JP3703026B2 - Snubber circuit for bidirectional DC-DC converter and bidirectional DC-DC converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、双方向DC−DCコンバータ用スナバ回路および双方向DC−DCコンバータに関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、省エネルギー化に主要な役割を果たす双方向AC−DCコンバータや双方向DC−DCコンバータのうち、可変電圧範囲を広くとる必要のある双方向DC−DCコンバータに有用な、回生効率に優れ、小型、軽量かつ経済的な、新しい双方向DC−DCコンバータ用スナバ回路および双方向DC−DCコンバータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は、従来の交流スナバ回路を用いた双方向DC−DCコンバータと、双方向AC−DCコンバータとを従属接続した電力回生型二次電池充放電装置の回路構成の一例を示したものであり、二次電池の充放電を少ない放熱損失により実行可能なものである。
【0003】
この図1において、(1)は双方向AC−DCコンバータ、(2)は双方向DC−DCコンバータ、(3)は二次電池、(4)は双方向AC−DCコンバータ用スイッチ制御回路、(5)は双方向DC−DCコンバータ用スイッチ制御回路、(6)はこの出願の発明を適用して特性を改善すべき従来の双方向半導体スイッチ回路ブロックである。また、双方向DC−DCコンバータ(2)中のTは高周波トランス、(7)はスナバ回路、(8)はLCフィルタである。
【0004】
図1の各部の電圧・電流の矢印方向は、電池の充電時において、電池の電圧EBが双方向AC−DCコンバータ(1)の直流出力電圧E1よりも低いEB=E1−E2の場合の各部の電流方向を示しており、電池の電圧EBが双方向AC−DCコンバータ(1)の直流出力電圧E1よりも高いEB=E1+E2の場合には図中の1次巻線側直流電流I'2の方向が逆に流れることを意味している。
【0005】
すなわち、図1中にも示したように、
EB<E1の場合、I2=I1+I'2 → I1=I2−I'2
EB>E1の場合、I2=I1−I'2 → I1=I2+I'2
であり、電池の充電時には、昇圧型である双方向AC−DCコンバータ(1)の出力電流I1は、EB<E1の場合は電池側に流れる双方向DC−DCコンバータ(2)の出力電流I2に対応する1次巻線側直流電流I'2が引き算となり、逆にEB>E1の場合は足し算となる。
【0006】
このことは、二次電池(3)の端子電圧がE1−E2の間はI1=I2−I'2となり、E1+E2の間はI1=I2+I'2となり、広範囲の電圧調整範囲において電力損失の少ない充電を行うことができることを意味している。
【0007】
ここで、双方向DC−DCコンバータ(2)中の半導体スイッチS1〜S6の駆動方法について概説すると、まず、S1〜S4は公知の片方向半導体スイッチであり、その駆動波形は図2(a)のS1,S4およびS2,S3で示すとおり交互にON・OFFし、他方、S5,S6はそれぞれの双方向半導体スイッチを構成しており、S1,S4およびS2,S3の駆動パルス位相を基準として45度、90度、135度の位相遅れの場合のLCフィルタ(8)前出力電圧波形と平滑後の直流出力電圧EBは順に図2(a)(b)(c)のようになる。
【0008】
これら図2(a)(b)(c)から明らかなように、E1とE2との電圧比は高周波トランスTの巻数比でほば決まり、相対パルス位相をほば零から180度まで変えることにより、電池端子電圧EBをEB=E1±E2まで双方向DC−DCコンバータ用スイッチ制御回路(5)によって制御することができる。
【0009】
以上の説明は二次電池(3)の充電方向についてのものであるが、二次電池(3)の放電時には二次電池(3)が電源となり、双方向AC−DCコンバータ(1)は公知の手段によりACインバータとして交流に変換し、電力を回生する。この時の双方向DC−DCコンバータ(2)に流れる電流の方向は、二次電池(3)の電圧とインバータの入力直流電圧E1との関係が、前述のEB>E1およびEB<E1のいずれの場合も、電流方向がすべて逆方向となるだけで、双方向DC−DCコンバータ(2)の入出力電圧比に変わりはなく、各部の動作波形は図2の説明と同じである。
【0010】
このことは半導体スイッチS5,S6を双方向接続したことによって実現するものであり、放電時にはS5,S6側がインバータ、S1〜S4側が同期整流を行い、双方向DC−DCコンバータ(2)の全体の電力エネルギーは電池側から双方向AC−DCインバータ(1)側へ供給される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
以上が入出力電圧比を広範囲に変換できる従来の双方向DC−DCコンバータ(2)の概要であるが、これまでの試作経験から、図1の双方向半導体スイッチ回路ブロック(6)にさらに改善すべき点あることが判ってきた。
【0012】
すなわち、双方向半導体スイッチ回路ブロック(6)中のA−B間に示された電圧振幅は、図2(a)(b)(c)中に示された(A−B)間電圧波形からも明らかなように双方向DC−DCコンバータ(2)の変調周波数の2倍の周波数で大振幅のパルス波形を発生させ、これをLCフィルタ(8)(L7,C7)により平滑するために、実際には主としてL7のインダクタンスと開閉する電流値とその立ち上がり立ち下がり速度とに応じてEP=L7×di/dtのスパイク電圧が発生してしまうのである。この値は、直流出力電流値に比例して大きくなり、本来の開閉すべき回路電圧の2〜3倍にも達することもある。
【0013】
