JP6593693B2 - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP6593693B2
JP6593693B2 JP2015178540A JP2015178540A JP6593693B2 JP 6593693 B2 JP6593693 B2 JP 6593693B2 JP 2015178540 A JP2015178540 A JP 2015178540A JP 2015178540 A JP2015178540 A JP 2015178540A JP 6593693 B2 JP6593693 B2 JP 6593693B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
circuit
power
inverter circuit
short
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015178540A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017055589A (en
Inventor
文生 米田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2015178540A priority Critical patent/JP6593693B2/en
Publication of JP2017055589A publication Critical patent/JP2017055589A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6593693B2 publication Critical patent/JP6593693B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明は、入出力を絶縁しつつ変圧する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device that performs transformation while insulating input and output.

絶縁と昇圧を1ステージで行うことができる高効率・低コストなDC−DCコンバータの回路トポロジーとして、絶縁型昇圧コンバータ(isolated boost converter)が知られている。絶縁型昇圧コンバータは一次側において、直流電源とインバータ回路の間にリアクトルを挿入し、インバータ回路に導通期間を設ける。この導通期間にリアクトルにエネルギーが蓄えられ、インバータ回路が相補動作に戻ると、そのエネルギーが放出され、トランスの一次側に昇圧された電圧が伝達される。   An isolated boost converter is known as a high-efficiency and low-cost DC-DC converter circuit topology capable of performing isolation and boosting in one stage. In the isolated boost converter, on the primary side, a reactor is inserted between the DC power supply and the inverter circuit to provide a conduction period for the inverter circuit. When energy is stored in the reactor during this conduction period and the inverter circuit returns to the complementary operation, the energy is released and the boosted voltage is transmitted to the primary side of the transformer.

二次側に接続された負荷の取り外しや電源オフ等により、無負荷または軽負荷状態に遷移すると出力電流が急激に低下し、サージ電圧が発生する。特に絶縁型昇圧コンバータのような電流型絶縁コンバータにおいては、高周波トランスの漏れインダクタンスや一次側リアクトルに残存していた磁気エネルギーの放出により、スイッチング素子両端に大きなサージ電圧が発生する。これらに起因するサージ電圧の対策として、一次側にスナバ回路を設けることが考えられる(例えば、特許文献1参照)。   When the load connected to the secondary side is removed, the power is turned off, or the like, the output current is suddenly lowered and a surge voltage is generated when a transition is made to a no load or light load state. In particular, in a current type isolated converter such as an isolated step-up converter, a large surge voltage is generated at both ends of the switching element due to leakage inductance of a high frequency transformer and release of magnetic energy remaining in the primary side reactor. As a countermeasure against the surge voltage caused by these, it is conceivable to provide a snubber circuit on the primary side (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、負荷の急激な変動(例えば、全負荷のオン/オフ)が短期間に頻繁に発生する場合、スナバ回路だけでは、繰り返し発生するサージ電圧を十分に吸収できない場合がある。サージ電圧を十分に吸収できない場合、インバータ回路を構成するスイッチング素子(例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))に耐圧オーバーが発生し、素子に不具合が発生する恐れがある。   However, when rapid load fluctuations (for example, full load on / off) frequently occur in a short time, the snubber circuit alone may not sufficiently absorb the surge voltage that occurs repeatedly. If the surge voltage cannot be sufficiently absorbed, a switching element (for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)) that constitutes the inverter circuit may have a breakdown voltage, and the element may malfunction.

ところでDC−DCコンバータでは、起動時に発生する突入電流を抑制する必要がある。突入電流を抑制するために、負荷と並列に接続された二次側のコンデンサをプリチャージ回路でプリチャージする方法が考えられるが(例えば、特許文献2参照)、プリチャージ回路を別途に設ける必要があり、回路面積およびコストが増大する。   By the way, in a DC-DC converter, it is necessary to suppress the inrush current which generate | occur | produces at the time of starting. In order to suppress the inrush current, a method of precharging a secondary capacitor connected in parallel with the load with a precharge circuit is conceivable (see, for example, Patent Document 2), but it is necessary to provide a precharge circuit separately. Circuit area and cost increase.

米国特許第6452815号明細書US Pat. No. 6,452,815 米国特許第6587356号明細書US Pat. No. 6,587,356

本発明者は絶縁型昇圧コンバータにおいて、簡単な回路を追加することにより、サージ電圧からの素子保護と起動時の突入電流の抑制に寄与する回路構成を見出すに至った。   The present inventor has found a circuit configuration that contributes to element protection from surge voltage and suppression of inrush current at start-up by adding a simple circuit to the isolated boost converter.

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、入出力を絶縁しつつ変圧する電力変換装置であって、回路規模を抑制しつつ素子保護が強化された電力変換装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that transforms while insulating input / output, and provides a power conversion device with enhanced element protection while suppressing the circuit scale. There is.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力変換装置は、直流電源に接続されたリアクトルと、前記リアクトルを介して入力される直流電圧を昇圧しつつ交流電圧に変換する第1インバータ回路と、一次側に設けられた前記第1インバータ回路の出力電力を二次側に伝達するトランスと、前記トランスの二次側に設けられ、前記第1インバータ回路から出力される交流電力を直流電力に変換する第2インバータ回路と、前記リアクトルの両端を短絡させるための短絡スイッチと、を備える。   In order to solve the above-described problems, a power converter according to an aspect of the present invention includes a reactor connected to a DC power supply, and a first inverter that converts a DC voltage input through the reactor into an AC voltage while boosting the DC voltage. A circuit, a transformer for transmitting the output power of the first inverter circuit provided on the primary side to the secondary side, and an AC power provided on the secondary side of the transformer and output from the first inverter circuit for direct current A second inverter circuit for converting to electric power, and a short-circuit switch for short-circuiting both ends of the reactor.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a representation of the present invention converted between a method, an apparatus, a system, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、入出力を絶縁しつつ変圧する電力変換装置であって、回路規模を抑制しつつ素子保護が強化された電力変換装置を実現できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a power converter device which transforms, isolating input / output, Comprising: The power converter device with which element protection was strengthened, suppressing a circuit scale is realizable.

実施の形態1に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 1. FIG. 図1の電力変換装置の基本動作を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the basic operation | movement of the power converter device of FIG. 図1の電力変換装置の起動時の動作を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the operation | movement at the time of starting of the power converter device of FIG. 実施の形態2に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a configuration of a power conversion device according to a second embodiment. 短絡スイッチの変形例1を示す図である。It is a figure which shows the modification 1 of a short circuit switch. 短絡スイッチの変形例2を示す図である。It is a figure which shows the modification 2 of a short circuit switch.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置20の構成を説明するための図である。実施の形態1に係る電力変換装置20は、直流電源10から供給される直流電力をDC−DC変換して直流負荷30に供給する単方向の絶縁型DC−DCコンバータである。直流電源10は例えば、蓄電池、太陽電池、燃料電池などが該当する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a power conversion device 20 according to the first embodiment. The power conversion device 20 according to the first embodiment is a unidirectional insulation type DC-DC converter that converts DC power supplied from the DC power supply 10 into DC-DC and supplies the DC power to the DC load 30. The DC power source 10 corresponds to, for example, a storage battery, a solar cell, a fuel cell, or the like.

