JP6171022B2 - 双方向絶縁型dc/dcコンバータおよびそれを用いたスマートネットワーク - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1による双方向絶縁型DC/DCコンバータの構成を示す回路ブロック図である。図1において、この双方向絶縁型DC/DCコンバータは、正電圧端子T1,T3、負電圧端子T2,T4、電流検出器IS1,IS2、電圧検出器VS1,VS2、コンデンサC1,C2、インバータ1,2、リアクトルL1,L2、絶縁型変圧器3、制御回路4、およびドライバDR1,DR2を備える。
Va=(4/π)Ea・sin(α/2)・sin(ωt+θ/2) …(1)
Vb=(4/π)Eb・sin(β/2)・sin(ωt−θ/2) …(2)
図6(a)(b)に示すように、Ea>Ebの場合は、β=πとなり、Vaの実効値とVbの実効値が一致するためには、Eb=Ea・sin(α/2)となればよい。したがって、α=2sin−1(Eb/Ea)となる。逆にEa<Ebの場合は、α=πとなり、Vaの実効値とVbの実効値が一致するためには、Ea=Eb・sin(β/2)となればよい。したがって、β=2sin−1(Ea/Eb)となる。
S1=π/2+(−θ/2+π/2−α/2) [rad]
S2=π/2+(−θ/2−π/2+α/2) [rad]
S3=π/2+(θ/2+π/2−β/2) [rad]
S4=π/2+(θ/2−π/2+β/2) [rad]
STとS1の交点に基づいて制御信号φ1の立ち上りエッジおよび立下りエッジを決める。STとS2の交点に基づいて制御信号/φ2の立ち上りエッジおよび立下りエッジを決める。STとS3の交点に基づいて制御信号φ11の立ち上りエッジおよび立下りエッジを決める。STとS4の交点に基づいて制御信号/φ12の立ち上りエッジおよび立下りエッジを決める。たとえば、奇数番目の周期の交点で立ち上りエッジを決め、偶数番の周期の交点で立下りエッジを決める。制御信号φ1,/φ2,φ11,/φ12の反転信号をそれぞれ制御信号/φ1,φ2,/φ11,φ12とする。
図10は、この発明の実施の形態2によるスマートネットワークの構成を示すブロック図である。図10において、このスマートネットワークは、実施の形態1で説明した構成の双方向絶縁型DC/DCコンバータ20と、2つの直流電力系統21,22を備える。
Claims (10)
- 第1および第2の直流回路間で直流電力の授受を行なう双方向絶縁型DC/DCコンバータであって、
前記第1の直流回路から受ける第1の直流電圧に基づいて第1の交流基本波電圧を生成する第1のインバータと、
前記第2の直流回路から受ける第2の直流電圧に基づいて前記第1の交流基本波電圧と同じ周波数の第2の交流基本波電圧を生成する第2のインバータと、
それぞれ前記第1および第2の交流基本波電圧を受け、互いに絶縁された1次巻線および2次巻線を含む絶縁型変圧器と、
前記第1および第2の直流電圧に基づいて、前記第1および第2の交流基本波電圧の電圧差が予め定められた値よりも小さくなるように前記第1および第2の交流基本波電圧のうちの少なくともいずれか一方のパルス幅を設定するパルス幅設定部と、
前記第1および第2の直流回路間で所望の直流電力が授受されるように前記第1および第2の交流基本波電圧の位相差を設定する位相差設定部と、
前記パルス幅設定部および前記位相差設定部の設定結果に基づいて、前記第1および第2のインバータの制御信号を生成する信号発生部とを備える、双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 - 前記パルス幅設定部は、
前記第1の直流電圧が前記第2の直流電圧よりも高い場合は、前記第1および第2の交流基本波電圧の実効値が一致するように前記第1の交流基本波電圧のパルス幅を狭め、
前記第2の直流電圧が前記第1の直流電圧よりも高い場合は、前記第1および第2の交流基本波電圧の実効値が一致するように前記第2の交流基本波電圧のパルス幅を狭める、請求項1に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 - 前記パルス幅設定部は、
前記第1および第2の直流電圧をそれぞれEa,Ebとし、
前記第1および第2の交流基本波電圧のパルス幅をそれぞれα,βとすると、
前記第1および第2の交流基本波電圧の実効値が一致するように、
Ea>Ebである場合はα=2sin−1(Eb/Ea)、β=πとし、
Eb>Eaである場合はα=π、β=2sin−1(Ea/Eb)とする、請求項2に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 - 前記信号発生部は、
前記第1および第2の交流基本波電圧の位相差をθとすると、
前記第1および第2の交流基本波電圧の2倍の周波数で0からπまで変化するノコギリ波信号と、
第1の参照信号であるS1=π/2+(−θ/2+π/2−α/2)と、
第2の参照信号であるS2=π/2+(−θ/2−π/2+α/2)と、
第3の参照信号であるS3=π/2+(θ/2+π/2−β/2)と、
第4の参照信号であるS4=π/2+(θ/2−π/2+β/2)とを生成し、
前記ノコギリ波信号と前記第1および第2の参照信号との交点に基づいて前記第1のインバータの第1および第2の制御信号をそれぞれ生成し、
前記ノコギリ波信号と前記第3および第4の参照信号との交点に基づいて前記第2のインバータの第3および第4の制御信号をそれぞれ生成する、請求項3に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 - 前記信号発生部は、
前記ノコギリ波信号の奇数番目の周期における前記ノコギリ波信号と前記第1〜第4の参照信号との交点においてそれぞれ前記第1〜第4の制御信号を第1の論理レベルから第2の論理レベルに変化させ、
前記ノコギリ波信号の偶数番目の周期における前記ノコギリ波信号と前記第1〜第4の参照信号との交点においてそれぞれ前記第1〜第4の制御信号を前記第2の論理レベルから前記第1の論理レベルに変化させる、請求項4に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 - 前記信号発生部は、
前記ノコギリ波信号の奇数番目の周期における前記ノコギリ波信号と前記第1〜第4の参照信号との交点においてそれぞれ前記第1〜第4の制御信号を第1の論理レベルから第2の論理レベルに変化させるとともに、それらの交点に関する情報を記憶し、
記憶した情報に基づき、前記ノコギリ波信号の偶数番目の周期において前記第1〜第4の制御信号を前記第2の論理レベルから前記第1の論理レベルに変化させる、請求項4に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 - さらに、それぞれ前記第1および第2の直流電圧を検出する第1および第2の電圧検出器を備え、
前記パルス幅設定部は、前記第1および第2の電圧検出器の検出結果に基づいて前記第1および第2の交流基本波電圧の各々のパルス幅を設定する、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 - さらに、一方端子が前記第1の交流基本波電圧を受け、他方端子が前記1次巻線の一方端子に接続された第1のリアクトルと、
一方端子が前記第2の交流基本波電圧を受け、他方端子が前記2次巻線の一方端子に接続された第2のリアクトルとのうちの少なくともいずれか一方のリアクトルを備える、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータと、
前記第1および第2の直流回路とを備え、
前記第1および第2の直流回路は、それぞれ第1および第2の直流電力系統である、スマートネットワーク。 - 前記第1および第2の直流電力系統の各々は、
前記第1または第2のインバータに接続される直流母線と、
前記直流母線に直流電力を供給する直流電源と、
前記直流母線からの直流電力よって駆動される負荷と、
前記直流母線に接続され、直流電力を蓄える電力貯蔵装置とを含む、請求項9に記載のスマートネットワーク。
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