JP2022095037A - 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ものである。 The present disclosure relates to a power converter.
特許文献1には、第1のバッテリーと第2のバッテリーと第1のDCDCコンバータと第2のDCDCコンバータとを備えた冗長電源システムが開示されている。更に、この冗長電源システムには、バッテリ保護回路が設けられる。
特許文献1の冗長電源システムはバッテリ保護回路を備えているが、このバッテリ保護回路はあくまで第2のDCDCコンバータ側から第2のバッテリ側へ電流が流れ込むことを防ぐ目的のものであり、コンバータ側への流れ込みを防ぐ機能は有してない。例えば、特許文献1の冗長電源システムでは、第2のDCDCコンバータで地絡が発生した場合、第2のバッテリから第2のDCDCコンバータへ大きな電流が流れ込んでしまう。
The redundant power supply system of
本開示は、電力変換を行う部分へ電流が流れ込むことを遮断スイッチによって遮断することができ、且つ電力変換を行う部分と遮断スイッチとの間に接続される素子によって簡易に機能を高め得る電力変換装置を提供する。 In the present disclosure, power conversion can be cut off by a cutoff switch from flowing current into a power conversion part, and the function can be easily enhanced by an element connected between the power conversion part and the cutoff switch. Provide the device.
本開示の一つである電力変換装置は、
スイッチング素子を有する第1回路と、前記第1回路に接続される第1コイルと第2コイルとを有するトランス部と、前記第2コイルに接続される第2回路と、を有し、前記第1回路に接続される第1導電路と前記第2回路に接続される第2導電路との間で電圧変換を行う電力変換装置であって、
前記第2導電路において前記第2回路側へ電流が流れることを遮断する状態と許容する状態とに切り替わる遮断スイッチと、
前記第2導電路に電気的に接続されるダイオードと、
を有し、
前記第1回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記第1導電路に印加された直流電圧を変換し前記トランス部の前記第1コイルに交流電圧を発生させる第1変換動作を少なくとも行い、
前記トランス部は、前記第1変換動作によって前記第1コイルに交流電圧が発生した場合に、前記第2コイルに交流電圧を発生させ、
前記第2回路は、前記第2導電路に電気的に接続されるインダクタを備え、前記第2コイルに交流電圧が発生した場合に、前記第2導電路に直流電圧を出力し、
前記ダイオードのカソードが前記第2導電路における前記インダクタと前記遮断スイッチの間の部位に電気的に接続され、前記ダイオードのアノードがグラウンドに電気的に接続される。
The power conversion device, which is one of the present disclosures, is
The first circuit having a switching element, a transformer unit having a first coil and a second coil connected to the first circuit, and a second circuit connected to the second coil, said first. A power conversion device that performs voltage conversion between a first conductive path connected to one circuit and a second conductive path connected to the second circuit.
A cutoff switch that switches between a state in which the current flows to the second circuit side in the second conductive path and a state in which the current is allowed to flow to the second circuit side.
A diode electrically connected to the second conductive path and
Have,
The first circuit performs at least a first conversion operation of converting a DC voltage applied to the first conductive path by the switching operation of the switching element and generating an AC voltage in the first coil of the transformer unit.
When an AC voltage is generated in the first coil by the first conversion operation, the transformer unit generates an AC voltage in the second coil.
The second circuit includes an inductor that is electrically connected to the second conductive path, and outputs a DC voltage to the second conductive path when an AC voltage is generated in the second coil.
The cathode of the diode is electrically connected to the portion of the second conductive path between the inductor and the cutoff switch, and the anode of the diode is electrically connected to the ground.
本開示の一つである電力変換装置は、
スイッチング素子を有する第1回路と、前記第1回路に接続される第1コイルと第2コイルとを有するトランス部と、前記第2コイルに接続される第2回路と、を有し、前記第1回路に接続される第1導電路と前記第2回路に接続される第2導電路との間で電圧変換を行う電力変換装置であって、
前記第2導電路において前記第2回路側へ電流が流れることを遮断する状態と許容する状態とに切り替わる遮断スイッチと、
ダイオード又はスイッチを有する素子部と、
前記遮断スイッチ、前記第1回路、及び前記第2回路を制御する制御部と、
を有し、
前記第1導電路には、コンデンサが電気的に接続され、
前記第1回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記第1導電路に印加された直流電圧を変換し前記トランス部の前記第1コイルに交流電圧を発生させる第1変換動作と、前記第1コイルに発生した交流電圧を変換し前記第1導電路に直流電圧を印加する第2変換動作と、を少なくとも行い、
前記第2回路は、前記第2導電路に印加された直流電圧を変換し前記第2コイルに交流電圧を発生させる第3変換動作と、前記第2コイルに発生した交流電圧を変換し前記第2導電路に直流電圧を印加する第4変換動作と、を少なくとも行い、
前記トランス部は、前記第1変換動作によって前記第1コイルに交流電圧が発生した場合に前記第2コイルに交流電圧を発生させ、前記第3変換動作によって前記第2コイルに交流電圧が発生した場合に前記第1コイルに交流電圧を発生させ、
前記第2回路は、前記第2導電路に電気的に接続されるインダクタを備え、
前記素子部の一端が前記第2導電路における前記インダクタと前記遮断スイッチの間の部位に電気的に接続され、前記素子部の他端がグラウンドに電気的に接続され、
前記遮断スイッチと前記素子部と前記インダクタとが、前記第2導電路において電圧変換動作を行うチョッパ回路を構成し、
前記制御部は、前記チョッパ回路の前記電圧変換動作と、前記第2回路の前記第3変換動作と、前記第1回路の前記第2変換動作と、を並行して行わせ、前記コンデンサを充電するプリチャージ制御を行う。
The power conversion device, which is one of the present disclosures, is
The first circuit having a switching element, a transformer unit having a first coil and a second coil connected to the first circuit, and a second circuit connected to the second coil, said first. A power conversion device that performs voltage conversion between a first conductive path connected to one circuit and a second conductive path connected to the second circuit.
A cutoff switch that switches between a state in which the current flows to the second circuit side in the second conductive path and a state in which the current is allowed to flow to the second circuit side.
An element part having a diode or a switch,
A control unit that controls the cutoff switch, the first circuit, and the second circuit.
Have,
A capacitor is electrically connected to the first conductive path.
The first circuit has a first conversion operation of converting a DC voltage applied to the first conductive path by a switching operation of the switching element to generate an AC voltage in the first coil of the transformer unit, and the first conversion operation. At least the second conversion operation of converting the AC voltage generated in the coil and applying the DC voltage to the first conductive path is performed.
The second circuit has a third conversion operation of converting a DC voltage applied to the second conductive path to generate an AC voltage in the second coil and a third conversion operation of converting the AC voltage generated in the second coil. 2 Perform at least the fourth conversion operation of applying a DC voltage to the conductive path,
The transformer unit generates an AC voltage in the second coil when an AC voltage is generated in the first coil by the first conversion operation, and an AC voltage is generated in the second coil by the third conversion operation. In some cases, an AC voltage is generated in the first coil.
The second circuit comprises an inductor that is electrically connected to the second conductive path.
One end of the element portion is electrically connected to a portion of the second conductive path between the inductor and the cutoff switch, and the other end of the element portion is electrically connected to the ground.
The cutoff switch, the element unit, and the inductor form a chopper circuit that performs a voltage conversion operation in the second conductive path.
The control unit charges the capacitor by causing the voltage conversion operation of the chopper circuit, the third conversion operation of the second circuit, and the second conversion operation of the first circuit to be performed in parallel. Precharge control is performed.
本開示に係る技術は、電力変換を行う部分へ電流が流れ込むことを遮断スイッチによって遮断することができ、且つ電力変換を行う部分と遮断スイッチとの間に接続される素子によって簡易に機能を高め得る。 The technique according to the present disclosure can cut off the flow of current to the part where power conversion is performed by a cutoff switch, and the function is easily enhanced by an element connected between the part where power conversion is performed and the cutoff switch. obtain.
[本開示の実施形態の説明]
以下では、本開示に係る実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される〔1〕~〔9〕の特徴は、矛盾しない組み合わせでどのように組み合わされてもよい。
[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
Hereinafter, embodiments according to the present disclosure are listed and exemplified. The features [1] to [9] exemplified below may be combined in any combination without any contradiction.
〔1〕スイッチング素子を有する第1回路と、前記第1回路に接続される第1コイルと第2コイルとを有するトランス部と、前記第2コイルに接続される第2回路と、を有し、前記第1回路に接続される第1導電路と前記第2回路に接続される第2導電路との間で電圧変換を行う電力変換装置であって、
前記第2導電路において前記第2回路側へ電流が流れることを遮断する状態と許容する状態とに切り替わる遮断スイッチと、
前記第2導電路に電気的に接続されるダイオードと、
を有し、
前記第1回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記第1導電路に印加された直流電圧を変換し前記トランス部の前記第1コイルに交流電圧を発生させる第1変換動作を少なくとも行い、
前記トランス部は、前記第1変換動作によって前記第1コイルに交流電圧が発生した場合に、前記第2コイルに交流電圧を発生させ、
前記第2回路は、前記第2導電路に電気的に接続されるインダクタを備え、前記第2コイルに交流電圧が発生した場合に、前記第2導電路に直流電圧を出力し、
前記ダイオードのカソードが前記第2導電路における前記インダクタと前記遮断スイッチの間の部位に電気的に接続され、前記ダイオードのアノードがグラウンドに電気的に接続される
電力変換装置。
[1] It has a first circuit having a switching element, a transformer unit having a first coil and a second coil connected to the first circuit, and a second circuit connected to the second coil. A power conversion device that performs voltage conversion between a first conductive path connected to the first circuit and a second conductive path connected to the second circuit.
A cutoff switch that switches between a state in which the current flows to the second circuit side in the second conductive path and a state in which the current is allowed to flow to the second circuit side.
A diode electrically connected to the second conductive path and
Have,
The first circuit performs at least a first conversion operation of converting a DC voltage applied to the first conductive path by the switching operation of the switching element and generating an AC voltage in the first coil of the transformer unit.
When an AC voltage is generated in the first coil by the first conversion operation, the transformer unit generates an AC voltage in the second coil.
The second circuit includes an inductor that is electrically connected to the second conductive path, and outputs a DC voltage to the second conductive path when an AC voltage is generated in the second coil.
A power conversion device in which the cathode of the diode is electrically connected to a portion of the second conductive path between the inductor and the cutoff switch, and the anode of the diode is electrically connected to the ground.
上記の〔1〕の電力変換装置は、遮断スイッチが遮断状態に切り替わった場合に、第2導電路において第2回路側へ電流が流れることを遮断することができる。よって、この電力変換装置は、第2導電路を介して第2回路へ電流が流れ込むことを遮断スイッチによって防ぐことができ、第2回路に関連する部品を保護することができる。しかも、この電力変換装置は、インダクタに蓄積されたエネルギーが遮断スイッチの遮断直後に第2回路付近に影響を及ぼすことを、ダイオードの存在によって抑えることができる。よって、この電力変換装置は、電力変換を行う部分と遮断スイッチとの間に接続される素子によって簡易に保護機能を高め得る。 The power conversion device of the above [1] can cut off the current flowing to the second circuit side in the second conductive path when the cutoff switch is switched to the cutoff state. Therefore, this power conversion device can prevent the current from flowing into the second circuit through the second conductive path by the cutoff switch, and can protect the components related to the second circuit. Moreover, this power conversion device can suppress the influence of the energy stored in the inductor on the vicinity of the second circuit immediately after the cutoff switch is cut off by the presence of the diode. Therefore, this power conversion device can easily enhance the protection function by the element connected between the portion that performs power conversion and the cutoff switch.
