JP2022032919A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a power converter.
従来、一対の入力端子を介して直列に接続される複数の変換セルと、当該複数の変換セルのそれぞれに対して設けられ、当該複数の変換セルのうち対応する変換セルに複数の制御信号を伝送する複数の絶縁部品とを備えるマルチセルコンバータ装置が知られている。複数の変換セルは、それぞれ、一又は複数の絶縁部品を介して受け取った複数の制御信号に基づいてDC/DC変換部を制御する駆動回路を有する。絶縁部品を介して変換セルに制御信号を伝送することで、変換セル毎に異なる基準電位で動作する駆動回路のそれぞれに、互いに電気的に絶縁する制御信号を伝送できる(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a plurality of conversion cells connected in series via a pair of input terminals and a plurality of control signals are provided for each of the plurality of conversion cells, and a plurality of control signals are transmitted to the corresponding conversion cells among the plurality of conversion cells. A multi-cell converter device including a plurality of insulating components to be transmitted is known. Each of the plurality of conversion cells has a drive circuit that controls a DC / DC converter based on a plurality of control signals received via one or a plurality of insulating components. By transmitting the control signal to the conversion cell via the insulating component, the control signal electrically isolated from each other can be transmitted to each of the drive circuits operating at different reference potentials for each conversion cell (see, for example, Patent Document 1). ).
一の絶縁部品が複数の制御信号を伝送する場合、一の制御信号の伝送に対してデジタルアイソレータなどの一の絶縁素子が割り当てられるので、一の絶縁部品には、複数の絶縁素子が含まれている。したがって、従来の技術では、変換セル一つ当たりに伝送する制御信号の数が増加するほど、変換セル一つ当たりに対して設けられる絶縁素子の数も増加する。そのため、複数の変換セルが一対の端子を介して直列に接続される電力変換装置では、絶縁素子の総数は、少なくとも(変換セルの直列段数×変換セル一つ当たりに伝送される制御信号の数)となり、膨大な数になる。絶縁素子の総数が膨大になると、例えば、小型化やコスト削減が難しい。 When one insulating component transmits a plurality of control signals, one insulating component such as a digital isolator is assigned to the transmission of one control signal. Therefore, one insulating component includes a plurality of insulating elements. ing. Therefore, in the conventional technique, as the number of control signals transmitted per conversion cell increases, the number of insulating elements provided for each conversion cell also increases. Therefore, in a power conversion device in which a plurality of conversion cells are connected in series via a pair of terminals, the total number of insulating elements is at least (the number of series stages of conversion cells × the number of control signals transmitted per conversion cell). ), Which is a huge number. When the total number of insulating elements becomes enormous, it is difficult to reduce the size and cost, for example.
本開示は、変換セル一つ当たりに対して設けられる絶縁素子の個数を削減可能な電力変換装置を提供する。 The present disclosure provides a power conversion device capable of reducing the number of insulating elements provided for each conversion cell.
本開示の一態様では、
絶縁型DC/DCコンバータと、前記絶縁型DC/DCコンバータの入力側か出力側かのどちらか一方に接続される一対の端子とをそれぞれ有し、前記一対の端子を介して直列に接続される複数の変換セルと、
前記複数の変換セルのそれぞれに対して設けられ、前記複数の変換セルのうち対応する変換セルに同期信号を伝送する複数の絶縁素子と、を備え、
前記複数の変換セルは、それぞれ、
トランスと、
前記トランスと前記一対の端子との間に接続される第1変換回路と、
前記同期信号に同期する複数の制御信号を生成する制御信号生成部と、
複数の前記制御信号に従って、前記第1変換回路に含まれる複数のスイッチ素子を駆動する第1駆動回路と、を有する、電力変換装置が提供される。
In one aspect of the disclosure,
It has an isolated DC / DC converter and a pair of terminals connected to either the input side or the output side of the isolated DC / DC converter, and is connected in series via the pair of terminals. With multiple conversion cells
A plurality of insulating elements provided for each of the plurality of conversion cells and transmitting a synchronization signal to the corresponding conversion cells among the plurality of conversion cells are provided.
The plurality of conversion cells are each
With a transformer
A first conversion circuit connected between the transformer and the pair of terminals,
A control signal generation unit that generates a plurality of control signals synchronized with the synchronization signal,
A power conversion device including a first drive circuit for driving a plurality of switch elements included in the first conversion circuit according to the plurality of control signals is provided.
本開示の一態様によれば、変換セル一つ当たりに対して設けられる絶縁素子の個数を削減できる。 According to one aspect of the present disclosure, the number of insulating elements provided for each conversion cell can be reduced.
以下、本開示に係る複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、"DC","AC"は、それぞれ、"Direct Current","Alternative Current"の略語である。 Hereinafter, a plurality of embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that "DC" and "AC" are abbreviations for "Direct Current" and "Alternative Current", respectively.