直流電源10と並列に第1平滑コンデンサC1が接続される。第1平滑コンデンサC1には例えば、電解コンデンサが使用される。直流電源10と直列にリアクトルL1が接続される。インバータ回路22はリアクトルL1を介して直流電源10と接続される。インバータ回路22は、リアクトルL1から入力される直流電力を交流電力に変換する。   A first smoothing capacitor C1 is connected in parallel with the DC power supply 10. For example, an electrolytic capacitor is used as the first smoothing capacitor C1. A reactor L1 is connected in series with the DC power supply 10. Inverter circuit 22 is connected to DC power supply 10 via reactor L1. The inverter circuit 22 converts the DC power input from the reactor L1 into AC power.

本実施の形態ではインバータ回路22は、第1スイッチング素子Q11と第2スイッチング素子Q12が直列接続された第1レグと、第3スイッチング素子Q13と第4スイッチング素子Q14が直列接続された第2レグが並列接続されたフルブリッジ回路で構成される。第1レグの中点と第2レグの中点が、高周波トランスTの一次巻線の両端にそれぞれ接続される。   In the present embodiment, the inverter circuit 22 includes a first leg in which the first switching element Q11 and the second switching element Q12 are connected in series, and a second leg in which the third switching element Q13 and the fourth switching element Q14 are connected in series. Are composed of a full bridge circuit connected in parallel. The midpoint of the first leg and the midpoint of the second leg are connected to both ends of the primary winding of the high-frequency transformer T, respectively.

第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14には例えば、IGBTを使用できる。第1スイッチング素子Q11のコレクタ端子および第3スイッチング素子Q13のコレクタ端子は、リアクトルL1を介して直流電源10の正極に接続される。第2スイッチング素子Q12のエミッタ端子および第4スイッチング素子Q14のエミッタ端子は、直流電源10の負極に接続される。第1スイッチング素子Q11のエミッタ端子と第2スイッチング素子Q12のコレクタ端子が接続され、第3スイッチング素子Q13のエミッタ端子と第4スイッチング素子Q14のコレクタ端子が接続される。   For example, IGBTs can be used for the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14. The collector terminal of the first switching element Q11 and the collector terminal of the third switching element Q13 are connected to the positive electrode of the DC power supply 10 via the reactor L1. The emitter terminal of the second switching element Q12 and the emitter terminal of the fourth switching element Q14 are connected to the negative electrode of the DC power supply 10. The emitter terminal of the first switching element Q11 and the collector terminal of the second switching element Q12 are connected, and the emitter terminal of the third switching element Q13 and the collector terminal of the fourth switching element Q14 are connected.

第1還流ダイオードD11〜第4還流ダイオードD14は、第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14にそれぞれ並列に、逆向きに接続される。なお第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14にMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用する場合、第1還流ダイオードD11〜第4還流ダイオードD14は、ソースからドレイン方向に形成される寄生ダイオードを利用できる。   The first free-wheeling diode D11 to the fourth free-wheeling diode D14 are connected in reverse to the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14, respectively. When MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) are used for the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14, the first free-wheeling diode D11 to the fourth free-wheeling diode D14 are formed in the direction from the source to the drain. A parasitic diode can be used.

高周波トランスTは、一次巻線に接続されるインバータ回路22の出力電圧を、一次巻線と二次巻線の巻数比に応じて変換し、二次巻線に接続される整流回路23に出力する。整流回路23は、高周波トランスTを介して入力されるインバータ回路22の出力電力を整流して直流負荷30に供給する。整流回路23は例えば、ダイオードブリッジ回路で構成できる。図1に示す例では、高周波トランスTの二次巻線の一端が、第1整流ダイオードD15のアノード端子と第2整流ダイオードD16のカソード端子間のノードに接続され、二次巻線の他端が、第3整流ダイオードD17のアノード端子と第4整流ダイオードD18のカソード端子間のノードに接続される。   The high-frequency transformer T converts the output voltage of the inverter circuit 22 connected to the primary winding in accordance with the turn ratio of the primary winding and the secondary winding, and outputs it to the rectifier circuit 23 connected to the secondary winding. To do. The rectifier circuit 23 rectifies the output power of the inverter circuit 22 input via the high frequency transformer T and supplies the rectified circuit to the DC load 30. The rectifier circuit 23 can be constituted by a diode bridge circuit, for example. In the example shown in FIG. 1, one end of the secondary winding of the high-frequency transformer T is connected to a node between the anode terminal of the first rectifier diode D15 and the cathode terminal of the second rectifier diode D16, and the other end of the secondary winding. Is connected to a node between the anode terminal of the third rectifier diode D17 and the cathode terminal of the fourth rectifier diode D18.

第1整流ダイオードD15のカソード端子および第3整流ダイオードD17のカソード端子が直流負荷30の正極端子に接続され、第2整流ダイオードD16のアノード端子および第4整流ダイオードD18のアノード端子が直流負荷30の負極端子に接続される。直流負荷30と並列に第2平滑コンデンサC3が接続される。第2平滑コンデンサC3には例えば、電解コンデンサが使用される。   The cathode terminal of the first rectifier diode D15 and the cathode terminal of the third rectifier diode D17 are connected to the positive terminal of the DC load 30, and the anode terminal of the second rectifier diode D16 and the anode terminal of the fourth rectifier diode D18 are connected to the DC load 30. Connected to the negative terminal. A second smoothing capacitor C3 is connected in parallel with the DC load 30. For example, an electrolytic capacitor is used as the second smoothing capacitor C3.

電圧検出部24は、直流負荷30に出力される電圧(第2平滑コンデンサC3の両端電圧)を検出して制御部25に出力する。電圧検出部24には例えば、差動増幅器を使用できる。   The voltage detection unit 24 detects a voltage (a voltage across the second smoothing capacitor C3) output to the DC load 30 and outputs the detected voltage to the control unit 25. For example, a differential amplifier can be used for the voltage detection unit 24.

制御部25は電力変換装置20全体を制御する。制御部25の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、DSP、ROM、RAM、FPGA、その他のLSIを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。   The control unit 25 controls the entire power conversion device 20. The configuration of the control unit 25 can be realized by cooperation of hardware resources and software resources, or only by hardware resources. As hardware resources, analog elements, microcomputers, DSPs, ROMs, RAMs, FPGAs, and other LSIs can be used. Firmware and other programs can be used as software resources.

制御部25は、電力変換装置20の出力電圧が目標電圧を維持するようインバータ回路22を駆動する。具体的には制御部25は、第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14の駆動信号としてPWM信号を生成し、第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14のゲート端子に供給する。制御部25はPWM信号のデューティ比を上げることにより電力変換装置20の出力電圧を上げることができ、PWM信号のデューティ比を下げることにより電力変換装置20の出力電圧を下げることができる。制御部25は、電圧検出部24で検出された出力電圧と目標電圧を比較して、検出された出力電圧が目標電圧より低い場合はデューティ比を上げ、検出された出力電圧が目標電圧より高い場合はデューティ比を下げる。   The control unit 25 drives the inverter circuit 22 so that the output voltage of the power conversion device 20 maintains the target voltage. Specifically, the control unit 25 generates a PWM signal as a drive signal for the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14, and supplies the PWM signal to the gate terminals of the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14. The controller 25 can increase the output voltage of the power converter 20 by increasing the duty ratio of the PWM signal, and can decrease the output voltage of the power converter 20 by decreasing the duty ratio of the PWM signal. The control unit 25 compares the output voltage detected by the voltage detection unit 24 with the target voltage. If the detected output voltage is lower than the target voltage, the control unit 25 increases the duty ratio, and the detected output voltage is higher than the target voltage. If so, reduce the duty ratio.

