JP2018182782A - Power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池回路モジュールを備えた電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device provided with a plurality of battery circuit modules.
様々な電源装置が知られており、例えば、ハイブリッド車両や電動車両における走行モータの駆動に用いられる電源装置では、電池の電圧を昇圧コンバータで昇圧してインバータに入力している。 Various power supply devices are known. For example, in a power supply device used to drive a traveling motor in a hybrid vehicle or an electric vehicle, a battery voltage is boosted by a boost converter and input to an inverter.
特に、特許文献１には、バッテリ等の電池からの直流電圧をスイッチング素子のスイッチングによりＤＣ／ＤＣ変換して、走行モータに出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの損失特性に基づいてスイッチング素子のスイッチング周波数を設定する周波数設定手段と、この設定された周波数に基づきスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段とを備えた電源装置が記載されている。この電源装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの損失を小さくするスイッチング周波数を設定することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータを効率良く駆動することができる。 In particular, Patent Document 1 discloses a DC / DC converter that converts DC voltage from a battery such as a battery by DC / DC conversion of a switching element and outputs the DC voltage to a traveling motor, and loss characteristics of the DC / DC converter. A power supply apparatus is described which includes frequency setting means for setting a switching frequency of a switching element, and control means for switching control of the switching element based on the set frequency. According to this power supply device, the DC / DC converter can be efficiently driven by setting the switching frequency that reduces the loss of the DC / DC converter.
特許文献１に記載の電源装置において、スイッチング素子やＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる昇圧用リアクトルは、必要とされる電流容量や出力電圧に応じて設計される。また、それを収納する筐体も、使用する部品の大きさに応じて設計される。このため、スイッチング素子や昇圧用リアクトル、また、これらに関係する周辺部品等は、必要とされる電流容量や出力電圧に基づいて毎回、設計する必要がある。 In the power supply device described in Patent Document 1, a boosting reactor used for a switching element or a DC / DC converter is designed in accordance with the required current capacity and output voltage. Moreover, the housing which accommodates it is also designed according to the size of the parts to be used. Therefore, it is necessary to design the switching element, the boost reactor, peripheral parts related to these, and the like each time based on the required current capacity and output voltage.
すなわち、電源装置は、求められる仕様（必要とされる電流容量や出力電圧）に基づいて毎回新たに設計する必要があり汎用性が低かった。また、昇圧のためのＤＣ／ＤＣコンバータが必要である。 That is, the power supply device needs to be newly designed each time based on the required specifications (the required current capacity and output voltage), and the versatility is low. In addition, a DC / DC converter for boosting is required.
本発明に係る電源装置は、電池を正側端子と負側端子に接続し電池からの電力を出力する接続状態と、電池を正側端子または負側端子から切り離し正側端子と負側端子を短絡するスルー状態とが、ゲート信号によって切り換えられる電池回路モジュールを、正側端子および負側端子を介して複数直列接続した電池回路モジュール群と、複数の電池回路モジュールに対応してそれぞれ設けられ、電池回路モジュール群において隣接する電池回路モジュール間で、供給されるゲート信号を一定時間遅延させて伝達する複数の遅延回路と、最上流側の遅延回路にゲート信号を供給するコントローラと、を含み、ゲート信号を電池回路モジュール群の各電池回路モジュールに対して一定時間ずつ異ならせてそれぞれ供給するとともに、選択した電池回路モジュールに対しゲート信号の供給を停止し、対応する遅延回路の遅延時間を無視できる程小さな値に変更することができる、制御回路と、を有する。 In the power supply device according to the present invention, the battery is connected to the positive terminal and the negative terminal to output power from the battery, and the battery is separated from the positive terminal or the negative terminal, and the positive terminal and the negative terminal are separated. A battery circuit module group in which a plurality of battery circuit modules whose short-circuited through states are switched by a gate signal are connected in series via positive and negative terminals, and a plurality of battery circuit modules are provided. A plurality of delay circuits for delaying and transmitting a supplied gate signal for a fixed time between adjacent battery circuit modules in the battery circuit module group, and a controller for supplying the gate signal to the most upstream delay circuit, The gate signal is supplied to each of the battery circuit modules of the battery circuit module group with a predetermined time difference, and the selected battery Stops supplying the gate signals to the module, it is possible to change negligible delay time of the corresponding delay circuit to a small value and has a control circuit.
また、制御回路は、電池回路モジュール群の中で異常が発生した電池回路モジュールを選択し、対応する遅延回路の遅延時間を無視できる程小さな値に変更するとよい。 In addition, the control circuit may select a battery circuit module in which an abnormality has occurred in the battery circuit module group, and change the delay time of the corresponding delay circuit to a small value that can be ignored.
本発明によれば、構成が簡素であり、所望の出力電圧に容易に対応することができ、汎用性が高い電源装置を得ることができる。そして、電池回路モジュールをスルーした場合、対応する遅延回路もスルーするので、出力の変動を抑制できる。 According to the present invention, the configuration is simple, a desired output voltage can be easily coped with, and a power supply device with high versatility can be obtained. When the battery circuit module is passed through, the corresponding delay circuit is also passed through, so it is possible to suppress the fluctuation of the output.
「全体構成」
実施形態における電源装置１について説明する。図１は、電源装置１のブロック図を示している。図１に示すように、電源装置１は、複数の電池回路モジュール１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅ）と、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅにゲート信号を出力して電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅをＯＮＯＦＦ駆動する制御回路１１とを備えている。
"overall structure"
The power supply device 1 in the embodiment will be described. FIG. 1 shows a block diagram of the power supply device 1. As shown in FIG. 1, the power supply device 1 has gate signals to the plurality of battery circuit modules 10 (10a, 10b, 10c,..., 10e) and the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. And a control circuit 11 which turns on and off the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e.
電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅは、その正側端子＋ＯＴが負側端子−ＯＴに順次接続されることで直列接続されており、電池回路モジュール群１００を構成している。最上流側の電池回路モジュール１０ａの正側端子＋ＯＴが、電池回路モジュール群１００の正側出力端子＋ＯＵＴに接続され、最下流側の電池回路モジュール１０ｅの負側端子−ＯＴが電池回路モジュール群１００の負側出力端子−ＯＵＴに接続されている。 The battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are connected in series by sequentially connecting their positive terminals + OT to the negative terminal -OT, and constitute the battery circuit module group 100. . The positive terminal + OT of the battery circuit module 10a on the most upstream side is connected to the positive output terminal + OUT of the battery circuit module group 100, and the negative terminal -OT of the battery circuit module 10e on the most downstream side is the battery circuit module group 100 Are connected to the negative side output terminal -OUT.
電池回路モジュール１０は、複数の電池セルが直列接続された電池Ｂを有する。電池Ｂの正極は、チョークコイルＬ、第２のスイッチング素子Ｓ２を介し、正側端子＋ＯＴに接続されており、電池Ｂの負極は負側端子−ＯＴに接続されている。正側端子＋ＯＴと負側端子−ＯＴの間には第１のスイッチング素子Ｓ１が配置されている。また、チョークコイルＬと第２のスイッチング素子Ｓ２との接続点と電池Ｂの陰極との間にはコンデンサＣが配置されている。 The battery circuit module 10 has a battery B in which a plurality of battery cells are connected in series. The positive electrode of the battery B is connected to the positive terminal + OT via the choke coil L and the second switching element S2, and the negative electrode of the battery B is connected to the negative terminal -OT. A first switching element S1 is disposed between the positive terminal + OT and the negative terminal -OT. Further, a capacitor C is disposed between the connection point of the choke coil L and the second switching element S2 and the cathode of the battery B.
