JP2019146357A - Voltage converter, method for controlling voltage converter, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フルブリッジに印加される直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換装置、電圧変換装置の制御方法及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a voltage converter that converts a DC voltage applied to a full bridge into an AC voltage, a control method for the voltage converter, and a computer program.
家庭用の商用電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換装置を搭載し、該AC/DC変換装置にて変換された直流電圧でバッテリを充電するプラグインハイブリッド車(PHEV:Plug−in Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(EV:Electric Vehicle)等の電動車両が普及している。 A plug-in hybrid vehicle (PHEV) that is equipped with an AC / DC converter that converts an AC voltage supplied from a commercial power source for household use into a DC voltage, and that charges the battery with the DC voltage converted by the AC / DC converter. : Electric vehicles such as Plug-in Hybrid Electric Vehicle (EV) and Electric Vehicle (EV) are widely used.
近年、プラグインハイブリッド車、電気自動車等の電動車両のバッテリを災害時又は非常時の家庭用電源(V2H:Vehicle to Home)又は電力系統のバッファ(V2G:Vehicle to Grid)として利用することが期待されている。この場合のAC/DC変換装置は、双方向の変換装置として動作可能であることが必要となる。 In recent years, it is expected that batteries of electric vehicles such as plug-in hybrid vehicles and electric vehicles will be used as household power supplies (V2H: Vehicle to Home) or buffers (V2G: Vehicle to Grid) in the event of a disaster or emergency. Has been. In this case, the AC / DC converter must be operable as a bidirectional converter.
例えば特許文献1には、交流電源からの交流電圧及びバッテリからの直流電圧を双方向に変換する電力変換装置が開示されている。開示された電力変換装置は、変圧器(変成器に相当)で結合された2つのフルブリッジ回路を有する絶縁型のDC/DCコンバータを含んでいる。このDC/DCコンバータは、一方のフルブリッジ回路に印加された直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を変圧器を介して他方のフルブリッジ回路に印加して直流電圧に変換するようになっている。
For example,
特許文献1に記載されたDC/DCコンバータでは、特に外部のバッテリからインダクタを介して一方のフルブリッジ回路に印加された直流電圧を交流電圧に昇圧変換する際に、一方のフルブリッジ回路の2つのレグを交互に短絡状態にしてインダクタにエネルギーを蓄積させる制御が行われている。例えば一方のレグを短絡状態にすることによってインダクタに流れる電流は、その後一方のレグの一方のアームが開放状態に制御されると共に、他方のレグの一方のアームが短絡状態に制御された場合に、他方のレグの一方のアームと、変圧器の一方の巻線と、一方のレグの他方のアームとを流れるように転流する。
In the DC / DC converter described in
この場合、特段の制御を行わなければ、上記他方のレグの他方のアームにサージ電圧が印加されるため、特許文献1では、上記転流が開始される前の所定期間だけ変圧器の他方の巻線から電圧を印加することにより、変圧器の一方の巻線に先に電流を流しておくことが提案されている。これにより、上記のサージ電圧が抑制される。
In this case, unless special control is performed, a surge voltage is applied to the other arm of the other leg. Therefore, in
しかしながら、特許文献1に提案された技術による場合であっても、上記の転流が発生する際に、上記一方のレグの一方のアームに電流が流れている状態で該アームが開放状態に制御されるため、スイッチング損失(オフ損失)が発生するという問題があった。
However, even in the case of the technique proposed in
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フルブリッジ回路及びインダクタを用いて直流電圧を交流電圧に変換する際のスイッチング損失を抑制することが可能な電圧変換装置、電圧変換装置の制御方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to suppress a switching loss when converting a DC voltage to an AC voltage using a full bridge circuit and an inductor. The object is to provide a voltage conversion device, a control method for the voltage conversion device, and a computer program.
本発明の一態様に係る電圧変換装置は、並列に接続された2つのレグを有するフルブリッジ回路と、インダクタと、各レグの2つのアームの接続点夫々の間に一方の巻線が接続された変成器と、該変成器の他方の巻線に電圧を印加する印加回路と、前記フルブリッジ回路のスイッチングを制御する制御部とを備え、各レグの両端に前記インダクタを介して印加される直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換装置であって、前記制御部は、一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御し、前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御し、前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するようにしてある。 In the voltage conversion device according to one aspect of the present invention, one winding is connected between a full-bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, and connection points of two arms of each leg. A transformer, an application circuit that applies a voltage to the other winding of the transformer, and a control unit that controls switching of the full bridge circuit, and is applied to both ends of each leg via the inductor. A voltage converter for converting a DC voltage into an AC voltage, wherein the control unit controls one leg to be in a short-circuit state only for a first period, and only for a second period of the first period. The first period is controlled so that a predetermined voltage is applied to the other winding from the application circuit, and the current induced in the one winding flows in the reverse direction through one arm of the one leg. Of which overlap with the second period Only three periods, are to control the one of the arms of the other leg is short-circuited.
本発明の一態様に係る電圧変換装置の制御方法は、並列に接続された2つのレグを有するフルブリッジ回路と、インダクタと、各レグの2つのアームの接続点夫々の間に一方の巻線が接続された変成器と、該変成器の他方の巻線に電圧を印加する印加回路とを備え、各レグの両端に前記インダクタを介して印加される直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換装置にて前記フルブリッジ回路のスイッチングを制御する電圧変換装置の制御方法であって、一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御するステップと、前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御するステップと、前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するステップとを含む。 A voltage converter control method according to an aspect of the present invention includes a full-bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, and one winding between connection points of two arms of each leg. A voltage converter that converts a DC voltage applied to both ends of each leg through the inductor into an AC voltage, and a transformer that is connected to the other winding of the transformer. A method for controlling a voltage converter that controls switching of the full bridge circuit in a device, the step of controlling one leg to a short-circuit state for a first period, and a second period of the first period, Controlling to apply a predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer, and a current induced in the one winding flows in one arm of the one leg in the reverse direction and circulates. Therefore, the first Only the third period with overlap and the second period of between, and controlling the one of the arms of the other leg is short-circuited.
本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、並列に接続された2つのレグを有するフルブリッジ回路と、インダクタと、各レグの2つのアームの接続点夫々の間に一方の巻線が接続された変成器と、該変成器の他方の巻線に電圧を印加する印加回路とを備え、各レグの両端に前記インダクタを介して印加される直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換装置にて前記フルブリッジ回路のスイッチングをコンピュータに制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御するステップと、前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御するステップと、前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するステップとを実行させる。 In a computer program according to an aspect of the present invention, one winding is connected between a full-bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, and connection points of two arms of each leg. A transformer, and an application circuit for applying a voltage to the other winding of the transformer, and a voltage converter for converting a DC voltage applied to both ends of each leg through the inductor into an AC voltage. A computer program for causing a computer to control switching of a full bridge circuit, wherein the computer controls one leg to a short-circuited state for a first period, and only for a second period of the first period. A step of applying a predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer, and a current induced in the one winding is applied to one arc of the one leg. In order to reflux the flow in the direction opposite to the direction, only the third time period having an overlap with the second period of the first period, and a step of controlling one of the arms of the other leg is short-circuited.
なお、本願は、このような特徴的な処理部を備える電圧変換装置として実現したり、特徴的な処理をステップとする電圧変換装置の制御方法として実現したり、係るステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムとして実現したりすることができるだけでなく、電圧変換装置の一部又は全部を半導体集積回路として実現したり、電圧変換装置を含むシステムとして実現したりすることができる。 In addition, this application implement | achieves as a voltage converter provided with such a characteristic process part, implement | achieves as a control method of the voltage converter which makes a characteristic process a step, or makes a computer perform the step concerned In addition, the voltage conversion device can be realized as a semiconductor integrated circuit or as a system including the voltage conversion device.
本発明によれば、フルブリッジ回路及びインダクタを用いて直流電圧を交流電圧に変換する際のスイッチング損失を抑制することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress the switching loss at the time of converting a DC voltage into an AC voltage using a full bridge circuit and an inductor.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described. Moreover, you may combine arbitrarily at least one part of embodiment described below.
(1)本発明の一態様に係る電圧変換装置は、並列に接続された2つのレグを有するフルブリッジ回路と、インダクタと、各レグの2つのアームの接続点夫々の間に一方の巻線が接続された変成器と、該変成器の他方の巻線に電圧を印加する印加回路と、前記フルブリッジ回路のスイッチングを制御する制御部とを備え、各レグの両端に前記インダクタを介して印加される直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換装置であって、前記制御部は、一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御し、前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御し、前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するようにしてある。 (1) A voltage conversion device according to an aspect of the present invention includes a full-bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, and one winding between connection points of two arms of each leg. Is connected to the other winding of the transformer, and a control unit for controlling the switching of the full bridge circuit, and the both ends of each leg via the inductor. A voltage conversion device that converts an applied DC voltage into an AC voltage, wherein the control unit controls one leg to a short-circuited state for a first period, and only for a second period of the first period. Control is performed to apply a predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer, and the current induced in the one winding flows in the reverse direction through one arm of the one leg to return to the current. Overlapping the second period of the first period Only the third period with, are to control the one of the arms of the other leg is short-circuited.
(6)本発明の一態様に係る電圧変換装置の制御方法は、並列に接続された2つのレグを有するフルブリッジ回路と、インダクタと、各レグの2つのアームの接続点夫々の間に一方の巻線が接続された変成器と、該変成器の他方の巻線に電圧を印加する印加回路とを備え、各レグの両端に前記インダクタを介して印加される直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換装置にて前記フルブリッジ回路のスイッチングを制御する電圧変換装置の制御方法であって、一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御するステップと、前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御するステップと、前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するステップとを含む。 (6) A method for controlling a voltage conversion device according to an aspect of the present invention includes a full bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, and a connection point between two connection points of two arms of each leg. A transformer connected to the other winding and an application circuit for applying a voltage to the other winding of the transformer, and converts a DC voltage applied to both ends of each leg through the inductor into an AC voltage. A method for controlling a voltage converter that controls switching of the full bridge circuit in a voltage converter that performs a step of controlling one leg to a short-circuited state for a first period, and a second of the first periods. A step of applying a predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer for a period, and a current induced in the one winding flows in one arm of the one leg in a reverse direction. To recirculate Only the third period with overlap and the second period of the first period, and controlling the one of the arms of the other leg is short-circuited.
