JP6846082B2 - Bidirectional power supply - Google Patents

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本発明は、一方側端子に受けた直流電圧に基づいて他方側端子に交流電圧を出力すると共に、他方側端子に受けた交流電圧に基づいて一方側端子に直流電圧を出力することができる双方向電源装置に関する。 The present invention can output an AC voltage to the other terminal based on the DC voltage received by one terminal and output a DC voltage to one terminal based on the AC voltage received by the other terminal. Regarding power supply device.

電気自動車の場合など、商用交流電源に基づいて、自動車バッテリを充電する必要性が高まっている。また、自動車で野外に出かけたような場合など、AC電源で動作する家電装置を屋外で使用したい場合もある。 There is an increasing need to charge vehicle batteries based on commercial AC power sources, such as in the case of electric vehicles. In addition, there may be cases where you want to use a home appliance that operates on an AC power source outdoors, such as when you go outdoors in a car.

そこで、一台の電源装置で、上記した動作を実現する電源装置が望まれている。 Therefore, a power supply device that realizes the above-mentioned operation with one power supply device is desired.

特開2001−037226号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-037226 特開2008−206304号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-206304 特開2009−261186号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-261186 特開2011−155837号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-155837 特開2012−110108号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-110108 特開2013−062936号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-062936 特開2013−070463号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-070463 特開2013−258883号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-258883 特開2014−007904号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-007904 特開2014−230368号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-230368 特開2014−230371号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-230371 特開2015−100198号公報JP 2015-100198

ここで、パワーMOSFETのボディーダイオードを活用して、双方向の動作を実現する構成については、良く知られている(特許文献1〜特許文献12)。しかし、何れの構成も自動車に搭載して、野外で家電装置を駆動する上では完成度が高いとは言えない。 Here, a configuration that realizes bidirectional operation by utilizing a body diode of a power MOSFET is well known (Patent Documents 1 to 12). However, it cannot be said that the degree of perfection is high in mounting any of the configurations in an automobile and driving a home electric appliance in the field.

例えば、特許文献2や特許文献9に記載の発明では、DC/AC変換(インバータ動作)+整流動作+インバータ動作によって交流電圧を生成し、AC/DC変換+インバータ動作+整流動作によって直流電圧を生成しているに過ぎず、性能的その他において完成度が高いとは言えない。 For example, in the inventions described in Patent Document 2 and Patent Document 9, an AC voltage is generated by DC / AC conversion (inverter operation) + rectification operation + inverter operation, and a DC voltage is generated by AC / DC conversion + inverter operation + rectification operation. It is only generated, and it cannot be said that it has a high degree of perfection in terms of performance and others.

本発明は、上記の実情を踏まえて完成されたものであって、より完成度の高い双方向電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a bidirectional power supply device having a higher degree of perfection.

上記の目的を達成するため、本発明は、ON電流と逆方向の通電電流が通過可能な通電素子が並列接続されたスイッチング素子と、一方側と他方側にセンタータップを有する高周波トランス(TRN)と、動作指示を受けるコンピュータ回路(MICOM)と、コンピュータ回路に制御されて二態様に機能する第1と第2の動作制御回路(CTL1,CTL2)と、を有し、一方側の装置接続端子(T1,T2)と他方側の装置接続端子(T3,T4)との間で、直流電圧と交流電圧の双方向の変換動作が実行可能な双方向電源装置であって、各々、第1接点、第2接点、及び出力端子を有する第1リレー回路(REL1)と第2リレー回路(REL2)を、直接又は他の回路素子を経由して接続し、高周波トランス(TRN)の他方側のセンタータップを、直接又は他の回路素子を経由して、第2リレー回路の第2接点を接続し、高周波トランス(TRN)の他方側の上側端子を、少なくとも第1整流素子を経由して、第1リレー回路の第1接点を接続すると共に、高周波トランス(TRN)の他方側の下側端子を、少なくとも第2整流素子を経由して、第1リレー回路の第1接点を接続している。 In order to achieve the above object, the present invention presents a high frequency transformer (TRN) having a switching element in which an energizing element capable of passing an energizing current in the direction opposite to the ON current is connected in parallel and a center tap on one side and the other side. A computer circuit (MICOM) that receives an operation instruction, and a first and second operation control circuits (CTL1 and CTL2) that are controlled by the computer circuit and function in two modes. A bidirectional power supply device capable of bidirectional conversion operation of DC voltage and AC voltage between (T1, T2) and the device connection terminals (T3, T4) on the other side, each of which is a first contact. The first relay circuit (REL1) and the second relay circuit (REL2) having the second contact and the output terminal are connected directly or via other circuit elements, and the center on the other side of the high-voltage transformer (TRN). The tap is connected to the second contact of the second relay circuit directly or via another circuit element, and the upper terminal on the other side of the high frequency transformer (TRN) is connected to the first rectifying element via at least the first rectifying element. The first contact of the one relay circuit is connected, and the lower terminal on the other side of the high-frequency transformer (TRN) is connected to the first contact of the first relay circuit via at least the second rectifying element.

また、本発明は、ON電流と逆方向の通電電流が通過可能な通電素子が並列接続されたスイッチング素子と、一方側と他方側にセンタータップを有する高周波トランス(TRN)と、動作指示を受けるコンピュータ回路(MICOM)と、コンピュータ回路に制御されて二態様に機能する第1と第2の動作制御回路(CTL1,CTL2)と、を有し、一方側の装置接続端子(T1,T2)と他方側の装置接続端子(T3,T4)との間で、直流電圧と交流電圧の双方向の変換動作が実行可能な双方向電源装置であって、各々、第1接点、第2接点、及び出力端子を有する第1リレー回路(REL1)と第2リレー回路(REL2)を、直接又は他の回路素子を経由して接続し、高周波トランスの他方側のセンタータップを、直接又は他の回路素子を経由して、第1リレー回路の第1接点に接続すると共に、直接又は他の回路素子を経由して、第2リレー回路の第2接点を接続している。 Further, the present invention receives an operation instruction from a switching element in which an energizing element capable of passing an energizing current in the direction opposite to the ON current is connected in parallel, and a high-frequency transformer (TRN) having center taps on one side and the other side. It has a computer circuit (MICOM) and first and second operation control circuits (CTL1, CTL2) that are controlled by the computer circuit and function in two modes, and has a device connection terminal (T1, T2) on one side. A bidirectional power supply device capable of bidirectional conversion operation of DC voltage and AC voltage between the device connection terminals (T3 and T4) on the other side, which are the first contact, the second contact, and the second contact, respectively. The first relay circuit (REL1) having an output terminal and the second relay circuit (REL2) are connected directly or via another circuit element, and the center tap on the other side of the high-voltage transformer is directly or another circuit element. It is connected to the first contact of the first relay circuit via the above, and the second contact of the second relay circuit is connected directly or via another circuit element.

本発明は、一方側と他方側にセンタータップを有する高周波トランスと、第1リレー回路とを有し、これらを中心とした回路構成によって、完成度の高い双方向電源装置を実現することができる。 The present invention has a high-frequency transformer having center taps on one side and the other side, and a first relay circuit, and a circuit configuration centered on these can realize a highly complete bidirectional power supply device. ..

第1実施例に係る双方向電源装置の全体構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the whole structure of the bidirectional power supply device which concerns on 1st Example. 一方側端子に受けた直流電圧に基づいて、他方側端子に交流電圧を出力する動作を説明する図面である。It is a drawing explaining the operation which outputs the AC voltage to the other side terminal based on the DC voltage received by one side terminal. 他方側端子に受けた交流電圧に基づいて、一方側端子に直流電圧を出力する動作を説明する図面である。It is a drawing explaining the operation which outputs the DC voltage to one side terminal based on the AC voltage received by the other side terminal. 力率改善回路の回路構成を概略的に説明する図面である。It is a drawing which outlines the circuit structure of the power factor improvement circuit. 具体的な力率改善回路の回路動作を説明する図面である。It is a drawing explaining the circuit operation of the specific power factor improvement circuit. 力率改善回路の内部動作を説明する波形図である。It is a waveform diagram explaining the internal operation of a power factor improvement circuit. リレー回路に関する変形実施例を説明する図面である。It is a drawing explaining the modification embodiment about a relay circuit. 第2実施例に係る双方向電源装置の全体構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the whole structure of the bidirectional power supply device which concerns on 2nd Example. 一方側端子に受けた直流電圧に基づいて、他方側端子に交流電圧を出力する動作を説明する図面である。It is a drawing explaining the operation which outputs the AC voltage to the other side terminal based on the DC voltage received by one side terminal. 他方側端子に受けた交流電圧に基づいて、一方側端子に直流電圧を出力する動作を説明する図面である。It is a drawing explaining the operation which outputs the DC voltage to one side terminal based on the AC voltage received by the other side terminal.

