JP2021002902A - Charger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device.
高電圧で動作する装置用の電源として、コンデンサを高電圧蓄電器として用いることが知られている。こうした電源用コンデンサを充電する方法が提案されている。 It is known that a capacitor is used as a high-voltage power storage as a power source for a device operating at a high voltage. A method of charging such a power supply capacitor has been proposed.
コンデンサの充電方法として、電流を制御しながらコンデンサを充電する手法が知られている。例えば、出力する直流電流を制限しながらコンデンサを充電することでコンデンサの充電電圧を高精度に制御する充電装置(引用文献1)が提案されている。他にも、一定の電圧でコンデンサを充電する手法(定電圧充電)、一定の電流でコンデンサを充電する手法(定電流充電)、及び、定電圧充電と定電流充電とを組み合わせた手法などの各種の充電方法が知られている。 As a method of charging a capacitor, a method of charging a capacitor while controlling a current is known. For example, a charging device (Reference 1) has been proposed in which the charging voltage of a capacitor is controlled with high accuracy by charging the capacitor while limiting the output DC current. In addition, a method of charging a capacitor with a constant voltage (constant voltage charging), a method of charging a capacitor with a constant current (constant current charging), and a method of combining constant voltage charging and constant current charging, etc. Various charging methods are known.
スイッチングレギュレータなどで構成されたDC−DCコンバータから出力された交流電圧を昇圧トランスで昇圧し、整流器で整流した直流電圧によってコンデンサを充電する手法も提案されている(特許文献2)。こうしたトランスを用いた構成は、絶縁型DC/DCコンバータとして知られている。この手法では、2つのインバータ回路が設けられており、1つめの初期充電用インバータで負荷コンデンサの目標電圧より少し低い初期充電電圧まで充電を行う。その後、初期充電用インバータを停止し、微調整インバータを動作させ、負荷コンデンサ10の電圧を初期充電電圧から目標電圧まで、初期充電時より緩やかに充電する。 A method has also been proposed in which an AC voltage output from a DC-DC converter composed of a switching regulator or the like is boosted by a step-up transformer, and a capacitor is charged by a DC voltage rectified by a rectifier (Patent Document 2). A configuration using such a transformer is known as an isolated DC / DC converter. In this method, two inverter circuits are provided, and the first initial charging inverter charges to an initial charging voltage slightly lower than the target voltage of the load capacitor. After that, the initial charging inverter is stopped, the fine adjustment inverter is operated, and the voltage of the load capacitor 10 is charged more slowly from the initial charging voltage to the target voltage than at the time of initial charging.
また、絶縁型DC/DCコンバータの前段にチョッパ回路を設け、チョッパ回路で変圧した電圧をインバータ回路に入力する手法が知られている(特許文献3)。この構成では、昇圧チョッパ回路が主蓄電池の電圧を昇圧して、間欠放電用蓄電池を充電する。インバータ回路は間欠放電用蓄電池の直流交流に変換して、トランスからなる昇圧変圧器に出力する。昇圧変圧器はインバータ回路からの交流を高電圧の交流に昇圧して高圧整流回路に出力する。高圧整流回路は高電圧の交流を直流に変換して、直流電圧を出力する。よって、チョッパ回路で昇圧した電圧で間欠放電用蓄電池を充電することで、間欠放電時の電圧低下及び電源装置の大型化を抑制することができる。 Further, there is known a method in which a chopper circuit is provided in front of an isolated DC / DC converter and a voltage transformed by the chopper circuit is input to an inverter circuit (Patent Document 3). In this configuration, the boost chopper circuit boosts the voltage of the main storage battery to charge the intermittent discharge storage battery. The inverter circuit converts it into DC AC of the storage battery for intermittent discharge and outputs it to a step-up transformer consisting of a transformer. The step-up transformer boosts the alternating current from the inverter circuit to a high-voltage alternating current and outputs it to the high-voltage rectifying circuit. The high-voltage rectifier circuit converts high-voltage alternating current into direct current and outputs a direct current voltage. Therefore, by charging the storage battery for intermittent discharge with the voltage boosted by the chopper circuit, it is possible to suppress a voltage drop during intermittent discharge and an increase in size of the power supply device.
他にも、高圧電源又はコンデンサの充電装置が、様々に提案されている(特許文献4〜6、非特許文献1)。 In addition, various high-voltage power supplies or capacitor charging devices have been proposed (Patent Documents 4 to 6 and Non-Patent Document 1).
上述のように、高電圧で用いる装置への電源供給を行う場合には、主電源と装置側との絶縁を確保するため、トランスによって変圧を行う絶縁型DC/DCコンバータを有する構成が用いられる。トランスによって高効率で変圧を行うには、磁束の漏れを小さくして電力を一次側から二次側に伝達するために、一次側巻線と二次側巻線とを重ねて巻くなど、巻線をなるべく密に巻くこととなる。 As described above, when power is supplied to a device used at a high voltage, a configuration having an isolated DC / DC converter that transforms with a transformer is used in order to secure insulation between the main power supply and the device side. .. In order to perform transformation with high efficiency by a transformer, in order to reduce the leakage of magnetic flux and transmit power from the primary side to the secondary side, the primary side winding and the secondary side winding are wound in layers. The wire will be wound as closely as possible.
