JP5572838B2 - Bidirectional power conversion circuit - Google Patents
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Description
本発明は、双方向電力変換回路に関する。 The present invention relates to a bidirectional power conversion circuit.
電気自動車などに代表される電力蓄積のための二次電池技術は進歩し続け、小型で大電力を蓄えられるようになってきた。また、二次電池技術の進歩に伴い充電技術も進歩しつづけている。 Secondary battery technology for power storage, represented by electric vehicles, etc., continues to advance, and it has become possible to store large amounts of power with a small size. In addition, as the secondary battery technology advances, the charging technology continues to advance.
しかしながら、二次電池は、物理的な大きさ・出力電圧などが製造者によっても商品によってもばらつきがあり、インフラとして利用するには統一感に乏しい。これは、各二次電池が、使用対象に最適化された設計がされているためで、二次電池の充放電回路も、それぞれの二次電池に応じた最適化された設計がされているのが現状である。 However, secondary batteries vary in physical size, output voltage, etc., depending on the manufacturer and the product, and are not uniform when used as infrastructure. This is because each secondary battery is designed to be optimized for the intended use, and the charge / discharge circuit of the secondary battery is also designed to be optimized for each secondary battery. is the current situation.
また、省資源・省エネルギーのためには、二次電池を柔軟に利用でき、効率的に充放電できるようにしなければならない。このような観点から、二次電池の充放電用に、様々な充電放回路が提案されている。 In addition, in order to save resources and energy, secondary batteries must be used flexibly and charged and discharged efficiently. From such a viewpoint, various charging / discharging circuits have been proposed for charging / discharging secondary batteries.
例えば、充電時には、AC/DC変換器として機能し、放電時には、DC/AC変換器として機能する電力回生装置が特許文献1に開示されている。また、系統電源で主二次電池と補助二次電池を共に充電できる回路が特許文献2に開示されている。
For example,
しかしながら、二次電池の充電時に、交流電源が確保できるとは限らず、二次電池を、異なる規格電圧の二次電池で充電できる充放電回路が望まれている。また、特許文献1及び2に開示された回路は、構成が複雑なため、より簡易な回路構成が望まれる。
However, it is not always possible to secure an AC power supply when charging a secondary battery, and a charge / discharge circuit capable of charging a secondary battery with a secondary battery having a different standard voltage is desired. Further, since the circuits disclosed in
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、異なる直流電圧間で、高電圧から低電圧へ、または、低電圧から高電圧へ、双方向に電力変換が可能で、構成の簡易な双方向電力変換回路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 can convert power bidirectionally from high voltage to low voltage or from low voltage to high voltage between different DC voltages, and has a simple configuration. An object is to provide a bidirectional power conversion circuit.
上記目的を達成するため、この発明の双方向電力変換回路は、
第1の電池に直列に接続された第1のリアクトルと、
第2のリアクトルと、
前記第2のリアクトルと第2の電池と直列に接続された半導体スイッチと、
第1と第2の交流端子と、第1と第2の直流端子と、第1から第4のダイオードと、第1から第3の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第1の交流端子には前記第1のダイオードのアノードと前記第2のダイオードのカソードが、前記第1の直流端子には前記第1のダイオードのカソードと前記第3のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第2の直流端子には前記第2のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第2の交流端子には前記第3のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのカソードとが接続され、前記第1のダイオードに前記第1の自己消弧型素子が、前記第2のダイオードに前記第2の自己消弧型素子が、前記第3のダイオードに前記第3の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第1の交流端子と前記第2の直流端子の間に前記第1の電池と第1のリアクトルの直列回路を接続され、前記第2の交流端子と前記第2の直流端子の間に前記第2の電池と前記第2のリアクトルと前記半導体スイッチとの直列回路を接続された磁気エネルギー回生スイッチと、
前記半導体スイッチと前記第1乃至第3の自己消弧型素子とに制御信号を与える制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第1の電池を用いて、前記第1の電池の電圧よりも電圧の高い前記第2の電池を充電する際に、前記第2と第3の自己消弧型素子を同じタイミングでオンし同じタイミングでオフするスイッチングを繰り返し、
前記第2の電池を用いて、該第2の電池よりも電圧の低い前記第1の電池を充電する際に、前記半導体スイッチをオンに保持し、前記第1の自己消弧型素子をスイッチングを繰り返す、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a bidirectional power conversion circuit of the present invention includes:
