JP2020137347A - Voltage conversion device - Google Patents

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藤本 大輔
Daisuke Fujimoto
大輔 藤本
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Abstract

To suppress increase of costs required for configuration.SOLUTION: A voltage conversion device 1 comprises: a first transistor SW1 and second transistor SW2; a first reactor 21 and second reactor 22; and an electronic control unit 15. The first transistor SW1 is connected between a positive electrode bus bar PV and the first reactor 21. The first reactor 21 is connected between the first transistor SW1 and a middle terminal MV. The second transistor SW2 is connected between a negative electrode bus bar NV and the second reactor 22. The second reactor 22 is connected between the second transistor SW2 and the middle terminal MV. The electronic control unit 15 controls switching of the first transistor SW1 and the second transistor SW2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電圧変換装置に関する。 The present invention relates to a voltage converter.

従来、直列に接続された2つの負荷の接続点の電圧(例えば、中点電圧)を調整しながら、2つの負荷に電圧を供給する電力変換装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この電力変換装置は、電動車両に搭載される補機類などの複数の負荷にバッテリの出力電圧を分圧して供給するDC/DCコンバータを備える。DC/DCコンバータは、直列に接続された2つのスイッチング素子と、直列に接続された2つのコンデンサと、2つのスイッチング素子の接続点と2つのコンデンサの接続点との間に接続されたインダクタと、を備える。2つの負荷と、2つのスイッチング素子と、2つのコンデンサとは、バッテリの正極端子と負極端子との間に並列に接続されている。 Conventionally, there is known a power conversion device that supplies a voltage to two loads while adjusting the voltage (for example, the midpoint voltage) of two loads connected in series (see, for example, Patent Document 1). ). This power conversion device includes a DC / DC converter that divides and supplies the output voltage of the battery to a plurality of loads such as auxiliary machinery mounted on an electric vehicle. A DC / DC converter consists of two switching elements connected in series, two capacitors connected in series, and an inductor connected between the connection point of the two switching elements and the connection point of the two capacitors. , Equipped with. The two loads, the two switching elements, and the two capacitors are connected in parallel between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery.

国際公開第2012/017753号International Publication No. 2012/017753

ところで、上記従来技術に係る電力変換装置においては、中点電圧を調整する際に、直列に接続された2つのスイッチング素子の各々にバッテリの出力電圧が印加される場合が生じる。このため、各スイッチング素子の定格電圧は、少なくともバッテリの出力電圧まで高く設定される必要が生じ、電力変換装置の構成に要する費用が嵩むという問題が生じる。 By the way, in the power conversion device according to the above-mentioned prior art, when adjusting the midpoint voltage, the output voltage of the battery may be applied to each of the two switching elements connected in series. Therefore, the rated voltage of each switching element needs to be set as high as at least the output voltage of the battery, which causes a problem that the cost required for configuring the power conversion device increases.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成に要する費用の増大を抑制することが可能な電圧変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a voltage conversion device capable of suppressing an increase in cost required for configuration.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
(1)本発明の一態様に係る電圧変換装置(例えば、実施形態での電圧変換装置1)は、電源(例えば、実施形態でのバッテリ11)の正極端子(例えば、実施形態での正極端子PB)に接続される上アーム素子(例えば、実施形態での第1トランジスタSW1)と、前記電源の負極端子(例えば、実施形態での負極端子NB)に接続される下アーム素子(例えば、実施形態での第2トランジスタSW2)と、前記正極端子と前記負極端子との間の中間端子(例えば、実施形態での中間端子MV)と、前記上アーム素子との間に接続される第1リアクトル(例えば、実施形態での第1リアクトル21)と、前記中間端子と前記下アーム素子との間に接続される第2リアクトル(例えば、実施形態での第2リアクトル22)と、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングを制御する制御部(例えば、実施形態での電子制御ユニット15)と、を備える。
In order to solve the above problems and achieve the above object, the present invention has adopted the following aspects.
(1) The voltage conversion device according to one aspect of the present invention (for example, the voltage conversion device 1 in the embodiment) is a positive electrode terminal (for example, a positive electrode terminal in the embodiment) of a power supply (for example, a battery 11 in the embodiment). The upper arm element (for example, the first transistor SW1 in the embodiment) connected to the PB) and the lower arm element (for example, the negative electrode terminal NB in the embodiment) connected to the negative electrode terminal of the power supply (for example, the embodiment). The first reactor connected between the second transistor SW2) in the embodiment, the intermediate terminal between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal (for example, the intermediate terminal MV in the embodiment), and the upper arm element. (For example, the first reactor 21 in the embodiment), the second reactor connected between the intermediate terminal and the lower arm element (for example, the second reactor 22 in the embodiment), and the upper arm element. And a control unit (for example, the electronic control unit 15 in the embodiment) that controls the switching of the lower arm element.

(2)上記(1)に記載の電圧変換装置は、前記中間端子と前記上アーム素子との間に前記第1リアクトルと並列に接続される第1ダイオード(例えば、実施形態での第1ダイオード23)と、前記中間端子と前記下アーム素子との間に前記第2リアクトルと並列に接続される第2ダイオード(例えば、実施形態での第2ダイオード24)と、を備えてもよい。 (2) The voltage conversion device according to (1) above is a first diode connected in parallel with the first reactor between the intermediate terminal and the upper arm element (for example, the first diode in the embodiment). 23) and a second diode (for example, the second diode 24 in the embodiment) connected in parallel with the second reactor between the intermediate terminal and the lower arm element may be provided.

(3)上記(1)又は(2)に記載の電圧変換装置では、前記制御部は、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングを制御することにより、前記中間端子から出力される電圧を所定値に維持してもよい。 (3) In the voltage conversion device according to (1) or (2) above, the control unit controls switching between the upper arm element and the lower arm element to obtain a voltage output from the intermediate terminal. It may be maintained at a predetermined value.

(4)上記(1)から(3)の何れか1つに記載の電圧変換装置では、前記上アーム素子の定格電圧及び前記下アーム素子の定格電圧は、前記正極端子及び前記負極端子間に印加される電圧よりも低くてもよい。 (4) In the voltage conversion device according to any one of (1) to (3) above, the rated voltage of the upper arm element and the rated voltage of the lower arm element are between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. It may be lower than the applied voltage.

(5)上記(4)に記載の電圧変換装置では、前記上アーム素子の定格電圧と前記下アーム素子の定格電圧との差は、所定範囲以内であってもよい。 (5) In the voltage conversion device according to (4) above, the difference between the rated voltage of the upper arm element and the rated voltage of the lower arm element may be within a predetermined range.

(6)上記(1)から(5)の何れか1つに記載の電圧変換装置は、前記正極端子と前記中間端子との間に接続される第1負荷(例えば、実施形態での第1負荷25)と、前記中間端子と前記負極端子との間に接続される第2負荷(例えば、実施形態での第2負荷26)と、を備え、前記第1負荷の消費電力と前記第2負荷の消費電力との差は、所定範囲以内であってもよい。 (6) The voltage conversion device according to any one of (1) to (5) above has a first load (for example, a first load in the embodiment) connected between the positive electrode terminal and the intermediate terminal. A load 25) and a second load (for example, a second load 26 in the embodiment) connected between the intermediate terminal and the negative electrode terminal are provided, and the power consumption of the first load and the second load are provided. The difference from the power consumption of the load may be within a predetermined range.