サージ電圧を吸収するために一次側にスナバ回路が設けられる。図1に示す例では、RCDスナバ回路がインバータ回路22の入力側に接続される。具体的には、インバータ回路22の正極入力端子と負極入力端子間に、スナバダイオードD3及びスナバコンデンサC2が直列に接続される。スナバダイオードD3のアノード端子はインバータ回路22の正極入力端子に接続され、スナバダイオードD3のカソード端子はスナバコンデンサC2の一端に接続され、スナバコンデンサC2の他端はインバータ回路22の負極入力端子に接続される。スナバダイオードD3とスナバコンデンサC2間のノードは、抵抗R1を介して直流電源10の正極端子に接続される。抵抗R1はスナバコンデンサC2に蓄積されたエネルギーを消費する。   A snubber circuit is provided on the primary side to absorb the surge voltage. In the example shown in FIG. 1, an RCD snubber circuit is connected to the input side of the inverter circuit 22. Specifically, a snubber diode D3 and a snubber capacitor C2 are connected in series between the positive input terminal and the negative input terminal of the inverter circuit 22. The anode terminal of the snubber diode D3 is connected to the positive input terminal of the inverter circuit 22, the cathode terminal of the snubber diode D3 is connected to one end of the snubber capacitor C2, and the other end of the snubber capacitor C2 is connected to the negative input terminal of the inverter circuit 22. Is done. A node between the snubber diode D3 and the snubber capacitor C2 is connected to the positive terminal of the DC power supply 10 through the resistor R1. The resistor R1 consumes the energy stored in the snubber capacitor C2.

第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14の通常のスイッチング動作で発生するサージ電圧は、スナバコンデンサC2で吸収可能である。しかしながら、直流負荷30が重い状態から軽い状態に急激に変化する場合、サージ電圧をスナバコンデンサC2で吸収しきれない場合が発生する。サージ電圧は主に、高周波トランスTの漏れインダクタンスLに蓄積されているエネルギーと、リアクトルL1に蓄積されているエネルギーに起因して発生する。 The surge voltage generated in the normal switching operation of the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14 can be absorbed by the snubber capacitor C2. However, when the DC load 30 changes abruptly from a heavy state to a light state, the surge voltage may not be absorbed by the snubber capacitor C2. The surge voltage is mainly generated due to the energy accumulated in the leakage inductance L L of the high-frequency transformer T and the energy accumulated in the reactor L1.

直流負荷30が最大負荷で動作している場合、リアクトルL1には定格電流が流れており、大きなエネルギーが蓄積される。その状態から直流負荷30の取り外しや直流負荷30の電源オフにより無負荷状態に遷移するとリアクトルL1から大きな直流電流が流れる。このリアクトルL1からの直流電流と漏れインダクタンスLからの直流電流をスナバコンデンサC2で全て吸収するには、大容量のコンデンサが必要になる。その場合、回路面積およびコストが増大する。 When the DC load 30 is operating at the maximum load, the rated current flows through the reactor L1, and a large amount of energy is accumulated. When the DC load 30 is removed from the state and the DC load 30 is turned off to switch to a no-load state, a large DC current flows from the reactor L1. To absorb all the DC current and the leakage inductance L snubber capacitor DC current from L C2 from the reactor L1, it requires a large capacity capacitor. In that case, the circuit area and cost increase.

このサージ電圧対策として本実施の形態では、リアクトルL1の両端を短絡させるための短絡スイッチ21を追加する。短絡スイッチ21がオン状態では、リアクトルL1と短絡スイッチ21により形成される閉ループを、リアクトルL1に蓄積された直流電流が還流し、閉ループ上の抵抗成分によりエネルギーが消費される。当該抵抗成分は閉ループ上の各素子および配線に含まれる抵抗成分である。   As a countermeasure against this surge voltage, in the present embodiment, a short-circuit switch 21 for short-circuiting both ends of the reactor L1 is added. When the short-circuit switch 21 is in the ON state, the direct current accumulated in the reactor L1 flows back through the closed loop formed by the reactor L1 and the short-circuit switch 21, and energy is consumed by the resistance component on the closed loop. The resistance component is a resistance component included in each element and wiring on the closed loop.

短絡スイッチ21は、短絡経路上において、リアクトルL1の入力端子から出力端子への電流を阻止し、リアクトルL1の出力端子から入力端子への電流を、制御部25からの駆動信号に応じて導通または非導通する逆阻止型スイッチである。図1に示す例では短絡スイッチ21は、第5整流ダイオードD1と短絡用スイッチング素子Q1の直列回路で形成される。短絡用スイッチング素子Q1と並列に第1内蔵ダイオードD2が接続される。短絡用スイッチング素子Q1にIGBTが使用される場合、IGBTのエミッタからコレクタの方向に第1内蔵ダイオードD2が接続される。短絡用スイッチング素子Q1にMOSFETが使用される場合、第1内蔵ダイオードD2として、ソースからドレイン方向に形成される寄生ダイオードを利用できる。   Short-circuit switch 21 blocks current from the input terminal of reactor L1 to the output terminal on the short-circuit path, and conducts current from the output terminal of reactor L1 to the input terminal in accordance with a drive signal from control unit 25. It is a reverse blocking switch that is non-conductive. In the example shown in FIG. 1, the short-circuit switch 21 is formed of a series circuit of a fifth rectifier diode D1 and a short-circuit switching element Q1. A first built-in diode D2 is connected in parallel with the short-circuit switching element Q1. When an IGBT is used for the short-circuit switching element Q1, the first built-in diode D2 is connected in the direction from the emitter to the collector of the IGBT. When a MOSFET is used for the short-circuit switching element Q1, a parasitic diode formed in the direction from the source to the drain can be used as the first built-in diode D2.

図1に示す例では、リアクトルL1の入力端子に第5整流ダイオードD1のカソード端子が接続され、第5整流ダイオードD1のアノード端子が短絡用スイッチング素子Q1のエミッタ端子またはソース端子に接続され、短絡用スイッチング素子Q1のコレクタ端子またはドレイン端子がリアクトルL1の出力端子に接続される。なお後述する図4に示すように第5整流ダイオードD1と短絡用スイッチング素子Q1の順番が逆でもよい。   In the example shown in FIG. 1, the cathode terminal of the fifth rectifier diode D1 is connected to the input terminal of the reactor L1, the anode terminal of the fifth rectifier diode D1 is connected to the emitter terminal or the source terminal of the short-circuit switching element Q1, The collector terminal or drain terminal of switching element Q1 is connected to the output terminal of reactor L1. In addition, as shown in FIG. 4 described later, the order of the fifth rectifier diode D1 and the short-circuit switching element Q1 may be reversed.

図2は、図1の電力変換装置20の基本動作を説明するためのタイムチャートである。電力変換装置20の通常動作時、制御部25は、第1スイッチング素子Q11および第4スイッチング素子Q14と、第2スイッチング素子Q12および第3スイッチング素子Q13とを相補的に駆動する。その際、第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14を全てオン状態に制御してリアクトルL1にエネルギーを蓄える期間Tcを設ける。次に第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14が相補動作に戻ると、直流電源10の電圧とリアクトルL1に蓄積された電圧が加算された電圧(昇圧電圧)が、高周波トランスTの一次巻線に印加される。通常動作時、制御部25は短絡用スイッチング素子Q1をオフ状態に制御する。   FIG. 2 is a time chart for explaining the basic operation of the power conversion apparatus 20 of FIG. During normal operation of power conversion device 20, control unit 25 drives first switching element Q11 and fourth switching element Q14, and second switching element Q12 and third switching element Q13 in a complementary manner. At that time, the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14 are all controlled to be in an ON state, and a period Tc for storing energy in the reactor L1 is provided. Next, when the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14 return to the complementary operation, a voltage obtained by adding the voltage of the DC power supply 10 and the voltage accumulated in the reactor L1 (boosted voltage) is the primary winding of the high-frequency transformer T. Applied to the line. During normal operation, the control unit 25 controls the short-circuit switching element Q1 to be turned off.

