JP2024008097A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、直流電力を別の電圧の直流電力に変換する電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a power conversion device that converts DC power to DC power of another voltage.
太陽光発電システムやV2H(Vehicle to Home)システムに使用されるパワーコンディショナは、高効率な電力変換が求められる。V2Hシステムは、電動車(例えば、EV、PHEV)に搭載された蓄電池と、商用電力系統または宅内の負荷との間で充放電することができる。例えば、家庭用の太陽光発電システムで発電した電力を電動車の蓄電池に充電することができる。また、電動車に搭載された蓄電池を、宅内の負荷のピークシフトやバックアップ用途に利用することができる。V2Hシステムで使用されるDC/DCコンバータには高効率であること、絶縁型であることに加え、広範囲の電圧レンジが求められる。電動車に搭載された蓄電池は、車種により蓄電池の電圧が大きく異なるためである。これらの要求を満たすDC/DCコンバータの一つに、DAB(Dual Active Bridge)コンバータがある。 Power conditioners used in solar power generation systems and V2H (vehicle to home) systems are required to have highly efficient power conversion. A V2H system can charge and discharge between a storage battery mounted on an electric vehicle (for example, an EV or PHEV) and a commercial power system or a load in a house. For example, electric power generated by a home solar power generation system can be used to charge the storage battery of an electric vehicle. In addition, the storage battery installed in an electric vehicle can be used for peak load shifting or backup purposes in the home. DC/DC converters used in V2H systems are required to have high efficiency, be isolated, and have a wide voltage range. This is because the voltage of the storage battery installed in an electric vehicle varies greatly depending on the vehicle type. One of the DC/DC converters that meets these requirements is a DAB (Dual Active Bridge) converter.
一般的なDABコンバータでは、低出力時のハードスイッチングによる損失の増加、電力伝送に関係ない無効電流が流れることによる損失の増加が発生する。これに対して例えば、チョッパ方式と位相シフト方式を組み合わせた駆動方式を採用したDABコンバータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In a typical DAB converter, an increase in loss occurs due to hard switching at low output, and an increase in loss due to the flow of reactive current unrelated to power transmission. In response to this, for example, a DAB converter has been proposed that employs a drive method that combines a chopper method and a phase shift method (see, for example, Patent Document 1).
DABコンバータでは、制御操作量に対する出力電流の変動特性(以下、本明細書では制御出力特性という)が、入力電圧と出力電圧の差によって変化する。特に、チョッパ方式を採用したDABコンバータでは、入力電圧と出力電圧の差によって制御出力特性が大きく変化する。制御出力特性の変化が大きいことは、フィードバック制御の性能が安定しないことを意味し、所望の応答が得られないケースが発生する。 In a DAB converter, a variation characteristic of an output current with respect to a control operation amount (hereinafter referred to as a control output characteristic in this specification) changes depending on a difference between an input voltage and an output voltage. In particular, in a DAB converter that employs a chopper method, the control output characteristics vary greatly depending on the difference between the input voltage and the output voltage. A large change in control output characteristics means that the performance of feedback control is unstable, and there are cases where a desired response cannot be obtained.
本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、入力電圧と出力電圧の差に関わらず、フィードバック制御の性能が安定している電力変換装置を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of these circumstances, and its purpose is to provide a power conversion device with stable feedback control performance regardless of the difference between input voltage and output voltage.
上記課題を解決するために、本開示のある態様の電力変換装置は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子が直列接続された第1レグと、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子が直列接続された第2レグを有し、前記第1レグと前記第2レグが第1直流部に並列接続される第1ブリッジ回路と、第5スイッチング素子と第6スイッチング素子が直列接続された第3レグと、第7スイッチング素子と第8スイッチング素子が直列接続された第4レグを有し、前記第3レグと前記第4レグが第2直流部に並列接続される第2ブリッジ回路と、前記第1ブリッジ回路と前記第2ブリッジ回路の間に接続された絶縁トランスと、前記第1スイッチング素子-前記第8スイッチング素子を制御して、前記第2直流部の電力、電圧または電流を制御する制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記第1直流部の電圧と前記第2直流部の電圧の差に応じて、フィードバック制御のゲインを動的に変更する。 In order to solve the above problems, a power conversion device according to an aspect of the present disclosure includes a first leg in which a first switching element and a second switching element are connected in series, and a third switching element and a fourth switching element are connected in series. a first bridge circuit, the first leg and the second leg being connected in parallel to a first direct current section; and a third bridge circuit having a fifth switching element and a sixth switching element connected in series. a second bridge circuit having a fourth leg in which a seventh switching element and an eighth switching element are connected in series, the third leg and the fourth leg being connected in parallel to a second DC section; An isolation transformer connected between the first bridge circuit and the second bridge circuit, and the first switching element to the eighth switching element are controlled to control the power, voltage, or current of the second DC section. A control circuit. The control circuit dynamically changes the gain of feedback control according to the difference between the voltage of the first DC section and the voltage of the second DC section.
本開示によれば、入力電圧と出力電圧の差に関わらず、フィードバック制御の性能を安定させることができる。 According to the present disclosure, the performance of feedback control can be stabilized regardless of the difference between input voltage and output voltage.
図1は、実施の形態に係る電力変換装置1の構成を説明するための図である。電力変換装置1は絶縁型の双方向DC/DCコンバータ(DABコンバータ)であり、第1直流電源E1から供給される直流電力を変換して第2直流電源E2に伝送する。また電力変換装置1は、第2直流電源E2から供給される直流電力を変換して第1直流電源E1に伝送する。電力変換装置1は降圧して電力伝送することも、昇圧して電力伝送することも可能である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a
第1直流電源E1は例えば、電動車に搭載された蓄電池や電気二重層コンデンサ、又は定置型の蓄電池や電気二重層コンデンサが該当する。第2直流電源E2は例えば、インバータを介して商用電力系統に接続された直流バスが該当する。当該直流バスには、他のDC/DCコンバータを介して他の蓄電池、太陽電池、燃料電池等が接続されていてもよい。 The first DC power source E1 is, for example, a storage battery or an electric double layer capacitor mounted on an electric vehicle, or a stationary storage battery or an electric double layer capacitor. The second DC power source E2 is, for example, a DC bus connected to a commercial power system via an inverter. Other storage batteries, solar cells, fuel cells, etc. may be connected to the DC bus via another DC/DC converter.
電力変換装置1は、一次側コンデンサCa、第1ブリッジ回路11、第1インダクタンスL1、絶縁トランスTR1、第2インダクタンスL2、第2ブリッジ回路12、二次側コンデンサCb及び制御回路13を備える。
The
第1直流電源E1と並列に一次側コンデンサCaが接続される。第2直流電源E2と並列に二次側コンデンサCbが接続される。一次側コンデンサCa及び二次側コンデンサCbには例えば、電解コンデンサが使用される。本明細書では、第1直流電源E1と一次側コンデンサCaを総称して第1直流部と呼び、第2直流電源E2と二次側コンデンサCbを総称して第2直流部と呼ぶ。 A primary capacitor Ca is connected in parallel with the first DC power source E1. A secondary capacitor Cb is connected in parallel with the second DC power supply E2. For example, an electrolytic capacitor is used as the primary capacitor Ca and the secondary capacitor Cb. In this specification, the first DC power supply E1 and the primary capacitor Ca are collectively referred to as a first DC section, and the second DC power supply E2 and the secondary capacitor Cb are collectively referred to as a second DC section.
第1ブリッジ回路11は、第1スイッチング素子Q1と第2スイッチング素子Q2が直列接続された第1レグと、第3スイッチング素子Q3と第4スイッチング素子Q4が直列接続された第2レグが並列接続されて構成されるフルブリッジ回路である。第1ブリッジ回路11は第1直流部と並列接続され、第1レグの中点と第2レグの中点が、絶縁トランスTR1の一次巻線n1の両端にそれぞれ接続される。第1ブリッジ回路11は、第1直流部から供給される一次側の直流電圧を交流電圧に変換して、絶縁トランスTR1の一次巻線n1に出力することができる。また第1ブリッジ回路11は、絶縁トランスTR1の一次巻線n1から供給される交流電圧を直流電圧に変換して、第1直流部に出力することができる。
The
第2ブリッジ回路12は、第5スイッチング素子Q5と第6スイッチング素子Q6が直列接続された第3レグと、第7スイッチング素子Q7と第8スイッチング素子Q8が直列接続された第4レグが並列接続されて構成されるフルブリッジ回路である。第2ブリッジ回路12は第2直流部と並列接続され、第3レグの中点と第4レグの中点が、絶縁トランスTR1の二次巻線n2の両端にそれぞれ接続される。第2ブリッジ回路12は、第2直流部から供給される二次側の直流電圧を交流電圧に変換して、絶縁トランスTR1の二次巻線n2に出力することができる。また第2ブリッジ回路12は、絶縁トランスTR1の二次巻線n2から供給される交流電圧を直流電圧に変換して、第2直流部に出力することができる。
The
第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8にはそれぞれ、第1ダイオードD1-第8ダイオードD8が逆並列に接続または形成される。また、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8にはそれぞれ、第1容量C1-第8容量C8が並列に接続または形成される。 A first diode D1 to an eighth diode D8 are connected or formed in antiparallel to the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8, respectively. Furthermore, a first capacitor C1 to an eighth capacitor C8 are connected or formed in parallel to the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8, respectively.
第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8には例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用できる。第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8にIGBTが使用される場合、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のコレクタ・エミッタ間に外付けのダイオード素子を第1ダイオードD1-第8ダイオードD8としてそれぞれ接続する。また、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のコレクタ・エミッタ間に外付けのコンデンサを第1容量C1-第8容量C8としてそれぞれ接続するか、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のコレクタ・エミッタ間にそれぞれ形成される寄生容量を第1容量C1-第8容量C8として使用する。 For example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) can be used for the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8. When IGBTs are used for the first switching element Q1 and the eighth switching element Q8, an external diode element is connected between the collector and emitter of the first switching element Q1 and the eighth switching element Q8. Connect each as D8. Alternatively, external capacitors may be connected between the collectors and emitters of the first switching element Q1 and the eighth switching element Q8 as the first capacitor C1 and the eighth capacitor C8, respectively, or the first switching element Q1 and the eighth switching element Q8 may be Parasitic capacitances formed between the collector and emitter of are used as the first capacitor C1 to the eighth capacitor C8.
第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8にMOSFETが使用される場合、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のドレイン・ソース間にそれぞれ形成される寄生ダイオードを第1ダイオードD1-第8ダイオードD8として使用するか、外付けのダイオード素子を第1ダイオードD1-第8ダイオードD8としてそれぞれ接続する。また、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のドレイン・ソース間にそれぞれ形成される寄生容量を第1容量C1-第8容量C8として使用するか、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のドレイン・ソース間に外付けのコンデンサを第1容量C1-第8容量C8としてそれぞれ接続する。 When MOSFETs are used for the first switching element Q1-eighth switching element Q8, parasitic diodes formed between the drains and sources of the first switching element Q1-eighth switching element Q8 are connected to the first diode D1-eighth switching element Q8. They may be used as the diode D8, or external diode elements may be connected as the first diode D1 to the eighth diode D8, respectively. Alternatively, parasitic capacitances formed between the drains and sources of the first switching element Q1 and the eighth switching element Q8 may be used as the first capacitance C1 and the eighth capacitance C8, or External capacitors are connected between the drain and source of Q8 as a first capacitor C1 to an eighth capacitor C8, respectively.
第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8にそれぞれ並列に接続または形成される第1容量C1-第8容量C8の容量値は全て対応している。即ち、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のコレクタ・エミッタ間またはドレイン・ソース間の容量値は実質的に等しい。同様に、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8にそれぞれ逆並列に接続または形成される第1ダイオードD1-第8ダイオードD8の抵抗値も全て対応している。このように、第1レグ-第4レグの構成は全て対応しており、製造コストと回路面積の低減に寄与している。また、どのようなスイッチングパターンにも柔軟に対応することができる。 The capacitance values of the first capacitor C1 to the eighth capacitor C8, which are connected or formed in parallel to the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8, respectively, correspond to each other. That is, the collector-emitter or drain-source capacitance values of the first switching element Q1 and the eighth switching element Q8 are substantially equal. Similarly, the resistance values of the first diode D1 to the eighth diode D8, which are connected or formed in antiparallel to the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8, respectively, also correspond to each other. In this way, the configurations of the first leg and the fourth leg are all compatible, contributing to reductions in manufacturing costs and circuit area. Furthermore, it can flexibly accommodate any switching pattern.
