JP6567236B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
直流電源と電動機を駆動するインバータとの間に配置された、磁気結合した結合リアクトルおよび電圧変換用のDC/DC変換器と、
上記直流電源と上記結合リアクトルとの間に接続された第1平滑コンデンサと、
上記DC/DC変換器と上記インバータとの間に接続された第2平滑コンデンサと、
上記第1平滑コンデンサと上記直流電源との間に挿入された上記直流電源のオン/オフ用のスイッチと、
上記インバータおよび上記DC/DC変換器に含まれる半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部とを備え、
上記DC/DC変換器は、上記半導体スイッチング素子を有する上下一対のアームを直列接続してなるレグの2つを並列に接続して構成されるフルブリッジ型のものであり、上記結合リアクトルは、上記結合リアクトルを構成する第1巻線と第2巻線の各一端側が共に上記直流電源の正極側に接続され、上記第1巻線の他端側は上記レグのうちの第1レグを構成する上下アームの接続点に接続され、また、上記第2巻線の他端側は上記レグのうちの第2レグを構成する上下アームの接続点にそれぞれ接続されている電力変換装置であって、
上記制御部は、放電指令に応じて上記スイッチを解放し、上記DC/DC変換器の上下のアームを構成する上記半導体スイッチング素子が交互にオン/オフするように相補動作させ、かつ一対の上記レグのスイッチング位相をずらして動作させて上記第1平滑コンデンサおよび上記第2平滑コンデンサを放電させるものである。
図1は、本願の実施の形態1による電力変換装置を示す構成図である。
図1において、本実施の形態の電力変換装置は、直流電源1、スイッチ2(リレー並びに半導体スイッチング素子を含む概念)、第1平滑コンデンサ3、第1電圧センサ20、差動型の結合リアクトル4、DC/DC変換器5、第2平滑コンデンサ6、第2電圧センサ30、インバータ7、電動機8、制御部9、補助電源10を備えている。
DC/DC変換器5は、4つの半導体スイッチング素子51a〜51dを有するフルブリッジ型であり、上下のアームを直列接続してなるレグの2つ(第1レグと第2レグ)を並列に接続して構成されている。なお、図1では半導体スイッチング素子にIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いて記載しているがMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor−Field−Effect−Transistor)等を使用してもよい。
インバータ7は、駆動する電動機の相数に対応するレグ数が設けられており、図1に示されるように、電動機8が三相の電動機である場合、インバータ7は、U相、V相、W相の3つのレグで構成される。
ここに、結合リアクトルは、上下2つのU字型の鉄心からなるコア4gに第1巻線4eと第2巻線4fを巻いて互いに磁気結合させたものである。特に、本実施の形態の差動型の結合リアクトル4とは、図2に示すように、第1巻線4eと第2巻線4fに直流を流した場合、両巻線4e、4fによりコア4gに生じる直流磁束の向きが互いに打ち消し合う方向に生じるように、第1巻線4eと第2巻線4fを巻線することをいう。
また、図5及び図6において、第1巻線4e及び第2巻線4fの電流リプルに含まれる電流成分がidc<iacの時のものを示す。デューティ比Dは、周期Tに対するオン時間の比率を表す。
本願の実施の形態2の電力変換装置の特徴は、実施の形態1に用いた結合リアクトル4の結合構成を和動型にしたものであり、その他の構成は実施の形態1の場合と同じであるので、詳しい構成の説明は省略する。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (10)
- 直流電源と電動機を駆動するインバータとの間に配置された、磁気結合した結合リアクトルおよび電圧変換用のDC/DC変換器と、
上記直流電源と上記結合リアクトルとの間に接続された第1平滑コンデンサと、
上記DC/DC変換器と上記インバータとの間に接続された第2平滑コンデンサと、
上記第1平滑コンデンサと上記直流電源との間に挿入された上記直流電源のオン/オフ用のスイッチと、
上記インバータおよび上記DC/DC変換器に含まれる半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部とを備え、
上記DC/DC変換器は、上記半導体スイッチング素子を有する上下一対のアームを直列接続してなるレグの2つを並列に接続して構成されるフルブリッジ型のものであり、上記結合リアクトルは、上記結合リアクトルを構成する第1巻線と第2巻線の各一端側が共に上記直流電源の正極側に接続され、上記第1巻線の他端側は上記レグのうちの第1レグを構成する上下アームの接続点に接続され、また、上記第2巻線の他端側は上記レグのうちの第2レグを構成する上下アームの接続点にそれぞれ接続されている電力変換装置であって、
上記制御部は、放電指令に応じて上記スイッチを解放し、上記DC/DC変換器の上下のアームを構成する上記半導体スイッチング素子が交互にオン/オフするように相補動作させ、かつ一対の上記レグのスイッチング位相をずらして動作させて上記第1平滑コンデンサおよび上記第2平滑コンデンサを放電させる電力変換装置。 - 上記制御部は、上記第1平滑コンデンサと上記第2平滑コンデンサとの間に上記結合リアクトルと上記DC/DC変換器を介して交流電流を循環させて、上記結合リアクトルおよび上記DC/DC変換器によるエネルギ損失により上記第1平滑コンデンサおよび上記第2平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電させるように上記DC/DC変換器を制御する請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記結合リアクトルは、上記第1巻線と上記第2巻線に直流を流した場合、上記第1巻線及び上記第2巻線により生じる直流磁束の向きが互いに打ち消し合う方向に生じる差動型のものである請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記DC/DC変換器の上記半導体スイッチング素子をオン/オフするデューティ比をD、上記結合リアクトルの自己インダクタンスをL、相互インダクタンスをMとすると、
D<0.5の場合には、M/L>D/(1−D)
D>0.5の場合には、M/L>(1−D)/D
の各々の関係を満たすように設定することにより、上記結合リアクトルに上記DC/DC変換器のスイッチング周波数の2倍の成分を含む交流電流を流す請求項3に記載の電力変換装置。 - 上記制御部は、上記スイッチがオフした場合、上記第1平滑コンデンサと上記第2平滑コンデンサの電圧もしくは電圧差に応じて上記DC/DC変換器の上記半導体スイッチング素子をオン/オフするデューティ比を可変し、予め設定した一定の許容値を超えない範囲で上記結合リアクトルに流れるリプル電流を最大化させる請求項4に記載の電力変換装置。
- 上記結合リアクトルは、上記第1巻線と上記第2巻線に直流を流した場合、上記第1巻線及び上記第2巻線により生じる直流磁束の向きが互いに強め合う方向に生じる和動型のものである請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記制御部は、上記スイッチがオフした場合、上記第1平滑コンデンサと上記第2平滑コンデンサの電圧もしくは電圧差に応じて上記DC/DC変換器の位相をシフトして予め設定した一定の許容値を超えない範囲で上記結合リアクトルに流れるリプル電流を最大化させる請求項6に記載の電力変換装置。
- 上記制御部は、上記スイッチがオフした場合には、上記DC/DC変換器の上記半導体スイッチング素子を上記スイッチがオン時の場合よりも低いスイッチング周波数にて動作させて、上記結合リアクトルおよび上記DC/DC変換器によるエネルギ損失により上記第1平滑コンデンサと上記第2平滑コンデンサを放電する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記制御部は、上記スイッチがオフした場合の上記半導体スイッチング素子に対するスイッチング周波数が時間経過とともに次第に低下するように制御することで放電時の電流ピークを抑える請求項8に記載の電力変換装置。
- 上記DC/DC変換器から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータをさらに備える請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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JP2017085696A (ja) * | 2015-10-23 | 2017-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 電動車両 |
-
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