(7)上記(1)から(6)の何れか1つに記載の電圧変換装置では、前記正極端子及び前記負極端子に接続される蓄電装置(例えば、実施形態でのバッテリ11)と、モータ(例えば、実施形態でのモータ12)と、前記モータとの間で電力を授受する電力変換装置(例えば、実施形態でのパワーモジュール13)と、前記モータのステータ巻線を経由して接続される充電器インレット(例えば、実施形態での充電器インレット31)と、を備えてもよい。 (7) In the voltage conversion device according to any one of (1) to (6) above, the power storage device (for example, the battery 11 in the embodiment) connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, and a motor. (For example, the motor 12 in the embodiment) and the power conversion device (for example, the power module 13 in the embodiment) that transfers power between the motor and the motor are connected via the stator windings of the motor. The charger inlet (for example, the charger inlet 31 in the embodiment) may be provided.

上記(1)によれば、上アーム素子及び下アーム素子は、第1リアクトル及び第2リアクトルを介して接続されているので、正極端子及び負極端子間の電圧は分圧されて、上アーム素子及び下アーム素子の各々に印加される。これにより、例えば、正極端子と負極端子との間の電圧が分圧されずに上アーム素子及び下アーム素子の各々に集中して印加される場合に比べて、上アーム素子及び下アーム素子の各々の耐圧を低くすることができ、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。 According to the above (1), since the upper arm element and the lower arm element are connected via the first reactor and the second reactor, the voltage between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is divided and the upper arm element is divided. And applied to each of the lower arm elements. As a result, for example, as compared with the case where the voltage between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is concentratedly applied to each of the upper arm element and the lower arm element without being divided, the upper arm element and the lower arm element The withstand voltage of each can be lowered, and an increase in the cost required for the device configuration can be suppressed.

上記(2)の場合、上アーム素子及び下アーム素子のスイッチングに伴って第1リアクトル及び第2リアクトルの各々に生じる逆起電圧(サージ電圧)を、第1ダイオード及び第2ダイオードの各々を順方向に流れる電流によって吸収(消費)することができる。 In the case of (2) above, the counter electromotive voltage (surge voltage) generated in each of the first reactor and the second reactor due to the switching of the upper arm element and the lower arm element is sequentially applied to each of the first diode and the second diode. It can be absorbed (consumed) by the current flowing in the direction.

上記(3)の場合、上アーム素子及び下アーム素子のスイッチングによって中間端子から出力される電圧を容易に所定値に維持することができる。 In the case of (3) above, the voltage output from the intermediate terminal can be easily maintained at a predetermined value by switching between the upper arm element and the lower arm element.

上記(4)の場合、例えば、上アーム素子及び下アーム素子の各々の定格電圧が正極端子と負極端子との間の電圧以上に設定される場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。 In the case of (4) above, for example, the cost required for the device configuration is increased as compared with the case where the rated voltage of each of the upper arm element and the lower arm element is set to be equal to or higher than the voltage between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. It can be suppressed.

上記(5)の場合、上アーム素子の定格電圧と下アーム素子の定格電圧とを所定範囲以内で等しくすることができ、例えば所定範囲を超えて定格電圧が異なる上アーム素子及び下アーム素子を備える場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。 In the case of (5) above, the rated voltage of the upper arm element and the rated voltage of the lower arm element can be equalized within a predetermined range. For example, the upper arm element and the lower arm element having different rated voltages beyond the predetermined range can be used. It is possible to suppress an increase in the cost required for the device configuration as compared with the case of providing the device.

上記(6)の場合、第1負荷の消費電力と第2負荷の消費電力とを所定範囲以内で等しくすることができ、例えば所定範囲を超えて消費電力が異なる第1負荷及び第2負荷を備える場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。 In the case of (6) above, the power consumption of the first load and the power consumption of the second load can be equalized within a predetermined range, for example, the first load and the second load having different power consumption beyond the predetermined range It is possible to suppress an increase in the cost required for the device configuration as compared with the case of providing the device.

上記(7)の場合、充電器インレットから入力される電圧を、モータのステータ巻線及び電力変換装置を用いて昇圧することができ、充電器インレットに接続される充電器の定格電圧以上において蓄電装置を充電することができる。 In the case of (7) above, the voltage input from the charger inlet can be boosted by using the stator winding of the motor and the power conversion device, and the voltage is stored at the rated voltage or higher of the charger connected to the charger inlet. The device can be charged.

本発明の実施形態に係る電圧変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of the vehicle which carries the voltage conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電圧変換装置において、第2トランジスタがオンの場合における電流の流れの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the current flow when the 2nd transistor is on in the voltage conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電圧変換装置において、第1トランジスタがオンの場合における電流の流れの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the current flow when the 1st transistor is on in the voltage conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電圧変換装置において、第2トランジスタのオン/オフに伴って第2負荷の正極端及び負極端の両端間に印加される電圧の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the voltage applied between both ends of the positive electrode end and the negative electrode end of a 2nd load with the on / off of a 2nd transistor in the voltage conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電圧変換装置において、第2トランジスタのオン/オフに伴って第2トランジスタのコレクタ−エミッタ間に印加される電圧の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the voltage applied between the collector and the emitter of the 2nd transistor with the on / off of the 2nd transistor in the voltage conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第1変形例に係る電圧変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of the vehicle which carries the voltage conversion apparatus which concerns on 1st modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第2変形例に係る電圧変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of the vehicle which mounts the voltage conversion apparatus which concerns on the 2nd modification of embodiment of this invention.

以下、本発明の電圧変換装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the voltage conversion device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

本実施形態による電圧変換装置は、例えば、モータとバッテリとの間の電力授受を制御するパワーモジュールに接続されている。例えば、電圧変換装置及びパワーモジュールは、電動車両等に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。 The voltage converter according to this embodiment is connected to, for example, a power module that controls power transfer between a motor and a battery. For example, a voltage converter and a power module are mounted on an electric vehicle or the like. The electric vehicle is an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, or the like. Electric vehicles are powered by batteries. The hybrid vehicle is driven by a battery and an internal combustion engine as power sources. A fuel cell vehicle is driven by a fuel cell as a power source.

<車両>
図1は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置1を搭載する車両10の一部の構成を示す図である。
図1に示すように、車両10は、電圧変換装置1に加えて、バッテリ11(BATT)と、走行駆動用のモータ12(MOT)と、パワーモジュール13と、電流センサ14と、電子制御ユニット15(MOT ECU)と、ゲートドライブユニット16(G/D VCU ECU)と、を備える。
<Vehicle>
FIG. 1 is a diagram showing a partial configuration of a vehicle 10 equipped with a voltage conversion device 1 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in addition to the voltage converter 1, the vehicle 10 includes a battery 11 (BATT), a traveling drive motor 12 (MOT), a power module 13, a current sensor 14, and an electronic control unit. A 15 (MOT ECU) and a gate drive unit 16 (G / D VCU ECU) are provided.