以下、第1実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1は、双方向電源装置EQUの全体構成を示す回路図であり、一方側端子T1,T2と他方側端子T3,T4との間に、高周波トランスTRNが配置され、グランドラインGND1,GND2が区別された左側回路LEFTと、右側回路RIGHTを内蔵して構成されている。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the first embodiment. FIG. 1 is a circuit diagram showing the overall configuration of the bidirectional power supply device EQU, in which a high-frequency transformer TRN is arranged between the one-side terminals T1 and T2 and the other-side terminals T3 and T4, and the ground lines GND1 and GND2 are arranged. It is configured by incorporating a distinct left circuit LEFT and a right circuit RIGHT.

図示の通り、一方側端子T2は、第1グランドたるフレームグランドGND1に接続されている。なお、本明細書では、高周波トランスTRNについても、図示左側を一方側と称し、図示右側を他方側と称する。 As shown in the figure, the one-side terminal T2 is connected to the frame ground GND1 which is the first ground. In the present specification, also for the high frequency transformer TRN, the left side in the drawing is referred to as one side, and the right side in the drawing is referred to as the other side.

本実施例において、一方側端子T1,T2は、直流電圧DCに関する端子であり、他方側端子T3,T4は、交流電圧ACに関する端子である。そして、高周波トランスTRNは、一方側巻線と他方側巻線に、各々、センタータップを有して構成されている。そして、一方側巻線は、センタータップで区分されて、コイルL1とコイルL2を構成し、他方側巻線は、センタータップで区分されて、コイルL2とコイルL3を構成している。 In this embodiment, the one-side terminals T1 and T2 are terminals related to the DC voltage DC, and the other-side terminals T3 and T4 are terminals related to the AC voltage AC. The high-frequency transformer TRN is configured to have center taps on one side winding and the other side winding, respectively. The one-side winding is divided by the center tap to form the coil L1 and the coil L2, and the other side winding is divided by the center tap to form the coil L2 and the coil L3.

左側回路LEFTは、一方側端子T1と第1グランドGND1の間に配置される第1コンデンサC1と、一方側端子T1と高周波トランスTRNのセンタータップ間に配置されるチョークコイルL7と、コイルL1の上側端子と第1グランドGND1との間に配置されるMOSFET(Q1)と、コイルL2の下側端子と第1グランドGND1との間に配置されるMOSFET(Q2)と、一方側端子T2への帰路電流を検出するための電流検出抵抗R1と、装置各部を制御する汎用のマイコンMICONと、を有して構成されている。なお、本明細書では、便宜上、上側端子や下側端子との用語を用いるが、何れも、非センタータップ側の端子を意味する。 The left circuit LEFT includes a first capacitor C1 arranged between the one-side terminal T1 and the first ground GND1, a choke coil L7 arranged between the one-side terminal T1 and the center tap of the high-frequency transformer TRN, and a coil L1. To the MOSFET (Q1) arranged between the upper terminal and the first ground GND1, the MOSFET (Q2) arranged between the lower terminal of the coil L2 and the first ground GND1, and the one-side terminal T2. It is configured to include a current detection resistor R1 for detecting a return current and a general-purpose microcomputer MICON for controlling each part of the device. In this specification, the terms upper terminal and lower terminal are used for convenience, but both of them mean terminals on the non-center tap side.

実施例のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor )Q1,Q2(以下、トランジスタQ1,Q2と略す)は、NチャネルMOSFETであり、そのソース・ドレイン間には、ボディーダイオードDb1,Db2が等価的に内蔵されている。なお、この点は、他のトランジスタ(MOSFET)Q3〜Q8についても同様であり、各々、ボディーダイオードDb3〜Db8が等価的に内蔵されている。 The MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) Q1 and Q2 (hereinafter abbreviated as transistors Q1 and Q2) of the embodiment are N-channel MOSFETs, and body diodes Db1 and Db2 are inserted between the source and drain thereof. Equivalently built-in. This point is the same for the other transistors (MOSFETs) Q3 to Q8, and the body diodes Db3 to Db8 are equivalently built in, respectively.

マイコンMICOMは、操作入力部SETを経由して動作態様の指示(動作指示)を受け、フォトカプラなどのインタフェイス回路IF2,IF3を経由して、右側回路RIGHTを制御している。具体的には、インタフェイス回路IF2を経由して、第1制御回路CTL1及び第2制御回路CTL2を制御し、インタフェイス回路IF3を経由して、リレー回路REL1,REL2を制御している。 The microcomputer MICOM receives an operation mode instruction (operation instruction) via the operation input unit SET, and controls the right circuit RIGHT via interface circuits IF2 and IF3 such as a photocoupler. Specifically, the first control circuit CTL1 and the second control circuit CTL2 are controlled via the interface circuit IF2, and the relay circuits REL1 and REL2 are controlled via the interface circuit IF3.

図示の通り、電流検出抵抗R1の両端電圧は、マイコンMICOMに供給されており、マイコンMICOMは、一対のトランジスタQ1,Q2の各ゲート電圧を制御している。また、一方側端子T1の直流電圧レベルLVは、フォトカプラなどのインタフェイス回路IF1を経由して、加算回路に供給されている。図示の通り、加算回路には、マイコンMICOMが出力する差分電圧VREQも供給され、加算回路の出力(VREQ+LV)が第1制御回路CTL1に供給されている。 As shown in the figure, the voltage across the current detection resistor R1 is supplied to the microcomputer MICOM, and the microcomputer MICOM controls each gate voltage of the pair of transistors Q1 and Q2. Further, the DC voltage level LV of the one-side terminal T1 is supplied to the adder circuit via the interface circuit IF1 such as a photocoupler. As shown in the figure, the differential voltage VRQ output by the microcomputer MICOM is also supplied to the adder circuit, and the output (VRQ + LV) of the adder circuit is supplied to the first control circuit CTL1.

右側回路RIGHTは、マイコンMICONに制御されてPFC(Power Factor Correction )コントローラとして機能可能な第1制御回路CTL1と、マイコンMICONに制御されてインバータ(Inverter)コントローラとして機能可能な第2制御回路CTL2と、第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2と、トランジスタ(NチャネルMOSFET)Q3〜Q8とを中心に構成されている。 The right-hand circuit RIGHT includes a first control circuit CTL1 that is controlled by a microcomputer MICON and can function as a PFC (Power Factor Correction) controller, and a second control circuit CTL2 that is controlled by a microcomputer MICON and can function as an inverter controller. , The first relay circuit REL1 and the second relay circuit REL2, and the transistors (N-channel MOSFETs) Q3 to Q8 are mainly configured.

図示の通り、高周波トランスTRNの他方側巻線L3,L4と、センタータップとの間に、第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2が、各々、別経路で直列接続されている。すなわち、コイルL3(上側端子)→ダイオードD2→第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2→第2リレー回路REL2の第2接点の径路で、第1直列回路が形成され、コイルL4(下側端子)→ダイオードD1→第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2→第2リレー回路REL2の第2接点の経路で、第2直列回路が形成されている。 As shown in the figure, the first relay circuit REL1 and the second relay circuit REL2 are connected in series between the other windings L3 and L4 of the high-frequency transformer TRN and the center tap, respectively, by different paths. That is, a first series circuit is formed in the path of the second contact of the coil L3 (upper terminal) → diode D2 → first relay circuit REL1 and second relay circuit REL2 → second relay circuit REL2, and the coil L4 (lower side). A second series circuit is formed by the path of the second contact of the terminal) → diode D1 → first relay circuit REL1 and second relay circuit REL2 → second relay circuit REL2.

