JP2019161724A - Converter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の直流電源間に配設されて、これらの直流電源のうちの任意の直流電源間での電力のやり取りを可能とするコンバータ装置に関するものである。 The present invention relates to a converter device that is arranged between a plurality of DC power supplies and enables power to be exchanged between arbitrary DC power supplies among these DC power supplies.
この種のコンバータ装置として、下記の非特許文献1に開示されたコンバータ装置(DC−DCコンバータ)が知られている。このコンバータ装置は、直流電源の数と同数の巻線が形成された1つのトランスと、フルブリッジ接続された4つのスイッチング素子(FET)で構成されて各巻線に接続された直流電源の数と同数のスイッチング回路とを備えている。これにより、複数の直流電源のうちの任意の一対の直流電源は、デュアルアクティブブリッジ形式のコンバータを介して接続される構成となっている。また、この構成により、このコンバータ装置では、複数の直流電源のうちの任意の1つの直流電源から、他の直流電源のうちの任意の直流電源に電力を供給することが可能になっている。
As this type of converter device, a converter device (DC-DC converter) disclosed in Non-Patent
ところが、上記のコンバータ装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。具体的には、このコンバータ装置では、デュアルアクティブブリッジ形式のコンバータを有する構成であって、フルブリッジ接続された4つのスイッチング素子で構成される2つのスイッチ回路(フルブリッジ回路)間にインダクタ(上記のコンバータ装置ではトランスの漏れインダクタンスで代用されている)が配設される構成のため、このコンバータ装置には、直流電源から流入する電流および直流電流へ流出する電流に生じるリップル電流(入出力のリップル電流)が大きいという課題が存在している。また、このコンバータ装置では、各スイッチ回路(フルブリッジ回路)を構成するスイッチング素子が自身に流れる電流のピーク時にターンオフする構成のため、このコンバータ装置には、ターンオフ損失が大きいという課題も存在している。 However, the above converter device has the following problems to be solved. Specifically, in this converter device, a dual active bridge type converter is provided, and an inductor (above-mentioned) is provided between two switch circuits (full bridge circuits) constituted by four switching elements connected in a full bridge. In this converter device, a ripple current (input / output of the input / output) is generated in the current flowing from the DC power source and the current flowing into the DC current. There is a problem that the ripple current) is large. Further, in this converter device, since the switching elements constituting each switch circuit (full bridge circuit) are turned off at the peak of the current flowing through the converter device, there is a problem that the converter device has a large turn-off loss. Yes.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ターンオフ損失を小さく抑えつつ、入出力のリップル電流を低減し得るコンバータ装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to provide a converter device capable of reducing input / output ripple current while keeping turn-off loss small.
上記目的を達成すべく、本発明に係るコンバータ装置は、第1巻線および第2巻線が形成されたトランスと、一対の第1直流端子部と、一対の第1接続ラインを介して前記第1巻線に接続された一対の第1交流端子部と、一対の第2直流端子部と、一対の第2接続ラインを介して前記第2巻線に接続された一対の第2交流端子部と、前記一対の第1交流端子部のうちの一方の第1交流端子部で互いに接続された第1スイッチおよび第2スイッチで構成されて、一方の端部が第1電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの一方の第1直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第2電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの他方の第1直流端子部に接続された第1直列スイッチ部と、前記第1電力ラインおよび前記第2電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第1インダクタと、直列接続された第3スイッチおよび第1キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第1直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第1交流端子部のうちの他方の第1交流端子部に接続された第1直列回路部と、直列接続された第4スイッチおよび第2キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第1交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第1直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第2直列回路部と、前記一対の第2交流端子部のうちの一方の第2交流端子部で互いに接続された第5スイッチおよび第6スイッチで構成されて、一方の端部が第3電力ラインを介して前記一対の第2直流端子部のうちの一方の第2直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第4電力ラインを介して前記一対の第2直流端子部のうちの他方の第2直流端子部に接続された第2直列スイッチ部と、前記第3電力ラインおよび前記第4電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第2インダクタと、直列接続された第7スイッチおよび第3キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第2直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第2交流端子部のうちの他方の第2交流端子部に接続された第3直列回路部と、直列接続された第8スイッチおよび第4キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第2交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第2直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第4直列回路部と、前記一対の第1接続ラインおよび前記一対の第2接続ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたLC共振回路と、前記第1スイッチから前記第8スイッチに対するスイッチング制御を実行することにより、前記一対の第1直流端子部および前記一対の第2直流端子部間で相互に電力を供給させる制御部とを備えている。 In order to achieve the above object, a converter device according to the present invention includes a transformer in which a first winding and a second winding are formed, a pair of first DC terminal portions, and a pair of first connection lines. A pair of first AC terminals connected to the first winding, a pair of second DC terminals, and a pair of second AC terminals connected to the second winding via a pair of second connection lines And a first switch and a second switch connected to each other at one first AC terminal portion of the pair of first AC terminal portions, and one end portion of the first AC terminal portion via the first power line The other first end of the pair of first DC terminal portions is connected to one first DC terminal portion of the pair of first DC terminal portions, and the other end portion is connected to the first power source terminal via the second power line. A first series switch connected to a direct current terminal, the first power line and the second A first inductor inserted into and connected to at least one of the force lines, a third switch and a first capacitor connected in series, and one end of the first series switch unit being one end of the first series switch unit; And a first series circuit portion whose other end is connected to the other first AC terminal portion of the pair of first AC terminal portions, a fourth switch and a second capacitor connected in series A second series circuit portion having one end connected to the other first AC terminal portion and the other end connected to the other end portion of the first series switch portion; The fifth switch and the sixth switch are connected to each other at one second AC terminal portion of the pair of second AC terminal portions, and one end portion of the pair is connected via the third power line. One of the second DC terminal portions of A second series switch section connected to the second DC terminal section and having the other end connected to the other second DC terminal section of the pair of second DC terminal sections via a fourth power line; , A second inductor inserted and connected to at least one of the third power line and the fourth power line, a seventh switch and a third capacitor connected in series, one end of the second power line A third series circuit unit connected to the one end of the two series switch unit and having the other end connected to the other second AC terminal unit of the pair of second AC terminal units; Consists of an eighth switch and a fourth capacitor connected, one end is connected to the other second AC terminal and the other end is the other end of the second series switch unit A fourth series circuit connected to the front, The LC resonance circuit inserted and connected to at least one of the pair of first connection lines and the pair of second connection lines, and switching control from the first switch to the eighth switch, thereby executing the pair of pairs. And a control unit that supplies power to each other between the first DC terminal unit and the pair of second DC terminal units.
これにより、第1スイッチ〜第8スイッチのすべてのスイッチでのターンオフ損失を小さく抑えつつ、第1直流電源から第2直流電源への電力伝送と共に第2直流電源から第1直流電源への電力伝送を実行することができる。また、第1直流端子部側の第1インダクタと第2直流端子部側の第2インダクタとを備えたことにより、第1直流端子部および第2直流端子部を介して入出力する電流のリップル電流を低減することができる。 As a result, power transmission from the first DC power source to the second DC power source and power transmission from the second DC power source to the first DC power source are suppressed while minimizing turn-off loss in all of the first to eighth switches. Can be executed. In addition, since the first inductor on the first DC terminal portion side and the second inductor on the second DC terminal portion side are provided, the ripple of current input / output via the first DC terminal portion and the second DC terminal portion The current can be reduced.
また、本発明に係るコンバータ装置は、第1巻線、第2巻線および第3巻線が形成されたトランスと、一対の第1直流端子部と、一対の第1接続ラインを介して前記第1巻線に接続された一対の第1交流端子部と、一対の第2直流端子部と、一対の第2接続ラインを介して前記第2巻線に接続された一対の第2交流端子部と、一対の第3直流端子部と、一対の第3接続ラインを介して前記第3巻線に接続された一対の第3交流端子部と、前記一対の第1交流端子部のうちの一方の第1交流端子部で互いに接続された第1スイッチおよび第2スイッチで構成されて、一方の端部が第1電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの一方の第1直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第2電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの他方の第1直流端子部に接続された第1直列スイッチ部と、前記第1電力ラインおよび前記第2電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第1インダクタと、直列接続された第3スイッチおよび第1キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第1直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第1交流端子部のうちの他方の第1交流端子部に接続された第1直列回路部と、直列接続された第4スイッチおよび第2キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第1交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第1直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第2直列回路部と、前記一対の第2交流端子部のうちの一方の第2交流端子部で互いに接続された第5スイッチおよび第6スイッチで構成されて、一方の端部が第3電力ラインを介して前記一対の第2直流端子部のうちの一方の第2直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第4電力ラインを介して前記一対の第2直流端子部のうちの他方の第2直流端子部に接続された第2直列スイッチ部と、前記第3電力ラインおよび前記第4電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第2インダクタと、直列接続された第7スイッチおよび第3キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第2直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第2交流端子部のうちの他方の第2交流端子部に接続された第3直列回路部と、直列接続された第8スイッチおよび第4キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第2交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第2直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第4直列回路部と、前記一対の第3交流端子部のうちの一方の第3交流端子部で互いに接続された第9スイッチおよび第10スイッチで構成されて、一方の端部が第5電力ラインを介して前記一対の第3直流端子部のうちの一方の第3直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第6電力ラインを介して前記一対の第3直流端子部のうちの他方の第3直流端子部に接続された第3直列スイッチ部と、前記第5電力ラインおよび前記第6電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第3インダクタと、直列接続された第11スイッチおよび第5キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第3直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第3交流端子部のうちの他方の第3交流端子部に接続された第5直列回路部と、直列接続された第12スイッチおよび第6キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第3交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第3直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第6直列回路部と、前記一対の第1接続ライン、前記一対の第2接続ラインおよび前記一対の第3接続ラインのうちの少なくとも1つに挿入接続されたLC共振回路と、前記第1スイッチから前記第12スイッチに対するスイッチング制御を実行することにより、前記一対の第1直流端子部、前記一対の第2直流端子部および前記一対の第3直流端子部間で相互に電力を供給させる制御部とを備えている。 Further, the converter device according to the present invention includes the transformer formed with the first winding, the second winding, and the third winding, the pair of first DC terminal portions, and the pair of first connection lines. A pair of first AC terminals connected to the first winding, a pair of second DC terminals, and a pair of second AC terminals connected to the second winding via a pair of second connection lines A pair of third AC terminal portions connected to the third winding via a pair of third connection lines, and a pair of first AC terminal portions. A first switch and a second switch are connected to each other at one first AC terminal portion, and one end portion of one of the pair of first DC terminal portions is connected via a first power line. 1 DC terminal part, and the other end is connected to the pair of first DC terminal parts via the second power line A first series switch connected to the other first DC terminal, and a first inductor inserted and connected to at least one of the first power line and the second power line. The first switch is composed of a third switch and a first capacitor, one end of which is connected to the one end of the first series switch unit and the other end of the pair of first AC terminal units. It comprises a first series circuit portion connected to the other first AC terminal portion, a fourth switch and a second capacitor connected in series, and one end portion is connected to the other first AC terminal portion. And the second series circuit portion whose other end is connected to the other end of the first series switch portion and one second AC terminal portion of the pair of second AC terminal portions. Connected fifth switch and The switch is configured such that one end is connected to one second DC terminal portion of the pair of second DC terminal portions via a third power line, and the other end is a fourth power line. A second series switch connected to the other second DC terminal of the pair of second DC terminals via at least one of the third power line and the fourth power line A second inductor connected to the second switch; a seventh switch and a third capacitor connected in series; and one end connected to the one end of the second series switch and the other end Is composed of a third series circuit portion connected to the other second AC terminal portion of the pair of second AC terminal portions, an eighth switch and a fourth capacitor connected in series, and one end portion Is connected to the other second AC terminal. And a fourth series circuit portion whose other end is connected to the other end of the second series switch portion, and one third AC terminal portion of the pair of third AC terminal portions. It is composed of a ninth switch and a tenth switch connected to each other, and one end is connected to one third DC terminal part of the pair of third DC terminal parts via a fifth power line, And a third series switch part whose other end is connected to the other third DC terminal part of the pair of third DC terminal parts via a sixth power line, the fifth power line and the fifth power line A third inductor inserted and connected to at least one of the six power lines; an eleventh switch connected in series; and a fifth capacitor; one end of the third series switch unit Connected to the other end Is composed of a fifth series circuit portion connected to the other third AC terminal portion of the pair of third AC terminal portions, a twelfth switch and a sixth capacitor connected in series, and one end portion Is connected to the other third AC terminal portion and the other end portion is connected to the other end portion of the third series switch portion, the sixth series circuit portion, and the pair of first connection lines, The LC resonance circuit inserted and connected to at least one of the pair of second connection lines and the pair of third connection lines, and by performing switching control from the first switch to the twelfth switch, A pair of first DC terminal units, a pair of second DC terminal units, and a control unit that supplies power to each other between the pair of third DC terminal units.