制御部25は、直流負荷30が所定値を下回ると電力変換装置20を休止状態に制御する。直流負荷30が所定値を下回ったか否かは、電圧検出部24で検出された電圧値が、負荷低下検出用の所定電圧値を超えたか否かにより判定できる。なお直流負荷30への出力電流を検出する電流検出部(不図示)を設け、検出された電流が負荷低下検出用の所定電流値を超えたか否かにより判定してもよい。   When the DC load 30 falls below a predetermined value, the control unit 25 controls the power conversion device 20 to be in a dormant state. Whether or not the DC load 30 has fallen below a predetermined value can be determined by whether or not the voltage value detected by the voltage detection unit 24 has exceeded a predetermined voltage value for load drop detection. Note that a current detection unit (not shown) that detects an output current to the DC load 30 may be provided, and determination may be made based on whether or not the detected current has exceeded a predetermined current value for load reduction detection.

休止状態では制御部25は、第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14を全てオフ状態に制御し、短絡用スイッチング素子Q1をオン状態に制御する。これによりリアクトルL1が短絡され、リアクトルL1に流れていた電流が短絡スイッチ21に流れ、リアクトルL1に残存していた磁気エネルギーが、リアクトルL1と短絡スイッチ21により形成される閉ループ内で消費される。従って、リアクトルL1から流れる電流に起因するサージ電圧が吸収される。高周波トランスTの漏れインダクタンスから流れる電流に起因するサージ電圧はスナバコンデンサC2で吸収される。従って第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14がサージ電圧から保護される。   In the resting state, the control unit 25 controls all of the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14 to the off state and controls the short-circuit switching element Q1 to the on state. As a result, the reactor L1 is short-circuited, the current flowing through the reactor L1 flows into the short-circuit switch 21, and the magnetic energy remaining in the reactor L1 is consumed in a closed loop formed by the reactor L1 and the short-circuit switch 21. Therefore, the surge voltage resulting from the current flowing from reactor L1 is absorbed. The surge voltage resulting from the current flowing from the leakage inductance of the high-frequency transformer T is absorbed by the snubber capacitor C2. Accordingly, the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14 are protected from the surge voltage.

図3は、図1の電力変換装置20の起動時の動作を説明するためのタイムチャートである。電力変換装置20の起動時において、制御部25短絡用スイッチング素子Q1をオン状態に制御し、第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14のデューティ比を第2平滑コンデンサC3の電圧上昇に応じてゼロから徐々に上げていく。第2平滑コンデンサC3の電圧が設定電圧値Vthを超えると制御部25は、短絡用スイッチング素子Q1をターンオフする。   FIG. 3 is a time chart for explaining the operation at the time of startup of the power conversion device 20 of FIG. When the power conversion device 20 is started up, the control unit 25 short-circuiting switching element Q1 is controlled to be in an ON state, and the duty ratio of the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14 is increased according to the voltage increase of the second smoothing capacitor C3. Gradually increase from zero. When the voltage of the second smoothing capacitor C3 exceeds the set voltage value Vth, the control unit 25 turns off the short-circuit switching element Q1.

設定電圧値Vthは、直流電源10から第2平滑コンデンサC3への突入電流が抑制される電圧値に設定される。第2平滑コンデンサC3を、一次側から高周波トランスTを介して印加される電圧に近い電圧までプリチャージしておけば、起動時の第2平滑コンデンサC3への突入電流を抑制できる。従って設定電圧値Vthは、直流電源10の電圧に高周波トランスTの巻数比(二次巻線の巻数/一次巻線の巻数)を掛けた電圧値より一定値低い値に設定される。当該一定値はごく小さな値であることが好ましい。   The set voltage value Vth is set to a voltage value at which an inrush current from the DC power supply 10 to the second smoothing capacitor C3 is suppressed. If the second smoothing capacitor C3 is precharged to a voltage close to the voltage applied from the primary side via the high-frequency transformer T, the inrush current to the second smoothing capacitor C3 at the time of activation can be suppressed. Accordingly, the set voltage value Vth is set to a value lower than the voltage value obtained by multiplying the voltage of the DC power supply 10 by the turn ratio of the high-frequency transformer T (the number of turns of the secondary winding / the number of turns of the primary winding). The constant value is preferably a very small value.

このように第2平滑コンデンサC3の設定電圧値Vthまでのプリチャージが完了するまで短絡用スイッチング素子Q1をオン状態に制御してリアクトルL1を短絡させる。これによりリアクトルL1が無効になり、リアクトルL1とインバータ回路22による昇圧コンバータとしての作用がなくなり、当該昇圧コンバータから突入電流が流れることを防止できる。またインバータ回路22と高周波トランスTによる降圧コンバータとしての作用が発揮され、直流電源10の電圧より低い電圧から第2平滑コンデンサC3を充電できる。以上のように第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14のスイッチング動作だけで第2平滑コンデンサC3を緩やかにプリチャージできる(ソフトスタート)。   In this way, the short-circuiting switching element Q1 is controlled to be in an ON state until the precharge up to the set voltage value Vth of the second smoothing capacitor C3 is completed, and the reactor L1 is short-circuited. As a result, reactor L1 is disabled, the reactor L1 and inverter circuit 22 no longer function as a boost converter, and inrush current can be prevented from flowing from the boost converter. Further, the inverter circuit 22 and the high frequency transformer T function as a step-down converter, and the second smoothing capacitor C3 can be charged from a voltage lower than the voltage of the DC power supply 10. As described above, the second smoothing capacitor C3 can be gently precharged (soft start) only by the switching operation of the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14.

以上説明したように実施の形態1によれば、絶縁型昇圧コンバータにおいて、リアクトルL1を短絡するための短絡スイッチ21を設けることにより、負荷急変に起因するサージ電圧からインバータ回路22に含まれる第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14を保護することができる。第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14に耐圧が高いものを使用する必要がないため、回路面積およびコストの増大を抑制できる。   As described above, according to the first embodiment, in the isolated boost converter, by providing the short-circuit switch 21 for short-circuiting the reactor L1, the first voltage included in the inverter circuit 22 from the surge voltage caused by the sudden load change is provided. The switching element Q11 to the fourth switching element Q14 can be protected. Since it is not necessary to use a high withstand voltage for the first switching element Q11 to the fourth switching element Q14, an increase in circuit area and cost can be suppressed.

また短絡スイッチ21は起動時にリアクトルL1を無効化するためのスイッチを兼ねる。リアクトルL1を無効化することにより第2平滑コンデンサC3を緩やかにプリチャージでき、ソフトスタートを実現できる。リアクトルL1が有効な状態ではインバータ回路22および高周波トランスTを介して第2平滑コンデンサC3を緩やかにプリチャージすることは困難である。その場合、インバータ回路22および高周波トランスTを通過しない別のプリチャージ回路を別途に設ける必要があり、回路面積およびコストが増大する。   The short-circuit switch 21 also serves as a switch for invalidating the reactor L1 at the time of startup. By disabling reactor L1, second smoothing capacitor C3 can be gently precharged, and soft start can be realized. When the reactor L1 is in an effective state, it is difficult to gently precharge the second smoothing capacitor C3 via the inverter circuit 22 and the high frequency transformer T. In that case, it is necessary to separately provide another precharge circuit that does not pass through the inverter circuit 22 and the high-frequency transformer T, which increases circuit area and cost.

