JP2021191184A - Dc/dc converter - Google Patents

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Abstract

To safely start up a DC/DC converter which uses a flying capacitor.SOLUTION: A high voltage side capacitor C3 is connected to high voltage side DC power supply 1 in parallel. A flying capacitor part 30 includes a plurality of switching elements S1-S8 connected in series and at least one flying capacitor C5a, C5b, the high voltage side DC power supply 1 is connected to both ends of the plurality of switching elements S1-S8, a low voltage side power supply 2 is connected to both ends of a part of the plurality of switching elements S3-S6. A reactor L1 is inserted to a path between both ends of the low voltage side DC power supply 2 and both ends of the part of the plurality of switching elements S3-S6. A control part 40 determines timing to start switching operation of the flying capacitor part 30 bases on voltages of the flying capacitors C5a, C5b after turning on a low voltage side switch circuit, at start up time of a DC/DC converter 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、直流電力を別の電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣ変換装置に関する。 The present disclosure relates to a DC / DC converter that converts DC power into DC power of another voltage.

蓄電池、太陽電池、燃料電池などに接続されるパワーコンディショナでは、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータが使用される。ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータは、高効率な電力変換と小型設計が望まれる。それを実現するためのＤＣ／ＤＣコンバータとして、リアクトルの後段に、フライングキャパシタ回路（直列接続された４つのスイッチング素子と、第２スイッチング素子と第３スイッチング素子に並列接続されたフライングキャパシタで構成される）を接続し、リアクトルとフライングキャパシタ回路の接続点の電圧を３レベル化したマルチレベル電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 A DC / DC converter and an inverter are used in a power conditioner connected to a storage battery, a solar cell, a fuel cell, or the like. Highly efficient power conversion and compact design are desired for DC / DC converters and inverters. As a DC / DC converter to realize this, a flying capacitor circuit (four switching elements connected in series and a flying capacitor connected in parallel to the second switching element and the third switching element is configured after the reactor. A multi-level power conversion device has been proposed in which the voltage at the connection point between the reactor and the flying capacitor circuit is divided into three levels (see, for example, Patent Document 1).

マルチレベル電力変換装置は、各スイッチング素子に印加される電圧を小さくでき、それによりスイッチング損失を少なくでき、高効率な電力変換を実現する。上記フライングキャパシタ回路を利用したマルチレベル電力変換装置では３レベル化することにより、フライングキャパシタ回路を構成する各スイッチング素子に印加される電圧を、直流バス電圧の１／２倍まで小さくすることができる。 The multi-level power conversion device can reduce the voltage applied to each switching element, thereby reducing the switching loss and realizing highly efficient power conversion. In the multi-level power conversion device using the flying capacitor circuit, the voltage applied to each switching element constituting the flying capacitor circuit can be reduced to 1/2 times the DC bus voltage by increasing the level to three. ..

それにより、インバータのフルブリッジ部で使用している比較的高い耐圧（例えば、６００Ｖ）のスイッチング素子を使用せずに、比較的低い耐圧（例えば、３００Ｖ）のスイッチング素子で構成することが可能となる。耐圧の低いスイッチング素子は耐圧の高いスイッチング素子に対して安価であり、かつ電力変換中の導通損失、スイッチング損失などが少なく、さらなる高効率化に寄与する。 As a result, it is possible to configure a switching element with a relatively low withstand voltage (for example, 300V) without using a switching element with a relatively high withstand voltage (for example, 600V) used in the full bridge portion of the inverter. Become. A switching element with a low withstand voltage is cheaper than a switching element with a high withstand voltage, and has less conduction loss and switching loss during power conversion, which contributes to further improvement in efficiency.

特開２０１９−９２２４２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-922242

上述したようなマルチレベル電力変換装置において、フライングキャパシタのプリチャージが不十分な状態でコンバータの動作を開始させると、過電流が発生することがあった。 In the multi-level power conversion device as described above, when the converter operation is started in a state where the precharge of the flying capacitor is insufficient, an overcurrent may occur.

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、安全に起動することができる、フライングキャパシタを用いたＤＣ／ＤＣ変換装置を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of these circumstances and an object of the present invention is to provide a DC / DC converter using a flying capacitor that can be started safely.

上記課題を解決するために、本開示のある態様のＤＣ／ＤＣ変換装置は、高圧側直流電源に並列接続される高圧側コンデンサと、直列接続された複数のスイッチング素子と、少なくとも一つのフライングキャパシタを含み、前記直列接続された複数のスイッチング素子の両端に前記高圧側直流電源が接続され、前記直列接続された複数のスイッチング素子を構成する一部の複数のスイッチング素子の両端に低圧側直流電源が接続される、フライングキャパシタ部と、前記低圧側直流電源の両端と、前記一部の複数のスイッチング素子の両端間の経路に挿入される少なくとも一つのリアクトルと、前記低圧側直流電源と前記リアクトルとの間に設けられる低圧側スイッチ回路と、 前記フライングキャパシタの各電圧を計測する電圧センサと、前記直列接続された複数のスイッチング素子と、前記低圧側スイッチ回路を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、本ＤＣ／ＤＣ変換装置の起動時において、前記低圧側スイッチ回路をターンオンさせた後、前記フライングキャパシタの電圧をもとに、前記フライングキャパシタ部のスイッチング動作を開始するタイミングを決定する。 In order to solve the above problems, the DC / DC converter of one aspect of the present disclosure includes a high voltage side capacitor connected in parallel to a high voltage side DC power supply, a plurality of switching elements connected in series, and at least one flying capacitor. The high voltage side DC power supply is connected to both ends of the plurality of switching elements connected in series, and the low voltage side DC power supply is connected to both ends of some of the plurality of switching elements constituting the plurality of switching elements connected in series. A flying capacitor unit, at least one reactor inserted in the path between both ends of the low-voltage side DC power supply, and both ends of the plurality of switching elements, and the low-voltage side DC power supply and the reactor. A low-voltage side switch circuit provided between the two, a voltage sensor for measuring each voltage of the flying capacitor, a plurality of switching elements connected in series, and a control unit for controlling the low-voltage side switch circuit. .. At the time of starting the DC / DC converter, the control unit determines the timing to start the switching operation of the flying capacitor unit based on the voltage of the flying capacitor after turning on the low voltage side switch circuit. do.

本開示によれば、フライングキャパシタを用いたＤＣ／ＤＣ変換装置を安全に起動することができる。 According to the present disclosure, a DC / DC converter using a flying capacitor can be safely started.

実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the DC / DC conversion apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 図１に示したＤＣ／ＤＣ変換装置の第１スイッチング素子−第８スイッチング素子のスイッチングパターンをまとめた図である。It is a figure which summarized the switching pattern of the 1st switching element-8th switching element of the DC / DC conversion apparatus shown in FIG. 図３（ａ）−（ｄ）は、昇圧動作時の各スイッチングパターンの電流経路を示す回路図である。3 (a)-(d) is a circuit diagram showing a current path of each switching pattern at the time of boosting operation. 図４（ａ）−（ｄ）は、降圧動作時の各スイッチングパターンの電流経路を示す回路図である。4 (a)-(d) is a circuit diagram showing a current path of each switching pattern at the time of step-down operation. 昇圧比が２倍以上の場合の第１スイッチング素子−第８スイッチング素子のスイッチングパターンの一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the switching pattern of the 1st switching element-8th switching element when the step-up ratio is 2 times or more. 昇圧比が２倍未満の場合の第１スイッチング素子−第８スイッチング素子のスイッチングパターンの一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the switching pattern of the 1st switching element-8th switching element when the step-up ratio is less than 2 times. 比較例に係る、ＤＣ／ＤＣ変換装置の起動時における高圧側コンデンサの電圧、フライングキャパシタの電圧、及びリアクトル電流の波形例を示す図である。It is a figure which shows the waveform example of the voltage of the high voltage side capacitor, the voltage of a flying capacitor, and the reactor current at the time of starting of a DC / DC converter which concerns on a comparative example. 実施例に係る、ＤＣ／ＤＣ変換装置の起動時における高圧側コンデンサの電圧、フライングキャパシタの電圧、及びリアクトル電流の波形例を示す図である。It is a figure which shows the waveform example of the voltage of the high voltage side capacitor, the voltage of a flying capacitor, and the reactor current at the time of starting of a DC / DC converter which concerns on Example. 実施の形態２に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the DC / DC conversion apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. Ｎ（Ｎは自然数）段のフライングキャパシタ回路を示す図である。It is a figure which shows the flying capacitor circuit of N (N is a natural number) stage. 図１に示したＤＣ／ＤＣ変換装置の低圧側リレーと並列に、突入電流防止回路を接続した構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which connected the inrush current prevention circuit in parallel with the low voltage side relay of the DC / DC converter shown in FIG. 実施の形態１の変形例に係るＤＣ／ＤＣ変換装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the DC / DC conversion apparatus which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG.

図１は、実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣ変換装置３の構成を説明するための図である。実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣ変換装置３は、双方向の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣ変換装置３は、低圧側直流電源２から供給される直流電力を昇圧して高圧側直流電源１に供給することができる。またＤＣ／ＤＣ変換装置３は、高圧側直流電源１から供給される直流電力を降圧して低圧側直流電源２に供給することができる。 FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the DC / DC converter 3 according to the first embodiment. The DC / DC converter 3 according to the first embodiment is a bidirectional buck-boost DC / DC converter. The DC / DC converter 3 can boost the DC power supplied from the low-voltage side DC power supply 2 and supply it to the high-voltage side DC power supply 1. Further, the DC / DC converter 3 can step down the DC power supplied from the high-voltage side DC power supply 1 and supply it to the low-voltage side DC power supply 2.

低圧側直流電源２は例えば、蓄電池、電気二重層コンデンサなどが該当する。高圧側直流電源１は例えば、双方向ＤＣ／ＡＣインバータが接続された直流バスなどが該当する。当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流側は、蓄電システムの用途では商用電力系統と交流負荷に接続される。電気自動車の用途ではモータ（回生機能あり）に接続される。蓄電システムの用途では当該直流バスに、太陽電池用のＤＣ／ＤＣコンバータや、他の蓄電池用のＤＣ／ＤＣコンバータがさらに接続されていてもよい。 The low-voltage side DC power supply 2 corresponds to, for example, a storage battery, an electric double layer capacitor, or the like. The high-voltage side DC power supply 1 corresponds to, for example, a DC bus to which a bidirectional DC / AC inverter is connected. The AC side of the bidirectional DC / AC inverter is connected to the commercial power system and the AC load in the application of the power storage system. For electric vehicle applications, it is connected to a motor (with regenerative function). In the application of the power storage system, a DC / DC converter for a solar cell or a DC / DC converter for another storage battery may be further connected to the DC bus.

ＤＣ／ＤＣ変換装置３は、第１低圧側コンデンサＣ１、低圧側リレーＲＹ２、第２低圧側コンデンサＣ２、リアクトルＬ１、フライングキャパシタ部３０、第１分割コンデンサＣ４ａ、第２分割コンデンサＣ４ｂ、高圧側コンデンサＣ３、高圧側リレーＲＹ１、第１電圧センサ４１、第２電圧センサ４２、第３電圧センサ４３、及び制御部４０を含む。 The DC / DC conversion device 3 includes a first low-voltage side capacitor C1, a low-voltage side relay RY2, a second low-voltage side capacitor C2, a reactor L1, a flying capacitor section 30, a first division capacitor C4a, a second division capacitor C4b, and a high-voltage side capacitor. It includes C3, a high voltage side relay RY1, a first voltage sensor 41, a second voltage sensor 42, a third voltage sensor 43, and a control unit 40.

第１低圧側コンデンサＣ１及び第２低圧側コンデンサＣ２が、低圧側直流電源２と並列に接続される。第１低圧側コンデンサＣ１及び第２低圧側コンデンサＣ２は、低圧側直流電源２の電圧を安定化させる平滑コンデンサとして作用とする。第１低圧側コンデンサＣ１の正側端子と第２低圧側コンデンサＣ２の正側端子間を接続する経路に低圧側リレーＲＹ２が挿入される。 The first low-voltage side capacitor C1 and the second low-voltage side capacitor C2 are connected in parallel with the low-voltage side DC power supply 2. The first low voltage side capacitor C1 and the second low voltage side capacitor C2 act as smoothing capacitors for stabilizing the voltage of the low voltage side DC power supply 2. The low voltage side relay RY2 is inserted in the path connecting the positive terminal of the first low voltage side capacitor C1 and the positive terminal of the second low voltage side capacitor C2.

高圧側コンデンサＣ３が高圧側直流電源１と並列に接続される。高圧側コンデンサＣ３は、高圧側直流電源１の電圧を安定化させる平滑コンデンサとして作用とする。高圧側コンデンサＣ３と高圧側直流電源１との間に高圧側リレーＲＹ１が設けられる。図１に示す例では、正側の直流バスの、高圧側コンデンサＣ３の正側端子が接続されるノードと高圧側直流電源１の正側端子が接続されるノードとの間の部分に、高圧側リレーＲＹ１が挿入される。 The high-voltage side capacitor C3 is connected in parallel with the high-voltage side DC power supply 1. The high-voltage side capacitor C3 acts as a smoothing capacitor that stabilizes the voltage of the high-voltage side DC power supply 1. A high-voltage side relay RY1 is provided between the high-voltage side capacitor C3 and the high-voltage side DC power supply 1. In the example shown in FIG. 1, the high voltage is located in the portion of the positive DC bus between the node to which the positive terminal of the high voltage side capacitor C3 is connected and the node to which the positive terminal of the high voltage side DC power supply 1 is connected. The side relay RY1 is inserted.

