JP6444906B2 - Power system - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチング素子を用いた電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system using a switching element.
２つの直流電源にそれぞれ個別の昇圧チョッパを設けた電源システムが開示されている（特許文献１）。昇圧チョッパを並列に配置し、それぞれを独立に制御することによって、２つの直流電源から負荷へ電力を供給することができる。 A power supply system in which two DC power supplies are provided with individual boost choppers is disclosed (Patent Document 1). By arranging the step-up choppers in parallel and controlling them independently, power can be supplied from two DC power sources to the load.
電源システムにおいて電源から供給できる最大電力を制限する要因の１つはスイッチング素子の発熱である。従来の電源システムでは、２つの電源からそれぞれ個別に電力を供給する構成とされているので、一方の電源のみから電力を供給する場合には他方の昇圧チョッパは休止状態となる。したがって、使用中の昇圧チョッパのみで発熱が生じ、休止状態の昇圧チョッパでは発熱が生じない。したがって、使用中の昇圧チョッパのみに発熱の負荷が掛かり、電源システムから供給できる最大電力は一方の昇圧チョッパの発熱許容量に依存することになる。 One factor that limits the maximum power that can be supplied from the power supply in the power supply system is the heat generated by the switching element. In the conventional power supply system, power is individually supplied from two power supplies, so that when the power is supplied from only one power supply, the other boost chopper is in a dormant state. Therefore, heat is generated only by the boost chopper in use, and no heat is generated by the boost chopper in the resting state. Therefore, only the boost chopper in use is subjected to heat generation, and the maximum power that can be supplied from the power supply system depends on the heat generation allowance of one of the boost choppers.
本発明の１つの態様は、複数の電源と、前記複数の電源に各々設けられ、前記電源と負荷との間の電力変換を行う複数の電力変換器と、前記複数の電力変換器の間を導通及び遮断するスイッチング素子である連結素子と、を備え、前記複数の電源の１つから前記負荷へ電力を供給する際、前記連結素子を導通状態とすることによって当該１つの電源に設けられた電力変換器と当該１つの電源以外の電源に設けられた電力変換器とを導通させて制御を行うことによって、前記連結素子又は当該１つの電源以外の電源に設けられた電力変換器に損失を負担させることを特徴とする電源システムである。 One aspect of the present invention includes a plurality of power supplies, a plurality of power converters that are provided in each of the plurality of power supplies, and perform power conversion between the power supply and a load, and between the plurality of power converters. A connection element that is a switching element that conducts and cuts off, and when power is supplied from one of the plurality of power supplies to the load, the connection element is provided in the one power supply by bringing the connection element into a conduction state. By conducting the control by conducting the power converter and a power converter provided in a power source other than the one power source, a loss is caused in the power converter provided in the connecting element or the power source other than the one power source. It is a power supply system characterized by making it bear.
ここで、前記複数の電源の各々は、前記複数の電力変換器の１つの上アームと下アームを繋ぐノードに接続されており、前記連結素子は前記ノード間に設けられていることが好適である。 Here, each of the plurality of power supplies is preferably connected to a node connecting one upper arm and a lower arm of the plurality of power converters, and the connecting element is preferably provided between the nodes. is there.
また、前記連結素子は、両耐圧特性を有するスイッチング素子であることが好適である。 The connecting element is preferably a switching element having both withstand voltage characteristics.
本発明によれば、複数の電源にそれぞれ電力変換器を備えた電源システムにおいて、それぞれのスイッチング素子の発熱の負担を制御することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the power supply system provided with the power converter in each of several power supplies, the heat generation burden of each switching element can be controlled.
本発明の実施の形態における電源システム１００は、図１に示すように、直流電源１０（１０ａ，１０ｂ）、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含んで構成される。電源システム１００には、負荷１０２が接続される。負荷１０２は、例えば、回転電機（モータ・ジェネレータ）等とすることができる。 A power supply system 100 according to an embodiment of the present invention includes a DC power supply 10 (10a, 10b), a first power converter 12, a second power converter 14, and a connecting element 16, as shown in FIG. The A load 102 is connected to the power supply system 100. The load 102 may be, for example, a rotating electrical machine (motor / generator).
第１電力変換器１２及び第２電力変換器１４の少なくとも１つを介して直流電源１０ａ及び直流電源１０ｂの少なくとも１つから負荷１０２へと電力が供給される（力行）。また、第１電力変換器１２及び第２電力変換器１４の少なくとも１つを介して負荷１０２から直流電源１０ａ及び直流電源１０ｂの少なくとも１つへ電力が回収される（回生）。 Power is supplied to the load 102 from at least one of the DC power supply 10a and the DC power supply 10b via at least one of the first power converter 12 and the second power converter 14 (power running). In addition, power is recovered from the load 102 to at least one of the DC power supply 10a and the DC power supply 10b via at least one of the first power converter 12 and the second power converter 14 (regeneration).
なお、第１電力変換器１２及び第２電力変換器１４と負荷１０２との間に直流−交流変換を行うためのインバータ等を設けた構成としてもよい。 Note that an inverter or the like for performing DC-AC conversion may be provided between the first power converter 12 and the second power converter 14 and the load 102.
直流電源１０（１０ａ，１０ｂ）は、充放電が可能な蓄電手段を含んで構成される。直流電源１０は、例えば、二次電池や電気二重層キャパシタ等とすることができる。 The DC power supply 10 (10a, 10b) includes a power storage unit that can be charged and discharged. The DC power supply 10 can be, for example, a secondary battery or an electric double layer capacitor.
第１電力変換器１２は、直流電源１０ａの電力変換を行う回路を含んで構成される。すなわち、直流電源１０ａの出力電圧を昇圧して負荷１０２へ供給すると共に、負荷１０２からの電力の電圧を降圧して直流電源１０ａへ回生する。第１電力変換器１２は、上アーム１２ａ、下アーム１２ｂ及びリアクトル１２ｃを含んで構成される。上アーム１２ａは、上アーム側スイッチング素子１２ｄと帰還ダイオード１２ｅとが並列に接続されている。下アーム１２ｂは、下アーム側スイッチング素子１２ｆと帰還ダイオード１２ｇとが並列に接続されている。上アーム１２ａと下アーム１２ｂとは直列に接続され、その両端に負荷１０２が接続される。また、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの接続点Ｃ１にリアクトル１２ｃを介して直流電源１０ａに接続される。 The first power converter 12 includes a circuit that performs power conversion of the DC power supply 10a. That is, the output voltage of the DC power supply 10a is boosted and supplied to the load 102, and the voltage of the power from the load 102 is reduced and regenerated to the DC power supply 10a. The first power converter 12 includes an upper arm 12a, a lower arm 12b, and a reactor 12c. In the upper arm 12a, an upper arm side switching element 12d and a feedback diode 12e are connected in parallel. In the lower arm 12b, a lower arm side switching element 12f and a feedback diode 12g are connected in parallel. The upper arm 12a and the lower arm 12b are connected in series, and a load 102 is connected to both ends thereof. In addition, the DC power source 10a is connected to the connection point C1 between the upper arm 12a and the lower arm 12b via the reactor 12c.