従って、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＮ、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＦＦにすると、正側端子＋ＯＴと、負側端子−ＯＴの間に、電池Ｂとコンデンサの両方が並列接続された直流電源となる（接続状態）。一方、第２のスイッチング素子Ｓ２をＯＦＦ、第１のスイッチング素子Ｓ１をＯＮにすると、電池Ｂが切り離され正側端子＋ＯＴと、負側端子−ＯＴが短絡され、この電池回路モジュール１０は、スルー状態になる。なお、電池Ｂ、チョークコイルＬおよびコンデンサＣによってＲＬＣフィルタを形成して電流の平準化を図り、電池Ｂの劣化を抑制している。 Therefore, when the second switching element S2 is turned on and the first switching element S1 is turned off, both the battery B and the capacitor are connected in parallel between the positive terminal + OT and the negative terminal -OT. It becomes (connection state). On the other hand, when the second switching element S2 is turned off and the first switching element S1 is turned on, the battery B is cut off and the positive terminal + OT and the negative terminal -OT are shorted. It will be in the state. The RLC filter is formed by the battery B, the choke coil L and the capacitor C to level the current, thereby suppressing the deterioration of the battery B.
第１のスイッチング素子Ｓ１および第２のスイッチング素子Ｓ２は、電界効果トランジスタとしてのＭＯＳ−ＦＥＴである。第１のスイッチング素子Ｓ１および第２のスイッチング素子Ｓ２は、制御回路１１からのゲート信号によってスイッチング動作される。なお、スイッチング動作可能な素子であれば、ＭＯＳ−ＦＥＴ以外のスイッチング素子を使用することもできる。 The first switching element S1 and the second switching element S2 are MOS-FETs as field effect transistors. The first switching element S1 and the second switching element S2 are switched by a gate signal from the control circuit 11. Note that switching elements other than MOS-FETs can be used as long as the elements can perform switching operation.
電池回路モジュール１０には、制御回路１１が接続されており、制御回路１１から出力されるゲート信号が各電池回路モジュール１０に供給される。このゲート信号は、各電池回路モジュール１０において、第１のスイッチング素子Ｓ１および第２のスイッチング素子Ｓ２の一方をオン、他方をオフする。 A control circuit 11 is connected to the battery circuit module 10, and a gate signal output from the control circuit 11 is supplied to each battery circuit module 10. The gate signal turns on one of the first switching element S1 and the second switching element S2 in each of the battery circuit modules 10 and turns off the other.
制御回路１１は、コントローラ１２を有しており、このコントローラ１２が最上流側の電池回路モジュール１０ａに供給するためのゲート信号を出力する。制御回路１１は、各電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅに対応して、遅延回路１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・，１３ｅ）を有しており、各遅延回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・１３ｅによって遅延したゲート信号が、対応する電池回路モジュール１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅに供給される。 The control circuit 11 has a controller 12, and the controller 12 outputs a gate signal to be supplied to the most upstream battery circuit module 10a. The control circuit 11 has delay circuits 13 (13a, 13b, 13c,..., 13e) corresponding to the respective battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. The gate signals delayed by 13a, 13b, 13c, ... 13e are supplied to the corresponding battery circuit modules 10b, 10c, ..., 10e.
従って、各電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅにおける、第１のスイッチング素子Ｓ１および第２のスイッチング素子Ｓ２のスイッチングのタイミングは、遅延回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・の遅延時間ずつ遅れることになる。 Therefore, the switching timings of the first switching element S1 and the second switching element S2 in each of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e are different from those of the delay circuits 13a, 13b, 13c, ... Each delay time will be delayed.
そして、最下流側の遅延回路１３ｅから出力されたゲート信号は、コントローラ１２に入力されるようになっている。従って、コントローラ１２は、自己の出力したゲート信号がすべての遅延回路１３によって遅延された合計の遅延時間を把握することができ、これに基づいて、次のゲート信号を出力することができる。また、遅延時間の合計をゲート信号の周期に容易に一致させることができる。 The gate signal output from the delay circuit 13e on the most downstream side is input to the controller 12. Therefore, the controller 12 can grasp the total delay time in which the gate signal output from the controller 12 is delayed by all the delay circuits 13. Based on this, the controller 12 can output the next gate signal. Also, the sum of delay times can be easily made to coincide with the period of the gate signal.
「電池回路モジュール１０の動作」
次に、電池回路モジュール１０の動作について図２、３を参照して説明する。図２は、電池回路モジュール１０の概略構成図を、図３は電池回路モジュール１０の動作に関するタイムチャートをそれぞれ示している。また、図３において、符号Ｄ１は、電池回路モジュール１０ａを駆動するゲート信号の矩形波を、符号Ｄ２は、第１のスイッチング素子Ｓ１のＯＮＯＦＦ状態を示す矩形波を、符号Ｄ３は、第２のスイッチング素子Ｓ２のＯＮＯＦＦ状態を示す矩形波を、符号Ｄ４は、電池回路モジュール１０ａにより出力される電圧Ｖｍｏｄの特性をそれぞれ示している。
"Operation of battery circuit module 10"
Next, the operation of the battery circuit module 10 will be described with reference to FIGS. 2 shows a schematic configuration diagram of the battery circuit module 10, and FIG. 3 shows a time chart regarding the operation of the battery circuit module 10. As shown in FIG. Further, in FIG. 3, the code D1 represents a rectangular wave of the gate signal for driving the battery circuit module 10a, the code D2 represents a rectangular wave indicating the ON / OFF state of the first switching element S1, and the code D3 represents a second wave. The symbol D4 indicates the characteristics of the voltage V mod output from the battery circuit module 10a. The rectangular wave indicates the ON / OFF state of the switching element S2.
電池回路モジュール１０の初期状態、すなわち、ゲート信号が出力されていない状態（ゲート信号がＯＦＦの状態）では、第１のスイッチング素子Ｓ１はＯＮ状態、第２のスイッチング素子Ｓ２はＯＦＦ状態となっている。そして、制御回路１１からゲート信号が電池回路モジュール１０ａに入力されると、電池回路モジュール１０はＰＷＭ制御によってスイッチング動作する。このスイッチング動作は、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とが交互にＯＮＯＦＦすることによって行われる。 In the initial state of the battery circuit module 10, that is, in the state where the gate signal is not output (the gate signal is OFF), the first switching element S1 is in the ON state, and the second switching element S2 is in the OFF state. There is. When a gate signal is input from the control circuit 11 to the battery circuit module 10a, the battery circuit module 10 performs switching operation by PWM control. This switching operation is performed by alternately turning on and off the first switching element S1 and the second switching element S2.
図３の符号Ｄ１で示すように、制御回路１１からゲート信号が出力されると、このゲート信号に応じて、電池回路モジュール１０ａの第１のスイッチング素子Ｓ１および第２のスイッチング素子Ｓ２が駆動される。第１のスイッチング素子Ｓ１は、ゲート信号の立ち上がりに応じて、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わる。また、第１のスイッチング素子Ｓ１は、ゲート信号の立ち下がりから僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる（符号Ｄ２参照）。 As shown by symbol D1 in FIG. 3, when the gate signal is output from the control circuit 11, the first switching element S1 and the second switching element S2 of the battery circuit module 10a are driven according to the gate signal. Ru. The first switching element S1 switches from the ON state to the OFF state in response to the rise of the gate signal. In addition, the first switching element S1 switches from the OFF state to the ON state with a slight delay (dead time dt) from the fall of the gate signal (see D2).
