JP5420080B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、直流電力を異なる電圧の直流電力に変換して出力する電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion equipment for converting the DC power into DC power of a different voltage.

近年、従来のエンジンのみで走行する従来自動車に加えて、エンジンとモータジェネレータを組み合わせたハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両が登場し電動車両の普及が進んできている。電動車両においては、従来の低圧バッテリに加えて、モータジェネレータにエネルギ供給を行うため高圧バッテリが用いられている。また、車両電装品として、例えばヒータやエアコンコンプレッサなどの高圧系の負荷、およびヘッドライトやワイパなどの低圧系の負荷があり、各種負荷の使用電圧はモータの使用電圧より低い。このため、高圧バッテリの電圧をDC/DCコンバータで降圧して負荷に供給している。   In recent years, in addition to conventional vehicles that run only with conventional engines, electric vehicles such as hybrid vehicles that combine an engine and a motor generator and electric vehicles that run only with a motor have appeared, and the use of electric vehicles has been spreading. In the electric vehicle, in addition to the conventional low voltage battery, a high voltage battery is used to supply energy to the motor generator. Further, as vehicle electrical components, for example, there are high-voltage loads such as heaters and air-conditioning compressors, and low-voltage loads such as headlights and wipers, and the use voltages of various loads are lower than the use voltages of motors. For this reason, the voltage of the high voltage battery is stepped down by the DC / DC converter and supplied to the load.

従来の電力変換装置としての降圧型DC/DCコンバータには、トランジスタとダイオードとコイルとから構成されるものがある。
また、従来の別例では、直流電源の出力電圧と同じ電圧の高圧側直流出力と、前記直流電源の出力電圧より低い電圧の低圧側直流出力とを供給可能で、前記直流電源を前記低圧側直流出力と同じ出力電圧の第1の直流電源と、前記高圧側直流出力と第1の直流電源の出力電圧との差の出力電圧を有する第2の直流電源とを直列に接続して構成し、前記第1および第2の直流電源を直列に接続した出力を前記高圧側直流出力として供給し、前記低圧側直流出力として前記第1の直流電源の出力と、前記第2の直流電源に接続した直流−直流変換装置によって降圧した出力とを供給する(例えば、特許文献1)。
Some step-down DC / DC converters as conventional power converters include transistors, diodes, and coils.
In another conventional example, a high-voltage side DC output having the same voltage as the output voltage of the DC power supply and a low-voltage side DC output having a voltage lower than the output voltage of the DC power supply can be supplied. A first DC power supply having the same output voltage as the DC output and a second DC power supply having an output voltage that is the difference between the high-voltage side DC output and the output voltage of the first DC power supply are connected in series. An output obtained by connecting the first and second DC power supplies in series is supplied as the high-voltage DC output, and the low-voltage DC output is connected to the output of the first DC power supply and the second DC power supply. The output that has been stepped down by the DC-DC converter is provided (for example, Patent Document 1).

特開2001−136735(図7、図1)JP 2001-136735 A (FIGS. 7 and 1)

上記従来の電力変換装置(降圧型DC/DCコンバータ)では、高圧バッテリから低い電圧に降圧するため降圧比が大きく、また後段に接続される全ての負荷電力を扱う必要があり、DC/DCコンバータは大きな電力容量を要して大型化するという問題点があった。
また、別例による電力変換装置(直流−直流変換装置)では、直流電源から第1の直流電源の出力電圧分低い電圧を降圧すれば良いが、第1の直流電源に接続される負荷電力に応じて直流−直流変換装置で扱う電力量が増大するため、直流−直流変換装置の電力容量の低減化は限定的であった。また、直列接続された第1、第2の直流電源の一方が偏って使用されるため、直流電源の信頼性が損なわれるという問題点もあった。
In the above conventional power conversion device (step-down DC / DC converter), it is necessary to handle all load power connected to the subsequent stage because the step-down ratio is large because the high voltage battery steps down to a low voltage, and it is necessary to handle all load power connected to the subsequent stage. Had the problem of requiring large power capacity and increasing size.
Further, in a power conversion device (DC-DC conversion device) according to another example, the voltage lower by the output voltage of the first DC power supply may be stepped down from the DC power supply, but the load power connected to the first DC power supply is reduced. Accordingly, since the amount of power handled by the DC-DC converter increases, the reduction of the power capacity of the DC-DC converter is limited. In addition, since one of the first and second DC power supplies connected in series is used in a biased manner, there is a problem in that the reliability of the DC power supply is impaired.

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、バッテリの信頼性を保ちつつ該バッテリ電圧を降圧して複数の負荷に供給する電力変換装置の電力容量を低減し電力変換装置の小型化を図ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The power capacity of a power conversion device that steps down the battery voltage and supplies it to a plurality of loads while maintaining the reliability of the battery. It shall be the reduced intended to reduce the size of the power converter.

この発明による電力変換装置は、バッテリの両端子間に該バッテリ電圧を分圧するように直列接続された第1、第2のコンデンサ、上記両端子間に直列接続された第1、第2のスイッチング素子、および、上記第1、第2のコンデンサの接続点と上記第1、第2のスイッチング素子の接続点との間に接続されたインダクタを有する第1のDC/DCコンバータと、上記第2のコンデンサの電圧を降圧する第2のDC/DCコンバータと、上記第1、第2のコンデンサ間での互いの電力授受により上記第1、第2のコンデンサの電圧が所望の分圧電圧となるように、上記第1、第2のスイッチング素子を駆動制御して上記第1のDC/DCコンバータを制御する制御回路とを備え上記第1のコンデンサに並列接続された第1の負荷に該第1のコンデンサの直流電力を供給し、上記第2のDC/DCコンバータの出力側に接続される第2の負荷に上記第2のコンデンサの直流電力を供給するものであって、上記第2のDC/DCコンバータの降圧比が低下するように上記所望の分圧電圧が調整され、上記制御回路は、上記第1のDC/DCコンバータを制御して上記第2のコンデンサの電圧を、上記第2のDC/DCコンバータの降圧比が低下するように変化させるものである。 The power conversion device according to the present invention includes first and second capacitors connected in series so as to divide the battery voltage between both terminals of the battery, and first and second switching connected in series between the two terminals. elements, and, and the first, connection point and the first of the second capacitor, a first DC / DC converter with a connected inductor between the connection point of the second switching element, the second DC / DC converter that steps down the voltage of the second capacitor, the first, the first by mutual transfer of power between the second capacitor, the voltage of the second capacitor is desired partial pressure as the voltage, the first, second switching element drive control to a control circuit for controlling the first DC / DC converter, a first connected in parallel with said first capacitor The load on the first DC power of a capacitor is supplied, and DC power of the second capacitor is supplied to a second load connected to the output side of the second DC / DC converter, and the second DC / DC The desired divided voltage is adjusted so that the step-down ratio of the DC converter is reduced, and the control circuit controls the first DC / DC converter to change the voltage of the second capacitor to the second voltage. The step-down ratio of the DC / DC converter is changed so as to decrease.

またこの発明による電力変換装置は、バッテリの両端子間に該バッテリ電圧を分圧するように直列接続された第1、第2のコンデンサ、上記両端子間に直列接続された第1、第2のスイッチング素子、および、上記第1、第2のコンデンサの接続点と上記第1、第2のスイッチング素子の接続点との間に接続されたインダクタを有する第1のDC/DCコンバータと、上記第2のコンデンサの電圧を降圧し、入力側と出力側とが絶縁された絶縁型の第2のDC/DCコンバータと、上記第1、第2のコンデンサ間での互いの電力授受により上記第1、第2のコンデンサの電圧が所望の分圧電圧となるように、上記第1、第2のスイッチング素子を駆動制御して上記第1のDC/DCコンバータを制御する制御回路とを備えて、上記第1のコンデンサに並列接続された第1の負荷に該第1のコンデンサの直流電力を供給し、上記第2のDC/DCコンバータの出力側に接続される第2の負荷に上記第2のコンデンサの直流電力を供給するものである。
またこの発明による電力変換装置は、バッテリの両端子間に該バッテリ電圧を分圧するように直列接続されたN個のコンデンサ、上記両端子間に直列接続されたN個のスイッチング素子、および、上記N個のコンデンサの各接続点と上記N個のスイッチング素子の各接続点との間に接続された(N−1)個のインダクタを有する第1のDC/DCコンバータと、上記N個のコンデンサ間で互いに電力授受することで上記N個のコンデンサの電圧が所望の分圧電圧となるように、上記N個のスイッチング素子を駆動制御して上記第1のDC/DCコンバータを制御する制御回路とを備えて、上記N個のコンデンサの各直流電力を各負荷へ供給するものであって、上記所望の分圧電圧として所定の電圧範囲を設け、上記制御回路は、上記N個のコンデンサの電圧が上記所定の電圧範囲を外れると上記第1のDC/DCコンバータを動作させるものでる。
The power converter according to the present invention includes a first and a second capacitor connected in series so as to divide the battery voltage between both terminals of the battery, and a first and a second capacitor connected in series between the terminals. A first DC / DC converter having a switching element and an inductor connected between a connection point of the first and second capacitors and a connection point of the first and second switching elements; The voltage of the second capacitor is stepped down, and the first DC / DC converter of the insulation type in which the input side and the output side are insulated from each other, and the first and second capacitors by the power transfer between the first and second capacitors. And a control circuit for controlling the first DC / DC converter by drivingly controlling the first and second switching elements so that the voltage of the second capacitor becomes a desired divided voltage. The first controller DC power of the first capacitor is supplied to a first load connected in parallel to the sensor, and DC of the second capacitor is supplied to a second load connected to the output side of the second DC / DC converter. It supplies power.
The power converter according to the present invention includes N capacitors connected in series so as to divide the battery voltage between both terminals of the battery, N switching elements connected in series between the two terminals, and A first DC / DC converter having (N-1) inductors connected between each connection point of N capacitors and each connection point of the N switching elements; and the N capacitors A control circuit for controlling the first DC / DC converter by drivingly controlling the N switching elements so that the voltages of the N capacitors become a desired divided voltage by exchanging electric power between them. And supplying each DC power of the N capacitors to each load, providing a predetermined voltage range as the desired divided voltage, and the control circuit including the N capacitors. When the voltage of the capacitor is outside the predetermined voltage range out that operating the first DC / DC converter.