これにより、第1スイッチ〜第12スイッチのすべてのスイッチでのターンオフ損失を小さく抑えつつ、第1直流電源から第2直流電源および第3直流電源への電力伝送、第2直流電源から第1直流電源および第3直流電源への電力伝送、並びに第3直流電源から第1直流電源および第2直流電源への電力伝送を実行することができる。また、第1直流端子部側の第1インダクタと第2直流端子部側の第2インダクタと第3直流端子部側の第3インダクタとを備えたことにより、第1直流端子部、第2直流端子部および第3直流端子部を介して入出力する電流のリップル電流を低減することができる。 As a result, power transmission from the first DC power source to the second DC power source and the third DC power source, and from the second DC power source to the first DC current, while suppressing turn-off loss in all the switches from the first switch to the twelfth switch, are reduced. Power transmission from the power source to the third DC power source and power transmission from the third DC power source to the first DC power source and the second DC power source can be performed. Further, the first DC terminal section, the second DC terminal section, the second DC terminal section side second inductor, and the third DC terminal section side third inductor are provided. The ripple current of the current input / output via the terminal part and the third DC terminal part can be reduced.
本発明によれば、各直流端子部に接続される直流電源のうちの任意の1つの直流電源から他の直流電源への電力伝送(電力の供給)を可能としつつ、各スイッチでのターンオフ損失を小さく抑えると共に各直流端子部を介して入出力する電流のリップル電流を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to transmit power (supply of power) from any one DC power source among DC power sources connected to each DC terminal unit to another DC power source, and to turn off loss at each switch. As well as the ripple current of the current that is input / output via each DC terminal.
以下、コンバータ装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of a converter device will be described with reference to the drawings.
まず、コンバータ装置の一例としてのコンバータ装置1Aの構成について図1を参照して説明する。このコンバータ装置1Aは、トランス2、一対の第1直流端子部3a,3b、一対の第1交流端子部4a,4b、一対の第2直流端子部5a,5b、一対の第2交流端子部6a,6b、第1直列スイッチ部7、第1インダクタ8、第1直列回路部9、第2直列回路部10、第2直列スイッチ部11、第2インダクタ12、第3直列回路部13、第4直列回路部14、LC共振回路15、および制御部16を備え、一対の第1直流端子部3a,3bおよび一対の第2直流端子部5a,5b間(例えば、一対の第1直流端子部3a,3bに接続された第1直流電源PS1および一対の第2直流端子部5a,5bに接続された第2直流電源PS2間)で相互に電力を供給可能に構成されている。
First, a configuration of a
詳細には、トランス2は、本例では一例として、共通の磁気コア(図示せず)に形成されて、互いに磁気的に結合する2つの巻線(第1巻線2aおよび第2巻線2b)を備えている。一対の第1交流端子部4a,4bは、一対の第1接続ラインL1a,L1bを介して第1巻線2aに接続されている。また、本例では、LC共振回路15が、この第1接続ラインL1a,L1bに挿入接続されている。具体的には、本例では、LC共振回路15は、第1接続ラインL1aに挿入接続された共振キャパシタ15aと、第1接続ラインL1bに挿入接続された共振インダクタ15bとを備えて構成されている。このため、本例では、第1交流端子部4aは、共振キャパシタ15aが挿入接続された第1接続ラインL1aを介して第1巻線2aの一端に接続され、また第1交流端子部4bは、共振インダクタ15bが挿入接続された第1接続ラインL1bを介して第1巻線2aの他端に接続されている。なお、共振キャパシタ15aおよび共振インダクタ15bについては、この構成に代えて、図示はしないが、共振キャパシタ15aを第1接続ラインL1bに挿入接続し、共振インダクタ15bを第1接続ラインL1aに挿入接続する構成とすることもできる。
In detail, the
一対の第2交流端子部6a,6bは、一対の第2接続ラインL2a,L2bを介して第2巻線2bに接続されている。なお、本例ではLC共振回路15は、上記したように第1接続ラインL1a,L1bに挿入接続されているが、この構成に限定されるものではなく、第1接続ラインL1a,L1bおよび第2接続ラインL2a,L2bのうちの少なくとも一方に挿入接続されていればよい。
The pair of second
第1直列スイッチ部7は、第1交流端子部4a,4bのうちの一方の第1交流端子部(本例では、第1交流端子部4a)で互いに接続された第1スイッチ7a(図中において「Q1」とも表記する)および第2スイッチ7b(図中において「Q2」とも表記する)の直列回路で構成されている。本例では一例として、第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bは共にnチャネル型のFET(電界効果型トランジスタ)で構成されて、第1スイッチ7aのソース端子と第2スイッチ7bのドレイン端子が第1交流端子部4aで接続されている。また、この直列回路の一方の端部(本例では第1スイッチ7aのドレイン端子)は、第1電力ラインLp1を介して一対の第1直流端子部3a,3bのうちの一方の第1直流端子部(本例では、第1直流端子部3a)に接続されている。また、この直列回路の他方の端部(本例では第1スイッチ7bのソース端子)は、第2電力ラインLp2を介して一対の第1直流端子部3a,3bのうちの他方の第1直流端子部(本例では、第1直流端子部3b)に接続されている。
The first
第1インダクタ8は、第1電力ラインLp1および第2電力ラインLp2のうちの少なくとも一方に挿入接続されている。本例では一例として、第1インダクタ8は、第1電力ラインLp1に挿入接続されているが、図示はしないが、第2電力ラインLp2に挿入接続される構成であってもよいし、第1電力ラインLp1および第2電力ラインLp2の双方に分けて挿入接続される構成であってもよい。
The
第1直列回路部9は、直列接続された第3スイッチ9a(図中において「Q3」とも表記する)および第1キャパシタ9bで構成されている。本例では一例として、第3スイッチ9aはnチャネル型のFETで構成されて、第3スイッチ9aのドレイン端子と第1キャパシタ9bの一方の端子とが接続されている。また、第1直列回路部9は、一方の端部(本例では第3スイッチ9aのソース端子)が第1直列スイッチ部7の一方の端部(本例では第1スイッチ7aのドレイン端子)に接続されると共に、他方の端部(本例では第1キャパシタ9bの他方の端子)が一対の第1交流端子部4a,4bのうちの他方の第1交流端子部(本例では、第1交流端子部4b)に接続されている。なお、第1直列回路部9は、この構成に代えて、第1直列スイッチ部7の一方の端部側に第1キャパシタ9bを配設し、かつ第1交流端子部4b側に第3スイッチ9aを同じ向きで配設した構成であってもよい。
The first
第2直列回路部10は、直列接続された第4スイッチ10a(図中において「Q4」とも表記する)および第2キャパシタ10bで構成されている。本例では一例として、第4スイッチ10aはnチャネル型のFETで構成されて、第4スイッチ10aのソース端子と第2キャパシタ10bの一方の端子とが接続されている。また、第2直列回路部10は、一方の端部(本例では第2キャパシタ10bの他方の端子)が他方の第1交流端子部(本例では、第1交流端子部4b)に接続されると共に、他方の端部(本例では第4スイッチ10aのドレイン端子)が第1直列スイッチ部7の他方の端部(本例では第2スイッチ7bのソース端子)に接続されている。なお、第2直列回路部10は、この構成に代えて、第1交流端子部4b側に第4スイッチ10aを同じ向きで配設し、かつ第1直列スイッチ部7の他方の端部側に第2キャパシタ10bを配設した構成であってもよい。
The second
第2直列スイッチ部11は、第2交流端子部6a,6bのうちの一方の第2交流端子部(本例では、第2交流端子部6a)で互いに接続された第5スイッチ11a(図中において「Q5」とも表記する)および第6スイッチ11b(図中において「Q6」とも表記する)の直列回路で構成されている。本例では一例として、第5スイッチ11aおよび第6スイッチ11bは共にnチャネル型のFETで構成されて、第5スイッチ11aのソース端子と第6スイッチ11bのドレイン端子が第2交流端子部6aで接続されている。また、この直列回路の一方の端部(本例では第5スイッチ11aのドレイン端子)は、第3電力ラインLp3を介して一対の第2直流端子部5a,5bのうちの一方の第2直流端子部(本例では、第2直流端子部5a)に接続されている。また、この直列回路の他方の端部(本例では第6スイッチ11bのソース端子)は、第4電力ラインLp4を介して一対の第2直流端子部5a,5bのうちの他方の第2直流端子部(本例では、第2直流端子部5b)に接続されている。
The second
第2インダクタ12は、第3電力ラインLp3および第4電力ラインLp4のうちの少なくとも一方に挿入接続されている。本例では一例として、第2インダクタ12は、第3電力ラインLp3に挿入接続されているが、図示はしないが、第4電力ラインLp4に挿入接続される構成であってもよいし、第3電力ラインLp3および第4電力ラインLp4の双方に分けて挿入接続される構成であってもよい。
The
第3直列回路部13は、直列接続された第7スイッチ13a(図中において「Q7」とも表記する)および第3キャパシタ13bで構成されている。本例では一例として、第7スイッチ13aはnチャネル型のFETで構成されて、第7スイッチ13aのドレイン端子と第3キャパシタ13bの一方の端子とが接続されている。また、第3直列回路部13は、一方の端部(本例では第7スイッチ13aのソース端子)が第2直列スイッチ部11の一方の端部(本例では第5スイッチ11aのドレイン端子)に接続されると共に、他方の端部(本例では第3キャパシタ13bの他方の端子)が一対の第2交流端子部6a,6bのうちの他方の第2交流端子部(本例では、第2交流端子部6b)に接続されている。なお、第3直列回路部13は、この構成に代えて、第2直列スイッチ部11の一方の端部側に第3キャパシタ13bを配設し、かつ第2交流端子部6b側に第7スイッチ13aを同じ向きで配設した構成であってもよい。
The third
第4直列回路部14は、直列接続された第8スイッチ14a(図中において「Q8」とも表記する)および第4キャパシタ14bで構成されている。本例では一例として、第8スイッチ14aはnチャネル型のFETで構成されて、第8スイッチ14aのソース端子と第4キャパシタ14bの一方の端子とが接続されている。また、第4直列回路部14は、一方の端部(本例では第4キャパシタ14bの他方の端子)が他方の第2交流端子部(本例では、第2交流端子部6b)に接続されると共に、他方の端部(本例では第8スイッチ14aのドレイン端子)が第2直列スイッチ部11の他方の端部(本例では第6スイッチ11bのソース端子)に接続されている。なお、第4直列回路部14は、この構成に代えて、第2交流端子部6b側に第8スイッチ14aを同じ向きで配設し、かつ第2直列スイッチ部11の他方の端部側に第4キャパシタ14bを配設した構成であってもよい。
The fourth
制御部16は、例えば外部から入力された動作指示に基づき、コンバータ装置1Aでの動作(電力伝送)がこの動作指示で示されるもの(第1直流端子部3a,3bから第2直流端子部5a,5bへの電力伝送、および第2直流端子部5a,5bから第1直流端子部3a,3bへの電力伝送のうちのいずれか1つ)となるように、第1スイッチ7aから第4スイッチ10aまでの4つのスイッチに対して駆動信号S1,S2,S3,S4をそれぞれ出力すると共に、第5スイッチ11aから第8スイッチ14aまでの4つのスイッチに対して駆動信号S5,S6,S7,S8を出力することにより、これら8つのスイッチに対するスイッチング制御を実行する。本例では、第1スイッチ7aから第8スイッチ14aまでの各スイッチは上記のようにFETで構成されているため、制御部16は、各スイッチ7a〜14aに対する適切な駆動回路(図示せず)を備えて、各スイッチ7a〜14aのゲート・ソース間に、各駆動信号S1〜S8のうちの対応する駆動信号をソース端子の電位を基準とする正極性の電圧信号として出力するものとする。
For example, based on an operation instruction input from the outside, the
