JP5310184B2 - Bidirectional buck-boost chopper circuit - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池電気自動車(以下、FCEVとも呼ぶ)、ハイブリッド自動車(以下、HEVとも呼ぶ)、電気自動車(以下、EVとも呼ぶ)に用いられる電力変換器の高効率・高電力密度化のための回路方式に関し,特に、共振によるサージ電圧の発生の防止とソフトスイッチング方式の回路システムに関する。   The present invention provides a high-efficiency and high-power density power converter used in a fuel cell electric vehicle (hereinafter also referred to as FCEV), a hybrid vehicle (hereinafter also referred to as HEV), and an electric vehicle (hereinafter also referred to as EV). In particular, the present invention relates to prevention of generation of a surge voltage due to resonance and a soft switching circuit system.

FCEV,HEV,EV等の電気自動車関連分野では、燃料電池やバッテリ等の電気エネルギー発生手段を用いてインバータ,モータを駆動する。この駆動では、加速走行時や定速走行時では発生した電力を消費する他、減速走行時にはモータの回生電力をバッテリ等の電気エネルギー蓄積手段に充電する。そのため、電源と負荷との間において双方向に直流電力フローを制御する必要がある。   In electric vehicle-related fields such as FCEV, HEV, EV, etc., an inverter and a motor are driven using electric energy generating means such as a fuel cell and a battery. In this driving, the generated electric power is consumed during acceleration traveling and constant speed traveling, and the regenerative electric power of the motor is charged in an electric energy storage means such as a battery during deceleration traveling. Therefore, it is necessary to control the DC power flow in both directions between the power source and the load.

また、これらの加速走行、定速走行、減速走行等の各運転領域では、入出力電圧がバッテリの状態やモータの回転数等の運転条件によって大きく変動する。そのため、昇圧動作と降圧動作を組み合わせる必要があるため、双方向昇降圧チョッパが使用されている。   In each operation region such as acceleration traveling, constant speed traveling, and deceleration traveling, the input / output voltage varies greatly depending on the operating conditions such as the state of the battery and the rotational speed of the motor. Therefore, since it is necessary to combine the step-up operation and the step-down operation, a bidirectional buck-boost chopper is used.

従来、リアクトルを用いて電圧の昇圧や降圧を行なう昇降圧チョッパ回路が知られている。この昇降圧動作は,IGBT等のスイッチング素子を高速でオン・オフすることによってリアクトルに直流電力を蓄積し、この直流電力を出力することで昇降圧を行なう。   2. Description of the Related Art Conventionally, a step-up / step-down chopper circuit that performs voltage step-up or step-down using a reactor is known. In this step-up / step-down operation, DC power is accumulated in the reactor by turning on and off switching elements such as IGBTs at high speed, and step-up / step-down is performed by outputting this DC power.

このスイッチング素子の動作として,ハードスイッチング方式とソフトスイッチング方式が知られている。ハードスイッチング方式では、スイッチング素子のターンオンあるいはターンオフにおいて電圧と電流が交差する時間が長いため、電力損失が大きいという問題がある。このスイッチング損失は,スイッチング周波数の高周波化に伴って増大する。ハードスイッチング方式を用いた燃料電池回路としては、例えば、特許文献1や特許文献2が知られている。   As the operation of this switching element, a hard switching system and a soft switching system are known. In the hard switching system, there is a problem that the power loss is large because the time during which the voltage and current cross each other when the switching element is turned on or off is long. This switching loss increases as the switching frequency increases. As a fuel cell circuit using a hard switching system, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 are known.

これに対して、ソフトスイッチング方式は共振現象等を利用して電圧または電流を零とした状態でスイッチング動作を行なうものであり、これによって電力損失を低減しようとするものである。電気自動車関連分野では高効率が求められるため、ソフトスイッチング方式によるチョッパ回路が求められている。   On the other hand, the soft switching method performs a switching operation in a state where the voltage or current is zero using a resonance phenomenon or the like, and thereby attempts to reduce power loss. Since high efficiency is required in the field of electric vehicles, a soft switching chopper circuit is required.

ソフトスイッチング方式のチョッパ回路は、従来より多くの方式が提案されている。図10に示す回路は、従来提案されるソフトスイッチング方式のチョッパ回路の一例である(特許文献3)。図10は昇圧チョッパ回路の一例であり、107は直流リアクトル、102は出力ダイオード、103は出力コンデンサであり、出力コンデンサ103に並列に主スイッチ111を接続している。   Many soft switching type chopper circuits have been proposed. The circuit shown in FIG. 10 is an example of a conventionally proposed soft switching chopper circuit (Patent Document 3). FIG. 10 shows an example of a step-up chopper circuit, 107 is a DC reactor, 102 is an output diode, 103 is an output capacitor, and a main switch 111 is connected in parallel to the output capacitor 103.

この主スイッチ111には、スナバコンデンサ112とスナバダイオード113の直列接続体が並列接続され、このスナバコンデンサ112とスナバダイオード113の中間点に補助スイッチ104と回生ダイオード105と補助共振リアクトル106の直列接続体の一端が接続される。直列接続体の他端は入力電源101の正電圧端子に接続される。また、回生ダイオード105と補助共振リアクトル106との接続点と入力電源101の負電圧端子との間には帰還ダイオード108が接続される。入力電源101は直流入力電源である。   A series connection of a snubber capacitor 112 and a snubber diode 113 is connected in parallel to the main switch 111, and an auxiliary switch 104, a regenerative diode 105, and an auxiliary resonance reactor 106 are connected in series at an intermediate point between the snubber capacitor 112 and the snubber diode 113. One end of the body is connected. The other end of the series connection is connected to the positive voltage terminal of the input power supply 101. A feedback diode 108 is connected between a connection point between the regenerative diode 105 and the auxiliary resonant reactor 106 and the negative voltage terminal of the input power supply 101. The input power supply 101 is a DC input power supply.

このような回路において、主スイッチ111と同期して付勢される補助スイッチ104の動作によって、スナバコンデンサ112のエネルギーは回生ダイオード105を介して補助共振リアクトル106へ移る。その後、補助共振リアクトル106に移ったエネルギーは、補助共振リアクトル106、電源101および帰還ダイオード108で形成される閉回路によって電源101へ回生される。   In such a circuit, the energy of the snubber capacitor 112 is transferred to the auxiliary resonant reactor 106 via the regenerative diode 105 by the operation of the auxiliary switch 104 energized in synchronization with the main switch 111. Thereafter, the energy transferred to the auxiliary resonance reactor 106 is regenerated to the power source 101 by a closed circuit formed by the auxiliary resonance reactor 106, the power source 101 and the feedback diode 108.

しかしながら、この従来回路はスナバコンデンサ112の充電電荷を入力電源101へ共振現象を利用して回生させるため、入力電圧Vinに対する出力電圧Voutの比である昇圧率α(=Vout/Vin)が2.0未満の領域において、スナバコンデンサ112の充電電圧が零まで放電できずに、残留電圧が生じる非ソフトスイッチング領域がある。   However, since this conventional circuit regenerates the charged charge of the snubber capacitor 112 to the input power supply 101 by utilizing the resonance phenomenon, the step-up rate α (= Vout / Vin) which is the ratio of the output voltage Vout to the input voltage Vin is 2. In the region below 0, there is a non-soft switching region in which the charging voltage of the snubber capacitor 112 cannot be discharged to zero and a residual voltage is generated.

図11にソフトスイッチング領域および非ソフトスイッチング領域を示し、図12はソフトスイッチング領域および非ソフトスイッチング領域での代表的な動作波形を示す。   FIG. 11 shows a soft switching region and a non-soft switching region, and FIG. 12 shows typical operation waveforms in the soft switching region and the non-soft switching region.

図11において、(a)で示す領域は昇圧率αが2.0以上の領域を示し、(b),(c)で示す領域は昇圧率αが2.0〜1.0の領域を示している。領域(b)と領域(c)の境界は負荷電力で定まる。   In FIG. 11, a region indicated by (a) indicates a region where the boost rate α is 2.0 or more, and a region indicated by (b) and (c) indicates a region where the boost rate α is 2.0 to 1.0. ing. The boundary between region (b) and region (c) is determined by the load power.

この境界領域は、スナバコンデンサ112に残留していた電圧が放電して完全に零となる完全放電条件により定まるものであり、残留電荷がこの間に通流する補助スイッチ電流の積分電荷よりも小さいという条件から、出力電圧Voutは
Vout>2Vin−1/2・(L/(C・Vin))・(Pout/(Vin・η))
の式で表される。(非特許文献1)
This boundary region is determined by a complete discharge condition in which the voltage remaining in the snubber capacitor 112 is discharged and becomes completely zero, and the residual charge is smaller than the integral charge of the auxiliary switch current flowing during this period. From the conditions, the output voltage Vout is Vout> 2Vin−1 / 2 · (L / (C · Vin)) · (Pout / (Vin · η)) 2
It is expressed by the following formula. (Non-Patent Document 1)

また、図12は、スナバコンデンサ112の電圧V112、主スイッチの電流I111を示し、図12(a)はソフトスイッチング領域での電圧,電流を示し、図12(b),(c)は非ソフトスイッチング領域での電圧,電流を示している。   12 shows the voltage V112 of the snubber capacitor 112 and the current I111 of the main switch, FIG. 12A shows the voltage and current in the soft switching region, and FIGS. 12B and 12C show the non-soft. The voltage and current in the switching region are shown.