第２電力変換器１４は、直流電源１０ｂの電力変換を行う回路を含んで構成される。すなわち、直流電源１０ｂの出力電圧を昇圧して負荷１０２へ供給すると共に、負荷１０２からの電力の電圧を降圧して直流電源１０ｂへ回生する。第２電力変換器１４は、上アーム１４ａ、下アーム１４ｂ及びリアクトル１４ｃを含んで構成される。上アーム１４ａは、上アーム側スイッチング素子１４ｄと帰還ダイオード１４ｅとが並列に接続されている。下アーム１４ｂは、下アーム側スイッチング素子１４ｆと帰還ダイオード１４ｇとが並列に接続されている。上アーム１４ａと下アーム１４ｂとは直列に接続され、その両端に負荷１０２が接続される。また、上アーム１４ａと下アーム１４ｂとの接続点Ｃ２にリアクトル１４ｃを介して直流電源１０ｂに接続される。 The second power converter 14 includes a circuit that performs power conversion of the DC power supply 10b. That is, the output voltage of the DC power supply 10b is boosted and supplied to the load 102, and the voltage of the power from the load 102 is reduced and regenerated to the DC power supply 10b. The second power converter 14 includes an upper arm 14a, a lower arm 14b, and a reactor 14c. In the upper arm 14a, an upper arm side switching element 14d and a feedback diode 14e are connected in parallel. The lower arm 14b has a lower arm side switching element 14f and a feedback diode 14g connected in parallel. The upper arm 14a and the lower arm 14b are connected in series, and the load 102 is connected to both ends thereof. Further, the connection point C2 between the upper arm 14a and the lower arm 14b is connected to the DC power supply 10b via the reactor 14c.
連結素子１６は、接続点Ｃ１と接続点Ｃ２との間に接続されるスイッチング素子である。連結素子１６は、双方向スイッチング素子、すなわちオン時において接続点Ｃ１から接続点Ｃ２への電流及び接続点Ｃ２から接続点Ｃ１への電流に対していずれも低い抵抗値となり、オフ時において接続点Ｃ１と接続点Ｃ２との両側に対して耐圧性を有する素子とすることが好適である。 The coupling element 16 is a switching element connected between the connection point C1 and the connection point C2. The coupling element 16 is a bidirectional switching element, that is, has a low resistance value with respect to the current from the connection point C1 to the connection point C2 and the current from the connection point C2 to the connection point C1 when turned on. It is preferable that the element has pressure resistance on both sides of C1 and the connection point C2.
本実施の形態における電源システム１００では、連結素子１６を備えることによって、第１電力変換器１２のみならず、第２電力変換器１４を介して、直流電源１０ａの出力電圧を昇圧して負荷１０２へ供給すると共に、負荷１０２からの電力の電圧を降圧して直流電源１０ａへ回生することができる。また、第２電力変換器１４のみならず、第１電力変換器１２を介して、直流電源１０ｂの出力電圧を昇圧して負荷１０２へ供給すると共に、負荷１０２からの電力の電圧を降圧して直流電源１０ｂへ回生することができる。 In the power supply system 100 according to the present embodiment, by providing the coupling element 16, the output voltage of the DC power supply 10 a is boosted not only through the first power converter 12 but also through the second power converter 14 to load 102. And the voltage of the electric power from the load 102 can be stepped down and regenerated to the DC power supply 10a. Further, not only the second power converter 14 but also the first power converter 12, the output voltage of the DC power supply 10b is boosted and supplied to the load 102, and the voltage of the power from the load 102 is decreased. It can be regenerated to the DC power supply 10b.
電源システム１００は、外部の制御部（図示しない）によって制御される。制御部は、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６に含まれるスイッチング素子の開閉制御を行う。制御部は、マイクロコンピュータ等を含んで構成される。制御部による制御については後述する。 The power supply system 100 is controlled by an external control unit (not shown). The control unit performs switching control of switching elements included in the first power converter 12, the second power converter 14, and the connection element 16. The control unit includes a microcomputer and the like. Control by the control unit will be described later.
［非動作側の電力変換器による損失負担（力行時）］
以下、図２及び図３を参照しつつ、直流電源１０ａから負荷１０２へ電力を供給する力行時における電源システム１００の制御について説明する。図２は、動作側である直流電源１０ａに繋がるリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流及び非動作側である直流電源１０ｂに繋がるリアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流の時間変化を示す。図３は、各タイミングにおける電源システム１００に含まれる各スイッチング素子の開閉状況及び電流の状態を示す図である。
[Battery loss by non-operating power converter (powering)]
Hereinafter, the control of the power supply system 100 during powering for supplying power from the DC power supply 10a to the load 102 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows temporal changes of the reactor current flowing through the reactor 12c connected to the DC power supply 10a on the operating side and the reactor current flowing through the reactor 14c connected to the DC power supply 10b on the non-operating side. FIG. 3 is a diagram showing the switching state and current state of each switching element included in the power supply system 100 at each timing.
時刻ｔ１では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態（導通状態）とされ、上アーム側スイッチング素子１２ｄ、上アーム側スイッチング素子１４ｄ、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６はオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、第１電力変換器１２のリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流が徐々に増加する。 At time t1, the lower arm side switching element 12f is turned on (conductive state), and the upper arm side switching element 12d, the upper arm side switching element 14d, the lower arm side switching element 14f, and the coupling element 16 are in the off state (non-conductive). State). Thereby, the reactor electric current which flows through the reactor 12c of the 1st power converter 12 increases gradually.
時刻ｔ２では、下アーム側スイッチング素子１２ｆをオフ状態とする前に、連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。 At time t2, the coupling element 16 and the lower arm side switching element 14f are turned on before the lower arm side switching element 12f is turned off. As a result, a slight reactor current starts to flow through the reactor 14c of the second power converter 14 as a side effect.