しかし、例えば10kV以上の高圧でコンデンサを充電する場合には、一次側巻線と二次側巻線とを密に巻いてしまうと、両者の絶縁が難しくなってしまうという問題が生じる。また、高圧、高周波トランスにおいて二次側巻線の数を多くすると線間の電圧が高くなり、線間の静電容量を通じて流れるリーク電流が増大して、各線が加熱するなどの問題が発生する。 However, for example, when charging a capacitor at a high pressure of 10 kV or more, if the primary winding and the secondary winding are tightly wound, there arises a problem that insulation between the two becomes difficult. In addition, if the number of secondary windings is increased in high-voltage and high-frequency transformers, the voltage between the wires increases, the leakage current flowing through the capacitance between the wires increases, and problems such as heating of each wire occur. ..
本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、絶縁破壊を防止しつつ負荷コンデンサを充電する充電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 charging device for charging a load capacitor while preventing dielectric breakdown.
本発明の第1の態様である充電装置は、グランド電圧と所定の電圧との間で出力電圧が可変であり、かつ、一定の電流を出力する定電流DC/DCコンバータと、前記所定の電圧を出力する複数の定電圧DC/DCコンバータと、を有し、前記定電流DC/DCコンバータ及び前記複数の定電圧DC/DCコンバータをカスケード接続することで得られる電圧によってコンデンサを充電し、前記定電流DC/DCコンバータ及び前記複数の定電圧DC/DCコンバータは、一次側インダクタと二次側インダクタとが物理的に離隔して設けられた昇圧トランスで昇圧した電圧を出力するものである。これにより、コンデンサを充電するときに、定電流DC/DCコンバータ及び定電圧DC/DCコンバータでの絶縁破壊を防止すると共に、二次側巻線のリーク電流を防止して高能率の変換装置を構成することができる。 The charging device according to the first aspect of the present invention includes a constant current DC / DC converter whose output voltage is variable between a ground voltage and a predetermined voltage and which outputs a constant current, and the predetermined voltage. The capacitor is charged by a voltage obtained by cascading the constant current DC / DC converter and the plurality of constant voltage DC / DC converters, and having a plurality of constant voltage DC / DC converters to output the above. The constant current DC / DC converter and the plurality of constant voltage DC / DC converters output a voltage boosted by a step-up transformer in which the primary side inductor and the secondary side inductor are physically separated from each other. As a result, when charging the capacitor, insulation breakage in the constant current DC / DC converter and constant voltage DC / DC converter is prevented, and leakage current of the secondary winding is prevented to provide a highly efficient converter. Can be configured.
本発明の第2の態様である充電装置は、上記の充電装置であって、前記定電流DC/DCコンバータ及び前記定電圧DC/DCコンバータは、スイッチング回路と、共振コンデンサと、前記一次側インダクタが前記共振コンデンサを介して前記スイッチング回路と接続されるトランスと、前記トランスの前記二次側インダクタに誘導される電圧を整流した電圧を出力する整流器と、前記スイッチング回路のスイッチングを制御する制御回路と、を有することが望ましい。これにより、絶縁破壊を防止できる定電流DC/DCコンバータ及び定電圧DC/DCコンバータを構成できる。 The charging device according to the second aspect of the present invention is the charging device described above, wherein the constant current DC / DC converter and the constant voltage DC / DC converter include a switching circuit, a resonance capacitor, and the primary side inductor. Is connected to the switching circuit via the resonance capacitor, a rectifier that outputs a rectified voltage obtained by rectifying the voltage induced in the secondary inductor of the transformer, and a control circuit that controls switching of the switching circuit. And, it is desirable to have. Thereby, a constant current DC / DC converter and a constant voltage DC / DC converter that can prevent dielectric breakdown can be configured.
本発明の第3の態様である充電装置は、上記の充電装置であって、前記定電圧DC/DCコンバータの前記整流器は、前記所定の電圧を出力し、前記定電流DC/DCコンバータは、前記スイッチング回路に入力する電圧を調整可能なチョッパ回路を更に有し、前記定電流DC/DCコンバータでは、前記チョッパ回路と前記スイッチング回路のスイッチングを制御することで、前記整流器から出力される電流が前記一定の電流となるように前記整流器が出力する前記電圧を制御することが望ましい。これにより、定電流DC/DCコンバータ及び定電圧DC/DCコンバータの動作を実現することができる。 The charging device according to the third aspect of the present invention is the above-mentioned charging device, in which the rectifier of the constant voltage DC / DC converter outputs the predetermined voltage, and the constant current DC / DC converter is: The constant current DC / DC converter further has a chopper circuit capable of adjusting the voltage input to the switching circuit, and by controlling the switching between the chopper circuit and the switching circuit, the current output from the rectifier can be generated. It is desirable to control the voltage output by the rectifier so that the current becomes constant. Thereby, the operation of the constant current DC / DC converter and the constant voltage DC / DC converter can be realized.