〔2〕の電力変換装置は、上記〔1〕の電力変換装置において、以下の特徴を有する。〔2〕の電力変換装置は、複数の上記第2回路を有する。上記トランス部は、複数の上記第2コイルを備える。各々の上記第2コイルに各々の上記第2回路がそれぞれ接続されている。上記第2導電路は、複数の上記第2回路のいずれからも電流が流れる共通導電路を有する。上記共通導電路に上記遮断スイッチが設けられる。上記共通導電路において複数の上記第2回路と上記遮断スイッチとの間に、上記ダイオードのカソードが電気的に接続される。 The power conversion device of [2] has the following features in the power conversion device of [1] above. The power conversion device of [2] has a plurality of the above-mentioned second circuits. The transformer unit includes a plurality of the second coils. Each of the above second circuits is connected to each of the above second coils. The second conductive path has a common conductive path through which a current flows from any of the plurality of second circuits. The cutoff switch is provided in the common conductive path. In the common conductive path, the cathode of the diode is electrically connected between the plurality of second circuits and the cutoff switch.
上記の〔2〕の電力変換装置は、トランス部と共通導電路の間に複数の第2回路が並列に接続されるため、何らかの理由によっていずれかの第2回路を停止せざるを得ない場合でも、他の第2回路によって電力変換を継続しやすい。しかも、この電力変換装置は、共通導電路に遮断スイッチが設けられ且つ複数の第2回路と遮断スイッチの間にダイオードのカソードが電気的に接続される構成である。この電力変換装置は、第2導電路を介して第2回路へ電流が流れ込むことを防ぐ機能を遮断スイッチの数を抑えて実現でき、遮断スイッチの遮断直後に第2回路付近に影響を及ぼすことを抑える機能をダイオードの数を抑えて実現できる。 In the power conversion device of the above [2], since a plurality of second circuits are connected in parallel between the transformer section and the common conductive path, one of the second circuits must be stopped for some reason. However, it is easy to continue the power conversion by the other second circuit. Moreover, this power conversion device has a configuration in which a cutoff switch is provided in a common conductive path, and the cathode of a diode is electrically connected between a plurality of second circuits and the cutoff switch. This power conversion device can realize a function of preventing current from flowing into the second circuit through the second conductive path by reducing the number of cutoff switches, and affects the vicinity of the second circuit immediately after the cutoff switch is cut off. The function of suppressing the number of diodes can be reduced.
〔3〕の電力変換装置は、上記〔1〕の電力変換装置において、次の特徴を有する。〔3〕の電力変換装置は、複数の上記第2回路と、複数の上記遮断スイッチと、複数の上記ダイオードと、を有する。上記トランス部は、複数の上記第2コイルを備える。各々の上記第2コイルに各々の上記第2回路が接続される。上記第2導電路は、複数の個別導電路と、共通導電路と、を備える。各々の上記個別導電路は、複数の上記第2回路の各々に電気的に接続され、上記第2回路とは反対側の端部が上記共通導電路に接続される。上記共通導電路は、自身の一端が複数の上記個別導電路に接続され且つ複数の上記個別導電路のいずれからも電流が流れる経路をなす。各々の上記遮断スイッチは、各々の上記個別導電路にそれぞれ設けられる。各々の上記ダイオードのカソードは、各々の上記個別導電路において上記遮断スイッチと各々の上記第2回路の上記インダクタの間に電気的に接続される。 The power conversion device of [3] has the following features in the power conversion device of [1] above. The power conversion device of [3] has a plurality of the second circuits, a plurality of cutoff switches, and a plurality of the diodes. The transformer unit includes a plurality of the second coils. Each of the above second circuits is connected to each of the above second coils. The second conductive path includes a plurality of individual conductive paths and a common conductive path. Each of the individual conductive paths is electrically connected to each of the plurality of second circuits, and the end opposite to the second circuit is connected to the common conductive path. One end of the common conductive path is connected to the plurality of individual conductive paths, and a current flows from any of the plurality of individual conductive paths. Each of the above cutoff switches is provided in each of the above individual conductive paths. The cathode of each diode is electrically connected between the cutoff switch and the inductor of each second circuit in each individual conduction path.
上記の〔3〕の電力変換装置は、トランス部と各個別導電路の間に各第2回路が設けられるため、何らかの理由によっていずれかの第2回路を停止せざるを得ない場合でも、他の第2回路によって電力変換を継続しやすい。更に、この電力変換装置は、第2回路へ電流が流れ込むことを防ぐ機能と、遮断スイッチの遮断直後に第2回路付近に影響を及ぼすことを抑える機能とを、各々の個別導電路において実現できる。例えば、この電力変換装置は、いずれかの一の個別導電路の遮断スイッチを遮断状態にした場合でも、他の個別導電路に対応する第2回路を動作させることで、第2回路による電力変換を継続することができる。しかも、この電力変換装置は、一の個別導電路を遮断した状態で他の個別導電路に対応する第2回路を動作させる際には、当該他の個別導電路での遮断スイッチの機能とダイオードの機能を、上記一の個別導電路とは別で維持することができる。 In the power conversion device of the above [3], since each second circuit is provided between the transformer section and each individual conductive path, even if one of the second circuits has to be stopped for some reason, the other It is easy to continue power conversion by the second circuit of. Further, this power conversion device can realize a function of preventing current from flowing into the second circuit and a function of suppressing the influence on the vicinity of the second circuit immediately after the cutoff switch is cut off in each individual conductive path. .. For example, in this power conversion device, even when the cutoff switch of any one of the individual conductive paths is turned off, the power conversion by the second circuit is performed by operating the second circuit corresponding to the other individual conductive path. Can be continued. Moreover, when the second circuit corresponding to the other individual conductive path is operated in the state where one individual conductive path is cut off, this power conversion device functions as a cutoff switch and a diode in the other individual conductive path. The function of can be maintained separately from the above-mentioned individual conductive path.
〔4〕の電力変換装置は、上記〔1〕から〔3〕のいずれか一つに記載の電力変換装置において、以下の特徴を有する。〔4〕の電力変換装置は、上記遮断スイッチを制御する制御部を備える。上記遮断スイッチと上記ダイオードと上記インダクタとがチョッパ回路を構成する。上記制御部は、上記チョッパ回路に電圧変換動作を行わせる。 The power conversion device according to [4] has the following features in the power conversion device according to any one of the above [1] to [3]. The power conversion device of [4] includes a control unit that controls the cutoff switch. The cutoff switch, the diode, and the inductor form a chopper circuit. The control unit causes the chopper circuit to perform a voltage conversion operation.
上記の〔4〕の電力変換装置は、インダクタに蓄積されたエネルギーが遮断スイッチの遮断直後に第2回路付近に影響を及ぼすことを抑えるだけでなく、チョッパ回路の一部としても、ダイオードを用いることができる。よって、この電力変換装置は、簡易な構成で一層の高機能化を実現できる。 The power conversion device of the above [4] not only suppresses the energy stored in the inductor from affecting the vicinity of the second circuit immediately after the cutoff switch is cut off, but also uses a diode as a part of the chopper circuit. be able to. Therefore, this power conversion device can realize further high functionality with a simple configuration.
〔5〕の電力変換装置は、上記〔4〕の電力変換装置において、以下の特徴を有する。上記第1導電路には、コンデンサが電気的に接続される。上記第1回路は、上記第1コイルに発生した交流電圧を変換し上記第1導電路に直流電圧を印加する第2変換動作を少なくとも行う。上記第2回路は、上記第2導電路に印加された直流電圧を変換し上記第2コイルに交流電圧を発生させる第3変換動作と、上記第2コイルに発生した交流電圧を変換し上記第2導電路に直流電圧を印加する第4変換動作と、を少なくとも行う。上記トランス部は、上記第3変換動作によって上記第2コイルに交流電圧が発生した場合に、上記第1コイルに交流電圧を発生させる。上記制御部は、上記チョッパ回路の上記電圧変換動作と、上記第2回路の上記第3変換動作と、上記第1回路の上記第2変換動作と、を並行して行わせ、上記コンデンサを充電するプリチャージ制御を行う。 The power conversion device of [5] has the following features in the power conversion device of [4] above. A capacitor is electrically connected to the first conductive path. The first circuit at least performs a second conversion operation of converting an AC voltage generated in the first coil and applying a DC voltage to the first conductive path. The second circuit converts the DC voltage applied to the second conductive path to generate an AC voltage in the second coil, and converts the AC voltage generated in the second coil into the second coil. (2) At least the fourth conversion operation of applying a DC voltage to the conductive path is performed. The transformer unit generates an AC voltage in the first coil when an AC voltage is generated in the second coil by the third conversion operation. The control unit charges the capacitor by performing the voltage conversion operation of the chopper circuit, the third conversion operation of the second circuit, and the second conversion operation of the first circuit in parallel. Precharge control is performed.
上記の〔5〕の電力変換装置は、ダイオードをチョッパ回路の一部として用いるだけでなく、このチョッパ回路によってプリチャージ動作を行うこともできる。よって、この電力変換装置は、簡易な構成でより一層の高機能化が図られる。しかも、この電力変換装置は、チョッパ回路での電圧変換動作によって第3変換動作における入力電圧を調整することができる。 In the power conversion device of the above [5], not only the diode is used as a part of the chopper circuit, but also the precharge operation can be performed by this chopper circuit. Therefore, this power conversion device can be further enhanced in functionality with a simple configuration. Moreover, this power conversion device can adjust the input voltage in the third conversion operation by the voltage conversion operation in the chopper circuit.
〔6〕スイッチング素子を有する第1回路と、前記第1回路に接続される第1コイルと第2コイルとを有するトランス部と、前記第2コイルに接続される第2回路と、を有し、前記第1回路に接続される第1導電路と前記第2回路に接続される第2導電路との間で電圧変換を行う電力変換装置であって、
前記第2導電路において前記第2回路側へ電流が流れることを遮断する状態と許容する状態とに切り替わる遮断スイッチと、
ダイオード又はスイッチを有する素子部と、
前記遮断スイッチ、前記第1回路、及び前記第2回路を制御する制御部と、
を有し、
前記第1導電路には、コンデンサが電気的に接続され、
前記第1回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記第1導電路に印加された直流電圧を変換し前記トランス部の前記第1コイルに交流電圧を発生させる第1変換動作と、前記第1コイルに発生した交流電圧を変換し前記第1導電路に直流電圧を印加する第2変換動作と、を少なくとも行い、
前記第2回路は、前記第2導電路に印加された直流電圧を変換し前記第2コイルに交流電圧を発生させる第3変換動作と、前記第2コイルに発生した交流電圧を変換し前記第2導電路に直流電圧を印加する第4変換動作と、を少なくとも行い、
前記トランス部は、前記第1変換動作によって前記第1コイルに交流電圧が発生した場合に前記第2コイルに交流電圧を発生させ、前記第3変換動作によって前記第2コイルに交流電圧が発生した場合に前記第1コイルに交流電圧を発生させ、
前記第2回路は、前記第2導電路に電気的に接続されるインダクタを備え、
前記素子部の一端が前記第2導電路における前記インダクタと前記遮断スイッチの間の部位に電気的に接続され、前記素子部の他端がグラウンドに電気的に接続され、
前記遮断スイッチと前記素子部と前記インダクタとが、前記第2導電路において電圧変換動作を行うチョッパ回路を構成し、
前記制御部は、前記チョッパ回路の前記電圧変換動作と、前記第2回路の前記第3変換動作と、前記第1回路の前記第2変換動作と、を並行して行わせ、前記コンデンサを充電するプリチャージ制御を行う
電力変換装置。
[6] It has a first circuit having a switching element, a transformer unit having a first coil and a second coil connected to the first circuit, and a second circuit connected to the second coil. A power conversion device that performs voltage conversion between a first conductive path connected to the first circuit and a second conductive path connected to the second circuit.