次に、コンバータ装置1Aの動作について図1〜図8を参照して説明する。以下では、図1に示すように第1直流端子部3a,3b間に接続された第1直流電源PS1から第2直流端子部5a,5b間に接続された第2直流電源PS2へ電力伝送する第1動作と、第2直流電源PS2から第1直流電源PS1へ電力伝送する第2動作とについて説明する。
Next, the operation of the
最初に、第1動作について説明する。この第1動作では、制御部16は、各駆動信号S1〜S8を、図2に示す期間T1から期間T6までの出力状態を1サイクルとして、第1スイッチ7aから第8スイッチ14aに繰り返し出力する。なお、図2中の「ON」、「OFF」は、駆動信号S1〜S8に対応する各スイッチのON・OFF状態を示している。以下、各期間T1,T2,T3,T4,T5,T6に分けて動作を説明する。
First, the first operation will be described. In the first operation, the
まず、期間T1では、図2に示すように駆動信号S1および駆動信号S6がゼロボルト(ゲート閾値電圧未満の電圧の一例)から正電圧(ゲート閾値電圧以上の電圧)に切り替えられることにより、図2,3に示すように、第1スイッチ7aおよび第6スイッチ11bは、OFF状態からON状態に移行する。また、図2に示すように駆動信号S4および駆動信号S7が正電圧からゼロボルトに切り替えられることにより、図2,3に示すように、第4スイッチ10aおよび第7スイッチ13aは、ON状態からOFF状態に移行する。また、図2に示すように他の駆動信号S2,S3,S5,S8は正電圧に維持されることから、図2,3に示すように、第2スイッチ7b,第3スイッチ9a,第5スイッチ11aおよび第8スイッチ14aはON状態を継続する。
First, in the period T1, as shown in FIG. 2, the drive signal S1 and the drive signal S6 are switched from zero volts (an example of a voltage less than the gate threshold voltage) to a positive voltage (a voltage equal to or higher than the gate threshold voltage). , 3, the
この場合、第1巻線2a側(第1直流端子部3a,3b側)の回路では、ON状態の第2スイッチ7bと共に、第1スイッチ7aがON状態に移行することにより、第1直流電源PS1が第1インダクタ8を介して短絡される。これにより、図3に示すように、第1直流電源PS1から第1インダクタ8、第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bを経由して第1直流電源PS1に戻る電流経路が形成されて、第1直流電源PS1がこの電流経路に電流Iaを図3において矢印で示す向きで供給する。したがって、この電流Iaが第1インダクタ8に流れることにより、第1インダクタ8にエネルギーが蓄積される。
In this case, in the circuit on the first winding 2a side (first
また、第4スイッチ10aがOFF状態に移行することにより、期間T6において後述するように実行される第1キャパシタ9bへの充電(第1キャパシタ9bへのエネルギーの蓄積)が完了する。また、第1スイッチ7aがON状態に移行することにより、図3に示すように、第1キャパシタ9bから第3スイッチ9a、第1スイッチ7a、共振キャパシタ15a、第1巻線2aおよび共振インダクタ15bを経由して第1キャパシタ9bに戻る電流経路が形成される。このため、期間T6において第1キャパシタ9bに蓄積されたエネルギーが放出されることにより、この電流経路に電流Ibが図3において矢印で示す向きで流れる。この電流経路にはLC共振回路15(共振キャパシタ15aおよび共振インダクタ15b)が含まれていることから、電流Ib(第3スイッチ9aの電流)の波形は図2に示すように共振波形(正弦波状の波形)となる。具体的には、電流Ibは、期間T6の終了時点において第1巻線2aに流れていた電流(第2スイッチ7bの電流)の電流値(初期値)から、図3に示す向きの電流値を徐々に増加させる電流となる。また、これら2つの電流経路が重なる第1スイッチ7aには、電流Ia,Ibが同じ向きで流れるため、電流Ia,Ibの合成電流(Ia+Ib)が第1スイッチ7aに流れる。
Further, when the
一方、第2巻線2b側(第2直流端子部5a,5b側)の回路では、ON状態の第5スイッチ11aと共に、第6スイッチ11bがON状態に移行することにより、図3に示すように、第2インダクタ12から第2直流電源PS2、第6スイッチ11bおよび第5スイッチ11aを経由して第2インダクタ12に戻る電流経路が形成される。このため、期間T6において後述するようにして第2インダクタ12に蓄積されたエネルギーが放出されることにより、この電流経路に電流Icが流れる(第2直流電源PS2に電流Icが供給される)。また、上記した第1巻線2aへの電流Ibの流入に起因して第2巻線2bに誘起される電圧に基づき、第2巻線2bから第4キャパシタ14b、第8スイッチ14aおよび第6スイッチ11bを経由して第2巻線2bに戻る電流経路に電流Idが流れる。これにより、第4キャパシタ14bが充電される(第4キャパシタ14bにエネルギーが蓄積される)。また、これら2つの電流経路が重なる第6スイッチ11bには、電流Ic,Idが同じ向きで流れるため、電流Ic,Idの合成電流(Ic+Id)が第6スイッチ11bに流れる。
On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side (the second
次いで、期間T2では、図2に示すように、駆動信号S5が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S7がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図2,4に示すように、第5スイッチ11aがON状態からOFF状態に移行し、第7スイッチ13aがOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T1のときと同じであることから、期間T1のときのON・OFF状態を継続する。
Next, in the period T2, as shown in FIG. 2, the drive signal S5 is switched from the positive voltage to zero volt, and the drive signal S7 is switched from zero volt to the positive voltage. Shifts from the ON state to the OFF state, and the
この場合、第1巻線2a側の回路では、図4に示すように、第1スイッチ7aから第4スイッチ10aのすべてが期間T1のときのON・OFF状態を継続するため、期間T1のときと同様の2つの電流経路が引き続き形成されて、各電流経路に電流Ia,Ibが継続して流れる。つまり、第1インダクタ8へのエネルギーの蓄積と、第1キャパシタ9bからのエネルギーの放出とが継続される。
In this case, in the circuit on the first winding 2a side, as shown in FIG. 4, since all of the
一方、第2巻線2b側の回路では、第6スイッチ11bおよび第8スイッチ14aのON状態が継続されているため、期間T1のときと同じ電流経路(第2巻線2bから第4キャパシタ14b、第8スイッチ14aおよび第6スイッチ11bを経由して第2巻線2bに戻る電流経路)に電流Idが継続して流れて、第4キャパシタ14bの充電(第4キャパシタ14bへのエネルギーの蓄積)が継続される。また、第5スイッチ11aがOFF状態に移行する一方で、ON状態の第8スイッチ14aと共に、上記したように第7スイッチ13aがON状態に移行することにより、図4に示すように、第3キャパシタ13bから第7スイッチ13a、第2インダクタ12、第2直流電源PS2、第8スイッチ14aおよび第4キャパシタ14bを経由して第3キャパシタ13bに戻る電流経路が形成される。これにより、期間T4から期間T6において後述するようにして第3キャパシタ13bに蓄積されたエネルギーが放出されることにより、この電流経路に電流Ieが流れる(第2直流電源PS2に電流Ieが供給される)。
On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side, the ON state of the
また、これら2つの電流経路が重なる第4直列回路部14(第8スイッチ14aおよび第4キャパシタ14b)には、電流Id,Ieが逆向きで流れるため、電流Id,Ieの合成電流(Ie−Id)が第8スイッチ14aに流れる。また、第6スイッチ11bには、期間T1において流れていた電流Icが流れなくなり、電流Idのみが流れる(つまり、期間T1のときよりも、この電流Ic分だけ少ない電流が流れる)。なお、第5スイッチ11aがOFF状態に移行する(ターンオフする)ときに第5スイッチ11aに流れている電流Icは、第2インダクタ12に流れる電流であって、第2巻線2bに流れる電流のピーク値よりも低い電流値となっている。このため、第5スイッチ11aでのターンオフ損失は小さく抑えられている。
In addition, since the currents Id and Ie flow in the reverse direction in the fourth series circuit unit 14 (the
続いて、期間T3では、図2に示すように、駆動信号S2が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S4がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図2,5に示すように、第2スイッチ7bがON状態からOFF状態に移行し、第4スイッチ10aがOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T2のときと同じであることから、期間T2のときのON・OFF状態を継続する。
Subsequently, in the period T3, as shown in FIG. 2, the drive signal S2 is switched from a positive voltage to zero volts, and the drive signal S4 is switched from zero volts to a positive voltage. 7b shifts from the ON state to the OFF state, and the
この場合、第1巻線2a側の回路では、図5に示すように、第1スイッチ7aおよび第3スイッチ9aのON状態が継続されているため、期間T1,T2のときと同じ電流経路(第1キャパシタ9bから第3スイッチ9a、第1スイッチ7a、共振キャパシタ15a、第1巻線2aおよび共振インダクタ15bを経由して第1キャパシタ9bに戻る電流経路)に電流Ibが継続して流れて、第1キャパシタ9bの放電(第1キャパシタ9bからのエネルギーの放出)が継続される。
In this case, in the circuit on the first winding 2a side, as shown in FIG. 5, the ON state of the
また、上記したように第2スイッチ7bがOFF状態に移行するため、第1直流電源PS1の電圧に第1インダクタ8の両端間電圧(期間T1,T2において、第1インダクタ8に印加されていた電圧。つまり、第1直流電源PS1の電圧と同等の電圧)が加算された電圧の第1直列回路部9および第2直列回路部10への印加が開始される。また、この状態において、ON状態の第3スイッチ9aと共に、上記したように第4スイッチ10aがON状態に移行することにより、図5に示すように、第1直流電源PS1から第1インダクタ8、第3スイッチ9a、第1キャパシタ9b、第2キャパシタ10bおよび第4スイッチ10aを経由して第1直流電源PS1に戻る電流経路が形成される。このため、第1直流電源PS1からのエネルギーに加えて、蓄積していたエネルギーを第1インダクタ8が放出することにより、この電流経路に電流Ifが図5において矢印で示す向きで流れる。これにより、第2直列回路部10の第2キャパシタ10bは、第1直流電源PS1および第1インダクタ8の双方から放出されるエネルギーで充電される(第2キャパシタ10bにエネルギーが蓄積される)。
In addition, since the
また、これら2つの電流経路が重なる第1直列回路部9(第3スイッチ9aおよび第1キャパシタ9b)には、電流Ib,Ifが逆向きで流れるため、電流Id,Ifの合成電流(Ib−If)が第3スイッチ9aに流れる。また、第1スイッチ7aには、期間T2において流れていた電流Iaが流れなくなり、電流Ibのみが流れる(つまり、期間T1のときよりも、この電流Ia分だけ少ない電流が流れる)。なお、第2スイッチ7bがOFF状態に移行する(ターンオフする)ときに第2スイッチ7bに流れている電流Iaは、第1インダクタ8に流れる電流であって、第1巻線2aに流れる電流のピーク値よりも低い電流値となっている。このため、第2スイッチ7bでのターンオフ損失は小さく抑えられている。
In addition, since the currents Ib and If flow in the reverse direction in the first series circuit unit 9 (the
一方、第2巻線2b側の回路では、図5に示すように、第5スイッチ11aから第8スイッチ14aのすべてのスイッチが期間T2のときのON・OFF状態を継続するため、期間T2のときと同様の2つの電流経路が引き続き形成されて、各電流経路に電流Id,Ieが継続して流れる。これにより、第4キャパシタ14bの充電(第4キャパシタ14bへのエネルギーの蓄積)と、第3キャパシタ13bに蓄積されていたエネルギーの放出(第2直流電源PS2への電流Ieの供給)が継続される。