時刻ｔ３では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ａからの電流は下アーム側スイッチング素子１４ｆを迂回して流れることになる。この迂回経路によって、下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオフ動作では無損失である。 At time t3, the lower arm side switching element 12f is turned off. Thereby, the current from the DC power supply 10a flows around the lower arm side switching element 14f. By this detour path, the voltage between the terminals of the lower arm side switching element 12f is 0, and there is no loss in the off operation of the lower arm side switching element 12f.
時刻ｔ４では、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオフ状態とし、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆを流れる電流が断たれ、直流電源１０ｂから帰還ダイオード１４ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆにターンオフ損失が発生する。一方、直流電源１０ａからは帰還ダイオード１２ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。 At time t4, the lower arm side switching element 14f is turned off and the upper arm side switching element 14d is turned on. Thereby, the current flowing through the lower arm side switching element 14f is cut off, and the current flows from the DC power supply 10b to the load 102 via the feedback diode 14e. Thereby, a turn-off loss occurs in the lower arm side switching element 14f. On the other hand, a current flows from the DC power supply 10a to the load 102 via the feedback diode 12e.
時刻ｔ５では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオン状態とされる。直流電源１０ａから上アーム側スイッチング素子１２ｄ及び帰還ダイオード１２ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。ただし、直流電源１０ｂからの電流は帰還ダイオード１４ｅを介して既に流れているので、この制御は省略してもよい。 At time t5, the upper arm side switching element 12d is turned on. A current flows from the DC power supply 10a to the load 102 via the upper arm side switching element 12d and the feedback diode 12e. However, since the current from the DC power supply 10b already flows through the feedback diode 14e, this control may be omitted.
時刻ｔ６では、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ｂからの電流が停止される。 At time t6, the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d are turned off. Thereby, the current from the DC power supply 10b is stopped.
時刻ｔ７では、上アーム側スイッチング素子１２ｄをオフ状態とする前に、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。 At time t7, the connecting element 16 and the upper arm side switching element 14d are turned on before the upper arm side switching element 12d is turned off. As a result, a slight reactor current starts to flow through the reactor 14c of the second power converter 14 as a side effect.
時刻ｔ８では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオフ状態とされる。ただし、直流電源１０ａからの電流は帰還ダイオード１２ｅを流れ続けるので、電流の状態は変化しない。 At time t8, the upper arm side switching element 12d is turned off. However, since the current from the DC power supply 10a continues to flow through the feedback diode 12e, the current state does not change.
時刻ｔ９では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とし、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆに電流が流れ始め、下アーム側スイッチング素子１４ｆに僅かなターンオン損失が発生する。 At time t9, the upper arm side switching element 14d is turned off and the lower arm side switching element 14f is turned on. Thereby, a current starts to flow through the lower arm side switching element 14f, and a slight turn-on loss occurs in the lower arm side switching element 14f.
時刻ｔ１０では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態とされる。あらかじめ連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆがオン状態とされているので下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオン動作では無損失である。 At time t10, the lower arm side switching element 12f is turned on. Since the coupling element 16 and the lower arm side switching element 14f are turned on in advance, the voltage between the terminals of the lower arm side switching element 12f is 0, and there is no loss in the on operation of the lower arm side switching element 12f.
時刻ｔ１１では、連結素子１６及び下アーム側スイッチング素子１４ｆがオフ状態とされる。 At time t11, the coupling element 16 and the lower arm switching element 14f are turned off.
上記時刻ｔ１〜ｔ１１の制御を繰り返すことにより直流電源１０ａから負荷１０２へ電力を供給する力行制御を実現することができる。このとき、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含めて制御することによって、状態変化に伴う電力損失を動作側の第１電力変換器１２のみならず、非動作側の第２電力変換器１４にも負担させることができる。これにより、動作側の第１電力変換器１２のみならず、非動作側の第２電力変換器１４にも発熱の負担を分担することができ、電源システム１００から負荷１０２へ供給できる最大電力を高めることができる。 By repeating the control at the times t1 to t11, power running control for supplying power from the DC power supply 10a to the load 102 can be realized. At this time, by controlling including the second power converter 14 and the coupling element 16, not only the first power converter 12 on the operating side but also the second power converter on the non-operating side can be used for the power loss accompanying the state change. 14 can also be borne. Thus, not only the first power converter 12 on the operating side but also the second power converter 14 on the non-operating side can share the burden of heat generation, and the maximum power that can be supplied from the power supply system 100 to the load 102 is increased. Can be increased.
［非動作側の電力変換器による損失負担（回生時）］
以下、図４及び図５を参照しつつ、負荷１０２から直流電源１０ａへ電力を回収する回生時における電源システム１００の制御について説明する。図４は、動作側である直流電源１０ａに繋がるリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流及び非動作側である直流電源１０ｂに繋がるリアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流の時間変化を示す。図５は、各タイミングにおける電源システム１００に含まれる各スイッチング素子の開閉状況及び電流の状態を示す図である。
[Battery loss due to non-operating power converter (during regeneration)]
Hereinafter, the control of the power supply system 100 during regeneration for collecting power from the load 102 to the DC power supply 10a will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows temporal changes in the reactor current flowing through the reactor 12c connected to the DC power supply 10a on the operating side and the reactor current flowing through the reactor 14c connected to the DC power supply 10b on the non-operating side. FIG. 5 is a diagram illustrating the switching state and current state of each switching element included in the power supply system 100 at each timing.
時刻ｔ１では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態（導通状態）とされ、上アーム側スイッチング素子１２ｄ、上アーム側スイッチング素子１４ｄ、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６はオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、第１電力変換器１２のリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流が徐々に増加する。 At time t1, the lower arm side switching element 12f is turned on (conductive state), and the upper arm side switching element 12d, the upper arm side switching element 14d, the lower arm side switching element 14f, and the coupling element 16 are in the off state (non-conductive). State). Thereby, the reactor electric current which flows through the reactor 12c of the 1st power converter 12 increases gradually.
時刻ｔ２では、下アーム側スイッチング素子１２ｆをオフ状態とする前に、連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。 At time t2, the coupling element 16 and the lower arm side switching element 14f are turned on before the lower arm side switching element 12f is turned off. As a result, a slight reactor current starts to flow through the reactor 14c of the second power converter 14 as a side effect.