図11の領域(a)は昇圧率αが2.0以上の領域であり、図12(a)に示すソフトスイッチング領域の電圧,電流の関係に示すように、共振現象によってスナバコンデンサ112の電圧V112は完全放電する。この完全放電を行うことによって、主スイッチ111のターンオンおよびターンオフにおいて、スイッチング動作は零電圧,零電流で行われ、ソフトスイッチングが達成される。   The region (a) in FIG. 11 is a region where the step-up rate α is 2.0 or more. As shown in the relationship between the voltage and current in the soft switching region shown in FIG. 12 (a), the voltage of the snubber capacitor 112 due to the resonance phenomenon. V112 is completely discharged. By performing this complete discharge, when the main switch 111 is turned on and off, the switching operation is performed with zero voltage and zero current, and soft switching is achieved.

図11の領域(b)は昇圧率αが2.0未満の領域であり、図12(b)に示すように、スナバコンデンサ112の電圧V112に残留電圧が生じる。この残留電圧の発生によって、主スイッチ111のターンオンは非零電圧および非零電流で、ターンオフは零電圧および零電流で行うスイッチング動作する非ソフトスイッチング領域(b)となる。   A region (b) in FIG. 11 is a region where the step-up rate α is less than 2.0, and a residual voltage is generated in the voltage V112 of the snubber capacitor 112 as shown in FIG. 12 (b). Due to the generation of the residual voltage, the main switch 111 is turned on with a non-zero voltage and a non-zero current, and the turn-off becomes a non-soft switching region (b) in which a switching operation is performed with the zero voltage and the zero current.

また、図11の領域(c)は昇圧率αが2.0未満の領域において、出力が軽負荷時に生じる領域である。この領域(c)では、図12(c)に示すように、主スイッチ111のターンオンおよびターンオフを非零電圧および非零電流でスイッチング動作する非ソフトスイッチング領域(c)となる。   In addition, a region (c) in FIG. 11 is a region where the output is generated at a light load in a region where the step-up rate α is less than 2.0. In this region (c), as shown in FIG. 12 (c), a non-soft switching region (c) in which the main switch 111 is turned on and off with a non-zero voltage and a non-zero current is operated.

以上のように、従来回路は、スナバコンデンサ112の残留電圧の発生によって非ソフトスイッチング領域が生じ、電力損失が発生するという課題がある。   As described above, the conventional circuit has a problem in that a non-soft switching region is generated due to the generation of the residual voltage of the snubber capacitor 112 and power loss occurs.

また、図10に示す従来回路では、補助共振リアクトル106に移ったエネルギーが入力電源101へ回生した後、回生ダイオード105の蓄積電荷がダイオードリカバリする際にサージ過電圧が発生する。   Further, in the conventional circuit shown in FIG. 10, after the energy transferred to the auxiliary resonance reactor 106 is regenerated to the input power supply 101, a surge overvoltage is generated when the accumulated charge of the regenerative diode 105 is diode-recovered.

図13(a)は補助スイッチ104の電流を示し、図13(b)は補助スイッチ104の電圧を示している。   FIG. 13A shows the current of the auxiliary switch 104, and FIG. 13B shows the voltage of the auxiliary switch 104.

図13(b)の電圧に示すように、主スイッチ111のターンオフ時にも補助スイッチ104の漂遊容量と補助共振リアクトル106の共振現象によるサージ過電圧Vp1が補助スイッチ104の両端に発生する。   As shown in the voltage of FIG. 13B, the surge overvoltage Vp1 due to the stray capacitance of the auxiliary switch 104 and the resonance phenomenon of the auxiliary resonance reactor 106 is generated at both ends of the auxiliary switch 104 even when the main switch 111 is turned off.

回生ダイオード105のダイオードリカバリによるサージ過電圧、共振現象によるサージ過電圧が、補助スイッチ104や回生ダイオード105の定格電圧を越えると、素子破損にいたる場合がある。また、サージ過電圧で素子が直接破損しない場合であっても、サージ過電圧により制御回路が誤動作したり、ゲート回路が誤動作して主スイッチ111や補助スイッチ104が破損してしまう恐れがあるという課題もある。   If the surge overvoltage due to the diode recovery of the regenerative diode 105 or the surge overvoltage due to the resonance phenomenon exceeds the rated voltage of the auxiliary switch 104 or the regenerative diode 105, the element may be damaged. In addition, even when the element is not directly damaged due to surge overvoltage, there is a possibility that the control circuit may malfunction due to surge overvoltage, or the gate circuit may malfunction and the main switch 111 or the auxiliary switch 104 may be damaged. is there.

また、図10に示す従来回路では、出力ダイオード102が主回路に直列に接続されているため、その順電圧による電力損失が大きくなるという課題がある。   Further, in the conventional circuit shown in FIG. 10, since the output diode 102 is connected in series to the main circuit, there is a problem that power loss due to the forward voltage becomes large.

特開2002−63923号公報JP 2002-63923 A 特開2005−295671号公報JP 2005-295671 A 特開2001−224165号公報JP 2001-224165 A

平成20年電気学会全国大会講演論文集、4-071,pp.117-118,20083/19〜21,“SAZZコンバータにおけるソフトスイッチング領域外動作特性”Proceedings of the 2008 Annual Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, 4-071, pp.117-118, 20083 / 19-21, “Operation characteristics outside the soft switching region in SAZZ converter”

上記したように,従来提案されているチョッパ回路では、下記のような非ソフトスイッチング領域,熱損失および素子破損の課題を有している。   As described above, the conventionally proposed chopper circuit has the following problems of non-soft switching region, heat loss, and element damage.

(1)入・出力電圧比と出力電力の条件によっては,非ソフトスイッチング領域が生じるという課題がある。   (1) Depending on the conditions of input / output voltage ratio and output power, there is a problem that a non-soft switching region occurs.

(2)回生ダイオードの蓄積電荷による逆回復(ダイオードリカバリ)によるサージ過電圧や、補助スイッチ104の漂遊容量によるサージ過電圧の発生によるノイズによって制御回路が誤動作し,素子破損にいたる恐れがあるという課題がある。   (2) There is a problem that the control circuit may malfunction due to a surge overvoltage caused by reverse recovery (diode recovery) due to the stored charge of the regenerative diode, or noise caused by a surge overvoltage caused by stray capacitance of the auxiliary switch 104, resulting in element damage. is there.

上記したスイッチングに係わる課題の他に、
(3)出力ダイオードの順電圧による電力損失が大きいという課題がある。
In addition to the issues related to switching,
(3) There is a problem that the power loss due to the forward voltage of the output diode is large.

したがって、低損失でかつ高信頼性が得られる双方向昇降圧チョッパ回路では、上記したスイッチングに係わる課題の他、出力ダイオードに係わる課題は、双方向昇降圧チョッパ回路では低損失でかつ高信頼性を達成する上で支障となる。   Therefore, in the bidirectional buck-boost chopper circuit with low loss and high reliability, in addition to the above-mentioned problems related to switching, the problem related to the output diode is low loss and high reliability in the bidirectional buck-boost chopper circuit. It will be a hindrance in achieving this.

そこで、本発明は,前記した課題点を解決するためになされたものであり、双方向昇降圧チョッパ回路のスイッチングに係わる課題、出力ダイオードに係わる課題を解決することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to solve problems related to switching of the bidirectional buck-boost chopper circuit and problems related to the output diode.

本発明は、双方向昇降圧チョッパ回路のスイッチングに係わる課題の解決において、入出力電圧の変動状態によってもスナバコンデンサ電圧残留による非ソフトスイッチング領域が生じることなく、運転領域において全域ソフトスイッチングの可能な回路方式を提供することを目的とする。   In the solution of the problem related to the switching of the bidirectional buck-boost chopper circuit, the present invention can perform the entire soft switching in the operation region without causing the non-soft switching region due to the remaining snubber capacitor voltage even if the input / output voltage fluctuates An object is to provide a circuit system.

本発明は、双方向昇降圧チョッパ回路のスイッチングに係わる課題の解決において、回生ダイオードの逆回復による過電圧を防ぐことを目的とする。   An object of the present invention is to prevent overvoltage due to reverse recovery of a regenerative diode in solving a problem related to switching of a bidirectional buck-boost chopper circuit.

本発明は、双方向昇降圧チョッパ回路のスイッチングに係わる課題の解決において、補助スイッチのターンオフ時の漂遊容量による過電圧を抑制することを目的とする。   An object of the present invention is to suppress overvoltage due to stray capacitance when an auxiliary switch is turned off in solving a problem related to switching of a bidirectional buck-boost chopper circuit.

また、本発明は、出力ダイオードの順電圧による電力損失を抑制することを目的とする。   Another object of the present invention is to suppress power loss due to the forward voltage of the output diode.

上記目的を達成するため、本発明の双方向昇降圧チョッパ回路は、昇圧動作および降圧動作を双方向で行なう双方向昇降圧チョッパ回路において、昇圧動作を行なう昇圧チョッパ部および降圧動作を行なう降圧チョッパ部を備える。   In order to achieve the above object, a bidirectional buck-boost chopper circuit according to the present invention includes a boost chopper unit that performs a boost operation and a step-down chopper that performs a buck operation in a bidirectional buck-boost chopper circuit that performs a boost operation and a buck operation bidirectionally. A part.