図1は、第1実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。図1は、電力変換装置1がDC出力側で直列に接続された3つの変換セル211,212,213を備える場合において、各々の変換セル211,212,213に対して、一の同期信号及び複数の制御信号、並びに駆動用の電源を独立して供給する構成を例示する。なお、図1には、駆動用の電源を供給する経路については明示されていないが、駆動回路204a,204b、制御信号生成部208及びキャリア信号生成部207などの後述の構成には、不図示の電源部から電源電圧が供給される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device according to the first embodiment. FIG. 1 shows a synchronization signal and one synchronization signal for each conversion cell 211,212,213 when the
図1に示す電力変換装置1は、複数(この例では、3つ)の変換セル211,212,213と、変換セル211,212,213のそれぞれの電力変換動作を制御する制御装置206とを備えるマルチセルコンバータである。複数の変換セル211,212,213は、それぞれ、共通の直流経路から入力される直流電圧を昇圧又は降圧して、所定の直流電圧を出力するセル変換器である。複数の変換セル211,212,213は、それぞれ、絶縁型DC/DCコンバータ200と、一対の端子p,qとを有する。
The
一対の端子p,qは、図1に示す例では、絶縁型DC/DCコンバータ200の出力側に接続される出力端子である。一対の端子p,qのうち、第1端子pは、高電位側の端子であり、第2端子qは、低電位側の端子である。
In the example shown in FIG. 1, the pair of terminals p and q are output terminals connected to the output side of the isolated DC /
複数の変換セル211,212,213は、一対の端子p,qをそれぞれ有し、一対の端子p,qを介して直列に接続される。複数の変換セル211,212,213は、それぞれ、自身の第1端子pが自身に隣接する一方の変換セルの第2端子qに接続され、自身の第2端子qが自身に隣接する他方の変換セルの第1端子pに接続される。一対の端子p,qを介して直列に接続される複数のセル変換器のうち、最も高電位側に位置する変換セル(この例では、変換セル211)の第1端子pは、不図示の負荷の高電位側の端部に電気的に接続される。一方、一対の端子p,qを介して直列に接続される複数のセル変換器のうち、最も低電位側の変換セル(この例では、変換セル213)の第2端子qは、不図示の負荷の低電位側の端部に電気的に接続される。
The plurality of
絶縁型DC/DCコンバータ200は、複数の変換セル211,212,213で共通の直流経路から入力される直流電圧を昇圧又は降圧して、所定の直流電圧を一対の端子p,qから出力する。絶縁型DC/DCコンバータ200は、トランス202と、1次側回路210aと、2次側回路210bとを備える。1次側回路210aと2次側回路210bとは、トランス202によって磁気的に結合する。
The isolated DC /
トランス202は、1次側コイルと2次側コイルとを有し、1次側コイルと2次側コイルとが磁気的に結合する変圧器である。
The
1次側回路210aは、容量素子203a、1次側フルブリッジ回路220a及び駆動回路204aを有する。1次側回路210aは、トランス202の1次側コイルに直列に接続されるリアクトル207aを有してもよい。
The
1次側フルブリッジ回路220aは、1次側第1上アーム201aと1次側第1下アーム201bとが直列に接続される1次側第1ハーフブリッジ回路と、1次側第2上アーム201cと1次側第2下アーム201dとが直列に接続される1次側第2ハーフブリッジ回路とを有する。トランス202の1次側コイル(又は、1次側コイルとリアクトル207aとの直列回路)は、1次側第1上アーム201aと1次側第1下アーム201bとの中間接続点と1次側第2上アーム201cと1次側第2下アーム201dとの中間接続点との間に接続される。
The primary side
2次側回路210bは、容量素子203b、2次側フルブリッジ回路220b及び駆動回路204aを有する。2次側回路210bは、トランス202の2次側コイルに直列に接続されるリアクトル207bを有してもよい。
The
2次側フルブリッジ回路220bは、2次側第1上アーム201eと2次側第1下アーム201fとが直列に接続される2次側第1ハーフブリッジ回路と、2次側第2上アーム201gと2次側第2下アーム201hとが直列に接続される2次側第2ハーフブリッジ回路とを有する。トランス202の2次側コイル(又は、2次側コイルとリアクトル207bとの直列回路)は、2次側第1上アーム201eと2次側第1下アーム201fとの中間接続点と2次側第2上アーム201gと2次側第2下アーム201hとの中間接続点との間に接続される。
The secondary side
2次側フルブリッジ回路220bは、トランス202の2次側コイルと一対の端子p,qとの間に接続される第1変換回路の一例である。一方、1次側フルブリッジ回路220aは、トランス202を介して2次側フルブリッジ回路220bに接続される第2変換回路の一例であり、トランス202の1次側コイルと複数の変換セル211,212,213で共通の直流経路との間に接続される。
The secondary side
1次側第1上アーム201a、1次側第1下アーム201b、1次側第2上アーム201c及び1次側第2下アーム201d等の複数の1次側スイッチ素子は、1次側の駆動回路204aによって駆動される。2次側第1上アーム201e、2次側第1下アーム201f、2次側第2上アーム201g及び2次側第2下アーム201h等の複数の2次側スイッチ素子は、2次側の駆動回路204bによって駆動される。
A plurality of primary side switch elements such as the primary side first
1次側スイッチ素子及び2次側スイッチ素子の具体例として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体スイッチング素子が挙げられる。駆動回路204a,204bは、GDU(Gate Driver Unit)とも称される。
Specific examples of the primary side switch element and the secondary side switch element include semiconductor switching elements such as MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The
絶縁型DC/DCコンバータ200は、トランス202の1次側に設けられた1次側フルブリッジ回路220aとトランス202の2次側に設けられた2次側フルブリッジ回路220bとを有するDAB(Dual Active Bridge)コンバータと呼ばれる電力変換回路である。DABコンバータは、トランス202の漏れインダクタンス又はトランス102に直列に接続された外付けリアクトル207a,207bに電圧が印加されることで、1次側と2次側との間で電力を伝送する。伝送される電力は、1次側のインバータ回路(1次側フルブリッジ回路220a)の2つの中間接続点から出力される出力電圧V1と、2次側のインバータ回路(2次側フルブリッジ回路220b)の2つの中間接続点から出力される出力電圧V2との位相差によって制御される。2次側から1次側への伝送電力は、簡単化された下記の式1で表される。
The isolated DC /
なお、DABコンバータの回路構成が対称構造であるので、出力電圧の位相差の基準位相は、高電圧側の2次側でもよいし、低電圧側の1次側でもよい。 Since the circuit configuration of the DAB converter has a symmetrical structure, the reference phase of the phase difference of the output voltage may be the secondary side on the high voltage side or the primary side on the low voltage side.
複数の変換セル211,212,213の高電圧側の2次側回路210bは、それぞれ、キャリア信号生成部207、制御信号生成部208及び駆動回路204bを有する。また、電力変換装置1は、複数の変換セル211,212,213のそれぞれに対して設けられ、複数の変換セル211,212,213のうち対応する変換セルに同期信号を伝送する複数の絶縁素子205を備える。これにより、変換セル毎に異なる基準電位で動作する内部回路(キャリア信号生成部207、制御信号生成部208及び駆動回路204b)のそれぞれに、互いに電気的に絶縁する同期信号を伝送できる。
The
同期信号とは、二つ以上の周期的に変動する信号(電圧)の位相差を一定値(零でも、零以外の値でもよい)に制御するための信号である。同期とは、時間的に連関させることをいい、二つ以上の周期的に変動する信号(電圧)の位相差を必ずしも零に制御することに限られない。 The synchronization signal is a signal for controlling the phase difference of two or more periodically fluctuating signals (voltages) to a constant value (either zero or a non-zero value). Synchronization refers to linking in time, and is not limited to controlling the phase difference of two or more periodically fluctuating signals (voltages) to zero.
