JP2019149867A - Power converter and power conversion system - Google Patents

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隆章 石井
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Abstract

To provide a power converter that can prevent an increase in size of the power converter compared with a prior art and discharge electrical charge accumulated in a capacitor, and a power conversion system using the power converter.SOLUTION: A power converter 100 comprises: an input smoothing unit 3 including a first capacitor C1 that smooths an input voltage; a switching unit 4 that includes an inductor Ls and an insulating transformer 13 and switches the smoothed voltage to be power-converted into a predetermined output voltage; an output smoothing unit 5 including a second capacitor C2 that smooths the power-converted output voltage; and a control unit 10 that controls the switching unit 4 during operation and after a stop of the operation. After the stop of operation of the power converter 100, the control unit 10 controls the switching unit 4 to cause the electrical charge of the first capacitor C1 to circulate through the inductor Ls and insulating transformer 13 of the switching unit 4 to flow in a circulation current to flow.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、例えば絶縁型DCDCコンバータなどの電力変換装置と、それを用いた電力変換システムに関する。   The present invention relates to a power conversion device such as an insulated DCDC converter, and a power conversion system using the same.

近年の自動車として、ハイブリッド自動車又は電気自動車等の電動車両が注目されている。このような電動車両は、二次電池などからなる蓄電装置と、当該蓄電装置から電力を受けて駆動力を発生するためのモータ発生器とを備える。モータ発生器は、発進又は加速時等において駆動力を発生するとともに、制動時等において車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電装置に回収する。このように、モータ発生器を車両の走行状況に応じて制御するために、電動車両では、インバータ装置などの直流電力から交流電力を生成する電力変換装置が搭載される。そして、当該電力変換装置は、供給される直流電力を安定化するために平滑コンデンサを備え、電力変換装置の作動中、すなわち蓄電装置などから直流電力を供給される期間で平滑コンデンサには印加電圧に応じた電荷が蓄積される。   As an automobile in recent years, an electric vehicle such as a hybrid car or an electric car has attracted attention. Such an electric vehicle includes a power storage device including a secondary battery and a motor generator for receiving electric power from the power storage device and generating a driving force. The motor generator generates driving force when starting or accelerating, and converts kinetic energy of the vehicle into electric energy and recovers it to the power storage device during braking or the like. Thus, in order to control the motor generator according to the traveling state of the vehicle, the electric vehicle is equipped with a power conversion device that generates AC power from DC power, such as an inverter device. The power conversion device includes a smoothing capacitor to stabilize the supplied DC power, and an applied voltage is applied to the smoothing capacitor during operation of the power conversion device, that is, during a period in which DC power is supplied from a power storage device or the like. The electric charge according to is accumulated.

例えば、特許文献1では、放電抵抗で生じる定常的な電力損失の発生を回避して高効率な電力変換装置およびその電力変換装置における残留電荷の消費方法を提供する。当該電力変換装置は、外部負荷へ交流電力を供給可能な電力変換装置であって、直流電力を供給可能に構成された電源部と、前記電源部に接続される第1および第2の電力線と、前記第1および第2の電力線の間に接続されるコンデンサと、各々が前記コンデンサに並列接続され、対応の相電圧を生成する複数の相電圧生成部とを備える。ここで、当該電力変換装置は、前記複数の相電圧生成部の各々は、直列接続される複数のスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子の各々は、制御電力に入力される制御信号に応じて出力電極間の抵抗値を変化させることにより、導通状態および非導通状態を形成可能に構成される。さらに、前記電力変換装置は、前記電源部からの直流電力の供給が停止されたときに、前記コンデンサと少なくとも1つの前記相電圧生成部との間で、前記コンデンサの残留電荷を消費するための電流循環経路を形成する電流循環経路形成手段と、前記電流循環経路に配置される少なくとも1つの前記スイッチング素子に前記導通状態に対応する抵抗値と前記非導通状態に対応する抵抗値との中間の抵抗値が現れるように、対応の前記制御信号を調整する制御信号調整手段とをさらに備える。   For example, Patent Document 1 provides a highly efficient power conversion device and a method for consuming residual charges in the power conversion device by avoiding the occurrence of steady power loss caused by a discharge resistor. The power converter is a power converter capable of supplying AC power to an external load, and includes a power supply unit configured to be able to supply DC power, and first and second power lines connected to the power supply unit. , A capacitor connected between the first and second power lines, and a plurality of phase voltage generation units each connected in parallel to the capacitor and generating a corresponding phase voltage. Here, in the power conversion device, each of the plurality of phase voltage generation units includes a plurality of switching elements connected in series, and each of the switching elements outputs in accordance with a control signal input to control power. By changing the resistance value between the electrodes, the conductive state and the non-conductive state can be formed. Further, the power conversion device is configured to consume residual charge of the capacitor between the capacitor and at least one of the phase voltage generation units when the supply of DC power from the power supply unit is stopped. Current circulation path forming means for forming a current circulation path; and at least one switching element arranged in the current circulation path between the resistance value corresponding to the conduction state and the resistance value corresponding to the non-conduction state. Control signal adjusting means for adjusting the corresponding control signal so that a resistance value appears is further provided.

すなわち、特許文献1では、電力変換装置の正常運転終了後に、入力側のコンデンサの電荷を放電するために、スイッチング素子のゲートを中間電圧に設定することでオン抵抗とオフ抵抗の中間の抵抗値を生成して、当該スイッチング素子に放電電流を消費させている。   That is, in Patent Document 1, after the normal operation of the power conversion device, in order to discharge the charge of the capacitor on the input side, the resistance value between the on-resistance and the off-resistance is set by setting the gate of the switching element to an intermediate voltage. And the discharge current is consumed by the switching element.

特開2008−61300号公報JP 2008-61300 A

しかしながら、特許文献1の方法では、その図4(a)中でゲート電圧調整回路20に示されるような中間電圧生成機構が必要となり、電力変換装置のサイズが大きくなり、そのコストが増大するという課題があった。   However, the method of Patent Document 1 requires an intermediate voltage generation mechanism as shown in the gate voltage adjustment circuit 20 in FIG. 4A, which increases the size of the power converter and increases its cost. There was a problem.

本発明の目的は以上の課題を解決し、従来技術に比較して電力変換装置のサイズが増大せず、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電することができる電力変換装置及びそれを用いて電力変換システムを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above problems, and to increase the power conversion device capable of discharging the electric charge accumulated in the capacitor without increasing the size of the power conversion device as compared with the prior art, and using the same. To provide a conversion system.

第1の発明に係る電力変換装置は、
入力電圧を平滑化する第1のコンデンサを含む入力平滑部と、
インダクタ及び絶縁用トランスを含み、前記平滑化された電圧をスイッチングして所定の出力電圧に電力変換するスイッチング部と、
前記電力変換された出力電圧を平滑化する第2のコンデンサを含む出力平滑部と、
前記スイッチング部を運転中および運転停止後に制御する制御部とを備えた電力変換装置であって、
前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記第1のコンデンサの電荷を、前記スイッチング部のインダクタ及び絶縁用トランスを介して循環させて循環電流を流すように前記スイッチング部を制御することを特徴とする。
The power conversion device according to the first invention is:
An input smoothing unit including a first capacitor for smoothing the input voltage;
A switching unit including an inductor and an insulation transformer, and switching the smoothed voltage to convert the power to a predetermined output voltage;
An output smoothing unit including a second capacitor for smoothing the power-converted output voltage;
A power conversion device including a control unit that controls the switching unit during operation and after operation stop,
The controller controls the switching unit to circulate the electric charge of the first capacitor through the inductor and the insulating transformer of the switching unit to flow a circulating current after the operation of the power converter is stopped. It is characterized by that.