A cutoff switch that switches between a state in which the current flows to the second circuit side in the second conductive path and a state in which the current is allowed to flow to the second circuit side.
An element part having a diode or a switch,
A control unit that controls the cutoff switch, the first circuit, and the second circuit.
Have,
A capacitor is electrically connected to the first conductive path.
The first circuit has a first conversion operation of converting a DC voltage applied to the first conductive path by a switching operation of the switching element to generate an AC voltage in the first coil of the transformer unit, and the first conversion operation. At least the second conversion operation of converting the AC voltage generated in the coil and applying the DC voltage to the first conductive path is performed.
The second circuit has a third conversion operation of converting a DC voltage applied to the second conductive path to generate an AC voltage in the second coil and a third conversion operation of converting the AC voltage generated in the second coil. 2 Perform at least the fourth conversion operation of applying a DC voltage to the conductive path,
The transformer unit generates an AC voltage in the second coil when an AC voltage is generated in the first coil by the first conversion operation, and an AC voltage is generated in the second coil by the third conversion operation. In some cases, an AC voltage is generated in the first coil.
The second circuit comprises an inductor that is electrically connected to the second conductive path.
One end of the element portion is electrically connected to a portion of the second conductive path between the inductor and the cutoff switch, and the other end of the element portion is electrically connected to the ground.
The cutoff switch, the element unit, and the inductor form a chopper circuit that performs a voltage conversion operation in the second conductive path.
The control unit charges the capacitor by causing the voltage conversion operation of the chopper circuit, the third conversion operation of the second circuit, and the second conversion operation of the first circuit to be performed in parallel. A power conversion device that performs precharge control.
上記の〔6〕の電力変換装置は、遮断スイッチが遮断状態に切り替わった場合に、第2導電路において第2回路側へ電流が流れることを遮断することができる。よって、この電力変換装置は、第2導電路を介して第2回路へ電流が流れ込むことを遮断スイッチによって防ぐことができ、第2回路に関連する部品を保護することができる。更に、この電力変換装置は、インダクタと遮断スイッチの間の経路に素子部が接続され、これらによってチョッパ回路が構成される。よって、この電力変換装置は、電力変換を行う部分と遮断スイッチとの間に接続される素子によって簡易に機能を高め得る。更に、この電力変換装置は、このようなチョッパ回路を利用してプリチャージ動作を行うことができるため、簡易な構成で一層の高機能化を実現できる。しかも、この電力変換装置は、チョッパ回路での電圧変換動作によって第3変換動作における入力電圧を調整することができる。 The power conversion device of the above [6] can cut off the current flowing to the second circuit side in the second conductive path when the cutoff switch is switched to the cutoff state. Therefore, this power conversion device can prevent the current from flowing into the second circuit through the second conductive path by the cutoff switch, and can protect the components related to the second circuit. Further, in this power conversion device, an element portion is connected to a path between the inductor and a cutoff switch, and a chopper circuit is formed by these. Therefore, the function of this power conversion device can be easily enhanced by an element connected between the portion that performs power conversion and the cutoff switch. Further, since this power conversion device can perform a precharge operation by using such a chopper circuit, it is possible to realize further high functionality with a simple configuration. Moreover, this power conversion device can adjust the input voltage in the third conversion operation by the voltage conversion operation in the chopper circuit.
〔7〕の電力変換装置は、上記〔1〕から〔6〕のいずれか一つに記載の電力変換装置において、以下の特徴を有する。上記第1導電路は、第1バッテリに電気的に接続され、第1バッテリから直流電圧が印加される導電路である。上記第2導電路は、第2バッテリに電気的に接続され、第2バッテリから直流電圧が印加される導電路である。 The power conversion device according to [7] has the following features in the power conversion device according to any one of the above [1] to [6]. The first conductive path is a conductive path that is electrically connected to the first battery and to which a DC voltage is applied from the first battery. The second conductive path is a conductive path that is electrically connected to the second battery and to which a DC voltage is applied from the second battery.
上記の電力変換装置は、第1導電路に電気的に接続された第1バッテリと、第2導電路に電気的に接続された第2バッテリとの間で電力の伝送を行うことができる。そして、この電力変換装置は、第2回路で地絡が発生した場合に、遮断スイッチの遮断により、第2バッテリから第2回路へ大電流が流れ込むことを防ぐことができる。 The power conversion device can transmit electric power between a first battery electrically connected to the first conductive path and a second battery electrically connected to the second conductive path. Then, this power conversion device can prevent a large current from flowing from the second battery to the second circuit by shutting off the cutoff switch when a ground fault occurs in the second circuit.
〔8〕の電力変換装置は、上記〔2〕又は〔3〕のいずれか一つに記載の電力変換装置、又は上記〔4〕から〔7〕のいずれか一つに記載の電力変換装置における上記〔2〕又は〔3〕を引用するものにおいて、以下の特徴を有する。〔8〕の電力変換装置は、複数の上記第1回路と、複数のトランス部と、を備える。複数の上記トランス部の各々の上記第1コイルは、複数の上記トランス部の各々の上記第2コイルと磁気結合されている。各々の上記第1回路は、一方側が上記第1導電路に接続され、他方側が各々の上記第1コイルに接続されている。各上記第1回路と各上記トランス部と各上記第2回路とが接続されてなる電力変換部が、上記第1導電路と上記共通導電路との間に並列に接続されている。 The power conversion device according to [8] is the power conversion device according to any one of the above [2] or [3], or the power conversion device according to any one of the above [4] to [7]. In quoting the above [2] or [3], it has the following features. The power conversion device of [8] includes a plurality of the first circuits and a plurality of transformer units. The first coil of each of the plurality of transformer portions is magnetically coupled to the second coil of each of the plurality of transformer portions. One side of each of the first circuits is connected to the first conductive path, and the other side is connected to each of the first coils. A power conversion unit formed by connecting each of the first circuits, each of the transformer units, and each of the second circuits is connected in parallel between the first conductive path and the common conductive path.
上記の〔8〕の電力変換装置は、各々の電力変換部においてより独立性の高い動作が可能である。 The power conversion device of the above [8] can operate with higher independence in each power conversion unit.
〔9〕の電力変換装置は、上記〔5〕又は〔6〕のいずれか一つに記載の電力変換装置、又は上記〔7〕又は〔8〕のいずれか一つに記載の電力変換装置における上記〔5〕又は〔6〕を引用するものにおいて、以下の特徴を有する。〔9〕の電力変換装置において、上記制御部は、所定時期に上記プリチャージ制御を開始する場合、上記チョッパ回路の上記遮断スイッチにPWM信号を与えることで、上記第2導電路における上記第2回路とは反対側の部位に印加された電圧を降圧して、上記インダクタの一端側に直流電圧を印加する降圧動作を行わせるように降圧制御を行う。上記制御部は、上記プリチャージ制御において上記降圧制御と上記第2回路に上記第3変換動作を行わせる制御とを並行して行う。更に、上記制御部は、上記所定時期に上記プリチャージ制御を開始した後、上記降圧制御において上記PWM信号のデューティを次第に上昇させるソフトスタート制御を行う。 The power conversion device according to [9] is the power conversion device according to any one of the above [5] or [6], or the power conversion device according to any one of the above [7] or [8]. In quoting the above [5] or [6], it has the following features. In the power conversion device of [9], when the control unit starts the precharge control at a predetermined time, the control unit gives a PWM signal to the cutoff switch of the chopper circuit to give the second conductive path in the second conductive path. The step-down control is performed so that the voltage applied to the portion on the opposite side of the circuit is stepped down and the step-down operation of applying the DC voltage to one end side of the inductor is performed. In the precharge control, the control unit performs the step-down control and the control for causing the second circuit to perform the third conversion operation in parallel. Further, the control unit starts the precharge control at the predetermined time, and then performs the soft start control in which the duty of the PWM signal is gradually increased in the step-down control.
〔9〕の電力変換装置は、プリチャージ制御の開始直後の初期期間において、インダクタの一端側の電圧を低下させた状態で第3変換動作を行うことができる。従って、この電力変換装置は、上記初期期間であっても第3変換動作を行わせる際に第2回路に与えるデューティを高めやすい。
[本開示の実施形態の詳細]
The power conversion device of [9] can perform the third conversion operation in a state where the voltage on one end side of the inductor is lowered in the initial period immediately after the start of the precharge control. Therefore, this power conversion device tends to increase the duty given to the second circuit when the third conversion operation is performed even in the initial period.
[Details of Embodiments of the present disclosure]
<第1実施形態>
1.車載システムの基本構成
図1には、第1実施形態に係る電力変換装置3が例示される。電力変換装置3は、車両に搭載された車載システム1の一部として用いられる。車載システム1が搭載される車両は、例えば、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、EV(Electric Vehicle)等の車両である。車載システム1は、高圧バッテリ181、低圧バッテリ182、電力変換装置3、低圧負荷190などを備える。高圧バッテリ181、低圧バッテリ182、電力変換装置3は、車載用の電源システムを構成する。
<First Embodiment>
1. 1. Basic Configuration of In-Vehicle System FIG. 1 illustrates the power conversion device 3 according to the first embodiment. The power conversion device 3 is used as a part of the in-
高圧バッテリ181は、相対的に高い電圧を出力し得るバッテリである。高圧バッテリ181は、満充電時に所定電圧(例えば300V)を出力する。高圧バッテリ181は、例えば、図示されていない駆動部に対して電力を供給する。上記駆動部は、例えばインバータとモータとを含み、車載システム1が搭載された車両の車輪に対してモータによって回転力を与える装置である。高圧バッテリ181の満充電時の出力電圧は、低圧バッテリ182の満充電時の出力電圧よりも高い。高圧バッテリ181は、リチウムイオン電池によって構成されていてもよく、その他の種類の蓄電池によって構成されていてもよい。高圧バッテリ181は、高電位側の電極が配線部171に電気的に接続され、低電位側の電極が配線部172に電気的に接続される。配線部171は、高圧バッテリ181から所定電圧が印加される導電路であり、配線部173は、グラウンド電位に保たれる基準導電路である。高圧バッテリ181は、配線部171,173を介して、第1導電路51と第3導電路53との間に上記所定電圧(例えば300V)を印加する。高圧バッテリ181の高電位側の電極と第1導電路51は、例えば同電位である。
The
なお、本明細書において「電圧」は、特に限定がない限り、グラウンド電位を基準とする電圧である。本明細書において「電気的に接続される」とは、電流が流れうる構成で接続されていればよく、素子を介在させずに短絡して接続されていてもよく、導通可能な素子を介在させて接続されていてもよい。 In the present specification, the “voltage” is a voltage based on the ground potential unless otherwise specified. In the present specification, "electrically connected" may be connected in a configuration that allows current to flow, may be short-circuited without interposing an element, and may be connected by interposing a conductive element. It may be connected by letting it.