バッテリ11は、例えば、車両10の動力源である高圧のバッテリである。バッテリ11は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールと、を備える。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備える。
バッテリ11は、直流コネクタ17aに接続される正極端子PB及び負極端子NBを備える。正極端子PB及び負極端子NBは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
The battery 11 is, for example, a high-voltage battery that is a power source for the vehicle 10. The battery 11 includes a battery case and a plurality of battery modules housed in the battery case. The battery module includes a plurality of battery cells connected in series.
The battery 11 includes a positive electrode terminal PB and a negative electrode terminal NB connected to the DC connector 17a. The positive electrode terminal PB and the negative electrode terminal NB are connected to the positive electrode end and the negative electrode end of a plurality of battery modules connected in series in the battery case.

モータ12は、バッテリ11から供給される電力によって回転駆動力(力行動作)を発生させる。モータ12は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させてもよい。モータ12は、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されてもよい。例えば、モータ12は、3相交流のブラシレスDCモータである。3相は、U相、V相、及びW相である。
モータ12は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための3相のステータ巻線を有する固定子と、を備える。モータ12の3相のステータ巻線は、3相コネクタ17bに接続されている。
The motor 12 generates a rotational driving force (power running operation) by the electric power supplied from the battery 11. The motor 12 may generate generated electric power by a rotational driving force input to the rotary shaft. The motor 12 may be configured so that the rotational power of the internal combustion engine can be transmitted. For example, the motor 12 is a three-phase AC brushless DC motor. The three phases are the U phase, the V phase, and the W phase.
The motor 12 includes a rotor having a permanent magnet for a field magnet and a stator having a three-phase stator winding for generating a rotating magnetic field that rotates the rotor. The three-phase stator windings of the motor 12 are connected to the three-phase connector 17b.

パワーモジュール13は、例えば、3相コネクタ13bによってモータ12の3相のステータ巻線に接続されている。パワーモジュール13は、バッテリ11から入力される直流電力を3相交流電力に変換する。パワーモジュール13は、モータ12から入力される3相交流電力を直流電力に変換してもよい。パワーモジュール13によって変換された直流電力は、バッテリ11に供給することが可能である。 The power module 13 is connected to the three-phase stator windings of the motor 12 by, for example, a three-phase connector 13b. The power module 13 converts the DC power input from the battery 11 into three-phase AC power. The power module 13 may convert the three-phase AC power input from the motor 12 into DC power. The DC power converted by the power module 13 can be supplied to the battery 11.

パワーモジュール13は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備える。例えば、スイッチング素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、又はMOSFET(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)等のトランジスタである。例えば、ブリッジ回路においては、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームU相トランジスタUH,ULと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームV相トランジスタVH,VLと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームW相トランジスタWH,WLとが、それぞれブリッジ接続されている。 The power module 13 includes a bridge circuit formed by a plurality of switching elements connected by a bridge. For example, the switching element is a transistor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor). For example, in a bridge circuit, a pair of high-side arm and low-side arm U-phase transistors UH and UL, a pair of high-side arm and low-side arm V-phase transistors VH and VL, and a pair of high-side arm and low-side arm. The W-phase transistors WH and WL are bridge-connected, respectively.

ハイサイドアームの各トランジスタUH,VH,WHは、コレクタが正極バスバーPIに接続されてハイサイドアームを構成している。各相においてハイサイドアームの各正極バスバーPIは、電圧変換装置1の正極バスバーPVに接続されている。
ローサイドアームの各トランジスタUL,VL,WLは、エミッタが負極バスバーNIに接続されてローサイドアームを構成している。各相においてローサイドアームの各負極バスバーNIは、電圧変換装置1の負極バスバーNVに接続されている。
なお、各正極バスバーPI,PV同士の接続及び各負極バスバーNI,NV同士の接続には、例えば、ボルト締結よりも小型であるとともに、絶縁部位の熱損傷を抑制するように、レーザ溶接又はクリップによる接続などが採用されている。
In each transistor UH, VH, WH of the high side arm, a collector is connected to the positive electrode bus bar PI to form a high side arm. In each phase, each positive electrode bus bar PI of the high sidearm is connected to the positive electrode bus bar PV of the voltage converter 1.
The emitters of each of the transistors UL, VL, and WL of the low side arm are connected to the negative electrode bus bar NI to form the low side arm. In each phase, each negative electrode bus bar NI of the low side arm is connected to the negative electrode bus bar NV of the voltage converter 1.
The connection between the positive electrode bus bars PI and PV and the connection between the negative electrode bus bars NI and NV are, for example, smaller than bolt fastening and laser welded or clipped so as to suppress thermal damage to the insulated portion. Connection etc. are adopted.

各相においてハイサイドアームの各トランジスタUH,VH,WHのエミッタは、接続点TIにおいてローサイドアームの各トランジスタUL,VL,WLのコレクタに接続されている。
各相において接続点TIを形成する入出力バスバー18は入出力端子Qに接続されている。入出力端子Qは、3相コネクタ17bに接続されている。各相の接続点TIは、入出力バスバー18、入出力端子Q、及び3相コネクタ17bを介してモータ12の各相のステータ巻線に接続されている。
ブリッジ回路は、各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。
In each phase, the emitters of the high-side arm transistors UH, VH, and WH are connected to the collectors of the low-side arm transistors UL, VL, and WL at the connection point TI.
The input / output bus bar 18 forming the connection point TI in each phase is connected to the input / output terminal Q. The input / output terminal Q is connected to the three-phase connector 17b. The connection point TI of each phase is connected to the stator winding of each phase of the motor 12 via the input / output bus bar 18, the input / output terminal Q, and the three-phase connector 17b.
The bridge circuit includes a diode connected between the collector and the emitter of each transistor UH, UL, VH, VL, WH, and WL so as to be forward from the emitter to the collector.

パワーモジュール13は、ゲートドライブユニット16から各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン(導通)/オフ(遮断)を切り替える。パワーモジュール13は、バッテリ11から電圧変換装置1を介して入力される直流電力を3相交流電力に変換し、モータ12の3相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、3相のステータ巻線に交流のU相電流、V相電流、及びW相電流を通電する。
パワーモジュール13は、モータ12の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン(導通)/オフ(遮断)駆動によって、モータ12の3相のステータ巻線から出力される3相交流電力を直流電力に変換してもよい。パワーモジュール13によって3相交流電力から変換された直流電力は、電圧変換装置1を介してバッテリ11に供給することが可能である。
The power module 13 turns on (conducts) / turns off the transistor pairs of each phase based on the gate signal which is a switching command input from the gate drive unit 16 to the gates of the transistors UH, VH, WH, UL, VL, and WL. (Block) is switched. The power module 13 converts the DC power input from the battery 11 via the voltage converter 1 into three-phase AC power, and sequentially commutates the energization of the three-phase stator windings of the motor 12 to three. Alternating current U-phase current, V-phase current, and W-phase current are applied to the phase stator windings.
The power module 13 is a three-phase AC power output from the three-phase stator windings of the motor 12 by on (conducting) / off (disconnecting) driving of the transistor pairs of each phase synchronized with the rotation of the motor 12. May be converted to DC power. The DC power converted from the three-phase AC power by the power module 13 can be supplied to the battery 11 via the voltage converter 1.