(7)本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、並列に接続された2つのレグを有するフルブリッジ回路と、インダクタと、各レグの2つのアームの接続点夫々の間に一方の巻線が接続された変成器と、該変成器の他方の巻線に電圧を印加する印加回路とを備え、各レグの両端に前記インダクタを介して印加される直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換装置にて前記フルブリッジ回路のスイッチングをコンピュータに制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御するステップと、前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御するステップと、前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するステップとを実行させる。 (7) A computer program according to an aspect of the present invention includes a full bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, and one winding between connection points of two arms of each leg. A voltage converter that includes a connected transformer and an application circuit that applies a voltage to the other winding of the transformer, and converts a DC voltage applied to both ends of each leg through the inductor into an AC voltage. A computer program for causing the computer to control switching of the full bridge circuit, wherein the computer controls one leg to a short-circuit state for a first period; and a second period of the first period The step of controlling the other winding of the transformer to apply a predetermined voltage from the application circuit, and the current induced in the one winding is one of the one leg. In order to reflux flows arm in the opposite direction, only the third time period having an overlap with the second period of the first period, and a step of controlling one of the arms of the other leg is short-circuited.
本態様にあっては、フルブリッジ回路が有する2つのレグの夫々に含まれる2つのアームの接続点の間に変成器の一方の巻線が接続されており、変成器の他方の巻線には印加回路が接続されている。2つのレグの両端にインダクタを介して印加される直流電圧を交流電圧に変換するに際し、制御部が、一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御してインダクタからの電流を一方のレグに導通させ、この間の第2期間だけ印加回路によって変成器の他方の巻線に所定電圧を印加すべく制御する。これにより、変成器の一方の巻線に電圧が誘起する。この場合、他方のレグの一方のアームが順方向に導通しないため、各アームが逆方向にも導通するときは、一方の巻線に誘起する電流が、他方のレグの他方のアームを逆方向に流れ、且つ一方のレグの他方のアームを順方向に流れて一方の巻線に還流する。制御部は、更に、第2期間との重なりを持つ第3期間だけ他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御する。これにより、第2及び第3期間が重なる期間だけ、一方の巻線に誘起する電流が、他方のレグの一方のアームを順方向に流れ、且つ一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて一方の巻線に還流する。このため、一方のレグの一方のアームに流れるインダクタからの電流が、一方の巻線に誘起する電流の分だけ低減される。 In this aspect, one winding of the transformer is connected between the connection points of the two arms included in each of the two legs of the full bridge circuit, and the other winding of the transformer is connected to the other winding. Is connected to an application circuit. When converting the DC voltage applied to both ends of the two legs via the inductor into the AC voltage, the control unit controls one leg to a short-circuit state only for the first period and transfers the current from the inductor to the one leg. Conduction is performed, and control is performed so that a predetermined voltage is applied to the other winding of the transformer by the application circuit only during the second period. This induces a voltage in one winding of the transformer. In this case, since one arm of the other leg does not conduct in the forward direction, when each arm conducts in the reverse direction, the current induced in one winding causes the other arm of the other leg to reverse. And flows in the forward direction on the other arm of one leg to return to one winding. The control unit further controls one arm of the other leg to be in a short-circuited state for a third period having an overlap with the second period. Thus, only during the period in which the second and third periods overlap, the current induced in one winding flows in the forward direction on one arm of the other leg and flows in the reverse direction on one arm of the one leg. Return to one winding. For this reason, the current from the inductor flowing in one arm of one leg is reduced by the amount of current induced in one winding.
(2)各レグの2つのアームは、逆並列に接続されたダイオードを有する第1及び第2スイッチング素子を含む。 (2) The two arms of each leg include first and second switching elements having diodes connected in anti-parallel.
各レグの2つのアームが第1及び第2スイッチング素子を含むため、制御部が第1及び第2スイッチング素子をオン/オフに制御することにより、一方及び他方のアームが導通状態/非導通状態に制御される。また、各スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続されているため、各スイッチング素子がオフに制御されていても逆方向に電流が流れる。 Since the two arms of each leg include the first and second switching elements, the control unit controls the first and second switching elements to be on / off, so that one and the other arm are in a conductive state / non-conductive state. To be controlled. In addition, since a diode is connected to each switching element in antiparallel, a current flows in the opposite direction even if each switching element is controlled to be off.
(3)前記制御部は、前記第1期間だけ前記一方のレグを前記第1及び第2スイッチング素子がオンである第1状態に制御し、前記第3期間だけ前記他方のレグを前記第1スイッチング素子がオンである第2状態に制御し、前記第1期間に続く第4期間だけ、前記一方のレグを前記第2スイッチング素子がオンである第3状態に制御すると共に、前記他方のレグを前記第2状態に制御するようにしてある。 (3) The control unit controls the one leg to the first state in which the first and second switching elements are on only during the first period, and controls the other leg to the first period only during the third period. The switching element is controlled to the second state in which the switching element is turned on, and the one leg is controlled to the third state in which the second switching element is turned on only during the fourth period following the first period. Is controlled to the second state.
第1及び第2スイッチング素子がオフに制御されている状態を基本的な状態として、制御部は、レグの一方について両方のスイッチング素子を第1期間だけオンに制御して第1状態にし、その間に、レグの他方について第1スイッチング素子を第3期間だけオンに制御して第2状態にする。制御部は、更に第1期間に続く第4期間だけ、レグの一方について第1スイッチング素子をオフに、第2スイッチング素子をオンに制御して第3状態にすると共に、レグの他方について第1スイッチング素子をオンに、第2スイッチング素子をオフに制御して第2状態にする。これにより、第1期間に短絡状態に制御されたレグを介してインダクタに流れていた電流が、第4期間には一方のレグの第2スイッチング素子と、変成器の一方の巻線と、他方のレグの第1スイッチング素子とを流れるように転流するため、第1期間にインダクタに蓄積されたエネルギーが第4期間に変成器の一方の巻線に放出される。 In a basic state where the first and second switching elements are controlled to be turned off, the control unit controls both switching elements to be turned on for only the first period for one of the legs to enter the first state. In the second leg, the first switching element is controlled to be turned on for the third period to be in the second state. The controller further controls the first switching element to be turned off for one of the legs and the second switching element to be in the third state for the fourth period following the first period, and sets the first state for the other leg. The switching element is turned on and the second switching element is turned off to enter the second state. As a result, the current flowing through the inductor through the leg controlled to be short-circuited in the first period, the second switching element of one leg, one winding of the transformer, and the other in the fourth period Because the commutation is performed so as to flow through the first switching element of the second leg, the energy stored in the inductor in the first period is released to one winding of the transformer in the fourth period.
(4)前記制御部は、前記第4期間に続く第5期間だけ前記他方のレグを前記第1状態に制御し、前記第5期間のうちの第6期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から前記所定電圧と極性が異なる電圧を印加すべく制御し、前記第5期間のうち、前記第6期間と重なりを持つ第7期間だけ、前記一方のレグを前記第2状態に制御し、前記第5期間の終了時点から次のスイッチング周期における前記第1期間の開始時点までの第8期間だけ、前記一方のレグを前記第2状態に制御すると共に、前記他方のレグを前記第3状態に制御するようにしてある。 (4) The controller controls the other leg to the first state only during a fifth period following the fourth period, and controls the other winding of the transformer only during a sixth period of the fifth period. The line is controlled to apply a voltage having a polarity different from that of the predetermined voltage from the application circuit, and the one leg is in the second state only in a seventh period of the fifth period that overlaps with the sixth period. And controlling the one leg to the second state for the eighth period from the end of the fifth period to the start of the first period in the next switching period, and the other leg The third state is controlled.
制御部は、第4期間に続く第5期間だけレグの他方について両方のスイッチング素子をオンに制御して第1状態にし、第5期間のうちの第6期間だけ印加回路によって変成器の他方の巻線に所定電圧と逆極性の電圧を印加すべく制御する。これにより、変成器の一方の巻線に第2期間とは逆の電圧が誘起する。この場合、一方のレグの一方のアームが順方向に導通しないため、各アームが逆方向にも導通するときは、一方の巻線に誘起する電流が、一方のレグの他方のアームを逆方向に流れ、且つ他方のレグの他方のアームを順方向に流れて一方の巻線に還流する。制御部は、また、第6期間との重なりを持つ第7期間だけレグの一方について一方のアームである第1スイッチング素子をオンに制御する。これにより、第6及び第7期間が重なる期間だけ、一方の巻線に誘起する電流が、一方のレグの一方のアームを順方向に流れ、且つ他方のレグの一方のアームを逆方向に流れて一方の巻線に還流する。このため、他方のレグの一方のアームに流れるインダクタからの電流が、一方の巻線に誘起する電流の分だけ低減される。制御部は、更に、第5期間の終了時点から次のスイッチング周期における第1期間の開始時点までの第8期間だけ、レグの一方について第1スイッチング素子をオンに、第2スイッチング素子をオフに制御して第2状態にすると共に、レグの他方について第1スイッチング素子をオフに、第2スイッチング素子をオンに制御して第3状態にする。これにより、第1期間にインダクタに蓄積されたエネルギーが第4期間に変成器の一方の巻線に一の極性で放出される状態と、第5期間にインダクタに蓄積されたエネルギーが第8期間に変成器の一方の巻線に他の極性で放出される状態とが繰り返されるため、変成器の他方の巻線に交流電圧が発生する。 The control unit turns on both switching elements for the other leg of the leg for the fifth period following the fourth period to the first state, and applies the other of the transformers by the application circuit only for the sixth period of the fifth period. Control is performed so that a voltage having a polarity opposite to the predetermined voltage is applied to the winding. This induces a voltage opposite to the second period in one winding of the transformer. In this case, since one arm of one leg does not conduct in the forward direction, when each arm conducts in the reverse direction, the current induced in one winding causes the other arm of one leg to reverse. And flow forward in the other arm of the other leg to return to one winding. The control unit also controls to turn on the first switching element that is one arm for one of the legs for the seventh period that overlaps with the sixth period. Thus, only during the period in which the sixth and seventh periods overlap, the current induced in one winding flows in the forward direction on one arm of one leg and flows in the reverse direction on one arm of the other leg. Return to one winding. For this reason, the current from the inductor flowing in one arm of the other leg is reduced by the amount of current induced in one winding. The control unit further turns on the first switching element and turns off the second switching element for one of the legs only during the eighth period from the end of the fifth period to the start of the first period in the next switching cycle. The second state is controlled and the first switching element is turned off and the second switching element is turned on for the other of the legs to the third state. As a result, the energy stored in the inductor in the first period is released in one polarity to one winding of the transformer in the fourth period, and the energy stored in the inductor in the fifth period is in the eighth period. Since the state of being discharged with the other polarity in one winding of the transformer is repeated, an AC voltage is generated in the other winding of the transformer.