時刻ｔ３では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオフ状態とされる。このとき、下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオフ動作では無損失である。 At time t3, the lower arm side switching element 12f is turned off. At this time, the voltage between the terminals of the lower arm side switching element 12f is 0, and there is no loss in the off operation of the lower arm side switching element 12f.
時刻ｔ４では、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオフ状態とし、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆを流れる電流が断たれ、直流電源１０ｂから上アーム側スイッチング素子１４ｄを介して負荷１０２へ電流が流れると共に、負荷１０２から直流電源１０ａに回生電流が流れる。これにより、上アーム側スイッチング素子１４ｄにターンオン損失が発生する。 At time t4, the lower arm side switching element 14f is turned off and the upper arm side switching element 14d is turned on. As a result, the current flowing through the lower arm side switching element 14f is cut off, the current flows from the DC power supply 10b to the load 102 via the upper arm side switching element 14d, and the regenerative current flows from the load 102 to the DC power supply 10a. Thereby, a turn-on loss occurs in the upper arm side switching element 14d.
時刻ｔ５では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオン状態とされる。負荷１０２から上アーム側スイッチング素子１２ｄを介して直流電源１０ａへ回生電流が流れる。ただし、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄがオン状態に維持されているので、上アーム側スイッチング素子１２ｄの端子間電圧は０であり、上アーム側スイッチング素子１２ｄでのターンオン損失は発生しない。 At time t5, the upper arm side switching element 12d is turned on. A regenerative current flows from the load 102 to the DC power supply 10a through the upper arm side switching element 12d. However, since the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d are maintained in the ON state, the voltage between the terminals of the upper arm side switching element 12d is 0, and no turn-on loss occurs in the upper arm side switching element 12d. .
時刻ｔ６では、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ｂからの電流が停止される。 At time t6, the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d are turned off. Thereby, the current from the DC power supply 10b is stopped.
時刻ｔ７では、上アーム側スイッチング素子１２ｄをオフ状態とする前に、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。 At time t7, the connecting element 16 and the upper arm side switching element 14d are turned on before the upper arm side switching element 12d is turned off. As a result, a slight reactor current starts to flow through the reactor 14c of the second power converter 14 as a side effect.
時刻ｔ８では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオフ状態とされる。これにより、上アーム側スイッチング素子１２ｄを流れる電流が断たれ、負荷１０２から上アーム側スイッチング素子１４ｄを介して直流電源１０ａへ回生電流が流れるようになる。ただし、上アーム側スイッチング素子１２ｄの端子間電圧は０であり、上アーム側スイッチング素子１２ｄのターンオフ損失は発生しない。 At time t8, the upper arm side switching element 12d is turned off. Thereby, the current flowing through the upper arm side switching element 12d is cut off, and a regenerative current flows from the load 102 to the DC power supply 10a via the upper arm side switching element 14d. However, the voltage between the terminals of the upper arm side switching element 12d is 0, and the turn-off loss of the upper arm side switching element 12d does not occur.
時刻ｔ９では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とし、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオン状態とする。このとき、上アーム側スイッチング素子１４ｄにターンオフ損失が発生する。 At time t9, the upper arm side switching element 14d is turned off and the lower arm side switching element 14f is turned on. At this time, a turn-off loss occurs in the upper arm side switching element 14d.
時刻ｔ１０では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態とされる。電流は、帰還ダイオード１２ｇを流れるので、下アーム側スイッチング素子１２ｆのターンオン損失は発生しない。ただし、この制御は省略してもよい。 At time t10, the lower arm side switching element 12f is turned on. Since the current flows through the feedback diode 12g, the turn-on loss of the lower arm side switching element 12f does not occur. However, this control may be omitted.
時刻ｔ１１では、連結素子１６及び下アーム側スイッチング素子１４ｆがオフ状態とされる。 At time t11, the coupling element 16 and the lower arm switching element 14f are turned off.
上記時刻ｔ１〜ｔ１１の制御を繰り返すことにより負荷１０２からへ電力を回収する回生制御を実現することができる。このとき、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含めて制御することによって、状態変化に伴う電力損失を動作側の第１電力変換器１２のみならず、非動作側の第２電力変換器１４にも負担させることができる。これにより、動作側の第１電力変換器１２のみならず、非動作側の第２電力変換器１４にも発熱の負担を分担することができ、負荷１０２から電源システム１００へ回収できる最大電力を高めることができる。 By repeating the control at the times t1 to t11, regenerative control for recovering power from the load 102 can be realized. At this time, by controlling including the second power converter 14 and the coupling element 16, not only the first power converter 12 on the operating side but also the second power converter on the non-operating side can be used for the power loss accompanying the state change. 14 can also be borne. As a result, not only the first power converter 12 on the operating side but also the second power converter 14 on the non-operating side can share the burden of heat generation, and the maximum power that can be recovered from the load 102 to the power supply system 100 is increased. Can be increased.
［連結素子による損失負担（力行時）］
以下、図６及び図７を参照しつつ、直流電源１０ａから負荷１０２へ電力を供給する力行時における電源システム１００の制御について説明する。図６は、動作側である直流電源１０ａに繋がるリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流及び非動作側である直流電源１０ｂに繋がるリアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流の時間変化を示す。図７は、各タイミングにおける電源システム１００に含まれる各スイッチング素子の開閉状況及び電流の状態を示す図である。
[Loss burden by connecting elements (powering)]
Hereinafter, the control of the power supply system 100 during powering for supplying power from the DC power supply 10a to the load 102 will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows temporal changes in the reactor current flowing through the reactor 12c connected to the DC power supply 10a on the operating side and the reactor current flowing through the reactor 14c connected to the DC power supply 10b on the non-operating side. FIG. 7 is a diagram showing the switching state and current state of each switching element included in the power supply system 100 at each timing.
時刻ｔ１では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態（導通状態）とされ、上アーム側スイッチング素子１２ｄ、上アーム側スイッチング素子１４ｄ、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６はオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、第１電力変換器１２のリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流が徐々に増加する。 At time t1, the lower arm side switching element 12f is turned on (conductive state), and the upper arm side switching element 12d, the upper arm side switching element 14d, the lower arm side switching element 14f, and the coupling element 16 are in the off state (non-conductive). State). Thereby, the reactor electric current which flows through the reactor 12c of the 1st power converter 12 increases gradually.