前記電力変換装置において、前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記スイッチング部の制御信号のデューティ比を変更しながら、前記第1のコンデンサの電荷を循環させることを特徴とする。   In the power conversion device, the control unit circulates the charge of the first capacitor while changing a duty ratio of a control signal of the switching unit after the operation of the power conversion device is stopped.

また、前記電力変換装置において、前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記スイッチング部の制御信号のスイッチング周波数を徐々に低下させながら、前記第1のコンデンサの電荷を循環させることを特徴とする。   Further, in the power conversion device, the control unit circulates the charge of the first capacitor while gradually decreasing the switching frequency of the control signal of the switching unit after the operation of the power conversion device is stopped. Features.

さらに、前記電力変換装置において、前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記スイッチング部の制御信号のスイッチング周波数を、
(1)コサインの波形、
(2)ダウンチャープの波形、もしくは
(3)所定の途中時刻からダウンチャープの波形で
徐々に低下させることを特徴とする。
Furthermore, in the power conversion device, the control unit, after stopping the operation of the power conversion device, the switching frequency of the control signal of the switching unit,
(1) Cosine waveform,
(2) It is characterized by being gradually reduced in a down chirp waveform or (3) a down chirp waveform from a predetermined halfway time.

またさらに、前記電力変換装置において、前記スイッチング部は、
1次側の複数のスイッチング素子と、前記インダクタと、前記絶縁用トランスの1次巻線とを含む1次側部分と、
2次側の複数のスイッチング素子と、前記絶縁用トランスの2次巻線とを含む2次側部分とを含み、
前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記循環電流が所定の最大値となったときに、前記循環電流を低減し、もしくは前記1次側の複数のスイッチング素子が動作しないデッドタイムを大きくするように前記スイッチング部を制御することを特徴とする。
Still further, in the power conversion device, the switching unit includes:
A primary side portion including a plurality of primary side switching elements, the inductor, and a primary winding of the insulating transformer;
A secondary side portion including a plurality of secondary side switching elements and a secondary winding of the insulating transformer;
The control unit reduces the circulating current when the circulating current reaches a predetermined maximum value after the operation of the power converter is stopped, or the dead time during which the plurality of switching elements on the primary side do not operate The switching unit is controlled to increase the value.

またさらに、前記電力変換装置は、前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記循環電流が所定の最大値となったときに、前記循環電流を所定の波形で低減させることを特徴とする。   Still further, in the power converter, the control unit reduces the circulating current with a predetermined waveform when the circulating current becomes a predetermined maximum value after the operation of the power converter is stopped. And

またさらに、前記電力変換装置は、前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記循環電流が所定の最大値となったときに、前記循環電流を線形ダウンチャープの波形で低減させることを特徴とする。   Still further, in the power converter, the control unit reduces the circulating current with a linear down-chirp waveform when the circulating current reaches a predetermined maximum value after the operation of the power converter is stopped. It is characterized by.

第2の発明に係る電力変換システムは、
前記電力変換装置と、
前記電力変換装置から出力される出力電圧を交流電圧に変換するインバータ装置とを備えたことを特徴とする。
The power conversion system according to the second invention is:
The power converter;
And an inverter device that converts an output voltage output from the power conversion device into an AC voltage.

本発明に係る電力変換装置等によれば、電解コンデンサとインダクタ間で電流を循環させるようにスイッチングすることで、回路パターンやスイッチング損失、絶縁用トランスの銅損を利用して電荷を消費するようにした。それにより、追加回路の必要なしにスイッチングパターンの変更のみで電解コンデンサの電荷を放電できる。   According to the power conversion device or the like according to the present invention, by switching so as to circulate the current between the electrolytic capacitor and the inductor, the electric charge is consumed using the circuit pattern, the switching loss, and the copper loss of the insulating transformer. I made it. Thereby, the electric charge of the electrolytic capacitor can be discharged only by changing the switching pattern without the need for additional circuits.

実施形態1に係る電力変換システムの構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration example of a power conversion system according to a first embodiment. 図1の電力変換装置100の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power converter device 100 of FIG. 図2の電力変換装置100を昇圧スイッチングさせるときの各スイッチング素子Q1〜Q8の制御信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the control signal of each switching element Q1-Q8 when carrying out pressure | voltage rise switching of the power converter device 100 of FIG. 図2の電力変換装置100を降圧スイッチングさせるときの各スイッチング素子Q1〜Q8の制御信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the control signal of each switching element Q1-Q8 when carrying out step-down switching of the power converter device 100 of FIG. 図2の電力変換装置100により実行されるコンデンサ放電制御処理時の各スイッチング素子Q1〜Q8の制御信号及びインダクタ電流ILを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the control signal and inductor current IL of each switching element Q1-Q8 at the time of the capacitor | condenser discharge control process performed by the power converter device 100 of FIG. 図4の期間T1〜T4における循環電流Icirを示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a circulating current Icir during a period T1 to T4 in FIG. 実施形態に係る電力変換装置100のコンデンサ放電制御処理における課題を示す図であって、コンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。It is a figure which shows the subject in the capacitor | condenser discharge control process of the power converter device 100 which concerns on embodiment, Comprising: It is a timing chart which shows the simulation result of the capacitor | condenser current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir. 変形例1に係る、時間経過に伴って電流実効値を保持するようにスイッチングパターンを変更する方法であって、1次側アームのオン比率を変更させる方法を示す、搬送波電圧Vcarrierと基準電圧Vrefのタイミングチャートである。A carrier voltage Vcarrier and a reference voltage Vref showing a method of changing a switching pattern so as to maintain an effective current value as time elapses, according to the first modification, and showing a method of changing the ON ratio of the primary arm. It is a timing chart. 図7Aの方法での各スイッチング素子Q1〜Q4の制御信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the control signal of each switching element Q1-Q4 by the method of FIG. 7A. 変形例2に係る、時間経過に伴って電流実効値を保持するようにスイッチングパターンを変更する方法であって、スイッチング周波数fsを徐々に低下させる方法を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing a method of changing a switching pattern so as to maintain an effective current value as time elapses, according to Modification 2, and gradually decreasing the switching frequency fs. 図8Aの方法での各スイッチング素子Q1〜Q4の制御信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the control signal of each switching element Q1-Q4 by the method of FIG. 8A. 図8Aの方法でのスイッチング周波数fsの種々の変化方法を示すグラフである。It is a graph which shows the various change methods of the switching frequency fs by the method of FIG. 8A. スイッチング周波数fsを100kHzに固定したときの従来例の電力変換装置におけるコンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the simulation result of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir in the conventional power converter when the switching frequency fs is fixed to 100 kHz. 実施形態1及びその変形例に係る電力変換装置100においてスイッチング周波数fsを、時刻0,5sから線形ダウンチャープで変化させたときの、コンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。The simulation result of capacitor current IC1, input voltage Vin, and circulating current Icir when switching frequency fs is changed by linear down chirp from time 0 and 5s in power converter 100 concerning Embodiment 1 and its modification is shown. It is a timing chart. 実施形態1及びその変形例に係る電力変換装置100においてスイッチング周波数fsを、時刻0sからコサインダウンチャープで変化させたときの、コンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。Timing chart showing simulation results of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir when the switching frequency fs is changed by cosine down chirp from time 0s in the power conversion device 100 according to the first embodiment and its modification. It is. 実施形態1及び変形例に係る電力変換装置100においてスイッチング周波数fsを、時刻0sから線形ダウンチャープで変化させたときの、コンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。In the power converter device 100 which concerns on Embodiment 1 and a modification, it is a timing chart which shows the simulation result of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir when the switching frequency fs is changed by linear down chirp from time 0s. is there. 実施形態1及び変形例に係る電力変換装置100における、入力電圧Vinが10Vまで放電したときの放電時間のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the discharge time when the input voltage Vin discharges to 10V in the power converter device 100 which concerns on Embodiment 1 and a modification. 実施形態1及び変形例に係る電力変換装置100における、入力電圧Vinが1Vまで放電したときの放電時間のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the discharge time when the input voltage Vin discharges to 1V in the power converter device 100 which concerns on Embodiment 1 and a modification. 実施形態1及び変形例に係る電力変換装置100における、電解コンデンサC1に流れる最大電流値IC1maxのシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the maximum electric current value IC1max which flows into the electrolytic capacitor C1 in the power converter device 100 which concerns on Embodiment 1 and a modification. 実施形態2に係る電力変換装置100により実行されるコンデンサ放電制御処理時の各スイッチング素子Q1〜Q8の制御信号及びインダクタ電流ILを示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing control signals and inductor currents IL of switching elements Q1 to Q8 during a capacitor discharge control process executed by the power conversion device 100 according to the second embodiment. 図13のコンデンサ放電制御処理の期間T1〜T6における循環電流Icirを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circulating current Icir in the period T1-T6 of the capacitor | condenser discharge control process of FIG. 図13のコンデンサ放電制御処理時のコンデンサ放電制御処理時のコンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the simulation result of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir at the time of the capacitor discharge control process at the time of the capacitor discharge control process of FIG. 図15の時刻0s付近の拡大図である。FIG. 16 is an enlarged view around time 0s in FIG. 15. 実施形態2に係る電力変換装置100において、循環電流Icirを最大値クリッピングし、時刻0.5sから線形ダウンチャープでスイッチング周波数fsを変化させたときのコンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。In the power conversion device 100 according to the second embodiment, the maximum value of the circulating current Icir is clipped, and the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir when the switching frequency fs is changed by linear down chirp from time 0.5s. It is a timing chart which shows a simulation result. 図17の時刻0s付近の拡大図である。FIG. 18 is an enlarged view around time 0s in FIG. 17.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付し、詳細説明を省略する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or similar component, and detailed description is abbreviate | omitted.

