JP6794875B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に、磁気的に結合する2つのスイッチング回路を備える装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a device including two magnetically coupled switching circuits.
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が広く用いられている。電動車両には、駆動用モータに電力を供給するためのバッテリが搭載されている。ハイブリッド自動車では、エンジンの駆動力や回生制動によって発電した電力によってバッテリが充電される。また、プラグイン機能を備えた電動車両では、商用電源から供給される電力によってバッテリが充電される。バッテリを充電するため、電動車両には電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、バッテリ充電のために入力された電圧を適切な電圧に変換してバッテリに印加する。 Electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles are widely used. The electric vehicle is equipped with a battery for supplying electric power to the drive motor. In a hybrid vehicle, the battery is charged by the driving force of the engine and the electric power generated by regenerative braking. Further, in an electric vehicle having a plug-in function, the battery is charged by the electric power supplied from the commercial power source. Electric vehicles are equipped with a power converter to charge the battery. The power converter converts the voltage input for charging the battery into an appropriate voltage and applies it to the battery.
以下の特許文献1および2には、2つのスイッチング回路を各回路の巻線によって磁気的に結合させ、2つのスイッチング回路の間で電力を伝送させる電力変換装置が示されている。また、非特許文献1には、本願発明に関連する回路としてCuk回路が記載されている。Cuk回路は、図13に示されているように第1ループ10および第2ループ12を備えている。第1ループ10は、電源側コンデンサCV、第1巻線L1、および電源側スイッチング素子SAを含み、第2ループ12は、負荷側コンデンサCL、負荷側スイッチング素子SB、および第2巻線L2を含んでいる。第1巻線L1および第2巻線L2は、磁性体で形成されたコアFpに巻き付けられた導線によって形成されている。Cuk回路は、さらに、電源側スイッチング素子SAの一端と、負荷側スイッチング素子SBの一端との間に接続された中間コンデンサCtを備えており、電源側スイッチング素子SAの他端および負荷側スイッチング素子SBの他端は共通に接続されている。電源側コンデンサCVの両端には直流電源EAが接続され、負荷側コンデンサCLの両端には負荷RLが接続されている。 The following Patent Documents 1 and 2 show a power conversion device in which two switching circuits are magnetically coupled by windings of each circuit and power is transmitted between the two switching circuits. Further, Non-Patent Document 1 describes a Cuk circuit as a circuit related to the present invention. The Cuk circuit includes a first loop 10 and a second loop 12 as shown in FIG. The first loop 10 includes power supply side capacitor C V, the first winding L 1, and the power source side switching elements S A, the second loop 12, the load-side capacitor C L, the load-side switching elements S B, and the Two windings L 2 are included. The first winding L 1 and the second winding L 2 are formed by a conducting wire wound around a core Fp formed of a magnetic material. Cuk circuit further includes a one end of the power supply side switching elements S A, it comprises a connected intermediate capacitor C t between one end of the load side switching element S B, the other end and the power source side switching elements S A The other end of the load-side switching element SB is commonly connected. A DC power supply EA is connected to both ends of the power supply side capacitor CV , and a load RL is connected to both ends of the load side capacitor C L.
電源側スイッチング素子SAがオンになり、負荷側スイッチング素子SBがオフになることで、電流IaおよびIbが流れる。電流Iaは、並列接続された直流電源EAおよび電源側コンデンサCVから第1巻線L1および電源側スイッチング素子SAを経て、直流電源EAおよび電源側コンデンサCVに戻り、電流Ibは、中間コンデンサCtから、電源側スイッチング素子SA、並列接続された負荷側コンデンサCLおよび負荷RLを経て、さらに第2巻線L2を経て中間コンデンサCtに戻る。 Power source side switching elements S A is turned on, the load-side switching element S B is that turned off, current flows Ia and Ib. Current Ia from the parallel-connected DC power source E A and the power source side capacitor C V through the first winding L 1 and the power source side switching elements SA, returning to the DC power source E A and the power source side capacitor C V, current Ib from intermediate capacitor C t, the power supply side switching elements S a, through the parallel connected load capacitor C L and the load R L, the flow returns to intermediate capacitor C t through further secondary winding L 2.
電源側スイッチング素子SAがオフになり、負荷側スイッチング素子SBがオンになることで、電流Icおよび電流Idが流れる。電流Icは、並列接続された直流電源EAおよび電源側コンデンサCVから第1巻線L1、中間コンデンサCtおよび負荷側スイッチング素子SBを経て、直流電源EAおよび電源側コンデンサCVに戻り、電流Idは、第2巻線L2から負荷側スイッチング素子SB、並列接続された負荷側コンデンサCLおよび負荷RLを経て、第2巻線L2に戻る。電源側コンデンサCVおよび負荷側コンデンサCLは、それぞれ、直流電源EAの出力電圧および負荷RLの端子間電圧を保持している。 Power source side switching elements S A is turned off, the load-side switching element S B is that turned on, current flows Ic and current Id. Current Ic is parallel connected DC power source E A and the first winding L 1 from the power source side capacitor C V, via intermediate capacitor C t and the load-side switching elements S B, the DC power source E A and the power source side capacitor C V return, current Id, the load-side switching elements S B from the second winding L 2, through the parallel connected load capacitor C L and the load R L, back to the second winding L 2. Power supply side capacitor C V and the load-side capacitor C L, respectively, holding the output voltage and the voltage between the terminals of the load R L of the DC power source E A.
電源側スイッチング素子SAおよび負荷側スイッチング素子SBが交互にオンオフすることで、電流IaおよびIbが流れる状態と、電流IcおよびIdが流れる状態が交互に形成され、直流電源EAから負荷RLにエネルギーが伝達される。第1巻線L1および第2巻線L2が共通のコアFpに形成されていることで、各巻線に鎖交する磁束が強められ、直流電源EAから負荷RLに供給される電力が大きくなる。 By the power supply side switching elements S A and the load-side switching element S B are alternately turned on and off, and a state in which current flows Ia and Ib, a state in which current flows Ic and Id are formed alternately, the load R from the DC power source E A Energy is transmitted to L. By first winding L 1 and the second winding L 2 are formed on a common core Fp, magnetic flux interlinking is strengthened in each winding, the power supplied from the DC power source E A load R L Becomes larger.
電力変換装置は、電動車両の他、一般的な産業用機械、各家庭における太陽電池システムや自家発電システムにも用いられている。 In addition to electric vehicles, electric power converters are also used in general industrial machines, solar cell systems in homes, and private power generation systems.
特許文献1、2および非特許文献1に記載されているような電力変換装置では、一般に、巻線で発生する熱によって電力伝送効率が低下する。 In a power conversion device as described in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1, the power transmission efficiency is generally lowered by the heat generated in the winding.
本発明は、電力変換装置が備える巻線で発生する電力損失を低減することを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the power loss generated in the winding of the power conversion device.
磁性材料で形成された磁路によって結合する第1スイッチング回路および第2スイッチング回路を備える電力変換装置において、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路の少なくとも一方は、前記磁路に設けられた第1巻線と、第1コンデンサと、第1スイッチング素子とを含む第1ループと、前記磁路に設けられた第2巻線と、第2コンデンサと、第2スイッチング素子とを含む第2ループと、前記第1スイッチング素子および前記第1巻線を接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2巻線を接続する経路との間に設けられた第3コンデンサと、を備え、前記第1スイッチング素子および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2コンデンサを接続する経路とが共通に接続されており、前記第3コンデンサの両端から電力が入出力される、ことを特徴とする。 In a power conversion device including a first switching circuit and a second switching circuit coupled by a magnetic path formed of a magnetic material, at least one of the first switching circuit and the second switching circuit is provided in the magnetic path. A second loop including a first winding, a first capacitor, and a first switching element, a second winding provided in the magnetic path, a second capacitor, and a second switching element. A loop, a path connecting the first switching element and the first winding, and a third capacitor provided between the path connecting the second switching element and the second winding are provided. The path connecting the first switching element and the first capacitor and the path connecting the second switching element and the second capacitor are commonly connected, and power is input and output from both ends of the third capacitor. It is characterized by being done.
また、本発明は、磁性材料で形成された磁路によって結合する第1スイッチング回路および第2スイッチング回路を備える電力変換装置において、前記第1スイッチング回路および第2スイッチング回路の少なくとも一方は、前記磁路に設けられた第1巻線と、第1コンデンサと、第1スイッチング素子とを含む第1ループと、前記磁路に設けられた第2巻線と、第2コンデンサと、第2スイッチング素子とを含む第2ループと、前記第1スイッチング素子および前記第1巻線を接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2巻線を接続する経路との間に設けられた第3コンデンサと、前記第1巻線および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2巻線および前記第2コンデンサを接続する経路との間に設けられた第4コンデンサと、を備え、前記第1スイッチング素子および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2コンデンサを接続する経路とが共通に接続されており、前記第4コンデンサの両端から電力が入出力される、ことを特徴とする。 Further, according to the present invention, in a power conversion device including a first switching circuit and a second switching circuit coupled by a magnetic path formed of a magnetic material, at least one of the first switching circuit and the second switching circuit is the magnetic. A first loop including a first winding, a first capacitor, and a first switching element provided on the path, a second winding provided on the magnetic path, a second capacitor, and a second switching element. A third capacitor provided between a second loop including the above, a path connecting the first switching element and the first winding, and a path connecting the second switching element and the second winding. And a fourth capacitor provided between a path connecting the first winding and the first capacitor and a path connecting the second winding and the second capacitor, the first The path connecting the switching element and the first capacitor and the path connecting the second switching element and the second capacitor are commonly connected, and power is input and output from both ends of the fourth capacitor. It is characterized by that.
また、本発明は磁性材料で形成された磁路によって結合する第1スイッチング回路および第2スイッチング回路を備える電力変換装置において、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のそれぞれは、前記磁路に設けられた第1巻線と、第1コンデンサと、第1スイッチング素子とを含む第1ループと、前記磁路に設けられた第2巻線と、第2コンデンサと、第2スイッチング素子とを含む第2ループと、前記第1スイッチング素子および前記第1巻線を接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2巻線を接続する経路との間に設けられた第3コンデンサと、を備え、前記第1スイッチング素子および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2コンデンサを接続する経路とが共通に接続され、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子が交互にオンオフし、前記第1スイッチング回路におけるスイッチングタイミングと、前記第2スイッチング回路におけるスイッチングタイミングとの時間差に応じた電力が、前記第1スイッチング回路および第2スイッチング回路の間で伝送される、ことを特徴とする。 Further, according to the present invention, in a power conversion device including a first switching circuit and a second switching circuit coupled by a magnetic path formed of a magnetic material, each of the first switching circuit and the second switching circuit has the magnetic path. The first winding provided in the magnetic path, the first capacitor, the first loop including the first switching element, the second winding provided in the magnetic path, the second capacitor, and the second switching element. A second loop including the above, a third capacitor provided between a path connecting the first switching element and the first winding, and a path connecting the second switching element and the second winding. The path for connecting the first switching element and the first capacitor and the path for connecting the second switching element and the second capacitor are commonly connected, and the first switching element and the second capacitor are connected in common. The switching elements are alternately turned on and off, and power corresponding to the time difference between the switching timing in the first switching circuit and the switching timing in the second switching circuit is transmitted between the first switching circuit and the second switching circuit. It is characterized by that.
望ましくは、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のそれぞれでは、前記第3コンデンサの両端から電力が入出力される。 Desirably, in each of the first switching circuit and the second switching circuit, power is input / output from both ends of the third capacitor.
