子Q11のON/OFF状態と、第2スイッチング素子Q12のON/OFF状態とが、それぞれ別の演算により求められる。
第1スイッチング素子Q11の制御では、まず、入力側電流ILの上限値Igが乗算器421へ入力され、第1巻数比N1の逆数が乗算される。この上限値Igは、第2モードにおいて、制御Aの終了時点の入力側電流ILの上限を示している。すなわち、入力側電流ILの上限を、出力側電流IHの上限に換算する。乗算器421から得られた値は、DA変換器422を介してコンパレータ423のマイナス端子へ入力される。一方、コンパレータ423のプラス端子には、出力側電流IHが入力される。
コンパレータ423は、マイナス端子に入力された、上限値Igを出力側電流IHの上限に換算した値と、プラス端子に入力された出力側電流IH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424のR端子に入力する。また、RSフリップフロップ424のS端子には、クロック425からクロック信号が入力される。
入力された信号がロー状態の信号となれば、出力側電流IHが上限値Igを第1巻数比N1で除算した値を超えたことを意味する。そのため、RSフリップフロップ424は、第1スイッチング素子Q5をOFFとする信号を送信する。RSフリップフロップ424の出力信号は、Duty制限部426へ入力される。Duty制限部426では、第1スイッチング素子Q11のDuty値が、上限値よりも大きければDuty値が上限値に設定される。この上限値は、例えば50%に設定されている。以上のように設定された第1スイッチング素子Q11の制御信号は、モード選択部450へ入力される。
第2スイッチング素子Q12の制御では、入力側電流ILの第2指令値Iref2が乗算器427へ入力される。この乗算器427へは、リアクトル電圧VLの逆数と、チョークコイルL13の自己インダクタンスLを1制御周期の長さTsで除算した値も入力される。この乗算器427の出力値は、Duty制限部428へ入力される。Duty制限部428では、第2スイッチング素子Q12のDuty値が、上限値よりも大きければDuty値が50%未満である上限値に設定される。この上限値は、例えば45%に設定されている。以上のように設定された第2スイッチング素子Q12の制御信号は、モード選択部450へ入力される。
続いて、第3モード設定部430について説明する。第3モード設定部430では、まず、入力側電流ILの平均値の指令値を求める。具体的には、定電圧制御を行ううえでの指令値と、定電流制御を行ううえでの指令値を求めたうえで、求められた指令値の中で最も小さい指令値を用いて制御を行う。
定電圧制御の指令値を求めるうえで、出力側電圧VHの目標値VH*と、検出された出力側電圧VHとが加算器431へ入力され、その偏差は、PI制御器432へ入力される。PI制御器432の出力値は定電圧制御を行ううえでの入力側電流ILの指令値であり、最小値選択部440へ入力される。
一方、制御部400は、上位のECUからCAN通信等により、入力側電流ILの指令値IL*を取得する。この指令値IL*は徐変部433に入力される。徐変部433では、入力された指令値IL*に基づいて、漸増する値を出力するものである。徐変部433の出力値は、最小値選択部440へ入力される。
以上のようにして最小値選択部440へ各指令値が入力されれば、最小値選択部440は、入力された各指令値のうち最も小さい値を指令値として出力する。最小値選択部440から出力された指令値は、加算器441へ入力される。加算器441へは、出力側電流IHの平均値IH_aveを入力側電流ILの値に換算した値も入力される。具体的には、出力側電流IHの平均値IH_aveと、出力側電圧VHを入力側電圧VBで除算した値とが乗算器442へ入力される。この乗算器442で乗算を行ううえで、電力変換回路10の変換効率αを考慮するものとしてもよい。乗算器442の出力値は加算器441へ入力される。加算器では、入力された値の差分がとられ、その差分はPI制御器443へ入力される。
PI制御器443の出力値は、乗算器444へ入力され、巻数比Nを出力側電圧VHの2倍の値で除算した値が乗算される。乗算器444の出力値は、加算器445へと入力される。この加算器445へは、フィードフォワード制御用のDuty値が入力される。
加算器445の出力値は、Duty制限部446へ入力される。Duty制限部446には、上限値設定部447で求められたDuty値の上限値も入力される。このDuty値の上限値は、入力側電圧VB及び出力側電圧VHで定まるものである。Duty制限部446では、算出されたDuty値が上限値よりも大きければ、上限値を出力する。Duty制限部446の出力値は、モード選択部450に入力される。
モード選択部450へは出力側電圧VHも入力され、図8のフローチャートに基づいて第1〜第3モードの選択が行われる。そして、選択されたモードにより、第1スイッチング素子Q11及び第2スイッチング素子Q12の制御が行われる。
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。
・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に残存する電流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、チョークコイルL13に残存する電流を二次電池100へと戻すことができる。これにより、入力側の回路の劣化や損傷を防ぐことができる。
・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に残存する電流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、チョークコイルL13に残存する電流を二次電池100へと戻すことができる。これにより、入力側の回路の劣化や損傷を防ぐことができる。
・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、チョークコイルL13に残存する電流を二次電池100へと戻すことができる。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、電力の損失を低減することができる。
・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。
<第2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。
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。
図10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。
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。
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。
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。
図11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。
制御Aでは、第1実施形態における制御Aと同様に、入力側電流ILが単調増加し、それに伴い出力側電流IH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、出力側電流IHはゼロとなる。一方、チョークコイルL23に残存する電流は、補助コイルL24を介して二次電池100へ供給されるため、ダイオードD1の順方向に向けてフライバック電流IDが流れ、且つ、このフライバック電流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する。
図12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。
制御Cでは、第1実施形態における制御Cと同様に、入力側電流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IH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、入力側電流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IHは入力側電流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、出力側電流IHはゼロとなる。一方、チョークコイルL23に残存する電流は、補助コイルL24を介して二次電池100へ供給されるため、ダイオードD1の順方向に向けてフライバック電流IDが流れ、且つ、このフライバック電流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する。
図13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。
制御Cでは、第1実施形態における制御Cと同様に、入力側電流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IH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IHは入力側電流ILの値に準ずるものとなる。
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。
<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。
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。
図14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1スイッチング素子Q31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2スイッチング素子Q32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。
第2スイッチング素子Q32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。
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。
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。
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。
図15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2スイッチング素子Q32、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1スイッチング素子Q31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2スイッチング素子Q32及び第4スイッチング素子Q34については常にOFFとし、第1スイッチング素子Q31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。