本発明の第4の態様である充電装置は、上記の充電装置であって、前記制御回路は、前記スイッチング回路のスイッチングの周波数が、前記トランスの漏れ磁束により生じた漏れインダクタンスと前記共振コンデンサとの共振周波数とほぼ一致するように、前記スイッチング回路のスイッチングを制御することが望ましい。これにより、漏れインダクタンスの影響を相殺することができる。 The charging device according to the fourth aspect of the present invention is the above-mentioned charging device, and in the control circuit, the switching frequency of the switching circuit is the leakage inductance generated by the leakage flux of the transformer and the resonance capacitor. It is desirable to control the switching of the switching circuit so as to substantially match the resonance frequency of. Thereby, the influence of the leakage inductance can be offset.
本発明の第5の態様である充電装置は、上記の充電装置であって、前記制御回路は、前記漏れインダクタンスと前記共振コンデンサとの共振により流れる電流がゼロ付近でのタイミングで、前記スイッチング回路のスイッチングを行うことが望ましい。これにより、スイッチングに起因する損失を防止できる。 The charging device according to the fifth aspect of the present invention is the above-mentioned charging device, and the control circuit is the switching circuit at a timing when the current flowing due to the resonance between the leakage inductance and the resonance capacitor is near zero. It is desirable to perform switching. This makes it possible to prevent loss due to switching.
本発明の第6の態様である充電装置は、上記の充電装置であって、前記定電流DC/DCコンバータによって前記コンデンサを定電流充電し、前記定電流DC/DCコンバータの出力電圧が前記所定の電圧に到達した場合に前記定電流充電を停止するステップと、前記複数の定電圧DC/DCコンバータのうちの1つを動作させて、前記1つの定電圧DC/DCコンバータから前記所定の電圧を出力するステップと、によって前記コンデンサを充電する、ことが望ましい。これにより、コンデンサの充電電圧を向上させることができる。 The charging device according to the sixth aspect of the present invention is the above-mentioned charging device, in which the capacitor is constantly charged by the constant current DC / DC converter, and the output voltage of the constant current DC / DC converter is the predetermined voltage. When the voltage reaches the above voltage, the step of stopping the constant current charging and one of the plurality of constant voltage DC / DC converters are operated to obtain the predetermined voltage from the one constant voltage DC / DC converter. It is desirable to charge the capacitor by the step of outputting. As a result, the charging voltage of the capacitor can be improved.
本発明の第7の態様である充電装置は、上記の充電装置であって、2つの前記ステップを反復して行うことで、前記コンデンサを充電することが望ましい。これにより、コンデンサの充電電圧を向上させることができる。 The charging device according to the seventh aspect of the present invention is the above-mentioned charging device, and it is desirable to charge the capacitor by repeating the two steps. As a result, the charging voltage of the capacitor can be improved.
本発明によれば、絶縁破壊を防止しつつ負荷コンデンサを充電する充電装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a charging device that charges a load capacitor while preventing dielectric breakdown.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted as necessary.
実施の形態1
実施の形態1にかかる充電装置について説明する。図1に、実施の形態1にかかる充電装置100の回路構成を模式的に示す。充電装置100は、直流電源20から電源の供給を受けて、高電圧蓄電器として設けられた高圧大容量コンデンサであるコンデンサCを急速充電するものとして構成される。充電されたコンデンサCは、外部の装置と接続され、高電圧電源を提供する。
The charging device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 schematically shows a circuit configuration of the
充電装置100は、1つの定電流DC/DCコンバータCC、複数の定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVN及び電圧測定回路30を有する。定電流DC/DCコンバータCCと定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNとは、共通線CLにカスケード接続されている。但し、Nは、2以上の整数である。充電装置100の電源端子STは直流電源20の正極PEと接続され、充電装置100のグランド端子GTは直流電源20の負極NE、すなわちグランドと接続される。電圧測定回路30は、コンデンサCに出力される電圧(すなわち、充電電圧)を測定可能に構成され、測定結果DETを定電流DC/DCコンバータCCへ出力する。
The charging
定電流DC/DCコンバータCCの構成について説明する。図2に、定電流DC/DCコンバータCCの構成を模式的に示す。定電流DC/DCコンバータCCは、電流共振型DC/DCコンバータ1、制御回路2、降圧チョッパ回路3、電流センサS1及びS2を有する。
The configuration of the constant current DC / DC converter CC will be described. FIG. 2 schematically shows the configuration of the constant current DC / DC converter CC. The constant current DC / DC converter CC includes a current resonance type DC /
降圧チョッパ回路3は、トランジスタT31及びT32、平滑コンデンサC1及びインダクタLを有する。ここでは、トランジスタT31及びT32が絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)であるものとして説明する。なお、トランジスタT31及びT32はIGBTに限られるものではなく、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などの他のトランジスタを用いてもよい。
The step-down
トランジスタT31及びT32は、高電圧側から低電圧側に電流を流すように極性が揃えられて、電源端子STとグランド端子GTとの間に縦続接続される。具体的には、トランジスタT31のコレクタは電源端子STと接続され、エミッタはトランジスタT32のコレクタと接続される。トランジスタT32のエミッタはグランド端子GTと接続される。また、トランジスタT31のエミッタ及びトランジスタT32のコレクタは、インダクタLの一方の端部LT1と接続される。また、トランジスタT31のコレクタとトランジスタT32のエミッタとの間には、平滑コンデンサC1が接続される。 The transistors T31 and T32 have the same polarity so that a current flows from the high voltage side to the low voltage side, and are vertically connected between the power supply terminal ST and the ground terminal GT. Specifically, the collector of the transistor T31 is connected to the power supply terminal ST, and the emitter is connected to the collector of the transistor T32. The emitter of the transistor T32 is connected to the ground terminal GT. Further, the emitter of the transistor T31 and the collector of the transistor T32 are connected to one end LT1 of the inductor L. Further, a smoothing capacitor C1 is connected between the collector of the transistor T31 and the emitter of the transistor T32.