高圧側直流電源１の両端のそれぞれに接続された正側の直流バスと負側の直流バスの間に、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂが直列に接続される。第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂは、高圧側直流電源１の電圧Ｅを１／２に分圧する作用、フライングキャパシタ部３０内で発生するサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサとしての作用を有する。 The first division capacitor C4a and the second division capacitor C4b are connected in series between the positive DC bus and the negative DC bus connected to both ends of the high-voltage side DC power supply 1. The first dividing capacitor C4a and the second dividing capacitor C4b act as a snubber capacitor for dividing the voltage E of the high-voltage side DC power supply 1 into 1/2 and suppressing the surge voltage generated in the flying capacitor section 30. Has.

正側の直流バスと負側の直流バスの間に、フライングキャパシタ部３０が接続される。図１に示す回路構成では、フライングキャパシタ部３０は、上側の第１フライングキャパシタ回路と下側の第２フライングキャパシタ回路が直列に接続されて構成される。リアクトルＬ１は、低圧側直流電源２の正側端子と、第１フライングキャパシタ回路の中点間に接続される。低圧側直流電源２の負側端子と、第２フライングキャパシタ回路の中点が接続される。第１フライングキャパシタ回路と第２フライングキャパシタ回路との間の接続点は、高圧側直流電源１の中間電位点Ｍ（第１分割コンデンサＣ４ａと第２分割コンデンサＣ４ｂの分圧点）に接続される。 The flying capacitor portion 30 is connected between the DC bus on the positive side and the DC bus on the negative side. In the circuit configuration shown in FIG. 1, the flying capacitor section 30 is configured by connecting an upper first flying capacitor circuit and a lower second flying capacitor circuit in series. The reactor L1 is connected between the positive terminal of the low voltage side DC power supply 2 and the midpoint of the first flying capacitor circuit. The negative terminal of the low-voltage side DC power supply 2 and the midpoint of the second flying capacitor circuit are connected. The connection point between the first flying capacitor circuit and the second flying capacitor circuit is connected to the intermediate potential point M (the voltage dividing point of the first divided capacitor C4a and the second divided capacitor C4b) of the high voltage side DC power supply 1. ..

上述した低圧側リレーＲＹ２は、低圧側直流電源２及び第１低圧側コンデンサＣ１と、第２低圧側コンデンサＣ２及びリアクトルＬ１との間に設けられ、両者を電気的に遮断することができる。 The low-voltage side relay RY2 described above is provided between the low-voltage side DC power supply 2 and the first low-voltage side capacitor C1 and the second low-voltage side capacitor C2 and the reactor L1, and both can be electrically cut off.

上側の第１フライングキャパシタ回路は、第１スイッチング素子Ｓ１、第２スイッチング素子Ｓ２、第３スイッチング素子Ｓ３、第４スイッチング素子Ｓ４及び第１フライングキャパシタＣ５ａを含む。下側の第２フライングキャパシタ回路は、第５スイッチング素子Ｓ５、第６スイッチング素子Ｓ６、第７スイッチング素子Ｓ７、第８スイッチング素子Ｓ８及び第２フライングキャパシタＣ５ｂを含む。第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８は、正側の直流バスと負側の直流バスの間に直列に接続される。 The upper first flying capacitor circuit includes a first switching element S1, a second switching element S2, a third switching element S3, a fourth switching element S4, and a first flying capacitor C5a. The lower second flying capacitor circuit includes a fifth switching element S5, a sixth switching element S6, a seventh switching element S7, an eighth switching element S8, and a second flying capacitor C5b. The first switching element S1 to the eighth switching element S8 are connected in series between the DC bus on the positive side and the DC bus on the negative side.

第１フライングキャパシタＣ５ａは、第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２との接続点と、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４との接続点との間に接続され、第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４により充放電される。第２フライングキャパシタＣ５ｂは、第５スイッチング素子Ｓ５と第６スイッチング素子Ｓ６との接続点と、第７スイッチング素子Ｓ７と第８スイッチング素子Ｓ８との接続点との間に接続され、第５スイッチング素子Ｓ５−第８スイッチング素子Ｓ８により充放電される。 The first flying capacitor C5a is connected between the connection point between the first switching element S1 and the second switching element S2 and the connection point between the third switching element S3 and the fourth switching element S4, and is connected to the first switching element. S1-Charged and discharged by the fourth switching element S4. The second flying capacitor C5b is connected between the connection point between the fifth switching element S5 and the sixth switching element S6 and the connection point between the seventh switching element S7 and the eighth switching element S8, and is connected to the fifth switching element. S5-charged and discharged by the eighth switching element S8.

第１フライングキャパシタ回路の中点には、第１スイッチング素子Ｓ１の上側端子に印加される高圧側直流電源１の電圧Ｅ［Ｖ］と、第４スイッチング素子Ｓ４の下側端子に印加される１／２Ｅ［Ｖ］の間の範囲の電位が生成される。第１フライングキャパシタＣ５ａは１／４Ｅ［Ｖ］の電圧になるように初期充電（プリチャージ）され、１／４Ｅ［Ｖ］の電圧を中心として充放電が繰り返される。従って、第１フライングキャパシタ回路の中点には、概ね、Ｅ［Ｖ］、３／４Ｅ［Ｖ］、１／２Ｅ［Ｖ］の３レベルの電位が生成される。 At the midpoint of the first flying capacitor circuit, the voltage E [V] of the high-voltage side DC power supply 1 applied to the upper terminal of the first switching element S1 and the voltage E [V] applied to the lower terminal of the fourth switching element S4 1 A potential in the range between / 2E [V] is generated. The first flying capacitor C5a is initially charged (precharged) so as to have a voltage of 1 / 4E [V], and charging / discharging is repeated centering on the voltage of 1 / 4E [V]. Therefore, at the midpoint of the first flying capacitor circuit, three levels of potentials, E [V], 3/4E [V], and 1 / 2E [V], are generally generated.

第２フライングキャパシタ回路の中点には、第５スイッチング素子Ｓ５の上側端子に印加される１／２Ｅ［Ｖ］と、第８スイッチング素子Ｓ８の下側端子に印加される０［Ｖ］の間の範囲の電位が生成される。第２フライングキャパシタＣ５ｂは１／４Ｅ［Ｖ］の電圧になるように初期充電（プリチャージ）され、１／４Ｅ［Ｖ］の電圧を中心として充放電が繰り返される。従って、第２フライングキャパシタ回路の中点には、概ね、１／２Ｅ［Ｖ］、１／４Ｅ［Ｖ］、０［Ｖ］の３レベルの電位が生成される。 At the midpoint of the second flying capacitor circuit, between 1 / 2E [V] applied to the upper terminal of the fifth switching element S5 and 0 [V] applied to the lower terminal of the eighth switching element S8. Potentials in the range of are generated. The second flying capacitor C5b is initially charged (precharged) so as to have a voltage of 1 / 4E [V], and charging / discharging is repeated centering on the voltage of 1 / 4E [V]. Therefore, at the midpoint of the second flying capacitor circuit, three levels of potentials of 1 / 2E [V], 1 / 4E [V], and 0 [V] are generally generated.

第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８にはそれぞれ、第１ダイオードＤ１−第８ダイオードＤ８が逆並列に形成／接続される。第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８には、高圧側直流電源１の電圧より低い耐圧のスイッチング素子が使用される。以下、本実施の形態では第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８に、１５０Ｖ耐圧のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用する例を想定する。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴでは、ソースからドレイン方向に寄生ダイオードが形成される。 A first diode D1 to an eighth diode D8 are formed / connected in antiparallel to each of the first switching element S1 and the eighth switching element S8. As the first switching element S1 to the eighth switching element S8, a switching element having a withstand voltage lower than the voltage of the high-voltage side DC power supply 1 is used. Hereinafter, in the present embodiment, an example in which an N-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) with a withstand voltage of 150 V is used for the first switching element S1 to the eighth switching element S8 is assumed. In the N-channel MOSFET, a parasitic diode is formed from the source to the drain.

なお、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やバイポーラトランジスタを使用してもよい。その場合、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８に寄生ダイオードは形成されず、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８にそれぞれ外付けダイオードが逆並列に接続される。なお、一般的なシリコン（Ｓｉ）半導体に限らず、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ダイヤモンド（Ｃ）等を使用したワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。 An IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a bipolar transistor may be used for the first switching element S1 to the eighth switching element S8. In that case, a parasitic diode is not formed in the first switching element S1-eighth switching element S8, and an external diode is connected to the first switching element S1-eighth switching element S8 in antiparallel. Not limited to general silicon (Si) semiconductors, wide bandgap semiconductors using silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide (Ga2O3), diamond (C) and the like may be used.

第１電圧センサ４１は、第１フライングキャパシタＣ５ａの両端電圧を計測して、計測した電圧値を制御部４０に出力する。第２電圧センサ４２は、第２フライングキャパシタＣ５ｂの両端電圧を計測して、計測した電圧値を制御部４０に出力する。第３電圧センサ４３は、高圧側コンデンサＣ３の両端電圧を計測して、計測した電圧値を制御部４０に出力する。なお、図１には示していないが、第２低圧側コンデンサＣ２の両端電圧を計測する電圧センサ、及びリアクトルＬ１に流れる電流を計測する電流センサが設けられ、それぞれの計測値が制御部４０に出力される。 The first voltage sensor 41 measures the voltage across the first flying capacitor C5a and outputs the measured voltage value to the control unit 40. The second voltage sensor 42 measures the voltage across the second flying capacitor C5b and outputs the measured voltage value to the control unit 40. The third voltage sensor 43 measures the voltage across the high-voltage side capacitor C3 and outputs the measured voltage value to the control unit 40. Although not shown in FIG. 1, a voltage sensor for measuring the voltage across the second low-voltage side capacitor C2 and a current sensor for measuring the current flowing through the reactor L1 are provided, and the measured values of each are measured in the control unit 40. It is output.

制御部４０は、第１フライングキャパシタ回路及び第２フライングキャパシタ回路を制御して、低圧側直流電源２から高圧側直流電源１へ昇圧動作で直流電力を伝送することができる。また高圧側直流電源１から低圧側直流電源２へ降圧動作で直流電力を伝送することができる。より具体的には制御部４０は、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８のゲート端子に駆動信号（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号）を供給することにより、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８をオン／オフ制御して、昇圧動作または降圧動作で、双方向に電力を伝送することができる。 The control unit 40 can control the first flying capacitor circuit and the second flying capacitor circuit to transmit DC power from the low-voltage side DC power supply 2 to the high-voltage side DC power supply 1 by boosting operation. Further, DC power can be transmitted from the high-voltage side DC power supply 1 to the low-voltage side DC power supply 2 by step-down operation. More specifically, the control unit 40 supplies a drive signal (PWM (Pulse Width Modulation) signal) to the gate terminal of the first switching element S1-eighth switching element S8, thereby supplying the first switching element S1-eighth. By controlling the switching element S8 on / off, power can be transmitted in both directions by a step-up operation or a step-down operation.

制御部４０の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、又はハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。 The configuration of the control unit 40 can be realized by the collaboration of hardware resources and software resources, or only by hardware resources. Analog devices, microcomputers, DSPs, ROMs, RAMs, FPGAs, ASICs, and other LSIs can be used as hardware resources. Programs such as firmware can be used as software resources.

図２は、図１に示したＤＣ／ＤＣ変換装置３の第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８のスイッチングパターンをまとめた図である。図２に示すスイッチングパターンでは、第１スイッチング素子Ｓ１及び第８スイッチング素子Ｓ８の組と、第４スイッチング素子Ｓ４及び第５スイッチング素子Ｓ５の組とが相補関係となる。また第２スイッチング素子Ｓ２及び第７スイッチング素子Ｓ７の組と、第３スイッチング素子Ｓ３及び第６スイッチング素子Ｓ６の組とが相補関係となる。 FIG. 2 is a diagram summarizing the switching patterns of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 of the DC / DC converter 3 shown in FIG. In the switching pattern shown in FIG. 2, the set of the first switching element S1 and the eighth switching element S8 and the set of the fourth switching element S4 and the fifth switching element S5 have a complementary relationship. Further, the set of the second switching element S2 and the seventh switching element S7 and the set of the third switching element S3 and the sixth switching element S6 have a complementary relationship.

制御部４０は、４つのモードを使用して昇圧動作または降圧動作を実行する。
モードａでは制御部４０は、第２スイッチング素子Ｓ２、第４スイッチング素子Ｓ４、第５スイッチング素子Ｓ５及び第７スイッチング素子Ｓ７をオン状態、並びに第１スイッチング素子Ｓ１、第３スイッチング素子Ｓ３、第６スイッチング素子Ｓ６及び第８スイッチング素子Ｓ８をオフ状態に制御する。モードａでは、第１フライングキャパシタ回路の中点と第２フライングキャパシタ回路の中点間の電圧（即ち、フライングキャパシタ部３０の低圧側の入出力電圧ＶＬ）は１／２Ｅとなる。 The control unit 40 executes a step-up operation or a step-down operation using four modes.
In the mode a, the control unit 40 turns on the second switching element S2, the fourth switching element S4, the fifth switching element S5, and the seventh switching element S7, and the first switching element S1, the third switching element S3, and the sixth. The switching element S6 and the eighth switching element S8 are controlled to be in the off state. In mode a, the voltage between the midpoint of the first flying capacitor circuit and the midpoint of the second flying capacitor circuit (that is, the input / output voltage VL on the low voltage side of the flying capacitor section 30) is 1 / 2E.