一方、第２のスイッチング素子Ｓ２は、ゲート信号の立ち上がりから僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。また、第２のスイッチング素子Ｓ２は、ゲート信号の立ち下がりと同時に、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わる（符号Ｄ３参照）。このように、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とは交互にＯＮＯＦＦ動作する。 On the other hand, the second switching element S2 switches from the OFF state to the ON state with a slight time delay (dead time dt) from the rise of the gate signal. The second switching element S2 switches from the ON state to the OFF state at the same time as the fall of the gate signal (see D3). Thus, the first switching element S1 and the second switching element S2 alternately turn on and off.
なお、第１のスイッチング素子Ｓ１がゲート信号の立ち下がり時に僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて動作することと、第２のスイッチング素子Ｓ２がゲート信号の立ち上がり時に僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて動作することは、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とが同時に動作することを防止するためである。すなわち、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とが同時にＯＮして短絡することを防止している。この動作を遅らせているデッドタイムｄｔは、例えば、１００ｎｓに設定しているが、適宜設定することができる。なお、デッドタイムｄｔ中はダイオードを還流し、その還流したダイオードと並列にあるスイッチング素子がＯＮしたときと同じ状態になる。 The first switching element S1 operates with a slight delay (dead time dt) when the gate signal falls and the second switching element S2 operates with a slight delay (dead time dt) when the gate signal rises. The delayed operation is to prevent the first switching element S1 and the second switching element S2 from operating at the same time. That is, the first switching element S1 and the second switching element S2 are prevented from being simultaneously turned on and shorting. The dead time dt delaying this operation is set to, for example, 100 ns, but can be set as appropriate. During the dead time dt, the diode is returned, and the state is the same as when the switching element in parallel with the returned diode is turned on.
そして、この動作によって、電池回路モジュール１０は、図３の符号Ｄ４で示すように、ゲート信号がＯＦＦ時（すなわち、第１のスイッチング素子Ｓ１がＯＮ、第２のスイッチング素子Ｓ２がＯＦＦ）では、コンデンサＣが電池回路モジュール１０ａの正側端子＋ＯＴから切り離されて正側端子＋ＯＴには電圧が出力されない。この状態を、図４（ａ）に示す。図４（ａ）に示すように、電池回路モジュール１０の電池Ｂ（コンデンサＣ）をバイパス（スルー状態）している。 By this operation, the battery circuit module 10 is turned off when the gate signal is OFF (that is, when the first switching element S1 is ON and the second switching element S2 is OFF), as indicated by symbol D4 in FIG. The capacitor C is disconnected from the positive terminal + OT of the battery circuit module 10a, and no voltage is output to the positive terminal + OT. This state is shown in FIG. 4 (a). As shown to Fig.4 (a), the battery B (capacitor | condenser C) of the battery circuit module 10 is bypassed (through state).
また、ゲート信号がＯＮ時（すなわち、第１のスイッチング素子Ｓ１がＯＦＦ、第２のスイッチング素子Ｓ２がＯＮ）では、コンデンサＣが電池回路モジュール１０の正側端子＋ＯＴに接続されて正側端子＋ＯＴに電圧が出力される。この状態を、図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すように、電池回路モジュール１０におけるコンデンサＣを介して電圧Ｖｍｏｄが正側端子＋ＯＴに出力されている。 In addition, when the gate signal is ON (that is, the first switching element S1 is OFF and the second switching element S2 is ON), the capacitor C is connected to the positive terminal + OT of the battery circuit module 10 and the positive terminal + OT Voltage is output. This state is shown in FIG. 4 (b). As shown in FIG. 4B, the voltage V mod is output to the positive terminal + OT via the capacitor C in the battery circuit module 10.
ここで、ゲート信号のデューティー比は、電源装置１に対する出力電圧要求によって決定され、決定されたデューティー比のゲート信号が生成される。出力電圧要求は電源装置１から電力を使用するシステム側からの要求である。 Here, the duty ratio of the gate signal is determined by the output voltage request to the power supply device 1, and a gate signal of the determined duty ratio is generated. The output voltage request is a request from the system side using power from the power supply device 1.
「制御回路１１の動作」
図１に戻り、制御回路１１による電源装置１の制御について説明する。制御回路１１は、電池回路モジュール群１００の全体を制御する。すなわち、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの動作をそれぞれ制御して電源装置１としての出力電圧を制御する。
"Operation of control circuit 11"
Returning to FIG. 1, control of the power supply device 1 by the control circuit 11 will be described. The control circuit 11 controls the entire battery circuit module group 100. That is, the operation of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e is controlled to control the output voltage as the power supply device 1.
上述したように、制御回路１１は、矩形波のゲート信号を出力するコントローラ１２と、コントローラ１２から出力されるゲート信号を、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅに遅延させて順次出力する遅延回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・，１３ｅとを備えている。 As described above, the control circuit 11 delays the controller 12 which outputs the gate signal of the rectangular wave and the gate signal output from the controller 12 to the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e. There are provided delay circuits 13a, 13b, 13c,..., 13e which sequentially output.
コントローラ１２は、電池回路モジュール群１００において直列接続されている電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅのうちの最上流側の電池回路モジュール１０ａにゲート信号を供給する。 The controller 12 supplies a gate signal to the most upstream battery circuit module 10a among the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e connected in series in the battery circuit module group 100.
遅延回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・，１３ｅは、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅに対応してそれぞれ設けられている。遅延回路１３ａは、コントローラ１２からのゲート信号を、一定時間遅延させて隣接する電池回路モジュール１０ｂに出力するとともに、遅延回路１３ｂに出力する。この結果、コントローラ１２から出力されたゲート信号は、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅに順次遅延されて供給される。 The delay circuits 13a, 13b, 13c,..., 13e are provided corresponding to the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. The delay circuit 13a delays the gate signal from the controller 12 for a predetermined time, and outputs the gate signal to the adjacent battery circuit module 10b and outputs the gate signal to the delay circuit 13b. As a result, the gate signal output from the controller 12 is sequentially delayed and supplied to the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e.
なお、遅延回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・，１３ｅは、電気的な回路構成としては制御回路１１に含まれるものであるが、ハード構成としては電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅと一体化して構成することが好ましい。図１において、例えば、一点鎖線Ｍで示すように、遅延回路１３ｂと電池回路モジュール１０ｂとを一体化（モジュール化）して構成するとよい。 The delay circuits 13a, 13b, 13c,..., 13e are included in the control circuit 11 as the electrical circuit configuration, but the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. · · Preferably integrated with 10e. In FIG. 1, for example, as indicated by a dashed-dotted line M, the delay circuit 13b and the battery circuit module 10b may be integrated (moduleed).
図１において、コントローラ１２から最上流側の電池回路モジュール１０ａにゲート信号を出力すると、電池回路モジュール１０ａが駆動されて、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、電池回路モジュール１０ａにおける電圧が正側端子＋ＯＴに出力される。また、コントローラ１２からのゲート信号は、遅延回路１３ａに入力されて、一定時間遅延された後、隣接する電池回路モジュール１０ｂに入力される。このゲート信号により電池回路モジュール１０ｂが駆動する。 In FIG. 1, when a gate signal is output from the controller 12 to the battery circuit module 10a on the most upstream side, the battery circuit module 10a is driven and, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), in the battery circuit module 10a. The voltage is output to the positive terminal + OT. Also, the gate signal from the controller 12 is input to the delay circuit 13a, delayed for a predetermined time, and then input to the adjacent battery circuit module 10b. The battery circuit module 10b is driven by the gate signal.
