JP6586912B2 - 双方向dc/dcコンバータ - Google Patents
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Description
スイッチQ2,Q4がオフした後は、一次側が短絡状態となるため、リアクトルLには出力電圧V2のみが印加され、その期間をT2とすると、リアクトルLに流れる電流は式(2)となる。
式(1)と式(2)の電流量が一致すれば、共振期間Rに影響がなくなるため、式(3)を導くことができる。
また、PI演算結果をDとし、Dをエネルギー伝達期間と定義すると、
T1+T2=D …(4)
と表せる。
T1=V2/V1×D …(5)
となる。
V1/L×To+(V1−V2)/L×T1=Iref …(6)
V2/L×T2=Iref …(7)
To+T1+T2=D …(8)
式(6)(7)(8)より、
To=(V2−V1)/V2×D+V1/V2×(L×Iref)/V2
…(9)
T1=V1/V2×D−L×Iref/V2×(V1/V2+1)…(10)
To+T1=D−L×Iref/V2 …(11)
オン期間算出部13は、オン期間To、オン期間T1、オン期間To+T1を常時演算して各スイッチのゲートに反映させることにより、図16に示すような電流波形を生成することができる。
T´は、初期値である。
2 第2ブリッジ回路
10 制御回路
11 減算器
12 PI部
Iref 電流目標値
13 オン期間算出部
V1,V2 直流電源
L1 平滑リアクトル
Q1〜Q8 スイッチ
T1 絶縁トランス
P 一次巻線
S 二次巻線
D1〜D8 ダイオード
C1〜C8 コンデンサ
Claims (15)
- 還流素子と容量素子が並列に接続された第1スイッチ及び第2スイッチを直列に接続した第1アームと還流素子と容量素子が並列に接続された第3スイッチ及び第4スイッチを直列に接続した第2アームとから成る第1ブリッジ回路と、
還流素子と容量素子が並列に接続された第5スイッチ及び第6スイッチを直列に接続した第3アームと還流素子と容量素子が並列に接続された第7スイッチ及び第8スイッチを直列に接続した第4アームとから成る第2ブリッジ回路と、
一次巻線がリアクトルを介して前記第1ブリッジ回路に接続され、二次巻線が前記第2ブリッジ回路に接続されるトランスと、
前記第1ブリッジ回路及び前記第2ブリッジ回路の各々について、各ブリッジ回路に配置される4つのスイッチをオンオフさせて第1直流電圧と第2直流電圧との双方向電圧変換を行う制御回路を備え、
前記制御回路は、前記第1スイッチ及び前記第4スイッチをオンさせた第1モードから前記第4スイッチをオフさせた第2モードに遷移させた後、前記第3スイッチをオンさせ、前記第2直流電圧により励磁される第1期間に前記リアクトルに流れる電流の向きが反転すると、前記第2ブリッジ回路のオンオフが反転する各スイッチに接続された前記容量素子を、前記第2直流電圧に起因する電流又は前記第2直流電圧が前記リアクトルを励磁する励磁電流に基づいて充放電することを特徴とする双方向DC/DCコンバータ。 - 前記制御回路は、前記第2スイッチ及び前記第3スイッチをオンさせた第1モードから前記第2スイッチをオフさせた第2モードに遷移させた後、前記第1スイッチをオンさせ、前記第2直流電圧により励磁される第1期間に前記リアクトルに流れる電流の向きが反転すると、前記第2ブリッジ回路のオンオフが反転する各スイッチに接続された前記容量素子を、前記第2直流電圧に起因する電流又は前記第2直流電圧が前記リアクトルを励磁する励磁電流に基づいて充放電することを特徴とする請求項1記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記制御回路は、前記第2ブリッジ回路の各スイッチのオンオフを反転させ、前記第2直流電圧により前記リアクトルが逆方向に励磁される第2期間に前記リアクトルに流れる電流が再度反転すると、前記第1ブリッジ回路のオンオフが反転する各スイッチに接続された容量素子を、前記第2直流電圧に起因する電流又は前記第2直流電圧が前記リアクトルを励磁する励磁電流に基づいて充放電することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記第1期間は、オンしていた前記第8スイッチをオフするまでの期間であり、前記2期間は、前記第1期間が終了した時からオンしていた前記第5スイッチをオフするまでの期間であり、
前記制御回路は、前記第1期間又は前記第2直流電圧により前記リアクトルが逆方向に励磁される第2期間を調整し、前記リアクトルに流れる電流を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の双方向DC/DCコンバータ。 - 前記第1期間は、オンしていた前記第6スイッチをオフするまでの期間であり、前記2期間は、前記第1期間が終了してからオンしていた前記第7スイッチをオフするまでの期間であり、