図1では、図示されていないが、第1導電路51を介して電力を供給され得る構成で、高圧バッテリ181から電力の供給を受けて動作し得る他の負荷(例えば、エアコン、ヒータ等の電気機器)が設けられていてもよい。
Although not shown in FIG. 1, another load (for example, an air conditioner, a heater, etc.) that can be operated by being supplied with electric power from the high-
低圧バッテリ182は、相対的に低い電圧を出力し得るバッテリである。低圧バッテリ182は、低圧負荷190に電力を供給する。低圧バッテリ182は、鉛蓄電池によって構成されていてもよく、その他の種類の蓄電池によって構成されていてもよい。低圧バッテリ182は、満充電時に所定電圧(例えば12V)を出力する。低圧バッテリ182は、高電位側の電極が配線部172に電気的に接続され、低電位側の電極がグラウンドに電気的に接続される。低圧バッテリ182の高電位側の電極と配線部172は、例えば同電位である。
The
低圧負荷190は、低圧バッテリ182から電力の供給を受けて動作する電気部品である。低圧負荷190は、公知の車載用電気部品である。低圧負荷190は、例えば、電動パワーステアリングシステム、電動パーキングブレーキ、照明装置、ワイパー駆動部、ナビゲーション装置、オーディオ装置等を含んでいてもよい。
The
2.電力変換装置の概要
電力変換装置3は、第1導電路51と第2導電路52との間で電圧変換を行い得るコンバータとして構成されている。図1の例では、電力変換装置3は、絶縁型のDCDCコンバータとして構成されている。電力変換装置3は、変換回路部4と変換回路部4を制御する制御部7とを備える。変換回路部4は、電力変換装置3のうち、コンデンサ41及び制御部7を除く部分である。変換回路部4は、電力変換部5、コンデンサ42、遮断スイッチ70、ダイオード60を備える。
2. 2. Outline of the Power Conversion Device The power conversion device 3 is configured as a converter capable of performing voltage conversion between the first
3.電力変換部の構成
電力変換部5は、第1回路10、第2回路20、トランス30を有する。電力変換部5は、第1導電路51に印加される電圧を入力電圧とし、この入力電圧を降圧して第2導電路52に出力電圧を印加する降圧動作を行ううる。電力変換装置3は、第2導電路52に印加される電圧を入力電圧とし、この入力電圧を昇圧して第1導電路51に出力電圧を印加する昇圧動作を行いうる。
3. 3. Configuration of Power Conversion Unit The
第1回路10は、フルブリッジ回路として構成されたスイッチング回路である。第1回路10は、複数のスイッチング素子10A,10B,10C,10D及びインダクタ13を備える。第1回路10は、第1導電路51及び第3導電路53に電気的に接続される。図1の例では、スイッチング素子10A,10B,10C,10Dの各々が、Nチャネル型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)によって構成されている。但し、スイッチング素子10A,10B,10C,10Dは、他の種類のスイッチング素子によって構成されていてもよい。
The
スイッチング素子10Aとスイッチング素子10Bは、第1導電路51と第3導電路53との間に直列に接続されている。スイッチング素子10Cとスイッチング素子10Dは、第1導電路51と第3導電路53との間に直列に接続されている。スイッチング素子10A,10Cのそれぞれのドレインは、第1導電路51に電気的に接続される。スイッチング素子10B,10Dのそれぞれのソースは、第3導電路53に電気的に接続される。スイッチング素子10Aのソースは、スイッチング素子10Bのドレインに電気的に接続される。スイッチング素子10Cのソースは、スイッチング素子10Dのドレインに電気的に接続される。
The switching
インダクタ13の一端は、スイッチング素子10Cとスイッチング素子10Dの間の第2接続点P2に電気的に接続され、スイッチング素子10Cのソース及びスイッチング素子10Dのドレインに電気的に接続される。インダクタ13の他端は、第1コイル31の一端に電気的に接続されている。第1コイル31の他端は、スイッチング素子10Aとスイッチング素子10Bの間の第1接続点P1に電気的に接続され、スイッチング素子10Aのソース及びスイッチング素子10Bのドレインに電気的に接続される。
One end of the
第1回路10は、第1変換動作と第2変換操作を行い得る。第1変換動作は、スイッチング素子10A,10B,10C,10Dのスイッチング動作によって第1導電路51に印加された直流電圧を入力電圧として、この入力電圧を交流電圧に変換し、第1コイル31に交流電圧を発生させる動作である。第2変換動作は、第1コイル31に発生した交流電圧を変換し、第1導電路51に直流電圧を印加する整流動作である。
The
トランス30は、トランス部の一例に相当する。トランス30は、第1回路10に接続される第1コイル31と、第2回路20に接続される第2コイル32とを有する。トランス30は、センタータップ式のトランスとして構成される。第2コイル32は、コイル32A,32Bを有し、コイル32Aとコイル32Bの間にセンタータップが設けられる。トランス30は、例えば上述の第1変換動作によって第1コイル31に交流電圧が発生した場合に、第2コイル32に交流電圧を発生させる。トランス30は、例えば後述の第3変換動作によって第2コイル32に交流電圧が発生した場合に、第1コイル31に交流電圧を発生させる。
The
第2回路20は、第2導電路52及び第2コイル32に電気的に接続される。第2回路20は、スイッチ素子21,22、インダクタ24を備える。図1の例では、スイッチ素子21,22の各々が、Nチャネル型のMOSFETによって構成されている。スイッチ素子21は、トランス30のコイル32Aの一端とグラウンドとの間に接続されている。スイッチ素子21のドレインはコイル32Aの一端に電気的に接続され、ソースはグラウンドに電気的に接続される。スイッチ素子21は、オフ状態のときにコイル32A側からグラウンド側へは電流が流れない。スイッチ素子22は、トランス30のコイル32Bの一端とグラウンドとの間に接続されている。スイッチ素子22のドレインはコイル32Bの一端に電気的に接続され、ソースはグラウンドに電気的に接続される。スイッチ素子22は、オフ状態のときにコイル32B側からグラウンド側へは電流が流れない。
The
インダクタ24の一端は、コイル32Aとコイル32Bの間のセンタータップに電気的に接続され、コイル32Aの他端及びコイル32Bの他端に電気的に接続されている。インダクタ24の他端は、第2導電路52に電気的に接続される。インダクタ24の他端は第2導電路52と同電位とされる。
One end of the
第2回路20は、第2導電路52に印加された直流電圧を変換し第2コイル32に交流電圧を発生させる第3変換動作と、第2コイル32に発生した交流電圧を変換し第2導電路52に直流電圧を印加する第4変換動作と、を少なくとも行う。第4変換動作は、上述の第1変換動作に応じて第2コイル32に交流電圧が発生した場合に、第2導電路52に直流電圧を出力する整流動作である。この整流動作は、スイッチ素子21,22をオフ状態で維持したまま行うダイオード整流動作であってもよく、スイッチ素子21,22を同期させてオンオフする公知の同期整流動作であってもよい。なお、第2回路20が整流動作を行うことで第2導電路52に直流電圧を出力する場合、インダクタ24及び後述のコンデンサ42によって出力電圧が平滑化される。
The
制御部7は、演算機能、情報処理機能、検出機能などを有する情報処理装置である。制御部7は、例えばマイクロコンピュータを主体として構成されており、CPU(Central Processing Unit)などの演算装置、半導体メモリ、A/D変換器等を有している。
The
制御部7は、直接又は図示されていない第1電圧検出部から第1導電路51の電圧を示す値を取得し得る。制御部7は、直接又は図示されていない第2電圧検出部から第2導電路52の電圧を示す値を取得し得る。また、図1には図示されていないが、第1導電路51を流れる電流の値を検出する電流センサが設けられていてもよく、第2導電路52を流れる電流の値を検出する電流センサが設けられていてもよい。この場合、制御部7は、電流センサから第1導電路51を流れる電流の値を取得し得る構成であってもよく、電流センサから第2導電路52を流れる電流の値を取得し得る構成であってもよい。
The
4.コンデンサ、遮断スイッチ、ダイオードの構成
コンデンサ41は、高圧バッテリ181と第1回路10との間に設けられる。コンデンサ41は、一方の電極が第1導電路51に電気的に接続され、他方の電極が第3導電路53に電気的に接続される。コンデンサ41の両端には、第1導電路51と第3導電路53との間の電圧が印加される。
4. Configuration of Capacitor, Cutoff Switch, and Diode The capacitor 41 is provided between the
コンデンサ42は、一方の電極が第2導電路52に電気的に接続され、他方の電極がグラウンドに電気的に接続される。コンデンサ42の両端には、第2導電路52とグラウンドの間の電圧が印加される。
In the
遮断スイッチ70は、第2導電路52に設けられる。遮断スイッチ70は、第2導電路52において配線部172側から第2回路20側に向かって電流が流れることを遮断する状態と、許容する状態とに切り替わる。図1の例では、遮断スイッチ70は、スイッチ素子71,72を備える。スイッチ素子71,72は、いずれもNチャネル型のMOSFETとして構成されている。スイッチ素子71,72は、互いに逆向きに配置され、直列に接続される。
The
スイッチ素子71,72がいずれもオフ状態のときには、第2導電路52において配線部172側から第2回路20側に向かって電流が流れることが遮断され、第2回路20側から配線部172側に向かって電流が流れることも遮断される。つまり、スイッチ素子71,72がいずれもオフ状態のときには、双方向の通電が遮断される。スイッチ素子71,72がいずれもオン状態のときには、第2導電路52において配線部172側から第2回路20側に向かって電流が流れることも、第2回路20側から配線部172側に向かって電流が流れることも許容される。つまり、スイッチ素子71,72がいずれもオン状態のときには、双方向の通電が許容される。
When both the
ダイオード60は、第2導電路52に電気的に接続される。ダイオード60のカソードは、第2導電路52におけるインダクタ24と遮断スイッチ70の間の部位52Aに電気的に接続される。ダイオード60のアノードは、グラウンドに電気的に接続される。図1の例では、第2導電路52においてダイオード60のアノードが電気的に接続される接続点P3とインダクタ24の間に、コンデンサ42の一方の電極が電気的に接続されている。
The
5.電力変換装置の動作
電力変換装置3では、制御部7が、電力変換部5に変換動作を行わせる。制御部7は、正常状態において予め定められた第1時期に、電力変換部5に降圧動作を行わせる。制御部7は、電力変換部5に降圧動作を行わせる場合、第1回路10に上述の第1変換動作を行わせる第1制御と、第2回路20に上述の第4変換動作を行わせる第4制御とを並行して行う。制御部7がこのような制御を行うことにより、第2導電路52に第1目標値の出力電圧が印加される。第1目標値は、低圧バッテリ182の満充電時の出力電圧よりも少し高い値であってもよく、低圧バッテリ182の満充電時の出力電圧と同程度であってもよい。制御部7は、電力変換部5に降圧動作を行わせる場合、公知の位相シフト方式を採用し、スイッチング素子10A,10B,10C,10Dの各々のゲートに向けてPWM信号を出力する。
5. Operation of the power conversion device In the power conversion device 3, the
制御部7は、正常状態において予め定められた第2時期に、電力変換部5に昇圧動作を行わせる。制御部7は、電力変換部5に昇圧動作を行わせる場合、第1回路10に上述の第2変換動作を行わせる第2制御と、第2回路20に上述の第3変換動作を行わせる第3制御とを並行して行う。制御部7がこのような制御を行うことにより、第1導電路51に第2目標値の出力電圧が印加される。第2目標値は、高圧バッテリ181の満充電時の出力電圧よりも少し高い値であってもよく、高圧バッテリ181の満充電時の出力電圧と同程度であってもよい。
The
上述の正常状態は、予め定められた異常状態が発生していない状態である。予め定められた異常状態は、例えば、第2導電路52の電圧が閾値未満となった状態である。この閾値は、低圧バッテリ182の満充電時の出力電圧よりも低い値であり、0Vよりも高い電圧である。
The above-mentioned normal state is a state in which a predetermined abnormal state has not occurred. The predetermined abnormal state is, for example, a state in which the voltage of the second