電流センサ14は、例えば、各相の入出力バスバー18に配置され、U相、V相、及びW相の各々の電流を検出する。電流センサ14は、信号線によって電子制御ユニット15に接続されている。 The current sensor 14 is arranged on the input / output bus bar 18 of each phase, for example, and detects the currents of the U phase, the V phase, and the W phase. The current sensor 14 is connected to the electronic control unit 15 by a signal line.

電子制御ユニット15は、モータ12の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット15は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、CPU等のプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、及びタイマー等の電子回路を備えるECU(Electronic Control Unit)である。なお、電子制御ユニット15の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路であってもよい。 The electronic control unit 15 controls the operation of the motor 12. For example, the electronic control unit 15 is a software function unit that functions by executing a predetermined program by a processor such as a CPU (Central Processing Unit). The software function unit is an ECU (Electronic Control Unit) equipped with a processor such as a CPU, a ROM (Read Only Memory) for storing programs, a RAM (Random Access Memory) for temporarily storing data, and an electronic circuit such as a timer. is there. At least a part of the electronic control unit 15 may be an integrated circuit such as an LSI (Large Scale Integration).

例えば、電子制御ユニット15は、電流センサ14の電流検出値とモータ12に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット16に入力する制御信号を生成する。制御信号は、パワーモジュール13の各トランジスタ対をオン(導通)/オフ(遮断)駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。
また、電子制御ユニット15は、電流センサ14の電流検出値とモータ12に対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット16に入力する制御信号を生成してもよい。
For example, the electronic control unit 15 executes current feedback control using the current detection value of the current sensor 14 and the current target value corresponding to the torque command value for the motor 12, and generates a control signal to be input to the gate drive unit 16. To do. The control signal is a signal indicating the timing for driving each transistor pair of the power module 13 on (conducting) / off (disconnecting). For example, the control signal is a pulse width modulated signal or the like.
Further, the electronic control unit 15 executes current feedback control using the current detection value of the current sensor 14 and the current target value corresponding to the regeneration command value for the motor 12, and generates a control signal to be input to the gate drive unit 16. You may.

ゲートドライブユニット16は、電子制御ユニット15から受け取る制御信号に基づいて、パワーモジュール13の各トランジスタ対を実際にオン(導通)/オフ(遮断)駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット16は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。
ゲートドライブユニット16は、電圧変換装置1の各トランジスタSW1,SW2をオン(導通)/オフ(遮断)駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット16は、電圧変換装置1の電圧調整時における電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、例えば、各トランジスタSW1,SW2のオン時間の比率である。
The gate drive unit 16 generates a gate signal for actually driving each transistor pair of the power module 13 on (conducting) / off (disconnecting) based on the control signal received from the electronic control unit 15. For example, the gate drive unit 16 amplifies the control signal, shifts the level, and the like to generate the gate signal.
The gate drive unit 16 generates a gate signal for driving the transistors SW1 and SW2 of the voltage converter 1 on (conducting) / off (disconnecting). For example, the gate drive unit 16 generates a gate signal having a duty ratio corresponding to a voltage command at the time of voltage adjustment of the voltage converter 1. The duty ratio is, for example, the ratio of the on-time of each transistor SW1 and SW2.

<電圧変換装置>
電圧変換装置1は、対を成す2つのスイッチング素子と、第1リアクトル21及び第2リアクトル22と、第1ダイオード23及び第2ダイオード24と、第1コンデンサC1a及び第2コンデンサC1bと、平滑コンデンサC2と、第1負荷(Sa)25及び第2負荷(Sb)26と、を備える。
<Voltage converter>
The voltage converter 1 includes two paired switching elements, a first reactor 21, a second reactor 22, a first diode 23 and a second diode 24, a first capacitor C1a and a second capacitor C1b, and a smoothing capacitor. It includes C2, a first load (Sa) 25, and a second load (Sb) 26.

対を成す2つのスイッチング素子は、例えば、ハイサイドアームの第1トランジスタSW1及びローサイドアームの第2トランジスタSW2である。
第1トランジスタSW1は、コレクタが正極バスバーPVに接続されてハイサイドアームを構成している。ハイサイドアームの正極バスバーPVは、バッテリ11の正極端子PB及びパワーモジュール13の正極バスバーPIに接続されている。第1トランジスタSW1のエミッタは、第1リアクトル21に接続されている。
第2トランジスタSW2は、エミッタが負極バスバーNVに接続されてローサイドアームを構成している。ローサイドアームの負極バスバーNVは、バッテリ11の負極端子NB及びパワーモジュール13の負極バスバーNIに接続されている。第2トランジスタSW2のコレクタは、第2リアクトル22に接続されている。
The two pairing switching elements are, for example, the first transistor SW1 of the high side arm and the second transistor SW2 of the low side arm.
In the first transistor SW1, the collector is connected to the positive electrode bus bar PV to form a high side arm. The positive electrode bus bar PV of the high side arm is connected to the positive electrode terminal PB of the battery 11 and the positive electrode bus bar PI of the power module 13. The emitter of the first transistor SW1 is connected to the first reactor 21.
The emitter of the second transistor SW2 is connected to the negative electrode bus bar NV to form a low side arm. The negative electrode bus bar NV of the low side arm is connected to the negative electrode terminal NB of the battery 11 and the negative electrode bus bar NI of the power module 13. The collector of the second transistor SW2 is connected to the second reactor 22.

第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の各々の定格電圧は、正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に印加されるバッテリ11の正極端子PB及び負極端子NB間に出力される出力電圧VBよりも低く設定されている。
第1トランジスタSW1の定格電圧と、第2トランジスタSW2の定格電圧との差は、所定範囲以内に設定されている。例えば、所定範囲は、所望の許容誤差の範囲などである。
The rated voltage of each of the first transistor SW1 and the second transistor SW2 is set lower than the output voltage VB output between the positive electrode terminal PB and the negative electrode terminal NB of the battery 11 applied between the positive electrode bus bar PV and the negative electrode bus bar NV. Has been done.
The difference between the rated voltage of the first transistor SW1 and the rated voltage of the second transistor SW2 is set within a predetermined range. For example, the predetermined range is a range of desired tolerances and the like.

第1リアクトル21及び第2リアクトル22は、正極バスバーPVと負極バスバーNVとの間に設けられる中間端子MVに接続されている。第1リアクトル21は、第1トランジスタSW1のエミッタと中間端子MVとの間に接続されている。第2リアクトル22は、第2トランジスタSW2のコレクタと中間端子MVとの間に接続されている。
第1ダイオード23及び第2ダイオード24の各々は、第1リアクトル21及び第2リアクトル22の各々に接続されている。第1ダイオード23は、中間端子MVから第1トランジスタSW1のエミッタに向けて順方向となるようにして、第1ダイオード23と並列に接続されている。第2ダイオード24は、第2トランジスタSW2のコレクタから中間端子MVに向けて順方向となるようにして、第2リアクトル22と並列に接続されている。
The first reactor 21 and the second reactor 22 are connected to an intermediate terminal MV provided between the positive electrode bus bar PV and the negative electrode bus bar NV. The first reactor 21 is connected between the emitter of the first transistor SW1 and the intermediate terminal MV. The second reactor 22 is connected between the collector of the second transistor SW2 and the intermediate terminal MV.
Each of the first diode 23 and the second diode 24 is connected to each of the first reactor 21 and the second reactor 22. The first diode 23 is connected in parallel with the first diode 23 so as to be in the forward direction from the intermediate terminal MV toward the emitter of the first transistor SW1. The second diode 24 is connected in parallel with the second reactor 22 so as to be in the forward direction from the collector of the second transistor SW2 toward the intermediate terminal MV.

