JP5540872B2 - Power supply - Google Patents

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Description

本発明は、直流電力の供給を行う電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply apparatus that supplies DC power.

近年、低炭素社会を実現すべく、動力発生源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車(HV:Hybrid Vehicle)や動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車(EV:Electric Vehicle)の研究が盛んに行われている。これらハイブリッド自動車や電気自動車は、再充電が可能なリチウムイオン二次電池等の二次電池が用いられている。電気自動車に設けられた二次電池は、基本的には外部の電源装置を用いて充電される。また、ハイブリット自動車のうち、所謂プラグイン・ハイブリット車と呼ばれるものは、電気自動車と同様に外部の電源装置を用いて二次電池の充電が可能である。   In recent years, in order to realize a low-carbon society, research on hybrid vehicles (HV: Hybrid Vehicle) using both an engine and a motor as a power generation source and electric vehicles (EV: Electric Vehicle) using only a motor as a power generation source has been active. Has been done. These hybrid vehicles and electric vehicles use secondary batteries such as rechargeable lithium ion secondary batteries. The secondary battery provided in the electric vehicle is basically charged using an external power supply device. Among hybrid vehicles, what is called a plug-in hybrid vehicle can charge a secondary battery using an external power supply device in the same manner as an electric vehicle.

上記の電気自動車等に設けられる二次電池の充電に用いられる電源装置は、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)コンバータ、PWMインバータ、及び整流器を備えており、電圧が200Vである商用交流電源から二次電池の充電に必要となる直流電力を生成する。ここで、電気自動車等に設けられる二次電池は、接地されずに電気的に浮いた状態にあるため、電源装置は、二次電池と商用交流電源とを絶縁するためのトランスをPWMコンバータの入力側に備える。しかしながら、商用交流電源の周波数は50Hz又は60Hzと低く大型のトランスが必要になるため、電源装置が大型化するという問題があった。   A power supply device used for charging a secondary battery provided in the above-described electric vehicle or the like includes a PWM (Pulse Width Modulation) converter, a PWM inverter, and a rectifier, and a commercial AC power supply having a voltage of 200V To generate DC power necessary for charging the secondary battery. Here, since the secondary battery provided in the electric vehicle or the like is in an electrically floating state without being grounded, the power supply device uses a transformer for insulating the secondary battery and the commercial AC power supply of the PWM converter. Prepare for the input side. However, since the frequency of the commercial AC power supply is as low as 50 Hz or 60 Hz and a large transformer is required, there is a problem that the power supply device is enlarged.

ここで、電源装置を小型化するためには当然ながら小型のトランスを用いれば良いが、そのためにはトランスの一次側に入力される交流の周波数を高める必要がある。以下の特許文献1には、直流電源を高周波出力に変換する高周波リンク方式のインバータをトランスの一次側に設けるとともに、トランスの二次側に整流回路等を設けて、直流電源の電圧変換を行うDC/DCコンバータが開示されている。このDC/DCコンバータでは、インバータによって変換された交流波出力をトランスの一次側に入力しているため、小型のトランスを用いることが可能であると考えられる。   Here, in order to reduce the size of the power supply device, a small transformer may be used as a matter of course, but for this purpose, it is necessary to increase the frequency of the alternating current input to the primary side of the transformer. In Patent Document 1 below, a high-frequency link type inverter that converts a DC power source into a high-frequency output is provided on the primary side of the transformer, and a rectifier circuit or the like is provided on the secondary side of the transformer to perform voltage conversion of the DC power source. A DC / DC converter is disclosed. In this DC / DC converter, since the AC wave output converted by the inverter is input to the primary side of the transformer, it is considered that a small transformer can be used.

特開2001−197733号公報JP 2001-197733 A

ところで、上述した特許文献1に開示されたDC/DCコンバータを上記の電源装置に適用すれば小型のトランスを用いることが可能であるため、電源装置の小型化を図ることができるとも考えられる。しかしながら、引用文献1に開示されたDC/DCコンバータは、トランスの二次側の出力電圧が一次側巻線と二次側巻線との巻線比でほぼ決まってしまう。このため、引用文献1に開示されたDC/DCコンバータが仮に電源装置に適用できたとしても、その出力電圧の可変幅が狭いという問題がある。   By the way, if the DC / DC converter disclosed in Patent Document 1 described above is applied to the above power supply device, it is possible to use a small transformer, and thus it is considered that the power supply device can be downsized. However, in the DC / DC converter disclosed in the cited document 1, the output voltage on the secondary side of the transformer is almost determined by the winding ratio between the primary side winding and the secondary side winding. For this reason, even if the DC / DC converter disclosed in the cited document 1 can be applied to the power supply device, there is a problem that the variable width of the output voltage is narrow.