望ましくは、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のそれぞれは、前記第1巻線および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2巻線および前記第2コンデンサを接続する経路との間に設けられた第4コンデンサを備え、前記第4コンデンサの両端から電力が入出力される。 Desirably, each of the first switching circuit and the second switching circuit has a path for connecting the first winding and the first capacitor and a path for connecting the second winding and the second capacitor. A fourth capacitor provided between them is provided, and power is input and output from both ends of the fourth capacitor.
望ましくは、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のうち一方では、前記第3コンデンサの両端から電力が入出力され、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のうち他方は、前記第1巻線および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2巻線および前記第2コンデンサを接続する経路との間に設けられた第4コンデンサを備え、前記第4コンデンサの両端から電力が入出力されることを特徴とする。 Desirably, power is input and output from both ends of the third capacitor in one of the first switching circuit and the second switching circuit, and the other of the first switching circuit and the second switching circuit is the first. A fourth capacitor provided between a path for connecting the first winding and the first capacitor and a path for connecting the second winding and the second capacitor is provided, and power is supplied from both ends of the fourth capacitor. It is characterized by being input and output.
本発明によれば、電力変換装置が備える巻線で発生する電力損失を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the power loss generated in the winding provided in the power conversion device.
図1には、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置の構成が示されている。電力変換装置は、プライマリ回路14、セカンダリ回路16およびコアFpを備えている。 FIG. 1 shows the configuration of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. The power conversion device includes a primary circuit 14, a secondary circuit 16, and a core Fp.
プライマリ回路14は、第1巻線L1、第1コンデンサC1、第1スイッチング素子S1、第2巻線L2、第2コンデンサC2、第2スイッチング素子S2、プライマリ・コンデンサCA、第1端子1および第2端子2を備えている。各スイッチング素子には、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が用いられてもよい。以下に説明する各スイッチング素子についても同様である。 The primary circuit 14 includes a first winding L 1, first capacitor C 1, the first switching element S 1, the second winding L 2, the second capacitor C 2, a second switching element S 2, the primary capacitor C A , A first terminal 1 and a second terminal 2 are provided. A field effect transistor, a bipolar transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like may be used for each switching element. The same applies to each switching element described below.
第1巻線L1および第1コンデンサC1は直列に接続されている。直列接続された第1巻線L1および第1コンデンサC1には、第1スイッチング素子S1が並列に接続されている。第1スイッチング素子S1には、第1巻線L1に接続される側をカソードとして寄生ダイオードが並列に接続されている。 The first winding L 1 and the first capacitor C 1 are connected in series. The first switching element S 1 is connected in parallel to the first winding L 1 and the first capacitor C 1 connected in series. A parasitic diode is connected in parallel to the first switching element S 1 with the side connected to the first winding L 1 as a cathode.
第2巻線L2と第2コンデンサC2は直列に接続されている。直列接続された第2巻線L2および第2コンデンサC2には、第2スイッチング素子S2が並列に接続されている。第2スイッチング素子S2には、第2巻線L2に接続される側をアノードとして寄生ダイオードが並列に接続されている。 The second winding L 2 and the second capacitor C 2 are connected in series. The second switching element S 2 is connected in parallel to the second winding L 2 and the second capacitor C 2 connected in series. The second switching element S 2, a parasitic diode is connected in parallel side connected second winding to L 2 as the anode.
第1巻線L1側とは逆側の第1コンデンサC1の一端は、第2巻線L2側とは逆側の第2コンデンサC2の一端に接続されている。 One end of the first capacitor C 1 on the opposite side of the first winding L 1 side is connected to one end of the second capacitor C 2 on the opposite side of the second winding L 2 side.
第1コンデンサC1側とは逆側の第1巻線L1の一端と、第2コンデンサC2側とは逆側の第2巻線L2の一端との間には、プライマリ・コンデンサCAが接続されている。プライマリ・コンデンサCAの両端には、第1端子1および第2端子2が接続されている。 A primary capacitor C is located between one end of the first winding L 1 on the opposite side of the first capacitor C 1 side and one end of the second winding L 2 on the opposite side of the second capacitor C 2 side. A is connected. Across the primary capacitor C A has a first terminal 1 and the second terminal 2 are connected.
第1巻線L1および第2巻線L2の巻き方向は互いに逆向きである。すなわち、第1巻線L1において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、第2巻線L2において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。同様に、第2巻線L2において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、第1巻線L1において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。以下の説明では、各巻線の端子間電圧は、点が付されていない側の端子を電圧の基準とする。 The winding directions of the first winding L 1 and the second winding L 2 are opposite to each other. That is, when the induced electromotive force point is attached side as positive in the first winding L 1 occurs, induced electromotive force point is attached side as positive in the second winding L 2 occurs To do. Similarly, when the induced electromotive force point is attached side as positive in the second winding L 2 occurs, the induced electromotive force of the side where the points attached to the first winding L 1 is positive Occur. In the following description, the voltage between the terminals of each winding is based on the terminal on the side not marked with a dot.
セカンダリ回路16は、第3巻線L3、第3コンデンサC3、第3スイッチング素子S3、第4巻線L4、第4コンデンサC4、第4スイッチング素子S4、セカンダリ・コンデンサCB、第3端子3および第4端子4を備えている。セカンダリ回路16は、プライマリ回路14と同様の構成を有している。 The secondary circuit 16 includes a third winding L 3 , a third capacitor C 3 , a third switching element S 3 , a fourth winding L 4 , a fourth capacitor C 4 , a fourth switching element S 4 , and a secondary capacitor C B. , A third terminal 3 and a fourth terminal 4 are provided. The secondary circuit 16 has the same configuration as the primary circuit 14.
第3巻線L3および第4巻線L4は、それぞれ、第1巻線L1および第2巻線L2に対応する。第3コンデンサC3および第4コンデンサC4は、それぞれ、第1コンデンサC1および第2コンデンサC2に対応する。第3スイッチング素子S3および第4スイッチング素子S4は、それぞれ、第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2に対応する。セカンダリ・コンデンサCBは、プライマリ・コンデンサCAに対応する。セカンダリ・コンデンサCBの両端には第3端子3および第4端子4が接続されている。 The third winding L 3 and the fourth winding L 4 correspond to the first winding L 1 and the second winding L 2 , respectively. The third capacitor C 3 and the fourth capacitor C 4 correspond to the first capacitor C 1 and the second capacitor C 2 , respectively. The third switching element S 3 and the fourth switching element S 4 correspond to the first switching element S 1 and the second switching element S 2 , respectively. The secondary capacitor C B corresponds to the primary capacitor CA A. The third terminal 3 and the fourth terminal 4 are connected to both ends of the secondary capacitor C B.
コアFpは、鉄、フェライト等の磁性体材料によって環状に形成されている。第1巻線L1、第2巻線L2、第3巻線L3および第4巻線L4は、コアFpに巻き付けられた導線によって形成されている。コアFpは、各巻線が発生する磁束に対する磁路を形成する。1つの巻線で発生した磁束は、コアFpを通って他の巻線に鎖交する。1つの巻線において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、他の巻線において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。第1巻線L1および第2巻線L2を磁気的に結合させ、第1巻線L1および第3巻線L3を磁気的に結合させ、第2巻線L2および第4巻線L4を磁気的に結合させ、さらに、第3巻線L3および第4巻線L4を磁気的に結合させるため、コアFpにはギャップが設けられていない。 The core Fp is cyclically formed of a magnetic material such as iron or ferrite. The first winding L 1 , the second winding L 2 , the third winding L 3 and the fourth winding L 4 are formed by a conducting wire wound around the core Fp. The core Fp forms a magnetic path for the magnetic flux generated by each winding. The magnetic flux generated in one winding passes through the core Fp and interlinks with the other winding. When an induced electromotive force is generated in one winding where the pointed side is positive, an induced electromotive force is generated in the other winding where the pointed side is positive. The first winding L 1 and the second winding L 2 are magnetically coupled, the first winding L 1 and the third winding L 3 are magnetically coupled, and the second winding L 2 and the fourth winding Since the wire L 4 is magnetically coupled and the third winding L 3 and the fourth winding L 4 are magnetically coupled, no gap is provided in the core Fp.
第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2は、交互にオンオフを繰り返す。すなわち、第1スイッチング素子S1がオンのときは第2スイッチング素子S2はオフになり、第1スイッチング素子S1がオフのときは第2スイッチング素子S2はオンになる。同様に、第3スイッチング素子S3および第4スイッチング素子S4は、交互にオンオフを繰り返す。 The first switching element S 1 and the second switching element S 2 alternately repeat on / off. That is, when the first switching element S 1 is on, the second switching element S 2 is turned off, and when the first switching element S 1 is off, the second switching element S 2 is turned on. Similarly, the third switching element S 3 and the fourth switching element S 4 alternately repeat on / off.
ここでは、プライマリ回路14の第1端子1および第2端子2に直流電圧VAが印加され、セカンダリ回路16の第3端子3および第4端子4から直流電圧VBが出力される状態について説明する。各コンデンサには一定の電圧が充電されている。各コンデンサについては、「+」の符号が付された端子側を正極とする電圧を各コンデンサの充電電圧の正極とする。 Here, the DC voltage V A is applied to the first terminal 1 and the second terminal 2 of the primary circuit 14, the state in which the DC voltage V B are outputted from the third terminal 3 and the fourth terminal 4 of the secondary circuit 16 described To do. Each capacitor is charged with a constant voltage. For each capacitor, the voltage with the terminal side marked with "+" as the positive electrode is the positive electrode of the charging voltage of each capacitor.
図2には、第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2のオンオフと、第3スイッチング素子S3と第4スイッチング素子S4のオンオフとが同位相で行われる場合の各巻線の電圧、および各巻線に流れる電流の時間波形が示されている。このようにプライマリ回路14およびセカンダリ回路16のスイッチングタイミングが同位相である場合、プライマリ回路14とセカンダリ回路16との間で伝送される電力は0である。 FIG. 2 shows the voltage of each winding when the first switching element S 1 and the second switching element S 2 are turned on and off and the third switching element S 3 and the fourth switching element S 4 are turned on and off in the same phase. , And the time waveform of the current flowing through each winding is shown. When the switching timings of the primary circuit 14 and the secondary circuit 16 are in phase in this way, the power transmitted between the primary circuit 14 and the secondary circuit 16 is 0.
図2(a)には第1巻線L1の端子間電圧VL1(第1巻線電圧VL1)の時間波形、および第2巻線L2の端子間電圧VL2(第2巻線電圧VL2)の時間波形が示されている。第1巻線電圧VL1がハイ電圧Hである時間は、第2スイッチング素子S2がオンの時間と一致し、第1巻線電圧VL1がロー電圧Lである時間は、第1スイッチング素子S1がオンの時間と一致する。 First winding L 1 of the terminal voltage V L1 (first winding voltage V L1) of the time waveform, and the second winding L between the two terminal voltages V L2 (second winding in FIGS. 2 (a) The time waveform of the voltage VL2 ) is shown. The first coil voltage V L1 is high voltage H for a period of time, the second switching element S 2 coincides with the time of the on-time first winding voltage V L1 is a low voltage L, the first switching element S 1 coincides with the on time.
第1スイッチング素子S1がオフになり、第2スイッチング素子S2がオンになることで、第1巻線L1の端子間には、第1コンデンサC1およびプライマリ・コンデンサCAを直列接続したものが接続され、第1巻線電圧VL1はハイ電圧Hとなる。このハイ電圧Hは、プライマリ・コンデンサCAの充電電圧から第1コンデンサC1の充電電圧を減算した電圧である。第1スイッチング素子S1がオンになり、第2スイッチング素子S2がオフになることで、第1巻線L1の端子間に第1コンデンサC1が接続され、第1巻線電圧VL1はロー電圧Lとなる。このロー電圧Lは、第1コンデンサC1の充電電圧の極性を反転した電圧である。 When the first switching element S 1 is turned off and the second switching element S 2 is turned on, the first capacitor C 1 and the primary capacitor CA A are connected in series between the terminals of the first winding L 1. The first winding voltage VL1 becomes a high voltage H. This high voltage H is a voltage obtained by subtracting the first charging voltage of the capacitor C 1 from the charging voltage of the primary capacitor C A. The first switching element S 1 is turned on, by the second switching element S 2 is turned off, the first capacitor C 1 is connected between the first winding L 1 terminal, a first winding voltage V L1 Is a low voltage L. The low voltage L is a voltage obtained by inverting the polarity of the first charging voltage of the capacitor C 1.
