JP2018098889A - 充電器のemiノイズ低減方法 - Google Patents
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Abstract
Description
充電器などの電気製品から放出される電気的ノイズを抑え(EMI)、かつ周囲からの電気的ノイズによって電気製品がトラブルを起こさない(EMS)ためのEMC(Electromagnetic compatibility)「電磁両立性」対策が注目されている。充電器もその一つである。
(1)スイッチング素子がオン/オフする時のスイッチング速度を遅くしてノイズの発生を少なくする。例えば、スイッチング素子としてIGBTを用いると、ゲート抵抗を大きくするとスイッチング速度が遅くなる。スイッチング速度を遅くすると電圧や電流の変化率dV/dtやdI/dtが小さくなりノイズが少なくなる。
しかし、スイッチング速度を遅くするとスイッチング時の損失が大きくなり効率の低下や冷却の考慮が必要になる。スイッチング損失は周波数に比例するため、高い周波数でのインバータでは、スイッチング損失が顕著になる。
この方法は、振動条件が出来ないように抵抗値をある程度大きく(R≧2√L/C)する必要が有る。電流が小さい時にはdV/dtに効果が有るが、電流が大きいと抵抗がId(オフ電流)×R(抵抗値)の電圧を背負うためdV/dtを小さくする効果が少なくなる。また、スイッチング素子Tのオフ時とオン時の両方共コンデンサの電流が抵抗を通るため抵抗の損失が、前記(2)項の2倍になる。反対に抵抗値を小さくする(R<2√L/C)と振動出てくるので一般には使用しない。ここで、Lは図4で示す直流回路の配線のインダクタンスで、出来るだけ値が小さくなるように配線している。
前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以下となったときに、前記スイッチング素子のオン時間を遅くするものである。
直流電圧を交流電圧に変換し、変換された交流電圧を、トランスを介して整流器に出力して直流電圧に変換し、変換された直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーに充電する充電器での充電方法において、
前記トランスと並列に、コンタクタとリアクトルの直列回路を接続し、
前記スナバー回路を、抵抗とコンデンサを直接続したCRスナバー回路としてスナバー回路の抵抗値を極力小さい値とし、
前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以下となったとき充電電圧に対応して前記インバータのデッドタイムを小さくし、且つ前記コンタクタをオンして前記リアクトルにダミー電流を流すものである。
トランスTFと並列に接続したものである。また、スナバー回路の抵抗値Rを敢えて(2√L/C)の1/2以下と小さくし、抵抗値ゼロとしてもよい。コンタクMCは、バッテリーBATへの充電電流が小さくなってデットタイムの間にスナバー回路のコンデンサが放電しない程度の電流となったときにオンする。コンタクMCのオンによりトランスTFと並列にリアクトルLxを接続し、このリアクトルLxに電流を流すことで IGBTがオフする時の電流を大きくし、デットタイムの間にCRスナバー回路のコンデンサが放電するよう構成される。
デッドタイムt=5μsでは、電流Id=2CEd/t=2×0.1×300/5=12(A)となる。即ち、デットタイムを5μsとしたとき、充電電流が12A以上であればリアクトルLxに電流を流す必要はない。押込み充電10Aの時だけリアクトルLxに電流を流せばよいことになる。
以上から図6において、通常の充電(25A以上)の時デットタイムを5μsで充電し、押込み充電(10A)の時はデットタイムを1μsにして、且つコンタクタMCをオンしてリアクトルLxに電流を流すようにすれば、全ての充電電流でdV/dtとdI/dtが小さくなりEMCに対して有効になる。
(ア)、CRスナバー回路で抵抗値Rを小さくすることで、IGBTがオフする時のdV/dtとdI/dtを小さく出来てEMCに有効になる。また、抵抗による損失も小さくできる。
(イ)、充電電流の小さい時だけデットタイムを小さくし、トランスTFに並列に接続したリアクトルLxにダミー電流を流すことで、IGBT等のスイッチング素子を最大充電電流で選定できる。これにより、リアクトルLxを接続してもIGBTを大きくする必要が無く、押込み充電以外の充電時にはリアクトルLxを接続しないので効率が悪くなることはない。
第2の実施例では図4で示す充電器を適用し、充電電流が小さいときにインバータを構成するスイッチング素子Tu,Tv,Tx,Tyのオンする速度(以下オン時間という)を遅くすることでEMC効果を向上させるものである。
Pon=1/3×Ed×Id×ton×f
となる。ここで、Ed:直流電圧、Id:直流電流、ton:オン時間、f:周波数、
上式のように、スイッチング損失は周波数に比例するため、高い周波数のインバータではそのスイッチング損失は顕著になる。
TF… トランス
Cov… 整流器
BAT… バッテリー(二次電池)
MC… コンタクタ
Lx… リアクトル
Tu,Tv,Tx,Ty… スイッチング素子
C… コンデンサ
R… 抵抗
Claims (6)
- 各スイッチング素子と並列にスナバー回路を接続したインバータで直流電圧を交流電圧に変換し、変換された交流電圧を整流器で直流電圧に変換し、直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーに充電する充電器での充電方法において、
前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以下となったときに、前記スイッチング素子のオン時間を遅くすることを特徴とした充電器のEMIノイズ低減方法。 - 前記スナバー回路を抵抗とコンデンサを直接続したCRスナバー回路とし、スナバー回路の抵抗値を極力小さい値としたことを特徴とした請求項1記載の充電器のEMIノイズ低減方法。
- 前記バッテリーへの充電電流が所定値以下となったときに、前記インバータのデッドタイムを短くすることを特徴とした請求項1又は2記載の充電器のEMIノイズ低減方法。
- 各スイッチング素子と並列にスナバー回路を接続したインバータで直流電圧を交流電圧に変換してトランスを介して整流器に出力し、変換された直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーに充電する充電器での充電方法において、
前記トランスと並列に、コンタクタとリアクトルの直列回路を接続し、
前記スナバー回路を抵抗とコンデンサを直接続したCRスナバー回路としてスナバー回路の抵抗値を極力小さい値とし、
前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以下となったとき充電電圧に対応して前記インバータのデッドタイムを小さくし、且つ前記コンタクタをオンして前記リアクトルにダミー電流を流すことを特徴とした充電器のEMIノイズ低減方法。 - 前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以外で充電電流が小さくなったとき、充電電流に対応して前記デッドタイムを順次大きくすることを特徴とした請求項4記載の充電器のEMIノイズ低減方法。
- 前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以上の電流であって、充電開始時の小さい充電開始電流に前記コンタクタをオンして前記リアクトルにダミー電流を流すことを特徴とした請求項4又は5記載の充電器のEMIノイズ低減方法。
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