JP5308682B2 - Bidirectional DC / DC converter - Google Patents

Bidirectional DC / DC converter Download PDF

Info

Publication number
JP5308682B2
JP5308682B2 JP2008013677A JP2008013677A JP5308682B2 JP 5308682 B2 JP5308682 B2 JP 5308682B2 JP 2008013677 A JP2008013677 A JP 2008013677A JP 2008013677 A JP2008013677 A JP 2008013677A JP 5308682 B2 JP5308682 B2 JP 5308682B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
switch means
winding
primary winding
secondary winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008013677A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009177940A (en
Inventor
信裕 多田
久夫 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2008013677A priority Critical patent/JP5308682B2/en
Publication of JP2009177940A publication Critical patent/JP2009177940A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5308682B2 publication Critical patent/JP5308682B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bidirectional DC/DC converter which corresponds to voltage that cannot be boosted or reduced only by a winding ratio, enables conversion into a prescribed voltage value, and allows easily miniaturization by reducing the number of components. <P>SOLUTION: The bidirectional DC/DC converter is provided with a first switch inserted between one end of primary winding of a transformer and a + terminal of first voltage, a second switch inserted between one end of primary winding and a - terminal of first voltage, a third switch inserted between the other end of primary winding and the + terminal of first voltage, a fourth switch inserted between the other end of primary winding and the - terminal of first voltage, a coil, a fifth switch inserted between one end of the coil and a + terminal of second voltage, a sixth switch inserted between one end of the coil and a - terminal of second voltage, a seventh switch inserted between one end of secondary winding and the other end of the coil, an eighth switch inserted between one end of secondary winding and the - terminal of second voltage, a ninth switch inserted between the other end of secondary winding and the other end of the coil and a tenth switch inserted between the other end of secondary winding and the - terminal of second voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、双方向DC/DCコンバータ に関し、特に、広い入力電圧範囲で所定出力電圧への変圧(降圧または昇圧)を可能にした双方向DC/DCコンバータに関する。   The present invention relates to a bidirectional DC / DC converter, and more particularly to a bidirectional DC / DC converter that enables voltage transformation (step-down or step-up) to a predetermined output voltage over a wide input voltage range.

通常、DC/DCコンバータは、一方向に、すなわち高圧側電圧から低圧側電圧に降圧、あるいは低圧側電圧から高圧側電圧に昇圧する構成となっている。
しかしながら、車両においては、各々異なる電圧値(高圧側電圧及び低圧側電圧)を有するバッテリを用いる2つの直流電源系を有しているものがある。
Usually, the DC / DC converter is configured to step down in one direction, that is, from a high voltage to a low voltage or from a low voltage to a high voltage.
However, some vehicles have two DC power supply systems that use batteries having different voltage values (high voltage side voltage and low voltage side voltage).

そのため、高効率を求める車両において、2つの直流電源系間、すなわち低圧から高圧、あるいは高圧側電圧から低圧側電圧への電圧変換を相互に行い、限られたエネルギーを効率的に利用する動きが高まってきている。
ここで、相互に電力を融通し合う場合、一般的に、直流電源系間に直流昇圧回路と直流降圧回路とを並列に配設し、それらを適宜使用する双方向のDC/DCコンバータの構成が採用されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−282828号公報
Therefore, in a vehicle that requires high efficiency, there is a movement to efficiently use limited energy by performing voltage conversion between two DC power supply systems, that is, low voltage to high voltage or high voltage side voltage to low voltage side voltage. It is increasing.
Here, when power is interchanged, generally, a configuration of a bidirectional DC / DC converter in which a direct current booster circuit and a direct current voltage stepdown circuit are arranged in parallel between direct current power supply systems and used appropriately. Is adopted (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-282828 A

しかしながら、特許文献1に示す双方向DC/DCコンバータにあっては、トランスの1次側と2次側との巻数比により、双方向の変換電圧、特に降圧動作の際に、昇圧側電圧の電圧値により、降圧電圧の上限が制限されてしまうという問題がある。
従来例のDC/DCコンバータにおいては、例えば、100V−200Vの入力電圧を10V−20Vに降圧する構成、すなわち降圧に対応した巻数比とすると、逆に昇圧する際に10Vから200Vを超える電圧を生成することができない。
逆に、10V−20Vの入力電圧を100V−200Vに昇圧する構成、すなわち昇圧に対応した巻数比とすると、逆に昇圧する際に100Vから10Vを超える電圧を生成することができない。
そのため、従来例においては、昇圧する比率に設定した巻数比を用いて降圧する場合、所望の降圧した電圧を得るため、別に並列に昇圧回路を形成する必要があり、部品点数が増加し、かつ回路規模が大きくなるという問題がある。
However, in the bidirectional DC / DC converter disclosed in Patent Document 1, the conversion voltage of the bidirectional, particularly the step-up voltage is reduced during the step-down operation due to the turns ratio of the primary side and the secondary side of the transformer. There is a problem that the upper limit of the step-down voltage is limited by the voltage value.
In the conventional DC / DC converter, for example, when the input voltage of 100V-200V is stepped down to 10V-20V, that is, the turn ratio corresponding to the step-down, a voltage exceeding 10V to 200V is increased when boosting. Cannot be generated.
Conversely, if the input voltage of 10V-20V is boosted to 100V-200V, that is, the turn ratio corresponding to boosting, a voltage exceeding 100V to 10V cannot be generated when boosting.
Therefore, in the conventional example, when stepping down using the turn ratio set to the boosting ratio, in order to obtain a desired stepped down voltage, it is necessary to separately form a boosting circuit in parallel, increasing the number of parts, and There is a problem that the circuit scale becomes large.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、昇圧動作に対応して設定された巻線比を設定したにも、降圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な、また、降圧動作に対応して設定された巻線比を設定したにも、昇圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な、降圧電圧または昇圧電圧の電圧値の上限値及び下限値を巻線比にて制限されずに広く設定することができ、かつ部品点数を従来に比して削減することができ、コンバータ回路の小型化を容易とする双方向DC/DCコンバータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to output a step-down voltage as a set voltage value even when a winding ratio set corresponding to a boost operation is set. In addition, even when the winding ratio set for the step-down operation is set, the upper limit value and the lower limit value of the step-down voltage or the boost voltage can be output as the set voltage value. Provided is a bidirectional DC / DC converter that can be widely set without being limited by the winding ratio, can reduce the number of parts compared to the conventional one, and can easily reduce the size of the converter circuit. For the purpose.

本発明の双方向DC/DCコンバータは、第1の電圧と第2の電圧との相互間にて、電圧変換動作を行う双方向DC/DCコンバータであり、1次巻線及び2次巻線からなるトランスと、前記1次巻線の一端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第1のスイッチ手段と、 前記1次巻線の前記一端及び前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第2のスイッチ手段と、前記1次巻線の他端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第3のスイッチ手段と、 前記1次巻線の前記他端と前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第4のスイッチ手段と、前記2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、該チョークコイルの一端及び前記第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、前記2次巻線の一端及び前記チョークコイルの他端間に介挿された第7のスイッチ手段と、前記2次巻線の前記一端及び前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、前記2次巻線の他端及び前記チョークコイルの前記他端間に介挿された第9のスイッチ手段と、前記2次巻線の前記他端及び前記第1の電圧の−側端子間に介挿された第10のスイッチ手段とを有する。   The bidirectional DC / DC converter of the present invention is a bidirectional DC / DC converter that performs a voltage conversion operation between a first voltage and a second voltage, and includes a primary winding and a secondary winding. A transformer comprising: a first switch means interposed between one end of the primary winding and the + side terminal of the second voltage; the one end of the primary winding and the second voltage A second switch means interposed between a negative side terminal, a third switch means interposed between the other end of the primary winding and the positive side terminal of the second voltage, and the primary A fourth switch means interposed between the other end of the winding and the negative terminal of the second voltage; and provided between one end of the secondary winding and the positive terminal of the first voltage. Choke coil and fifth switch means interposed between one end of the choke coil and the positive terminal of the first voltage; Sixth switch means interposed between the one end of the choke coil and the negative terminal of the first voltage, and a seventh switch interposed between one end of the secondary winding and the other end of the choke coil. Switch means, an eighth switch means interposed between the one end of the secondary winding and the negative terminal of the first voltage, the other end of the secondary winding and the choke coil And a tenth switch means interposed between the other end of the secondary winding and the negative terminal of the first voltage. .

本発明の双方向DC/DCコンバータは、前記第1から第4のスイッチ手段を制御する第1の制御回路と、前記第7から第10のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記2次巻線に接続された第1の整流回路とをさらに有し、昇圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、前記第1の制御回路が、前記第1及び第3のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記第2の電圧の+側端子との接続を制御し、また、前記第2及び第4のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第2の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記2次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、この際、降圧電圧が予め設定された電圧に達しない場合、前記第1の整流回路から出力される第1の整流電圧を、前記第6のスイッチ手段をオンオフ制御させることで、前記チョークコイルにて前記第1の整流電圧の昇圧動作を行い、昇圧された電圧を昇圧電圧として出力することを特徴とする。   The bidirectional DC / DC converter according to the present invention comprises a first control circuit for controlling the first to fourth switch means, and a diode connected in parallel to each of the seventh to tenth switch means. A first rectifier circuit connected to the secondary winding, and in the step-up operation, when the first voltage is a high voltage and the second voltage is a low voltage, the first control circuit Is configured to periodically control the first and third switch means to control connection between one end or the other end of the primary winding and the + side terminal of the second voltage, Further, the second and fourth switch means are periodically controlled to connect either one end or the other end of the primary winding to the negative terminal of the second voltage, and for each period. Push-pull operation so that the direction of the current flowing through the secondary winding is reversed. In this case, when the step-down voltage does not reach a preset voltage, the choke coil is controlled by turning on and off the sixth switch means with the first rectified voltage output from the first rectifier circuit. The step of boosting the first rectified voltage is performed, and the boosted voltage is output as a boosted voltage.

本発明の双方向DC/DCコンバータは、昇圧動作において、前記第1の制御回路が、前記第1及び3のスイッチ手段と、第2及び第4のスイッチ手段の各スイッチのオンオフのタイミングを位相及びパルス幅制御のいずれか一方あるいは双方により制御し、前記昇圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする。   In the bidirectional DC / DC converter according to the present invention, in the step-up operation, the first control circuit sets the on / off timing of the switches of the first and third switch means and the second and fourth switch means in phase. And the pulse width control, and the boosted voltage is controlled to be a preset voltage.

本発明の双方向DC/DCコンバータは、前記第7から第10のスイッチ手段を制御する第2の制御回路と、前記第1から第4のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記1次巻線に接続された第2の整流回路とをさらに有し、降圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、前記第2の制御回路が、前記第7及び第9のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記チョークコイルの前記他端との接続を制御し、また、前記第8及び第10のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第1の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記1次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、前記第2の整流回路から出力される整流電圧を平滑化して降圧電圧として出力することを特徴とする   The bidirectional DC / DC converter of the present invention comprises the second control circuit for controlling the seventh to tenth switch means and the diode connected in parallel to each of the first to fourth switch means. And a second rectifier circuit connected to the primary winding, and in the step-down operation, when the first voltage is a high voltage and the second voltage is a low voltage, the second control circuit Is configured to periodically control the seventh and ninth switch means to control connection between one end or the other end of the secondary winding and the other end of the choke coil, and The eighth and tenth switch means are periodically controlled to connect either one end or the other end of the secondary winding to the negative terminal of the first voltage, and for each period Push-pull so that the direction of current flowing through the primary winding is reversed Is created, the rectified voltage output from the second rectifier circuit and outputs a reduced voltage by smoothing

本発明の双方向DC/DCコンバータは、降圧動作において、降圧動作中、前記チョークコイルに同一方向に継続的に電流を流すよう第7、第8、第9及び第10のスイッチング手段を制御することを特徴とする。   The bidirectional DC / DC converter according to the present invention controls the seventh, eighth, ninth and tenth switching means so that a current continuously flows through the choke coil in the same direction during the step-down operation. It is characterized by that.

本発明の双方向DC/DCコンバータは、降圧動作において、前記第2の制御回路が、前記第5のスイッチ手段をオンオフするパルスのデューティ比を制御することにより、前記降圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする。   In the bidirectional DC / DC converter according to the present invention, in the step-down operation, the step-down voltage is preset by the second control circuit controlling a duty ratio of a pulse for turning on and off the fifth switch means. It is characterized by controlling to be a voltage.