第1コンデンサC1a及び第2コンデンサC1bは、正極バスバーPVと負極バスバーNVとの間で直列に接続されている。第1コンデンサC1aと第2コンデンサC1bとの接続点は、中間端子MVに接続されている。つまり、第1コンデンサC1aは正極バスバーPVと中間端子MVとの間に接続され、第2コンデンサC1bは中間端子MVと負極バスバーNVとの間に接続されている。第1コンデンサC1a及び第2コンデンサC1bは、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2のオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。 The first capacitor C1a and the second capacitor C1b are connected in series between the positive electrode bus bar PV and the negative electrode bus bar NV. The connection point between the first capacitor C1a and the second capacitor C1b is connected to the intermediate terminal MV. That is, the first capacitor C1a is connected between the positive electrode bus bar PV and the intermediate terminal MV, and the second capacitor C1b is connected between the intermediate terminal MV and the negative electrode bus bar NV. The first capacitor C1a and the second capacitor C1b smooth the voltage fluctuations generated by the on / off switching operation of the first transistor SW1 and the second transistor SW2.

平滑コンデンサC2は、正極バスバーPVと中間端子MVとの間に接続されている。平滑コンデンサC2は、正極バスバーPV及び負極バスバーNVを介して、パワーモジュール13の複数の正極バスバーPI及び負極バスバーNI間に接続されている。平滑コンデンサC2は、パワーモジュール13の各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。 The smoothing capacitor C2 is connected between the positive electrode bus bar PV and the intermediate terminal MV. The smoothing capacitor C2 is connected between the plurality of positive electrode bus bars PI and the negative electrode bus bar NI of the power module 13 via the positive electrode bus bar PV and the negative electrode bus bar NV. The smoothing capacitor C2 smoothes the voltage fluctuation generated by the on / off switching operation of each of the transistors UH, UL, VH, VL, WH, and WL of the power module 13.

第1負荷(Sa)25及び第2負荷(Sb)26は、例えば、電動車両に搭載されるエアコンプレッサー及びDC−DCコンバータなどの補機類、又は各種車両に搭載されるヘッドライト及びワイパーなどの補機類である。
第1負荷(Sa)25及び第2負荷(Sb)26は、正極バスバーPVと負極バスバーNVとの間で直列に接続されている。第1負荷25と第2負荷26との接続点は、中間端子MVに接続されている。つまり、第1負荷25は正極バスバーPVと中間端子MVとの間に接続され、第2負荷26は中間端子MVと負極バスバーNVとの間に接続されている。
The first load (Sa) 25 and the second load (Sb) 26 are, for example, auxiliary equipment such as an air compressor and a DC-DC converter mounted on an electric vehicle, or headlights and wipers mounted on various vehicles. Auxiliary equipment.
The first load (Sa) 25 and the second load (Sb) 26 are connected in series between the positive electrode bus bar PV and the negative electrode bus bar NV. The connection point between the first load 25 and the second load 26 is connected to the intermediate terminal MV. That is, the first load 25 is connected between the positive electrode bus bar PV and the intermediate terminal MV, and the second load 26 is connected between the intermediate terminal MV and the negative electrode bus bar NV.

本実施形態による電圧変換装置1は上記構成を備えており、次に、電圧変換装置1の動作について説明する。
電圧変換装置1は、ゲートドライブユニット16から第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の各々のゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、トランジスタ対のオン(導通)/オフ(遮断)を切り替える。
図2は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置1において、第2トランジスタSW2がオンの場合における電流の流れの一例を示す図である。図3は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置1において、第1トランジスタSW1がオンの場合における電流の流れの一例を示す図である。図4は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置1において、第2トランジスタSW2のオン/オフに伴って第2負荷26の正極端及び負極端の両端間に印加される電圧Vsbの変化の一例を示す図である。図5は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置1において、第2トランジスタSW2のオン/オフに伴って第2トランジスタSW2のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧Vsw2の変化の一例を示す図である。
The voltage conversion device 1 according to the present embodiment has the above configuration, and next, the operation of the voltage conversion device 1 will be described.
The voltage converter 1 switches on (conductivity) / off (disconnection) of a transistor pair based on a gate signal which is a switching command input from the gate drive unit 16 to each gate of the first transistor SW1 and the second transistor SW2. ..
FIG. 2 is a diagram showing an example of current flow when the second transistor SW2 is on in the voltage converter 1 according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing an example of a current flow when the first transistor SW1 is on in the voltage conversion device 1 according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a change in the voltage Vsb applied between both ends of the positive electrode end and the negative electrode end of the second load 26 as the second transistor SW2 is turned on / off in the voltage converter 1 according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example. FIG. 5 is a diagram showing an example of a change in the voltage Vsw2 applied between the collector and the emitter of the second transistor SW2 as the second transistor SW2 is turned on / off in the voltage converter 1 according to the embodiment of the present invention. Is.

図2及び図3に示すように、電圧変換装置1は、第1トランジスタSW1がオン(導通)及び第2トランジスタSW2がオフ(遮断)に設定される第1状態と、第1トランジスタSW1がオフ(遮断)及び第2トランジスタSW2がオン(導通)に設定される第2状態とを、交互に切り替えることによって、中間端子MVから出力される電圧を調整する。 As shown in FIGS. 2 and 3, in the voltage conversion device 1, the first state in which the first transistor SW1 is set to on (conductivity) and the second transistor SW2 is set to off (disconnection), and the first transistor SW1 is off. The voltage output from the intermediate terminal MV is adjusted by alternately switching between (disconnection) and the second state in which the second transistor SW2 is set to ON (conductivity).

図2に示すように、第1状態では、順次、バッテリ11の正極端子PBと、第1負荷25、第1トランジスタSW1、及び第1リアクトル21と、第2負荷26と、バッテリ11の負極端子NBとへ電流が流れる。第1リアクトル21は、バッテリ11の出力電流IBから第1トランジスタSW1及び第1負荷25のうち第1トランジスタSW1側に分岐された電流I1によって直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第1状態では、相対的に第1負荷25よりも第2負荷26の消費電力が大きくなる。また、第2リアクトル22に生じる逆起電圧(サージ電圧)は第2ダイオード24を順方向に流れる電流によって吸収(消費)される。 As shown in FIG. 2, in the first state, the positive electrode terminal PB of the battery 11, the first load 25, the first transistor SW1, the first reactor 21, the second load 26, and the negative electrode terminal of the battery 11 are sequentially formed. Current flows to NB. The first reactor 21 is DC-excited by the current I1 branched from the output current IB of the battery 11 to the first transistor SW1 side of the first transistor SW1 and the first load 25 to store magnetic energy. In the first state, the power consumption of the second load 26 is relatively larger than that of the first load 25. Further, the counter electromotive voltage (surge voltage) generated in the second reactor 22 is absorbed (consumed) by the current flowing in the forward direction of the second diode 24.