A first reactor connected in series with the first battery;
A second reactor,
A semiconductor switch connected in series with the second reactor and the second battery;
1st and 2nd AC terminal, 1st and 2nd DC terminal, 1st-4th diode, 1st-3rd self-extinguishing element, and capacitor, One of the anode of the first diode and the cathode of the second diode at the AC terminal, and one of the cathode of the first diode, the cathode of the third diode and the capacitor at the first DC terminal. The second DC terminal has the anode of the second diode, the anode of the fourth diode, and the other pole of the capacitor, and the second AC terminal has the third diode. An anode and a cathode of the fourth diode are connected, the first self-extinguishing element is connected to the first diode, and the second self-extinguishing element is connected to the second diode. Before 3 diodes A third self-extinguishing element is connected in parallel, and a series circuit of the first battery and the first reactor is connected between the first AC terminal and the second DC terminal, and the second A magnetic energy regenerative switch in which a series circuit of the second battery, the second reactor, and the semiconductor switch is connected between the AC terminal and the second DC terminal;
A control circuit for supplying a control signal to the semiconductor switch and the first to third self-extinguishing elements;
With
The control circuit includes:
When charging the second battery having a voltage higher than that of the first battery using the first battery, the second and third self-extinguishing elements are turned on at the same timing. Just repeat the switching off at the same timing,
Using the second battery, when charging the first battery having a voltage lower than that of the second battery, the semiconductor switch is held on and the first self-extinguishing element is switched. to repeat the,
It is characterized by that.
前記制御回路は、例えば、前記制御信号のデューティ比を制御する機能を備える。 For example, the control circuit has a function of controlling a duty ratio of the control signal.
前記半導体スイッチは、例えば、スイッチング用の半導体素子とダイオードとが並列に接続された構成をしている。或いは、前記半導体スイッチは、例えば、逆阻止能力を持たない逆導通型の半導体素子、またはサイリスタを要素とした回路から構成されてもよい。 The semiconductor switch has, for example, a configuration in which a semiconductor element for switching and a diode are connected in parallel. Alternatively, the semiconductor switch may be constituted by, for example, a reverse conducting semiconductor element having no reverse blocking capability, or a circuit having a thyristor as an element.
また、前記第4のダイオードに並列に接続された第4の自己消弧型素子を更に備えてもよい。 Further, a fourth self-extinguishing element connected in parallel to the fourth diode may be further provided.
例えば、前記各自己消弧型素子は逆導通型半導体スイッチであり、前記各ダイオードは、並列に接続された前記各自己消弧型素子に内蔵された寄生ダイオードである。 For example, each self-extinguishing element is a reverse conducting semiconductor switch, and each diode is a parasitic diode built in each self-extinguishing element connected in parallel.
前記第4の半導体スイッチと前記第2の電池との間に、高周波カット用のフィルタを配置してもよい。 A filter for high frequency cut may be disposed between the fourth semiconductor switch and the second battery.
簡単な構成の回路で、高電圧から低電圧へ、または、低電圧から高電圧に双方向に電力変換することができる。 With a circuit having a simple configuration, power can be converted bidirectionally from a high voltage to a low voltage or from a low voltage to a high voltage.