換言すれば、制御部9は、第5期間から第8期間までの間における一方のレグ及び他方のレグ夫々に対する制御を、第1期間から第4期間までの間における他方のレグ及び一方のレグに対する制御と同様に実行する。制御部9は、また、第2期間に対応する第6期間に変成器7の他方の巻線72に印加する電圧を、第2期間の場合とは逆極性の電圧とする。従って、一方のレグ及び他方のレグ夫々の一方のアームに含まれる第1スイッチング素子のスイッチング損失が、スイッチングの1周期の間に交互に抑制される。
In other words, the
(5)前記印加回路は、並列に接続された2つのレグを有する第2のフルブリッジ回路を有し、該第2のフルブリッジ回路は、各レグの2つのアームの接続点夫々の間に前記変成器の他方の巻線が接続されている。 (5) The application circuit includes a second full-bridge circuit having two legs connected in parallel, and the second full-bridge circuit is provided between connection points of two arms of each leg. The other winding of the transformer is connected.
印加回路が第2のフルブリッジ回路であり、各レグが有する2つのアームの接続点夫々の間に変成器の他方の巻線が接続されているため、他方の巻線に印加すべき電圧の極性が任意に選択される。また、他方の巻線に発生した交流電圧が第2のフルブリッジ回路で整流されて直流電圧に変換される。 Since the application circuit is a second full-bridge circuit and the other winding of the transformer is connected between the connection points of the two arms of each leg, the voltage to be applied to the other winding The polarity is arbitrarily selected. Further, the AC voltage generated in the other winding is rectified by the second full bridge circuit and converted into a DC voltage.
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る電圧変換装置、電圧変換装置の制御方法及びコンピュータプログラムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。
[Details of the embodiment of the present invention]
Specific examples of a voltage conversion device, a voltage conversion device control method, and a computer program according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included. In addition, the technical features described in each embodiment can be combined with each other.
(実施形態1)
図1は、双方向AC/DC変換装置の一構成例を示す回路図である。双方向AC/DC変換装置1は、例えば、プラグインハイブリッド車、電気自動車等の電動車両に搭載されて交流電圧及び直流電圧を双方向に変換する絶縁型の変換装置である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a bidirectional AC / DC converter. The bidirectional AC /
双方向AC/DC変換装置1の交流入出力端子T1,T2には、例えば電動車両のインレットに着脱可能に装着される充電ケーブル(何れも不図示)を介して交流電源2及び電力負荷21が接続される。双方向AC/DC変換装置1の直流入出力端子T3,T4には、外部のバッテリ3の両端が接続される。
The AC input / output terminals T1 and T2 of the bidirectional AC /
双方向AC/DC変換装置1は、交流入出力端子T1,T2に一端子対が接続されて、交流入出力端子T1,T2に入出力される交流電圧に含まれる高周波ノイズを除去するノイズフィルタ4と、該ノイズフィルタ4の他端子対にインダクタL1,L2夫々を介して交流入出力端T51,T52が接続されて、交流電圧及び直流電圧を双方向に変換するインバータ5と、該インバータ5の直流入出力端T53,T54に一の直流入出力端T61,T62が接続されて、直流電圧を双方向に電圧変換するコンバータ10と、インバータ5及びコンバータ10による電圧変換の制御を行う制御部9とを備える。ノイズフィルタ4の他端子対には、インバータ5が変換した交流電圧を平滑化するコンデンサC1が並列に接続されている。
The bidirectional AC /
コンバータ10は、直流電圧及び交流電圧を双方向に変換するインバータ6(印加回路に相当)及びインバータ8(電圧変換装置に相当)と、該インバータ6,8を相互に接続する変成器7とを含んでなる。変成器7は、一方の巻線71及び他方の巻線72の夫々がインバータ8の交流入出力端T81,T82及びインバータ6の交流入出力端T63,T64に接続されている。インバータ6の直流入出力端T61,T62は、コンバータ10の一の直流入出力端を兼ねており、インバータ8の直流入出力端T83,T84は、コンバータ10の他の直流入出力端を兼ねている。
The
双方向AC/DC変換装置1は、また、インバータ5の直流入出力端T53,T54及びコンバータ10の一の直流入出力端T61,T62に並列に接続されたコンデンサC2と、コンバータ10の他の直流入出力端T83,T84に並列に接続されたインダクタL3及びコンデンサC3の直列回路とを備える。コンデンサC3の両端は、直流入出力端子T3,T4に接続されている。コンデンサC2,C3のプラス側の一端は、制御部9に接続されている。インダクタL3に流れる電流は、電流トランスCT1によって検出されて制御部9に与えられるようになっている。直流入出力端T83に接続されているインダクタL3の一端は、直流入出力端T84に接続されていてもよい。
The bidirectional AC /
インバータ5は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor)等のスイッチング素子をフルブリッジ回路に構成してなる。本実施形態1では、スイッチング素子としてIGBT51,52,53,54を用いる。インバータ6,8についても同様である。
The
インダクタL1の一端に接続されたインバータ5の交流入出力端T51には、IGBT51のエミッタ及びIGBT52のコレクタが接続されている。インダクタL2の一端に接続されたインバータ5の交流入出力端T52には、IGBT53のエミッタ及びIGBT54のコレクタが接続されている。IGBT51,53夫々のコレクタは、インバータ5の直流入出力端T53に接続されている。IGBT52,54夫々のエミッタは、インバータ5の直流入出力端T54に接続されている。IGBT51,52,53,54夫々のコレクタ・エミッタ間には、ダイオード55,56,57,58が逆並列に接続されている。
The emitter of the
インバータ5が交流電圧を直流電圧に変換する場合は、インダクタL1,L2夫々の一端から交流入出力端T51,T52に印加された交流電圧をIGBT52(又は54)でスイッチングし、インダクタL1,L2に誘起する直流電圧をダイオード55,58(又は57,56)を介して直流入出力端T53,T54に出力する。これにより、交流電源2から供給される交流電力の力率を改善して整流する。インバータ5が直流電圧を交流電圧に変換する場合は、IGBT51,54とIGBT53,52とを交互にオン/オフさせることにより、直流入出力端T53,T54に印加された直流電圧の極性を交互に反転させて交流入出力端T51,T52から出力する。
When the
インバータ6は、IGBT61,62,63,64をフルブリッジ回路60(第2のフルブリッジ回路に相当)に構成してなる。インバータ6の直流入出力端T61には、IGBT61,63夫々のコレクタが接続されている。インバータ6の直流入出力端T62には、IGBT62,64夫々のエミッタが接続されている。IGBT61のエミッタ及びIGBT62のコレクタは、インバータ6の交流入出力端T63に接続されている。IGBT63のエミッタ及びIGBT64のコレクタは、インバータ6の交流入出力端T64に接続されている。IGBT61,62,63,64夫々のコレクタ・エミッタ間には、ダイオード65,66,67,68が逆並列に接続されている。
The
インバータ6が直流電圧を交流電圧に変換する場合は、制御部9がIGBT61,64とIGBT63,62とを交互にオン/オフさせることにより、直流入出力端T61,T62に印加された直流電圧の極性が交互に反転されて交流入出力端T63,T64から出力される。この交流電圧は、変成器7を介してインバータ8の交流入出力端T81,T82に印加される。インバータ6が交流電圧を直流電圧に変換する場合は、制御部9がIGBT61,62,63,64をオフさせている間に、交流入出力端T63,T64に印加された交流電圧が、ダイオード65,66,67,68からなるダイオードブリッジで全波整流されて直流入出力端T61,T62から出力される。
When the
インバータ8は、IGBT81,82,83,84をフルブリッジ回路80に構成してなる。インバータ8の交流入出力端T81には、IGBT81のエミッタ及びIGBT82のコレクタが接続されている。インバータ8の交流入出力端T82には、IGBT83のエミッタ及びIGBT84のコレクタが接続されている。IGBT81,83夫々のコレクタは、インバータ8の直流入出力端T83に接続されている。IGBT82,84夫々のエミッタは、インバータ8の直流入出力端T84に接続されている。IGBT81,82,83,84夫々のコレクタ・エミッタ間には、ダイオード85,86,87,88が逆並列に接続されている。
The
インバータ8が交流電圧を直流電圧に変換する場合は、制御部9がIGBT81,82,83,84をオフさせている間に、交流入出力端T81,T82に印加された交流電圧が、ダイオード85,86,87,88からなるダイオードブリッジで全波整流されて直流入出力端T83,T84から出力される。インバータ8が直流電圧を交流電圧に変換する場合は、制御部9がIGBT81,84とIGBT83,82とを交互にオン/オフさせることにより、直流入出力端T83,T84に印加された直流電圧の極性が交互に反転されて交流入出力端T81,T82から出力される。この交流電圧は、変成器7を介してインバータ6の交流入出力端T63,T64に印加される。
When the
