JP5665649B2 - DC / DC power converter - Google Patents
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Description
この発明は、直流電圧を昇圧あるいは降圧した直流電圧に変換するDC/DC電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a DC / DC power converter that converts a DC voltage into a DC voltage that is stepped up or stepped down.
直流電圧を昇圧あるいは降圧した直流電圧に変換するDC/DC電力変換装置は、例えば、太陽光発電システム、ハイブリッド自動車などに使用されている。このDC/DC電力変換装置は、例えば、特開昭61−92162号公報(特許文献1)、特開2005−224060号公報(特許文献2)に開示されているように、図2に示す回路構成となっている。 A DC / DC power conversion device that converts a DC voltage into a DC voltage that is stepped up or stepped down is used, for example, in a solar power generation system, a hybrid vehicle, or the like. This DC / DC power conversion apparatus includes, for example, the circuit shown in FIG. 2 as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-92162 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-224060 (Patent Document 2). It has a configuration.
図2において、DC/DC電力変換装置100は、例えば太陽電池などの直流電源10からの入力電圧Vinを平滑化する入力コンデンサ11と、昇圧動作のためのリアクトル12と、リアクトル12に電圧を発生させる互いに直列接続された第1、及び第2のスイッチング素子13、14と、第1、及び第2のスイッチング素子13、14のオン・オフにより充放電動作する充放電コンデンサ15と、出力からの逆流を防止する互いに直列接続されたダイオード16、17と、出力電圧を平滑化する平滑用コンデンサ18とを備え、この平滑用コンデンサ18の電圧が目標電圧Voutになるように昇圧している。そして、目標電圧Voutを負荷である、例えば系統19に供給する。制御回路20は、入力コンデンサ11、充放電コンデンサ15、平滑用コンデンサ18の電圧、及び主回路21に接続された電流検出器22の検出電流を入力し、第1、及び第2のスイッチング素子13、14を制御する。なお、第1、及び第2のスイッチ素子13、14、充放電コンデンサ15、ダイオード16、17により、直流電圧変換部23を構成している。
In FIG. 2, a DC /
上記構成のDC/DC電力変換装置100は、制御回路20による第1、及び第2のスイッチング素子13、14のオン・オフ動作を利用して、リアクトル12へのエネルギーの蓄勢と放勢の量をコントロールし、直流から直流への電力変換を行う。また、このリアクトル12は大型で重いという課題があることから、コンデンサ11の充放電を利用してリアクトル12に印加される電圧を低減し、リアクトル12に必要なインダクタンス値を低減することにより、リアクトル12を小型、軽量化されている。
The DC / DC
ところで、DC/DC電力変換装置に対し、直流を交流に変換するインバータと組み合わせてシステムが構成される場合がある。例えば、太陽光発電用電力変換システム、エアーコンディショナ、ハイブリッド自動車の電気駆動システム等がある。これらシステムに用いられるDC/DC電力変換装置は、電源の状態(例えば、太陽光発電システムにおける太陽電池の光の照射量)や負荷の状態(例えば、ハイブリッド自動車の電気駆動システムのモータの回転数)に応じて、その出力電圧をコントロールする。即ち、その電圧変換に係わる電圧比を制御している。この電圧比の調整は、一般的に、スイッチング素子の通流率、所謂、デューティファクタを制御することにより行われている。 By the way, a system may be configured by combining a DC / DC power converter with an inverter that converts direct current into alternating current. For example, there are a power conversion system for photovoltaic power generation, an air conditioner, an electric drive system for a hybrid vehicle, and the like. The DC / DC power converters used in these systems have a power supply state (for example, the amount of solar cell light irradiation in a solar power generation system) and a load state (for example, the number of rotations of a motor in an electric drive system of a hybrid vehicle) ) To control its output voltage. That is, the voltage ratio related to the voltage conversion is controlled. The adjustment of the voltage ratio is generally performed by controlling the conduction rate of the switching element , that is, the so-called duty factor.