制御装置206は、複数の変換セル211,212,213の高電圧側の2次側回路210bのそれぞれに、出力電圧V2の波形の繰り返し開始タイミングの同期をとるための一の同期信号を、対応する複数の絶縁素子205を介して供給する。一方、制御装置206は、複数の変換セル211,212,213の低電圧側の1次側回路210aのそれぞれに、出力電圧V1の波形の繰り返し開始タイミングを規定した複数の制御信号を供給する。これにより、各々の変換セル211,212,213は、出力電圧V1,V2の波形のデューティ比が50%等の一定値である場合、出力電圧V1,V2の周波数(周期)及び出力電圧V1,V2の波形の繰り返し開始タイミングが定まるので、狙い通りの出力電圧を生成できる。
The
複数の変換セル211,212,213の高電圧側の2次側回路210bのそれぞれに供給される複数の同期信号は、位相が互いに同一でも異なってもよい。
The plurality of synchronization signals supplied to each of the
制御装置206は、例えば、メモリとプロセッサ(例えば、CPU(Central Processing Unit))を有し、制御装置206の機能は、メモリに記憶されたプログラムによって、プロセッサが動作することにより実現される。制御装置206は、FPGA(Field Programmable Gate Array)によって構成されてもよい。
The
各々の絶縁素子205は、一つの絶縁素子から構成されてもよいし、縦続接続された複数の絶縁素子から構成されてもよい。絶縁素子205の具体例として、絶縁トランス、パルストランス、デジタルアイソレータ、アイソレーションアンプなどが挙げられる。絶縁素子205は、フォトカプラ等の光アイソレータでもよい。
Each insulating
キャリア信号生成部207は、対応する絶縁素子205により伝送された同期信号に同期するキャリア信号を生成する。キャリア信号は、例えば、位相が同期信号と同期した同一周期の鋸歯状の周期信号である。
The carrier
制御信号生成部208は、キャリア信号生成部207により生成されたキャリア信号から、当該キャリア信号に同期する複数の制御信号を生成する。複数の制御信号は、例えば、位相がキャリア信号と同期した矩形波状の信号である。この例では、制御信号生成部208は、複数の2次側のスイッチ素子201e,201f,201g,201hのそれぞれのスイッチングを制御する4つの制御信号を生成する。
The control
駆動回路204bは、制御信号生成部208により生成された複数の制御信号に従って、複数の2次側スイッチ素子201e,201f,201g,201hを駆動してスイッチングさせる。一方、駆動回路204aは、同期信号を生成する制御装置206により生成された複数の制御信号に従って、複数の1次側スイッチ素子201a,201b,201c,201dを駆動してスイッチングさせる。制御装置206は、複数の1次側のスイッチ素子201a,201b,201c,201dのそれぞれのスイッチングを制御する4つの制御信号を生成する。
The
図2は、第1実施形態における電力変換装置の動作波形の一例を示すタイミングチャートである。制御装置206は、変換セル211,212,213のそれぞれに対応する絶縁素子205を介して、変換セル211,212,213のそれぞれのキャリア信号生成部207に同期信号を出力する。制御装置206は、予め決められた第1規定値以上のパルス幅を持つ第1パルスを一定周期で含む同期信号をパルス幅変調で出力する。
FIG. 2 is a timing chart showing an example of the operation waveform of the power conversion device according to the first embodiment. The
高電圧側では、キャリア信号生成部207は、供給された同期信号から、予め決められた第1規定値以上のパルス幅を持つ第1パルスを少なくとも1回検出して、制御信号生成部208に供給する鋸歯状のキャリア信号を生成する。キャリア信号生成部207は、第1パルスの誤検出対策として、第1規定値のパルス幅よりも短い間隔で同期信号を複数回検出してもよい。キャリア信号生成部207は、第1パルスを検出する度にキャリア信号を初期化し、その後、キャリア信号を時間経過とともに単調増加又は単調減少させることで、鋸歯状のキャリア信号を生成する。図2は、キャリア信号を時間経過とともに単調増加させる場合を例示する。
On the high voltage side, the carrier
なお、キャリア信号生成部207は、パルス幅が第1規定値以上と判定するためには、同期信号のパルスの始まり(図2では、パルスの立ち上がり)を検知し、カウンタなどで第1規定値に相当する時間まで同期信号のパルスがあること(例えば、ハイレベルを維持していること)を確認すればよい。そのため、キャリア信号生成部207は、第1規定値に相当する時間まで同期信号のパルスがあることが確認されれば、同期信号のパルスの立ち下がり時点よりも前の時点でキャリア信号を零に初期化してもよい。
In order to determine that the pulse width is equal to or larger than the first specified value, the carrier
制御信号生成部208は、キャリア信号の振幅と当該キャリア信号の振幅の中央値との大小関係の反転を検出することで、複数の2次側スイッチ素子201e,201f,201g,201hのスイッチング制御用の複数の制御信号を生成する。
The control
例えば、制御信号生成部208は、キャリア信号とデューティ値50%の閾値(キャリア信号の振幅の中央値)とを比較することによって、パルス幅変調信号を生成する。制御信号生成部208は、キャリア信号の振幅がデューティ値50%の閾値に比べて低い場合、パルス幅変調信号のレベルをハイレベルとし、キャリア信号の振幅がデューティ値50%の閾値に比べて高い場合、パルス幅変調信号のレベルをローレベルとする。制御信号生成部208は、パルス幅変調信号の非反転信号を、スイッチ素子201eのスイッチング制御用の制御信号及びスイッチ素子201hのスイッチング制御用の制御信号として生成する。一方、制御信号生成部208は、パルス幅変調信号の反転信号を、スイッチ素子201fのスイッチング制御用の制御信号及びスイッチ素子201gのスイッチング制御用の制御信号として生成する。
For example, the control
駆動回路204bは、制御信号生成部208により生成された複数の制御信号に従って、2次側フルブリッジ回路220bに含まれるスイッチ素子201e,201f,201g,201hを駆動する複数のゲート信号を生成する第1駆動回路の一例である。この例では、複数のゲート信号は、それぞれに対応する制御信号と略同一の位相である。駆動回路204bは、スイッチ素子201e,201f,201g,201hのそれぞれのゲートに、対応するゲート信号を供給する。これにより、デューティ比50%の方形波の出力電圧V2がトランス202の2次側に印加される。
The
一方、低電圧側では、制御装置206は、式1に基づいて、高電圧側に供給する上記の同期信号に対する位相シフト量φを決定し、その同期信号に対して位相シフト量φの時間分だけ遅れた又は進んだ複数の制御信号を出力する。つまり、制御装置206から低電圧側に出力される複数の制御信号は、高電圧側に出力される同期信号に同期する。また、制御装置206から低電圧側に供給される複数の制御信号の各々の位相は、高電圧側の制御信号生成部208により生成される複数の制御信号のうち対応する制御信号の位相と異なる。例えば、低電圧側のスイッチ素子201a用の制御信号(又は、ゲート信号)の位相は、スイッチ素子201aに対応する高電圧側のスイッチ素子201e用の制御信号(又は、ゲート信号)の位相と異なる。
On the low voltage side, on the other hand, the
制御装置206は、スイッチ素子201a,201b,201c,201dのそれぞれのスイッチング制御用の複数の制御信号を生成する。制御装置206は、複数の変換セル211,212,213のそれぞれの駆動回路204aに供給する複数の制御信号を生成する。
The
駆動回路204aは、制御装置206により生成された複数の制御信号に従って、1次側フルブリッジ回路220aに含まれるスイッチ素子201a,201b,201c,201dを駆動する複数のゲート信号を生成する第2駆動回路の一例である。この例では、複数のゲート信号は、それぞれに対応する制御信号と略同一の位相である。駆動回路204aは、スイッチ素子201a,201b,201c,201dのそれぞれのゲートに、対応するゲート信号を供給する。これにより、デューティ比50%の方形波の出力電圧V1がトランス202の1次側に印加される。
The
したがって、トランス202の1次側と2次側に位相差を持った方形波の出力電圧V1,V2が印加されるので、出力電圧V1と出力電圧V2との差分の積分値に比例したトランス電流が流れ、式1に則った電力Pが1次側と2次側との間で伝送される。
Therefore, since the output voltages V 1 and V 2 of the square wave having a phase difference are applied to the primary side and the secondary side of the
このように、第1実施形態では、DABコンバータの高電圧側の出力電圧V2の位相をDABコンバータの位相差の基準とし、DABコンバータのそれぞれで同期をとるための同期信号のみが、各DABコンバータの高電圧側に絶縁素子205を介して伝送される。そして、高電圧側の2次側回路210bで、出力電圧V2を生成する2次側フルブリッジ回路220bを制御する複数の制御信号が、絶縁素子205を介して受け取った同期信号に基づいて、生成される。一方、低電圧側の1次側回路210a及び制御装置206の基準電位(グランド)は、共通である。そのため、絶縁素子205が無くても、出力電圧V1を生成する1次側フルブリッジ回路220aを制御する複数の制御信号が、同期信号と位相シフト量φとに基づいて、生成される。このように、変換セル一つ当たりに対して設けられる絶縁素子205の個数を削減できる。