トランジスタT31及びT32のゲートは制御回路2と接続される。これにより、トランジスタT31及びT32のオン/オフ(スイッチング)は制御回路2によって制御される。
The gates of the transistors T31 and T32 are connected to the
なお、以下では、トランジスタには還流ダイオード(フリーホイーリングダイオード)が逆並列で接続されるものとする。すなわち、還流ダイオードのアノードはトランジスタのエミッタと接続され、カソードはトランジスタのコレクタと接続される。これにより、トランジスタをオフにしたときに生じる逆流電流を、還流ダイオードを介して流すことができるので、逆流電流によるトランジスタの故障を回避することができる。 In the following, it is assumed that a freewheeling diode (freewheeling diode) is connected to the transistor in antiparallel. That is, the anode of the freewheeling diode is connected to the emitter of the transistor and the cathode is connected to the collector of the transistor. As a result, the backflow current generated when the transistor is turned off can be passed through the freewheeling diode, so that the transistor can be avoided from failure due to the backflow current.
次に、電流共振型DC/DCコンバータ1は、高周波インバータ回路11、高周波トランス12、共振コンデンサCr、平滑コンデンサC2、整流器R1及びR2を有する。
Next, the current resonance type DC /
高周波インバータ回路11(スイッチング回路とも称する)は、トランジスタT1〜T4を有するフルブリッジ型インバータとして構成される。高周波トランス12は、一次側インダクタL1と二次側インダクタL2及びL3とが設けられた昇圧トランスとして構成される。ここでは、トランジスタT1〜T4がIGBTであるものとして説明する。なお、トランジスタT1〜T4はIGBTに限られるものではなく、例えばMOSFETなどの他のトランジスタを用いてもよい。
The high-frequency inverter circuit 11 (also referred to as a switching circuit) is configured as a full-bridge type inverter having transistors T1 to T4. The
トランジスタT1及びT2は、高電圧側から低電圧側に電流を流すように極性がそろえられて、降圧チョッパ回路3のインダクタLの端部LT2とグランド端子GTとの間に縦続接続される。具体的には、トランジスタT1のコレクタはインダクタLの端部LT2と接続され、エミッタはトランジスタT4のコレクタと接続される。トランジスタT4のエミッタはグランド端子GTと接続される。
The transistors T1 and T2 are aligned in polarity so that a current flows from the high voltage side to the low voltage side, and are longitudinally connected between the end portion LT2 of the inductor L of the step-down
トランジスタT3及びT4は、高電圧側から低電圧側に電流を流すように極性がそろえられて、降圧チョッパ回路3のインダクタLの端部LT2とグランド端子GTとの間に縦続接続される。具体的には、トランジスタT3のコレクタはインダクタLの端部LT2と接続され、エミッタはトランジスタT4のコレクタと接続される。トランジスタT4のエミッタはグランド端子GTと接続される。
The transistors T3 and T4 are aligned in polarity so as to allow current to flow from the high voltage side to the low voltage side, and are longitudinally connected between the end portion LT2 of the inductor L of the step-down
トランジスタT1〜T4のゲートは制御回路2と接続される。これにより、トランジスタT1〜T4のオン/オフ(スイッチング)は制御回路2によって制御される。
The gates of the transistors T1 to T4 are connected to the
降圧チョッパ回路3から高周波インバータ回路11に入力されるバンク電圧を平滑化するため、トランジスタT1及びT3のコレクタとトランジスタT2及びT4のエミッタとの間に、平滑コンデンサC2が接続されている。
In order to smooth the bank voltage input from the step-down
トランジスタT1のエミッタ及びトランジスタT2のコレクタは、共振コンデンサCrの一端と接続される。共振コンデンサCrの他端は、高周波トランス12の一次側インダクタL1の一端と接続される。高周波トランス12の一次側インダクタL1の他端は、トランジスタT3のエミッタ及びトランジスタT4のコレクタと接続される。
The emitter of the transistor T1 and the collector of the transistor T2 are connected to one end of the resonant capacitor Cr. The other end of the resonance capacitor Cr is connected to one end of the primary inductor L1 of the
本実施の形態では、一次側インダクタL1と、二次側インダクタL2及びL3とは、離隔して配置されており、漏れ磁束が生じる。この漏れ磁束によって、漏れインダクタンスLrが生じる。図2では、共振コンデンサCrと一次側インダクタL1との間に、漏れインダクタンスLrを表示している。 In the present embodiment, the primary side inductor L1 and the secondary side inductors L2 and L3 are arranged apart from each other, and leakage flux is generated. Leakage inductance Lr is generated by this leakage flux. In FIG. 2, the leakage inductance Lr is displayed between the resonance capacitor Cr and the primary inductor L1.