また、コイルL4の下側端子と、第2グランドGND2との間には、トランジスタQ3が配置され、コイルL3の上側端子と、第2グランドGND2との間には、トランジスタQ4が配置されている。図示の通り、ダイオードD1とトランジスタQ3、及び、ダイオードD2とトランジスタQ4は、各々、ダイオードのアノード端子と、トランジスタのドレイン端子とが接続されている。 Further, a transistor Q3 is arranged between the lower terminal of the coil L4 and the second ground GND2, and a transistor Q4 is arranged between the upper terminal of the coil L3 and the second ground GND2. .. As shown in the figure, the diode D1 and the transistor Q3, and the diode D2 and the transistor Q4 are connected to the anode terminal of the diode and the drain terminal of the transistor, respectively.

第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2は、上側の第1接点と、下側の第2接点と、出力端子OTと、を有して構成され、マイコンMICONに制御されて、何れか一方の接点と出力端子OTが接続状態となるよう構成されている。また、第1リレー回路REL1の出力端子OTと第2グランドGND2との間には、第2コンデンサC2が接続されている。 The first relay circuit REL1 and the second relay circuit REL2 are configured to have an upper first contact, a lower second contact, and an output terminal OT, and are controlled by a microcomputer MICON, whichever is used. The contact and the output terminal OT are configured to be connected. Further, a second capacitor C2 is connected between the output terminal OT of the first relay circuit REL1 and the second ground GND2.

第2リレー回路REL2の出力端子OTにはチョークコイルL6が接続され、チョークコイルL6の一方端子Hvには、4個のトランジスタQ5〜Q8が、フルブリッジ型に配置されている。すなわち、トランジスタQ5,Q6が直列接続され、トランジスタQ7,Q8が直列接続されると共に、トランジスタQ5,Q7のドレイン端子が、共通してチョークコイルL6の一方端子Hvに接続されている。 A choke coil L6 is connected to the output terminal OT of the second relay circuit REL2, and four transistors Q5 to Q8 are arranged in a full bridge type at one terminal Hv of the choke coil L6. That is, the transistors Q5 and Q6 are connected in series, the transistors Q7 and Q8 are connected in series, and the drain terminals of the transistors Q5 and Q7 are commonly connected to one terminal Hv of the choke coil L6.

また、トランジスタQ6,Q8のソース端子が互いに接続されており、その接続点と第2グランド間に電流検出抵抗R2が配置されている。また、トランジスタQ5,Q7のソース端子Q5S,Q7Sと、他方側端子T3,T4との間には、コモンモードチョークコイルCOMMONが配置されている。 Further, the source terminals of the transistors Q6 and Q8 are connected to each other, and the current detection resistor R2 is arranged between the connection point and the second ground. Further, a common mode choke coil COMMON is arranged between the source terminals Q5S and Q7S of the transistors Q5 and Q7 and the other side terminals T3 and T4.

ここで、コモンモードチョークコイルCOMMONとは、磁心に巻かれた2本のコイル巻線の巻き線方向が、互いに逆方向となっているチョークコイルを言う。そのため、コモンモードのノイズ電流が各巻線に流れと、各ノイズ電流によって発生する磁束の向きが同一方向になり、各巻線に発生する逆起電力が強化されることで、ノイズ電流を抑制する効果が実現される。 Here, the common mode choke coil COMMON refers to a choke coil in which the winding directions of the two coil windings wound around the magnetic core are opposite to each other. Therefore, the noise current in the common mode flows in each winding and the direction of the magnetic flux generated by each noise current is in the same direction, and the counter electromotive force generated in each winding is strengthened, which has the effect of suppressing the noise current. Is realized.

図示の通り、第1制御回路CTL1は、トランジスタQ3,Q4のゲート電圧を制御しており、また、電流検出抵抗R2の両端電圧と、チョークコイルL6の一方端子Hvの電圧を受けている。 As shown in the figure, the first control circuit CTL1 controls the gate voltage of the transistors Q3 and Q4, and receives the voltage across the current detection resistor R2 and the voltage of one terminal Hv of the choke coil L6.

先に説明した通り、第1制御回路CTL1は、インタフェイス回路IF1,IF2に接続されており、インタフェイス回路IF1を経由して、一方側端子T1の直流電圧レベルLVを把握すると共に、インタフェイス回路IF2を経由して、マイコンMICOMから、差分電圧VREQと、二値的なON/OFF指令とを受けている。 As described above, the first control circuit CTL1 is connected to the interface circuits IF1 and IF2, and the DC voltage level LV of the one-side terminal T1 is grasped via the interface circuit IF1 and the interface is detected. The differential voltage VRQ and the binary ON / OFF command are received from the microcomputer MICOM via the circuit IF2.

そして、第1制御回路CTL1は、ON指令を受けた場合には、PFCコントローラとして機能して、一方側端子T1の直流電圧レベル(直流出力電圧)LVと、差分電圧VREQとの和(LV+VREQ)が、規定の目標電圧Vt(例えば16V)に一致するよう、トランジスタQ3,Q4のゲート電圧をPWM制御している。 When the first control circuit CTL1 receives an ON command, it functions as a PFC controller and is the sum (LV + VRQ) of the DC voltage level (DC output voltage) LV of one terminal T1 and the differential voltage VRQ. However, the gate voltage of the transistors Q3 and Q4 is PWM-controlled so as to match the specified target voltage Vt (for example, 16V).

したがって、一方側端子T1,T2から出力される直流出力電圧LVは、マイコンMICOMから受ける差分電圧VREQに対応して、第1制御回路CTL1のPWM制御に基づき、LV=Vt−VREQ=16−VREQとなる(この点は、図5に関して更に後述する)。 Therefore, the DC output voltage LV output from the one-side terminals T1 and T2 corresponds to the difference voltage VRQ received from the microcomputer MICOM and is based on the PWM control of the first control circuit CTL1. (This point will be described later with reference to FIG. 5).

一方、第2制御回路CTL2は、インタフェイス回路IF2を経由して、マイコンMICOMからON/OFF指令を受けている。そして、そして、第2制御回路CTL2は、ON指令を受けた場合には、インバータコントローラとして機能して、トランジスタQ5〜Q8のゲート電圧Q5G〜Q8GをON/OFF制御する。 On the other hand, the second control circuit CTL2 receives an ON / OFF command from the microcomputer MICOM via the interface circuit IF2. Then, when the second control circuit CTL2 receives an ON command, it functions as an inverter controller and controls ON / OFF of the gate voltages Q5G to Q8G of the transistors Q5 to Q8.

以上、回路構成について説明したので、次に、マイコンMICOMが、一方側端子T1,T2に受ける直流電圧に基づいて、他方側端子T3,T4に交流電圧を出力すべき動作指示を受けた場合の動作を説明する。 Since the circuit configuration has been described above, next, when the microcomputer MICOM receives an operation instruction to output an AC voltage to the other terminals T3 and T4 based on the DC voltage received by the one side terminals T1 and T2. The operation will be described.

図2は、この動作状態を図示したものであり、マイコンMICOMは、第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2について、各々、上側の第1接点と出力端子OTとを接続状態に制御している。また、マイコンMICOMは、第1制御回路CTL1に対してOFF指令を出す一方、第2制御回路CTL2には、ON指令を発している。 FIG. 2 illustrates this operating state, and the microcomputer MICOM controls the upper first contact and the output terminal OT of the first relay circuit REL1 and the second relay circuit REL2, respectively, in a connected state. There is. Further, the microcomputer MICOM issues an OFF command to the first control circuit CTL1 while issuing an ON command to the second control circuit CTL2.