一方、遅延回路１３ａからのゲート信号は、遅延回路１３ｂにも入力されて、遅延回路１３ａと同様に、一定時間遅延されて、次に隣接する電池回路モジュール１０ｃに入力される。以下、同様に、ゲート信号は遅延されて下流側の電池回路モジュールにそれぞれ入力される。そして、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅは、順次駆動されて、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの電圧が各正側端子＋ＯＴに順次出力される。 On the other hand, the gate signal from the delay circuit 13a is also input to the delay circuit 13b, delayed for a fixed time as in the delay circuit 13a, and then input to the adjacent battery circuit module 10c. Similarly, the gate signals are similarly delayed and input to the downstream battery circuit modules. Then, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e are sequentially driven, and the voltages of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e are sequentially output to the respective positive terminals + OT. .
電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅが順次駆動される状態を図５に示す。図５に示すように、ゲート信号に応じて、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅが、一定の遅延時間を持って上流側から下流側に次々と駆動されている。図５において、符号Ｅ１は、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの第１のスイッチング素子Ｓ１がＯＦＦ、第２のスイッチング素子Ｓ２がＯＮして、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅが正側端子＋ＯＴから電圧を出力している状態（接続状態）を示している。また、符号Ｅ２は、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの第１のスイッチング素子Ｓ１がＯＮ、第２のスイッチング素子Ｓ２がＯＦＦして、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅが正側端子＋ＯＴから電圧を出力していない状態（スルー状態）を示す。このように、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅは、一定の遅延時間を持って順次駆動される。 A state in which the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are sequentially driven is shown in FIG. As shown in FIG. 5, in accordance with the gate signal, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are driven one after another from the upstream side to the downstream side with a fixed delay time. In FIG. 5, reference character E1 indicates that the first switching element S1 of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e is OFF and the second switching element S2 is ON, so that the battery circuit modules 10a, 10b, 10c show states (connection states) in which a voltage is outputted from the positive terminal + OT. Further, the code E2 indicates that the first switching element S1 of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e is ON and the second switching element S2 is OFF, and the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, .., 10 e indicates a state (through state) in which no voltage is output from the positive terminal + OT. Thus, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are sequentially driven with a fixed delay time.
図５を参照して、ゲート信号やゲート信号の遅延時間の設定について説明する。ゲート信号の周期Ｆは、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの遅延時間を合計することによって設定される。このため、遅延時間を長く設定すると、ゲート信号の周波数は低周波になる。逆に、遅延時間を短く設定すると、ゲート信号の周波数は高周波になる。また、ゲート信号を遅延する遅延時間は、電源装置１に求められる仕様に応じて適宜設定することができる。 The setting of the gate signal and the delay time of the gate signal will be described with reference to FIG. The period F of the gate signal is set by summing up the delay times of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. Therefore, if the delay time is set long, the frequency of the gate signal becomes low. Conversely, when the delay time is set short, the frequency of the gate signal becomes high. Further, the delay time for delaying the gate signal can be appropriately set in accordance with the specification required for the power supply device 1.
ゲート信号の周期ＦにおけるＯＮ時比率Ｇ１、すなわち、周期ＦのうちのＯＮ時間の比率は、電源装置１の出力電圧／電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの合計電圧（電池回路モジュール電池電圧×電池回路モジュール数）により算出することができる。すなわち、ＯＮ時比率Ｇ１＝電源装置出力電圧／（電池回路モジュール電池電圧×電池回路モジュール数）となる。なお、厳密には、デッドタイムｄｔだけＯＮ時比率がずれてしまうので、チョッパ回路で一般的に行われているようにフィードバックまたはフィードフォワードでＯＮ時比率の補正を行う。 The on-time ratio G1 in the cycle F of the gate signal, that is, the ratio of the ON time of the cycle F is calculated as follows: output voltage of the power supply 1 / total voltage of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. It can be calculated by circuit module battery voltage × number of battery circuit modules). That is, the on-time ratio G1 = power supply device output voltage / (battery circuit module battery voltage × number of battery circuit modules). Strictly speaking, since the on-time ratio deviates by the dead time dt, correction of the on-time ratio is performed by feedback or feedforward as generally performed in a chopper circuit.
電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの合計電圧は、上述したように、電池回路モジュール電池電圧×接続状態の電池回路モジュール数によって表すことができる。電源装置１の出力電圧が、一つの電池回路モジュール１０の電池電圧で割り切れる値であれば、電池回路モジュール１０が通過（スルー状態）から接続に切り替わる瞬間に、他の電池回路モジュールが接続から通過（スルー状態）に切り替わるので、電池回路モジュール群１００の全体の出力電圧に変動はない。 The total voltage of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e can be represented by the battery circuit module battery voltage × the number of battery circuit modules in the connected state, as described above. If the output voltage of the power supply device 1 is a value divisible by the battery voltage of one battery circuit module 10, another battery circuit module passes from connection at the moment when the battery circuit module 10 switches from passing (through state) to connection. Since switching to (through state), there is no change in the overall output voltage of the battery circuit module group 100.
しかし、電源装置１の出力電圧が、電池回路モジュール１０ａの電池電圧で割り切れない値であれば、電源装置１の出力電圧と、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの合計電圧とは整合しない。換言すると、電源装置１の出力電圧（電池回路モジュール群１００の全体の出力電圧）が変動してしまう。ただし、このときの変動振幅は１つの電池回路モジュール分の電圧であり、また、この変動周期は、ゲート信号の周期Ｆ／電池回路モジュール数となる。ここでは、数十個の電池回路モジュールを直列接続しているので、電池回路モジュール全体の寄生インダクタンスは大きな値となっており、この電圧変動はフィルタされて結果的には電源装置１の出力電圧を得ることができる。 However, if the output voltage of the power supply device 1 is not divisible by the battery voltage of the battery circuit module 10a, the total voltage of the output voltage of the power supply device 1 and the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. Is not consistent with In other words, the output voltage of the power supply device 1 (the entire output voltage of the battery circuit module group 100) fluctuates. However, the fluctuation amplitude at this time is a voltage of one battery circuit module, and the fluctuation period is the cycle F of the gate signal / the number of battery circuit modules. Here, since several dozen battery circuit modules are connected in series, the parasitic inductance of the entire battery circuit module has a large value, and this voltage fluctuation is filtered and as a result, the output voltage of the power supply device 1 You can get
「具体例」
次に、具体例について説明する。図５において、例えば、電源装置１としての所望の出力電圧が４００Ｖ、電池回路モジュール１０の電池電圧が１５Ｖ、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅ数が４０個、遅延時間が２００ｎｓであるとする。なお、この場合は、電源装置１の出力電圧（４００Ｖ）が、電池回路モジュール１０の電池電圧（１５Ｖ）で割り切れない場合に相当する。
"Concrete example"
Next, specific examples will be described. In FIG. 5, for example, the desired output voltage as the power supply 1 is 400 V, the battery voltage of the battery circuit module 10 is 15 V, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. Suppose that it is 200 ns. Note that this case corresponds to the case where the output voltage (400 V) of the power supply device 1 can not be divided by the battery voltage (15 V) of the battery circuit module 10.