絶縁型昇圧コンバータは、一般的な昇圧チョッパとインバータ回路の組み合わせと比較して素子数を減らすことができる。従って本実施の形態によれば、絶縁作用、昇圧作用を有する電力変換装置であり、回路規模を抑制しつつ素子保護が強化された電力変換装置を実現できる。   The isolated boost converter can reduce the number of elements as compared with a general combination of a boost chopper and an inverter circuit. Therefore, according to the present embodiment, it is a power conversion device having an insulating action and a boosting action, and a power conversion device with enhanced element protection while suppressing the circuit scale can be realized.

(実施の形態2)
図4は、実施の形態2に係る電力変換装置20の構成を説明するための図である。実施の形態2に係る電力変換装置20は、絶縁型双方向DC−ACコンバータである。実施の形態1に係る電力変換装置20と比較して、直流負荷30がDC−ACコンバータ26と系統40に置き換わり、整流回路23がインバータ回路23aに置き換わっている。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the power conversion device 20 according to the second embodiment. The power conversion device 20 according to the second embodiment is an insulated bidirectional DC-AC converter. Compared with the power conversion device 20 according to the first embodiment, the DC load 30 is replaced with the DC-AC converter 26 and the system 40, and the rectifier circuit 23 is replaced with the inverter circuit 23a.

二次側のインバータ回路23aは、一次側のインバータ回路22の構成と同じである。即ちインバータ回路23aは、第5スイッチング素子Q21と第6スイッチング素子Q22が直列接続された第1レグと、第7スイッチング素子Q23と第8スイッチング素子Q24が直列接続された第2レグが並列接続されたフルブリッジ回路で構成される。第5スイッチング素子Q21〜第8スイッチング素子Q24にはそれぞれ並列に、第5還流ダイオードD21〜第8還流ダイオードD24が逆向きに接続される。第1レグの中点と第2レグの中点が、高周波トランスTの二次巻線の両端にそれぞれ接続される。   The secondary-side inverter circuit 23 a has the same configuration as that of the primary-side inverter circuit 22. That is, in the inverter circuit 23a, the first leg in which the fifth switching element Q21 and the sixth switching element Q22 are connected in series and the second leg in which the seventh switching element Q23 and the eighth switching element Q24 are connected in series are connected in parallel. It consists of a full bridge circuit. A fifth free-wheeling diode D21 through an eighth free-wheeling diode D24 are connected in reverse to the fifth switching element Q21 through the eighth switching element Q24, respectively. The midpoint of the first leg and the midpoint of the second leg are respectively connected to both ends of the secondary winding of the high-frequency transformer T.

図4では、一次側のスナバ回路をアクティブクランプ回路で構成している。具体的には、インバータ回路22の正極入力端子と負極入力端子間に、クランプ用スイッチング素子Q2及びスナバコンデンサC2が直列に接続される。クランプ用スイッチング素子Q2と並列に第2内蔵ダイオードD4が接続される。クランプ用スイッチング素子Q2にIGBTが使用される場合、IGBTのエミッタからコレクタの方向に第2内蔵ダイオードD4が接続される。クランプ用スイッチング素子Q2にMOSFETが使用される場合、第2内蔵ダイオードD4として、ソースからドレイン方向に形成される寄生ダイオードを利用できる。   In FIG. 4, the primary-side snubber circuit is composed of an active clamp circuit. Specifically, the clamping switching element Q2 and the snubber capacitor C2 are connected in series between the positive input terminal and the negative input terminal of the inverter circuit 22. A second built-in diode D4 is connected in parallel with the clamp switching element Q2. When the IGBT is used for the clamp switching element Q2, the second built-in diode D4 is connected in the direction from the emitter to the collector of the IGBT. When a MOSFET is used for the clamp switching element Q2, a parasitic diode formed in the direction from the source to the drain can be used as the second built-in diode D4.

クランプ用スイッチング素子Q2のエミッタ端子またはソース端子はインバータ回路22の正極入力端子に接続され、クランプ用スイッチング素子Q2のコレクタ端子またはドレイン端子はスナバコンデンサC2の一端に接続され、スナバコンデンサC2の他端はインバータ回路22の負極入力端子に接続される。制御部25は所定のタイミングでクランプ用スイッチング素子Q2をターンオンして、スナバコンデンサC2に充電されたエネルギーを電源ラインに放電する。図1に示したRCDスナバ回路と比較して、スナバコンデンサC2に吸収したエネルギーを消費せずに回生するため、エネルギーロスを減らすことができる。   The emitter or source terminal of the clamp switching element Q2 is connected to the positive input terminal of the inverter circuit 22, the collector terminal or drain terminal of the clamp switching element Q2 is connected to one end of the snubber capacitor C2, and the other end of the snubber capacitor C2. Is connected to the negative input terminal of the inverter circuit 22. The control unit 25 turns on the clamp switching element Q2 at a predetermined timing, and discharges the energy charged in the snubber capacitor C2 to the power supply line. Compared with the RCD snubber circuit shown in FIG. 1, the energy absorbed in the snubber capacitor C2 is regenerated without being consumed, so that energy loss can be reduced.

なお図1に示した電力変換装置20のスナバ回路をアクティブクランプ回路で構成してもよいし、図4に示す電力変換装置20のスナバ回路をRCDスナバ回路で構成してもよい。またそれぞれにおいて、別のタイプのスナバ回路を使用してもよい。   The snubber circuit of the power conversion device 20 shown in FIG. 1 may be configured with an active clamp circuit, or the snubber circuit of the power conversion device 20 shown in FIG. 4 may be configured with an RCD snubber circuit. In each case, another type of snubber circuit may be used.

図4に示す短絡スイッチ21は、図1に示した短絡スイッチ21と比較して第5整流ダイオードD1と短絡用スイッチング素子Q1の順番が逆であるが、作用は同一である。   The short-circuit switch 21 shown in FIG. 4 has the same order of operation as the fifth rectifier diode D1 and the short-circuit switching element Q1 in comparison with the short-circuit switch 21 shown in FIG.

図4に示す電力変換装置20において、直流電源10から供給される直流電力を交流電力に変換して系統40に逆潮流する場合、制御部25はインバータ回路23aに含まれる第5スイッチング素子Q21〜第8スイッチング素子Q24を全てオフ状態に制御する。これによりインバータ回路23aは、図1に示したダイオードブリッジ回路で構成される整流回路23と同様の回路構成となる。DC−ACコンバータ26と系統40を図1に示した直流負荷30とみなすことにより、図1に示した電力変換装置20の処理の説明が、図4に示す電力変換装置20の処理にそのままあてはまる。なお系統40の代わりに交流負荷をDC−ACコンバータ26の交流側に接続してもよい。   In the power conversion device 20 illustrated in FIG. 4, when the DC power supplied from the DC power supply 10 is converted to AC power and reversely flows into the system 40, the control unit 25 includes the fifth switching elements Q21 to Q21 included in the inverter circuit 23a. All the eighth switching elements Q24 are controlled to be turned off. As a result, the inverter circuit 23a has a circuit configuration similar to that of the rectifier circuit 23 including the diode bridge circuit shown in FIG. By regarding the DC-AC converter 26 and the system 40 as the direct current load 30 shown in FIG. 1, the description of the processing of the power conversion device 20 shown in FIG. 1 is directly applied to the processing of the power conversion device 20 shown in FIG. . An AC load may be connected to the AC side of the DC-AC converter 26 instead of the system 40.