そのため、OFF指令を受けた第1制御回路CTL1は、トランジスタQ3,Q4のゲート電圧をLレベルとすることで、トランジスタQ3,Q4を非動作状態に維持する。一方、ON指令を受けた第2制御回路CTL2は、インバータコントローラとして機能する。 Therefore, the first control circuit CTL1 that has received the OFF command keeps the transistors Q3 and Q4 in the non-operating state by setting the gate voltage of the transistors Q3 and Q4 to the L level. On the other hand, the second control circuit CTL2 that has received the ON command functions as an inverter controller.

この状態において、マイコンMICOMは、トランジスタQ1,Q2を図2(a)のように相補的にON/OFF制御する。そのため、トランジスタQ1がON、トランジスタQ2がOFFの動作状態では、図示の破線の経路でトランジスタQ1のON電流が流れ、高周波トランスTRNの他方側では、ダイオードD1→第1リレー回路REL1→第2コンデンサC2→ボディーダイオードDb4の向きのコイル電流(L3,L4)が増加傾向で流れる。 In this state, the microcomputer MICOM complementaryly controls ON / OFF of the transistors Q1 and Q2 as shown in FIG. 2A. Therefore, in the operating state where the transistor Q1 is ON and the transistor Q2 is OFF, the ON current of the transistor Q1 flows through the path shown by the broken line, and on the other side of the high frequency transformer TRN, the diode D1 → the first relay circuit REL1 → the second capacitor. The coil current (L3, L4) in the direction of C2 → body diode Db4 flows in an increasing tendency.

その後、トランジスタQ1がOFF、トランジスタQ2がOFFの動作状態に移行すると、高周波トランスTRNの他方側の誘起電圧に基づき、同じ経路のコイル電流が減少傾向で継続される。 After that, when the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned off, the coil current in the same path continues to decrease based on the induced voltage on the other side of the high-frequency transformer TRN.

次に、トランジスタQ1がOFF、トランジスタQ2がONの動作状態に移行するので、今後は、図示の実線の経路でトランジスタQ2のON電流が流れ、高周波トランスTRNの他方側では、ダイオードD2→第1リレー回路REL1→第2コンデンサC2→ボディーダイオードDb3の向きのコイル電流(L3,L4)が増加傾向で流れる。 Next, since the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on, the ON current of the transistor Q2 flows along the solid line path shown in the figure, and the diode D2 → the first on the other side of the high frequency transformer TRN. The coil current (L3, L4) in the direction of the relay circuit REL1 → the second capacitor C2 → the body diode Db3 flows in an increasing tendency.

このようにして、コイル電流(L3,L4)の増加と減少とを繰り返すことで、第2コンデンサC2両端電圧は、僅かなリップルを含んだ直流電圧となる。このように、本実施例では、一方側端子T1,T2から、第2リレー回路REL2までの回路構成によって、プッシュプルDC/DCコンバータが実現される。なお、コイル電流の減少を抑制するためには、図7(a)の矩形枠に示すように、第1リレー回路REL1と第2リレー回路REL2の間、又はダイオードD1,D2と第1リレー回路REL1との間にチョークコイルL2を追加的に配置するのも好適である。 By repeating the increase and decrease of the coil current (L3 and L4) in this way, the voltage across the second capacitor C2 becomes a DC voltage including a slight ripple. As described above, in this embodiment, the push-pull DC / DC converter is realized by the circuit configuration from the one-side terminals T1 and T2 to the second relay circuit REL2. In order to suppress the decrease in the coil current, as shown in the rectangular frame of FIG. 7A, between the first relay circuit REL1 and the second relay circuit REL2, or between the diodes D1 and D2 and the first relay circuit. It is also preferable to additionally arrange the choke coil L2 between the relay 1 and the choke coil L2.

また、図7(b)〜図7(d)の矩形枠に示すように、適宜個数のチョークコイルL1/L2/L3を追加することで、図2に示す右方向の動作と、図3に示す左方向に動作に対応して、最適なインダクタンス値を設定することができる。 Further, as shown in the rectangular frames of FIGS. 7 (b) to 7 (d), by adding an appropriate number of choke coils L1 / L2 / L3, the operation in the right direction shown in FIG. 2 and the operation in the right direction shown in FIG. The optimum inductance value can be set according to the operation in the left direction shown.

例えば、トランジスタQ1,Q2を中心としたプッシュプルDC/DCコンバータ(図示右向き動作)としては、図7(c)の回路構成は、図7(a)と同じであり、コイル電流を平滑化するための最適値のチョークコイルL2+L6や、チョークコイルL1が選択される。 For example, as a push-pull DC / DC converter (shown rightward operation) centered on transistors Q1 and Q2, the circuit configuration of FIG. 7 (c) is the same as that of FIG. 7 (a), and the coil current is smoothed. The choke coil L2 + L6 of the optimum value for this purpose and the choke coil L1 are selected.

一方、トランジスタQ3,Q4を中心とした力率改善動作(図3に示す左向き動作)としては、図7(a)と図7(d)の回路構成は、図2と同じであり、最適値のチョークコイルL6又はL3が選択される。また、力率改善動作(図示左向き動作)としては、図7(b)と図7(c)の回路構成は、同一であり、最適値のチョークコイルL1と、チョークコイルL3が選択される。 On the other hand, as the power factor improving operation (leftward operation shown in FIG. 3) centered on the transistors Q3 and Q4, the circuit configurations of FIGS. 7 (a) and 7 (d) are the same as those of FIG. 2, and the optimum values are obtained. The choke coil L6 or L3 of is selected. Further, as the power factor improving operation (shown leftward operation), the circuit configurations of FIGS. 7 (b) and 7 (c) are the same, and the choke coil L1 and the choke coil L3 having the optimum values are selected.

何れにしても、図1や図7(a)〜図7(c)の回路構成では、第2コンデンサC2の直流電圧は、チョークコイルL6/L1を経由してトランジスタQ5〜Q8に供給される。この時、第2制御回路は、インバータコントローラとして機能して、各トランジスタQ5〜Q8のゲート電圧Q5G〜Q8Gを、PWM制御又は単純なON/OFF制御することで、他方側端子T3,T4から交流電圧ACが出力される。すなわち、各トランジスタQ5〜Q8は、フルブリッジ型のインバータ回路として機能する。 In any case, in the circuit configurations of FIGS. 1 and 7 (a) to 7 (c), the DC voltage of the second capacitor C2 is supplied to the transistors Q5 to Q8 via the choke coils L6 / L1. .. At this time, the second control circuit functions as an inverter controller, and the gate voltages Q5G to Q8G of each transistor Q5 to Q8 are controlled by PWM control or simple ON / OFF control to AC from the other side terminals T3 and T4. The voltage AC is output. That is, each transistor Q5 to Q8 functions as a full bridge type inverter circuit.

続いて、マイコンMICOMが、他方側端子T3,T4に受ける交流電圧に基づいて、一方側端子T1,T2に直流電圧を出力すべき動作指示を受けた場合の動作を説明する。 Subsequently, the operation when the microcomputer MICOM receives an operation instruction to output a DC voltage to the one-side terminals T1 and T2 based on the AC voltage received by the other-side terminals T3 and T4 will be described.

図3は、この動作状態を図示したものであり、マイコンMICOMは、トランジスタQ1,Q2をOFF制御すると共に、第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2について、各々、下側の第2接点と出力端子OTとを接続状態に制御している。また、マイコンMICOMは、第1制御回路に対してON指令を出す一方、第2制御回路には、OFF指令を発している。 FIG. 3 illustrates this operating state. The microcomputer MICOM controls the transistors Q1 and Q2 to be OFF, and the first relay circuit REL1 and the second relay circuit REL2 are respectively connected to the lower second contact. The output terminal OT is controlled to be connected. Further, the microcomputer MICOM issues an ON command to the first control circuit, and an OFF command to the second control circuit.

そのため、OFF指令を受けた第2制御回路CTL1は、トランジスタQ5〜Q8のゲート電圧をLレベルにすることで、トランジスタQ5〜Q8を非動作状態に維持する。その結果、ボディーダイオードDb5〜Db8がブリッジ型の全波整流回路を構成することになり、Hv端子には整流電圧が得られる。 Therefore, the second control circuit CTL1 that has received the OFF command keeps the transistors Q5 to Q8 in the non-operating state by setting the gate voltage of the transistors Q5 to Q8 to the L level. As a result, the body diodes Db5 to Db8 form a bridge-type full-wave rectifier circuit, and a rectified voltage is obtained at the Hv terminal.