二次側インダクタL2には整流器R1が接続され、二次側インダクタL2に誘導により生じた交流電圧を整流した直流電圧を、共通線CLに出力する。二次側インダクタL3には整流器R2が接続され、2次側インダクタL3に誘導により生じた交流電圧を整流した直流電圧を、共通線CLに出力する。 A rectifier R1 is connected to the secondary inductor L2, and a DC voltage obtained by rectifying the AC voltage generated by induction on the secondary inductor L2 is output to the common line CL. A rectifier R2 is connected to the secondary inductor L3, and a DC voltage obtained by rectifying the AC voltage generated by induction on the secondary inductor L3 is output to the common line CL.
整流器R1の出力と整流器R2の出力との間には、共通線CLに出力する電圧を平滑化するため、平滑コンデンサC3が接続されている。 A smoothing capacitor C3 is connected between the output of the rectifier R1 and the output of the rectifier R2 in order to smooth the voltage output to the common line CL.
次いで、制御回路2について説明する。制御回路2は、降圧チョッパ回路3の端部LT2と接続されている。これにより、高周波インバータ回路11に入力されるバンク電圧をモニタすることができる。また、降圧チョッパ回路3の端部LT2と高周波インバータ回路11との間には、電流センサS1が設けられ、高周波インバータ回路11に供給される電流を計測し、計測結果を制御回路2へ出力する。さらに、高周波トランス12の一次側インダクタL1に流れる電流を計測するために電流センサS2が設けられ、計測結果は制御回路2へ出力される。
Next, the
なお、後述するように、制御回路2は、定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNの動作を制御するため、定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNの制御回路に制御信号CONを出力可能に構成される。
As will be described later, in order to control the operation of the constant voltage DC / DC converters CV1 to CVN, the
次いで、定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNの構成について説明する。定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNは、同じ回路構成を有する定電圧DC/DCコンバータCVとして構成される。図3に、定電圧DC/DCコンバータCVの構成を模式的に示す。 Next, the configurations of the constant voltage DC / DC converters CV1 to CVN will be described. The constant voltage DC / DC converters CV1 to CVN are configured as constant voltage DC / DC converters CV having the same circuit configuration. FIG. 3 schematically shows the configuration of the constant voltage DC / DC converter CV.
定電圧DC/DCコンバータCVは、定電流DC/DCコンバータ1から降圧チョッパ回路3及び電流センサS1を除去し、かつ、制御回路2を制御回路4に置換した構成を有する。高周波インバータ回路11のトランジスタT1及びT3のコレクタは電源端子STと接続される。これにより、直流電源20から出力される電源電圧が、高周波インバータ回路11に入力されるバンク電圧となる。
The constant voltage DC / DC converter CV has a configuration in which the step-down
制御回路4は、高周波インバータ回路11のトランジスタT1〜T4のゲートと接続され、トランジスタT1〜T4のオン/オフ(スイッチング)を制御する。また、電流センサS2は、高周波トランス12の一次側インダクタL1に流れる電流を測定し、計測結果を制御回路4へ出力する。制御回路4は、一定の電圧V1が共通線CLに出力されるように、高周波インバータ回路11のスイッチングを制御する。
The control circuit 4 is connected to the gate of the transistors T1 to T4 of the high-
制御回路4は、定電流DC/DCコンバータCCの制御回路2から制御信号CONを受け取る。これにより、定電流DC/DCコンバータCCの制御回路2は、定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNのそれぞれの動作の停止及び開始を制御することが可能である。
The control circuit 4 receives a control signal CON from the
ここで、定電流DC/DCコンバータCC及び定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNにおける高周波インバータ回路11のスイッチングについて説明する。上述のように、本構成では、高周波トランス12の一次側インダクタL1と二次側インダクタL2及びL3とは、物理的に離隔して設けられているので、漏れ磁束に起因する漏れインダクタンスLrが存在する。
Here, switching of the high
そこで、本構成では、漏れインダクタンスLrの影響を相殺するため、漏れインダクタンスLrと共振コンデンサCrとの共振周波数Fにて高周波インバータ回路11のスイッチングを行う。このときの50%交番電流を通電させる共振周波数Fは、以下の式で表される。
漏れインダクタンスLrと共振コンデンサCrとで構成される共振回路に流れる電流がゼロになるタイミングとスイッチングのタイミングとは、電流センサS2によって電流を監視している制御回路2及び4によって同期させることが可能である。
The timing at which the current flowing in the resonance circuit composed of the leakage inductance Lr and the resonance capacitor Cr becomes zero and the switching timing can be synchronized by the
この場合、共振によって漏れインダクタンスLrと共振コンデンサCrとの合成インピーダンスがゼロとなり、漏れインダクタンスLrの影響をキャンセルすることができる。また、高周波インバータ回路11でのスイッチングは共振回路に流れる電流がゼロのときに行われるので、スイッチングによる損失を抑制することもできる。
In this case, the combined impedance of the leakage inductance Lr and the resonance capacitor Cr becomes zero due to the resonance, and the influence of the leakage inductance Lr can be canceled. Further, since the switching in the high
したがって、高周波インバータ回路11のスイッチング損失を抑制しつつ、高周波トランス12のインダクタの配置に起因する漏れインダクタンスの影響を打ち消すことが可能となる。
Therefore, it is possible to cancel the influence of the leakage inductance caused by the arrangement of the inductor of the
上述では、共振回路に流れる電流がゼロのときにスイッチングが行われると説明したが、これは共振回路に流れる電流が厳密にゼロとなることを意味するものではない。すなわち、スイッチング損失を抑制できる程度まで共振回路に流れる電流が減少している状態において、換言すれば電流がゼロ付近ないしはゼロ近傍においてもスイッチングが行われることを含むものとする。 In the above, it has been explained that switching is performed when the current flowing through the resonant circuit is zero, but this does not mean that the current flowing through the resonant circuit is exactly zero. That is, in a state where the current flowing through the resonance circuit is reduced to the extent that the switching loss can be suppressed, in other words, switching is performed even when the current is near zero or near zero.