制御部9は、IGBT51,52,53,54のオン/オフと、IGBT61,62,63,64のオン/オフと、IGBT81,82,83,84のオン/オフとを関連付けて制御することにより、インバータ5及びコンバータ10による変換の制御及び変換の方向の制御を行う。即ち、双方向AC/DC変換装置1で交流電圧を直流電圧に変換する場合、制御部9は、インバータ5に交流電圧を直流電圧に変換させると共にコンバータ10による変換の方向を、直流入出力端T61,T62から直流入出力端T83,T84に向かう第1方向とする。また、双方向AC/DC変換装置1で直流電圧を交流電圧に変換する場合、制御部9は、コンバータ10による変換の方向を、直流入出力端T83,T84から直流入出力端T61,T62に向かう第2方向にすると共にインバータ5に直流電圧を交流電圧に変換させる。
The
次に制御部9の詳細について説明する。図2は、制御部9の一構成例を示すブロック図である。制御部9は、該制御部9内の各部の動作を制御するCPU(Central Processing Unit)91を有しており、CPU91は、制御プログラム等の情報を記憶する記憶部92、一時的に発生した情報を記憶するRAM(Random Access Memory)93、及び図示しないCAN(Controller Area Network)バスを介してCAN通信を行う通信部94と互いにバス接続されている。通信部94が行う通信はCAN通信に限定されない。CPU91には、また、時間を計時するタイマ95、コンデンサC2,C3の電圧を検出したり電流トランスCT1が検出した電流を変換したりするためのA/D変換部96、及びインバータ5,6,8を構成する各IGBTのゲートに駆動信号を与える駆動部97がバス接続されている。
Next, details of the
CPU91は、記憶部92に予め格納されている制御プログラム及び後述のコンピュータプログラム99に従い、本発明の実施形態1に係る電圧変換装置を実現する処理を実行する。
CPU91 performs the process which implement | achieves the voltage converter which concerns on
記憶部92は、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM:登録商標)等の不揮発性メモリからなり、CPU91に本発明の実施形態1に係る電圧変換装置でフルブリッジ回路80のスイッチングを制御させるためのコンピュータプログラム99を記憶してある。コンピュータプログラム99が、読み取り可能に記録された可搬式メディアであるCD(Compact Disc)−ROM、DVD(Digital Versatile Disc)−ROM、ハードディスクドライブ等の記録媒体98に記録されている場合は、CPU91が記録媒体98からコンピュータプログラム99を読み出して予め記憶部92に記憶させておいてもよい。
The
RAM93は、DRAM(Dynamic RAM)、SRAM(Static RAM)等の読み書き可能なメモリである。RAM93には、記憶部92に記憶された制御プログラム及びコンピュータプログラム99が予めロードされるようにしてもよい。この場合は、RAM93上で制御プログラム及びコンピュータプログラム99が実行される。
The
通信部94は、交流電圧から直流電圧への変換を指示する充電指示、直流電圧から交流電圧への変換を指示する放電指示、変換の終了を指示する終了指示等の指示信号を受信する回路である。通信部94が受信した指示信号は、CPU91に通知される。
The
以上の図1,2に示す構成において、CPU91が通信部94によって充電指示を受信した場合、スイッチング制御によってインバータ5に交流電圧を直流電圧に変換させると共にコンバータ10に第1方向へ直流電圧を変換させる。また、CPU91が通信部94によって放電指示を受信した場合、スイッチング制御によってコンバータ10に第2方向へ直流電圧を変換させると共に、インバータ5に直流電圧を交流電圧に変換させる。
In the configuration shown in FIGS. 1 and 2, when the
次に、インバータ8の動作について説明する。図3は、実施形態1に係るインバータ8の基本的な動作の一例を示す説明図である。図3は、バッテリ3からの直流電圧が交流電圧に変換される様子を模式的に表すものである。以下、図3Aから図3Dまでについて説明する。図3Aに示す状態の開始時点から図3Dに示す状態の終了時点までの時間、すなわち、IGBT81,82,83,84のオン/オフの周期Tは、例えば20μsであるが、これに限定されるものではない。本実施形態1では、IGBT81,83が第1スイッチング素子に相当し、IGBT82,84が第2スイッチング素子に相当する。
Next, the operation of the
図3Aに示すように、制御部9は、まずIGBT81,82(他方のレグ,2つのアームに相当)をオフに制御して開放状態にすると共に、IGBT83,84(一方のレグ,2つのアームに相当)をオンに制御して第1期間(第1〜第8期間については後述する図5参照)だけ第1状態、即ち短絡状態にする。第1期間の長さは、例えば、変成器7の一方の巻線71に供給すべき交流電流に応じて、CPU91が適時算出すればよい。図3Aに示す状態では、バッテリ3からの電流がインダクタL3を介してIGBT83,84に流れるため、インダクタL3にエネルギーが蓄積される。
As shown in FIG. 3A, the
第1期間が終了した時点で、制御部9は、図3Bに示すように第4期間だけ、IGBT83をオフに、IGBT84をオンに制御して一方のレグを第3状態にすると共に、IGBT81をオンに、IGBT82をオフに制御して他方のレグを第2状態にする。第4期間の長さは、例えば周期Tの1/2から第1期間の長さを減算して算出すればよい。図3Bに示す状態では、変成器7の一方の巻線71には、矢印で図示した方向に電流が流れる。この場合、インダクタL3に蓄えられたエネルギーが放出されるので、一方の巻線71に印加される電圧は昇圧される。
At the time when the first period ends, the
第4期間が終了した時点で、制御部9は、図3Cに示すようにIGBT83、84をオフに制御して開放状態にすると共に、IGBT81,82をオンに制御して第5期間だけ第1状態(短絡状態)にする。第5期間の長さは、第1期間の長さと同じであってもよいし、異なっていてもよい。図3Cに示す状態では、バッテリ3からの電流がインダクタL3を介してIGBT81,82に流れるため、インダクタL3にエネルギーが蓄積される。
At the time when the fourth period ends, the
第5期間が終了した時点で、制御部9は、図3Dに示すように第8期間だけ、IGBT83をオンに、IGBT84をオフに制御して一方のレグを第2状態にすると共に、IGBT81をオフに、IGBT82をオンに制御して他方のレグを第3状態にする。この後、制御部9は、インバータ8を図3Aから図3Dに示す状態にする制御を周期的に繰り返す。第8期間の長さは、例えば周期Tの1/2から第5期間の長さを減算して算出すればよい。図3Dに示す状態では、変成器7の一方の巻線71には、矢印で図示したように、図3Bに示す場合とは反対方向に電流が流れる。この場合、インダクタL3に蓄えられたエネルギーが放出されるので、一方の巻線71に印加される電圧は昇圧された交流電圧となる。
At the time when the fifth period ends, the
次に、インバータ8の動作で発生するサージ電圧について説明する。図4は、実施形態1に係るインバータ8の動作状態の一例を示す説明図であり、図5は、実施形態1に係るインバータ8でIGBT82にサージ電圧が発生する場合の動作を示すタイミングチャートである。図4に破線の矢印で示す電流は、図3Aの状態、即ち第1期間に流れる電流を示し、図4に実線の矢印で示す電流は、図3Bの状態、即ち第4期間に流れる電流を示す。図5に6段に分けて示すタイミングチャートでは、何れも同一の時間軸(t)を横軸にしてあり、縦軸は電圧又は電流を表す。図5の最上段から4段目までのタイミングチャートは、IGBT81,83,82,84のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものであり、Vgがハイ(H)レベルのときに対応するIGBTがオンする。図5の上から5段目及び6段目夫々のタイミングチャートは、一方の巻線71に流れる電流Ir及びIGBT82のコレクタ・エミッタ間の電圧Vcを示すものである。
Next, the surge voltage generated by the operation of the
図5における第1期間は、一方のレグであるIGBT83,84をオンに制御して第1状態にすると共に、他方のレグであるIGBT81,82をオフに制御して開放状態にする期間であり、この期間に図4に破線の矢印で示す電流が流れる。また、図5における第4期間は、IGBT83,84夫々をオフ,オンに制御して第3状態にすると共に、IGBT81,82夫々をオン,オフにして第2状態にする期間であり、この期間に図4に実線の矢印で示す電流が流れる。
The first period in FIG. 5 is a period in which the
図5に示すように、第1期間から第4期間に移行するとき、即ちIGBT83がオンからオフになると共にIGBT81がオフからオンになるとき、図4に示すように、インダクタL3からの電流が、破線の矢印の経路から実線の矢印の経路に転流する。この場合、変成器7の漏れインダクタンスを7a,7bで表すと、漏れインダクタンス7aに流れる電流Irの立ち上がりで、図5に示すように電流Irの時間的変化に比例する電圧Vc1が、IGBT82のコレクタ・エミッタ間にサージ電圧として発生する。なお、このタイミングでオンからオフになるIGBT83のコレクタ・エミッタ間にも同様のサージ電圧が発生する。
As shown in FIG. 5, when the transition from the first period to the fourth period, that is, when the
詳細については説明を省略するが、図5に示す第5期間から第8期間に移行するとき、即ちIGBT81がオンからオフになると共にIGBT83がオフからオンになるとき、インダクタL3からの電流が、図3Cに矢印で示す経路から図3Dに矢印で示す経路に転流する。この場合、変成器7の漏れインダクタンス7aに流れる電流Irの立ち下がりで、電流Irの時間的変化に比例する電圧Vc2(不図示)が、IGBT84のコレクタ・エミッタ間にサージ電圧として発生する。なお、このタイミングでオンからオフになるIGBT81のコレクタ・エミッタ間にも同様のサージ電圧が発生する。
Although detailed description is omitted, when the transition from the fifth period shown in FIG. 5 to the eighth period, that is, when the