時刻ｔ２では、下アーム側スイッチング素子１２ｆをオフ状態とする前に、連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。 At time t2, the coupling element 16 and the lower arm side switching element 14f are turned on before the lower arm side switching element 12f is turned off. As a result, a slight reactor current starts to flow through the reactor 14c of the second power converter 14 as a side effect.
時刻ｔ３では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ａからの電流は下アーム側スイッチング素子１４ｆを迂回して流れることになる。この迂回経路によって、下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオフ動作では無損失である。 At time t3, the lower arm side switching element 12f is turned off. Thereby, the current from the DC power supply 10a flows around the lower arm side switching element 14f. By this detour path, the voltage between the terminals of the lower arm side switching element 12f is 0, and there is no loss in the off operation of the lower arm side switching element 12f.
時刻ｔ４では、連結素子１６をオフ状態とする。このとき、連結素子１６にターンオフ損失が発生する。また、直流電源１０ａからは帰還ダイオード１２ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。 At time t4, the coupling element 16 is turned off. At this time, a turn-off loss occurs in the coupling element 16. Further, a current flows from the DC power supply 10a to the load 102 via the feedback diode 12e.
時刻ｔ５では、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオフ状態とし、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆを流れる電流が断たれ、直流電源１０ｂから上アーム側スイッチング素子１４ｄを介して負荷１０２へ電流が流れる。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆに僅かなターンオフ損失が発生する。 At time t5, the lower arm side switching element 14f is turned off and the upper arm side switching element 14d is turned on. Thereby, the current flowing through the lower arm side switching element 14f is cut off, and the current flows from the DC power supply 10b to the load 102 via the upper arm side switching element 14d. As a result, a slight turn-off loss occurs in the lower arm side switching element 14f.
時刻ｔ６では、連結素子１６がオン状態とされる。続いて、時刻ｔ７では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオン状態とされる。直流電源１０ａから上アーム側スイッチング素子１２ｄ及び帰還ダイオード１２ｅを介して負荷１０２へ電流が流れる。ただし、直流電源１０ｂからの電流は帰還ダイオード１４ｅを介して既に流れているので、時刻ｔ５〜時刻ｔ７の制御は省略してもよい。 At time t6, the coupling element 16 is turned on. Subsequently, at time t7, the upper arm side switching element 12d is turned on. A current flows from the DC power supply 10a to the load 102 via the upper arm side switching element 12d and the feedback diode 12e. However, since the current from the DC power supply 10b is already flowing through the feedback diode 14e, the control from time t5 to time t7 may be omitted.
時刻ｔ８では、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ｂからの電流が停止される。 At time t8, the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d are turned off. Thereby, the current from the DC power supply 10b is stopped.
時刻ｔ９では、上アーム側スイッチング素子１２ｄをオフ状態とする前に、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。 At time t9, the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d are turned on before the upper arm side switching element 12d is turned off. As a result, a slight reactor current starts to flow through the reactor 14c of the second power converter 14 as a side effect.
時刻ｔ１０では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオフ状態とされる。ただし、直流電源１０ａからの電流は帰還ダイオード１２ｅを流れ続けるので、電流の状態は変化しない。 At time t10, the upper arm side switching element 12d is turned off. However, since the current from the DC power supply 10a continues to flow through the feedback diode 12e, the current state does not change.
時刻ｔ１１では、連結素子１６をオフ状態とする。時刻ｔ１２では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とし、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオン状態とする。このとき、リアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流が遮断されるので上アーム側スイッチング素子１４ｄにおいて僅かなターンオフ損失が発生する。 At time t11, the coupling element 16 is turned off. At time t12, the upper arm side switching element 14d is turned off, and the lower arm side switching element 14f is turned on. At this time, since the reactor current flowing through the reactor 14c is interrupted, a slight turn-off loss occurs in the upper arm side switching element 14d.
時刻ｔ１３では、連結素子１６をオン状態とする。直流電源１０ａからの電流は下アーム側スイッチング素子１４ｆを迂回して流れることになる。このとき、連結素子１６においてターンオン損失が発生する。 At time t13, the coupling element 16 is turned on. The current from the DC power supply 10a flows around the lower arm side switching element 14f. At this time, turn-on loss occurs in the coupling element 16.
時刻ｔ１４では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態とされる。あらかじめ連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆがオン状態とされているので下アーム側スイッチング素子１２ｆの端子間電圧は０であり、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオン動作では無損失である。 At time t14, the lower arm side switching element 12f is turned on. Since the coupling element 16 and the lower arm side switching element 14f are turned on in advance, the voltage between the terminals of the lower arm side switching element 12f is 0, and there is no loss in the on operation of the lower arm side switching element 12f.
時刻ｔ１５では、連結素子１６及び下アーム側スイッチング素子１４ｆがオフ状態とされる。 At time t15, the coupling element 16 and the lower arm switching element 14f are turned off.
上記時刻ｔ１〜ｔ１５の制御を繰り返すことにより直流電源１０ａから負荷１０２へ電力を供給する力行制御を実現することができる。このとき、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含めて制御することによって、状態変化に伴う電力損失を動作側の第１電力変換器１２のみならず、連結素子１６にも負担させることができる。これにより、動作側の第１電力変換器１２のみならず、連結素子１６にも発熱の負担を分担することができ、電源システム１００から負荷１０２へ供給できる最大電力を高めることができる。 By repeating the control at the times t1 to t15, power running control for supplying power from the DC power supply 10a to the load 102 can be realized. At this time, by controlling including the second power converter 14 and the coupling element 16, it is possible to cause not only the first power converter 12 on the operating side but also the coupling element 16 to bear the power loss due to the state change. it can. As a result, not only the first power converter 12 on the operation side but also the coupling element 16 can share the heat generation load, and the maximum power that can be supplied from the power supply system 100 to the load 102 can be increased.
［連結素子による損失負担（回生時）］
以下、図８及び図９を参照しつつ、負荷１０２から直流電源１０ａへ電力を回収する回生時における電源システム１００の制御について説明する。図８は、動作側である直流電源１０ａに繋がるリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流及び非動作側である直流電源１０ｂに繋がるリアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流の時間変化を示す。図９は、各タイミングにおける電源システム１００に含まれる各スイッチング素子の開閉状況及び電流の状態を示す図である。
[Loss burden by connecting elements (at regeneration)]
Hereinafter, the control of the power supply system 100 during regeneration in which power is recovered from the load 102 to the DC power supply 10a will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows temporal changes of the reactor current flowing through the reactor 12c connected to the DC power supply 10a on the operating side and the reactor current flowing through the reactor 14c connected to the DC power supply 10b on the non-operating side. FIG. 9 is a diagram showing the switching state and current state of each switching element included in the power supply system 100 at each timing.