電気自動車等に用いられる二次電池の電圧が一定であれば、電源装置の出力電圧の可変幅が狭くとも問題は生じない。しかしながら、二次電池の電圧は電気自動車等のメーカー毎に様々であり、50〜500V程度の範囲内のものが用いられると想定される。このため、電気自動車等に設けられる二次電池の充電に用いられる電源装置は、上述した広い電圧範囲に亘って出力電圧が可変である必要がある。   If the voltage of the secondary battery used in an electric vehicle or the like is constant, no problem occurs even if the variable width of the output voltage of the power supply device is narrow. However, the voltage of the secondary battery varies for each manufacturer such as an electric vehicle, and it is assumed that a voltage within the range of about 50 to 500 V is used. For this reason, a power supply device used for charging a secondary battery provided in an electric vehicle or the like needs to have a variable output voltage over the wide voltage range described above.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、広い電圧範囲に亘って出力電圧が可変な小型の電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a small-sized power supply device whose output voltage is variable over a wide voltage range.

上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、商用交流電源(PS)から直流電力を生成する電源装置(1)であって、一次側巻線(14a)と複数の二次側巻線(14b、14c)とを備える高周波トランス(14)と、前記高周波トランスの一次側に設けられ、前記商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ(11)と、前記高周波トランスの一次側巻線及び前記コンバータに接続され、直流電力と交流電力との変換を行う第1電力変換回路(12)と、前記高周波トランスが備える複数の二次側巻線の接続関係を切り替える切替器(15)と、前記切替器を介して前記高周波トランスの二次側巻線に接続され、直流電力と交流電力との変換を行う第2電力変換回路(16)とを備えることを特徴としている。
また、本発明の電源装置において、前記切替器は、前記高周波トランスが備える複数の二次側巻線を、直列接続するのか又は並列接続するのかを切り替えることを特徴としている。
また、本発明の電源装置において、前記高周波トランスが備える複数の二次側巻線は、同じ巻線数であることを特徴としている。
また、本発明の電源装置において、前記高周波トランスは、一次側に対する二次側の昇圧比が1に設定されていることを特徴としている。
また、本発明の電源装置において、前記第1電力変換回路は、リアクトル(13)を介して前記高周波トランスの一次側巻線に接続されることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a power supply device of the present invention is a power supply device (1) that generates DC power from a commercial AC power supply (PS), and includes a primary winding (14a) and a plurality of secondary windings. A high-frequency transformer (14) including wires (14b, 14c), a converter (11) provided on the primary side of the high-frequency transformer, which converts AC power supplied from the commercial AC power source into DC power, and the high-frequency transformer A first power conversion circuit (12) that is connected to the primary side winding of the transformer and the converter and performs conversion between DC power and AC power and a plurality of secondary side windings included in the high-frequency transformer are switched. A switch (15) and a second power conversion circuit (16) that is connected to the secondary winding of the high-frequency transformer via the switch and performs conversion between DC power and AC power. As That.
Moreover, the power supply device of the present invention is characterized in that the switching unit switches whether a plurality of secondary windings included in the high-frequency transformer are connected in series or connected in parallel.
In the power supply device of the present invention, the plurality of secondary windings included in the high-frequency transformer have the same number of windings.
In the power supply device of the present invention, the high frequency transformer is characterized in that the step-up ratio on the secondary side with respect to the primary side is set to 1.
In the power supply device of the present invention, the first power conversion circuit is connected to a primary side winding of the high-frequency transformer via a reactor (13).

本発明によれば、高周波トランスの一次側にコンバータ及び第1電力変換回路を配置するとともに、高周波トランスの二次側に第2電力変換回路を配置し、直流電力を高周波の交流電力に変換して高周波トランスの一次側と二次側との間で電力の移行を行っている。また、高周波トランスに設けられた複数の二次側巻線の接続関係を切替器によって切り替えられるようにしている。これにより、小型であるとともに広い電圧範囲に亘って出力電圧を変えることができるという効果がある。   According to the present invention, the converter and the first power conversion circuit are arranged on the primary side of the high-frequency transformer, and the second power conversion circuit is arranged on the secondary side of the high-frequency transformer to convert the DC power into the high-frequency AC power. Thus, power is transferred between the primary side and the secondary side of the high-frequency transformer. In addition, the connection relationship of a plurality of secondary windings provided in the high-frequency transformer can be switched by a switch. Thereby, there is an effect that the output voltage can be changed over a wide voltage range while being small.

本発明の一実施形態による電源装置の要部構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the principal part structure of the power supply device by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による電源装置が備える高周波トランスの二次側巻線の接続関係を示す図である。It is a figure which shows the connection relation of the secondary side coil | winding of the high frequency transformer with which the power supply device by one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態による電源装置の一部を抜き出した回路図である。It is the circuit diagram which extracted a part of power supply device by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による電源装置が備える電力変換回路の制御例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of control of the power converter circuit with which the power supply device by one Embodiment of this invention is provided.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による電源装置について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による電源装置の要部構成を示す回路図である。図1に示す通り、本実施形態の電源装置1は、コンバータ11、電力変換回路12(第1電力変換回路)、リアクトル13、高周波トランス14、切替器15、電力変換回路16(第2電力変換回路)、及びコンデンサ17を備えており、商用交流電源PSから供給される交流電力(例えば、電圧が200Vである三相交流電力)から直流電力を生成する。   Hereinafter, a power supply device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a main configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power supply device 1 of the present embodiment includes a converter 11, a power conversion circuit 12 (first power conversion circuit), a reactor 13, a high-frequency transformer 14, a switch 15, and a power conversion circuit 16 (second power conversion). Circuit) and a capacitor 17, and generates DC power from AC power (for example, three-phase AC power whose voltage is 200V) supplied from the commercial AC power source PS.