As described above, in the first embodiment, the phase of the output voltage V 2 on the high voltage side of the DAB converter is used as a reference for the phase difference of the DAB converter, and only the synchronization signal for synchronizing with each of the DAB converters is each DAB. It is transmitted to the high voltage side of the converter via the insulating
なお、第1実施形態における絶縁型DC/DCコンバータ200の共通電位側(この例では、1次側)の制御信号の生成は、上記の方法に限定されない。正しく1次側および2次側の出力電圧に位相差を与えられればよい。例えば、共通電位側でのキャリア信号の生成と制御信号の生成の処理は、制御装置206内で行われる場合に限定されず、高電圧側と同様に設けられたキャリア信号生成部と制御信号生成部で行われてもよい。また、キャリア信号は、ハーフブリッジ回路ごとに、生成されてもよい。
The generation of the control signal on the common potential side (primary side in this example) of the isolated DC /
また、出力電圧の位相差の基準位相は、2次側として説明したが、これに限定されない。正しく1次側および2次側の出力電圧に位相差を与えられればよいので、基準位相を1次側としても、動作上の問題はない。また、制御信号生成部208及び制御装置206は、ハーフブリッジ回路の上下アーム間の短絡を防止するデッドタイムを複数の制御信号に付与するデッドタイム生成部を有してもよい。
Further, the reference phase of the phase difference of the output voltage has been described as the secondary side, but the present invention is not limited to this. Since it is sufficient that the phase difference is correctly given to the output voltages on the primary side and the secondary side, there is no operational problem even if the reference phase is set to the primary side. Further, the control
図3は、キャリア信号生成部207が三角波状のキャリア信号を生成する場合の動作波形の一例を示すタイミングチャートである。本変形例において上述の動作例と同一の動作についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。キャリア信号生成部207が三角波状のキャリア信号を生成する場合でも、図2と同様に、キャリア信号の中央値と比較して、複数の制御信号を生成する。図2と同様に、高電圧側の2つのハーフブリッジ回路は、方形波電圧を出力する。
FIG. 3 is a timing chart showing an example of an operation waveform when the carrier
例えば、キャリア信号生成部207は、第1パルスを検出すると、時間経過とともに単調増加と単調減少を繰り返すキャリア信号を生成する。図2は、キャリア信号生成部207が、第1パルスを検出する度にキャリア信号を単調減少から単調増加に切り替え、第1パルスの検出から規定時間経過し次の第1パルスを検出する前に、キャリア信号を単調増加から単調減少に切り替える場合を例示する。
For example, when the carrier
図4は、キャリア信号生成部が生成した三角波状のキャリア信号の山(例えば、最大値)と谷(例えば、最小値)を検出して、複数の制御信号を生成する場合の動作波形の一例を示すタイミングチャートである。本変形例において上述の動作例と同一の動作についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図4では、制御信号生成部208は、キャリア信号の山(例えば、最大値)もしくは谷(例えば、最小値)を検出し、その検出タイミングで複数の制御信号のレベルを一方のレベルから他方のレベルに切り替える。図2と同様に、高電圧側の2つのハーフブリッジ回路は、方形波電圧を出力する。
FIG. 4 is an example of an operation waveform when a plurality of control signals are generated by detecting peaks (for example, maximum value) and valleys (for example, minimum value) of a triangular wave-shaped carrier signal generated by a carrier signal generation unit. It is a timing chart showing. In this modification, the description of the same operation as the above-mentioned operation example will be omitted by referring to the above-mentioned explanation. In FIG. 4, the control
図5は、キャリア信号生成部が同期信号の周期よりも速い鋸歯状のキャリア信号を生成する場合の動作波形の一例を示すタイミングチャートである。本変形例において上述の動作例と同一の動作についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図5では、制御信号生成部208は、キャリア信号の1周期目でキャリア信号の山(例えば,最大値)もしくは谷(例えば、最小値)を検出し、その検出タイミングで複数の制御信号のレベルを一方のレベルから他方のレベルに切り替える。そして、制御信号生成部208は、キャリア信号の2周期目でキャリア信号の山(例えば,最大値)もしくは谷(例えば、最小値)を検出し、その検出タイミングで複数の制御信号のレベルを他方のレベルから一方のレベルに切り替える。図2と同様に、高電圧側の2つのハーフブリッジ回路は、方形波電圧を出力する。
FIG. 5 is a timing chart showing an example of an operation waveform when the carrier signal generation unit generates a serrated carrier signal faster than the period of the synchronization signal. In this modification, the description of the same operation as the above-mentioned operation example will be omitted by referring to the above-mentioned explanation. In FIG. 5, the control
図6は、第2実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。第2実施形態において、上述の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、上述の実施形態と同一の構成及び動作の説明については、上述の説明を援用することで省略する。図6に示す電力変換装置2では、制御装置206は、複数の変換セル211,212,213で共通の同期信号を分配して複数の絶縁素子205に供給する。出力電圧の位相差の基準位相を2次側としているため、同期信号は、複数の変換セル211,212,213で共用される信号でよい。複数の変換セル211,212,213は互いに独立して制御され、位相シフト量φは共通電位側に付加されるので、複数の変換セル211,212,213が直列に接続される高電圧側では、同期信号を共用できる。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the power conversion device according to the second embodiment. In the second embodiment, the same configurations as those of the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description of the same configurations and operations as those of the above-described embodiments will be omitted by referring to the above-mentioned explanations. In the
図7は、第3実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。第3実施形態において、上述の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、上述の実施形態と同一の構成及び動作の説明については、上述の説明を援用することで省略する。図7に示す電力変換装置3では、制御装置206は、複数の変換セル211,212,213で共通の同期信号を、縦続接続した複数の絶縁素子205に供給する。出力電圧の位相差の基準位相を2次側としているため、同期信号は、複数の変換セル211,212,213で共用される信号でよい。複数の変換セル211,212,213で共通の同期信号は、複数の変換セル211,212,213のうち電位の低い変換セル213から電位の高い変換セル211へ伝送される。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the power conversion device according to the third embodiment. In the third embodiment, the same configurations as those of the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description of the same configurations and operations as those of the above-described embodiments will be omitted by referring to the above-mentioned explanations. In the