モードｂでは制御部４０は、第１スイッチング素子Ｓ１、第３スイッチング素子Ｓ３、第６スイッチング素子Ｓ６及び第８スイッチング素子Ｓ８をオン状態、並びに第２スイッチング素子Ｓ２、第４スイッチング素子Ｓ４、第５スイッチング素子Ｓ５及び第７スイッチング素子Ｓ７をオフ状態に制御する。モードｂでは、フライングキャパシタ部３０の低圧側の入出力電圧ＶＬは１／２Ｅとなる。 In the mode b, the control unit 40 turns on the first switching element S1, the third switching element S3, the sixth switching element S6, and the eighth switching element S8, and the second switching element S2, the fourth switching element S4, and the fifth. The switching element S5 and the seventh switching element S7 are controlled to be in the off state. In mode b, the input / output voltage VL on the low voltage side of the flying capacitor portion 30 is 1 / 2E.

モードｃでは制御部４０は、第１スイッチング素子Ｓ１、第２スイッチング素子Ｓ２、第７スイッチング素子Ｓ７及び第８スイッチング素子Ｓ８をオン状態、並びに第３スイッチング素子Ｓ３、第４スイッチング素子Ｓ４、第５スイッチング素子Ｓ５及び第６スイッチング素子Ｓ６をオフ状態に制御する。モードｃでは、フライングキャパシタ部３０の低圧側の入出力電圧ＶＬはＥとなる。 In the mode c, the control unit 40 turns on the first switching element S1, the second switching element S2, the seventh switching element S7, and the eighth switching element S8, and the third switching element S3, the fourth switching element S4, and the fifth. The switching element S5 and the sixth switching element S6 are controlled to be in the off state. In the mode c, the input / output voltage VL on the low voltage side of the flying capacitor portion 30 is E.

モードｄでは制御部４０は、第３スイッチング素子Ｓ３、第４スイッチング素子Ｓ４、第５スイッチング素子Ｓ５及び第６スイッチング素子Ｓ６をオン状態、並びに第１スイッチング素子Ｓ１、第２スイッチング素子Ｓ２、第７スイッチング素子Ｓ７及び第８スイッチング素子Ｓ８をオフ状態に制御する。モードｄでは、フライングキャパシタ部３０の低圧側の入出力電圧ＶＬは０となる。 In the mode d, the control unit 40 turns on the third switching element S3, the fourth switching element S4, the fifth switching element S5, and the sixth switching element S6, and the first switching element S1, the second switching element S2, and the seventh. The switching element S7 and the eighth switching element S8 are controlled to be in the off state. In mode d, the input / output voltage VL on the low voltage side of the flying capacitor portion 30 becomes 0.

図３（ａ）−（ｄ）は、昇圧動作時の各スイッチングパターンの電流経路を示す回路図である。図４（ａ）−（ｄ）は、降圧動作時の各スイッチングパターンの電流経路を示す回路図である。なお、図面の簡略化のためＭＯＳＦＥＴを単純なスイッチ記号で描いている。 3 (a)-(d) is a circuit diagram showing a current path of each switching pattern at the time of boosting operation. 4 (a)-(d) is a circuit diagram showing a current path of each switching pattern at the time of step-down operation. The MOSFET is drawn with a simple switch symbol to simplify the drawing.

図３（ａ）は昇圧動作時のモードａの電流経路を示し、図３（ｂ）は昇圧動作時のモードｂの電流経路を示し、図３（ｃ）は昇圧動作時のモードｃの電流経路を示し、図３（ｄ）は昇圧動作時のモードｄの電流経路を示している。同様に、図４（ａ）は降圧動作時のモードａの電流経路を示し、図４（ｂ）は降圧動作時のモードｂの電流経路を示し、図４（ｃ）は降圧動作時のモードｃの電流経路を示し、図４（ｄ）は降圧動作時のモードｄの電流経路を示している。 FIG. 3A shows the current path of mode a during boosting operation, FIG. 3B shows the current path of mode b during boosting operation, and FIG. 3C shows the current of mode c during boosting operation. The path is shown, and FIG. 3D shows the current path of the mode d at the time of boosting operation. Similarly, FIG. 4A shows the current path of the mode a during the step-down operation, FIG. 4B shows the current path of the mode b during the step-down operation, and FIG. 4C shows the mode during the step-down operation. The current path of c is shown, and FIG. 4 (d) shows the current path of the mode d at the time of step-down operation.

昇圧動作時と降圧動作時とで電流の向きが反対になる。モードａにおいて、図３（ａ）に示すように昇圧動作時は第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂが充電動作となるが、図４（ａ）に示すように降圧動作時は第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂが放電動作となる。モードｂにおいて、図３（ｂ）に示すように昇圧動作時は第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂが放電動作となるが、図４（ｂ）に示すように降圧動作時は第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂが充電動作となる。 The direction of the current is opposite between the step-up operation and the step-down operation. In the mode a, the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are charged during the boosting operation as shown in FIG. 3A, but the first flying capacitor C5b is charged during the stepping down operation as shown in FIG. 4A. The flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are discharged. In the mode b, the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are discharged during the boosting operation as shown in FIG. 3B, but the first flying capacitor C5b is discharged during the stepping down operation as shown in FIG. 4B. The flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are in the charging operation.

制御部４０は低圧側直流電源２から高圧側直流電源１へ昇圧動作で電力を伝送する場合、正方向の電流指令値を設定し、リアクトルＬ１に流れる電流の計測値が、当該正方向の電流指令値を維持するように第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８のデューティ比（オン時間）を制御する。反対に、制御部４０は高圧側直流電源１から低圧側直流電源２へ降圧動作で電力を伝送する場合、負方向の電流指令値を設定し、リアクトルＬ１に流れる電流の計測値が、当該負方向の電流指令値を維持するように第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８のデューティ比（オン時間）を制御する。 When the control unit 40 transmits power from the low-voltage side DC power supply 2 to the high-voltage side DC power supply 1 by boosting operation, the control unit 40 sets a forward current command value, and the measured value of the current flowing through the reactor L1 is the positive current. The duty ratio (on time) of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 is controlled so as to maintain the command value. On the contrary, when the control unit 40 transmits power from the high-voltage side DC power supply 1 to the low-voltage side DC power supply 2 by step-down operation, the control unit 40 sets a current command value in the negative direction, and the measured value of the current flowing through the reactor L1 is the negative value. The duty ratio (on time) of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 is controlled so as to maintain the current command value in the direction.

また制御部４０は、低圧側直流電源２の電圧と高圧側直流電源１の電圧との比率が設定値より小さい場合、モードａ、モードｂ及びモードｃを使用して電力を伝送する。また制御部４０は、当該比率が当該設定値より大きい場合、モードａ、モードｂ及びモードｄを使用して電力を伝送する。また制御部４０は、当該比率が当該設定値と一致する場合、モードａ及びモードｂを使用して電力を伝送する。 Further, when the ratio of the voltage of the low-voltage side DC power supply 2 to the voltage of the high-voltage side DC power supply 1 is smaller than the set value, the control unit 40 transmits power using modes a, b, and c. Further, when the ratio is larger than the set value, the control unit 40 transmits electric power using modes a, b, and d. Further, when the ratio matches the set value, the control unit 40 uses modes a and b to transmit electric power.

上記設定値は、第１フライングキャパシタＣ５ａの電圧と第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧の合計電圧１／２Ｅと、高圧側直流電源１の電圧Ｅとの比率に応じて設定される。本実施の形態では上記設定値は２に設定される。 The above set value is set according to the ratio of the total voltage 1 / 2E of the voltage of the first flying capacitor C5a and the voltage of the second flying capacitor C5b to the voltage E of the high voltage side DC power supply 1. In this embodiment, the above setting value is set to 2.

制御部４０は、電流指令値と、リアクトルＬ１に流れる電流の計測値とが一致し、かつ第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧がそれぞれ１／４Ｅになるようにデューティ比を生成する。具体的には制御部４０は、リアクトルＬ１に流れる電流の計測値が電流指令値に対して小さいほどデューティ比を上昇させ、大きいほどデューティ比を低下させる。 The control unit 40 generates a duty ratio so that the current command value and the measured value of the current flowing through the reactor L1 match, and the voltages of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are 1 / 4E, respectively. do. Specifically, the control unit 40 increases the duty ratio as the measured value of the current flowing through the reactor L1 is smaller than the current command value, and decreases the duty ratio as the measured value is larger.

図５は、昇圧比が２倍以上の場合の第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８のスイッチングパターンの一例を示すタイミングチャートである。図６は、昇圧比が２倍未満の場合の第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８のスイッチングパターンの一例を示すタイミングチャートである。図５及び図６に示す制御例は、ダブルキャリア駆動方式を使用した制御例を示している。ダブルキャリア駆動方式では、１８０°位相がずれた２つのキャリア信号（図５及び図６では三角波）を使用する。デューティ比ｄｕｔｙは２つのキャリア信号と比較される閾値となる。昇圧比が２倍以上の場合、デューティ比ｄｕｔｙは０．５〜１．０の範囲の値をとり、昇圧比が２倍未満の場合、デューティ比ｄｕｔｙは０．０〜０．５の範囲の値をとる。 FIG. 5 is a timing chart showing an example of a switching pattern of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 when the step-up ratio is twice or more. FIG. 6 is a timing chart showing an example of the switching pattern of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 when the boost ratio is less than twice. The control examples shown in FIGS. 5 and 6 show a control example using the double carrier drive system. In the double carrier drive system, two carrier signals (triangular wave in FIGS. 5 and 6) that are 180 ° out of phase are used. The duty ratio duty is a threshold value to be compared with the two carrier signals. When the boost ratio is 2 times or more, the duty ratio duty takes a value in the range of 0.5 to 1.0, and when the boost ratio is less than 2 times, the duty ratio duty is in the range of 0.0 to 0.5. Take a value.

太線のキャリア信号とデューティ比ｄｕｔｙの比較結果により、第１スイッチング素子Ｓ１及び第８スイッチング素子Ｓ８に供給する第１ゲート信号と、第４スイッチング素子Ｓ４及び第５スイッチング素子Ｓ５に供給する第４ゲート信号を生成する。具体的には太線のキャリア信号がデューティ比ｄｕｔｙより高い領域では、第１ゲート信号がオン及び第４ゲート信号がオフになる。太線のキャリア信号がデューティ比ｄｕｔｙより低い領域では、第１ゲート信号がオフ及び第４ゲート信号がオンになる。第１ゲート信号と第４ゲート信号は相補関係にある。なお、第１ゲート信号と第４ゲート信号のオン／オフが切り替わる際に、第１ゲート信号と第４ゲート信号が同時にオフになるデッドタイム期間が設定されている。 Based on the comparison result of the carrier signal of the thick wire and the duty ratio duty, the first gate signal supplied to the first switching element S1 and the eighth switching element S8 and the fourth gate supplied to the fourth switching element S4 and the fifth switching element S5. Generate a signal. Specifically, in the region where the carrier signal of the thick line is higher than the duty ratio duty, the first gate signal is turned on and the fourth gate signal is turned off. In the region where the carrier signal of the thick line is lower than the duty ratio duty, the first gate signal is turned off and the fourth gate signal is turned on. The first gate signal and the fourth gate signal are in a complementary relationship. A dead time period is set in which the first gate signal and the fourth gate signal are turned off at the same time when the first gate signal and the fourth gate signal are switched on / off.

細線のキャリア信号とデューティ比ｄｕｔｙの比較結果により、第２スイッチング素子Ｓ２及び第７スイッチング素子Ｓ７に供給する第２ゲート信号と、第３スイッチング素子Ｓ３及び第６スイッチング素子Ｓ６に供給する第３ゲート信号を生成する。具体的には細線のキャリア信号がデューティ比ｄｕｔｙより高い領域では、第２ゲート信号がオン及び第３ゲート信号がオフになる。細線のキャリア信号がデューティ比ｄｕｔｙより低い領域では、第２ゲート信号がオフ及び第３ゲート信号がオンになる。第２ゲート信号と第３ゲート信号は相補関係にある。なお、第２ゲート信号と第３ゲート信号のオン／オフが切り替わる際に、第２ゲート信号と第３ゲート信号が同時にオフになるデッドタイム期間が設定されている。 Based on the comparison result of the carrier signal of the thin wire and the duty ratio duty, the second gate signal supplied to the second switching element S2 and the seventh switching element S7 and the third gate supplied to the third switching element S3 and the sixth switching element S6. Generate a signal. Specifically, in the region where the carrier signal of the thin wire is higher than the duty ratio duty, the second gate signal is turned on and the third gate signal is turned off. In the region where the carrier signal of the thin wire is lower than the duty ratio duty, the second gate signal is turned off and the third gate signal is turned on. The second gate signal and the third gate signal are in a complementary relationship. A dead time period is set in which the second gate signal and the third gate signal are turned off at the same time when the second gate signal and the third gate signal are switched on / off.

昇圧比が２倍以上の場合、制御部４０はモードａとモードｂを交互に切り替え、両者を切り替える間にモードｄを挿入する。即ち制御部４０は、モードａ→モードｄ→モードｂ→モードｄ→モードａ→モードｄ→モードｂ→モードｄ・・・の順にモードを切り替える。デューティ比ｄｕｔｙが変化しない間は、モードａとモードｂの期間が等しくなり、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧がそれぞれ１／４Ｅに保たれる。昇圧比が２倍以上の場合、デューティ比ｄｕｔｙが上昇するほど、モードａ及びモードｂの期間に対するモードｄの期間が長くなり、伝達されるエネルギー量が増大する。 When the boost ratio is twice or more, the control unit 40 alternately switches between the mode a and the mode b, and inserts the mode d while switching between the two. That is, the control unit 40 switches modes in the order of mode a → mode d → mode b → mode d → mode a → mode d → mode b → mode d .... While the duty ratio duty does not change, the periods of mode a and mode b become equal, and the voltages of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are maintained at 1 / 4E, respectively. When the boost ratio is twice or more, as the duty ratio duty increases, the period of mode d with respect to the period of mode a and mode b becomes longer, and the amount of energy transmitted increases.