以下、本発明の実施の形態に係る好適な双方向電力変換装置を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred bidirectional power conversion devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る双方向電力変換回路10は、低電圧バッテリー11と、高電圧バッテリー12とを相互に充電するための回路であり、図1に示すように、磁気エネルギー蓄積用のリアクトルL1及びL2と、平滑用のリアクトルL3と、フルブリッジ型MERS100と、逆導通型半導体スイッチSWと、平滑用のコンデンサCCと、制御回路13とを備える。
フルブリッジ型MERS100は、4つの逆導通型半導体スイッチSW1乃至SW4と、交流端子AC1,AC2と、直流端子DCP,DCNと、コンデンサCMと、から構成される。
A bidirectional
The full-
フルブリッジ型MERS100の逆導通型半導体スイッチSW1乃至SW4は、ダイオード部DSW1乃至DSW4と、ダイオード部DSW1乃至DSW4に並列に接続されたスイッチ部SSW1乃至SSW4と、スイッチ部SSW1乃至SSW4に配置されたゲートGSW1乃至GSW4と、から構成される。
交流端子AC1にはダイオード部DSW1のアノードとダイオード部DSW2のカソードとが、直流端子DCPにはダイオード部DSW1のカソードとダイオード部DSW3のカソードとコンデンサCMの正極とが、直流端子DCNにはダイオード部DSW2のアノードとダイオード部DSW4のアノードとコンデンサCMの負極とが、交流端子AC2にはダイオード部DSW3のアノードとダイオード部DSW4のカソードとが接続されている。
逆導通型半導体スイッチSW1乃至SW4のスイッチ部SSW1乃至SW4は、ゲートGSW1乃至SW4に入力されるゲート信号SG1乃至SG4によってオン・オフが切り替わる。
スイッチ部SSW1乃至SSW4がオンになると、ダイオード部DSW1乃至DSW4が短絡され、逆導通型半導体スイッチSW1乃至SW4がオンになる。スイッチ部SSW1乃至SSW4がオフになると、ダイオード部DSW1乃至DSW4が機能し、逆導通型半導体スイッチSW1乃至SW4はオフになる。
逆導通型半導体スイッチSW1乃至SW4は、例えば、Nチャンネル型シリコンMOSFET(MOSFET:Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)である。
The reverse-conducting semiconductor switches SW1 to SW4 of the full-
The AC terminal AC1 has the anode of the diode part DSW1 and the cathode of the diode part DSW2, the DC terminal DCP has the cathode of the diode part DSW1, the cathode of the diode part DSW3, and the positive electrode of the capacitor CM, and the DC terminal DCN has the diode part. The anode of DSW2, the anode of diode part DSW4, and the negative electrode of capacitor CM are connected, and the anode of diode part DSW3 and the cathode of diode part DSW4 are connected to AC terminal AC2.
The switch parts SSW1 to SW4 of the reverse conducting semiconductor switches SW1 to SW4 are switched on / off by gate signals SG1 to SG4 input to the gates GSW1 to SW4.
When the switch units SSW1 to SSW4 are turned on, the diode units DSW1 to DSW4 are short-circuited, and the reverse conducting semiconductor switches SW1 to SW4 are turned on. When the switch units SSW1 to SSW4 are turned off, the diode units DSW1 to DSW4 function, and the reverse conducting semiconductor switches SW1 to SW4 are turned off.
The reverse conducting semiconductor switches SW1 to SW4 are, for example, N-channel silicon MOSFETs (MOSFETs: Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors).
低電圧バッテリー11は、定格100Vの二次バッテリーである。
低電圧バッテリー11の等価回路は直流電圧源21と内部抵抗R1の直列回路で表現される。低電圧バッテリー11とリアクトルL1とは直列に接続され、この直列回路は、交流端子AC1と直流端子DCNの間に接続されている。
The
An equivalent circuit of the
リアクトルL2の一端が、交流端子AC2に接続されている。
リアクトルL2の他端が逆導通型半導体スイッチSWの一端に接続されている。逆導通型半導体スイッチSWは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるスイッチ部SSWとダイオードであるダイオード部DSWとから構成される。スイッチ部SSWのコレクタとダイオード部DSWのアノードとが接続されて逆導通型半導体スイッチSWの一端となり、スイッチ部SSWのエミッタとダイオード部DSWのカソードとが接続されて逆導通型半導体スイッチSWの他端となる。スイッチ部SSWはゲートGSWを備え、スイッチ部SSWのオン・オフは、ゲートGSWに入力されるゲート信号SGにより切り替わる。
逆導通型半導体スイッチSWは、低電圧バッテリー11から高電圧バッテリー12に向かう電流に関しては、常時オン、高電圧バッテリー12から低電圧バッテリー11に向かう電流に関してはオン・オフを切り替える。
One end of the reactor L2 is connected to the AC terminal AC2.
The other end of the reactor L2 is connected to one end of the reverse conducting semiconductor switch SW. The reverse conducting semiconductor switch SW includes a switch unit SSW that is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a diode unit DSW that is a diode. The collector of the switch unit SSW and the anode of the diode unit DSW are connected to become one end of the reverse conducting semiconductor switch SW, and the emitter of the switch unit SSW and the cathode of the diode unit DSW are connected to connect the other of the reverse conducting semiconductor switch SW. End. The switch unit SSW includes a gate GSW, and the on / off of the switch unit SSW is switched by a gate signal SG input to the gate GSW.
The reverse conduction type semiconductor switch SW is always turned on for the current from the
リアクトルL3の一端が、逆導通型半導体スイッチSWの他端に接続されている。
コンデンサCCの一端が、逆導通型半導体スイッチSWの他端とリアクトルL3の一端との接続ノードに接続されている。リアクトルL3とコンデンサCCとは、高周波成分が抑制されるローパスフィルタとして機能する。
One end of the reactor L3 is connected to the other end of the reverse conducting semiconductor switch SW.
One end of the capacitor CC is connected to a connection node between the other end of the reverse conducting semiconductor switch SW and one end of the reactor L3. Reactor L3 and capacitor CC function as a low-pass filter that suppresses high-frequency components.
高電圧バッテリー12は、例えば、定格1500Vの二次バッテリーである。
高電圧バッテリー12の等価回路は直流電圧源22とバッテリーの内部抵抗R2との直列回路で表現され、高電圧バッテリー12は、リアクトルL3と直列に接続されている。
The
An equivalent circuit of the
低電圧バッテリー11と高電圧バッテリー12の陰極、フルブリッジ型MERS100の直流端子DCN、コンデンサCMの他端、コンデンサCCの他端は、基準電圧ライン(例えば、接地ライン)により相互に接続されている。
The cathodes of the
制御回路13は、逆導通型半導体スイッチSW1〜SW4,SWのオン・オフ制御することにより、低電圧バッテリー11から高電圧バッテリー12への充電、及び、高電圧バッテリー12から低電圧バッテリー11への充電を制御する。
The
低電圧バッテリー11から高電圧バッテリー12を充電する場合、制御回路13は、図2(a),図2(b)に示すように、逆導通型半導体スイッチSW2,SW3のスイッチ部SSW2,SSW3のゲートGSW2,GSW3に、所定の周波数、例えば、2キロHz、デューティ比0.9のゲート信号SG2,SG3を出力し、スイッチ部SSW2,SSW3とを同じタイミングでオン・オフする。一方、制御回路13は、逆導通型半導体スイッチSW,SW1,SW4のスイッチ部SSW,SSW1,SSW4のゲートGSW,GSW1,GSW4に、常時ローレベルのゲート信号SG,SG1,SG4を出力し、スイッチ部SSW,SSW1,SSW4を常時オフにする。
When charging the
一方、高電圧バッテリー12から低電圧バッテリー11を充電する場合、制御回路13は、図3(a),図3(b)に示すように、スイッチSW2,SW3,SW4のスイッチ部 SSW2,SSW3,SSW4のゲートGSW2,GSW3,GSW4には、常時ローレベルのゲート信号SG2,SG3,SG4を出力し、スイッチ部SSW2,SSW3,SSW4を常時オフにする。一方、制御回路13は、逆導通型半導体スイッチSW1のスイッチ部SSW1のゲートGSW1には、1キロHzで、デューティ比0.1のゲート信号SG1を出力し、スイッチ部SSW1をオフ・オフ制御する。また、制御回路13は、スイッチSWのスイッチ部SSWのゲートには、ハイレベルのゲート信号SGWを出力し、スイッチ部SSWを常時オンにする。
On the other hand, when charging the
次に、上記構成を有する双方向電力変換回路10の動作を説明する。
まず、低電圧バッテリー11の電力を用いて、高電圧バッテリー12を充電する動作について説明する。
この場合、制御部13は、前述のように、スイッチ部SSW2,SSW3のゲートには、所定の周波数、例えば、2キロHzで、ディーティ0.9の交番信号を出力する。
ゲート信号SG2がハイレベルになると、スイッチ部SSW2がオンになる。すると、図4に示すように、低電圧バッテリー11を電源として、リアクトルL1、逆導通型半導体スイッチSW2に、電流I1が流れ、リアクトルL1に磁気エネルギーを蓄積する。
Next, the operation of the bidirectional
First, the operation of charging the
In this case, as described above, the
When the gate signal SG2 becomes high level, the switch unit SSW2 is turned on. Then, as shown in FIG. 4, with the low-
続いて、ゲート信号SG2がローレベルになると、スイッチ部SSW2がオフし、電流I1の流路を遮断する。このため、図5に示すように、リアクトルL1に蓄積されていた磁気エネルギーにより、リアクトルL1が昇圧電源となって、逆導通型半導体スイッチSW1のダイオード部DSW1,コンデンサCM、を介して電流I3が流れ、コンデンサCMを充電する。このときの充電電圧は、ゲート信号SG2のデューティ比により定まり、この例では、1500V以上に達する。 Subsequently, when the gate signal SG2 becomes a low level, the switch unit SSW2 is turned off and the flow path of the current I1 is interrupted. Therefore, as shown in FIG. 5, due to the magnetic energy accumulated in the reactor L1, the reactor L1 becomes a boost power source, and the current I3 is passed through the diode portion DSW1 and the capacitor CM of the reverse conducting semiconductor switch SW1. Flow and charge capacitor CM. The charging voltage at this time is determined by the duty ratio of the gate signal SG2, and in this example reaches 1500V or more.
再び、ゲート信号SG2がハイレベルになると、スイッチ部SSW2がオンし、電流I1が流れ、リアクトルL1に磁気エネルギーを蓄積する。続いて、ゲート信号SG2がローレベルになると、スイッチ部SSW2がオフし、電流I3が流れて、コンデンサCMが充電される。 When the gate signal SG2 becomes high level again, the switch unit SSW2 is turned on, the current I1 flows, and magnetic energy is accumulated in the reactor L1. Subsequently, when the gate signal SG2 becomes low level, the switch unit SSW2 is turned off, the current I3 flows, and the capacitor CM is charged.
コンデンサCMの充電電圧が、高電圧バッテリー12の電圧よりも高くなると、ゲート信号SG3がハイレベルになって逆導通型半導体スイッチSW3のスイッチ部SSW3がオンした際に、図4に示すように、コンデンサCMを電源として、逆導通型半導体スイッチSW3,リアクトルL2、逆導通型半導体スイッチSWのダイオード部DSW、リアクトルL3、を介して、電流I2が流れ、高電圧バッテリー12を充電する。この際、高周波ノイズは、リアクトルL3とコンデンサCCとで構成されるローパスフィルタによりカットされる。
When the charging voltage of the capacitor CM becomes higher than the voltage of the
続いて、ゲート信号SG3がローレベルになってスイッチSW3のスイッチ部SSW3がオフになると、電流I2が遮断される。
電流I2が遮断された時、リアクトルL2に磁気エネルギーが残っている場合、リアクトルL2に蓄積された磁気エネルギーにより、図5に示すように、電流I4が、逆導通型半導体スイッチSWのダイオード部DSW,リアクトルL3,高電圧バッテリー12,スイッチSW4のダイオード部DSW4を介して流れ、高電圧バッテリー12を充電する。この際、高周波ノイズは、リアクトルL3とコンデンサCCの構成するローパスフィルタによりカットされる。
リアクトルL2に磁気エネルギーが残っていない場合は、電流I4は流れない。
Subsequently, when the gate signal SG3 becomes low level and the switch section SSW3 of the switch SW3 is turned off, the current I2 is cut off.
When the magnetic energy remains in the reactor L2 when the current I2 is interrupted, the current I4 is converted into the diode part DSW of the reverse conducting semiconductor switch SW as shown in FIG. 5 by the magnetic energy accumulated in the reactor L2. , Reactor L3,
When no magnetic energy remains in reactor L2, current I4 does not flow.
以後、逆導通型半導体スイッチSW2,SW3のオン・オフに応じて、同様の動作が繰り替えされ、コンデンサCMから高電圧バッテリー12に充電され、コンデンサCMの電圧と高電圧バッテリー12の電圧がほぼ等しくなった時点で、高電圧バッテリー12への充電が終了する。
Thereafter, the same operation is repeated according to ON / OFF of the reverse conducting semiconductor switches SW2 and SW3, and the
次に、高電圧バッテリー12の電力を用いて、低電圧バッテリー11を充電する動作について説明する。
この場合、制御部13は、前述のように、逆導通型半導体スイッチSWのスイッチ部SSWのゲートGSWに、ハイレベルのゲート信号SGWを出力し、スイッチ部SSW1のゲートGSW1に所定の周波数、例えば、1キロHzのゲート信号をデューティ比0.1で出力し、スイッチ部SSW2,SSW3,SSW4のゲートGSW2,GSW3,GSW4にはローレベルのゲート信号SG2,SG3,SG4を出力する。
Next, the operation of charging the
In this case, as described above, the
これにより、逆導通型半導体スイッチSWが常時オンとなり、図6に示すように、高電圧バッテリー12の陽極から、リアクトルL3,逆導通型半導体スイッチSW,リアクトルL2,逆導通型半導体スイッチSW3のダイオード部DSW3、を介して、コンデンサCMに電流I5が流れ、コンデンサCMが充電される。
一方、逆導通型半導体スイッチSW1のスイッチ部SSW1がオン・オフを繰り返すため、コンデンサCMを電源として、リアクトルL1,低電圧バッテリー11を介して、電流I6が流れる。このとき、逆導通型半導体スイッチSW1のオン・オフとリアクトルL1の作用により電流が抑えられ、降圧された電圧が低電圧バッテリー11に印加される。換言すれば、コンデンサCMの充電電圧を逆導通型半導体スイッチSW1で行うチョッパ動作により降圧して、低電圧バッテリー11に印加することにより、低電圧バッテリー11を充電する。
As a result, the reverse conducting semiconductor switch SW is always turned on, and the diode of the reactor L3, the reverse conducting semiconductor switch SW, the reactor L2, the reverse conducting semiconductor switch SW3 from the anode of the
On the other hand, since the switch section SSW1 of the reverse conducting semiconductor switch SW1 is repeatedly turned on and off, a current I6 flows through the reactor L1 and the
このようにして、図1に示す構成の双方向電力変換回路によれば、低電圧バッテリー11に蓄積された電力を用いて高電圧バッテリー12を充電し、高電圧バッテリー12に蓄積された電力を用いて低電圧バッテリー11を充電することができる。しかも、回路構成を変更することなく、種々の電圧のバッテリーを相互に充電することができる。また、ゲート信号のデューティ比を調整するだけで任意の電圧のバッテリーの組み合わせで充放電を行うことができる。
Thus, according to the bidirectional power conversion circuit having the configuration shown in FIG. 1, the high-
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、図1の回路を図7に示すように、極性を変更することも可能である。この場合も、制御回路13が各スイッチ部のゲートに供給するゲート信号は、図2,図3に示したゲート信号と同じである。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation and application are possible.
For example, the polarity of the circuit of FIG. 1 can be changed as shown in FIG. Also in this case, the gate signal supplied to the gate of each switch unit by the
また、逆導通型半導体スイッチSW4はスイッチングを行わない。このため、スイッチ部SSW4はなくてもよい。同様の理由で、逆導通型半導体スイッチSW4をダイオードに変更してもよい。 Further, the reverse conducting semiconductor switch SW4 does not perform switching. For this reason, the switch unit SSW4 may not be provided. For the same reason, the reverse conducting semiconductor switch SW4 may be changed to a diode.
例えば、逆導通型半導体スイッチは、NチャンネルMOSFETに限定されない。例えば、逆導通型半導体スイッチは、通常のバイポーラトランジスタとダイオードとを逆並列接続した構成でもよい。また、FET(Field Effect Transistor)、から逆導通型半導体スイッチを構成してもよい。さらに、サイリスタから構成してもよい。その他、任意のスイッチング用の半導体素子と還流用ダイオードを逆並列に接続したもの、例えば、製造時に寄生ダイオードが内蔵されているパワーMOSFETなどの、逆阻止能力を持たない逆導通型の半導体素子から構成したもの、などを逆導通型半導体スイッチとして使用可能である。 For example, the reverse conducting semiconductor switch is not limited to an N-channel MOSFET. For example, the reverse conducting semiconductor switch may have a configuration in which a normal bipolar transistor and a diode are connected in antiparallel. Moreover, you may comprise a reverse conduction type semiconductor switch from FET (Field Effect Transistor). Furthermore, you may comprise from a thyristor. In addition, any switching semiconductor element and freewheeling diode connected in antiparallel, for example, a reverse conduction type semiconductor element having no reverse blocking capability, such as a power MOSFET having a parasitic diode built in at the time of manufacture What has been configured can be used as a reverse conducting semiconductor switch.
また、電力を供給される側のバッテリーのかわりに負荷を接続することも可能である。
また、実施形態に記載した構成の全てを備える必要はなく、所期の目的を達成できるならば、一部の構成の組み合わせであってもよい。
It is also possible to connect a load in place of the battery to which power is supplied.
Moreover, it is not necessary to provide all the configurations described in the embodiment, and a combination of some configurations may be used as long as the intended purpose can be achieved.
10 双方向電力変換回路
11 低電圧バッテリー
12 高電圧バッテリー
13 制御回路
L1,L2,L3 リアクトル
CC,CM コンデンサ
SW 半導体スイッチ
SW、SW1、SW3、SW2、SW4 逆導通型半導体スイッチ
SSW、SSW1、SSW3、SSW2、SSW4 スイッチ部
SG、SG1、SG3、SG2、SG4 ゲート信号
DSW、DSW1、DSW3、DSW2、DSW4 ダイオード部
R1,R2 内部抵抗
AC1,AC2 交流端子
DCP,DCN 直流端子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第2のリアクトルと、
前記第2のリアクトルと第2の電池とに直列に接続された半導体スイッチと、
第1と第2の交流端子と、第1と第2の直流端子と、第1から第4のダイオードと、第1から第3の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第1の交流端子には前記第1のダイオードのアノードと前記第2のダイオードのカソードが、前記第1の直流端子には前記第1のダイオードのカソードと前記第3のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第2の直流端子には前記第2のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第2の交流端子には前記第3のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのカソードとが接続され、前記第1のダイオードに前記第1の自己消弧型素子が、前記第2のダイオードに前記第2の自己消弧型素子が、前記第3のダイオードに前記第3の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第1の交流端子と前記第2の直流端子の間に前記第1の電池と第1のリアクトルの直列回路を接続され、前記第2の交流端子と前記第2の直流端子の間に前記第2の電池と前記第2のリアクトルと前記半導体スイッチとの直列回路を接続された磁気エネルギー回生スイッチと、
前記半導体スイッチと前記第1乃至第3の自己消弧型素子とに制御信号を与える制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第1の電池を用いて、前記第1の電池の電圧よりも電圧の高い前記第2の電池を充電する際に、前記第2と第3の自己消弧型素子を同じタイミングでオンし同じタイミングでオフするスイッチングを繰り返し、
前記第2の電池を用いて、該第2の電池よりも電圧の低い前記第1の電池を充電する際に、前記半導体スイッチをオンに保持し、前記第1の自己消弧型素子をスイッチングを繰り返す、
ことを特徴とする双方向電力変換回路。 A first reactor connected in series with the first battery;
A second reactor,
A semiconductor switch connected in series to the second reactor and the second battery;
1st and 2nd AC terminal, 1st and 2nd DC terminal, 1st-4th diode, 1st-3rd self-extinguishing element, and capacitor, One of the anode of the first diode and the cathode of the second diode at the AC terminal, and one of the cathode of the first diode, the cathode of the third diode and the capacitor at the first DC terminal. The second DC terminal has the anode of the second diode, the anode of the fourth diode, and the other pole of the capacitor, and the second AC terminal has the third diode. An anode and a cathode of the fourth diode are connected, the first self-extinguishing element is connected to the first diode, and the second self-extinguishing element is connected to the second diode. Before 3 diodes A third self-extinguishing element is connected in parallel, and a series circuit of the first battery and the first reactor is connected between the first AC terminal and the second DC terminal, and the second A magnetic energy regenerative switch in which a series circuit of the second battery, the second reactor, and the semiconductor switch is connected between the AC terminal and the second DC terminal;
A control circuit for supplying a control signal to the semiconductor switch and the first to third self-extinguishing elements;
With
The control circuit includes:
When charging the second battery having a voltage higher than that of the first battery using the first battery, the second and third self-extinguishing elements are turned on at the same timing. Repeated switching off at the same timing ,
Using the second battery, when charging the first battery having a voltage lower than that of the second battery, the semiconductor switch is held on and the first self-extinguishing element is switched. to repeat the,
A bidirectional power conversion circuit characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の双方向電力変換回路。 The control circuit has a function of controlling a duty ratio of the control signal.
The bidirectional power converter circuit according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の双方向電力変換回路。 The semiconductor switch has a configuration in which a semiconductor element for switching and a diode are connected in parallel.
The bidirectional power converter circuit according to claim 1, wherein the bidirectional power converter circuit is provided.
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の双方向電力変換回路。 The semiconductor switch is a reverse conductive semiconductor element having no reverse blocking capability, or a circuit having a thyristor as an element.
The bidirectional power conversion circuit according to claim 1, wherein the bidirectional power conversion circuit is provided.
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の双方向電力変換回路。 A fourth self-extinguishing element connected in parallel to the fourth diode;
The bidirectional power conversion circuit according to claim 1, wherein the bidirectional power conversion circuit is provided.
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の双方向電力変換回路。 Each self-extinguishing element is a reverse conducting semiconductor switch, and each diode is a parasitic diode built in each self-extinguishing element connected in parallel.
The bidirectional power conversion circuit according to claim 1, wherein the bidirectional power conversion circuit is provided.
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