第1巻線電圧VL1と同様、第2巻線電圧VL2がハイ電圧Hである時間は、第2スイッチング素子S2がオンの時間と一致し、第2巻線電圧VL2がロー電圧Lである時間は、第1スイッチング素子S1がオンの時間と一致する。 Similar to the first winding voltage V L1, the second coil voltage V L2 is the time high voltage H, the second switching element S 2 coincides with the time of the ON state, the second winding voltage V L2 is low voltage L for a period of time, the first switching element S 1 is coincident with the time of oN.
第1スイッチング素子S1がオフになり、第2スイッチング素子S2がオンになることで、第2巻線L1の端子間には第2コンデンサC2が接続され、第2巻線電圧VL2はハイ電圧Hとなる。このハイ電圧Hは第2コンデンサC2の充電電圧である。第1スイッチング素子S1がオンになり、第2スイッチング素子S2がオフになることで、第2巻線L2の端子間には第2コンデンサC2およびプライマリ・コンデンサCAを直列接続したものが接続され、第2巻線電圧VL2はロー電圧Lとなる。このロー電圧Lは、第2コンデンサC2の充電電圧からプライマリ・コンデンサCAの充電電圧を減算した電圧(プライマリ・コンデンサCAの充電電圧の極性を反転したものから第2コンデンサC2の充電電圧の極性を反転したものを減算した電圧)である。 When the first switching element S 1 is turned off and the second switching element S 2 is turned on, the second capacitor C 2 is connected between the terminals of the second winding L 1 , and the second winding voltage V L2 has a high voltage H. This high voltage H is the charging voltage of the second capacitor C 2 . When the first switching element S 1 is turned on and the second switching element S 2 is turned off, the second capacitor C 2 and the primary capacitor CA A are connected in series between the terminals of the second winding L 2 . The second winding voltage VL2 becomes a low voltage L. The low voltage L, the second charging capacitor C 2 of the voltage obtained by subtracting the charge voltage of the primary capacitor C A from the charging voltage (primary capacitor C A second capacitor C 2 from those obtained by inverting the polarity of the charging voltage of the The voltage obtained by subtracting the voltage polarity inverted).
図2(b)には第3巻線L3の端子間電圧VL3の時間波形、および第4巻線L4の端子間電圧VL4の時間波形が示されている。第3巻線電圧VL3がハイ電圧Hである時間は、第4スイッチング素子S4がオンの時間と一致し、第3巻線電圧VL3がロー電圧Lである時間は、第3スイッチング素子S3がオンの時間と一致する。第1巻線L1と同様、第3巻線L3の端子間に現れるハイ電圧Hは、セカンダリ・コンデンサCBの充電電圧から第3コンデンサC3の充電電圧を減算した電圧であり、ロー電圧Lは、第3コンデンサC3の充電電圧の極性を反転した電圧である。 Are shown time waveform in the time waveform, and a fourth winding L 4 of the terminal voltage V L4 of terminal voltage V L3 of the third winding L 3 in FIG. 2 (b). The third winding voltage V L3 is time high voltage H, the fourth switching element S 4 matches the time on, the third winding voltage V L3 is time low voltage L, the third switching element S 3 coincides with the on time. Similar to the first winding L 1 , the high voltage H appearing between the terminals of the third winding L 3 is a voltage obtained by subtracting the charging voltage of the third capacitor C 3 from the charging voltage of the secondary capacitor C B , and is low. voltage L is a voltage obtained by inverting the polarity of the third charging voltage of the capacitor C 3.
第2巻線電圧VL2と同様、第4巻線電圧VL4がハイ電圧Hである時間は、第4スイッチング素子S4がオンの時間と一致し、第4巻線電圧VL4がロー電圧Lである時間は、第3スイッチング素子S3がオンの時間と一致する。第2巻線L2と同様、第4巻線L4に現れるハイ電圧Hは、第4コンデンサC4の充電電圧であり、ロー電圧Lは、第4コンデンサC4の充電電圧からセカンダリ・コンデンサCBの充電電圧を減算した電圧である。 Similar to the second coil voltage V L2, the fourth winding voltage V L4 is time high voltage H, the fourth switching element S 4 coincides with the time of the on, fourth winding voltage V L4 is low voltage L for a period of time, the third switching element S 3 coincides with the time of oN. Similar to the second winding L 2 , the high voltage H appearing in the fourth winding L 4 is the charging voltage of the fourth capacitor C 4 , and the low voltage L is the charging voltage of the fourth capacitor C 4 to the secondary capacitor. a voltage obtained by subtracting the charge voltage of C B.
図2(c)には、第1巻線L1、第2巻線L2、第3巻線L3および第4巻線L4に流れる励磁電流(iL1,iL2,iL3およびiL4)の時間波形が示されている。励磁電流は電力伝送に寄与しない電流である。第1巻線L1および第2巻線L2に流れる励磁電流の時間波形が実線で表され、第3巻線L3および第4巻線L4に流れる励磁電流の時間波形が破線で表されている。 FIG. 2 (c) shows the exciting currents (i L1 , i L2 , i L3 and i) flowing through the first winding L 1 , the second winding L 2 , the third winding L 3 and the fourth winding L 4. The time waveform of L4 ) is shown. The exciting current is a current that does not contribute to power transmission. Time waveform of the exciting current flowing through the first winding L 1 and the second winding L 2 is represented by a solid line, the table time waveform by the broken lines of the exciting current flowing through the third winding L 3 and the fourth winding L 4 Has been done.
図2(d)には、プライマリ・コンデンサCAの正極端子から第1スイッチング素子S1または第1巻線L1に流入する入力電流IA.INの時間波形、および、第3スイッチング素子S3または第3巻線L3からセカンダリ・コンデンサCBの正極端子に流出する出力電流IB.OUTの時間波形が示されている。入力電流IA.INは、第1巻線L1の励磁電流および第2巻線L2の励磁電流である。これらの励磁電流は、第2スイッチング素子S2および第1スイッチング素子S1のオンオフに伴って交互に傾きの極性が変わり、0を中央値として増減する。出力電流IB.OUTは、第3巻線L3の励磁電流および第4巻線L4の励磁電流である。これらの励磁電流は、第4スイッチング素子S4および第3スイッチング素子S3のオンオフに伴って交互に傾きの極性が変わり、0を中央値として増減する。 FIG. 2 (d), the input current flows from the positive terminal of the primary capacitor C A to the first switching element S 1 or the first winding L 1 I A. Time waveform of IN, and the output current I B. flowing out of the third switching element S 3 or the third winding L 3 to the positive terminal of the secondary capacitor C B The time waveform of OUT is shown. Input current I A. IN is the excitation current and the second winding L 2 of the excitation current of the first winding L 1. These exciting currents alternately change in inclination polarity as the second switching element S 2 and the first switching element S 1 are turned on and off, and increase or decrease with 0 as the median value. Output current IB . OUT is the excitation current and excitation current of the fourth winding L 4 of the third winding L 3. The polarity of the inclination of these exciting currents changes alternately as the fourth switching element S 4 and the third switching element S 3 are turned on and off, and the excitation current increases or decreases with 0 as the median value.
プライマリ回路14およびセカンダリ回路16のスイッチングタイミングが同一である場合、プライマリ回路14とセカンダリ回路16との間で伝送される電力は0である。 When the switching timings of the primary circuit 14 and the secondary circuit 16 are the same, the power transmitted between the primary circuit 14 and the secondary circuit 16 is 0.
図3(a)および(b)には、第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2のオンオフの位相を、第3スイッチング素子S3と第4スイッチング素子S4のオンオフの位相に対してφだけ進めた場合の各巻線の電圧が示されている。位相は、オンオフの1周期を2πとしたときの位相角として定義される。 3 (a) and 3 (b) show the on / off phases of the first switching element S 1 and the second switching element S 2 with respect to the on / off phases of the third switching element S 3 and the fourth switching element S 4. The voltage of each winding when advanced by φ is shown. The phase is defined as the phase angle when one on / off cycle is 2π.
図3(c)には、このような状態で第1巻線L1に流れる電流IL1、第2巻線L2に流れる電流IL2、第3巻線L3に流れる電流IL3、および、第4巻線L4に流れる電流IL4が示されている。各巻線の電流の極性は、点が付されている側の端子に流入する電流が正である。 The FIG. 3 (c), the current I L1 flowing in such a state to the first winding L 1, current I L2 flowing second winding to L 2, the current I L3 flowing through the third winding L 3, and , and the current I L4 flowing through the fourth winding L 4 is shown. As for the polarity of the current of each winding, the current flowing into the terminal on the side with a dot is positive.
プライマリ回路14およびセカンダリ回路16のスイッチングタイミングが同位相である場合、プライマリ側からセカンダリ側に伝送される電力は0である。ところが、プライマリ回路14およびセカンダリ回路16のスイッチングタイミングに位相差がある場合には、プライマリ側からセカンダリ側に電力が伝送される。 When the switching timings of the primary circuit 14 and the secondary circuit 16 are in phase, the power transmitted from the primary side to the secondary side is 0. However, when there is a phase difference between the switching timings of the primary circuit 14 and the secondary circuit 16, power is transmitted from the primary side to the secondary side.
すなわち、プライマリ側のスイッチングタイミングとセカンダリ側のスイッチングタイミングに位相差がある場合、スイッチング素子S1とスイッチング素子S3とのオンオフが逆となり、スイッチング素子S2とスイッチング素子S4とのオンオフが逆となる逆極性期間が生じる。この逆極性期間(r1,r2,r3,・・・・)では、図3(b)に示されているように、第1巻線電圧VL1と第3巻線電圧VL3の極性が逆となり、第2巻線電圧VL2と第4巻線電圧VL4の極性が逆となって各巻線に流れる電流の変化が大きくなる。 That is, when there is a phase difference switching timing of the switching timing and the secondary side of the primary side, off of the switching element S 1 and switching element S 3 is reversed, off of the switching element S 2 and the switching element S 4 is reversed There is a period of reverse polarity. The opposite polarity period (r 1, r 2, r 3, ····) in, as shown in FIG. 3 (b), the first winding voltage V L1 of the third winding voltage V L3 The polarities are reversed, the polarities of the second winding voltage VL2 and the fourth winding voltage VL4 are reversed, and the change in the current flowing through each winding becomes large.
そして、スイッチング素子S1とスイッチング素子S3とのオンオフが同一となり、スイッチング素子S2とスイッチング素子S4とのオンオフが同一となる同一極性期間(t1,t2,t3,・・・・)では、変化が緩やかな台形電流が各巻線に流れる。この同一極性期間では、第1巻線電圧VL1と第3巻線電圧VL3の極性が同一となり、第2巻線電圧VL2および第4巻線電圧VL4の極性が同一となって変化が緩やかな台形電流が各巻線に流れ、各巻線に流れる電流によって各巻線に電流エネルギーが保持される。 Then, the same polarity period (t 1 , t 2 , t 3 , ...) The on / off of the switching element S 1 and the switching element S 3 is the same, and the on / off of the switching element S 2 and the switching element S 4 is the same. In (), a trapezoidal current that changes slowly flows through each winding. In this same polarity period, the polarities of the first winding voltage VL1 and the third winding voltage VL3 become the same, and the polarities of the second winding voltage VL2 and the fourth winding voltage VL4 become the same and change. A gentle trapezoidal current flows through each winding, and the current flowing through each winding holds the current energy in each winding.