このため、S5,S6に用いる双方向半導体スイッチ素子には耐圧の極めて高い高価なものが必要となり、経済性を損なうだけでなく、スイッチング損失もスパイクパルス電圧の絶対値の2乗に比例して増加するため、双方向DC−DCコンバータ(2)の変換効率を低下させることにもなる。
【0014】
図3は、図1に例示したように双方向DC−DCコンバータ(2)に小容量のスナバ回路(7)(C6,R2)を挿入したときに、双方向半導体スイッチS5またはS6のOFF時に両端に発生する電圧波形の一例を示したものである。
【0015】
スパイクパルスを減らすためにスナバコンデンサC6の容量を増しダンピング抵抗R2を減少させてゆくと、スパイクパルスの振幅は減り、トランジスタのスイッチング損失は減ってくるが、ダンピング抵抗R2に消費されるスパイク電力は双方向DC−DCコンバータ(2)の出力電力の10%を越すこともあり、これが変換効率低下の最大原因となるのである。
【0016】
なお、この損失以外にも、高周波トランスTの巻線N1,N2,N3に起因する漏れインダクタンスに基づくLdi/dtのため、1次巻線側の片方向スイッチS1〜S4にも小規模なスパイクパルスは発生するが、この発生電力は、L7によって生じるパルス電力エネルギーから見れば十分少ないので、従来のスパイク吸収回路により満足な対策が立てられる。
【0017】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑み、従来技術の問題点を解消し、双方向DC−DCコンバータ(2)中のLCフィルタ(8)に発生するスパイクパルスに起因する電力損失を低減することのできる、回生効率に優れ、小型、軽量かつ経済的な、新しい双方向DC−DCコンバータ用スナバ回路、およびそれを具備した双方向DC−DCコンバータを提供することを課題としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第1には、入出力端子と、出入力端子と、片方向半導体スイッチ回路と、高周波トランスと、双方向半導体スイッチ回路と、第1の平滑用コンデンサと、第2の平滑用コンデンサ及びインダクタを含むLCフィルタを有し、入出力端子の一端と出入力端子の一端が第1の共通線により接続され、片方向半導体スイッチ回路の一方の接続端が第1の共通線上の入出力端子側の接続点に接続されるとともに、他方の接続端が入出力端子の他端と接続線で接続され、片方向半導体スイッチ回路が高周波トランスの1次側に接続され、高周波トランスの2次側が双方向半導体スイッチ回路の前段側に接続され、入出力端子の他端からの接続線上の接続点と高周波トランスの2次側の中性点がバイアス線で接続され、出入力端子の他端が第2の共通線によりLCフィルタのインダクタを介して双方向半導体スイッチ回路の後段側に接続され、第1の平滑用コンデンサがバイアス線と第1の共通線との間に接続され、第2の平滑用コンデンサが第2の共通線とバイアス線との間に接続された構成を有する双方向DC−DCコンバータ用のスナバ回路であって、バイアス線と第1の共通線の間に直列に接続された2個のダイオードと、該2個のダイオードの接続点と第2の共通線の間に接続された1個のコンデンサとを用いて倍電圧整流回路として構成され、双方向DC−DCコンバータの双方向半導体スイッチ回路後段とLCフィルタ前段との間に挿入されて、LCフィルタのインダクタで発生するスパイク電力を再整流し、その電力を双方向DC−DCコンバータの入力側または出力側に加えることを特徴とする双方向DC−DCコンバータ用スナバ回路を提供し、第2には、双方向DC−DCコンバータに二次電池が接続されている場合において、前記再整流後の電力を二次電池の充電時には入力側に、放電時には出力側である二次電池側に加えることを特徴とする双方向DC−DCコンバータ用スナバ回路を提供する。
【0019】
またさらに、この出願の発明は、第3には、入出力端子と、出入力端子と、片方向半導体スイッチ回路と、高周波トランスと、双方向半導体スイッチ回路と、第1の平滑用コンデンサと、第2の平滑用コンデンサ及びインダクタを含むLCフィルタを有し、入出力端子の一端と出入力端子の一端が第1の共通線により接続され、片方向半導体スイッチ回路の一方の接続端が第1の共通線上の入出力端子側の接続点に接続されるとともに、他方の接続端が入出力端子の他端と接続線で接続され、片方向半導体スイッチ回路が高周波トランスの1次側に接続され、高周波トランスの2次側が双方向半導体スイッチ回路の前段側に接続され、入出力端子の他端からの接続線上の接続点と高周波トランスの2次側の中性点がバイアス線で接続され、出入力端子の他端が第2の共通線によりLCフィルタを介して双方向半導体スイッチ回路の後段側に接続され、第1の平滑用コンデンサがバイアス線と第1の共通線との間に接続され、第2の平滑用コンデンサが第2の共通線とバイアス線との間に接続された構成を有する双方向DC−DCコンバータであって、スナバ回路が、バイアス線と第1の共通線の間に直列に接続された2個のダイオードと、該2個のダイオードの接続点と第2の共通線の間に接続された1個のコンデンサとを用いて倍電圧整流回路として構成され、双方向DC−DCコンバータの双方向半導体スイッチ回路後段とLCフィルタ前段との間に挿入されて、LCフィルタのインダクタで発生するスパイク電力を再整流し、その電力を双方向DC−DCコンバータの入力側または出力側に加えることを特徴とする双方向DC−DCコンバータを提供し、二次電池が接続されている場合において、前記再整流後の電力を二次電池の充電時には入力側に、放電時には出力側である二次電池側に加えることを特徴とする双方向DC−DCコンバータを提供する。
【0020】