制御部7は、上記の正常状態において上記の降圧動作又は上記の昇圧動作を行っているときに上記の異常状態が発生した場合、遮断スイッチ70をオフ状態に切り替える。制御部7が遮断スイッチ70をオフ状態に切り替えると、スイッチ素子71,72がいずれもオフ状態になり、遮断スイッチ70を跨いだ通電が遮断される。例えば、第2回路20において地絡が発生して第2導電路52の電圧が上記閾値以下に急低下した場合、制御部7が遮断スイッチ70をオフ状態に切り替えるため、遮断スイッチ70を介して第2回路20側へ電流が流れ込むことを遮断することができる。よって、第2回路20に関連する部品が保護される。
When the abnormal state occurs while the step-down operation or the step-up operation is performed in the normal state, the
一方で、電力変換部5が変換動作を行っているときに制御部7が遮断スイッチ70を遮断した場合、遮断時点でインダクタ24に蓄積されているエネルギーを放出する経路が途絶えていると、他の素子への影響(コンデンサ42が過電圧になる等)が懸念される。しかし、図1の構成では、ダイオード60が設けられているため、電力変換部5が変換動作を行っているときに制御部7が遮断スイッチ70を遮断した場合に、遮断時にインダクタ24に蓄積されているエネルギーを転流させ、消費させることができる。よって、インダクタ24に蓄積されたエネルギーが遮断スイッチ70の遮断直後に第2回路20付近に影響を及ぼすことを、ダイオード60の存在によって抑えることができる。このように、電力変換装置3は、電力変換を行う部分と遮断スイッチ70との間に接続される素子によって簡易に保護機能を高め得る。
On the other hand, if the
<第2実施形態>
次の説明は、第2実施形態の電力変換装置203に関する。
図2に示される車載システム201は、電力変換装置3を電力変換装置203に変更した点のみが図1の車載システム1と異なり、その他の点は車載システム1と同一である。よって、車載システム201において、車載システム1と同一の構成をなす部分については、車載システム1と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
<Second Embodiment>
The following description relates to the
The vehicle-mounted
第2実施形態の電力変換装置203は、変換回路部4に加えて変換回路部204が設けられている点が第1実施形態の電力変換装置3と異なる。つまり、第1実施形態の電力変換装置3は、第2実施形態の電力変換装置203から変換回路部204を省略した構成である。
The
第2実施形態の電力変換装置203は、図1の変換回路部4に加えて変換回路部204が設けられ、第1導電路51と配線部172との間に変換回路部4と変換回路部204とが並列に接続されている。変換回路部4と変換回路部204は互いに同一の回路構成をなす。電力変換装置203は、複数の変換回路部(変換回路部4と変換回路部204)が設けられているため、第1回路10、第2回路20、トランス30、コンデンサ42、ダイオード60、遮断スイッチ70、などがそれぞれ複数設けられた構成である。
The
図2の構成では、複数の第1回路10の各々が第1導電路51に接続されており、複数のトランス30の各々の第1コイル31が各々の第1回路10に接続されている。この例では、複数のトランス30がトランス部の一例に相当する。そして、複数のトランス30の各々の第2コイル32が各々の第2回路20に接続されている。
In the configuration of FIG. 2, each of the plurality of
図2の構成では、第2導電路52に代えて、第2導電路252が設けられている。第2導電路252は、複数の個別導電路252A,252Bと、共通導電路252Cと、を備える。個別導電路252A,252Bの各々は、一方側の端部が複数の第2回路20の各々に電気的に接続され、第2回路20とは反対側の端部が共通導電路252Cに電気的に接続される。共通導電路252Cは、一端が複数の個別導電路252A,252Bに接続され且つ複数の個別導電路252A,252Bのいずれからも電流が流れる経路をなす。共通導電路252Cの他端は、配線部172に電気的に接続されている。
In the configuration of FIG. 2, a second
変換回路部4の電力変換部5は、第1導電路51と個別導電路252Aとの間で電圧変換を行う。変換回路部4の電力変換部5は、第1導電路51に印加された直流電圧を降圧して個別導電路252Aに直流電圧を印加する降圧動作を行い得る。変換回路部4の電力変換部5は、個別導電路252Aに印加された直流電圧を昇圧して第1導電路51に直流電圧を印加する昇圧動作を行い得る。変換回路部204の電力変換部5は、第1導電路51と個別導電路252Bとの間で電圧変換を行う。変換回路部204の電力変換部5は、第1導電路51に印加された直流電圧を降圧して個別導電路252Bに直流電圧を印加する降圧動作を行い得る。変換回路部204の電力変換部5は、個別導電路252Bに印加された直流電圧を昇圧して第1導電路51に直流電圧を印加する昇圧動作を行い得る。
The
複数の遮断スイッチ70の各々は、複数の個別導電路252A,252Bの各々にそれぞれ設けられている。変換回路部4の遮断スイッチ70は、個別導電路252Aにおいて、ダイオード60が接続される接続点P4と共通導電路252Cとの間に設けられる。変換回路部4の遮断スイッチ70は、オフ状態に切り替わった場合に、個別導電路252Aの通電を双方向に遮断し、オン状態に切り替わった場合には、個別導電路252Aの双方向の通電を許容する。変換回路部204の遮断スイッチ70は、個別導電路252Bにおいて、ダイオード60が接続される接続点P5と共通導電路252Cとの間に設けられる。変換回路部204の遮断スイッチ70は、オフ状態に切り替わった場合に、個別導電路252Bの通電を双方向に遮断し、オン状態に切り替わった場合には、個別導電路252Bの双方向の通電を許容する。
Each of the plurality of cutoff switches 70 is provided in each of the plurality of individual
変換回路部4のダイオード60は、カソードが個別導電路252Aにおける遮断スイッチ70とインダクタ24との間の部位に電気的に接続され、アノードがグラウンドに電気的に接続される。変換回路部204のダイオード60は、カソードが個別導電路252Bにおける遮断スイッチ70とインダクタ24との間の部位に電気的に接続され、アノードがグラウンドに電気的に接続される。
In the
制御部7は、正常状態において予め定められた第1時期に、各々の電力変換部5に降圧動作を行わせる。制御部7は、当該降圧動作の際に、各第1回路10に対して第1実施形態と同様の上述の第1変換動作を行わせ、各第2回路20に対して第1実施形態と同様の上述の第4変換動作を行わせる。制御部7が各電力変換部5に対して降圧動作を行わせる制御を実行することにより、第2導電路252に第1目標値の出力電圧が印加される。第1目標値は、第1実施形態と同様に設定される。
The
制御部7は、正常状態において予め定められた第2時期に、各々の電力変換部5に昇圧動作を行わせる。制御部7は、当該昇圧動作の際に、各第1回路10に対して第1実施形態と同様の上述の第2変換動作を行わせ、各第2回路20に対して第1実施形態と同様の上述の第3変換動作を行わせる。制御部7が各電力変換部5に対して昇圧動作を行わせる制御を実行することにより、第1導電路51に第2目標値の出力電圧が印加される。第2目標値は、第1実施形態と同様に設定される。
The
電力変換装置203での上記正常状態は、予め定められた異常状態が発生していない状態である。電力変換装置203での上記異常状態は、例えば、個別導電路252A,252Bのいずれかの電圧が閾値未満となった状態である。この閾値は、低圧バッテリ182の満充電時の出力電圧よりも低い値であり、0Vよりも高い電圧である。なお、制御部7は、個別導電路252A,252Bの各々の電圧値を直接的に又は他の電圧検出部を介して取得する。
The above-mentioned normal state in the
制御部7は、上記正常状態において上記降圧動作又は上記昇圧動作を行っているときに上記異常状態が発生した場合、異常が発生した経路の遮断スイッチ70をオフ状態に切り替える。例えば、制御部7は、一方の第2回路20において地絡が発生したことで一方の個別導電路252Aの電圧が閾値以下に急低下した場合、制御部7は、個別導電路252Aの遮断スイッチ70をオフ状態に切り替える。これにより、低圧バッテリ182から個別導電路252Aを介して第2回路20側へ電流が流れ込むことを遮断することができる。この場合、個別導電路252Bの電圧が上記閾値を超えていれば、個別導電路252Bの遮断スイッチ70はオフ状態に切り替えなくてもよい。従って、他方の個別導電路252Bに対応する変換回路部204において電圧変換を継続することができる。同様に、制御部7は、他方の第2回路20において地絡が発生したことで個別導電路252Bの電圧が上記閾値以下に急低下した場合、制御部7は、個別導電路252Bの遮断スイッチ70をオフ状態に切り替える。これにより、低圧バッテリ182から個別導電路252Bを介して第2回路20側へ電流が流れ込むことを遮断することができる。この場合、個別導電路252Aの電圧が上記閾値を超えていれば、個別導電路252Aの遮断スイッチ70はオフ状態に切り替えなくてもよい。従って、一方の個別導電路252Aに対応する変換回路部4において電圧変換を継続することができる。
When the abnormal state occurs while the step-down operation or the step-up operation is being performed in the normal state, the
このような電力変換装置203でも、遮断スイッチ70及びダイオード60の存在によって、第1実施形態と同様の効果が得られる。更に、電力変換装置203は、トランス部(複数のトランス30)と個別導電路252A,252Bの各々との間に各第2回路20が設けられる。この電力変換装置203は、何らかの理由によっていずれかの第2回路20を停止せざるを得ない場合でも、他の第2回路20によって電力変換を継続しやすい。更に、電力変換装置203は、第2回路20へ電流が流れ込むことを防ぐ機能と、遮断スイッチ70の遮断直後に第2回路20付近に影響を及ぼすことを抑える機能とを、個別導電路252A,252Bの各々において実現できる。例えば、電力変換装置203は、いずれかの一の個別導電路の遮断スイッチ70を遮断状態にした場合でも、他の個別導電路に対応する変換回路部(第2回路20等)を動作させることで、電力変換を継続することができる。しかも、電力変換装置203は、一の個別導電路を遮断した状態で他の個別導電路に対応する変換回路部を動作させる際に、当該他の個別導電路での遮断スイッチ70の機能とダイオード60の機能を、上記一の個別導電路とは別で維持することができる。
Even in such a
<第3実施形態>
次の説明は、第3実施形態の電力変換装置303に関する。
図3に示される車載システム301は、電力変換装置3を電力変換装置303に変更した点のみが図1の車載システム1と異なり、その他の点は車載システム1と同一である。よって、車載システム301において、車載システム1と同一の構成をなす部分については、車載システム1と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
<Third Embodiment>
The following description relates to the
The in-
第3実施形態の電力変換装置303は、図1の電力変換部5に加えて電力変換部305が設けられている点、遮断スイッチ70に代えて遮断スイッチ370が設けられている点が第1実施形態の電力変換装置3と異なる。つまり、第1実施形態の電力変換装置3は、第3実施形態の電力変換装置303から電力変換部305を省略した構成である。
The first aspect of the
第3実施形態の電力変換装置303は、電力変換部5に加えて電力変換部305が設けられ、第1導電路51と第2導電路52との間に電力変換部5と電力変換部305とが並列に接続されている。電力変換部5と電力変換部305は互いに同一の回路構成をなす。電力変換装置303は、複数の電力変換部(電力変換部5と電力変換部305)が設けられているため、第1回路10、第2回路20、トランス30、などがそれぞれ複数設けられた構成である。
The
図3の構成では、複数の第1回路10の各々が第1導電路51に接続されており、複数のトランス30の各々の第1コイル31が複数の第1回路10にそれぞれ接続されている。この例では、複数のトランス30が、トランス部の一例に相当する。そして、複数のトランス30の各々の第2コイル32が、各々の第2回路20にそれぞれ接続されている。図3の例では、第2導電路52が共通導電路の一例に相当し、複数の第2回路20のいずれからも電流が流れる経路をなす。
In the configuration of FIG. 3, each of the plurality of
図3の構成では、第2導電路52(共通導電路)に遮断スイッチ370が設けられる。遮断スイッチ370は、互いに逆向きで直列に接続される一対のスイッチ素子371,372と、互いに逆向きで直列に接続される一対のスイッチ素子373,374とが並列に設けられている。図3の例では、スイッチ素子371,372,373,374は、いずれもMOSFETである。遮断スイッチ370のオフ状態は、スイッチ素子371,372,373,374が全てオフ状態となっている状態である。遮断スイッチ370がオフ状態のときには、第2導電路52において遮断スイッチ370を跨いでの通電が双方向に遮断される。