時刻ｔ１では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態（導通状態）とされ、上アーム側スイッチング素子１２ｄ、上アーム側スイッチング素子１４ｄ、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６はオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、第１電力変換器１２のリアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流が徐々に増加する。 At time t1, the lower arm side switching element 12f is turned on (conductive state), and the upper arm side switching element 12d, the upper arm side switching element 14d, the lower arm side switching element 14f, and the coupling element 16 are in the off state (non-conductive). State). Thereby, the reactor electric current which flows through the reactor 12c of the 1st power converter 12 increases gradually.
時刻ｔ２では、下アーム側スイッチング素子１２ｆをオフ状態とする前に、連結素子１６と下アーム側スイッチング素子１４ｆとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。 At time t2, the coupling element 16 and the lower arm side switching element 14f are turned on before the lower arm side switching element 12f is turned off. As a result, a slight reactor current starts to flow through the reactor 14c of the second power converter 14 as a side effect.
時刻ｔ３では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオフ状態とされる。このとき、リアクトル１２ｃを流れる電流は帰還ダイオード１２ｇを介して流れているため、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオフ動作ではターンオフ損失は発生しない。 At time t3, the lower arm side switching element 12f is turned off. At this time, since the current flowing through the reactor 12c flows through the feedback diode 12g, no turn-off loss occurs in the off operation of the lower arm side switching element 12f.
時刻ｔ４では、連結素子１６をオフ状態とする。ただし、この制御は省略してもよい。 At time t4, the coupling element 16 is turned off. However, this control may be omitted.
時刻ｔ５では、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオフ状態とし、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオン状態とする。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆを流れる電流が断たれ、直流電源１０ｂから上アーム側スイッチング素子１４ｄを介して負荷１０２へ電流が流れる。これにより、下アーム側スイッチング素子１４ｆに僅かなターンオフ損失が発生する。 At time t5, the lower arm side switching element 14f is turned off and the upper arm side switching element 14d is turned on. Thereby, the current flowing through the lower arm side switching element 14f is cut off, and the current flows from the DC power supply 10b to the load 102 via the upper arm side switching element 14d. As a result, a slight turn-off loss occurs in the lower arm side switching element 14f.
時刻ｔ６では、連結素子１６がオン状態とされる。このとき、連結素子１６においてターンオン損失が発生する。 At time t6, the coupling element 16 is turned on. At this time, turn-on loss occurs in the coupling element 16.
時刻ｔ７では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオン状態とされる。負荷１０２から上アーム側スイッチング素子１２ｄを介して直流電源１０ａへ電流が流れる。ただし、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄからなる迂回経路がオン状態とされているので、上アーム側スイッチング素子１２ｄの端子間電圧は０であり、上アーム側スイッチング素子１２ｄにおいてターンオン損失は発生しない。 At time t7, the upper arm side switching element 12d is turned on. A current flows from the load 102 to the DC power supply 10a via the upper arm side switching element 12d. However, since the detour path composed of the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d is turned on, the voltage between the terminals of the upper arm side switching element 12d is 0, and the turn-on loss in the upper arm side switching element 12d is Does not occur.
時刻ｔ８では、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオフ状態とされる。これにより、直流電源１０ｂからの電流が停止される。 At time t8, the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d are turned off. Thereby, the current from the DC power supply 10b is stopped.
時刻ｔ９では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とする前に、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄとがオン状態とされる。これにより、第２電力変換器１４のリアクトル１４ｃに副作用的に僅かなリアクトル電流が流れ始める。 At time t9, before the upper arm side switching element 14d is turned off, the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d are turned on. As a result, a slight reactor current starts to flow through the reactor 14c of the second power converter 14 as a side effect.
時刻ｔ１０では、上アーム側スイッチング素子１２ｄがオフ状態とされる。ただし、連結素子１６と上アーム側スイッチング素子１４ｄからなる迂回経路がオン状態とされているので、上アーム側スイッチング素子１２ｄの端子間電圧は０であり、上アーム側スイッチング素子１２ｄにおいてターンオフ損失は発生しない。 At time t10, the upper arm side switching element 12d is turned off. However, since the detour path composed of the coupling element 16 and the upper arm side switching element 14d is turned on, the voltage between the terminals of the upper arm side switching element 12d is 0, and the turn-off loss in the upper arm side switching element 12d is Does not occur.
時刻ｔ１１では、連結素子１６をオフ状態とする。このとき、連結素子１６においてターンオフ損失が発生する。 At time t11, the coupling element 16 is turned off. At this time, a turn-off loss occurs in the coupling element 16.
時刻ｔ１２では、上アーム側スイッチング素子１４ｄをオフ状態とし、下アーム側スイッチング素子１４ｆをオン状態とする。このとき、リアクトル１４ｃを流れるリアクトル電流が遮断されるので、上アーム側スイッチング素子１４ｄにおいて僅かなターンオフ損失が発生する。 At time t12, the upper arm side switching element 14d is turned off, and the lower arm side switching element 14f is turned on. At this time, since the reactor current flowing through the reactor 14c is interrupted, a slight turn-off loss occurs in the upper arm side switching element 14d.
時刻ｔ１３では、連結素子１６をオン状態とする。続いて、時刻ｔ１４では、下アーム側スイッチング素子１２ｆがオン状態とされる。ただし、リアクトル１２ｃを流れるリアクトル電流は帰還ダイオード１２ｇを介して流れているため、下アーム側スイッチング素子１２ｆのオン動作によるターンオン損失は発生しない。なお、時刻ｔ１２〜ｔ１４の制御は省略してもよい。 At time t13, the coupling element 16 is turned on. Subsequently, at time t14, the lower arm side switching element 12f is turned on. However, since the reactor current flowing through the reactor 12c flows through the feedback diode 12g, there is no turn-on loss due to the ON operation of the lower arm side switching element 12f. In addition, you may abbreviate | omit control of time t12-t14.
時刻ｔ１５では、連結素子１６及び下アーム側スイッチング素子１４ｆがオフ状態とされる。 At time t15, the coupling element 16 and the lower arm switching element 14f are turned off.