この発明によると、バッテリ電圧を分圧する複数のコンデンサから各負荷へ電力供給され、電力変換装置は複数のコンデンサ間で直流電力を互いに移行する。このため、電力変換装置の実際の電圧変換比は低く、また扱う電力量を格段と低減できる。このため電力変換装置の電力容量を大きく低減でき小型化を効果的に図ることができる。また、バッテリ電圧を複数のコンデンサで分圧しているが、バッテリは全体として電力を供給するため従来技術で示したもののように偏った電力消費によりバッテリの信頼性を損なうことはなく、小型で信頼性の高い車載電源装置を得ることができる。 According to the invention, is the power supplied to the loads of a plurality of capacitors that push divided battery voltage, the power converter is mutually shifts the DC power among multiple capacitors. For this reason, the actual voltage conversion ratio of the power converter is low, and the amount of power handled can be significantly reduced. For this reason, the power capacity of the power converter can be greatly reduced, and downsizing can be effectively achieved. In addition, the battery voltage is divided by multiple capacitors, but since the battery supplies power as a whole, it does not impair the reliability of the battery due to the biased power consumption as shown in the prior art, and is small and reliable. A highly in-vehicle power supply device can be obtained.

この発明の実施の形態1による車載電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるDC/DCコンバータの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the DC / DC converter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるDC/DCコンバータの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the DC / DC converter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるDC/DCコンバータの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the DC / DC converter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるDC/DCコンバータの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the DC / DC converter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるバッテリ電圧とDC/DCコンバータの動作状態との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the battery voltage by Embodiment 2 of this invention, and the operating state of a DC / DC converter. この発明の実施の形態3による車載電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3によるDC/DCコンバータの入出力電圧関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the input / output voltage relationship of the DC / DC converter by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4による第2のDC/DCコンバータの動作効率と電圧V1との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the operating efficiency and voltage V1 of the 2nd DC / DC converter by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5による第2のDC/DCコンバータの出力電力と電圧V1との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output electric power and voltage V1 of the 2nd DC / DC converter by Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6による車載電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device by Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態6による車載電源装置のバッテリ充電時における各電圧関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of each voltage relationship at the time of the battery charge of the vehicle-mounted power supply device by Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態7による車載電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vehicle-mounted power supply device by Embodiment 7 of this invention.

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電力変換装置および電力変換装置を備えた車載電源装置を図に基づいて説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による車載電源装置の構成図である。
図1に示すように、車載電源装置は、車両の走行用モータ駆動用の高圧のバッテリ1と、バッテリ1の電圧を降圧して第1の負荷10a、第2の負荷10bに電力供給するための電力変換装置2を備える。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a power converter according to Embodiment 1 of the present invention and an in-vehicle power supply device including the power converter will be described with reference to the drawings.
1 is a configuration diagram of an in-vehicle power supply device according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the in-vehicle power supply device steps down the voltage of the high voltage battery 1 for driving the vehicle driving motor and the voltage of the battery 1 to supply power to the first load 10 a and the second load 10 b. Power conversion device 2 is provided.

電力変換装置2の主回路は第1のDC/DCコンバータとしてのDC/DCコンバータ2aで構成され、DC/DCコンバータ2aは、入力端子1a、1bと、直列接続された第1、第2のスイッチング素子としての第1、第2のMOSFET3a、3bと、バッテリ電圧を分圧するように直列接続された第1、第2のコンデンサ5a、5bと、第1、第2のMOSFET3a、3bの接続点と第1、第2のコンデンサ5a、5bの接続点との間に接続されたインダクタ4と、出力端子7a、7b、7cとを備える。第1、第2のMOSFET3a、3bは、それぞれダイオードが逆並列接続されているが、このダイオードは素子が内蔵する寄生ダイオードを用いても良い。
また、電力変換装置2は、第1、第2のMOSFET3a、3bを駆動制御してDC/DCコンバータ2aを出力制御する制御回路6を備える。
The main circuit of the power conversion device 2 includes a DC / DC converter 2a as a first DC / DC converter. The DC / DC converter 2a includes first and second input terminals 1a and 1b connected in series. Connection point between first and second MOSFETs 3a and 3b as switching elements, first and second capacitors 5a and 5b connected in series so as to divide the battery voltage, and first and second MOSFETs 3a and 3b And an inductor 4 connected between connection points of the first and second capacitors 5a and 5b, and output terminals 7a, 7b and 7c. In the first and second MOSFETs 3a and 3b, diodes are connected in antiparallel, and parasitic diodes built into the elements may be used as the diodes.
The power conversion device 2 also includes a control circuit 6 that drives and controls the first and second MOSFETs 3a and 3b to control the output of the DC / DC converter 2a.

次に、車載電源装置の接続構成の詳細を以下に示す。
バッテリ1は入力端子1a−1b間に接続される。入力端子1aは、第1のMOSFET3aのソース端子と第1のコンデンサ5aの一端と出力端子7aに各々接続され、入力端子1bは、第2のMOSFET3bのドレイン端子と第2のコンデンサ5bの一端と出力端子7cに各々接続される。第1のMOSFET3aのドレイン端子と第2のMOSFET3bのソース端子は互いに接続され、その接続点とインダクタ4の一端が接続される。インダクタ4の他端は、第1のコンデンサ5aの他端と第2のコンデンサ5bの他端と出力端子7bに各々接続される。
Next, the details of the connection configuration of the in-vehicle power supply device are shown below.
The battery 1 is connected between the input terminals 1a-1b. The input terminal 1a is connected to the source terminal of the first MOSFET 3a, one end of the first capacitor 5a, and the output terminal 7a. The input terminal 1b is connected to the drain terminal of the second MOSFET 3b and one end of the second capacitor 5b. Each is connected to the output terminal 7c. The drain terminal of the first MOSFET 3 a and the source terminal of the second MOSFET 3 b are connected to each other, and the connection point is connected to one end of the inductor 4. The other end of the inductor 4 is connected to the other end of the first capacitor 5a, the other end of the second capacitor 5b, and the output terminal 7b.

制御回路6の端子6bは入力端子1bと接続され、端子6aは入力端子1aに接続される。また、制御回路6の端子6ccは出力端子7cと接続され、端子6bbは出力端子7bと接続され、端子6aaは出力端子7aと接続される。また、端子6xは、第1のMOSFET3aのゲート端子に接続され、端子6yは第2のMOSFET3bのゲート端子に接続される。
また、出力端子7aは、第1の負荷10aの一端に接続され、出力端子7bは、第1の負荷10aの他端と第2の負荷10bの一端に各々接続される。出力端子7cは、第2の負荷10bの他端に接続される。
The terminal 6b of the control circuit 6 is connected to the input terminal 1b, and the terminal 6a is connected to the input terminal 1a. Further, the terminal 6cc of the control circuit 6 is connected to the output terminal 7c, the terminal 6bb is connected to the output terminal 7b, and the terminal 6aa is connected to the output terminal 7a. The terminal 6x is connected to the gate terminal of the first MOSFET 3a, and the terminal 6y is connected to the gate terminal of the second MOSFET 3b.
The output terminal 7a is connected to one end of the first load 10a, and the output terminal 7b is connected to the other end of the first load 10a and one end of the second load 10b. The output terminal 7c is connected to the other end of the second load 10b.

次に、車載電源装置の動作について以下に説明する。
DC/DCコンバータ2aは、バッテリ1からの入力電圧VAを降圧して、第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2を生成し、第1の負荷10a、第2の負荷10bに電力供給する。
制御回路6は、各入出力端子1a、1b、7a〜7cの電位を取得して入力電圧であるバッテリ1の電圧VAおよび出力電圧である第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2を検出し、これらの電圧に基づいて、第1、第2のMOSFET3a、3bへのゲート信号を出力して第1、第2のMOSFET3a、3bを駆動制御し、DC/DCコンバータ2aを出力制御する。
DC/DCコンバータ2aは、第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2が所望の電圧となるように制御される。電圧V1と電圧V2との和は常にVAに等しいため、一方の電圧を制御することで他方の電圧も制御でき、この場合、電圧V1を目標電圧に制御することで電圧V2も制御できる。
Next, the operation of the in-vehicle power supply device will be described below.
The DC / DC converter 2a steps down the input voltage VA from the battery 1 to generate voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 5a and 5b, and applies them to the first load 10a and the second load 10b. Supply power.
The control circuit 6 acquires the potentials of the input / output terminals 1a, 1b, and 7a to 7c and inputs the voltage VA of the battery 1 as an input voltage and the voltages V1 of the first and second capacitors 5a and 5b as output voltages, V2 is detected, and based on these voltages, gate signals to the first and second MOSFETs 3a and 3b are output to drive and control the first and second MOSFETs 3a and 3b, and the DC / DC converter 2a is output. Control.
The DC / DC converter 2a is controlled so that the voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 5a and 5b become desired voltages. Since the sum of the voltage V1 and the voltage V2 is always equal to VA, the other voltage can be controlled by controlling one voltage. In this case, the voltage V2 can also be controlled by controlling the voltage V1 to the target voltage.