In the configuration of FIG. 3, a
ダイオード60は、第2導電路52に電気的に接続される。ダイオード60のカソードは、第2導電路52におけるインダクタ24と遮断スイッチ370の間の部位52Aに電気的に接続される。ダイオード60のアノードは、グラウンドに電気的に接続される。図3の例では、第2導電路52においてダイオード60のアノードが電気的に接続される接続点P3とインダクタ24の間に、コンデンサ42の一方の電極が電気的に接続されている。
The
制御部7は、正常状態において予め定められた第1時期に、電力変換部5,305の各々に降圧動作を行わせる。制御部7は、当該降圧動作の際に、各第1回路10に対して第1実施形態と同様の上述の第1変換動作を行わせ、各第2回路20に対して第1実施形態と同様の上述の第4変換動作を行わせる。制御部7が電力変換部5,305の各々に対して降圧動作を行わせる制御を実行することにより、第2導電路52に第1目標値の出力電圧が印加される。第1目標値は、第1実施形態と同様に設定される。
The
制御部7は、正常状態において予め定められた第2時期に、電力変換部5,305の各々に昇圧動作を行わせる。制御部7は、当該昇圧動作の際に、各第1回路10に対して第1実施形態と同様の上述の第2変換動作を行わせ、各第2回路20に対して第1実施形態と同様の上述の第3変換動作を行わせる。制御部7が電力変換部5,305の各々に対して昇圧動作を行わせる制御を実行することにより、第1導電路51に第2目標値の出力電圧が印加される。第2目標値は、第1実施形態と同様に設定される。
The
電力変換装置303での上記正常状態は、予め定められた異常状態が発生していない状態である。電力変換装置303での上記異常状態は、例えば、第2導電路52の電圧が閾値未満となった状態である。この閾値は、低圧バッテリ182の満充電時の出力電圧よりも低い値であり、0Vよりも高い電圧である。なお、制御部7は、第1実施形態と同様の方法で、第2導電路52の電圧値を把握し得る。
The above-mentioned normal state in the
制御部7は、上記正常状態において上記降圧動作又は上記昇圧動作を行っているときに上記異常状態が発生した場合、遮断スイッチ370をオフ状態に切り替える。例えば、制御部7は、いずれかの第2回路20において地絡が発生したことで第2導電路52の電圧が閾値以下に急低下した場合、制御部7は、遮断スイッチ370をオフ状態に切り替える。これにより、低圧バッテリ182から地絡発生部分に向かって電流が流れ込むことを遮断することができる。
When the abnormal state occurs while the step-down operation or the step-up operation is being performed in the normal state, the
図3で示される電力変換装置303は、トランス部(複数のトランス30)と第2導電路52(共通導電路)の間に複数の第2回路20が並列に接続される。この電力変換装置303は、何らかの理由によっていずれかの第2回路20を停止せざるを得ない場合でも、他の第2回路20によって電力変換を継続しやすい。しかも、この電力変換装置303は、第2導電路52(共通導電路)に遮断スイッチ370が設けられ且つ複数の第2回路20と遮断スイッチ370の間にダイオード60のカソードが電気的に接続される構成である。この電力変換装置303は、第2導電路52を介して第2回路20へ電流が流れ込むことを防ぐ機能を遮断スイッチの数を抑えて実現でき、遮断スイッチ370の遮断直後に第2回路20付近に影響を及ぼすことを抑える機能をダイオードの数を抑えて実現できる。
In the
<第4実施形態>
図4に示される車載システム401は、電力変換装置3を電力変換装置403に変更した点のみが図1の車載システム1と異なり、その他の点は車載システム1と同一である。よって、車載システム401において、車載システム1と同一の構成をなす部分については、車載システム1と同一の符号が付され、詳細な説明は省略される。
<Fourth Embodiment>
The in-
第4実施形態の電力変換装置403の回路構成は、コンデンサ42に代えてコンデンサ442を設けた点、図1の遮断スイッチ70におけるスイッチ素子71とスイッチ素子72を入れ替えて遮断スイッチ470を構成した点のみが電力変換装置3の回路構成と異なる。電力変換装置403において、電力変換部5は、第1実施形態における電力変換部5と同一である。つまり、上述の「3.電力変換部の構成」の説明は、電力変換装置403の電力変換部5の説明でもある。
The circuit configuration of the
コンデンサ41は、高圧バッテリ181と第1回路10との間に設けられる。コンデンサ41は、一方の電極が第1導電路51に電気的に接続され、他方の電極が第3導電路53に電気的に接続される。コンデンサ41の両端には、第1導電路51と第3導電路53との間の電圧が印加される。
The capacitor 41 is provided between the
コンデンサ442は、一方の電極が第2導電路52に電気的に接続され、他方の電極がグラウンドに電気的に接続される。コンデンサ442の両端には、第2導電路52とグラウンドの間の電圧が印加される。コンデンサ442は、第2導電路52において遮断スイッチ470に対して第2回路20側とは反対側に電気的に接続される。即ち、コンデンサ442は、遮断スイッチ470と配線部172の間の部位に電気的に接続される。
In the
遮断スイッチ470は、第2導電路52に設けられる。遮断スイッチ470は、第2導電路52において配線部172側から第2回路20側に向かって電流が流れることを遮断する状態と、許容する状態とに切り替わる。図4の例では、遮断スイッチ470は、スイッチ素子71,72を備える。スイッチ素子71,72は、いずれもNチャネル型のMOSFETとして構成されている。スイッチ素子71,72は、互いに逆向きに配置され、直列に接続される。スイッチ素子71,72がいずれもオフ状態のときには、第2導電路において双方向の通電が遮断される。スイッチ素子71,72がいずれもオン状態のときには、第2導電路において双方向の通電が許容される。
The
ダイオード60は、第2導電路52に電気的に接続される。ダイオード60のカソードは、第2導電路52におけるインダクタ24と遮断スイッチ470の間の部位52Aに電気的に接続される。ダイオード60のアノードは、グラウンドに電気的に接続される。具体的には、ダイオード60のアノードとインダクタ24の一端とがスイッチ素子72のソースに電気的に接続される。スイッチ素子72のドレインは、スイッチ素子71のドレインに電気的に接続され、スイッチ素子71のソースはコンデンサ442の一方の電極及び配線部172に電気的に接続される。
The
電力変換装置403は、遮断スイッチ470とダイオード60とインダクタ24とがチョッパ回路480を構成する。このチョッパ回路480は、ダイオード方式の非絶縁型のDCDCコンバータを構成する。制御部7は、スイッチ素子72をオン状態で維持しつつスイッチ素子71のオンオフを制御することにより、チョッパ回路480に電圧変換動作を行わせる。チョッパ回路480は、第2導電路52においてスイッチ素子72と配線部172との間の部位52Bに印加された電圧を降圧してインダクタ24と第2コイル32のセンタータップとの間の導電路26に直流電圧を印加する降圧動作を行い得る。具体的には、制御部7がスイッチ素子72に対してオンオフ信号(例えばPWM信号)を与えてスイッチ素子72にオンオフ動作させることによりチョッパ回路480が上記の降圧動作を行う。
In the
電力変換装置403では、制御部7が、遮断スイッチ470、第1回路10、及び第2回路20を制御する。制御部7は、第1回路10に対して第1実施形態と同様の上述の第1変換動作と上述の第2変換動作とを行わせうる。制御部7は、第2回路20に対して第1実施形態と同様の上述の第3変換動作と上述の第4変換動作とを行わせる。
In the
制御部7は、第1実施形態と同様の上述の正常状態(例えば第2導電路52の電圧が閾値以上の状態)において予め定められた第1時期に、電力変換部5に降圧動作を行わせる。制御部7は、電力変換部5に降圧動作を行わせる場合、第1回路10に対する第1制御と第2回路20に対する第4制御とを並行して行う。第1制御は、第1回路10のスイッチング素子10A,10B,10C,10Dに制御信号を与え、第1導電路51に印加された直流電圧を変換し、トランス30の第1コイル31に交流電圧を発生させる動作(第1変換動作)を第1回路10に行わせる制御である。トランス30(トランス部)は、第1変換動作によって第1コイル31に交流電圧が発生した場合に、第1コイル31の交流電圧に応じた交流電圧を第2コイル32に発生させる。第4制御は、第2コイル32に発生した交流電圧を変換し、第2導電路52に直流電圧を印加する整流動作(第4変換動作)を第2回路20に行わせる制御である。
The
制御部7は、第1実施形態と同様の上述の正常状態(例えば第2導電路52の電圧が閾値以上の状態)において予め定められた第2時期に、電力変換部5に昇圧動作を行わせてコンデンサ41を充電するプリチャージ制御を行う。制御部7は、チョッパ回路480に電圧変換動作を行わせる制御(電圧変換制御)と、第2回路20に第3変換動作を行わせる制御(第3制御)と、第1回路10に第2変換動作を行わせる制御(第2制御)とを並行して行うようにプリチャージ制御を実行する。
The
制御部7は、プリチャージ制御のうちの一つの制御である上記電圧変換制御によってチョッパ回路480に電圧変換動作を行わせる場合、スイッチ素子72に対してオンオフ信号(PWM信号等)を与えることでスイッチ素子72をオンオフ動作させる。この電圧変換制御に応じて、チョッパ回路480は、スイッチ素子72の一方側の部位52Bに印加された直流電圧を入力電圧として降圧動作を行い、インダクタ24の他端側の導電路26に対して部位52Bの電圧よりも低い直流電圧(出力電圧)を印加する。
When the
制御部7は、第2回路20に第3変換動作を行わせる場合、スイッチ素子21,22をプッシュプル動作させるように第3制御を行う。具体的には、制御部7は、チョッパ回路480の上記降圧動作を継続させながら、図5の状態に切り替える第1切替制御、図6の状態に切り替える第2切替制御、図7の状態に切り替える第3切替制御、図8の状態に切り替える第4切替制御を、この順に順次実行し、このような一連の制御(第1~第4切替制御)を繰り返すように上記第3制御を行う。
When the
制御部7は、第1切替制御によって図5の状態に切り替える場合、スイッチ素子71をオン状態で維持しつつスイッチ素子72にオンオフ動作を行わせながら、スイッチ素子21,22及びスイッチング素子10A,10Cをオン状態とする。一方で、制御部7は、第1切替制御では、スイッチング素子10B,10Dをオフ状態とする。制御部7が図5のような第1切替制御を行っているときには、コンデンサ41に蓄積された電荷に基づいて第1導電路51に対して直流電圧が出力される。
When switching to the state shown in FIG. 5 by the first switching control, the
制御部7は、第1切替制御の後、第2切替制御を実行し、図6の状態に切り替える。制御部7は、第2切替制御では、スイッチ素子71をオン状態で維持しつつスイッチ素子72にオンオフ動作を行わせながら、スイッチ素子21をオン状態とし、スイッチ素子22をオフ状態とする。一方で、制御部7は、第2切替制御では、スイッチング素子10B,10Cをオン状態とし、スイッチング素子10A,10Dをオフ状態とする。制御部7が第2切替制御を行うと、第2回路20では、コイル32A側からスイッチ素子21を介してグラウンド側へ電流が流れる。一方、第1回路10では、第1コイル31側からスイッチング素子10C側に向かうように電流が流れ、第1導電路51に対して出力電圧が印加される。このような出力電圧によって、コンデンサ41が充電される。
After the first switching control, the
制御部7は、第2切替制御の後、第3切替制御を実行し、図7の状態に切り替える。制御部7は、第3切替制御では、スイッチ素子71をオン状態で維持しつつスイッチ素子72にオンオフ動作を行わせながら、スイッチ素子21,22及びスイッチング素子10B,10Dをオン状態とし、スイッチング素子10A,10Cをオフ状態とする。制御部7が第3切替制御を行うと、コンデンサ41に蓄積された電荷に基づいて第1導電路51に対して直流電圧が出力される。
After the second switching control, the
制御部7は、第3切替制御の後、第4切替制御を実行し、図8の状態に切り替える。制御部7は、第4切替制御では、スイッチ素子71をオン状態で維持しつつスイッチ素子72にオンオフ動作を行わせながら、スイッチ素子22をオン状態とし、スイッチ素子21をオフ状態とする。一方で、制御部7は、第4切替制御では、スイッチング素子10A,10Dをオン状態とし、スイッチング素子10B,10Cをオフ状態とする。制御部7が第4切替制御を行うと、第2回路20では、コイル32B側からスイッチ素子22を介してグラウンド側へ電流が流れる。一方、第1回路10では、第1コイル31側からスイッチング素子10A側に向かうように電流が流れ、第1導電路51に対して出力電圧が印加される。このような出力電圧によって、コンデンサ41が充電される。制御部7は、第4切替制御の後、第1切替制御を実行する。
After the third switching control, the