図2に示すDC/DC電力変換装置100を、太陽光発電パワーコンディショナに用いた場合、直流電源10、即ち、太陽電池が発電しているとき、リアクトル12に流れるリアクトル電流ILと第1、及び第2のスイッチング素子13、14のデューティファクタD1、D2で充放電コンデンサ15のコンデンサ電圧VCfを制御している。充放電コンデンサ15のコンデンサ電圧VCfは、次式で求められる。
If the DC / DC
この式より理解されるように、リアクトル12にリアクトル電流ILが流れないとき、充放電コンデンサ15のコンデンサ電圧VCfが制御不能になる。また、系統19と接続されているため、充放電コンデンサ15や平滑用コンデンサ18、および第1、及び第2の半導体素子13、14に系統電圧が印加され、漏れ電流の関係で充放電コンデンサ15のコンデンサ電圧VCfは0〜Voutまで不定となる。漏れ電流が大きい素子では、素子に印加される電圧は小さくなるが、漏れ電流が小さい素子では、素子に印加される電圧は大きくなる。
As understood from this equation, when no flow reactor current I L in
このように、従来のDC/DC電力変換装置には、充放電コンデンサ15のコンデンサ電圧が0〜Vout[V]で不定となり、第1、及び第2のスイッチング素子13、14、ダイオード16、17、充放電コンデンサ15の何れかに過電圧が印加されることになった場合、第1、及び第2のスイッチング素子13、14、ダイオード16、17などの半導体素子の過電圧破壊が発生する可能性があった。
Thus, in the conventional DC / DC power converter, the capacitor voltage of the charge /
この発明は、前記の問題点に鑑みてなされたもので、DC/DC電力変換装置を構成するリアクトルに電流が流れなくなり、充放電コンデンサの電圧制御ができなくなったとき、半導体素子の過電圧破壊を防止するDC/DC電力変換装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems. When current stops flowing through the reactor constituting the DC / DC power converter and voltage control of the charge / discharge capacitor cannot be performed, overvoltage breakdown of the semiconductor element is prevented. The present invention provides a DC / DC power converter for preventing the above.
この発明に係るDC/DC電力変換装置は、直流電源に接続されたリアクトルと出力電圧の平滑用コンデンサとの間に直流電圧変換部を設け、前記直流電圧変換部は、第1、及び第2のスイッチング素子と、前記第1、及び第2のスイッチング素子のオン・オフにより充放電動作する充放電コンデンサと、前記充放電コンデンサの充電経路と放電経路を形成するダイオードと、を有するDC/DC電力変換装置において、前記ダイオードと前記平滑用コンデンサとの接続点と、前記充放電コンデンサの高電位側端子の間に接続される第1の分圧抵抗と、前記充放電コンデンサと並列に接続される第2の分圧抵抗と、前記充放電コンデンサの低電位側端子と、前記第1のスイッチング素子と前記平滑用コンデンサの接続点の間に接続される第3の分圧抵抗と、を備えたものである。 In the DC / DC power converter according to the present invention, a DC voltage converter is provided between a reactor connected to a DC power source and an output voltage smoothing capacitor, and the DC voltage converter includes first and second DC voltage converters. DC / DC having a switching element, a charging / discharging capacitor that performs charging / discharging operation by turning on and off the first and second switching elements, and a diode that forms a charging path and a discharging path of the charging / discharging capacitor In the power converter, the first voltage dividing resistor connected between the connection point of the diode and the smoothing capacitor, the high potential side terminal of the charge / discharge capacitor, and the charge / discharge capacitor are connected in parallel. second voltage dividing resistor that, the low potential side terminal of the charging and discharging capacitor, the first third being connected between the connection point between the switching element and the smoothing capacitor Voltage dividing resistors, those with a.
この発明に係るDC/DC電力変換装置によれば、DC/DC電力変換装置を構成するリアクトルに電流が流れなくなり、充放電コンデンサの電圧制御ができなくなったとき、半導体素子の過電圧破壊を防止することができる。 According to the DC / DC power converter according to the present invention, when no current flows through the reactor constituting the DC / DC power converter and voltage control of the charge / discharge capacitor becomes impossible, overvoltage breakdown of the semiconductor element is prevented. be able to.
以下、添付の図面を参照して、この発明に係るDC/DC電力変換装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更を含むものである。 Preferred embodiments of a DC / DC power conversion apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment, and includes various design changes.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るDC/DC電力変換装置を説明する回路図である。図1において、DC/DC電力変換装置200は、ダイオード17のカソード側と平滑用コンデンサ18aとの接続点aと、充放電コンデンサ15の高電位側端子bの間に第1の分圧抵抗24を接続し、充放電コンデンサ15と並列に第2の分圧抵抗25を接続し、充放電コンデンサ15の低電位側端子cと、第1のスイッチング素子13と平滑用コンデンサ18bの接続点dの間に第3の分圧抵抗26を接続したものである。なお、その他の構成については図2に示す従来装置と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。また、図2で示した第1、及び第2のスイッチング素子13、14を制御する制御回路と、負荷の図示を省略している。
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit diagram illustrating a DC / DC power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the DC /
前述のように、従来のDC/DC電力変換装置においては、充放電コンデンサ15のコンデンサ電圧が不定となり、第1、及び第2のスイッチング素子13、14、ダイオード16、17、充放電コンデンサ15の何れかに過電圧が印加されることになった場合、第1、及び第2のスイッチング素子13、14、ダイオード16、17などの半導体素子の過電圧破壊が発生する可能性がある。
As described above, in the conventional DC / DC power converter, the capacitor voltage of the charging /
しかし、実施の形態1に係るDC/DC電力変換装置200では、分圧抵抗24〜26を挿入することにより、充放電コンデンサ15に印加される電圧V2は、分圧抵抗24〜26の分圧比のみで決まる次の式2となる。
V2={R2/(R1+R2+R3)}Vout・・・・・式2
However, in the DC /
V2 = {R2 / (R1 + R2 + R3)} Vout Equation 2
このように、DC/DC電力変換装置200は、出力電圧Voutを分圧して均等化し、充放電コンデンサ15のコンデンサ電圧VCfを一定に保つことができるため、第1、及び第2のスイッチング素子13、14、ダイオード16、17などの半導体素子の過電圧破壊を防止することができ、低耐圧、低損失の半導体素子やコンデンサを使用することができる。また、各半導体素子に印加される電圧を推定することができ、耐圧や損失を加味した主回路設計を行うことができる。
Thus, since the DC /
また、近年、太陽光発電システムの高機能化が求められている中、実施の形態1に係るDC/DC電力変換装置200をこの太陽光発電システムに用いた場合、付加価値として、入力電流が流れないときの系統電圧安定化機能を実現できる。
Further, in recent years, there has been a demand for higher functionality of a photovoltaic power generation system. When the DC / DC
10 直流電源(太陽電池)、11 入力コンデンサ、12 リアクトル、13 第1のスイッチング素子、14 第2のスイッチング素子、15 充放電コンデンサ、16、17 ダイオード、18、18a,18b 平滑用コンデンサ、19 負荷(系統)、20 制御回路、21 主回路、22 電流検出器、23 直流電圧変換部、24、25、26 分圧抵抗、100、200 DC/DC電力変換装置。 10 DC power supply (solar cell), 11 input capacitor, 12 reactor, 13 first switching element, 14 second switching element, 15 charge / discharge capacitor, 16, 17 diode , 18 , 18a, 18b smoothing capacitor, 19 load (System), 20 control circuit, 21 main circuit, 22 current detector, 23 DC voltage converter, 24, 25, 26 voltage dividing resistor, 100, 200 DC / DC power converter.
Claims (1)
前記ダイオードと前記平滑用コンデンサとの接続点と、前記充放電コンデンサの高電位側端子の間に接続される第1の分圧抵抗と、
前記充放電コンデンサと並列に接続される第2の分圧抵抗と、
前記充放電コンデンサの低電位側端子と、前記第1のスイッチング素子と前記平滑用コンデンサの接続点の間に接続される第3の分圧抵抗と、を備えたことを特徴とするDC/DC電力変換装置。 A direct-current voltage converter is provided between a reactor connected to the direct-current power supply and the output voltage smoothing capacitor. The direct-current voltage converter includes first and second switching elements, and the first and second In a DC / DC power conversion apparatus, comprising: a charge / discharge capacitor that performs charge / discharge operation by turning on / off the switching element; and a diode that forms a charge path and a discharge path of the charge / discharge capacitor
A first voltage dividing resistor connected between a connection point between the diode and the smoothing capacitor, and a high potential side terminal of the charge / discharge capacitor;
A second voltage dividing resistor connected in parallel with the charge / discharge capacitor;
A DC / DC comprising: a low potential side terminal of the charge / discharge capacitor; and a third voltage dividing resistor connected between a connection point of the first switching element and the smoothing capacitor. Power conversion device.
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