図3に示すように、第2状態では、順次、バッテリ11の正極端子PBと、第1負荷25と、第2負荷26、第2リアクトル22、及び第2トランジスタSW2とへ電流が流れる。第2リアクトル22は、バッテリ11の出力電流IBから第2トランジスタSW2及び第2負荷26のうち第2トランジスタSW2側に分岐された電流I2によって直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第2状態では、相対的に第2負荷26よりも第1負荷25の消費電力が大きくなる。また、第1リアクトル21に生じる逆起電圧(サージ電圧)は第1ダイオード23を順方向に流れる電流によって吸収(消費)される。 As shown in FIG. 3, in the second state, a current flows sequentially to the positive electrode terminal PB of the battery 11, the first load 25, the second load 26, the second reactor 22, and the second transistor SW2. The second reactor 22 is DC-excited by the current I2 branched from the output current IB of the battery 11 to the second transistor SW2 side of the second transistor SW2 and the second load 26 to store magnetic energy. In the second state, the power consumption of the first load 25 is relatively larger than that of the second load 26. Further, the counter electromotive voltage (surge voltage) generated in the first reactor 21 is absorbed (consumed) by the current flowing in the forward direction of the first diode 23.

電圧変換装置1は、例えば、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2のスイッチングによって、中間端子MVから出力される電圧を所定値に維持する。例えば、所定値は、所望の許容誤差範囲内でバッテリ11の出力電圧VBの1/2となる値(VB/2)などである。
さらに、電圧変換装置1は、例えば、第1負荷25の消費電力と第2負荷26の消費電力との差を所定範囲以内に維持する。例えば、所定範囲は、所望の許容誤差の範囲などである。
The voltage converter 1 maintains the voltage output from the intermediate terminal MV at a predetermined value by switching the first transistor SW1 and the second transistor SW2, for example. For example, the predetermined value is a value (VB / 2) that is 1/2 of the output voltage VB of the battery 11 within a desired tolerance range.
Further, the voltage converter 1 maintains, for example, the difference between the power consumption of the first load 25 and the power consumption of the second load 26 within a predetermined range. For example, the predetermined range is a range of desired tolerances and the like.

電圧変換装置1において、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2のスイッチングに伴い、各トランジスタSW1,SW2のコレクタ−エミッタ間に印加される各電圧Vsw1,Vsw2は、各負荷25,26の正極端及び負極端の両端間に印加される各電圧Vsa,Vsbによって規制される。
例えば図4及び図5に示すように、第2トランジスタSW2のオン(ON)/オフ(OFF)の切換動作に伴い、第2負荷26の正極端及び負極端の両端間に印加される電圧Vsbは、所定範囲内において減少傾向及び増大傾向に交互に切り替わりながら変化する。第2トランジスタSW2のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧Vsw2は、第2トランジスタSW2のオン時にゼロとなり、第2トランジスタSW2のオフ時に第2負荷26の電圧Vsbに一致する。
同様に、第1トランジスタSW1のオン(ON)/オフ(OFF)の切換動作に伴い、第1負荷25の正極端及び負極端の両端間に印加される電圧Vsaは、所定範囲内において減少傾向及び増大傾向に交互に切り替わりながら変化する。第1トランジスタSW1のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧Vsw1は、第1トランジスタSW1のオン時にゼロとなり、第1トランジスタSW1のオフ時に第1負荷25の電圧Vsaに一致する。
In the voltage converter 1, the voltages Vsw1 and Vsw2 applied between the collector and the emitter of the transistors SW1 and SW2 due to the switching of the first transistor SW1 and the second transistor SW2 are the positive ends of the loads 25 and 26 and It is regulated by the respective voltages Vsa and Vsb applied between both ends of the negative electrode end.
For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the voltage Vsb applied between both the positive end and the negative end of the second load 26 due to the on (ON) / off (OFF) switching operation of the second transistor SW2. Changes while alternating between a decreasing tendency and an increasing tendency within a predetermined range. The voltage Vsw2 applied between the collector and the emitter of the second transistor SW2 becomes zero when the second transistor SW2 is turned on, and matches the voltage Vsb of the second load 26 when the second transistor SW2 is turned off.
Similarly, the voltage Vsa applied between both ends of the positive electrode end and the negative electrode end of the first load 25 tends to decrease within a predetermined range as the first transistor SW1 is switched on (ON) / off (OFF). And it changes while alternately switching to an increasing tendency. The voltage Vsw1 applied between the collector and the emitter of the first transistor SW1 becomes zero when the first transistor SW1 is turned on, and matches the voltage Vsa of the first load 25 when the first transistor SW1 is turned off.

上述したように、本実施形態の電圧変換装置1によれば、ハイサイドアームの第1トランジスタSW1及びローサイドアームの第2トランジスタSW2は、第1リアクトル21及び第2リアクトル22を介して接続されている。したがって、正極バスバーPV及び負極バスバーNV間のバッテリ電圧VBは分圧されて、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の各々に印加される。これにより、正極バスバーPV及び負極バスバーNV間のバッテリ電圧VBが第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の各々に集中して印加される場合に比べて、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の各々の耐圧を低くすることができ、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。 As described above, according to the voltage conversion device 1 of the present embodiment, the first transistor SW1 of the high side arm and the second transistor SW2 of the low side arm are connected via the first reactor 21 and the second reactor 22. There is. Therefore, the battery voltage VB between the positive electrode bus bar PV and the negative electrode bus bar NV is divided and applied to each of the first transistor SW1 and the second transistor SW2. As a result, each of the first transistor SW1 and the second transistor SW2 is compared with the case where the battery voltage VB between the positive electrode bus bar PV and the negative electrode bus bar NV is applied intensively to each of the first transistor SW1 and the second transistor SW2. It is possible to reduce the withstand voltage of the device and suppress an increase in the cost required for the device configuration.

また、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の各々の耐圧を低くすることができるので、例えば、IGBTなどに比べて、より安価かつ低損失のFETなどのスイッチング素子を用いることができる。これにより、スイッチング周波数を増大させることができ、第1リアクトル21及び第2リアクトル22を小型化することができ、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。 Further, since the withstand voltage of each of the first transistor SW1 and the second transistor SW2 can be lowered, a switching element such as an FET, which is cheaper and has lower loss than, for example, can be used as compared with an IGBT or the like. As a result, the switching frequency can be increased, the first reactor 21 and the second reactor 22 can be miniaturized, and an increase in the cost required for the device configuration can be suppressed.

また、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2のスイッチングによって中間端子MVから出力される電圧を容易に所定値に維持することができる。
また、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の各々の定格電圧を、バッテリ電圧VBよりも低く、相互に所定範囲以内で等しくするので、例えば所定範囲を超えて定格電圧が異なる第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2を備える場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
Further, the voltage output from the intermediate terminal MV can be easily maintained at a predetermined value by switching the first transistor SW1 and the second transistor SW2.
Further, since the rated voltages of the first transistor SW1 and the second transistor SW2 are lower than the battery voltage VB and are equal to each other within a predetermined range, for example, the first transistor SW1 and the first transistor SW1 having different rated voltages exceeding the predetermined range Compared with the case where the second transistor SW2 is provided, it is possible to suppress an increase in the cost required for the device configuration.