系統40から供給される交流電力を直流電力に変換して直流電源10としての蓄電池に充電する場合、制御部25はインバータ回路23aに含まれる第5スイッチング素子Q21〜第8スイッチング素子Q24を相補的に駆動し、インバータ回路22に含まれる第1スイッチング素子Q11〜第4スイッチング素子Q14を全てオフ状態に制御する。制御部25は短絡用スイッチング素子Q1をオン状態に制御してリアクトルL1をバイパスさせてもよいし、短絡用スイッチング素子Q1をオフ状態に制御してリアクトルL1をフィルタとして使用してもよい。   When the AC power supplied from the system 40 is converted into DC power and the storage battery as the DC power supply 10 is charged, the control unit 25 complements the fifth switching element Q21 to the eighth switching element Q24 included in the inverter circuit 23a. The first switching element Q11 to the fourth switching element Q14 included in the inverter circuit 22 are all controlled to be turned off. The control unit 25 may control the short-circuit switching element Q1 to the on state to bypass the reactor L1, or may control the short-circuit switching element Q1 to the off state and use the reactor L1 as a filter.

以上説明したように実施の形態2によれば、双方向の絶縁型昇圧コンバータにおいても、実施の形態1と同様の効果を奏する。なお実施の形態2では絶縁型双方向DC−ACコンバータの例を説明したが、絶縁型双方向DC−DCコンバータであってもよい。この場合、図4のDC−ACコンバータ26及び系統40が直流電源に置き換わる。車載用途では補機バッテリと走行用バッテリが双方向DC−DCコンバータを介して接続される場合があり、実施の形態2の変形例に係る絶縁型双方向DC−DCコンバータは例えば、当該用途に使用することができる。   As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained even in the bidirectional insulated boost converter. In the second embodiment, an example of an insulated bidirectional DC-AC converter has been described. However, an insulated bidirectional DC-DC converter may be used. In this case, the DC-AC converter 26 and the system 40 in FIG. 4 are replaced with a DC power source. In in-vehicle applications, the auxiliary battery and the traveling battery may be connected via a bidirectional DC-DC converter, and the insulated bidirectional DC-DC converter according to the modification of the second embodiment is, for example, applicable to the application. Can be used.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. .

上述の実施の形態1、2では短絡スイッチ21として、第5整流ダイオードD1と短絡用スイッチング素子Q1の直列回路を使用する例を説明した。この点、他の構成も可能である。   In the first and second embodiments, the example in which the series circuit of the fifth rectifier diode D1 and the short-circuit switching element Q1 is used as the short-circuit switch 21 has been described. Other configurations are possible in this respect.

図5は、短絡スイッチ21の変形例1を示す図である。変形例1は短絡スイッチ21として、逆阻止IGBT(Q1a)を使用する例である。逆阻止IGBT(Q1a)のエミッタ端子がリアクトルL1の入力端子に接続され、コレクタ端子がリアクトルL1の出力端子に接続される。逆阻止IGBT(Q1a)は、逆耐圧保護用の逆阻止直列ダイオードを接続しなくても、逆バイアス電圧に対して十分な耐圧性能を有する素子である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a first modification of the short-circuit switch 21. Modification 1 is an example in which a reverse blocking IGBT (Q1a) is used as the short-circuit switch 21. The emitter terminal of reverse blocking IGBT (Q1a) is connected to the input terminal of reactor L1, and the collector terminal is connected to the output terminal of reactor L1. The reverse blocking IGBT (Q1a) is an element having a sufficient breakdown voltage performance with respect to the reverse bias voltage without connecting a reverse blocking series diode for reverse breakdown voltage protection.

図6は、短絡スイッチ21の変形例2を示す図である。変形例2では短絡スイッチ21としてリレーRYを使用する例である。スナバ回路にアクティブクランプ回路を使用する場合、RCDスナバ回路を使用した場合のようにリアクトルL1の入力端子側に、抵抗R1を介して放電電流が流入しないため逆阻止型スイッチではなく、リレーRYのような双方向スイッチを使用しても、リアクトルL1の還流電流が影響を受けることはない。   FIG. 6 is a diagram illustrating a second modification of the short-circuit switch 21. Modification 2 is an example in which a relay RY is used as the short-circuit switch 21. When an active clamp circuit is used for the snubber circuit, the discharge current does not flow into the input terminal side of the reactor L1 via the resistor R1 as in the case of using the RCD snubber circuit. Even if such a bidirectional switch is used, the return current of the reactor L1 is not affected.

上述の実施の形態1、2ではインバータ回路22としてフルブリッジ回路を使用する例を説明したがプッシュプル回路を使用してもよい。   In the first and second embodiments described above, the example in which the full bridge circuit is used as the inverter circuit 22 has been described. However, a push-pull circuit may be used.

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。   The embodiment may be specified by the following items.