On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side, as shown in FIG. 5, since all the switches from the
次いで、期間T4では、図2に示すように駆動信号S2および駆動信号S5がゼロボルトから正電圧に切り替えられることにより、図2,6に示すように、第2スイッチ7bおよび第5スイッチ11aは、OFF状態からON状態に移行する。また、図2に示すように駆動信号S3および駆動信号S8が正電圧からゼロボルトに切り替えられることにより、図2,6に示すように、第3スイッチ9aおよび第8スイッチ14aは、ON状態からOFF状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T3のときと同じであることから、期間T3のときのON・OFF状態を継続する。
Next, in the period T4, the drive signal S2 and the drive signal S5 are switched from zero volts to a positive voltage as shown in FIG. 2, and as shown in FIGS. 2 and 6, the
この場合、第1巻線2a側の回路では、ON状態の第1スイッチ7aと共に、第2スイッチ7bがON状態に移行することにより、図6に示すように、第1直流電源PS1から第1インダクタ8、第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bを経由して第1直流電源PS1に戻る電流経路が形成されて(つまり、第1直流電源PS1が第1インダクタ8を介して短絡されて)、第1直流電源PS1がこの電流経路に電流Iaを供給する。したがって、この電流Iaが第1インダクタ8に流れることにより、第1インダクタ8にエネルギーが蓄積される。
In this case, in the circuit on the first winding 2a side, the
また、上記のように第1直流電源PS1が第1インダクタ8を介して第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bで短絡されることにより、第1直列回路部9および第2直列回路部10への第1直流電源PS1の電圧等の印加が停止されると共に、第3スイッチ9aがOFF状態に移行することにより、期間T3において実行されていた第1キャパシタ9bへの充電(第1キャパシタ9bへのエネルギーの蓄積)が完了する。また、図6に示すように、第2キャパシタ10bから共振インダクタ15b、第1巻線2aおよび共振キャパシタ15a、第2スイッチ7bおよび第4スイッチ10aを経由して第2キャパシタ10bに戻る電流経路が形成される。このため、期間T3において第2キャパシタ10bに蓄積されたエネルギーが放出されることにより、この電流経路に電流Igが図6において矢印で示す向きで流れる。この電流経路にはLC共振回路15が含まれていることから、電流Ig(第4スイッチ10aの電流)の波形は図2に示すように共振波形(正弦波状の波形)となる。具体的には、電流Igは、期間T3の終了時点において第1巻線2aに流れていた電流(第1スイッチ7aの電流)の電流値(初期値)から、図6に示す向きの電流値を徐々に増加させる電流となる。また、これら2つの電流経路が重なる第2スイッチ7bには、電流Ia,Igが同じ向きで流れるため、電流Ia,Igの合成電流(Ia+Ig)が流れる。なお、第3スイッチ9aがOFF状態に移行する(ターンオフする)ときに第3スイッチ9aに流れている電流(Ib−If)は、このように第1巻線2aに流れる電流Ibよりも電流If分だけ少なく抑えられている(つまり、第1巻線2aに流れる電流Ibのピーク値よりも低い電流値となっている)。このため、第3スイッチ9aでのターンオフ損失は小さく抑えられている。
Further, as described above, the first DC power source PS1 is short-circuited by the
一方、第2巻線2b側の回路では、ON状態の第6スイッチ11bと共に、第5スイッチ11aがON状態に移行することにより、図6に示すように、第2インダクタ12から第2直流電源PS2、第6スイッチ11bおよび第5スイッチ11aを経由して第2インダクタ12に戻る電流経路が形成される。このため、期間T3において第2インダクタ12に蓄積されたエネルギーが放出されることにより、この電流経路に電流Icが流れる(第2直流電源PS2に電流Icが供給される)。また、上記した第1巻線2aへの電流Igの流入に起因して第2巻線2bに誘起される電圧に基づき、第2巻線2bから第5スイッチ11a、第7スイッチ13aおよび第3キャパシタ13bを経由して第2巻線2bに戻る電流経路に電流Ihが流れる。これにより、第3キャパシタ13bが充電される(第3キャパシタ13bにエネルギーが蓄積される)。
On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side, when the
また、これら2つの電流経路が重なる第5スイッチ11aには、電流Ic,Ihが同じ向きで流れるため、電流Ic,Ihの合成電流(Ic+Ih)が第5スイッチ11aに流れる。なお、第8スイッチ14aがOFF状態に移行する(ターンオフする)ときに第8スイッチ14aに流れている電流(Ie−Id)は、このように第2巻線2bに流れる電流Idよりも電流Ie分だけ少なく抑えられている(つまり、第2巻線2bに流れる電流Idのピーク値よりも低い電流値となっている)。このため、第8スイッチ14aでのターンオフ損失は小さく抑えられている。
In addition, since the currents Ic and Ih flow in the same direction through the
次いで、期間T5では、図2に示すように、駆動信号S6が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S8がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図2,7に示すように、第6スイッチ11bがON状態からOFF状態に移行し、第8スイッチ14aがOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T4のときと同じであることから、期間T4のときのON・OFF状態を継続する。
Next, in the period T5, as shown in FIG. 2, the drive signal S6 is switched from the positive voltage to zero volt, and the drive signal S8 is switched from zero volt to the positive voltage. Shifts from the ON state to the OFF state, and the
この場合、第1巻線2a側の回路では、図7に示すように、第1スイッチ7aから第4スイッチ10aのすべてが期間T4のときのON・OFF状態を継続するため、期間T4のときと同様の2つの電流経路が引き続き形成されて、各電流経路に電流Ia,Igが継続して流れる。つまり、第1インダクタ8へのエネルギーの蓄積と、第2キャパシタ10bからのエネルギーの放出とが継続される。
In this case, in the circuit on the first winding 2a side, as shown in FIG. 7, all of the
一方、第2巻線2b側の回路では、第5スイッチ11aおよび第7スイッチ13aのON状態が継続されているため、期間T4のときと同じ電流経路(第2巻線2bから第5スイッチ11a、第7スイッチ13aおよび第3キャパシタ13bを経由して第2巻線2bに戻る電流経路)に電流Ihが継続して流れて、第3キャパシタ13bの充電(第3キャパシタ13bへのエネルギーの蓄積)が継続される。また、第6スイッチ11bがOFF状態に移行する一方で、ON状態の第7スイッチ13aと共に、上記したように第8スイッチ14aがON状態に移行することにより、図7に示すように、第4キャパシタ14bから第3キャパシタ13b、第7スイッチ13a、第2インダクタ12、第2直流電源PS2および第8スイッチ14aを経由して第4キャパシタ14bに戻る電流経路が形成される。これにより、期間T1から期間T3において第4キャパシタ14bに蓄積されたエネルギーが放出されることにより、この電流経路に電流Ieが流れる(第2直流電源PS2に電流Ieが供給される)。
On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side, since the ON state of the
また、これら2つの電流経路が重なる第3直列回路部13(第7スイッチ13aおよび第3キャパシタ13b)には、電流Ie,Ihが逆向きで流れるため、電流Ie,Ihの合成電流(Ie−Ih)が第7スイッチ13aに流れる。また、第5スイッチ11aには、期間T4において流れていた電流Icが流れなくなり、電流Ihのみが流れる(つまり、期間T4のときよりも、この電流Ic分だけ少ない電流が流れる)。なお、第6スイッチ11bがOFF状態に移行する(ターンオフする)ときに第6スイッチ11bに流れている電流Icは、第2インダクタ12に流れる電流であって、第2巻線2bに流れる電流のピーク値よりも低い電流値となっている。このため、第6スイッチ11bでのターンオフ損失は小さく抑えられている。
In addition, since the currents Ie and Ih flow in the reverse direction in the third series circuit unit 13 (the
続いて、期間T6では、図2に示すように、駆動信号S1が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S3がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図2,8に示すように、第1スイッチ7aがON状態からOFF状態に移行し、第3スイッチ9aがOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T5のときと同じであることから、期間T5のときのON・OFF状態を継続する。
Subsequently, in the period T6, as shown in FIG. 2, the drive signal S1 is switched from the positive voltage to zero volt, and the drive signal S3 is switched from zero volt to the positive voltage. 7a shifts from the ON state to the OFF state, and the
この場合、第1巻線2a側の回路では、図8に示すように、第2スイッチ7bおよび第4スイッチ10aのON状態が継続されているため、期間T4,T5のときと同じ電流経路(第2キャパシタ10bから共振インダクタ15b、第1巻線2aおよび共振キャパシタ15a、第2スイッチ7bおよび第4スイッチ10aを経由して第2キャパシタ10bに戻る電流経路)に電流Igが継続して流れて、第2キャパシタ10bの放電(第2キャパシタ10bからのエネルギーの放出)が継続される。
In this case, in the circuit on the first winding 2a side, as shown in FIG. 8, since the ON state of the
また、上記したように第1スイッチ7aがOFF状態に移行するため、第1直流電源PS1の電圧に第1インダクタ8の両端間電圧(期間T4,T5において、第1インダクタ8に印加されていた電圧。つまり、第1直流電源PS1の電圧と同等の電圧)が加算された電圧の第1直列回路部9および第2直列回路部10への印加が開始される。また、この状態において、ON状態の第4スイッチ10aと共に、上記したように第3スイッチ9aがON状態に移行することにより、図8に示すように、第1直流電源PS1から第1インダクタ8、第3スイッチ9a、第1キャパシタ9b、第2キャパシタ10bおよび第4スイッチ10aを経由して第1直流電源PS1に戻る電流経路が形成される。このため、第1直流電源PS1からのエネルギーに加えて、蓄積していたエネルギーを第1インダクタ8が放出することにより、この電流経路に電流Ifが図8において矢印で示す向きで流れる。これにより、第1直列回路部9の第1キャパシタ9bは、第1直流電源PS1および第1インダクタ8の双方から放出されるエネルギーで充電される(第1キャパシタ9bにエネルギーが蓄積される)。
In addition, since the
また、これら2つの電流経路が重なる第2直列回路部10(第4スイッチ10aおよび第2キャパシタ10b)には、電流If,Igが逆向きで流れるため、電流If,Igの合成電流(Ig−If)が第4スイッチ10aに流れる。また、第2スイッチ7bには、期間T5において流れていた電流Iaが流れなくなり、電流Igのみが流れる(つまり、期間T5のときよりも、この電流Ia分だけ少ない電流が流れる)。なお、第1スイッチ7aがOFF状態に移行する(ターンオフする)ときに第1スイッチ7aに流れている電流Iaは、第1インダクタ8に流れる電流であって、第1巻線2aに流れる電流のピーク値よりも低い電流値となっている。このため、第1スイッチ7aでのターンオフ損失は小さく抑えられている。
In addition, since the currents If and Ig flow in the reverse direction in the second series circuit unit 10 (the