図8は、第4実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。図9は、第4実施形態における電力変換装置の第1動作例を示すタイミングチャートである。第4実施形態において、上述の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、上述の実施形態と同一の構成及び動作の説明については、上述の説明を援用することで省略する。図9に示す電力変換装置4では、複数の変換セル211,212,213は、それぞれ、同期信号に基づいて、2次側フルブリッジ回路220bの停止を判定する信号遮断判定部209を有する。この例では、複数の変換セル211,212,213の各々の信号遮断判定部209は、同期信号に含まれるパルス幅の大小に応じて、自身の変換セルの停止と起動を判定する。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the power conversion device according to the fourth embodiment. FIG. 9 is a timing chart showing a first operation example of the power conversion device according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the same configurations as those of the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description of the same configurations and operations as those of the above-described embodiments will be omitted by referring to the above-mentioned explanations. In the power conversion device 4 shown in FIG. 9, each of the plurality of
図9において、同期信号は、第1規定値以上のパルス幅を持つ第1パルスと、第1規定値よりも長い第2規定値以上のパルス幅を持つ第2パルスと、を含むとする。例えば、信号遮断判定部209は、制御装置206から供給される同期信号に含まれる第2パルスを検出すると、制御信号生成部208が出力する複数の制御信号のレベルを非アクティブなレベル(図9ではローレベル)に設定する。信号遮断判定部209は、例えば、制御信号生成部208が出力する複数の制御信号が非アクティブなレベルになるように、制御信号生成部208に入力する出力許可信号を非アクティブなレベル(図9ではローレベル)にする。これにより、制御装置206は、2次側フルブリッジ回路220bを速やかに停止できる。
In FIG. 9, it is assumed that the synchronization signal includes a first pulse having a pulse width equal to or more than the first specified value and a second pulse having a pulse width longer than the first specified value and having a pulse width equal to or more than the second specified value. For example, when the signal
なお、信号遮断判定部209は、パルスの発生が検出されてから第2規定値に相当する時間の経過がカウンタ等により検出された時点で出力許可信号を非アクティブなレベルに切り替えて、全てのゲート信号をオフにしてもよい。
The signal
図9において、同期信号は、第1規定値以上のパルス幅を持つ第1パルスと、第1規定値よりも長い第2規定値以上のパルス幅を持つ第2パルスと、第1規定値よりも長く且つ第2規定値よりも短い第3規定値以上のパルス幅を持つ第3パルスと、を含むとする。例えば、信号遮断判定部209は、制御装置206から供給される同期信号に含まれる第3パルスを検出すると、制御信号生成部208による複数の制御信号の生成を有効にする。信号遮断判定部209は、例えば、制御信号生成部208による複数の制御信号の生成が有効になるように、制御信号生成部208に入力する出力許可信号をアクティブなレベル(図9ではハイレベル)にする。これにより、信号遮断判定部209は、2次側フルブリッジ回路220bの動作を速やかに許可し、制御装置206は、2次側フルブリッジ回路220bを速やかに起動できる。
In FIG. 9, the synchronization signal has a first pulse having a pulse width equal to or more than the first specified value, a second pulse having a pulse width longer than the first specified value and having a pulse width equal to or more than the second specified value, and the first specified value. Also includes a third pulse having a pulse width equal to or greater than the third specified value, which is longer and shorter than the second specified value. For example, when the signal
なお、信号遮断判定部209は、第2パルス及び第3パルスの誤検出対策として、第1規定値のパルス幅よりも短い間隔で同期信号を複数回検出してもよい。また、信号遮断判定部209は、第1規定値以上のパルス幅を持つパルスを複数回検出して、複数回検出したパルスのパルス幅に基づき、上記と同様に、起動と停止の判定をしてもよい。
The signal
高電圧側には、容量素子203bを過電圧から保護する過電圧保護回路が設けられてもよいし、容量素子203bを過電流から保護する過電流保護回路が設けられてもよい。これらの保護回路は、例えば、容量素子203bの過電圧又は過電流を検出すると、複数の変換セルを個別に停止する。
On the high voltage side, an overvoltage protection circuit that protects the
また、信号遮断判定部209は、同期信号のパルスを少なくとも1回検出し、一定時間に同期信号のパルスがない場合、2次側フルブリッジ回路220bを停止させてもよい。例えば、制御装置206は、同期信号の供給を停止することで、全ての変換セルを停止できる。
Further, the signal
図1,6,7の実施形態では、制御装置206から供給される同期信号のパルスからキャリア信号を生成している都合上、制御装置206が同期信号の供給を停止することによる変換セルの停止の判定には時間がかかる場合がある。キャリア信号の周波数を変える場合、同期信号のパルス間隔を変更することになるが、キャリア周波数の変更なのか変換セルの停止なのかの判断が難しい。一方、図8の実施形態では、同期信号のパルス幅の広狭に基づいて起動と停止を判定することで、即座に起動と停止を実行できる。また、図6,7のように、複数の変換セルで同期信号を共有していれば、即座に同期信号を共有している変換セルを停止させることができる。
In the embodiments of FIGS. 1, 6 and 7, the conversion cell is stopped by the
図10は、第4実施形態における電力変換装置の第2動作例を示すタイミングチャートである。信号遮断判定部209は、予め決められた一定期間中の同期信号のパルス数に基づいて、変換セルの停止と起動を判定してもよい。例えば、信号遮断判定部209は、制御装置206から供給される同期信号に含まれるパルス数が第4規定値以上の場合、制御信号生成部208が出力する複数の制御信号のレベルを非アクティブなレベル(図10ではローレベル)に設定する。図10は、第4規定値が"3"の場合を例示する。信号遮断判定部209は、例えば、制御信号生成部208が出力する複数の制御信号が非アクティブなレベルになるように、制御信号生成部208に入力する出力許可信号を非アクティブなレベル(図10ではローレベル)にする。これにより、制御装置206は、2次側フルブリッジ回路220bを速やかに停止できる。
FIG. 10 is a timing chart showing a second operation example of the power conversion device according to the fourth embodiment. The signal
例えば、信号遮断判定部209は、制御装置206から供給される同期信号に含まれるパルス数が第4規定値よりも多い第5規定値以上の場合、制御信号生成部208による複数の制御信号の生成を有効にする。図10は、第5規定値が"4"の場合を例示する。信号遮断判定部209は、例えば、制御信号生成部208による複数の制御信号の生成が有効になるように、制御信号生成部208に入力する出力許可信号をアクティブなレベル(図10ではハイレベル)にする。これにより、信号遮断判定部209は、2次側フルブリッジ回路220bの動作を速やかに許可し、制御装置206は、2次側フルブリッジ回路220bを速やかに起動できる。
For example, when the number of pulses included in the synchronization signal supplied from the
なお、パルス幅に基づいて起動か停止を判定する条件は、上記以外でもよい。 The conditions for determining start or stop based on the pulse width may be other than the above.