これらの特徴を有するこの出願の発明は、広範囲な入力電圧比の調整機能はそのままに、上記スパイク電力を低減して双方向DC−DCコンバータの変換効率を高めることができ、回生効率の向上、小型化、軽量化、低価格化を実現できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図4(a)(b)は、各々、図1中のスナバ回路(7)として従来公知のRCDスナバ回路(7a)(7b)を用いた場合の回路構成を例示したものであり、図5は、この出願の発明のスナバ回路(70)およびそれを具備した双方向DC−DCコンバータ(2)を例示したものである。
【0022】
図4(a)におけるRCDスナバ回路(7a)は、C6,R2回路定数を変えることにより、スナバ電力を図1の回路定数に比べて1/10程度に低減することができる。この場合、図1のR2,C6のみのスナバ回路(7)に比べてスナバ電力損失はほぼ半減するが、それでもなお双方向DC−DCコンバータ(2)としての全体の効率改善は十分とはいえない。
【0023】
図4(b)におけるRCDスナバ回路(7b)は、電力損失の改善の程度は図4(a)とほぼ同一であって、多少の経済効果は認められるが、これでも十分とはいえない。
【0024】
そこで、図5に例示したように全く新しい発想によりなされたこの出願の発明を採用することで、図1及び図4(a)(b)に比べて電力喪失の飛躍的な改善を実現することができる。
【0025】
この出願の発明のスナバ回路(70)は、1個のスナバコンデンサC6と二個のダイオードD1,D2とを用いて構成され、双方向DC−DCコンバータ(2)の双方向半導体スイッチS5,S6後段とLCフィルタ(8)前段との間に挿入されるのものである。より具体的には、まず、ダイオードD1,D2によりダイオード・ハーフブリッジ(71)を構成し、それを双方向AC−DCコンバータ(1)の出力端子または双方向DC−DCコンバータ(2)の入力端子に接続する。スナバコンデンサC6は、その一端が双方向半導体スイッチS5,S6およびLCフィルタ(8)の間に接続され、他端がダイオード・ハーフブリッジ(71)のダイオードD1,D2の共通接続端子に接続される。
【0026】
このスナバ回路(70)において、LCフィルタ(8)のL7の両端に発生するスパイク電圧をスナバコンデンサC6を通してダイオードD1,D2の共通接続端子に導き、その出力を双方向AC−DCコンバータ(1)の出力端子または双方向DC−DCコンバータ(2)の入力端子に加え、スパイクエネルギーを充電時には入力側に、放電時には電池側に回生させる。これにより、スパイク電力を、ダイオードD1,D2の動作時損失とスナバコンデンサC6の誘電体損失のみとすることができ、残りのエネルギーを変換エネルギーの一部として活用することができることとなる。
【0027】
図5からも明らかなように、このスナバ回路(70)は、倍電圧整流回路として構成されているが、正および負のスパイクパルス発生回路における発生パルスをエネルギーとして、そのパルスの抑圧と直流電圧に変換することができるものであり、倍電圧整流スナバ回路と呼べる。そして、この倍電圧整流スナバ回路を新規に双方向DC−DCコンバータ(2)に適用する結果、低損失・無損失スナバ回路として動作することを実証できた。
【0028】
また、倍電圧整流回路は通常最低2個のコンデンサと2個のダイオードが必要であるが、元来この出願の発明の双方向DC−DCコンバータでは入出力回路の高周波バイパスコンデンサが付加されているので、正味の追加素子数はスナバコンデンサC6と2個のダイオードD1,D2のみでよく、少ない素子数で最大の効果を得ることができ、経済的でもある。なお、実際の回路では、電流制御用の抵抗やチョークコイルなどを付加する場合があり得ることは言うまでもない。
【0029】
また、コンデンサC6の値を適切に選ぶことで、図3に示したスパイクパルス振幅をスナバ回路(70)を付加しない場合のスパイク振幅の1/3〜1/4程度にまで低下させることができ、半導体スイッチ素子S5,S6の耐圧も従来に比べて格段に低くて済む。
【0030】
またさらには、直流出力電流を多くとることも可能になり、双方向DC−DCコンバータ(2)自体の小型、経済化と高効率化に役立つ。
【0031】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、広範囲の入力電圧比を調整可能であることはもちろんのこと、スパイクパルスに起因する電力損失を低減することができ、回生効率に優れ、小型、軽量かつ経済的な、新しい双方向DC−DCコンバータ用スナバ回路および双方向DC−DCコンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の交流スナバ回路(7)を用いた双方向DC−DCコンバータ(2)と、双方向AC−DCコンバータ(1)とを従属接続した電力回生型二次電池充放電装置の回路構成の一例を示した回路図である。
【図2】図1の双方向DC−DCコンバータ(2)中の半導体スイッチS1〜S6の駆動パルス波形とLCフィルタ(7)の前後における位相制御波形を説明するための図である。
【図3】図1の双方向DC−DCコンバータ(2)中の双方向半導体スイッチS5,S6の両端に発生するスパイク・パルスと入出力電流の大小関係を例示した図である。
【図4】(a)(b)は、各々、図1の双方向DC−DCコンバータ(2)中のスナバ回路(7)としての別の従来技術を例示した回路図である。
【図5】この出願の発明のスナバ回路(70)およびそれを具備した双方向DC−DCコンバータ(2)を例示した回路図である。
【符号の説明】
1 双方向AC−DCコンバータ
2 双方向DC−DCコンバータ
3 二次電池
4 双方向AC−DCコンバータ用スイッチ制御回路
5 双方向DC−DCコンバータ用スイッチ制御回路
6 双方向半導体スイッチブロック
7 スナバ回路
7a,7b RCDスナバ回路
70 スナバ回路
71 ダイオード・ハーフブリッジ
8 LCフィルタ
C コンデンサ
L インダクタ
R 抵抗
T 高周波トランス