電源装置1によって生成された直流電力は、コンデンサ17の各々の電極に接続された出力端子T1,T2から外部に出力され、例えば出力端子T1,T2間に接続されたリチウムイオン二次電池等の二次電池Bを充電するために用いられる。ここで、本実施形態の電源装置1は、高周波トランス14の一次側から二次側への電力の移行のみならず、高周波トランス14の二次側から一次側への電力の移行が可能であるが、以下では説明を簡単にするために、主として高周波トランス14の一次側から二次側に電力が移行される場合について説明する。   The DC power generated by the power supply device 1 is output to the outside from the output terminals T1 and T2 connected to the respective electrodes of the capacitor 17, for example, a lithium ion secondary battery connected between the output terminals T1 and T2. Used to charge the secondary battery B. Here, the power supply device 1 of the present embodiment is capable of not only transferring power from the primary side to the secondary side of the high-frequency transformer 14 but also transferring power from the secondary side to the primary side of the high-frequency transformer 14. However, in the following, in order to simplify the description, a case where power is transferred from the primary side to the secondary side of the high-frequency transformer 14 will be mainly described.

コンバータ11は、ダイオード21a〜21fとコンデンサ22とを備えており、商用交流電源PSから供給される三相交流電源を直流電力に変換する。ダイオード21a〜21fは三相全波整流回路を構成しており、商用交流電源PSから供給される三相交流電力を整流する。コンデンサ22は、ダイオード21a〜21fによって構成される三相全波整流回路に対して並列に接続されており、三相全波整流回路で整流された電力を平滑化して直流電力に変換する。   The converter 11 includes diodes 21a to 21f and a capacitor 22, and converts the three-phase AC power supplied from the commercial AC power PS into DC power. The diodes 21a to 21f constitute a three-phase full-wave rectifier circuit, and rectify three-phase AC power supplied from the commercial AC power source PS. The capacitor 22 is connected in parallel to the three-phase full-wave rectifier circuit configured by the diodes 21a to 21f, and smoothes the power rectified by the three-phase full-wave rectifier circuit and converts it into DC power.

電力変換回路12は、トランジスタ23a〜23dとダイオード24a〜24dとを備えており、コンバータ11で変換された直流電力を交流電力に変換してリアクトル13側に出力する。尚、この電力変換回路12は、リアクトル13側から入力される交流電力を直流電力に変換してコンバータ11に出力することも可能である。トランジスタ23a〜23dは、バイポーラトランジスタであり、不図示の制御回路によってオン状態及びオフ状態が制御される。尚、トランジスタ23a〜23dとしてFETトランジスタ(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)を用いることも可能である。   The power conversion circuit 12 includes transistors 23a to 23d and diodes 24a to 24d, converts the DC power converted by the converter 11 into AC power, and outputs the AC power to the reactor 13 side. The power conversion circuit 12 can also convert AC power input from the reactor 13 side into DC power and output the DC power to the converter 11. The transistors 23a to 23d are bipolar transistors, and an on state and an off state are controlled by a control circuit (not shown). It should be noted that FET transistors (Field Effect Transistors) can be used as the transistors 23a to 23d.

トランジスタ23a,23bは、コレクタ電極がコンバータ11に設けられたコンデンサ22の一方の電極に接続されており、エミッタ電極がトランジスタ23c,23dのコレクタ電極にそれぞれ接続されている。また、トランジスタ23c,23dは、エミッタ電極がコンバータ11に設けられたコンデンサ22の他方の電極に接続されている。これらトランジスタ23a〜23dのベース電極は不図示の制御回路に接続されている。また、ダイオード24a〜24dは、トランジスタ23a〜23dのコレクタ・エミッタ間にそれぞれ接続されている。   Transistors 23a and 23b have collector electrodes connected to one electrode of capacitor 22 provided in converter 11, and emitter electrodes connected to collector electrodes of transistors 23c and 23d, respectively. Transistors 23 c and 23 d have emitter electrodes connected to the other electrode of capacitor 22 provided in converter 11. Base electrodes of these transistors 23a to 23d are connected to a control circuit (not shown). The diodes 24a to 24d are connected between the collectors and emitters of the transistors 23a to 23d, respectively.

トランジスタ23a〜23dの各々を、予め設定された規則に従ってスイッチング動作(例えば、PWMスイッチング動作)させることにより、コンバータ11からの直流電力が交流電力に変換されてリアクトル13側に出力される。これに対し、トランジスタ23a〜23dが全てオフ状態である場合にリアクトル13側から交流電力が供給されると、その交流電力がダイオード24a〜24dにより整流されてコンバータ11に出力される。   By causing each of the transistors 23a to 23d to perform a switching operation (for example, a PWM switching operation) according to a preset rule, the DC power from the converter 11 is converted into AC power and output to the reactor 13 side. On the other hand, when AC power is supplied from the reactor 13 side when all of the transistors 23a to 23d are off, the AC power is rectified by the diodes 24a to 24d and output to the converter 11.