電圧V1が目標電圧より小さい場合、図2および図3に示す第1の制御により、第2のMOSFET3bがオンオフして第2のコンデンサ5bから第1のコンデンサ5aへエネルギを移行することで、第1のコンデンサ5aの電圧V1を増加させる。
まず図2に示すように、第1のMOSFET3aがオフ状態で、第2のMOSFET3bがオンすると、第2のコンデンサ5b−第2のMOSFET3b−インダクタ4、の経路で電流が流れ、第2のコンデンサ5bのエネルギがインダクタ4に移行する。次に図3に示すように、第2のMOSFET3bがオフすると、インダクタ4−第1のコンデンサ5a−第1のMOSFET3aのダイオード、の経路で電流が流れ、インダクタ4のエネルギが第1のコンデンサ5aに移行する。
このように第2のMOSFET3bがオンオフして図2と図3の状態を繰り返すことで、第2のコンデンサ5bから第1のコンデンサ5aへエネルギが移行して電圧V1を増加させ目標電圧に制御する。
When the voltage V1 is smaller than the target voltage, the first control shown in FIGS. 2 and 3 turns on and off the second MOSFET 3b and transfers energy from the second capacitor 5b to the first capacitor 5a. The voltage V1 of the first capacitor 5a is increased.
First, as shown in FIG. 2, when the first MOSFET 3a is turned off and the second MOSFET 3b is turned on, a current flows through a path of the second capacitor 5b-second MOSFET 3b-inductor 4, and the second capacitor The energy of 5b is transferred to the inductor 4. Next, as shown in FIG. 3, when the second MOSFET 3b is turned off, a current flows through the path of the inductor 4-the first capacitor 5a-the diode of the first MOSFET 3a, and the energy of the inductor 4 is changed to the first capacitor 5a. Migrate to
As described above, when the second MOSFET 3b is turned on and off and the states shown in FIGS. 2 and 3 are repeated, energy is transferred from the second capacitor 5b to the first capacitor 5a, and the voltage V1 is increased to control the target voltage. .

一方、電圧V1が目標電圧より大きい場合、図4および図5に示す第2の制御により、第1のMOSFET3aがオンオフして第1のコンデンサ5aから第2のコンデンサ5bへエネルギを移行することで、第1のコンデンサ5aの電圧V1を低下させる。
まず図4に示すように、第2のMOSFET3bがオフ状態で、第1のMOSFET3aがオンすると、第1のコンデンサ5a−インダクタ4−第1のMOSFET3a、の経路で電流が流れ、第1のコンデンサ5aのエネルギがインダクタ4に移行する。次に図5に示すように、第1のMOSFET3aがオフすると、インダクタ4−第2のMOSFET3bのダイオード−第2のコンデンサ5b、の経路で電流が流れ、インダクタ4のエネルギが第2のコンデンサ5bに移行する。
このように第1のMOSFET3aがオンオフして図4と図5の状態を繰り返すことで、第1のコンデンサ5aから第2のコンデンサ5bへエネルギが移行して電圧V1を低下させ目標電圧に制御する。
On the other hand, when the voltage V1 is larger than the target voltage, the second control shown in FIG. 4 and FIG. 5 causes the first MOSFET 3a to turn on and off to transfer energy from the first capacitor 5a to the second capacitor 5b. The voltage V1 of the first capacitor 5a is reduced.
First, as shown in FIG. 4, when the second MOSFET 3b is turned off and the first MOSFET 3a is turned on, a current flows through the path of the first capacitor 5a-inductor 4-first MOSFET 3a, and the first capacitor 3a is turned on. The energy of 5a is transferred to the inductor 4. Next, as shown in FIG. 5, when the first MOSFET 3a is turned off, a current flows through the path of the inductor 4-the diode of the second MOSFET 3b-the second capacitor 5b, and the energy of the inductor 4 is changed to the second capacitor 5b. Migrate to
As described above, when the first MOSFET 3a is turned on and off and the states shown in FIGS. 4 and 5 are repeated, energy is transferred from the first capacitor 5a to the second capacitor 5b, and the voltage V1 is lowered and controlled to the target voltage. .

なお、図2〜図5では第1、第2のMOSFET3a、3bのダイオードで整流した例を示したが、ダイオードによる整流のタイミングに第1、第2のMOSFET3a、3bのオンオフが同期する同期整流動作を行っても良い。   2 to 5 show examples in which rectification is performed by the diodes of the first and second MOSFETs 3a and 3b, but synchronous rectification in which on / off of the first and second MOSFETs 3a and 3b is synchronized with the timing of rectification by the diodes. Operation may be performed.

上述したように、第1、第2のコンデンサ5a、5b間で互いに電力授受するようにDC/DCコンバータ2aが動作して電圧V1は目標電圧に制御される。この目標電圧は、第1、第2のコンデンサ5a、5bが分担する分圧電圧の均衡状態が保持されるように、即ち電圧V1が一定の安定状態となるように、第1の負荷10a、第2の負荷10bに応じて決定される。望ましくは、第1の負荷10aを流れる電流と第2の負荷10bを流れる電流とが等しくなるように決定される。制御回路6は、電圧V1が決定された目標電圧となるようにDC/DCコンバータ2aを制御する。
電圧V1の目標電圧は制御回路6で演算しても良いが、外部の演算装置で演算して制御回路6に与えられるものでも良い。また、制御回路6が電圧V1を変化させて制御して安定する状態を検出し、その時点の電圧V1を目標電圧として制御しても良い。
As described above, the DC / DC converter 2a operates so as to exchange power between the first and second capacitors 5a and 5b, and the voltage V1 is controlled to the target voltage. The target voltage is set so that the balanced state of the divided voltage shared by the first and second capacitors 5a and 5b is maintained, that is, the voltage V1 is in a constant stable state. It is determined according to the second load 10b. Desirably, the current flowing through the first load 10a and the current flowing through the second load 10b are determined to be equal. The control circuit 6 controls the DC / DC converter 2a so that the voltage V1 becomes the determined target voltage.
The target voltage of the voltage V1 may be calculated by the control circuit 6, but may be calculated by an external calculation device and given to the control circuit 6. Alternatively, the control circuit 6 may detect a stable state by changing the voltage V1 and control the voltage V1 as the target voltage.

第1の負荷10aを流れる電流と第2の負荷10bを流れる電流とが等しい時、第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2が分担する分圧電圧の均衡状態が保持され、この均衡状態で電圧V1が目標電圧になっていれば、DC/DCコンバータ2aは停止状態で所望の電圧V1、V2を出力して第1、第2の負荷10a、10bに電力供給できる。また、第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2が均衡状態を保持するとき、第1の負荷10a、第2の負荷10bの電力が均衡状態にあると言う。   When the current flowing through the first load 10a and the current flowing through the second load 10b are equal, the balanced state of the divided voltages shared by the voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 5a and 5b is maintained. If the voltage V1 is the target voltage in this equilibrium state, the DC / DC converter 2a can output desired voltages V1 and V2 in the stopped state to supply power to the first and second loads 10a and 10b. Further, when the voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 5a and 5b hold the balanced state, it is said that the electric power of the first load 10a and the second load 10b is in the balanced state.

上記のような均衡状態が崩れて第1の負荷10aを流れる電流が第2の負荷10bを流れる電流より大きくなると、電圧V1が小さくなり電圧V2は大きくなる。その場合、上記第1の制御により第2のコンデンサ5bから第1のコンデンサ5aへエネルギを移行し、電圧V1を制御する。また、第1の負荷10aを流れる電流が第2の負荷10bを流れる電流より小さくなると、電圧V1が大きくなり電圧V2は小さくなる。その場合、上記第2の制御により第1のコンデンサ5aから第2のコンデンサ5bへエネルギを移行し、電圧V1を制御する。   When the equilibrium state as described above is lost and the current flowing through the first load 10a becomes larger than the current flowing through the second load 10b, the voltage V1 decreases and the voltage V2 increases. In that case, energy is transferred from the second capacitor 5b to the first capacitor 5a by the first control, and the voltage V1 is controlled. When the current flowing through the first load 10a is smaller than the current flowing through the second load 10b, the voltage V1 increases and the voltage V2 decreases. In that case, energy is transferred from the first capacitor 5a to the second capacitor 5b by the second control, and the voltage V1 is controlled.

以上のようにDC/DCコンバータ2aは、出力電圧V1、V2(=VA−V1)を一定の目標電圧に制御することができる。DC/DCコンバータ2aでは、バッテリ1からの入力電圧VAを降圧して出力電圧V1、V2を生成するが、第2のコンデンサ5bと第1のコンデンサ5aとの間のエネルギ移行で電力変換動作を行っており、実際の電圧変換比はV1/V2あるいはV2/V1であり格段と低減できる。また、DC/DCコンバータ2aの扱う電力容量は、第1の負荷10aと第2の負荷10bの電流差に基づく電力差分のみとなり、電力容量を大きく低減でき、DC/DCコンバータ2aを小型化することができる。
また、バッテリ1の電圧VAを第1、第2のコンデンサ5a、5bで分圧しているが、バッテリ1は全体として電力を供給するため従来技術で示したもののように偏った電力消費によりバッテリ1の信頼性を損なうことはない。このため、小型なDC/DCコンバータ2aと信頼性の高いバッテリ1とを用いて、小型で信頼性の高い車載電源装置を得ることができる。
As described above, the DC / DC converter 2a can control the output voltages V1 and V2 (= VA−V1) to a constant target voltage. In the DC / DC converter 2a, the input voltage VA from the battery 1 is stepped down to generate the output voltages V1 and V2. The power conversion operation is performed by energy transfer between the second capacitor 5b and the first capacitor 5a. The actual voltage conversion ratio is V1 / V2 or V2 / V1, which can be significantly reduced. Further, the power capacity handled by the DC / DC converter 2a is only a power difference based on the current difference between the first load 10a and the second load 10b, so that the power capacity can be greatly reduced, and the DC / DC converter 2a can be downsized. be able to.
Further, the voltage VA of the battery 1 is divided by the first and second capacitors 5a and 5b. However, since the battery 1 supplies power as a whole, the battery 1 has a biased power consumption as shown in the prior art. There is no loss of reliability. For this reason, a small and highly reliable on-vehicle power supply device can be obtained by using the small DC / DC converter 2a and the highly reliable battery 1.