(実施形態1)
図1は実施形態1に係る電力変換システムの構成例を示すブロック図である。図1において、実施形態1に係る電力変換システムは、電力変換装置100と、DCACインバータ装置101とを備えて構成される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a power conversion system according to the first embodiment. In FIG. 1, the power conversion system according to the first embodiment includes a power conversion device 100 and a DCAC inverter device 101.

図1において、電力変換装置100は蓄電池1から出力される直流電圧を交流電圧にDCAC変換した後、交流電圧を直流電圧にACDC変換して出力し、いわゆる昇降圧コンバータ装置を構成する。DCACインバータ装置101は直流電圧を交流電圧に変換して負荷2に出力する。   In FIG. 1, the power conversion device 100 DC-AC converts the DC voltage output from the storage battery 1 into an AC voltage, and then AC-DC converts the AC voltage into a DC voltage and outputs it to constitute a so-called buck-boost converter device. The DCAC inverter device 101 converts a DC voltage into an AC voltage and outputs it to the load 2.

図2は図1の電力変換装置100の構成例を示す回路図である。図2において、電力変換装置100は、入力平滑部3と、スイッチング部4と、出力平滑部5と、制御部10と、電圧検出器15,16と、電源部20と、スイッチSW1〜SW4とを備えて構成される。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the power conversion apparatus 100 of FIG. In FIG. 2, the power converter 100 includes an input smoothing unit 3, a switching unit 4, an output smoothing unit 5, a control unit 10, voltage detectors 15 and 16, a power supply unit 20, and switches SW1 to SW4. It is configured with.

蓄電池1から出力される直流電圧はスイッチSW1、SW2、電圧検出器15及び、電解コンデンサC1で構成される入力平滑部3を介してスイッチング部4に入力される。スイッチング部4は制御部10により制御され、入力される直流電圧を交流電圧に変換した後、変化後の交流電圧を直流電圧に変換し、電解コンデンサC2で構成される出力平滑部5、電圧検出器16及びスイッチSW3,SW4を介してDCACインバータ装置101に出力する。ここで、スイッチSW1〜SW4は電力変換装置100の動作時にオンされる一方、非動作時にオフされる。入力平滑部3及び出力平滑部5はそれぞれ、入力される直流電圧のリップルを最小にするように平滑して出力する。なお、電解コンデンサC1は電力変換装置100の動作停止後に急速な放電が必要である一方、電解コンデンサC2は電解コンデンサC1の容量よりも大きな容量を有し、電力変換装置100の動作停止後に急速な放電が不要である。   The DC voltage output from the storage battery 1 is input to the switching unit 4 via the input smoothing unit 3 including the switches SW1 and SW2, the voltage detector 15, and the electrolytic capacitor C1. The switching unit 4 is controlled by the control unit 10 and converts an input DC voltage into an AC voltage, then converts the changed AC voltage into a DC voltage, and outputs an output smoothing unit 5 composed of an electrolytic capacitor C2, voltage detection Is output to the DCAC inverter device 101 via the switch 16 and the switches SW3 and SW4. Here, the switches SW <b> 1 to SW <b> 4 are turned on when the power conversion device 100 is operating, and are turned off when the power converter 100 is not operating. The input smoothing unit 3 and the output smoothing unit 5 each smooth and output so as to minimize the ripple of the input DC voltage. The electrolytic capacitor C1 needs to be rapidly discharged after the operation of the power conversion device 100 is stopped, while the electrolytic capacitor C2 has a capacity larger than that of the electrolytic capacitor C1, and the rapid operation after the operation of the power conversion device 100 is stopped. No discharge is required.

電圧検出器15は入力平滑部3の両端の入力電圧Vinを検出して制御部10に出力する。また、電圧検出器16は出力平滑部5の両端の出力電圧Voutを検出して制御部10に出力する。制御部10は、スイッチSW1〜SW4を制御し、スイッチング素子Q1〜Q8のための制御信号を発生して出力することにより、電力変換装置100の正常運転時に双方向コンバータ装置として動作させるとともに、その運転終了後に、図4等のコンデンサ放電制御処理を実行することで、入力平滑部3の電解コンデンサC1に蓄積された電荷を急速に放電する。   The voltage detector 15 detects the input voltage Vin across the input smoothing unit 3 and outputs it to the control unit 10. The voltage detector 16 detects the output voltage Vout across the output smoothing unit 5 and outputs it to the control unit 10. The control unit 10 controls the switches SW1 to SW4 to generate and output control signals for the switching elements Q1 to Q8, thereby causing the power conversion device 100 to operate as a bidirectional converter device during normal operation. After the operation is completed, the electric charge accumulated in the electrolytic capacitor C1 of the input smoothing unit 3 is rapidly discharged by executing the capacitor discharge control process of FIG.