一方、第2巻線2b側の回路では、図2,8に示すように、第5スイッチ11aから第8スイッチ14aのすべてのスイッチが期間T5のときのON・OFF状態を継続するため、期間T5のときと同様の2つの電流経路が引き続き形成されて、各電流経路に電流Ih,Ieが継続して流れる。これにより、第3キャパシタ13bの充電(第3キャパシタ13bへのエネルギーの蓄積)と、第4キャパシタ14bに蓄積されていたエネルギーの放出(第2直流電源PS2への電流Ieの供給)が継続される。
On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side, as shown in FIGS. 2 and 8, since all the switches from the
これにより、この第1動作での1サイクルが完了するが、次の新たな1サイクルの開始時点(新たな期間T1の開始時点)において、図2に示すように、駆動信号S4,S7に対応する第4スイッチ10aおよび第7スイッチ13aがOFF状態にそれぞれ移行する(ターンオフする)が、このときに第4スイッチ10aに流れている電流(Ig−If)は、このように第1巻線2aに流れる電流Igよりも電流If分だけ少なく抑えられている(つまり、第1巻線2aに流れる電流Igのピーク値よりも低い電流値となっている)。このため、第4スイッチ10aでのターンオフ損失は小さく抑えられている。また、第7スイッチ13aに流れている電流(Ie−Ih)は、このように第2巻線2bに流れる電流Ihよりも電流Ie分だけ少なく抑えられている(つまり、第2巻線2bに流れる電流Ihのピーク値よりも低い電流値となっている)。このため、第7スイッチ13aでのターンオフ損失は小さく抑えられている。
Thereby, one cycle in the first operation is completed, but at the start time of the next new cycle (start time of the new period T1), as shown in FIG. 2, it corresponds to the drive signals S4 and S7. The
また、第1直流電源PS1の電圧をV1とし、第2直流電源PS2の電圧をV2としたときに、この第1動作での電圧V2は、下記の式で表される。なお、nは、第1巻線2a(巻数Np)と第2巻線2b(巻数Ns)の巻数比(Ns/Np)であり、D1は、第1スイッチ7aと第2スイッチ7bのオンデューティであり、D2は、第7スイッチ13aと第8スイッチ14aのオンデューティであるものとする。
V2=n×V1×(D2−0.5)/(1−D1)
In addition, when the voltage of the first DC power supply PS1 is V1 and the voltage of the second DC power supply PS2 is V2, the voltage V2 in the first operation is expressed by the following equation. Note that n is the turn ratio (Ns / Np) of the first winding 2a (turn number Np) and the second winding 2b (turn number Ns), and D1 is the on-duty of the
V2 = n * V1 * (D2-0.5) / (1-D1)
また、この式から明らかなように、コンバータ装置1Aは、この第1動作において、各スイッチ7a,7b,9a,10a,11a,11b,13a,14aのスイッチング周波数を変化させることなく、上記のオンデューティD1,D2を変化させることで、電圧V2を制御することが可能になっている。
Further, as is apparent from this equation, the
次に、第2動作について説明する。このコンバータ装置1Aでは、図1に示すように、一対の第1直流端子部3a,3bと一対の第1交流端子部4a,4bとの間に配設された回路と、一対の第2直流端子部5a,5bと一対の第2交流端子部6a,6bとの間に配設された回路とが、トランス2を挟んで対称な回路構成となっている。
Next, the second operation will be described. In this
このため、第2動作では、制御部16は、図9に示すように、期間T11〜期間T16を1サイクルとして、第1スイッチ7aに対応する第5スイッチ11aに、図2での駆動信号S1と同じタイミングで駆動信号S5を出力し、第2スイッチ7bに対応する第6スイッチ11bに、図2での駆動信号S2と同じタイミングで駆動信号S6を出力し、第3スイッチ9aに対応する第7スイッチ13aに、図2での駆動信号S3と同じタイミングで駆動信号S7を出力し、第4スイッチ10aに対応する第8スイッチ14aに、図2での駆動信号S4と同じタイミングで駆動信号S8を出力し、第5スイッチ11aに対応する第1スイッチ7aに、図2での駆動信号S5と同じタイミングで駆動信号S1を出力し、第6スイッチ11bに対応する第2スイッチ7bに、図2での駆動信号S6と同じタイミングで駆動信号S2を出力し、第7スイッチ13aに対応する第3スイッチ9aに、図2での駆動信号S7と同じタイミングで駆動信号S3を出力し、第8スイッチ14aに対応する第4スイッチ10aに、図2での駆動信号S8と同じタイミングで駆動信号S4を出力する動作を繰り返す。
Therefore, in the second operation, as shown in FIG. 9, the
これにより、コンバータ装置1Aでは、第2巻線2b側の回路が上記した第1動作での第1巻線2a側の回路と同様に動作し、かつ第1巻線2a側の回路が上記した第1動作での第2巻線2b側の回路と同様に動作して、コンバータ装置1Aは、第2直流電源PS2から第1直流電源PS1へ電力伝送する第2動作を実行する。
Thereby, in the
また、この第2動作での電圧V1、下記の式で表される。なお、D3は、第5スイッチ11aと第6スイッチ11bのオンデューティであり、D4は、第3スイッチ9aと第4スイッチ10aのオンデューティであるものとする。
V1=1/n×V2×(D4−0.5)/(1−D3)
Further, the voltage V1 in the second operation is represented by the following equation. Note that D3 is the on-duty of the
V1 = 1 / n * V2 * (D4-0.5) / (1-D3)
また、この式から明らかなように、コンバータ装置1Aは、この第2動作においても、各スイッチ7a,7b,9a,10a,11a,11b,13a,14aのスイッチング周波数を変化させることなく、上記のオンデューティD3,D4を変化させることで、電圧V1を制御することが可能になっている。
Further, as is clear from this equation, the
このように、このコンバータ装置1Aでは、第1巻線2a側の回路は、第1巻線2aと共に、第1直流端子部3a,3b、第1交流端子部4a,4b、第1直列スイッチ部7、第1インダクタ8、第1直列回路部9および第2直列回路部10が図1に示すように接続されて構成され、第2巻線2b側の回路は、第2巻線2bと共に、第1交流端子部4a,4b、第2交流端子部6a,6b、第2直列スイッチ部11、第2インダクタ12、第3直列回路部13および第4直列回路部14が図1に示すように接続されて構成されている。また、LC共振回路15が、第1巻線2aと第1交流端子部4a,4bとの間、および第2巻線2bと第2交流端子部6a,6bとの間のうちの少なくとも一方に挿入接続されている。
Thus, in the
したがって、このコンバータ装置1Aによれば、制御部16が、図2に示すタイミングで駆動信号S1〜S8を出力して、第1スイッチ7a〜第8スイッチ14aを駆動することにより(第1スイッチ7a〜第8スイッチ14aを期間T1〜期間T6でのON・OFF状態に順次移行させるスイッチング制御を実行することにより)、第1スイッチ7a〜第8スイッチ14aのすべてのスイッチでのターンオフ損失を小さく抑えつつ、第1直流電源PS1から第2直流電源PS2へ電力伝送する第1動作を実行することができる。また、このコンバータ装置1Aによれば、制御部16が、図9に示すタイミングで駆動信号S1〜S8を出力して、第1スイッチ7a〜第8スイッチ14aを駆動することにより(第1スイッチ7a〜第8スイッチ14aを期間T11〜期間T16でのON・OFF状態に順次移行させるスイッチング制御を実行することにより)、第1スイッチ7a〜第8スイッチ14aのすべてのスイッチでのターンオフ損失を小さく抑えつつ、第2直流電源PS2から第1直流電源PS1へ電力伝送する第2動作を実行することができる。
Therefore, according to the
また、このコンバータ装置1Aによれば、第1直流端子部3a,3bと第1直列スイッチ部7との間に第1インダクタ8が挿入接続され、かつ第2直流端子部5a,5bと第2直列スイッチ部11との間に第2インダクタ12が挿入接続されているため、第1直流端子部3a,3bと第1直流電源PS1との間で入出力する電流のリップル電流を第1インダクタ8で低減できると共に、第2直流端子部5a,5bと第2直流電源PS2との間で入出力する電流のリップル電流を第2インダクタ12で低減することができる。
Further, according to this
なお、コンバータ装置の一例として、第1巻線2aおよび第2巻線2bの2つの巻線が形成されたトランス2を備えて、第1直流電源PS1および第2直流電源PS2の2つの直流電源間で相互に電力を供給可能にするコンバータ装置1Aを例に挙げて説明したが、例えば、図11に示すコンバータ装置1Bのように、第1巻線2a、第2巻線2bおよび第2巻線2cの3つの巻線が形成されたトランス21を備えた構成とすることで、3つの直流電源PS1,PS2,PS3間で相互に電力を供給可能とすることもできる。以下、コンバータ装置1Bについて説明する。なお、コンバータ装置1Aと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
As an example of the converter device, a
まず、コンバータ装置1Bの構成について図11を参照して説明する。このコンバータ装置1Bは、コンバータ装置1Aのトランス2および制御部16に代えてトランス21および制御部28を備えると共に、コンバータ装置1Aと同様にして、一対の第1直流端子部3a,3b、一対の第1交流端子部4a,4b、一対の第2直流端子部5a,5b、一対の第2交流端子部6a,6b、第1直列スイッチ部7、第1インダクタ8、第1直列回路部9、第2直列回路部10、第2直列スイッチ部11、第2インダクタ12、第3直列回路部13、第4直列回路部14およびLC共振回路15を備えている。また、コンバータ装置1Bは、さらに、一対の第3直流端子部22a,22b、一対の第3交流端子部23a,23b、第3直列スイッチ部24、第3インダクタ25、第5直列回路部26および第6直列回路部27を備えている。
First, the configuration of
詳細には、トランス21は、本例では一例として、共通の磁気コア(図示せず)に形成されて、互いに磁気的に結合する3つの巻線(第1巻線2a、第2巻線2bおよび第3巻線2c)を備えている。また、一対の第3交流端子部23a,23bは、一対の第3接続ラインL3a、L3bを介して第3巻線2cに接続されている。
In detail, the
LC共振回路15は、一例として第1接続ラインL1a,L1bに挿入接続されているが、この構成に限定されるものではなく、LC共振回路15は、第1接続ラインL1a,L1b、第2接続ラインL2a,L2bおよび第3接続ラインL3a、L3bのうちの少なくとも1つに挿入接続されていればよい。
The
第3直列スイッチ部24は、第3交流端子部23a,23bのうちの一方の第3交流端子部(本例では、第3交流端子部23a)で互いに接続された第9スイッチ24a(図中において「Q9」とも表記する)および第10スイッチ24b(図中において「Q10」とも表記する)の直列回路で構成されている。本例では一例として、第9スイッチ24aおよび第10スイッチ24bは共にnチャネル型のFETで構成されて、第9スイッチ24aのソース端子と第10スイッチ24bのドレイン端子が第3交流端子部23aで接続されている。また、この直列回路の一方の端部(本例では第9スイッチ24aのドレイン端子)は、第5電力ラインLp5を介して一対の第3直流端子部22a,22bのうちの一方の第3直流端子部(本例では、第3直流端子部22a)に接続されている。また、この直列回路の他方の端部(本例では第10スイッチ24bのソース端子)は、第6電力ラインLp6を介して一対の第3直流端子部22a,22bのうちの他方の第3直流端子部(本例では、第3直流端子部22b)に接続されている。
The third
第3インダクタ25は、第5電力ラインLp5および第6電力ラインLp6のうちの少なくとも一方に挿入接続されている。本例では一例として、第3インダクタ25は、第5電力ラインLp5に挿入接続されているが、図示はしないが、第6電力ラインLp6に挿入接続される構成であってもよいし、第5電力ラインLp5および第6電力ラインLp6の双方に分けて挿入接続される構成であってもよい。
The
第5直列回路部26は、直列接続された第11スイッチ26a(図中において「Q11」とも表記する)および第5キャパシタ26bで構成されている。本例では一例として、第11スイッチ26aはnチャネル型のFETで構成されて、第11スイッチ26aのドレイン端子と第5キャパシタ26bの一方の端子とが接続されている。また、第5直列回路部26は、一方の端部(本例では第11スイッチ26aのソース端子)が第3直列スイッチ部24の一方の端部(本例では第9スイッチ24aのドレイン端子)に接続されると共に、他方の端部(本例では第5キャパシタ26bの他方の端子)が一対の第3交流端子部23a,23bのうちの他方の第3交流端子部(本例では、第3交流端子部23b)に接続されている。なお、第5直列回路部26は、この構成に代えて、第3直列スイッチ部24の一方の端部側に第5キャパシタ26bを配設し、かつ第3交流端子部23b側に第11スイッチ26aを同じ向きで配設した構成であってもよい。