同一極性期間では、第1巻線電圧VL1および第1巻線L1の台形電流の積によって定まる電力と、第2巻線電圧VL2および第2巻線L2の台形電流の積によって定まる電力とを併せた電力が、プライマリ側からセカンダリ側に伝送される。プライマリ側からセカンダリ側に伝送される電力は、第3巻線電圧VL3および第3巻線L3の台形電流の積によって定まる電力と、第4巻線電圧VL4および第4巻線L4の台形電流の積によって定まる電力とを併せた電力によっても表される。 In the same polarity period, the electric power determined by the product of the first winding voltages V L1 and the primary winding L 1 of the trapezoidal current, determined by the product of the second winding voltage V L2 and second winding L 2 of the trapezoidal current The electric power combined with the electric power is transmitted from the primary side to the secondary side. Power transmitted from the primary side to the secondary side, a power determined by the product of the trapezoidal current of the third winding voltage V L3 and the third winding L 3, fourth winding voltage V L4 and fourth winding L 4 It is also represented by the combined power with the power determined by the product of the trapezoidal currents.
すなわち、同一極性期間では、第1巻線電圧VL1および第1巻線L1の台形電流の積によって定まる電力と、第2巻線電圧VL2および第2巻線L2の台形電流の積によって定まる電力とを併せた電力が、第1端子1および第2端子2から入力される。また、同一極性期間では、第3巻線電圧VL3および第3巻線L3の台形電流の積によって定まる電力と、第4巻線電圧VL4および第4巻線L4の台形電流の積によって定まる電力とを併せた電力が第3端子3および第4端子4から出力される。 That is, in the same polarity period, the electric power determined by the product of the trapezoidal current of the first winding voltages V L1 and the first coil L1, by the product of the second winding trapezoidal current of the voltage V L2 and second winding L 2 The electric power including the determined electric power is input from the first terminal 1 and the second terminal 2. Further, in the same polarity period, the electric power determined by the product of the trapezoidal current of the third winding voltage V L3 and the third winding L 3, the product of the trapezoidal current of the fourth winding voltage V L4 and fourth winding L 4 The electric power including the electric power determined by is output from the third terminal 3 and the fourth terminal 4.
プライマリ側のスイッチングタイミングとセカンダリ側のスイッチングタイミングの位相差φが0以上π以下の範囲内で大きい程、各逆極性期間が長くなり、台形電流の絶対値は大きくなる。したがって、位相差φが0以上π以下の範囲内で大きい程、プライマリ側からセカンダリ側に伝送される電力は大きくなる。 As the phase difference φ between the switching timing on the primary side and the switching timing on the secondary side is larger in the range of 0 or more and π or less, each inverse polarity period becomes longer and the absolute value of the trapezoidal current becomes larger. Therefore, the larger the phase difference φ is within the range of 0 or more and π or less, the larger the power transmitted from the primary side to the secondary side.
図4(a)には、逆極性期間r1に各巻線に流れる電流が示されている。第1巻線L1に流れる巻線電流IL1は、第1巻線L1から第1コンデンサC1、第2スイッチング素子S2、およびプライマリ・コンデンサCAを通って、第1巻線L1に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。逆極性期間r1における巻線電流IL1は、入力電流IA.INとなる。第2巻線L2に流れる巻線電流IL2は、第2巻線L2から第2コンデンサC2および第2スイッチング素子S2を通って第2巻線L2に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。第3巻線L3に流れる巻線電流IL3は、第3コンデンサC3および第3スイッチング素子S3を通って第3巻線L3に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。第4巻線L4に流れる巻線電流IL4は、第4巻線L4から第4コンデンサC4、第3スイッチング素子S3、およびセカンダリ・コンデンサCBを通って第4巻線L4に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。逆極性期間r1における巻線電流IL4が出力電流IB.OUTとなる。 FIG. 4 (a) shows the current flowing through the windings in the opposite polarity period r 1. The winding current I L1 flowing through the first winding L 1 passes through the first winding L 1 to the first capacitor C 1 , the second switching element S 2 , and the primary capacitor CA A , and the first winding L It flows through the path returning to 1 , and the direction of this flow is positive. Winding current I L1 in reversed polarity period r 1, the input current I A. It becomes IN . Winding current I L2 flowing in the second winding L 2 flows through the path back from the secondary winding L 2 through the second capacitor C 2 and the second switching element S 2 to the second winding L 2, the The direction of the flow is positive. The winding current IL 3 flowing through the third winding L 3 flows through the third capacitor C 3 and the third switching element S 3 and returns to the third winding L 3 , and the direction of this flow is positive. .. The winding current I L4 flowing through the fourth winding L 4 passes through the fourth winding L 4 to the fourth capacitor C 4 , the third switching element S 3 , and the secondary capacitor C B , and the fourth winding L 4 It flows through the path back to, and the direction of this flow is positive. Winding current I L4 in the opposite polarity period r 1 is the output current I B. It becomes OUT .
図4(b)には、同一極性期間t1に各巻線に流れる電流が示されている。第1巻線電流IL1および第2巻線電流IL2が流れる経路は、逆極性期間r1と同様である。同一極性期間t1における巻線電流IL1は、入力電流IA.INとなる。第3巻線L3に流れる巻線電流IL3は、第3巻線L3から、第3コンデンサC3、第4スイッチング素子S4、セカンダリ・コンデンサCBを通って第3巻線L3に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。同一極性期間t1における巻線電流IL3の極性を反転させたものが、出力電流IB.OUTとなる。第4巻線L4に流れる巻線電流IL4は、第4巻線L4から第4コンデンサC4および第4スイッチング素子S4を通って第4巻線L4に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。 FIG. 4 (b) shows the current flowing through the windings in the same polarity period t 1. Path first winding currents I L1 and second winding current I L2 flows is similar to the reverse polarity period r 1. Winding current I L1 in the same polarity period t 1, the input current I A. It becomes IN . Winding current I L3 flowing through the third winding L 3 from the third winding L 3, the third capacitor C 3, the fourth switching element S 4, the third winding L 3 through the secondary capacitor C B It flows through the path back to, and the direction of this flow is positive. Obtained by inverting the polarity of the winding current I L3 in the same polarity period t 1 is the output current I B. It becomes OUT . Winding current I L4 flowing through the fourth winding L 4 are flow a path back from the fourth winding L 4 through a fourth capacitor C 4 and the fourth switching element S 4 to the fourth winding L 4, the The direction of the flow is positive.
図5(a)には、逆極性期間r2に各巻線に流れる電流が示されている。第1巻線電流IL1は、第1巻線L1から第1コンデンサC1および第1スイッチング素子S1を通って第1巻線L1に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。第2巻線電流IL2は、第2コンデンサC2、第1スイッチング素子S1、およびプライマリ・コンデンサCAを通って第2巻線L2に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。逆極性期間r2における巻線電流IL2の極性を反転させたものが、入力電流IA.INとなる。第3巻線電流IL3および第4巻線電流IL4が流れる経路は、同一極性期間t1と同様である。 In FIGS. 5 (a) is shown the current flowing through the windings in the opposite polarity period r 2. First winding current I L1 from the first winding L 1 through the first capacitor C 1 and the first switching element S 1 path flow back to the first winding L 1, the direction of the flow the positive and To do. The second winding current IL 2 flows through the second capacitor C 2 , the first switching element S 1 , and the primary capacitor CA A and returns to the second winding L 2 , and the direction of this flow is positive. To do. Obtained by inverting the polarity of the winding current I L2 in the opposite polarity period r 2 is the input current I A. It becomes IN . Path third winding currents I L3 and the fourth winding current I L4 flows is similar to the same polarity period t 1.
図5(b)には、同一極性期間t2に各巻線に流れる電流が示されている。第1巻線電流IL1および第2巻線電流IL2が流れる経路は、逆極性期間r2と同一である。第3巻線電流IL3および第4巻線電流IL4が流れる経路は、逆極性期間r1と同一である。 In FIG. 5 (b) is shown the current flowing through the windings in the same polarity period t 2. Path first winding currents I L1 and second winding current I L2 flows is the same opposite polarity period r 2. Path third winding currents I L3 and the fourth winding current I L4 flows is the same opposite polarity period r 1.
このように本実施形態に係る電力変換装置は、磁性材料で形成された磁路としてのコアFpによって磁気的に結合するプライマリ回路14(第1スイッチング回路)およびセカンダリ回路16(第2スイッチング回路)を備え、プライマリ回路14およびセカンダリ回路16の間で電力が伝送される。 As described above, the power conversion device according to the present embodiment has a primary circuit 14 (first switching circuit) and a secondary circuit 16 (second switching circuit) that are magnetically coupled by a core Fp as a magnetic path formed of a magnetic material. The power is transmitted between the primary circuit 14 and the secondary circuit 16.
プライマリ回路14は、コアFpに設けられた第1巻線L1、第1コンデンサC1、および第1スイッチング素子S1を含む第1ループと、コアFpに設けられた第2巻線L2、第2コンデンサC2、および第2スイッチング素子S2を含む第2ループと、第1スイッチング素子S1および第1巻線L1を接続する経路と、第2スイッチング素子S1および第2巻線L2を接続する経路との間に設けられたプライマリ・コンデンサCA(第3コンデンサ)とを備えている。第1スイッチング素子S1および第1コンデンサC1を接続する経路と、第2スイッチング素子S2および第2コンデンサC2を接続する経路とは共通に接続されており、第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2は交互にオンオフする。 The primary circuit 14 includes a first loop including a first winding L 1 provided on the core Fp, a first capacitor C 1 , and a first switching element S 1 , and a second winding L 2 provided on the core Fp. , The second loop including the second capacitor C 2 and the second switching element S 2 , the path connecting the first switching element S 1 and the first winding L 1 , and the second switching element S 1 and the second volume. and a primary capacitor C a (third capacitor) provided between the path connecting the line L 2. The path connecting the first switching element S 1 and the first capacitor C 1 and the path connecting the second switching element S 2 and the second capacitor C 2 are commonly connected, and the first switching element S 1 and the path connecting the second capacitor C 2 are connected in common. The second switching element S 2 turns on and off alternately.
セカンダリ回路16は、コアFpに設けられた第3巻線L3、第3コンデンサC3、および第3スイッチング素子S3を含む第3ループと、コアFpに設けられた第4巻線L4、第4コンデンサC4、および第4スイッチング素子S4を含む第4ループと、第3スイッチング素子S3および第3巻線L3を接続する経路と、第4スイッチング素子S4および第4巻線L4を接続する経路との間に設けられたセカンダリ・コンデンサCBとを備えている。第3スイッチング素子S3および第3コンデンサC3を接続する経路と、第4スイッチング素子S4および第4コンデンサC4を接続する経路とは共通に接続されており、第3スイッチング素子S3および第4スイッチング素子S4は交互にオンオフする。 The secondary circuit 16 includes a third loop including a third winding L 3 provided on the core Fp, a third capacitor C 3 , and a third switching element S 3 , and a fourth winding L 4 provided on the core Fp. , The fourth loop including the fourth capacitor C 4 and the fourth switching element S 4 , the path connecting the third switching element S 3 and the third winding L 3 , and the fourth switching element S 4 and the fourth volume. It is provided with a secondary capacitor C B provided between the path connecting the wire L 4 and the line L 4 . The path connecting the third switching element S 3 and the third capacitor C 3 and the path connecting the fourth switching element S 4 and the fourth capacitor C 4 are commonly connected, and the third switching element S 3 and the path connecting the fourth capacitor C 4 are connected in common. The fourth switching element S 4 turns on and off alternately.