スイッチング部4は、スイッチング回路11,12と、絶縁用トランス13と、インダクタンスLsを有するインダクタ14とを備えて構成される。ここで、スイッチング回路11は、ブリッジ形状で接続された4個のMOSTFETであるスイッチング素子Q1〜Q4と、各スイッチング素子Q1〜Q4に並列にそれぞれ接続された逆阻止用ダイオードD1〜D4とを備える。スイッチング素子Q1〜Q4は制御部10からの各制御信号によりオンオフ制御され、入力される直流電圧を交流電圧に変換して電流検出器17及びインダクタ14を介して絶縁用トランス13の1次巻線L1に出力する。また、スイッチング回路12は、ブリッジ形状で接続された4個のMOSTFETであるスイッチング素子Q5〜Q8と、各スイッチング素子Q5〜Q8に並列にそれぞれ接続された逆阻止用ダイオードD5〜D8とを備える。スイッチング素子Q5〜Q8は制御部10からの各制御信号によりオンオフ制御され、入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力平滑部5、電圧検出器16及びスイッチSW3,SW4を介してDCACインバータ装置101に出力する。   The switching unit 4 includes switching circuits 11 and 12, an insulating transformer 13, and an inductor 14 having an inductance Ls. Here, the switching circuit 11 includes switching elements Q1 to Q4 which are four MOSTFETs connected in a bridge shape, and reverse blocking diodes D1 to D4 respectively connected in parallel to the switching elements Q1 to Q4. . The switching elements Q1 to Q4 are ON / OFF controlled by each control signal from the control unit 10, convert the input DC voltage into an AC voltage, and pass through the current detector 17 and the inductor 14, the primary winding of the insulating transformer 13 Output to L1. The switching circuit 12 includes switching elements Q5 to Q8, which are four MOSTFETs connected in a bridge shape, and reverse blocking diodes D5 to D8 respectively connected in parallel to the switching elements Q5 to Q8. The switching elements Q5 to Q8 are ON / OFF controlled by each control signal from the control unit 10, convert the input DC voltage into an AC voltage, and output the DCAC inverter through the output smoothing unit 5, the voltage detector 16 and the switches SW3 and SW4. Output to the device 101.

なお、電流検出器17は流れる電流値を検出して制御部10に出力する。電源部20は電力変換装置100の非動作時において出力平滑部5に蓄積された電荷を放電するとともに、出力平滑部5の出力電圧Voutに基づいて、制御部10において必要な電源電圧を生成して制御部10に出力する。   The current detector 17 detects the value of the flowing current and outputs it to the control unit 10. The power supply unit 20 discharges the electric charge accumulated in the output smoothing unit 5 when the power conversion device 100 is not operating, and generates a necessary power supply voltage in the control unit 10 based on the output voltage Vout of the output smoothing unit 5. To the control unit 10.

以上のように構成された電力変換装置100においては、その動作運転時において、スイッチSW1〜SW4をオンし、蓄電池1からの直流電圧をDCAC変換した後、ACDC変換してDCACインバータ装置101に出力する。一方、コンデンサ放電処理時において、スイッチSW1〜SW4をオフし、入力平滑部3の電解コンデンサC1の電荷が放電されるまでスイッチング部4を制御して、電解コンデンサC1とインダクタLsとの間で循環電流Icirを循環させるようにスイッチングすることで、電力変換装置100の回路パターン及びスイッチング損失、絶縁用トランス13の銅損を利用して電荷を消費するようにしたことを特徴としている。   In the power conversion device 100 configured as described above, during the operation operation, the switches SW1 to SW4 are turned on, the DC voltage from the storage battery 1 is DCAC converted, and then ACDC converted and output to the DCAC inverter device 101. To do. On the other hand, during the capacitor discharging process, the switches SW1 to SW4 are turned off, and the switching unit 4 is controlled until the electric charge of the electrolytic capacitor C1 of the input smoothing unit 3 is discharged, and circulated between the electrolytic capacitor C1 and the inductor Ls. By switching so that the current Icir circulates, the circuit pattern and switching loss of the power conversion device 100 and the copper loss of the insulating transformer 13 are used to consume charges.

図3Aは図2の電力変換装置100を昇圧スイッチングさせるときの各スイッチング素子Q1〜Q8の制御信号を示すタイミングチャートである。図3Aに示すように、昇圧スイッチングにおいて、スイッチング素子Q1,Q4の各制御信号と、スイッチング素子Q2,Q3の各制御信号とは互いに反転するように制御され、スイッチング素子Q1,Q4の各制御信号の立ち上がりエッジから所定の位相差(以下、「昇圧スイッチングの位相差」という)D1だけ遅延された時刻でスイッチング素子Q7の制御信号が立ち下がる一方、スイッチング素子Q8の制御信号が立ち上がる。   FIG. 3A is a timing chart showing control signals of the switching elements Q1 to Q8 when the power conversion device 100 of FIG. As shown in FIG. 3A, in step-up switching, control signals for switching elements Q1 and Q4 and control signals for switching elements Q2 and Q3 are controlled so as to be inverted from each other, and control signals for switching elements Q1 and Q4 are controlled. The control signal for the switching element Q7 falls while the control signal for the switching element Q8 rises at a time delayed by a predetermined phase difference (hereinafter referred to as “step-up switching phase difference”) D1 from the rising edge of the switching element Q8.

図3Bは図2の電力変換装置100を降圧スイッチングさせるときの各スイッチング素子Q1〜Q8の制御信号を示すタイミングチャートである。図3Bに示すように、降圧スイッチングにおいて、スイッチング素子Q1の制御信号と、スイッチング素子Q3の制御信号とは互いに反転するように制御され、スイッチング素子Q2の制御信号と、スイッチング素子Q4の制御信号とは互いに反転するように制御され、ここで、スイッチング素子Q1の制御信号の立ち上りエッジ(もしくは、スイッチング素子Q3の制御信号の立ち下りエッジ)から所定の位相差(以下、「降圧スイッチングの位相差」という)D2だけ遅延された時刻でスイッチング素子Q2の制御信号が立ち下る(もしくは、スイッチング素子Q4の制御信号が立ち上る)。   FIG. 3B is a timing chart showing control signals of the switching elements Q1 to Q8 when the power conversion device 100 of FIG. 2 is step-down switched. As shown in FIG. 3B, in step-down switching, the control signal for switching element Q1 and the control signal for switching element Q3 are controlled to be inverted from each other, and the control signal for switching element Q2, the control signal for switching element Q4, Are controlled so as to be inverted from each other. Here, a predetermined phase difference (hereinafter referred to as “step-down switching phase difference”) from the rising edge of the control signal of the switching element Q1 (or the falling edge of the control signal of the switching element Q3). The control signal for switching element Q2 falls (or the control signal for switching element Q4 rises) at a time delayed by D2.

図4は図2の電力変換装置100の通常動作停止後に実行されるコンデンサ放電制御処理時の各スイッチング素子Q1〜Q8の制御信号及びインダクタ電流ILを示すタイミングチャートであり、図5は図4の期間T1〜T4における循環電流Icirを示す回路図である。   4 is a timing chart showing control signals and inductor currents IL of the switching elements Q1 to Q8 during the capacitor discharge control process executed after the normal operation of the power conversion device 100 of FIG. 2 is stopped. FIG. It is a circuit diagram which shows circulating current Icir in the period T1-T4.