一方、ON指令を受けた第1制御回路CTL1は、PFCコントローラとして機能する。図4は、この時の動作状態、つまり、力率改善回路の動作状態を概略的に図示したものである。また、図5(a)は、具体的なPFCコントローラの一例として、ACライン電流の位相が、ACライン電圧の位相に合うよう制御して、ほぼ力率1を実現するUCC2817A(TEXAS INSTRUMENTS 社)の内部構成を示している。 On the other hand, the first control circuit CTL1 that has received the ON command functions as a PFC controller. FIG. 4 schematically shows an operating state at this time, that is, an operating state of the power factor improving circuit. Further, FIG. 5A shows, as an example of a specific PFC controller, UCC2817A (TEXAS INSTRUMENTS), which controls the phase of the AC line current to match the phase of the AC line voltage and realizes a power factor of 1. Shows the internal configuration of.

図5(a)に示す通り、このPFCコントローラは、低電圧誤動作防止機能(UVLO: Under Voltage Lock Out)を有しており、電源投入時の誤動作を防止すると共に、動作中に電源電圧が異常低下した場合にも内部回路を準スタンバイ状態にして誤動作を防止している。 As shown in FIG. 5A, this PFC controller has an under voltage lock out (UVLO) function to prevent malfunction when the power is turned on, and the power supply voltage is abnormal during operation. Even if it drops, the internal circuit is placed in a quasi-standby state to prevent malfunction.

また、PKLMT(ピーク電流制限)端子や、OVP/EN(過電圧/イネーブル)端子を活用することで、過電圧過電流保護機能や、高精度基準回路イネーブル機能を発揮している。 Further, by utilizing the PKLMT (peak current limit) terminal and the OVP / EN (overvoltage / enable) terminal, the overvoltage overcurrent protection function and the high-precision reference circuit enable function are exhibited.

また、電圧誤差アンプの反転入力端子VSENSEには、目標電圧Vt(=LV+VREQ)を、分圧抵抗Ra,Rbで分圧したセンス電圧Vs(=Vt*Rb/(Ra+Rb))が供給されている。実施例の場合、電圧誤差アンプには、基準電圧7.5Vが供給されており、PFCコントローラは、センス電圧Vsが、基準電圧7.5Vに一致するよう動作する。 Further, a sense voltage Vs (= Vt * Rb / (Ra + Rb)) obtained by dividing the target voltage Vt (= LV + VRQ) by the voltage dividing resistors Ra and Rb is supplied to the inverting input terminal VSENSE of the voltage error amplifier. .. In the case of the embodiment, a reference voltage of 7.5 V is supplied to the voltage error amplifier, and the PFC controller operates so that the sense voltage Vs matches the reference voltage of 7.5 V.

特に限定されないが、本実施例では、目標電圧VtがVt=16Vになるよう、分圧抵抗Ra,Rbが設定されており、実際の直流出力電圧LVは、LV=Vt−VREQ=16−VREQとなる。すなわち、本実施例では、マイコンMICOMが出力する差分電圧VREQが大きいほど、実際の直流出力電圧LVは低くなる(LV≦16V)。 Although not particularly limited, in this embodiment, the voltage dividing resistors Ra and Rb are set so that the target voltage Vt becomes Vt = 16V, and the actual DC output voltage LV is LV = Vt-VRQ = 16-VRQ. It becomes. That is, in this embodiment, the larger the differential voltage VRQ output by the microcomputer MICOM, the lower the actual DC output voltage LV (LV ≦ 16V).

図4(a)に示す通り、第1実施例の力率改善回路は、概念的には、PFCコントローラPFCと、チョークコイルL6と、トランジスタQ3,Q4と、電流検出抵抗R2と、抵抗R2の電流検出部DT1と、整流電圧Hvの検出部DT2と、ダイオードDb1,Db21と、チョークコイルL7及びコンデンサC1による平滑回路と、出力電圧を検出するインタフェイス回路IF1と、高周波トランスTRNと、を有して構成され、図4(b)に示すように、電流連続モードで動作している。 As shown in FIG. 4A, the power factor improving circuit of the first embodiment conceptually includes a PFC controller PFC, a choke coil L6, transistors Q3 and Q4, a current detection resistor R2, and a resistor R2. It has a current detection unit DT1, a rectification voltage Hv detection unit DT2, diodes Db1 and Db21, a smoothing circuit using a choke coil L7 and a capacitor C1, an interface circuit IF1 for detecting an output voltage, and a high-frequency transformer TRN. As shown in FIG. 4 (b), the current continuous mode is operated.

PFCコントローラPFCは、電流検出部(IL Dect )と、乗算器(multiplier)と、スイッチング周波数Fs(数10kHz程度)のノコギリ波発生部(Saw tooth OSC )と、PWM波を出力するコンパレータ(PWM Com )と、ドライバ部Drと、を有して構成されている。そして、検出部DT2で特定される整流電圧と、検出部DT1によって特定される通電電流と、インタフェイス回路IF1で特定される出力電圧とに基づいて、スイッチング周波数FsのPWM波を出力している。 PFC controller The PFC includes a current detector (IL Dect), a multiplier, a sawtooth wave generator (Saw tooth OSC) with a switching frequency of Fs (several tens of kHz), and a comparator (PWM Com) that outputs PWM waves. ) And the driver unit Dr. Then, the PWM wave of the switching frequency Fs is output based on the rectified voltage specified by the detection unit DT2, the energizing current specified by the detection unit DT1, and the output voltage specified by the interface circuit IF1. ..

その結果、トランジスタQ3,Q4が、適度な導通時間でON/OFF動作することになり、トランジスタQ3,Q4のON電流がチョークコイルL6で平滑されることで、図4(b)に示す力率=1に力率改善されたコイル電流となる。 As a result, the transistors Q3 and Q4 operate ON / OFF with an appropriate conduction time, and the ON current of the transistors Q3 and Q4 is smoothed by the choke coil L6, so that the power factor shown in FIG. 4B is formed. The coil current has a power factor improved to = 1.

図5は、PFCコントローラとして、UCC2817A(TEXAS INSTRUMENTS 社)を使用した場合の回路図を示しており、PFCコントローラのDRVOUT信号(ゲート駆動信号)は、トグル動作をするD型フリップフロップFFと、ORゲートG1,G2と、ドライバDr,Drとを経由して、トランジスタQ3,Q4のゲート制御電圧Q3G,Q4Gとなっている。 FIG. 5 shows a circuit diagram when UCC2817A (TEXAS INSTRUMENTS) is used as the PFC controller, and the DRVOUT signal (gate drive signal) of the PFC controller is a D-type flip-flop FF that performs a toggle operation and an OR. The gate control voltages Q3G and Q4G of the transistors Q3 and Q4 pass through the gates G1 and G2 and the drivers Dr and Dr.

図5(b)と図5(c)は、図5(a)の回路構成についてのタイムチャートであり、D型フリップフロップFFのクロック端子CLKに、PFCコントローラのDRVOUT信号が供給される場合の各部の波形を示している。 5 (b) and 5 (c) are time charts for the circuit configuration of FIG. 5 (a), and a case where the DRVOUT signal of the PFC controller is supplied to the clock terminal CLK of the D-type flip-flop FF. The waveform of each part is shown.

PFCコントローラから出力されるDRVOUT信号は、パルス周期TのPWM波であり、図5(b)は、DRVOUT信号のデューティ比(τ)が、τ<50%の場合、図5(c)は、DRVOUT信号のデューティ比(τ)がτ>50%の場合を示している。 The DRVOUT signal output from the PFC controller is a PWM wave having a pulse period T, and FIG. 5 (b) shows FIG. 5 (b) when the duty ratio (τ) of the DRVOUT signal is τ <50%. The case where the duty ratio (τ) of the DRVOUT signal is τ> 50% is shown.