前記制御回路は、前記第1期間又は前記第2直流電圧により前記リアクトルが逆方向に励磁される第2期間を調整し、前記リアクトルに流れる電流を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の双方向DC/DCコンバータ。 - 前記リアクトルは、前記トランスの二次巻線と前記第2ブリッジ回路の間に挿入されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記制御回路は、第1出力電圧を前記第1出力電圧より高い前記第2直流電圧に昇圧変換する場合に、前記第1モードの前に前記第5スイッチ及び前記第7スイッチをオンさせる昇圧モードを挿入することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記制御回路は、第1出力電圧を前記第1出力電圧より高い前記第2直流電圧に昇圧変換する場合に、前記第1モードの前に前記第6スイッチ及び前記第8スイッチをオンする昇圧モードを挿入することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記昇圧モードは、前記第2直流電圧により前記リアクトルが逆方向に励磁される第2期間後、前記第5スイッチ及び前記第6スイッチ又は前記第7スイッチ及び前記第8スイッチに接続された容量素子と前記リアクトルとによる共振周波数の1/2周期経過後に挿入されることを特徴とする請求項7記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記昇圧モードは、前記第2直流電圧により前記リアクトルが逆方向に励磁される第2期間後、前記第5スイッチ及び前記第6スイッチ又は前記第7スイッチ及び前記第8スイッチに接続された容量素子と前記リアクトルとによる共振周波数の1/4周期経過してから、所定時間、前記第6スイッチ又は前記第8スイッチをオンした後に挿入されることを特徴とする請求項7記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記制御回路は、出力電圧指令値と出力電圧又は入力電圧とに基づき得られた値に対して比例積分演算し、演算結果を、負荷へ電流が流れるエネルギー伝達期間に換算する比例積分部と、
降圧変換時、前記第1ブリッジ回路の電圧検出値、及び前記第2ブリッジ回路の電圧検出値、前記比例積分部で得られたエネルギー伝達期間を用いて、リアクトル電流の立ち上がり量と立ち下がり量が一致するように前記各スイッチのオン期間を算出するオン期間算出部と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載の双方向DC/DCコンバータ。 - 前記オン期間算出部は、昇圧変換時、前記第1ブリッジ回路の電圧検出値、前記第2ブリッジ回路の電圧検出値、前記リアクトルのインダクタンス値、前記比例積分部で得られたエネルギー伝達期間、及び前記リアクトルと前記第2スイッチ又は前記第4スイッチに並列に接続されるコンデンサとの共振に必要な電流量となるような電流目標値を用いて、リアクトルの電流の立ち上がり量と立ち下がり量が一致するように前記第5スイッチ又は前記第7スイッチのオン期間を算出することを特徴とする請求項11記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記オン期間算出部は、昇圧変換時、前記第2ブリッジ回路の電圧検出値、リアクトルのインダクタンス値、前記比例積分部で得られたエネルギー伝達期間、及び前記リアクトルと前記第2スイッチ又は前記第4スイッチに並列に接続されるコンデンサとの共振に必要な電流量となるような電流目標値を用いて、リアクトルの電流の立ち上がり量と立ち下がり量が一致するように前記第2スイッチ又は前記第4スイッチのオン期間を算出することを特徴とする請求項11又は請求項12記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記オン期間算出部は、前記リアクトルに流れる電流が前記電流目標値よりも大きい場合には、降圧変換を行い、前記リアクトルに流れる電流が前記電流目標値よりも小さい場合には、昇圧変換を行うことを特徴とする請求項12記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 前記オン期間算出部は、前記第2スイッチ又は前記第4スイッチの第1オン期間が最低パルス幅よりも小さい場合には、前記第1オン期間を前記最低パルス幅に設定し、前記第6スイッチ又は前記第8スイッチの第3オン期間を調整し、前記第2スイッチ又は前記第4スイッチの第2オフ期間の正電流と前記第3オン期間の負電流を調整することを特徴とする請求項11乃至請求項14のいずれか1項記載の双方向DC/DCコンバータ。
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