なお、上記実施の形態1では、第1、第2のスイッチング素子3a、3bとしてMOSFETを用いて説明を行ったが、バイポーラトランジスタ、または絶縁型バイポーラトランジスタ(IGBT)、またはシリコンカーバイドトランジスタ、またはワイドバンドギャップ半導体によって形成されたMOSFETを用いても同様の効果が得られる。
ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンに比べてバンドギャップが大きい半導体であり、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドがある。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、DC/DCコンバータ2aおよび車載電源装置の小型化が促進できる。更に電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり、DC/DCコンバータ2aおよび車載電源装置の高効率化が図れる。
またワイドバンドギャップ半導体から成るスイッチング素子は耐熱性も高いため、通常、車載電源装置に併設されているヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、車載電源装置の一層の小型化が可能になる。
In the first embodiment, description has been made using MOSFETs as the first and second switching elements 3a and 3b. However, a bipolar transistor, an insulated bipolar transistor (IGBT), a silicon carbide transistor, or a wide transistor is described. The same effect can be obtained by using a MOSFET formed of a band gap semiconductor.
A wide band gap semiconductor is a semiconductor having a larger band gap than silicon, for example, silicon carbide, gallium nitride-based material, or diamond. Since the switching element formed of such a wide band gap semiconductor has high voltage resistance and high allowable current density, the switching element can be reduced in size. By using these reduced switching elements, Miniaturization of the DC / DC converter 2a and the in-vehicle power supply device can be promoted. Furthermore, since the power loss is low, the efficiency of the switching element can be increased, and the efficiency of the DC / DC converter 2a and the in-vehicle power supply device can be increased.
In addition, since switching elements made of wide band gap semiconductors have high heat resistance, it is usually possible to reduce the size of the heat sink fins of the heat sink provided in the in-vehicle power supply device and to cool the water cooling part. Further downsizing becomes possible.

また、各第1、第2のスイッチング素子3a、3bは、それぞれ複数個のスイッチング素子を直列接続して構成しても良い。また、各第1、第2のコンデンサ5a、5bは、それぞれ複数個のコンデンサを直列あるいは並列接続して構成しても良い。   Each of the first and second switching elements 3a and 3b may be configured by connecting a plurality of switching elements in series. Each of the first and second capacitors 5a and 5b may be configured by connecting a plurality of capacitors in series or in parallel.

実施の形態2.
この実施の形態2では、上記実施の形態1と同様の回路構成の車載電源装置を用い、上記実施の形態1と同様に、第1、第2のコンデンサ5a、5b間で互いに電力授受するようにDC/DCコンバータ2aが動作して電圧V1が制御される。この場合、電圧V1の目標電圧として所定の電圧範囲を設ける。第1の負荷10aおよび第2の負荷10bの均衡状態が崩れたとき、図6に示すように、電圧V1の値がV1aからV1bの範囲内にある場合は、DC/DCコンバータ2aは動作を停止する。そして、電圧V1の値がV1aより小さく、またはV1bより大きい場合は、上記実施の形態1で示したように、第1、第2のコンデンサ5a、5b間で互いに電力授受するようにDC/DCコンバータ2aが動作して、電圧V1の値がV1aからV1bの範囲内になるように制御する。
この実施の形態では、上記実施の形態1と同様の効果が得られると共に、DC/DCコンバータ2aは扱う電力量をさらに低減でき小型化を一層促進でき、このDC/DCコンバータ2aを用いた車載電源装置も同様に小型化できる。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, an in-vehicle power supply device having a circuit configuration similar to that of the first embodiment is used, and power is exchanged between the first and second capacitors 5a and 5b, similarly to the first embodiment. The DC / DC converter 2a operates to control the voltage V1. In this case, a predetermined voltage range is provided as the target voltage of the voltage V1. When the balanced state of the first load 10a and the second load 10b is lost, as shown in FIG. 6, when the value of the voltage V1 is in the range of V1a to V1b, the DC / DC converter 2a operates. Stop. When the value of the voltage V1 is smaller than V1a or larger than V1b, as shown in the first embodiment, the DC / DC is exchanged between the first and second capacitors 5a and 5b. The converter 2a operates to control the value of the voltage V1 so that it falls within the range of V1a to V1b.
In this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the DC / DC converter 2a can further reduce the amount of electric power to be handled and can further promote downsizing, and an in-vehicle vehicle using the DC / DC converter 2a. The power supply device can be similarly reduced in size.

実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3による電力変換装置および電力変換装置を備えた車載電源装置を図に基づいて説明する。
図7は、この発明の実施の形態3による車載電源装置の構成図である。
図7に示すように、車載電源装置は、車両の走行用モータ駆動用の高圧のバッテリ1と、バッテリ1の電圧を降圧して第1の負荷10a、第2の負荷10bに電力供給するための電力変換装置20と、第2の負荷10b用の低圧の第2のバッテリ9とを備える。
電力変換装置20の主回路は、DC/DCコンバータ2aと第2のDC/DCコンバータ8とを備える。DC/DCコンバータ2aは、上記実施の形態1と同様であり、第2のDC/DCコンバータ8は、入力端子8a、8bと出力端子8c、8dを備えて、入力側が第2のコンデンサ5bに並列接続される。なお、第2のDC/DCコンバータ8は、入力端子8a、8bと出力端子8c、8dとが絶縁された絶縁型のDC/DCコンバータで、例えばトランスを有して構成される。
Embodiment 3 FIG.
Next, a power converter according to Embodiment 3 of the present invention and an in-vehicle power supply device including the power converter will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a configuration diagram of an in-vehicle power supply device according to Embodiment 3 of the present invention.
As shown in FIG. 7, the in-vehicle power supply device steps down the voltage of the high voltage battery 1 for driving a vehicle driving motor and the voltage of the battery 1 to supply power to the first load 10 a and the second load 10 b. Power converter 20 and a low-voltage second battery 9 for the second load 10b.
The main circuit of the power conversion device 20 includes a DC / DC converter 2 a and a second DC / DC converter 8. The DC / DC converter 2a is the same as that of the first embodiment, and the second DC / DC converter 8 includes input terminals 8a and 8b and output terminals 8c and 8d, and the input side is connected to the second capacitor 5b. Connected in parallel. The second DC / DC converter 8 is an insulation type DC / DC converter in which the input terminals 8a and 8b and the output terminals 8c and 8d are insulated, and has a transformer, for example.

また電力変換装置20は、上記実施の形態1と同様に、第1、第2のMOSFET3a、3bを駆動制御してDC/DCコンバータ2aを出力制御する制御回路6を備えると共に、図示しない第2の制御回路を備えて第2のDC/DCコンバータ8を制御する。この第2の制御回路は、制御回路6で兼用しても良い。   Similarly to the first embodiment, the power conversion device 20 includes a control circuit 6 that drives and controls the first and second MOSFETs 3a and 3b to control the output of the DC / DC converter 2a. And the second DC / DC converter 8 is controlled. This second control circuit may be shared by the control circuit 6.

次に、車載電源装置の接続構成で上記実施の形態1と異なる点を以下に示す。
DC/DCコンバータ2aの出力端子7aは、第1の負荷10aの一端に接続され、出力端子7bは、第1の負荷10aの他端と第2のDC/DCコンバータ8の入力端子8aに各々接続され、出力端子7cは、第2のDC/DCコンバータ8の入力端子8bに接続される。第2のDC/DCコンバータ8の出力端子8dは、第2のバッテリ9の正極側と第2の負荷10bの一端に各々接続される。第2のDC/DCコンバータ8の出力端子8cは、第2のバッテリ9の負極側と第2の負荷10bの他端に各々接続される。
Next, differences from the first embodiment in the connection configuration of the in-vehicle power supply device will be described below.
The output terminal 7a of the DC / DC converter 2a is connected to one end of the first load 10a, and the output terminal 7b is connected to the other end of the first load 10a and the input terminal 8a of the second DC / DC converter 8, respectively. The output terminal 7 c is connected to the input terminal 8 b of the second DC / DC converter 8. The output terminal 8d of the second DC / DC converter 8 is connected to the positive electrode side of the second battery 9 and one end of the second load 10b. The output terminal 8c of the second DC / DC converter 8 is connected to the negative electrode side of the second battery 9 and the other end of the second load 10b.

次に、車載電源装置の動作について以下に説明する。
DC/DCコンバータ2aは、バッテリ1からの入力電圧VAを降圧して、第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2を生成し、第1の負荷10aに電圧V1で電力供給する。第2のDC/DCコンバータ8は、第2のコンデンサ5bの電圧V2を降圧して第2のバッテリ9を充電し、第2の負荷10bに電圧V2で電力供給する。
Next, the operation of the in-vehicle power supply device will be described below.
The DC / DC converter 2a steps down the input voltage VA from the battery 1 to generate voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 5a and 5b, and supplies the first load 10a with the voltage V1. . The second DC / DC converter 8 steps down the voltage V2 of the second capacitor 5b to charge the second battery 9, and supplies power to the second load 10b with the voltage V2.

図8は、DC/DCコンバータ2aの入力電圧VAと出力電圧V1、V2との関係を示す例である。
第1の負荷10aが200V〜400Vの電圧範囲内で動作するとし、即ち電圧V1の電圧範囲は200V〜400Vであり、電圧VA=320Vの時、電圧V1=200V、電圧V2=120Vとし、電圧VA=600Vの時、電圧V1=400V、電圧V2=200Vとする。
電圧VAが、電圧V1、電圧V2とそれぞれ1次関数の関係を満たす場合、第2のDC/DCコンバータ8の入力電圧範囲である電圧V2の範囲は、120V〜200Vと小さくなり、第2のDC/DCコンバータ8の入出力電圧変換比を小さくできる。このように第2のDC/DCコンバータ8の入出力電圧変換比が小さくなると、第2のDC/DCコンバータ8は高効率で動作する。
FIG. 8 is an example showing the relationship between the input voltage VA and the output voltages V1 and V2 of the DC / DC converter 2a.
Suppose that the first load 10a operates within a voltage range of 200V to 400V, that is, the voltage range of the voltage V1 is 200V to 400V. When the voltage VA = 320V, the voltage V1 = 200V and the voltage V2 = 120V. When VA = 600V, the voltage V1 = 400V and the voltage V2 = 200V.
When the voltage VA satisfies the relationship of the linear functions with the voltage V1 and the voltage V2, respectively, the range of the voltage V2 that is the input voltage range of the second DC / DC converter 8 is as small as 120V to 200V. The input / output voltage conversion ratio of the DC / DC converter 8 can be reduced. When the input / output voltage conversion ratio of the second DC / DC converter 8 is thus reduced, the second DC / DC converter 8 operates with high efficiency.