上記時刻ｔ１〜ｔ１５の制御を繰り返すことにより負荷１０２から直流電源１０ａへ電力を回収する回生制御を実現することができる。このとき、第２電力変換器１４及び連結素子１６を含めて制御することによって、状態変化に伴う電力損失を動作側の第１電力変換器１２のみならず、連結素子１６にも負担させることができる。これにより、動作側の第１電力変換器１２のみならず、連結素子１６にも発熱の負担を分担することができ、負荷１０２から電源システム１００へ回収できる最大電力を高めることができる。 By repeating the control at the times t1 to t15, regenerative control for recovering power from the load 102 to the DC power source 10a can be realized. At this time, by controlling including the second power converter 14 and the coupling element 16, it is possible to cause not only the first power converter 12 on the operating side but also the coupling element 16 to bear the power loss due to the state change. it can. As a result, not only the first power converter 12 on the operation side but also the coupling element 16 can share the heat generation load, and the maximum power that can be recovered from the load 102 to the power supply system 100 can be increased.
［スイッチング損失による素子の温度上昇制御］
図１０は、力行時における従来のスイッチング制御による第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ、第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆ、及び連結素子１６の素子温度の時間変化を示す。
[Control of device temperature rise by switching loss]
FIG. 10 shows temporal changes in element temperatures of the lower arm side switching element 12f of the first power converter 12, the lower arm side switching element 14f of the second power converter 14, and the coupling element 16 by conventional switching control during powering. Indicates.
図１０に示されるように、従来のスイッチング制御では動作側の第１電力変換器１２のみを用いて力行制御が行われるので、下アーム側スイッチング素子１２ｆの温度のみが時間経過と共に上昇し、下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６の温度は上昇しない。したがって、加熱負荷が下アーム側スイッチング素子１２ｆのみに掛かり、電源システム１００から供給できる最大電力は動作側の第１電力変換器１２の発熱許容量に依存することになっていた。 As shown in FIG. 10, in the conventional switching control, the power running control is performed using only the first power converter 12 on the operation side. Therefore, only the temperature of the lower arm side switching element 12f rises with time, and The temperatures of the arm side switching element 14f and the coupling element 16 do not rise. Therefore, the heating load is applied only to the lower arm side switching element 12f, and the maximum power that can be supplied from the power supply system 100 is dependent on the heat generation allowable amount of the first power converter 12 on the operation side.
図１１は、本実施の形態におけるスイッチング制御を適用したときの第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ、第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆ、及び連結素子１６の素子温度の時間変化を示す。 FIG. 11 shows elements of the lower arm side switching element 12f of the first power converter 12, the lower arm side switching element 14f of the second power converter 14, and the coupling element 16 when the switching control in the present embodiment is applied. It shows the time change of temperature.
ここでは、動作側の第１電力変換器１２、非動作側の第２電力変換器１４及び連結素子１６における温度上昇が分散されるように、従来の第２電力変換器１４及び連結素子１６を使用しない力行制御（期間Ｔ１）と、非動作側の第２電力変換器１４にて損失を負担する力行制御（期間Ｔ２）と、連結素子１６にて損失を負担する力行制御（期間Ｔ３）と、を時間的に切り替える制御を繰り返す。繰り返しの周期（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は、例えば、数１００ｍｓ程度にすればよい。 Here, the conventional second power converter 14 and the connecting element 16 are arranged so that the temperature rise in the first power converter 12 on the operating side, the second power converter 14 on the non-operating side, and the connecting element 16 is dispersed. Powering control that is not used (period T1), powering control that bears a loss in the second power converter 14 on the non-operating side (period T2), and powering control that bears a loss in the coupling element 16 (period T3) , The control to switch over time is repeated. The repetition cycle (T1 + T2 + T3) may be about several hundreds ms, for example.
これによって、図１１に示されるように、従来の第２電力変換器１４及び連結素子１６を使用しない力行制御（期間Ｔ１）では、動作側の第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆの温度が上昇し、非動作側の第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆ及び連結素子１６の温度は低下する。また、非動作側の第２電力変換器１４にて損失を負担する力行制御（期間Ｔ２）では、非動作側の第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆの温度が上昇し、動作側の第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ及び連結素子１６の温度は低下する。また、連結素子１６にて損失を負担する力行制御（期間Ｔ３）では、連結素子１６の温度が上昇し、動作側の第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ及び非動作側の第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆの温度は低下する。このようにして、第１電力変換器１２の下アーム側スイッチング素子１２ｆ、第２電力変換器１４の下アーム側スイッチング素子１４ｆ、及び連結素子１６の素子温度が均等化される。 Accordingly, as shown in FIG. 11, in the power running control (period T1) in which the conventional second power converter 14 and the coupling element 16 are not used, the lower arm side switching element 12f of the first power converter 12 on the operating side. The temperature of the lower power switching element 14f and the coupling element 16 of the second power converter 14 on the non-operating side decreases. Further, in the power running control (period T2) in which loss is borne by the non-operating second power converter 14, the temperature of the lower arm side switching element 14f of the non-operating second power converter 14 rises and operates. The temperature of the lower arm side switching element 12f and the coupling element 16 of the first power converter 12 on the side decreases. In the power running control (period T3) in which loss is borne by the coupling element 16, the temperature of the coupling element 16 rises, and the lower arm side switching element 12f of the first power converter 12 on the operating side and the non-operating side of the first switching element 12f. 2 The temperature of the lower arm side switching element 14f of the power converter 14 decreases. In this way, the element temperatures of the lower arm side switching element 12f of the first power converter 12, the lower arm side switching element 14f of the second power converter 14, and the connecting element 16 are equalized.
以上のように、電源システム１００において、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６のスイッチング素子の発熱の負担を制御し、力行時における最大供給電力を向上させることができる。また、回生時においても、従来の第２電力変換器１４及び連結素子１６を使用しない回生制御（期間Ｔ１）と、非動作側の第２電力変換器１４にて損失を負担する回生制御（期間Ｔ２）と、連結素子１６にて損失を負担する回生制御（期間Ｔ３）と、を時間的に切り替える制御を繰り返せばよい。 As described above, in the power supply system 100, the burden of heat generated by the switching elements of the first power converter 12, the second power converter 14, and the coupling element 16 can be controlled, and the maximum power supply during powering can be improved. . Further, even during regeneration, the conventional regenerative control (period T1) that does not use the second power converter 14 and the coupling element 16 and the regenerative control (period that bears a loss in the second power converter 14 on the non-operating side). What is necessary is just to repeat the control which switches T2) and the regeneration control (period T3) which bears a loss in the connection element 16 temporally.