S 半導体スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a snubber circuit for a bidirectional DC-DC converter and a bidirectional DC-DC converter. More specifically, the invention of this application is a bidirectional DC-DC converter that requires a wide variable voltage range among bidirectional AC-DC converters and bidirectional DC-DC converters that play a major role in energy saving. The present invention relates to a new snubber circuit for a bidirectional DC-DC converter and a bidirectional DC-DC converter, which are useful, excellent in regenerative efficiency, small, lightweight and economical.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows an example of a circuit configuration of a power regenerative secondary battery charging / discharging device in which a bidirectional DC-DC converter using a conventional AC snubber circuit and a bidirectional AC-DC converter are cascade-connected. Yes, the secondary battery can be charged and discharged with a small heat dissipation loss.
[0003]
In FIG. 1, (1) is a bidirectional AC-DC converter, (2) is a bidirectional DC-DC converter, (3) is a secondary battery, (4) is a switch control circuit for the bidirectional AC-DC converter, (5) is a switch control circuit for a bidirectional DC-DC converter, and (6) is a conventional bidirectional semiconductor switch circuit block whose characteristics should be improved by applying the invention of this application. In the bidirectional DC-DC converter (2), T is a high frequency transformer, (7) is a snubber circuit, and (8) is an LC filter.
[0004]
The arrow direction of the voltage / current of each part in FIG. 1 indicates each part when EB = E1-E2 where the battery voltage EB is lower than the DC output voltage E1 of the bidirectional AC-DC converter (1) during battery charging. When the battery voltage EB is higher than the DC output voltage E1 of the bidirectional AC-DC converter (1) EB = E1 + E2, the primary winding side DC current I′2 in FIG. It means that the direction of flows in reverse.
[0005]
That is, as shown in FIG.
When EB <E1, I2 = I1 + I′2 → I1 = I2−I′2
When EB> E1, I2 = I1-I′2 → I1 = I2 + I′2
When the battery is charged, the output current I1 of the step-up bidirectional AC-DC converter (1) is the output current I2 of the bidirectional DC-DC converter (2) flowing to the battery side when EB <E1. The primary winding side DC
[0006]
This means that when the terminal voltage of the secondary battery (3) is E1−E2, I1 = I2−I′2 and between E1 + E2 is I1 = I2 + I′2, and there is little power loss in a wide voltage adjustment range. It means that you can charge.