本発明の双方向DC/DCコンバータは、前記第1から第4及び第7から第10のスイッチ手段をMOSトランジスタとし、各並列に接続されたダイオードを前記MOSトランジスタの寄生ダイオードを使用し、第1及び第2の整流回路を構成することを特徴とする。   In the bidirectional DC / DC converter according to the present invention, the first to fourth and seventh to tenth switching means are MOS transistors, and diodes connected in parallel are parasitic diodes of the MOS transistors. The first and second rectifier circuits are configured.

本発明の双方向DC/DCコンバータは、第1の電圧、と第2の電圧との相互間にて、電圧変換動作を行う双方向DC/DCコンバータであり、第1の1次巻線及び第1の2次巻線からなる第1のトランスと、第2の1次巻線及び第2の2次巻線からなる第2のトランスと、第3の1次巻線及び第3の2次巻線からなる第3のトランスと、前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第1のスイッチ手段と、前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第2のスイッチ手段と、前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第3のスイッチ手段と、前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第4のスイッチ手段と、前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第11のスイッチ手段と、前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第12のスイッチ手段と、前記各2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、該チョークコイルの一端及び第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第7のスイッチ手段と、前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第9のスイッチ手段と、前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第10のスイッチ手段と、前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第11のスイッチ手段と、前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第12のスイッチ手段とを有することを特徴とする。
The bidirectional DC / DC converter of the present invention is a bidirectional DC / DC converter that performs a voltage conversion operation between a first voltage and a second voltage, and includes a first primary winding and A first transformer comprising a first secondary winding, a second transformer comprising a second primary winding and a second secondary winding, a third primary winding and a third 2 A third transformer composed of a secondary winding, an end of the second primary winding, an end of the third primary winding, and a positive terminal of the second voltage. Inserted between the other end of the second primary winding and the other end of the third primary winding and the negative terminal of the second voltage. A third switch interposed between the second switch means, the other end of the first primary winding and the one end of the second primary winding, and a positive terminal of the second voltage; Before the switch means A fourth switch means interposed between the other end of the first primary winding and one end of the second primary winding and the negative terminal of the second voltage; and the third Eleventh switch means interposed between the other end of the primary winding and one end of the first primary winding and the + side terminal of the second voltage, and the third 1 A twelfth switch means interposed between the other end of the secondary winding and one end of the first primary winding and the negative terminal of the second voltage; and A choke coil provided between one end and the + side terminal of the first voltage; a fifth switch means interposed between the one end of the choke coil and the + side terminal of the first voltage; and the choke coil. A sixth switch means interposed between the one end of the first voltage and the negative terminal of the first voltage, one end of the first secondary winding and the other end of the third primary winding. Seventh switch means inserted between the other end of the choke coil, one end of the first secondary winding and the other end of the third primary winding, and the first voltage An eighth switch means interposed between the negative terminal and the negative terminal;
Ninth switch means interposed between the other end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding and the other end of the choke coil; and the first 2 A tenth switch means interposed between the other end of the secondary winding and one end of the second secondary winding and the negative terminal of the first voltage; and the second secondary winding. An eleventh switch means interposed between the other end of the wire and one end of the third secondary winding and the other end of the choke coil; the other end of the second secondary winding; It has a twelfth switch means interposed between one end of the third secondary winding and the negative terminal of the first voltage.

以上説明したように、本発明の双方向DC/DCコンバータによれば、低電圧側から高電圧側における昇圧動作に対応してコイルの巻線比を設定し、高電圧から低電圧への降圧動作において、必要な電圧値が得られない場合、チョークコイルを用いて昇圧動作を行うことが可能なため、昇圧電圧及び降圧電圧双方の生成範囲を従来例に比較して、昇圧及び降圧電圧により生成される電圧値の上限値及び下限値を巻線比にて制限されずに広く設定することができる。   As described above, according to the bidirectional DC / DC converter of the present invention, the winding ratio of the coil is set corresponding to the step-up operation from the low voltage side to the high voltage side, and the step-down from the high voltage to the low voltage is performed. In the operation, if the required voltage value cannot be obtained, it is possible to perform a boost operation using a choke coil, so that the generation range of both the boost voltage and the step-down voltage is compared with the conventional example by the boost and step-down voltage. The upper limit value and lower limit value of the generated voltage value can be set widely without being limited by the winding ratio.

すなわち、本発明のDC/DCコンバータによれば、上述したように、降圧された電圧が設定電圧に満たない場合、降圧電圧を昇圧して所望の設定電圧を得る構成であるため、従来のように巻線比では対応できない降圧電圧に対応するため、別の降圧回路を設ける必要が無くなくなり、従来例に比較して昇圧電圧を広範囲に制御することができ、かつ従来例に比較して部品点数を抑制し、小型化及び低コスト化を実現することができるという効果が得られる。   That is, according to the DC / DC converter of the present invention, as described above, when the stepped down voltage is less than the set voltage, the stepped down voltage is boosted to obtain a desired set voltage. Therefore, it is not necessary to provide a separate step-down circuit to deal with the step-down voltage that cannot be handled by the winding ratio. There is an effect that the number of points can be suppressed, and the reduction in size and cost can be realized.

以下、本発明の一実施形態による双方向DC/DCコンバータを図面を参照して説明する。図1は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
本発明は、図1に示すように、低電圧VoLのバッテリB1と、高電圧VoHのバッテリB2との間にて、電圧値が低下した一方に対して、他方からエネルギを補完して電圧値の低下を抑制するために用いるDC/DCコンバータである。
この図において、本実施形態による双方向DC/DCコンバータは、トランス1と、1次側直交変換部2、2次側直交変換部3、昇圧回路4を有している。
Hereinafter, a bidirectional DC / DC converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the embodiment.
In the present invention, as shown in FIG. 1, the voltage value decreases between one of the battery B1 having the low voltage VoL and the battery B2 having the high voltage VoH, while supplementing the energy from the other. It is a DC / DC converter used for suppressing a decrease in the power.
In this figure, the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment includes a transformer 1, a primary side orthogonal transform unit 2, a secondary side orthogonal transform unit 3, and a booster circuit 4.

上述した構成により、本実施形態による双方向DC/DCコンバータは、降圧処理の電圧変換(エネルギー変換)において、2次側直交変換部3がバッテリB2における直流の高電圧VoHを、一端、単相矩形波交流電圧に変換し、1次側直交変換部2がその単相矩形波交流電圧を整流して直流の低電圧VoLに変換する。
一方、上記双方向DC/DCインバータは、降圧処理のエネルギー変換において、1次側直交変換部3がバッテリB1における直流の低電圧VoLを、一端、単相矩形波交流電圧に変換し、2次側直交変換部3がその単相矩形波交流電圧を整流して直流の高電圧VoHに変換する。実施形態におけるスイッチ手段は、MOSトランジスタを用いている。各直交変換部における整流に用いるダイオードとして、MOSトランジスタの寄生ダイオードでなく、各MOSトランジスタに並列に接続したダイオード素子を用いても良い。
With the above-described configuration, in the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment, in the voltage conversion (energy conversion) in the step-down process, the secondary side orthogonal transform unit 3 uses the DC high voltage VoH in the battery B2 as one end, single phase. Converting into a rectangular wave AC voltage, the primary side orthogonal transformation unit 2 rectifies the single-phase rectangular wave AC voltage and converts it into a DC low voltage VoL.
On the other hand, in the bidirectional DC / DC inverter, in the energy conversion of the step-down process, the primary side orthogonal transform unit 3 converts the DC low voltage VoL in the battery B1 into a single-phase rectangular wave AC voltage at one end, and the secondary voltage. The side orthogonal conversion unit 3 rectifies the single-phase rectangular wave AC voltage and converts it into a DC high voltage VoH. The switch means in the embodiment uses a MOS transistor. As a diode used for rectification in each orthogonal transform unit, a diode element connected in parallel to each MOS transistor may be used instead of the parasitic diode of the MOS transistor.

上記図1において、1次側直交変換部2は、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q1、Q2、Q3、Q4と、第1の制御回路5から構成され、インバータ構成となっている。
トランジスタQ1及びQ3各々は、ドレインが高電圧バッテリB1の+側端子TVoLに接続されている。
一方、トランジスタQ2及びQ4各々は、ソースが高電圧バッテリB1の−側端子TVoLLに接続されている。
トランジスタQ1のソースはトランジスタQ2のドレインと接続点K1にて接続され、トランジスタQ3のソースはトランジスタQ4のドレインと接続点K2にて接続されている。
In FIG. 1, the primary side orthogonal transform unit 2 includes N-channel MOS transistors (hereinafter simply referred to as transistors) Q1, Q2, Q3, and Q4 and a first control circuit 5, and has an inverter configuration. .
The drains of the transistors Q1 and Q3 are connected to the + side terminal TVoL of the high voltage battery B1.
On the other hand, each of the transistors Q2 and Q4 has a source connected to the negative terminal TVoLL of the high voltage battery B1.
The source of the transistor Q1 is connected to the drain of the transistor Q2 at the connection point K1, and the source of the transistor Q3 is connected to the drain of the transistor Q4 at the connection point K2.

トランス1の一方の端子TA1が接続点K1に接続され、トランス1の他方の端子TA2が接続点K2に接続されている。
また、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4各々は、それぞれのゲートに対して、上記第1の制御回路5から制御信号S1、S2、S3、S4それぞれが入力されている。
上記第1の制御回路5は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス1の1次巻線1Aに流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス1の1次巻線1Aに対して単相矩形波交流電圧が印加される。
One terminal TA1 of the transformer 1 is connected to the connection point K1, and the other terminal TA2 of the transformer 1 is connected to the connection point K2.
The transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 receive the control signals S1, S2, S3, and S4 from the first control circuit 5, respectively, with respect to their gates.
The first control circuit 5 outputs each control signal at the “H” level or “L” level, and the direction of the current flowing through the primary winding 1A of the transformer 1 is set to the opposite phase at a constant cycle. Control to be. As a result, a single-phase rectangular wave AC voltage is applied to the primary winding 1 </ b> A of the transformer 1.

2次側直交変換部4は、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q7、Q8、Q9、Q10と、第2の制御回路6から構成されている。
トランジスタQ7は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P1に接続されている。
トランジスタQ9は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P2に接続されている。
トランジスタQ8は、ドレインが接続点P1に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
トランジスタQ10は、ドレインが接続点P2に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
The secondary side orthogonal transform unit 4 includes N-channel MOS transistors (hereinafter simply referred to as transistors) Q7, Q8, Q9, and Q10 and a second control circuit 6.
The transistor Q7 has a drain connected to the terminal Tc1 of the choke coil 7 and a source connected to the connection point P1.
The transistor Q9 has a drain connected to the terminal Tc1 of the choke coil 7 and a source connected to the connection point P2.
The transistor Q8 has a drain connected to the connection point P1, and a source connected to the negative terminal TvoHL of the low voltage battery B2.
The transistor Q10 has a drain connected to the connection point P2, and a source connected to the negative terminal TvoHL of the low voltage battery B2.

接続点P1はトランス1の2次巻線1Bの一方の端子TB1に接続され、接続点P2はトランス1の2次巻線1Bの他方の端子TB2に接続されている。
また、トランジスタQ7、Q8、Q9、Q10各々は、それぞれのゲートに対して、上記第2の制御回路6から制御信号S7、S8、S9、S10それぞれが入力されている。
上記第2の制御回路6は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス1の2次巻線1Bに流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス1の2次巻線1Bに対して単相矩形波交流電圧が印加される。
The connection point P1 is connected to one terminal TB1 of the secondary winding 1B of the transformer 1, and the connection point P2 is connected to the other terminal TB2 of the secondary winding 1B of the transformer 1.
In addition, control signals S7, S8, S9, and S10 are input to the gates of the transistors Q7, Q8, Q9, and Q10 from the second control circuit 6, respectively.
The second control circuit 6 outputs each control signal at the “H” level or the “L” level, and the direction of the current flowing through the secondary winding 1B of the transformer 1 is reversed with a constant period. Control to be. As a result, a single-phase rectangular wave AC voltage is applied to the secondary winding 1B of the transformer 1.