図11は、第4実施形態における電力変換装置の第3動作例を示すタイミングチャートである。図12は、各々の変換セルの起動・停止情報が付与された同期信号の一例を示す。図11,12に示すように、同期信号は、予め決められた第1規定値以上のパルス幅を持つ第1パルスが出力されてから一定の所定時間経過後に、第1規定値よりも短い第6規定値のパルス幅をそれぞれ持つパルス列を含むとする。信号遮断判定部209は、パルス列の羅列パターンに従って、2次側フルブリッジ回路220bの動作の許否を判定する。
FIG. 11 is a timing chart showing a third operation example of the power conversion device according to the fourth embodiment. FIG. 12 shows an example of a synchronization signal to which start / stop information of each conversion cell is added. As shown in FIGS. 11 and 12, the synchronization signal is shorter than the first specified value after a certain predetermined time has elapsed from the output of the first pulse having a pulse width equal to or larger than the predetermined first specified value. 6 It is assumed that a pulse train having a specified pulse width is included. The signal
例えば、信号遮断判定部209は、複数の変換セル211,212,213の各々の分離信号のタイミング(図11では、分離信号がハイレベル時)でラッチする。これにより、信号遮断判定部209は、該当の変換セルの停止と起動の情報を同期信号から抽出し、起動と停止の判定を行う。上記の分離信号は、同期信号の第1規定値以上のパルス幅を持つ第1パルスの検出後に、各々の変換セル毎に予め設定された経過時間後にアクティブレベル(図11ではハイレベル)になる。分離信号は、同期信号に含まれる各々の変換セルへの起動停止情報を持つパルス列とタイミングが対応している。これにより、図11の動作例では、ある変換セルが1台だけ故障して、変換セルの台数を減らしながら運転させたい場合でも、個別に変換セルを即座に停止できる。
For example, the signal
図16は、第5実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。第5実施形態において、上述の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、上述の実施形態と同一の構成及び動作の説明については、上述の説明を援用することで省略する。図16に示す電力変換装置5では、複数の変換セル211,212,213の高電圧側の2次側回路210bは、それぞれ、制御信号生成部238及び駆動回路204bを有するが、キャリア信号生成部207を有していない。電力変換装置5は、キャリア信号を生成せずに、複数の2次側のスイッチ素子を制御する複数の制御信号を生成する。キャリア信号生成部207が無いことで、2次側回路210bを小型化でき、ひいては、電力変換装置5を小型化できる。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of the power conversion device according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the same configurations as those of the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description of the same configurations and operations as those of the above-described embodiments will be omitted by referring to the above-mentioned explanations. In the
制御信号生成部238の説明に関して、上述の実施形態の制御信号生成部208と同一の構成及び動作の説明については、上述の説明を援用することで省略する。制御信号生成部238は、対応する絶縁素子205により伝送された同期信号に同期する複数の制御信号を生成する。複数の制御信号は、例えば、位相が同期信号と同期した矩形波状の信号である。この例では、制御信号生成部238は、複数の2次側のスイッチ素子201e,201f,201g,201hのそれぞれのスイッチングを制御する4つの制御信号を生成する。
Regarding the description of the control
図17は、第5実施形態における電力変換装置の動作波形の一例を示すタイミングチャートである。制御装置206は、変換セル211,212,213のそれぞれに対応する絶縁素子205を介して、変換セル211,212,213のそれぞれの制御信号生成部238に同期信号を出力する。制御装置206は、予め決められた第1規定値以上のパルス幅を持つ第1パルスを一定周期で含む同期信号をパルス幅変調で出力する。
FIG. 17 is a timing chart showing an example of the operation waveform of the power conversion device according to the fifth embodiment. The
高電圧側では、制御信号生成部238は、供給された同期信号から、予め決められた第1規定値以上のパルス幅を持つ第1パルスを検出すると、複数の制御信号の各々のレベルを反転させる。例えば、制御信号生成部238は、第1パルスを検出すると、あるスイッチ素子の制御信号のレベルを第1のレベル(例えば、ハイレベル)から第2のレベル(例えば、ローレベル)に切り替え、そのスイッチに対向するスイッチ素子のレベルを第2のレベルから第1のレベルに切り替える。逆に、制御信号生成部238は、第1パルスを検出すると、あるスイッチ素子の制御信号のレベルを第2のレベルから第1のレベルに切り替え、そのスイッチに対向するスイッチ素子のレベルを第1のレベルから第2のレベルに切り替える。これにより、同期信号に含まれる第1パルスを検出するたびに、論理レベルの反転を繰り返す制御信号を生成できる。
On the high voltage side, when the control
なお、制御信号生成部238は、パルス幅が第1規定値以上と判定するためには、同期信号のパルスの始まり(図17では、パルスの立ち上がり)を検知し、カウンタなどで第1規定値に相当する時間まで同期信号のパルスがあること(例えば、ハイレベルを維持していること)を確認すればよい。そのため、制御信号生成部238は、第1規定値に相当する時間まで同期信号のパルスがあることが確認されれば、同期信号のパルスの立ち下がり時点よりも前の時点で制御信号のレベルを反転させてもよい。
In order to determine that the pulse width is equal to or larger than the first specified value, the control
駆動回路204bは、制御信号生成部238により生成された複数の制御信号に従って、2次側フルブリッジ回路220bに含まれるスイッチ素子201e,201f,201g,201hを駆動する複数のゲート信号を生成する第1駆動回路の一例である。この例では、複数のゲート信号は、それぞれに対応する制御信号と略同一の位相である。駆動回路204bは、スイッチ素子201e,201f,201g,201hのそれぞれのゲートに、対応するゲート信号を供給する。これにより、デューティ比50%の方形波の出力電圧V2がトランス202の2次側に印加される。
The
図18は、第6実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。図19は、第6実施形態における電力変換装置の動作例を示すタイミングチャートである。第6実施形態において、上述の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、上述の実施形態と同一の構成及び動作の説明については、上述の説明を援用することで省略する。図19に示す電力変換装置6では、複数の変換セル211,212,213は、それぞれ、同期信号に基づいて、2次側フルブリッジ回路220bの停止を判定する信号遮断判定部239を有する。この例では、複数の変換セル211,212,213の各々の信号遮断判定部239は、同期信号に含まれるパルス幅の大小に応じて、自身の変換セルの停止と起動を判定する。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of the power conversion device according to the sixth embodiment. FIG. 19 is a timing chart showing an operation example of the power conversion device according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, the same configurations as those of the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description of the same configurations and operations as those of the above-described embodiments will be omitted by referring to the above-mentioned explanations. In the power conversion device 6 shown in FIG. 19, each of the plurality of
なお、信号遮断判定部239は、上述の実施形態の信号遮断判定部209の構成及び動作と同様なので、信号遮断判定部239の説明については、上述の説明を援用することで省略する。信号遮断判定部239は、図10,11,12に示す動作例のように動作してもよい。
Since the signal
次に、本開示に係る複数の実施形態に比較される一比較形態について説明する。一比較形態の説明については、上述の説明を援用することで、簡略する。 Next, one comparative embodiment compared to the plurality of embodiments according to the present disclosure will be described. The explanation of the comparative form will be simplified by referring to the above explanation.
図13は、一比較形態における絶縁型DC/DCコンバータの構成例を示す図である。図14は、図13に示す一比較形態における絶縁型DC/DCコンバータの動作例を示すタイミングチャートである。図15は、図13に示す一比較形態における絶縁型DC/DCコンバータをDC出力側で直列に接続した一比較形態における電力変換装置の構成例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of an isolated DC / DC converter in one comparative mode. FIG. 14 is a timing chart showing an operation example of the isolated DC / DC converter in the comparative mode shown in FIG. FIG. 15 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device in the one comparison mode in which the isolated DC / DC converters in the one comparison mode shown in FIG. 13 are connected in series on the DC output side.
図15は、電力変換装置がDC出力側で直列に接続された3つの変換セル111,112,113を備える場合において、各々の変換セル111,112,113に対して、複数の制御信号及び駆動用の電源を独立して供給する構成を例示する。なお、図15には、駆動用の電源を供給する経路については明示されていないが、駆動回路104a,104bには、不図示の電源部から電源電圧が供給される。
FIG. 15 shows a case where the power conversion device includes three
図15に示す電力変換装置は、複数(この例では、3つ)の変換セル111,112,113と、変換セル111,112,113のそれぞれの電力変換動作を制御する制御装置106とを備えるマルチセルコンバータである。複数の変換セル111,112,113は、それぞれ、共通の直流経路から入力される直流電圧を昇圧又は降圧して、所定の直流電圧を出力するセル変換器である。複数の変換セル111,112,113は、それぞれ、絶縁型DC/DCコンバータ100と、一対の端子p,qとを有する。
The power conversion device shown in FIG. 15 includes a plurality of (three in this example)
絶縁型DC/DCコンバータ100は、トランス102と、1次側回路110aと、2次側回路110bとを備える。1次側回路110aは、容量素子103a、1次側フルブリッジ回路120a及び駆動回路104aを有する。1次側回路110aは、トランス102の1次側コイルに直列に接続されるリアクトル107aを有してもよい。1次側フルブリッジ回路220aは、1次側スイッチ素子101a,101b,101c,101dを含む。2次側回路110bは、容量素子103b、2次側フルブリッジ回路120b及び駆動回路104bを有する。2次側回路110bは、トランス102の2次側コイルに直列に接続されるリアクトル107bを有してもよい。2次側フルブリッジ回路220bは、2次側スイッチ素子101e,101f,101g,101hを含む。
The isolated DC /
図15に示す電力変換装置は、複数の変換セル111,112,113のそれぞれに対して設けられ、複数の変換セル111,112,113のうち対応する変換セルに複数の制御信号を伝送する複数の絶縁部品105を備える。一の絶縁部品105が複数の制御信号を伝送する場合、一の制御信号の伝送に対して一の絶縁素子が割り当てられるので、一の絶縁部品105には、複数の絶縁素子(この例では、絶縁素子105a,105b,105c,105d)が含まれている。
The power conversion device shown in FIG. 15 is provided for each of the plurality of
駆動回路104bは、制御装置206から複数の絶縁素子105a,105b,105c,105dを介して供給された複数の制御信号に従って、複数の2次側スイッチ素子101e,101f,101g,101hを駆動してスイッチングさせる。一方、駆動回路104aは、制御装置206から複数の絶縁素子を介さずに供給された複数の制御信号に従って、複数の1次側スイッチ素子101a,101b,101c,101dを駆動してスイッチングさせる。
The
図13に示す一比較形態における絶縁型DC/DCコンバータでは、高電圧側のスイッチ素子の総数と等しい4個の制御信号を用いるため、制御信号の数に応じた少なくとも4個の絶縁素子が設けられる。図15に示すようなマルチセルコンバータのように、一比較形態における絶縁型DC/DCコンバータを直列に接続する構成では、絶縁素子の総数は、少なくとも(変換セルの直列段数×変換セル一つ当たりに設けられる絶縁素子の数)となり、膨大な数になる。 In the isolated DC / DC converter in one comparative mode shown in FIG. 13, since four control signals equal to the total number of switch elements on the high voltage side are used, at least four insulating elements are provided according to the number of control signals. Be done. In a configuration in which isolated DC / DC converters are connected in series as in the multi-cell converter shown in FIG. 15, the total number of insulating elements is at least (the number of series stages of conversion cells × per conversion cell). The number of insulating elements to be provided), which is a huge number.
これに対し、本開示に係る各実施形態では、高電圧側のスイッチ素子を駆動するために変換セル一つ当たりに供給する信号は、一つの同期信号であるので、絶縁素子の個数を削減できる。その結果、例えば、電力変換装置の小型化やコスト削減が可能となる。 On the other hand, in each embodiment according to the present disclosure, since the signal supplied per conversion cell for driving the switch element on the high voltage side is one synchronization signal, the number of insulating elements can be reduced. .. As a result, for example, the power conversion device can be miniaturized and the cost can be reduced.
以上、電力変換装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 Although the power conversion device has been described above according to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with some or all of the other embodiments, are possible within the scope of the present invention.
例えば、本発明は、本開示の第1実施形態のように、複数の変換セルが絶縁型DC/DCコンバータの出力電圧を出力する出力側の一対の端子p,qを介して直列に接続される構成に限られない。例えば、絶縁型DC/DCコンバータの出力側と変換セルの出力側の一対の端子との間にインバータを追加し、そのインバータの2つの中間接続点を出力側のそれらの一対の端子にそれぞれ接続した構成でもよい。この場合、トランスと変換セルの出力側の一対の端子との間に接続される第1変換回路は、その追加されたインバータでもよい。 For example, in the first embodiment of the present invention, a plurality of conversion cells are connected in series via a pair of output-side terminals p and q that output the output voltage of an isolated DC / DC converter. It is not limited to the configuration. For example, an inverter is added between the pair of terminals on the output side of the isolated DC / DC converter and the output side of the conversion cell, and the two intermediate connection points of the inverter are connected to each of the pair of terminals on the output side. The configuration may be the same. In this case, the first conversion circuit connected between the transformer and the pair of terminals on the output side of the conversion cell may be the added inverter.
また、本発明は、複数の変換セルが絶縁型DC/DCコンバータの入力側に接続される一対の端子を介して直列に接続される構成でもよい。例えば、絶縁型DC/DCコンバータの入力側と変換セルの入力側の一対の端子との間にインバータを追加し、そのインバータの2つの中間接続点を入力側のそれらの一対の端子にそれぞれ接続した構成でもよい。この場合、トランスと変換セルの入力側の一対の端子との間に接続される第1変換回路は、その追加されたインバータでもよい。 Further, the present invention may have a configuration in which a plurality of conversion cells are connected in series via a pair of terminals connected to the input side of the isolated DC / DC converter. For example, add an inverter between the input side of an isolated DC / DC converter and the pair of terminals on the input side of the conversion cell, and connect the two intermediate connection points of the inverter to those pair of terminals on the input side, respectively. The configuration may be the same. In this case, the first conversion circuit connected between the transformer and the pair of terminals on the input side of the conversion cell may be the added inverter.
例えば、本発明において、絶縁型DC/DCコンバータは、トランスの1次側と2次側のそれぞれにフルブリッジ回路が設けられた構成に限られず、1次側と2次側の少なくとも一方に設けられるブリッジ回路がハーフブリッジ回路でもよい。また、絶縁型DC/DCコンバータは、DABコンバータに限られず、DABコンバータ以外の形式(例えば、フライバック式、フィードフォワード式など)のコンバータでもよい。 For example, in the present invention, the isolated DC / DC converter is not limited to a configuration in which a full bridge circuit is provided on each of the primary side and the secondary side of the transformer, and is provided on at least one of the primary side and the secondary side. The bridge circuit to be formed may be a half-bridge circuit. Further, the isolated DC / DC converter is not limited to the DAB converter, and may be a converter of a type other than the DAB converter (for example, flyback type, feedforward type, etc.).