The fifth
第6直列回路部27は、直列接続された第12スイッチ27a(図中において「Q12」とも表記する)および第6キャパシタ27bで構成されている。本例では一例として、第12スイッチ27aはnチャネル型のFETで構成されて、第12スイッチ27aのソース端子と第6キャパシタ27bの一方の端子とが接続されている。また、第6直列回路部27は、一方の端部(本例では第6キャパシタ27bの他方の端子)が他方の第3交流端子部(本例では、第3交流端子部23b)に接続されると共に、他方の端部(本例では第12スイッチ27aのドレイン端子)が第3直列スイッチ部24の他方の端部(本例では第10スイッチ24bのソース端子)に接続されている。なお、第6直列回路部27は、この構成に代えて、第3交流端子部23b側に第12スイッチ27aを同じ向きで配設し、かつ第3直列スイッチ部24の他方の端部側に第6キャパシタ27bを配設した構成であってもよい。
The sixth
制御部28は、例えば外部から入力された動作指示に基づき、コンバータ装置1Bでの動作(電力伝送)がこの動作指示で示されるもの(第1直流端子部3a,3bから第2直流端子部5a,5bおよび第3直流端子部22a,22bへの電力伝送、第2直流端子部5a,5bから第1直流端子部3a,3bおよび第3直流端子部22a,22bへの電力伝送、並びに第3直流端子部22a,22bから第1直流端子部3a,3bおよび第2直流端子部5a,5bへの電力伝送のうちのいずれか1つ)となるように、第1スイッチ7aから第4スイッチ10aまでの4つのスイッチに対して駆動信号S1,S2,S3,S4をそれぞれ出力し、第5スイッチ11aから第8スイッチ14aまでの4つのスイッチに対して駆動信号S5,S6,S7,S8を出力し、かつ第9スイッチ24aから第12スイッチ27aまでの4つのスイッチに対して駆動信号S9,S10,S11,S12を出力することにより、これら12個のスイッチに対するスイッチング制御を実行する。本例では、第1スイッチ7aから第12スイッチ27aまでの各スイッチは上記のようにFETで構成されているため、制御部28は、各スイッチ7a〜27aに対する適切な駆動回路(図示せず)を備えて、各スイッチ7a〜27aのゲート・ソース間に、各駆動信号S1〜S12のうちの対応する駆動信号をソース端子の電位を基準とする正極性の電圧信号として出力するものとする。
For example, based on an operation instruction input from the outside, the
次に、コンバータ装置1Bの動作について図2,図9,図10,図11を参照して説明する。以下では、図11に示すように、第1直流端子部3a,3b間に第1直流電源PS1が接続され、第2直流端子部5a,5b間に第2直流電源PS2が接続され、第3直流端子部22a,22b間に第3直流電源PS3が接続された状態において、第1直流電源PS1から第2直流電源PS2と第3直流電源PS3とに電力伝送する第1動作と、第2直流電源PS2から第1直流電源PS1と第3直流電源PS3とに電力伝送する第2動作と、第3直流電源PS3から第1直流電源PS1と第2直流電源PS2とに電力伝送する第3動作について説明する。
Next, the operation of the
最初に、第1動作について説明する。この第1動作では、制御部28は、各駆動信号S1〜S12を、図2に示す期間T1から期間T6までの出力状態を1サイクルとして、第1スイッチ7aから第12スイッチ27aまでの対応するスイッチに繰り返し出力する。なお、図2中の「ON」、「OFF」は、駆動信号S1〜S12に対応する各スイッチのON・OFF状態を示している。また、このコンバータ装置1Bでは、図11に示すように、一対の第1直流端子部3a,3bと一対の第1交流端子部4a,4bとの間に配設された回路と、一対の第2直流端子部5a,5bと一対の第2交流端子部6a,6bとの間に配設された回路とが、トランス21を挟んで対称な回路構成となっていると共に、一対の第3直流端子部22a,22bと一対の第3交流端子部23a,23bとの間に配設された回路も、第2直流端子部5a,5bと第2交流端子部6a,6bとの間に配設された回路と同じように、トランス21を挟んで第1直流端子部3a,3bと第1交流端子部4a,4bとの間に配設された回路と対称な回路構成となっている。
First, the first operation will be described. In this first operation, the
このため、一例として、第2直流電源PS2と同様にして第1直流電源PS1から電力伝送される第3直流電源PS3側の回路(第3巻線2c側(第3直流端子部22a,22b側)の回路)を構成する第9スイッチ24a、第10スイッチ24b、第11スイッチ26aおよび第12スイッチ27aへの駆動信号S9,S10,S11,S12については、図2に示すように、第2直流電源PS2側の回路(第2巻線2b側)の回路)を構成する第5スイッチ11a、第6スイッチ11b、第7スイッチ13aおよび第8スイッチ14aへの駆動信号S5,S6,S7,S8と同じタイミングで変化する信号とする。
For this reason, as an example, a circuit on the third DC power supply PS3 side (the third winding 2c side (the third
この場合、コンバータ装置1Bでは、第1直列スイッチ部7等で構成される第1巻線2a側の回路は、コンバータ装置1Aでの第1巻線2a側の回路の第1動作のときと同様に動作し、第2直列スイッチ部11等で構成される第2巻線2b側の回路および第3直列スイッチ部24等で構成される第3巻線2c側の回路は、コンバータ装置1Aでの第2巻線2b側の回路の第1動作のときと同様に動作する。これにより、コンバータ装置1Bは、第1直流電源PS1から第2直流電源PS2と第3直流電源PS3とに電力伝送する第1動作を実行する。
In this case, in the
また、第3直流電源PS3の電圧をV3としたときに、各電圧V1,V2,V3間には、下記の式で示される関係が成り立つ。
1/N1×1/(1−D1)×V1=1/N2×1/(1−D2)×V2=1/N3×1/(1−D3)×V3
なお、VC1は各キャパシタ9b,10bに印加される電圧であり、VC2は各キャパシタ13b,14bに印加される電圧であり、VC3は各キャパシタ26b,27bに印加される電圧であるものとする。また、D1は各スイッチ7a,7bのオンデューティであり、D2は各スイッチ11a,11bのオンデューティであり、D3は各スイッチ24a,24bのオンデューティであるものとする。また、各巻線2a,2b,2cの巻数については、巻線2aの巻数:巻線2bの巻数:巻線2cの巻数=N1:N2:N3となるように規定されているものとする。
この場合、VC1=(N1/N2)×VC2=(N1/N3)×VC3、VC1=0.5×1/(1−D1)×V1、VC2=0.5×1/(1−D2)×V2、およびVC3=0.5×1/(1−D3)×V3の各式が成り立ち、この各式を連立させることで、上記した各電圧V1,V2,V3間の関係式が算出される。
Further, when the voltage of the third DC power supply PS3 is V3, the relationship represented by the following equation is established between the voltages V1, V2, and V3.
1 / N1 * 1 / (1-D1) * V1 = 1 / N2 * 1 / (1-D2) * V2 = 1 / N3 * 1 / (1-D3) * V3
VC1 is a voltage applied to each
In this case, VC1 = (N1 / N2) × VC2 = (N1 / N3) × VC3, VC1 = 0.5 × 1 / (1-D1) × V1, VC2 = 0.5 × 1 / (1-D2) Each formula of × V2 and VC3 = 0.5 × 1 / (1−D3) × V3 is established, and by combining these formulas, the relational expressions between the voltages V1, V2, and V3 are calculated. The
次いで、第2動作について説明する。この第2動作では、制御部28は、各駆動信号S1〜S12を、図9に示す期間T11から期間T16までの出力状態を1サイクルとして、第1スイッチ7aから第12スイッチ27aまでの対応するスイッチに繰り返し出力する。なお、図9中の「ON」、「OFF」は、駆動信号S1〜S12に対応する各スイッチのON・OFF状態を示している。また、一例として、第1直流電源PS1と同様にして第2直流電源PS2から電力伝送される第3直流電源PS3側の回路(第3巻線2c側の回路)を構成する第9スイッチ24a、第10スイッチ24b、第11スイッチ26aおよび第12スイッチ27aへの駆動信号S9,S10,S11,S12については、図9に示すように、第1直流電源PS1側の回路(第1巻線2a側)の回路)を構成する第1スイッチ7a、第2スイッチ7b、第3スイッチ9aおよび第4スイッチ10aへの駆動信号S1,S2,S3,S4と同じタイミングで変化する信号とする。
Next, the second operation will be described. In this second operation, the
この場合、コンバータ装置1Bでは、第1直列スイッチ部7等で構成される第1巻線2a側の回路および第3直列スイッチ部24等で構成される第3巻線2c側の回路は、コンバータ装置1Aでの第1巻線2a側の回路の第2動作のときと同様に動作し、第2直列スイッチ部11等で構成される第2巻線2b側の回路は、コンバータ装置1Aでの第2巻線2b側の回路の第2動作のときと同様に動作する。これにより、コンバータ装置1Bは、第2直流電源PS2から第1直流電源PS1と第3直流電源PS3とに電力伝送する第2動作を実行する。
In this case, in the
続いて、第3動作について説明する。この第3動作では、制御部28は、各駆動信号S1〜S12を、図10に示す期間T11から期間T16までの出力状態を1サイクルとして、第1スイッチ7aから第12スイッチ27aまでの対応するスイッチに繰り返し出力する。なお、図10中の「ON」、「OFF」は、駆動信号S1〜S12に対応する各スイッチのON・OFF状態を示している。また、第3動作では、第1動作での第1巻線2a側の回路や第2動作での第2巻線2b側の回路と同様にして、第3巻線2c側の回路が電力を送出する。このため、第3巻線2c側の回路への駆動信号S9,S10,S11,S12については、図9に示す駆動信号S5,S6,S7,S8と同じタイミングで変化する信号とする。また、第1巻線2a側の回路と同様に第3直流電源PS3から電力伝送される第2巻線2b側の回路を構成する第5スイッチ11a、第6スイッチ11b、第7スイッチ13aおよび第8スイッチ14aへの駆動信号S5,S6,S7,S8については、図10に示すように、第2動作での第1巻線2a側の回路を構成する第1スイッチ7a、第2スイッチ7b、第3スイッチ9aおよび第4スイッチ10aへの駆動信号S1,S2,S3,S4と同じタイミングで変化する信号とする。
Subsequently, the third operation will be described. In the third operation, the
この場合、コンバータ装置1Bでは、第1直列スイッチ部7等で構成される第1巻線2a側の回路および第2直列スイッチ部11等で構成される第2巻線2b側の回路は、コンバータ装置1Aでの第1巻線2a側の回路の第2動作のときと同様に動作し、第3直列スイッチ部24等で構成される第3巻線2c側の回路は、コンバータ装置1Aでの第2巻線2b側の回路の第2動作のときと同様に動作する。これにより、コンバータ装置1Bは、第3直流電源PS3から第1直流電源PS1と第2直流電源PS2とに電力伝送する第3動作を実行する。
In this case, in the
このコンバータ装置1Bにおいても、コンバータ装置1Aのときと同様にして、第1動作、第2動作および第3動作のいずれにおいても、第1スイッチ7a〜第12スイッチ27aのすべてのスイッチでのターンオフ損失を小さく抑えつつ、電力伝送することができる。
Also in this
また、このコンバータ装置1Bにおいても、第1直流端子部3a,3bと第1直列スイッチ部7との間に第1インダクタ8が挿入接続され、第2直流端子部5a,5bと第2直列スイッチ部11との間に第2インダクタ12が挿入接続され、かつ第3直流端子部22a,22bと第3直列スイッチ部24との間に第3インダクタ25が挿入接続されているため、第1直流端子部3a,3bと第1直流電源PS1との間で入出力する電流のリップル電流を第1インダクタ8で低減でき、第2直流端子部5a,5bと第2直流電源PS2との間で入出力する電流のリップル電流を第2インダクタ12で低減でき、かつ第3直流端子部22a,22bと第3直流電源PS3との間で入出力する電流のリップル電流を第3インダクタ25で低減することができる。
Also in this
また、コンバータ装置の一例として、2つの巻線を備えたトランスを備えて、2つの電源PS1,PS2間での電力のやり取りを可能にするコンバータ装置1Aや、3つの巻線を備えたトランスを備えて、3つの電源PS1,PS2,PS3間での電力のやり取りを可能にするコンバータ装置1Bについて説明したが、図示はしないが、トランスの巻線を4個以上のm個として、m個の電源間での電力のやり取りを可能にするコンバータ装置を実現することもできる。
Further, as an example of a converter device, a converter device including a transformer having two windings, a