[0007]
Here, the driving method of the semiconductor switches S1 to S6 in the bidirectional DC-DC converter (2) will be outlined. First, S1 to S4 are known unidirectional semiconductor switches, and the driving waveforms thereof are shown in FIG. S1, S4 and S2, S3 are alternately turned on and off, while S5 and S6 constitute the respective bidirectional semiconductor switches, and the drive pulse phases of S1, S4 and S2, S3 are used as a reference. When the phase delay is 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees, the output voltage waveform before the LC filter (8) and the DC output voltage EB after smoothing are sequentially as shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), and 2 (c).
[0008]
As apparent from FIGS. 2A, 2B, and 2C, the voltage ratio between E1 and E2 is determined by the turn ratio of the high-frequency transformer T, and the relative pulse phase is changed from approximately zero to 180 degrees. Thus, the battery terminal voltage EB can be controlled by the bidirectional DC-DC converter switch control circuit (5) until EB = E1 ± E2.
[0009]
The above description is about the charging direction of the secondary battery (3). When the secondary battery (3) is discharged, the secondary battery (3) becomes a power source, and the bidirectional AC-DC converter (1) is publicly known. The power is regenerated by converting into alternating current as an AC inverter by means of the above. The direction of the current flowing through the bidirectional DC-DC converter (2) at this time is such that the relationship between the voltage of the secondary battery (3) and the input DC voltage E1 of the inverter is either EB> E1 or EB <E1. In this case, the current directions are all reversed, the input / output voltage ratio of the bidirectional DC-DC converter (2) is not changed, and the operation waveforms of the respective parts are the same as those in FIG.
[0010]
This is realized by bidirectionally connecting the semiconductor switches S5 and S6. During discharge, the S5 and S6 sides perform inverter rectification, and the S1 to S4 sides perform synchronous rectification, so that the entire bidirectional DC-DC converter (2) is realized. Electric power energy is supplied from the battery side to the bidirectional AC-DC inverter (1) side.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The above is the outline of the conventional bidirectional DC-DC converter (2) capable of converting the input / output voltage ratio over a wide range. From the trial production experience so far, the bidirectional semiconductor switch circuit block (6) in FIG. 1 is further improved. I know that there is a point to do.
[0012]
That is, the voltage amplitude shown between A and B in the bidirectional semiconductor switch circuit block (6) is derived from the voltage waveform between (A and B) shown in FIGS. 2 (a), (b) and (c). As can be seen, in order to generate a pulse waveform having a large amplitude at a frequency twice the modulation frequency of the bidirectional DC-DC converter (2), and smoothing it by the LC filter (8) (L7, C7), Actually, a spike voltage of EP = L7 × di / dt is generated mainly depending on the inductance of L7, the current value to be opened and closed, and the rising / falling speed thereof. This value increases in proportion to the DC output current value, and may reach 2 to 3 times the circuit voltage to be originally opened and closed.
[0013]
For this reason, the bidirectional semiconductor switch element used for S5 and S6 requires an expensive element having an extremely high breakdown voltage, which not only impairs the economy, but also the switching loss is proportional to the square of the absolute value of the spike pulse voltage. This increases the conversion efficiency of the bidirectional DC-DC converter (2).
[0014]
FIG. 3 shows a case where the bidirectional semiconductor switch S5 or S6 is turned off when the small capacity snubber circuit (7) (C6, R2) is inserted into the bidirectional DC-DC converter (2) as illustrated in FIG. An example of the voltage waveform generated at both ends is shown.
[0015]
If the capacity of the snubber capacitor C6 is increased to decrease the spike pulse and the damping resistor R2 is decreased, the amplitude of the spike pulse decreases and the switching loss of the transistor decreases, but the spike power consumed by the damping resistor R2 is This may exceed 10% of the output power of the bidirectional DC-DC converter (2), and this is the greatest cause of a decrease in conversion efficiency.
[0016]
In addition to this loss, because of Ldi / dt based on the leakage inductance caused by the windings N1, N2, and N3 of the high-frequency transformer T, a small spike is also applied to the unidirectional switches S1 to S4 on the primary winding side. Although a pulse is generated, this generated power is sufficiently small in view of the pulse power energy generated by L7, and a satisfactory countermeasure can be established by the conventional spike absorption circuit.