制御部7は、上述の第1~第4切替制御を順番に実行するようにプリチャージ制御を行い、これらの一連の制御(第1~第4切替制御)を繰り返す。プリチャージ制御では、チョッパ回路480による降圧動作が行われつつ第2回路20のプッシュプル動作と第1回路10の整流動作が並行して行われることで第2導電路52に印加された直流電圧が昇圧されて第1導電路51に印加され、コンデンサ41が充電される。
The
上述のプリチャージ制御の際に第2回路20が行う動作が第3変換動作であり、第2導電路52に印加された直流電圧を変換し第2コイル32に交流電圧を発生させる動作である。トランス30は、図6、図8のように第3変換動作によって第2コイル32に交流電圧が発生した場合に、第2コイル32の交流電圧に応じた交流電圧を第1コイル31に発生させる。上述のプリチャージ制御の際に第1回路10が行う動作が第1変換動作であり、第1回路10は、図5~図8のように、第1コイル31に発生した交流電圧を変換し、第1導電路51に直流電圧(第2導電路52に印加された直流電圧よりも高い直流電圧)を印加する。
The operation performed by the
制御部7は、予め定められた所定時期に上述のプリチャージ制御を開始する場合、開始時点から所定時間まで、第1~第4切替制御を順番に実行する制御を繰り返すように制御を実行する。上記所定時期は、例えば、車両の始動スイッチがオンされてからコンデンサ41の充電が開始される前の時期などであり、コンデンサ41の充電電圧が所定電圧以下となっている時期である。図9の上段には、上記所定時期にプリチャージ制御を行う場合の各PWM信号のデューティの変化の一例が示される。図9の下段には、図9の上段のように制御を行う場合の、コンデンサ41の充電電圧の変化が示される。図9の例では、開始時点(時間0)において、コンデンサ41の充電電圧が0である。
When the above-mentioned precharge control is started at a predetermined time, the
図9の例では、時間t2が上記所定時間である。図9の例では、制御部7は、少なくとも開始時点(時間0)から時間t2までの間、第1~第4切替制御を順番に実行する制御を繰り返す。図9の例は、制御部7は、上記開始時点(時間0)から時間t2までの間、スイッチ素子72に与えるPWM信号(チョッパ回路480に降圧動作を行わせるためのオンオフ信号)のデューティを次第に上昇させるようにソフトスタート制御を行っている。
In the example of FIG. 9, the time t2 is the predetermined time. In the example of FIG. 9, the
図9の例では、制御部7は、上記所定時期にプリチャージ制御を行う場合、プリチャージ制御の開始時点(時間0)から時間t1までの間、スイッチ素子72に与えるPWM信号のデューティを0から第1値D1(例えば、0.8)まで次第に上昇させながらチョッパ回路480に降圧動作を行わせる。時間t1は、スイッチ素子72に与えるPWM信号のデューティが第1値D1に達した時間である。制御部7は、スイッチ素子72に与えるPWM信号のデューティが第1値D1に達した後、時間t2までの間、スイッチ素子72に与えるPWM信号のデューティを第1値D1から第2値D2(例えば、1.0)まで次第に上昇させながらチョッパ回路480に降圧動作を行わせる。時間t2は、スイッチ素子72に与えるPWM信号のデューティが第2値D2に達した時間である。
In the example of FIG. 9, when the
図9の例では、制御部7は、開始時点(時間0)から時間t1までの間にスイッチ素子72に与えるPWM信号のデューティを0から第1値D1まで上昇させる上昇速度を、その後に第1値D1から第2値D2まで上昇させる上昇速度よりも大きくしている。つまり、D1/t1の値を、(D2-D1)/(t2-t1)の値よりも大きくしている。制御部7は、スイッチ素子72に与えるPWM信号のデューティが時間t2において第2値D2に達した後には、デューティを第2値D2で維持し続けている。つまり、制御部7は、時間t2の後には、スイッチ素子72をオン状態で維持し続けている。
In the example of FIG. 9, the
図9の例では、制御部7は、上記開始時点(時間0)から上述の第3制御を開始し、チョッパ回路480の降圧動作と並行してスイッチ素子21,22にプッシュプル動作を行わせる。制御部7は、上記開始時点(時間0)から時間t1を経過した後の所定時間まで、スイッチ素子21,22にプッシュプル動作を行わせる際にスイッチ素子21,22に与えるデューティを0よりも大きく1よりも小さい値とする。図9の例では、制御部7は、時間0から上記所定時間まで、スイッチ素子21,22に与えるデューティを第3値D3としている。制御部7は、上記所定時間に達した後にスイッチ素子21,22に与えるデューティを第3値D3から次第に上昇させ、予め定めれた所定値(例えば、第1値D1)に達した場合に、スイッチ素子21,22に与えるデューティを当該所定値で維持している。第3値D3は、0よりも大きく第1値D1よりも小さい値(例えば、0.6)である。上記所定時間は、例えば時間t2であってもよく、時間t2よりも早い時間であってもよく、時間t2よりも遅い時間であってもよい。図9の例では、チョッパ回路480を降圧動作させる制御においてスイッチ素子72に与えるPWM信号のデューティを次第に上昇させるようにソフトスタート制御を行っている間の一部期間又は全部期間において、スイッチ素子21,22に与えるデューティをある程度高くしながらプッシュプル動作を行うことができる。この構成によれば、スイッチ素子21,22に与えるデューティを低くしながら次第に上昇させる制御(スイッチ素子21,22のソフトスタート制御)の期間を短くすることができ、コンデンサ41への突入電流を抑えながらコンデンサ41の充電電圧を次第に上昇させるプリチャージ制御を、より高速に行うことができる。
In the example of FIG. 9, the
制御部7は、上記正常状態において上記降圧動作又は上記昇圧動作を行っているときに上記の異常状態(例えば第2導電路52の電圧が閾値未満の状態)が発生した場合、遮断スイッチ70をオフ状態に切り替える。制御部7が遮断スイッチ70をオフ状態に切り替えると、スイッチ素子71,72がいずれもオフ状態になり、第2導電路52において双方向の通電が遮断される。このような遮断動作がなされた場合、ダイオード60によってインダクタ24に蓄積されたエネルギーが転流又は消費され得る。
When the abnormal state (for example, the voltage of the second
電力変換装置403は、遮断スイッチ70が遮断状態に切り替わった場合に、第2導電路52において第2回路20側へ電流が流れることを遮断することができる。よって、この電力変換装置403は、第2導電路52を介して第2回路20へ電流が流れ込むことを遮断スイッチによって防ぐことができ、第2回路に関連する部品を保護することができる。更に、この電力変換装置は、インダクタと遮断スイッチの間の経路に素子部が接続され、これらによってチョッパ回路が構成される。よって、この電力変換装置は、電力変換を行う部分と遮断スイッチとの間に接続される素子によって簡易に機能を高め得る。更に、この電力変換装置は、このようなチョッパ回路を利用してプリチャージ動作を行うことができるため、簡易な構成で一層の高機能化を実現できる。しかも、この電力変換装置は、チョッパ回路での電圧変換動作によって第3変換動作における入力電圧を調整することができる。
The
<他の実施形態>
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
<Other embodiments>
The present disclosure is not limited to the embodiments described above with reference to the description and drawings. For example, the features of the embodiments described above or below can be combined in any combination within a consistent range. Further, any of the features of the above-mentioned or later-described embodiments may be omitted unless it is clearly stated as essential. Further, the above-described embodiment may be modified as follows.
上述の実施形態では、位相シフト方式で動作する絶縁型DCDCコンバータが例示されたが、位相シフト方式ではない通常の方式で動作する一般的な絶縁型DCDCコンバータであってもよい。絶縁型DCDCコンバータを構成する第1回路、第2回路は、第1導電路51と第2導電路52との間で双方向に電圧変換を行い得る回路であれば、他の公知構成が採用されてもよい。
In the above-described embodiment, the isolated DCDC converter that operates by the phase shift method has been exemplified, but a general isolated DCDC converter that operates by a normal method other than the phase shift method may be used. As the first circuit and the second circuit constituting the isolated DCDC converter, other known configurations are adopted as long as they are circuits capable of bidirectional voltage conversion between the first
上述の実施形態では、予め定められた異常状態は、第2導電路52の電圧が閾値未満となった状態であったが、この例に限定されない。例えば、予め定められた異常状態は、第2導電路52の電流が所定値以上となった状態であってもよい。この例では、制御部7は、第2導電路52の電流が所定値以上になった場合に、遮断スイッチ70をオフ状態に切り替え、双方向の通電を遮断する。
In the above-described embodiment, the predetermined abnormal state is a state in which the voltage of the second
上述の実施形態では、ダイオード60が設けられた構成が例示されたが、ダイオード60は、MOSFETのボディダイオードであってもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
上述の実施形態では、遮断スイッチの一例が示されたが、遮断スイッチは、当該遮断スイッチが設けられた箇所において通電を双方向に遮断し得る構成であれば、半導体スイッチを用いた他の構成であってもよく、機械式リレーであってもよい。 In the above-described embodiment, an example of the cutoff switch is shown, but the cutoff switch has another configuration using a semiconductor switch as long as it can cut off the energization in both directions at the place where the cutoff switch is provided. It may be a mechanical relay.
第4実施形態では、ダイオード方式のDCDCコンバータとして構成されたチョッパ回路480が例示されたが、ダイオード60に代えてスイッチ素子71と同様のスイッチ素子を設け、同期整流方式のDCDCコンバータとしてチョッパ回路を動作させてもよい。
In the fourth embodiment, the
第4実施形態では、ダイオード60を用いてチョッパ回路を構成する一例が示されたが、例えば、図2の構成において、変換回路部4,204の各々においてスイッチ素子71,72の位置を入れ替えるとともにコンデンサ42の位置を個別導電路において遮断スイッチ70と共通導電路252Cとの間に配置してもよい。このようにすれば、変換回路部4,204の各々において、インダクタ24、ダイオード60、スイッチ素子72によってチョッパ回路を構成することができる。或いは、図3の構成の一部が変更される構成で、図4のようなチョッパ回路が構成されてもよい。
In the fourth embodiment, an example of forming a chopper circuit using the
第4実施形態では、ダイオード整流方式のチョッパ回路480が構成されたが、ダイオード60がMOSFETなどのスイッチング素子に置き換えられ、同期整流方式のチョッパ回路が構成されてもよい。この場合、制御部は、同期整流方式でチョッパ回路に降圧動作を行わせればよい。
In the fourth embodiment, the diode rectification
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed here, but may be indicated by the scope of claims and include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. Intended.
