JP6012008B2 - スイッチング回路 - Google Patents
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図14は、上記特許文献1に示された回路構成に、特許文献2に記載の技術を実施したDC/DCコンバータの第1参考例を示す。図14(a)に示す低電圧入出力端子1に接続された直流電圧を昇圧して高電圧入出力端子2から出力する昇圧動作の場合、IGBTスイッチ8とIGBTスイッチ6が共にオフの状態では、IGBTスイッチ8に接続されたダイオード9を介して、低電圧入出力端子1に接続された直流電源18の電圧は高電圧入出力端子2に伝達されている。次に、IGBTスイッチ8をオフした状態でIGBTスイッチ6をオンすると、直流電源18、インダクタ5、IGBTスイッチ6、直流電源18の順に電流が流れ、インダクタ5にエネルギーが蓄積される。その後、IGBTスイッチ6をオフすることにより、インダクタ5に蓄積されたエネルギーが、直流電源18からの電圧に重畳され、ダイオード9を経由して、高電圧入出力端子2に伝達される。高電圧入出力端子2の電圧は、IGBTスイッチ6のオン/オフに伴って変化し、コンデンサ4により平滑化された電圧は直流電源18の電圧よりも高くなる。
前記第1のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタの接続点と、前記第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタの接続点と間に、IGBTスイッチのスイッチオフ損失よりも損失の小さな第1の双方向スイッチが接続され、
前記第1及び第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチ及び前記第2のIGBTスイッチのうち、いずれかのIGBTスイッチをオフする際に、前記第1の双方向スイッチのオン及びオフ動作を併用することを特徴とする。
昇圧動作時において、前記第1のIGBT直列回路の前記第2のIGBTスイッチと、前記第2のIGBT直列回路の前記第2のIGBTスイッチが、位相差をもってインターリーブ駆動され、
降圧動作時に前記第1のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチと、前記第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチが、位相差をもってインターリーブ駆動され、
それによって、双方向DC/DCコンバータとして機能することが好ましい。
前記第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタの接続点と、低電圧入出力端子の他方の端子の間に他のインダクタが接続され、
前記第1のIGBTスイッチのコレクタ同士の接続点と、前記第1の双方向スイッチの2つのFETスイッチの接続点の間に、IGBTスイッチのスイッチオフ損失よりも損失の小さな第2の双方向スイッチが接続され、
昇圧動作時において、前記低電圧入出力端子に交流電源が接続され、前記交流電源の正の半サイクル期間と負の半サイクル期間に応じて、前記第1のIGBT直列回路の前記第2のIGBTスイッチと前記第2のIGBT直列回路の前記第2のIGBTスイッチを交互に駆動し、
降圧動作において、前記高電圧入出力端子に直流電源が接続され、前記低電圧入出力端子から出力される交流電源の正の半サイクル期間と負の半サイクル期間に応じて、前記第1のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチと前記第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチを交互に駆動し、
それによって、双方向AC/DC・DC/ACコンバータとして機能することを特徴とすることが好ましい。
はじめに、上記第1参考例の問題点を解決するために、本発明に至る途中に検討された第2参考例について説明する。図15は、第2参考例に係る双方向DC/DCコンバータのスイッチング回路の構成を示す。図14と図15を比較してわかるように、第2参考例では、2つのFETスイッチを逆向きに接続して構成された双方向スイッチ20及び21を、IGBTスイッチ6及び8にそれぞれ並列に接続している。
第1実施形に係るスイッチング回路は、2つのコンバータを並列接続して構成された双方向DC/DCコンバータに関する。図1は、第1実施形態に係る双方向DC/DCコンバータの構成を示す。図2(a)は、上記DC/DCコンバータを昇圧動作させるときの各スイッチのベース又はゲート駆動信号の波形の一例を示す。図2(b)は、上記DC/DCコンバータを降圧動作させるときの各スイッチのベース又はゲート駆動波形の一例を示す。このように2つのコンバータを並列に接続して構成する場合、各コンバータの同一動作を行うスイッチのオン/オフのタイミングを、位相を異ならせて駆動する(インターリーブ駆動)ことにより、雑音や電波障害などを減少させることができる。
第2実施形に係るスイッチング回路は、3つのコンバータを並列接続して構成された双方向DC/DCコンバータに関する。図3は、第2実施形態に係る双方向DC/DCコンバータの構成を示す。図4(a)は、上記DC/DCコンバータを昇圧動作させるときの各スイッチのベース又はゲート駆動信号の波形の一例を示す。図4(b)は、上記DC/DCコンバータを降圧動作させるときの各スイッチのベース又はゲート駆動信号の波形の一例を示す。これら3つのコンバータをインターリーブ駆動する点は第1実施形態の場合と同様である。
第3実施形態に係るスイッチング回路は、2つのコンバータを並列接続して構成された双方向DC/DCコンバータに関する。図5に示すように、第3実施形態に係るスイッチング回路は、第1の双方向スイッチ10を構成するFETスイッチ10aと10bの接続点と高電圧入出力端子2の間に第2の双方向スイッチ11が接続されている。第2の双方向スイッチ11も、逆向きに接続された2つのFETスイッチ11aと11bで構成されている。
第4実施形態に係るスイッチング回路は、2つのコンバータを並列接続して構成された双方向AC/DC・DC/ACコンバータに関する。図9は、低電圧入出力端子1に交流電源17が接続されたAC/DCコンバータによる昇圧動作時の構成を示す。図9に示すように、第4実施形態に係るスイッチング回路は、IGBTスイッチ8aとIGBTスイッチ8bのコレクタ同士が接続された端子とIGBTスイッチ6aとIGBTスイッチ6bのエミッタ同士が接続された端子の間に、高電圧入出力端子2とコンデンサ4が並列接続されている。また、IGBTスイッチ6aとIGBTスイッチ8aの接続点とIGBTスイッチ6bとIGBTスイッチ8bの接続点の間には、逆向きに接続された2つのFETスイッチ10a及び10bによって構成された第1の双方向スイッチ10が接続されている。さらに、第1の双方向スイッチ10を構成するFETスイッチ10aと10bの接続点とIGBTスイッチ8aとIGBTスイッチ8bのコレクタ同士が接続された端子の間に第2の双方向スイッチ11が接続されている。さらに、第1の双方向スイッチ10を構成するFETスイッチ10aと10bの接続点とIGBTスイッチ6aとIGBTスイッチ6bのエミッタ同士が接続された端子の間に第3の双方向スイッチ12が接続されている。