[0017]
Accordingly, the invention of this application solves the problems of the prior art in view of the circumstances as described above, and the electric power caused by the spike pulse generated in the LC filter (8) in the bidirectional DC-DC converter (2). An object is to provide a new snubber circuit for bidirectional DC-DC converter, which can reduce loss, has excellent regenerative efficiency, is small, lightweight and economical, and bidirectional DC-DC converter equipped with the snubber circuit. Yes.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention of this application includes, firstly , an input / output terminal , an input / output terminal, a one-way semiconductor switch circuit, a high-frequency transformer, a bidirectional semiconductor switch circuit, And an LC filter including a second smoothing capacitor and an inductor, one end of the input / output terminal and one end of the input / output terminal are connected by a first common line, and one of the one-way semiconductor switch circuits Is connected to the connection point on the input / output terminal side on the first common line, the other connection end is connected to the other end of the input / output terminal through a connection line, and the one-way semiconductor switch circuit is connected to the high-frequency transformer. Connected to the primary side, the secondary side of the high-frequency transformer is connected to the front side of the bidirectional semiconductor switch circuit, the connection point on the connection line from the other end of the input / output terminal and the neutral point of the secondary side of the high-frequency transformer by The other end of the input / output terminal is connected to the rear side of the bidirectional semiconductor switch circuit via the inductor of the LC filter by the second common line, and the first smoothing capacitor is connected to the bias line and the first line. is a connection between the common line, the second smoothing capacitor a snubber circuit for the bidirectional DC-DC converter having connected to each between the second common line and the bias line, bias Doubled using two diodes connected in series between the line and the first common line , and one capacitor connected between the connection point of the two diodes and the second common line is configured as a voltage rectifier circuit, it is inserted between the bi-directional semiconductor switch circuit subsequent and LC filter preceding the bidirectional DC-DC converter, and re-rectified spike power generated by the inductor of the LC filter, bi its power The present invention provides a snubber circuit for a bidirectional DC-DC converter, which is added to an input side or an output side of a bidirectional DC-DC converter. Second, a secondary battery is connected to the bidirectional DC-DC converter. A bidirectional DC-DC converter snubber circuit, wherein the power after re-rectification is applied to the input side when the secondary battery is charged and to the secondary battery side that is the output side when discharging. .
[0019]
Still further, the invention of this application is, thirdly , an input / output terminal , an input / output terminal, a one-way semiconductor switch circuit, a high-frequency transformer, a bidirectional semiconductor switch circuit, a first smoothing capacitor, An LC filter including a second smoothing capacitor and an inductor is provided, one end of the input / output terminal and one end of the input / output terminal are connected by a first common line, and one connection end of the one-way semiconductor switch circuit is the first Are connected to the connection point on the input / output terminal side of the common line, the other connection end is connected to the other end of the input / output terminal by a connection line, and the one-way semiconductor switch circuit is connected to the primary side of the high-frequency transformer. The secondary side of the high-frequency transformer is connected to the front side of the bidirectional semiconductor switch circuit, the connection point on the connection line from the other end of the input / output terminal and the neutral point of the secondary side of the high-frequency transformer are connected by a bias line, Out The other end of the power terminal is connected to the rear side of the bidirectional semiconductor switch circuit via the LC filter by the second common line, and the first smoothing capacitor is connected between the bias line and the first common line. The bidirectional DC-DC converter has a configuration in which the second smoothing capacitor is connected between the second common line and the bias line, and the snubber circuit is between the bias line and the first common line. Is configured as a voltage doubler rectifier circuit using two diodes connected in series to each other and one capacitor connected between the connection point of the two diodes and the second common line. is inserted between the DC-DC converter of the bidirectional semiconductor switch circuit subsequent and LC filter preceding, re rectified spike power generated by the inductor of the LC filter, the input side of the bidirectional DC-DC converter that power Or a bidirectional DC-DC converter characterized by being applied to the output side, and when a secondary battery is connected, the re-rectified power is discharged to the input side when the secondary battery is charged. A bidirectional DC-DC converter is provided which is sometimes added to a secondary battery side which is an output side.
[0020]
The invention of this application having these characteristics can reduce the spike power and increase the conversion efficiency of the bidirectional DC-DC converter while maintaining a wide range of input voltage ratio adjustment functions, thereby improving the regeneration efficiency. Smaller, lighter, and less expensive.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
4 (a) and 4 (b) exemplify circuit configurations when conventionally known RCD snubber circuits (7a) and (7b) are used as the snubber circuit (7) in FIG. These illustrate the snubber circuit (70) of the invention of this application and the bidirectional DC-DC converter (2) including the snubber circuit (70).
[0022]
The RCD snubber circuit (7a) in FIG. 4 (a) can reduce the snubber power to about 1/10 of the circuit constants of FIG. 1 by changing the C6 and R2 circuit constants. In this case, the snubber power loss is almost halved as compared with the snubber circuit (7) having only R2 and C6 in FIG. 1, but the overall efficiency improvement as the bidirectional DC-DC converter (2) is still sufficient. Absent.
[0023]
In the RCD snubber circuit (7b) in FIG. 4 (b), the degree of improvement in power loss is almost the same as that in FIG. 4 (a), and some economic effects are recognized, but this is not sufficient.
[0024]
Therefore, by adopting the invention of this application made with a completely new idea as illustrated in FIG. 5, a dramatic improvement in power loss can be realized compared to FIGS. 1 and 4 (a) (b). Can do.