リアクトル13は、一端がトランジスタ23bのエミッタ電極とトランジスタ23dのコレクタ電極との接続点に接続されており、他端が高周波トランス14が備える一次側巻線14の一端に接続されている。つまり、上述した電力変換回路12は、リアクトル13を介して高周波トランス14の一次側巻線14に接続されている。このリアクトル13は、力率を調整するために設けられる。尚、一次側巻線14aの他端は、トランジスタ23aのエミッタ電極とトランジスタ23cのコレクタ電極との接続点に接続されている。   One end of the reactor 13 is connected to a connection point between the emitter electrode of the transistor 23b and the collector electrode of the transistor 23d, and the other end is connected to one end of the primary winding 14 provided in the high-frequency transformer 14. That is, the power conversion circuit 12 described above is connected to the primary winding 14 of the high-frequency transformer 14 via the reactor 13. This reactor 13 is provided to adjust the power factor. The other end of the primary winding 14a is connected to a connection point between the emitter electrode of the transistor 23a and the collector electrode of the transistor 23c.

高周波トランス14は、上述した一次側巻線14aと複数の二次側巻線14b,14cとを備える。この高周波トランス14に設けられる二次側巻線14b,14cの巻線仕様は同じである。つまり、二次側巻線14b,14cは、太さ、断面形状、巻線数等が同じに設定される。また、高周波トランス14は、一次側に対する二次側の昇圧比が1に設定されている。従って、高周波トランス14は、その一次側に印加される電圧とほぼ同じ電圧が二次側巻線14b,14cにそれぞれ誘起される。この高周波トランス14が設けられていることにより、商用交流電源PSと二次電池Bとの間が絶縁されることになる。   The high-frequency transformer 14 includes the above-described primary side winding 14a and a plurality of secondary side windings 14b and 14c. The winding specifications of the secondary windings 14b and 14c provided in the high-frequency transformer 14 are the same. That is, the secondary windings 14b and 14c are set to have the same thickness, cross-sectional shape, number of windings, and the like. The high-frequency transformer 14 has a secondary step-up ratio set to 1 with respect to the primary side. Accordingly, the high-frequency transformer 14 is induced in the secondary windings 14b and 14c by substantially the same voltage as the voltage applied to the primary side thereof. By providing the high-frequency transformer 14, the commercial AC power source PS and the secondary battery B are insulated.

切替器15は、高周波トランス14が備える二次側巻線14b,14cの接続関係を切り替える。具体的には、不図示の制御回路の制御の下で、二次側巻線14b,14cを直列接続するのか、又は並列接続するのかを切り替える。図2は、本発明の一実施形態による電源装置が備える高周波トランスの二次側巻線の接続関係を示す図である。図2(a)は、高周波トランス14の二次側巻線14b,14cが並列接続された状態を示す図であり、図2(b)は、高周波トランス14の二次側巻線14b,14cが直列接続された状態を示す図である。   The switch 15 switches the connection relationship between the secondary windings 14b and 14c included in the high-frequency transformer 14. Specifically, the secondary windings 14b and 14c are switched in series or in parallel under the control of a control circuit (not shown). FIG. 2 is a diagram illustrating a connection relationship of secondary windings of a high-frequency transformer included in the power supply device according to the embodiment of the present invention. 2A is a diagram illustrating a state in which the secondary side windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14 are connected in parallel, and FIG. 2B is a diagram illustrating the secondary-side windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14. It is a figure which shows the state by which they were connected in series.

前述した通り、高周波トランス14の二次側巻線14b,14cは、巻線仕様が同じに設定されており、各々に同じ電圧が誘起される。ここで、二次側巻線14b,14cの各々に誘起される電圧をVとすると、図2(a)に示す並列接続がされている場合には、電力変換回路16の入力電圧はVになり、図2(b)に示す直列接続がされている場合には、電力変換回路16の入力電圧は2Vになる。出力端子T1,T2間に現れる電源装置1の出力電圧は、電力変換回路16の入力電力に依存するため、本実施形態では、切替器15による切り替えを行うだけで、電源装置1の出力電圧を容易に変えることができる。   As described above, the secondary side windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14 are set to have the same winding specifications, and the same voltage is induced in each of them. Here, when the voltage induced in each of the secondary windings 14b and 14c is V, the input voltage of the power conversion circuit 16 is V when the parallel connection shown in FIG. Thus, when the series connection shown in FIG. 2B is performed, the input voltage of the power conversion circuit 16 is 2V. Since the output voltage of the power supply device 1 appearing between the output terminals T1 and T2 depends on the input power of the power conversion circuit 16, in this embodiment, the output voltage of the power supply device 1 can be changed only by switching by the switch 15. Can be easily changed.