また、昇圧回路4は、上記チョークコイル7及びnチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q6から構成されている。
チョークコイル7は、一方の端子Tc1がトランジスタQ7及びQ9のドレインに接続され、他方の端子Tc2がトランジスタQ6のドレインに接続されている。
上記トランジスタQ6のソースは高電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
昇圧回路4の出力端子、すなわちチョークコイル7の端子Tc2は、nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q5のソースが接続されている。
上記トランジスタQ5は、ドレインが高電圧バッテリB2の+側端子TvoHに接続されている。
The booster circuit 4 includes the choke coil 7 and an n-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as transistor) Q6.
The choke coil 7 has one terminal Tc1 connected to the drains of the transistors Q7 and Q9, and the other terminal Tc2 connected to the drain of the transistor Q6.
The source of the transistor Q6 is connected to the negative terminal TvoHL of the high voltage battery B2.
The output terminal of the booster circuit 4, that is, the terminal Tc2 of the choke coil 7, is connected to the source of an n-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as transistor) Q5.
The drain of the transistor Q5 is connected to the positive terminal TvoH of the high voltage battery B2.

上述したように、1次側直交変換部2において、トランジスタQ1〜Q4からなる複合スイッチの構造は1つの単相矩形波交流電圧を生成するインバータ構成となっている。
圧動作において、上記単相矩形波交流電圧に対応し、2次側直交変換部3は、1次巻線1Aに流れる電流により、2次巻線1Bに逆相にて誘起される電圧を単相全波整流を行い高電圧VoHの生成を行う。
この2次側直交変換部3は、上述したトランジスタQ7及びQ9の寄生ダイオードD7及びD9による両波整流により、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、降圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ1〜Q4の上述したスイッチングに同期して、第2の制御回路6は、トランジスタQ7〜Q10のオンオフを行う同期整流により、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
As described above, in the primary side orthogonal transform unit 2, the structure of the composite switch including the transistors Q1 to Q4 has an inverter configuration that generates one single-phase rectangular wave AC voltage.
At elevated pressure operation, corresponding to the single-phase rectangular wave alternating voltage, the secondary side orthogonal transforming section 3, the current flowing through the primary winding 1A, a voltage induced by reverse phase secondary winding 1B Single-phase full-wave rectification is performed to generate a high voltage VoH.
The secondary side orthogonal transform unit 3 performs a rectification operation of a single-phase rectangular wave AC voltage induced in the secondary winding 1B by both-wave rectification by the parasitic diodes D7 and D9 of the transistors Q7 and Q9 described above.
Here, in the step-down operation, instead of performing the two-wave rectification using the diode as described above, the second control circuit 6 turns on / off the transistors Q7 to Q10 in synchronization with the above-described switching of the transistors Q1 to Q4. The single-phase rectangular wave AC voltage induced in the secondary winding 1B may be rectified by synchronous rectification.

上述した昇圧動作において、第1の制御回路5は、制御により接続点K2に対応するトランジスタQ3及びQ4のゲートに印加する制御信号S3及びS4の位相に対して、接続点K1に対応するトランジスタQ1及びQ2のゲートに印加する制御信号S1及びS2の位相とを変化させることにより、昇圧される高電圧の電圧値を制御する。ここで、制御信号S3及びS4と、制御信号S1及びS2との「H」レベル及び「L」レベルとなる周期は同一の長さである。
また、上述した位相制御ではなく、制御信号S1、S2、S3、S4のパルス幅を調整し、トランジスタQ1〜Q4のオン/オフ時間を制御して、降圧電圧の電圧値を制御するPWM(Pulse Width Modulation)制御を用いてもよい。
In the boosting operation described above, the first control circuit 5 controls the transistor Q1 corresponding to the connection point K1 with respect to the phase of the control signals S3 and S4 applied to the gates of the transistors Q3 and Q4 corresponding to the connection point K2. The voltage value of the boosted high voltage is controlled by changing the phases of the control signals S1 and S2 applied to the gates of Q2 and Q2. Here, the periods when the control signals S3 and S4 and the control signals S1 and S2 become the “H” level and the “L” level have the same length.
Also, instead of the above-described phase control, the pulse width of the control signals S1, S2, S3, and S4 is adjusted, the on / off time of the transistors Q1 to Q4 is controlled, and the PWM (Pulse) that controls the voltage value of the step-down voltage is controlled. Width Modulation control may be used.

このとき、トランス1の巻数比の1:n(1次巻線数:2次巻線数)が高電圧(2次側)からら低電圧(1次側)への昇圧に対応して設定されている場合、例えば低圧側が10V〜20Vであり、高圧側が100V〜200Vである範囲にて使用する場合、高電圧が100Vの際に10Vまで降圧可能とするため、巻数比が1:10となる。
逆に、低電圧から高電圧に降圧動作を行うと、低電圧の10Vから上記巻数比1:10の場合、100Vにしかならず、200Vとして設定された電圧が生成されない。
このため、本実施形態においては、降圧動作において、1次側直交変換回路2における位相制御により、昇圧電圧を最大値とする制御(位相制御及びPWM制御など)を行っても、2次側直交変換回路3から出力される昇圧電圧が設定された電圧に到達しない場合、2次側直交変換回路3から出力される昇圧電圧を、上記昇圧回路4により昇圧し、予め設定された電圧の昇圧電圧を生成する。
At this time, the turns ratio 1: n (the number of primary windings: the number of secondary windings) of the transformer 1 is set corresponding to the step-up from the high voltage (secondary side) to the low voltage (primary side). For example, when used in a range where the low voltage side is 10V to 20V and the high voltage side is 100V to 200V, when the high voltage is 100V, the turn ratio can be 1:10. Become.
On the contrary, when the step-down operation is performed from the low voltage to the high voltage, when the turn ratio is 1:10 from the low voltage of 10V, the voltage is only 100V, and the voltage set as 200V is not generated.
For this reason, in this embodiment, even if control (phase control, PWM control, or the like) is performed so that the boosted voltage becomes the maximum value by phase control in the primary side orthogonal transform circuit 2 in the step-down operation, When the boosted voltage output from the conversion circuit 3 does not reach the set voltage, the boosted voltage output from the secondary side orthogonal transform circuit 3 is boosted by the booster circuit 4, and the boosted voltage of the preset voltage is set. Is generated.

一方、2次側直交変換部3において、トランジスタQ7〜Q10からなる複合スイッチの構造は1つの単相矩形波交流電圧を生成するインバータ構成となっている。
降圧動作において、上記単相矩形波交流電圧に対応し、1次側直交変換部2は、2次巻線1Bに流れる電流により、1次巻線1Aに逆相にて誘起される電圧を単相全波整流を行い低電圧VoLの生成を行う。
この1次側直交変換部2は、上述したトランジスタQ1及びQ3の寄生ダイオードD1及びD3による両波整流により、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ7〜Q10の上述したスイッチングに同期して、第1の制御回路5は、トランジスタQ1〜Q4のオンオフを行う同期整流により、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
On the other hand, in the secondary side orthogonal transform unit 3, the structure of the composite switch including the transistors Q7 to Q10 has an inverter configuration that generates one single-phase rectangular wave AC voltage.
In the step-down operation, corresponding to the single-phase rectangular wave AC voltage, the primary side orthogonal transform unit 2 simply applies a voltage induced in the primary winding 1A in the reverse phase by the current flowing through the secondary winding 1B. Phase full-wave rectification is performed to generate a low voltage VoL.
The primary side orthogonal transform unit 2 performs a rectification operation of a single-phase rectangular wave AC voltage induced in the primary winding 1A by the both-wave rectification by the parasitic diodes D1 and D3 of the transistors Q1 and Q3 described above.
Here, in the boosting operation, instead of performing the two-wave rectification using the diode as described above, the first control circuit 5 turns on / off the transistors Q1 to Q4 in synchronization with the switching described above of the transistors Q7 to Q10. The single-phase rectangular wave AC voltage induced in the primary winding 1A may be rectified by synchronous rectification.

上述した降圧動作において、第2の制御回路6は、制御によりトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5のディユーティ比を変化させ、チョークコイル7に供給する電気エネルギの量を調整することにより、降圧される低電圧の電圧値を制御する。ここで、制御信号S7、S8、S9及びS10の「H」レベル及び「L」レベルとなる周期は同一の長さである(ディーティ比が一対一)。
本実施形態における降圧動作でのトランジスタQ7〜Q10のオン/オフ制御を行う制御信号S7、S8、S9、S10のタイミングの説明についての詳細は後述する。
In the step-down operation described above, the second control circuit 6 changes the duty ratio of the control signal S5 applied to the gate of the transistor Q5 by control and adjusts the amount of electric energy supplied to the choke coil 7, thereby reducing the step-down operation. Controls the voltage value of the low voltage that is generated. Here, the periods when the control signals S7, S8, S9, and S10 are at the “H” level and “L” level have the same length (the duty ratio is 1: 1).
Details of the timing of the control signals S7, S8, S9, and S10 for performing on / off control of the transistors Q7 to Q10 in the step-down operation in the present embodiment will be described later.

次に、図2及び図3を用いて、本実施形態による双方向DC/DCコンバータによる昇圧動作を説明する。図3は本実施形態による双方向DC/DCコンバータによる低電圧から高電圧への昇圧動作を説明するタイミングチャートである。ここで、低電圧から高電圧への昇圧処理とは、例えば10V程度の電圧から数100V程度の電圧への変換処理をいう。1次側直行変換部2において位相制御の昇圧処理を行い、2次側直行変換部3において、1次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧に対する両波整流が行われ、高電圧が生成される。このとき、第2の制御回路6は、トランジスタQ7〜Q10に対して「L」レベルの制御信号S7〜S10を出力している。このため、トランジスタQ7〜Q10は全てオフ状態となっている。また、トランジスタQ5のゲートにも「L」レベルの制御信号S5が入力され、トランジスタQ5がオフとなっている。   Next, the step-up operation by the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a timing chart for explaining a step-up operation from a low voltage to a high voltage by the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment. Here, the step-up process from a low voltage to a high voltage refers to a conversion process from a voltage of about 10 V to a voltage of about several hundred volts, for example. The primary-side direct conversion unit 2 performs phase control boosting processing, and the secondary-side direct conversion unit 3 performs both-wave rectification on the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the primary winding 1B, thereby generating a high voltage. Is generated. At this time, the second control circuit 6 outputs “L” level control signals S7 to S10 to the transistors Q7 to Q10. For this reason, the transistors Q7 to Q10 are all turned off. The control signal S5 of “L” level is also input to the gate of the transistor Q5, and the transistor Q5 is turned off.

なお、図2は昇圧動作を行うためバッテリB2に替えて負荷を+側端子TVoHと−側端子TVoHLとの間に介挿した構成であり、エネルギを補完する低電圧VoLのバッテリB1が1次側変換部2に接続されている。
以下の説明において、整流動作は、ダイオードD7〜D10の両波整流構成にて、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の両波整流を行う。また上述したように、同期整流にて2次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧に対する整流を行う方式にて整流動作を行っても良い。ここで、1次巻線数:2次巻線数=1:Nとする。
以下の説明に用いる図3のタイミングチャートにおいて、トランジスタQ1及びQ4をオン/オフするスイッチング周期を周期T1とし、トランジスタQ3及びQ2とをオン/オフするスイッチング周期を周期T2とし、この周期T1と周期T2との位相のずれをΔTとする。
Note that FIG. 2 shows a configuration in which a load is inserted between the + side terminal TVoH and the − side terminal TVoHL instead of the battery B2 in order to perform a boosting operation, and the battery B1 having a low voltage VoL that complements the energy is primary. It is connected to the side conversion unit 2.
In the following description, the rectification operation performs both-wave rectification of the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the secondary winding 1B in the double-wave rectification configuration of the diodes D7 to D10. Further, as described above, the rectification operation may be performed by a method of rectifying the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the secondary winding 1A by synchronous rectification. Here, the number of primary windings: the number of secondary windings = 1: N.
In the timing chart of FIG. 3 used for the following description, a switching cycle for turning on / off the transistors Q1 and Q4 is defined as a cycle T1, and a switching cycle for turning on / off the transistors Q3 and Q2 is defined as a cycle T2. Let ΔT be the phase shift from T2.