[0025]
The snubber circuit (70) of the invention of this application is configured by using one snubber capacitor C6 and two diodes D1 and D2, and bidirectional semiconductor switches S5 and S6 of the bidirectional DC-DC converter (2). It is inserted between the rear stage and the front stage of the LC filter (8). More specifically, first, a diode half bridge (71) is constituted by the diodes D1 and D2, and this is used as an output terminal of the bidirectional AC-DC converter (1) or an input of the bidirectional DC-DC converter (2). Connect to the terminal. One end of the snubber capacitor C6 is connected between the bidirectional semiconductor switches S5 and S6 and the LC filter (8), and the other end is connected to a common connection terminal of the diodes D1 and D2 of the diode half bridge (71). .
[0026]
In this snubber circuit (70), the spike voltage generated at both ends of L7 of the LC filter (8) is led to the common connection terminal of the diodes D1 and D2 through the snubber capacitor C6, and the output is bidirectional AC-DC converter (1). In addition, the spike energy is regenerated to the input side during charging and to the battery side during discharging in addition to the output terminal or the input terminal of the bidirectional DC-DC converter (2). As a result, the spike power can be limited to the operating loss of the diodes D1 and D2 and the dielectric loss of the snubber capacitor C6, and the remaining energy can be utilized as part of the conversion energy.
[0027]
As is clear from FIG. 5, the snubber circuit (70) is configured as a voltage doubler rectifier circuit. However, the generated pulse in the positive and negative spike pulse generation circuit is used as energy to suppress the pulse and the DC voltage. And can be called a voltage doubler rectification snubber circuit. As a result of newly applying this voltage doubler rectifying snubber circuit to the bidirectional DC-DC converter (2), it was proved that it operates as a low loss / lossless snubber circuit.
[0028]
In addition, the voltage doubler rectifier circuit normally requires at least two capacitors and two diodes, but the bidirectional DC-DC converter of the invention of this application originally has a high frequency bypass capacitor added to the input / output circuit. Therefore, the net number of additional elements may be only the snubber capacitor C6 and the two diodes D1 and D2, and the maximum effect can be obtained with a small number of elements, which is economical. In an actual circuit, it is needless to say that a current control resistor, a choke coil, or the like may be added.
[0029]
Further, by appropriately selecting the value of the capacitor C6, the spike pulse amplitude shown in FIG. 3 can be reduced to about 1/3 to 1/4 of the spike amplitude when the snubber circuit (70) is not added. The breakdown voltage of the semiconductor switch elements S5 and S6 can be much lower than that of the prior art.
[0030]
Furthermore, it is possible to increase the direct current output current, which is useful for reducing the size, cost and efficiency of the bidirectional DC-DC converter (2) itself.
[0031]
【The invention's effect】
As described in detail above, the invention of this application allows not only adjustment of a wide range of input voltage ratios but also reduction of power loss caused by spike pulses, excellent regeneration efficiency, small size, and light weight. A new snubber circuit for bidirectional DC-DC converter and bidirectional DC-DC converter can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a power regenerative secondary battery charging / discharging device in which a bidirectional DC-DC converter (2) using a conventional AC snubber circuit (7) and a bidirectional AC-DC converter (1) are connected in cascade. It is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration.
2 is a diagram for explaining drive pulse waveforms of semiconductor switches S1 to S6 in the bidirectional DC-DC converter (2) of FIG. 1 and phase control waveforms before and after an LC filter (7). FIG.
3 is a diagram illustrating the magnitude relationship between spike pulses generated at both ends of bidirectional semiconductor switches S5 and S6 in the bidirectional DC-DC converter (2) of FIG. 1 and input / output currents.
FIGS. 4A and 4B are circuit diagrams illustrating another conventional technique as a snubber circuit (7) in the bidirectional DC-DC converter (2) of FIG. 1, respectively.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a snubber circuit (70) of the invention of this application and a bidirectional DC-DC converter (2) including the snubber circuit (70).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
入出力端子の一端と出入力端子の一端が第1の共通線により接続され、
片方向半導体スイッチ回路の一方の接続端が第1の共通線上の入出力端子側の接続点に接続されるとともに、他方の接続端が入出力端子の他端と接続線で接続され、
片方向半導体スイッチ回路が高周波トランスの1次側に接続され、
高周波トランスの2次側が双方向半導体スイッチ回路の前段側に接続され、
入出力端子の他端からの接続線上の接続点と高周波トランスの2次側の中性点がバイアス線で接続され、
出入力端子の他端が第2の共通線によりLCフィルタのインダクタを介して双方向半導体スイッチ回路の後段側に接続され、
第1の平滑用コンデンサがバイアス線と第1の共通線との間に接続され、
第2の平滑用コンデンサが第2の共通線とバイアス線との間に接続された構成を有する双方向DC−DCコンバータ用のスナバ回路であって、