これらの数値に基づくと、ゲート信号の周期Ｆは、遅延時間×電池回路モジュール数により算出されるので、２００ｎｓ×４０個＝８μｓとなり、ゲート信号は１２５ｋＨｚ相当の矩形波になる。また、ゲート信号のＯＮ時比率Ｇ１は、電源装置出力電圧／（電池回路モジュール電池電圧×電池回路モジュール数）により算出されるので、ＯＮ時比率Ｇ１は、４００Ｖ／（１５Ｖ×４０個）≒０．６７となる。 Based on these numerical values, the period F of the gate signal is calculated by delay time × the number of battery circuit modules, so that 200 ns × 40 = 8 μs, and the gate signal becomes a square wave equivalent to 125 kHz. Further, since the on-time ratio G1 of the gate signal is calculated by: power supply device output voltage / (battery circuit module battery voltage × number of battery circuit modules), the on-time ratio G1 is 400 V / (15 V × 40) ≒ 0 It becomes .67.
これらの数値に基づいて、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅを順次駆動すると、電源装置１として、図５中、符号Ｈ１で示す矩形波状の出力特性が得られる。この出力特性は、３９０Ｖと４０５Ｖとの間で変動する電圧出力特性となる。すなわち、ゲート信号の周期Ｆ／電池回路モジュール数により算出される周期で変動する出力特性となり、８μｓ／４０個＝２００ｎｓ（５ＭＨｚ相当）で変動する出力特性となる。この変動は、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅの配線による寄生インダクタンスでフィルタリングされるので、符号Ｈ２で示すように、電源装置１としては、４００Ｖの電圧が出力される。 When the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are sequentially driven based on these numerical values, rectangular wave-like output characteristics indicated by a symbol H1 in FIG. This output characteristic is a voltage output characteristic that fluctuates between 390 V and 405 V. That is, the output characteristic fluctuates in a cycle calculated by the cycle F of the gate signal / the number of battery circuit modules, and the output characteristic fluctuates in 8 μs / 40 = 200 ns (equivalent to 5 MHz). This fluctuation is filtered by the parasitic inductance due to the wiring of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e, so that a voltage of 400 V is output as the power supply device 1 as indicated by a symbol H2.
そして、最上流側の電池回路モジュール１０ａのコンデンサＣには、接続状態の場合に電流が流れるため、図５中符号Ｊ１で示すように、コンデンサ電流波形は矩形波になる。
電池ＢとコンデンサＣはＲＬＣフィルタを形成しているので、電源装置１にはフィルタリングされて平準化された電流が出力される（図５中、符号Ｊ２参照）。
Then, since a current flows in the capacitor C of the battery circuit module 10a on the most upstream side in the connection state, the capacitor current waveform becomes a rectangular wave as indicated by a symbol J1 in FIG.
The battery B and the capacitor C form an RLC filter, so the filtered and leveled current is output to the power supply device 1 (refer to reference numeral J2 in FIG. 5).
このように、全ての電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅにおいて電流波形は同様であり、また、全ての電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅから均等に電流を出力することができる。 Thus, the current waveforms are the same in all the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e, and the current from all the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. Can be output.
「コントローラ１２の動作」
本実施形態において、最下流側の遅延回路１３ｃからのゲート信号は、コントローラ１２に入力される。従って、コントローラ１２は、遅延回路１３ｅからのゲート信号の入力タイミングから、ゲート信号を最上流側の遅延回路１３ａに向けて出力してから、最下流側の遅延回路１３ｅからゲート信号が出力されるまでに時間、すなわち、制御回路１１にある遅延回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・１３ｅ全体での合計としての遅延時間を把握することができる。そして、ゲート信号の受信に応じて次のゲート信号を出力することができる。
"Operation of controller 12"
In the present embodiment, the gate signal from the delay circuit 13 c on the most downstream side is input to the controller 12. Therefore, the controller 12 outputs the gate signal toward the most upstream delay circuit 13a from the input timing of the gate signal from the delay circuit 13e, and then the gate signal is output from the most downstream delay circuit 13e. It is possible to grasp the time up to, that is, the total delay time of the delay circuits 13a, 13b, 13c,... 13e in the control circuit 11. Then, the next gate signal can be output according to the reception of the gate signal.
遅延回路１３は、個体差や温度ドリフトによって、遅延時間に±５％程度のばらつきが生じるといわれる。本実施形態の構成によれば、遅延時間のばらつき、変動によらず、次のゲート信号の出力タイミングを設定することができ、適切なゲート信号出力タイミング制御が行える。 The delay circuit 13 is said to have a variation of about ± 5% in delay time due to individual differences and temperature drift. According to the configuration of the present embodiment, the output timing of the next gate signal can be set regardless of the variation and fluctuation of the delay time, and appropriate gate signal output timing control can be performed.
図６は、ゲート信号の遅延の様子を示している。このように、コントローラ１２から出力されたゲート信号が遅延回路１３ａ，１３ｂ，・・・１３ｅにより順次対応する電池回路モジュール１０に供給される。これによって、各電池回路モジュール１０における第１のスイッチング素子Ｓ１および第２のスイッチング素子Ｓ２のスイッチングが制御される。なお、図６では、ゲート信号の前半をＯＮ（接続）、後半をＯＦＦ（スルー）に設定したが、これによっても図５に示した場合と同様の制御が行われる。 FIG. 6 shows the delay of the gate signal. Thus, the gate signals output from the controller 12 are sequentially supplied to the corresponding battery circuit modules 10 by the delay circuits 13a, 13b,... 13e. Thereby, switching of the first switching element S1 and the second switching element S2 in each battery circuit module 10 is controlled. In FIG. 6, the first half of the gate signal is set to ON (connected) and the second half is set to OFF (through), but the same control as in the case shown in FIG. 5 is performed.
そして、コントローラ１２は、最下流側のゲート信号を受信するため、制御回路１１内の遅延回路１３における合計の遅延時間を把握できる。すなわち、ゲート信号を出力してから、最下流側のゲート信号としてコントローラ１２に戻るまでの時間をタイマなどで計測すれば、制御回路１１内の全遅延回路１３ａ，１３ｂ，・・・１３ｅの遅延時間の合計を把握することができる。そこで、この遅延時間の合計によりゲート信号の周期および出力タイミングを制御することで、ゲート信号の周期を遅延時間の合計に一致させることができる。すなわち、タイマなどによって、遅延時間の合計値を把握した場合に、次のゲート信号の出力タイミングおよび１周期の時間を把握した遅延時間の合計値に応じて調整する。例えば、ゲート信号をタイマ（カウンタ）を用いて発生しているのであれば、そのカウントアップの値を変更すれば１周期の時間を変更することができ、カウントアップのタイミングでゲート信号を出力すればよい。なお、カウンタのクロックの周期は通常遅延時間の合計値に比べ十分小さいので追従がある程度遅れても問題はない。また、遅延回路１３における遅延時間は大きく変動するものではなく、毎回このような処理を行う必要はなく、またズレがある程度以上になった時点で調整してもよい。 Then, since the controller 12 receives the gate signal on the most downstream side, the controller 12 can grasp the total delay time in the delay circuit 13 in the control circuit 11. That is, if a timer or the like measures the time from the output of the gate signal to the return to the controller 12 as the gate signal on the most downstream side, the delay of all the delay circuits 13a, 13b,. You can figure out the total of time. Therefore, by controlling the cycle and output timing of the gate signal by the sum of the delay times, the cycle of the gate signal can be made to coincide with the total of the delay times. That is, when the total value of the delay time is grasped by a timer or the like, the adjustment is made according to the total value of the delay time whose output timing of the next gate signal and the time of one cycle are grasped. For example, if the gate signal is generated using a timer (counter), the time of one cycle can be changed by changing the value of the count-up, and the gate signal is output at the timing of the count-up. Just do it. Since the clock cycle of the counter is usually sufficiently smaller than the total value of delay times, there is no problem even if the tracking is delayed to some extent. Further, the delay time in the delay circuit 13 does not greatly fluctuate, and it is not necessary to perform such processing every time, and may be adjusted when the deviation becomes a certain degree or more.
また、コントローラ１２のデジタルインプット機能などを用い、最下流側のゲート信号が立ち上がる（ゲート信号が入力される）タイミングをトリガとして検出し、すぐに次のゲート信号を出力させることも好適である。 It is also preferable to detect the timing at which the gate signal on the most downstream side rises (the gate signal is input) using the digital input function of the controller 12 or the like as a trigger and immediately output the next gate signal.
すなわち、図７に示すように、コントローラ１２は、その動作周期を規定するシステムクロックなどを用い、最下流側のゲート信号の立ち上がりをトリガとして、ゲート信号許可フラグを立ち上げる。そして、許可フラグがＯＮである許可状態において、次のシステムクロックの立ち上がりでゲート信号を出力する。これによって、最下流側のゲート信号を受け取り、すぐにゲート信号を出力することができる。従って、コントローラ１２からの出力を必要以上に遅らせることなく、また最下流側の電池回路モジュール１０へのゲート信号の出力が終了した後、ゲート信号を出力することができ、ゲート信号の周期を遅延時間の合計と一致させることができる。そして、ゲート信号を出力してから受け取るまでの時間をタイマで計測することで遅延時間合計を計測できるため、これに基づいてゲート信号の周期を遅延時間の合計と一致させることができる。そして、ゲート信号を出力してから受け取るまでの時間をタイマで計測することで遅延時間合計を計測できるため、これに基づいてゲート信号の周期を遅延時間の合計と一致させることができる。なお、システムクロックは、数１０−数１００ＭＨｚであり、遅延回路１３の遅延時間合計は数１００ｎｓ程度（数ＭＨｚ）であるため、ある程度のズレは許容される。 That is, as shown in FIG. 7, the controller 12 raises a gate signal permission flag using a system clock or the like that defines the operation cycle and triggered by the rising edge of the gate signal on the most downstream side. Then, in the permission state where the permission flag is ON, the gate signal is output at the rise of the next system clock. By this, it is possible to receive the gate signal on the most downstream side and immediately output the gate signal. Therefore, the gate signal can be output after the output of the gate signal to the battery circuit module 10 on the most downstream side is completed without delaying the output from the controller 12 more than necessary, and the gate signal period is delayed. It can be matched with the sum of time. Then, since the total delay time can be measured by measuring the time from output to reception of the gate signal with a timer, the cycle of the gate signal can be made to coincide with the total delay time based on this. Then, since the total delay time can be measured by measuring the time from output to reception of the gate signal with a timer, the cycle of the gate signal can be made to coincide with the total delay time based on this. The system clock is several tens to several hundreds of megahertz, and the total delay time of the delay circuit 13 is about several hundred nanoseconds (several megahertz).
「異常電池回路モジュール１０の除外」
本実施形態では、多数の電池回路モジュール１０を直列接続して用いる。いずれかの電池回路モジュール１０において異常が発生した場合には、当該電池回路モジュール１０を除外したいという要求がある。このような場合、スイッチング素子Ｓ１をＯＮ、スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦの状態に固定することで、当該電池回路モジュール１０を除外することができる。なお、異常の内容によっては、スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｓ２をＯＮ固定としてもよい。スイッチング素子Ｓ１のＯＦＦ固定異常、スイッチング素子Ｓ２のＯＮ固定以上の場合には、スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｓ２をＯＮに固定することで当該電池回路モジュール１０を除外するとよい。また、異常の検出は、外部の異常検出部によって行い、検出結果を制御回路１１に供給すればよいが、制御回路１１において異常検出機能を有してもよい。そして、制御回路１１が異常が検出された電池回路モジュール１０を選択して除外する。
"Exclusion of abnormal battery circuit module 10"
In the present embodiment, a large number of battery circuit modules 10 are connected in series and used. When an abnormality occurs in any of the battery circuit modules 10, there is a demand to exclude the battery circuit module 10. In such a case, the battery circuit module 10 can be excluded by fixing the switching element S1 in the ON state and the switching element S2 in the OFF state. Note that the switching element S1 may be turned off and the switching element S2 may be fixed on depending on the content of the abnormality. In the case of the OFF fixation abnormality of the switching element S1 and the ON fixation of the switching element S2 or more, the battery circuit module 10 may be excluded by fixing the switching element S1 OFF and fixing the switching element S2 ON. The detection of abnormality may be performed by an external abnormality detection unit and the detection result may be supplied to the control circuit 11. However, the control circuit 11 may have an abnormality detection function. Then, the control circuit 11 selects and excludes the battery circuit module 10 in which the abnormality is detected.
ここで、本実施形態では、図８に示すように、各遅延回路１３に対応して切り換え回路１４を有している。そして、この切り換え回路１４を切り換えることで、対応する遅延回路１３をバイパス（スルー）することができる。これによって、この遅延回路１３での遅延時間をほぼ０、すなわち無視できる程小さくすることができる。なお、切り換え回路１４は通常のマルチプレクサを利用することができる。 Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the switching circuit 14 is provided corresponding to each delay circuit 13. By switching the switching circuit 14, the corresponding delay circuit 13 can be bypassed (through). By this, the delay time in the delay circuit 13 can be reduced to almost zero, that is, negligible. The switching circuit 14 can use a normal multiplexer.
この除外の動作について、図９−１１に基づいて説明する。この例では、１５個の電池回路モジュール１０、遅延回路１３を有している。 The operation of this exclusion will be described based on FIGS. 9-11. In this example, fifteen battery circuit modules 10 and a delay circuit 13 are provided.
図９は、平常時の状態を示している。コントローラ１２から出力されたゲート信号が最上流側の電池回路モジュール１０と、遅延回路１３に供給される。そして、ゲート信号は下流側に隣接する遅延回路１３および電池回路モジュール１０に供給されることが繰り返されることによって、順次伝播される。そして、最下流側の遅延回路１３からのゲート信号がコントローラ１２に入力される。 FIG. 9 shows a normal state. The gate signal output from the controller 12 is supplied to the most upstream battery circuit module 10 and the delay circuit 13. The gate signal is sequentially propagated by being repeatedly supplied to the delay circuit 13 and the battery circuit module 10 adjacent on the downstream side. Then, the gate signal from the delay circuit 13 on the most downstream side is input to the controller 12.
このようにして、各電池回路モジュール１０に１つの遅延回路１３の遅延時間に応じて遅延したゲート信号が供給される。 Thus, the gate signal delayed according to the delay time of one delay circuit 13 is supplied to each battery circuit module 10.
この例では、ゲート信号のデューティー比が５７％に設定されている。従って、電池回路モジュール群１００において、接続されている電池回路モジュール１０が９つ、８つの状態を交互に繰り返すことになる。従って、電池回路モジュール群１００の出力電圧としては、９×モジュール電圧、８×モジュール電圧の状態が交互に繰り返される。そして、接続／スルーの状態が下流側にスイープされ、接続されている電池回路モジュール１０の位置が下流側に移動する。 In this example, the duty ratio of the gate signal is set to 57%. Therefore, in the battery circuit module group 100, nine and eight battery circuit modules 10 connected are alternately repeated. Therefore, as the output voltage of the battery circuit module group 100, the states of 9 × module voltage and 8 × module voltage are alternately repeated. Then, the connection / through state is swept to the downstream side, and the position of the connected battery circuit module 10 is moved to the downstream side.