<周期T1と周期T2との位相が180°(=ΔT)ずれている場合:図3(a)>
時刻t1において、第1の制御回路5は、制御信号S1、制御信号S4を「L」レベルから「H」レベルに変化させ、制御信号S2、制御信号S3を「H」レベルから「L」レベルに変化させる。
上述した制御信号の変化によって、トランジスタQ1、トランジスタQ4はオンとなり、一方トランジスタQ2、トランジスタQ3はオフとなる。
これにより、1次側巻線1Aに電流i1F(端子TA1→端子TA2)が流れることにより、巻線1Bの端子TB1−TB2間にN・VoLの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Bに誘起された電圧N・VoLがダイオードD7を介し、チョークコイル7及び、トランジスタQ5の寄生ダイオードD5を介して+側端子TVoHへ出力される。
<When the phases of the period T1 and the period T2 are shifted by 180 ° (= ΔT): FIG. 3A>
At time t1, the first control circuit 5 changes the control signal S1 and the control signal S4 from the “L” level to the “H” level, and changes the control signal S2 and the control signal S3 from the “H” level to the “L” level. To change.
Due to the change in the control signal, the transistors Q1 and Q4 are turned on, while the transistors Q2 and Q3 are turned off.
As a result, a current i1F (terminal TA1 → terminal TA2) flows through the primary winding 1A, thereby inducing a voltage of N · VoL between the terminals TB1 and TB2 of the winding 1B.
Here, the voltage N · VoL induced in the winding 1B is output via the diode D7 to the + side terminal TVoH via the choke coil 7 and the parasitic diode D5 of the transistor Q5.

時刻t2において、第1の制御回路5は、制御信号S1及びS4を「H」レベルから「L」レベルに、また制御信号S2及びS3を「L」レベルから「H」レベルに変化させる。
これにより、トランジスタQ1及びQ4はオフ状態となり、トランジスタQ2及びQ3はオフ状態となる。
そして、1次側巻線1Aに電流i1B(端子TA2→端子TA1)が流れることにより、巻線1Bの端子TB2−TB1間にN・VoLの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Bに誘起された電圧N・VoLがダイオードD9を介し、チョークコイル7及び、トランジスタQ5の寄生ダイオードD5を介して+側端子TVOHへ出力される。
At time t2, the first control circuit 5 changes the control signals S1 and S4 from the “H” level to the “L” level, and the control signals S2 and S3 from the “L” level to the “H” level.
Thereby, the transistors Q1 and Q4 are turned off, and the transistors Q2 and Q3 are turned off.
When a current i1B (terminal TA2 → terminal TA1) flows through the primary winding 1A, a voltage of N · VoL is induced between the terminals TB2 and TB1 of the winding 1B.
Here, the voltage N · VoL induced in the winding 1B is output via the diode D9 to the positive terminal TVOH via the choke coil 7 and the parasitic diode D5 of the transistor Q5.

上述した時刻t1及びt2の処理が以降繰り返され、昇圧処理が行われる。周期T1と周期T2との位相が180°異なる場合、昇圧電圧としては、トランス1Bには常に電圧が誘起されており、チョークコイル7による平滑後も、トランス1の巻数比から得られる最大電圧値の昇圧電圧としてN・VoLが得られる。
そして、昇圧された高電圧の電源信号は、チョークコイル7及びコンデンサ6から構成された平滑回路により平滑化されて、一定電圧の高電圧VoHとして、+側端子TVoHから出力される。
The above-described processes at times t1 and t2 are repeated thereafter, and the boosting process is performed. When the phases of the period T1 and the period T2 are different from each other by 180 °, the boosted voltage is always induced in the transformer 1B, and the maximum voltage value obtained from the turns ratio of the transformer 1 even after smoothing by the choke coil 7 N · VoL is obtained as the boosted voltage.
The boosted high-voltage power supply signal is smoothed by a smoothing circuit composed of the choke coil 7 and the capacitor 6 and is output from the + side terminal TVoH as a constant high voltage VoH.

しかしながら、上述した周期T1及びT2の位相が180°異なる昇圧処理において、予め設定された昇圧電圧に満たない場合、トランジスタQ6をオンオフ制御することにより、チョークコイル7を用いた昇圧動作を行い、2次側直行変換部3のダイオードD7及びD9により整流された電圧を昇圧して、昇圧した電圧を昇圧電圧としてダイオードD5を介して+側端子TVoHへ出力する。
第2の制御回路6は、制御信号S6を「H」レベルとして、トランジスタQ6をオン状態とさせるタイミングを、第1の制御回路5が制御信号S1及びS4と、制御信号S2及びS3とが各々「H」レベルとするタイミングに同期させる。
However, in the above-described boosting process in which the phases of the periods T1 and T2 are different from each other by 180 °, when the preset boosted voltage is not reached, the transistor Q6 is turned on / off to perform a boosting operation using the choke coil 2. The voltage rectified by the diodes D7 and D9 of the secondary direct conversion unit 3 is boosted, and the boosted voltage is output as a boosted voltage to the + side terminal TVoH via the diode D5.
The second control circuit 6 sets the control signal S6 to the “H” level to turn on the transistor Q6. The first control circuit 5 controls the control signals S1 and S4 and the control signals S2 and S3, respectively. Synchronize with the timing of the “H” level.

この昇圧された圧電圧の電圧値は、第2の制御回路6により、トランジスタQ6をオンオフ制御する制御信号S6のデューティを調整するか、あるいはデューテイを固定(昇圧電圧が最大に昇圧される幅に固定)することで行う。
また、第1の制御回路5が1次側直交変換部2を制御する制御信号S1〜S4の周期T1及びT2の周期の位相を、後述するように調整して、昇圧される昇圧電圧があらかじめ設定された電圧となるよう調整してもよい。
The voltage value of the boosted boost voltage, the second control circuit 6, the width or adjusting the duty of the control signal S6 for turning on and off the transistor Q6, or fixing the duty to (boosted voltage is boosted to the maximum To be fixed).
Further, the first control circuit 5 adjusts the phases of the periods T1 and T2 of the control signals S1 to S4 for controlling the primary side orthogonal transform unit 2 as described later, and the boosted voltage to be boosted is set in advance. You may adjust so that it may become the set voltage.

<周期T1と周期T2との位相が90°(=ΔT)ずれている場合:図3(b)>
時刻t1において、第1の制御回路5は、制御信号S1、制御信号S4を「L」レベルから「H」レベルに変化させ、制御信号S2、制御信号S3を「L」レベルのままで維持する。
そして、トランジスタQ1及びQ4がオフからオンに状態が移行し、トランジスタQ2及びQ3はオフのままとなる。
これにより、トランス1の1次巻線1Aには電流i1Fが流れ、2次巻線1Bの端子TB1−TB2間にN・VoLの電圧が誘起される。
<When the phases of the period T1 and the period T2 are shifted by 90 ° (= ΔT): FIG. 3B>
At time t1, the first control circuit 5 changes the control signal S1 and the control signal S4 from the “L” level to the “H” level, and maintains the control signal S2 and the control signal S3 at the “L” level. .
Then, the transistors Q1 and Q4 change from off to on, and the transistors Q2 and Q3 remain off.
As a result, a current i1F flows in the primary winding 1A of the transformer 1, and a voltage of N · VoL is induced between the terminals TB1 and TB2 of the secondary winding 1B.

次に、時刻t12において、第1の制御回路5は、制御信号S1及びS4を「H」レベルのままとし、制御信号S2及びS3を「L」レベルから「H」レベルに変化させる。
これにより、トランジスタQ1からQ4の全てがオン状態となり、接続点K1及びK2が「L」レベルとなり、トランス1の1次巻線1Aの端子TA1及びTA2が同電位となり、電流が流れないため、2次巻線1Bに電圧は誘起されない。
Next, at time t12, the first control circuit 5 keeps the control signals S1 and S4 at the “H” level and changes the control signals S2 and S3 from the “L” level to the “H” level.
As a result, all of the transistors Q1 to Q4 are turned on, the connection points K1 and K2 are set to the “L” level, the terminals TA1 and TA2 of the primary winding 1A of the transformer 1 have the same potential, and no current flows. No voltage is induced in the secondary winding 1B.

次に、時刻t2において、第1の制御回路5は、制御信号S1及びS4を「H」レベルから「L」レベルに変化させ、制御信号S2及びS3を「H」レベルのまま維持する。
そして、トランジスタQ1及びQ4がオンからオフに移行し、トランジスタQ2及びQ3はオン状態のままとなる。
これにより、トランス1の1次巻線1Aに電流i1Bが流れ、2次巻線1Bの端子TB2−TB1間にN・VoLの電圧が誘起される。
Next, at time t2, the first control circuit 5 changes the control signals S1 and S4 from the “H” level to the “L” level, and maintains the control signals S2 and S3 at the “H” level.
Then, the transistors Q1 and Q4 shift from on to off, and the transistors Q2 and Q3 remain on.
As a result, a current i1B flows through the primary winding 1A of the transformer 1, and a voltage of N · VoL is induced between the terminals TB2 and TB1 of the secondary winding 1B.

次に、時刻t22において、第1の制御回路5は、制御信号S1及びS4を「L」レベルのままとし、制御信号S2及びS3を「H」レベルから「L」レベルに変化させる。
これにより、トランジスタQ1〜Q4の全てがオフ状態となり、接続点K1及びK2がフローティング(電気的にいずれにも接続されずに浮いた状態)となり、トランス1の1次巻線1Aの端子TA1及びTA2が同電位となり、電流が流れないため、2次巻線1Bに電圧は誘起されない。
Next, at time t22, the first control circuit 5 keeps the control signals S1 and S4 at the “L” level and changes the control signals S2 and S3 from the “H” level to the “L” level.
As a result, all of the transistors Q1 to Q4 are turned off, the connection points K1 and K2 are in a floating state (a state in which they are floated without being electrically connected to any of them), and the terminal TA1 of the primary winding 1A of the transformer 1 and Since TA2 becomes the same potential and no current flows, no voltage is induced in the secondary winding 1B.

以降、時刻t4以降において、上述したt1〜t22の処理が繰り返される。
そして、上述した周期T1及びT2の周期が90°ずれている場合、周期T1及びT2の位相が180°ずれている場合に比較して、半分の期間において、トランス1の2次巻線1BにN・VoLの電圧が生成される。
デューテイ50%の上記N・VoLが単相矩形波交流電圧としてチョークコイル7へ入力されると、チョークコイル7によりこの入力される単相矩形波交流電圧が平滑化され、所定の降圧電圧として、ダイオードD5を介して+側端子TVoHへ出力される。
したがって、周期T1及びT2との位相を制御することにより、+側端子TVoHへ出力される昇圧電圧の電圧値が調整される。
上述したように、トランス1におけるプッシュプル動作により、低電圧から高電圧に電圧を昇圧させる処理が行われる。
Thereafter, the processes from t1 to t22 described above are repeated after time t4.
And when the period of the period T1 and T2 mentioned above has shifted | deviated 90 degree | times, compared with the case where the phase of the period T1 and T2 has shifted | deviated 180 degree | times, in the secondary winding 1B of the transformer 1, A voltage of N · VoL is generated.
When the N · VoL with a duty of 50% is input to the choke coil 7 as a single-phase rectangular wave AC voltage, the input single-phase rectangular wave AC voltage is smoothed by the choke coil 7, and a predetermined step-down voltage is obtained. It is output to the + side terminal TVoH via the diode D5.
Therefore, the voltage value of the boosted voltage output to the + side terminal TVoH is adjusted by controlling the phase with the periods T1 and T2.
As described above, the process of boosting the voltage from the low voltage to the high voltage is performed by the push-pull operation in the transformer 1.

図3(a)及び図3(b)にて説明したように、制御信号S1及び制御信号S4の信号レベルの変化の位相に対し、制御信号S2及び制御信号S3の信号レベルの変化の位相のずれを変化(調整)させることにより、電流が1次側巻線1Aに流れる期間を制御し、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧のパルス幅を制御し、高電圧VoHの電圧値を任意に制御することができる。
また、1次側直交変換部2において、位相制御によって電流が1次側巻線1Aに流れる期間を制御するのではなく、制御信号S1〜S4のパルス幅を調整、すなわち、トランジスタQ1〜Q4各々をオン状態とするパルス幅を制御するPWM制御を行うことにより、1次巻線1Aに電流の流れる期間を制御し、誘起される単相矩形波交流電圧のパルス幅を制御するようにしても良い。
As described in FIGS. 3A and 3B, the phase of the change in the signal level of the control signal S2 and the control signal S3 is different from the phase of the change in the signal level of the control signal S1 and the control signal S4. By changing (adjusting) the deviation, the period during which current flows in the primary winding 1A is controlled, the pulse width of the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the secondary winding 1B is controlled, and the high voltage VoH Can be arbitrarily controlled.
Further, in the primary side orthogonal transforming unit 2, the pulse width of the control signals S1 to S4 is adjusted, that is, each of the transistors Q1 to Q4 is not controlled by controlling the period in which the current flows through the primary side winding 1A by phase control. By controlling the pulse width for controlling the pulse width to turn on the current, the period of current flow through the primary winding 1A is controlled to control the pulse width of the induced single-phase rectangular wave AC voltage. good.