また、上記のコンバータ装置1A,1Bでは、独立した構成要素としての共振キャパシタ15aと共振インダクタ15bとでLC共振回路15を構成したが、これに限定されるものではない。例えば、共振キャパシタ15aは、独立した構成要素として配設する構成に代えて、コンバータ装置1Aにおいては、第1直列回路部9の第1キャパシタ9bや、第2直列回路部10の第2キャパシタ10bや、第3直列回路部13の第3キャパシタ13bや、第4直列回路部14の第4キャパシタ14bで代用することもできるし、コンバータ装置1Bにおいては、さらに第5直列回路部26の第5キャパシタ26bや、第6直列回路部27の第6キャパシタ27bで代用することもできる。
In the
また、共振インダクタ15bについても、独立した構成要素として配設する構成に代えて、コンバータ装置1Aにおいては、トランス2の漏れインダクタンスで代用することもできるし、コンバータ装置1Bにおいては、トランス21の漏れインダクタンスで代用することもできる。
Further, the
1A,1B コンバータ装置
2,21 トランス
2a 第1巻線
2b 第2巻線
2c 第3巻線
3a,3b 第1直流端子部
4a,4b 第1交流端子部
5a,5b 第2直流端子部
6a,6b 第2交流端子部
7 第1直列スイッチ部
7a 第1スイッチ
7b 第2スイッチ
8 第1インダクタ
9 第1直列回路部
9a 第3スイッチ
9b 第1キャパシタ
10 第2直列回路部
10a 第4スイッチ
10b 第2キャパシタ
11 第2直列スイッチ部
11a 第5スイッチ
11b 第6スイッチ
12 第2インダクタ
13 第3直列回路部
13a 第7スイッチ
13b 第3キャパシタ
14 第4直列回路部
14a 第8スイッチ
14b 第4キャパシタ
15 LC共振回路
16,28 制御部
22a,22b 第3直流端子部
23a,23b 第3交流端子部
24 第3直列スイッチ部
24a 第9スイッチ
24b 第10スイッチ
25 第3インダクタ
26 第5直列回路部
26a 第11スイッチ
26b 第5キャパシタ
26 第6直列回路部
26a 第12スイッチ
26b 第6キャパシタ
1A, 1B converter device
2,21
7 1st series switch
8 First inductor
DESCRIPTION OF
Claims (2)
一対の第1直流端子部と、
一対の第1接続ラインを介して前記第1巻線に接続された一対の第1交流端子部と、
一対の第2直流端子部と、
一対の第2接続ラインを介して前記第2巻線に接続された一対の第2交流端子部と、
前記一対の第1交流端子部のうちの一方の第1交流端子部で互いに接続された第1スイッチおよび第2スイッチで構成されて、一方の端部が第1電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの一方の第1直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第2電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの他方の第1直流端子部に接続された第1直列スイッチ部と、
前記第1電力ラインおよび前記第2電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第1インダクタと、
直列接続された第3スイッチおよび第1キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第1直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第1交流端子部のうちの他方の第1交流端子部に接続された第1直列回路部と、
直列接続された第4スイッチおよび第2キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第1交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第1直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第2直列回路部と、
前記一対の第2交流端子部のうちの一方の第2交流端子部で互いに接続された第5スイッチおよび第6スイッチで構成されて、一方の端部が第3電力ラインを介して前記一対の第2直流端子部のうちの一方の第2直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第4電力ラインを介して前記一対の第2直流端子部のうちの他方の第2直流端子部に接続された第2直列スイッチ部と、
前記第3電力ラインおよび前記第4電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第2インダクタと、
直列接続された第7スイッチおよび第3キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第2直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第2交流端子部のうちの他方の第2交流端子部に接続された第3直列回路部と、
直列接続された第8スイッチおよび第4キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第2交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第2直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第4直列回路部と、
前記一対の第1接続ラインおよび前記一対の第2接続ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたLC共振回路と、
前記第1スイッチから前記第8スイッチに対するスイッチング制御を実行することにより、前記一対の第1直流端子部および前記一対の第2直流端子部間で相互に電力を供給させる制御部とを備えているコンバータ装置。 A transformer in which a first winding and a second winding are formed;
A pair of first DC terminal portions;
A pair of first AC terminal portions connected to the first winding via a pair of first connection lines;
A pair of second DC terminal portions;
A pair of second AC terminal portions connected to the second winding via a pair of second connection lines;
The first and second switches are connected to each other at one first AC terminal portion of the pair of first AC terminal portions, and one end portion of the pair of first AC terminal portions is connected to the pair of first AC terminal portions via a first power line. The other first DC terminal portion of the pair of first DC terminal portions is connected to one first DC terminal portion of the first DC terminal portions, and the other end portion is connected to the first DC terminal portion via the second power line. A first series switch connected to
A first inductor inserted and connected to at least one of the first power line and the second power line;
A third switch and a first capacitor connected in series, one end of which is connected to the one end of the first series switch and the other end is the pair of first AC terminals. A first series circuit portion connected to the other first AC terminal portion of the portions;
A fourth switch and a second capacitor connected in series, one end of which is connected to the other first AC terminal, and the other end is the other end of the first series switch. A second series circuit section connected to the section;
It is comprised by the 5th switch and 6th switch which were mutually connected by one 2nd alternating current terminal part of the pair of 2nd alternating current terminal parts, and one end part is a pair of said pair via a 3rd electric power line. The other second DC terminal portion of the pair of second DC terminal portions is connected to one second DC terminal portion of the second DC terminal portions, and the other end portion is connected to the second DC terminal portion via the fourth power line. A second series switch connected to
A second inductor inserted and connected to at least one of the third power line and the fourth power line;
A seventh switch and a third capacitor connected in series, one end of which is connected to the one end of the second series switch, and the other end is the pair of second AC terminals. A third series circuit part connected to the other second AC terminal part of the parts;
An eighth switch and a fourth capacitor connected in series, one end of which is connected to the other second AC terminal and the other end is the other end of the second series switch. A fourth series circuit section connected to the section;
An LC resonant circuit inserted and connected to at least one of the pair of first connection lines and the pair of second connection lines;
A control unit configured to supply power between the pair of first DC terminal units and the pair of second DC terminal units by executing switching control from the first switch to the eighth switch. Converter device.
一対の第1直流端子部と、
一対の第1接続ラインを介して前記第1巻線に接続された一対の第1交流端子部と、
一対の第2直流端子部と、
一対の第2接続ラインを介して前記第2巻線に接続された一対の第2交流端子部と、
一対の第3直流端子部と、
一対の第3接続ラインを介して前記第3巻線に接続された一対の第3交流端子部と、
前記一対の第1交流端子部のうちの一方の第1交流端子部で互いに接続された第1スイッチおよび第2スイッチで構成されて、一方の端部が第1電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの一方の第1直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第2電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの他方の第1直流端子部に接続された第1直列スイッチ部と、
前記第1電力ラインおよび前記第2電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第1インダクタと、