絶縁トランスTR1は、第1ブリッジ回路11の交流端子と第2ブリッジ回路12の交流端子との間に接続される。絶縁トランスTR1は、一次巻線n1に接続される第1ブリッジ回路11の出力電圧を、一次巻線n1と二次巻線n2の巻数比に応じて変換し、二次巻線n2に接続される第2ブリッジ回路12に出力する。また絶縁トランスTR1は、二次巻線n2に接続される第2ブリッジ回路12の出力電圧を、二次巻線n2と一次巻線n1の巻数比に応じて変換し、一次巻線n1に接続される第1ブリッジ回路11に出力する。
The isolation transformer TR1 is connected between the AC terminal of the
第1インダクタンスL1は、第1ブリッジ回路11の交流端子と絶縁トランスTR1の一次巻線n1の間に、直列に接続または形成される。第2インダクタンスL2は、第2ブリッジ回路12の交流端子と絶縁トランスTR1の二次巻線n2の間に、直列に接続または形成される。図1に示す例では、第1インダクタンスL1は、第1ブリッジ回路11の第1レグの中点と絶縁トランスTR1の一次巻線n1との間に接続されたリアクトル素子で構成されている。第2インダクタンスL2は、第2ブリッジ回路12の第3レグの中点と絶縁トランスTR1の二次巻線n2との間に接続されたリアクトル素子で構成されている。
The first inductance L1 is connected or formed in series between the AC terminal of the
なお、第1インダクタンスL1は、第1ブリッジ回路11の第1レグの中点と、絶縁トランスTR1の一次巻線n1との間に形成される一次巻線n1の漏れインダクタンスで構成されてもよい。第2インダクタンスL2は、第2ブリッジ回路12の第3レグの中点と、絶縁トランスTR1の二次巻線n2との間に形成される二次巻線n2の漏れインダクタンスで構成されてもよい。なお、第1インダクタンスL1と第2インダクタンスL2のいずれか一方が省略されてもよい。
Note that the first inductance L1 may be configured by the leakage inductance of the primary winding n1 formed between the midpoint of the first leg of the
一次側の第1電圧センサ21は、第1直流部の両端電圧を検出して、検出した電圧値を制御回路13に出力する。二次側の第2電圧センサ22は、第2直流部の両端電圧を検出して、検出した電圧値を制御回路13に出力する。二次側の電流センサ23は、第2直流部に流れる電流を検出して、検出した電流値を制御回路13に出力する。電流センサ23には例えば、CTセンサを使用することができる。なお図1では省略しているが、一次側にも電流センサが設けられている。
The
制御回路13は、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のゲート端子またはベース端子に駆動信号(PWM(Pulse Width Modulation)信号)を供給することにより、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8を制御する。制御回路13の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、又はハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコントローラ、DSP、ROM、RAM、ASIC、FPGA、その他のLSIを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
The
制御回路13は基本制御として以下の制御を実行する。制御回路13は、第1直流部から第2直流部へ電力伝送する際(第1直流電源E1から放電する際)、二次側の電流センサ23により検出される電流値が電流指令値を維持するように第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8を制御する。なお、一次側の第1電圧センサ21により検出される電圧値、二次側の第2電圧センサ22により検出される二次側の電圧値、一次側の電流センサで検出される電流値を目標値として制御してもよい。
The
また制御回路13は、第2直流部から第1直流部へ電力伝送する際(第1直流電源E1に充電する際)、一次側の電流センサにより検出される電流値が電流指令値を維持するように第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8を制御する。なお、一次側の第1電圧センサ21により検出される電圧値、二次側の第2電圧センサ22により検出される二次側の電圧値、二次側の電流センサ23で検出される電流値を目標値として制御してもよい。
Further, the
このようにDABコンバータは、一次側と二次側が対称な構成であり、双方向に電力伝送することができる。以下、電力変換装置1の動作を説明する。
In this way, the DAB converter has a symmetrical configuration in which the primary side and the secondary side are configured so that power can be transmitted bidirectionally. The operation of the
(比較例1)
図2(a)-(c)は、電力変換装置1の比較例1に係る動作状態を説明するための図である。図2(a)に示す第1状態では、制御回路13は、第1スイッチング素子Q1、第4スイッチング素子Q4、第6スイッチング素子Q6及び第7スイッチング素子Q7をオン状態、第2スイッチング素子Q2、第3スイッチング素子Q3、第5スイッチング素子Q5及び第8スイッチング素子Q8をオフ状態に制御する。この状態では第1直流電源E1から第1インダクタンスL1に電力が充電され、第2直流電源E2から第2インダクタンスL2に電力が充電される。
(Comparative example 1)
FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining the operating state of the
図2(b)に示す第2状態では、制御回路13は、第1スイッチング素子Q1、第4スイッチング素子Q4、第5スイッチング素子Q5及び第8スイッチング素子Q8をオン状態、第2スイッチング素子Q2、第3スイッチング素子Q3、第6スイッチング素子Q6及び第7スイッチング素子Q7をオフ状態に制御する。この状態では第1直流電源E1の電力と、第1インダクタンスL1に蓄積された電力と、第2インダクタンスL2に蓄積された電力が第2直流電源E2に伝送される。
In the second state shown in FIG. 2(b), the
第3状態(不図示)では、制御回路13は、第2スイッチング素子Q2、第3スイッチング素子Q3、第5スイッチング素子Q5及び第8スイッチング素子Q8をオン状態、第1スイッチング素子Q1、第4スイッチング素子Q4、第6スイッチング素子Q6及び第7スイッチング素子Q7をオフ状態に制御する。この状態では第1直流電源E1から第1インダクタンスL1に電力が充電され、第2直流電源E2から第2インダクタンスL2に電力が充電される。
In the third state (not shown), the
第4状態(不図示)では、制御回路13は、第2スイッチング素子Q2、第3スイッチング素子Q3、第6スイッチング素子Q6及び第7スイッチング素子Q7をオン状態、第1スイッチング素子Q1、第4スイッチング素子Q4、第5スイッチング素子Q5及び第8スイッチング素子Q8をオフ状態に制御する。この状態では第1直流電源E1の電力と、第1インダクタンスL1に蓄積された電力と、第2インダクタンスL2に蓄積された電力が第2直流電源E2に伝送される。
In the fourth state (not shown), the
当該比較例1に係る制御では、第1状態(図2(a)参照)と第3状態(不図示)で、第2直流電源E2の電力が第2インダクタンスL2に充電されている。その後の第2状態(図2(b)参照)と第4状態(不図示)で、第2インダクタンスL2に蓄積された電力が第2直流電源E2に放電されている。即ち、二次側において電力伝送に関係ない無効電流が流れている。この無効電流が流れることにより無駄な損失が発生している。 In the control according to Comparative Example 1, the second inductance L2 is charged with the power of the second DC power supply E2 in the first state (see FIG. 2A) and the third state (not shown). In the subsequent second state (see FIG. 2(b)) and fourth state (not shown), the power accumulated in the second inductance L2 is discharged to the second DC power source E2. That is, a reactive current unrelated to power transmission flows on the secondary side. The flow of this reactive current causes unnecessary loss.
図2(c)は、図2(b)に示した第2状態において、第1直流電源E1の電圧が第2直流電源E2の電圧に対して大きく低下した場合の電流の流れを示している。第2直流電源E2の電圧が第1直流電源E1の電圧に対して高くなると、電流の向きが逆になり、第2直流電源E2から第1直流電源E1に電流が逆流する。この状態において、次の状態に遷移するために第1スイッチング素子Q1及び第4スイッチング素子Q4がターンオフされ、第2スイッチング素子Q2及び第3スイッチング素子Q3がターンオンされると、第2スイッチング素子Q2及び第3スイッチング素子Q3がハードスイッチングになり、また、第1スイッチング素子Q1の第1ダイオードD1及び第4スイッチング素子Q4の第4ダイオードD4はリカバリ動作となり、損失が増加する。 FIG. 2(c) shows the current flow when the voltage of the first DC power source E1 is significantly lower than the voltage of the second DC power source E2 in the second state shown in FIG. 2(b). . When the voltage of the second DC power source E2 becomes higher than the voltage of the first DC power source E1, the direction of the current is reversed, and the current flows backward from the second DC power source E2 to the first DC power source E1. In this state, in order to transition to the next state, the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 are turned off, and the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are turned on. The third switching element Q3 becomes hard switching, and the first diode D1 of the first switching element Q1 and the fourth diode D4 of the fourth switching element Q4 enter recovery operation, resulting in increased loss.
(比較例2)
図3(a)-(c)は、電力変換装置1の比較例2に係る動作状態を説明するための図である。図4(a)-(d)は、電力変換装置1の比較例2に係る第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のスイッチングパターンを説明するための図である。比較例2では、位相シフト方式を採用している。第1スイッチング素子Q1-第6スイッチング素子Q6のデューティ比は50%で固定され、第7スイッチング素子Q7及び第8スイッチング素子Q8は全オフ状態を維持する。
(Comparative example 2)
FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining the operating state of the
図4(a)-(b)に示すように比較例2の降圧動作では、第1レグ(第1スイッチング素子Q1と第2スイッチング素子Q2)の位相が固定、第2レグ(第3スイッチング素子Q3と第4スイッチング素子Q4)の位相が可変とされ、第2レグの位相が制御されることにより、第1レグと第2レグの位相差θ1が制御される。第3レグ(第5スイッチング素子Q5と第6スイッチング素子Q6)は、第2レグに同期して制御される。制御回路13は、一次側から二次側へ伝送する電力を増加させる場合、位相差θ1が小さくなるように制御し(第2レグの位相を左にシフト)、一次側から二次側へ伝送する電力を減少させる場合、位相差θ1が大きくなるように制御する(第2レグの位相を右にシフト)。
As shown in FIGS. 4(a) and 4(b), in the buck operation of Comparative Example 2, the phase of the first leg (first switching element Q1 and second switching element Q2) is fixed, and the phase of the second leg (third switching element Q2) is fixed. By making the phases of Q3 and the fourth switching element Q4 variable and controlling the phase of the second leg, the phase difference θ1 between the first leg and the second leg is controlled. The third leg (fifth switching element Q5 and sixth switching element Q6) is controlled in synchronization with the second leg. When increasing the power transmitted from the primary side to the secondary side, the
図4(c)-(d)に示すように比較例2の昇圧動作では、第1レグ及び第2レグの位相が固定、第3レグの位相が可変とされ、第3レグの位相が制御されることにより、第1レグ及び第2レグと、第3レグとの位相差θ2が制御される。制御回路13は、一次側から二次側へ伝送する電力を増加させる場合、位相差θ2が大きくなるように制御し(第3レグの位相を右にシフト)、一次側から二次側へ伝送する電力を減少させる場合、位相差θ2が小さくなるように制御する(第3レグの位相を左にシフト)。
As shown in FIGS. 4(c) to 4(d), in the boost operation of Comparative Example 2, the phases of the first and second legs are fixed, the phase of the third leg is variable, and the phase of the third leg is controlled. As a result, the phase difference θ2 between the first leg, the second leg, and the third leg is controlled. When increasing the power transmitted from the primary side to the secondary side, the
図3(a)は、第1直流電源E1から第2直流電源E2へ電力が伝送される状態を示している(以下、伝送状態という)。なお、伝送状態では二次側の第2ブリッジ回路12は整流状態であればよく、第3レグを構成する第5スイッチング素子Q5及び第6スイッチング素子Q6の両方がオフ状態に制御されてもよい。
FIG. 3A shows a state in which power is transmitted from the first DC power source E1 to the second DC power source E2 (hereinafter referred to as a transmission state). In addition, in the transmission state, the
図3(b)は、第1インダクタンスL1及び第2インダクタンスL2から第2直流電源E2へ電力が伝送される状態を示している(以下、転流状態という)。図3(c)は、第1直流電源E1から第1インダクタンスL1及び第2インダクタンスL2に電力が蓄積される状態を示している(以下、蓄積状態という)。 FIG. 3B shows a state in which power is transmitted from the first inductance L1 and the second inductance L2 to the second DC power source E2 (hereinafter referred to as commutation state). FIG. 3C shows a state in which power is accumulated in the first inductance L1 and the second inductance L2 from the first DC power source E1 (hereinafter referred to as an accumulation state).
降圧動作では伝送状態と転流状態の比率で、伝送される電力の電圧または電流が制御される。転流状態の比率が高いほど、伝送される電力の電圧または電流が低く制御される。昇圧動作では伝送状態と蓄積状態の比率で、伝送される電力の電圧または電流が制御される。蓄積状態の比率が高いほど、伝送される電力の電圧または電流が高く制御される。 In step-down operation, the voltage or current of the transmitted power is controlled by the ratio between the transmission state and the commutation state. The higher the ratio of commutation states, the lower the voltage or current of the transmitted power is controlled. In boost operation, the voltage or current of the transmitted power is controlled by the ratio between the transmission state and the storage state. The higher the ratio of the accumulation state, the higher the voltage or current of the transmitted power is controlled.
比較例2では、第7スイッチング素子Q7及び第8スイッチング素子Q8は全オフ状態を維持するため第2直流電源E2から、第2インダクタンスL2、第1インダクタンスL1及び第1直流電源E1に電流が逆流することはない。即ち、比較例1に示したような第2直流電源E2から電流が逆流することによる無効電流が発生しない。また、第2直流電源E2の電圧が第1直流電源E1の電圧に対して高くなっても、第2直流電源E2から第1直流電源E1に電流が逆流することはない。したがって、第1ダイオードD1及び第4ダイオードD4によるリカバリ損失、及び第2スイッチング素子Q2及び第3スイッチング素子Q3のハードスイッチングを抑制できる。 In Comparative Example 2, current flows backward from the second DC power supply E2 to the second inductance L2, the first inductance L1, and the first DC power supply E1 in order to maintain the seventh switching element Q7 and the eighth switching element Q8 in a completely off state. There's nothing to do. That is, no reactive current is generated due to reverse current flow from the second DC power source E2 as shown in Comparative Example 1. Furthermore, even if the voltage of the second DC power source E2 becomes higher than the voltage of the first DC power source E1, current will not flow backward from the second DC power source E2 to the first DC power source E1. Therefore, recovery loss caused by the first diode D1 and the fourth diode D4 and hard switching of the second switching element Q2 and the third switching element Q3 can be suppressed.