次に、充電装置100の動作について説明する。図4に、実施の形態1にかかる充電装置100の充電動作を示す。本構成では、充電対象のコンデンサCが未充電の状態において、充電装置100がコンデンサCの充電を開始する。
Next, the operation of the
ステップST1
まず、定電流DC/DCコンバータCCが動作を開始し、コンデンサCに一定の電流を出力する(定電流充電)。コンデンサCの充電が進むと、コンデンサCの両端間の電圧が上昇する。これにともない、定電流DC/DCコンバータCCの出力電圧は0から上昇してゆく。
Step ST1
First, the constant current DC / DC converter CC starts operation and outputs a constant current to the capacitor C (constant current charging). As the charging of the capacitor C progresses, the voltage between both ends of the capacitor C rises. Along with this, the output voltage of the constant current DC / DC converter CC rises from 0.
ステップST2
定電流DC/DCコンバータCCの出力電圧を監視し、所定の電圧(最大出力電圧)V1に到達したかを判定する。定電流DC/DCコンバータCCの出力電圧の監視は、定電流DC/DCコンバータCCが自律的に行ってもよいし、電圧測定回路30を用いて行ってもよい。
Step ST2
The output voltage of the constant current DC / DC converter CC is monitored, and it is determined whether or not a predetermined voltage (maximum output voltage) V1 has been reached. The output voltage of the constant current DC / DC converter CC may be monitored autonomously by the constant current DC / DC converter CC, or may be performed by using the
ステップST3
定電流DC/DCコンバータCCの出力電圧が最大出力電圧であるV1に到達した場合、定電流DC/DCコンバータCCの動作を停止する。
Step ST3
When the output voltage of the constant current DC / DC converter CC reaches V1, which is the maximum output voltage, the operation of the constant current DC / DC converter CC is stopped.
ステップST4
その後、定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNのうちの1つの動作を開始する。これにより、動作を開始した定電圧DC/DCコンバータから電圧V1が出力される。
Step ST4
After that, the operation of one of the constant voltage DC / DC converters CV1 to CVN is started. As a result, the voltage V1 is output from the constant voltage DC / DC converter that has started operation.
ステップST5
電圧測定回路30は、コンデンサCの充電電圧(共通線CLの電圧)が目標電圧VTに達したかを監視する。コンデンサCの充電電圧(共通線CLの電圧)が目標電圧VTよりも小さい場合には、ステップST1に戻る。
Step ST5
The
ステップST6
コンデンサCの充電電圧(共通線CLの電圧)が目標電圧VT以上であれば、コンデンサCは十分に充電されているので、充電装置100による充電動作を停止する。
Step ST6
If the charging voltage of the capacitor C (voltage of the common line CL) is equal to or higher than the target voltage VT, the capacitor C is sufficiently charged, and the charging operation by the charging
上述の手順では、コンデンサCの充電電圧が目標電圧VTになるまでの間、ステップST1〜ST5が繰り返される。これにより、定電流DC/DCコンバータCCの出力電圧がV1に到達するごとに、電圧V1を出力する(すなわち、動作状態の)定電圧DC/DCコンバータの数が1つ増えることとなる。よって、定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNが全て動作状態となった場合には、コンデンサCの充電電圧を最大で(N+1)×V1まで上昇させることが可能となる。 In the above procedure, steps ST1 to ST5 are repeated until the charging voltage of the capacitor C reaches the target voltage VT. As a result, each time the output voltage of the constant current DC / DC converter CC reaches V1, the number of constant voltage DC / DC converters that output the voltage V1 (that is, in the operating state) increases by one. Therefore, when all the constant voltage DC / DC converters CV1 to CVN are in the operating state, the charging voltage of the capacitor C can be increased up to (N + 1) × V1.
なお、このようにステップST1〜ST5を繰り返して(反復して)コンデンサCを充電する場合、定電流DC/DCコンバータCCと定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNはカスケード接続されているので、充電電流は定電流DC/DCコンバータCCの出力電流と等しくなる。 When the capacitor C is charged by repeating (repeating) steps ST1 to ST5 in this way, the constant current DC / DC converter CC and the constant voltage DC / DC converters CV1 to CVN are cascade-connected, so that charging is performed. The current is equal to the output current of the constant current DC / DC converter CC.