ここで、１つの電池回路モジュール１０に異常が発生し、当該電池回路モジュール１０に対するゲート信号の供給を停止した場合を図１０に示す。このように、異常が発生した電池回路モジュール１０については、スルーに固定される。この場合、ゲート信号は各遅延回路１３を下流側に向けて伝播するが、異常が発生した電池回路モジュール１０からは電圧が出力されない。従って、異常が発生した電池回路モジュール１０が本来（ゲート信号が供給された）スルーの場合には、９×モジュール電圧、８×モジュール電圧の状態が交互に繰り返されるが、異常が発生した電池回路モジュール１０が本来（ゲート信号が供給された場合）接続の場合には、８×モジュール電圧、７×モジュール電圧の状態が交互に繰り返されることになる。従って、出力電圧が、ゲート信号のデューティー比に応じた２期間で１つの電池回路モジュール１０の電圧だけ異なることになる。 Here, FIG. 10 shows a case where an abnormality occurs in one battery circuit module 10 and the supply of the gate signal to the battery circuit module 10 is stopped. As described above, the battery circuit module 10 in which the abnormality has occurred is fixed to the through. In this case, the gate signal propagates toward the downstream side of each delay circuit 13, but no voltage is output from the battery circuit module 10 in which the abnormality has occurred. Therefore, when the battery circuit module 10 in which the abnormality has occurred is originally through (the gate signal is supplied), the states of 9 × module voltage and 8 × module voltage are alternately repeated, but the battery circuit in which the abnormality has occurred When the module 10 is originally connected (when the gate signal is supplied), the states of 8 × module voltage and 7 × module voltage are alternately repeated. Therefore, the output voltage differs by the voltage of one battery circuit module 10 in two periods according to the duty ratio of the gate signal.
本実施形態では、上述のように切り換え回路１４を有している。従って、図１１に示すように、異常が発生した電池回路モジュール１０にゲート信号を供給せず当該電池回路モジュール１０をスルーとする場合には、これに対応する遅延回路１３もスルーする。従って、図１０の場合のように、ゲート信号が供給されない異常が発生した電池回路モジュール１０に対応する遅延時間が生じない。従って、本来接続であった時間がスルーに変わることがない。従って、ゲート信号の１周期の中における出力電圧の変化を防止できる。 In the present embodiment, as described above, the switching circuit 14 is provided. Therefore, as shown in FIG. 11, in the case where the battery circuit module 10 is made through without supplying the gate signal to the battery circuit module 10 in which the abnormality has occurred, the delay circuit 13 corresponding thereto is also made through. Therefore, as in the case of FIG. 10, a delay time corresponding to the battery circuit module 10 in which an abnormality occurs in which the gate signal is not supplied does not occur. Therefore, the time that was originally connected does not change to through. Therefore, it is possible to prevent the change of the output voltage in one cycle of the gate signal.
また、この図１１の例では、ゲート信号が伝播する遅延回路１３の数が１５→１４に減少する。従って、遅延時間の合計が変化するため、ゲート信号の１周期の時間もこれに合わせて変更することが好適である。また、出力電圧を変更前の状態に維持するためにゲート信号のデューティー比も微調整するとよい。すなわち、図９の状態では、デューティー比は、８．５／１５であるが、図１１の状態では、８．５／１４とすることで、出力電圧を維持することが可能となる。 Further, in the example of FIG. 11, the number of delay circuits 13 through which the gate signal propagates is reduced to 15 → 14. Therefore, since the total delay time changes, it is preferable to change the time of one cycle of the gate signal accordingly. In addition, the duty ratio of the gate signal may be finely adjusted in order to maintain the output voltage in the state before the change. That is, although the duty ratio is 8.5 / 15 in the state of FIG. 9, the output voltage can be maintained by setting it to 8.5 / 14 in the state of FIG.
「実施形態の効果」
以上説明したように、電池回路モジュール群１００を駆動する場合、最上流側の電池回路モジュール１０ａに出力したゲート信号を、下流側の電池回路モジュール１０ｂに一定時間遅延して出力して、さらに、このゲート信号を一定時間遅延して下流側の電池回路モジュールに順次伝達するので、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅは、一定時間遅延しながら、接続状態の期間において順次電圧をそれぞれ出力する。そして、これらの電圧が合計されることによって、電源装置１としての電圧が出力されることになり、所望の電圧を得ることができる。このため、昇圧回路が必要なくなり、電源装置１の構成を簡素化することができ、小型化、低コスト化することができる。また、構成が簡素化されるので、損失が発生する部分が減少して昇圧効率が向上する。さらに、複数の電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅから略均等に電圧を出力しているので、特定の電池回路モジュールに駆動が集中することもなく、電源装置１の内部抵抗損失を低減することができる。
"Effect of the embodiment"
As described above, when driving the battery circuit module group 100, the gate signal output to the most upstream battery circuit module 10a is delayed for a fixed time and output to the downstream battery circuit module 10b, and Since this gate signal is delayed for a predetermined time and sequentially transmitted to the battery circuit modules on the downstream side, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are sequentially voltage-connected during the connection state while being delayed for a predetermined time. Output each Then, by summing these voltages, a voltage as the power supply device 1 is output, and a desired voltage can be obtained. For this reason, a booster circuit is not required, the configuration of the power supply device 1 can be simplified, and miniaturization and cost reduction can be achieved. In addition, since the configuration is simplified, the portion where the loss occurs is reduced and the boosting efficiency is improved. Furthermore, since the voltages are output substantially equally from the plurality of battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e, the drive resistance does not concentrate on a specific battery circuit module, and the internal resistance of power supply device 1 Loss can be reduced.
また、ＯＮ時比率Ｇ１を調整することによって、所望の電圧に容易に対応することができ、電源装置１としての汎用性を向上することができる。特に、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅに故障が発生して、使用困難な電池回路モジュールが発生した場合でも、その故障した電池回路モジュールをスルー状態に固定することで除外して、正常な電池回路モジュールを使用して、ゲート信号の周期Ｆ、ＯＮ時比率Ｇ１、遅延時間を再設定することによって、所望の電圧を得ることができる。すなわち、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅに故障が発生しても所望の電圧の出力を継続することができる。 Further, by adjusting the ON ratio G1, it is possible to easily cope with a desired voltage, and the versatility as the power supply device 1 can be improved. In particular, even if a battery circuit module is generated which is difficult to use due to a failure occurring in the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e, the battery circuit module is excluded by fixing the failed battery circuit module in a through state. Then, the desired voltage can be obtained by resetting the cycle F of the gate signal, the on-time ratio G1, and the delay time using a normal battery circuit module. That is, even if a failure occurs in the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e, output of a desired voltage can be continued.
さらに、ゲート信号を遅延する遅延時間を長く設定することによって、ゲート信号の周波数が低周波になるので、第１のスイッチング素子Ｓ１および第２のスイッチング素子Ｓ２のスイッチング周波数も低くなり、スイッチング損失を低減することができ、電力変換効率を向上することができる。逆に、ゲート信号を遅延する遅延時間を短くすることによって、ゲート信号の周波数が高周波になるので、電圧変動の周波数が高くなり、フィルタリングが容易になって、安定した電圧を得ることができる。また、電流変動をＲＬＣフィルタによって平準化することも容易になる。このように、ゲート信号を遅延する遅延時間を調整することによって、求められる仕様、性能に応じた電源装置１を提供することができる。 Furthermore, by setting the delay time for delaying the gate signal to be long, the frequency of the gate signal becomes a low frequency, so the switching frequency of the first switching element S1 and the second switching element S2 also becomes low, and the switching loss The power conversion efficiency can be improved. On the contrary, by shortening the delay time for delaying the gate signal, the frequency of the gate signal becomes high frequency, the frequency of the voltage fluctuation becomes high, filtering becomes easy, and a stable voltage can be obtained. In addition, it becomes easy to equalize the current fluctuation by the RLC filter. Thus, by adjusting the delay time to delay the gate signal, it is possible to provide the power supply device 1 according to the required specification and performance.