しかしながら、図4(b)に示す降圧動作の最大電力時スイッチングパターンから、図4(c)に示す昇圧動作の最小電力時スイッチパターンに遷移する際、第3レグのデッドタイムTdを挿入する必要がある。即ち、降圧動作から昇圧動作に遷移するには伝送状態から蓄積状態に遷移させる必要があり、その遷移の間にデッドタイムTdを挿入する必要がある。このデッドタイムTdは、制御操作量の変化(スイッチング波形の変化)に対して、伝送される電力が変化しない期間(不感期間)となる。即ち、制御回路13が伝送する電力を増加させるように制御しているが、実際には電力が増加しない期間となる。この不感期間により、出力電流に歪みが発生しやすくなる。以下、本実施例では、第2直流電源E2からの逆流も発生せず、不感期間も発生しないDABコンバータの制御方法を提案する。なお、不感期間はPWM方式でも発生する。
However, when transitioning from the maximum power switching pattern for buck operation shown in FIG. 4(b) to the minimum power switching pattern for boost operation shown in FIG. 4(c), it is necessary to insert the dead time Td of the third leg. There is. That is, in order to make a transition from a step-down operation to a step-up operation, it is necessary to make a transition from a transmission state to an accumulation state, and it is necessary to insert a dead time Td between the transitions. This dead time Td is a period (dead period) in which the transmitted power does not change in response to a change in the control operation amount (change in the switching waveform). That is, although the
(実施例)
図5(a)-(d)は、電力変換装置1の実施例に係る動作状態を説明するための図である。図6(a)-(c)は、電力変換装置1の実施例に係る第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のスイッチングパターンを説明するための図である。本実施例はPWM方式を採用しており、制御回路13は、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8の各スイッチング素子のオン/オフ時間を制御することで、第1直流部から第2直流部へ伝送する電力の電圧または電流を制御する。
(Example)
FIGS. 5(a) to 5(d) are diagrams for explaining the operating state of the
本実施例でも伝送状態、転流状態、蓄積状態を切り替えることにより、伝送される電力の電圧または電流を制御する。伝送状態は、第1ブリッジ回路11が第1直流部と絶縁トランスTR1の一次巻線n1を導通させ、第2ブリッジ回路12が絶縁トランスTR1の二次巻線n2を第2直流部と導通させた状態である。
In this embodiment as well, the voltage or current of the transmitted power is controlled by switching the transmission state, commutation state, and accumulation state. In the transmission state, the
伝送状態は、第1パターンと第2パターンを含む。第1パターンは、第1スイッチング素子Q1と第4スイッチング素子Q4がオン状態で、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3がオフ状態で、第2ブリッジ回路12が整流状態であるパターンである(図5(a)-(b)参照)。図5(a)に示す伝送状態aは二次側をダイオード整流させた例であり、図5(b)に示す伝送状態bは二次側を同期整流させた例である。第2パターンは、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3がオン状態で、第1スイッチング素子Q1と第4スイッチング素子Q4がオフ状態で、第2ブリッジ回路12が整流状態であるパターンである。
The transmission state includes a first pattern and a second pattern. The first pattern is a pattern in which the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 are in the on state, the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are in the off state, and the
転流状態は、絶縁トランスTR1の一次巻線n1の両端が第1ブリッジ回路12内で短絡し、第2ブリッジ回路12が絶縁トランスTR1の二次巻線n2を第2直流部と導通させた状態である。転流状態は、第3パターンと第4パターンを含む。第3パターンは、第1スイッチング素子Q1または第4スイッチング素子Q4がオン状態で、第4スイッチング素子Q4または第1スイッチング素子Q1、及び第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3がオフ状態で、第2ブリッジ回路12が整流状態であるパターンである(図5(c)参照)。第4パターンは、第2スイッチング素子Q2または第3スイッチング素子Q3がオン状態で、第3スイッチング素子Q3または第2スイッチング素子Q2、及び第1スイッチング素子Q1と第4スイッチング素子Q4がオフ状態で、第2ブリッジ回路12が整流状態であるパターンである。
In the commutation state, both ends of the primary winding n1 of the isolation transformer TR1 are short-circuited within the
蓄積状態は、第1ブリッジ回路11が第1直流部と絶縁トランスTR1の一次巻線n1を導通させ、絶縁トランスTR1の二次巻線n2の両端が第2ブリッジ回路12内で短絡した状態である。蓄積状態は、第5パターンと第6パターンを含む。第5パターンは、第1スイッチング素子Q1と第4スイッチング素子Q4、及び第6スイッチング素子Q6または第7スイッチング素子Q7がオン状態で、残りのスイッチング素子がオフ状態であるパターンである。第6パターンは、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3、及び第5スイッチング素子Q5または第8スイッチング素子Q8がオン状態で、残りのスイッチング素子がオフ状態であるパターンである。
In the accumulation state, the
制御回路13は、第1パターンの期間と第2パターンの期間を同期させる。即ち、第1パターンの期間と第2パターンの期間を実質的に同じ時間に制御する。また制御回路13は、第3パターンの期間と第4パターンの期間を同期させる。即ち、第3パターンの期間と第4パターンの期間を実質的に同じ時間に制御する。また制御回路13は、第5パターンの期間と第6パターンの期間を同期させる。即ち、第5パターンの期間と第6パターンの期間を実質的に同じ時間に制御する。これらの制御により、正負対称な動作となり、絶縁トランスTR1に直流偏磁が発生することを抑制することができる。
The
図6(a)は、第1の動作モードのスイッチングパターンを示す。第1の動作モードは降圧時の動作モードである。第1の動作モードでは、第1レグと第2レグの一方のレグのデューティ比を100%(時比率=1)に固定し、他方のレグのデューティ比を可変とする。本実施例では、デューティ比=100%(時比率=1)を、(半周期(Tsw/2)-デッドタイムTd)とする。図6(a)に示す例では第2レグのデューティ比を100%に固定し、第1レグのデューティ比を可変としている。第1レグのデューティ比が大きくなる(オン時間が長くなる)ほど、転流期間より伝送期間が長くなり、伝送される電力が増加する。このように降圧動作では、一次側のPWM制御で、伝送される電力の電圧または電流が制御される。 FIG. 6(a) shows the switching pattern of the first operation mode. The first operation mode is a voltage step-down operation mode. In the first operation mode, the duty ratio of one of the first leg and the second leg is fixed at 100% (duty ratio=1), and the duty ratio of the other leg is made variable. In this embodiment, duty ratio=100% (duty ratio=1) is set as (half cycle (Tsw/2)−dead time Td). In the example shown in FIG. 6A, the duty ratio of the second leg is fixed at 100%, and the duty ratio of the first leg is variable. As the duty ratio of the first leg becomes larger (on-time becomes longer), the transmission period becomes longer than the commutation period, and the transmitted power increases. In this way, in step-down operation, the voltage or current of transmitted power is controlled by PWM control on the primary side.
第1の動作モードにおいて、制御回路13は、第1スイッチング素子Q1のターンオンに同期して、第4スイッチング素子Q4をターンオンさせる。次に制御回路13は、第1スイッチング素子Q1のターンオフに同期して、第8スイッチング素子Q8をターンオンさせる。なお、第2レグのデューティ比を可変とする場合、第1スイッチング素子Q1ではなく第4スイッチング素子Q4をターンオフさせる。
In the first operation mode, the
第8スイッチング素子Q8をターンオンさせることにより同期整流させている。同期整流はダイオード整流より損失が少ないため、第8スイッチング素子Q8がオフ状態で第8ダイオードD8を電流が通過する場合と比較して、二次側の損失が低減される。また、第5スイッチング素子Q5がオフ状態で第5ダイオードD5を電流が通過することにより、二次側に流れる電流の向きが反転することを防止することができる。なお、第8スイッチング素子Q8の代わりに第5スイッチング素子Q5をターンオンさせてもよい。なお、同期整流させない場合は、第8スイッチング素子Q8及び第5スイッチング素子Q5をターンオンさせる必要はない。 Synchronous rectification is performed by turning on the eighth switching element Q8. Since synchronous rectification has less loss than diode rectification, the loss on the secondary side is reduced compared to the case where current passes through the eighth diode D8 with the eighth switching element Q8 in the off state. Further, by allowing current to pass through the fifth diode D5 while the fifth switching element Q5 is in the off state, it is possible to prevent the direction of the current flowing to the secondary side from being reversed. Note that the fifth switching element Q5 may be turned on instead of the eighth switching element Q8. Note that if synchronous rectification is not performed, it is not necessary to turn on the eighth switching element Q8 and the fifth switching element Q5.
次に制御回路13は、第4スイッチング素子Q4のターンオフに同期して、第8スイッチング素子Q8をターンオフさせる。
Next, the
デッドタイムTdを挟み、制御回路13は、第2スイッチング素子Q2のターンオンに同期して、第3スイッチング素子Q3をターンオンさせる。次に制御回路13は、第2スイッチング素子Q2のターンオフに同期して、第7スイッチング素子Q7をターンオンさせる。なお、第2レグのデューティ比を可変とする場合、第2スイッチング素子Q2ではなく第3スイッチング素子Q3をターンオフさせる。
With the dead time Td in between, the
第7スイッチング素子Q7をターンオンさせることにより同期整流させている。なお、第7スイッチング素子Q7の代わりに第6スイッチング素子Q6をターンオンさせてもよい。なお、同期整流させない場合は、第7スイッチング素子Q7及び第6スイッチング素子Q6をターンオンさせる必要はない。 Synchronous rectification is performed by turning on the seventh switching element Q7. Note that the sixth switching element Q6 may be turned on instead of the seventh switching element Q7. Note that if synchronous rectification is not performed, there is no need to turn on the seventh switching element Q7 and the sixth switching element Q6.
次に制御回路13は、第3スイッチング素子Q3のターンオフに同期して、第7スイッチング素子Q7をターンオフさせる。以上により一サイクルが終了する。
Next, the
図6(b)は、第2の動作モードのスイッチングパターンを示す。第2の動作モードは昇圧時の動作モードである。第2の動作モードでは、第1レグと第2レグの両方のデューティ比を100%に固定し、第3レグと第4レグの一方のレグのデューティ比を可変とし、他方のレグを一方のレグと相補動作させるか全オフ状態とする。図6(b)に示す例では第3レグのデューティ比で伝送される電力を制御しており、第3レグのデューティ比が大きくなる(オン時間が長くなる)ほど、伝送期間より蓄積期間が長くなり、伝送される電力が増加する。このように昇圧動作では、二次側のPWM制御で、伝送される電力の電圧または電流が制御される。 FIG. 6(b) shows the switching pattern of the second operation mode. The second operation mode is an operation mode during boosting. In the second operation mode, the duty ratio of both the first leg and the second leg is fixed at 100%, the duty ratio of one of the third and fourth legs is variable, and the duty ratio of the other leg is set to 100%. Operate complementary to the leg or turn it completely off. In the example shown in Fig. 6(b), the transmitted power is controlled by the duty ratio of the third leg, and as the duty ratio of the third leg becomes larger (on time becomes longer), the accumulation period becomes shorter than the transmission period. The longer the time, the more power is transmitted. In this way, in the boost operation, the voltage or current of the transmitted power is controlled by PWM control on the secondary side.
第2の動作モードにおいて、制御回路13は、第1スイッチング素子Q1のターンオンに同期して、第4スイッチング素子Q4と第6スイッチング素子Q6をターンオンさせる。なお、第6スイッチング素子Q6の代わりに第7スイッチング素子Q7をターンオンさせてもよい。
In the second operation mode, the
次に制御回路13は、第6スイッチング素子Q6のターンオフに同期して、第8スイッチング素子Q8をターンオンさせる。なお、第6スイッチング素子Q6の代わりに第7スイッチング素子Q7がターンオフされる場合は、第8スイッチング素子Q8の代わりに第5スイッチング素子Q5をターンオンさせる。なお、同期整流させない場合は、第8スイッチング素子Q8及び第5スイッチング素子Q5をターンオンさせる必要はない。
Next, the
次に制御回路13は、第1スイッチング素子Q1のターンオフに同期して、第4スイッチング素子Q4と第8スイッチング素子Q8をターンオフさせる。デッドタイムTdを挟み、制御回路13は、第2スイッチング素子Q2のターンオンに同期して、第3スイッチング素子Q3と第5スイッチング素子Q5をターンオンさせる。なお、第5スイッチング素子Q5の代わりに第8スイッチング素子Q8をターンオンさせてもよい。
Next, the
次に制御回路13は、第5スイッチング素子Q5のターンオフに同期して、第7スイッチング素子Q7をターンオンさせる。なお、第5スイッチング素子Q5の代わりに第8スイッチング素子Q8がターンオフされる場合は、第7スイッチング素子Q7の代わりに第6スイッチング素子Q6をターンオンさせる。なお、同期整流させない場合は、第7スイッチング素子Q7及び第6スイッチング素子Q6をターンオンさせる必要はない。
Next, the
次に制御回路13は、第2スイッチング素子Q2のターンオフに同期して、第3スイッチング素子Q3と第7スイッチング素子Q7をターンオフさせる。以上により一サイクルが終了する。
Next, the
図6(c)は、第3の動作モードのスイッチングパターンを示す。第3の動作モードは降圧動作から昇圧動作に、または昇圧動作から降圧動作に切り替わる時の動作モードである。第3の動作モードは、降圧動作モードにおいて、第1レグのデューティ比が閾値αに到達した際に発動される。閾値αは例えば、デッドタイムに相当する時比率を100%から減算した値に設定される。なお、閾値αは任意の値に適宜設定できる。第3の動作モードは、昇圧動作モードにおいて、第3レグのデューティ比が閾値βに到達した際に発動される。閾値βは例えば、デッドタイムに相当する時比率を0%に加算した値に設定される。なお、閾値βは任意の値に適宜設定できる。第3の動作モードでは、第1の動作モードの一次側のPWM制御による電力制御と、第2の動作モードの二次側のPWM制御による電力制御が併存する。 FIG. 6(c) shows the switching pattern of the third operation mode. The third operation mode is an operation mode when switching from buck operation to boost operation or from boost operation to buck operation. The third operation mode is activated when the duty ratio of the first leg reaches the threshold value α in the step-down operation mode. For example, the threshold value α is set to a value obtained by subtracting the duty ratio corresponding to dead time from 100%. Note that the threshold value α can be appropriately set to any value. The third operation mode is activated when the duty ratio of the third leg reaches the threshold value β in the boost operation mode. For example, the threshold value β is set to a value obtained by adding a duty ratio corresponding to dead time to 0%. Note that the threshold value β can be appropriately set to any value. In the third operation mode, power control using PWM control on the primary side in the first operation mode and power control using PWM control on the secondary side in the second operation mode coexist.