バイアス線と第1の共通線の間に直列に接続された2個のダイオードと、該2個のダイオードの接続点と第2の共通線の間に接続された1個のコンデンサとを用いて倍電圧整流回路として構成され、双方向DC−DCコンバータの双方向半導体スイッチ回路後段とLCフィルタ前段との間に挿入されて、LCフィルタのインダクタで発生するスパイク電力を再整流し、その電力を双方向DC−DCコンバータの入力側または出力側に加えることを特徴とする双方向DC−DCコンバータ用スナバ回路。 An LC filter including an input / output terminal, an input / output terminal, a unidirectional semiconductor switch circuit, a high-frequency transformer, a bidirectional semiconductor switch circuit, a first smoothing capacitor, a second smoothing capacitor, and an inductor is provided. And
One end of the input / output terminal and one end of the input / output terminal are connected by a first common line,
One connection end of the unidirectional semiconductor switch circuit is connected to a connection point on the input / output terminal side on the first common line, and the other connection end is connected to the other end of the input / output terminal by a connection line,
A unidirectional semiconductor switch circuit is connected to the primary side of the high-frequency transformer,
The secondary side of the high-frequency transformer is connected to the front side of the bidirectional semiconductor switch circuit,
A connection point on the connection line from the other end of the input / output terminal and a neutral point on the secondary side of the high-frequency transformer are connected by a bias line,
The other end of the input / output terminal is connected to the rear stage side of the bidirectional semiconductor switch circuit through the inductor of the LC filter by the second common line,
A first smoothing capacitor is connected between the bias line and the first common line;
A snubber circuit for a bidirectional DC-DC converter having a configuration in which a second smoothing capacitor is connected between a second common line and a bias line ,
Using two diodes connected in series between the bias line and the first common line , and one capacitor connected between the connection point of the two diodes and the second common line It is configured as a voltage doubler rectifier circuit, inserted between the bidirectional semiconductor switch circuit post stage of the bi-directional DC-DC converter and the pre-LC filter stage to re-rectify the spike power generated in the LC filter inductor, A snubber circuit for a bidirectional DC-DC converter, wherein the snubber circuit is added to an input side or an output side of the bidirectional DC-DC converter.
入出力端子の一端と出入力端子の一端が第1の共通線により接続され、
片方向半導体スイッチ回路の一方の接続端が第1の共通線上の入出力端子側の接続点に接続されるとともに、他方の接続端が入出力端子の他端と接続線で接続され、
片方向半導体スイッチ回路が高周波トランスの1次側に接続され、
高周波トランスの2次側が双方向半導体スイッチ回路の前段側に接続され、
入出力端子の他端からの接続線上の接続点と高周波トランスの2次側の中性点がバイアス線で接続され、
出入力端子の他端が第2の共通線によりLCフィルタを介して双方向半導体スイッチ回路の後段側に接続され、
第1の平滑用コンデンサがバイアス線と第1の共通線との間に接続され、
第2の平滑用コンデンサが第2の共通線とバイアス線との間に接続された構成を有する双方向DC−DCコンバータであって、
スナバ回路が、バイアス線と第1の共通線の間に直列に接続された2個のダイオードと、該2個のダイオードの接続点と第2の共通線の間に接続された1個のコンデンサとを用いて倍電圧整流回路として構成され、双方向DC−DCコンバータの双方向半導体スイッチ回路後段とLCフィルタ前段との間に挿入されて、LCフィルタのインダクタで発生するスパイク電力を再整流し、その電力を双方向DC−DCコンバータの入力側または出力側に加えることを特徴とする双方向DC−DCコンバータ。 An LC filter including an input / output terminal, an input / output terminal, a unidirectional semiconductor switch circuit, a high-frequency transformer, a bidirectional semiconductor switch circuit, a first smoothing capacitor, a second smoothing capacitor, and an inductor is provided. And
One end of the input / output terminal and one end of the input / output terminal are connected by a first common line,
One connection end of the unidirectional semiconductor switch circuit is connected to a connection point on the input / output terminal side on the first common line, and the other connection end is connected to the other end of the input / output terminal by a connection line,
A unidirectional semiconductor switch circuit is connected to the primary side of the high-frequency transformer,
The secondary side of the high-frequency transformer is connected to the front side of the bidirectional semiconductor switch circuit,
A connection point on the connection line from the other end of the input / output terminal and a neutral point on the secondary side of the high-frequency transformer are connected by a bias line,
The other end of the input / output terminal is connected to the rear stage side of the bidirectional semiconductor switch circuit via the LC filter by the second common line,
A first smoothing capacitor is connected between the bias line and the first common line;
A bidirectional DC-DC converter having a configuration in which a second smoothing capacitor is connected between a second common line and a bias line,
The snubber circuit includes two diodes connected in series between the bias line and the first common line , and one capacitor connected between the connection point of the two diodes and the second common line. Is used as a voltage doubler rectifier circuit, and is inserted between the bidirectional semiconductor switch circuit downstream of the bidirectional DC-DC converter and the LC filter upstream to rerectify the spike power generated by the inductor of the LC filter. The bidirectional DC-DC converter is characterized in that the electric power is applied to the input side or the output side of the bidirectional DC-DC converter.
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