昇圧比が２倍未満の場合、制御部４０はモードａとモードｂを交互に切り替え、両者を切り替える間にモードｃを挿入する。即ち制御部４０は、モードａ→モードｃ→モードｂ→モードｃ→モードａ→モードｃ→モードｂ→モードｃ・・・の順にモードを切り替える。デューティ比ｄｕｔｙが変化しない間は、モードａとモードｂの期間が等しくなり、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧がそれぞれ１／４Ｅに保たれる。昇圧比が２倍未満の場合、デューティ比ｄｕｔｙが上昇するほど、モードａ及びモードｂの期間に対するモードｃの期間が短くなり、伝達されるエネルギー量が増大する。 When the boost ratio is less than twice, the control unit 40 alternately switches between the mode a and the mode b, and inserts the mode c while switching between the two. That is, the control unit 40 switches modes in the order of mode a → mode c → mode b → mode c → mode a → mode c → mode b → mode c .... While the duty ratio duty does not change, the periods of mode a and mode b become equal, and the voltages of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are maintained at 1 / 4E, respectively. When the boost ratio is less than twice, as the duty ratio duty increases, the period of mode c with respect to the period of mode a and mode b becomes shorter, and the amount of energy transmitted increases.

昇圧比が理想的に２倍を維持し、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧がそれぞれ理想的に１／４Ｅを維持すれば、デューティ比ｄｕｔｙは０．５を維持する。 If the boost ratio is ideally maintained at 2 times and the voltages of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are ideally maintained at 1 / 4E, the duty ratio duty is maintained at 0.5.

制御部４０は、第１フライングキャパシタＣ５ａの電圧と第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧の合計電圧が１／２Ｅを下回ると、モードａ及びモードｂの内、充電する方のモードの時間を増やして当該合計電圧を１／２Ｅに近づける。反対に制御部４０は、第１フライングキャパシタＣ５ａの電圧と第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧の合計電圧が１／２Ｅを上回ると、モードａ及びモードｂの内、放電する方のモードの時間を増やして当該合計電圧を１／２Ｅに近づける。 When the total voltage of the voltage of the first flying capacitor C5a and the voltage of the second flying capacitor C5b is less than 1 / 2E, the control unit 40 increases the time of the charging mode among the mode a and the mode b. Bring the total voltage closer to 1 / 2E. On the contrary, when the total voltage of the voltage of the first flying capacitor C5a and the voltage of the second flying capacitor C5b exceeds 1 / 2E, the control unit 40 increases the time of the mode of the mode a and the mode b to be discharged. The total voltage is brought closer to 1 / 2E.

なお制御部４０は、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂを使用せずに、モードｃとモードｄを交互に切り替えることにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置３に通常の昇圧チョッパの動作をさせることも可能である。この場合、昇圧比による動作モードの切り替えは発生しない。 The control unit 40 causes the DC / DC converter 3 to operate a normal boost chopper by alternately switching between mode c and mode d without using the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b. It is also possible. In this case, the operation mode is not switched depending on the boost ratio.

図１に示した回路構成において、高圧側コンデンサＣ３、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂには、相対的に低容量のコンデンサが使用される。これらのコンデンサは厳密に電圧を維持する必要がなく、高圧側コンデンサＣ３は平滑化作用があれば足り、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂは分圧作用があれば足りる。 In the circuit configuration shown in FIG. 1, a relatively low-capacity capacitor is used for the high-voltage side capacitor C3, the first dividing capacitor C4a, and the second dividing capacitor C4b. These capacitors do not need to maintain the voltage strictly, the high-voltage side capacitor C3 is sufficient if it has a smoothing action, and the first dividing capacitor C4a and the second dividing capacitor C4b are sufficient if they have a voltage dividing action.

これに対して、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂには、相対的に大容量のコンデンサが使用される。第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂのそれぞれの充電状態では、１／４Ｅの電圧を、できるだけ高精度に維持する必要がある。 On the other hand, a capacitor having a relatively large capacity is used for the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b. In each of the charged states of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b, it is necessary to maintain the voltage of 1 / 4E with as high accuracy as possible.

なお、高圧側コンデンサＣ３、第１分割コンデンサＣ４ａ、第２分割コンデンサＣ４ｂ、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂに、同じ容量のフィルムコンデンサを使用してもよい。その場合、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂのそれぞれは、複数のフィルムコンデンサが並列接続されて、容量が増加される。 A film capacitor having the same capacity may be used for the high-voltage side capacitor C3, the first dividing capacitor C4a, the second dividing capacitor C4b, the first flying capacitor C5a, and the second flying capacitor C5b. In that case, a plurality of film capacitors are connected in parallel to each of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b, and the capacitance is increased.

以下、図１に示したＤＣ／ＤＣ変換装置３の起動時の動作について説明する。以下、低圧側直流電源２の電圧が１００Ｖ、高圧側直流電源１の電圧が３００Ｖの例で説明する。 Hereinafter, the operation at the time of starting the DC / DC converter 3 shown in FIG. 1 will be described. Hereinafter, an example will be described in which the voltage of the low-voltage side DC power supply 2 is 100 V and the voltage of the high-voltage side DC power supply 1 is 300 V.

まず、比較例に係る起動時の動作について説明する。ＤＣ／ＤＣ変換装置３の起動前の初期状態では、制御部４０は、低圧側リレーＲＹ２、高圧側リレーＲＹ１、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８をオフ状態に制御している。この状態では、高圧側コンデンサＣ３、第１分割コンデンサＣ４ａ、第２分割コンデンサＣ４ｂ、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧は全て０Ｖである。 First, the operation at startup according to the comparative example will be described. In the initial state before the start of the DC / DC converter 3, the control unit 40 controls the low-voltage side relay RY2, the high-voltage side relay RY1, and the first switching element S1 to the eighth switching element S8 to the off state. In this state, the voltages of the high-voltage side capacitor C3, the first dividing capacitor C4a, the second dividing capacitor C4b, the first flying capacitor C5a, and the second flying capacitor C5b are all 0V.

次に、ＤＣ／ＤＣ変換装置３を起動するために、制御部４０は低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせる。低圧側リレーＲＹ２がオンされると、高圧側コンデンサＣ３、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂは、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第７ダイオードＤ７、第８ダイオードＤ８を通じて即座に充電される。高圧側コンデンサＣ３の電圧は１００Ｖになり、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂの電圧はそれぞれ５０Ｖになる。 Next, in order to activate the DC / DC converter 3, the control unit 40 turns on the low voltage side relay RY2. When the low voltage side relay RY2 is turned on, the high voltage side capacitor C3, the first dividing capacitor C4a and the second dividing capacitor C4b are immediately passed through the first diode D1, the second diode D2, the seventh diode D7, and the eighth diode D8. It will be charged. The voltage of the high-voltage side capacitor C3 becomes 100V, and the voltage of the first dividing capacitor C4a and the second dividing capacitor C4b becomes 50V, respectively.

第１フライングキャパシタＣ５ａは、第２ダイオードＤ２及び第３ダイオードＤ３を通じて充電される。第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３には抵抗成分（本実施の形態では１００ｋΩ程度）がある。上述したように、第１フライングキャパシタＣ５ａの容量は、高圧側コンデンサＣ３、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂの容量より大きく設定されている。 The first flying capacitor C5a is charged through the second diode D2 and the third diode D3. The second switching element S2 and the third switching element S3 have a resistance component (about 100 kΩ in this embodiment). As described above, the capacitance of the first flying capacitor C5a is set to be larger than the capacitance of the high-voltage side capacitor C3, the first dividing capacitor C4a, and the second dividing capacitor C4b.

したがって、第１フライングキャパシタＣ５ａの充電時における時定数τ（＝Ｒ×Ｃ）は大きな値になり、第１フライングキャパシタＣ５ａの充電は、高圧側コンデンサＣ３、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂの充電より遅延する。同様に第２フライングキャパシタＣ５ｂの充電も、高圧側コンデンサＣ３、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂの充電より遅延する。第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂの充電が完了した状態では、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧はそれぞれ２５Ｖになる。 Therefore, the time constant τ (= R × C) at the time of charging the first flying capacitor C5a becomes a large value, and the charging of the first flying capacitor C5a is carried out by the high voltage side capacitor C3, the first dividing capacitor C4a and the second dividing capacitor. It is delayed from the charge of C4b. Similarly, the charging of the second flying capacitor C5b is delayed from the charging of the high-voltage side capacitor C3, the first dividing capacitor C4a, and the second dividing capacitor C4b. When the charging of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b is completed, the voltages of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b are 25V, respectively.

制御部４０は、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせてから所定時間経過後に、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８を制御して昇圧を開始する。例えば、所定時間は、時定数τの５倍程度の時間に設定される。本比較例では１秒程度に設定される。制御部４０は、低圧側直流電源２の電圧（本実施の形態では１００Ｖ）を、高圧側直流電源１の電圧（本実施の形態では３００Ｖ）まで昇圧する。 The control unit 40 controls the first switching element S1 to the eighth switching element S8 to start boosting after a predetermined time has elapsed after the low voltage side relay RY2 is turned on. For example, the predetermined time is set to a time of about 5 times the time constant τ. In this comparative example, it is set to about 1 second. The control unit 40 boosts the voltage of the low-voltage side DC power supply 2 (100 V in the present embodiment) to the voltage of the high-voltage side DC power supply 1 (300 V in the present embodiment).

制御部４０は、直流バスの高圧側リレーＲＹ１より内側の電圧が、高圧側直流電源１の電圧に到達すると昇圧を終了する。この状態では、高圧側コンデンサＣ３の電圧は３００Ｖ、第１分割コンデンサＣ４ａ及び第２分割コンデンサＣ４ｂのそれぞれの電圧は１５０Ｖ、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂのそれぞれの電圧は７５Ｖになる。 The control unit 40 ends boosting when the voltage inside the high-voltage side relay RY1 of the DC bus reaches the voltage of the high-voltage side DC power supply 1. In this state, the voltage of the high-voltage side capacitor C3 is 300V, the voltage of each of the first dividing capacitor C4a and the second dividing capacitor C4b is 150V, and the voltage of each of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b is 75V. ..

制御部４０は、昇圧の終了後、高圧側リレーＲＹ１をターンオンさせる。制御部４０は、低圧側直流電源２の電圧と直流バスの電圧の平衡状態が維持するように、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８を制御する。その後、制御部４０は、低圧側直流電源２の充電制御または放電制御を開始する。 The control unit 40 turns on the high-voltage side relay RY1 after the boosting is completed. The control unit 40 controls the first switching element S1 to the eighth switching element S8 so that the balanced state between the voltage of the low-voltage side DC power supply 2 and the voltage of the DC bus is maintained. After that, the control unit 40 starts charge control or discharge control of the low voltage side DC power supply 2.

以上に説明した起動時のシーケンスにおいて、低圧側リレーＲＹ２のターンオン後、昇圧を開始する際、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂの少なくとも一方の電圧が、１／４Ｅの電圧に到達していないと過電流が発生する場合がある。 In the start-up sequence described above, when the boosting is started after the low voltage side relay RY2 is turned on, the voltage of at least one of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b reaches the voltage of 1 / 4E. Otherwise, overcurrent may occur.

まず、第１分割コンデンサＣ４ａの電圧が１／２Ｅ、第１フライングキャパシタＣ５ａの電圧が１／４Ｅ、第１スイッチング素子Ｓ１の電圧が１／８Ｅ、第２スイッチング素子Ｓ２の電圧が１／８Ｅ、第３スイッチング素子Ｓ３の電圧が１／８Ｅ、及び第４スイッチング素子Ｓ４の電圧が１／８Ｅの状態を考える。この状態では、第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４の電圧が均等であり、第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のそれぞれのゲート端子に、同じデューティ幅の信号を入力した場合、第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４に流れる電流は均等になる。 First, the voltage of the first dividing capacitor C4a is 1 / 2E, the voltage of the first flying capacitor C5a is 1 / 4E, the voltage of the first switching element S1 is 1 / 8E, and the voltage of the second switching element S2 is 1 / 8E. Consider a state in which the voltage of the third switching element S3 is 1 / 8E and the voltage of the fourth switching element S4 is 1 / 8E. In this state, when the voltages of the first switching element S1 to the fourth switching element S4 are uniform and signals having the same duty width are input to the respective gate terminals of the first switching element S1 to the fourth switching element S4, The current flowing through the first switching element S1 to the fourth switching element S4 becomes uniform.

次に、第１分割コンデンサＣ４ａの電圧が１／２Ｅ、第１フライングキャパシタＣ５ａの電圧が１／８Ｅ、第１スイッチング素子Ｓ１の電圧が３／１６Ｅ、第２スイッチング素子Ｓ２の電圧が１／１６Ｅ、第３スイッチング素子Ｓ３の電圧が１／１６Ｅ、及び第４スイッチング素子Ｓ４の電圧が３／１６Ｅの状態を考える。この状態では、第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４の電圧が不均等であり、第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のそれぞれのゲート端子に、同じデューティ幅の信号を入力した場合でも、第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４に流れる電流が不均等になる。 Next, the voltage of the first dividing capacitor C4a is 1 / 2E, the voltage of the first flying capacitor C5a is 1 / 8E, the voltage of the first switching element S1 is 3 / 16E, and the voltage of the second switching element S2 is 1 / 16E. Consider a state in which the voltage of the third switching element S3 is 1 / 16E and the voltage of the fourth switching element S4 is 3 / 16E. In this state, the voltage of the first switching element S1 to the fourth switching element S4 is uneven, and a signal having the same duty width is input to each gate terminal of the first switching element S1 to the fourth switching element S4. However, the current flowing through the first switching element S1 to the fourth switching element S4 becomes uneven.