第3の動作モードにおいて、制御回路13は、第1スイッチング素子Q1のターンオンに同期して、第4スイッチング素子Q4と第6スイッチング素子Q6をターンオンさせる。なお、第6スイッチング素子Q6の代わりに第7スイッチング素子Q7をターンオンさせてもよい。
In the third operation mode, the
次に制御回路13は、第6スイッチング素子Q6のターンオフに同期して、第8スイッチング素子Q8をターンオンさせる。なお、第6スイッチング素子Q6の代わりに第7スイッチング素子Q7がターンオフされる場合は、第8スイッチング素子Q8の代わりに第5スイッチング素子Q5をターンオンさせる。なお、同期整流させない場合は、第8スイッチング素子Q8及び第5スイッチング素子Q5をターンオンさせる必要はない。
Next, the
次に制御回路13は、第1スイッチング素子Q1をターンオフさせる。なお、第2レグのデューティ比を可変とする場合、第1スイッチング素子Q1ではなく第4スイッチング素子Q4をターンオフさせる。
Next, the
次に制御回路13は、第4スイッチング素子Q4のターンオフに同期して、第8スイッチング素子Q8をターンオフさせる。なお、第2レグのデューティ比を可変とする場合、第4スイッチング素子Q4ではなく第1スイッチング素子Q1をターンオフさせる。
Next, the
デッドタイムTdを挟み、制御回路13は、第2スイッチング素子Q2のターンオンに同期して、第3スイッチング素子Q3と第5スイッチング素子Q5をターンオンさせる。なお、第5スイッチング素子Q5の代わりに第8スイッチング素子Q8をターンオンさせてもよい。
With the dead time Td in between, the
次に制御回路13は、第5スイッチング素子Q5のターンオフに同期して、第7スイッチング素子Q7をターンオンさせる。なお、第5スイッチング素子Q5の代わりに第8スイッチング素子Q8がターンオフされる場合は、第7スイッチング素子Q7の代わりに第6スイッチング素子Q6をターンオンさせる。なお、同期整流させない場合は、第7スイッチング素子Q7及び第6スイッチング素子Q6をターンオンさせる必要はない。
Next, the
次に制御回路13は、第2スイッチング素子Q2をターンオフさせる。なお、第2レグのデューティ比を可変とする場合、第2スイッチング素子Q2ではなく第3スイッチング素子Q3をターンオフさせる。
Next, the
次に制御回路13は、第3スイッチング素子Q3のターンオフに同期して、第7スイッチング素子Q7をターンオフさせる。なお、第2レグのデューティ比を可変とする場合、第3スイッチング素子Q3ではなく第2スイッチング素子Q2をターンオフさせる。以上により一サイクルが終了する。
Next, the
図7は、実施例に係る第1の動作モード、第2の動作モード、第3の動作モードの切り替えを説明するための図である。本実施例では、第1の動作モード(降圧)と第2の動作モード(昇圧)の間に第3の動作モードが介在する。 FIG. 7 is a diagram for explaining switching between the first operation mode, the second operation mode, and the third operation mode according to the embodiment. In this embodiment, the third operation mode is interposed between the first operation mode (step-down) and the second operation mode (step-up).
制御回路13は、制御対象の電流または電圧の目標値と、実際の検出値との偏差をもとに制御操作量を算出する。制御回路13は例えば、偏差をPI補償して制御操作量を算出する。制御操作量の算出方法の詳細は後述する。制御回路13は、算出した制御操作量をもとに動作モードを切り替える。
The
第1の動作モードでは、制御回路13は、第1レグをPWM制御し、第2レグをデューティ比100%に固定し、第3レグを全オフ状態とし、第4レグを第1レグと相補動作させる。なお、同期整流させない場合は、第4レグも全オフ状態とする。
In the first operation mode, the
第2の動作モードでは、制御回路13は、第1レグ及び第2レグをデューティ比100%に固定し、第3レグをPWM制御し、第4レグを第3レグと相補動作させる。なお、同期整流させない場合は、第4レグを全オフ状態とする。
In the second operation mode, the
第3の動作モードでは、制御回路13は、第1レグをPWM制御し、第2レグをデューティ比100%に固定し、第3レグをPWM制御し、第4レグを第3レグと相補動作させる。なお、同期整流させない場合は、第4レグを全オフ状態とする。
In the third operation mode, the
制御回路13は、第1の動作モードから第3の動作モードへ、第1レグのデューティ比が閾値αまで上昇したタイミングで切り替える。制御回路13は、第3レグのデューティ比が閾値βまで上昇したタイミングまで、第1レグのPWM制御を継続する。
The
制御回路13は、第2の動作モードから第3の動作モードへ、第3レグのデューティ比が閾値βまで低下したタイミングで切り替える。制御回路13は、第1レグのデューティ比が閾値αまで低下したタイミングまで、第3レグのPWM制御を継続する。
The
このように制御回路13は、第1の動作モードにおいて、第1レグのデューティ比を制御することで、第1直流部から第2直流部へ伝送する電力の電圧または電流を制御する。また制御回路13は、第2の動作モードにおいて、第3レグのデューティ比を制御することで、第1直流部から第2直流部へ伝送する電力の電圧または電流を制御する。また制御回路13は、第3の動作モードにおいて、第1レグのデューティ比と第3レグのデューティ比を制御することで、第1直流部から第2直流部へ伝送する電力の電圧または電流を制御する。制御回路13は、第1の動作モードにおいて、第1レグのデューティ比が1に到達する前に、第3の動作モードに遷移させる。また制御回路13は、第2の動作モードにおいて、第3レグのデューティ比が0に到達する前に、第3の動作モードに遷移させる。
In this manner, the
図8は、電力変換装置1の実施例に係る降圧動作時の制御出力特性の具体例を示す図である。横軸が制御操作量(duty)を示し、縦軸が出力電流[A]を示す。一次側の入力電圧V1と二次側の出力電圧V2との電圧差が大きいほど、制御操作量の増加に対する出力電流の増加量が大きくなる。即ち、電圧差が大きいほど、制御操作量に対する感度が高くなる。電圧差が小さい場合、制御操作量の変化に対して出力電流が殆ど変化しない。
FIG. 8 is a diagram showing a specific example of control output characteristics during voltage step-down operation according to the embodiment of the
DABコンバータでは、第1インダクタンスL1及び第2インダクタンスL2に印加される電圧が大きいほど出力電流が大きくなる。この関係は、実施例および比較例2に示したようなチョッパ方式を用いたDABコンバータで顕著に現れる。降圧チョッパ方式では、第1直流電源E1と第2直流電源E2の電圧差を利用して一次側から二次側に電力を伝送している。電圧差が大きいほど第1インダクタンスL1及び第2インダクタンスL2に印加される電圧が大きくなり出力電流も大きくなる。反対に、昇圧チョッパ方式では、第1直流電源E1と第2直流電源E2の電圧差が大きいほど、第1インダクタンスL1及び第2インダクタンスL2に蓄積されたエネルギーの内、昇圧に必要なエネルギーが多くなり、出力電流が減少する。 In the DAB converter, the larger the voltage applied to the first inductance L1 and the second inductance L2, the larger the output current. This relationship is noticeable in DAB converters using the chopper method as shown in Example and Comparative Example 2. In the step-down chopper method, power is transmitted from the primary side to the secondary side using the voltage difference between the first DC power source E1 and the second DC power source E2. The larger the voltage difference, the larger the voltage applied to the first inductance L1 and the second inductance L2, and the larger the output current. On the other hand, in the boost chopper method, the larger the voltage difference between the first DC power source E1 and the second DC power source E2, the more energy is required for boosting the energy stored in the first inductance L1 and the second inductance L2. Therefore, the output current decreases.
このように一次側と二次側との電圧条件によって、一巡伝達関数が変化し、フィードバック制御の性能が低下する。一巡伝達関数は、制御器に入力した信号がフィードバックループを一巡して、どのように変化したかを表した伝達関数である。一巡伝達関数は、フィードバック系が安定しているか否かを示す指標として使用される。 In this way, the open loop transfer function changes depending on the voltage conditions on the primary side and the secondary side, and the performance of feedback control deteriorates. The open-loop transfer function is a transfer function that represents how the signal input to the controller changes as it passes through the feedback loop. The open loop transfer function is used as an indicator of whether the feedback system is stable.
図9は、一巡伝達関数の基本概念を説明するための図である。一巡伝達関数は、C(s)×G(s)×H(s)で表される。即ち、一巡伝達関数は、制御器135の性能、コンバータ(本実施例は、DABコンバータ)の性能、及び検出器131の性能により決定される。検出器131の性能には、電流センサ23の性能も含まれるものとする。
FIG. 9 is a diagram for explaining the basic concept of the open-loop transfer function. The open loop transfer function is expressed as C(s)×G(s)×H(s). That is, the open loop transfer function is determined by the performance of the
電動車に搭載された蓄電池の電圧は、SOC(State Of Charge)や車種により大きく異なる。したがって、V2Hコンバータでは、入力電圧と出力電圧との電圧差の範囲が広くなり、電圧差に応じてG(s)が大きく変化する。即ち、電圧差に応じて一巡伝達関数が大きく変化する。一巡伝達関数が大きく変化することは、フィードバック制御の性能が安定していないことを示している。 The voltage of the storage battery installed in an electric vehicle varies greatly depending on the SOC (State of Charge) and the vehicle model. Therefore, in the V2H converter, the range of the voltage difference between the input voltage and the output voltage becomes wide, and G(s) changes greatly depending on the voltage difference. That is, the open loop transfer function changes greatly depending on the voltage difference. A large change in the open loop transfer function indicates that the performance of the feedback control is not stable.
本実施例では、入力電圧と出力電圧との電圧差に関わらず、一巡伝達関数を安定化させるために、制御器135のゲインを電圧差に応じて適応的に切り替える。
In this embodiment, in order to stabilize the open loop transfer function regardless of the voltage difference between the input voltage and the output voltage, the gain of the
図10は、制御器135の比例ゲインと積分ゲインの切替テーブルの一例を示す図である。図10は、制御器135で、電流指令値Irefと検出器131で検出される電流値との偏差をPI制御する場合の例である。図10に示す例では、入力電圧と出力電圧との電圧差を、0V~10V未満、10V~20V未満、20V~30V未満、30V~40V未満、40V~50V未満、50V~70V未満、70V~100V未満、100V以上に区分し、それぞれの電圧区分において比例(P)ゲイン、積分(I)ゲインを設定している。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a proportional gain and integral gain switching table of the
比例ゲインは、電圧差が大きくなるほど小さな値に設定される。積分ゲインは電圧区分に関わらず固定値が設定されてもよいし、電圧区分ごとに個別の値が設定されてもよい。 The proportional gain is set to a smaller value as the voltage difference increases. The integral gain may be set to a fixed value regardless of the voltage division, or may be set to an individual value for each voltage division.
