JP5135418B2 - 双方向dc−dcコンバータ - Google Patents
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また、前記制御手段は、前記スイッチング素子H2と前記スイッチング素子H3とのオン状態を保ったまま、前記第2のスイッチング回路が備えたスイッチング素子の状態を切り替えて前記第2の直流電源の電力を前記2次巻線に供給するモードBを備えたことを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記第2の直流電源の電力を前記2次巻線に供給したまま、前記スイッチング素子H2と前記スイッチング素子H3とをターンオフすることを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記モードAにおいて、前記スイッチング素子H1〜H4の全てをオン状態に保つことを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記モードBの期間の長さを変化させることにより、前記第2の直流電源から前記第1の直流電源へ送る電力の大きさを調整することを特徴とする。
そして、前記第2のスイッチング回路は、前記第2の直流電源に流れる電流を平滑する平滑リアクトルを備え、前記第2のスイッチング回路が備えたスイッチング素子の状態を切り替えて前記第2の直流電源の電力を前記2次巻線に供給するときに、前記平滑リアクトルに蓄積した前記第2の直流電源のエネルギーを放出することを特徴とする。
また、スイッチング回路12の直流端子は平滑コンデンサC2に接続されている。
図3は、実施例2による双方向DC−DCコンバータの順電送時の動作を説明する回路図である。以下、この図3を参照しながら順電送時の動作を詳細に説明する。ただし、図3において、(a)〜(f)は、モードa〜fを表す。
まず、モードaでは、スイッチSW1,スイッチング素子H1,H4がオン状態、スイッチング素子H2,H3がオフ状態であり、直流電源V1の電圧が、スイッチSW1,スイッチング素子H1,H4,共振コンデンサCr,共振リアクトルLrを介して巻線N1に印加されている。
クランプコンデンサCcの充電電流は減少していき、やがて放電に変化する。クランプコンデンサCcの放電電流は、スイッチング素子S4,巻線N22,平滑リアクトルLを介して直流電源V2に供給される。
スイッチング素子H4をオフすると、スイッチング素子H4を流れていた電流は、ダイオードDH3,スイッチング素子H1,共振コンデンサCr,共振リアクトルLr,巻線N1へ流れる。このとき、スイッチング素子H3をオンさせる(ゼロ電圧スイッチング)。
スイッチング素子H1をオフすると、スイッチング素子H1を流れていた電流は、スイッチSW1及び/又はダイオードD1,直流電源V1,ダイオードDH2,共振コンデンサCr,共振リアクトルLr,巻線N1,ダイオードDH3を流れる。このとき、スイッチング素子H2をオンさせる(ゼロ電圧スイッチング)。共振リアクトルLrには、直流電源V1の電圧が印加され、この電流は減少していく。
スイッチング素子H2,H3はオン状態であるから、共振リアクトルLrの電流がゼロに達した後は、逆向きにこの電流が増加していく。これに伴い、ダイオードDS1と巻線N21を通る電流は減少し、ダイオードDS2と巻線N22を通る電流が増加していく。
巻線N21を通る電流がゼロに達する前に、スイッチング素子S1をオフしておく。
巻線N21を通る電流がゼロに達すると、ダイオードDS1は逆導通した後、逆回復する。この逆導通中に流れていた電流は、逆回復後、ダイオードDS3に転流する。このとき、スイッチング素子S3をオンする(ゼロ電圧スイッチング)。また、直流電源V1の電圧が巻線N1に印加される。
図4は、実施例2による双方向DC−DCコンバータの順電送時の動作を説明する回路図である。以下、この図4を参照しながら順電送時の動作を詳細に説明する。ただし、図4において、(A)〜(H)は、モードA〜Hを表す。
まず、モードAでは、スイッチング素子S1,S2がオン状態、スイッチング素子S3,S4がオフ状態である。直流電源V2の電圧が、巻線N21,N22,スイッチング素子S1,S2を介して平滑リアクトルLに印加され、直流電源V2のエネルギーを平滑リアクトルLに蓄積している。
スイッチング素子S2をオフすると、スイッチング素子S2を流れていた電流は、ダイオードDS4を流れてクランプコンデンサCcを充電する。このとき、スイッチング素子S4をオンする(ゼロ電圧スイッチング)。
スイッチング素子H2,H3をオフすると、スイッチング素子H2,H3を流れていた電流は、ダイオードDH4,巻線N1,共振リアクトルLr,共振コンデンサCr,ダイオードDH1,ダイオードD1を通り、直流電源V1へ流れ、直流電源V1にエネルギーが供給される。このとき、スイッチング素子H1,H4をオンさせる(ゼロ電圧スイッチング)。