図4から明らかなように、スイッチング素子Q1,Q4の各制御信号を、スイッチング素子Q2,Q3の各制御信号の反転信号とし、スイッチング素子Q5,Q6を常時オフとし、スイッチング素子Q7、Q8を常時オンとすることで、絶縁用トランス13には短絡電流が流れる。ここで、スイッチング素子Q1,Q4と、スイッチング素子Q2,Q3とを互いに反転関係で切り替えることで短絡電流の正負を制御する。このときのスイッチング周波数fsはスイッチング素子Q1〜Q8のターンオフ損(図4の201)を考慮して選択することが好ましい。例えば、スイッチング素子Q1〜Q8がSiC又はGaNの半導体を用いて形成されているときは、100kHz程度の高周波をスイッチング周波数fsに設定する。   As is apparent from FIG. 4, the control signals of the switching elements Q1 and Q4 are inverted signals of the control signals of the switching elements Q2 and Q3, the switching elements Q5 and Q6 are always off, and the switching elements Q7 and Q8 are always on. By turning on, a short-circuit current flows through the insulating transformer 13. Here, the switching elements Q1 and Q4 and the switching elements Q2 and Q3 are switched in an inversion relationship with each other, thereby controlling the polarity of the short-circuit current. The switching frequency fs at this time is preferably selected in consideration of the turn-off loss (201 in FIG. 4) of the switching elements Q1 to Q8. For example, when the switching elements Q1 to Q8 are formed using a SiC or GaN semiconductor, a high frequency of about 100 kHz is set as the switching frequency fs.

本実施形態では、このときに発生する図5の循環電流Icirを用いて、スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4のターンオフ損失で電解コンデンサC1の電荷を消費させる。   In the present embodiment, the electric charge of the electrolytic capacitor C1 is consumed by the turn-off loss of the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 using the circulating current Icir generated in FIG. 5 at this time.

例えば期間T1では、スイッチング素子Q1,Q4,Q7,Q8がオンされるので、絶縁用トランス13の1次側の循環電流Icirは、スイッチング素子Q1、インダクタ14、絶縁用トランス13の1次巻線L1及びスイッチング素子Q4を介して流れる。一方、絶縁用トランス13の2次巻線L2では、当該2次巻線L2からスイッチング素子Q8,Q7に流れる。   For example, in the period T1, the switching elements Q1, Q4, Q7, and Q8 are turned on. Therefore, the circulating current Icir on the primary side of the insulating transformer 13 is the primary winding of the switching element Q1, the inductor 14, and the insulating transformer 13. It flows through L1 and switching element Q4. On the other hand, the secondary winding L2 of the insulating transformer 13 flows from the secondary winding L2 to the switching elements Q8 and Q7.

また、期間T2では、スイッチング素子Q2,Q3,Q7,Q8がオンされるので、絶縁用トランス13の1次側の循環電流Icirは、スイッチング素子Q2、絶縁用トランス13の1次巻線L1、インダクタ14及びスイッチング素子Q3を介して流れる。一方、絶縁用トランス13の2次巻線L2では、当該2次巻線L2からスイッチング素子Q8,Q7に流れる。   Further, since the switching elements Q2, Q3, Q7, and Q8 are turned on in the period T2, the circulating current Icir on the primary side of the insulating transformer 13 is the switching element Q2, the primary winding L1 of the insulating transformer 13, It flows through the inductor 14 and the switching element Q3. On the other hand, the secondary winding L2 of the insulating transformer 13 flows from the secondary winding L2 to the switching elements Q8 and Q7.

さらに、期間T3では、スイッチング素子Q2,Q3,Q7,Q8がオンされるので、絶縁用トランス13の1次側の循環電流Icirは、スイッチング素子Q2、インダクタ14、絶縁用トランス13の1次巻線L1及びスイッチング素子Q3を介して流れる。一方、絶縁用トランス13の2次巻線L2では、当該2次巻線L2からスイッチング素子Q8,Q7に流れる。   Further, since the switching elements Q2, Q3, Q7, and Q8 are turned on during the period T3, the circulating current Icir on the primary side of the insulating transformer 13 is the primary winding of the switching element Q2, the inductor 14, and the insulating transformer 13. It flows through line L1 and switching element Q3. On the other hand, the secondary winding L2 of the insulating transformer 13 flows from the secondary winding L2 to the switching elements Q8 and Q7.

またさらに、期間T4では、スイッチング素子Q1,Q4,Q7,Q8がオンされるので、絶縁用トランス13の1次側の循環電流Icirは、スイッチング素子Q1、インダクタ14、絶縁用トランス13の1次巻線L1及びスイッチング素子Q4を介して流れる。一方、絶縁用トランス13の2次巻線L2では、当該2次巻線L2からスイッチング素子Q8,Q7に流れる。   Further, in the period T4, the switching elements Q1, Q4, Q7, and Q8 are turned on, so that the circulating current Icir on the primary side of the insulating transformer 13 is the primary of the switching element Q1, the inductor 14, and the insulating transformer 13. It flows through winding L1 and switching element Q4. On the other hand, the secondary winding L2 of the insulating transformer 13 flows from the secondary winding L2 to the switching elements Q8 and Q7.

なお、本実施形態では、常時オンのスイッチング素子をQ7、Q8としているが、同様の短絡状態が得られるスイッチング素子Q5、Q6を常時オンのスイッチング素子としてもよい。   In the present embodiment, the always-on switching elements are Q7 and Q8. However, the switching elements Q5 and Q6 capable of obtaining a similar short-circuit state may be always-on switching elements.

しかしながら、例えばスイッチング損、又は回路パターン損が比較的小さい場合、もしくは平滑用電解コンデンサC1の容量が比較的大きい場合、平滑用電解コンデンサC1の放電に伴って循環電流Icirが減少し、所望の時間内に放電しきれないという課題が生じる。   However, for example, when the switching loss or the circuit pattern loss is relatively small, or when the capacity of the smoothing electrolytic capacitor C1 is relatively large, the circulating current Icir decreases with the discharge of the smoothing electrolytic capacitor C1, and the desired time is reached. There arises a problem that it cannot be fully discharged.

図6は実施形態に係る電力変換装置100のコンデンサ放電制御処理における課題を示す図であって、コンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。図6から明らかなように、電解コンデンサC1の電荷の放電に伴って徐々に循環電流Icirが減少してゆき、当該電力変換装置100の放電能力が低下してゆくことが理解できる。この課題を解決するために以下の変形例を提案する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a problem in the capacitor discharge control process of the power conversion device 100 according to the embodiment, and is a timing chart illustrating simulation results of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir. As can be seen from FIG. 6, it can be understood that the circulating current Icir gradually decreases as the electric charge of the electrolytic capacitor C1 is discharged, and the discharge capability of the power converter 100 decreases. In order to solve this problem, the following modification is proposed.

図7Aは変形例1に係る、時間経過に伴って電流実効値を保持するようにスイッチングパターンを変更する方法であって、1次側アームのオン比率を変更させる方法を示す、搬送波電圧Vcarrierと基準電圧Vrefのタイミングチャートであり、図7Bは図7Aの方法での各スイッチング素子Q1〜Q4の制御信号を示すタイミングチャートである。また、図8Aは変形例2に係る、時間経過に伴って電流実効値を保持するようにスイッチングパターンを変更する方法であって、スイッチング周波数fsを徐々に低下させる方法を示すタイミングチャートであり、図8Bは図8Aの方法での各スイッチング素子Q1〜Q4の制御信号を示すタイミングチャートである。   FIG. 7A is a method of changing a switching pattern so as to maintain a current effective value as time elapses, according to the first modification, and shows a method of changing the ON ratio of the primary side arm. 7B is a timing chart showing the reference voltage Vref. FIG. 7B is a timing chart showing control signals for the switching elements Q1 to Q4 in the method shown in FIG. 7A. FIG. 8A is a timing chart showing a method of changing the switching pattern so as to maintain the current effective value as time elapses, and a method of gradually decreasing the switching frequency fs, according to the modification 2. FIG. 8B is a timing chart showing control signals of the switching elements Q1 to Q4 in the method of FIG. 8A.