本発明の昇圧チョッパ部および降圧チョッパ部は、主スイッチとこの主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードと、ダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した直列接続体とを備え、直列接続体の一端を前記スナバコンデンサとスナバダイオードとの接続点に接続し、直列接続体の他端を直流電源に接続し、直流電源の電圧に対するチョッパ部の出力電圧の昇圧率を2以上とする。   The step-up chopper unit and the step-down chopper unit of the present invention include a main switch, a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch, and a series connection body in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series. The one end of the series connection body is connected to the connection point of the snubber capacitor and the snubber diode, the other end of the series connection body is connected to the DC power source, and the step-up ratio of the output voltage of the chopper section with respect to the voltage of the DC power source is 2 or more. And

本発明は、スナバコンデンサとスナバダイオードとの接続点と直流電源との間に、ダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した直列接続体を接続し、スナバコンデンサに蓄積された電圧を直流電源に回生する際に、直流電源の電圧に対するチョッパ部の出力電圧の昇圧率を2以上とすることによってスナバコンデンサの電圧残留を零とし、入出力電圧の変動状態によってもスナバコンデンサ電圧残留による非ソフトスイッチング領域が生じることなく、運転領域において全域ソフトスイッチングの可能とすることができる。   In the present invention, a series connection body in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series is connected between a connection point between a snubber capacitor and a snubber diode and a DC power source, and the voltage accumulated in the snubber capacitor is converted to DC. When regenerating to the power supply, the voltage increase rate of the output voltage of the chopper section with respect to the voltage of the DC power supply is set to 2 or more, so that the residual voltage of the snubber capacitor becomes zero, and the non-existence due to the residual snubber capacitor voltage also depends on the fluctuation state of the input / output voltage. It is possible to enable the whole area soft switching in the operation area without generating the soft switching area.

また、本発明は、ダイオードおよび補助スイッチに可飽和リアクトルを直列接続することによって、回生ダイオードの逆回復による過電圧を防ぐことができる。   In addition, according to the present invention, a saturable reactor is connected in series to the diode and the auxiliary switch, thereby preventing overvoltage due to reverse recovery of the regenerative diode.

また、本発明は、ダイオードおよび補助スイッチに可飽和リアクトルを直列接続することによって、補助スイッチのターンオフ時の漂遊容量による過電圧を抑制することができる。   Further, according to the present invention, by connecting a saturable reactor in series to the diode and the auxiliary switch, it is possible to suppress overvoltage due to stray capacitance when the auxiliary switch is turned off.

本発明の双方向昇降圧チョッパ回路は、チョッパ回路をブリッジ接続してなる四象限チョッパ回路、あるいは二象限チョッパ回路で構成することができる。   The bidirectional buck-boost chopper circuit of the present invention can be configured by a four-quadrant chopper circuit formed by bridge-connecting chopper circuits or a two-quadrant chopper circuit.

本発明の四象限チョッパ回路は、昇圧動作および降圧動作を双方向で行なう双方向昇降圧チョッパ回路において、第1と第2の直流電源と、第1と第2の直流電源に対してそれぞれ並列接続した第1と第2の入力コンデンサと、主リアクトルと、負荷に対して並列接続した出力コンデンサと、昇圧動作を行う2つの昇圧チョッパ部と降圧動作を行なう2つの降圧チョッパ部とを備える。   The four-quadrant chopper circuit of the present invention is a bidirectional step-up / step-down chopper circuit that performs a step-up operation and a step-down operation in both directions, and is parallel to the first and second DC power sources and the first and second DC power sources, respectively. First and second input capacitors connected to each other, a main reactor, an output capacitor connected in parallel to a load, two boost chopper units that perform a boost operation, and two step-down chopper units that perform a step-down operation are provided.

本発明が備える昇圧チョッパ部は、第1の昇圧動作を行なう第1の昇圧チョッパ部と第2の昇圧動作を行なう第2の昇圧チョッパ部とを備える。   The boost chopper unit included in the present invention includes a first boost chopper unit that performs a first boost operation and a second boost chopper unit that performs a second boost operation.

本発明の第1の昇圧チョッパ部は、一方の極を第2の直流電源の負の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトルの一端に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した第1の直列接続体を備える。   The first step-up chopper unit of the present invention has a main switch in which one pole is connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply and the other pole is connected to one end of the main reactor, and between both poles of the main switch. A series connection body of a connected snubber capacitor and a snubber diode, and a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor connected in series between the connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and the midpoint of the DC power source divided into two. A first series connection body is provided.

本発明の第2の昇圧チョッパ部は、一方の極を第2の直流電源の負の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトルの他方の端子に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した第2の直列接続体を備える。   The second step-up chopper unit of the present invention has a main switch having one pole connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply and the other pole connected to the other terminal of the main reactor, and both poles of the main switch A series connection of a snubber capacitor and a snubber diode connected in between, a diode connected between the connection point of the snubber capacitor and the snubber diode, and the midpoint of the DC power source divided into two, an auxiliary switch, and a saturable reactor in series A connected second series connection is provided.

本発明が備える降圧チョッパ部は、第1の降圧動作を行なう第1の降圧チョッパ部と第2の降圧動作を行なう第2の降圧チョッパ部とを備える。   The step-down chopper unit included in the present invention includes a first step-down chopper unit that performs a first step-down operation and a second step-down chopper unit that performs a second step-down operation.

本発明の第1の降圧チョッパ部は、一方の極を第1の直流電源の正の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトルの一端に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した第3の直列接続体を備える。   The first step-down chopper unit of the present invention has a main switch in which one pole is connected to the positive voltage terminal of the first DC power source and the other pole is connected to one end of the main reactor, and between both poles of the main switch. A series connection body of a connected snubber capacitor and a snubber diode, and a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor connected in series between the connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and the midpoint of the DC power source divided into two. A third series connection body is provided.

本発明の第2の降圧チョッパ部は、一方の極を出力コンデンサの正の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトルの他方の端子に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードの直列接続体と、スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と第1の直流電源の正の電圧端子との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した第4の直列接続体とを備える。   The second step-down chopper unit of the present invention is connected between the main switch having one pole connected to the positive voltage terminal of the output capacitor and the other pole connected to the other terminal of the main reactor, and both poles of the main switch. A series connection of a snubber capacitor and a snubber diode, and a diode, an auxiliary switch and a saturable reactor connected in series between the connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and the positive voltage terminal of the first DC power supply. A fourth series connection body.

本発明の各チョッパ部が備える各補助スイッチは、主スイッチよりも先にオンすることによって主スイッチのスイッチング動作を零電圧および零電流で行なう。   Each auxiliary switch included in each chopper unit of the present invention is turned on before the main switch to perform the switching operation of the main switch at zero voltage and zero current.

本発明の二象限チョッパ回路の一形態は、第1の昇圧チョッパ部と第1の降圧チョッパ部とからなり、昇圧動作および降圧動作を双方向で行なう双方向昇降圧チョッパ回路において、第1と第2の直流電源と、第1と第2の直流電源に対してそれぞれ並列接続した第1と第2の入力コンデンサと、主リアクトルと、負荷に対して並列接続した出力コンデンサと、昇圧動作を行う昇圧チョッパ部と降圧動作を行なう降圧チョッパ部とを備える。   One form of the two-quadrant chopper circuit of the present invention is a bidirectional step-up / step-down chopper circuit that includes a first step-up chopper unit and a first step-down chopper unit and performs a step-up operation and a step-down operation in both directions. A second DC power source, first and second input capacitors connected in parallel to the first and second DC power sources, a main reactor, an output capacitor connected in parallel to the load, and a boost operation; A step-up chopper unit that performs the step-down operation and a step-down chopper unit that performs the step-down operation;

この形態の昇圧チョッパ部は、一方の極を第2の直流電源の負の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトルの一端に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した昇圧側直列接続体を備える。   The step-up chopper unit of this embodiment has a main switch in which one pole is connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply and the other pole is connected to one end of the main reactor, and a snubber connected between both poles of the main switch. A series connection body of a capacitor and a snubber diode, and a booster side series in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series between a connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and an intermediate point of the DC power source divided into two. A connecting body is provided.

この形態の降圧チョッパ部は、一方の極を第1の直流電源の正の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトルの一端に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した降圧側直列接続体を備える。   The step-down chopper unit of this embodiment has a main switch in which one pole is connected to the positive voltage terminal of the first DC power supply and the other pole is connected to one end of the main reactor, and a snubber connected between both poles of the main switch. A series-connected body of a capacitor and a snubber diode, and a step-down-side series in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series between the connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and the midpoint of the divided DC power supply A connecting body is provided.

この形態の各チョッパ部の各補助スイッチは、主スイッチよりも先にオンすることによって主スイッチのスイッチング動作を零電圧および零電流で行なう。   Each auxiliary switch of each chopper unit of this form is turned on before the main switch, so that the switching operation of the main switch is performed at zero voltage and zero current.