第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2のスイッチングタイミングと、第3スイッチング素子S3および第4スイッチング素子S4のスイッチングタイミングとの位相差(時間差)に応じた電力が、プライマリ回路14およびセカンダリ回路16の間で伝送される。 The power corresponding to the phase difference (time difference) between the switching timing of the first switching element S 1 and the second switching element S 2 and the switching timing of the third switching element S 3 and the fourth switching element S 4 is the primary circuit 14 And is transmitted between the secondary circuits 16.
本実施形態に係る電力変換装置では、プライマリ側に第1巻線L1および第2巻線L2が設けられ、セカンダリ側に第3巻線L3および第4巻線L4が設けられている。このように、2対の巻線で電力伝送を行う場合、1対の巻線で電力伝送を行うよりも伝送電力が増加する。ただし、1対の巻線のプライマリ側の巻き数は第1巻線L1および第2巻線L2の巻き数を併せた巻き数であり、セカンダリ側の巻き数は第3巻線L3および第4巻線L4の巻き数を併せた巻き数であるという条件下での比較である。したがって、同一極性期間に各巻線に流れる台形電流を減少させても十分な電力が伝送され、各巻線に流れる電流に基づく損失が低減する。 In the power conversion device according to the present embodiment, the first winding L 1 and the second winding L 2 is provided on the primary side, and the third winding L 3 and the fourth winding L 4 is provided on the secondary side There is. In this way, when power is transmitted with two pairs of windings, the transmission power is higher than when power is transmitted with one pair of windings. However, the number of turns on the primary side of the pair of windings is the total number of turns of the first winding L 1 and the number of turns of the second winding L 2 , and the number of turns on the secondary side is the number of turns of the third winding L 3 and a comparison with conditions that are the fourth winding turns in conjunction with the number of turns of L 4. Therefore, even if the trapezoidal current flowing through each winding is reduced during the same polarity period, sufficient power is transmitted and the loss based on the current flowing through each winding is reduced.
また、第2スイッチング素子S2の一端は第2端子2に接続されている。そのため、第2端子2を接地導体に接続する場合には、第2スイッチング素子S2の一端もまた接地導体に接続され、第2スイッチング素子S2を制御する回路の設計が容易となる。例えば、第2スイッチング素子S1が電界トランジスタである場合には、電界トランジスタのオンオフを制御するゲート電位の基準を得るための回路構成が容易となる。同様に、第4スイッチング素子S4の一端は、第4端子4に接続されている。そのため、第4端子4を接地導体に接続する場合には、第4スイッチング素子S4の一端もまた接地導体に接続され、第4スイッチング素子S4を制御する回路の設計が容易となる。 Further, one end of the second switching element S 2 is connected to the second terminal 2. Therefore, when the second terminal 2 is connected to the ground conductor, one end of the second switching element S 2 is also connected to the ground conductor, facilitating the design of the circuit that controls the second switching element S 2 . For example, when the second switching element S 1 is a field transistor, the circuit configuration for obtaining a reference of the gate potential for controlling the on / off of the field transistor becomes easy. Similarly, one end of the fourth switching element S 4 is connected to the fourth terminal 4. Therefore, when the fourth terminal 4 is connected to the ground conductor, one end of the fourth switching element S 4 is also connected to the ground conductor, facilitating the design of the circuit for controlling the fourth switching element S 4.
図6には、本発明の第2実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置の構成が示されている。図1に示されている構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。リプル抑制・プライマリ回路26、リプル抑制・セカンダリ回路28およびコアFpを備えている。 FIG. 6 shows the configuration of the ripple suppression / power conversion device according to the second embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals to simplify the description. It includes a ripple suppression / primary circuit 26, a ripple suppression / secondary circuit 28, and a core Fp.
リプル抑制・プライマリ回路26は、第1巻線L1、第1コンデンサC1、第1スイッチング素子S1、第2巻線L2、第2コンデンサC2、第2スイッチング素子S2、プライマリ・コンデンサCA、プライマリ・追加コンデンサCC、第5端子5および第6端子6を備えている。 Ripple suppression / primary circuit 26 includes a first winding L 1 , a first capacitor C 1 , a first switching element S 1 , a second winding L 2 , a second capacitor C 2 , a second switching element S 2 , and a primary circuit. capacitor C a, the primary additional capacitor C C, and a fifth terminal 5 and the sixth terminal 6.
リプル抑制・セカンダリ回路28は、第3巻線L3、第3コンデンサC3、第3スイッチング素子S3、第4巻線L4、第4コンデンサC4、第4スイッチング素子S4、セカンダリ・コンデンサCB、セカンダリ・追加コンデンサCD、第7端子7および第8端子8を備えている。 The ripple suppression / secondary circuit 28 includes a third winding L 3 , a third capacitor C 3 , a third switching element S 3 , a fourth winding L 4 , a fourth capacitor C 4 , a fourth switching element S 4 , and a secondary circuit. It is provided with a capacitor C B , a secondary / additional capacitor C D , a seventh terminal 7 and an eighth terminal 8.
リプル抑制・電力変換装置は、図1に示される電力変換装置を変形したものである。図7は変形過程を示す図である。すなわち、リプル抑制・電力変換装置は、次の変形過程を経て導かれる。(i)第1巻線L1と第1コンデンサC1との接続点と、第2巻線L2と第2コンデンサC2の接続点との間にプライマリ・追加コンデンサCCを接続する。(ii)第3巻線L3と第3コンデンサC3との接続点と、第4巻線L4と第4コンデンサC4の接続点との間にセカンダリ・追加コンデンサCDを接続する。(iii)プライマリ・追加コンデンサCCの両端に第5端子5および第6端子6を接続する。(iv)セカンダリ・追加コンデンサCDの両端に第7端子7および第8端子8を接続する。(v)第5端子5および第6端子6が左側に位置し、第7端子7および第8端子8が右側に位置するように、コアFp上に各巻線を設ける。 The ripple suppression / power conversion device is a modification of the power conversion device shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing a deformation process. That is, the ripple suppression / power conversion device is guided through the following transformation process. (I) A primary additional capacitor CC is connected between the connection point between the first winding L 1 and the first capacitor C 1 and the connection point between the second winding L 2 and the second capacitor C 2 . (Ii) A secondary / additional capacitor C D is connected between the connection point between the third winding L 3 and the third capacitor C 3 and the connection point between the fourth winding L 4 and the fourth capacitor C 4 . And (iii) connecting the fifth terminal 5 and the sixth terminal 6 at both ends of the primary additional capacitor C C. (Iv) connecting the seventh terminal 7 and the eighth terminal 8 across the secondary additional capacitor C D. (V) Each winding is provided on the core Fp so that the fifth terminal 5 and the sixth terminal 6 are located on the left side and the seventh terminal 7 and the eighth terminal 8 are located on the right side.
図8(a)および(b)には、第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2のオンオフと、第3スイッチング素子S3と第4スイッチング素子S4のオンオフとが同位相で行われる場合の各巻線の電圧、および各巻線に流れる電流の時間波形が示されている。このようにリプル抑制・プライマリ回路26およびリプル抑制・セカンダリ回路28のスイッチングタイミングが同位相である場合、リプル抑制・プライマリ回路26とリプル抑制・セカンダリ回路28との間で伝送される電力は0である。 The FIGS. 8 (a) and 8 (b), and on-off of the first switching element S 1 and second switching element S 2, lines in the third switching element S 3 and the fourth switching element S 4 on-off and is in phase The voltage of each winding when it is used, and the time waveform of the current flowing through each winding are shown. When the switching timings of the ripple suppression / primary circuit 26 and the ripple suppression / secondary circuit 28 are in phase in this way, the power transmitted between the ripple suppression / primary circuit 26 and the ripple suppression / secondary circuit 28 is 0. is there.
図6に示されるリプル抑制・電力変換装置では、図1に示される電力変換装置に対し、各巻線の電圧基準端子が逆側の端子となっている。そのため、図8(a)に示される第1巻線電圧VL1および第2巻線電圧VL2は、図2(a)に示される第1巻線電圧VL1および第2巻線電圧VL2に対して逆極性となる。同様に、図8(b)に示される第3巻線電圧VL3および第3巻線電圧VL3は、図2(b)に示される第3巻線電圧VL3および第4巻線電圧VL4に対して逆極性となる。 In the ripple suppression / power conversion device shown in FIG. 6, the voltage reference terminal of each winding is opposite to the power conversion device shown in FIG. Therefore, the first winding voltages V L1 and second winding voltage V L2 shown in FIG. 8 (a), first winding voltage VL 1 and second winding voltage V L2 shown in FIG. 2 (a) It has the opposite polarity to. Similarly, the third winding voltage VL3 and the third winding voltage VL3 shown in FIG. 8B are the third winding voltage VL3 and the fourth winding voltage V shown in FIG. 2B. It has the opposite polarity to L4 .
各巻線の巻き方向を逆向きとしたことは、各巻線の自己インダクタンスには影響を与えない。そのため、図8(c)に示されている各巻線に流れる励磁電流は、図2(c)に示されている励磁電流と同様となる。 The reverse winding direction of each winding does not affect the self-inductance of each winding. Therefore, the exciting current flowing through each winding shown in FIG. 8 (c) is the same as the exciting current shown in FIG. 2 (c).
図8(d)には、プライマリ・追加コンデンサCCの正極端子から第1巻線L1および第1コンデンサC1に流入する入力電流IA.INの時間波形、および、第3巻線L3および第3コンデンサC3からセカンダリ・追加コンデンサCDの正極端子に流出する出力電流IB.OUTの時間波形が示されている。後述するように、プライマリ・追加コンデンサCCおよびセカンダリ・追加コンデンサCDに流れる電流によって、入力電流IA.INおよび出力電流IB.OUTのリプルは抑制され、入力電流IA.INおよび出力電流IB.OUTは0で一定となる。 In FIG. 8 (d), the input current I flows from the positive terminal of the primary additional capacitor C C in the first winding L 1 and the first capacitor C 1 A. Time waveform of IN, and the output current I B. flowing out of the third winding L 3 and the third capacitor C 3 to the positive terminal of the secondary additional capacitor C D The time waveform of OUT is shown. As described later, by the current flowing through the primary add capacitors C C and secondary additional capacitor C D, the input current IA. IN and output current IB . The ripple of OUT is suppressed, and the input current IA . IN and output current IB . OUT is constant at 0.
図9(a)および(b)には、第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2のオンオフの位相を、第3スイッチング素子S3と第4スイッチング素子S4のオンオフの位相に対してφだけ進めた場合の各巻線の電圧が示されている。 9 (a) and 9 (b) show the on / off phases of the first switching element S 1 and the second switching element S 2 with respect to the on / off phases of the third switching element S 3 and the fourth switching element S 4. The voltage of each winding when advanced by φ is shown.
図9(c)には、このような状態における第1巻線電流IL1、第2巻線電流IL2、第3巻線電流IL3、および、第4巻線電流IL4が示されている。各巻線の電流の極性は、点が付されている側の端子から流出する電流が正とされている。 FIG. 9 (c) shows the first winding current IL1 , the second winding current IL2 , the third winding current IL3 , and the fourth winding current IL4 in such a state. There is. As for the polarity of the current of each winding, the current flowing out from the terminal on the side with a dot is positive.