そこで、前記の課題を解決するために、時間経過に伴って電流実効値を保持するように各スイッチング素子Q1〜Q4の制御信号のゲートスイッチングパターンを以下のように変更する。
(変形例1)図7A及び図7Bに示すように、スイッチング周波数fsを保持し、1次側アームのスイッチング素子Q1〜Q4の各制御信号のデューティ比を、時間経過に伴って、スイッチング素子Q1,Q4の各制御信号がスイッチング素子Q2,Q3の各制御信号に比較して大きくなるように変更する。すなわち、循環電流Icirを正又は負のいずれかに偏らせて流すことにより循環電流Icirを保持し、すなわち、スイッチング素子Q1,Q4の片側に循環電流Icirを偏らせて流すことで、電流実効値を大きくすることができ、鉄損も利用して放電できる。なお、スイッチング素子Q1,Q4の各制御信号のデューティ比と、スイッチング素子Q2,Q3の各制御信号のデューティ比とを交換してもよい。
(変形例2)図8A及び図8Bに示すように、時間経過に伴って、スイッチング周波数fsを低くするように変更する。すなわち、スイッチング周波数fsをダウンチャープして徐々に下げる。
Therefore, in order to solve the above-described problem, the gate switching pattern of the control signal of each of the switching elements Q1 to Q4 is changed as follows so that the current effective value is maintained with time.
(Modification 1) As shown in FIGS. 7A and 7B, the switching frequency fs is maintained, and the duty ratio of each control signal of the switching elements Q1 to Q4 of the primary side arm is changed over time with the switching element Q1. , Q4 are changed so as to be larger than the control signals of the switching elements Q2, Q3. That is, the circulating current Icir is biased to flow either positively or negatively, thereby holding the circulating current Icir, that is, by flowing the circulating current Icir biased to one side of the switching elements Q1, Q4, Can be increased, and the iron loss can also be used for discharging. It should be noted that the duty ratio of each control signal of switching elements Q1 and Q4 may be exchanged with the duty ratio of each control signal of switching elements Q2 and Q3.
(Modification 2) As shown in FIGS. 8A and 8B, the switching frequency fs is changed to be lowered as time elapses. That is, the switching frequency fs is down-chirped and gradually lowered.

図9は図8Aの方法でのスイッチング周波数fsの種々の変化方法を示すグラフである。スイッチング周波数fsを徐々に低下させる方法としては、図9に示すように、搬送波波形に用いるダウンチャープ波としてコサインチャープ301、線形ダウンチャープ302、途中から線形チャープ303などが好適である。ここで、スイッチング素子Q1〜Q4の素子ストレスの観点から、放電初期では一定周波数でスイッチングし、途中よりダウンチャープしてもよい。ダウンチャープ波に切り替えるタイミングは、入力平滑部3の電解コンデンサC1の電圧を監視して設定してもよい。   FIG. 9 is a graph showing various methods of changing the switching frequency fs in the method of FIG. 8A. As a method of gradually decreasing the switching frequency fs, as shown in FIG. 9, a cosine chirp 301, a linear down chirp 302, a linear chirp 303 from the middle, etc. are suitable as the down chirp wave used for the carrier waveform. Here, from the viewpoint of the element stress of the switching elements Q1 to Q4, switching may be performed at a constant frequency in the initial stage of discharge and down-chirped halfway. The timing for switching to the down chirp wave may be set by monitoring the voltage of the electrolytic capacitor C1 of the input smoothing unit 3.

図10Aはスイッチング周波数fsを100kHzに固定したときの従来例の電力変換装置におけるコンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。また、図10Bは実施形態1及びその変形例に係る電力変換装置100においてスイッチング周波数fsを、時刻0.5sから線形ダウンチャープで変化させたときの、コンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。図10A及び図10Bの比較から、スイッチング周波数fsを、時刻0.5sから線形ダウンチャープで変化させることで、循環電流Icirを維持し、所望の時間内に電解コンデンサC1の電荷を放電できていることがわかる。   FIG. 10A is a timing chart showing simulation results of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir in the conventional power converter when the switching frequency fs is fixed to 100 kHz. FIG. 10B shows the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir when the switching frequency fs is changed by linear down chirp from time 0.5s in the power conversion device 100 according to the first embodiment and its modification. It is a timing chart which shows the simulation result of. From the comparison between FIG. 10A and FIG. 10B, the switching frequency fs is changed by linear down chirp from time 0.5s, so that the circulating current Icir can be maintained and the charge of the electrolytic capacitor C1 can be discharged within a desired time. I understand that.

図10Cは実施形態1及びその変形例に係る電力変換装置100においてスイッチング周波数fsを、時刻0sからコサインダウンチャープで変化させたときの、コンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。また、図10Dは実施形態1及び変形例に係る電力変換装置100においてスイッチング周波数fsを、時刻0sから線形ダウンチャープで変化させたときの、コンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。図10C及び図10Dに比較から、スイッチング周波数fsを徐々に低減することで、循環電流Icirを保持し、所望の時間内に電解コンデンサC1の電荷を放電できていることがわかる。   FIG. 10C shows simulation results of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir when the switching frequency fs is changed by cosine down chirp from time 0s in the power conversion device 100 according to the first embodiment and its modification. It is a timing chart which shows. FIG. 10D shows the simulation result of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir when the switching frequency fs is changed by linear down chirp from time 0s in the power conversion device 100 according to the first embodiment and the modification. It is a timing chart which shows. From the comparison between FIG. 10C and FIG. 10D, it can be seen that by gradually reducing the switching frequency fs, the circulating current Icir can be maintained and the electric charge of the electrolytic capacitor C1 can be discharged within a desired time.

図11Aは実施形態1及び変形例に係る電力変換装置100における、入力電圧Vinが10Vまで放電したときの放電時間のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図11Bは実施形態1及び変形例に係る電力変換装置100における、入力電圧Vinが1Vまで放電したときの放電時間のシミュレーション結果を示すグラフである。さらに、図12は実施形態1及び変形例に係る電力変換装置100における、電解コンデンサC1に流れる最大電流値IC1maxのシミュレーション結果を示すグラフである。   FIG. 11A is a graph showing a simulation result of discharge time when the input voltage Vin is discharged to 10 V in the power conversion device 100 according to the first embodiment and the modification. FIG. 11B is a graph showing a simulation result of the discharge time when the input voltage Vin is discharged to 1 V in the power conversion device 100 according to the first embodiment and the modification. Further, FIG. 12 is a graph showing a simulation result of the maximum current value IC1max flowing through the electrolytic capacitor C1 in the power conversion device 100 according to the first embodiment and the modification.

図11A,図11B及び図12のシミュレーション結果から明らかなように、「途中から線形ダウンチャープ」の方法が放電時間を満たしつつ、最も素子ストレスを与えずに放電が可能であること(ベストモード)がわかった。   As is apparent from the simulation results of FIGS. 11A, 11B, and 12, the “linear down chirp from the middle” method satisfies the discharge time and can discharge without applying the most element stress (best mode). I understood.