電力変換回路16は、トランジスタ25a〜25dとダイオード26a〜26dとを備えており、切替器15を介して高周波トランス14の二次側巻線14b,14cに接続され、高周波トランス14の一次側から二次側に移行される交流電力を直流電力に変換して出力する。尚、この電力変換回路16は、コンデンサ17側から供給される直流電力を交流電力に変換して切替器15(高周波トランス14の二次側巻線14b,14c)に出力することも可能である。トランジスタ25a〜25dは、電力変換回路12に設けられるトランジスタ23a〜23dと同様にバイポーラトランジスタであり、不図示の制御回路によってオン状態及びオフ状態が制御される。尚、トランジスタ25a〜25dとしてFETトランジスタを用いることも可能である。   The power conversion circuit 16 includes transistors 25a to 25d and diodes 26a to 26d, and is connected to the secondary windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14 via the switch 15, and from the primary side of the high-frequency transformer 14. The AC power transferred to the secondary side is converted into DC power and output. The power conversion circuit 16 can also convert DC power supplied from the capacitor 17 side into AC power and output it to the switch 15 (secondary windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14). . The transistors 25a to 25d are bipolar transistors similarly to the transistors 23a to 23d provided in the power conversion circuit 12, and are turned on and off by a control circuit (not shown). Note that FET transistors may be used as the transistors 25a to 25d.

トランジスタ25a,25bは、コレクタ電極がコンデンサ17の一方の電極に接続されており、エミッタ電極がトランジスタ25c,25dのコレクタ電極にそれぞれ接続されている。また、トランジスタ25c,25dは、エミッタ電極がコンデンサ17の他方の電極に接続されている。これらトランジスタ25a〜25dのベース電極は、トランジスタ23a〜23dのベース電極と同様に、不図示の制御回路に接続されている。また、ダイオード26a〜26dは、トランジスタ25a〜25dのコレクタ・エミッタ間にそれぞれ接続されている。   Transistors 25a and 25b have collector electrodes connected to one electrode of capacitor 17, and emitter electrodes connected to collector electrodes of transistors 25c and 25d, respectively. In addition, the emitter electrodes of the transistors 25 c and 25 d are connected to the other electrode of the capacitor 17. The base electrodes of the transistors 25a to 25d are connected to a control circuit (not shown) similarly to the base electrodes of the transistors 23a to 23d. The diodes 26a to 26d are connected between the collectors and emitters of the transistors 25a to 25d, respectively.

図2(a)に示す通り、高周波トランス14の二次側巻線14b,14cが切替器15によって並列接続されている場合には、トランジスタ25aのエミッタ電極とトランジスタ25cのコレクタ電極との接続点に二次側巻線14b,14cの一端が共に接続され、トランジスタ25bのエミッタ電極とトランジスタ25dのコレクタ電極との接続点に二次側巻線14b,14cの他端が共に接続される。これに対し、図2(b)に示す通り、高周波トランス14の二次側巻線14b,14cが切替器15によって直列接続されている場合には、トランジスタ25aのエミッタ電極とトランジスタ25cのコレクタ電極との接続点に二次側巻線14bの一端のみが接続され、トランジスタ25bのエミッタ電極とトランジスタ25dのコレクタ電極との接続点に二次側巻線14cの他端のみが接続される。   As shown in FIG. 2A, when the secondary windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14 are connected in parallel by the switch 15, the connection point between the emitter electrode of the transistor 25a and the collector electrode of the transistor 25c. One end of each of the secondary side windings 14b and 14c is connected together, and the other end of each of the secondary side windings 14b and 14c is connected to a connection point between the emitter electrode of the transistor 25b and the collector electrode of the transistor 25d. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the secondary windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14 are connected in series by the switch 15, the emitter electrode of the transistor 25a and the collector electrode of the transistor 25c. Only one end of the secondary side winding 14b is connected to the connection point between and the other end of the secondary side winding 14c is connected to the connection point between the emitter electrode of the transistor 25b and the collector electrode of the transistor 25d.

トランジスタ25a〜25dの各々を、予め設定された規則に従ってスイッチング動作(例えば、PWMスイッチング動作)させることにより、コンデンサ17側から供給される直流電力が交流電力に変換されて切替器15(高周波トランス14の二次側巻線14b,14c)に出力される。これに対し、トランジスタ25a〜25dが全てオフ状態である場合に、高周波トランス14の一次側から二次側に交流電力が移行されると、その交流電力がダイオード26a〜26dにより整流されてコンデンサ17側に出力される。コンデンサ17は、電源装置1の出力端子T1,T2間に接続されており、電力変換回路16で整流された電力を平滑化して直流電力に変換する。   Each of the transistors 25a to 25d is subjected to a switching operation (for example, PWM switching operation) according to a preset rule, whereby the DC power supplied from the capacitor 17 side is converted into AC power, and the switch 15 (the high-frequency transformer 14). Secondary windings 14b and 14c). On the other hand, when the AC power is transferred from the primary side to the secondary side of the high-frequency transformer 14 when all the transistors 25a to 25d are in the off state, the AC power is rectified by the diodes 26a to 26d and the capacitor 17 Output to the side. The capacitor 17 is connected between the output terminals T1 and T2 of the power supply device 1 and smoothes the power rectified by the power conversion circuit 16 and converts it into DC power.