次に、図4及び図17を用いて、本実施形態による双方向DC/DCコンバータによる降圧動作を説明する。図4は降圧動作を説明するための本実施形態の構成例を示すブロック図である。図17は本実施形態による双方向DC/DCコンバータによる電圧から電圧への圧動作を説明するタイミングチャートである。ここで、高電圧から低電圧への圧処理とは、例えば100〜200V程度の電圧から10数V程度の電圧への変換処理をいう。2次側直行変換部3において位相制御の圧処理を行い、1次側直行変換部2において、2次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧に対する両波整流が行われ、低電圧が生成される。 Next, with reference to FIGS. 4 and 17, for explaining the step-down operation by the bi-directional DC / DC converter according to the present embodiment. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the present embodiment for explaining the step-down operation. 17 is a timing chart for explaining the descending pressure operation of the high voltage to low voltage by the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment. Here, the buck process from a high voltage to a low voltage, for example, refers to the conversion from voltage of about 100~200V to 10 number V voltage of about. In the secondary side orthogonal transform unit 3 performs a buck processing of the phase control, the primary side orthogonal transformation unit 2, wave rectification with respect to the single-phase rectangular wave alternating electric current voltage induced in the secondary winding 1A is performed, the low A voltage is generated.

このとき、第1の制御回路5は、トランジスタQ1〜Q4に対して「L」レベルの制御信号S1〜S4を出力している。このため、トランジスタQ1〜Q4は全てオフ状態となっている。一方、第2の制御回路6は、制御信号S6を「L」レベルにて出力している。これにより、ゲートに「L」レベルの制御信号S6が印加されるため、トランジスタQ6がオフとなっている。また、第2の制御回路6は、トランジスタQ5のゲートに周期パルスの「H」レベルの制御信号S5を出力している。このパルスのデューティを変更することにより、チョークコイル7に供給する電気エネルギを制御し、降圧電圧を調整する。   At this time, the first control circuit 5 outputs “L” level control signals S1 to S4 to the transistors Q1 to Q4. For this reason, the transistors Q1 to Q4 are all turned off. On the other hand, the second control circuit 6 outputs the control signal S6 at the “L” level. As a result, the control signal S6 of “L” level is applied to the gate, so that the transistor Q6 is turned off. The second control circuit 6 outputs a control signal S5 of “H” level of a periodic pulse to the gate of the transistor Q5. By changing the duty of this pulse, the electric energy supplied to the choke coil 7 is controlled, and the step-down voltage is adjusted.

なお、図4は降圧動作を行うためバッテリB1に替えて負荷を+側端子TVoHと−側端子TVoHLとの間に介挿した構成であり、エネルギを補完する低電圧VoLのバッテリB2が2次側変換部3に接続されている。
以下の説明において、整流動作は、ダイオードD1〜D4の両波整流構成にて、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の両波整流を行う。また上述したように、同期整流にて1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧に対する整流を行う方式にて整流動作を行っても良い。ここで、1次巻線数:2次巻線数=1:Nとする。
以下の降圧動作の説明に用いる図5〜図16において、トランジスタQ7,Q8,Q9及びQ10をオン/オフするスイッチング周期は図17のタイミングチャートに示す。
4 shows a configuration in which a load is inserted between the + side terminal TVoH and the − side terminal TVoHL instead of the battery B1 in order to perform the step-down operation, and the battery B2 having a low voltage VoL that supplements energy is secondary. It is connected to the side conversion unit 3.
In the following description, the rectification operation performs both-wave rectification of the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the primary winding 1A in the double-wave rectification configuration of the diodes D1 to D4. Further, as described above, the rectification operation may be performed by a method of rectifying the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the primary winding 1A by synchronous rectification. Here, the number of primary windings: the number of secondary windings = 1: N.
In FIG. 5 to FIG. 16 used for the following description of the step-down operation, the switching cycle for turning on / off the transistors Q7, Q8, Q9 and Q10 is shown in the timing chart of FIG.

図5は初期状態を示し、トランジスタQ7,Q10がオン状態にあり、トランジスタQ5,Q6,Q8及びQ9がオフ状態から開始され、ここで、第2の制御回路6がトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5を「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ5がオン状態となる。
これにより、トランジスタQ5,Q7を介して2次巻線1Bに電流i2F(端子TB1→端子TB2)が流れ、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD4及びD1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
FIG. 5 shows an initial state, in which the transistors Q7 and Q10 are in the on state, and the transistors Q5, Q6, Q8 and Q9 are started from the off state, where the second control circuit 6 applies to the gate of the transistor Q5. The transistor Q5 is turned on by changing the control signal S5 from the “L” level to the “H” level.
As a result, a current i2F (terminal TB1 → terminal TB2) flows through the secondary winding 1B through the transistors Q5 and Q7, and a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA1 and TA2 of the winding 1A. The
Here, the voltage (1 / N) · VoH induced in the winding 1A is output to the positive terminal TVoL of the battery B1 via the diodes D4 and D1.

次に、図6において、第2の制御回路6がトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5を「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ5がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ7、2次巻線1B、トランジスタQ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2FがダイオードD6を介して流れる状態となる。
この時点においても、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD4、D1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 6, the second control circuit 6 changes the control signal S5 applied to the gate of the transistor Q5 from the “H” level to the “L” level, whereby the transistor Q5 is turned off. As a result, the current i2F flowing through the choke coil 7 through the transistor Q7, the secondary winding 1B, and the transistor Q10 flows through the diode D6.
Even at this time, a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA1 and TA2 of the winding 1A, and this voltage (1 / N) · VoH is connected to the positive side of the battery B1 via the diodes D4 and D1. Output to terminal TVoL.

次に、図7において、第2の制御回路6がトランジスタQ9のゲートに印加する制御信号S9を、「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ9がオン状態となる。これにより、トランジスタQ7及びQ9の並列接続、2次巻線1B、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2FがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点においても、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD4、D1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 7, the control signal S9 applied to the gate of the transistor Q9 by the second control circuit 6 is changed from the “L” level to the “H” level, whereby the transistor Q9 is turned on. Thereby, the parallel connection of the transistors Q7 and Q9, the state where the current i2F flowing through the choke coil 7 through the secondary winding 1B and the transistor 10 flows through the diode D6 is continued.
Even at this time, a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA1 and TA2 of the winding 1A, and this voltage (1 / N) · VoH is connected to the positive side of the battery B1 via the diodes D4 and D1. Output to terminal TVoL.

次に、図8において、第2の制御回路6がトランジスタQ7のゲートに印加する制御信号S7を、「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ7がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ9、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2FがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA1−TA2間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
Next, in FIG. 8, the control signal S7 applied to the gate of the transistor Q7 by the second control circuit 6 is changed from the “H” level to the “L” level, whereby the transistor Q7 is turned off. As a result, the state in which the current i2F flowing through the choke coil 7 via the transistor Q9 and the transistor 10 flows via the diode D6 is continued.
At this time, since no current flows through the winding 1A, no voltage is induced between the terminals TA1 and TA2, and no voltage for charging is output to the positive terminal TVoL of the battery B1.

次に、図9において、第2の制御回路6がトランジスタQ8のゲートに印加する制御信号S8を、「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ8がオン状態となる。しかしながら、トランジスタQ8に流れ込む電流の経路が生じないため、トランジスタQ9、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2FがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA1−TA2間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
Next, in FIG. 9, the control signal S8 applied to the gate of the transistor Q8 by the second control circuit 6 is changed from the “L” level to the “H” level, whereby the transistor Q8 is turned on. However, since no current path flows into the transistor Q8, the current i2F flowing through the choke coil 7 through the transistors Q9 and 10 continues to flow through the diode D6.
At this time, since no current flows through the winding 1A, no voltage is induced between the terminals TA1 and TA2, and no voltage for charging is output to the positive terminal TVoL of the battery B1.

次に、図10において、第2の制御回路6がトランジスタQ10のゲートに印加する制御信号S10を、「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ10がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ9、トランジスタQ8を介して2次巻線1Bに電流i2B(端子TB2→端子TB1)が流れ、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD2及びD3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 10, the control signal S10 applied to the gate of the transistor Q10 by the second control circuit 6 is changed from the “H” level to the “L” level, whereby the transistor Q10 is turned off. As a result, the current i2B (terminal TB2 → terminal TB1) flows through the secondary winding 1B via the transistors Q9 and Q8, and a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA2 and TA1 of the winding 1A. Is done.
Here, the voltage (1 / N) · VoH induced in the winding 1A is output to the positive terminal TVoL of the battery B1 via the diodes D2 and D3.

次に、図11において、第2の制御回路6がトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5を「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ5がオン状態となる。
これにより、トランジスタQ5,Q9及びQ8を介して2次巻線1Bに電流i2B(端子TB2→端子TB1)が流れ、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD2及びD3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 11, the second control circuit 6 changes the control signal S5 applied to the gate of the transistor Q5 from the “L” level to the “H” level, so that the transistor Q5 is turned on.
As a result, a current i2B (terminal TB2 → terminal TB1) flows through the secondary winding 1B via the transistors Q5, Q9 and Q8, and a voltage of (1 / N) · VoH is applied between the terminals TA2 and TA1 of the winding 1A. Induced.
Here, the voltage (1 / N) · VoH induced in the winding 1A is output to the positive terminal TVoL of the battery B1 via the diodes D2 and D3.

次に、図12において、第2の制御回路6がトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5を「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ5がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ10、2次巻線1B、トランジスタQ8を介してチョークコイル7に流れる電流i2BがダイオードD6を介して流れる状態となる。
この時点においても、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD2、D3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 12, the second control circuit 6 changes the control signal S5 applied to the gate of the transistor Q5 from the “H” level to the “L” level, whereby the transistor Q5 is turned off. As a result, the current i2B flowing through the choke coil 7 through the transistor Q10, the secondary winding 1B, and the transistor Q8 flows through the diode D6.
Even at this time, a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA2 and TA1 of the winding 1A, and this voltage (1 / N) · VoH is connected to the positive side of the battery B1 via the diodes D2 and D3. Output to terminal TVoL.

次に、図13において、第2の制御回路6がトランジスタQ10のゲートに印加する制御信号S10を、「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ10がオン状態となる。これにより、トランジスタQ8及びQ10の並列接続、2次巻線1B、トランジスタ9を介してチョークコイル7に流れる電流i2BがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点においても、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD2、D3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 13, the control signal S10 applied to the gate of the transistor Q10 by the second control circuit 6 is changed from the “L” level to the “H” level, whereby the transistor Q10 is turned on. Thus, the parallel connection of the transistors Q8 and Q10 and the state in which the current i2B flowing through the choke coil 7 through the secondary winding 1B and the transistor 9 flows through the diode D6 are continued.
Even at this time, a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA2 and TA1 of the winding 1A, and this voltage (1 / N) · VoH is connected to the positive side of the battery B1 via the diodes D2 and D3. Output to terminal TVoL.

次に、図14において、第2の制御回路6がトランジスタQ8のゲートに印加する制御信号S8を、「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ8がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ9、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2BがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA2−TA1間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
Next, in FIG. 14, the control signal S8 applied to the gate of the transistor Q8 by the second control circuit 6 is changed from the “H” level to the “L” level, whereby the transistor Q8 is turned off. As a result, the state in which the current i2B flowing through the choke coil 7 via the transistor Q9 and the transistor 10 flows via the diode D6 is continued.
At this time, since no current flows through the winding 1A, no voltage is induced between the terminals TA2 and TA1, and no voltage for charging is output to the positive terminal TVoL of the battery B1.

次に、図15において、第2の制御回路6がトランジスタQ7のゲートに印加する制御信号S7を、「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ7がオン状態となる。しかしながら、トランジスタQ7に流れ込む電流の経路が生じないため、トランジスタQ9、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2BがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子A2−TA1間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
Next, in FIG. 15, the control signal S7 applied to the gate of the transistor Q7 by the second control circuit 6 is changed from “L” level to “H” level, whereby the transistor Q7 is turned on. However, since no current path flows into the transistor Q7, the current i2B flowing through the choke coil 7 through the transistors Q9 and 10 continues to flow through the diode D6.
At this time, since no current flows through the winding 1A, no voltage is induced between the terminals A2 and TA1, and no voltage for charging is output to the positive terminal TVoL of the battery B1.