プライマリ側のスイッチングタイミングとセカンダリ側のスイッチングタイミングに位相差がある場合、スイッチング素子S1とスイッチング素子S3とのオンオフが逆となり、スイッチング素子S2とスイッチング素子S4とのオンオフが逆となる逆極性期間が生じる。この逆極性期間(p1,p2,p3,・・・・)では、図9に示されているように、第1巻線電圧VL1と第3巻線電圧VL3の極性が逆となり、第2巻線電圧VL2と第4巻線電圧VL4の極性が逆となって各巻線に流れる電流の変化が大きくなる。 If the switching timing of the switching timing and the secondary side of the primary side there is a phase difference, off of the switching element S 1 and switching element S 3 is reversed, off of the switching element S 2 and the switching element S 4 are opposite A reverse polarity period occurs. In this reverse polarity period (p 1 , p 2 , p 3 , ...), As shown in FIG. 9, the polarities of the first winding voltage VL 1 and the third winding voltage VL 3 are opposite. Therefore, the polarities of the second winding voltage VL2 and the fourth winding voltage VL4 are reversed, and the change in the current flowing through each winding becomes large.
そして、スイッチング素子S1とスイッチング素子S3とのオンオフが同一となり、スイッチング素子S2とスイッチング素子S4とのオンオフが同一となる同一極性期間(q1,q2,q3,・・・・)では、変化が緩やかな台形電流が各巻線に流れる。この同一極性期間では、図9に示されているように第1巻線電圧VL1と第3巻線電圧VL3の極性が同一となり、第2巻線電圧VL2および第4巻線電圧VL4の極性が同一となって各巻線に変化が緩やかな台形電流が流れ、各巻線に流れる電流によって各巻線にエネルギーが保持される。 Then, the same polarity period (q 1 , q 2 , q 3 , ...) The on / off of the switching element S 1 and the switching element S 3 is the same, and the on / off of the switching element S 2 and the switching element S 4 is the same. In (), a trapezoidal current that changes slowly flows through each winding. In this same polarity period, a first winding voltage V L1 as indicated polarity of the third winding voltage V L3 is identical to FIG. 9, the second coil voltage V L2 and the fourth winding voltage V A trapezoidal current with the same polarity of L4 and a gradual change flows in each winding, and energy is held in each winding by the current flowing in each winding.
リプル抑制・電力変換装置では、プライマリ・追加コンデンサCCおよびセカンダリ・追加コンデンサCDの作用によって、第1巻線電流IL1および第4巻線電流IL4は負方向にオフセットし、第2巻線電流IL2および第3巻線電流はIL3は正方向にオフセットする。 Ripple suppression-power converter, by the action of the primary additional capacitors C C and secondary additional capacitor C D, the first winding currents I L1 and the fourth winding current I L4 is offset in the negative direction, Volume 2 line current I L2 and third winding current I L3 is offset in the positive direction.
図9(d)には、プライマリ・コンデンサCAの正極端子から流出するタンク電流IA.TANKおよびセカンダリ・コンデンサCBの正極端子に流入するタンク電流IB.TANKが示されている。タンク電流IA.TANKが流れる動作は、図1に示されている電力変換装置において入力電流IA.INが流れる動作と同様であり、タンク電流IB.TANKが流れる動作は、図1に示されている出力電流IB.OUTが流れる動作と同様である。すなわち、図9(d)に示されているタンク電流IA.TANKおよびIB.TANKは、それぞれ、図3(d)に示されている入力電流IA.INおよび出力電流IA.OUTに対応している。 In FIG. 9 (d), the primary capacitor C tank circuit flows from the positive terminal of the A I A. Tank current I B. flowing to the positive terminal of the TANK and secondary capacitors C B TANK is shown. Tank current I A. The operation of the TANK flowing is the input current I A. in the power converter shown in FIG. It is the same as the operation in which IN flows, and the tank current IB . The operation of the TANK flowing is the output current IB shown in FIG. It is the same as the operation in which OUT flows. That is, the tank current I A. shown in FIG. 9 (d) . TANK and IB . The TANKs are the input currents I A. shown in FIG. 3 (d), respectively. IN and output current I A. It corresponds to OUT .
図9(e)には、入力電流IA.INおよび出力電流IB.OUTが示されている。以下に説明するように、プライマリ・追加コンデンサCCおよびセカンダリ・追加コンデンサCDによってリプル電流は抑制され、入力電流IA.INおよび出力電流IB.OUTは一定となる。 In FIG. 9E , the input current IA . IN and output current IB . OUT is shown. As described below, the ripple current by the primary additional capacitors C C and secondary additional capacitor C D is suppressed, the input current I A. IN and output current IB . OUT is constant.
図10および図11には、プライマリ・追加コンデンサCCおよびセカンダリ追加コンデンサCDに流れるリプル電流が示されている。これらの図は、図1に示された電力変換装置にプライマリ・追加コンデンサCCおよびセカンダリ追加コンデンサCDが接続されたことによって流れるリプル電流のみに着目したものである。したがって、図10および図11に示されている各素子には、それぞれ、図4および図5に示された各電流に対応する電流が重ねて流れるが、説明を容易にするため、これらの電流については表記が省略されている。 10 and 11, the ripple current flowing through the primary add capacitors C C and secondary additional capacitor C D is shown. These figures focus only on the ripple current that flows when the primary / additional capacitor CC and the secondary additional capacitor C D are connected to the power converter shown in FIG. Therefore, the currents corresponding to the currents shown in FIGS. 4 and 5, respectively, flow in the elements shown in FIGS. 10 and 11, respectively, but for the sake of simplicity, these currents flow. Is omitted.
図10(a)には、逆極性期間p1にプライマリ・追加コンデンサCCに流れる第1追加リプル電流30および第2追加リプル電流32が示されている。第1追加リプル電流30は、第1巻線L1からプライマリ・追加コンデンサCC、第2コンデンサC2、第2スイッチング素子S2、およびプライマリ・コンデンサCAを流れ、第1巻線L1に戻る。第2追加リプル電流32は、第2巻線L2からプライマリ・追加コンデンサCC、第1コンデンサC1、および第2スイッチング素子S2を流れ、第2巻線L2に戻る。 In FIG. 10 (a), first additional ripple current 30 and the second additional ripple current 32 flowing in the opposite polarity period p 1 to the primary add capacitor C C is shown. The first additional ripple current 30, the primary additional capacitor C C from the first winding L 1, the second capacitor C 2, a second switching element S 2, and the primary capacitor C A stream, the first winding L 1 Return to. The second additional ripple current 32 flows from the second winding L 2 through the primary additional capacitor CC , the first capacitor C 1 , and the second switching element S 2 , and returns to the second winding L 2 .
また、図10(a)には、逆極性期間p1にセカンダリ・追加コンデンサCDに流れる第3追加リプル電流34および第4追加リプル電流36が示されている。第3追加リプル電流34は、第3巻線L3から第3スイッチング素子S3、第4コンデンサC4、およびセカンダリ・追加コンデンサCDを流れ、第3巻線L3に戻る。第4追加リプル電流36は、第4巻線L4からセカンダリ・コンデンサCB、第3スイッチング素子S3、第3コンデンサC3、およびセカンダリ・追加コンデンサCDを流れ、第4巻線L4に戻る。 Further, in FIG. 10 (a), the third additional ripple current 34 and the fourth additional ripple current 36 flowing in the opposite polarity period p 1 to the secondary additional capacitor C D is shown. The third additional ripple current 34, the third winding L 3 from the third switching element S 3, a fourth capacitor C 4, and flows through the secondary additional capacitor C D, returns to the third winding L 3. The fourth additional ripple current 36 flows from the fourth winding L 4 through the secondary capacitor C B , the third switching element S 3 , the third capacitor C 3 , and the secondary additional capacitor C D, and flows through the fourth winding L 4 Return to.
図10(b)には、同一極性期間q1にプライマリ・追加コンデンサCCに流れる第1追加リプル電流30および第2追加リプル電流32が示されている。第1追加リプル電流30および第2追加リプル電流32が流れる経路は、逆極性期間p1と同一である。 FIG. 10 (b) first adding the ripple current 30 and the second additional ripple current 32 flowing through the same polarity period q 1 to the primary add capacitor C C is shown. Path first adds ripple current 30 and the second additional ripple current 32 flows is the same as the opposite polarity period p 1.
また、図10(b)には、同一極性期間q1にセカンダリ・追加コンデンサCDに流れる第3追加リプル電流34および第4追加リプル電流36が示されている。第3追加リプル電流34は、第3巻線L3からセカンダリ・追加コンデンサCD、第4コンデンサC4、第4スイッチング素子S4、およびセカンダリ・コンデンサCBを流れて第3巻線L3に戻る。第4追加リプル電流36は、第4巻線L4からセカンダリ・追加コンデンサCD、第3コンデンサC3、および第4スイッチング素子S4を流れて第4巻線L4に戻る。 Further, in FIG. 10 (b) third additional ripple current 34 and the fourth additional ripple current 36 flowing through the same polarity period q 1 to the secondary additional capacitor C D is shown. The third additional ripple current 34 flows from the third winding L 3 through the secondary additional capacitor C D , the fourth capacitor C 4 , the fourth switching element S 4 , and the secondary capacitor C B, and flows through the third winding L 3 Return to. The fourth additional ripple current 36 returns from the fourth winding L 4 secondary additional capacitor C D, the fourth winding L 4 and the third capacitor C 3, and a fourth switching element S 4 stream.
図11(a)には、逆極性期間p2にプライマリ・追加コンデンサCCに流れる第1追加リプル電流30および第2追加リプル電流32が示されている。第1追加リプル電流30は、第1巻線L1から第1スイッチング素子S1、第2コンデンサC2、プライマリ・追加コンデンサCCを流れて第1巻線L1に戻る。第2追加リプル電流32は、第2巻線L2からプライマリ・コンデンサCA、第1スイッチング素子S1、第1コンデンサC1、およびプライマリ・追加コンデンサCCを流れて第2巻線L2に戻る。また、図11(a)には、逆極性期間p2にセカンダリ・追加コンデンサCDに流れる第3追加リプル電流34および第4追加リプル電流36が示されている。第3追加リプル電流34および第4追加リプル電流36が流れる経路は、同一極性期間q1と同一である。 FIG. 11 (a), first additional ripple current 30 and the second additional ripple current 32 flowing in the opposite polarity period p 2 to the primary add capacitor C C is shown. The first additional ripple current 30, the first switching element S 1 from the first winding L 1, the second capacitor C 2, back to the first winding L 1 flows through the primary additional capacitor C C. The second additional ripple current 32 flows from the second winding L 2 through the primary capacitor CA A , the first switching element S 1 , the first capacitor C 1 , and the primary additional capacitor CC, and flows through the second winding L 2 Return to. Further, in FIG. 11 (a), the third additional ripple current 34 and the fourth additional ripple current 36 flowing in the opposite polarity period p 2 to the secondary additional capacitor C D is shown. The path through which the third additional ripple current 34 and the fourth additional ripple current 36 flow is the same as the same polarity period q 1 .
図11(b)には、同一極性期間q2にプライマリ・追加コンデンサCCに流れる第1追加リプル電流30および第2追加リプル電流32が示されている。第1追加リプル電流30および第2追加リプル電流32が流れる経路は、逆極性期間q2と同一である。 FIG. 11 (b) first adding the ripple current 30 and the second additional ripple current 32 flowing through the same polarity period q 2 to the primary add capacitor C C is shown. The path through which the first additional ripple current 30 and the second additional ripple current 32 flow is the same as the reverse polarity period q 2 .
また、図11(b)には、同一極性期間q2にセカンダリ・追加コンデンサCDに流れる第3追加リプル電流34および第4追加リプル電流36が示されている。第3追加リプル電流34および第4追加リプル電流36が流れる経路は、逆極性期間q1と同一である。 Further, in FIG. 11 (b) third additional ripple current 34 and the fourth additional ripple current 36 flowing through the same polarity period q 2 to the secondary additional capacitor C D is shown. The path through which the third additional ripple current 34 and the fourth additional ripple current 36 flow is the same as the reverse polarity period q 1 .