そこで、本実施形態1では、まず特許文献1に開示された方法により上記のサージ電圧を抑制する。図6は、実施形態1に係るインバータ8でサージ電圧を抑制するための動作の一例を示す説明図であり、図7は、実施形態1に係るインバータ8でサージ電圧が抑制される場合の動作を示すタイミングチャートである。図6に破線の矢印で示す電流は、第1期間に流れる電流を示し、図6に実線の矢印で示す電流は、第1期間のうちの第2期間(図7参照)に流れる電流を示す。図7に9段に分けて示すタイミングチャートでは、何れも同一の時間軸(t)を横軸にしてあり、縦軸は電圧又は電流を表す。
Therefore, in the first embodiment, the surge voltage is first suppressed by the method disclosed in
図7の最上段から4段目までのタイミングチャートは、図5と同様にIGBT81,83,82,84のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。図7の上から5段目及び6段目夫々のタイミングチャートは、インバータ6のIGBT62,63及びIGBT61,64のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。図7の上から7段目及び8段目夫々のタイミングチャートは、一方の巻線71に流れる電流Ir及びIGBT82のコレクタ・エミッタ間の電圧Vcを示している。図7の上から9段目(最下段)のタイミングチャートは、IGBT83について太い実線でコレクタ・エミッタ間の電圧Vcを、細い実線でコレクタ電流Icを示すものである。
The timing chart from the uppermost stage to the fourth stage in FIG. 7 shows the gate voltage Vg applied to the gates of the
制御部9は、図7に示す第1期間のうちの第2期間だけ、図6に示すように変成器7の他方の巻線72に所定電圧を印加すべく、IGBT62,63をオンに制御する。これにより、図7に示すようにコンデンサC2の印加電圧と漏れインダクタンス7bとに応じた電流が変成器7の他方の巻線72に流れ、一方の巻線71に直線的に立ち上がる電流Ir1が誘起する。このため、IGBT81,84がオンとなる第4期間に移行したときに一方の巻線71に流れる電流の変化分が小さくなって、IGBT82のコレクタ・エミッタ間に発生するサージ電圧が抑制される。なお、第2期間中はIGBT81が順方向に導通しないため、電流Ir1は、IGBT82を逆方向に流れて一方の巻線71に還流する。以下では、各IGBTを逆方向に流れる電流を、夫々に逆並列に接続されたダイオードの紙面右側を通る矢印にて表す。
The
より具体的には、制御部9は、第1期間の終了時点で一方の巻線71に流れる電流Ir1が、第4期間の開始時点で一方の巻線71に流れるべき電流Irと同じ大きさになるように(図7参照)、他方の巻線72に所定電圧を印加すべく制御する。これにより、図4に示すインダクタL3からの電流が、第4期間の開始時点で破線の矢印の経路から実線の矢印の経路に速やかに転流するため、漏れインダクタンス7aで発生する電圧を抑制することができ、オフ状態にあるIGBT82及びオフ状態に移行中のIGBT83のコレクタ・エミッタ間に印加されるサージ電圧を抑制することができる。
More specifically, the
第5期間から第8期間に移行するときに、IGBT84,81コレクタ・エミッタ間に印加されるサージ電圧についても、上記と同様の方法によって抑制することができる。具体的には、図7に示すように、第5期間のうちの第6期間だけ、変成器7の他方の巻線72に上記所定電圧とは逆極性の電圧を印加すべく、IGBT61,64をオンに制御すればよい。これにより、図7に示すように一方の巻線71に直線的に立ち下がる電流Ir2を流すことができるため、IGBT82,83がオンとなる第8期間に移行したときに一方の巻線71に流れる電流の変化分が小さくなって、オフ状態にあるIGBT84及びオフ状態に移行中のIGBT81のコレクタ・エミッタ間に印加されるサージ電圧を抑制することができる。
The surge voltage applied between the collectors and emitters of the
ここで、図7の上から9段目(最下段)のタイミングチャートに着目すると、第1期間の終了時点(即ち第4期間の開始時点)でIGBT83のコレクタ電圧が立ち上がるときにコレクタ電流が立ち下がっており、スイッチング損失が発生する。そこで、本実施形態1では、以下に示す方法によってIGBT83がオフするときのスイッチング損失を抑制する。
Here, paying attention to the 9th (bottom) stage timing chart from the top of FIG. 7, the collector current rises when the collector voltage of the
図8は、実施形態1に係るインバータ8でIGBT83のスイッチング損失を抑制するための動作の一例を示す説明図であり、図9は、実施形態1に係るインバータ8でIGBT83のスイッチング損失が抑制される場合の動作を示すタイミングチャートである。図8に破線の矢印で示す電流は、第1期間に流れる電流を示し、図8に実線の矢印で示す電流は、第1期間のうちの第3期間(図9参照)に流れる電流を示す。図9に10段に分けて示すタイミングチャートでは、何れも同一の時間軸(t)を横軸にしてあり、縦軸は電圧又は電流を表す。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of an operation for suppressing the switching loss of the
図9の最上段から4段目までのタイミングチャートは、図5,7と同様にIGBT81,83,82,84のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。斜線部はこれらの各IGBT(以下、単に各IGBTという)がオンしている期間を表す。図9の上から5段目から8段目までのタイミングチャートは、IGBT81,83,82,84夫々について、太い実線でコレクタ・エミッタ間の電圧Vcを、細い実線でコレクタ電流Icを示すものである。図9の上から9段目及び10段目(最下段)夫々のタイミングチャートは、インバータ6のIGBT62,63及びIGBT61,64のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。
The timing chart from the uppermost stage to the fourth stage in FIG. 9 shows the gate voltage Vg applied to the gates of the
制御部9は、図9に示す第1期間のうち、第2期間との重なりを持つ第3期間だけ、図8に示すように他方のレグのIGBT81をオンに制御して一方のアームを短絡状態にする。これにより、IGBT81,83が両方オンとなって、IGBT82,84を流れる経路(図6参照)よりも電圧降下が小さくなるため、第2及び第3期間が重なる期間に一方の巻線71に流れる電流Ir1がIGBT81,83を流れるように還流する。この場合、電流Ir1は、一方のレグのIGBT83(一方のアームに相当)を逆方向に流れるため、IGBT83に流れているインダクタL3からの電流が、電流Ir1の分だけ低減される。
The
より具体的には、図9に示すように、第2及び第3期間が重なる期間に、IGBT81を流れる電流Ir1が直線的に立ち上がり、その分だけIGBT83に流れる電流が直線的に立ち下がる。よって、第2及び第3期間が重なる期間を適当に設定した場合は、第1期間の終了時点、即ち第4期間の開始時点に、IGBT83のコレクタ電流がゼロとなり、所謂ゼロクロススイッチングが実現されて、スイッチング損失が低減される。
More specifically, as shown in FIG. 9, the current Ir1 flowing through the
制御部9は、第5期間にも第1期間と同様の制御を行う。即ち制御部9は、第5期間のうち、第6期間との重なりを持つ第7期間だけ、IGBT83をオンに制御して短絡状態にする。これにより、IGBT81,83が両方オンとなって、IGBT82,84を流れる経路よりも電圧降下が小さくなるため、第6及び第7期間が重なる期間に一方の巻線71に流れる電流Ir2(図7参照)がIGBT81,83を流れるように還流する。この場合、電流Ir2は、他方のレグのIGBT81を逆方向に流れるため、IGBT81に流れているインダクタL3からの電流が、電流Ir2の分だけ低減される。よって、第6及び第7期間が重なる期間を適当に設定した場合は、第5期間の終了時点、即ち第8期間の開始時点に、IGBT81のコレクタ電流がゼロとなり、所謂ゼロクロススイッチングが実現されて、スイッチング損失が低減される。
The
以下では、上述した制御部9の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。以下に示す処理は、記憶部92又はRAM93に予め格納されているコンピュータプログラム99に従ってCPU91により実行される。なお、CPU91が駆動部97によって各IGBTをオン/オフする期間を決定する制御プログラムは、それ自体公知であるため、フローチャートによる説明を省略する。
Below, operation | movement of the
図10及び図11は、実施形態1に係るインバータ8でIGBT82,84のスイッチング損失を抑制するCPU91の処理手順を示すフローチャートである。図10の処理は、CPU91が放電開始を通知された場合に起動される。図10,11では、IGBT81,82,83,84夫々を、第1,第2,第3,第4IGBTと表記する。図中のタイマA,Bは、タイマ95に含まれており、設定された時間を計時して計時終了をCPU91に通知する。
10 and 11 are flowcharts showing the processing procedure of the
なお、図10,11に示すフローチャートでは、簡略化のために第3期間が第2期間と一致し、第7期間が第6期間と一致することを前提としているが、これに限定されるものではない。また、ここでのフローチャートは、第1期間より先に第2及び/又は第3期間が終了するものであってもよいし、第5期間より先に第6及び/又は第7期間が終了するものであってもよい。 In the flowcharts shown in FIGS. 10 and 11, for the sake of simplicity, it is assumed that the third period coincides with the second period and the seventh period coincides with the sixth period. However, the present invention is not limited to this. is not. In addition, in the flowchart here, the second and / or third period may end before the first period, or the sixth and / or seventh period ends before the fifth period. It may be a thing.