DC/DCコンバータ2aの制御および動作は上記実施の形態1と同様であり、第1、第2のコンデンサ5a、5b間で互いに電力授受するようにDC/DCコンバータ2aが動作して電圧V1は目標電圧に制御される。このため、DC/DCコンバータ2aは、上記実施の形態1と同様に、扱う電力量は第1の負荷10aと第2の負荷10bの電力差分のみとなり、電力容量を大きく低減でき、DC/DCコンバータ2aを小型化することができる。
従って、小型なDC/DCコンバータ2aおよび高効率な第2のDC/DCコンバータ8を用いた、小型で高効率な電力変換装置20およびそれを用いた車載電源装置が得られる。
The control and operation of the DC / DC converter 2a is the same as in the first embodiment, and the DC / DC converter 2a operates so as to exchange power between the first and second capacitors 5a and 5b, and the voltage V1 is Controlled to target voltage. For this reason, the DC / DC converter 2a can handle only the power difference between the first load 10a and the second load 10b, as in the first embodiment, and can greatly reduce the power capacity. Converter 2a can be reduced in size.
Therefore, a small and high-efficiency power conversion device 20 using the small DC / DC converter 2a and the high-efficiency second DC / DC converter 8 and an in-vehicle power supply device using the same can be obtained.

また、この実施の形態では、第2のDC/DCコンバータ8を絶縁型DC/DCコンバータで構成したため、高圧側の電圧V2を入力電圧としても出力端子8c、8dに高電圧を発生させることはない。また、高圧側の電圧V2に第1の負荷10aを接続し、第2のDC/DCコンバータ8を低圧側に接続して電圧V1を入力電圧としても良く、その場合、第2のDC/DCコンバータ8は非絶縁型のDC/DCコンバータでも良く、同様の効果が得られる。   Further, in this embodiment, since the second DC / DC converter 8 is constituted by an insulated DC / DC converter, it is possible to generate a high voltage at the output terminals 8c and 8d even if the high-voltage side voltage V2 is used as the input voltage. Absent. Alternatively, the first load 10a may be connected to the high-voltage side voltage V2, and the second DC / DC converter 8 may be connected to the low-voltage side to use the voltage V1 as an input voltage. In this case, the second DC / DC The converter 8 may be a non-insulated DC / DC converter, and the same effect can be obtained.

また、上記実施の形態3では、電圧VAが、電圧V1、電圧V2とそれぞれ1次関数の関係を満たす場合について説明を行ったが、電圧VAの増加に応じて電圧V1、電圧V2の一定値区間や増加区間があれば同様の効果が得られる。   In the third embodiment, the case where the voltage VA satisfies the relationship of the linear function with the voltage V1 and the voltage V2, respectively, has been described, but the constant values of the voltage V1 and the voltage V2 according to the increase of the voltage VA. The same effect can be obtained if there are sections or increasing sections.

実施の形態4.
この実施の形態4では、上記実施の形態3と同様の回路構成の車載電源装置を用い、上記実施の形態3と同様に、第1、第2のコンデンサ5a、5b間で互いに電力授受するようにDC/DCコンバータ2aが動作して電圧V1を制御することで第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2を生成し、第2のDC/DCコンバータ8が第2のコンデンサ5bの電圧V2を降圧する。
この実施の形態では、電圧V1の目標電圧は第2のDC/DCコンバータ8の動作効率に依存して変化させる。図9は、電圧V1と第2のDC/DCコンバータの動作効率の関係を示す図である。図に示すように、第2のDC/DCコンバータの動作効率が低い時は、電圧V1を高くする。具体的には、電圧V1の目標電圧を高くして、DC/DCコンバータ2aにより電圧V1が高くなるように制御する。これにより第2のDC/DCコンバータ8の入力電圧V2が低下して入出力変換比を小さくすることができ、高効率化が図れる。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, an in-vehicle power supply device having a circuit configuration similar to that of the third embodiment is used, and power is exchanged between the first and second capacitors 5a and 5b, similarly to the third embodiment. When the DC / DC converter 2a operates to control the voltage V1, the voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 5a and 5b are generated, and the second DC / DC converter 8 generates the second capacitor 5b. The voltage V2 is reduced.
In this embodiment, the target voltage of the voltage V 1 is changed depending on the operation efficiency of the second DC / DC converter 8. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the voltage V1 and the operating efficiency of the second DC / DC converter. As shown in the figure, when the operating efficiency of the second DC / DC converter is low, the voltage V1 is increased. Specifically, control is performed such that the target voltage of the voltage V1 is increased and the voltage V1 is increased by the DC / DC converter 2a. As a result, the input voltage V2 of the second DC / DC converter 8 is lowered, the input / output conversion ratio can be reduced, and high efficiency can be achieved.

このように、第2のDC/DCコンバータ8の入出力電圧変換比を小さくするように電圧V1の目標電圧を調整することで、第2のDC/DCコンバータ8の動作効率を向上でき、さらに高効率な第2のDC/DCコンバータ8が得られる。また、小型でさらに高効率な電力変換装置20およびそれを用いた車載電源装置が実現できる。   Thus, by adjusting the target voltage of the voltage V1 so as to reduce the input / output voltage conversion ratio of the second DC / DC converter 8, the operating efficiency of the second DC / DC converter 8 can be improved. A highly efficient second DC / DC converter 8 is obtained. In addition, a small and more efficient power conversion device 20 and an in-vehicle power supply device using the same can be realized.

なお、上記実施の形態4では、第2のDC/DCコンバータ8の動作効率と電圧V1が1次関数の関係を満たすものを図示して説明を行ったが、第2のDC/DCコンバータ8の動作効率に対して電圧V1を減少傾向であれば同様の効果が得られる。   In the above-described fourth embodiment, the case where the operation efficiency of the second DC / DC converter 8 and the voltage V1 satisfy the relationship of the linear function is illustrated and described. However, the second DC / DC converter 8 is illustrated. The same effect can be obtained if the voltage V1 tends to decrease with respect to the operating efficiency of the above.

実施の形態5.
この実施の形態5では、上記実施の形態3と同様の回路構成の車載電源装置を用い、上記実施の形態3と同様に、第1、第2のコンデンサ5a、5b間で互いに電力授受するようにDC/DCコンバータ2aが動作して電圧V1を制御することで第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2を生成し、第2のDC/DCコンバータ8が第2のコンデンサ5bの電圧V2を降圧する。
この実施の形態では、第1の負荷10aと第2の負荷10bとの電力が均衡するように、第2のDC/DCコンバータ8の出力電力を制御する。図10は、第2のDC/DCコンバータ8の出力電力と電圧V1との関係を示す図である。図10に示すように第2のDC/DCコンバータ8の出力電力を電圧V1に応じて変化させることにより、第1の負荷10aと第2の負荷10bとの電力を均衡させることができる。
上述したように、DC/DCコンバータ2aは、第1、第2の負荷10a、10bの電力差分を扱っているため、第1の負荷10aと第2の負荷10bとの電力が均衡するように、第2のDC/DCコンバータ8の出力電力を制御することで、DC/DCコンバータ2aが扱う電力量は極めて低くできる。このためDC/DCコンバータ2aの小型化がさらに促進でき、さらに小型の電力変換装置および車載電源装置が得られる。
Embodiment 5 FIG.
In the fifth embodiment, an in-vehicle power supply device having a circuit configuration similar to that of the third embodiment is used, and power is exchanged between the first and second capacitors 5a and 5b as in the third embodiment. When the DC / DC converter 2a operates to control the voltage V1, the voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 5a and 5b are generated, and the second DC / DC converter 8 generates the second capacitor 5b. The voltage V2 is reduced.
In this embodiment, the output power of the second DC / DC converter 8 is controlled so that the power of the first load 10a and the second load 10b is balanced. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the output power of the second DC / DC converter 8 and the voltage V1. As shown in FIG. 10, by changing the output power of the second DC / DC converter 8 according to the voltage V1, the power of the first load 10a and the second load 10b can be balanced.
As described above, since the DC / DC converter 2a handles the power difference between the first and second loads 10a and 10b, the power of the first load 10a and the second load 10b is balanced. By controlling the output power of the second DC / DC converter 8, the amount of power handled by the DC / DC converter 2a can be extremely low. For this reason, size reduction of the DC / DC converter 2a can be further promoted, and a further compact power conversion device and in-vehicle power supply device can be obtained.

なお、上記実施の形態5では、第2のDC/DCコンバータ8の出力電力と電圧V1が1次関数の関係を満たすものを図示して説明を行ったが、電圧V1に対して第2のDC/DCコンバータ8の出力電力が減少傾向であれば同様の効果が得られる。   In the fifth embodiment, the output power of the second DC / DC converter 8 and the voltage V1 satisfy the relationship of the linear function is illustrated and described. The same effect can be obtained if the output power of the DC / DC converter 8 tends to decrease.

実施の形態6.
次に、この発明の実施の形態6による電力変換装置および電力変換装置を備えた車載電源装置を図に基づいて説明する。
図11は、この発明の実施の形態6による車載電源装置の構成図である。
図11に示すように、車載電源装置は、車両のモータジェネレータM/Gにインバータを介して接続される高圧のバッテリ1と、バッテリ1の電圧を降圧して第1の負荷10a、第2の負荷10bに電力供給すると共に、交流電源12からバッテリ1に充電する機能を有する電力変換装置200とを備える。電力変換装置200の主回路は、DC/DCコンバータ2aとAC/DCコンバータ11とを備える。DC/DCコンバータ2aは上記実施の形態1と同様であり、AC/DCコンバータ11は、出力端子11a、11bと入力端子11c、11dを備えて、出力側が第1のコンデンサ5aに接続され、バッテリ1の充電時に入力側が交流電源12に接続される。
Embodiment 6 FIG.
Next, a power converter according to Embodiment 6 of the present invention and an in-vehicle power supply device including the power converter will be described with reference to the drawings.
FIG. 11 is a block diagram of an in-vehicle power supply device according to Embodiment 6 of the present invention.
As shown in FIG. 11, the in-vehicle power supply device includes a high-voltage battery 1 connected to a motor generator M / G of a vehicle via an inverter, a first load 10a and a second load by stepping down the voltage of the battery 1. A power converter 200 having a function of supplying power to the load 10b and charging the battery 1 from the AC power source 12 is provided. The main circuit of the power conversion device 200 includes a DC / DC converter 2 a and an AC / DC converter 11. The DC / DC converter 2a is the same as that of the first embodiment, and the AC / DC converter 11 includes output terminals 11a and 11b and input terminals 11c and 11d, and the output side is connected to the first capacitor 5a. When charging 1, the input side is connected to the AC power source 12.