ここで、本実施形態の電源装置1は、高周波トランス14の一次側及び二次側にそれぞれ設けられた電力変換回路12,16を所定の関係をもって制御すると、高周波トランス14の一次側から二次側に移行される電力、又は高周波トランス14の二次側から一次側に移行される電力量を制御することができる。図3は、本発明の一実施形態による電源装置の一部を抜き出した回路図である。尚、図3においては、説明を簡単にするために、切替器15を省略し、高周波トランス14の二次側巻線14a,14bをまとめて二次側巻線Cとしている。この図3に示す回路は、コンデンサ22とコンデンサ17との間で、各々に蓄積された直流電力を相互に変換可能なDC/DCコンバータである。   Here, in the power supply device 1 of the present embodiment, when the power conversion circuits 12 and 16 provided on the primary side and the secondary side of the high-frequency transformer 14 are controlled with a predetermined relationship, the secondary power supply from the primary side of the high-frequency transformer 14 It is possible to control the power transferred to the side or the amount of power transferred from the secondary side of the high-frequency transformer 14 to the primary side. FIG. 3 is a circuit diagram in which a part of a power supply device according to an embodiment of the present invention is extracted. In FIG. 3, for simplicity of explanation, the switch 15 is omitted, and the secondary side windings 14 a and 14 b of the high frequency transformer 14 are collectively referred to as a secondary side winding C. The circuit shown in FIG. 3 is a DC / DC converter capable of mutually converting DC power accumulated between the capacitor 22 and the capacitor 17.

いま、図4に示す関係をもって電力変換回路12,16を制御する場合を考える。図4は、本発明の一実施形態による電源装置が備える電力変換回路の制御例を説明するための図である。つまり、図4に示す電圧V1が電力変換回路12の出力端に現れるように電力変換回路12に設けられたトランジスタ23a〜23dをスイッチングし、図4に示す電圧V2が電力変換回路16の入力端に現れるように電力変換回路16に設けられたトランジスタ25a〜25dをスイッチングする。   Consider a case where the power conversion circuits 12 and 16 are controlled with the relationship shown in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining a control example of the power conversion circuit included in the power supply device according to the embodiment of the present invention. That is, the transistors 23a to 23d provided in the power conversion circuit 12 are switched so that the voltage V1 illustrated in FIG. 4 appears at the output terminal of the power conversion circuit 12, and the voltage V2 illustrated in FIG. The transistors 25a to 25d provided in the power conversion circuit 16 are switched as shown in FIG.

図4に示す電圧V1,V2が現れるように、電圧変換回路12のトランジスタ23a〜23d及び電圧変換回路16のトランジスタ25a〜25dをそれぞれスイッチングした場合に、高周波トランス14の一次側から二次側に移行される電力量Pは、以下の(1)式で表される。
P=V1・V2/(2πfs・L)×φ(1−φ/π) …(1)
但し、上記(1)式中の変数Lはリアクトル13のインダクタンスであり、変数fsは電圧V1,V2の周波数であり、変数φは電圧V1に対する電圧V2の位相遅れである。
When the transistors 23a to 23d of the voltage conversion circuit 12 and the transistors 25a to 25d of the voltage conversion circuit 16 are switched so that the voltages V1 and V2 shown in FIG. 4 appear, the high frequency transformer 14 is switched from the primary side to the secondary side. The amount of power P to be transferred is represented by the following equation (1).
P = V1 · V2 / (2πfs · L) × φ (1−φ / π) (1)
However, the variable L in the above equation (1) is the inductance of the reactor 13, the variable fs is the frequency of the voltages V1 and V2, and the variable φ is the phase lag of the voltage V2 with respect to the voltage V1.

つまり、上記(1)式から、電圧V1に対する電圧V2の位相遅れφを制御するだけで、高周波トランス14の一次側から二次側に移行される電力量を容易に制御可能であることが分かる。高周波トランス14の二次側から一次側に電力を移行させる場合も、電圧V1に対する電圧V2の位相遅れφを制御するだけで同様に電力量を制御することが可能である。但し、この場合には、電圧V2に対する電圧V1の位相遅れが生ずるよう制御する必要がある。   That is, it can be seen from the above equation (1) that the amount of power transferred from the primary side to the secondary side of the high-frequency transformer 14 can be easily controlled only by controlling the phase delay φ of the voltage V2 with respect to the voltage V1. . Even when power is transferred from the secondary side of the high-frequency transformer 14 to the primary side, the amount of power can be controlled similarly only by controlling the phase delay φ of the voltage V2 with respect to the voltage V1. However, in this case, it is necessary to control so that the phase delay of the voltage V1 with respect to the voltage V2 occurs.

次に、上記構成における電源装置1を用いて二次電池Bを充電する場合の動作について説明する。尚、上述した通り、本実施形態の電源装置1は、電力変換回路12,16の各々を制御することによって高周波トランス14の一次側から二次側に移行される電力量の制御が可能であるが、ここでは説明を簡単にするために、電力変換回路12のみを制御して充電を行う場合について説明する。   Next, the operation when the secondary battery B is charged using the power supply device 1 having the above configuration will be described. Note that, as described above, the power supply device 1 of the present embodiment can control the amount of power transferred from the primary side to the secondary side of the high-frequency transformer 14 by controlling each of the power conversion circuits 12 and 16. However, here, in order to simplify the description, a case where charging is performed by controlling only the power conversion circuit 12 will be described.