制御Aでは、第1実施形態における制御Aと同様に、入力側電流ILが単調増加し、それに伴い出力側電流IH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、出力側電流IHはゼロとなる。一方、チョークコイルL23に残存する電流は、補助コイルL24を介して二次電池100へ供給されるため、ダイオードD1の順方向に向けてフライバック電流IDが流れ、且つ、このフライバック電流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する。
図16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2スイッチング素子Q32及び第3スイッチング素子Q33をONとし、第1スイッチング素子Q31及び第4スイッチング素子Q34をOFFとする制御C、第2スイッチング素子Q32、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1スイッチング素子Q31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。
制御Cでは、第1実施形態における制御Cと同様に、入力側電流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IH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、入力側電流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IHは入力側電流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、出力側電流IHはゼロとなる。一方、チョークコイルL23に残存する電流は、補助コイルL24を介して二次電池100へ供給されるため、ダイオードD1の順方向に向けてフライバック電流IDが流れ、且つ、このフライバック電流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する。
図17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2スイッチング素子Q32及び第3スイッチング素子Q33をONとし、第1スイッチング素子Q31及び第4スイッチング素子Q34をOFFとする制御Cと、第2スイッチング素子Q32、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1スイッチング素子Q31をONとする制御Aとを交互に行う。
制御Cでは、第1実施形態における制御Cと同様に、入力側電流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は入力側電流ILの値に準ずるものとなる。
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。
<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、二次電池100の正極側に接続される側に設けるものとしているが、補助コイルL14の、二次電池100の負極側に接続される側に設けるものとしてもよい。他の実施形態でも同様である。
・第1実施形態では、ダイオードD1を、補助コイルL14の、二次電池100の正極側に接続される側に設けるものとしているが、補助コイルL14の、二次電池100の負極側に接続される側に設けるものとしてもよい。他の実施形態でも同様である。
・第1実施形態の電力変換回路10を、図18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。
・第3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19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。
・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。
・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,D2,D3を用いるものとしているが、ダイオードD1,D2,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。
・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、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、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。
・第1、2モードにおいて、第1、2指令値Iref1,Iref2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。
・出力側電圧VHを検出する位置は、各実施形態で示したものに限られず、正極側で検出するものとしてもよい。
・第1実施形態では、出力側電圧VHの値を検出して各制御を行うものとしたが、入力側電流ILを検出して、その入力側電流ILを用いて各制御を行うものとしてもよい。
・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。
・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。
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,D2,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。
Claims (10)
- 直流電源(100)が接続される入力側から、磁気的に結合する第1コイル(L11,L21,L31)及び第2コイル(L12,L22,L32)からなるトランス(Tr11,Tr21,Tr31)、及びスイッチング素子(Q11,Q11a,Q12,Q12a,Q21〜Q24,Q31〜Q33,Q31a〜33a)を備える電力変換回路(10,10a,20,30,30a)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(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、前記直流電源に並列接続され、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入力側の回路の正極側から負極側へ励磁電流が流れた場合に、前記入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、前記直流電源の正極側からの前記補助コイルへの通電を遮断する整流素子(D1)と、を備える、電力変換装置。 - 前記第1コイル(L11)は、センタータップを有し、
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。 - 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制御する制御部(300,400)をさらに備え、
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。 - 前記電力変換回路(20)は、
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。 - 前記第1〜第4スイッチング素子を制御する制御部(300,400)をさらに備え、
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とする制御、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とする制御、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とする制御、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とする制御と、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。 - 前記電力変換回路(30,30a)は、
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(Q31,Q31a)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(Q32,Q32a)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。 - 前記第1〜第3スイッチング素子を制御する制御部(300,400)をさらに備え、
前記制御部は、
前記第2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1スイッチング素子をONとする制御と、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とする制御とを行う第1モードと、
前記第2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1スイッチング素子をOFFとする制御と、前記第2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1スイッチング素子をONとする制御と、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とする制御とを行う第2モードと、
前記第2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1スイッチング素子をOFFとする制御と、前記第2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1スイッチング素子をONとする制御と、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。 - 前記出力側の電圧を出力側電圧として検出する電圧検出部をさらに備え、
前記出力側電圧が第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、
前記出力側電圧が前記第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、
前記出力側電圧が前記第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。 - 前記出力側の電圧を出力側電圧として検出する電圧検出部をさらに備え、
前記出力側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、
前記出力側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。 - 前記出力側の電圧を出力側電圧として検出する電圧検出部をさらに備え、
前記出力側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、
前記出力側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。
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