図5に、コンデンサCの充電電圧を示す。図5の横軸は、電圧V1を出力している定電圧DC/DCコンバータの数を示している。このように、電圧V1を出力している定電圧DC/DCコンバータCVが多くなるにつれてコンデンサCの充電電圧は上昇し、N個全てのDC/DCコンバータCV1〜CVNが電圧V1を出力している場合には、コンデンサCの充電電圧が(N+1)×V1となることが理解できる。 FIG. 5 shows the charging voltage of the capacitor C. The horizontal axis of FIG. 5 shows the number of constant voltage DC / DC converters that output the voltage V1. In this way, as the number of constant voltage DC / DC converters CVs outputting the voltage V1 increases, the charging voltage of the capacitor C rises, and all N DC / DC converters CV1 to CVN output the voltage V1. In this case, it can be understood that the charging voltage of the capacitor C is (N + 1) × V1.
例えば、電圧V1を2,800V程度とした場合、N=3とすると、コンデンサCの充電電圧を11,200V程度とすることが可能となる。 For example, when the voltage V1 is about 2,800V and N = 3, the charging voltage of the capacitor C can be about 11,200V.
以上、本構成によれば、コンデンサを高い充電電圧で充電するときに、定電流DC/DCコンバータCC及び定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNのそれぞれが出力する電圧を抑制することができ、これらでの絶縁破壊を防止することができる。 As described above, according to this configuration, when the capacitor is charged with a high charging voltage, the voltage output by each of the constant current DC / DC converter CC and the constant voltage DC / DC converters CV1 to CVN can be suppressed. It is possible to prevent the insulation from being destroyed.
また、定電流DC/DCコンバータCC及び定電圧DC/DCコンバータCV1〜CVNは、一次側インダクタと二次側インダクタとが物理的に離隔しているため、絶縁破壊耐性を向上させることができる。 Further, in the constant current DC / DC converter CC and the constant voltage DC / DC converters CV1 to CVN, since the primary side inductor and the secondary side inductor are physically separated from each other, the insulation failure resistance can be improved.
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、降圧チョッパ回路及び高周波インバータ回路の構成は、上述の例に限られない。上述の定電流DC/DCコンバータ及び定電圧DC/DCコンバータと同様の機能を実現できるならば、他の回路構成を有する降圧チョッパ回路及び高周波インバータ回路を用いてもよい。
Other Embodiments The present invention is not limited to the above embodiments, and can be appropriately modified without departing from the spirit. For example, the configurations of the step-down chopper circuit and the high-frequency inverter circuit are not limited to the above examples. If the same functions as the above-mentioned constant current DC / DC converter and constant voltage DC / DC converter can be realized, a step-down chopper circuit and a high-frequency inverter circuit having other circuit configurations may be used.
また、高周波トランスの構成も、上述の例に限られるものではない。一次側インダクタと二次側インダクタとが物理的に離隔して配置されている他の構成のトランスを適宜用いてもよい。また、一次側インダクタと二次側インダクタとが物理的に離隔して配置されているトランスを用いている限り、定電流DC/DCコンバータ及び定電圧DC/DCコンバータを適宜変更してもよい。 Further, the configuration of the high frequency transformer is not limited to the above example. A transformer having another configuration in which the primary inductor and the secondary inductor are physically separated from each other may be used as appropriate. Further, as long as a transformer in which the primary side inductor and the secondary side inductor are physically separated from each other is used, the constant current DC / DC converter and the constant voltage DC / DC converter may be appropriately changed.
1 電流共振型DC/DCコンバータ
2 制御回路
3 降圧チョッパ回路
4 制御回路
11 高周波インバータ回路
12 高周波トランス
20 直流電源
50 電圧測定回路
100 充電装置
C コンデンサ
CC 定電流DC/DCコンバータ
CL 共通線
CON 制御信号
Cr 共振コンデンサ
CV、CV1〜CVN 定電圧DC/DCコンバータ
GT グランド端子
LT1、LT2 端部
NE 負極
PE 正極
R1、R2 整流器
S1、S2 電流センサ
C1〜C3 平滑コンデンサ
ST 電源端子
T1〜T4、 T31、T32 トランジスタ
1 Current resonance type DC /
Claims (7)
前記所定の電圧を出力する複数の定電圧DC/DCコンバータと、を備え、
前記定電流DC/DCコンバータ及び前記複数の定電圧DC/DCコンバータをカスケード接続することで得られる電圧によってコンデンサを充電し、
前記定電流DC/DCコンバータ及び前記複数の定電圧DC/DCコンバータは、一次側インダクタと二次側インダクタとが物理的に離隔して設けられた昇圧トランスで昇圧した電圧を出力する、
充電装置。 A constant current DC / DC converter that outputs a constant current with a variable output voltage between the ground voltage and a predetermined voltage.
A plurality of constant voltage DC / DC converters that output the predetermined voltage are provided.
The capacitor is charged by the voltage obtained by cascading the constant current DC / DC converter and the plurality of constant voltage DC / DC converters.