後者の例は、制御部４０が、低圧側リレーＲＹ２のターンオン後、第１フライングキャパシタＣ５ａ及び第２フライングキャパシタＣ５ｂのそれぞれの電圧が１／４Ｅに到達する前に、昇圧を開始した状況の一つに対応する。後者の例では、想定外の電流制御となり、想定外の過電流が発生することがある。さらに、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４の少なくとも一方で、耐圧超過が発生する可能性もある。 The latter example is one of the situations where the control unit 40 starts boosting after the low voltage side relay RY2 is turned on and before the respective voltages of the first flying capacitor C5a and the second flying capacitor C5b reach 1 / 4E. Corresponds to one. In the latter example, the current is controlled unexpectedly, and an unexpected overcurrent may occur. Further, at least one of the first switching element S1 and the fourth switching element S4 may exceed the withstand voltage.

図７は、比較例に係る、ＤＣ／ＤＣ変換装置３の起動時における高圧側コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３、フライングキャパシタＣ５の電圧Ｖｃ５、及びリアクトル電流ＩＬの波形例を示す図である。図７に示す例では、昇圧開始時にフライングキャパシタＣ５の電圧Ｖｃ５が２５Ｖに到達しておらず、昇圧開始時にリアクトル電流ＩＬに大きなスパイクが発生している。 7, according to the comparative example, the voltage Vc3 of high voltage side capacitor C3 at the time of activation of the DC / DC converter 3 is a diagram showing an example of the waveform of the voltage Vc5, and the reactor current I L of the flying capacitor C5. In the example shown in FIG. 7, the voltage Vc5 of the flying capacitor C5 to voltage step-up start it has not reached the 25V, a large spike in the reactor current I L at the step-up start has occurred.

次に、実施例に係るＤＣ／ＤＣ変換装置３の起動時の動作について説明する。実施例では、制御部４０は、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後、第１フライングキャパシタＣ５ａの電圧の計測値が目標値（１／４Ｅ）に到達し、かつ第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧の計測値が目標値（１／４Ｅ）に到達した後、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８を制御して昇圧を開始する。なお、当該目標値として１／４Ｅにマージンを加えた値が使用されてもよい。その他の制御は、比較例と同様である。 Next, the operation at the time of starting the DC / DC converter 3 according to the embodiment will be described. In the embodiment, the control unit 40 turns on the low voltage side relay RY2, and then the measured value of the voltage of the first flying capacitor C5a reaches the target value (1 / 4E), and the measured value of the voltage of the second flying capacitor C5b reaches the target value (1 / 4E). After the measured value reaches the target value (1 / 4E), the first switching element S1 to the eighth switching element S8 are controlled to start boosting. A value obtained by adding a margin to 1 / 4E may be used as the target value. Other controls are the same as in the comparative example.

図８は、実施例に係る、ＤＣ／ＤＣ変換装置３の起動時における高圧側コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３、フライングキャパシタＣ５の電圧Ｖｃ５、及びリアクトル電流ＩＬの波形例を示す図である。図８に示す例では、昇圧開始時にフライングキャパシタＣ５の電圧Ｖｃ５が２５Ｖに到達しており、昇圧開始時におけるリアクトル電流ＩＬの過渡的な変動が、図７と比較して抑制されている。 8, according to the embodiment, the voltage Vc3 of high voltage side capacitor C3 at the time of activation of the DC / DC converter 3 is a diagram showing an example of the waveform of the voltage Vc5, and the reactor current I L of the flying capacitor C5. In the example shown in FIG. 8, the voltage Vc5 of the flying capacitor C5 to voltage step-up start has reached the 25V, transient fluctuations of the reactor current I L at the step-up start, is suppressed as compared with FIG.

実施の形態１では、フライングキャパシタ部３０として、３レベル出力のフライングキャパシタ回路を直列に２つ接続した構成を説明した。この点、フライングキャパシタ部３０は、直列接続された複数のスイッチング素子と、少なくとも一つのフライングキャパシタを含み、当該複数のスイッチング素子の両端に高圧側直流電源１が接続され、当該複数のスイッチング素子を構成する一部の複数のスイッチング素子の両端に低圧側直流電源２が接続される構成であれば、実施の形態１の構成に限定されない。 In the first embodiment, a configuration in which two flying capacitor circuits having three level outputs are connected in series as the flying capacitor unit 30 has been described. In this respect, the flying capacitor unit 30 includes a plurality of switching elements connected in series and at least one flying capacitor, and a high-voltage side DC power supply 1 is connected to both ends of the plurality of switching elements to connect the plurality of switching elements. The configuration is not limited to the configuration of the first embodiment as long as the low-voltage side DC power supply 2 is connected to both ends of a plurality of constituent switching elements.

図９は、実施の形態２に係るＤＣ／ＤＣ変換装置３の構成を説明するための図である。実施の形態２では、上側の第１フライングキャパシタ回路は、第１スイッチング素子Ｓ１、第２スイッチング素子Ｓ２、第３スイッチング素子Ｓ３、第４スイッチング素子Ｓ４、第５スイッチング素子Ｓ５、第６スイッチング素子Ｓ６、第７スイッチング素子Ｓ７、第８スイッチング素子Ｓ８、第１フライングキャパシタＣ５ａ、第３フライングキャパシタＣ６ａ、及び第５フライングキャパシタＣ７ａを含む。 FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration of the DC / DC converter 3 according to the second embodiment. In the second embodiment, the upper first flying capacitor circuit is the first switching element S1, the second switching element S2, the third switching element S3, the fourth switching element S4, the fifth switching element S5, and the sixth switching element S6. , A seventh switching element S7, an eighth switching element S8, a first flying capacitor C5a, a third flying capacitor C6a, and a fifth flying capacitor C7a.

第１フライングキャパシタＣ５ａは、第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２との接続点と、第７スイッチング素子Ｓ７と第８スイッチング素子Ｓ８との接続点との間に接続される。第３フライングキャパシタＣ６ａは、第２スイッチング素子Ｓ２と第３スイッチング素子Ｓ３との接続点と、第６スイッチング素子Ｓ６と第７スイッチング素子Ｓ７との接続点との間に接続される。第５フライングキャパシタＣ７ａは、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４との接続点と、第５スイッチング素子Ｓ５と第６スイッチング素子Ｓ６との接続点との間に接続される。第１フライングキャパシタＣ５ａ、第３フライングキャパシタＣ６ａ、及び第５フライングキャパシタＣ７ａは、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８により充放電される。 The first flying capacitor C5a is connected between the connection point between the first switching element S1 and the second switching element S2 and the connection point between the seventh switching element S7 and the eighth switching element S8. The third flying capacitor C6a is connected between the connection point between the second switching element S2 and the third switching element S3 and the connection point between the sixth switching element S6 and the seventh switching element S7. The fifth flying capacitor C7a is connected between the connection point between the third switching element S3 and the fourth switching element S4 and the connection point between the fifth switching element S5 and the sixth switching element S6. The first flying capacitor C5a, the third flying capacitor C6a, and the fifth flying capacitor C7a are charged and discharged by the first switching element S1 to the eighth switching element S8.

外側の第１フライングキャパシタＣ５ａは３／８Ｅの電圧を維持するように制御され、中央の第３フライングキャパシタＣ６ａは２／８Ｅの電圧を維持するように制御され、内側の第５フライングキャパシタＣ７ａは１／８Ｅの電圧を維持するように制御される。 The outer first flying capacitor C5a is controlled to maintain a voltage of 3 / 8E, the central third flying capacitor C6a is controlled to maintain a voltage of 2 / 8E, and the inner fifth flying capacitor C7a is controlled. It is controlled to maintain a voltage of 1 / 8E.

下側の第２フライングキャパシタ回路は、第９スイッチング素子Ｓ９、第１０スイッチング素子Ｓ１０、第１１スイッチング素子Ｓ１１、第１２スイッチング素子Ｓ１２、第１３スイッチング素子Ｓ１３、第１４スイッチング素子Ｓ１４、第１５スイッチング素子Ｓ１５、第１６スイッチング素子Ｓ１６、第２フライングキャパシタＣ５ｂ、第４フライングキャパシタＣ６ｂ、及び第６フライングキャパシタＣ７ｂを含む。 The lower second flying capacitor circuit includes a ninth switching element S9, a tenth switching element S10, an eleventh switching element S11, a twelfth switching element S12, a thirteenth switching element S13, a fourteenth switching element S14, and a fifteenth switching element. S15, a 16th switching element S16, a 2nd flying capacitor C5b, a 4th flying capacitor C6b, and a 6th flying capacitor C7b are included.

第２フライングキャパシタＣ５ｂは、第９スイッチング素子Ｓ９と第１０スイッチング素子Ｓ１０との接続点と、第１５スイッチング素子Ｓ１５と第１６スイッチング素子Ｓ１６との接続点との間に接続される。第４フライングキャパシタＣ６ｂは、第１０スイッチング素子Ｓ１０と第１１スイッチング素子Ｓ１１との接続点と、第１４スイッチング素子Ｓ１４と第１５スイッチング素子Ｓ１５との接続点との間に接続される。第６フライングキャパシタＣ７ｂは、第１１スイッチング素子Ｓ１１と第１２スイッチング素子Ｓ１２との接続点と、第１３スイッチング素子Ｓ１３と第１４スイッチング素子Ｓ１４との接続点との間に接続される。第２フライングキャパシタＣ５ｂ、第４フライングキャパシタＣ６ｂ、及び第６フライングキャパシタＣ７ｂは、第９スイッチング素子Ｓ９−第１６スイッチング素子Ｓ１６により充放電される。 The second flying capacitor C5b is connected between the connection point between the 9th switching element S9 and the 10th switching element S10 and the connection point between the 15th switching element S15 and the 16th switching element S16. The fourth flying capacitor C6b is connected between the connection point between the tenth switching element S10 and the eleventh switching element S11 and the connection point between the fourteenth switching element S14 and the fifteenth switching element S15. The sixth flying capacitor C7b is connected between the connection point between the eleventh switching element S11 and the twelfth switching element S12 and the connection point between the thirteenth switching element S13 and the fourteenth switching element S14. The second flying capacitor C5b, the fourth flying capacitor C6b, and the sixth flying capacitor C7b are charged and discharged by the ninth switching element S9-16th switching element S16.

外側の第２フライングキャパシタＣ５ｂは３／８Ｅの電圧を維持するように制御され、中央の第４フライングキャパシタＣ６ｂは２／８Ｅの電圧を維持するように制御され、内側の第６フライングキャパシタＣ７ｂは１／８Ｅの電圧を維持するように制御される。 The outer second flying capacitor C5b is controlled to maintain a voltage of 3 / 8E, the central fourth flying capacitor C6b is controlled to maintain a voltage of 2 / 8E, and the inner sixth flying capacitor C7b is controlled. It is controlled to maintain a voltage of 1 / 8E.

図９では図面を簡略化するために、フライングキャパシタの電圧センサを省略して描いている。実際には、第１フライングキャパシタＣ５ａ、第２フライングキャパシタＣ５ｂ、第３フライングキャパシタＣ６ａ、第４フライングキャパシタＣ６ｂ、第５フライングキャパシタＣ７ａ、及び第６フライングキャパシタＣ７ｂのそれぞれの電圧を計測する電圧センサが設けられる。各電圧センサは、計測した電圧値を制御部４０に出力する。 In FIG. 9, the voltage sensor of the flying capacitor is omitted for simplification of the drawing. Actually, the voltage sensor that measures the voltage of each of the first flying capacitor C5a, the second flying capacitor C5b, the third flying capacitor C6a, the fourth flying capacitor C6b, the fifth flying capacitor C7a, and the sixth flying capacitor C7b is used. It will be provided. Each voltage sensor outputs the measured voltage value to the control unit 40.

図９に示すように３段のフライングキャパシタ回路を使用すると、第１フライングキャパシタ回路の中点と第２フライングキャパシタ回路の中点との間に７レベル（Ｅ、３／４Ｅ、５／８Ｅ、１／２Ｅ、３／８Ｅ、１／４Ｅ、０）の電圧を発生させることが可能となる。 When a three-stage flying capacitor circuit is used as shown in FIG. 9, there are seven levels (E, 3/4E, 5 / 8E,) between the midpoint of the first flying capacitor circuit and the midpoint of the second flying capacitor circuit. It is possible to generate a voltage of 1 / 2E, 3 / 8E, 1 / 4E, 0).

実施の形態２では、制御部４０は、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後、第１フライングキャパシタＣ５ａの電圧の計測値が目標値（３／８Ｅ）に、第２フライングキャパシタＣ５ｂの電圧の計測値が目標値（３／８Ｅ）に、第３フライングキャパシタＣ６ａの電圧の計測値が目標値（２／８Ｅ）に、第４フライングキャパシタＣ６ｂの電圧の計測値が目標値（２／８Ｅ）に、第５フライングキャパシタＣ７ａの電圧の計測値が目標値（１／８Ｅ）に、及び第６フライングキャパシタＣ７ｂの電圧の計測値が目標値（１／８Ｅ）に全て到達した後、第１スイッチング素子Ｓ１−第１６スイッチング素子Ｓ１６を制御して昇圧を開始する。その他の制御は、実施の形態１と同様である。 In the second embodiment, after the low voltage side relay RY2 is turned on, the control unit 40 measures the voltage of the first flying capacitor C5a to the target value (3 / 8E) and the voltage of the second flying capacitor C5b. The value is the target value (3 / 8E), the measured value of the voltage of the third flying capacitor C6a is the target value (2 / 8E), and the measured value of the voltage of the fourth flying capacitor C6b is the target value (2 / 8E). , After the measured value of the voltage of the 5th flying capacitor C7a reaches the target value (1 / 8E) and the measured value of the voltage of the 6th flying capacitor C7b reaches the target value (1 / 8E), the first switching element S1-The 16th switching element S16 is controlled to start boosting. Other controls are the same as those in the first embodiment.