設計者は、実験やシミュレーションをもとに比例ゲインと積分ゲインを最適な値にチューニングする。設計者は、電流指令値Irefと検出器131で検出される電流値を安定的に一致または近似させ続けられる比例ゲインと積分ゲインを、電圧区分ごとにトライ・アンド・エラー、限界感度法等により導出する。設計者は、制御器135のゲイン切替テーブルを、動作モードごとに生成する。即ち、第1の動作モード(降圧)、第2の動作モード(昇圧)、第3の動作モード(切替時)のゲイン切替テーブルを生成する。
Designers tune the proportional gain and integral gain to optimal values based on experiments and simulations. The designer uses trial and error, the limit sensitivity method, etc. for each voltage section to determine the proportional gain and integral gain that will allow the current command value Iref and the current value detected by the
なお制御器135で、電流指令値Irefと検出器131で検出される電流値との偏差をPID制御する場合、制御器135の比例(P)ゲインと積分(I)ゲインと微分(D)ゲインの切替テーブルが生成される。
Note that when the
このように電圧差に応じて制御器135のPIゲインまたはPIDゲインを切り替えることで、電圧差に関わらず一巡伝達関数を一定に保つことができる。即ち、電圧差に関わらずフィードバック制御の性能を安定させることができる。
By switching the PI gain or PID gain of the
図11は、制御回路13に含まれるフィードバック制御部の構成例を示す図である。フィードバック制御部は、検出器131、第1減算部132、第2減算部133、制御ゲイン決定部134、制御器135、及びPWM生成部136を含む。検出器131はA/D変換器を含む。A/D変換器は、電流センサ23で検出されたアナログの出力電流値Ioを、所定のサンプリングレートでデジタルの出力電流値に変換する。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a feedback control section included in the
第1減算部132は、目標値とすべき電流指令値Irefと、検出器131から入力される出力電流値との偏差errを算出する。第2減算部133は、第1電圧センサ21で検出された入力電圧V1と第2電圧センサ22で検出された出力電圧V2との電圧差分を算出する。制御ゲイン決定部134は、制御器135で算出された制御操作量dutyをもとにDABコンバータの動作モードを判定する。制御ゲイン決定部134は、判定した動作モードのゲイン切替テーブルを参照して、電圧差分に応じた比例ゲインと積分ゲイン(以下、両者を総称して制御ゲインGという)を決定する。
The
制御器135は、制御ゲイン決定部134から設定された制御ゲインGを使用して、偏差errをPI制御して制御操作量dutyを算出する。PWM生成部136は、算出された制御操作量dutyをもとに第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8を駆動するためのPWM信号を生成する。
The
図12は、制御回路13によるフィードバック制御の流れを示すフローチャートである。制御回路13は、第1電圧センサ21で検出された入力電圧V1と第2電圧センサ22で検出された出力電圧V2との電圧差分を算出する(S10)。制御回路13は、電流指令値Irefと出力電流値との偏差errに対して、制御ゲインGを使用したPI制御を行い、PWM信号を生成するための制御操作量dutyを算出する(S11)。制御ゲインGは、電圧差分に応じて適応的に変化する可変値である。なお、初期状態では予め設定されているデフォルト値が使用される。
FIG. 12 is a flowchart showing the flow of feedback control by the
制御回路13は、算出した制御操作量dutyをもとにDABコンバータの動作モードを判定する(S12)。例えば、上記図7に示したように制御回路13は、第1レグの制御操作量に対応するPWMデューティ比と閾値αの関係、または第3レグの制御操作量に対応するPWMデューティ比と閾値βの関係をもとにDABコンバータの動作モードを判定する。
The
動作モードが第1の動作モード(降圧)の場合(S12の降圧)、制御回路13は第1の動作モード(降圧)のゲイン切替テーブルを参照して、電圧差分に応じた制御ゲインGを設定する(S13)。動作モードが第2の動作モード(昇圧)の場合(S12の昇圧)、制御回路13は第2の動作モード(昇圧)のゲイン切替テーブルを参照して、電圧差分に応じた制御ゲインGを設定する(S14)。動作モードが第3の動作モード(切替時)の場合(S12の切替時)、制御回路13は第3の動作モード(切替時)のゲイン切替テーブルを参照して、電圧差分に応じた制御ゲインGを設定する(S15)。
When the operation mode is the first operation mode (step-down) (step-down in S12), the
以上に説明したステップS10-ステップS15の処理が、DABコンバータによる電力変換処理が終了するまで(S16のY)、継続して実行される(S16のN)。 The processes from step S10 to step S15 described above are continuously executed (N at S16) until the power conversion process by the DAB converter is completed (Y at S16).
図13(a)-(c)は、電力変換装置1の実施例に係る第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8の逆方向伝送時のスイッチングパターンを説明するための図である。図6(a)-(c)に示した第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のスイッチングパターンでは、第1直流部から第2直流部へ電力を伝送する例を説明した。この点、第2直流部から第1直流部へ電力を伝送することも可能である。この場合、図13(a)-(c)に示すように、制御回路13は、第1スイッチング素子Q1-第4スイッチング素子Q4に供給する駆動信号と、第5スイッチング素子Q5-第8スイッチング素子Q8に供給する駆動信号を入れ替えればよい。
FIGS. 13A to 13C are diagrams for explaining switching patterns of the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8 in the embodiment of the
図14は、実施の形態に係る電力変換装置1の適用例を示す図である。図14に示す例では、実施の形態に係る電力変換装置1を、V2Hシステム5内のDC/DCコンバータ1aに使用する。V2Hシステム5は、電動車7と、宅内における商用電力系統2の受電点または宅内の負荷4とを連携するためのV2H機器である。V2Hシステム5と電動車7は、直流の充放電ケーブル6で接続される。充放電ケーブル6の先端にはガンコネクタ6aが取り付けられており、ユーザがガンコネクタ6aを電動車7のインレットに差し込むことにより、V2Hシステム5と電動車7が接続される。
FIG. 14 is a diagram showing an example of application of the
V2Hシステム5は、DC/DCコンバータ1a及びインバータ52を備える。DC/DCコンバータ1aの一端は充放電ケーブル6を介して電動車7に接続され、DC/DCコンバータ1aの他端はインバータ52に接続される。DC/DCコンバータ1aは、電動車7に搭載された蓄電池を充放電するための双方向DC/DCコンバータであり、実施の形態に係る電力変換装置1(DABコンバータ)が使用される。電動車7に搭載された蓄電池の充放電は例えば、CHAdeMOに規定された充放電シーケンスに準拠して実施される。
The
インバータ52は、DC/DCコンバータ1aと分電盤3との間に接続される双方向インバータである。インバータ52は、DC/DCコンバータ1aから入力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を分電盤3に出力することができる。分電盤3には商用電力系統2及び負荷4が接続される。負荷4は宅内の負荷の総称である。インバータ52は、商用電力系統2から分電盤3を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をDC/DCコンバータ1aに出力することができる。
The
なお、DC/DCコンバータ1aとインバータ52の間の直流バスに、太陽電池用のDC/DCコンバータ、定置型蓄電池用のDC/DCコンバータ等が接続されていてもよい。
Note that a DC/DC converter for solar cells, a DC/DC converter for stationary storage batteries, etc. may be connected to the DC bus between the DC/
以上説明したように本実施例によれば、入力電圧と出力電圧の電圧差に応じて制御ゲインGを適応的に変化させることにより、フィードバック制御の性能を安定させることができる。入力電圧と出力電圧の電圧差に応じて制御出力特性が大きく変化した場合でも、制御ゲインGを調整することで一巡伝達関数を一定に保つことができ、所望の応答を得ることができる。特に本実施例は、車種やSOCに応じて電圧が大きく変化する車載蓄電池の充放電に有効である。また本実施例は、制御出力特性の変化が大きいチョッパ駆動方式を採用したDABコンバータに有効である。 As described above, according to this embodiment, the performance of feedback control can be stabilized by adaptively changing the control gain G according to the voltage difference between the input voltage and the output voltage. Even if the control output characteristics change significantly depending on the voltage difference between the input voltage and the output voltage, the open loop transfer function can be kept constant by adjusting the control gain G, and a desired response can be obtained. This embodiment is particularly effective for charging and discharging in-vehicle storage batteries whose voltage varies greatly depending on the vehicle type and SOC. Further, this embodiment is effective for a DAB converter that employs a chopper drive method in which the control output characteristics vary greatly.
また、第3の動作モードを設けることにより、降圧動作と昇圧動作との間を滑らかに切り替えることができる。比較例2のように降圧動作と昇圧動作の間に不感期間が発生せず、出力電流の歪みの発生を抑制することができる。 Further, by providing the third operation mode, it is possible to smoothly switch between the step-down operation and the step-up operation. Unlike Comparative Example 2, a dead period does not occur between the step-down operation and the step-up operation, and the occurrence of distortion in the output current can be suppressed.
また、第2直流電源E2から、第2インダクタンスL2、第1インダクタンスL1及び第1直流電源E1に電流が逆流する期間が発生せず、第2直流電源E2から電流が逆流することによる無効電流が発生しない。また、第2直流電源E2の電圧が第1直流電源E1の電圧に対して高くなっても、第2直流電源E2から第1直流電源E1に電流が逆流することはない。したがって、第1ダイオードD1及び第4ダイオードD4によるリカバリ損失、及び第2スイッチング素子Q2及び第3スイッチング素子Q3のハードスイッチングを抑制できる。 Further, there is no period in which current flows backward from the second DC power supply E2 to the second inductance L2, the first inductance L1, and the first DC power supply E1, and a reactive current due to the current flowing backward from the second DC power supply E2 is generated. Does not occur. Furthermore, even if the voltage of the second DC power source E2 becomes higher than the voltage of the first DC power source E1, current will not flow backward from the second DC power source E2 to the first DC power source E1. Therefore, recovery loss caused by the first diode D1 and the fourth diode D4 and hard switching of the second switching element Q2 and the third switching element Q3 can be suppressed.
また本実施例によれば、位相シフト方式ではなくPWM方式で制御しているため、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8の全オフ状態のデッドタイムを容易に生成することができる。これにより、ダイオードのリカバリ損失の発生を抑制することができる。このように本実施例によれば、降圧動作と昇圧動作との間を滑らかに切り替えることができ、かつ高効率化を図ることができる。 Further, according to this embodiment, since control is performed using a PWM method instead of a phase shift method, it is possible to easily generate a dead time in which all of the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8 are in an off state. This makes it possible to suppress the occurrence of diode recovery loss. As described above, according to this embodiment, it is possible to smoothly switch between the step-down operation and the step-up operation, and it is possible to achieve high efficiency.
以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. It will be understood by those skilled in the art that the embodiments are illustrative, and that various modifications are possible to the combinations of each component and each treatment process, and that such modifications are also within the scope of the present disclosure. .
上記実施例では、一次側も二次側もPWM制御方式で電力制御する例を説明した。以下の変形例では、一次側を位相シフト方式で、二次側をPWM方式で電力制御する例を説明する。 In the above embodiment, an example was explained in which power is controlled using the PWM control method on both the primary side and the secondary side. In the following modification, an example will be described in which power is controlled on the primary side using a phase shift method and on the secondary side using a PWM method.
図15(a)-(c)は、電力変換装置1の変形例に係る第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8のスイッチングパターンを説明するための図である。図15(a)は、変形例に係る第1の動作モードのスイッチングパターンを示す。第1の動作モードは降圧時の動作モードである。第1の動作モードでは、第1レグと第2レグの一方の位相を固定し、他方のレグの位相をシフトさせる。図15(a)に示す例では第2レグの位相を固定し、第1レグの位相をシフトさせている。第1レグと第2レグの位相差が小さくなるほど、転流期間より伝送期間が長くなり、伝送される電力が増加する。なお、図15(a)に示す転流期間には、第2ダイオードD2が導通してダイオード整流する転流期間aと、第2スイッチング素子Q2が同期整流する転流期間bの2種類が含まれる。このように降圧動作では、一次側の位相シフト制御で、伝送される電力の電圧または電流が制御される。なお、二次側の制御は、図6(a)に示した上記実施例の制御と同様である。
FIGS. 15A to 15C are diagrams for explaining switching patterns of the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8 according to a modification of the
図15(b)は、第2の動作モードのスイッチングパターンを示す。第2の動作モードは昇圧時の動作モードである。昇圧時の制御は、図6(b)に示した上記実施例の制御と同様である。 FIG. 15(b) shows the switching pattern of the second operation mode. The second operation mode is an operation mode during boosting. The control during boosting is the same as the control in the above embodiment shown in FIG. 6(b).
図15(c)は、変形例に係る第3の動作モードのスイッチングパターンを示す。第3の動作モードは降圧動作から昇圧動作、または昇圧動作から降圧動作に切り替わる時の動作モードである。第3の動作モードは、第1の動作モードにおいて、第1レグと第2レグの位相差が、デッドタイムに相当する位相差θまで縮小すると発動される。また、第2の動作モードにおいて、第3レグのデューティ比が閾値βに到達した際に発動される。第3の動作モードでは、第1の動作モードの一次側の位相シフト制御による電力制御と、第2の動作モードの二次側のPWM制御による電力制御が併存する。 FIG. 15(c) shows a switching pattern of the third operation mode according to the modification. The third operation mode is an operation mode when switching from a step-down operation to a step-up operation or from a step-up operation to a step-down operation. The third operation mode is activated when the phase difference between the first leg and the second leg reduces to a phase difference θ corresponding to the dead time in the first operation mode. Further, in the second operation mode, it is activated when the duty ratio of the third leg reaches the threshold value β. In the third operation mode, power control using phase shift control on the primary side in the first operation mode and power control using PWM control on the secondary side in the second operation mode coexist.
このように一次側を位相シフト制御、二次側をPWM制御することによっても、第1の動作モード-第3の動作モードを実現することができる。一次側を位相シフト制御することにより、第1の動作モードと第3の動作モードの一部において、スイッチング素子Q1-Q8が全オフする期間が存在しなくなるが、転流状態の際に同期整流を行うことができる。 In this way, by performing phase shift control on the primary side and PWM control on the secondary side, it is possible to realize the first operation mode and the third operation mode. By controlling the phase shift on the primary side, there is no period during which the switching elements Q1 to Q8 are completely turned off in the first operation mode and part of the third operation mode, but synchronous rectification occurs during the commutation state. It can be performed.