[項目1]
直流電源(10)に接続されたリアクトル(L1)と、
前記リアクトル(L1)を介して入力される直流電圧を昇圧しつつ交流電圧に変換する第1インバータ回路(22)と、
一次側に設けられた前記第1インバータ回路(22)の出力電力を二次側に伝達するトランス(T)と、
前記トランス(T)の二次側に設けられ、前記第1インバータ回路から出力される交流電力を直流電力に変換する第2インバータ回路(23a)と、
前記リアクトル(L1)の両端を短絡させるための短絡スイッチ(21)と、
を備えることを特徴とする電力変換装置(20)。
これによれば、絶縁型昇圧コンバータにおいて、短絡スイッチ(21)を追加することにより、サージ電圧からの素子保護と起動時の突入電流の抑制に寄与する回路構成を実現できる。
[項目2]
前記第1インバータ回路(22)は、第1スイッチング素子(Q11)と第2スイッチング素子(Q12)が直列に接続された第1レグと、第3スイッチング素子(Q13)と第4スイッチング素子(Q14)が直列に接続された第2レグとが並列に接続されるフルブリッジ回路を含み、
前記電力変換装置(20)は、
前記第1スイッチング素子(Q11)および前記第4スイッチング素子(Q14)と、前記第2スイッチング素子(Q12)および前記第3スイッチング素子(Q13)とを相補的に駆動する制御部(25)をさらに備え、
前記制御部(25)は、前記第1インバータ回路(22)を動作させる際、前記第1スイッチング素子(Q11)〜前記第4スイッチング素子(Q14)を全てオン状態に制御して前記リアクトル(L1)にエネルギーを蓄える期間を設けることを特徴とする項目1に記載の電力変換装置(20)。
これによれば、リアクトル(L1)とフルブリッジ回路により昇圧しつつ直流電圧を交流電圧に変換してトランス(T)の一次巻線に供給することができる。
[項目3]
前記第2インバータ回路(23a)から出力される直流電力を交流電力に変換して交流電源(40)または交流負荷に供給する、または交流電源(40)から供給される交流電力を直流電力に変換して前記第2インバータ回路(23a)に供給するDC−ACコンバータをさらに備え、
前記制御部(25)は、前記DC−ACコンバータ(26)のの交流側から見える負荷が所定値を下回ると、前記第1スイッチング素子(Q11)〜前記第4スイッチング素子(Q14)を全てオフ状態に制御し、前記短絡スイッチ(21)をオン状態に制御することを特徴とする項目2に記載の電力変換装置(20)。
無負荷または軽負荷時にリアクトル(L1)の両端を短絡させることにより、無負荷または軽負荷に遷移する際に発生するサージ電圧から第1スイッチング素子(Q11)〜第4スイッチング素子(Q14)を保護することができる。
[項目4]
前記第2インバータ回路(23a)の直流側に並列に設けられるコンデンサ(C3)をさらに備え、
前記制御部(25)は、前記電力変換装置(20)の起動時において、前記短絡スイッチ(21)をオン状態に制御し、前記コンデンサ(C3)の電圧が設定値を超えると前記短絡スイッチ(21)をオフ状態に制御することを特徴とする項目2または3に記載の電力変換装置(20)。
起動時に短絡スイッチ(21)をオン状態に制御することにより、リアクトル(L1)を無効化することができ、ソフトスタートを実現することができる。
[項目5]
前記制御部(25)は、前記電力変換装置(20)の起動時において、前記コンデンサ(C3)の電圧上昇に応じて、前記第1スイッチング素子(Q11)〜前記第4スイッチング素子(Q14)のデューティ比を上げることを特徴とする項目4に記載の電力変換装置(20)。
これによれば、コンデンサ(C3)をプリチャージするためのプリチャージ回路を別途に設けなくても、ソフトスタートを実現することができる。
[項目6]
前記短絡スイッチ(21)は、前記リアクトル(L1)の前記直流電源(10)側の端子から前記第1インバータ回路(22)側の端子への電流を阻止し、前記第1インバータ回路(22)側の端子から前記直流電源(10)側の端子への電流を駆動信号に応じて導通または非導通する逆阻止型スイッチであることを特徴とする項目1から5のいずれかに記載の電力変換装置(20)。
これによれば、リアクトル(L1)に残留する直流電流が閉ループを、阻害されることなく還流することができる。
[Item 1]
A reactor (L1) connected to a DC power source (10);
A first inverter circuit (22) that converts a DC voltage input through the reactor (L1) into an AC voltage while boosting the DC voltage;
A transformer (T) for transmitting output power of the first inverter circuit (22) provided on the primary side to the secondary side;
A second inverter circuit (23a) that is provided on the secondary side of the transformer (T) and converts AC power output from the first inverter circuit into DC power;
A short-circuit switch (21) for short-circuiting both ends of the reactor (L1);
The power converter device (20) characterized by comprising.
According to this, by adding the short-circuit switch (21) in the isolated boost converter, it is possible to realize a circuit configuration that contributes to element protection from surge voltage and suppression of inrush current at startup.
[Item 2]
The first inverter circuit (22) includes a first leg in which a first switching element (Q11) and a second switching element (Q12) are connected in series, a third switching element (Q13), and a fourth switching element (Q14). ) Includes a full bridge circuit connected in parallel with a second leg connected in series,
The power converter (20)
A controller (25) for driving the first switching element (Q11) and the fourth switching element (Q14) and the second switching element (Q12) and the third switching element (Q13) in a complementary manner; Prepared,
When the first inverter circuit (22) is operated, the control unit (25) controls all of the first switching element (Q11) to the fourth switching element (Q14) to be in an on state so that the reactor (L1 The power converter device (20) according to item 1, characterized in that a period for storing energy is provided.
According to this, a DC voltage can be converted into an AC voltage while being boosted by the reactor (L1) and the full bridge circuit, and supplied to the primary winding of the transformer (T).
[Item 3]
The DC power output from the second inverter circuit (23a) is converted into AC power and supplied to the AC power supply (40) or the AC load, or the AC power supplied from the AC power supply (40) is converted into DC power. And a DC-AC converter that supplies the second inverter circuit (23a),
The controller (25) turns off the first switching element (Q11) to the fourth switching element (Q14) when the load seen from the AC side of the DC-AC converter (26) falls below a predetermined value. The power conversion device (20) according to item 2, wherein the power conversion device (20) is controlled to a state, and the short-circuit switch (21) is controlled to an on state.
By short-circuiting both ends of the reactor (L1) at the time of no load or light load, the first switching element (Q11) to the fourth switching element (Q14) are protected from a surge voltage generated when transitioning to no load or light load. can do.
[Item 4]
A capacitor (C3) provided in parallel on the DC side of the second inverter circuit (23a);
The control unit (25) controls the short-circuit switch (21) to be in an ON state when the power conversion device (20) is activated, and when the voltage of the capacitor (C3) exceeds a set value, the short-circuit switch (21) 21. The power conversion device (20) according to item 2 or 3, wherein 21) is controlled to an off state.
By controlling the short-circuit switch (21) to be in an on state at the time of startup, the reactor (L1) can be invalidated and soft start can be realized.
[Item 5]
When the power converter (20) is started, the control unit (25) is configured to switch the first switching element (Q11) to the fourth switching element (Q14) according to the voltage increase of the capacitor (C3). Item 5. The power conversion device (20) according to item 4, wherein the duty ratio is increased.
According to this, soft start can be realized without separately providing a precharge circuit for precharging the capacitor (C3).
[Item 6]
The short-circuit switch (21) blocks current from the terminal on the DC power supply (10) side of the reactor (L1) to the terminal on the first inverter circuit (22) side, and the first inverter circuit (22) The power conversion according to any one of Items 1 to 5, wherein the switch is a reverse blocking switch that conducts or non-conducts current from a terminal on the side to the terminal on the DC power supply (10) side according to a drive signal. Device (20).
According to this, the direct current remaining in the reactor (L1) can recirculate the closed loop without being inhibited.

10 直流電源、 20 電力変換装置、 L1 リアクトル、 C1 第1平滑コンデンサ、 21 短絡スイッチ、 D1 第5整流ダイオード、 Q1 短絡用スイッチング素子、 D2 第1内蔵ダイオード、 R1 抵抗、 D3 スナバダイオード、 C2 スナバコンデンサ、 22 インバータ回路、 Q11 第1スイッチング素子、 Q12 第2スイッチング素子、 Q13 第3スイッチング素子、 Q14 第4スイッチング素子、 D11 第1還流ダイオード、 D12 第2還流ダイオード、 D13 第3還流ダイオード、 D14 第4還流ダイオード、 L 漏れインダクタンス、 T 高周波トランス、 23 整流回路、 D15 第1整流ダイオード、 D16 第2整流ダイオード、 D17 第3整流ダイオード、 D18 第4整流ダイオード、 C3 第2平滑コンデンサ、 24 電圧検出部、 25 制御部、 30 直流負荷、 Q2 クランプ用スイッチング素子、 D4 第2内蔵ダイオード、 23a インバータ回路、 Q21 第5スイッチング素子、 Q22 第6スイッチング素子、 Q23 第7スイッチング素子、 Q24 第8スイッチング素子、 D21 第5還流ダイオード、 D22 第6還流ダイオード、 D23 第7還流ダイオード、 D24 第8還流ダイオード、 26 DC−ACコンバータ、 40 系統。 10 DC power supply, 20 power converter, L1 reactor, C1 first smoothing capacitor, 21 short-circuit switch, D1 fifth rectifier diode, Q1 short-circuit switching element, D2 first built-in diode, R1 resistor, D3 snubber diode, C2 snubber capacitor 22 Inverter circuit, Q11 first switching element, Q12 second switching element, Q13 third switching element, Q14 fourth switching element, D11 first return diode, D12 second return diode, D13 third return diode, D14 fourth Freewheeling diode, L L leakage inductance, T high frequency transformer, 23 rectifier circuit, D15 first rectifier diode, D16 second rectifier diode, D17 third rectifier diode, D18 fourth rectifier diode, C3 second smoothing diode Capacitor, 24 voltage detector, 25 controller, 30 DC load, Q2 switching element for clamping, D4 second built-in diode, 23a inverter circuit, Q21 fifth switching element, Q22 sixth switching element, Q23 seventh switching element, Q24 8th switching element, D21 5th return diode, D22 6th return diode, D23 7th return diode, D24 8th return diode, 26 DC-AC converter, 40 systems.