図１０は、Ｎ（Ｎは自然数）段のフライングキャパシタ回路を示す。Ｎ段のフライングキャパシタ回路では、直列接続された（２Ｎ＋２）個のスイッチング素子Ｓ１ｎ、・・・、Ｓ１３、Ｓ１２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ４２、Ｓ４３、・・・、Ｓ４ｎと、Ｎ個のフライングキャパシタＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、・・・、Ｃ１ｎを備える。１番内側のフライングキャパシタＣ１１は、２つのスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３に対して並列に接続され、１／（２Ｎ＋２）Ｅの電圧を維持するように制御される。内側から２番目のフライングキャパシタＣ１２は、４つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に対して並列に接続され、２／（２Ｎ＋２）Ｅの電圧を維持するように制御される。内側から３番目のフライングキャパシタＣ１３は、６つのスイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ４２に対して並列に接続され、３／（２Ｎ＋２）Ｅの電圧を維持するように制御される。最も外側のフライングキャパシタＣ１ｎは、２Ｎ個のＳ１（ｎ−１）、・・・、Ｓ１３、Ｓ１２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ４２、Ｓ４３、・・・、Ｓ４（ｎ−１）に対して並列に接続され、Ｎ／（２Ｎ＋２）Ｅの電圧を維持するように制御される。 FIG. 10 shows an N (N is a natural number) stage flying capacitor circuit. In the N-stage flying capacitor circuit, N (2N + 2) switching elements S1n, ..., S13, S12, S1, S2, S3, S4, S42, S43, ..., S4n connected in series. The flying capacitors C11, C12, C13, ..., C1n of the above are provided. The innermost flying capacitor C11 is connected in parallel to the two switching elements S2 and S3, and is controlled to maintain a voltage of 1 / (2N + 2) E. The second flying capacitor C12 from the inside is connected in parallel to the four switching elements S1, S2, S3, and S4, and is controlled to maintain a voltage of 2 / (2N + 2) E. The third flying capacitor C13 from the inside is connected in parallel to the six switching elements S12, S1, S2, S3, S4, and S42, and is controlled to maintain a voltage of 3 / (2N + 2) E. The outermost flying capacitor C1n has 2N S1 (n-1), ..., S13, S12, S1, S2, S3, S4, S42, S43, ..., S4 (n-1). They are connected in parallel and controlled to maintain a voltage of N / (2N + 2) E.

図１０に示すようにＮ段のフライングキャパシタ回路を使用すると、第１フライングキャパシタ回路の中点と第２フライングキャパシタ回路の中点との間に（２Ｎ＋１）レベルの電圧を発生させることが可能となる。 By using an N-stage flying capacitor circuit as shown in FIG. 10, it is possible to generate a (2N + 1) level voltage between the midpoint of the first flying capacitor circuit and the midpoint of the second flying capacitor circuit. Become.

フライングキャパシタ回路の段数を増やすほど、安価で耐圧が低いスイッチング素子を使用することができる一方、使用するスイッチング素子の数が増大する。従って設計者は、トータルのコストとトータルの変換効率を考慮して、フライングキャパシタ回路の最適な段数を決定すればよい。また、高圧側直流電源１の電圧が１０００Ｖを超えるアプリケーションや、１００００Ｖを超えるアプリケーションでは、各スイッチング素子の耐圧を下げるために、フライングキャパシタ回路の段数を増やすことが有効である。 As the number of stages of the flying capacitor circuit is increased, switching elements that are inexpensive and have a low breakdown voltage can be used, but the number of switching elements used increases. Therefore, the designer may determine the optimum number of stages of the flying capacitor circuit in consideration of the total cost and the total conversion efficiency. Further, in an application in which the voltage of the high-voltage side DC power supply 1 exceeds 1000 V or an application in which the voltage exceeds 10,000 V, it is effective to increase the number of stages of the flying capacitor circuit in order to reduce the withstand voltage of each switching element.

図１１は、図１に示したＤＣ／ＤＣ変換装置３の低圧側リレーＲＹ２と並列に、突入電流防止回路を接続した構成を示す図である。突入電流防止回路は、制限抵抗Ｒｉ、ダイオードＤｉ、スイッチング素子Ｓ２０が直列に接続されて構成される。図１１に示す例ではスイッチング素子Ｓ２０はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成されている。ダイオードＤｉは、アノード端子が制限抵抗Ｒｉに接続され、カソード端子がスイッチング素子Ｓ２０のドレイン端子に接続される。スイッチング素子Ｓ２０のソース端子は、低圧側リレーＲＹ２とリアクトルＬ１との接続点に接続される。なお、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴの代わりにリレーが用いられてもよい。 FIG. 11 is a diagram showing a configuration in which an inrush current prevention circuit is connected in parallel with the low voltage side relay RY2 of the DC / DC converter 3 shown in FIG. The inrush current prevention circuit is configured by connecting a limiting resistor Ri, a diode Di, and a switching element S20 in series. In the example shown in FIG. 11, the switching element S20 is composed of an N-channel MOSFET. In the diode Di, the anode terminal is connected to the limiting resistor Ri, and the cathode terminal is connected to the drain terminal of the switching element S20. The source terminal of the switching element S20 is connected to the connection point between the low voltage side relay RY2 and the reactor L1. A relay may be used instead of the N-channel MOSFET.

制御部４０は、ＤＣ／ＤＣ変換装置３を起動させる際、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせる前に、スイッチング素子Ｓ２０をターンオンさせる。この状態では、制限抵抗Ｒｉにより制限された電流で第２低圧側コンデンサＣ２、高圧側コンデンサＣ３、第１分割コンデンサＣ４ａ、第２分割コンデンサＣ４ｂ、第１フライングキャパシタＣ５ａ、及び第２フライングキャパシタＣ５ｂがそれぞれ充電される。 When the DC / DC converter 3 is activated, the control unit 40 turns on the switching element S20 before turning on the low voltage side relay RY2. In this state, the second low-voltage side capacitor C2, the high-voltage side capacitor C3, the first division capacitor C4a, the second division capacitor C4b, the first flying capacitor C5a, and the second flying capacitor C5b are in the current limited by the limiting resistor Ri. Each is charged.

制御部４０は、スイッチング素子Ｓ２０をターンオンさせた後、第１の設定時間が経過すると、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせる。制御部４０は、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後、第２の設定時間が経過すると、スイッチング素子Ｓ２０をターンオフさせる。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置３の起動時の突入電流を防止することができる。 The control unit 40 turns on the low-voltage side relay RY2 when the first set time elapses after the switching element S20 is turned on. The control unit 40 turns off the switching element S20 when the second set time elapses after turning on the low voltage side relay RY2. This makes it possible to prevent an inrush current at the time of starting the DC / DC converter 3.

以上の説明では、ＤＣ／ＤＣ変換装置３の起動時において、制御部４０が、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後、各フライングキャパシタＣ５ａ、Ｃ５ｂの電圧の計測値が各目標値に到達した後、フライングキャパシタ部３０のスイッチング動作（即ち、昇圧動作）を開始させる例を説明した。この点、制御部４０は、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後、時定数から導かれる本来必要な待機時間より長い待機時間が経過した後、フライングキャパシタ部３０のスイッチング動作を開始させてもよい。 In the above description, at the time of starting the DC / DC converter 3, after the control unit 40 turns on the low voltage side relay RY2, after the measured values of the voltages of the flying capacitors C5a and C5b reach the target values. , An example of starting the switching operation (that is, the boosting operation) of the flying capacitor unit 30 has been described. In this regard, the control unit 40 may start the switching operation of the flying capacitor unit 30 after a standby time longer than the originally required standby time derived from the time constant has elapsed after the low voltage side relay RY2 is turned on. ..

第１フライングキャパシタＣ５ａの充電時の時定数τは、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３の抵抗成分と、第１フライングキャパシタＣ５ａの容量との積で規定される。第２フライングキャパシタＣ５ｂの充電時の時定数τは、第６スイッチング素子Ｓ６及び第７スイッチング素子Ｓ７の抵抗成分と、第２フライングキャパシタＣ５ｂの容量との積で規定される。 The time constant τ during charging of the first flying capacitor C5a is defined by the product of the resistance components of the second switching element S2 and the third switching element S3 and the capacitance of the first flying capacitor C5a. The time constant τ during charging of the second flying capacitor C5b is defined by the product of the resistance components of the sixth switching element S6 and the seventh switching element S7 and the capacitance of the second flying capacitor C5b.

低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後の、時定数から導かれる本来必要な待機時間は、当該時定数の５倍程度の時間である。当該時定数から導かれる本来必要な待機時間より長い待機時間は、当該時定数から導かれる本来必要な待機時間の１．５倍以上の時間（例えば、実施の形態では２秒）に設定されてもよい。これにより、各フライングキャパシタＣ５ａ、Ｃ５ｂの電圧の計測値が各目標値に到達する前に、昇圧が開始されることを抑制することができ、過電流の発生を抑制することができる。 The originally required standby time derived from the time constant after the low-voltage side relay RY2 is turned on is about five times the time constant. The waiting time longer than the originally required waiting time derived from the time constant is set to 1.5 times or more the originally required waiting time derived from the time constant (for example, 2 seconds in the embodiment). May be good. As a result, it is possible to suppress the start of boosting before the measured values of the voltages of the flying capacitors C5a and C5b reach the target values, and it is possible to suppress the occurrence of overcurrent.

（ａ）各フライングキャパシタＣ５ａ、Ｃ５ｂの電圧の計測値が各目標値に到達する条件と、（ｂ）時定数から導かれる本来必要な待機時間より長い待機時間が経過する条件を、ＡＮＤ条件で使用してもよい。この場合、制御部４０は、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後、条件（ａ）と条件（ｂ）の両方を満たした後、フライングキャパシタ部３０のスイッチング動作を開始させる。 Under the AND condition, (a) the condition that the measured value of the voltage of each flying capacitor C5a and C5b reaches each target value, and (b) the condition that the standby time longer than the originally required standby time derived from the time constant elapses. You may use it. In this case, the control unit 40 turns on the low-voltage side relay RY2, satisfies both the condition (a) and the condition (b), and then starts the switching operation of the flying capacitor unit 30.

制御部４０は、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後、各フライングキャパシタＣ５ａ、Ｃ５ｂの電圧の計測値が、設定時間を経過しても各目標値に到達しない場合、ＤＣ／ＤＣ変換装置３に異常が発生していると判定してもよい。当該設定時間には、上記時定数から導かれる本来必要な待機時間を使用することができる。当該異常としては、低圧側リレーＲＹ２の異常（例えば、溶着）、第１スイッチング素子Ｓ１−第８スイッチング素子Ｓ８の少なくとも一つのオープン故障などが考えられる。 After turning on the low voltage side relay RY2, the control unit 40 sends the DC / DC converter 3 to the DC / DC converter 3 when the measured values of the voltages of the flying capacitors C5a and C5b do not reach the target values even after the set time has elapsed. It may be determined that an abnormality has occurred. For the set time, the originally required waiting time derived from the above time constant can be used. As the abnormality, an abnormality (for example, welding) of the low voltage side relay RY2, an open failure of at least one of the first switching element S1 to the eighth switching element S8, and the like can be considered.

以上説明したように本実施の形態では、低圧側リレーＲＹ２をターンオンさせた後、各フライングキャパシタＣ５ａ、Ｃ５ｂの電圧をもとに、フライングキャパシタ部３０のスイッチング動作を開始するタイミングを決定する。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置３を安全に起動することができる。 As described above, in the present embodiment, after the low voltage side relay RY2 is turned on, the timing at which the switching operation of the flying capacitor section 30 is started is determined based on the voltages of the flying capacitors C5a and C5b. As a result, the DC / DC converter 3 can be safely started.

以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that the embodiments are exemplary and that various modifications are possible for each of these components and combinations of processing processes, and that such modifications are also within the scope of the present disclosure. ..

図１２は、実施の形態１の変形例に係るＤＣ／ＤＣ変換装置３の構成を説明するための図である。図１に示したＤＣ／ＤＣ変換装置３では、リアクトルＬ１を、低圧側直流電源２の正側端子と第１フライングキャパシタ回路の中点間に接続した。この点、図１２に示す変形例では、低圧側直流電源２の正側端子と第１フライングキャパシタ回路の中点間に第１リアクトルＬ１を接続し、低圧側直流電源２の負側端子と第２フライングキャパシタ回路の中点間に第２リアクトルＬ２を接続している。第１リアクトルＬ１と第２リアクトルＬ２を、コアを共通にした磁気結合リアクトルで構成されてもよい。この場合、通電時に、第１リアクトルＬ１と第２リアクトルＬ２の磁束を相互に強め合うことができる。 FIG. 12 is a diagram for explaining the configuration of the DC / DC converter 3 according to the modified example of the first embodiment. In the DC / DC converter 3 shown in FIG. 1, the reactor L1 is connected between the positive terminal of the low-voltage side DC power supply 2 and the midpoint of the first flying capacitor circuit. In this regard, in the modified example shown in FIG. 12, the first reactor L1 is connected between the positive terminal of the low voltage side DC power supply 2 and the midpoint of the first flying capacitor circuit, and the negative terminal of the low voltage side DC power supply 2 and the first The second reactor L2 is connected between the midpoints of the two flying capacitors circuits. The first reactor L1 and the second reactor L2 may be configured by a magnetically coupled reactor having a common core. In this case, the magnetic fluxes of the first reactor L1 and the second reactor L2 can be mutually strengthened when energized.