直列接続された第3スイッチおよび第1キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第1直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第1交流端子部のうちの他方の第1交流端子部に接続された第1直列回路部と、
直列接続された第4スイッチおよび第2キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第1交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第1直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第2直列回路部と、
前記一対の第2交流端子部のうちの一方の第2交流端子部で互いに接続された第5スイッチおよび第6スイッチで構成されて、一方の端部が第3電力ラインを介して前記一対の第2直流端子部のうちの一方の第2直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第4電力ラインを介して前記一対の第2直流端子部のうちの他方の第2直流端子部に接続された第2直列スイッチ部と、
前記第3電力ラインおよび前記第4電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第2インダクタと、
直列接続された第7スイッチおよび第3キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第2直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第2交流端子部のうちの他方の第2交流端子部に接続された第3直列回路部と、
直列接続された第8スイッチおよび第4キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第2交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第2直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第4直列回路部と、
前記一対の第3交流端子部のうちの一方の第3交流端子部で互いに接続された第9スイッチおよび第10スイッチで構成されて、一方の端部が第5電力ラインを介して前記一対の第3直流端子部のうちの一方の第3直流端子部に接続され、かつ他方の端部が第6電力ラインを介して前記一対の第3直流端子部のうちの他方の第3直流端子部に接続された第3直列スイッチ部と、
前記第5電力ラインおよび前記第6電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続された第3インダクタと、
直列接続された第11スイッチおよび第5キャパシタで構成されて、一方の端部が前記第3直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第3交流端子部のうちの他方の第3交流端子部に接続された第5直列回路部と、
直列接続された第12スイッチおよび第6キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第3交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記第3直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第6直列回路部と、
前記一対の第1接続ライン、前記一対の第2接続ラインおよび前記一対の第3接続ラインのうちの少なくとも1つに挿入接続されたLC共振回路と、
前記第1スイッチから前記第12スイッチに対するスイッチング制御を実行することにより、前記一対の第1直流端子部、前記一対の第2直流端子部および前記一対の第3直流端子部間で相互に電力を供給させる制御部とを備えているコンバータ装置。 A transformer formed with a first winding, a second winding, and a third winding;
A pair of first DC terminal portions;
A pair of first AC terminal portions connected to the first winding via a pair of first connection lines;
A pair of second DC terminal portions;
A pair of second AC terminal portions connected to the second winding via a pair of second connection lines;
A pair of third DC terminal portions;
A pair of third AC terminal portions connected to the third winding via a pair of third connection lines;
The first and second switches are connected to each other at one first AC terminal portion of the pair of first AC terminal portions, and one end portion of the pair of first AC terminal portions is connected to the pair of first AC terminal portions via a first power line. The other first DC terminal portion of the pair of first DC terminal portions is connected to one first DC terminal portion of the first DC terminal portions, and the other end portion is connected to the first DC terminal portion via the second power line. A first series switch connected to
A first inductor inserted and connected to at least one of the first power line and the second power line;
A third switch and a first capacitor connected in series, one end of which is connected to the one end of the first series switch and the other end is the pair of first AC terminals. A first series circuit portion connected to the other first AC terminal portion of the portions;
A fourth switch and a second capacitor connected in series, one end of which is connected to the other first AC terminal, and the other end is the other end of the first series switch. A second series circuit section connected to the section;
It is comprised by the 5th switch and 6th switch which were mutually connected by one 2nd alternating current terminal part of the pair of 2nd alternating current terminal parts, and one end part is a pair of said pair via a 3rd electric power line. The other second DC terminal portion of the pair of second DC terminal portions is connected to one second DC terminal portion of the second DC terminal portions, and the other end portion is connected to the second DC terminal portion via the fourth power line. A second series switch connected to
A second inductor inserted and connected to at least one of the third power line and the fourth power line;
A seventh switch and a third capacitor connected in series, one end of which is connected to the one end of the second series switch, and the other end is the pair of second AC terminals. A third series circuit part connected to the other second AC terminal part of the parts;
An eighth switch and a fourth capacitor connected in series, one end of which is connected to the other second AC terminal and the other end is the other end of the second series switch. A fourth series circuit section connected to the section;
It is composed of a ninth switch and a tenth switch connected to each other at one third AC terminal portion of the pair of third AC terminal portions, and one end portion of the pair of third AC terminal portions via a fifth power line. The other third DC terminal portion of the pair of third DC terminal portions is connected to one third DC terminal portion of the third DC terminal portions, and the other end portion is connected to the third DC terminal portion via the sixth power line. A third series switch connected to
A third inductor inserted and connected to at least one of the fifth power line and the sixth power line;
An eleventh switch and a fifth capacitor connected in series, one end of which is connected to the one end of the third series switch and the other end of the pair of third AC terminals A fifth series circuit portion connected to the other third AC terminal portion of the portions;
It is composed of a twelfth switch and a sixth capacitor connected in series, and one end is connected to the other third AC terminal and the other end is the other end of the third series switch. A sixth series circuit unit connected to the unit;
An LC resonance circuit inserted and connected to at least one of the pair of first connection lines, the pair of second connection lines, and the pair of third connection lines;
By performing switching control from the first switch to the twelfth switch, power is mutually transmitted between the pair of first DC terminal portions, the pair of second DC terminal portions, and the pair of third DC terminal portions. The converter apparatus provided with the control part to supply.
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