The constant current DC / DC converter and the plurality of constant voltage DC / DC converters output a voltage boosted by a step-up transformer in which the primary inductor and the secondary inductor are physically separated from each other.
Charging device.
スイッチング回路と、
共振コンデンサと、
前記一次側インダクタが前記共振コンデンサを介して前記スイッチング回路と接続されるトランスと、
前記トランスの前記二次側インダクタに誘導される電圧を整流した電圧を出力する整流器と、
前記スイッチング回路のスイッチングを制御する制御回路と、を備える、
請求項1に記載の充電装置。 The constant current DC / DC converter and the constant voltage DC / DC converter are
Switching circuit and
Resonant capacitor and
A transformer in which the primary inductor is connected to the switching circuit via the resonant capacitor.
A rectifier that outputs a voltage obtained by rectifying the voltage induced in the secondary inductor of the transformer, and
A control circuit for controlling switching of the switching circuit is provided.
The charging device according to claim 1.
前記定電流DC/DCコンバータは、前記スイッチング回路に入力する電圧を調整可能なチョッパ回路を更に備え、
前記定電流DC/DCコンバータでは、前記チョッパ回路と前記スイッチング回路のスイッチングを制御することで、前記整流器から出力される電流が前記一定の電流となるように前記整流器が出力する前記電圧を制御する、
請求項2に記載の充電装置。 The rectifier of the constant voltage DC / DC converter outputs the predetermined voltage.
The constant current DC / DC converter further includes a chopper circuit capable of adjusting the voltage input to the switching circuit.
In the constant current DC / DC converter, by controlling the switching between the chopper circuit and the switching circuit, the voltage output by the rectifier is controlled so that the current output from the rectifier becomes the constant current. ,
The charging device according to claim 2.
請求項2又は3に記載の充電装置。 The control circuit controls the switching of the switching circuit so that the switching frequency of the switching circuit substantially matches the leakage inductance generated by the leakage flux of the transformer and the resonance frequency of the resonance capacitor.
The charging device according to claim 2 or 3.
請求項4に記載の充電装置。 The control circuit switches the switching circuit at a timing when the current flowing due to the resonance between the leakage inductance and the resonance capacitor becomes near zero.
The charging device according to claim 4.
前記複数の定電圧DC/DCコンバータのうちの1つを動作させて、前記1つ定電圧DC/DCコンバータから前記所定の電圧を出力するステップと、によって前記コンデンサを充電する、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の充電装置。 A step of constantly charging the capacitor with the constant current DC / DC converter and stopping the constant current charging when the output voltage of the constant current DC / DC converter reaches the predetermined voltage.
The capacitor is charged by the step of operating one of the plurality of constant voltage DC / DC converters and outputting the predetermined voltage from the one constant voltage DC / DC converter.
The charging device according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載の充電装置。 By repeating the two steps, the capacitor is charged.
The charging device according to claim 6.
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6392263A (en) * | 1986-10-03 | 1988-04-22 | Fuji Electric Co Ltd | Portable type dc high-voltage power source |
JPS63257461A (en) * | 1987-04-15 | 1988-10-25 | Fujitsu Ltd | Constant-current device |
JPH0374094A (en) * | 1989-08-16 | 1991-03-28 | Hitachi Medical Corp | Inverter x-ray device |
JPH06310295A (en) * | 1993-04-28 | 1994-11-04 | Shimadzu Corp | Inverter type x-ray high voltage apparatus |
JPH1052039A (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-20 | Meidensha Corp | Capacitor charging device |
JP2004266951A (en) * | 2003-03-03 | 2004-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | Power supply system for vehicle |
JP2006101680A (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Denso Corp | Input/output dielectric isolation type dc-dc converter device |
JP2010218856A (en) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Hitachi Medical Corp | Multistage direct-current high-voltage power supply device and x-ray apparatus |
JP2010252610A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Denso Corp | Dc-dc converter |
JP2016167974A (en) * | 2010-10-29 | 2016-09-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Photoelectric conversion device |
-
2019
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6392263A (en) * | 1986-10-03 | 1988-04-22 | Fuji Electric Co Ltd | Portable type dc high-voltage power source |
JPS63257461A (en) * | 1987-04-15 | 1988-10-25 | Fujitsu Ltd | Constant-current device |
JPH0374094A (en) * | 1989-08-16 | 1991-03-28 | Hitachi Medical Corp | Inverter x-ray device |
JPH06310295A (en) * | 1993-04-28 | 1994-11-04 | Shimadzu Corp | Inverter type x-ray high voltage apparatus |
JPH1052039A (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-20 | Meidensha Corp | Capacitor charging device |
JP2004266951A (en) * | 2003-03-03 | 2004-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | Power supply system for vehicle |
JP2006101680A (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Denso Corp | Input/output dielectric isolation type dc-dc converter device |
JP2010218856A (en) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Hitachi Medical Corp | Multistage direct-current high-voltage power supply device and x-ray apparatus |
JP2010252610A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Denso Corp | Dc-dc converter |
JP2016167974A (en) * | 2010-10-29 | 2016-09-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Photoelectric conversion device |
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