なお、リアクトルＬ１は、低圧側直流電源２の負側端子と第２フライングキャパシタ回路の中点間に接続してもよい。このように、リアクトルＬ１は、低圧側直流電源２の正側端子と第１フライングキャパシタ回路の中点間を接続する経路と、低圧側直流電源２の負側端子と第２フライングキャパシタ回路の中点間を接続する経路の少なくとも一方に挿入されていればよい。 The reactor L1 may be connected between the negative terminal of the low voltage side DC power supply 2 and the midpoint of the second flying capacitor circuit. As described above, the reactor L1 has a path connecting the positive terminal of the low-voltage side DC power supply 2 and the midpoint of the first flying capacitor circuit, and the negative terminal of the low-voltage side DC power supply 2 and the inside of the second flying capacitor circuit. It suffices if it is inserted in at least one of the paths connecting the points.

上述した高圧側リレーＲＹ１は、高圧側コンデンサＣ３と高圧側直流電源１との間に設けられるスイッチ回路の一例である。例えば、スイッチ回路として、ソース端子が高圧側コンデンサＣ３、ドレイン端子が高圧側直流電源１に接続されたＮチャンネルＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。この場合、高圧側コンデンサＣ３の電圧が高圧側直流電源１の電圧Ｅより高くならないように、高圧側コンデンサＣ３の電圧をクランプすることができる。また、スイッチ回路として、２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴが逆向きに直列接続された双方向スイッチを使用してもよい。この場合、リレーを使用する場合と同様に、オフ状態において、いずれの方向からの電流も遮断することができる。 The high-voltage side relay RY1 described above is an example of a switch circuit provided between the high-voltage side capacitor C3 and the high-voltage side DC power supply 1. For example, as the switch circuit, an N-channel MOSFET in which the source terminal is connected to the high-voltage side capacitor C3 and the drain terminal is connected to the high-voltage side DC power supply 1 may be used. In this case, the voltage of the high-voltage side capacitor C3 can be clamped so that the voltage of the high-voltage side capacitor C3 does not become higher than the voltage E of the high-voltage side DC power supply 1. Further, as the switch circuit, a bidirectional switch in which two N-channel MOSFETs are connected in series in opposite directions may be used. In this case, as in the case of using a relay, the current from any direction can be cut off in the off state.

上述した低圧側リレーＲＹ２も、低圧側直流電源２とリアクトルＬ１との間に設けられるスイッチ回路の一例である。当該スイッチ回路として、高圧側リレーＲＹ１と同様に、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴや双方向スイッチを使用してもよい。 The low-voltage side relay RY2 described above is also an example of a switch circuit provided between the low-voltage side DC power supply 2 and the reactor L1. As the switch circuit, an N-channel MOSFET or a bidirectional switch may be used as in the high-voltage side relay RY1.

また、図１１の低圧側のスイッチ回路のように、高圧側のスイッチ回路にも、突入電流防止回路を並列に接続してもよい。 Further, the inrush current prevention circuit may be connected in parallel to the switch circuit on the high voltage side as in the switch circuit on the low voltage side in FIG.

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 The embodiment may be specified by the following items.

［項目１］
高圧側直流電源（１）に並列接続される高圧側コンデンサ（３）と、
直列接続された複数のスイッチング素子（Ｓ１−Ｓ８）と、少なくとも一つのフライングキャパシタ（Ｃ５ａ、Ｃ５ｂ）を含み、前記直列接続された複数のスイッチング素子（Ｓ１−Ｓ８）の両端に前記高圧側直流電源（１）が接続され、前記直列接続された複数のスイッチング素子（Ｓ１−Ｓ８）を構成する一部の複数のスイッチング素子（Ｓ３−Ｓ６）の両端に低圧側直流電源（２）が接続される、フライングキャパシタ部（３０）と、
前記低圧側直流電源（２）の両端と、前記一部の複数のスイッチング素子（Ｓ３−Ｓ６）の両端間の経路に挿入される少なくとも一つのリアクトル（Ｌ１）と、
前記低圧側直流電源（２）と前記リアクトル（Ｌ１）との間に設けられる低圧側スイッチ回路（ＲＹ２）と、
前記フライングキャパシタ（Ｃ５ａ、Ｃ５ｂ）の各電圧を計測する電圧センサ（４１、４２）と、
前記直列接続された複数のスイッチング素子（Ｓ１−Ｓ８）と、前記低圧側スイッチ回路（ＲＹ２）を制御する制御部（４０）と、を備え、
前記制御部（４０）は、本ＤＣ／ＤＣ変換装置（３）の起動時において、前記低圧側スイッチ回路（ＲＹ２）をターンオンさせた後、前記フライングキャパシタ（Ｃ５ａ、Ｃ５ｂ）の電圧をもとに、前記フライングキャパシタ部（３０）のスイッチング動作を開始するタイミングを決定する、
ＤＣ／ＤＣ変換装置（３）。
これによれば、ＤＣ／ＤＣ変換装置（３）を安全に起動させることができる。
［項目２］
前記制御部（４０）は、前記低圧側スイッチ回路（ＲＹ２）をターンオンさせた後、前記フライングキャパシタ（Ｃ５ａ、Ｃ５ｂ）の各電圧の計測値が各目標値に到達した後、前記フライングキャパシタ部（３０）のスイッチング動作を開始させる、
項目１に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置（３）。
これによれば、フライングキャパシタ部（３０）のスイッチング動作の開始時に、フライングキャパシタ（Ｃ５ａ、Ｃ５ｂ）の電圧不足により、過電流が発生することを抑制することができる。
［項目３］
前記高圧側コンデンサ（３）と前記高圧側直流電源（１）との間に設けられる高圧側スイッチ回路（ＲＹ１）をさらに備え、
前記制御部（４０）は、前記フライングキャパシタ部（３０）のスイッチング動作を開始させた後、前記高圧側コンデンサ（３）の電圧が前記高圧側直流電源（１）の電圧に対応する電圧まで上昇した後、前記高圧側スイッチ回路（ＲＹ１）をターンオンさせる、
項目２に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置（３）。
これによれば、高圧側スイッチ回路（ＲＹ１）のターンオン時に過電流が発生することを抑制することができる。
［項目４］
前記フライングキャパシタ部（３０）は、
直列接続された第１スイッチング素子（Ｓ１）、第２スイッチング素子（Ｓ２）、第３スイッチング素子（Ｓ３）、第４スイッチング素子（Ｓ４）と、第５スイッチング素子（Ｓ５）、第６スイッチング素子（Ｓ６）、第７スイッチング素子（Ｓ７）及び第８スイッチング素子（Ｓ８）と、
前記第１スイッチング素子（Ｓ１）と第２スイッチング素子（Ｓ２）との接続点と、第３スイッチング素子（Ｓ３）と第４スイッチング素子（Ｓ４）との接続点との間に接続された第１フライングキャパシタ（Ｃ５ａ）と、
前記第５スイッチング素子（Ｓ５）と第６スイッチング素子（Ｓ６）との接続点と、第７スイッチング素子（Ｓ７）と第８スイッチング素子（Ｓ８）との接続点との間に接続された第２フライングキャパシタ（Ｃ５ｂ）と、を含み、
前記低圧側直流電源（２）の正側端子が、前記第２スイッチング素子（Ｓ２）と前記第３スイッチング素子（Ｓ３）との間の接続点に電気的に接続され、
前記低圧側直流電源（２）の負側端子が、前記第６スイッチング素子（Ｓ６）と前記第７スイッチング素子（Ｓ７）との間の接続点に電気的に接続され、
前記第１スイッチング素子（Ｓ１）−前記第８スイッチング素子（Ｓ８）にはそれぞれ、ダイオード（Ｄ１−Ｄ８）が逆並列に形成または接続されており、
前記制御部（４０）は、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置（３）の起動時において、
前記第１スイッチング素子（Ｓ１）−前記第８スイッチング素子（Ｓ８）と、前記高圧側スイッチ回路（ＲＹ１）がオフ状態で前記低圧側スイッチ回路（ＲＹ２）をターンオンさせ、
前記第１フライングキャパシタ（Ｃ５ａ）の電圧と前記第２フライングキャパシタ（Ｃ５ｂ）の電圧の計測値がそれぞれ、前記低圧側直流電源（２）の電圧の１／４に対応する電圧に到達した後、前記第１スイッチング素子（Ｓ１）−前記第８スイッチング素子（Ｓ８）のスイッチング制御を開始させる、
項目３に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置（３）。
これによれば、３レベルのマルチレベルＤＣ／ＤＣ変換装置（３）を安全に起動させることができる。
［項目５］
前記制御部（４０）は、
前記第２スイッチング素子（Ｓ２）、前記第４スイッチング素子（Ｓ４）、前記第５スイッチング素子（Ｓ５）及び前記第７スイッチング素子（Ｓ７）をオン状態、並びに前記第１スイッチング素子（Ｓ１）、前記第３スイッチング素子（Ｓ３）、前記第６スイッチング素子（Ｓ６）及び前記第８スイッチング素子（Ｓ８）をオフ状態に制御する第１モード、
前記第１スイッチング素子（Ｓ１）、前記第３スイッチング素子（Ｓ３）、前記第６スイッチング素子（Ｓ６）及び前記第８スイッチング素子（Ｓ８）をオン状態 並びに前記第２スイッチング素子（Ｓ２）、前記第４スイッチング素子（Ｓ４）、前記第５スイッチング素子（Ｓ５）及び前記第７スイッチング素子（Ｓ７）をオフ状態に制御する第２モード、
前記第１スイッチング素子（Ｓ１）、前記第２スイッチング素子（Ｓ２）、前記第７スイッチング素子（Ｓ７）及び前記第８スイッチング素子（Ｓ８）をオン状態 並びに前記第３スイッチング素子（Ｓ３）、前記第４スイッチング素子（Ｓ４）、前記第５スイッチング素子（Ｓ５）及び前記第６スイッチング素子（Ｓ６）をオフ状態に制御する第３モード、
前記第３スイッチング素子（Ｓ３）、前記第４スイッチング素子（Ｓ４）、前記第５スイッチング素子（Ｓ５）及び前記第６スイッチング素子（Ｓ６）をオン状態 並びに前記第１スイッチング素子（Ｓ１）、前記第２スイッチング素子（Ｓ２）、前記第７スイッチング素子（Ｓ７）及び前記第８スイッチング素子（Ｓ８）をオフ状態に制御する第４モード、の４つのモードの内、
前記第１モードと、前記第２モードと、前記第３モード又は前記第４モードとの３つのモードを使用して、前記低圧側直流電源（２）の電圧を昇圧させる、
項目４に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置（３）。
これによれば、３つのモードを組み合わせて、高効率な昇圧動作が可能となる。
［項目６］
前記制御部（４０）は、前記低圧側スイッチ回路（ＲＹ２）をターンオンさせた後、前記フライングキャパシタ（Ｃ５ａ、Ｃ５ｂ）の各電圧の計測値が、設定時間を経過しても各目標値に到達しない場合、異常が発生していると判定する、
項目１から５のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置（３）。
これによれば、ＤＣ／ＤＣ変換装置（３）の起動時に故障検出を行うことができる。 [Item 1]
The high-voltage side capacitor (3) connected in parallel with the high-voltage side DC power supply (1),
The high-voltage side DC power supply including a plurality of switching elements (S1-S8) connected in series and at least one flying capacitor (C5a, C5b) at both ends of the plurality of switching elements (S1-S8) connected in series. (1) is connected, and a low-voltage side DC power supply (2) is connected to both ends of a plurality of switching elements (S3-S6) constituting the plurality of switching elements (S1-S8) connected in series. , Flying capacitor part (30),
Both ends of the low-voltage side DC power supply (2) and at least one reactor (L1) inserted in the path between both ends of the plurality of switching elements (S3-S6).
A low-voltage side switch circuit (RY2) provided between the low-voltage side DC power supply (2) and the reactor (L1), and
A voltage sensor (41, 42) that measures each voltage of the flying capacitors (C5a, C5b), and
A plurality of switching elements (S1-S8) connected in series and a control unit (40) for controlling the low voltage side switch circuit (RY2) are provided.
The control unit (40) turns on the low voltage side switch circuit (RY2) at the time of starting the DC / DC converter (3), and then based on the voltage of the flying capacitors (C5a, C5b). , Determines the timing to start the switching operation of the flying capacitor unit (30).
DC / DC converter (3).
According to this, the DC / DC converter (3) can be safely started.
[Item 2]
The control unit (40) turns on the low voltage side switch circuit (RY2), and after the measured values of the respective voltages of the flying capacitors (C5a, C5b) reach the target values, the flying capacitor unit (40) 30) Start the switching operation,
The DC / DC converter (3) according to item 1.
According to this, it is possible to suppress the occurrence of overcurrent due to the voltage shortage of the flying capacitors (C5a, C5b) at the start of the switching operation of the flying capacitor unit (30).
[Item 3]
A high-voltage side switch circuit (RY1) provided between the high-voltage side capacitor (3) and the high-voltage side DC power supply (1) is further provided.
After the control unit (40) starts the switching operation of the flying capacitor unit (30), the voltage of the high-voltage side capacitor (3) rises to a voltage corresponding to the voltage of the high-voltage side DC power supply (1). After that, the high-voltage side switch circuit (RY1) is turned on.
The DC / DC converter (3) according to item 2.
According to this, it is possible to suppress the occurrence of overcurrent when the high-voltage side switch circuit (RY1) is turned on.
[Item 4]
The flying capacitor portion (30) is
The first switching element (S1), the second switching element (S2), the third switching element (S3), the fourth switching element (S4), the fifth switching element (S5), and the sixth switching element (S5), which are connected in series. S6), the 7th switching element (S7), the 8th switching element (S8), and
The first connected between the connection point between the first switching element (S1) and the second switching element (S2) and the connection point between the third switching element (S3) and the fourth switching element (S4). Flying capacitor (C5a) and
A second connected between the connection point between the fifth switching element (S5) and the sixth switching element (S6) and the connection point between the seventh switching element (S7) and the eighth switching element (S8). Including a flying capacitor (C5b),
The positive terminal of the low voltage side DC power supply (2) is electrically connected to the connection point between the second switching element (S2) and the third switching element (S3).
The negative terminal of the low voltage side DC power supply (2) is electrically connected to the connection point between the sixth switching element (S6) and the seventh switching element (S7).
Diodes (D1-D8) are formed or connected in antiparallel to each of the first switching element (S1) and the eighth switching element (S8).
The control unit (40) is at the time of starting the DC / DC converter (3).
The low-voltage side switch circuit (RY2) is turned on while the first switching element (S1) -the eighth switching element (S8) and the high-voltage side switch circuit (RY1) are off.
After the measured values of the voltage of the first flying capacitor (C5a) and the voltage of the second flying capacitor (C5b) reach 1/4 of the voltage of the low-voltage side DC power supply (2), respectively, The switching control of the first switching element (S1) -the eighth switching element (S8) is started.
The DC / DC converter (3) according to item 3.
According to this, the three-level multi-level DC / DC converter (3) can be safely started.
[Item 5]
The control unit (40)
The second switching element (S2), the fourth switching element (S4), the fifth switching element (S5) and the seventh switching element (S7) are turned on, and the first switching element (S1), the said. A first mode for controlling the third switching element (S3), the sixth switching element (S6), and the eighth switching element (S8) to an off state.
The first switching element (S1), the third switching element (S3), the sixth switching element (S6), and the eighth switching element (S8) are in the ON state, and the second switching element (S2), the first. A second mode for controlling the 4 switching element (S4), the 5th switching element (S5), and the 7th switching element (S7) to an off state.
The first switching element (S1), the second switching element (S2), the seventh switching element (S7), and the eighth switching element (S8) are in the ON state, and the third switching element (S3), the first. A third mode for controlling the 4 switching element (S4), the 5th switching element (S5), and the 6th switching element (S6) to be in an off state.
The third switching element (S3), the fourth switching element (S4), the fifth switching element (S5), and the sixth switching element (S6) are in the ON state, and the first switching element (S1), the first. Of the four modes of the two switching elements (S2), the fourth mode for controlling the seventh switching element (S7) and the eighth switching element (S8) to be in the off state,
The voltage of the low voltage side DC power supply (2) is boosted by using the three modes of the first mode, the second mode, the third mode, or the fourth mode.
The DC / DC converter (3) according to item 4.
According to this, highly efficient boosting operation is possible by combining the three modes.
[Item 6]
After turning on the low voltage side switch circuit (RY2), the control unit (40) reaches each target value even after the set time elapses. If not, it is determined that an abnormality has occurred.
The DC / DC converter (3) according to any one of items 1 to 5.
According to this, failure detection can be performed at the time of starting the DC / DC converter (3).

