JP5660025B2 - 電圧変換回路およびその電圧変換回路を備える電圧変換システム - Google Patents
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Description
電力を供給している。交流モータは、たとえば計測系(電流センサや回転角センサ)の誤差に起因して周期的な電圧変動をインバータの直流電源電圧に生じさせることが知られている(特許文献1)。駆動部の周期的な電圧変動が昇圧回路の共振周波数と一致すると、昇圧回路のスイッチング素子に過大な電圧が印加されてスイッチング素子を破壊させるおそれがある。特許文献1の技術では、駆動部の電圧変動の周波数が昇圧回路の共振周波数に近づいたときに、電圧指令値を低下させてスイッチング素子の破壊を防ぐ方法を開示している。
上記発明によれば、たとえば予め準備されている最小限素子としての電圧変換ユニットを組み合わせることによって簡易に電圧変換回路を設計することができる。これにより、電流容量の変化、特に電流容量の増大に伴ってリアクトルの新規開発の必要性を抑制することができる。電流容量の増大は、リアクトルの新規開発において特に熱設計が問題となる。
上記発明によれば、たとえば予め準備されている最小限素子としての電圧変換ユニットを組み合わせることによって簡易に電圧変換回路を設計することができる。また、電圧変換ユニットが直流電源から負荷への電力供給と負荷から直流電源への電力供給の双方向に対応している。これにより、電流容量の変化および電流方向の変化、特に電流容量の増大に伴ってリアクトルの新規開発の必要性を抑制することができる。電流容量の増大は、リアクトルの新規開発において特に熱設計が問題となる。
。ここで、本実施形態では、インバータINVのスイッチング周波数finよりもスイッチング周波数fcを高周波とする。特にモータジェネレータMGの生成トルクが最大となり得る低回転領域におけるスイッチング周波数finの値fin1と比較して、スイッチング周波数fcは、10倍以上の高周波となっている。また、本実施形態では、スイッチング素子S1,S2のスイッチング周波数fcに、電圧変換ユニットの数を乗じた値が、可聴周波数帯域(20Hz〜16kHz)を超えるように設定している。
本発明は上記実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。
Claims (7)
- リチウムイオン電池から供給される直流電力の電圧を変換して交流電動機を含む負荷に供給する電圧変換回路であって、
前記電池に一方の端子が相互に並列に接続されているN個(Nは2以上の整数)のリアクトルと、前記N個のリアクトルの他方の端子に接続されており、且つ所定のデューティ比に基づいてオンオフ制御される少なくとも1つのスイッチング素子と、を有する第1回路と、
前記負荷に一方の端子が接続されている少なくとも1つの整流素子を有し、前記少なくとも1つの整流素子の他方の端子に接続されている前記少なくとも1つのスイッチング素子を前記第1回路と共有する第2回路と、
を備え、
前記第1回路は、前記少なくとも1つのスイッチング素子の通電時においては、前記電池から前記N個のリアクトルに充電するように接続され、
前記第2回路は、前記少なくとも1つのスイッチング素子の非通電時においては、前記N個のリアクトルから平滑コンデンサ及び前記負荷に放電するように接続され、
前記少なくとも1つのスイッチング素子は、N個のスイッチング素子を含み、
各スイッチング素子のスイッチング周波数は、可聴周波数帯域内であるとともに、前記リアクトルの並列数を乗じた際に可聴周波数帯域を超え、且つ1個の前記リアクトルのインダクタンスと前記コンデンサの容量と前記デューティ比とから算出される共振周波数が、前記交流電動機に起因する前記負荷の電圧変動の周波数範囲に含まれ、N個の前記リアクトルの合成インダクタンスと前記容量と前記デューティ比とから算出される共振周波数が、前記周波数範囲に含まれない電圧変換回路。 - 請求項1記載の電圧変換回路であって、
前記少なくとも1つの整流素子は、N個の整流素子を含み、
前記第1回路は、前記N個のスイッチング素子の各々の通電時においては、前記電池から前記N個のスイッチング素子の各々に接続されている各リアクトルに電力を供給するように接続され、
前記第2回路は、前記N個のスイッチング素子の非通電時においては、前記N個のスイッチング素子の各々に接続されている各リアクトルから前記負荷に電力を供給するように接続されている電圧変換回路。 - リチウムイオン電池から供給される直流電力の電圧を変換して交流電動機を含む負荷に供給する電圧変換回路であって、
前記電池と前記負荷との間において、相互に並列に接続されているN個(Nは2以上の整数)の電圧変換ユニットを備え、
前記電圧変換ユニットは、
前記電池に一方の端子が接続されているリアクトルと、前記リアクトルの他方の端子に接続されており、且つ所定のデューティ比に基づいてオンオフ制御されるスイッチング素子と、を有する第1回路と、
前記負荷に一方の端子が接続されている整流素子を有し、前記整流素子の他方の端子に接続されている前記スイッチング素子を前記第1回路と共有する第2回路と、
を備え、
前記第1回路は、前記スイッチング素子の通電時においては、前記電池から前記リアクトルに充電するように接続され、
前記第2回路は、前記スイッチング素子の非通電時においては、前記リアクトルから平滑コンデンサ及び前記負荷に放電するように接続され、
各電圧変換ユニットが備えるスイッチング素子のスイッチング周波数は、可聴周波数帯域内であるとともに、前記電圧変換ユニットの数を乗じた際に可聴周波数帯域を超え、且つ1個の前記リアクトルのインダクタンスと前記コンデンサの容量と前記デューティ比とから算出される共振周波数が、前記交流電動機に起因する前記負荷の電圧変動の周波数範囲に含まれ、N個の前記リアクトルの合成インダクタンスと前記容量と前記デューティ比とから算出される共振周波数が、前記周波数範囲に含まれない電圧変換回路。 - 請求項2に記載の電圧変換回路であって、
前記第1回路には、前記N個のスイッチング素子と並列にN個の整流素子が備えられ、
前記第2回路には、前記N個の整流素子と並列にN個のスイッチング素子が備えられ、
前記第1回路に備える前記N個のスイッチング素子と前記第2回路に備える前記N個のスイッチング素子にはデッドタイムが設けられ、
前記第1回路に備える前記N個のスイッチング素子の通電時においては、前記第2回路に備える前記N個のスイッチング素子は非通電状態にあり、
前記第1回路に備える前記N個のスイッチング素子の非通電時においては、前記第2回路に備える前記N個のスイッチング素子は通電状態にあり、
前記電池から前記負荷への電力供給と、前記負荷から前記電池への電力供給の双方を兼ね備えた電圧変換回路。 - 請求項3記載の電圧変換回路であって、
前記電圧変換ユニットの第1回路に備えるスイッチング素子と並列に整流素子を備え、
第2回路に備える整流素子と並列にスイッチング素子を備え、
前記第1回路に備えるスイッチング素子と前記第2回路に備えるスイッチング素子にはデッドタイムが設けられ、
前記第1回路に備えるスイッチング素子の通電時においては、前記第2回路に備える前記のスイッチング素子は非通電状態にあり、
前記第1回路に備えるスイッチング素子の非通電時においては、前記第2回路に備える前記のスイッチング素子は通電状態にあり、
前記電池から前記負荷への電力供給と、前記負荷から前記電池への電力供給の双方を兼ね備えた電圧変換回路。 - 請求項2〜5のいずれか1項に記載の電圧変換回路と、
前記電圧変換回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記N個のスイッチング素子を相互に相違する位相で駆動することを特徴とする電圧変換システム。 - 請求項6に記載の電圧変換システムであって、
前記負荷が車載主機としての前記交流電動機と前記交流電動機を駆動するための直流交流変換回路を備える交流電動機システムであることを特徴とする電圧変換システム。
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