第5実施形態に係るスイッチング回路は、2つのコンバータを並列接続して構成された双方向AC−DCコンバータに関する。図12に示す第5実施形態に係るスイッチング回路は、図9に示す第4実施形態に係るスイッチング回路と比較して、第3の双方向スイッチ12が省略されている点が異なる。
2 高電圧入出力端子
3、4 コンデンサ
5、5a、5b、5c インダクタ
6、6a、6b、6c、8、8a、8b、8c IGBTスイッチ
7、7a、7b、7c、9、9a、9b、9c ダイオード
10、11、12、13、14 双方向スイッチ
10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13b、14a、14b FETスイッチ
10ad、10bd、11ad、11bd、12ad、12bd、13ad、13bd、14ad、14bd FET寄生ダイオード
17 交流電源
18 直流電源
Claims (8)
- 逆並列ダイオードが接続され、昇圧動作時にオフされる第1のIGBTスイッチと、逆並列ダイオードが接続され、降圧動作時にオフされる第2のIGBTスイッチを備え、前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタが接続された第1及び第2のIGBT直列回路を有し、前記第1のIGBTスイッチのコレクタ同士が高電圧入出力端子の高電圧端子に接続され、前記第2のIGBTスイッチのエミッタ同士が高電圧入出力端子の低電圧端子に接続されたスイッチング回路であって、
前記第1のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタの接続点と、前記第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタの接続点と間に、IGBTスイッチのスイッチオフ損失よりも損失の小さな第1の双方向スイッチが接続され、
前記第1及び第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチ及び前記第2のIGBTスイッチのうち、いずれかのIGBTスイッチをオフする際に、前記第1の双方向スイッチのオン及びオフ動作を併用することを特徴とするスイッチング回路。 - 前記第1の双方向スイッチは、逆接続された2つのFETスイッチで構成されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング回路。
- 前記第1のIGBTスイッチ及び前記第2のIGBTスイッチのうち、いずれかのIGBTスイッチをオフする際に、前記いずれかのIGBTスイッチがオンしている間に前記第1の双方向スイッチを構成する前記2つのFETスイッチの少なくとも一方をオンし、その後、前記いずれかのIGBTスイッチをオフすることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング回路。
- 前記第1及び第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタの接続点と、低電圧入出力端子の間にそれぞれインダクタが接続され、
昇圧動作時において、前記第1のIGBT直列回路の前記第2のIGBTスイッチと、前記第2のIGBT直列回路の前記第2のIGBTスイッチが、位相差をもってインターリーブ駆動され、
降圧動作時に前記第1のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチと、前記第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチが、位相差をもってインターリーブ駆動され、
それによって、双方向DC/DCコンバータとして機能することを特徴とする請求項3に記載のスイッチング回路。 - 前記第1のIGBTスイッチのコレクタ同士の接続点と、前記第1の双方向スイッチの2つのFETスイッチの接続点の間に、IGBTスイッチのスイッチオフ損失よりも損失の小さな第2の双方向スイッチが接続されていることを特徴とする請求項4に記載のスイッチング回路。
- 前記第2のIGBTスイッチのエミッタ同士の接続点と、前記第1の双方向スイッチの2つのFETスイッチの接続点の間に、IGBTスイッチのスイッチオフ損失よりも損失の小さな第3の双方向スイッチが接続されていることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のスイッチング回路。
- 前記第1のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタの接続点と、低電圧入出力端子の一方の端子の間にインダクタが接続され、
前記第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチのエミッタと前記第2のIGBTスイッチのコレクタの接続点と、低電圧入出力端子の他方の端子の間に他のインダクタが接続され、
前記第1のIGBTスイッチのコレクタ同士の接続点と、前記第1の双方向スイッチの2つのFETスイッチの接続点の間に、IGBTスイッチのスイッチオフ損失よりも損失の小さな第2の双方向スイッチが接続され、
昇圧動作時において、前記低電圧入出力端子に交流電源が接続され、前記交流電源の正の半サイクル期間と負の半サイクル期間に応じて、前記第1のIGBT直列回路の前記第2のIGBTスイッチと前記第2のIGBT直列回路の前記第2のIGBTスイッチを交互に駆動し、
降圧動作において、前記高電圧入出力端子に直流電源が接続され、前記低電圧入出力端子から出力される交流電源の正の半サイクル期間と負の半サイクル期間に応じて、前記第1のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチと前記第2のIGBT直列回路の前記第1のIGBTスイッチを交互に駆動し、
それによって、双方向AC/DC・DC/ACコンバータとして機能することを特徴とする請求項3に記載のスイッチング回路。 - 前記第2のIGBTスイッチのエミッタ同士の接続点と、前記第1の双方向スイッチの2つのFETスイッチの接続点の間に、IGBTスイッチのスイッチオフ損失よりも損失の小さな第3の双方向スイッチが接続されていることを特徴とする請求項7に記載のスイッチング回路。
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