本開示に係る入力電圧と出力電圧の電圧差に応じた制御ゲインGの適応的な切替制御は、上記実施例に説明した駆動方式以外のDABコンバータにも適用可能である。例えば、上記実施例において第3の動作モード(切替時)を含まない駆動方式のDABコンバータにも適用可能である。この場合、第3の動作モード(切替時)のゲイン切替テーブルを用意する必要がない。また、上記比較例1、上記比較例2、上記変化例に示した駆動方式、その他の駆動方式のDABコンバータにも適用可能である。降圧と昇圧で動作モードが同じ駆動方式では、ゲイン切替テーブルは一種類を用意すれば足りる。 The adaptive switching control of the control gain G according to the voltage difference between the input voltage and the output voltage according to the present disclosure is also applicable to DAB converters using drive methods other than those described in the above embodiments. For example, the present invention can also be applied to a DAB converter of a drive system that does not include the third operation mode (at the time of switching) in the above embodiment. In this case, there is no need to prepare a gain switching table for the third operation mode (when switching). Further, the present invention is also applicable to DAB converters using the drive methods shown in Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Variations, as well as other drive methods. In a drive system where the operation mode is the same for step-down and step-up, it is sufficient to prepare one type of gain switching table.
上記実施の形態では、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8にIGBTまたはMOSFETを使用する例を想定した。この点、第1スイッチング素子Q1-第8スイッチング素子Q8に、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga2O3)、ダイヤモンド(C)等を使用したワイドバンドギャップ半導体で構成されたスイッチング素子を使用してもよい。 In the above embodiment, an example is assumed in which IGBTs or MOSFETs are used for the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8. In this respect, the first switching element Q1 to the eighth switching element Q8 are made of wide bandgap semiconductors using silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide (Ga2O3), diamond (C), etc. Switching elements may also be used.
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 Note that the embodiment may be specified by the following items.
[項目1]
第1スイッチング素子(Q1)と第2スイッチング素子(Q2)が直列接続された第1レグと、第3スイッチング素子(Q3)と第4スイッチング素子(Q4)が直列接続された第2レグを有し、前記第1レグと前記第2レグが第1直流部(E1、Ca)に並列接続される第1ブリッジ回路(11)と、
第5スイッチング素子(Q5)と第6スイッチング素子(Q6)が直列接続された第3レグと、第7スイッチング素子(Q7)と第8スイッチング素子(Q8)が直列接続された第4レグを有し、前記第3レグと前記第4レグが第2直流部(E2、Cb)に並列接続される第2ブリッジ回路(12)と、
前記第1ブリッジ回路(11)と前記第2ブリッジ回路(12)の間に接続された絶縁トランス(TR1)と、
前記第1スイッチング素子(Q1)-前記第8スイッチング素子(Q8)を制御して、前記第2直流部(E2、Cb)の電力、電圧または電流を制御する制御回路(13)と、を備え、
前記制御回路(13)は、前記第1直流部(E1、Ca)の電圧と前記第2直流部(E2、Cb)の電圧の差に応じて、フィードバック制御のゲインを動的に変更することを特徴とする電力変換装置(1)。
これによれば、第1直流部(E1、Ca)の電圧と第2直流部(E2、Cb)の電圧の差に応じて一巡伝達関数が変化することを防止し、フィードバック制御の性能を安定させることができる。
[項目2]
前記第1スイッチング素子(Q1)-前記第8スイッチング素子(Q8)のそれぞれに、逆並列にダイオード(D1-D8)が接続または形成されており、
前記制御回路(13)は、
前記第1ブリッジ回路(11)が前記第1直流部(E1、Ca)と前記絶縁トランス(TR1)の一次巻線(n1)を導通させ、前記第2ブリッジ回路(12)が前記絶縁トランス(TR1)の二次巻線(n2)を前記第2直流部(E2、Cb)と導通させる伝送状態と、前記一次巻線(n1)の両端を前記第1ブリッジ回路(11)内で短絡させ、前記第2ブリッジ回路(12)が前記二次巻線(n2)を前記第2直流部(E2、Cb)と導通させた転流状態を含むように制御する第1の動作モードと、
前記第1ブリッジ回路(11)が前記第1直流部(E1、Ca)と前記一次巻線(n1)を導通させ、前記二次巻線(n2)の両端を前記第2ブリッジ回路(12)内で短絡させた蓄積状態と、前記伝送状態を含むように制御する第2の動作モードと、
を有する項目1に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、チョッパ方式で駆動されるDABコンバータのフィードバック制御の性能を安定させることができる。
[項目3]
前記制御回路(13)は、
前記伝送状態と前記蓄積状態と前記転流状態を含むように制御する第3の動作モードをさらに有する、
項目2に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、第1の動作モードと第2の動作モードとの間を滑らかに切り替えることができる。
[項目4]
前記伝送状態は第1パターンと第2パターンを含み、前記転流状態は第3パターンと第4パターンを含み、
前記第1パターンは、前記第1スイッチング素子(Q1)と前記第4スイッチング素子(Q4)がオン状態で、前記第2スイッチング素子(Q2)と前記第3スイッチング素子(Q3)がオフ状態で、前記第2ブリッジ回路(12)が整流状態であり、
前記第2パターンは、前記第2スイッチング素子(Q2)と前記第3スイッチング素子(Q3)がオン状態で、前記第1スイッチング素子(Q1)と前記第4スイッチング素子(Q4)がオフ状態で、前記第2ブリッジ回路(12)が整流状態であり、
前記第3パターンは、前記第1スイッチング素子(Q1)または前記第4スイッチング素子(Q4)がオン状態で、前記第4スイッチング素子(Q4)または前記第1スイッチング素子(Q1)、及び前記第2スイッチング素子(Q2)と前記第3スイッチング素子(Q3)がオフ状態で、前記第2ブリッジ回路(12)が整流状態であり、
前記第4パターンは、前記第2スイッチング素子(Q2)または前記第3スイッチング素子(Q3)がオン状態で、前記第3スイッチング素子(Q3)または前記第2スイッチング素子(Q2)、及び前記第1スイッチング素子(Q1)と前記第4スイッチング素子(Q4)がオフ状態で、前記第2ブリッジ回路(12)が整流状態である、
項目2に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、降圧動作時における第2直流部(E2、Cb)からの無効電流を抑制することができ、高効率化を図ることができる。
[項目5]
前記蓄積状態は第5パターンと第6パターンを含み、
前記第5パターンは、前記第1スイッチング素子(Q1)と前記第4スイッチング素子(Q4)、及び前記第6スイッチング素子(Q6)または前記第7スイッチング素子(Q7)がオン状態で、残りのスイッチング素子がオフ状態であり、
前記第6パターンは、前記第2スイッチング素子(Q2)と前記第3スイッチング素子(Q3)、及び前記第5スイッチング素子(Q5)または前記第8スイッチング素子(Q8)がオン状態で、残りのスイッチング素子がオフ状態である、
項目2に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、昇圧動作時における第2直流部(E2、Cb)からの無効電流を抑制することができ、高効率化を図ることができる。
[項目6]
前記制御回路(13)は、各スイッチング素子のオン/オフ時間を制御することで、前記第1直流部(E1、Ca)から前記第2直流部(E2、Cb)へ伝送する電力の電圧または電流を制御する、
項目1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、位相シフト方式を用いずにPWM方式で制御することで、全オフ状態のデッドタイムを容易に生成することができ、ダイオードのリカバリ損失を低減することができる。
[項目7]
前記制御回路(13)は、
前記第1の動作モードにおいて、前記第1レグまたは前記第2レグのデューティ比を制御することで、
前記第2の動作モードにおいて、前記第3レグまたは前記第4レグのデューティ比を制御することで、
前記第3の動作モードにおいて、前記第1レグまたは前記第2レグのデューティ比と、前記第3レグまたは前記第4レグのデューティ比を制御することで、
前記第1直流部(E1、Ca)から前記第2直流部(E2、Cb)へ伝送する電力の電圧または電流を制御する、
項目3に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、第3の動作モードにおいて、第1の動作モードのPWM制御と第2の動作モードのPWM制御を併存させることで、第1の動作モードと第2の動作モードとの間を滑らかに切り替えることができる。
[項目8]
前記制御回路(13)は、
前記第1の動作モードにおいて、前記第1レグまたは前記第2レグのデューティ比が1に到達する前に、前記第3の動作モードに遷移させる、
項目5に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、第1の動作モードから第2の動作モードに滑らかに切り替えることができる。
[項目9]
前記制御回路(13)は、
前記第2の動作モードにおいて、前記第3レグまたは前記第4レグのデューティ比が0に到達する前に、前記第3の動作モードに遷移させる、
項目7に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、第2の動作モードから第1の動作モードに滑らかに切り替えることができる。
[項目10]
前記制御回路(13)は、
前記第1の動作モードにおいて、
前記第1スイッチング素子(Q1)のターンオンに同期して、前記第4スイッチング素子(Q4)をターンオンさせ、
前記第1スイッチング素子(Q1)または前記第4スイッチング素子(Q4)のターンオフに同期して、前記第8スイッチング素子(Q8)または前記第5スイッチング素子(Q5)をターンオンさせ、
前記第4スイッチング素子(Q4)または前記第1スイッチング素子(Q1)のターンオフに同期して、前記第8スイッチング素子(Q8)または前記第5スイッチング素子(Q5)をターンオフさせ、
前記第2スイッチング素子(Q2)のターンオンに同期して、前記第3スイッチング素子(Q3)をターンオンさせ、
前記第2スイッチング素子(Q2)または前記第3スイッチング素子(Q3)のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子(Q7)または前記第6スイッチング素子(Q6)をターンオンさせ、
前記第3スイッチング素子(Q3)または前記第2スイッチング素子(Q2)のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子(Q7)または前記第6スイッチング素子(Q6)をターンオフさせる、
項目2に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、降圧動作において位相シフト方式を用いずにPWM方式で制御することで、全オフ状態のデッドタイムを容易に生成することができ、ダイオードのリカバリ損失を低減することができる。
[項目11]
前記制御回路(13)は、
前記第2の動作モードにおいて、
前記第1スイッチング素子(Q1)のターンオンに同期して、前記第4スイッチング素子(Q4)と、前記第6スイッチング素子(Q6)または前記第7スイッチング素子(Q7)をターンオンさせ、
前記第6スイッチング素子(Q6)または前記第7スイッチング素子(Q7)のターンオフに同期して、前記第8スイッチング素子(Q8)または前記第5スイッチング素子(Q5)をターンオンさせ、
前記第1スイッチング素子(Q1)のターンオフに同期して、前記第4スイッチング素子(Q4)と、前記第8スイッチング素子(Q8)または前記第5スイッチング素子(Q5)をターンオフさせ、
前記第2スイッチング素子(Q2)のターンオンに同期して、前記第3スイッチング素子(Q3)と、前記第5スイッチング素子(Q5)または前記第8スイッチング素子(Q8)をターンオンさせ、
前記第5スイッチング素子(Q5)または前記第8スイッチング素子(Q8)のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子(Q7)または前記第6スイッチング素子(Q6)をターンオンさせ、
前記第2スイッチング素子(Q2)のターンオフに同期して、前記第3スイッチング素子(Q3)と、前記第7スイッチング素子(Q7)または前記第6スイッチング素子(Q6)をターンオフさせる、
項目2に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、昇圧動作において、位相シフト方式を用いずにPWM方式で制御することで、全オフ状態のデッドタイムを容易に生成することができ、ダイオードのリカバリ損失を低減することができる。
[項目12]
前記制御回路(13)は、
前記第3の動作モードにおいて、
前記第1スイッチング素子(Q1)のターンオンに同期して、前記第4スイッチング素子(Q4)と、前記第6スイッチング素子(Q6)または前記第7スイッチング素子(Q7)をターンオンさせ、
前記第6スイッチング素子(Q6)または前記第7スイッチング素子(Q7)のターンオフに同期して、前記第8スイッチング素子(Q8)または前記第5スイッチング素子(Q5)をターンオンさせ、
前記第1スイッチング素子(Q1)または前記第4スイッチング素子(Q4)をターンオフさせ、
前記第4スイッチング素子(Q4)または前記第1スイッチング素子(Q1)のターンオフに同期して前記第8スイッチング素子(Q8)または前記第5スイッチング素子(Q5)をターンオフさせ、
前記第2スイッチング素子(Q2)のターンオンに同期して、前記第3スイッチング素子(Q3)と、前記第5スイッチング素子(Q5)または前記第8スイッチング素子(Q8)をターンオンさせ、
前記第5スイッチング素子(Q5)または前記第8スイッチング素子(Q8)のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子(Q7)または前記第6スイッチング素子(Q6)をターンオンさせ、
前記第2スイッチング素子(Q2)または前記第3スイッチング素子(Q3)をターンオフさせ、
前記第3スイッチング素子(Q3)または前記第2スイッチング素子(Q2)のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子(Q7)または前記第6スイッチング素子(Q6)をターンオフさせる、
項目3に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、降圧動作と昇圧動作の切り替わり時において、位相シフト方式を用いずにPWM方式で制御することで、全オフ状態のデッドタイムを容易に生成することができ、ダイオードのリカバリ損失を低減することができる。
[項目13]
前記制御回路(13)は、
前記第1パターンの期間と前記第2パターンの期間を同期させ、
前記第3パターンの期間と前記第4パターンの期間を同期させる、
項目4に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、正負対称な動作となり、直流偏磁の発生を抑制することができる。
[項目14]
前記制御回路(13)は、
前記第5パターンの期間と前記第6パターンの期間を同期させる、
項目5に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、正負対称な動作となり、直流偏磁の発生を抑制することができる。
[項目15]
前記制御回路(13)は、
二次側から一次側に電力を伝送する場合、
前記第1スイッチング素子(Q1)-前記第4スイッチング素子(Q4)に供給する駆動信号と、前記第5スイッチング素子(Q5)-前記第8スイッチング素子(Q8)に供給する駆動信号を入れ替える、
項目1に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、双方向に伝送可能なDC/DCコンバータを実現できる。
[項目16]
前記第1直流部(E1、Ca)は、電動車(7)に搭載された蓄電池(E1)を含む、
項目1に記載の電力変換装置(1)。
これによれば、車種やSOCに応じて電圧が大きく変化しても、フィードバック制御の性能を安定させることができる。
[Item 1]
It has a first leg in which a first switching element (Q1) and a second switching element (Q2) are connected in series, and a second leg in which a third switching element (Q3) and a fourth switching element (Q4) are connected in series. a first bridge circuit (11) in which the first leg and the second leg are connected in parallel to a first DC section (E1, Ca);
It has a third leg in which a fifth switching element (Q5) and a sixth switching element (Q6) are connected in series, and a fourth leg in which a seventh switching element (Q7) and an eighth switching element (Q8) are connected in series. a second bridge circuit (12) in which the third leg and the fourth leg are connected in parallel to a second DC section (E2, Cb);
an isolation transformer (TR1) connected between the first bridge circuit (11) and the second bridge circuit (12);
A control circuit (13) that controls the first switching element (Q1) to the eighth switching element (Q8) to control the power, voltage, or current of the second DC section (E2, Cb). ,
The control circuit (13) dynamically changes the feedback control gain according to the difference between the voltage of the first DC section (E1, Ca) and the voltage of the second DC section (E2, Cb). A power conversion device (1) characterized by:
According to this, the loop transfer function is prevented from changing according to the difference between the voltage of the first DC part (E1, Ca) and the voltage of the second DC part (E2, Cb), and the performance of feedback control is stabilized. can be done.