また、第1負荷25の消費電力と第2負荷26の消費電力とを所定範囲以内で等しくすることができ、例えば所定範囲を超えて消費電力が異なる第1負荷25及び第2負荷26を備える場合に比べて、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。
また、電圧変換装置1の中間端子MVには、第1負荷25及び第2負荷26の消費電力の差分のみが現れるだけであり、電圧変換装置1を小型化することができる。また、電力変換装置1を通過する電力の低減により、電力変換装置1における損失を低減することができ、車両10のエネルギー消費を低減することができる。
Further, the power consumption of the first load 25 and the power consumption of the second load 26 can be equalized within a predetermined range, and for example, the first load 25 and the second load 26 having different power consumption beyond the predetermined range are provided. Compared with the case, it is possible to suppress an increase in the cost required for the device configuration.
Further, only the difference in power consumption between the first load 25 and the second load 26 appears at the intermediate terminal MV of the voltage conversion device 1, and the voltage conversion device 1 can be miniaturized. Further, by reducing the power passing through the power conversion device 1, the loss in the power conversion device 1 can be reduced, and the energy consumption of the vehicle 10 can be reduced.

また、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2のスイッチングに伴って第1リアクトル21及び第2リアクトル22の各々に生じる逆起電圧(サージ電圧)を、第1ダイオード23及び第2ダイオード24の各々を順方向に流れる電流によって吸収(消費)することができる。 Further, the counter electromotive voltage (surge voltage) generated in each of the first reactor 21 and the second reactor 22 due to the switching of the first transistor SW1 and the second transistor SW2 is set in each of the first diode 23 and the second diode 24. It can be absorbed (consumed) by the current flowing in the forward direction.

以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の各々の定格電圧は、所定範囲以内で一致するとしたが、これに限定されない。
第1トランジスタSW1及び第2トランジスタSW2の何れか一方の定格電圧は、バッテリ11の出力電圧VBよりも低く設定されて、何れか他方の定格電圧は、バッテリ11の出力電圧VBから一方の定格電圧を差し引いて得られる電圧に設定されてもよい。
Hereinafter, a modified example of the embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the rated voltages of the first transistor SW1 and the second transistor SW2 are matched within a predetermined range, but the voltage is not limited to this.
The rated voltage of either the first transistor SW1 or the second transistor SW2 is set lower than the output voltage VB of the battery 11, and the rated voltage of the other is the rated voltage of one from the output voltage VB of the battery 11. May be set to the voltage obtained by subtracting.

上述した実施形態において、電圧変換装置1は、モータ12のステータ巻線12aを経由して接続される充電器インレット31を備えてもよい。充電器インレット31は、バッテリ11を充電するための充電器に接続される。
図6は、本発明の実施形態の第1変形例に係る電圧変換装置1を搭載する車両10の一部の構成を示す図である。
図6に示すように、第1変形例に係る電圧変換装置1は、例えば、コンデンサC3と、充電器インレット31と、を備える。コンデンサC3は、例えば、モータ12においてスター結線によって接続された3相のステータ巻線12aの中性点12bと、電圧変換装置1の負極バスバーNVとの間に接続されている。充電器インレット31は、中性点12bと負極バスバーNVとの間においてコンデンサC3と並列に接続されている。
In the above-described embodiment, the voltage conversion device 1 may include a charger inlet 31 connected via a stator winding 12a of the motor 12. The charger inlet 31 is connected to a charger for charging the battery 11.
FIG. 6 is a diagram showing a partial configuration of a vehicle 10 equipped with a voltage conversion device 1 according to a first modification of the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the voltage conversion device 1 according to the first modification includes, for example, a capacitor C3 and a charger inlet 31. The capacitor C3 is connected, for example, between the neutral point 12b of the three-phase stator winding 12a connected by the star connection in the motor 12 and the negative electrode bus bar NV of the voltage converter 1. The charger inlet 31 is connected in parallel with the capacitor C3 between the neutral point 12b and the negative electrode bus bar NV.

第1変形例に係る電圧変換装置1は、充電器インレット31に接続される充電器の出力電圧を変圧してバッテリ11を充電する際、モータ12の3相のうち少なくとも何れか2相のステータ巻線12aに対応するパワーモジュール13のハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタを同時にオン/オフ駆動する。これにより、電圧変換装置1は、モータ12の回転を抑止しながら、ステータ巻線12aのインダクタンスによる昇圧作用によって、充電器インレット31に供給される電圧を昇圧してバッテリ11を充電する。
第1変形例によれば、充電器インレット31から入力される電圧を、モータ12のステータ巻線12a及びパワーモジュール13を用いて昇圧することができ、充電器インレット31に接続される充電器の定格電圧以上においてバッテリ11を充電することができる。
When the voltage converter 1 according to the first modification transforms the output voltage of the charger connected to the charger inlet 31 to charge the battery 11, the stator of at least one of the three phases of the motor 12 is a stator. The high-side arm and low-side arm transistors of the power module 13 corresponding to the winding 12a are simultaneously turned on / off. As a result, the voltage conversion device 1 charges the battery 11 by boosting the voltage supplied to the charger inlet 31 by the boosting action of the inductance of the stator winding 12a while suppressing the rotation of the motor 12.
According to the first modification, the voltage input from the charger inlet 31 can be boosted by using the stator winding 12a of the motor 12 and the power module 13, and the charger connected to the charger inlet 31 can be boosted. The battery 11 can be charged at a voltage equal to or higher than the rated voltage.

なお、上述した第1変形例においては、モータ12の3相のうち少なくとも何れか2相のステータ巻線12aのインダクタンスを用いるとしたが、これに限定されない。モータ12の回転動力の駆動輪などへの伝達を抑止するための機構として、例えば、パーキングブレーキ又はクラッチなどを備える場合には、モータ12の3相のうち何れか1相のみのステータ巻線12aのインダクタンスを用いてもよい。この場合、電圧変換装置1は、充電器インレット31に接続される充電器の出力電圧を昇圧してバッテリ11を充電する際、モータ12の3相のうち何れか1相のステータ巻線12aに対応するパワーモジュール13のハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタを同時にオン/オフ駆動する。 In the first modification described above, the inductance of the stator winding 12a of at least one of the three phases of the motor 12 is used, but the present invention is not limited to this. When a parking brake or a clutch is provided as a mechanism for suppressing the transmission of the rotational power of the motor 12 to the drive wheels or the like, for example, the stator winding 12a having only one of the three phases of the motor 12 Inductance of may be used. In this case, when the voltage converter 1 boosts the output voltage of the charger connected to the charger inlet 31 to charge the battery 11, the stator winding 12a of any one of the three phases of the motor 12 is used. The high side arm and low side arm transistors of the corresponding power module 13 are driven on / off at the same time.