以上説明したように、本実施形態によれば、コンデンサ放電処理時において、スイッチSW1〜SW4をオフし、入力平滑部3の電解コンデンサC1の電荷が放電されるまでスイッチング部4を制御して、電解コンデンサC1と絶縁用トランス13の1次側との間で循環電流Icirを循環させ、それに伴い誘起される2次側の循環電流が生じるようにスイッチング部4を制御する。これにより、当該電荷を、
(1)絶縁用トランス13の1次巻線L1の銅損及び、各スイッチング素子Q1〜Q4のターンオフ損、導通損、
(2)入力平滑部3の電解コンデンサC1の等価直列抵抗(ESR)、回路パターン損、
(3)絶縁用トランス13の2次巻線L2の銅損及び常時オンのスイッチング素子、
で消費するように構成できる。
すなわち、電力変換装置100の回路パターン及びスイッチング損失、絶縁用トランス13の銅損を利用して電荷を消費するようにした。これにより、追加回路の必要なしにスイッチングパターンの変更のみで電解コンデンサC1の電荷を放電できる。CHAdeMO規格対応(コンデンサの残留電荷を規定時間内に放電)するための技術手段として適用できる。
As described above, according to the present embodiment, during the capacitor discharge process, the switches SW1 to SW4 are turned off, and the switching unit 4 is controlled until the electric charge of the electrolytic capacitor C1 of the input smoothing unit 3 is discharged. The circulating current Icir is circulated between the electrolytic capacitor C1 and the primary side of the insulating transformer 13, and the switching unit 4 is controlled so that the secondary circulating current induced thereby is generated. As a result, the charge is
(1) Copper loss of the primary winding L1 of the insulation transformer 13 and turn-off loss, conduction loss of the switching elements Q1 to Q4,
(2) Equivalent series resistance (ESR) of electrolytic capacitor C1 of input smoothing unit 3, circuit pattern loss,
(3) Copper loss of the secondary winding L2 of the insulating transformer 13 and a normally-on switching element,
Can be configured to consume.
That is, the electric charge is consumed by utilizing the circuit pattern and switching loss of the power conversion device 100 and the copper loss of the insulating transformer 13. Thereby, the electric charge of the electrolytic capacitor C1 can be discharged only by changing the switching pattern without the need for an additional circuit. It can be applied as a technical means for complying with the CHAdeMO standard (discharge the residual charge of the capacitor within a specified time).

以上の実施形態1において、制御部10は、電力変換装置100の運転停止後に、前記循環電流が所定の最大値となったときに、前記循環電流を線形ダウンチャープの波形で低減させているが、本発明はこれに限らず、前記循環電流を所定の波形で低減させてもよい。   In Embodiment 1 described above, the control unit 10 reduces the circulating current with a linear down-chirp waveform when the circulating current reaches a predetermined maximum value after the operation of the power conversion apparatus 100 is stopped. The present invention is not limited to this, and the circulating current may be reduced with a predetermined waveform.

(実施形態2)
図13は実施形態2に係る電力変換装置100により実行されるコンデンサ放電制御処理時の各スイッチング素子Q1〜Q8の制御信号及びインダクタ電流ILを示すタイミングチャートである。また、図14は図13のコンデンサ放電制御処理の期間T1〜T6における循環電流Icirを示す回路図である。
(Embodiment 2)
FIG. 13 is a timing chart showing control signals and inductor currents IL of the switching elements Q1 to Q8 during the capacitor discharge control process executed by the power conversion device 100 according to the second embodiment. FIG. 14 is a circuit diagram showing the circulating current Icir during the period T1 to T6 of the capacitor discharge control process of FIG.

実施形態1のように、スイッチング素子Q1〜Q8のターンオフ特性に合った周波数で動作させると、例えばIGBT又はMOSFETでは比較的低周波動作(最大50kHz程度)となってしまう。一方、低周波動作させると、オン時間が長くなることにより、スイッチング素子Q1〜Q8及び絶縁用トランス13に流れる短絡電流が増大し、スイッチング素子Q1〜Q8を構成する半導体デバイス及び絶縁用トランス13が破損するという課題がある。   When operating at a frequency that matches the turn-off characteristics of the switching elements Q1 to Q8 as in the first embodiment, for example, IGBTs or MOSFETs operate at a relatively low frequency (up to about 50 kHz). On the other hand, when the low frequency operation is performed, the on-time is increased, so that the short circuit current flowing through the switching elements Q1 to Q8 and the insulating transformer 13 increases, and the semiconductor device and the insulating transformer 13 constituting the switching elements Q1 to Q8 There is a problem of damage.

そこで、図13のデッドタイムを実施形態1に比較して大きくすることで、インダクタ14に流れるインダクタ電流ILの最大値を監視する等の処置で、スイッチング素子Q1,Q4及びスイッチング素子Q2,Q3のオン時間を実施形態1に比較して減少させ、インダクタ電流ILの最大値を制御部10が制御するようにしてもよい。この方法により低周波動作でも、スイッチング素子Q1〜Q8の半導体デバイス及び絶縁用トランス13を保護しながら、電解コンデンサC1の電荷をソフトに放電することができる。なお、図9に示すチャープ波を用いた方法と併用してもよい。   Therefore, by increasing the dead time of FIG. 13 as compared with the first embodiment, the switching elements Q1 and Q4 and the switching elements Q2 and Q3 are monitored by measures such as monitoring the maximum value of the inductor current IL flowing through the inductor 14. The control unit 10 may control the maximum value of the inductor current IL by reducing the on-time compared to the first embodiment. By this method, the electric charge of the electrolytic capacitor C1 can be softly discharged while protecting the semiconductor devices of the switching elements Q1 to Q8 and the insulating transformer 13 even at low frequency operation. In addition, you may use together with the method using the chirp wave shown in FIG.

図15は図13のコンデンサ放電制御処理時のコンデンサ放電制御処理時のコンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。また、図16は図15の時刻0s付近の拡大図である。   FIG. 15 is a timing chart showing simulation results of the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulating current Icir during the capacitor discharge control process in the capacitor discharge control process of FIG. FIG. 16 is an enlarged view around the time 0s in FIG.

スイッチング周波数fsを100kHzからそれよりも低い50kHzに低下させたとき、低周波動作の場合、放電初期において、図15及び図16に示すように、大電流が生じて回路内のスイッチング素子Q1〜Q8等を破壊する恐れがある。   When the switching frequency fs is lowered from 100 kHz to 50 kHz, which is lower than that, in the case of low frequency operation, as shown in FIGS. 15 and 16, a large current is generated in the initial stage of discharge, and switching elements Q1 to Q8 in the circuit are generated. There is a risk of destroying etc.

図17は実施形態2に係る電力変換装置100において、循環電流Icirを最大値クリッピングし、時刻0.5sから線形ダウンチャープでスイッチング周波数fsを変化させたときのコンデンサ電流IC1、入力電圧Vin及び循環電流Icirを示すタイミングチャートである。また、図18は図17の時刻0s付近の拡大図である。   FIG. 17 illustrates the power converter 100 according to the second embodiment, in which the circulating current Icir is clipped to the maximum value, and the capacitor current IC1, the input voltage Vin, and the circulation when the switching frequency fs is changed by linear down chirp from time 0.5s. It is a timing chart which shows electric current Icir. FIG. 18 is an enlarged view of the vicinity of time 0s in FIG.