そして、このようなDRVOUT信号を、クロック端子に受けたリップフロップFFは、DRVOUT信号の立上りエッジで、Q出力とQバー出力を反転させるトグル動作を実現している。そのため、フリップフロップFFのQ出力及びQバー出力のパルス幅は、パルス周期Tと一致する。 The lip flop FF that receives such a DRVOUT signal at the clock terminal realizes a toggle operation that inverts the Q output and the Q bar output at the rising edge of the DRVOUT signal. Therefore, the pulse widths of the Q output and the Q bar output of the flip-flop FF coincide with the pulse period T.

そして、本実施例では、パルス幅TのQ出力と、DRVOUT信号とをORゲートG1に供給して、トランジスタQ3のゲート制御電圧Q3Gを生成し、パルス幅TのQバー出力と、DRVOUT信号とをORゲートG2に供給して、トランジスタQ4のゲート制御電圧Q4Gを生成している。 Then, in this embodiment, the Q output of the pulse width T and the DRVOUT signal are supplied to the OR gate G1 to generate the gate control voltage Q3G of the transistor Q3, and the Q bar output of the pulse width T and the DRVOUT signal are used. Is supplied to the OR gate G2 to generate the gate control voltage Q4G of the transistor Q4.

そのため、ゲート制御電圧Q3Gと、ゲート制御電圧Q4Gのパルス幅は、DRVOUT信号のデューティ比(τ)に対応して広がることになり、斜線で示すような、2つのトランジスタQ3,Q4が共に、ON動作する重複ON期間が生じる。 Therefore, the pulse widths of the gate control voltage Q3G and the gate control voltage Q4G widen corresponding to the duty ratio (τ) of the DRVOUT signal, and the two transistors Q3 and Q4 as shown by the diagonal lines are both ON. There will be overlapping ON periods of operation.

そして、この重複ON期間は、DRVOUT信号のデューティ比(τ)に対応して広がり、図5(b)と図5(c)に示す通り、DRVOUT信号のON期間が、重複ON期間に一致する。すなわち、本実施例では、DRVOUT信号のデューティ比(τ)に対応して、2つのトランジスタQ3,Q4の重複ON期間が広がることになり、2つのトランジスタQ3,Q4が、共にOFF状態となる動作期間は存在しない。 Then, this overlapping ON period extends corresponding to the duty ratio (τ) of the DRVOUT signal, and as shown in FIGS. 5 (b) and 5 (c), the ON period of the DRVOUT signal coincides with the overlapping ON period. .. That is, in this embodiment, the overlapping ON period of the two transistors Q3 and Q4 is extended corresponding to the duty ratio (τ) of the DRVOUT signal, and the two transistors Q3 and Q4 are both turned off. There is no period.

以上を踏まえて、図3に基づいて説明を続ける。重複ON期間では、2つのトランジスタQ3,Q4がON動作することに対応して、整流電圧Hvに基づいて、チョークコイルL6→コイルL4→トランジスタQ3の径路で、高周波トランスの他方側巻線L4のコイル電流I4が流れると共に(実線参照)、チョークコイルL6→コイルL3→トランジスタQ4の径路で、高周波トランスの他方側巻線L3のコイル電流I3が流れる(破線参照)。 Based on the above, the description will be continued based on FIG. In the overlapping ON period, the other side winding L4 of the high frequency transformer is in the path of the choke coil L6 → coil L4 → transistor Q3 based on the rectified voltage Hv, corresponding to the ON operation of the two transistors Q3 and Q4. Along with the coil current I4 flowing (see the solid line), the coil current I3 of the other winding L3 of the high frequency transformer flows along the path of the choke coil L6 → the coil L3 → the transistor Q4 (see the broken line).

高周波トランスTRNのトランスコアにおいて、コイルL3,L4のコイル電流I3,I4により発生する磁束が逆向きとなり相殺するため、この期間では高周波トランスTRNは、トランスとしての機能は果たさず、チョークコイルL6の左端は、トランジスタQ3,Q4によって地絡されている状態となり、一般的なPFC回路におけるコイルの一端が地絡されている状態となる。 In the transformer core of the high-frequency transformer TRN, the magnetic flux generated by the coil currents I3 and I4 of the coils L3 and L4 reverses and cancels each other. Therefore, during this period, the high-frequency transformer TRN does not function as a transformer, and the choke coil L6 The left end is in a state of being grounded by the transistors Q3 and Q4, and one end of the coil in a general PFC circuit is in a state of being grounded.

そして、その後、トランジスタQ3か、トランジスタQ4の何れか一方がOFF遷移すると、トランス他方側(右側)センタータップには、整流電圧Hvと、チョークコイルL6に蓄えられたエネルギーによるL6両端電位差とが加算された電圧が印加される。 After that, when either the transistor Q3 or the transistor Q4 makes an OFF transition, the rectified voltage Hv and the potential difference across L6 due to the energy stored in the choke coil L6 are added to the center tap on the other side (right side) of the transformer. The applied voltage is applied.

そして、トランジスタQ3がOFFの場合は、チョークコイルL6→コイルL3→トランジスタQ4の経路で、電流が流れ、コイルL1→チョークコイルL7→コンデンサC1→ダイオードDb1の経路でコンデンサ充電電流が流れる。 When the transistor Q3 is OFF, a current flows in the path of the choke coil L6 → the coil L3 → the transistor Q4, and the capacitor charging current flows in the path of the coil L1 → the choke coil L7 → the capacitor C1 → the diode Db1.

一方、トランジスタQ4がOFFの場合は、チョークコイルL6→コイルL4→トランジスタQ3の経路で、電流が流れ、コイルL2→チョークコイルL7→コンデンサC1→ダイオードDb2の経路でコンデンサ充電電流が流れる。 On the other hand, when the transistor Q4 is OFF, a current flows in the path of the choke coil L6 → the coil L4 → the transistor Q3, and the capacitor charging current flows in the path of the coil L2 → the choke coil L7 → the capacitor C1 → the diode Db2.

なお、図示省略しているが、トランジスタQ3とQ4には、これに並列にスナバ回路が接続されており、トランジスタQ3のOFF遷移後のコイルL4の蓄積エネルギーや、トランジスタQ4のOFF遷移後のコイルL3の蓄積エネルギーは、適宜に放電される。 Although not shown, a snubber circuit is connected in parallel to the transistors Q3 and Q4, and the stored energy of the coil L4 after the OFF transition of the transistor Q3 and the coil after the OFF transition of the transistor Q4. The stored energy of L3 is appropriately discharged.

以上のように、本実施例では、トランジスタQ3,Q4が共にONとなる期間にてチョークコイルL6の左端を地絡させることができ、その期間をPFC制御回路によって制御することでPFC動作もでき、且つ、トランジスタQ3,Q4の一方がON、他方がOFFとなる期間にてプッシュプルコンバータとしての動作ができる直流電源を実現することができる。 As described above, in this embodiment, the left end of the choke coil L6 can be ground-faulted during the period when both the transistors Q3 and Q4 are ON, and the PFC operation can be performed by controlling the period with the PFC control circuit. Moreover, it is possible to realize a DC power supply capable of operating as a push-pull converter during a period in which one of the transistors Q3 and Q4 is ON and the other is OFF.

以上、図5(b)や図5(c)のPWM波に基づいて、トランジスタQ3,Q4を駆動する実施例について説明した。図6は、各部の波形を示しており、他方側端子T3,T4が受ける交流入力電圧AC(a)と、Hv端子電圧(b)と、トランジスタQ3のゲート制御電圧Q3G(c)と、トランジスタQ4のゲート制御電圧Q4G(d)と、一方側端子T1,T2から出力される直流電圧LV(e)との関係を示している。 The examples of driving the transistors Q3 and Q4 based on the PWM waves of FIGS. 5 (b) and 5 (c) have been described above. FIG. 6 shows the waveforms of each part, and shows the AC input voltage AC (a) and the Hv terminal voltage (b) received by the other side terminals T3 and T4, the gate control voltage Q3G (c) of the transistor Q3, and the transistor. The relationship between the gate control voltage Q4G (d) of Q4 and the DC voltage LV (e) output from the terminals T1 and T2 on one side is shown.