図10および図11に示されているように、いずれの期間においてもプライマリ・追加コンデンサCCを流れる第1追加リプル電流30および第2追加リプル電流32は、同一値で逆方向である。そのため、プライマリ・追加コンデンサCCに流れるリプル電流が抑制される。同様に、いずれの期間においてもセカンダリ・追加コンデンサCDを流れる第3追加リプル電流34および第4追加リプル電流36は、同一値で逆方向である。そのため、セカンダリ・追加コンデンサCDに流れるリプル電流が抑制される。 As shown in FIGS. 10 and 11, the first additional ripple current 30 and the second additional ripple current 32 flowing through the primary additional capacitor C C in any of the periods is the opposite direction at the same value. Therefore, the ripple current flowing through the primary add capacitor C C is suppressed. Similarly, the third additional ripple current 34 and the fourth additional ripple current 36 flowing through the secondary additional capacitor C D in any of the periods is the opposite direction at the same value. Therefore, the ripple current flowing through the secondary additional capacitor C D is suppressed.
このように本実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置は、磁性材料で形成された磁路としてのコアFpによって磁気的に結合するリプル抑制・プライマリ回路26(第1スイッチング回路)およびリプル抑制・セカンダリ回路28(第2スイッチング回路)を備え、リプル抑制・プライマリ回路26およびリプル抑制・セカンダリ回路28の間で電力が伝送される。 As described above, the ripple suppression / power conversion device according to the present embodiment has the ripple suppression / primary circuit 26 (first switching circuit) and ripple suppression that are magnetically coupled by the core Fp as a magnetic path formed of a magnetic material. A secondary circuit 28 (second switching circuit) is provided, and power is transmitted between the ripple suppression / primary circuit 26 and the ripple suppression / secondary circuit 28.
リプル抑制・プライマリ回路26は、コアFpに設けられた第1巻線L1、第1コンデンサC1、および第1スイッチング素子S1を含む第1ループと、コアFpに設けられた第2巻線L2、第2コンデンサC2、および第2スイッチング素子S2を含む第2ループと、第1スイッチング素子S1および第1巻線L1を接続する経路と、第2スイッチング素子S2および第2巻線L2を接続する経路との間に設けられたプライマリ・コンデンサCA(第3コンデンサ)と、を備えている。第1スイッチング素子S1および第1コンデンサC1を接続する経路と、第2スイッチング素子S2および第2コンデンサC2を接続する経路とは共通に接続されており、第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2は交互にオンオフする。 The ripple suppression / primary circuit 26 includes a first loop including a first winding L 1 provided on the core Fp, a first capacitor C 1 , and a first switching element S 1 , and a second volume provided on the core Fp. A path connecting the second loop including the wire L 2 , the second capacitor C 2 , and the second switching element S 2 , the first switching element S 1 and the first winding L 1 , the second switching element S 2 and and a, a primary capacitor C a (third capacitor) provided between the path connecting the second winding L 2. The path connecting the first switching element S 1 and the first capacitor C 1 and the path connecting the second switching element S 2 and the second capacitor C 2 are commonly connected, and the first switching element S 1 and the path connecting the second capacitor C 2 are connected in common. The second switching element S 2 turns on and off alternately.
リプル抑制・セカンダリ回路28は、コアFpに設けられた第3巻線L3、第3コンデンサC3、および第3スイッチング素子S3を含む第3ループと、コアFpに設けられた第4巻線L4、第4コンデンサC4、および第4スイッチング素子S4を含む第4ループと、第3スイッチング素子S3および第3巻線L3を接続する経路と、第4スイッチング素子S4および第4巻線L4を接続する経路との間に設けられたセカンダリ・コンデンサCBとを備えている。第3スイッチング素子S3および第3コンデンサC3を接続する経路と、第4スイッチング素子S4および第4コンデンサC4を接続する経路とは共通に接続されており、第3スイッチング素子S3および第4スイッチング素子S4は交互にオンオフする。 The ripple suppression / secondary circuit 28 includes a third loop including a third winding L 3 provided on the core Fp, a third capacitor C 3 , and a third switching element S 3 , and a fourth volume provided on the core Fp. A path connecting a fourth loop including a wire L 4 , a fourth capacitor C 4 , and a fourth switching element S 4 , a third switching element S 3 and a third winding L 3 , a fourth switching element S 4 and It is provided with a secondary capacitor C B provided between the path connecting the fourth winding L 4 and the path. The path connecting the third switching element S 3 and the third capacitor C 3 and the path connecting the fourth switching element S 4 and the fourth capacitor C 4 are commonly connected, and the third switching element S 3 and the path connecting the fourth capacitor C 4 are connected in common. The fourth switching element S 4 turns on and off alternately.
第1スイッチング素子S1および第2スイッチング素子S2のスイッチングタイミングと、第3スイッチング素子S3および第4スイッチング素子S4のスイッチングタイミングとの位相差(時間差)に応じた電力が、リプル抑制・プライマリ回路26およびリプル抑制・セカンダリ回路28の間で伝送される。 The power corresponding to the phase difference (time difference) between the switching timing of the first switching element S 1 and the second switching element S 2 and the switching timing of the third switching element S 3 and the fourth switching element S 4 suppresses ripple. It is transmitted between the primary circuit 26 and the ripple suppression / secondary circuit 28.
リプル抑制・プライマリ回路26は、第1巻線L1および第1コンデンサC1を接続する経路と、第2巻線L2および第2コンデンサC2を接続する経路との間に設けられたプライマリ・追加コンデンサCCを備えており、プライマリ・追加コンデンサCCの両端から電力が入出力される。 The ripple suppression / primary circuit 26 is a primary provided between a path connecting the first winding L 1 and the first capacitor C 1 and a path connecting the second winding L 2 and the second capacitor C 2. - comprises an additional capacitor C C, power from both ends of the primary additional capacitor C C is input and output.
リプル抑制・セカンダリ回路28は、第3巻線L3および第3コンデンサC3を接続する経路と、第4巻線L4および第4コンデンサC4を接続する経路との間に設けられたセカンダリ・追加コンデンサCDを備えており、セカンダリ・追加コンデンサCDの両端から電力が入出力される。 The ripple suppression / secondary circuit 28 is a secondary circuit provided between a path connecting the third winding L 3 and the third capacitor C 3 and a path connecting the fourth winding L 4 and the fourth capacitor C 4. - comprises an additional capacitor C D, the power from both ends of the secondary additional capacitor C D is input.
リプル抑制・電力変換装置によれば、第5端子5および第6端子6に接続される回路に流れるリプル電流、および第7端子7および第8端子8に接続される回路に流れるリプル電流が抑制される。このリプル抑制効果は、逆方向に流れるリプル電流が互いに抑制し合うことによるものである。そのため、プライマリ・追加コンデンサCCおよびセカンダリ・追加コンデンサCDの各容量は、図1に示される電力変換装置におけるプライマリ・コンデンサCAおよびセカンダリ・コンデンサCBの容量よりも小さくてもよい。 According to the ripple suppression / power conversion device, the ripple current flowing in the circuit connected to the 5th terminal 5 and the 6th terminal 6 and the ripple current flowing in the circuit connected to the 7th terminal 7 and the 8th terminal 8 are suppressed. Will be done. This ripple suppressing effect is due to the fact that the ripple currents flowing in the opposite directions suppress each other. Therefore, the capacity of the primary additional capacitors C C and secondary additional capacitor C D may be smaller than the capacitance of the primary capacitors C A and secondary capacitor C B in the power conversion apparatus shown in Figure 1.
さらに、第1実施形態に係る電力変換装置と同様、本実施形態に係るリプル抑制電力変換装置では、プライマリ側に第1巻線L1および第2巻線L2が設けられ、セカンダリ側に第3巻線L3および第4巻線L4が設けられ2対の巻線で電力伝送が行われる。この場合、上述のように1対の巻線で電力伝送を行うよりも伝送電力が増加することが期待される。したがって、同一極性期間に各巻線に流れる台形電流を減少させても十分な電力が伝送され、各巻線に流れる電流に基づく損失が低減する。 Further, similarly to the power converting apparatus according to the first embodiment, in the ripple suppressing power conversion device according to this embodiment, first winding L 1 and the second winding L 2 is provided on the primary side, the secondary side third winding L 3 and the fourth winding L 4 the power transmission is performed by winding two pairs is provided. In this case, it is expected that the transmission power will increase as compared with the case where the power is transmitted by a pair of windings as described above. Therefore, even if the trapezoidal current flowing through each winding is reduced during the same polarity period, sufficient power is transmitted and the loss based on the current flowing through each winding is reduced.
上記の第1実施形態におけるセカンダリ回路16は、第2実施形態におけるリプル抑制・セカンダリ回路28に置き換られてもよい。同様に、第2実施形態におけるリプル抑制・セカンダリ回路28は、第1実施形態におけるセカンダリ回路16に置き換えられてもよい。 The secondary circuit 16 in the first embodiment may be replaced with the ripple suppression / secondary circuit 28 in the second embodiment. Similarly, the ripple suppression / secondary circuit 28 in the second embodiment may be replaced with the secondary circuit 16 in the first embodiment.
さらに、第1実施形態に係る電力変換装置のプライマリ側またはセカンダリ側のスイッチング回路は、ハーフブリッジ・スイッチング回路、または、フルブリッジ・スイッチング回路に置き換えられてもよい。同様に、第2実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置のプライマリ側またはセカンダリ側のスイッチング回路もまた、ハーフブリッジ・スイッチング回路、または、フルブリッジ・スイッチング回路に置き換えられてもよい。 Further, the switching circuit on the primary side or the secondary side of the power conversion device according to the first embodiment may be replaced with a half-bridge switching circuit or a full-bridge switching circuit. Similarly, the switching circuit on the primary side or the secondary side of the ripple suppression / power conversion device according to the second embodiment may also be replaced with a half-bridge switching circuit or a full-bridge switching circuit.
図12(a)には、ハーフブリッジ・スイッチング回路が示されている。ハーフブリッジ・スイッチング回路は、上スイッチング素子S5、下スイッチング素子S6、上コンデンサC5、下コンデンサC6、端子間コンデンサCE、巻線Lを備えている。上スイッチング素子S5の一端は端子Aに接続され、下スイッチング素子S6の一端は端子Bに接続されている。上スイッチング素子S5の他端と下スイッチング素子S6の他端は、共通に接続されている。上コンデンサC5の一端は端子Aに接続され、下コンデンサC6の一端は端子Bに接続されている。上コンデンサC5の他端と下コンデンサC6の他端は、共通に接続されている。上スイッチング素子S5および下スイッチング素子S6の接続点と、上コンデンサC5および下コンデンサC6の接続点との間には、巻線Lが接続されている。端子Aと端子Bとの間には端子間コンデンサCEが接続されている。 FIG. 12A shows a half-bridge switching circuit. The half-bridge switching circuit includes an upper switching element S 5 , a lower switching element S 6 , an upper capacitor C 5 , a lower capacitor C 6 , an inter-terminal capacitor CE , and a winding L. One end of the upper switching element S 5 is connected to the terminal A, and one end of the lower switching element S 6 is connected to the terminal B. The other end of the upper switching element S 5 and the other end of the lower switching element S 6 are commonly connected. One end of the upper capacitor C 5 is connected to the terminal A, and one end of the lower capacitor C 6 is connected to the terminal B. The other end of the upper capacitor C 5 and the other end of the lower capacitor C 6 are commonly connected. A winding L is connected between the connection points of the upper switching element S 5 and the lower switching element S 6 and the connection points of the upper capacitor C 5 and the lower capacitor C 6 . An inter-terminal capacitor CE is connected between the terminal A and the terminal B.