また電力変換装置200は、上記実施の形態1と同様に、第1、第2のMOSFET3a、3bを駆動制御してDC/DCコンバータ2aを出力制御する制御回路6を備えると共に、図示しない第3の制御回路を備えてAC/DCコンバータ11を制御する。また、インダクタ4に流れる電流を検出するように電流検出手段15が配置される。この場合、制御回路6は、上記実施の形態1で示した制御と、バッテリ1を充電する際の充電モードでの制御との2種の制御を行う。第3の制御回路は、バッテリ1を充電する際の制御のみ行い、制御回路6で兼用しても良い。   Similarly to the first embodiment, the power conversion device 200 includes a control circuit 6 that drives and controls the first and second MOSFETs 3a and 3b to control the output of the DC / DC converter 2a. And the AC / DC converter 11 is controlled. Further, current detection means 15 is arranged so as to detect the current flowing through the inductor 4. In this case, the control circuit 6 performs two types of control, that is, the control described in the first embodiment and the control in the charging mode when the battery 1 is charged. The third control circuit may perform only the control when charging the battery 1 and may be shared by the control circuit 6.

次に、車載電源装置の接続構成で上記実施の形態1と異なる点を以下に示す。
制御回路6の端子6sは、電流検出手段15に接続される。DC/DCコンバータ2aの出力端子7aは、第1の負荷10aの一端とAC/DCコンバータ11の出力端子11aに接続される。出力端子7bは、第1の負荷10aの他端と第2の負荷10bの一端とAC/DCコンバータ11の出力端子11bに各々接続される。出力端子7cは第2の負荷10bの他端に接続される。AC/DCコンバータ11の入力端子11c−11d間に交流電源12が接続される。なお、上記実施の形態1においても、バッテリ1は、インバータを介してモータジェネレータ(モータ)に接続されているが、便宜上図示を省略した。
Next, differences from the first embodiment in the connection configuration of the in-vehicle power supply device will be described below.
A terminal 6 s of the control circuit 6 is connected to the current detection means 15. The output terminal 7 a of the DC / DC converter 2 a is connected to one end of the first load 10 a and the output terminal 11 a of the AC / DC converter 11. The output terminal 7b is connected to the other end of the first load 10a, one end of the second load 10b, and the output terminal 11b of the AC / DC converter 11, respectively. The output terminal 7c is connected to the other end of the second load 10b. An AC power supply 12 is connected between the input terminals 11c-11d of the AC / DC converter 11. In the first embodiment as well, the battery 1 is connected to a motor generator (motor) via an inverter, but is not shown for convenience.

次に、車載電源装置の動作について以下に説明する。
電力変換装置200は、バッテリ1の電圧を降圧して第1の負荷10a、第2の負荷10bに電力供給する際、DC/DCコンバータ2aが上記実施の形態1と同様に動作する。ここでは、交流電源12から電力変換装置200を介してバッテリ1を充電する動作について以下に説明する。
交流電源12からの交流電力は、AC/DCコンバータ11により直流電力に変換されて第1のコンデンサ5aに出力される。DC/DCコンバータ2aは、第1のMOSFET3aがオンオフしてバッテリ1を電圧VAで充電する。このとき、制御回路6は、インダクタ4に流れる電流が所定電流になるようにDC/DCコンバータ2aを制御する。
Next, the operation of the in-vehicle power supply device will be described below.
In the power conversion device 200, when the voltage of the battery 1 is stepped down to supply power to the first load 10a and the second load 10b, the DC / DC converter 2a operates in the same manner as in the first embodiment. Here, the operation | movement which charges the battery 1 via the power converter device 200 from the alternating current power supply 12 is demonstrated below.
AC power from the AC power supply 12 is converted into DC power by the AC / DC converter 11 and output to the first capacitor 5a. In the DC / DC converter 2a, the first MOSFET 3a is turned on / off to charge the battery 1 with the voltage VA. At this time, the control circuit 6 controls the DC / DC converter 2a so that the current flowing through the inductor 4 becomes a predetermined current.

図12は、DC/DCコンバータ2aの入出力電圧である第1、第2のコンデンサ5a、5bの電圧V1、V2とバッテリ1の電圧VAとの関係を示す例である。
例えば、AC/DCコンバータ11の電力変換効率が最も高い条件を、直流電圧、即ち出力電圧である電圧V1を370Vとする条件で動作させる場合とする。図12の例では、バッテリ1の電圧VA=320Vの時に、電圧V1=310V、電圧V2=10Vとし、電圧VA=380Vの時に電圧V1=370V、電圧V2=10Vとして、電圧VAが320V〜380Vである領域において、電圧VAが電圧V1、V2とそれぞれ1次関数の関係を満たす。また、バッテリ1の電圧VA=600Vの時に、電圧V1=370V、電圧V2=230Vとし、電圧VAが380V〜600Vである領域においても電圧VAが電圧V1、V2とそれぞれ1次関数の関係を満たす。
このような条件でDC/DCコンバータ2aおよびAC/DCコンバータ11を動作させると、電圧VAが320V〜380Vである領域では、DC/DCコンバータ2aにおける入出力電圧変換比が1に近い値となり、DC/DCコンバータ2aは高効率で動作する。また、電圧VAが380V〜600Vである領域では、AC/DCコンバータ11は最も高効率で動作する。
FIG. 12 shows an example of the relationship between the voltages V1 and V2 of the first and second capacitors 5a and 5b, which are input / output voltages of the DC / DC converter 2a, and the voltage VA of the battery 1.
For example, the condition where the AC / DC converter 11 has the highest power conversion efficiency is assumed to be operated under the condition where the DC voltage, that is, the output voltage, the voltage V1 is 370V. In the example of FIG. 12, when the voltage VA of the battery 1 is 320V, the voltage V1 = 310V and the voltage V2 = 10V, and when the voltage VA = 380V, the voltage V1 = 370V and the voltage V2 = 10V, and the voltage VA is 320V to 380V. In this region, the voltage VA satisfies a relationship of linear functions with the voltages V1 and V2, respectively. Further, when the voltage VA of the battery 1 is 600V, the voltage V1 = 370V and the voltage V2 = 230V, and the voltage VA satisfies the relationship of the linear functions with the voltages V1 and V2 even in the region where the voltage VA is 380V to 600V. .
When the DC / DC converter 2a and the AC / DC converter 11 are operated under such conditions, in the region where the voltage VA is 320V to 380V, the input / output voltage conversion ratio in the DC / DC converter 2a becomes a value close to 1, The DC / DC converter 2a operates with high efficiency. In the region where the voltage VA is 380V to 600V, the AC / DC converter 11 operates with the highest efficiency.

このように、AC/DCコンバータ11が高効率な最適動作ポイントである電圧に、電圧V1を長時間制御するようにし、さらに、バッテリ1の電圧VAに応じて、DC/DCコンバータ2aの入出力電圧変換比が1に近い値となるように電圧V1を制御する。これにより、電力変換装置200を構成するDC/DCコンバータ2a、AC/DCコンバータ11が低損失で動作する変換効率の高い電力変換装置が得られる。   In this way, the AC / DC converter 11 controls the voltage V1 to a voltage that is a highly efficient optimum operating point for a long time, and further, according to the voltage VA of the battery 1, the input / output of the DC / DC converter 2a. The voltage V1 is controlled so that the voltage conversion ratio becomes a value close to 1. Thereby, the DC / DC converter 2a which comprises the power converter device 200, and the AC / DC converter 11 operate | move with a low loss, and the power converter device with high conversion efficiency is obtained.

なお、この実施の形態では、上記実施の形態1の車載電源装置を充電に適用可能に変形した場合を示したが、上記実施の形態2〜5のいずれの車載電源装置も、AC/DCコンバータ11を備えた電力変換装置を用いることで同様にバッテリ1に充電でき、同様の効果が得られる。   In this embodiment, the case where the on-vehicle power supply device of the first embodiment is modified so as to be applicable to charging is shown. However, any of the on-vehicle power supply devices of the above-described second to fifth embodiments is an AC / DC converter. The battery 1 can be similarly charged by using the power conversion device provided with 11, and the same effect can be obtained.

また、この実施の形態6では、電圧VAが電圧V1、V2とそれぞれ1次関数の関係を満たすよう説明を行ったが、電圧VAに対して電圧V1、V2の変化に一定値区間や増加区間があれば同様の効果が得られる。   Further, in the sixth embodiment, the voltage VA has been described so as to satisfy the relationship between the voltages V1 and V2 and the linear function, respectively. If there is, the same effect can be obtained.

また、上記実施の形態6では、AC/DCコンバータ11は交流電源12からバッテリ1への充電をさせるため単方向で説明を行ったが、AC/DCコンバータ11は双方向の電力変換機能を備えても良い。その場合、AC/DCコンバータ11が第1のコンデンサ5aの直流電力を交流電力に変換して交流電源12に出力可能となるため、バッテリ1から第1のコンデンサ5aおよびAC/DCコンバータ11を介して交流電源12に電力供給することができる。   In the sixth embodiment, the AC / DC converter 11 is unidirectionally described for charging the battery 1 from the AC power supply 12, but the AC / DC converter 11 has a bidirectional power conversion function. May be. In this case, the AC / DC converter 11 can convert the DC power of the first capacitor 5a into AC power and output it to the AC power supply 12. Therefore, the battery 1 passes through the first capacitor 5a and the AC / DC converter 11. Thus, power can be supplied to the AC power source 12.