以上、本発明の第1実施例について具体的に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。すなわち、図1の第1実施例では、ダイオードD1,D2を設けたがこれを省略することもできる。 Although the first embodiment of the present invention has been specifically described above, the specific description contents are not particularly limited to the present invention. That is, in the first embodiment of FIG. 1, the diodes D1 and D2 are provided, but these may be omitted.

図8は、ダイオードD1,D2を省略した第2実施例の回路構成であり、高周波トランスTRNのセンタータップは、第1リレー回路REL1の上側の第1接点に接続されると共に、チョークコイルL6を通して、第2リレー回路REL2の下側の第2接点に接続されている。 FIG. 8 shows the circuit configuration of the second embodiment in which the diodes D1 and D2 are omitted. The center tap of the high frequency transformer TRN is connected to the first contact on the upper side of the first relay circuit REL1 and is passed through the choke coil L6. , It is connected to the second contact on the lower side of the second relay circuit REL2.

そして、第1リレー回路REL1の出力端子OTと、第2リレー回路REL2の上側の第1接点との間に、チョークコイルL5が接続され、第2リレー回路REL2の上側の第1接点と第2グランドGND2との間には第2コンデンサC2が配置されている。 Then, a choke coil L5 is connected between the output terminal OT of the first relay circuit REL1 and the first contact on the upper side of the second relay circuit REL2, and the first contact and the second contact on the upper side of the second relay circuit REL2 are connected. A second capacitor C2 is arranged between the ground GND2 and the ground GND2.

なお、高周波トランスTRNのセンタータップと、Hv端子との間は、図示の回路構成に限定されず、図1や、図7(a),図7(b),図7(c)において、矩形枠で示す回路構成であっても良い。 The circuit between the center tap of the high-frequency transformer TRN and the Hv terminal is not limited to the circuit configuration shown in the figure, and is rectangular in FIGS. 1, 7 (a), 7 (b), and 7 (c). The circuit configuration shown in the frame may be used.

何れにしても、回路動作は、図1の回路の場合と同様であり、マイコンMICOMが、一方側端子T1,T2に受ける直流電圧に基づいて、他方側端子T3,T4に交流電圧を出力すべき動作指示を受けた場合には、図9に示す動作を実行する。 In any case, the circuit operation is the same as that of the circuit of FIG. 1, and the microcomputer MICOM outputs an AC voltage to the other side terminals T3 and T4 based on the DC voltage received by the one side terminals T1 and T2. When the operation instruction to be performed is received, the operation shown in FIG. 9 is executed.

図9に示す回路動作は、図2の場合と同じであり、マイコンMICOMは、第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2について、各々、上側の第1接点と出力端子OTとを接続状態に制御している。また、マイコンMICOMは、第1制御回路CTL1に対してOFF指令を出す一方、第2制御回路CTL2には、ON指令を発している。 The circuit operation shown in FIG. 9 is the same as in the case of FIG. 2, and the microcomputer MICOM connects the upper first contact and the output terminal OT of the first relay circuit REL1 and the second relay circuit REL2, respectively. I'm in control. Further, the microcomputer MICOM issues an OFF command to the first control circuit CTL1 while issuing an ON command to the second control circuit CTL2.

その結果、OFF指令を受けた第1制御回路CTL1は、トランジスタQ3,Q4を非動作状態に維持する。一方、ON指令を受けた第2制御回路CTL2は、インバータコントローラとして機能する。 As a result, the first control circuit CTL1 that receives the OFF command keeps the transistors Q3 and Q4 in the non-operating state. On the other hand, the second control circuit CTL2 that has received the ON command functions as an inverter controller.

この状態において、マイコンMICOMは、トランジスタQ1,Q2を図2(a)のように相補的にON/OFF制御する。そのため、トランジスタQ1がON、トランジスタQ2がOFFの動作状態では、図示の破線の経路でトランジスタQ1のON電流が流れ、高周波トランスTRNの他方側では、コイルL3の下側端子→第1リレー回路REL1→チョークコイルL5→第2コンデンサC2→ボディーダイオードDb4の向きのコイルL3のコイル電流が増加傾向で流れる。 In this state, the microcomputer MICOM complementaryly controls ON / OFF of the transistors Q1 and Q2 as shown in FIG. 2A. Therefore, in the operating state where the transistor Q1 is ON and the transistor Q2 is OFF, the ON current of the transistor Q1 flows through the path shown by the broken line, and on the other side of the high frequency transformer TRN, the lower terminal of the coil L3 → the first relay circuit REL1. → Choke coil L5 → Second capacitor C2 → Coil current of coil L3 in the direction of body diode Db4 flows in an increasing tendency.

その後、トランジスタQ1がOFF、トランジスタQ2がOFFの動作状態に移行すると、高周波トランスTRNの他方側の誘起電圧に基づき、同じ経路のコイル電流が減少傾向で継続される。 After that, when the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned off, the coil current in the same path continues to decrease based on the induced voltage on the other side of the high-frequency transformer TRN.

次に、トランジスタQ1がOFF、トランジスタQ2がONの動作状態に移行するので、今後は、図示の実線の経路でトランジスタQ2のON電流が流れ、高周波トランスTRNの他方側では、コイルL4の上側端子→第1リレー回路REL1→チョークコイルL5→第2コンデンサC2→ボディーダイオードDb3の向きのコイルL4のコイル電流が増加傾向で流れる。 Next, since the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on, the ON current of the transistor Q2 flows along the solid line path shown in the figure, and the upper terminal of the coil L4 is on the other side of the high frequency transformer TRN. → 1st relay circuit REL1 → Choke coil L5 → 2nd capacitor C2 → The coil current of the coil L4 in the direction of the body diode Db3 flows in an increasing tendency.

このようにして、コイル電流(L3,L4)の増加と減少とを繰り返すことで、第2コンデンサC2両端電圧は、僅かなリップルを含んだ直流電圧となる。なお、一方側端子T1,T2から、第2リレー回路REL2までの回路構成によって、プッシュプルDC/DCコンバータが実現される点は、図2の場合と同じである。 By repeating the increase and decrease of the coil current (L3 and L4) in this way, the voltage across the second capacitor C2 becomes a DC voltage including a slight ripple. The point that the push-pull DC / DC converter is realized by the circuit configuration from the one-side terminals T1 and T2 to the second relay circuit REL2 is the same as in the case of FIG.

但し、図9の回路構成では、第2コンデンサC2は、コイルL3又はコイルL4の何れかの誘起電圧に基づいて充電されるに過ぎないので、コイルL3+L4の誘起電圧に基づいて充電される図2の場合より、第2コンデンサC2の両端電圧が低いことになる。そのため、高周波トランスの一方側と他方側の巻数比は、このことを踏まえた巻数比となる。 However, in the circuit configuration of FIG. 9, since the second capacitor C2 is only charged based on the induced voltage of either the coil L3 or the coil L4, it is charged based on the induced voltage of the coils L3 + L4. The voltage across the second capacitor C2 is lower than in the case of. Therefore, the turns ratio between one side and the other side of the high-frequency transformer is a turn ratio based on this fact.

続いて、マイコンMICOMが、他方側端子T3,T4に受ける交流電圧に基づいて、一方側端子T1,T2に直流電圧を出力すべき動作指示を受けた場合の動作を説明する。 Subsequently, the operation when the microcomputer MICOM receives an operation instruction to output a DC voltage to the one-side terminals T1 and T2 based on the AC voltage received by the other-side terminals T3 and T4 will be described.

図10は、この動作状態を図示したものであり、マイコンMICOMは、トランジスタQ1,Q2をOFF制御すると共に、第1リレー回路REL1及び第2リレー回路REL2について、各々、下側の第2接点と出力端子OTとを接続状態に制御している。また、マイコンMICOMは、第1制御回路に対してON指令を出す一方、第2制御回路には、OFF指令を発している。 FIG. 10 illustrates this operating state. The microcomputer MICOM controls the transistors Q1 and Q2 to be OFF, and the first relay circuit REL1 and the second relay circuit REL2 are respectively connected to the lower second contact. The output terminal OT is controlled to be connected. Further, the microcomputer MICOM issues an ON command to the first control circuit, and an OFF command to the second control circuit.