1,201,301,401: 車載システム
3,203,303,403: 電力変換装置
4,204: 変換回路部
5,305: 電力変換部
7: 制御部
10:第1回路
10A,10B,10C,10D: スイッチング素子
13: インダクタ
20: 第2回路
21,22: スイッチ素子
24: インダクタ
26: 導電路
30: トランス
31: 第1コイル
32: 第2コイル
32A,32B: コイル
41: コンデンサ
42,442: コンデンサ
51: 第1導電路
52: 第2回路
52,252: 第2導電路
53: 第3導電路
60: ダイオード
70,370,470: 遮断スイッチ
71,72,371,372,373,374: スイッチ素子
171,172,173: 配線部
181: 高圧バッテリ
182: 低圧バッテリ
190: 低圧負荷
252A,252B: 個別導電路
252C: 共通導電路
480: チョッパ回路
1,201,301,401: In-vehicle system 3,203,303,403: Power conversion device 4,204: Conversion circuit unit 5,305: Power conversion unit 7: Control unit 10:
Claims (6)
前記第2導電路において前記第2回路側へ電流が流れることを遮断する状態と許容する状態とに切り替わる遮断スイッチと、
前記第2導電路に電気的に接続されるダイオードと、
を有し、
前記第1回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記第1導電路に印加された直流電圧を変換し前記トランス部の前記第1コイルに交流電圧を発生させる第1変換動作を少なくとも行い、
前記トランス部は、前記第1変換動作によって前記第1コイルに交流電圧が発生した場合に、前記第2コイルに交流電圧を発生させ、
前記第2回路は、前記第2導電路に電気的に接続されるインダクタを備え、前記第2コイルに交流電圧が発生した場合に、前記第2導電路に直流電圧を出力し、
前記ダイオードのカソードが前記第2導電路における前記インダクタと前記遮断スイッチの間の部位に電気的に接続され、前記ダイオードのアノードがグラウンドに電気的に接続される
電力変換装置。 The first circuit having a switching element, a transformer unit having a first coil and a second coil connected to the first circuit, and a second circuit connected to the second coil, said first. A power conversion device that performs voltage conversion between a first conductive path connected to one circuit and a second conductive path connected to the second circuit.
A cutoff switch that switches between a state in which the current flows to the second circuit side in the second conductive path and a state in which the current is allowed to flow to the second circuit side.
A diode electrically connected to the second conductive path and
Have,
The first circuit performs at least a first conversion operation of converting a DC voltage applied to the first conductive path by the switching operation of the switching element and generating an AC voltage in the first coil of the transformer unit.
When an AC voltage is generated in the first coil by the first conversion operation, the transformer unit generates an AC voltage in the second coil.
The second circuit includes an inductor that is electrically connected to the second conductive path, and outputs a DC voltage to the second conductive path when an AC voltage is generated in the second coil.
A power conversion device in which the cathode of the diode is electrically connected to a portion of the second conductive path between the inductor and the cutoff switch, and the anode of the diode is electrically connected to the ground.
前記トランス部は、複数の前記第2コイルを備え、
各々の前記第2コイルに各々の前記第2回路がそれぞれ接続されており、
前記第2導電路は、複数の前記第2回路のいずれからも電流が流れる共通導電路を有し、
前記共通導電路に前記遮断スイッチが設けられ、
前記共通導電路において複数の前記第2回路と前記遮断スイッチとの間に、前記ダイオードのカソードが電気的に接続される
請求項1に記載の電力変換装置。 It has a plurality of the above-mentioned second circuits and has a plurality of said second circuits.
The transformer unit includes a plurality of the second coils.
Each of the second circuits is connected to each of the second coils.
The second conductive path has a common conductive path through which a current flows from any of the plurality of second circuits.
The cutoff switch is provided in the common conductive path, and the cutoff switch is provided.
The power conversion device according to claim 1, wherein the cathode of the diode is electrically connected between the plurality of second circuits and the cutoff switch in the common conductive path.
複数の前記遮断スイッチと、
複数の前記ダイオードと、
を有し、
前記トランス部は、複数の前記第2コイルを備え、
各々の前記第2コイルに各々の前記第2回路が接続され、
前記第2導電路は、複数の個別導電路と、共通導電路と、を備え、
各々の前記個別導電路は、複数の前記第2回路の各々に電気的に接続され、前記第2回路とは反対側の端部が前記共通導電路に接続され、
前記共通導電路は、自身の一端が複数の前記個別導電路に接続され且つ複数の前記個別導電路のいずれからも電流が流れる経路をなし、
各々の前記遮断スイッチは、各々の前記個別導電路にそれぞれ設けられ、
各々の前記ダイオードのカソードは、各々の前記個別導電路において前記遮断スイッチと各々の前記第2回路の前記インダクタの間に電気的に接続される
請求項1に記載の電力変換装置。 With the plurality of the second circuits
With the plurality of the cutoff switches,
With the plurality of diodes
Have,
The transformer unit includes a plurality of the second coils.
Each of the second circuits is connected to each of the second coils.
The second conductive path includes a plurality of individual conductive paths and a common conductive path.
Each of the individual conductive paths is electrically connected to each of the plurality of second circuits, and the end opposite to the second circuit is connected to the common conductive path.
The common conductive path has one end connected to the plurality of individual conductive paths and forms a path through which a current flows from any of the plurality of individual conductive paths.
Each of the cutoff switches is provided in each of the individual conductive paths.
The power conversion device according to claim 1, wherein the cathode of each diode is electrically connected between the cutoff switch and the inductor of the second circuit in each individual conductive path.
前記遮断スイッチと前記ダイオードと前記インダクタとがチョッパ回路を構成し、
前記制御部は、前記チョッパ回路に電圧変換動作を行わせる
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 A control unit for controlling the cutoff switch is provided.
The cutoff switch, the diode, and the inductor form a chopper circuit.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit causes the chopper circuit to perform a voltage conversion operation.
前記第1回路は、前記第1コイルに発生した交流電圧を変換し前記第1導電路に直流電圧を印加する第2変換動作を少なくとも行い、
前記第2回路は、前記第2導電路に印加された直流電圧を変換し前記第2コイルに交流電圧を発生させる第3変換動作と、前記第2コイルに発生した交流電圧を変換し前記第2導電路に直流電圧を印加する第4変換動作と、を少なくとも行い、
前記トランス部は、前記第3変換動作によって前記第2コイルに交流電圧が発生した場合に、前記第1コイルに交流電圧を発生させ、
前記制御部は、前記チョッパ回路の前記電圧変換動作と、前記第2回路の前記第3変換動作と、前記第1回路の前記第2変換動作と、を並行して行わせ、前記コンデンサを充電するプリチャージ制御を行う
請求項4に記載の電力変換装置。 A capacitor is electrically connected to the first conductive path.
The first circuit performs at least a second conversion operation of converting an AC voltage generated in the first coil and applying a DC voltage to the first conductive path.
The second circuit has a third conversion operation of converting a DC voltage applied to the second conductive path to generate an AC voltage in the second coil and a third conversion operation of converting the AC voltage generated in the second coil. 2 Perform at least the fourth conversion operation of applying a DC voltage to the conductive path,
When an AC voltage is generated in the second coil by the third conversion operation, the transformer unit generates an AC voltage in the first coil.
The control unit charges the capacitor by causing the voltage conversion operation of the chopper circuit, the third conversion operation of the second circuit, and the second conversion operation of the first circuit to be performed in parallel. The power conversion device according to claim 4, wherein the precharge control is performed.
前記第2導電路において前記第2回路側へ電流が流れることを遮断する状態と許容する状態とに切り替わる遮断スイッチと、
ダイオード又はスイッチを有する素子部と、
前記遮断スイッチ、前記第1回路、及び前記第2回路を制御する制御部と、
を有し、
前記第1導電路には、コンデンサが電気的に接続され、
前記第1回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記第1導電路に印加された直流電圧を変換し前記トランス部の前記第1コイルに交流電圧を発生させる第1変換動作と、前記第1コイルに発生した交流電圧を変換し前記第1導電路に直流電圧を印加する第2変換動作と、を少なくとも行い、
前記第2回路は、前記第2導電路に印加された直流電圧を変換し前記第2コイルに交流電圧を発生させる第3変換動作と、前記第2コイルに発生した交流電圧を変換し前記第2導電路に直流電圧を印加する第4変換動作と、を少なくとも行い、
前記トランス部は、前記第1変換動作によって前記第1コイルに交流電圧が発生した場合に前記第2コイルに交流電圧を発生させ、前記第3変換動作によって前記第2コイルに交流電圧が発生した場合に前記第1コイルに交流電圧を発生させ、
前記第2回路は、前記第2導電路に電気的に接続されるインダクタを備え、
前記素子部の一端が前記第2導電路における前記インダクタと前記遮断スイッチの間の部位に電気的に接続され、前記素子部の他端がグラウンドに電気的に接続され、
前記遮断スイッチと前記素子部と前記インダクタとが、前記第2導電路において電圧変換動作を行うチョッパ回路を構成し、
前記制御部は、前記チョッパ回路の前記電圧変換動作と、前記第2回路の前記第3変換動作と、前記第1回路の前記第2変換動作と、を並行して行わせ、前記コンデンサを充電するプリチャージ制御を行う
電力変換装置。 The first circuit having a switching element, a transformer unit having a first coil and a second coil connected to the first circuit, and a second circuit connected to the second coil, said first. A power conversion device that performs voltage conversion between a first conductive path connected to one circuit and a second conductive path connected to the second circuit.
A cutoff switch that switches between a state in which the current flows to the second circuit side in the second conductive path and a state in which the current is allowed to flow to the second circuit side.
An element part having a diode or a switch,
A control unit that controls the cutoff switch, the first circuit, and the second circuit.
Have,
A capacitor is electrically connected to the first conductive path.
The first circuit has a first conversion operation of converting a DC voltage applied to the first conductive path by a switching operation of the switching element to generate an AC voltage in the first coil of the transformer unit, and the first conversion operation. At least the second conversion operation of converting the AC voltage generated in the coil and applying the DC voltage to the first conductive path is performed.
The second circuit has a third conversion operation of converting a DC voltage applied to the second conductive path to generate an AC voltage in the second coil and a third conversion operation of converting the AC voltage generated in the second coil. 2 Perform at least the fourth conversion operation of applying a DC voltage to the conductive path,
The transformer unit generates an AC voltage in the second coil when an AC voltage is generated in the first coil by the first conversion operation, and an AC voltage is generated in the second coil by the third conversion operation. In some cases, an AC voltage is generated in the first coil.
The second circuit comprises an inductor that is electrically connected to the second conductive path.
One end of the element portion is electrically connected to a portion of the second conductive path between the inductor and the cutoff switch, and the other end of the element portion is electrically connected to the ground.
The cutoff switch, the element unit, and the inductor form a chopper circuit that performs a voltage conversion operation in the second conductive path.
The control unit charges the capacitor by causing the voltage conversion operation of the chopper circuit, the third conversion operation of the second circuit, and the second conversion operation of the first circuit to be performed in parallel. A power conversion device that performs precharge control.
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