実施の形態7.
次に、この発明の実施の形態7による電力変換装置および電力変換装置を備えた車載電源装置を図に基づいて説明する。
上記各実施の形態1〜6では、直列接続された2つのスイッチング素子3a、3bと直列接続された2つのコンデンサ5a、5bと1つのインダクタ4とを備えたDC/DCコンバータ2aを第1のDC/DCコンバータとして用いたが、第1のDC/DCコンバータ内のスイッチング素子およびコンデンサの個数は3以上でも良く、この実施の形態では、3個の場合について以下に説明する。
Embodiment 7 FIG.
Next, a power converter according to Embodiment 7 of the present invention and an in-vehicle power supply device including the power converter will be described with reference to the drawings.
In the first to sixth embodiments, the DC / DC converter 2a including the two capacitors 5a and 5b connected in series to the two switching elements 3a and 3b connected in series and the one inductor 4 is the first. Although used as a DC / DC converter, the number of switching elements and capacitors in the first DC / DC converter may be three or more. In this embodiment, the case of three will be described below.

図13は、この発明の実施の形態7による車載電源装置の構成図である。
図13に示すように、車載電源装置は、車両の走行用モータ駆動用の高圧のバッテリ1と、バッテリ1の電圧を降圧して第1の負荷10a、第2の負荷10bおよび第3の負荷10cに電力供給するための電力変換装置30を備える。
電力変換装置30の主回路は第1のDC/DCコンバータとしてのDC/DCコンバータ30aで構成され、DC/DCコンバータ30aは、入力端子1a、1bと、直列接続された3個のスイッチング素子としての第1、第2、第3のMOSFET3a、3b、3cと、バッテリ電圧を分圧するように直列接続された第1、第2、第3のコンデンサ5a、5b、5cと、2個のインダクタ4a、4bと、出力端子7a〜7dとを備える。インダクタ4aは、第1、第2のMOSFET3a、3bの接続点と第1、第2のコンデンサ5a、5bの接続点との間に接続され、インダクタ4bは、第2、第3のMOSFET3b、3cの接続点と第2、第3のコンデンサ5b、5cの接続点との間に接続される。また、第1、第2、第3のMOSFET3a、3b、3cは、それぞれダイオードが逆並列接続されているが、このダイオードは素子が内蔵する寄生ダイオードを用いても良い。
また、電力変換装置30は、第1、第2、第3のMOSFET3a、3b、3cを駆動制御してDC/DCコンバータ30aを出力制御する制御回路6を備える。
FIG. 13 is a block diagram of an in-vehicle power supply device according to Embodiment 7 of the present invention.
As shown in FIG. 13, the in-vehicle power supply device includes a high-voltage battery 1 for driving a vehicle driving motor, and a first load 10 a, a second load 10 b, and a third load by stepping down the voltage of the battery 1. The power converter 30 for supplying electric power to 10c is provided.
The main circuit of the power conversion device 30 includes a DC / DC converter 30a serving as a first DC / DC converter. The DC / DC converter 30a includes input terminals 1a and 1b and three switching elements connected in series. First, second, and third MOSFETs 3a, 3b, and 3c, first, second, and third capacitors 5a, 5b, and 5c connected in series so as to divide the battery voltage, and two inductors 4a 4b and output terminals 7a to 7d. The inductor 4a is connected between the connection point of the first and second MOSFETs 3a and 3b and the connection point of the first and second capacitors 5a and 5b. The inductor 4b is connected to the second and third MOSFETs 3b and 3c. And the connection point of the second and third capacitors 5b and 5c. The first, second, and third MOSFETs 3a, 3b, and 3c have diodes connected in antiparallel, but the diodes may be parasitic diodes built in the elements.
The power conversion device 30 includes a control circuit 6 that drives and controls the first, second, and third MOSFETs 3a, 3b, and 3c to control the output of the DC / DC converter 30a.

次に、車載電源装置の接続構成の詳細を以下に示す。
バッテリ1は入力端子1a−1b間に接続される。入力端子1aは、第1のMOSFET3aのソース端子と第1のコンデンサ5aの一端と出力端子7aに各々接続され、入力端子1bは、第3のMOSFET3cのドレイン端子と第3のコンデンサ5cの一端と出力端子7dに各々接続される。第1のMOSFET3aのドレイン端子と第2のMOSFET3bのソース端子は互いに接続され、その接続点とインダクタ4aの一端が接続される。インダクタ4aの他端は、第1のコンデンサ5aの他端と第2のコンデンサ5bの他端と出力端子7bに各々接続される。第2のMOSFET3bのドレイン端子と第3のMOSFET3cのソース端子は互いに接続され、その接続点とインダクタ4bの一端が接続される。インダクタ4bの他端は、第2のコンデンサ5bの他端と第3のコンデンサ5cの他端と出力端子7cに各々接続される。
Next, the details of the connection configuration of the in-vehicle power supply device are shown below.
The battery 1 is connected between the input terminals 1a-1b. The input terminal 1a is connected to the source terminal of the first MOSFET 3a, one end of the first capacitor 5a, and the output terminal 7a. The input terminal 1b is connected to the drain terminal of the third MOSFET 3c and one end of the third capacitor 5c. Each is connected to an output terminal 7d. The drain terminal of the first MOSFET 3a and the source terminal of the second MOSFET 3b are connected to each other, and the connection point is connected to one end of the inductor 4a. The other end of the inductor 4a is connected to the other end of the first capacitor 5a, the other end of the second capacitor 5b, and the output terminal 7b. The drain terminal of the second MOSFET 3b and the source terminal of the third MOSFET 3c are connected to each other, and the connection point is connected to one end of the inductor 4b. The other end of the inductor 4b is connected to the other end of the second capacitor 5b, the other end of the third capacitor 5c, and the output terminal 7c.

制御回路6の端子6bは入力端子1bと接続され、端子6aは入力端子1aに接続される。また、制御回路6の端子6ddは出力端子7dと接続され、端子6ccは出力端子7cと接続され、端子6bbは出力端子7bと接続され、端子6aaは出力端子7aと接続される。また、端子6xは、第1のMOSFET3aのゲート端子に接続され、端子6yは第2のMOSFET3bのゲート端子に接続され、端子6zは第3のMOSFET3cのゲート端子に接続される。
また、出力端子7aは、第1の負荷10aの一端に接続され、出力端子7bは、第1の負荷10aの他端と第2の負荷10bの一端に各々接続される。出力端子7cは、第2の負荷10bの他端と第3の負荷10cの一端に各々接続され、出力端子7dは、第3の負荷10cの他端に接続される。
The terminal 6b of the control circuit 6 is connected to the input terminal 1b, and the terminal 6a is connected to the input terminal 1a. Further, the terminal 6dd of the control circuit 6 is connected to the output terminal 7d, the terminal 6cc is connected to the output terminal 7c, the terminal 6bb is connected to the output terminal 7b, and the terminal 6aa is connected to the output terminal 7a. The terminal 6x is connected to the gate terminal of the first MOSFET 3a, the terminal 6y is connected to the gate terminal of the second MOSFET 3b, and the terminal 6z is connected to the gate terminal of the third MOSFET 3c.
The output terminal 7a is connected to one end of the first load 10a, and the output terminal 7b is connected to the other end of the first load 10a and one end of the second load 10b. The output terminal 7c is connected to the other end of the second load 10b and one end of the third load 10c, and the output terminal 7d is connected to the other end of the third load 10c.

次に、車載電源装置の動作について以下に説明する。
DC/DCコンバータ30aは、バッテリ1からの入力電圧VAを降圧して、第1、第2、第3のコンデンサ5a、5b、5cの電圧V1、V2、V3を生成し、第1の負荷10a、第2の負荷10b、第3の負荷10cに電力供給する。
制御回路6は、各入力端子1a、1b、7a〜7dの電位を取得して入力電圧であるバッテリ1の電圧VAおよび出力電圧である第1、第2、第3のコンデンサ5a、5b、5cの電圧V1、V2、V3を検出し、これらの電圧に基づいて、第1、第2、第3のMOSFET3a、3b、3cへのゲート信号を出力して第1、第2、第3のMOSFET3a、3b、3cを駆動制御し、DC/DCコンバータ30aを出力制御する。
Next, the operation of the in-vehicle power supply device will be described below.
The DC / DC converter 30a steps down the input voltage VA from the battery 1 to generate voltages V1, V2, and V3 of the first, second, and third capacitors 5a, 5b, and 5c, and the first load 10a. The power is supplied to the second load 10b and the third load 10c.
The control circuit 6 acquires the potentials of the input terminals 1a, 1b, and 7a to 7d and inputs the voltage VA of the battery 1 as an input voltage and the first, second, and third capacitors 5a, 5b, and 5c as output voltages. Voltage V1, V2, and V3 are detected, and based on these voltages, the gate signals to the first, second, and third MOSFETs 3a, 3b, and 3c are output to output the first, second, and third MOSFETs 3a. 3b and 3c are driven and the output of the DC / DC converter 30a is controlled.

DC/DCコンバータ30aは、第1、第2、第3のコンデンサ5a、5b、5cの電圧V1、V2、V3が所望の電圧となるように制御される。電圧V1、電圧V2および電圧V3の和は常に電圧VAに等しいため、いずれか2つの電圧を制御することで残りの電圧も制御できる。例えば、電圧V1と電圧V2をそれぞれの目標電圧に制御することで電圧V3も制御できる。
この実施の形態7においても、上記実施の形態1と同様に、第1〜第3のコンデンサ5a〜5c間で互いに電力授受するようにDC/DCコンバータ30aが動作して各電圧V1〜V3は目標電圧に制御される。この目標電圧は、各第1〜第3のコンデンサ5a〜5cが分担する分圧電圧の均衡状態が保持されるように、第1〜第3の負荷10a〜10cに応じて決定される。望ましくは、各負荷10a〜10cを流れる電流が等しくなるように決定される。制御回路6は、各電圧V1〜V3が決定された目標電圧となるようにDC/DCコンバータ2aを制御する。
The DC / DC converter 30a is controlled so that the voltages V1, V2, and V3 of the first, second, and third capacitors 5a, 5b, and 5c become desired voltages. Since the sum of the voltage V1, the voltage V2, and the voltage V3 is always equal to the voltage VA, the remaining voltage can be controlled by controlling any two voltages. For example, the voltage V3 can also be controlled by controlling the voltage V1 and the voltage V2 to the respective target voltages.
Also in the seventh embodiment, as in the first embodiment, the DC / DC converter 30a operates so as to transfer power between the first to third capacitors 5a to 5c, and the voltages V1 to V3 are Controlled to target voltage. The target voltage is determined according to the first to third loads 10a to 10c so that the balanced state of the divided voltages shared by the first to third capacitors 5a to 5c is maintained. Desirably, it determines so that the electric current which flows through each load 10a-10c may become equal. The control circuit 6 controls the DC / DC converter 2a so that the voltages V1 to V3 become the determined target voltages.