そのため、OFF指令を受けた第2制御回路CTL1は、トランジスタQ5〜Q8のゲート電圧をLレベルにすることで、トランジスタQ5〜Q8を非動作状態に維持する。その結果、ボディーダイオードDb5〜Db8がブリッジ型の全波整流回路を構成することになり、Hv端子には整流電圧が得られる。 Therefore, the second control circuit CTL1 that has received the OFF command keeps the transistors Q5 to Q8 in the non-operating state by setting the gate voltage of the transistors Q5 to Q8 to the L level. As a result, the body diodes Db5 to Db8 form a bridge-type full-wave rectifier circuit, and a rectified voltage is obtained at the Hv terminal.

また、トランジスタQ3,Q4が、図5(b)(c)に示すように、重複ON期間を有して、ON動作することで、コンデンサC1が、コイルL1+L2と、チョークコイルL7を経由して充電されることになり、電流容量の大きい直流電源が実現される。 Further, as shown in FIGS. 5 (b) and 5 (c), the transistors Q3 and Q4 have an overlapping ON period and operate in ON, so that the capacitor C1 passes through the coils L1 + L2 and the choke coil L7. It will be charged, and a DC power supply with a large current capacity will be realized.

以上、本発明の第1実施例と第2実施例について、詳細に説明したが、具体的な回路構成は、特に本発明を限定するものではなく、適宜に変更可能である。例えば、上記の実施例では、一方側端子T1の直流電圧レベルLVを加算回路に供給して、第1制御回路CTL1に、加算電圧(VREQ+LV)が供給される構成としたが、何ら限定されない。 Although the first embodiment and the second embodiment of the present invention have been described in detail above, the specific circuit configuration is not particularly limited to the present invention and can be appropriately changed. For example, in the above embodiment, the DC voltage level LV of the one-side terminal T1 is supplied to the adder circuit, and the adder voltage (VRQ + LV) is supplied to the first control circuit CTL1, but the present invention is not limited to this.

すなわち、加算回路に代えて、減算回路を設けることで、第1制御回路CTL1に、減算電圧(LV−VREQ)を供給することもできる。この場合には、差分電圧VREQが大きいほど、実際の直流出力電圧LVは高くなる。 That is, the subtraction voltage (LV-VRQ) can be supplied to the first control circuit CTL1 by providing the subtraction circuit instead of the adder circuit. In this case, the larger the differential voltage VRQ, the higher the actual DC output voltage LV.

TRN 高周波トランス
Q1〜Q8 スイッチング素子
D1,D2 整流素子
T1,T2 一方側の装置接続端子
T3,T4 他方側の装置接続端子
MICON コンピュータ回路
CTL1 第1動作制御回路
CTL2 第2動作制御回路
REL1 第1リレー回路
REL2 第2リレー回路
TRN high frequency transformer Q1 to Q8 switching element D1, D2 rectifier element T1, T2 One side device connection terminal T3, T4 Other side device connection terminal MICON computer circuit CTL1 1st operation control circuit CTL2 2nd operation control circuit REL1 1st relay Circuit REL2 2nd relay circuit

Claims (4)

ON電流と逆方向の通電電流が通過可能な通電素子が並列接続されたスイッチング素子と、一方側と他方側にセンタータップを有する高周波トランス(TRN)と、動作指示を受けるコンピュータ回路(MICOM)と、コンピュータ回路に制御されて二態様に機能する第1と第2の動作制御回路(CTL1,CTL2)と、を有し、一方側の装置接続端子(T1,T2)と他方側の装置接続端子(T3,T4)との間で、直流電圧と交流電圧の双方向の変換動作が実行可能な双方向電源装置であって、
各々、第1接点、第2接点、及び出力端子を有する第1リレー回路(REL1)と第2リレー回路(REL2)を、直接又は他の回路素子を経由して接続し、
高周波トランス(TRN)の他方側のセンタータップを、直接又は他の回路素子を経由して、第2リレー回路の第2接点を接続し、
高周波トランス(TRN)の他方側の上側端子を、少なくとも第1整流素子を経由して、第1リレー回路の第1接点を接続すると共に、
高周波トランス(TRN)の他方側の下側端子を、少なくとも第2整流素子を経由して、第1リレー回路の第1接点を接続することを特徴とする双方向電源装置。
A switching element in which energizing elements that can pass an energizing current in the opposite direction to the ON current are connected in parallel, a high-voltage transformer (TRN) that has center taps on one side and the other side, and a computer circuit (MICOM) that receives operation instructions. , A first and second operation control circuits (CTL1, CTL2) that are controlled by a computer circuit and function in two modes, one side of the device connection terminal (T1, T2) and the other side of the device connection terminal. A bidirectional power supply device capable of bidirectional conversion operation of DC voltage and AC voltage between (T3 and T4).
The first relay circuit (REL1) and the second relay circuit (REL2) having the first contact, the second contact, and the output terminal, respectively, are connected directly or via other circuit elements.
Connect the center tap on the other side of the high frequency transformer (TRN) to the second contact of the second relay circuit, either directly or via another circuit element.
The upper terminal on the other side of the high frequency transformer (TRN) is connected to the first contact of the first relay circuit via at least the first rectifier element, and at the same time.
A bidirectional power supply device characterized in that the lower terminal on the other side of a high frequency transformer (TRN) is connected to the first contact of a first relay circuit via at least a second rectifying element.
ON電流と逆方向の通電電流が通過可能な通電素子が並列接続されたスイッチング素子と、一方側と他方側にセンタータップを有する高周波トランス(TRN)と、動作指示を受けるコンピュータ回路(MICOM)と、コンピュータ回路に制御されて二態様に機能する第1と第2の動作制御回路(CTL1,CTL2)と、を有し、一方側の装置接続端子(T1,T2)と他方側の装置接続端子(T3,T4)との間で、直流電圧と交流電圧の双方向の変換動作が実行可能な双方向電源装置であって、
各々、第1接点、第2接点、及び出力端子を有する第1リレー回路(REL1)と第2リレー回路(REL2)を、直接又は他の回路素子を経由して接続し、
高周波トランスの他方側のセンタータップを、直接又は他の回路素子を経由して、第1リレー回路の第1接点に接続すると共に、直接又は他の回路素子を経由して、第2リレー回路の第2接点を接続したことを特徴とする双方向電源装置。
A switching element in which energizing elements that can pass an energizing current in the opposite direction to the ON current are connected in parallel, a high-voltage transformer (TRN) that has center taps on one side and the other side, and a computer circuit (MICOM) that receives operation instructions. , A first and second operation control circuits (CTL1, CTL2) that are controlled by a computer circuit and function in two modes, one side of the device connection terminal (T1, T2) and the other side of the device connection terminal. A bidirectional power supply device capable of bidirectional conversion operation of DC voltage and AC voltage between (T3 and T4).
The first relay circuit (REL1) and the second relay circuit (REL2) having the first contact, the second contact, and the output terminal, respectively, are connected directly or via other circuit elements.
The center tap on the other side of the high frequency transformer is connected to the first contact of the first relay circuit directly or via another circuit element, and of the second relay circuit directly or via another circuit element. A bidirectional power supply device characterized by connecting a second contact.
前記他の回路素子は、チョークコイルである請求項1又は2に記載の双方向電源装置。 The bidirectional power supply device according to claim 1 or 2, wherein the other circuit element is a choke coil. 第1リレー回路(REL1)の出力端子と、第2リレー回路(REL2)の第1接点との接続ラインには、前記接続ラインをグランドに接続するコンデンサ(C2)が配置されている請求項1乃至請求項3の何れかに記載の双方向電源装置。 Claim 1 in which a capacitor (C2) for connecting the connection line to the ground is arranged in a connection line between the output terminal of the first relay circuit (REL1) and the first contact of the second relay circuit (REL2). The bidirectional power supply device according to any one of claims 3.
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