共振リアクトルLrの電流の増加に伴い、クランプコンデンサCcの充電電流は減少していき、やがて放電に転じる。
スイッチング素子S4をオフすると、スイッチング素子S4に流れていたクランプコンデンサCcの放電電流はダイオードDS2を導通する。このとき、スイッチング素子S2をオンする(ゼロ電圧スイッチング)。
共振リアクトルLrの電流の減少に伴い、スイッチング素子S2の電流の向きが反転する。
スイッチング素子H1,H4はオン状態、スイッチSW1はオフ状態であるから、共振リアクトルLrの電流がさらに減少しゼロに達すると、まず、ダイオードD1が逆導通し、共振リアクトルLrには、モードFと逆向きの電流が流れる。
ダイオードD1が逆回復すると、このダイオードD1の逆導通中に蓄積された共振リアクトルLrの電流は、ダイオードDH2,DH3を導通し、ダイオードDH2,DH3,共振コンデンサCr,巻線N1,スイッチング素子H1,H4を流れる。このとき、共振コンデンサCrには電荷が蓄積されており、共振リアクトルLrの電流を増加させる向きに電圧を生じており、共振リアクトルLrの電流は徐々に増加していく。
モードBの期間中にも逆回復しない場合には、逆回復次第モードCの動作に移行する。しかしながら、モードBからモードCの動作への移行を遅らせると、出力電力が増加する場合がある。この場合には、出力電力を所望の値に容易に調整するために、モードBの期間が終わるまでにダイオードDH2,DH3を逆回復させるのがよい。このために、次に述べるようにダイオードD1と並列に静電容量成分を付加する方法がある。
2,3 トランス
11,12 スイッチング回路
21,22 電圧センサ
31,32 電流センサ
V1,V2 直流電源
R1,R2 負荷
C1,C2 平滑コンデンサ
L 平滑リアクトル
Lr 共振リアクトル
Cr 共振コンデンサ
Cc クランプコンデンサ
N1,N2,N21,N22 巻線
SW1,SW2 スイッチ
H1〜H4,S1〜S4 スイッチング素子
D1,D2,DH1〜DH4,DS1〜DS4 ダイオード
Claims (4)
- 第1の平滑コンデンサが並列接続された第1の直流電源の電力を直流端子間に入力し,該電力を交流に変換して交流端子間から1次巻線に供給する第1のスイッチング回路と,
第2の平滑コンデンサが並列接続された第2の直流電源の電力を直流端子間に入力し,該電力を交流に変換して交流端子間から2次巻線に供給する第2のスイッチング回路と,
前記1次巻線と前記2次巻線とを磁気結合するトランスと,
前記第1,第2の直流電源の間で電力を授受するように前記第1,第2のスイッチング回路を制御する制御手段と,を備えた双方向DC−DCコンバータにおいて,
前記第1のスイッチング回路は,スイッチング素子H1とスイッチング素子H2とを直列接続した第1のスイッチングレッグと,スイッチング素子H3とスイッチング素子H4とを直列接続し,かつ前記第1のスイッチングレッグに並列接続された第2のスイッチングレッグと,を備え,前記第1のスイッチングレッグの両端間を直流端子間とし,前記スイッチング素子H1と前記スイッチング素子H2との直列接続点と,前記スイッチング素子H3と前記スイッチング素子H4との直列接続点との間を交流端子間とし,
前記制御手段は,前記第2の直流電源から前記第1の直流電源へ電力を送る場合に,前記スイッチング素子H2と前記スイッチング素子H3とのオン状態を保つモードAと,前記スイッチング素子H2と前記スイッチング素子H3とのオン状態を保ったまま,前記第2のスイッチング回路が備えたスイッチング素子の状態を切り替えて前記第2の直流電源の電力を前記2次巻線に供給するモードBと,を備えたことを特徴とする双方向DC−DCコンバータ。 - 請求項1において,
前記制御手段は,前記第2の直流電源の電力を前記2次巻線に供給したまま,前記スイッチング素子H2と前記スイッチング素子H3とをターンオフすることを特徴とする双方向DC−DCコンバータ。 - 請求項1または2のいずれかにおいて,
前記制御手段は,前記モードBの期間の長さを変化させることにより,前記第2の直流電源から前記第1の直流電源へ送る電力の大きさを調整することを特徴とする双方向DC−DCコンバータ。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて,
前記第2のスイッチング回路は,前記第2の直流電源に流れる電流を平滑する平滑リアクトルを備え,前記第2のスイッチング回路が備えたスイッチング素子の状態を切り替えて前記第2の直流電源の電力を前記2次巻線に供給するときに,前記平滑リアクトルに蓄積した前記第2の直流電源のエネルギーを放出することを特徴とする双方向DC−DCコンバータ。
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