次に、図16において、第2の制御回路6がトランジスタQ9のゲートに印加する制御信号S9を、「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ9がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ7、トランジスタQ10を介して2次巻線1Bに電流i2F(端子TB1→端子TB2)が流れ、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD4及びD1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 16, the control signal S9 applied to the gate of the transistor Q9 by the second control circuit 6 is changed from the “H” level to the “L” level, whereby the transistor Q9 is turned off. As a result, the current i2F (terminal TB1 → terminal TB2) flows through the secondary winding 1B via the transistors Q7 and Q10, and a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA1 and TA2 of the winding 1A. Is done.
Here, the voltage (1 / N) · VoH induced in the winding 1A is output to the positive terminal TVoL of the battery B1 via the diodes D4 and D1.

そして、図5の状態に戻り、図5から図16の処理が繰り返され、降圧処理が行われる。上述したように、本実施形態の基本的な動作は、降圧処理を行っている間、チョークコイル7に継続的に、同一方向の電流(チョークコイル7の端子Tc2から端子Tc1方向)を流すように各トランジスタのゲートを制御し、チョークコイル7にて高圧を生じさせないようにし、降圧電圧の制御が精度良く行われるようにする。
すなわち、図17のタイミングチャートに示す時刻t0〜t11各々において、図5〜図16それぞれの動作が行われ、所望の低電圧VoLがバッテリB1に対して出力される。
And it returns to the state of FIG. 5, the process of FIGS. 5-16 is repeated, and pressure | voltage reduction processing is performed. As described above, the basic operation of the present embodiment is such that current in the same direction (in the direction from the terminal Tc2 to the terminal Tc1 of the choke coil 7) flows through the choke coil 7 continuously during the step-down process. In addition, the gate of each transistor is controlled so that no high voltage is generated in the choke coil 7 so that the step-down voltage is controlled with high accuracy.
That is, at times t0 to t11 shown in the timing chart of FIG. 17, the operations of FIGS. 5 to 16 are performed, and a desired low voltage VoL is output to the battery B1.

また、上記実施形態においては、降圧動作に対応して設定された巻線比を設定した際にも、昇圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な構成として、第1の電圧のバッテリ(バッテリB2)を高電圧、第2の電圧のバッテリ(バッテリB1)を、第1の電圧より低い低電圧として説明した。
しかしながら、昇圧動作に対応して設定された巻線比を設定した際に、降圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な構成として、バッテリB2の第1の電圧を低電圧とし、バッテリB1の第2の電圧を高電圧として構成してもよい。
この場合、設定した電圧に達しない低電圧の電圧値が、昇圧回路4により昇圧されることにより、設定した電圧値の低電圧として出力されることになる。
Further, in the above-described embodiment, when the winding ratio set corresponding to the step-down operation is set, the boost voltage can be output as the set voltage value as the first voltage of the first voltage. The battery (battery B2) has been described as a high voltage, and the second voltage battery (battery B1) as a low voltage lower than the first voltage.
However, when the winding ratio set corresponding to the boost operation is set, the first voltage of the battery B2 is set to a low voltage as a configuration capable of outputting the step-down voltage as the set voltage value. The second voltage of the battery B1 may be configured as a high voltage.
In this case, a voltage value of a low voltage that does not reach the set voltage is boosted by the booster circuit 4 and output as a low voltage of the set voltage value.

次に、本発明の他の実施形態として、1次側直交変換部2及び2次側直交変換部3のトランジスタの接続構成が、3相ブリッジ構成のDC/DCコンバータを図18に示す。
この図において、本実施形態による双方向DC/DCコンバータは、すでに述べた一実施形態のトランス1に代え、トランス11,12、13と、1次側直交変換部2、2次側直交変換部3、昇圧回路4を有している。
上述した構成により、この他の実施形態による双方向DC/DCコンバータは、すでに述べた一実施形態と同様に、昇圧処理の電圧変換(エネルギー変換)において、2次側直交変換部3がバッテリB1における直流の低電圧VoHを、一端、3相矩形波交流電圧に変換し、1次側直交変換部2がその3相矩形波交流電圧を整流して直流の高電圧VoH(バッテリB2)に変換する。
一方、上記双方向DC/DCコンバータは、降圧処理のエネルギー変換において、1次側直交変換部3がバッテリB2における直流の高電圧VoHを、一端、3相矩形波交流電圧に変換し、2次側直交変換部3がその3相矩形波交流電圧を整流して直流の低電圧VoL(バッテリB1)に変換する。
Next, as another embodiment of the present invention, FIG. 18 shows a DC / DC converter in which the transistors in the primary side orthogonal transform unit 2 and the secondary side orthogonal transform unit 3 have a three-phase bridge configuration.
In this figure, the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment replaces the transformer 1 of the above-described embodiment, and includes transformers 11, 12, and 13, a primary side orthogonal transform unit 2, and a secondary side orthogonal transform unit. 3. A booster circuit 4 is provided.
With the above-described configuration, the bidirectional DC / DC converter according to the other embodiment is similar to the above-described embodiment in that the secondary side orthogonal transform unit 3 is connected to the battery B1 in the voltage conversion (energy conversion) of the boosting process. The DC low voltage VoH at 1 is converted into a three-phase rectangular wave AC voltage at one end, and the primary side orthogonal transformation unit 2 rectifies the three-phase rectangular wave AC voltage and converts it into a DC high voltage VoH (battery B2). To do.
On the other hand, in the bidirectional DC / DC converter , in the energy conversion of the step-down process, the primary side orthogonal transform unit 3 converts the DC high voltage VoH in the battery B2 into a three-phase rectangular wave AC voltage at one end. The side orthogonal conversion unit 3 rectifies the three-phase rectangular wave AC voltage and converts it into a DC low voltage VoL (battery B1).

上記図6において、1次側直交変換部2は、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q1、Q2、Q3、Q4、Q11及びQ12と、第1の制御回路5から構成され、インバータ構成となっている。
トランジスタQ1、Q3及びQ11各々は、ドレインが低電圧バッテリB1の+側端子TVoLに接続されている。
一方、トランジスタQ2、Q4及びQ12各々は、ソースが低電圧バッテリB1の−側端子TVoLLに接続されている。
トランジスタQ1のソースはトランジスタQ2のドレインと接続点K1にて接続され、トランジスタQ3のソースはトランジスタQ4のドレインと接続点K2にて接続され、トランジスタQ11のソースはトランジスタQ12のドレインと接続点K3にて接続されている。
In FIG. 6, the primary-side orthogonal transform unit 2 includes N-channel MOS transistors (hereinafter simply referred to as transistors) Q1, Q2, Q3, Q4, Q11, and Q12, and a first control circuit 5, and is configured as an inverter. It has become.
The drains of the transistors Q1, Q3, and Q11 are connected to the + side terminal TVoL of the low voltage battery B1.
On the other hand, the sources of the transistors Q2, Q4 and Q12 are connected to the negative terminal TVoLL of the low voltage battery B1.
The source of transistor Q1 is connected to the drain of transistor Q2 at connection point K1, the source of transistor Q3 is connected to the drain of transistor Q4 at connection point K2, and the source of transistor Q11 is connected to the drain of transistor Q12 and connection point K3. Connected.

トランス13における1次巻線13Aの一方の端子及びトランス12における1次巻線12Aの他方の端子が接続点K1に接続され、トランス12における1次巻線12Aの一方の端子及びトランス11における1次巻線11Aの他方の端子が接続点K2に接続され、トランス11における1次巻線11Aの一方の端子及びトランス13における1次巻線13Aの他方の端子が接続点K3に接続されている。
また、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4、Q11、Q12各々は、それぞれのゲートに対して、上記第1の制御回路5から制御信号S1、S2、S3、S4、S11、S12それぞれが入力されている。
上記第1の制御回路5は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に対して単相矩形波交流電圧が印加される。
One terminal of the primary winding 13A in the transformer 13 and the other terminal of the primary winding 12A in the transformer 12 are connected to the connection point K1, and one terminal of the primary winding 12A in the transformer 12 and 1 in the transformer 11 are connected. The other terminal of the secondary winding 11A is connected to the connection point K2, and one terminal of the primary winding 11A in the transformer 11 and the other terminal of the primary winding 13A in the transformer 13 are connected to the connection point K3. .
In addition, the transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q11, and Q12 receive the control signals S1, S2, S3, S4, S11, and S12 from the first control circuit 5 to the respective gates. Yes.
The first control circuit 5 outputs each control signal at “H” level or “L” level, and outputs the primary winding 11A of the transformer 11, the primary winding 12A of the transformer 12, and the primary of the transformer 13. The direction of the current flowing through each of the windings 13A is controlled to be in reverse phase at a constant period. As a result, a single-phase rectangular wave AC voltage is applied to each of the primary winding 11A of the transformer 11, the primary winding 12A of the transformer 12, and the primary winding 13A of the transformer 13.

2次側直交変換部4は、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q7、Q8、Q9、Q10、Q13、Q14と、第2の制御回路6から構成されている。
トランジスタQ7は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P1に接続されている。
トランジスタQ9は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P2に接続されている。
トランジスタQ13は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P3に接続されている。
トランジスタQ8は、ドレインが接続点P1に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
トランジスタQ10は、ドレインが接続点P2に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
トランジスタQ14は、ドレインが接続点P3に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
The secondary side orthogonal transform unit 4 includes N channel type MOS transistors (hereinafter simply referred to as transistors) Q7, Q8, Q9, Q10, Q13, Q14 and a second control circuit 6.
The transistor Q7 has a drain connected to the terminal Tc1 of the choke coil 7 and a source connected to the connection point P1.
The transistor Q9 has a drain connected to the terminal Tc1 of the choke coil 7 and a source connected to the connection point P2.
The transistor Q13 has a drain connected to the terminal Tc1 of the choke coil 7 and a source connected to the connection point P3.
The transistor Q8 has a drain connected to the connection point P1, and a source connected to the negative terminal TvoLL of the low voltage battery B2.
The transistor Q10 has a drain connected to the connection point P2, and a source connected to the negative terminal TvoLL of the low voltage battery B2.
The transistor Q14 has a drain connected to the connection point P3 and a source connected to the negative terminal TvoLL of the low voltage battery B2.

接続点P1はトランス11における2次巻線11Bの一方の端子及びトランス13における2次巻線13Bの他方の端子に接続され、接続点P2はトランス11における2次巻線11Bの他方の端子及びトランス12における2次巻線12Bの一方の端子に接続され、接続点P3はトランス12における2次巻線12Bの他方及びトランス13における2次巻線13Bの一方に接続されている。
また、トランジスタQ7、Q8、Q9、Q10、Q13、Q14各々は、それぞれのゲートに対して、上記第2の制御回路6から制御信号S7、S8、S9、S10、S13、S14それぞれが入力されている。
上記第2の制御回路6は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に対して単相矩形波交流電圧が印加される。
昇圧回路4は、すでに述べた一実施形態と同様のため説明を省略する。
The connection point P1 is connected to one terminal of the secondary winding 11B in the transformer 11 and the other terminal of the secondary winding 13B in the transformer 13, and the connection point P2 is connected to the other terminal of the secondary winding 11B in the transformer 11 and It is connected to one terminal of the secondary winding 12B in the transformer 12, and the connection point P3 is connected to the other secondary winding 12B in the transformer 12 and one secondary winding 13B in the transformer 13.
The transistors Q7, Q8, Q9, Q10, Q13, and Q14 are supplied with control signals S7, S8, S9, S10, S13, and S14, respectively, from the second control circuit 6 to the respective gates. Yes.
The second control circuit 6 outputs each control signal at the “H” level or “L” level, and outputs the secondary winding 11B of the transformer 11, the secondary winding 12 of the transformer 12, and the secondary of the transformer 13. The direction of the current flowing through each of the windings 13B is controlled to be in reverse phase at a constant period. As a result, the single-phase rectangular wave AC voltage is applied to the secondary winding 11B of the transformer 11, the secondary winding 12 of the transformer 12, and the secondary winding 13B of the transformer 13.
Since the booster circuit 4 is the same as that of the above-described embodiment, the description thereof is omitted.