そして、最下流側の遅延信号をコントローラ１２に入力するため、遅延回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・の合計の遅延時間を把握することができ、ゲート信号の周期、出力タイミングを適切なものに維持することができる。 Then, since the delay signal on the most downstream side is input to the controller 12, the total delay time of the delay circuits 13a, 13b, 13c,... Can be grasped, and the cycle of the gate signal and the output timing are appropriate. Can be maintained.
さらに、異常が発生した電池回路モジュール１０について除外することが可能であり、電源装置１はそのまま使用でき、除外した電池回路モジュール１０に対応する遅延回路１３をスルーすることで、出力電圧の揺れを防止できる。 Furthermore, it is possible to exclude the battery circuit module 10 in which the abnormality has occurred, the power supply device 1 can be used as it is, and the output voltage is shaken by passing through the delay circuit 13 corresponding to the excluded battery circuit module 10. It can prevent.
「変形例」
次に、電池回路モジュール１０の構成の変形例について説明する。図１２に示すように、電池回路モジュール１０の構成として、図１に示す電池回路モジュール１０のチョークコイルＬと電池Ｂとの配置位置（接続位置）を入れ替えてもよい。また、第２のスイッチング素子Ｓ２を、第１のスイッチング素子Ｓ１に対して正側端子＋ＯＴの反対側に配置してもよい。すなわち、第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２とのスイッチング動作により電池Ｂ（コンデンサＣ）の電圧を正側端子＋ＯＴに出力できるのであれば、電池回路モジュール１０における各素子、電気部品の配置を適宜変更することができる。
"Modification"
Next, a modification of the configuration of the battery circuit module 10 will be described. As shown in FIG. 12, as the configuration of the battery circuit module 10, the arrangement positions (connection positions) of the choke coil L and the battery B of the battery circuit module 10 shown in FIG. 1 may be interchanged. In addition, the second switching element S2 may be disposed on the opposite side of the positive terminal + OT to the first switching element S1. That is, if it is possible to output the voltage of the battery B (capacitor C) to the positive terminal + OT by the switching operation of the first switching element S1 and the second switching element S2, each element in the battery circuit module 10, an electrical component The arrangement of can be changed as appropriate.
また、電池Ｂの電圧出力特性が優れている場合、すなわち、電源電流がコンデンサ電流と一致して、出力波形が矩形波となっても電源回路において問題がないときには、ＲＬＣフィルタを省略してもよい。また、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の配線による寄生インダクタンスを利用していたが、配線による寄生インダクタンスを利用する代わりに、必要なインダクタンス値を担保するためにインダクタンス部品を実装してもよい。 When the voltage output characteristic of battery B is excellent, that is, the power supply circuit matches the capacitor current, and there is no problem in the power supply circuit even if the output waveform becomes a rectangular wave, the RLC filter may be omitted. Good. In addition, although the parasitic inductance of the wiring of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ... was used, instead of utilizing the parasitic inductance of the wiring, an inductance component is mounted to secure a necessary inductance value. May be
さらに、上記実施形態では、図１３（ａ）に示すように、コントローラ１２からのゲート信号を、遅延回路１３に出力する前に、電池回路モジュール１０に出力していたが、図１３（ｂ）に示すように、ゲート信号を、遅延回路１３で遅延した後に電池回路モジュール１０に出力してもよい。この場合、遅延回路１３から出力される遅延されたゲート信号が、電池回路モジュール１０ａおよび遅延回路１３ｂにそれぞれ出力される。遅延回路１３ｂ，１３ｃ，・・・においても同様の制御を行う。この制御によっても、電池回路モジュール１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・を一定時間遅延しながら順次駆動することができ、コントローラ１２において、合計の遅延時間を把握して、次のゲート信号を出力することができる。 Furthermore, in the above embodiment, as shown in FIG. 13 (a), the gate signal from the controller 12 is outputted to the battery circuit module 10 before being outputted to the delay circuit 13, but FIG. 13 (b) The gate signal may be output to the battery circuit module 10 after being delayed by the delay circuit 13 as shown in FIG. In this case, the delayed gate signal output from the delay circuit 13 is output to the battery circuit module 10a and the delay circuit 13b. The same control is performed in the delay circuits 13b, 13c,. Also by this control, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,... Can be sequentially driven while being delayed for a predetermined time, and the controller 12 grasps the total delay time and outputs the next gate signal. be able to.
１ 電源装置、１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・，１０ｅ） 電池回路モジュール、１１ 制御回路、１２ コントローラ、１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・１３ｅ） 遅延回路、１４ 切り換え回路、１００ 電池回路モジュール群、Ｂ 電池、Ｃ コンデンサ、Ｌ チョークコイル、＋ＯＴ 正側端子、−ＯＴ 負側端子、Ｓ１ 第１のスイッチング素子、Ｓ２ 第２のスイッチング素子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 power supply device, 10 (10a, 10b, 10c, ..., 10e) Battery circuit module, 11 control circuit, 12 controller, 13 (13a, 13b, 13c, ... 13e) delay circuit, 14 switching circuit, 100 Battery circuit module group, B battery, C capacitor, L choke coil, + OT positive side terminal,-OT negative side terminal, S1 first switching element, S2 second switching element.
Claims (2)
複数の電池回路モジュールに対応してそれぞれ設けられ、電池回路モジュール群において隣接する電池回路モジュール間で、供給されるゲート信号を一定時間遅延させて伝達する複数の遅延回路と、最上流側の遅延回路にゲート信号を供給するコントローラと、を含み、ゲート信号を電池回路モジュール群の各電池回路モジュールに対して一定時間ずつ異ならせてそれぞれ供給するとともに、選択した電池回路モジュールに対しゲート信号の供給を停止し、対応する遅延回路の遅延時間を無視できる程小さな値に変更することができる、制御回路と、
を有する、
電源装置。 Connect the battery to the positive terminal and the negative terminal and output the power from the battery, and the through state that disconnects the battery from the positive terminal or negative terminal and shorts the positive terminal and the negative terminal. A battery circuit module group in which a plurality of battery circuit modules switched by a signal are connected in series via a positive terminal and a negative terminal;
A plurality of delay circuits provided corresponding to a plurality of battery circuit modules and delaying and transmitting a supplied gate signal for a fixed time between adjacent battery circuit modules in a battery circuit module group, and a delay on the most upstream side A controller for supplying a gate signal to the circuit, and supplying the gate signal to each of the battery circuit modules of the battery circuit module group with a predetermined time difference and supplying the gate signal to the selected battery circuit module The control circuit, which can be stopped and the delay time of the corresponding delay circuit can be changed to a negligible value
Have
Power supply.
制御回路は、電池回路モジュール群の中で異常が発生した電池回路モジュールを選択し、対応する遅延回路の遅延時間を無視できる程小さな値に変更する、
電源装置。
The power supply device according to claim 1,
The control circuit selects a battery circuit module in which an abnormality has occurred in the battery circuit module group, and changes the delay time of the corresponding delay circuit to a negligible value.
Power supply.
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