上述した実施形態の第1変形例において、電圧変換装置1は、さらに、1対のスイッチング素子を備えてもよい。
図7は、本発明の実施形態の第2変形例に係る電圧変換装置1を搭載する車両10の一部の構成を示す図である。
図7に示すように、第2変形例に係る電圧変換装置1は、例えば、1対のハイサイドアームトランジスタSW3及びローサイドアームトランジスタSW4を備える。ハイサイドアームトランジスタSW3及びローサイドアームトランジスタSW4は直列に接続されている。ハイサイドアームトランジスタSW3のエミッタ及びローサイドアームトランジスタSW4のコレクタは、例えば、モータ12においてスター結線によって接続された3相のステータ巻線12aの中性点12bと接続されている。ハイサイドアームトランジスタSW3のコレクタと、ローサイドアームトランジスタSW4のエミッタとの間には、コンデンサC3が接続されている。充電器インレット31は、ハイサイドアームトランジスタSW3のコレクタと、ローサイドアームトランジスタSW4のエミッタとの間においてコンデンサC3と並列に接続されている。ローサイドアームトランジスタSW4のエミッタは、電圧変換装置1の負極バスバーNVと接続されている。
第2変形例に係る電圧変換装置1は、モータ12の回転動力の駆動輪などへの伝達を抑止するための機構を備えた状態において、モータ12の3相のうち何れか1相のみのステータ巻線12aのインダクタンスを用いて、充電器インレット31に接続される充電器の出力電圧を降圧してバッテリ11を充電する。
In the first modification of the above-described embodiment, the voltage conversion device 1 may further include a pair of switching elements.
FIG. 7 is a diagram showing a partial configuration of a vehicle 10 equipped with a voltage conversion device 1 according to a second modification of the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, the voltage conversion device 1 according to the second modification includes, for example, a pair of high-side arm transistors SW3 and low-side arm transistors SW4. The high side arm transistor SW3 and the low side arm transistor SW4 are connected in series. The emitter of the high-side arm transistor SW3 and the collector of the low-side arm transistor SW4 are connected to, for example, the neutral point 12b of the three-phase stator winding 12a connected by the star connection in the motor 12. A capacitor C3 is connected between the collector of the high sidearm transistor SW3 and the emitter of the low sidearm transistor SW4. The charger inlet 31 is connected in parallel with the capacitor C3 between the collector of the high sidearm transistor SW3 and the emitter of the low sidearm transistor SW4. The emitter of the low side arm transistor SW4 is connected to the negative electrode bus bar NV of the voltage converter 1.
The voltage conversion device 1 according to the second modification is provided with a mechanism for suppressing the transmission of the rotational power of the motor 12 to the drive wheels and the like, and the stator has only one of the three phases of the motor 12. The inductance of the winding 12a is used to step down the output voltage of the charger connected to the charger inlet 31 to charge the battery 11.

上述した実施形態において、第1コンデンサC1a及び第2コンデンサC1bと、平滑コンデンサC2とは、例えば、共通の正極バスバー及び負極バスバーを備えるコンデンサユニットを構成してもよい。
上述した実施形態において、電圧変換装置1は車両10に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。
In the above-described embodiment, the first capacitor C1a and the second capacitor C1b and the smoothing capacitor C2 may form, for example, a capacitor unit including a common positive electrode bus bar and negative electrode bus bar.
In the above-described embodiment, the voltage conversion device 1 is mounted on the vehicle 10, but the present invention is not limited to this, and the voltage conversion device 1 may be mounted on other devices.

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 The embodiments of the present invention are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention as well as the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…電圧変換装置、10…車両、11…バッテリ(電源、蓄電装置)、12…モータ、13…パワーモジュール(電力変換装置)、15…電子制御ユニット(制御部)、16…ゲートドライブユニット、21…第1リアクトル、22…第2リアクトル、23…第1ダイオード、24…第2ダイオード、25…第1負荷、26…第2負荷、31…充電器インレット、MV…中間端子、NB…負極端子、PB…正極端子、SW1…第1トランジスタ(上アーム素子)、SW2…第2トランジスタ(下アーム素子) 1 ... Voltage converter, 10 ... Vehicle, 11 ... Battery (power supply, power storage device), 12 ... Motor, 13 ... Power module (power converter), 15 ... Electronic control unit (control unit), 16 ... Gate drive unit, 21 ... 1st reactor, 22 ... 2nd reactor, 23 ... 1st diode, 24 ... 2nd diode, 25 ... 1st load, 26 ... 2nd load, 31 ... Charger inlet, MV ... Intermediate terminal, NB ... Negative terminal , PB ... Positive electrode terminal, SW1 ... 1st transistor (upper arm element), SW2 ... 2nd transistor (lower arm element)

Claims (7)

電源の正極端子に接続される上アーム素子と、
前記電源の負極端子に接続される下アーム素子と、
前記正極端子と前記負極端子との間の中間端子と、前記上アーム素子との間に接続される第1リアクトルと、
前記中間端子と前記下アーム素子との間に接続される第2リアクトルと、
前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングを制御する制御部と、
を備える、
ことを特徴とする電圧変換装置。
The upper arm element connected to the positive electrode terminal of the power supply and
The lower arm element connected to the negative electrode terminal of the power supply and
An intermediate terminal between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, and a first reactor connected between the upper arm element.
A second reactor connected between the intermediate terminal and the lower arm element,
A control unit that controls switching between the upper arm element and the lower arm element,
To prepare
A voltage converter characterized by that.
前記中間端子と前記上アーム素子との間に前記第1リアクトルと並列に接続される第1ダイオードと、
前記中間端子と前記下アーム素子との間に前記第2リアクトルと並列に接続される第2ダイオードと、
を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の電圧変換装置。
A first diode connected in parallel with the first reactor between the intermediate terminal and the upper arm element,
A second diode connected in parallel with the second reactor between the intermediate terminal and the lower arm element,
To prepare
The voltage conversion device according to claim 1.
前記制御部は、
前記上アーム素子及び前記下アーム素子のスイッチングを制御することにより、前記中間端子から出力される電圧を所定値に維持する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電圧変換装置。
The control unit
By controlling the switching of the upper arm element and the lower arm element, the voltage output from the intermediate terminal is maintained at a predetermined value.
The voltage conversion device according to claim 1 or 2, wherein the voltage conversion device is characterized by the above.
前記上アーム素子の定格電圧及び前記下アーム素子の定格電圧は、前記正極端子及び前記負極端子間に印加される電圧よりも低い、
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の電圧変換装置。
The rated voltage of the upper arm element and the rated voltage of the lower arm element are lower than the voltage applied between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal.
The voltage conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage conversion device is characterized by the above.
前記上アーム素子の定格電圧と前記下アーム素子の定格電圧との差は、所定範囲以内である、
ことを特徴とする請求項4に記載の電圧変換装置。
The difference between the rated voltage of the upper arm element and the rated voltage of the lower arm element is within a predetermined range.
The voltage conversion device according to claim 4.
前記正極端子と前記中間端子との間に接続される第1負荷と、
前記中間端子と前記負極端子との間に接続される第2負荷と、
を備え、
前記第1負荷の消費電力と前記第2負荷の消費電力との差は、所定範囲以内である、
ことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の電圧変換装置。
A first load connected between the positive electrode terminal and the intermediate terminal,
A second load connected between the intermediate terminal and the negative electrode terminal,
With
The difference between the power consumption of the first load and the power consumption of the second load is within a predetermined range.
The voltage conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the voltage conversion device is characterized by the above.
前記正極端子及び前記負極端子に接続される蓄電装置と、
モータと、
前記モータとの間で電力を授受する電力変換装置と、
前記モータのステータ巻線を経由して接続される充電器インレットと、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の電圧変換装置。
A power storage device connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal,
With the motor
A power converter that transfers power to and from the motor,
With the charger inlet connected via the stator winding of the motor,
The voltage conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein the voltage conversion device is provided.
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