上述したように、1次側直交変換部2において、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12からなる複合スイッチの構造は3相矩形波交流電圧を生成するインバータ構成となっている。
昇圧動作において、上記3相矩形波交流電圧に対応し、2次側直交変換部3は、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に流れる電流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に逆相にて誘起される電圧を3相ブリッジ整流を行い高電圧VoHの生成を行う。
この2次側直交変換部3は、上述したトランジスタQ7、Q9及びQ13の寄生ダイオードD7、D9及びD13によるブリッジ整流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12の上述したスイッチングに同期して、第2の制御回路6は、トランジスタQ7〜Q10、Q13、Q14のオンオフを行う同期整流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
As described above, in the primary side orthogonal transform unit 2, the structure of the composite switch including the transistors Q1 to Q4, Q11, and Q12 has an inverter configuration that generates a three-phase rectangular wave AC voltage.
In the step-up operation, corresponding to the three-phase rectangular wave AC voltage, the secondary side orthogonal transformation unit 3 includes a primary winding 11A of the transformer 11, a primary winding 12A of the transformer 12, and a primary winding 13A of the transformer 13. Due to the current flowing through each of them, the voltage induced in the reverse phase in each of the secondary winding 11B of the transformer 11, the secondary winding 12 of the transformer 12, and the secondary winding 13B of the transformer 13 is high by performing three-phase bridge rectification. The voltage VoH is generated.
The secondary side orthogonal transform unit 3 includes the secondary winding 11B of the transformer 11, the secondary winding 12 of the transformer 12, and the transformer by bridge rectification by the parasitic diodes D7, D9, and D13 of the transistors Q7, Q9, and Q13. The rectifying operation of the single-phase rectangular wave AC voltage induced in each of the 13 secondary windings 13B is performed.
Here, in the step-up operation, the second control circuit 6 does not perform the two-wave rectification using the diode as described above, but synchronizes with the above-described switching of the transistors Q1 to Q4, Q11, and Q12. ~ Single-phase rectangular wave AC induced in each of the secondary winding 11B of the transformer 11, the secondary winding 12 of the transformer 12, and the secondary winding 13B of the transformer 13 by synchronous rectification that turns on and off Q10, Q13, and Q14 A voltage rectification operation may be performed.

上述した昇圧動作において、第1の制御回路5は、制御により接続点K2に対応するトランジスタQ3及びQ4のゲートに印加する制御信号S3及びS4の位相に対して、接続点K1に対応するトランジスタQ1及びQ2のゲートに印加する制御信号S1及びS2の位相と、接続点K3に対応するトランジスタQ11及びQ12のゲートに印加する制御信号S11及びS12の位相とを変化させることにより、降圧される低電圧の電圧値を制御する。ここで、制御信号S3及びS4と、制御信号S1及びS2と、制御電圧S11及びS12の「H」レベル及び「L」レベルとなる周期は同一の長さである。
また、上述した位相制御ではなく、制御信号S1、S2、S3、S4、S11、S12のパルス幅を調整し、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12のオン/オフ時間を制御して、昇圧電圧の電圧値を制御するPWM制御を用いてもよい。
In the boosting operation described above, the first control circuit 5 controls the transistor Q1 corresponding to the connection point K1 with respect to the phase of the control signals S3 and S4 applied to the gates of the transistors Q3 and Q4 corresponding to the connection point K2. And the phase of the control signals S1 and S2 applied to the gates of Q2 and the phase of the control signals S11 and S12 applied to the gates of the transistors Q11 and Q12 corresponding to the connection point K3 are lowered. Control the voltage value. Here, the periods when the control signals S3 and S4, the control signals S1 and S2, and the control voltages S11 and S12 are at the “H” level and the “L” level have the same length.
Also, instead of the phase control described above, the pulse widths of the control signals S1, S2, S3, S4, S11, and S12 are adjusted, and the on / off times of the transistors Q1 to Q4, Q11, and Q12 are controlled to control the boost voltage. You may use PWM control which controls a voltage value.

一方、2次側直交変換部3において、トランジスタQ7〜Q10、Q13、Q14からなる複合スイッチの構造は1つの3相矩形波交流電圧を生成するインバータ構成となっている。
降圧動作において、上記3相矩形波交流電圧に対応し、1次側直交変換部2は、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に流れる電流により、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に逆相にて誘起される電圧を3相ブリッジ整流を行い低電圧VoHの生成を行う。
On the other hand, in the secondary side orthogonal transform unit 3, the structure of the composite switch including the transistors Q7 to Q10, Q13, and Q14 is an inverter configuration that generates one three-phase rectangular wave AC voltage.
In the step-down operation, corresponding to the three-phase rectangular wave AC voltage, the primary side orthogonal transform unit 2 includes a secondary winding 11B of the transformer 11, a secondary winding 12 of the transformer 12, and a secondary winding 13B of the transformer 13. Due to the current flowing through each of them, the voltage induced in the negative phase in each of the primary winding 11A of the transformer 11, the primary winding 12A of the transformer 12, and the primary winding 13A of the transformer 13 is reduced by three-phase bridge rectification. The voltage VoH is generated.

この1次側直交変換部2は、上述したトランジスタQ1、Q3及びQ11の寄生ダイオードD1、D3及びD11によるブリッジ整流により、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いたブリッジ整流を行うのではなく、トランジスタQ7〜Q10、Q13、Q14の上述したスイッチングに同期して、第1の制御回路5は、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12のオンオフを行う同期整流により、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
The primary side orthogonal transform unit 2 includes a primary winding 11A of the transformer 11, a primary winding 12A of the transformer 12, and a transformer by bridge rectification using the parasitic diodes D1, D3, and D11 of the transistors Q1, Q3, and Q11. The rectifying operation of the single-phase rectangular wave AC voltage induced in each of the 13 primary windings 13A is performed.
Here, in the step-up operation, the first control circuit 5 does not perform the bridge rectification using the diode as described above, but synchronizes with the switching described above of the transistors Q7 to Q10, Q13, and Q14. Single-phase rectangular wave AC voltage induced in each of the primary winding 11A of the transformer 11, the primary winding 12A of the transformer 12, and the primary winding 13A of the transformer 13 by synchronous rectification that turns on and off Q4, Q11, and Q12 The rectifying operation may be performed.

上述した降圧動作において、第2の制御回路6は、すでに説明した一実施形態と同様に、トランジスタQ5をオンオフする制御信号S5の「H」レベルと「L」レベルとのデューティを変化させ、チョークコイル7に対して供給する電気エネルギを調整することにより、降圧電圧の電圧値の制御を行う。
また、昇圧及び降圧動作については、各トランジスタのスイッチングが一実施形態と同様のため省略する。
In the step-down operation described above, the second control circuit 6 changes the duty between the “H” level and the “L” level of the control signal S5 for turning on / off the transistor Q5 in the same manner as in the already described embodiment, and performs choke. The voltage value of the step-down voltage is controlled by adjusting the electric energy supplied to the coil 7.
The step-up and step-down operations are omitted because the switching of each transistor is the same as in the embodiment.

本発明の一実施形態による双方向DC/DCコンバータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the bidirectional | two-way DC / DC converter by one Embodiment of this invention. 降圧動作を説明するための双方向DC/DCコンバータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the bidirectional | two-way DC / DC converter for demonstrating step-down operation. 図2の双方向DC/DCコンバータの昇圧動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the pressure | voltage rise operation of the bidirectional | two-way DC / DC converter of FIG. 降圧動作を説明するための双方向DC/DCコンバータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the bidirectional | two-way DC / DC converter for demonstrating step-down operation. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作におけるトランジスタQ5〜Q10のスイッチング制御を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating switching control of transistors Q5 to Q10 in the step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 図4の双方向DC/DCコンバータの降圧動作を説明する波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram for explaining a step-down operation of the bidirectional DC / DC converter of FIG. 4. 本発明の他の実施形態である3相構成の双方向DC/DCコンバータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the bidirectional | two-way DC / DC converter of the three-phase structure which is other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…トランス
1A…1次巻線
1B…2次巻線
2…1次側直交変換部
3…2次側直交変換部
4…昇圧回路
5…第1の制御回路
6…第2の制御回路
7…チョークコイル
8、9…コンデンサ
B1,B2…バッテリ
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10…ダイオード
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q9,Q10…トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transformer 1A ... Primary winding 1B ... Secondary winding 2 ... Primary side orthogonal transformation part 3 ... Secondary side orthogonal transformation part 4 ... Booster circuit 5 ... 1st control circuit 6 ... 2nd control circuit 7 ... choke coils 8, 9 ... capacitors B1, B2 ... batteries D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10 ... diodes Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10 ... Transistor

Claims (7)