[Item 2]
Diodes (D1-D8) are connected or formed in antiparallel to each of the first switching element (Q1) and the eighth switching element (Q8),
The control circuit (13) includes:
The first bridge circuit (11) connects the first DC section (E1, Ca) and the primary winding (n1) of the isolation transformer (TR1), and the second bridge circuit (12) connects the first DC section (E1, Ca) to the primary winding (n1) of the isolation transformer (TR1). A transmission state in which the secondary winding (n2) of TR1) is brought into conduction with the second DC section (E2, Cb), and both ends of the primary winding (n1) are short-circuited within the first bridge circuit (11). , a first operation mode in which the second bridge circuit (12) is controlled to include a commutation state in which the secondary winding (n2) is electrically connected to the second DC section (E2, Cb);
The first bridge circuit (11) connects the first DC section (E1, Ca) and the primary winding (n1), and connects both ends of the secondary winding (n2) to the second bridge circuit (12). a second operating mode that is controlled to include an accumulation state in which a short-circuit occurs in the second operating mode; and a second operating mode that includes the transmission state;
The power conversion device (1) according to
According to this, the performance of feedback control of the DAB converter driven by the chopper method can be stabilized.
[Item 3]
The control circuit (13) includes:
further comprising a third operation mode controlled to include the transmission state, the accumulation state, and the commutation state;
The power conversion device (1) according to
According to this, it is possible to smoothly switch between the first operation mode and the second operation mode.
[Item 4]
The transmission state includes a first pattern and a second pattern, the commutation state includes a third pattern and a fourth pattern,
In the first pattern, the first switching element (Q1) and the fourth switching element (Q4) are in the on state, and the second switching element (Q2) and the third switching element (Q3) are in the off state, the second bridge circuit (12) is in a rectifying state;
In the second pattern, the second switching element (Q2) and the third switching element (Q3) are in the on state, and the first switching element (Q1) and the fourth switching element (Q4) are in the off state, the second bridge circuit (12) is in a rectifying state;
The third pattern is such that when the first switching element (Q1) or the fourth switching element (Q4) is on, the fourth switching element (Q4) or the first switching element (Q1), and the second The switching element (Q2) and the third switching element (Q3) are in an off state, and the second bridge circuit (12) is in a rectifying state,
The fourth pattern is such that when the second switching element (Q2) or the third switching element (Q3) is on, the third switching element (Q3) or the second switching element (Q2) and the first The switching element (Q1) and the fourth switching element (Q4) are in an OFF state, and the second bridge circuit (12) is in a rectifying state.
The power conversion device (1) according to
According to this, it is possible to suppress the reactive current from the second DC section (E2, Cb) during the step-down operation, and it is possible to achieve high efficiency.
[Item 5]
The accumulation state includes a fifth pattern and a sixth pattern,
In the fifth pattern, the first switching element (Q1), the fourth switching element (Q4), and the sixth switching element (Q6) or the seventh switching element (Q7) are in an on state, and the remaining switching elements are in an on state. the element is in the off state,
In the sixth pattern, the second switching element (Q2), the third switching element (Q3), and the fifth switching element (Q5) or the eighth switching element (Q8) are in the on state, and the remaining switching elements are in the on state. the element is in the off state,
The power conversion device (1) according to
According to this, it is possible to suppress the reactive current from the second DC section (E2, Cb) during the step-up operation, and it is possible to achieve high efficiency.
[Item 6]
The control circuit (13) controls the voltage or voltage of the power transmitted from the first DC section (E1, Ca) to the second DC section (E2, Cb) by controlling the on/off time of each switching element. control the current,
The power conversion device (1) according to any one of
According to this, by controlling with the PWM method without using the phase shift method, it is possible to easily generate a dead time in a completely off state, and it is possible to reduce the recovery loss of the diode.
[Item 7]
The control circuit (13) includes:
In the first operation mode, by controlling the duty ratio of the first leg or the second leg,
In the second operation mode, by controlling the duty ratio of the third leg or the fourth leg,
In the third operation mode, by controlling the duty ratio of the first leg or the second leg and the duty ratio of the third leg or the fourth leg,
controlling the voltage or current of power transmitted from the first DC section (E1, Ca) to the second DC section (E2, Cb);
The power conversion device (1) according to
According to this, in the third operation mode, by making the PWM control of the first operation mode and the PWM control of the second operation mode coexist, the difference between the first operation mode and the second operation mode is achieved. You can switch smoothly.
[Item 8]
The control circuit (13) includes:
In the first operation mode, before the duty ratio of the first leg or the second leg reaches 1, transition to the third operation mode.
The power conversion device (1) according to
According to this, it is possible to smoothly switch from the first operation mode to the second operation mode.
[Item 9]
The control circuit (13) includes:
In the second operation mode, before the duty ratio of the third leg or the fourth leg reaches 0, transition to the third operation mode.
The power conversion device (1) according to
According to this, it is possible to smoothly switch from the second operation mode to the first operation mode.
[Item 10]
The control circuit (13) includes:
In the first operating mode,
Turning on the fourth switching element (Q4) in synchronization with turning on the first switching element (Q1);
Turning on the eighth switching element (Q8) or the fifth switching element (Q5) in synchronization with turning off the first switching element (Q1) or the fourth switching element (Q4),
Turning off the eighth switching element (Q8) or the fifth switching element (Q5) in synchronization with turning off the fourth switching element (Q4) or the first switching element (Q1),
Turning on the third switching element (Q3) in synchronization with turning on the second switching element (Q2);
Turning on the seventh switching element (Q7) or the sixth switching element (Q6) in synchronization with turning off the second switching element (Q2) or the third switching element (Q3),
Turning off the seventh switching element (Q7) or the sixth switching element (Q6) in synchronization with turning off the third switching element (Q3) or the second switching element (Q2);
The power conversion device (1) according to
According to this, by controlling the step-down operation using the PWM method without using the phase shift method, it is possible to easily generate a dead time in a completely off state, and it is possible to reduce recovery loss of the diode.
[Item 11]
The control circuit (13) includes:
In the second operating mode,
Turning on the fourth switching element (Q4) and the sixth switching element (Q6) or the seventh switching element (Q7) in synchronization with turning on the first switching element (Q1);
Turning on the eighth switching element (Q8) or the fifth switching element (Q5) in synchronization with turning off the sixth switching element (Q6) or the seventh switching element (Q7),
Turning off the fourth switching element (Q4), the eighth switching element (Q8), or the fifth switching element (Q5) in synchronization with turning off the first switching element (Q1),
Turning on the third switching element (Q3), the fifth switching element (Q5), or the eighth switching element (Q8) in synchronization with turning on the second switching element (Q2),
Turning on the seventh switching element (Q7) or the sixth switching element (Q6) in synchronization with turning off the fifth switching element (Q5) or the eighth switching element (Q8),
Turning off the third switching element (Q3), the seventh switching element (Q7), or the sixth switching element (Q6) in synchronization with turning off the second switching element (Q2);
The power conversion device (1) according to
According to this, in the step-up operation, by controlling by the PWM method without using the phase shift method, it is possible to easily generate a dead time in a completely off state, and the recovery loss of the diode can be reduced.
[Item 12]
The control circuit (13) includes:
In the third operating mode,
Turning on the fourth switching element (Q4) and the sixth switching element (Q6) or the seventh switching element (Q7) in synchronization with turning on the first switching element (Q1);
Turning on the eighth switching element (Q8) or the fifth switching element (Q5) in synchronization with turning off the sixth switching element (Q6) or the seventh switching element (Q7),
turning off the first switching element (Q1) or the fourth switching element (Q4);
Turning off the eighth switching element (Q8) or the fifth switching element (Q5) in synchronization with turning off the fourth switching element (Q4) or the first switching element (Q1),
Turning on the third switching element (Q3), the fifth switching element (Q5) or the eighth switching element (Q8) in synchronization with turning on the second switching element (Q2),
Turning on the seventh switching element (Q7) or the sixth switching element (Q6) in synchronization with turning off the fifth switching element (Q5) or the eighth switching element (Q8),
turning off the second switching element (Q2) or the third switching element (Q3);
Turning off the seventh switching element (Q7) or the sixth switching element (Q6) in synchronization with turning off the third switching element (Q3) or the second switching element (Q2);
The power conversion device (1) according to
According to this, when switching between buck operation and boost operation, by controlling using the PWM method without using the phase shift method, it is possible to easily generate a dead time in a completely off state, and to reduce recovery loss of the diode. can be reduced.
[Item 13]
The control circuit (13) includes:
synchronizing the period of the first pattern and the period of the second pattern;
synchronizing the period of the third pattern and the period of the fourth pattern;
The power conversion device (1) according to
According to this, the operation is symmetrical in positive and negative directions, and it is possible to suppress the occurrence of DC biased magnetism.
[Item 14]
The control circuit (13) includes:
synchronizing the period of the fifth pattern and the period of the sixth pattern;
The power conversion device (1) according to
According to this, the operation is symmetrical in positive and negative directions, and it is possible to suppress the occurrence of DC biased magnetism.
[Item 15]
The control circuit (13) includes:
When transmitting power from the secondary side to the primary side,
exchanging the drive signal supplied to the first switching element (Q1) - the fourth switching element (Q4) and the drive signal supplied to the fifth switching element (Q5) - the eighth switching element (Q8);
The power conversion device (1) according to
According to this, a DC/DC converter capable of bidirectional transmission can be realized.
[Item 16]
The first DC section (E1, Ca) includes a storage battery (E1) mounted on the electric vehicle (7),
The power conversion device (1) according to
According to this, even if the voltage changes greatly depending on the vehicle type or SOC, the performance of the feedback control can be stabilized.
E1 第1直流電源、 E2 第2直流電源、 1 電力変換装置、 1a DC/DCコンバータ、 11 第1ブリッジ回路、 12 第2ブリッジ回路、 13 制御回路、 21 第1電圧センサ、 22 第2電圧センサ、 23 電流センサ、 131 検出器、 132 第1減算部、 133 第2減算部、 134 制御ゲイン決定部、 135 制御器、 136 PWM生成部、 Q1-Q8 スイッチング素子、 D1-D8 ダイオード、 C1-C8 容量、 L1 第1インダクタンス、 L2 第2インダクタンス、 TR1 絶縁トランス、 n1 一次巻線、 n2 二次巻線、 Ca 一次側コンデンサ、 Cb 二次側コンデンサ、 2 商用電力系統、 3 分電盤、 4 負荷、 5 V2Hシステム、 52 インバータ、 6 充放電ケーブル、 6a ガンコネクタ、 7 電動車。 E1 first DC power supply, E2 second DC power supply, 1 power converter, 1a DC/DC converter, 11 first bridge circuit, 12 second bridge circuit, 13 control circuit, 21 first voltage sensor, 22 second voltage sensor , 23 current sensor, 131 detector, 132 first subtraction section, 133 second subtraction section, 134 control gain determination section, 135 controller, 136 PWM generation section, Q1-Q8 switching element, D1-D8 diode, C1-C8 Capacity, L1 first inductance, L2 second inductance, TR1 isolation transformer, n1 primary winding, n2 secondary winding, Ca primary side capacitor, Cb secondary side capacitor, 2 commercial power system, 3 distribution board, 4 load , 5 V2H system, 52 inverter, 6 charge/discharge cable, 6a gun connector, 7 electric vehicle.
Claims (16)
第5スイッチング素子と第6スイッチング素子が直列接続された第3レグと、第7スイッチング素子と第8スイッチング素子が直列接続された第4レグを有し、前記第3レグと前記第4レグが第2直流部に並列接続される第2ブリッジ回路と、
前記第1ブリッジ回路と前記第2ブリッジ回路の間に接続された絶縁トランスと、
前記第1スイッチング素子-前記第8スイッチング素子を制御して、前記第2直流部の電力、電圧または電流を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記第1直流部の電圧と前記第2直流部の電圧の差に応じて、フィードバック制御のゲインを動的に変更することを特徴とする電力変換装置。 It has a first leg in which a first switching element and a second switching element are connected in series, and a second leg in which a third switching element and a fourth switching element are connected in series, and the first leg and the second leg are connected in series. a first bridge circuit connected in parallel to the first DC section;
It has a third leg in which a fifth switching element and a sixth switching element are connected in series, and a fourth leg in which a seventh switching element and an eighth switching element are connected in series, and the third leg and the fourth leg are connected in series. a second bridge circuit connected in parallel to the second DC section;
an isolation transformer connected between the first bridge circuit and the second bridge circuit;
a control circuit that controls the first switching element--the eighth switching element to control the power, voltage, or current of the second DC section,
The power conversion device is characterized in that the control circuit dynamically changes the gain of feedback control according to the difference between the voltage of the first DC section and the voltage of the second DC section.
前記制御回路は、
前記第1ブリッジ回路が前記第1直流部と前記絶縁トランスの一次巻線を導通させ、前記第2ブリッジ回路が前記絶縁トランスの二次巻線を前記第2直流部と導通させる伝送状態と、前記一次巻線の両端を前記第1ブリッジ回路内で短絡させ、前記第2ブリッジ回路が前記二次巻線を前記第2直流部と導通させた転流状態を含むように制御する第1の動作モードと、
前記第1ブリッジ回路が前記第1直流部と前記一次巻線を導通させ、前記二次巻線の両端を前記第2ブリッジ回路内で短絡させた蓄積状態と、前記伝送状態を含むように制御する第2の動作モードと、
を有する請求項1に記載の電力変換装置。 A diode is connected or formed in antiparallel to each of the first switching element and the eighth switching element,
The control circuit includes:
a transmission state in which the first bridge circuit conducts the first DC section and the primary winding of the isolation transformer, and the second bridge circuit conducts the secondary winding of the isolation transformer with the second DC section; A first method of controlling such that both ends of the primary winding are short-circuited in the first bridge circuit, and the second bridge circuit includes a commutation state in which the secondary winding is electrically connected to the second DC section. operating mode,
The first bridge circuit is controlled to include an accumulation state in which the first DC section and the primary winding are electrically connected and both ends of the secondary winding are short-circuited in the second bridge circuit, and the transmission state. a second operating mode,
The power conversion device according to claim 1, having:
前記伝送状態と前記蓄積状態と前記転流状態を含むように制御する第3の動作モードをさらに有する、
請求項2に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
further comprising a third operation mode controlled to include the transmission state, the accumulation state, and the commutation state;
The power conversion device according to claim 2.
前記第1パターンは、前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子がオン状態で、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子がオフ状態で、前記第2ブリッジ回路が整流状態であり、
前記第2パターンは、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子がオン状態で、前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子がオフ状態で、前記第2ブリッジ回路が整流状態であり、
前記第3パターンは、前記第1スイッチング素子または前記第4スイッチング素子がオン状態で、前記第4スイッチング素子または前記第1スイッチング素子、及び前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子がオフ状態で、前記第2ブリッジ回路が整流状態であり、
前記第4パターンは、前記第2スイッチング素子または前記第3スイッチング素子がオン状態で、前記第3スイッチング素子または前記第2スイッチング素子、及び前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子がオフ状態で、前記第2ブリッジ回路が整流状態である、
請求項2に記載の電力変換装置。 The transmission state includes a first pattern and a second pattern, the commutation state includes a third pattern and a fourth pattern,
In the first pattern, the first switching element and the fourth switching element are in an on state, the second switching element and the third switching element are in an off state, and the second bridge circuit is in a rectifying state,
In the second pattern, the second switching element and the third switching element are in an on state, the first switching element and the fourth switching element are in an off state, and the second bridge circuit is in a rectifying state,
In the third pattern, the first switching element or the fourth switching element is in an on state, and the fourth switching element or the first switching element, the second switching element, and the third switching element are in an off state. , the second bridge circuit is in a rectifying state,
In the fourth pattern, the second switching element or the third switching element is in an on state, and the third switching element or the second switching element, the first switching element, and the fourth switching element are in an off state. , the second bridge circuit is in a rectifying state;
The power conversion device according to claim 2.
前記第5パターンは、前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子、及び前記第6スイッチング素子または前記第7スイッチング素子がオン状態で、残りのスイッチング素子がオフ状態であり、
前記第6パターンは、前記第2スイッチング素子と前記第3スイッチング素子、及び前記第5スイッチング素子または前記第8スイッチング素子がオン状態で、残りのスイッチング素子がオフ状態である、
請求項2に記載の電力変換装置。 The accumulation state includes a fifth pattern and a sixth pattern,
In the fifth pattern, the first switching element, the fourth switching element, and the sixth switching element or the seventh switching element are in an on state, and the remaining switching elements are in an off state,
In the sixth pattern, the second switching element, the third switching element, and the fifth switching element or the eighth switching element are in an on state, and the remaining switching elements are in an off state.
The power conversion device according to claim 2.
請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The control circuit controls the voltage or current of power transmitted from the first DC section to the second DC section by controlling the on/off time of each switching element.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5.
前記第1の動作モードにおいて、前記第1レグまたは前記第2レグのデューティ比を制御することで、
前記第2の動作モードにおいて、前記第3レグまたは前記第4レグのデューティ比を制御することで、
前記第3の動作モードにおいて、前記第1レグまたは前記第2レグのデューティ比と、前記第3レグまたは前記第4レグのデューティ比を制御することで、
前記第1直流部から前記第2直流部へ伝送する電力の電圧または電流を制御する、
請求項3に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
In the first operation mode, by controlling the duty ratio of the first leg or the second leg,
In the second operation mode, by controlling the duty ratio of the third leg or the fourth leg,
In the third operation mode, by controlling the duty ratio of the first leg or the second leg and the duty ratio of the third leg or the fourth leg,
controlling the voltage or current of power transmitted from the first DC section to the second DC section;
The power conversion device according to claim 3.
前記第1の動作モードにおいて、前記第1レグまたは前記第2レグのデューティ比が1に到達する前に、前記第3の動作モードに遷移させる、
請求項7に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
In the first operation mode, before the duty ratio of the first leg or the second leg reaches 1, transition to the third operation mode.
The power conversion device according to claim 7.
前記第2の動作モードにおいて、前記第3レグまたは前記第4レグのデューティ比が0に到達する前に、前記第3の動作モードに遷移させる、
請求項7に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
In the second operation mode, before the duty ratio of the third leg or the fourth leg reaches 0, transition to the third operation mode.
The power conversion device according to claim 7.
前記第1の動作モードにおいて、
前記第1スイッチング素子のターンオンに同期して、前記第4スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第1スイッチング素子または前記第4スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第8スイッチング素子または前記第5スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第4スイッチング素子または前記第1スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第8スイッチング素子または前記第5スイッチング素子をターンオフさせ、
前記第2スイッチング素子のターンオンに同期して、前記第3スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第2スイッチング素子または前記第3スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子または前記第6スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第3スイッチング素子または前記第2スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子または前記第6スイッチング素子をターンオフさせる、
請求項2に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
In the first operating mode,
Turning on the fourth switching element in synchronization with turning on the first switching element;
Turning on the eighth switching element or the fifth switching element in synchronization with turning off the first switching element or the fourth switching element,
Turning off the eighth switching element or the fifth switching element in synchronization with turning off the fourth switching element or the first switching element,
Turning on the third switching element in synchronization with turning on the second switching element;
Turning on the seventh switching element or the sixth switching element in synchronization with turning off the second switching element or the third switching element,
Turning off the seventh switching element or the sixth switching element in synchronization with turning off the third switching element or the second switching element;
The power conversion device according to claim 2.
前記第2の動作モードにおいて、
前記第1スイッチング素子のターンオンに同期して、前記第4スイッチング素子と、前記第6スイッチング素子または前記第7スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第6スイッチング素子または前記第7スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第8スイッチング素子または前記第5スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第1スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第4スイッチング素子と、前記第8スイッチング素子または前記第5スイッチング素子をターンオフさせ、
前記第2スイッチング素子のターンオンに同期して、前記第3スイッチング素子と、前記第5スイッチング素子または前記第8スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第5スイッチング素子または前記第8スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子または前記第6スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第2スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第3スイッチング素子と、前記第7スイッチング素子または前記第6スイッチング素子をターンオフさせる、
請求項2に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
In the second operating mode,
Turning on the fourth switching element, the sixth switching element, or the seventh switching element in synchronization with turning on the first switching element,
Turning on the eighth switching element or the fifth switching element in synchronization with turning off the sixth switching element or the seventh switching element,
Turning off the fourth switching element, the eighth switching element, or the fifth switching element in synchronization with turning off the first switching element,
Turning on the third switching element, the fifth switching element, or the eighth switching element in synchronization with turning on the second switching element,
Turning on the seventh switching element or the sixth switching element in synchronization with turning off the fifth switching element or the eighth switching element,
Turning off the third switching element, the seventh switching element, or the sixth switching element in synchronization with turning off the second switching element;
The power conversion device according to claim 2.
前記第3の動作モードにおいて、
前記第1スイッチング素子のターンオンに同期して、前記第4スイッチング素子と、前記第6スイッチング素子または前記第7スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第6スイッチング素子または前記第7スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第8スイッチング素子または前記第5スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第1スイッチング素子または前記第4スイッチング素子をターンオフさせ、
前記第4スイッチング素子または前記第1スイッチング素子のターンオフに同期して前記第8スイッチング素子または前記第5スイッチング素子をターンオフさせ、
前記第2スイッチング素子のターンオンに同期して、前記第3スイッチング素子と、前記第5スイッチング素子または前記第8スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第5スイッチング素子または前記第8スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子または前記第6スイッチング素子をターンオンさせ、
前記第2スイッチング素子または前記第3スイッチング素子をターンオフさせ、
前記第3スイッチング素子または前記第2スイッチング素子のターンオフに同期して、前記第7スイッチング素子または前記第6スイッチング素子をターンオフさせる、
請求項3に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
In the third operating mode,
Turning on the fourth switching element, the sixth switching element, or the seventh switching element in synchronization with turning on the first switching element,
Turning on the eighth switching element or the fifth switching element in synchronization with turning off the sixth switching element or the seventh switching element,
turning off the first switching element or the fourth switching element;
Turning off the eighth switching element or the fifth switching element in synchronization with turning off the fourth switching element or the first switching element,
Turning on the third switching element, the fifth switching element, or the eighth switching element in synchronization with turning on the second switching element,
Turning on the seventh switching element or the sixth switching element in synchronization with turning off the fifth switching element or the eighth switching element,
turning off the second switching element or the third switching element;
Turning off the seventh switching element or the sixth switching element in synchronization with turning off the third switching element or the second switching element;
The power conversion device according to claim 3.
前記第1パターンの期間と前記第2パターンの期間を同期させ、
前記第3パターンの期間と前記第4パターンの期間を同期させる、
請求項4に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
synchronizing the period of the first pattern and the period of the second pattern;
synchronizing the period of the third pattern and the period of the fourth pattern;
The power conversion device according to claim 4.
前記第5パターンの期間と前記第6パターンの期間を同期させる、
請求項5に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
synchronizing the period of the fifth pattern and the period of the sixth pattern;
The power conversion device according to claim 5.
二次側から一次側に電力を伝送する場合、
前記第1スイッチング素子-前記第4スイッチング素子に供給する駆動信号と、前記第5スイッチング素子-前記第8スイッチング素子に供給する駆動信号を入れ替える、
請求項1に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
When transmitting power from the secondary side to the primary side,
exchanging the drive signal supplied to the first switching element-the fourth switching element and the drive signal supplied to the fifth switching element-the eighth switching element;
The power conversion device according to claim 1.
請求項1に記載の電力変換装置。 The first DC section includes a storage battery mounted on an electric vehicle.
The power conversion device according to claim 1.
Priority Applications (1)
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JP2022109656A JP2024008097A (en) | 2022-07-07 | 2022-07-07 | Power conversion device |
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JP2022109656A Pending JP2024008097A (en) | 2022-07-07 | 2022-07-07 | Power conversion device |
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- 2022-07-07 JP JP2022109656A patent/JP2024008097A/en active Pending
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