上スイッチング素子S5および下スイッチング素子S6が交互にオンオフすることで、巻線Lに発生した誘導起電力が上コンデンサC5および下コンデンサC6に印加され、上コンデンサC5および下コンデンサC6が充電される。さらに、上コンデンサC5の端子間電圧および下コンデンサC6の端子間電圧を合わせた電圧によって、端子間コンデンサCEが充電される。また、上スイッチング素子S5および下スイッチング素子S6が交互にオンオフすることで、上コンデンサC5の充電電圧および下コンデンサC6の充電電圧が、巻線Lに交互に印加される。 By upper switching element S 5 and the lower switching element S 6 is alternately turned on and off, the induced electromotive force generated in the coil L is applied to the upper capacitor C 5 and the lower capacitor C 6, the upper capacitor C 5 and the lower capacitor C 6 is charged. Further, the inter-terminal capacitor CE is charged by the combined voltage of the inter-terminal voltage of the upper capacitor C 5 and the inter-terminal voltage of the lower capacitor C 6 . Further, when the upper switching element S 5 and the lower switching element S 6 are alternately turned on and off, the charging voltage of the upper capacitor C 5 and the charging voltage of the lower capacitor C 6 are alternately applied to the winding L.
プライマリ側のスイッチングタイミングの位相とセカンダリ側のスイッチングタイミングの位相を異ならしめることで、巻線Lから端子Aおよび端子Bに電力が伝送され、あるいは、端子Aおよび端子Bから巻線Lに電力が伝送される。 By making the phase of the switching timing on the primary side different from the phase of the switching timing on the secondary side, power is transmitted from the winding L to the terminals A and B, or power is transmitted from the terminals A and B to the winding L. Be transmitted.
図12(b)には、フルブリッジ・スイッチング回路が示されている。この回路は、図12(a)における上コンデンサC5および下コンデンサC6を、それぞれ、第2上スイッチング素子S7および第2下スイッチング素子S8に置き換えたものである。上スイッチング素子S5および下スイッチング素子S6は交互にオンオフし、第2上スイッチング素子S7および第2下スイッチング素子S8もまた交互にオンオフする。上スイッチング素子S5および下スイッチング素子S6のスイッチングタイミングの位相と、第2上スイッチング素子S7および第2下スイッチング素子S8のスイッチングタイミング位相は、180°異なっている。プライマリ側のスイッチングタイミングの位相とセカンダリ側のスイッチングタイミングの位相を異ならしめることで、巻線Lから端子Aおよび端子Bに電力が伝送され、あるいは、端子Aおよび端子Bから巻線Lに電力が伝送される。 FIG. 12B shows a full bridge switching circuit. In this circuit, the upper capacitor C 5 and the lower capacitor C 6 in FIG. 12A are replaced with the second upper switching element S 7 and the second lower switching element S 8 , respectively. The upper switching element S 5 and the lower switching element S 6 are alternately turned on and off, and the second upper switching element S 7 and the second lower switching element S 8 are also alternately turned on and off. The phases of the switching timings of the upper switching element S 5 and the lower switching element S 6 and the switching timing phases of the second upper switching element S 7 and the second lower switching element S 8 are different by 180 °. By making the phase of the switching timing on the primary side different from the phase of the switching timing on the secondary side, power is transmitted from the winding L to the terminals A and B, or power is transmitted from the terminals A and B to the winding L. Be transmitted.
その他の実施形態として、第1実施形態に係る電力変換装置のプライマリ側またはセカンダリ側のスイッチング回路は、昇圧回路、降圧回路等の一般的な電力変換回路に置き換えられてもよい。同様に、第2実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置のプライマリ側またはセカンダリ側のスイッチング回路もまた、昇圧回路、または、降圧回路等の一般的な電力変換回路に置き換えられてもよい。 As another embodiment, the switching circuit on the primary side or the secondary side of the power conversion device according to the first embodiment may be replaced with a general power conversion circuit such as a step-up circuit or a step-down circuit. Similarly, the switching circuit on the primary side or the secondary side of the ripple suppression / power conversion device according to the second embodiment may also be replaced with a general power conversion circuit such as a step-up circuit or a step-down circuit.
1〜8 第1〜第8端子、10 第1ループ、12 第2ループ、14 プライマリ回路、16 セカンダリ回路、26 リプル抑制・プライマリ回路、28 リプル抑制・セカンダリ回路、30 第1追加リプル電流、32 第2追加リプル電流、34 第3追加リプル電流、36 第4追加リプル電流、EA 直流電源、CV 電源側コンデンサ、Ct 中間コンデンサ、CL 負荷側コンデンサ、RL 負荷、Fp コア、L1〜L4 第1〜第4巻線、C1〜C4 第1〜第4コンデンサ、C5 上コンデンサ、C6 下コンデンサ、CE 端子間コンデンサ、S1〜S4 第1〜第4スイッチング素子、S5 上スイッチング素子、S6 下スイッチング素子、S7 第2上スイッチング素子、S8 第2下スイッチング素子、CA プライマリ・コンデンサ、CB セカンダリ・コンデンサ、CC プライマリ・追加コンデンサ、CD セカンダリ・追加コンデンサ、L 巻線。
1-8 1st to 8th terminals, 10 1st loop, 12 2nd loop, 14 primary circuit, 16 secondary circuit, 26 ripple suppression / primary circuit, 28 ripple suppression / secondary circuit, 30 1st additional ripple current, 32 the second additional ripple current, 34 third additional ripple current, 36 fourth additional ripple current, E A DC power supply, C V power source side capacitor, C t intermediate capacitor, C L load capacitor, R L load, Fp core, L 1 to L 4 1st to 4th windings, C 1 to C 4 1st to 4th capacitors, C 5 upper capacitor, C 6 lower capacitor, CE terminal capacitor, S 1 to S 4 1st to 4th switching element, S 5 on the switching element, S 6 lower switching element, S 7 second upper switching element, S 8 second lower switching element, C A primary capacitor, C B secondary capacitor, C C primary additional capacitor, CD secondary / additional capacitor, L winding.
Claims (6)
前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路の少なくとも一方は、
前記磁路に設けられた第1巻線と、第1コンデンサと、第1スイッチング素子とを含む第1ループと、
前記磁路に設けられた第2巻線と、第2コンデンサと、第2スイッチング素子とを含む第2ループと、
前記第1スイッチング素子および前記第1巻線を接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2巻線を接続する経路との間に設けられた第3コンデンサと、を備え、
前記第1スイッチング素子および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2コンデンサを接続する経路とが共通に接続されており、
前記第3コンデンサの両端から電力が入出力される、ことを特徴とする電力変換装置。 In a power conversion device including a first switching circuit and a second switching circuit coupled by a magnetic path formed of a magnetic material.
At least one of the first switching circuit and the second switching circuit
A first winding provided in the magnetic path, a first capacitor, and a first loop including a first switching element.
A second winding provided in the magnetic path, a second capacitor, and a second loop including a second switching element.
A path for connecting the first switching element and the first winding and a third capacitor provided between the path for connecting the second switching element and the second winding are provided.
The path connecting the first switching element and the first capacitor and the path connecting the second switching element and the second capacitor are commonly connected.
A power conversion device characterized in that power is input and output from both ends of the third capacitor.
前記第1スイッチング回路および第2スイッチング回路の少なくとも一方は、
前記磁路に設けられた第1巻線と、第1コンデンサと、第1スイッチング素子とを含む第1ループと、
前記磁路に設けられた第2巻線と、第2コンデンサと、第2スイッチング素子とを含む第2ループと、
前記第1スイッチング素子および前記第1巻線を接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2巻線を接続する経路との間に設けられた第3コンデンサと、
前記第1巻線および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2巻線および前記第2コンデンサを接続する経路との間に設けられた第4コンデンサと、
を備え、
前記第1スイッチング素子および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2コンデンサを接続する経路とが共通に接続されており、
前記第4コンデンサの両端から電力が入出力される、ことを特徴とする電力変換装置。 In a power conversion device including a first switching circuit and a second switching circuit coupled by a magnetic path formed of a magnetic material.
At least one of the first switching circuit and the second switching circuit
A first winding provided in the magnetic path, a first capacitor, and a first loop including a first switching element.
A second winding provided in the magnetic path, a second capacitor, and a second loop including a second switching element.
A third capacitor provided between the path connecting the first switching element and the first winding and the path connecting the second switching element and the second winding.
A fourth capacitor provided between a path connecting the first winding and the first capacitor and a path connecting the second winding and the second capacitor,
With
The path connecting the first switching element and the first capacitor and the path connecting the second switching element and the second capacitor are commonly connected.
A power conversion device characterized in that power is input / output from both ends of the fourth capacitor.
前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のそれぞれは、
前記磁路に設けられた第1巻線と、第1コンデンサと、第1スイッチング素子とを含む第1ループと、
前記磁路に設けられた第2巻線と、第2コンデンサと、第2スイッチング素子とを含む第2ループと、
前記第1スイッチング素子および前記第1巻線を接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2巻線を接続する経路との間に設けられた第3コンデンサと、を備え、
前記第1スイッチング素子および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2スイッチング素子および前記第2コンデンサを接続する経路とが共通に接続され、
前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子が交互にオンオフし、
前記第1スイッチング回路におけるスイッチングタイミングと、前記第2スイッチング回路におけるスイッチングタイミングとの時間差に応じた電力が、前記第1スイッチング回路および第2スイッチング回路の間で伝送される、ことを特徴とする電力変換装置。 In a power conversion device including a first switching circuit and a second switching circuit coupled by a magnetic path formed of a magnetic material.
Each of the first switching circuit and the second switching circuit
A first winding provided in the magnetic path, a first capacitor, and a first loop including a first switching element.
A second winding provided in the magnetic path, a second capacitor, and a second loop including a second switching element.
A path for connecting the first switching element and the first winding and a third capacitor provided between the path for connecting the second switching element and the second winding are provided.
The path connecting the first switching element and the first capacitor and the path connecting the second switching element and the second capacitor are commonly connected.
The first switching element and the second switching element are alternately turned on and off,
The electric power according to the time difference between the switching timing in the first switching circuit and the switching timing in the second switching circuit is transmitted between the first switching circuit and the second switching circuit. Conversion device.
前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のそれぞれでは、前記第3コンデンサの両端から電力が入出力されることを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 3,
A power conversion device, wherein in each of the first switching circuit and the second switching circuit, electric power is input / output from both ends of the third capacitor.
前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のそれぞれは、
前記第1巻線および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2巻線および前記第2コンデンサを接続する経路との間に設けられた第4コンデンサを備え、
前記第4コンデンサの両端から電力が入出力されることを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 3,
Each of the first switching circuit and the second switching circuit
A fourth capacitor provided between a path connecting the first winding and the first capacitor and a path connecting the second winding and the second capacitor is provided.
A power conversion device characterized in that power is input / output from both ends of the fourth capacitor.
前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のうち一方では、前記第3コンデンサの両端から電力が入出力され、
前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のうち他方は、
前記第1巻線および前記第1コンデンサを接続する経路と、前記第2巻線および前記第2コンデンサを接続する経路との間に設けられた第4コンデンサを備え、
前記第4コンデンサの両端から電力が入出力されることを特徴とする電力変換装置。
In the power conversion device according to claim 3,
In one of the first switching circuit and the second switching circuit, power is input / output from both ends of the third capacitor.
The other of the first switching circuit and the second switching circuit
A fourth capacitor provided between a path connecting the first winding and the first capacitor and a path connecting the second winding and the second capacitor is provided.
A power conversion device characterized in that power is input / output from both ends of the fourth capacitor.
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