図10の処理が起動された場合、CPU91は、第1IGBTから第4IGBTまでがオフである初期状態で、第3及び第4IGBTをオンに制御して(S10)第1期間を開始させる。その後、CPU91は、タイマAに第1期間の長さを設定する(S11)と共に、タイマBに第1及び第3期間の開始時点の時間差を設定し(S12)、タイマA及びBによる計時を開始する(S13)。
When the process of FIG. 10 is activated, the
次いで、CPU91は、タイマBが計時を終了したか否かを判定し(S14)、終了していない場合(S14:NO)、計時を終了するまで待機する。タイマBが計時を終了した場合(S14:YES)、CPU91は、第1IGBTをオンに制御して(S15)第3期間を開始させ、更にインバータ6のIGBT62,63をオンに制御して(S16)第2期間を開始させる。第3期間は、第2期間を包含することが好ましい。
Next, the
次いで、CPU91は、タイマAが計時を終了したか否かを判定し(S17)、終了していない場合(S17:NO)、計時を終了するまで待機する。タイマAが計時を終了した場合(S17:YES)、CPU91は、IGBT62,63をオフに制御する。更にCPU91は、第3IGBTをオフに制御して(S19)第1,第2,第3期間を終了させると共に、第4期間を開始させる。
Next, the
その後、CPU91は、タイマAに第4期間の長さを設定して(S20)、タイマAによる計時を開始する(S21)。次いで、CPU91は、タイマAが計時を計時を終了したか否かを判定し(S22)、終了していない場合(S22:NO)、計時を終了するまで待機する。タイマAが計時を終了した場合(S22:YES)、CPU91は、第2IGBTをオンに制御して(S23)第5期間を開始させると共に、第4IGBTをオフに制御して(S24)第4期間を終了させる。
Thereafter, the
図11に移って、CPU91は、タイマAに第5期間の長さを設定する(S31)と共に、タイマBに第5及び第7期間の開始時点の時間差を設定し(S32)、タイマA及びBによる計時を開始する(S33)。次いで、CPU91は、タイマBが計時を終了したか否かを判定し(S34)、終了していない場合(S34:NO)、計時を終了するまで待機する。タイマBが計時を終了した場合(S34:YES)、CPU91は、第3IGBTをオンに制御して(S35)第7期間を開始させ、更にインバータ6のIGBT61,64をオンに制御して(S36)第6期間を開始させる。第7期間は、第6期間を包含することが好ましい。
Moving to FIG. 11, the
次いで、CPU91は、タイマAが計時を終了したか否かを判定し(S37)、終了していない場合(S37:NO)、計時を終了するまで待機する。タイマAが計時を終了した場合(S37:YES)、CPU91は、IGBT61,64をオフに制御して(S38)第6期間を終了させる。更にCPU91は、第1IGBTをオフに制御して(S39)第5,第6,第7期間を終了させると共に、第8期間を開始させる。
Next, the
その後、CPU91は、タイマAに第8期間の長さを設定して(S40)、タイマAによる計時を開始する(S41)。次いで、CPU91は、タイマAが計時を計時を終了したか否かを判定し(S42)、終了していない場合(S42:NO)、計時を終了するまで待機する。タイマAが計時を終了した場合(S42:YES)、CPU91は、第4IGBTをオンに制御して(S43)次の周期の第1期間を開始させると共に、第2IGBTをオフに制御して(S44)第8期間を終了させる。
Thereafter, the
その後、CPU91は、通信部94から変換終了を通知されたか否かを判定し(S45)、通知されていない場合(S45:NO)、インバータ8を制御する処理を繰り返すために、ステップS11に処理を移す。一方、変換終了を通知された場合(S45:YES)、CPU91は、図10,11の処理を終了する。
Thereafter, the
上述した実施形態1にあっては、IGBT83,84が一方のレグに相当し、IGBT81,82が他方のレグに相当するものとして説明したが、逆にIGBT81,82が一方のレグに相当し、IGBT83,84が他方のレグに相当するものとして読み替えてもよい。この場合は、図5,7,9,10,11の図中、及び図3から図11に係る説明において、第1,第2,第3,第4,第5,第6,第7,第8期間夫々を、第5,第6,第7,第8,第1,第2,第3,第4期間と読み替えればよい。以下では、一方のレグ及び他方のレグと、IGBT83,84及びIGBT81,82との対応関係を読み替えた場合について()内に記述する。
In the first embodiment described above, the
以上の読み替えを考慮すれば、ステップS43からステップS11を経てステップS19まで(又はステップS23からステップS39まで)が、「一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御するステップ」に相当する。また、ステップS16からステップS18まで(又はステップS36からステップS38まで)が、「第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御するステップ」に相当する。更に、ステップS15からステップS19まで(又はステップS35からステップS39まで)が、「一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するステップ」に相当する。 Considering the above replacement, Step S43 to Step S11 to Step S19 (or Step S23 to Step S39) correspond to “a step of controlling one leg to a short-circuit state only for the first period”. Further, from step S16 to step S18 (or from step S36 to step S38), “To apply a predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer during the second period of the first period. This corresponds to “control step”. Further, from step S15 to step S19 (or from step S35 to step S39), “the current induced in one winding flows through one arm of the one leg in the reverse direction to return to the first coil. This corresponds to “a step of controlling one arm of the other leg to a short-circuit state only during a third period that overlaps the second period”.
以上のように本実施形態1によれば、制御部9が、IGBT83,84(又はIGBT81,82)を含む一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御してインダクタL3からの電流を一方のレグに導通させ、この間の第2期間だけインバータ6によって変成器7の他方の巻線72に所定電圧を印加すべく制御する。これにより、変成器7の一方の巻線71に電圧が誘起する。制御部9は、更に、第2期間との重なりを持つ第3期間だけ他方のレグのIGBT81(又はIGBT83)を含む一方のアームを短絡状態に制御する。これにより、第2及び第3期間が重なる期間だけ、一方の巻線71に誘起する電流Ir1が、他方のレグの一方のアームを順方向に流れ、且つ一方のレグのIGBT83(又はIGBT81)を含む一方のアームを逆方向に流れて一方の巻線71に還流する。このため、IGBT83(又はIGBT81)に流れるインダクタL3からの電流が、一方の巻線71に誘起する電流の分だけ低減される。従って、IGBT83(又はIGBT81)のスイッチング損失を抑制することが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the
また、実施形態1によれば、各レグが、IGBT81又は83である第1スイッチング素子と、IGBT82又は84である第2スイッチング素子とを含むため、制御部9がIGBT81,83及びIGBT82,84夫々をオン/オフに制御することにより、一方及び他方のアームを導通状態/非導通状態に制御することができる。また、IGBT81,82,83,84夫々にダイオード85,86,87,88が逆並列に接続されているため、IGBT81,82,83,84がオフに制御されていても逆方向に電流を流すことができる。
In addition, according to the first embodiment, each leg includes the first switching element that is the
更に、実施形態1によれば、IGBT81,82,83,84がオフに制御されている状態を基本的な状態として制御部9が、レグの一方についてIGBT83,84(又はIGBT81,82)を第1期間だけオンに制御して第1状態にし、その間に、レグの他方についてIGBT81(又はIGBT83)を第3期間だけオンに制御して第2状態にする。制御部9は、更に第1期間に続く第4期間だけ、レグの一方についてIGBT83(又はIGBT81)をオフに、IGBT84(又はIGBT82)をオンに制御して第3状態にすると共に、レグの他方についてIGBT81(又はIGBT83)をオンに、IGBT82(又はIGBT84)をオフに制御して第2状態にする。これにより、第1期間に短絡状態に制御されたレグを介してインダクタL3に流れていた電流が、第4期間には一方のレグのIGBT84(又はIGBT82)と、変成器7の一方の巻線71と、他方のレグのIGBT81(又はIGBT83)とを流れるように転流するため、第1期間にインダクタL3に蓄積されたエネルギーが第4期間に変成器7の一方の巻線71に放出される。
Furthermore, according to the first embodiment, the
(実施形態2)
実施形態1は、IGBT81,83が第1スイッチング素子に相当し、IGBT82,84が第2スイッチング素子に相当する形態であるのに対し、実施形態2は、IGBT82,84が第1スイッチング素子に相当し、IGBT81,83が第2スイッチング素子に相当する形態である。この場合、IGBT82,84が一方のアームに相当することとなる。実施形態2における双方向AC/DC変換装置1の回路構成及び制御部9のブロック構成は、図1及び図2に示す実施形態1の場合と同様であるため、実施形態1に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
図12は、実施形態2に係るインバータ8の基本的な動作の一例を示す説明図である。ここでは、IGBT81,82が一方のレグに相当し、IGBT83,84が他方のレグに相当するものとして説明する。図12Aに示すように、制御部9は、まずIGBT83,84をオフに制御して他方のレグを開放状態にすると共に、IGBT81,82をオンに制御して一方のレグを第1期間(第1〜第8期間については後述する図14参照)だけ第1状態、即ち短絡状態にする。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example of a basic operation of the
第1期間が終了した時点で、制御部9は、図12Bに示すように第4期間だけ、IGBT82をオフに、IGBT81をオンに制御して一方のレグを第3状態にすると共に、IGBT84をオンに、IGBT83をオフに制御して他方のレグを第2状態にする。ここで、図12A及び12Bと、実施形態1の図3C及び3Dとを比較すると、見かけ上、各レグの2つのアームがオン/オフに変化する順序が異なっている。そこで、実施形態1との違いを明確にすべく、本実施形態2の説明を以下に続ける。
At the time when the first period ends, the
第4期間が終了した時点で、制御部9は、図12Cに示すようにIGBT81、82をオフに制御して開放状態にすると共に、IGBT83,84をオンに制御して第5期間だけ第1状態(短絡状態)にする。第5期間が終了した時点で、制御部9は、図12Dに示すように第8期間だけ、IGBT82をオンに、IGBT81をオフに制御して一方のレグを第2状態にすると共に、IGBT84をオフに、IGBT83をオンに制御して他方のレグを第3状態にする。この後、制御部9は、インバータ8を図12Aから図12Dに示す状態にする制御を周期的に繰り返す。
When the fourth period ends, the
次に、インバータ8の動作で発生するサージ電圧について説明する。図13は、実施形態2に係るインバータ8の動作状態の一例を示す説明図であり、図14は、実施形態2に係るインバータ8でIGBT84にサージ電圧が発生する場合の動作を示すタイミングチャートである。図13に破線の矢印で示す電流は、図12Aの状態、即ち第1期間に流れる電流を示し、図13に実線の矢印で示す電流は、図12Bの状態、即ち第4期間に流れる電流を示す。図14に6段に分けて示すタイミングチャートでは、何れも同一の時間軸(t)を横軸にしてあり、縦軸は電圧又は電流を表す。図14の最上段から4段目までのタイミングチャートは、IGBT81,83,82,84のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。図14の上から5段目及び6段目夫々のタイミングチャートは、一方の巻線71に流れる電流Ir及びIGBT83のコレクタ・エミッタ間の電圧Vcを示すものである。
Next, the surge voltage generated by the operation of the