１ 高圧側直流電源、 ２ 低圧側直流電源、 ３ ＤＣ／ＤＣ変換装置、 ３０ フライングキャパシタ部、 ４０ 制御部、 ４１−４３ 電圧センサ、 Ｓ１−Ｓ１６，Ｓ２０ スイッチング素子、 Ｄ１−Ｄ１６，Ｄｉ ダイオード、 Ｃ１ 第１低圧側コンデンサ、 Ｃ２ 第２低圧側コンデンサ、 Ｃ３ 高圧側コンデンサ、 Ｃ４ａ 第１分割コンデンサ、 Ｃ４ｂ 第２分割コンデンサ、 Ｃ５ａ 第１フライングキャパシタ、 Ｃ５ｂ 第２フライングキャパシタ、 Ｃ６ａ 第３フライングキャパシタ、 Ｃ６ｂ 第４フライングキャパシタ、 Ｃ７ａ 第５フライングキャパシタ、 Ｃ７ｂ 第６フライングキャパシタ、 Ｌ１ リアクトル、 Ｒｉ 制限抵抗、 ＲＹ１ 高圧側リレー、 ＲＹ２ 低圧側リレー。 1 High-voltage side DC power supply, 2 Low-voltage side DC power supply, 3 DC / DC converter, 30 Flying capacitor section, 40 Control section, 41-43 voltage sensor, S1-S16, S20 switching element, D1-D16, Di diode, C1 1st low-voltage side capacitor, C2 2nd low-voltage side capacitor, C3 high-voltage side capacitor, C4a 1st division capacitor, C4b 2nd division capacitor, C5a 1st flying capacitor, C5b 2nd flying capacitor, C6a 3rd flying capacitor, C6b 1st 4 Flying Capacitor, C7a 5th Flying Capacitor, C7b 6th Flying Capacitor, L1 Reactor, Ri Limiting Resistance, RY1 High Pressure Side Relay, RY2 Low Pressure Side Relay.

Claims (6)

高圧側直流電源に並列接続される高圧側コンデンサと、
直列接続された複数のスイッチング素子と、少なくとも一つのフライングキャパシタを含み、前記直列接続された複数のスイッチング素子の両端に前記高圧側直流電源が接続され、前記直列接続された複数のスイッチング素子を構成する一部の複数のスイッチング素子の両端に低圧側直流電源が接続される、フライングキャパシタ部と、
前記低圧側直流電源の両端と、前記一部の複数のスイッチング素子の両端間の経路に挿入される少なくとも一つのリアクトルと、
前記低圧側直流電源と前記リアクトルとの間に設けられる低圧側スイッチ回路と、
前記フライングキャパシタの各電圧を計測する電圧センサと、
前記直列接続された複数のスイッチング素子と、前記低圧側スイッチ回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、本ＤＣ／ＤＣ変換装置の起動時において、前記低圧側スイッチ回路をターンオンさせた後、前記フライングキャパシタの電圧をもとに、前記フライングキャパシタ部のスイッチング動作を開始するタイミングを決定する、
ＤＣ／ＤＣ変換装置。 A high-voltage side capacitor connected in parallel to the high-voltage side DC power supply,
A plurality of switching elements connected in series and at least one flying capacitor are included, and the high-voltage side DC power supply is connected to both ends of the plurality of switching elements connected in series to form the plurality of switching elements connected in series. A flying capacitor section in which a low-voltage side DC power supply is connected to both ends of some of the multiple switching elements.
Both ends of the low-voltage side DC power supply and at least one reactor inserted in the path between both ends of the plurality of switching elements.
A low-voltage side switch circuit provided between the low-voltage side DC power supply and the reactor,
A voltage sensor that measures each voltage of the flying capacitor,
A plurality of switching elements connected in series and a control unit for controlling the low voltage side switch circuit are provided.
At the time of starting the DC / DC converter, the control unit determines the timing to start the switching operation of the flying capacitor unit based on the voltage of the flying capacitor after turning on the low voltage side switch circuit. do,
DC / DC converter. 前記制御部は、前記低圧側スイッチ回路をターンオンさせた後、前記フライングキャパシタの各電圧の計測値が各目標値に到達した後、前記フライングキャパシタ部のスイッチング動作を開始させる、
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。 The control unit starts the switching operation of the flying capacitor unit after the low voltage side switch circuit is turned on and the measured value of each voltage of the flying capacitor reaches each target value.
The DC / DC converter according to claim 1. 前記高圧側コンデンサと前記高圧側直流電源との間に設けられる高圧側スイッチ回路をさらに備え、
前記制御部は、前記フライングキャパシタ部のスイッチング動作を開始させた後、前記高圧側コンデンサの電圧が前記高圧側直流電源の電圧に対応する電圧まで上昇した後、前記高圧側スイッチ回路をターンオンさせる、
請求項２に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。 Further, a high-voltage side switch circuit provided between the high-voltage side capacitor and the high-voltage side DC power supply is provided.
After starting the switching operation of the flying capacitor unit, the control unit raises the voltage of the high-voltage side capacitor to a voltage corresponding to the voltage of the high-voltage side DC power supply, and then turns on the high-voltage side switch circuit.
The DC / DC converter according to claim 2. 前記フライングキャパシタ部は、
直列接続された第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、第４スイッチング素子と、第５スイッチング素子、第６スイッチング素子、第７スイッチング素子及び第８スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との接続点と、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子との接続点との間に接続された第１フライングキャパシタと、
前記第５スイッチング素子と第６スイッチング素子との接続点と、第７スイッチング素子と第８スイッチング素子との接続点との間に接続された第２フライングキャパシタと、を含み、
前記低圧側直流電源の正側端子が、前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との間の接続点に電気的に接続され、
前記低圧側直流電源の負側端子が、前記第６スイッチング素子と前記第７スイッチング素子との間の接続点に電気的に接続され、
前記第１スイッチング素子−前記第８スイッチング素子にはそれぞれ、ダイオードが逆並列に形成または接続されており、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の起動時において、
前記第１スイッチング素子−前記第８スイッチング素子と、前記高圧側スイッチ回路がオフ状態で前記低圧側スイッチ回路をターンオンさせ、
前記第１フライングキャパシタの電圧と前記第２フライングキャパシタの電圧の計測値がそれぞれ、前記低圧側直流電源の電圧の１／４に対応する電圧に到達した後、前記第１スイッチング素子−前記第８スイッチング素子のスイッチング制御を開始させる、
請求項３に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。 The flying capacitor section is
The first switching element, the second switching element, the third switching element, the fourth switching element, and the fifth switching element, the sixth switching element, the seventh switching element, and the eighth switching element, which are connected in series,
A first flying capacitor connected between the connection point between the first switching element and the second switching element and the connection point between the third switching element and the fourth switching element.
A second flying capacitor connected between the connection point between the fifth switching element and the sixth switching element and the connection point between the seventh switching element and the eighth switching element is included.
The positive terminal of the low voltage side DC power supply is electrically connected to the connection point between the second switching element and the third switching element.
The negative terminal of the low-voltage side DC power supply is electrically connected to the connection point between the sixth switching element and the seventh switching element.
Diodes are formed or connected in antiparallel to each of the first switching element and the eighth switching element.
The control unit is at the time of starting the DC / DC converter.
With the first switching element-the eighth switching element and the high voltage side switch circuit turned off, the low voltage side switch circuit is turned on.
After the measured values of the voltage of the first flying capacitor and the voltage of the second flying capacitor each reach a voltage corresponding to 1/4 of the voltage of the low-voltage side DC power supply, the first switching element-the eighth. Start switching control of the switching element,
The DC / DC converter according to claim 3. 前記制御部は、
前記第２スイッチング素子、前記第４スイッチング素子、前記第５スイッチング素子及び前記第７スイッチング素子をオン状態、並びに前記第１スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、前記第６スイッチング素子及び前記第８スイッチング素子をオフ状態に制御する第１モード、
前記第１スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、前記第６スイッチング素子及び前記第８スイッチング素子をオン状態 並びに前記第２スイッチング素子、前記第４スイッチング素子、前記第５スイッチング素子及び前記第７スイッチング素子をオフ状態に制御する第２モード、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第７スイッチング素子及び前記第８スイッチング素子をオン状態 並びに前記第３スイッチング素子、前記第４スイッチング素子、前記第５スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子をオフ状態に制御する第３モード、
前記第３スイッチング素子、前記第４スイッチング素子、前記第５スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子をオン状態 並びに前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第７スイッチング素子及び前記第８スイッチング素子をオフ状態に制御する第４モード、の４つのモードの内、
前記第１モードと、前記第２モードと、前記第３モード又は前記第４モードとの３つのモードを使用して、前記低圧側直流電源の電圧を昇圧させる、
請求項４に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。 The control unit
The second switching element, the fourth switching element, the fifth switching element and the seventh switching element are turned on, and the first switching element, the third switching element, the sixth switching element and the eighth switching. First mode, which controls the element to the off state,
The first switching element, the third switching element, the sixth switching element and the eighth switching element are turned on, and the second switching element, the fourth switching element, the fifth switching element and the seventh switching element. Second mode to control the off state,
The first switching element, the second switching element, the seventh switching element and the eighth switching element are turned on, and the third switching element, the fourth switching element, the fifth switching element and the sixth switching element. Third mode to control the off state,
The third switching element, the fourth switching element, the fifth switching element and the sixth switching element are turned on, and the first switching element, the second switching element, the seventh switching element and the eighth switching element are turned on. Of the four modes, the fourth mode, which controls the off state,
The voltage of the low-voltage side DC power supply is boosted by using the three modes of the first mode, the second mode, the third mode, or the fourth mode.
The DC / DC converter according to claim 4. 前記制御部は、前記低圧側スイッチ回路をターンオンさせた後、前記フライングキャパシタの各電圧の計測値が、設定時間を経過しても各目標値に到達しない場合、異常が発生していると判定する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣ変換装置。 After turning on the low voltage side switch circuit, the control unit determines that an abnormality has occurred if the measured value of each voltage of the flying capacitor does not reach each target value even after the set time has elapsed. do,
The DC / DC converter according to any one of claims 1 to 5.
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