なお、本実施の形態では、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６のスイッチング素子の発熱の負担を均等化する例を示したが、各スイッチング素子の許容熱容量が異なる場合、許容熱容量が大きい素子に許容熱容量が小さい素子より熱負荷が大きく掛かるように制御してもよい。例えば、力行制御又は回生制御において上記期間Ｔ１〜Ｔ２のデューティ比を不均等にして、許容熱容量が大きい素子の温度の上昇期間を長くし、許容熱容量が小さい素子の温度の上昇期間を短くすればよい。 In the present embodiment, the example of equalizing the heat generation burden of the switching elements of the first power converter 12, the second power converter 14, and the coupling element 16 has been shown, but the allowable heat capacity of each switching element is different. In this case, it may be controlled so that a larger thermal load is applied to an element having a large allowable heat capacity than an element having a small allowable heat capacity. For example, in powering control or regenerative control, if the duty ratios of the above-described periods T1 to T2 are made unequal, the temperature rise period of an element having a large allowable heat capacity is lengthened, and the temperature rise period of an element having a small allowable heat capacity is shortened. Good.
また、本実施の形態では、第１電力変換器１２、第２電力変換器１４及び連結素子１６のスイッチング素子のそれぞれにおいて発熱の負担を分担したが、いずれか２つに含まれるスイッチング素子に発熱を分担させるようにしてもよい。 Moreover, in this Embodiment, although the burden of heat_generation | fever was shared in each of the switching element of the 1st power converter 12, the 2nd power converter 14, and the connection element 16, it generates heat to the switching element contained in any two. May be shared.
また、本実施の形態では、下アーム側スイッチング素子１４ｆに並列に直流電源１０ｂを接続した構成としたが、図１２に示すように、上アーム側スイッチング素子１４ｄに並列に直流電源１０ｂを接続した電源システム１０４としてもよい。この場合、副作用的に流れる非動作側のリアクトル電流の向きが反転すること以外は制御方法及び作用・効果は上記実施の形態と同様である。また、下アーム側スイッチング素子１２ｆに並列に直流電源１０ａを接続した構成としたが、上アーム側スイッチング素子１２ｄに並列に直流電源１０ａを接続した構成としてもよい。 In the present embodiment, the DC power supply 10b is connected in parallel to the lower arm side switching element 14f. However, as shown in FIG. 12, the DC power supply 10b is connected in parallel to the upper arm side switching element 14d. The power supply system 104 may be used. In this case, the control method, operation, and effects are the same as those in the above embodiment except that the direction of the reactor current on the non-operating side that flows as a side effect is reversed. Further, although the DC power supply 10a is connected in parallel to the lower arm side switching element 12f, the DC power supply 10a may be connected in parallel to the upper arm side switching element 12d.
また、本実施の形態では、直流電源１０ａ及び直流電源１０ｂにそれぞれ第１電力変換器１２及び第２電力変換器１４を接続した構成を示したが、３つ以上の電源及び電力変換器を有する構成としてもよい。この場合も、各電力変換器を連結素子で接続し、力行制御時又は回生制御時において連結素子をオン状態（導通状態）とすることによって電力損失を複数の電力変換器又は連結素子に負担させることができる。 Moreover, in this Embodiment, although the structure which connected the 1st power converter 12 and the 2nd power converter 14 to the DC power supply 10a and the DC power supply 10b, respectively was shown, it has three or more power supplies and power converters. It is good also as a structure. Also in this case, each power converter is connected by a coupling element, and the power loss is borne by a plurality of power converters or coupling elements by turning on the coupling element during powering control or regenerative control. be able to.
１０（１０ａ，１０ｂ） 直流電源、１２ 第１電力変換器、１２ａ 上アーム、１２ｂ 下アーム、１２ｃ リアクトル、１２ｄ 上アーム側スイッチング素子、１２ｅ 帰還ダイオード、１２ｆ 下アーム側スイッチング素子、１２ｇ 帰還ダイオード、１４ 第２電力変換器、１４ａ 上アーム、１４ｂ 下アーム、１４ｃ リアクトル、１４ｄ 上アーム側スイッチング素子、１４ｅ 帰還ダイオード、１４ｆ 下アーム側スイッチング素子、１４ｇ 帰還ダイオード、１６ 連結素子、１００，１０４ 電源システム、１０２ 負荷。 10 (10a, 10b) DC power supply, 12 first power converter, 12a upper arm, 12b lower arm, 12c reactor, 12d upper arm side switching element, 12e feedback diode, 12f lower arm side switching element, 12g feedback diode, 14 2nd power converter, 14a upper arm, 14b lower arm, 14c reactor, 14d upper arm side switching element, 14e feedback diode, 14f lower arm side switching element, 14g feedback diode, 16 coupling element, 100, 104 power supply system, 102 load.
Claims (3)
前記複数の電源に各々設けられ、前記電源と負荷との間の電力変換を行う複数の電力変換器と、
前記複数の電力変換器の間を導通及び遮断するスイッチング素子である連結素子と、
を備え、
前記複数の電源の１つから前記負荷へ電力を供給する際、前記連結素子を導通状態とすることによって当該１つの電源に設けられた電力変換器と当該１つの電源以外の電源に設けられた電力変換器とを導通させて制御を行うことによって、前記連結素子又は当該１つの電源以外の電源に設けられた電力変換器に損失を負担させることを特徴とする電源システム。 Multiple power supplies,
A plurality of power converters, each provided in the plurality of power supplies, for performing power conversion between the power supply and a load;
A coupling element that is a switching element for conducting and blocking between the plurality of power converters;
With
When power is supplied to the load from one of the plurality of power supplies, the power supply provided to the one power supply and the power supply other than the one power supply are provided by bringing the connecting element into a conductive state. A power supply system characterized in that a loss is borne by a power converter provided in a power supply other than the connection element or the one power supply by conducting control with the power converter being conducted.
前記複数の電源の各々は、前記複数の電力変換器の１つの上アームと下アームを繋ぐノードに接続されており、前記連結素子は前記ノード間に設けられていることを特徴とする電源システム。 The power supply system according to claim 1,
Each of the plurality of power supplies is connected to a node connecting one upper arm and a lower arm of the plurality of power converters, and the coupling element is provided between the nodes. .
前記連結素子は、両耐圧特性を有するスイッチング素子であることを特徴とする電源システム。 The power supply system according to claim 1 or 2,
The power supply system, wherein the connecting element is a switching element having both withstand voltage characteristics.
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