本発明の二象限チョッパ回路は、上記形態において、第1の昇圧チョッパ部の可飽和リアクトルと第1の降圧チョッパ部の可飽和リアクトルを共通化し、一つの可飽和リアクトルで構成することができる。この構成では、昇圧側直列接続体が備える可飽和リアクトルと前記降圧側直列接続体が備える可飽和リアクトルを共通の一つの可飽和リアクトルで構成し、この可飽和リアクトルの一端を2分割した直流電源の中間点に接続する。   In the above embodiment, the two-quadrant chopper circuit of the present invention can be configured with a single saturable reactor by sharing the saturable reactor of the first step-up chopper section and the saturable reactor of the first step-down chopper section. In this configuration, the saturable reactor included in the step-up side series connection body and the saturable reactor included in the step-down side series connection body are configured as one common saturable reactor, and a DC power source in which one end of the saturable reactor is divided into two Connect to the middle point.

本発明の二象限チョッパ回路の他の形態は、第2の昇圧チョッパ部と第2の降圧チョッパ部とからなり、昇圧動作および降圧動作を双方向で行なう双方向昇降圧チョッパ回路において、第1と第2の直流電源と、第1と第2の直流電源に対してそれぞれ並列接続した第1と第2の入力コンデンサと、主リアクトルと、負荷に対して並列接続した出力コンデンサと、昇圧動作を行う昇圧チョッパ部と降圧動作を行なう降圧チョッパ部とを備える。   Another form of the two-quadrant chopper circuit of the present invention is a bidirectional step-up / step-down chopper circuit that includes a second step-up chopper unit and a second step-down chopper unit and performs a step-up operation and a step-down operation in both directions. And a second DC power source, first and second input capacitors connected in parallel to the first and second DC power sources, a main reactor, an output capacitor connected in parallel to the load, and a boost operation And a step-down chopper unit that performs a step-down operation.

この形態の昇圧チョッパ部は、一方の極を第2の直流電源の負の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトルの他方の端子に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した昇圧側直列接続体を備える。   The boost chopper of this form is connected between the main switch having one pole connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply and the other pole connected to the other terminal of the main reactor, and both poles of the main switch. Booster in which a series connection of a snubber capacitor and a snubber diode, a diode connected between the connection point of the snubber capacitor and the snubber diode, and an intermediate point of the divided DC power source, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series A side series connection body is provided.

この形態の降圧チョッパ部は、一方の極を出力コンデンサの正の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトルの他方の端子に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードの直列接続体と、スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と第1の直流電源の正の電圧端子との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した降圧側直列接続体とを備える。   The step-down chopper unit in this form has a main switch having one pole connected to the positive voltage terminal of the output capacitor and the other pole connected to the other terminal of the main reactor, and a snubber capacitor connected between both poles of the main switch. And a series connection body of a snubber diode, and a step-down side series circuit in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series between a connection point of a snubber capacitor and a snubber diode and a positive voltage terminal of the first DC power supply A connecting body.

この形態の各チョッパ部の各補助スイッチは、主スイッチよりも先にオンすることによって主スイッチのスイッチング動作を零電圧および零電流で行なう。   Each auxiliary switch of each chopper unit of this form is turned on before the main switch, so that the switching operation of the main switch is performed at zero voltage and zero current.

また、本発明の双方向昇降圧チョッパ回路は、主スイッチを半導体スイッチで構成し、この半導体スイッチに逆並列接続されるボディダイオードを出力ダイオードとし、主電流がボディダイオードを通流中に半導体スイッチをオン制御する同期整流する。   The bidirectional buck-boost chopper circuit according to the present invention comprises a semiconductor switch as a main switch, a body diode connected in reverse parallel to the semiconductor switch as an output diode, and a semiconductor switch while the main current is flowing through the body diode. Synchronous rectification to control on.

この同期整流によって、出力ダイオードの順電圧による電力損失を抑制することができる。   This synchronous rectification can suppress power loss due to the forward voltage of the output diode.

本発明の双方向昇降圧チョッパ回路において、第1の直流電源と第2の直流電源は、一つの直流電源を2分割し、分割した2つの端子間に第1の入力コンデンサおよび第2の入力コンデンサをそれぞれ並列接続して構成することができる。   In the bidirectional buck-boost chopper circuit according to the present invention, the first DC power source and the second DC power source divide one DC power source into two parts, and the first input capacitor and the second input between the two divided terminals. Capacitors can be connected in parallel.

本発明の態様によれば、運転領域全域にわたって補助スイッチの作用によって主スイッチのスイッチング動作を零電圧および零電流で行なうことができる。   According to the aspect of the present invention, the switching operation of the main switch can be performed with zero voltage and zero current by the action of the auxiliary switch over the entire operation region.

また、本発明の態様によれば、可飽和リアクトルによって、回生ダイオードの逆回復による過電圧を防ぎ、また、補助スイッチのターンオフ時の漂遊容量による過電圧を抑制することができる。   Further, according to the aspect of the present invention, the saturable reactor can prevent overvoltage due to reverse recovery of the regenerative diode, and can suppress overvoltage due to stray capacitance when the auxiliary switch is turned off.

また、本発明の態様によれば、半導体スイッチを例えばパワーMOSFETで構成し、この半導体スイッチを同期整流によって逆並列ダイオードの順電圧を低減し、電力損失を低減することができる。   In addition, according to the aspect of the present invention, the semiconductor switch is configured with, for example, a power MOSFET, and the forward voltage of the antiparallel diode can be reduced by synchronous rectification of the semiconductor switch, thereby reducing the power loss.

本発明によれば,双方向昇降圧チョッパ回路を全域でソフトスイッチングさせ、損失を低減し、過電圧を抑制することができ、低損失で高信頼性の電力変換装置を構成することができる。   According to the present invention, the bidirectional buck-boost chopper circuit can be soft-switched in the entire region, the loss can be reduced, the overvoltage can be suppressed, and a low-loss and high-reliability power conversion device can be configured.

本発明によれば、双方向昇降圧チョッパ回路のスイッチングに係わる課題の解決において、入出力電圧の変動状態によってもスナバコンデンサ電圧残留による非ソフトスイッチング領域が生じることなく、運転領域において全域ソフトスイッチングを可能とすることができる。   According to the present invention, in solving the problem related to the switching of the bidirectional buck-boost chopper circuit, the entire soft switching is performed in the operation region without causing the non-soft switching region due to the remaining snubber capacitor voltage even if the input / output voltage fluctuates. Can be possible.

本発明によれば、双方向昇降圧チョッパ回路のスイッチングに係わる課題の解決において、回生ダイオードの逆回復による過電圧を防ぐことができる。   According to the present invention, overvoltage due to reverse recovery of the regenerative diode can be prevented in solving the problem related to switching of the bidirectional buck-boost chopper circuit.

本発明によれば、双方向昇降圧チョッパ回路のスイッチングに係わる課題の解決において、補助スイッチのターンオフ時の漂遊容量による過電圧を抑制することができる。   According to the present invention, in solving the problem related to switching of the bidirectional buck-boost chopper circuit, it is possible to suppress overvoltage due to stray capacitance when the auxiliary switch is turned off.

また、本発明によれば、出力ダイオードの順電圧による電力損失を抑制することができる。   Further, according to the present invention, power loss due to the forward voltage of the output diode can be suppressed.

本発明の双方向昇降圧チョッパ回路が備える昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the step-up chopper circuit and step-down chopper circuit with which the bidirectional | two-way buck-boost chopper circuit of this invention is provided. 本発明の第1の形態を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 1st form of this invention. 本発明の第1の形態の各動作モードにおける等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram in each operation mode of the 1st form of this invention. 本発明の第1の形態の動作タイムチャートである。It is an operation | movement time chart of the 1st form of this invention. 本発明の補助スイッチのサージ過電圧の抑制を説明するための図である。It is a figure for demonstrating suppression of the surge overvoltage of the auxiliary switch of this invention. 本発明の回生ダイオードのサージ過電圧を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the surge overvoltage of the regeneration diode of this invention. 本発明の第2の形態を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 2nd form of this invention. 本発明の第3の形態を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 3rd form of this invention. 本発明の第4の形態を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 4th form of this invention. 従来の回路例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the example of a conventional circuit. 従来回路のソフトスイッチング領域と非ソフトスイッチング領域を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the soft switching area | region and non-soft switching area | region of a conventional circuit. 従来回路のソフトスイッチング領域と非ソフトスイッチング領域における回路動作の相違を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in the circuit operation | movement in the soft switching area | region and non-soft switching area | region of a conventional circuit. 従来の回路の補助スイッチのサージ過電圧を示す図である。It is a figure which shows the surge overvoltage of the auxiliary switch of the conventional circuit. 従来の回路の回生ダイオードのサージ過電圧を示す図である。It is a figure which shows the surge overvoltage of the regeneration diode of the conventional circuit.

本発明の実施形態について図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

以下,本発明の実施例を図面によって説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の双方向昇降圧チョッパ回路が備える昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを説明するための図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining a step-up chopper circuit and a step-down chopper circuit included in a bidirectional buck-boost chopper circuit according to the present invention.

図1(a)は、本発明の双方向昇降圧チョッパ回路が備える昇圧チョッパ回路の一回路例である。   FIG. 1A is a circuit example of a step-up chopper circuit provided in the bidirectional buck-boost chopper circuit of the present invention.

昇圧チョッパ部は、主スイッチ10の一方の極を第2の直流電源1bの負の電圧端子に接続し、他方の極を第1の直流電源1aの正の電圧端子に接続し、主スイッチ10の両極間にスナバコンデンサ20とスナバダイオード30との直列接続体を接続し、スナバコンデンサ20とスナバダイオード30の接続点と第1の直流電源1aと第2の直流電源1bとの中間点との間に、補助スイッチ40と回生ダイオード50と可飽和リアクトル60とを直列接続した第1の直列接続体70を接続し、主スイッチ10の一方の極を主リアクトル7と降圧チョッパ部の主スイッチのボディダイオードを介して出力端に接続する。   The step-up chopper unit connects one pole of the main switch 10 to the negative voltage terminal of the second DC power source 1b and connects the other pole to the positive voltage terminal of the first DC power source 1a. A series connection body of the snubber capacitor 20 and the snubber diode 30 is connected between the two poles, and a connection point between the snubber capacitor 20 and the snubber diode 30 and an intermediate point between the first DC power source 1a and the second DC power source 1b. A first series connection body 70 in which an auxiliary switch 40, a regenerative diode 50 and a saturable reactor 60 are connected in series is connected between them, and one pole of the main switch 10 is connected to the main reactor 7 and the main switch of the step-down chopper section. Connect to output through body diode.

スナバコンデンサ20の電荷は第2の直流電源1bへ共振放電する。このとき、第2の直流電源1bの電圧は出力電圧Voutの1/2電圧であるため、スナバコンデンサ20は完全放電して残留電圧は存在しないため、常にソフトスイッチング動作を行うことができる。   The electric charge of the snubber capacitor 20 is resonantly discharged to the second DC power source 1b. At this time, since the voltage of the second DC power supply 1b is ½ of the output voltage Vout, the snubber capacitor 20 is completely discharged and no residual voltage exists, so that a soft switching operation can always be performed.

また、第1の直列接続体70が備える可飽和リアクトル60は、回生ダイオード50の蓄積電荷の逆回復によるサージ過電圧や補助スイッチ40の浮遊容量によるサージ過電圧を負担し、補助スイッチ40や回生ダイオード50に加わる電圧を低減して、素子破損を防ぐことができる。   Further, the saturable reactor 60 provided in the first series connection body 70 bears a surge overvoltage caused by reverse recovery of the accumulated charge of the regenerative diode 50 and a surge overvoltage caused by the stray capacitance of the auxiliary switch 40, and the auxiliary switch 40 and the regenerative diode 50. It is possible to reduce the voltage applied to the element and prevent the element from being damaged.

図1(b)は、本発明の双方向昇降圧チョッパ回路が備える降圧チョッパ回路の一回路例である。   FIG. 1B is a circuit example of the step-down chopper circuit provided in the bidirectional buck-boost chopper circuit of the present invention.

降圧チョッパ部は、主スイッチ10の一方の極を第1の直流電源1aの正の電圧端子に接続し、他方の極を昇圧チョッパ部の主スイッチのボディダイオードを介して直流電源1bの負の電圧端子に接続する。   The step-down chopper unit connects one pole of the main switch 10 to the positive voltage terminal of the first DC power source 1a, and connects the other pole to the negative polarity of the DC power source 1b via the body diode of the main switch of the step-up chopper unit. Connect to the voltage terminal.

主スイッチ10の両極間にスナバコンデンサ20とスナバダイオード30との直列接続体を接続し、スナバコンデンサ20とスナバダイオード30の接続点と第1の直流電源1aと第2の直流電源1bとの中間点との間に、補助スイッチ40と回生ダイオード50と可飽和リアクトル60とを直列接続した第1の直列接続体70を接続し、主スイッチ10の他方の極を主リアクトル7を介して出力端に接続する。   A series connection body of a snubber capacitor 20 and a snubber diode 30 is connected between both poles of the main switch 10, and a connection point between the snubber capacitor 20 and the snubber diode 30 and an intermediate point between the first DC power source 1a and the second DC power source 1b. The first series connection body 70 in which the auxiliary switch 40, the regenerative diode 50, and the saturable reactor 60 are connected in series is connected between the two points, and the other pole of the main switch 10 is connected to the output terminal via the main reactor 7. Connect to.

スナバコンデンサ20の電荷は第2の直流電源1bへ共振放電する。このとき、第2の直流電源1bの電圧は出力電圧Voutの1/2電圧であるため、スナバコンデンサ20は完全放電して残留電圧は存在しないため、常にソフトスイッチング動作を行うことができる。   The electric charge of the snubber capacitor 20 is resonantly discharged to the second DC power source 1b. At this time, since the voltage of the second DC power supply 1b is ½ of the output voltage Vout, the snubber capacitor 20 is completely discharged and no residual voltage exists, so that a soft switching operation can always be performed.

また、第1の直列接続体70が備える可飽和リアクトル60は、回生ダイオード50の蓄積電荷の逆回復によるサージ過電圧や補助スイッチ40の浮遊容量によるサージ過電圧を負担し、補助スイッチ40や回生ダイオード50に加わる電圧を低減して、素子破損を防ぐことができる。   Further, the saturable reactor 60 provided in the first series connection body 70 bears a surge overvoltage caused by reverse recovery of the accumulated charge of the regenerative diode 50 and a surge overvoltage caused by the stray capacitance of the auxiliary switch 40, and the auxiliary switch 40 and the regenerative diode 50. It is possible to reduce the voltage applied to the element and prevent the element from being damaged.

また、主スイッチ10のボディダイオードを出力ダイオードとして構成し、この主スイッチ10を同期整流することによって主スイッチ10の順電圧による電力損失を低減させることができる。   Further, by configuring the body diode of the main switch 10 as an output diode and synchronously rectifying the main switch 10, power loss due to the forward voltage of the main switch 10 can be reduced.

次に、図2を用いて四象限チョッパ回路の回路例を説明する。図2において、3は出力コンデンサ、5は負荷、7は直流リアクトル、11,12,13,14は主スイッチ、21,22,23,24はスナバコンデンサ、31,32,33,34はスナバダイオード、41,42,43,44は補助スイッチ、51,52,53,54は回生ダイオード、61,62,63,64は可飽和リアクトルである。   Next, a circuit example of a four-quadrant chopper circuit will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 3 is an output capacitor, 5 is a load, 7 is a DC reactor, 11, 12, 13, and 14 are main switches, 21, 22, 23, and 24 are snubber capacitors, and 31, 32, 33, and 34 are snubber diodes. , 41, 42, 43, 44 are auxiliary switches, 51, 52, 53, 54 are regenerative diodes, and 61, 62, 63, 64 are saturable reactors.

主スイッチ11〜14は、例えばIGBTやMOSFET等の半導体デバイスからなっている。また、補助スイッチ41〜44,回生ダイオード51〜54,可飽和リアクトル61〜64は補助共振回路を構成している。   The main switches 11 to 14 are made of semiconductor devices such as IGBTs and MOSFETs. The auxiliary switches 41 to 44, the regenerative diodes 51 to 54, and the saturable reactors 61 to 64 constitute an auxiliary resonance circuit.

図2において、双方向昇降圧チョッパ回路は、2つの昇圧チョッパ部A,Bと2つの降圧チョッパ部C,Dを備える。   In FIG. 2, the bidirectional buck-boost chopper circuit includes two step-up chopper units A and B and two step-down chopper units C and D.

第1の昇圧チョッパ部Aは、主スイッチ13,スナバコンデンサ23,スナバダイオード33、および補助スイッチ43,回生ダイオード53,可飽和リアクトル63からなる第1の直列接続体73を備える。   The first step-up chopper A includes a first series connection body 73 including a main switch 13, a snubber capacitor 23, a snubber diode 33, and an auxiliary switch 43, a regenerative diode 53, and a saturable reactor 63.

第2の昇圧チョッパ部Bは、主スイッチ11,スナバコンデンサ21,スナバダイオード31、および補助スイッチ41,回生ダイオード51,可飽和リアクトル61からなる第2の直列接続体71を備える。   The second step-up chopper part B includes a second series connection body 71 including a main switch 11, a snubber capacitor 21, a snubber diode 31, and an auxiliary switch 41, a regenerative diode 51, and a saturable reactor 61.

第1の降圧チョッパ部Cは、主スイッチ14,スナバコンデンサ24,スナバダイオード34、および補助スイッチ44,回生ダイオード54,可飽和リアクトル64からなる第3の直列接続体74を構成する。   The first step-down chopper C constitutes a third series connection body 74 including the main switch 14, the snubber capacitor 24, the snubber diode 34, and the auxiliary switch 44, the regenerative diode 54, and the saturable reactor 64.

第2の降圧チョッパ部Dは、主スイッチ12,スナバコンデンサ22,スナバダイオード32、および補助スイッチ42,回生ダイオード52,可飽和リアクトル62からなる第4の直列接続体72を備える。   The second step-down chopper part D includes a fourth series connection body 72 including the main switch 12, the snubber capacitor 22, the snubber diode 32, and the auxiliary switch 42, the regenerative diode 52, and the saturable reactor 62.

双方向昇降圧チョッパ回路は、直流電源を2分割した第1の直流電源1aと第2の直流電源1bを備え、第1の入力コンデンサ4aを第1の直流電源1aに並列接続し、第2の入力コンデンサ4bを第2の直流電源1bに並列接続する。   The bidirectional buck-boost chopper circuit includes a first DC power source 1a and a second DC power source 1b obtained by dividing the DC power source into two, and a first input capacitor 4a is connected in parallel to the first DC power source 1a. Are connected in parallel to the second DC power source 1b.

直流電源1a,1bの間に、第1の降圧チョッパ部Cと第1の昇圧チョッパ部A、第2の降圧チョッパ部Dと第2の昇圧チョッパ部Bをそれぞれ直列接続してブリッジ回路を構成し、第1の降圧チョッパ部Cと第1の昇圧チョッパ部Aの中間点と、第2の降圧チョッパ部Dと第2の昇圧チョッパ部Bの中間点との間に直流リアクトルである主リアクトル7を接続する。   Between the DC power supplies 1a and 1b, a first step-down chopper unit C and a first step-up chopper unit A, a second step-down chopper unit D and a second step-up chopper unit B are connected in series to form a bridge circuit. A main reactor which is a direct current reactor between an intermediate point between the first step-down chopper part C and the first step-up chopper part A and an intermediate point between the second step-down chopper part D and the second step-up chopper part B 7 is connected.

双方向昇降圧チョッパ回路の出力側には、負荷5に対して並列接続される出力コンデンサ3を備える。   An output capacitor 3 connected in parallel to the load 5 is provided on the output side of the bidirectional buck-boost chopper circuit.

第1の昇圧動作を行なう第1の昇圧チョッパ部Aは、一方の極を第2の直流電源1bの負の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトル7の一端に接続した主スイッチ13と、主スイッチ13の両極間に接続したスナバコンデンサ23とスナバダイオード33との直列接続体と、スナバコンデンサ23とスナバダイオード33の接続点と2分割した直流電源1a,1bの中間点との間に接続した回生ダイオード53と補助スイッチ43と可飽和リアクトル63とを直列接続した第1の直列接続体73を備える。   The first step-up chopper unit A that performs the first step-up operation has a main switch 13 in which one pole is connected to the negative voltage terminal of the second DC power source 1 b and the other pole is connected to one end of the main reactor 7. And a series connection body of a snubber capacitor 23 and a snubber diode 33 connected between both poles of the main switch 13, a connection point between the snubber capacitor 23 and the snubber diode 33, and an intermediate point between the two divided DC power sources 1a and 1b. A regenerative diode 53, an auxiliary switch 43, and a saturable reactor 63 connected in series to each other.

第2の昇圧動作を行なう第2の昇圧チョッパ部Bは、一方の極を第2の直流電源1bの負の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトル7の他方の端子に接続した主スイッチ11と、主スイッチ11の両極間に接続したスナバコンデンサ21とスナバダイオード31との直列接続体と、スナバコンデンサ21とスナバダイオード31の接続点と2分割した直流電源1a,1bの中間点との間に接続した回生ダイオード51と補助スイッチ41と可飽和リアクトル61とを直列接続した第2の直列接続体71を備える。   The second boost chopper B that performs the second boost operation has one main connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply 1b and the other connected to the other terminal of the main reactor 7. A switch 11, a series connection body of a snubber capacitor 21 and a snubber diode 31 connected between both poles of the main switch 11, a connection point between the snubber capacitor 21 and the snubber diode 31, and an intermediate point between the DC power supplies 1a and 1b divided in two. A regenerative diode 51, an auxiliary switch 41, and a saturable reactor 61 connected in series are connected in series.

第1の降圧動作を行なう第1の降圧チョッパ部Cは、一方の極を第1の直流電源1aの正の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトル7の一端に接続した主スイッチ14と、主スイッチ14の両極間に接続したスナバコンデンサ24とスナバダイオード34との直列接続体と、スナバコンデンサ24とスナバダイオード34の接続点と2分割した直流電源1a,1bの中間点との間に接続した回生ダイオード54と補助スイッチ44と可飽和リアクトル64とを直列接続した第3の直列接続体74を備える。   The first step-down chopper C that performs the first step-down operation has a main switch 14 having one pole connected to the positive voltage terminal of the first DC power source 1 a and the other pole connected to one end of the main reactor 7. And a series connection body of a snubber capacitor 24 and a snubber diode 34 connected between both poles of the main switch 14, a connection point of the snubber capacitor 24 and the snubber diode 34, and an intermediate point of the DC power supplies 1a and 1b divided in two. A third series connection body 74 in which a regenerative diode 54, an auxiliary switch 44, and a saturable reactor 64 connected in series are connected in series.

第2の降圧動作を行なう第2の降圧チョッパ部Dは、一方の極を出力コンデンサ3の正の電圧端子に接続し、他方の極を主リアクトル7の他方の端子に接続した主スイッチ12と、主スイッチ12の両極間に接続したスナバコンデンサ22とスナバダイオード32の直列接続体と、スナバコンデンサ22とスナバダイオード32の接続点と第1の直流電源1aの正の電圧端子との間に接続した回生ダイオード52と補助スイッチ42と可飽和リアクトル62とを直列接続した第4の直列接続体72とを備える。   The second step-down chopper unit D that performs the second step-down operation includes a main switch 12 having one pole connected to the positive voltage terminal of the output capacitor 3 and the other pole connected to the other terminal of the main reactor 7. , Connected in series between the snubber capacitor 22 and the snubber diode 32 connected between the two poles of the main switch 12, and the connection point between the snubber capacitor 22 and the snubber diode 32 and the positive voltage terminal of the first DC power source 1a. And a fourth series connection body 72 in which the regenerative diode 52, the auxiliary switch 42, and the saturable reactor 62 are connected in series.

各チョッパ部A,B,C,Dが備える各補助スイッチ43,44,41,42は、主スイッチ11,12,13,14よりも先にオンすることによって主スイッチ11,12,13,14のスイッチング動作を零電圧および零電流で行なう。   The auxiliary switches 43, 44, 41, and 42 included in the chopper units A, B, C, and D are turned on before the main switches 11, 12, 13, and 14 to turn on the main switches 11, 12, 13, and 14, respectively. The switching operation is performed at zero voltage and zero current.

以下、図3に示した各動作モードの等価回路と、図4の各部動作波形図を参照しながら双方向昇降圧チョッパ回路の動作例を説明する。ここでは、第2の昇圧チョッパ部Bについて説明する。   Hereinafter, an operation example of the bidirectional buck-boost chopper circuit will be described with reference to an equivalent circuit in each operation mode shown in FIG. 3 and an operation waveform diagram of each part in FIG. Here, the second step-up chopper B will be described.

[動作モード1]
図3(a)は図4の時点-t3〜-t2における動作モード1を示す等価回路である。補助スイッチ41のゲート信号Vg41を主スイッチ11のゲート信号よりも所定のごく僅かな時間だけ前に供給する。これによって、補助スイッチ41は主スイッチ11よりも先にターンオンし、可飽和リアクトル61には図示の極性に出力電圧Voと入力電圧1/2・Vinの差電圧が印加される。
[Operation mode 1]
FIG. 3A is an equivalent circuit showing the operation mode 1 at time points -t3 to -t2 in FIG. The gate signal Vg41 of the auxiliary switch 41 is supplied a predetermined very short time before the gate signal of the main switch 11. As a result, the auxiliary switch 41 is turned on before the main switch 11, and a voltage difference between the output voltage Vo and the input voltage 1/2 · Vin is applied to the saturable reactor 61 with the polarity shown in the figure.

この期間、可飽和リアクトル61のインダクタンスは飽和前の大きなインダクタンスL0であるため、可飽和リアクトル61にはほとんど電流が流れない。   During this period, since the inductance of the saturable reactor 61 is a large inductance L0 before saturation, almost no current flows through the saturable reactor 61.

[動作モード2]
時点-t2において可飽和リアクトル61が飽和すると、図3(b)に示す次の動作モード2となる。時点-t2〜-t1における動作モード2では、入出力電圧差(Vo−1/2 ・Vin)を可飽和リアクトル61の飽和後のインダクタンスL1で除した値で、線形に可飽和リアクトル61の電流I61が立ち上がり、主リアクトル7の電流I7に達し、主スイッチ12の逆並列ダイオードが逆回復してオフすると動作モード2は時点-t1で終了し、図3(c)の次の動作モード3となる。
[Operation mode 2]
When the saturable reactor 61 is saturated at the time point -t2, the next operation mode 2 shown in FIG. In the operation mode 2 from the time point -t2 to -t1, the current of the saturable reactor 61 is linearly obtained by dividing the input / output voltage difference (Vo-1 / 2 · Vin) by the inductance L1 after saturation of the saturable reactor 61. When I61 rises and reaches the current I7 of the main reactor 7, and the reverse parallel diode of the main switch 12 reversely recovers and turns off, the operation mode 2 ends at the time point -t1, and the next operation mode 3 in FIG. Become.

[動作モード3]
時点-t1よりスナバコンデンサ21は放電し、可飽和リアクトル61の飽和後のインダクタンスL1とスナバコンデンサ21の容量C21で決まる共振現象により、可飽和リアクトル61には図4のI61のように正弦波状の電流が流れる。
[Operation mode 3]
The snubber capacitor 21 is discharged from the time point -t1, and the saturable reactor 61 has a sinusoidal waveform as indicated by I61 in FIG. Current flows.

スナバコンデンサ61の電圧が時点t0で零になると、主スイッチ11に図4に示すようにゲート信号Vg11が供給され次の動作モード4となる。   When the voltage of the snubber capacitor 61 becomes zero at time t0, the gate signal Vg11 is supplied to the main switch 11 as shown in FIG.

[動作モード4]
この動作モード4の時点t0〜t1間に、可飽和リアクトル61に移ったエネルギーが電源1bへ回生されて零となる。
[Operation mode 4]
During time t0 to t1 in this operation mode 4, the energy transferred to the saturable reactor 61 is regenerated to the power source 1b and becomes zero.

以上の動作モード1〜4の動作により,主スイッチ11は零電圧,零電流でターンオンする。また,スナバコンデンサ21の電荷は2分割された入力直流電源の1/2電圧の電源への共振放電となるため完全放電し、電圧が残留することはなく常にソフトスイッチングで動作することができる。   By the operations in the above operation modes 1 to 4, the main switch 11 is turned on with zero voltage and zero current. Further, since the electric charge of the snubber capacitor 21 becomes a resonant discharge to the half voltage power source of the input DC power source divided into two, it is completely discharged and the voltage does not remain and can always operate by soft switching.

また、図10に示す従来の回路例において、共振現象の終了する時点t1に生じていた回生ダイオード105の逆回復による過電圧Vr1を図14に示す。   FIG. 14 shows an overvoltage Vr1 due to reverse recovery of the regenerative diode 105 that occurred at the time t1 when the resonance phenomenon ends in the conventional circuit example shown in FIG.

一方,本発明の図2に示す構成では、図10に示す従来の補助リアクトル106に代えて可飽和リアクトル61を用いているので、従来発生していた図14の回生ダイオード105の逆回復電流-i105は、図6に示すように本発明の可飽和リアクトル61によりブロックされるので、回生ダイオード51の逆回復による過電圧は抑制される。この回生ダイオード51の改善波形を図6(b)のVr2に示す。   On the other hand, in the configuration shown in FIG. 2 of the present invention, since the saturable reactor 61 is used instead of the conventional auxiliary reactor 106 shown in FIG. 10, the reverse recovery current − of the regenerative diode 105 of FIG. Since i105 is blocked by the saturable reactor 61 of the present invention as shown in FIG. 6, overvoltage due to reverse recovery of the regenerative diode 51 is suppressed. The improved waveform of the regenerative diode 51 is indicated by Vr2 in FIG.

また、同様に、図10に示す従来の回路例において、補助スイッチ104のターンオフする時点t2に生じていた補助スイッチ104の漂遊容量による過電圧Vp1を図13に示す。   Similarly, FIG. 13 shows an overvoltage Vp1 due to the stray capacitance of the auxiliary switch 104 that occurred at the time t2 when the auxiliary switch 104 was turned off in the conventional circuit example shown in FIG.

一方、本発明の図2に示す構成では、図10に示す従来の補助リアクトル106に代えて可飽和リアクトル61を用いているので、従来発生していた図13の補助スイッチ104の漂遊容量により発生していた補助スイッチ104の電流i104は、図5に示すように本発明の可飽和リアクトル61によりブロックされるので、補助スイッチ41の漂遊容量による過電圧はVp2に抑制される。この補助スイッチ41の改善波形を図5(b)のVp2に示す。   On the other hand, in the configuration shown in FIG. 2 of the present invention, the saturable reactor 61 is used in place of the conventional auxiliary reactor 106 shown in FIG. 10, so that it is generated by the stray capacitance of the auxiliary switch 104 of FIG. Since the current i104 of the auxiliary switch 104 is blocked by the saturable reactor 61 of the present invention as shown in FIG. 5, the overvoltage due to the stray capacitance of the auxiliary switch 41 is suppressed to Vp2. The improved waveform of the auxiliary switch 41 is indicated by Vp2 in FIG.

次に、図7〜図9を用いて、本発明の双方向昇降圧チョッパ回路の別形態について説明する。   Next, another embodiment of the bidirectional buck-boost chopper circuit of the present invention will be described with reference to FIGS.

図7は第1の昇圧チョッパ部Aと第1の降圧チョッパ部Bの2つのチョッパ部で構成する例である。図7に示す構成では、順方向降圧動作を第1の降圧チョッパ部Cで行い、逆方向昇圧動作を第1の昇圧チョッパ部Aを用いて行う。   FIG. 7 shows an example in which two chopper parts, a first step-up chopper part A and a first step-down chopper part B, are configured. In the configuration shown in FIG. 7, the forward step-down operation is performed by the first step-down chopper unit C, and the reverse step-up operation is performed by using the first step-up chopper unit A.

図8に示す構成は、図7に示した構成において、2つのチョッパ部の補助回路の可飽和リアクトル63と可飽和リアクトル64とを共通化した可飽和リアクトル65とする構成である。   The configuration shown in FIG. 8 is a configuration in which a saturable reactor 65 in which the saturable reactor 63 and the saturable reactor 64 of the auxiliary circuit of the two chopper units are shared is used as the saturable reactor 65 in the configuration shown in FIG.

図9は第2の昇圧チョッパ部Bと第4の降圧チョッパ部Dの2つのチョッパ部で構成する例である。図9に示す構成では、順方向降圧動作を第2の降圧チョッパ部Dで行い、逆方向昇圧動作を第2の昇圧チョッパ部Bを用いて行う。   FIG. 9 shows an example in which two chopper parts, a second step-up chopper part B and a fourth step-down chopper part D, are configured. In the configuration shown in FIG. 9, the forward step-down operation is performed by the second step-down chopper unit D, and the reverse step-up operation is performed by using the second step-up chopper unit B.

また、可飽和リアクトルは、可飽和特性をもつ1個のリアクトルではなく、飽和前のインダクタンスL0を有する1個の可飽和リアクトルと、飽和後のインダクタンスL1を有するリアクトルの2個の直列接続体で構成しても良い。   Further, the saturable reactor is not a single reactor having a saturable characteristic, but two serially connected bodies of one saturable reactor having an inductance L0 before saturation and a reactor having an inductance L1 after saturation. It may be configured.

さらに,半導体スイッチ素子をMOSFETで構成し、同期整流によって主電流がその逆並列ダイオードを通流中にゲートドレイン電圧を供給し、これによって、順電圧を低減して電力損失を低減するように制御してもよい。   Furthermore, the semiconductor switch element is composed of MOSFET, and the main current is supplied by the synchronous rectification to supply the gate drain voltage while passing through the antiparallel diode, thereby controlling the forward voltage and the power loss. May be.

1a,1b 直流電源
3 出力コンデンサ
4a,4b 入力コンデンサ
5 負荷
7 主リアクトル
10,11,12,13,14 主スイッチ
20、21,22,23,24 スナバコンデンサ
30、31,32,33,34 スナバダイオード
40,41,42,43,44 補助スイッチ
50,51,52,53,54 回生ダイオード
60,61,62,63,64,65 可飽和リアクトル
70,71,72,73,74 直列接続体
101 入力電源
102 出力ダイオード
103 出力コンデンサ
104 補助スイッチ
105 回生ダイオード
106 補助リアクトル
107 直流リアクトル
108 帰還ダイオード
111 主スイッチ
112 スナバコンデンサ
113 スナバダイオード
A,B 昇圧チョッパ部
C,D 降圧チョッパ部
1a, 1b DC power supply 3 Output capacitor 4a, 4b Input capacitor 5 Load 7 Main reactor 10, 11, 12, 13, 14 Main switch 20, 21, 22, 23, 24 Snubber capacitor 30, 31, 32, 33, 34 Snubber Diode 40, 41, 42, 43, 44 Auxiliary switch 50, 51, 52, 53, 54 Regenerative diode 60, 61, 62, 63, 64, 65 Saturable reactor 70, 71, 72, 73, 74 Series connection body 101 Input power supply 102 Output diode 103 Output capacitor 104 Auxiliary switch 105 Regenerative diode 106 Auxiliary reactor 107 DC reactor 108 Feedback diode 111 Main switch 112 Snubber capacitor 113 Snubber diode A, B Step-up chopper unit C, D Step-down chopper unit

Claims (7)

昇圧動作および降圧動作を双方向で行なう双方向昇降圧チョッパ回路において、
昇圧動作を行なう昇圧チョッパ部および降圧動作を行なう降圧チョッパ部を備え、
前記昇圧チョッパ部および降圧チョッパ部は、
前記主スイッチと当該主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードと、
ダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した直列接続体とを備え、
前記直列接続体の一端を前記スナバコンデンサとスナバダイオードとの接続点に接続し、前記直列接続体の他端を直流電源に接続し、
前記直流電源の電圧に対するチョッパ部の出力電圧の昇圧率を2以上とすることを特徴とする双方向昇降圧チョッパ回路。
In a bidirectional buck-boost chopper circuit that performs a boost operation and a buck operation bidirectionally,
A step-up chopper unit that performs a step-up operation and a step-down chopper unit that performs a step-down operation are provided.
The step-up chopper part and the step-down chopper part are
A snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch and the main switch;
A series connection body in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series;
One end of the series connection body is connected to a connection point between the snubber capacitor and the snubber diode, and the other end of the series connection body is connected to a DC power source,
2. A bidirectional step-up / step-down chopper circuit, wherein the step-up ratio of the output voltage of the chopper unit with respect to the voltage of the DC power supply is 2 or more.
昇圧動作および降圧動作を双方向で行なう双方向昇降圧チョッパ回路において、
第1と第2の直流電源と、
前記第1と第2の直流電源に対してそれぞれ並列接続した第1と第2の入力コンデンサと、
主リアクトルと、
負荷に対して並列接続した出力コンデンサと、
昇圧動作を行う2つの昇圧チョッパ部と降圧動作を行なう2つの降圧チョッパ部とを備え、
第1の昇圧動作を行なう第1の昇圧チョッパ部は、
一方の極を前記第2の直流電源の負の電圧端子に接続し、他方の極を前記主リアクトルの一端に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、
前記スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と前記2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した第1の直列接続体を備え、
第2の昇圧動作を行なう第2の昇圧チョッパ部は、
一方の極を前記第2の直流電源の負の電圧端子に接続し、他方の極を前記主リアクトルの他方の端子に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、
前記スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と前記2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した第2の直列接続体を備え、
第1の降圧動作を行なう第1の降圧チョッパ部は、
一方の極を前記第1の直流電源の正の電圧端子に接続し、他方の極を前記主リアクトルの一端に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、
前記スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と前記2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した第3の直列接続体を備え、
第2の降圧動作を行なう第2の降圧チョッパ部は、
一方の極を前記出力コンデンサの正の電圧端子に接続し、他方の極を前記主リアクトルの他方の端子に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードの直列接続体と、
前記スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と前記第1の直流電源の正の電圧端子との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した第4の直列接続体とを備え、
前記各チョッパ部が備える前記各補助スイッチは、前記主スイッチよりも先にオンすることによって主スイッチのスイッチング動作を零電圧および零電流で行なうことを特徴とする双方向昇降圧チョッパ回路。
In a bidirectional buck-boost chopper circuit that performs a boost operation and a buck operation bidirectionally,
First and second DC power supplies;
First and second input capacitors connected in parallel to the first and second DC power sources, respectively;
The main reactor,
An output capacitor connected in parallel to the load;
Two boost chopper units for performing a boost operation and two step-down chopper units for performing a step-down operation are provided.
The first boost chopper unit that performs the first boost operation is:
A main switch having one pole connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply and the other pole connected to one end of the main reactor;
A series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch;
A first series connection body in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series between a connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and an intermediate point of the divided DC power supply;
The second boost chopper unit that performs the second boost operation is:
A main switch having one pole connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply and the other pole connected to the other terminal of the main reactor;
A series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch;
A second series connection body in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series between a connection point between the snubber capacitor and the snubber diode and an intermediate point between the two divided DC power sources;
The first step-down chopper unit that performs the first step-down operation is:
A main switch having one pole connected to the positive voltage terminal of the first DC power supply and the other pole connected to one end of the main reactor;
A series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch;
A third series connection body in which a diode connected between the connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and an intermediate point of the divided DC power source, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series;
The second step-down chopper unit that performs the second step-down operation is:
A main switch having one pole connected to the positive voltage terminal of the output capacitor and the other pole connected to the other terminal of the main reactor;
A series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch;
A diode connected between a connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and a positive voltage terminal of the first DC power source, a fourth series connection body in which an auxiliary switch and a saturable reactor are connected in series;
Each of the auxiliary switches included in each of the chopper units is turned on before the main switch, so that the switching operation of the main switch is performed with zero voltage and zero current.
昇圧動作および降圧動作を双方向で行なう双方向昇降圧チョッパ回路において、
第1と第2の直流電源と、
前記第1と第2の直流電源に対してそれぞれ並列接続した第1と第2の入力コンデンサと、
主リアクトルと、
負荷に対して並列接続した出力コンデンサと、
昇圧動作を行う昇圧チョッパ部と降圧動作を行なう降圧チョッパ部とを備え、
前記昇圧チョッパ部は、
一方の極を前記第2の直流電源の負の電圧端子に接続し、他方の極を前記主リアクトルの一端に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、
前記スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と前記2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した昇圧側直列接続体を備え、
前記降圧チョッパ部は、
一方の極を前記第1の直流電源の正の電圧端子に接続し、他方の極を前記主リアクトルの一端に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、
前記スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と前記2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した降圧側直列接続体を備え、
前記各チョッパ部が備える前記各補助スイッチは、前記主スイッチよりも先にオンすることによって主スイッチのスイッチング動作を零電圧および零電流で行なうことを特徴とする双方向昇降圧チョッパ回路。
In a bidirectional buck-boost chopper circuit that performs a boost operation and a buck operation bidirectionally,
First and second DC power supplies;
First and second input capacitors connected in parallel to the first and second DC power sources, respectively;
The main reactor,
An output capacitor connected in parallel to the load;
A step-up chopper unit that performs step-up operation and a step-down chopper unit that performs step-down operation are provided.
The step-up chopper part is
A main switch having one pole connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply and the other pole connected to one end of the main reactor;
A series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch;
A step-up-side series connection body in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor connected in series between a connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and an intermediate point of the two divided DC power sources;
The step-down chopper part is
A main switch having one pole connected to the positive voltage terminal of the first DC power supply and the other pole connected to one end of the main reactor;
A series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch;
A step-down-side series connection body in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series between a connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and an intermediate point of the divided DC power supply;
Each of the auxiliary switches included in each of the chopper units is turned on before the main switch, so that the switching operation of the main switch is performed with zero voltage and zero current.
前記昇圧側直列接続体が備える可飽和リアクトルと前記降圧側直列接続体が備える可飽和リアクトルを共通の一つの可飽和リアクトルで構成し、
当該可飽和リアクトルの一端を2分割した直流電源の中間点に接続することを特徴とする、請求項3に記載の双方向昇降圧チョッパ回路。
The saturable reactor included in the step-up side series connection body and the saturable reactor included in the step-down side series connection body are configured by a single saturable reactor,
The bidirectional buck-boost chopper circuit according to claim 3, wherein one end of the saturable reactor is connected to an intermediate point of a DC power source divided into two.
昇圧動作および降圧動作を双方向で行なう双方向昇降圧チョッパ回路において、
第1と第2の直流電源と、
前記第1と第2の直流電源に対してそれぞれ並列接続した第1と第2の入力コンデンサと、
主リアクトルと、
負荷に対して並列接続した出力コンデンサと、
昇圧動作を行う昇圧チョッパ部と降圧動作を行なう降圧チョッパ部とを備え、
昇圧チョッパ部は、
一方の極を前記第2の直流電源の負の電圧端子に接続し、他方の極を前記主リアクトルの他方の端子に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードとの直列接続体と、
前記スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と前記2分割した直流電源の中間点との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した昇圧側直列接続体を備え、
降圧チョッパ部は、
一方の極を前記出力コンデンサの正の電圧端子に接続し、他方の極を前記主リアクトルの他方の端子に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサとスナバダイオードの直列接続体と、
前記スナバコンデンサとスナバダイオードの接続点と前記第1の直流電源の正の電圧端子との間に接続したダイオードと補助スイッチと可飽和リアクトルとを直列接続した降圧側直列接続体とを備え、
前記各チョッパ部が備える前記各補助スイッチは、前記主スイッチよりも先にオンすることによって主スイッチのスイッチング動作を零電圧および零電流で行なうことを特徴とする双方向昇降圧チョッパ回路。
In a bidirectional buck-boost chopper circuit that performs a boost operation and a buck operation bidirectionally,
First and second DC power supplies;
First and second input capacitors connected in parallel to the first and second DC power sources, respectively;
The main reactor,
An output capacitor connected in parallel to the load;
A step-up chopper unit that performs step-up operation and a step-down chopper unit that performs step-down operation are provided.
The boost chopper is
A main switch having one pole connected to the negative voltage terminal of the second DC power supply and the other pole connected to the other terminal of the main reactor;
A series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch;
A step-up-side series connection body in which a diode, an auxiliary switch, and a saturable reactor connected in series between a connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and an intermediate point of the two divided DC power sources;
The step-down chopper is
A main switch having one pole connected to the positive voltage terminal of the output capacitor and the other pole connected to the other terminal of the main reactor;
A series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode connected between both poles of the main switch;
A step-down-side series connection body in which a diode connected between a connection point of the snubber capacitor and the snubber diode and a positive voltage terminal of the first DC power supply, an auxiliary switch, and a saturable reactor are connected in series;
Each of the auxiliary switches included in each of the chopper units is turned on before the main switch, so that the switching operation of the main switch is performed with zero voltage and zero current.
前記主スイッチは半導体スイッチで構成し、当該半導体スイッチに逆並列接続されるボディダイオードを出力ダイオードとし、
主電流がボディダイオードを通流中に前記半導体スイッチをオン制御する同期整流することを特徴とする、請求項1から5の何れか一つに記載の双方向昇降圧チョッパ回路。
The main switch is composed of a semiconductor switch, and a body diode connected in reverse parallel to the semiconductor switch is used as an output diode.
6. The bidirectional buck-boost chopper circuit according to claim 1, wherein synchronous rectification is performed to turn on the semiconductor switch while a main current is flowing through a body diode.
前記第1の直流電源と前記第2の直流電源は、一つの直流電源を2分割し、当該分割した2つの端子間に第1の入力コンデンサおよび第2の入力コンデンサをそれぞれ並列接続したことを特徴とする、請求項2から6の何れか一つに記載の双方向昇降圧チョッパ回路。   The first DC power source and the second DC power source are obtained by dividing one DC power source into two, and connecting the first input capacitor and the second input capacitor in parallel between the two divided terminals, respectively. The bidirectional buck-boost chopper circuit according to any one of claims 2 to 6, wherein the bidirectional buck-boost chopper circuit is characterized.
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