図14に示すように、第1期間から第4期間に移行するとき、即ちIGBT82がオンからオフになると共にIGBT84がオフからオンになるとき、図13に示すように、インダクタL3からの電流が、破線の矢印の経路から実線の矢印の経路に転流する。この場合、漏れインダクタンス7aに流れる電流Irの立ち上がりで、図14に示すように電流Irの時間的変化に比例する電圧Vc1が、IGBT83のコレクタ・エミッタ間にサージ電圧として発生する。なお、このタイミングでオンからオフになるIGBT82のコレクタ・エミッタ間にも同様のサージ電圧が発生する。
As shown in FIG. 14, when the transition from the first period to the fourth period is performed, that is, when the
実施形態1と同様に、図14に示す第5期間から第8期間に移行するとき、即ちIGBT84がオンからオフになると共にIGBT82がオフからオンになるとき、インダクタL3からの電流が、図12Cに矢印で示す経路から図12Dに矢印で示す経路に転流する。この場合、漏れインダクタンス7aに流れる電流Irの立ち下がりで、電流Irの時間的変化に比例する電圧Vc2(不図示)が、IGBT81のコレクタ・エミッタ間にサージ電圧として発生する。なお、このタイミングでオンからオフになるIGBT84のコレクタ・エミッタ間にも同様のサージ電圧が発生する。
Similarly to the first embodiment, when the transition from the fifth period to the eighth period shown in FIG. 14 is performed, that is, when the
そこで、本実施形態2では、まず特許文献1に開示された方法により上記のサージ電圧を抑制する。図15は、実施形態2に係るインバータ8でサージ電圧を抑制するための動作の一例を示す説明図であり、図16は、実施形態2に係るインバータ8でサージ電圧が抑制される場合の動作を示すタイミングチャートである。図15に破線の矢印で示す電流は、第1期間に流れる電流を示し、図15に実線の矢印で示す電流は、第1期間のうちの第2期間(図16参照)に流れる電流を示す。図16に9段に分けて示すタイミングチャートでは、何れも同一の時間軸(t)を横軸にしてあり、縦軸は電圧又は電流を表す。
Therefore, in the second embodiment, the surge voltage is first suppressed by the method disclosed in
図16の最上段から4段目までのタイミングチャートは、図14と同様にIGBT81,83,82,84のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。図16の上から5段目及び6段目夫々のタイミングチャートは、インバータ6のIGBT62,63及びIGBT61,64のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。図16の上から7段目及び8段目夫々のタイミングチャートは、一方の巻線71に流れる電流Ir及びIGBT83のコレクタ・エミッタ間の電圧Vcを示している。図16の上から9段目(最下段)のタイミングチャートは、IGBT82について太い実線でコレクタ・エミッタ間の電圧Vcを、細い実線でコレクタ電流Icを示すものである。
The timing chart from the uppermost stage to the fourth stage in FIG. 16 shows the gate voltage Vg applied to the gates of the
制御部9は、図16に示す第1期間のうちの第2期間だけ、図15に示すように変成器7の他方の巻線72に所定電圧を印加すべく、IGBT62,63をオンに制御する。これにより、図16に示すようにコンデンサC2の印加電圧と漏れインダクタンス7bとに応じた電流が変成器7の他方の巻線72に流れ、一方の巻線71に直線的に立ち上がる電流Ir1が誘起する。このため、IGBT81,84がオンとなる第4期間に移行したときに一方の巻線71に流れる電流の変化分が小さくなって、IGBT83,82のコレクタ・エミッタ間に発生するサージ電圧が抑制される。なお、第2期間中はIGBT84が順方向に導通しないため、電流Ir1は、IGBT83を逆方向に流れて一方の巻線71に還流する。
The
第5期間から第8期間に移行するときに、IGBT84,81コレクタ・エミッタ間に印加されるサージ電圧についても、上記と同様の方法によって抑制することができる。具体的には、図16に示すように、第5期間のうちの第6期間だけ、変成器7の他方の巻線72に上記所定電圧とは逆極性の電圧を印加すべく、IGBT61,64をオンに制御すればよい。これにより、図16に示すように一方の巻線71に直線的に立ち下がる電流Ir2を流すことができるため、IGBT82,83がオンとなる第8期間に移行したときに一方の巻線71に流れる電流の変化分が小さくなって、オフ状態にあるIGBT81及びオフ状態に移行中のIGBT84のコレクタ・エミッタ間に印加されるサージ電圧を抑制することができる。
The surge voltage applied between the collectors and emitters of the
ここで、図16の上から9段目(最下段)のタイミングチャートに着目すると、第1期間の終了時点(即ち第4期間の開始時点)でIGBT82のコレクタ電圧が立ち上がるときにコレクタ電流が立ち下がっており、スイッチング損失が発生する。そこで、本実施形態2では、以下に示す方法によってIGBT82がオフするときのスイッチング損失を抑制する。
Here, paying attention to the 9th (bottom) stage timing chart from the top of FIG. 16, the collector current rises when the collector voltage of the
図17は、実施形態2に係るインバータ8でIGBT82のスイッチング損失を抑制するための動作の一例を示す説明図であり、図18は、実施形態2に係るインバータ8でIGBT82のスイッチング損失が抑制される場合の動作を示すタイミングチャートである。図17に破線の矢印で示す電流は、第1期間に流れる電流を示し、図17に実線の矢印で示す電流は、第1期間のうちの第3期間(図18参照)に流れる電流を示す。図18に10段に分けて示すタイミングチャートでは、何れも同一の時間軸(t)を横軸にしてあり、縦軸は電圧又は電流を表す。
FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating an example of an operation for suppressing the switching loss of the
図18の最上段から4段目までのタイミングチャートは、図14,16と同様にIGBT81,83,82,84のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。斜線部は各IGBTがオンしている期間を表す。図18の上から5段目から8段目までのタイミングチャートは、IGBT81,83,82,84夫々について、太い実線でコレクタ・エミッタ間の電圧Vcを、細い実線でコレクタ電流Icを示すものである。図18の上から9段目及び10段目(最下段)夫々のタイミングチャートは、インバータ6のIGBT62,63及びIGBT61,64のゲートに印加されるゲート電圧Vgを符号に対応させて示すものである。
The timing chart from the uppermost stage to the fourth stage in FIG. 18 shows the gate voltage Vg applied to the gates of the
制御部9は、図18に示す第1期間のうち、第2期間との重なりを持つ第3期間だけ、図17に示すように他方のレグのIGBT84(一方のアームに相当)をオンに制御して短絡状態にする。これにより、IGBT82,84が両方オンとなって、IGBT81,83を流れる経路(図15参照)よりも電圧降下が小さくなるため、第2及び第3期間が重なる期間に一方の巻線71に流れる電流Ir1がIGBT82,84を流れるように還流する。この場合、電流Ir1は、一方のレグのIGBT82(一方のアームに相当)を逆方向に流れるため、IGBT82に流れているインダクタL3からの電流が、電流Ir1の分だけ低減される。
The
制御部9は、第5期間にも第1期間と同様の制御を行う。即ち制御部9は、第5期間のうち、第6期間との重なりを持つ第7期間だけ、IGBT82をオンに制御して一方のアームを短絡状態にする。これにより、IGBT82,84が両方オンとなって、IGBT81,83を流れる経路よりも電圧降下が小さくなるため、第6及び第7期間が重なる期間に一方の巻線71に流れる電流Ir2(図16参照)がIGBT82,84を流れるように還流する。この場合、電流Ir2は、他方のレグのIGBT84を逆方向に流れるため、IGBT84に流れているインダクタL3からの電流が、電流Ir2の分だけ低減される。よって、第6及び第7期間が重なる期間を適当に設定した場合は、第5期間の終了時点、即ち第8期間の開始時点に、IGBT84のコレクタ電流がゼロとなり、所謂ゼロクロススイッチングが実現されて、スイッチング損失が低減される。
The
上記の制御部9の動作を示すフローチャートは、実施形態1の図10,11に示すフローチャートにて、第1,第2,第3,第4IGBT夫々を第4,第3,第2,第1IGBTと読み替えたものと同じになるため、図示及びその説明を省略する。
The flowchart showing the operation of the
上述した実施形態2にあっては、IGBT81,82が一方のレグに相当し、IGBT83,84が他方のレグに相当するものとして説明したが、逆にIGBT83,84が一方のレグに相当し、IGBT81,82が他方のレグに相当するものとして読み替えてもよい。この場合は、図14,16,18の図中、及び図12から図18に係る説明において、第1,第2,第3,第4,第5,第6,第7,第8期間夫々を、第5,第6,第7,第8,第1,第2,第3,第4期間と読み替えればよい。以下では、一方のレグ及び他方のレグと、IGBT81,82及びIGBT83,84との対応関係を読み替えた場合について()内に記述する。
In the second embodiment described above, the
以上のように本実施形態2によれば、制御部9が、IGBT81,82(又はIGBT83,84)を含む一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御してインダクタL3からの電流を一方のレグに導通させ、この間の第2期間だけインバータ6によって変成器7の他方の巻線72に所定電圧を印加すべく制御する。これにより、変成器7の一方の巻線71に電圧が誘起する。制御部9は、更に、第2期間との重なりを持つ第3期間だけ他方のレグのIGBT84(又はIGBT82)を含む一方のアームを短絡状態に制御する。これにより、第2及び第3期間が重なる期間だけ、一方の巻線71に誘起する電流Ir1が、他方のレグの一方のアームを順方向に流れ、且つ一方のレグのIGBT82(又はIGBT84)を含む一方のアームを逆方向に流れて一方の巻線71に還流する。このため、IGBT82(又はIGBT84)に流れるインダクタL3からの電流が、一方の巻線71に誘起する電流の分だけ低減される。従って、IGBT82(又はIGBT84)のスイッチング損失を抑制することが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, the
また、実施形態2によれば、各レグが、IGBT82又は84である第1スイッチング素子と、IGBT81又は83である第2スイッチング素子とを含むため、制御部9がIGBT82,84及びIGBT81,83夫々をオン/オフに制御することにより、一方及び他方のアームを導通状態/非導通状態に制御することができる。また、IGBT81,82,83,84夫々にダイオード85,86,87,88が逆並列に接続されているため、IGBT81,82,83,84がオフに制御されていても逆方向に電流を流すことができる。
Further, according to the second embodiment, each leg includes the first switching element that is the
更に、実施形態2によれば、GBT81,2,83,84がオフに制御されている状態を基本的な状態として制御部9が、レグの一方についてIGBT81,82(又はIGBT83,84)を第1期間だけオンに制御して第1状態にし、その間に、レグの他方についてIGBT84(又はIGBT82)を第3期間だけオンに制御して第2状態にする。制御部9は、更に第1期間に続く第4期間だけ、レグの一方についてIGBT82(又はIGBT84)をオフに、IGBT81(又はIGBT83)をオンに制御して第3状態にすると共に、レグの他方についてIGBT84(又はIGBT82)をオンに、IGBT83(又はIGBT81)をオフに制御して第2状態にする。これにより、第1期間に短絡状態に制御されたレグを介してインダクタL3に流れていた電流が、第4期間には一方のレグのIGBT81(又はIGBT83)と、変成器7の一方の巻線71と、他方のレグのIGBT84(又はIGBT82)とを流れるように転流するため、第1期間にインダクタL3に蓄積されたエネルギーが第4期間に変成器7の一方の巻線71に放出される。
Furthermore, according to the second embodiment, the
更に、実施形態1又は2によれば、制御部9は、第5期間から第8期間までの間におけるIGBT83,84及びIGBT81,82夫々に対する制御を、第1期間から第4期間までの間におけるIGBT81,82及びIGBT83,84に対する制御と同様に実行する。制御部9は、また、第2期間に対応する第6期間に変成器7の他方の巻線72に印加する電圧を、第2期間の場合とは逆極性の電圧とする。従って、実施形態1にあってはIGBT83及び81のスイッチング損失を、実施形態2にあってはIGBT82及び84のスイッチング損失を、スイッチングの1周期の間に交互に抑制することができる。また、変成器7の他方の巻線72に交流電圧を発生させることができる。更に、第1及び第4期間と第5及び第8期間とで、期間の長さを変更することが可能であり、インバータ8の電圧制御をきめ細かく行うことができる。
Furthermore, according to the first or second embodiment, the
更に、実施形態1及び2によれば、印加回路がフルブリッジ回路60であり、各レグが有する2つのアームの接続点夫々の間に変成器7の他方の巻線71が接続されているため、他方の巻線71に印加すべき電圧の極性を任意に選択することができる。また、他方の巻線72に発生した交流電圧をフルブリッジ回路60で整流して直流電圧に変換することができる。
Furthermore, according to the first and second embodiments, the application circuit is the
1 双方向AC/DC変換装置
2 交流電源
3 バッテリ
4 ノイズフィルタ
5,6,8 インバータ
51,52,53,54,61,62,63,64,81,82,83,84 IGBT
55,56,57,58,65,66,67,68,85,86,87,88 ダイオード
7 変成器
71,72 巻線
7a,7b 漏れインダクタンス
9 制御部
91 CPU
92 記憶部
93 RAM
94 通信部
95 タイマ
96 A/D変換部
97 駆動部
98 記録媒体
99 コンピュータプログラム
10 コンバータ
T1,T2 交流入出力端子
T3,T4 直流入出力端子
T51,T52,T63,T64,T81,T82 交流入出力端
T53,T54,T61,T62,T83,T84 直流入出力端
C1,C2,C3 コンデンサ
L1,L2,L3 インダクタ
CT1 電流トランス
DESCRIPTION OF
55, 56, 57, 58, 65, 66, 67, 68, 85, 86, 87, 88
92
94
Claims (7)
前記制御部は、
一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御し、
前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御し、
前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するようにしてある電圧変換装置。 A full-bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, a transformer with one winding connected between the connection points of the two arms of each leg, and the other winding of the transformer A voltage converter that includes an application circuit that applies a voltage to a wire and a control unit that controls switching of the full bridge circuit, and that converts a DC voltage applied to both ends of each leg through the inductor into an AC voltage. There,
The controller is
One leg is controlled to be short-circuited only for the first period,
Control to apply a predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer only in the second period of the first period,
In order to allow the current induced in the one winding to flow in the reverse direction through one arm of the one leg and return, only the third period of the first period overlaps with the second period. A voltage converter for controlling one arm of a leg to a short circuit state.
前記第1期間だけ前記一方のレグを前記第1及び第2スイッチング素子がオンである第1状態に制御し、
前記第3期間だけ前記他方のレグを前記第1スイッチング素子がオンである第2状態に制御し、
前記第1期間に続く第4期間だけ、前記一方のレグを前記第2スイッチング素子がオンである第3状態に制御すると共に、前記他方のレグを前記第2状態に制御するようにしてある
請求項2に記載の電圧変換装置。 The controller is
Controlling the one leg to the first state in which the first and second switching elements are on only during the first period;
Controlling the other leg to the second state in which the first switching element is on only during the third period;
Only during a fourth period following the first period, the one leg is controlled to a third state in which the second switching element is on, and the other leg is controlled to the second state. Item 3. The voltage converter according to Item 2.
前記第4期間に続く第5期間だけ前記他方のレグを前記第1状態に制御し、
前記第5期間のうちの第6期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から前記所定電圧と極性が異なる電圧を印加すべく制御し、
前記第5期間のうち、前記第6期間と重なりを持つ第7期間だけ、前記一方のレグを前記第2状態に制御し、
前記第5期間の終了時点から次のスイッチング周期における前記第1期間の開始時点までの第8期間だけ、前記一方のレグを前記第2状態に制御すると共に、前記他方のレグを前記第3状態に制御するようにしてある
請求項3に記載の電圧変換装置。 The controller is
Controlling the other leg to the first state for a fifth period following the fourth period;
Control to apply a voltage having a polarity different from that of the predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer only in the sixth period of the fifth period,
Of the fifth period, the one leg is controlled to the second state only during the seventh period overlapping with the sixth period,
The one leg is controlled to be in the second state and the other leg is in the third state only during the eighth period from the end of the fifth period to the start of the first period in the next switching cycle. The voltage conversion device according to claim 3, wherein the voltage conversion device is controlled in the manner described above.
該第2のフルブリッジ回路は、各レグの2つのアームの接続点夫々の間に前記変成器の他方の巻線が接続されている
請求項1〜4の何れか1項に記載の電圧変換装置。 The application circuit comprises a second full bridge circuit having two legs connected in parallel;
5. The voltage conversion according to claim 1, wherein the second full-bridge circuit has the other winding of the transformer connected between connection points of two arms of each leg. 6. apparatus.
一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御するステップと、
前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御するステップと、
前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するステップと
を含む電圧変換装置の制御方法。 A full-bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, a transformer with one winding connected between the connection points of the two arms of each leg, and the other winding of the transformer A voltage converter that controls switching of the full-bridge circuit in a voltage converter that converts a DC voltage applied to both ends of each leg through the inductor into an AC voltage. Control method,
Controlling one leg to a short circuit state for a first period;
Controlling to apply a predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer only in the second period of the first period;
In order to allow the current induced in the one winding to flow in the reverse direction through one arm of the one leg and return, only the third period of the first period overlaps with the second period. Controlling one of the legs to a short-circuited state.
コンピュータに、
一方のレグを第1期間だけ短絡状態に制御するステップと、
前記第1期間のうちの第2期間だけ、前記変成器の他方の巻線に前記印加回路から所定電圧を印加すべく制御するステップと、
前記一方の巻線に誘起する電流が前記一方のレグの一方のアームを逆方向に流れて還流すべく、前記第1期間のうち前記第2期間と重なりを持つ第3期間だけ、前記他方のレグの一方のアームを短絡状態に制御するステップと
を実行させるコンピュータプログラム。 A full-bridge circuit having two legs connected in parallel, an inductor, a transformer with one winding connected between the connection points of the two arms of each leg, and the other winding of the transformer An application circuit for applying a voltage to a line, and for causing a computer to control switching of the full bridge circuit in a voltage converter that converts a DC voltage applied to both ends of each leg through the inductor into an AC voltage. Computer program,
On the computer,
Controlling one leg to a short circuit state for a first period;
Controlling to apply a predetermined voltage from the application circuit to the other winding of the transformer only in the second period of the first period;
In order to allow the current induced in the one winding to flow in the reverse direction through one arm of the one leg and return, only the third period of the first period overlaps with the second period. And a step of controlling one arm of the leg to a short-circuit state.
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