Claims (5)

直流電源に接続されたリアクトルと、
第1スイッチング素子と第2スイッチング素子が直列に接続された第1レグと、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子が直列に接続された第2レグとが並列に接続されるフルブリッジ回路を含み、前記リアクトルを介して入力される直流電圧を昇圧しつつ交流電圧に変換する第1インバータ回路と、
一次側に設けられた前記第1インバータ回路の出力電力を二次側に伝達するトランスと、
前記トランスの二次側に設けられ、前記第1インバータ回路から出力される交流電力を直流電力に変換する第2インバータ回路と、
前記第2インバータ回路の直流側に並列に設けられるコンデンサと、
前記リアクトルの両端を短絡させるための短絡スイッチと、
前記第1スイッチング素子および前記第4スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子とを相補的に駆動する制御部と、を備え、
前記制御部は、本電力変換装置の起動時において、前記短絡スイッチをオン状態に制御し、前記コンデンサの電圧が設定値を超えると前記短絡スイッチをオフ状態に制御することを特徴とする電力変換装置。
A reactor connected to a DC power supply;
A full-bridge circuit in which a first leg in which the first switching element and the second switching element are connected in series and a second leg in which the third switching element and the fourth switching element are connected in series are connected in parallel; A first inverter circuit that converts a DC voltage input through the reactor into an AC voltage while boosting the DC voltage;
A transformer for transmitting output power of the first inverter circuit provided on the primary side to the secondary side;
A second inverter circuit which is provided on the secondary side of the transformer and converts AC power output from the first inverter circuit into DC power;
A capacitor provided in parallel on the DC side of the second inverter circuit;
A short-circuit switch for short-circuiting both ends of the reactor;
A controller that complementarily drives the first switching element and the fourth switching element; and the second switching element and the third switching element ;
The control unit controls the short-circuit switch to an on state when starting up the power converter, and controls the short-circuit switch to an off state when a voltage of the capacitor exceeds a set value. apparatus.
記制御部は、前記第1インバータ回路を動作させる際、前記第1スイッチング素子〜前記第4スイッチング素子を全てオン状態に制御して前記リアクトルにエネルギーを蓄える期間を設けることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 Before SL control unit, when operating the first inverter circuit, wherein, wherein the first switching element - the fourth control the switching element to all the on state provide a period for storing energy in the reactor Item 4. The power conversion device according to Item 1. 前記第2インバータ回路から出力される直流電力を交流電力に変換して交流電源または交流負荷に供給する、または交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記第2インバータ回路に供給するDC−ACコンバータをさらに備え、
前記制御部は、前記DC−ACコンバータの交流側から見える負荷が所定値を下回ると、前記第1スイッチング素子〜前記第4スイッチング素子を全てオフ状態に制御し、前記短絡スイッチをオン状態に制御することを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
DC power output from the second inverter circuit is converted into AC power and supplied to an AC power supply or an AC load, or AC power supplied from an AC power supply is converted into DC power and supplied to the second inverter circuit A DC-AC converter that
The control unit controls all of the first switching element to the fourth switching element to be in an OFF state and controls the short-circuit switch to be in an ON state when a load visible from the AC side of the DC-AC converter is lower than a predetermined value. The power converter according to claim 1 or 2, wherein
前記制御部は、前記電力変換装置の起動時において、前記コンデンサの電圧上昇に応じて、前記第1スイッチング素子〜前記第4スイッチング素子のデューティ比を上げることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電力変換装置。 The said control part raises the duty ratio of the said 1st switching element-the said 4th switching element according to the voltage rise of the said capacitor at the time of starting of the said power converter device, The Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. The power converter in any one . 前記短絡スイッチは、前記リアクトルの前記直流電源側の端子から前記第1インバータ回路側の端子への電流を阻止し、前記第1インバータ回路側の端子から前記直流電源側の端子への電流を駆動信号に応じて導通または非導通する逆阻止型スイッチであることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の電力変換装置。 The short-circuit switch blocks current from the DC power supply side terminal of the reactor to the first inverter circuit side terminal, and drives current from the first inverter circuit side terminal to the DC power supply side terminal. power converter according to claim 1, which is a reverse blocking switch to conduction or non-conduction in response to a signal 4.
JP2015178540A 2015-09-10 2015-09-10 Power converter Active JP6593693B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015178540A JP6593693B2 (en) 2015-09-10 2015-09-10 Power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015178540A JP6593693B2 (en) 2015-09-10 2015-09-10 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017055589A JP2017055589A (en) 2017-03-16
JP6593693B2 true JP6593693B2 (en) 2019-10-23

Family

ID=58317782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015178540A Active JP6593693B2 (en) 2015-09-10 2015-09-10 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6593693B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020080444A (en) 2017-03-22 2020-05-28 シャープ株式会社 Terminal device, base station device, communication method, and integrated circuit
CN108111035A (en) * 2018-01-31 2018-06-01 阳光电源股份有限公司 A kind of photovoltaic solid-state transformer, photovoltaic inverting system and bidirectional high-pressure current transformer
JP7160431B2 (en) * 2018-03-29 2022-10-25 株式会社豊田中央研究所 Power transmission system and its control method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63136965A (en) * 1986-11-27 1988-06-09 Toshiba Corp Resonance type inverter
US6452815B1 (en) * 2001-02-22 2002-09-17 Lizhi Zhu Accelerated commutation for passive clamp isolated boost converters
JP2010045946A (en) * 2008-08-18 2010-02-25 Yanmar Co Ltd Power supply circuit for current type inverter
JP2013201882A (en) * 2012-02-20 2013-10-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Bidirectional dc-dc conversion device and conversion device
JP6307341B2 (en) * 2014-05-01 2018-04-04 株式会社ダイヘン Welding power supply device and control method for welding power supply device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017055589A (en) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9407156B2 (en) Managing leakage inductance in a power supply
US20160181925A1 (en) Bidirectional dc-dc converter
WO2012105112A1 (en) Dc-dc converter
US9024609B2 (en) Circuit and method for providing hold-up time in a DC-DC converter
JP5387628B2 (en) Current type isolated converter
JP5585408B2 (en) Switching power supply
Jovanović et al. Efficiency optimization of LLC resonant converters operating in wide input-and/or output-voltage range by on-the-fly topology-morphing control
JP6593693B2 (en) Power converter
JP2012090476A (en) Power supply unit
TW201230638A (en) Power supply device
JP6575809B2 (en) Power converter
Zhang et al. Investigation of adaptive synchronous rectifier (SR) driving scheme for LLC/CLLC resonant converter in EV on-board chargers
JP5516055B2 (en) Power converter
JP2020068552A (en) Power conversion device
Abosnina et al. A novel three-phase bidirectional DC-DC converter for UPS applications
JP2015228760A (en) Switching power supply
JP6960606B2 (en) Snubber circuit, power conversion system
Seong et al. Novel dual inductor-fed DC-DC converter integrated with parallel boost converter
JP2011061953A (en) Multi-output switching power supply device
Clotea et al. A novel start-up method for full-bridge isolated DC-DC converter in RES applications
Lin et al. A new parallel ZVS converter with less power switches and low current stress components
JP2014220862A (en) Switching power supply device and method of controlling the same
JP6902720B2 (en) Snubber circuit, power conversion system
Khan et al. A novel highly reliable three-phase buck-boost ac-ac converter
US20230318443A1 (en) Power supply apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180711

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190523

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190528

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190705

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190912

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6593693

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150