まず、充電すべき二次電池Bを電源装置1に接続し、二次電池Bの正電極及び負電極を電源装置1の出力端子T1,T2にそれぞれ導通させる。次に、電源装置1に接続した二次電池Bの電圧に応じて切替器15を切り替える。つまり、二次電池Bの電圧が高い場合には、高周波トランス14の二次側巻線14b,14cが直列接続されるように切替器15を切り替え、二次電池Bの電圧が低い場合には、高周波トランス14の二次側巻線14b,14cが並列接続されるように切替器15を切り替える。   First, the secondary battery B to be charged is connected to the power supply device 1, and the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery B are electrically connected to the output terminals T <b> 1 and T <b> 2 of the power supply device 1, respectively. Next, the switch 15 is switched according to the voltage of the secondary battery B connected to the power supply device 1. That is, when the voltage of the secondary battery B is high, the switch 15 is switched so that the secondary windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14 are connected in series, and when the voltage of the secondary battery B is low. The switch 15 is switched so that the secondary windings 14b and 14c of the high-frequency transformer 14 are connected in parallel.

以上の作業が終了し、充電開始の指示が行われると、不図示の制御回路から電力変換回路12に制御信号が出力され、電力変換回路12に設けられたトランジスタ23a〜23dのスイッチング動作が開始される。ここで、商用交流電源PSから供給される三相交流電力はコンバータ11によって直流電力に変換され、トランジスタ23a〜23dのスイッチング動作が開始されることにより、その直流電力が交流電力に変換される。   When the above operation is completed and an instruction to start charging is given, a control signal is output from the control circuit (not shown) to the power conversion circuit 12, and the switching operation of the transistors 23a to 23d provided in the power conversion circuit 12 is started. Is done. Here, the three-phase AC power supplied from the commercial AC power supply PS is converted into DC power by the converter 11, and the DC power is converted into AC power by starting the switching operation of the transistors 23a to 23d.

電力変換回路12によって変化された交流電力は、リアクトル13を介して高周波トランス14の一次側巻線14aに供給される。高周波トランス14は、二次側巻線14b,14cの巻線仕様が同じであるとともに、一次側に対する二次側の昇圧比が1に設定されている。このため、高周波トランス14の二次側巻線14b,14cには一次側巻線14aに印加された電圧とほぼ同じ電圧が誘起され、これにより交流電力が高周波トランス14の一次側から二次側に移行される。   The AC power changed by the power conversion circuit 12 is supplied to the primary winding 14 a of the high-frequency transformer 14 through the reactor 13. In the high-frequency transformer 14, the secondary side windings 14b and 14c have the same winding specifications, and the secondary step-up ratio with respect to the primary side is set to 1. For this reason, substantially the same voltage as the voltage applied to the primary side winding 14 a is induced in the secondary side windings 14 b and 14 c of the high frequency transformer 14, whereby AC power is transferred from the primary side to the secondary side of the high frequency transformer 14. It is transferred to.

高周波トランス14の二次側に移行された高周波電力は電力変換回路16に入力され、電力変換回路16に設けられたダイオード26a〜26dによって整流された後にコンデンサ17で平滑されて直流電力に変換される。この直流電力は、接続端子T1,T2を介して二次電池Bに供給され、これにより二次電池Bが充電される。このようにして、電源装置1による二次電池Bの充電が行われる。   The high frequency power transferred to the secondary side of the high frequency transformer 14 is input to the power conversion circuit 16, rectified by the diodes 26 a to 26 d provided in the power conversion circuit 16, smoothed by the capacitor 17, and converted to DC power. The This DC power is supplied to the secondary battery B via the connection terminals T1 and T2, thereby charging the secondary battery B. In this way, the secondary battery B is charged by the power supply device 1.

以上の通り、本実施形態では、一次側巻線14aと複数の二次側巻線14a,14bとを備える高周波トランス14を設け、切替器15によって二次側巻線14a,14bの接続関係を切り替えられるようにしたため、広い電圧範囲に亘って電源装置1の出力電圧を変えることができる。これにより、電源装置1を用いて様々な種類の二次電池の充電を行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the high-frequency transformer 14 including the primary side winding 14a and the plurality of secondary side windings 14a and 14b is provided, and the connection relationship between the secondary side windings 14a and 14b is changed by the switch 15. Since it can be switched, the output voltage of the power supply device 1 can be changed over a wide voltage range. Thereby, various types of secondary batteries can be charged using the power supply device 1.

また、本実施形態では、高周波トランス14の一次側にコンバータ11及び電力変換回路12を配置するとともに、高周波トランス14の二次側に電力変換回路16を配置し、直流電力を高周波の交流電力に変換して高周波トランス14の一次側と二次側との間で電力の移行を行っている。ここで、高周波トランス14は、商用交流電源PSと二次電池Bとの間を絶縁するためにも用いられており、この高周波トランス14としては小型のトランスを用いることができるため、電源装置1の小型化を図ることができる。   In the present embodiment, the converter 11 and the power conversion circuit 12 are disposed on the primary side of the high-frequency transformer 14, and the power conversion circuit 16 is disposed on the secondary side of the high-frequency transformer 14, so that DC power is converted into high-frequency AC power. Conversion is performed to transfer power between the primary side and the secondary side of the high-frequency transformer 14. Here, the high-frequency transformer 14 is also used to insulate between the commercial AC power source PS and the secondary battery B, and a small-sized transformer can be used as the high-frequency transformer 14. Can be miniaturized.