このように、DC/DCコンバータ30aは、バッテリ1からの入力電圧VAを降圧して出力電圧V1、V2、V3を生成するが、第1〜第3のコンデンサ5a〜5c間のエネルギ移行で電力変換動作を行っている。このため、上記実施の形態1と同様に、DC/DCコンバータ30aは、実際の電圧変換比を格段と低減できて扱う電力量も大きく低減でき、DC/DCコンバータ30aを小型化することができる。
また、バッテリ1は全体として電力を供給するため、偏った電力消費によりバッテリ1の信頼性を損なうことはなく、小型のDC/DCコンバータ30aと共に用いることで、小型で信頼性の高い車載電源装置を得ることができる。
As described above, the DC / DC converter 30a steps down the input voltage VA from the battery 1 to generate the output voltages V1, V2, and V3. However, the power is transferred by energy transfer between the first to third capacitors 5a to 5c. Conversion operation is being performed. For this reason, as in the first embodiment, the DC / DC converter 30a can remarkably reduce the actual voltage conversion ratio, greatly reduce the amount of power to be handled, and can reduce the size of the DC / DC converter 30a. .
Further, since the battery 1 supplies power as a whole, the reliability of the battery 1 is not impaired due to uneven power consumption, and the battery 1 is used together with the small DC / DC converter 30a. Can be obtained.

なお、第1のDC/DCコンバータ内のスイッチング素子およびコンデンサの個数は2または3に限るものではなく、Nを2以上の整数とすると、第1のDC/DCコンバータは、直列接続されたN個のコンデンサ、直列接続されたN個のスイッチング素子、およびN個のコンデンサの各接続点とN個のスイッチング素子の各接続点との間に接続された(N−1)個のインダクタを備えて構成され、上述した同様の効果が得られる。   Note that the number of switching elements and capacitors in the first DC / DC converter is not limited to 2 or 3, and when N is an integer of 2 or more, the first DC / DC converter has N connected in series. Capacitors, N switching elements connected in series, and (N-1) inductors connected between the connection points of the N capacitors and the connection points of the N switching elements. The same effects as described above can be obtained.

Claims (9)

バッテリの両端子間に該バッテリ電圧を分圧するように直列接続された第1、第2のコンデンサ、上記両端子間に直列接続された第1、第2のスイッチング素子、および、上記第1、第2のコンデンサの接続点と上記第1、第2のスイッチング素子の接続点との間に接続されたインダクタを有する第1のDC/DCコンバータと、
上記第2のコンデンサの電圧を降圧する第2のDC/DCコンバータと、
上記第1、第2のコンデンサ間での互いの電力授受により上記第1、第2のコンデンサの電圧が所望の分圧電圧となるように、上記第1、第2のスイッチング素子を駆動制御して上記第1のDC/DCコンバータを制御する制御回路とを備え
上記第1のコンデンサに並列接続された第1の負荷に該第1のコンデンサの直流電力を供給し、上記第2のDC/DCコンバータの出力側に接続される第2の負荷に上記第2のコンデンサの直流電力を供給するものであって、
上記第2のDC/DCコンバータの降圧比が低下するように上記所望の分圧電圧が調整され、上記制御回路は、上記第1のDC/DCコンバータを制御して上記第2のコンデンサの電圧を、上記第2のDC/DCコンバータの降圧比が低下するように変化させることを特徴とする電力変換装置。
First and second capacitors connected in series so as to divide the battery voltage between both terminals of the battery, first and second switching elements connected in series between the two terminals, and the first, attachment point and the first of the second capacitor, a first DC / DC converter with a connected inductor between the connection point of the second switching element,
A second DC / DC converter for stepping down the voltage of the second capacitor;
The first and second switching elements are driven and controlled so that the voltages of the first and second capacitors become a desired divided voltage by mutual power transfer between the first and second capacitors. and a control circuit for controlling the first DC / DC converter Te,
DC power of the first capacitor is supplied to a first load connected in parallel to the first capacitor, and the second load is connected to the second load connected to the output side of the second DC / DC converter. The DC power of the capacitor of
The desired divided voltage is adjusted so that the step-down ratio of the second DC / DC converter is lowered, and the control circuit controls the first DC / DC converter to control the voltage of the second capacitor. Is changed so that the step-down ratio of the second DC / DC converter is lowered .
上記制御回路は、上記第1、第2の負荷の電力が均衡するように上記第2のDC/DCコンバータの出力電力を制御することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 2. The power converter according to claim 1, wherein the control circuit controls output power of the second DC / DC converter so that powers of the first and second loads are balanced. 3. 上記第2のDC/DCコンバータは、入力側と出力側とが絶縁された絶縁型DC/DCコンバータであることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1 , wherein the second DC / DC converter is an isolated DC / DC converter in which an input side and an output side are insulated. バッテリの両端子間に該バッテリ電圧を分圧するように直列接続された第1、第2のコンデンサ、上記両端子間に直列接続された第1、第2のスイッチング素子、および、上記第1、第2のコンデンサの接続点と上記第1、第2のスイッチング素子の接続点との間に接続されたインダクタを有する第1のDC/DCコンバータと、
上記第2のコンデンサの電圧を降圧し、入力側と出力側とが絶縁された絶縁型の第2のDC/DCコンバータと、
上記第1、第2のコンデンサ間での互いの電力授受により上記第1、第2のコンデンサの電圧が所望の分圧電圧となるように、上記第1、第2のスイッチング素子を駆動制御して上記第1のDC/DCコンバータを制御する制御回路とを備えて、
上記第1のコンデンサに並列接続された第1の負荷に該第1のコンデンサの直流電力を供給し、上記第2のDC/DCコンバータの出力側に接続される第2の負荷に上記第2のコンデンサの直流電力を供給することを特徴とする電力変換装置。
First and second capacitors connected in series so as to divide the battery voltage between both terminals of the battery, first and second switching elements connected in series between the two terminals, and the first, A first DC / DC converter having an inductor connected between a connection point of a second capacitor and a connection point of the first and second switching elements;
An insulation type second DC / DC converter in which the voltage of the second capacitor is stepped down and the input side and the output side are insulated ;
The first and second switching elements are driven and controlled so that the voltages of the first and second capacitors become a desired divided voltage by mutual power transfer between the first and second capacitors. And a control circuit for controlling the first DC / DC converter,
DC power of the first capacitor is supplied to a first load connected in parallel to the first capacitor, and the second load is connected to the second load connected to the output side of the second DC / DC converter. A power converter that supplies direct current power of a capacitor .
バッテリの両端子間に該バッテリ電圧を分圧するように直列接続されたN個のコンデンサ、上記両端子間に直列接続されたN個のスイッチング素子、および、上記N個のコンデンサの各接続点と上記N個のスイッチング素子の各接続点との間に接続された(N−1)個のインダクタを有する第1のDC/DCコンバータと、
上記N個のコンデンサ間で互いに電力授受することで上記N個のコンデンサの電圧が所望の分圧電圧となるように、上記N個のスイッチング素子を駆動制御して上記第1のDC/DCコンバータを制御する制御回路とを備えて、
上記N個のコンデンサの各直流電力を各負荷へ供給するものであって、
上記所望の分圧電圧として所定の電圧範囲を設け、
上記制御回路は、上記N個のコンデンサの電圧が上記所定の電圧範囲を外れると上記第1のDC/DCコンバータを動作させることを特徴とする電力変換装置。
N capacitors connected in series so as to divide the battery voltage between both terminals of the battery, N switching elements connected in series between the two terminals, and connection points of the N capacitors A first DC / DC converter having (N-1) inductors connected between the connection points of the N switching elements;
The first DC / DC converter is controlled by driving the N switching elements so that the N capacitors have a desired divided voltage by transmitting and receiving power between the N capacitors. And a control circuit for controlling the
Supplying each DC power of the N capacitors to each load,
A predetermined voltage range is provided as the desired divided voltage,
The control circuit, the power converter the voltage of the N capacitors, characterized in that to operate the outside when the first DC / DC converter the predetermined voltage range.
上記所望の分圧電圧は、当該分圧電圧にて均衡状態が保持されるように上記各負荷に応じて決定されることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 6. The power converter according to claim 5 , wherein the desired divided voltage is determined according to each of the loads so that an equilibrium state is maintained at the divided voltage. 上記N個のコンデンサは、第1、第2のコンデンサの2個のコンデンサであり、上記N個のスイッチング素子は、第1、第2のスイッチング素子の2個のスイッチング素子であり、上記各負荷は第1、第2の負荷であって、
上記第2のコンデンサの電圧を降圧する第2のDC/DCコンバータを備え、上記第1の負荷が上記第1のコンデンサに並列接続され、上記第2の負荷が上記第2のDC/DCコンバータの出力側に接続されることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
The N capacitors are two capacitors, a first capacitor and a second capacitor, and the N switching elements are two switching elements, a first switching element and a second switching element, and each of the loads Is the first and second loads,
A second DC / DC converter for stepping down the voltage of the second capacitor; wherein the first load is connected in parallel to the first capacitor; and the second load is the second DC / DC converter. The power conversion device according to claim 5 , wherein the power conversion device is connected to an output side of the power conversion device.
上記N個の各コンデンサに上記各負荷が並列接続されることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の電力変換装置。 7. The power converter according to claim 5, wherein the loads are connected in parallel to the N capacitors. 上記第1のDC/DCコンバータ内の上記スイッチング素子はシリコンよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体により形成されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 According to any one of claims 1 to 8, characterized in that the band gap than on Kiss switching element silicon of the inner first DC / DC converter is formed by a wide wide band gap semiconductor Power converter.
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