1,2,3,4,5,6 電力変換装置
100 絶縁型DC/DCコンバータ
101 スイッチ素子
102 トランス
103a,103b 容量素子
104a,104b 駆動回路
105 絶縁部品
106 制御装置
107 リアクトル
109a 直流電源
200 絶縁型DC/DCコンバータ
201a,201b,201c,201d スイッチ素子
201e,201f,201g,201h スイッチ素子
202 トランス
203a,203b 容量素子
204a,204b 駆動回路
205 絶縁素子
206 制御装置
207 キャリア信号生成部
208,238 制御信号生成部
209,239 信号遮断判定部
210b 1次側回路
210a 2次側回路
211,212,213 変換セル
220a 1次側変換回路
220b 2次側変換回路
1, 2, 3, 4, 5, 6
Claims (22)
前記複数の変換セルのそれぞれに対して設けられ、前記複数の変換セルのうち対応する変換セルに同期信号を伝送する複数の絶縁素子と、を備え、
前記複数の変換セルは、それぞれ、
トランスと、
前記トランスと前記一対の端子との間に接続される第1変換回路と、
前記同期信号に同期する複数の制御信号を生成する制御信号生成部と、
複数の前記制御信号に従って、前記第1変換回路に含まれる複数のスイッチ素子を駆動する第1駆動回路と、を有する、電力変換装置。 It has an isolated DC / DC converter and a pair of terminals connected to either the input side or the output side of the isolated DC / DC converter, and is connected in series via the pair of terminals. With multiple conversion cells
A plurality of insulating elements provided for each of the plurality of conversion cells and transmitting a synchronization signal to the corresponding conversion cells among the plurality of conversion cells are provided.
The plurality of conversion cells are each
With a transformer
A first conversion circuit connected between the transformer and the pair of terminals,
A control signal generation unit that generates a plurality of control signals synchronized with the synchronization signal,
A power conversion device comprising a first drive circuit for driving a plurality of switch elements included in the first conversion circuit according to the plurality of control signals.
前記複数の変換セルは、それぞれ、
前記トランスを介して前記第1変換回路に接続される第2変換回路と、
前記制御装置から供給される少なくとも一つの制御信号に従って、前記第2変換回路に含まれる少なくとも一つのスイッチ素子を駆動する第2駆動回路と、を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 A control device for supplying the synchronization signal to the plurality of isolated circuits is provided.
The plurality of conversion cells are each
A second conversion circuit connected to the first conversion circuit via the transformer, and a second conversion circuit.
The power conversion device according to claim 1, further comprising a second drive circuit for driving at least one switch element included in the second conversion circuit according to at least one control signal supplied from the control device.
前記第2駆動回路により駆動される複数の前記スイッチ素子は、前記第2変換回路が有する少なくとも一つのハーフブリッジ回路に含まれるスイッチ素子である、請求項2又は3に記載の電力変換装置。 The plurality of switch elements driven by the first drive circuit are switch elements included in at least one half-bridge circuit included in the first conversion circuit.
The power conversion device according to claim 2 or 3, wherein the plurality of switch elements driven by the second drive circuit are switch elements included in at least one half bridge circuit included in the second conversion circuit.
前記制御信号生成部は、前記第1パルスを検出すると、複数の前記制御信号の各々のレベルを反転させる、請求項1から5のいずれか一項に記載の電力変換装置。 The synchronization signal includes a first pulse having a pulse width equal to or larger than the first specified value.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the control signal generation unit inverts the level of each of the plurality of control signals when the first pulse is detected.
前記制御信号生成部は、前記キャリア信号に同期する複数の前記制御信号を生成する、請求項1から5のいずれか一項に記載の電力変換装置。 Each of the plurality of conversion cells has a carrier signal generation unit that generates a carrier signal synchronized with the synchronization signal.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the control signal generation unit generates a plurality of the control signals synchronized with the carrier signal.
前記キャリア信号生成部は、前記第1パルスを少なくとも1回検出し、鋸歯状又は三角波状の前記キャリア信号を生成する、請求項7に記載の電力変換装置。 The synchronization signal includes a first pulse having a pulse width equal to or larger than the first specified value.
The power conversion device according to claim 7, wherein the carrier signal generation unit detects the first pulse at least once and generates the carrier signal having a sawtooth shape or a triangular wave shape.
前記キャリア信号生成部は、前記第1パルスを検出すると、前記キャリア信号を初期化した後に前記キャリア信号を時間経過にとともに単調増加又は単調減少させる、請求項7に記載の電力変換装置。 The synchronization signal includes a first pulse having a pulse width equal to or larger than the first specified value.
The power conversion device according to claim 7, wherein the carrier signal generation unit monotonically increases or decreases the carrier signal with the passage of time after initializing the carrier signal when the first pulse is detected.
前記キャリア信号生成部は、前記第1パルスを検出すると、時間経過とともに単調増加と単調減少を繰り返す前記キャリア信号を生成する、請求項7に記載の電力変換装置。 The synchronization signal includes a first pulse having a pulse width equal to or larger than the first specified value.
The power conversion device according to claim 7, wherein the carrier signal generation unit generates the carrier signal that repeats monotonically increasing and monotonically decreasing with the passage of time when the first pulse is detected.
前記制御信号生成部は、前記ハーフブリッジ回路の短絡を防止するデッドタイムを複数の前記制御信号に付与する、請求項1から12のいずれか一項に記載の電力変換装置。 The plurality of switch elements driven by the first drive circuit are switch elements included in at least one half-bridge circuit included in the first conversion circuit.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 12, wherein the control signal generation unit assigns a dead time for preventing a short circuit of the half bridge circuit to the plurality of control signals.
前記同期信号に基づいて、前記第1変換回路の停止を判定する判定部を有する、請求項1から13のいずれか一項に記載の電力変換装置。 The plurality of conversion cells are each
The power conversion device according to any one of claims 1 to 13, further comprising a determination unit for determining the stop of the first conversion circuit based on the synchronization signal.
前記判定部は、前記第2パルスを検出すると、前記第1変換回路を停止させる、請求項14又は15に記載の電力変換装置。 The synchronization signal includes a first pulse having a pulse width equal to or larger than the first specified value, and a second pulse having a pulse width longer than the first specified value and having a pulse width equal to or larger than the second specified value.
The power conversion device according to claim 14 or 15, wherein the determination unit stops the first conversion circuit when the second pulse is detected.
前記判定部は、前記第2パルスを検出すると、前記第1変換回路を停止させ、前記第3パルスを検出すると、前記第1変換回路の動作を許可する、請求項14又は15に記載の電力変換装置。 The synchronization signal includes a first pulse having a pulse width equal to or more than the first specified value, a second pulse having a pulse width longer than the first specified value and having a pulse width equal to or more than the second specified value, and a second pulse having a pulse width larger than the first specified value. Includes a third pulse that is longer and has a pulse width greater than or equal to the third specified value, which is shorter than the second specified value.
The power according to claim 14 or 15, wherein when the determination unit detects the second pulse, the first conversion circuit is stopped, and when the third pulse is detected, the operation of the first conversion circuit is permitted. Converter.
前記判定部は、前記パルス列の羅列パターンに従って、前記第1変換回路の動作の許否を判定する、請求項14又は15に記載の電力変換装置。 The synchronization signal includes a first pulse having a pulse width equal to or larger than the first specified value, and a pulse train having a pulse width shorter than the first specified value.
The power conversion device according to claim 14 or 15, wherein the determination unit determines whether or not the operation of the first conversion circuit is permitted according to the sequence pattern of the pulse train.
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