そこで、図17及び図18に示すように、インダクタ電流ILの最大値を監視して当該最大値になったときに図8の線形ダウンチャープを併用して循環電流Icirを低下させ、もしくはスイッチング素子Q1〜Q4のオフ期間(デッドタイム)を従来例に比較して長くするようにデッドタイムを調整することで、時間内の放電と回路内スイッチング素子Q1〜Q8の保護が両立できる。   Therefore, as shown in FIGS. 17 and 18, the maximum value of the inductor current IL is monitored, and when the maximum value is reached, the circulating current Icir is lowered by using the linear down chirp of FIG. By adjusting the dead time so that the off period (dead time) of Q1 to Q4 is longer than that of the conventional example, both discharge in time and protection of the in-circuit switching elements Q1 to Q8 can be achieved.

以上説明したように、実施形態2によれば、実施形態1の作用効果を有するとともに、時間内の放電と回路内スイッチング素子Q1〜Q8の保護とを両立できる。   As described above, according to the second embodiment, the effects of the first embodiment can be obtained, and both the discharge in time and the protection of the in-circuit switching elements Q1 to Q8 can be achieved.

以上詳述したように、本発明に係る電力変換装置100によれば、コンデンサ放電処理時において、スイッチSW1〜SW4をオフし、入力平滑部3の電解コンデンサC1の電荷が放電されるまでスイッチング部4を制御して、電解コンデンサC1とインダクタLsとの間で循環電流Icirを循環させるようにスイッチングすることで、電力変換装置100の回路パターン及びスイッチング損失、絶縁用トランス13の銅損を利用して電荷を消費するようにした。これにより、追加回路の必要なしにスイッチングパターンの変更のみで電解コンデンサC1の電荷を放電できる。本発明は、ハイブリッド自動車又は電気自動車等の電動車両に限らず、例えば、蓄電池1が太陽光電池である場合の電力供給システムにも適用できる。   As described above in detail, according to the power conversion device 100 of the present invention, during the capacitor discharge process, the switches SW1 to SW4 are turned off, and the switching unit until the electric charge of the electrolytic capacitor C1 of the input smoothing unit 3 is discharged. 4 is controlled so as to circulate the circulating current Icir between the electrolytic capacitor C1 and the inductor Ls, thereby utilizing the circuit pattern and switching loss of the power converter 100 and the copper loss of the insulating transformer 13. The electric charge was consumed. Thereby, the electric charge of the electrolytic capacitor C1 can be discharged only by changing the switching pattern without the need for an additional circuit. The present invention is not limited to an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, and can be applied to, for example, a power supply system when the storage battery 1 is a solar cell.

1 蓄電池
2 負荷
3 入力平滑部
4 スイッチング部
5 出力平滑部
10 制御部
11,12 スイッチング回路
13 絶縁用トランス
14 インダクタ
15,16 電圧検出器
17 電流検出器
20 電源部
100 電力変換装置
101 DCACインバータ装置
D1〜D8 逆阻止用ダイオード
L1 1次巻線
L2 2次巻線
Ls インダクタ
Q1〜Q8 スイッチング素子
SW1〜SW4 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Storage battery 2 Load 3 Input smoothing part 4 Switching part 5 Output smoothing part 10 Control parts 11 and 12 Switching circuit 13 Insulation transformer 14 Inductor 15 and 16 Voltage detector 17 Current detector 20 Power supply part 100 Power converter 101 DCAC inverter apparatus D1 to D8 Reverse blocking diode L1 Primary winding L2 Secondary winding Ls Inductors Q1 to Q8 Switching elements SW1 to SW4 Switch

Claims (8)

入力電圧を平滑化する第1のコンデンサを含む入力平滑部と、
インダクタ及び絶縁用トランスを含み、前記平滑化された電圧をスイッチングして所定の出力電圧に電力変換するスイッチング部と、
前記電力変換された出力電圧を平滑化する第2のコンデンサを含む出力平滑部と、
前記スイッチング部を運転中および運転停止後に制御する制御部とを備えた電力変換装置であって、
前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記第1のコンデンサの電荷を、前記スイッチング部のインダクタ及び絶縁用トランスを介して循環させて循環電流を流すように前記スイッチング部を制御することを特徴とする電力変換装置。
An input smoothing unit including a first capacitor for smoothing the input voltage;
A switching unit including an inductor and an insulation transformer, and switching the smoothed voltage to convert the power to a predetermined output voltage;
An output smoothing unit including a second capacitor for smoothing the power-converted output voltage;
A power conversion device including a control unit that controls the switching unit during operation and after operation stop,
The controller controls the switching unit to circulate the electric charge of the first capacitor through the inductor and the insulating transformer of the switching unit to flow a circulating current after the operation of the power converter is stopped. The power converter characterized by the above-mentioned.
前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記スイッチング部の制御信号のデューティ比を変更しながら、前記第1のコンデンサの電荷を循環させることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   2. The power conversion according to claim 1, wherein the control unit circulates the charge of the first capacitor while changing a duty ratio of a control signal of the switching unit after the operation of the power conversion device is stopped. apparatus. 前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記スイッチング部の制御信号のスイッチング周波数を徐々に低下させながら、前記第1のコンデンサの電荷を循環させることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The said control part circulates the electric charge of a said 1st capacitor | condenser, reducing the switching frequency of the control signal of the said switching part gradually after the operation stop of the said power converter device. Power conversion device. 前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記スイッチング部の制御信号のスイッチング周波数を、
(1)コサインの波形、
(2)ダウンチャープの波形、もしくは
(3)所定の途中時刻からダウンチャープの波形で
徐々に低下させることを特徴とする請求項3記載の電力変換装置。
The control unit, after stopping the operation of the power converter, the switching frequency of the control signal of the switching unit,
(1) Cosine waveform,
4. The power converter according to claim 3, wherein the power converter is gradually lowered with a waveform of down chirp or (3) a waveform of down chirp from a predetermined halfway time.
前記スイッチング部は、
1次側の複数のスイッチング素子と、前記インダクタと、前記絶縁用トランスの1次巻線とを含む1次側部分と、
2次側の複数のスイッチング素子と、前記絶縁用トランスの2次巻線とを含む2次側部分とを含み、
前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記循環電流が所定の最大値となったときに、前記循環電流を低減し、もしくは前記1次側の複数のスイッチング素子が動作しないデッドタイムを大きくするように前記スイッチング部を制御することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The switching unit is
A primary side portion including a plurality of primary side switching elements, the inductor, and a primary winding of the insulating transformer;
A secondary side portion including a plurality of secondary side switching elements and a secondary winding of the insulating transformer;
The control unit reduces the circulating current when the circulating current reaches a predetermined maximum value after the operation of the power converter is stopped, or the dead time during which the plurality of switching elements on the primary side do not operate The power converter according to claim 1, wherein the switching unit is controlled to increase the value.
前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記循環電流が所定の最大値となったときに、前記循環電流を所定の波形で低減させることを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。   6. The power conversion according to claim 5, wherein the controller reduces the circulating current with a predetermined waveform when the circulating current reaches a predetermined maximum value after the operation of the power converter is stopped. apparatus. 前記制御部は、前記電力変換装置の運転停止後に、前記循環電流が所定の最大値となったときに、前記循環電流を線形ダウンチャープの波形で低減させることを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。   The said control part reduces the said circulating current with the waveform of a linear down chirp, when the said circulating current becomes a predetermined maximum value after the operation stop of the said power converter device. Power conversion device. 請求項1〜7のうちのいずれか1つに記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置から出力される出力電圧を交流電圧に変換するインバータ装置とを備えたことを特徴とする電力変換システム。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 7,
A power conversion system comprising: an inverter device that converts an output voltage output from the power conversion device into an AC voltage.
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