以上、本発明の一実施形態による電源装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、高周波トランス14に2つの二次側巻線14a,14bが設けられている例について説明したが、二次側巻線は3つ以上であっても良い。また、上記実施形態では、切替器15によって2つの二次側巻線14a,14bが直列接続されるのか、又は並列接続されるのかが切り替えられる例について説明したが、切替器15による二次側巻線の接続関係の切り替えは任意に設定することができる。例えば、直列接続される二次側巻線の数を任意に切り替え可能にしても良い。   The power supply device according to the embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the example in which the high frequency transformer 14 is provided with the two secondary windings 14a and 14b has been described, but the number of secondary windings may be three or more. Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which switches whether two secondary side coil | windings 14a and 14b are connected in series by the switch 15 or connected in parallel, the secondary side by the switch 15 is demonstrated. The switching of the winding connection relationship can be arbitrarily set. For example, the number of secondary windings connected in series may be arbitrarily switched.

更に、上記実施形態では、商用交流電源10が三相交流電力を供給する電源である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は単相交流電力を直流電力に変換する電源装置にも適用することが可能である。尚、以上の実施形態では、電源装置1が二次電池の充電に用いられる電源であるとして説明した。しかしながら、本発明の電源装置は、二次電池の充電に用いられる電源に制限される訳ではなく、出力電圧の切り替えが可能な一般的な電源として用いることができる。   Furthermore, in the said embodiment, the case where the commercial alternating current power supply 10 was a power supply which supplies three-phase alternating current power was mentioned as an example, and was demonstrated. However, the present invention can also be applied to a power supply device that converts single-phase AC power into DC power. In the above embodiment, it has been described that the power supply device 1 is a power supply used for charging a secondary battery. However, the power supply device of the present invention is not limited to the power supply used for charging the secondary battery, and can be used as a general power supply capable of switching the output voltage.

1 電源装置
11 コンバータ
12 電力変換回路
13 リアクトル
14 高周波トランス
14a 一次側巻線
14b,14c 二次側巻線
15 切替器
16 電力変換回路
PS 商用交流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply device 11 Converter 12 Power conversion circuit 13 Reactor 14 High frequency transformer 14a Primary side winding 14b, 14c Secondary side winding 15 Switch 16 Power conversion circuit PS Commercial AC power supply

Claims (5)

商用交流電源から直流電力を生成する電源装置であって、
一次側巻線と複数の二次側巻線とを備える高周波トランスと、
前記高周波トランスの一次側に設けられ、前記商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記高周波トランスの一次側巻線及び前記コンバータに接続され、直流電力と交流電力との変換を行う第1電力変換回路と、
前記高周波トランスが備える複数の二次側巻線の接続関係を切り替える切替器と、
前記切替器を介して前記高周波トランスの二次側巻線に接続され、直流電力と交流電力との変換を行う第2電力変換回路と
を備えており、
前記第1,第2電力変換回路を制御して前記第1電力変換回路の出力端に現れる電圧と、前記第2電力変換回路の入力端に現れる電圧との位相を制御することにより、前記高周波トランスの一次側から二次側に移行される電力量を制御する
ことを特徴とする電源装置。
A power supply device that generates DC power from a commercial AC power supply,
A high-frequency transformer comprising a primary winding and a plurality of secondary windings;
A converter that is provided on a primary side of the high-frequency transformer, and converts AC power supplied from the commercial AC power source into DC power;
A first power conversion circuit that is connected to the primary winding of the high-frequency transformer and the converter and performs conversion between DC power and AC power;
A switch for switching the connection relationship of the plurality of secondary windings included in the high-frequency transformer;
A second power conversion circuit that is connected to the secondary winding of the high-frequency transformer via the switch and performs conversion between DC power and AC power ;
By controlling the first and second power conversion circuits to control the phase of the voltage appearing at the output end of the first power conversion circuit and the voltage appearing at the input end of the second power conversion circuit, the high frequency Controls the amount of power transferred from the primary side to the secondary side of the transformer
A power supply device characterized by that .
前記切替器は、前記高周波トランスが備える複数の二次側巻線を、直列接続するのか又は並列接続するのかを切り替えることを特徴とする請求項1記載の電源装置。   The power supply apparatus according to claim 1, wherein the switcher switches whether a plurality of secondary windings included in the high-frequency transformer are connected in series or connected in parallel. 前記高周波トランスが備える複数の二次側巻線は、同じ巻線数であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電源装置。   The power supply device according to claim 1, wherein the plurality of secondary windings included in the high-frequency transformer have the same number of windings. 前記高周波トランスは、一次側に対する二次側の昇圧比が1に設定されていることを特徴とする請求項3記載の電源装置。   4. The power supply device according to claim 3, wherein the high-frequency transformer has a secondary-side step-up ratio set to 1 with respect to the primary side. 前記第1電力変換回路は、リアクトルを介して前記高周波トランスの一次側巻線に接続されることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の電源装置。   5. The power supply device according to claim 1, wherein the first power conversion circuit is connected to a primary side winding of the high-frequency transformer via a reactor.
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