第1の電圧と当該第1の電圧より電圧値の低い第2の電圧との相互間にて、電圧変換動作を行う双方向DC/DCコンバータであり、
1次巻線及び当該1巻線より巻数が多い2次巻線からなるトランスと、
前記1次巻線の一端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第1のスイッチ手段と、
前記1次巻線の前記一端及び前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第2のスイッチ手段と、
前記1次巻線の他端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第3のスイッチ手段と、
前記1次巻線の前記他端と前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第4のスイッチ手段と、
前記2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、
該チョークコイルの一端及び前記第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、
前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、
前記2次巻線の一端及び前記チョークコイルの他端間に介挿された第7のスイッチ手段と、
前記2次巻線の前記一端及び前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、
前記2次巻線の他端及び前記チョークコイルの前記他端間に介挿された第9のスイッチ手段と、
前記2次巻線の前記他端及び前記第1の電圧の−側端子間に介挿された第10のスイッチ手段と
を有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは昇圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより当該昇圧電圧の昇圧処理に用い、一方、前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは降圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより前記第1の電圧の降圧処理を行った後、前記トランスにより前記降圧電圧への降圧を行い、
前記第7から第10のスイッチ手段を制御する第2の制御回路と、
前記第1から第4のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記1次巻線に接続された第2の整流回路と
をさらに有し、
降圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、
前記第2の制御回路が、前記第7及び第9のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記チョークコイルの前記他端との接続を制御し、また、前記第8及び第10のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第1の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記1次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、
前記第2の整流回路から出力される整流電圧を平滑化して降圧電圧として出力する
ことを特徴とする双方向DC/DCコンバータ。
A bidirectional DC / DC converter that performs a voltage conversion operation between the first voltage and a second voltage having a voltage value lower than the first voltage;
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding having more turns than the primary winding;
First switch means interposed between one end of the primary winding and the + side terminal of the second voltage;
Second switch means interposed between the one end of the primary winding and the negative terminal of the second voltage;
A third switch means interposed between the other end of the primary winding and the + side terminal of the second voltage;
A fourth switch means interposed between the other end of the primary winding and a negative terminal of the second voltage;
A choke coil provided between one end of the secondary winding and the positive terminal of the first voltage;
Fifth switch means interposed between one end of the choke coil and the positive terminal of the first voltage;
A sixth switch means interposed between the one end of the choke coil and a negative terminal of the first voltage;
A seventh switch means interposed between one end of the secondary winding and the other end of the choke coil;
An eighth switch means interposed between the one end of the secondary winding and the negative terminal of the first voltage;
Ninth switch means interposed between the other end of the secondary winding and the other end of the choke coil;
A tenth switch means interposed between the other end of the secondary winding and a negative terminal of the first voltage;
When converting the second voltage to the first voltage, if the boost voltage does not reach the set voltage only by the turn ratio between the first winding and the second winding, the choke coil A voltage that is used for boosting the boosted voltage, and on the other hand, when the second voltage is converted to the first voltage, the step-down voltage is set only by the turn ratio between the first winding and the second winding. If not reached, after antihypertensive treatment of the first voltage by the choke coil, have rows buck to the step-down voltage by the transformer,
A second control circuit for controlling the seventh to tenth switch means;
A second rectifier circuit connected to the primary winding comprising a diode connected in parallel to each of the first to fourth switch means;
Further comprising
In the step-down operation, when the first voltage is a high voltage and the second voltage is a low voltage,
The second control circuit periodically controls the seventh and ninth switch means to connect one end or the other end of the secondary winding to the other end of the choke coil. And controlling the eighth and tenth switch means periodically to connect one end or the other end of the secondary winding to the negative terminal of the first voltage. The push-pull operation is performed so that the direction of the current flowing through the primary winding is reversed every cycle.
A bidirectional DC / DC converter characterized in that the rectified voltage output from the second rectifier circuit is smoothed and output as a step-down voltage .
前記第1から第4のスイッチ手段を制御する第1の制御回路と、
前記第7から第10のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記2次巻線に接続された第1の整流回路と
をさらに有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧への昇圧動作において、
前記第1の制御回路が、前記第1及び第3のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記第2の電圧の+側端子との接続を制御し、また、前記第2及び第4のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第2の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記2次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、
この際、降圧電圧が予め設定された電圧に達しない場合、
前記第1の整流回路から出力される第1の整流電圧を、前記第6のスイッチ手段をオンオフ制御させることで、前記チョークコイルにて前記第1の整流電圧の昇圧動作を行い、昇圧された電圧を昇圧電圧として出力することを特徴とする請求項1に記載の双方向DC/DCコンバータ。
A first control circuit for controlling the first to fourth switch means;
A first rectifier circuit connected to the secondary winding consisting of a diode connected in parallel to each of the seventh to tenth switch means;
In the step-up operation from the second voltage to the first voltage,
The first control circuit periodically controls the first and third switch means, and either one end or the other end of the primary winding, and a positive side terminal of the second voltage, And controlling the second and fourth switch means periodically to connect one end or the other end of the primary winding and the negative terminal of the second voltage. Connected, and push-pull operation so that the direction of the current flowing in the secondary winding is reversed every cycle,
At this time, if the step-down voltage does not reach the preset voltage,
The first rectified voltage output from the first rectifier circuit is boosted by performing the step-up operation of the first rectified voltage in the choke coil by controlling the sixth switch means on and off. The bidirectional DC / DC converter according to claim 1, wherein the voltage is output as a boosted voltage.
昇圧動作において、
前記第1の制御回路が、前記第1及び3のスイッチ手段と、第2及び第4のスイッチ手段の各スイッチのオンオフのタイミングを位相及びパルス幅制御のいずれか一方あるいは双方により制御し、前記昇圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする請求項2に記載の双方向DC/DCコンバータ。
In step-up operation,
The first control circuit controls the on / off timing of each of the first and third switch means and the second and fourth switch means by one or both of phase and pulse width control, and The bidirectional DC / DC converter according to claim 2, wherein the boosted voltage is controlled to be a preset voltage.
降圧動作において、降圧動作中、前記チョークコイルに同一方向に継続的に電流を流すよう第7、第8、第9及び第10のスイッチング手段を制御することを特徴とする請求項1から請求項のいずれか一項に記載の双方向DC/DCコンバータ。 In the step-down operation, the seventh, eighth, ninth and tenth switching means are controlled so that a current is continuously supplied to the choke coil in the same direction during the step-down operation. bidirectional DC / DC converter according to any one of 3. 降圧動作において、
前記第2の制御回路が、前記第5のスイッチ手段をオンオフするパルスのデューティ比を制御することにより、前記降圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の双方向DC/DCコンバータ。
In step-down operation,
It said second control circuit, by controlling the duty ratio of a pulse for turning on and off the fifth switch means of claims 1, wherein the reduced voltage is controlled to be preset voltage The bidirectional DC / DC converter according to claim 3 .
前記第1から第4及び第7から第10のスイッチ手段をMOSトランジスタとし、各並列に接続されたダイオードを前記MOSトランジスタの寄生ダイオードを使用し、第1及び第2の整流回路を構成することを特徴とする請求項から請求項5のいずれか一項に記載の双方向DC/DCコンバータ。 The first to fourth and seventh to tenth switch means are MOS transistors, and the diodes connected in parallel are the parasitic diodes of the MOS transistors to constitute the first and second rectifier circuits. bidirectional DC / DC converter as claimed in any one of claims 5, characterized in. 第1の電圧と、当該第1の電圧より電圧値の低い第2の電圧との相互間にて、電圧変換動作を行う双方向DC/DCコンバータであり、
第1の1次巻線及び当該第1の1次巻線より巻数が多い第1の2次巻線からなる第1のトランスと、
第2の1次巻線及び当該第2の1次巻線より巻数が多い第2の2次巻線からなる第2のトランスと、
第3の1次巻線及び当該第3の1次巻線より巻数が多い第3の2次巻線からなる第3のトランスと、
前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第1のスイッチ手段と、
前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第2のスイッチ手段と、
前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第3のスイッチ手段と、
前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第4のスイッチ手段と、
前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第11のスイッチ手段と、
前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第12のスイッチ手段と、
前記各2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、
該チョークコイルの一端及び第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、
前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第7のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第9のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第10のスイッチ手段と、
前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第13のスイッチ手段と、
前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第14のスイッチ手段と、
を有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは昇圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより当該昇圧電圧の昇圧処理に用い、一方、前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは降圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより前記第1の電圧の降圧処理を行った後、前記トランスにより前記降圧電圧への降圧を行い、
前記第7から第10及び第13並びに第14のスイッチ手段を制御する第2の制御回路と、
前記第1から第4及び第11並びに第12のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記1次巻線に接続された第2の整流回路と
をさらに有し、
降圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、
前記第2の制御回路が、前記第7、第9、及び第13のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記チョークコイルの前記他端との接続を制御し、また、前記第8、第10、及び第14のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第1の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記1次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、前記第2の整流回路から出力される整流電圧を平滑化して降圧電圧として出力する
ことを特徴とする双方向DC/DCコンバータ。
A bidirectional DC / DC converter that performs a voltage conversion operation between a first voltage and a second voltage having a voltage value lower than the first voltage;
A first transformer comprising a first primary winding and a first secondary winding having a larger number of turns than the first primary winding;
A second transformer comprising a second primary winding and a second secondary winding having a larger number of turns than the second primary winding;
A third transformer comprising a third primary winding and a third secondary winding having a larger number of turns than the third primary winding;
First switch means interposed between the other end of the second primary winding and one end of the third primary winding, and a positive terminal of the second voltage;
Second switch means interposed between the other end of the second primary winding and one end of the third primary winding, and a negative terminal of the second voltage;
Third switch means interposed between the other end of the first primary winding and one end of the second primary winding, and a positive terminal of the second voltage;
A fourth switch means interposed between the other end of the first primary winding and one end of the second primary winding, and a negative terminal of the second voltage;
Eleventh switching means interposed between the other end of the third primary winding and one end of the first primary winding, and the positive terminal of the second voltage;
A twelfth switch means interposed between the other end of the third primary winding and one end of the first primary winding and a negative terminal of the second voltage;
A choke coil provided between one end of each secondary winding and the positive terminal of the first voltage;
Fifth switch means interposed between one end of the choke coil and the positive terminal of the first voltage;
A sixth switch means interposed between the one end of the choke coil and a negative terminal of the first voltage;
Seventh switch means interposed between one end of the first secondary winding and the other end of the third primary winding and the other end of the choke coil;
An eighth switch means interposed between one end of the first secondary winding and the other end of the third primary winding, and a negative terminal of the first voltage;
Ninth switch means interposed between the other end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding and the other end of the choke coil;
A tenth switch means interposed between the other end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding and the negative terminal of the first voltage;
A thirteenth switch means interposed between the other end of the second secondary winding and one end of the third secondary winding and the other end of the choke coil;
Fourteenth switch means interposed between the other end of the second secondary winding and one end of the third secondary winding, and a negative terminal of the first voltage;
Have
When converting the second voltage to the first voltage, if the boost voltage does not reach the set voltage only by the turn ratio between the first winding and the second winding, the choke coil A voltage that is used for boosting the boosted voltage, and on the other hand, when the second voltage is converted to the first voltage, the step-down voltage is set only by the turn ratio between the first winding and the second winding. If not reached, after antihypertensive treatment of the first voltage by the choke coil, have rows buck to the step-down voltage by the transformer,
A second control circuit for controlling the seventh to tenth, thirteenth and fourteenth switch means;
A second rectifier circuit connected to the primary winding comprising a diode connected in parallel to each of the first to fourth and eleventh and twelfth switch means;
Further comprising
In the step-down operation, when the first voltage is a high voltage and the second voltage is a low voltage,
The second control circuit periodically controls the seventh, ninth, and thirteenth switch means, and either one end or the other end of the secondary winding and the other of the choke coil Control the connection to the end, and periodically control the eighth, tenth, and fourteenth switch means, and either the one end or the other end of the secondary winding and the first voltage And a push-pull operation so that the direction of the current flowing through the primary winding is reversed every cycle, and the rectified voltage output from the second rectifier circuit is smoothed. A bidirectional DC / DC converter characterized by being output as a step-down voltage .
JP2008013677A 2008-01-24 2008-01-24 Bidirectional DC / DC converter Expired - Fee Related JP5308682B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008013677A JP5308682B2 (en) 2008-01-24 2008-01-24 Bidirectional DC / DC converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008013677A JP5308682B2 (en) 2008-01-24 2008-01-24 Bidirectional DC / DC converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009177940A JP2009177940A (en) 2009-08-06
JP5308682B2 true JP5308682B2 (en) 2013-10-09

Family

ID=41032445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008013677A Expired - Fee Related JP5308682B2 (en) 2008-01-24 2008-01-24 Bidirectional DC / DC converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5308682B2 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5204157B2 (en) * 2010-07-05 2013-06-05 株式会社日本自動車部品総合研究所 Electric vehicle charging device
EP2495858A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-05 Rheinisch-Westfälisch-Technische Hochschule Aachen Bidirectional direct current converter
DE112012005868T5 (en) 2012-02-14 2014-11-13 Mitsubishi Electric Corporation DC-DC converter
JP5766356B2 (en) * 2012-08-08 2015-08-19 三菱電機株式会社 Power converter
US9130470B2 (en) * 2012-09-14 2015-09-08 General Electric Company Power converter control system and method with separate primary and secondary controllers
JP6292497B2 (en) 2013-03-18 2018-03-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Power converter, power conditioner
JP2015012645A (en) * 2013-06-27 2015-01-19 サンケン電気株式会社 Dc-dc converter and ac-dc converter
JP6179054B2 (en) 2013-07-02 2017-08-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 Bidirectional DC / DC converter, bidirectional power converter
JP6067116B2 (en) * 2013-07-11 2017-01-25 三菱電機株式会社 DC / DC converter
DE112014004859B4 (en) 2013-10-23 2019-06-19 Mitsubishi Electric Corporation Energy conversion device
JP6228059B2 (en) * 2014-03-28 2017-11-08 トヨタ自動車株式会社 DC / DC converter and battery system
JP6247192B2 (en) * 2014-10-07 2017-12-13 コーセル株式会社 Switching power supply
JP6161834B2 (en) * 2014-10-22 2017-07-12 三菱電機株式会社 Auxiliary power supply for electric cars

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05111245A (en) * 1991-10-11 1993-04-30 Mitsubishi Electric Corp Dc/dc converter
JP4274353B2 (en) * 2003-03-13 2009-06-03 本田技研工業株式会社 Bidirectional DC-DC converter
JP4419189B2 (en) * 2003-08-25 2010-02-24 Tdkラムダ株式会社 Switching power supply

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009177940A (en) 2009-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5308682B2 (en) Bidirectional DC / DC converter
JP4995277B2 (en) Bidirectional DC / DC converter
EP3151403A2 (en) Power supply device
CN111193400B (en) Power supply device
WO2005091483A1 (en) Dc-dc converter
US9209698B2 (en) Electric power conversion device
JP2010093952A (en) Bidirectional dc/dc converter
JP2006246598A (en) Dc-dc converter, its controller, power supply, electronic device and control method of dc-dc converter
JP6012822B1 (en) Power converter
JP5210824B2 (en) Bidirectional DC / DC converter
JP2008072850A (en) Step-up/down dc-dc converter
CN103545081A (en) Magnetic device and power converter employing the same
CN103578694A (en) Magnetic device and power converter employing the same
CN103545082A (en) Magnetic device and power converter employing the same
JP2018033229A (en) Voltage converter
CN111082685A (en) Power conversion device
EP3748834B1 (en) Power supply device
KR20190115364A (en) Single and three phase combined charger
WO2017098763A1 (en) Power supply device and method for controlling initial charging thereof
JP2019041427A (en) Power conversion device, power supply device and control method thereof
JP2005304289A (en) Dc-dc converter
WO2018070185A1 (en) Dc-dc converter and automobile
JP2006115680A (en) Dc-dc converter
CN112075019A (en) Buck matrix rectifier with boost switch and operation thereof during one phase loss
EP3869681A1 (en) Power supply device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101015

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120502

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120508

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120618

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130701

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5308682

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees