JP5802073B2 - Bidirectional power converter - Google Patents
Bidirectional power converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP5802073B2 JP5802073B2 JP2011162871A JP2011162871A JP5802073B2 JP 5802073 B2 JP5802073 B2 JP 5802073B2 JP 2011162871 A JP2011162871 A JP 2011162871A JP 2011162871 A JP2011162871 A JP 2011162871A JP 5802073 B2 JP5802073 B2 JP 5802073B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- voltage
- converter
- switching
- conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、双方向電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a bidirectional power converter.
従来、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置があり、一般に、直流電圧を昇圧または降圧するDC/DC変換部と、DC/DC変換部が出力する直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換部とを備えている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a power conversion device that converts a DC voltage into an AC voltage. Generally, a DC / DC converter that boosts or lowers a DC voltage, and a DC / DC that converts a DC voltage output from the DC / DC converter into an AC voltage. An AC converter (see, for example, Patent Document 1).
例えば、図9に示す電力変換装置Bは、DC/DC変換部101と、DC/AC変換部102とを備えている。
For example, the power conversion device B illustrated in FIG. 9 includes a DC /
DC/DC変換部101は、スイッチング回路1011と、高周波トランスTr101と、整流回路1012と、検出部1013と、制御回路1014とで構成される。
The DC /
スイッチング回路1011は、直流電源E100の直流電圧Vdc101を入力とし、図示しないスイッチング素子をオン・オフ駆動することによって、直流電源E100から供給される電流を周期的に極性反転させて、高周波トランスTr101の一次巻線へ供給する。そして、高周波トランスTr101の二次巻線には誘起電圧が発生し、整流回路1012によって整流されて、整流回路1012の出力端間には直流電圧Vdc102が発生する。この直流電圧Vdc102は、直流電圧Vdc101を昇圧または降圧した電圧になる。
The
そして、検出部1013は、直流電圧Vdc102を検出しており、制御回路1014は、直流電圧Vdc102の検出値が目標電圧に一致するように、スイッチング回路1011をスイッチング制御する。すなわち、制御回路1014は、直流電圧Vdc102を目標電圧にフィードバック制御している。
The
次に、DC/AC変換部102は、スイッチング回路1021と、フィルタ回路1022と、検出部1023と、制御回路1024とで構成される。
Next, the DC /
スイッチング回路1021は、直流電圧Vdc102を入力とし、図示しないスイッチング素子をオン・オフ駆動することによって、直流電圧Vdc102を交流電圧に変換する。そして、スイッチング回路1021が出力する交流電圧はフィルタ回路1022を通り、不要な周波数帯域が減衰した交流電圧Vac101をフィルタ回路1022から出力する。
The
そして、検出部1023は、交流電圧Vac101を検出しており、制御回路1024は、交流電圧Vac101の検出値が目標電圧に一致するように、スイッチング回路1021をスイッチング制御する。すなわち、制御回路1024は、交流電圧Vac101を目標電圧にフィードバック制御している。
The detecting
このように電力変換装置Bは、DC/DC変換部101およびDC/AC変換部102の各出力を検出する検出部1013,1023と、各検出結果に基づいてフィードバック制御を行う制御回路1014,1024とを備えている。
As described above, the power conversion apparatus B includes
上述のようにDC/DC変換部とDC/AC変換部とを備えた電力変換装置において、電力効率の向上、および部品点数の削減、小型化が求められている。さらには、直流電圧Vdc101を交流電圧Vac101に変換するDC/AC変換機能だけでなく、交流電圧Vac101を直流電圧Vdc101に変換するAC/DC変換機能も併せて備える双方向DC/ACコンバータとしての機能も求められている。 As described above, in a power conversion device including a DC / DC conversion unit and a DC / AC conversion unit, improvement in power efficiency, reduction in the number of components, and downsizing are required. Furthermore, a function as a bidirectional DC / AC converter having not only a DC / AC conversion function for converting the DC voltage Vdc101 into the AC voltage Vac101 but also an AC / DC conversion function for converting the AC voltage Vac101 into the DC voltage Vdc101. Is also sought.
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、双方向の電圧変換を行うDC/DC変換部およびDC/AC変換部を備えて、双方向の出力電圧の精度を確保するとともに、電力効率の向上、および部品点数の削減、小型化を図ることができる双方向電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a DC / DC conversion unit and a DC / AC conversion unit that perform bidirectional voltage conversion to ensure the accuracy of the bidirectional output voltage. In addition, an object is to provide a bidirectional power conversion device that can improve power efficiency, reduce the number of components, and reduce the size.
本発明の双方向電力変換装置は、第1の直流電路と第2の直流電路との間に設けられて、前記第1の直流電路の直流電圧をオープンループ制御によってDC/DC変換した直流電圧を前記第2の直流電路に出力する第1の動作と、前記第2の直流電路の直流電圧をオープンループ制御によってDC/DC変換した直流電圧を前記第1の直流電路に出力する第2の動作とを切り換えて、双方向の電圧変換を行うDC/DC変換部と、第2の直流電路と交流電路との間に設けられて、前記第2の直流電路の直流電圧をフィードバック制御によってDC/AC変換した交流電圧を前記交流電路に出力する第3の動作と、前記交流電路の交流電圧をフィードバック制御によってAC/DC変換した直流電圧を前記第2の直流電路に出力する第4の動作とを切り換えて、双方向の電圧変換を行うDC/AC変換部とを備え、前記DC/DC変換部が前記第1の動作を行い、且つ前記DC/AC変換部が前記第3の動作を行う第1のモードと、前記DC/DC変換部が前記第2の動作を行い、且つ前記DC/AC変換部が前記第4の動作を行う第2のモードとを切替可能に構成され、前記DC/AC変換部は、前記交流電路の交流電圧を検出する第1の出力検出部と、前記第1の直流電路の直流電圧と前記第2の直流電路の直流電圧との両方を検出する第2の出力検出部と、前記第3の動作時に前記交流電路に出力する交流電圧を、前記第1の出力検出部の検出値が所定の目標値に一致する方向にフィードバック制御し、前記第4の動作時に前記第2の直流電路に出力する直流電圧を、前記第2の出力検出部の検出値が所定の目標値に一致する方向にフィードバック制御する制御回路とを具備することを特徴とする。 The bidirectional power converter of the present invention is provided between the first DC circuit and the second DC circuit, and is a DC voltage obtained by DC / DC conversion of the DC voltage of the first DC circuit by open loop control. Is output to the second DC circuit, and a DC voltage obtained by DC / DC conversion of the DC voltage of the second DC circuit by open loop control is output to the first DC circuit. A DC / DC converter that performs bidirectional voltage conversion by switching between the operation and a second DC circuit and an AC circuit, and the DC voltage of the second DC circuit is DC-controlled by feedback control. A third operation for outputting an AC voltage obtained by / AC conversion to the AC circuit and a fourth operation for outputting a DC voltage obtained by AC / DC conversion of the AC voltage of the AC circuit by feedback control to the second DC circuit. And a DC / AC converter that performs bidirectional voltage conversion, the DC / DC converter performs the first operation, and the DC / AC converter performs the third operation. The DC mode is configured to be switchable between a first mode and a second mode in which the DC / DC converter performs the second operation and the DC / AC converter performs the fourth operation, and the DC The / AC converter is a first output detector that detects an AC voltage of the AC circuit, and a second that detects both the DC voltage of the first DC circuit and the DC voltage of the second DC circuit. Feedback control of the output voltage of the output detection unit and the AC voltage output to the AC circuit during the third operation in a direction in which the detection value of the first output detection unit matches a predetermined target value, The DC voltage output to the second DC circuit during operation is the second voltage The detection value of the output detection unit is characterized by comprising a control circuit for feedback control in a direction that matches a predetermined target value.
この発明において、前記制御回路は、前記第4の動作時に前記第2の直流電路に出力する直流電圧を、前記第2の直流電路の直流電圧が第1の目標値に一致する方向にフィードバック制御した後、前記第1の直流電路の直流電圧が第2の目標値に一致する方向にフィードバック制御することが好ましい。 In this invention, the control circuit feedback-controls the DC voltage output to the second DC circuit during the fourth operation in the direction in which the DC voltage of the second DC circuit matches the first target value. After that, it is preferable to perform feedback control in a direction in which the DC voltage of the first DC circuit matches the second target value.
以上説明したように、本発明では、双方向の電圧変換を行うDC/DC変換部およびDC/AC変換部を備えて、双方向の出力電圧の精度を確保するとともに、電力効率の向上、および部品点数の削減、小型化を図ることができるという効果がある。 As described above, the present invention includes the DC / DC conversion unit and the DC / AC conversion unit that perform bidirectional voltage conversion, ensures the accuracy of the bidirectional output voltage, improves the power efficiency, and There is an effect that the number of parts can be reduced and the size can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本実施形態の双方向電力変換装置A1のブロック構成を示しており、双方向電力変換装置A1は、DC/DC変換部1と、DC/AC変換部2とを備えている。DC/DC変換部1とDC/AC変換部2とは、直流電路W2(第2の直流電路)を介して内部接続される。そして、DC/DC変換部1は、外部からの直流電路W1(第1の直流電路)と直流電路W2(第2の直流電路)との間に接続される。DC/AC変換部2は、直流電路W2と外部からの交流電路W3との間に接続される。なお、直流電路W1の直流電圧を直流電圧Vdc1、直流電路W2の直流電圧を直流電圧Vdc2、交流電路W3の交流電圧を交流電圧Vac1とする。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a block configuration of a bidirectional power conversion device A1 of the present embodiment, and the bidirectional power conversion device A1 includes a DC /
DC/DC変換部1は、整流スイッチング回路11と、高周波トランスTr1と、整流スイッチング回路12とで構成され、図2にDC/DC変換部1の回路構成を示す。
The DC /
整流スイッチング回路11は、直列接続したスイッチング素子Q11,Q12と直列接続したスイッチング素子Q13,Q14との並列回路を備える。そして、スイッチング素子Q11〜Q14の各々は、コンデンサC11〜C14が並列接続され、さらにダイオードD11〜D14が逆並列接続されている。スイッチング素子Q11,Q12およびスイッチング素子Q13,Q14の各接続中点間には、高周波トランスTr1の一次巻線N1が接続されている。また、スイッチング素子Q11,Q12の直列回路には、コンデンサC15が並列接続されている。
The rectifying
そして、駆動回路K11が、スイッチング素子Q11,Q14とスイッチング素子Q12,Q13とを交互にオン・オフ駆動することによって、整流スイッチング回路11は、高周波トランスTr1側を出力とするスイッチング回路として動作する。また、駆動回路K11が、スイッチング素子Q11〜Q14をオフ状態に維持することによって、整流スイッチング回路11は、高周波トランスTr1側を入力とする整流回路として動作する。
Then, the drive circuit K11 drives the switching elements Q11 and Q14 and the switching elements Q12 and Q13 alternately on and off, so that the rectifying
次に、高周波トランスTr1の二次巻線N2には、インダクタLsとコンデンサCsとが直列接続されており、インダクタLsとコンデンサCsと高周波トランスTr1の二次巻線N2とで直列共振回路K2が構成される。 Next, an inductor Ls and a capacitor Cs are connected in series to the secondary winding N2 of the high-frequency transformer Tr1, and a series resonant circuit K2 is formed by the inductor Ls, the capacitor Cs, and the secondary winding N2 of the high-frequency transformer Tr1. Composed.
次に、整流スイッチング回路12は、直列接続したスイッチング素子Q21,Q22と直列接続したスイッチング素子Q23,Q24との並列回路を備える。そして、スイッチング素子Q21〜Q24の各々は、コンデンサC21〜C24が並列接続され、さらにダイオードD21〜D24が逆並列接続されている。スイッチング素子Q21,Q22およびスイッチング素子Q23,Q24の各接続中点間には、直列共振回路K2が接続されている。また、スイッチング素子Q21,Q22の直列回路には、コンデンサC25が並列接続されている。
Next, the rectifying
そして、駆動回路K21が、スイッチング素子Q21,Q24とスイッチング素子Q22,Q23とを交互にオン・オフ駆動することによって、整流スイッチング回路12は、高周波トランスTr1側を出力とするスイッチング回路として動作する。また、駆動回路K21が、スイッチング素子Q21〜Q24をオフ状態に維持することによって、整流スイッチング回路12は、高周波トランスTr1側を入力とする整流回路として動作する。
The drive circuit K21 drives the switching elements Q21 and Q24 and the switching elements Q22 and Q23 alternately on and off, so that the rectifying switching
上記のように構成されたDC/DC変換部1は、整流スイッチング回路11がスイッチング回路として動作し、整流スイッチング回路12が整流回路として動作することで、DC/AC変換部2側を出力とするDC/DCコンバータとして機能する。この場合、直流電路W1に接続された直流電源E1がDC/DC変換部1の入力となり、直流電圧Vdc1を昇圧または降圧(DC/DC変換)した直流電圧Vdc2がDC/DC変換部1の出力となる(第1の動作)。
In the DC /
また、DC/DC変換部1は、整流スイッチング回路11が整流回路として動作し、整流スイッチング回路12がスイッチング回路として動作することで、DC/AC変換部2側を入力とするDC/DCコンバータとして機能する。この場合、DC/AC変換部2から入力される直流電圧Vdc2がDC/DC変換部1の入力となり、直流電圧Vdc2を昇圧または降圧(DC/DC変換)した直流電圧Vdc1がDC/DC変換部1の出力となる(第2の動作)。
Further, the DC /
すなわち、DC/DC変換部1は、双方向のDC/DC変換機能を有しており、駆動回路K11,K21の各動作を連動して切り替えることによって、入出力方向を切り替えることができる。
That is, the DC /
ここで、駆動回路K11,K21は、DC/DC変換部1に入出力される直流電圧Vdc1,Vdc2の各値に関わらす、予め決められたスイッチング周波数(オン期間、オフ期間)で、スイッチング素子Q11〜Q14,Q21〜Q24をオン・オフ駆動する。すなわち、DC/DC変換部1は、オープンループ制御によって、直流電圧Vdc1を昇圧または降圧した直流電圧Vdc2、または直流電圧Vdc2を昇圧または降圧した直流電圧Vdc1を生成している。したがって、DC/DC変換部1の入出力状態を検出する検出部や、直流電圧Vdc1,Vdc2をフィードバック制御する制御回路が不要となり、消費電力の低減による電力効率の向上、および部品点数の削減、小型化を図ることができる。
Here, the drive circuits K11 and K21 are switching elements having a predetermined switching frequency (on period, off period) related to each value of the DC voltages Vdc1 and Vdc2 input / output to / from the DC /
次に、DC/AC変換部2は、スイッチング回路21と、フィルタ回路22と、検出部23(第1の出力検出部)と、制御回路24と、検出部25(第2の出力検出部)とで構成され、図3にDC/AC変換部2の回路構成を示す。
Next, the DC /
スイッチング回路21は、直列接続したスイッチング素子Q31,Q32と直列接続したスイッチング素子Q33,Q34との並列回路を備える。そして、スイッチング素子Q31〜Q34の各々は、コンデンサC31〜C34が並列接続され、さらにダイオードD31〜D34が逆並列接続されている。スイッチング素子Q31,Q32およびスイッチング素子Q33,Q34の各接続中点間には、フィルタ回路22が接続されている。また、スイッチング素子Q31,Q32の直列回路には、コンデンサC35が並列接続されている。
The switching
フィルタ回路22は、インダクタL41,L42と、コンデンサC41とを備える。インダクタL41は、スイッチング素子Q33,Q34の接続中点に一端が接続され、インダクタL42は、スイッチング素子Q31,Q32の接続中点に一端が接続され、コンデンサC41は、インダクタL41およびインダクタL42の各他端間に接続される。
The
そして、駆動回路K31が、スイッチング素子Q31,Q34とスイッチング素子Q32,Q33とを交互にオン・オフ駆動することによって、スイッチング回路21は、フィルタ回路22側を出力とするDC/ACインバータとして動作する。この場合、DC/DC変換部1が出力する直流電圧Vdc2がDC/AC変換部2の入力となり、直流電圧Vdc2を交流電圧Vac1にDC/AC変換して出力する(第3の動作)。
Then, the drive circuit K31 drives the switching elements Q31 and Q34 and the switching elements Q32 and Q33 alternately on and off, so that the switching
また、駆動回路K31が、スイッチング素子Q31,Q33をオフ状態に維持し、スイッチング素子Q32,Q34を間欠的にオンさせることによって、スイッチング回路21は、フィルタ回路22側を入力とするAC/DCコンバータとして動作する。この場合、交流電路W3に接続された交流電源E2がDC/AC変換部2の入力となり、交流電圧Vac1を直流電圧Vdc2にAC/DC変換して出力する(第4の動作)。
Further, the driving circuit K31 maintains the switching elements Q31 and Q33 in the off state and intermittently turns on the switching elements Q32 and Q34, so that the switching
すなわち、DC/AC変換部2は、双方向のDC/AC変換機能を有しており、制御回路24が駆動回路K31の動作を切り替えることによって、入出力方向を切り替えることができる。
That is, the DC /
したがって、DC/DC変換部1が、直流電圧Vdc1を直流電圧Vdc2に変換するDC/DCコンバータとして機能し、DC/AC変換部2が直流電圧Vdc2を交流電圧Vac1に変換するDC/ACインバータとして機能する場合、双方向電力変換装置A1は、DC/ACインバータとして機能する(第1のモード)。また、DC/AC変換部2が交流電圧Vac1を直流電圧Vdc2に変換するAC/DCコンバータとして機能し、DC/DC変換部1が、直流電圧Vdc2を直流電圧Vdc1に変換するDC/DCコンバータとして機能する場合、双方向電力変換装置A1は、AC/DCコンバータとして機能する(第2のモード)。双方向電力変換装置A1において、上記第1のモードおよび第2のモードは、切替可能に構成されている。
Therefore, the DC /
そして、検出部23は、交流電圧Vac1を検出しており、制御回路24は、双方向電力変換装置A1がDC/ACインバータとして機能しているときに、交流電圧Vac1の検出値が目標電圧に一致するように、スイッチング回路21をスイッチング制御する。すなわち、制御回路24は、交流電圧Vac1を目標電圧にフィードバック制御している。
The
また、検出部25は、直流電圧Vdc2を検出しており、制御回路24は、双方向電力変換装置A1がAC/DCコンバータとして機能しているときに、直流電圧Vdc2の検出値が目標電圧に一致するように、スイッチング回路21をスイッチング制御する。すなわち、制御回路24は、直流電圧Vdc2を目標電圧にフィードバック制御している。
The detecting
このように双方向電力変換装置A1は、双方向のDC/AC変換機能を有しながら、DC/DC変換部1がオープンループ制御を行い、DC/AC変換部2がフィードバック制御を行っている。
Thus, the bidirectional power converter A1 has a bidirectional DC / AC conversion function, the DC /
したがって、双方向電力変換装置A1がDC/ACインバータとして機能しているときに、DC/DC変換部1が出力する直流電圧Vdc2が変動した場合でも、DC/AC変換部2が出力する交流電圧Vac1を目標電圧に一致させることができる。また、双方向電力変換装置A1がAC/DCコンバータとして機能しているときは、DC/AC変換部2が出力する直流電圧Vdc2がフィードバック制御されるので、オープン制御されているDC/DC変換部1が出力する直流電圧Vdc1も略一定に制御することができる。
Therefore, even when the bidirectional power converter A1 functions as a DC / AC inverter, even if the DC voltage Vdc2 output from the DC /
すなわち、双方向の電圧変換を行うDC/DC変換部1およびDC/AC変換部2を備える双方向電力変換装置A1において、双方向の出力電圧の精度を確保することができる。さらに、DC/DC変換部1のフィードバック制御手段が不要となり、消費電力の低減による電力効率の向上、および部品点数の削減、小型化を図ることができる。
That is, in the bidirectional power conversion device A1 including the DC /
また、直列共振回路K2を備えることによって、双方向電力変換装置A1がDC/ACインバータとして機能しているときの整流スイッチング回路11、双方向電力変換装置A1がAC/DCコンバータとして機能しているときの整流スイッチング回路12は、LLC共振型コンバータでとして動作する。したがって、スイッチング素子Q11〜Q14、スイッチング素子Q21〜Q24の各スイッチング損失を低減させることができ、さらなる高効率化を図ることができる。
Further, by providing the series resonant circuit K2, the rectifying switching
次に、整流スイッチング回路12がスイッチング回路として動作している場合において、スイッチング素子Q21〜Q24のスイッチング周期と直列共振回路K2による共振電流との関係について、説明する。
Next, when the
図4は、双方向電力変換装置A1がAC/DCコンバータとして機能しているときのダイオードD11〜D14(以降、ダイオードD11〜D14を区別しない場合、ダイオードDAと称す)におけるカソード−アノード間の電圧Vkの電圧波形Y1、および順方向電流Ifの電流波形Y2を示す。なお、直列共振回路K2の共振電流は、スイッチング素子Q21〜Q24(以降、スイッチング素子Q21〜Q24を区別しない場合、スイッチング素子QAと称す)を流れるが、この共振電流の波形は、順方向電流Ifの電流波形Y2と略同様になる。 FIG. 4 shows the voltage between the cathode and the anode in the diodes D11 to D14 (hereinafter referred to as the diode DA when the diodes D11 to D14 are not distinguished) when the bidirectional power converter A1 functions as an AC / DC converter. A voltage waveform Y1 of Vk and a current waveform Y2 of the forward current If are shown. Note that the resonance current of the series resonance circuit K2 flows through the switching elements Q21 to Q24 (hereinafter referred to as switching element QA when the switching elements Q21 to Q24 are not distinguished), and the waveform of this resonance current is the forward current If. Is substantially the same as the current waveform Y2.
スイッチング素子QAは、ターンオンした後、直列共振回路K2の共振電流が流れる(図4の電流波形Y2参照)。そして、共振電流が流れている途中でスイッチング素子QAがターンオフした場合、ダイオードDAに流れる電流も急激に減少し、ダイオードDAには逆回復電流Irが流れる(図4参照)。ダイオードDAにおいて、逆回復電流Irは電力損失の要因となる。 After the switching element QA is turned on, the resonance current of the series resonance circuit K2 flows (see current waveform Y2 in FIG. 4). When the switching element QA is turned off while the resonance current is flowing, the current flowing through the diode DA also decreases rapidly, and the reverse recovery current Ir flows through the diode DA (see FIG. 4). In the diode DA, the reverse recovery current Ir causes power loss.
そこで、本実施形態では、スイッチング素子QAの各スイッチング周期と共振電流との関係を、図5のように設定する。図5は、ダイオードDAにおけるカソード−アノード間電圧Vkの電圧波形Y3、および順方向電流Ifの電流波形Y4を示しており、スイッチング素子QAがターンオンすると、スイッチング素子QAに流れる共振電流が増加した後に低下する。そして、スイッチング素子QAがターンオンしてから、共振電流が「0」近傍の所定電流を下回るまでの期間を共振期間Toとした場合、共振期間Toは、スイッチング素子QAのオン期間Ts以下に設定される。すなわち、直列共振回路K2のインダクタLsとコンデンサCsとの各定数を調整することによって、共振電流の共振期間Toとスイッチング素子QAのオン期間Tsとの関係を、[To≦Ts]に予め設定する。 Therefore, in this embodiment, the relationship between each switching period of the switching element QA and the resonance current is set as shown in FIG. FIG. 5 shows a voltage waveform Y3 of the cathode-anode voltage Vk and a current waveform Y4 of the forward current If in the diode DA. When the switching element QA is turned on, the resonance current flowing through the switching element QA increases. descend. When the period from when the switching element QA is turned on until the resonance current falls below a predetermined current near “0” is defined as the resonance period To, the resonance period To is set to be equal to or less than the on period Ts of the switching element QA. The That is, by adjusting the constants of the inductor Ls and the capacitor Cs of the series resonance circuit K2, the relationship between the resonance period To of the resonance current and the ON period Ts of the switching element QA is set to [To ≦ Ts] in advance. .
したがって、スイッチング素子QAがターンオフした時点で、ダイオードDAに流れる電流は略0になり、ダイオードDAに発生する逆回復電流Irは抑制されるので、ダイオードDAにおける電力損失が低減し、電力効率のさらなる向上を図ることができる。 Therefore, when the switching element QA is turned off, the current flowing through the diode DA becomes substantially zero, and the reverse recovery current Ir generated in the diode DA is suppressed, so that the power loss in the diode DA is reduced and the power efficiency is further increased. Improvements can be made.
また、図6は共振電流の電流波形Y5,Y6を示しており、電流波形Y5は、共振電流の共振周波数を高くして、短い共振期間To1に設定した場合の電流波形であり、電流波形Y6は、共振電流の共振周波数を低くして、長い共振期間To2に設定した場合の電流波形である。そして、短い共振期間To1に対応する電流波形Y5のピーク値は、長い共振期間To2に対応する電流波形Y6のピーク値より高くなり、共振期間Toを短くするほど、スイッチング素子QAのオン抵抗による電力損失が増大してしまう。 FIG. 6 shows current waveforms Y5 and Y6 of the resonance current. The current waveform Y5 is a current waveform when the resonance frequency of the resonance current is increased and set to a short resonance period To1, and the current waveform Y6. These are current waveforms when the resonance frequency of the resonance current is lowered and set to the long resonance period To2. The peak value of the current waveform Y5 corresponding to the short resonance period To1 is higher than the peak value of the current waveform Y6 corresponding to the long resonance period To2, and the power due to the on-resistance of the switching element QA becomes shorter as the resonance period To becomes shorter. Loss increases.
そこで、共振期間Toとスイッチング素子QAのオン期間Tsとの関係を、[0.7・Ts≦To≦Ts]に設定する。この場合、スイッチング素子QAのオン抵抗による電力損失を抑制でき、電力効率のさらなる向上を図ることができる。 Therefore, the relationship between the resonance period To and the ON period Ts of the switching element QA is set to [0.7 · Ts ≦ To ≦ Ts]. In this case, the power loss due to the on-resistance of the switching element QA can be suppressed, and the power efficiency can be further improved.
なお、整流スイッチング回路11がスイッチング回路として動作している場合も、スイッチング素子Q11〜Q14のスイッチング周期と直列共振回路K2による共振電流との関係を上記同様に設定すれば、同様の効果を得ることができる。
Even when the rectifying switching
(実施形態2)
図7は、本実施形態の双方向電力変換装置A2のブロック構成を示しており、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows a block configuration of the bidirectional power conversion device A2 of the present embodiment. The same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment, and description thereof will be omitted.
本実施形態のDC/AC変換部2は、直流電圧Vdc1を検出する検出部26(第2の出力検出部)を設けている。そして、制御回路24は、双方向電力変換装置A2がAC/DCコンバータとして機能しているときに(第2のモード)、直流電圧Vdc1の検出値が目標電圧に一致するように、スイッチング回路21をスイッチング制御する。すなわち、制御回路24は、直流電圧Vdc1を目標電圧にフィードバック制御している
このような構成を備える双方向電力変換装置A2は、AC/DCコンバータとして機能しているときに、DC/AC変換部2が、最終的な出力である直流電圧Vdc1をフィードバック制御するので、直流電圧Vdc1が安定し、直流電圧Vdc1の出力精度が向上する。
The DC /
(実施形態3)
図8は、本実施形態の双方向電力変換装置A3のブロック構成を示しており、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 8 shows a block configuration of the bidirectional power conversion device A3 of the present embodiment. The same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment, and description thereof will be omitted.
本実施形態のDC/AC変換部2は、直流電圧Vdc2を検出する検出部25(第2の出力検出部)と、直流電圧Vdc1を検出する検出部26(第2の出力検出部)との両方を設けている。
The DC /
そして、制御回路24は、双方向電力変換装置A3がAC/DCコンバータとして機能している場合(第2のモード)、スイッチング回路21に対して2つのフィードバック制御を行う。
Then, when the bidirectional power converter A3 functions as an AC / DC converter (second mode), the
制御回路24による第1のフィードバック制御は、双方向電力変換装置A3がAC/DCコンバータとして機能しているときに、直流電圧Vdc2の検出値が第1の目標電圧に一致するように、スイッチング回路21をスイッチング制御する。すなわち、制御回路24は、直流電圧Vdc2が第1の目標電圧に一致するように、直流電圧Vdc2をフィードバック制御している。
The first feedback control by the
制御回路24による第2のフィードバック制御は、双方向電力変換装置A3がAC/DCコンバータとして機能しているときに、直流電圧Vdc1の検出値が第2の目標電圧に一致するように、スイッチング回路21をスイッチング制御する。すなわち、制御回路24は、直流電圧Vdc1が第2の目標電圧に一致するように、直流電圧Vdc2をフィードバック制御している。
The second feedback control by the
ここで、直流電圧Vdc1は、DC/AC変換部2が出力した直流電圧Vdc2をDC/DC変換部1がDC/DC変換することによって生成されるため、制御回路24による第2のフィードバック制御は、第1のフィードバック制御に比べて応答が遅くなる。
Here, since the DC voltage Vdc1 is generated by DC / DC conversion of the DC voltage Vdc2 output from the DC /
而して、制御回路24は、第1のフィードバック制御によって、直流電圧Vdc2を第1の目標電圧(またはその近傍)に一致させ、その後、第2のフィードバック制御によって、直流電圧Vdc1を第2の目標電圧に一致させる。
Thus, the
このような構成を備える双方向電力変換装置A3は、AC/DCコンバータとして機能しているときに、DC/AC変換部2の制御回路24内におけるフィードバック制御処理の遷移動作を安定させることができる。すなわち、直流電圧Vdc1のさらなる安定化や、直流電圧Vdc1の出力精度向上につながる。
The bidirectional power converter A3 having such a configuration can stabilize the transition operation of the feedback control process in the
A1 双方向電力変換装置
1 DC/DC変換部
11 整流スイッチング回路
12 整流スイッチング回路
Tr1 高周波トランス
2 DC/AC変換部
21 スイッチング回路
22 フィルタ回路
23 検出部(第1の出力検出部)
24 制御回路
25 検出部(第2の出力検出部)
W1,W2 直流電路
W3 交流電路
A1
24
W1, W2 DC circuit W3 AC circuit
Claims (2)
第2の直流電路と交流電路との間に設けられて、前記第2の直流電路の直流電圧をフィードバック制御によってDC/AC変換した交流電圧を前記交流電路に出力する第3の動作と、前記交流電路の交流電圧をフィードバック制御によってAC/DC変換した直流電圧を前記第2の直流電路に出力する第4の動作とを切り換えて、双方向の電圧変換を行うDC/AC変換部とを備え、
前記DC/DC変換部が前記第1の動作を行い、且つ前記DC/AC変換部が前記第3の動作を行う第1のモードと、前記DC/DC変換部が前記第2の動作を行い、且つ前記DC/AC変換部が前記第4の動作を行う第2のモードとを切替可能に構成され、
前記DC/AC変換部は、前記交流電路の交流電圧を検出する第1の出力検出部と、前記第1の直流電路の直流電圧と前記第2の直流電路の直流電圧との両方を検出する第2の出力検出部と、前記第3の動作時に前記交流電路に出力する交流電圧を、前記第1の出力検出部の検出値が所定の目標値に一致する方向にフィードバック制御し、前記第4の動作時に前記第2の直流電路に出力する直流電圧を、前記第2の出力検出部の検出値が所定の目標値に一致する方向にフィードバック制御する制御回路とを具備する
ことを特徴とする双方向電力変換装置。 Provided between the first DC circuit and the second DC circuit, and outputs a DC voltage obtained by DC / DC conversion of the DC voltage of the first DC circuit by open loop control to the second DC circuit. A bidirectional voltage is switched between a first operation and a second operation in which a DC voltage obtained by DC / DC conversion of the DC voltage of the second DC circuit by open loop control is output to the first DC circuit. A DC / DC converter for performing the conversion;
A third operation that is provided between the second DC circuit and the AC circuit and outputs an AC voltage obtained by performing DC / AC conversion of the DC voltage of the second DC circuit by feedback control to the AC circuit; A DC / AC converter that performs bidirectional voltage conversion by switching to a fourth operation of outputting a DC voltage obtained by AC / DC conversion of the AC voltage of the AC circuit to the second DC circuit by feedback control. ,
A first mode in which the DC / DC converter performs the first operation and the DC / AC converter performs the third operation; and the DC / DC converter performs the second operation. And the DC / AC converter is configured to be switchable between a second mode in which the fourth operation is performed ,
The DC / AC conversion unit detects a first output detection unit that detects an AC voltage of the AC circuit, and a DC voltage of the first DC circuit and a DC voltage of the second DC circuit. Feedback control of the second output detection unit and the AC voltage output to the AC circuit during the third operation in a direction in which the detection value of the first output detection unit matches a predetermined target value; And a control circuit that feedback-controls the DC voltage output to the second DC circuit during the operation in a direction in which the detection value of the second output detection unit coincides with a predetermined target value. Bidirectional power converter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011162871A JP5802073B2 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Bidirectional power converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011162871A JP5802073B2 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Bidirectional power converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013027270A JP2013027270A (en) | 2013-02-04 |
JP5802073B2 true JP5802073B2 (en) | 2015-10-28 |
Family
ID=47785022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011162871A Active JP5802073B2 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Bidirectional power converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5802073B2 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3021474B1 (en) * | 2013-07-11 | 2018-10-24 | Fuji Electric Co., Ltd. | Bidirectional dc-to-dc converter |
JP6168155B2 (en) * | 2013-10-17 | 2017-07-26 | 日産自動車株式会社 | Power conversion device and power conversion method |
CN103731062A (en) * | 2013-12-23 | 2014-04-16 | 华中科技大学 | Control method of AC/DC two-way power converter used for AC/DC hybrid micro-grid |
JP6189814B2 (en) * | 2014-10-24 | 2017-08-30 | 株式会社Soken | Power converter |
JP6367738B2 (en) * | 2015-02-27 | 2018-08-01 | 株式会社日立製作所 | Power converter |
EP3148040B1 (en) * | 2015-06-01 | 2023-08-16 | Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. | Charging circuit and mobile terminal |
CN108702093B (en) | 2016-06-06 | 2019-12-24 | 株式会社村田制作所 | Switching power supply device |
JP6844509B2 (en) * | 2017-11-16 | 2021-03-17 | オムロン株式会社 | Power supply and control device |
CN110365242B (en) * | 2019-07-12 | 2024-01-30 | 深圳市赛格瑞电子有限公司 | Efficient inverter circuit, control method thereof and inverter device |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05328748A (en) * | 1992-05-19 | 1993-12-10 | Sanyo Electric Co Ltd | Solar power generation system |
JP2004112954A (en) * | 2002-09-20 | 2004-04-08 | Hitachi Home & Life Solutions Inc | Power storage device |
JP4591304B2 (en) * | 2005-10-17 | 2010-12-01 | 株式会社豊田自動織機 | Bidirectional DC / AC inverter |
JP2009148149A (en) * | 2007-11-20 | 2009-07-02 | Nissin Electric Co Ltd | Method of controlling step-up/down chopper circuit |
JP2010044979A (en) * | 2008-08-15 | 2010-02-25 | Panasonic Electric Works Co Ltd | High-pressure discharge lamp lighting device, and illumination apparatus |
JP5750593B2 (en) * | 2011-03-23 | 2015-07-22 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power converter |
-
2011
- 2011-07-26 JP JP2011162871A patent/JP5802073B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013027270A (en) | 2013-02-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5802073B2 (en) | Bidirectional power converter | |
JP5704124B2 (en) | Switching power supply | |
JP4623092B2 (en) | Isolated switching power supply | |
US8339817B2 (en) | Method of operating a resonant power converter and a controller therefor | |
US9667153B2 (en) | Switching power supply apparatus for generating control signal for lowering switching frequency of switching devices | |
US8971059B2 (en) | Resonant converting circuit and resonant controller | |
US8242754B2 (en) | Resonant power converter with half bridge and full bridge operations and method for control thereof | |
JP5914989B2 (en) | Switching power supply | |
US20080025052A1 (en) | Switching power supply circuit | |
JP2007236162A (en) | Switching power supply circuit | |
JP2008048483A (en) | Dc-ac converter | |
JP2012010528A (en) | Load driving device | |
WO2018157796A1 (en) | Resonant converter | |
JP2004242491A (en) | Switching power supply circuit | |
JP2001190072A (en) | Switching power source | |
JP2007097320A (en) | Power conversion circuit | |
JP2008193815A (en) | Power supply system | |
JP6015947B2 (en) | Switching power supply device and control method thereof | |
JP5169679B2 (en) | Resonant power converter | |
JP5750593B2 (en) | Power converter | |
JP2007288855A (en) | Switching power supply | |
JP4470555B2 (en) | converter | |
JP2008259378A (en) | Voltage-resonance flyback converter | |
WO2016090232A1 (en) | Power conversion system | |
JP2019187021A (en) | Switching power source device and control method therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140311 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141224 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150223 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150804 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150828 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5802073 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |