JP6908065B2

JP6908065B2 - Power converter

Info

Publication number: JP6908065B2
Application number: JP2019048005A
Authority: JP
Inventors: 俊太郎井上; 健一 ▲高▼木; 将紀石垣
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: JP2020150743A

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、インダクタ、コンデンサおよびスイッチング素子を用いた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device using an inductor, a capacitor, and a switching element.

入力電圧を昇圧または降圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータが知られている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、インダクタに流れる電流をスイッチングして、インダクタに誘導起電力を発生させ、その誘導起電力によって入力電圧を昇圧または降圧する。以下の特許文献１には、このようなＤＣ／ＤＣコンバータが記載されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両において、駆動用モータに電力を供給するパワーコントロールユニット等に用いられる。例えば、電動車両に搭載されたバッテリの出力電圧を昇圧することで、電力損失が比較的小さくなる電圧および電流によって駆動用モータに電力を供給する技術が提案されている。 A DC / DC converter that boosts or lowers the input voltage and outputs it is known. The DC / DC converter switches the current flowing through the inductor to generate an induced electromotive force in the inductor, and the induced electromotive force boosts or steps down the input voltage. The following Patent Document 1 describes such a DC / DC converter. The DC / DC converter is used as a power control unit or the like for supplying electric power to a drive motor in an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. For example, a technique has been proposed in which power is supplied to a drive motor by a voltage and a current in which power loss is relatively small by boosting the output voltage of a battery mounted on an electric vehicle.

特開平４−３６４３５８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-364358

一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換装置には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子が用いられる。半導体スイッチング素子には、寄生ダイオードが含まれることがある。例えば、ＭＯＳＦＥＴには、ドレイン端子とソース端子との間にソース端子側にアノード端子を向けて接続された寄生ダイオードを含むものがある。半導体スイッチング素子に寄生ダイオードが含まれる場合、スイッチング素子がオフのときであっても、寄生ダイオードの順方向に電流が流れる。そのため、電力変換装置の一対の入力端子に逆極性の電圧が印加されたときに電流のスイッチングが不可能となって、昇圧または降圧が不可能となることがある。 Generally, a semiconductor switching element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used for a power conversion device such as a DC / DC converter. Semiconductor switching devices may include parasitic diodes. For example, some MOSFETs include a parasitic diode connected between the drain terminal and the source terminal with the anode terminal facing the source terminal side. When the semiconductor switching element contains a parasitic diode, a current flows in the forward direction of the parasitic diode even when the switching element is off. Therefore, when a voltage of opposite polarity is applied to the pair of input terminals of the power converter, current switching becomes impossible, and step-up or step-down may not be possible.

本発明は、正負両極性の入力電圧に対し昇圧または降圧を行うことを目的とする。 An object of the present invention is to step up or step down an input voltage having both positive and negative polarities.

本発明は、第１シリーズ経路の一端および第２シリーズ経路の一端に設けられた一対の両極端子と、前記第１シリーズ経路に設けられた第１スイッチング素子およびシリーズインダクタと、前記第１スイッチング素子と前記シリーズインダクタとの間のパラレル経路に設けられたタンクコンデンサおよびパラレルインダクタであって、前記シリーズインダクタ側に前記タンクコンデンサが設けられ、前記第２シリーズ経路側に前記パラレルインダクタが設けられたタンクコンデンサおよびパラレルインダクタと、前記シリーズインダクタよりも前記第１シリーズ経路の他端側の点と、前記タンクコンデンサおよび前記パラレルインダクタとの間の点に設けられた第２スイッチング素子と、前記第１シリーズ経路の他端および前記第２シリーズ経路の他端に設けられた一対の直流端子と、を備え、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、交互にオンオフすることを特徴とする。 The present invention includes a pair of bipolar terminals provided at one end of a first series path and one end of a second series path, a first switching element and a series inductor provided in the first series path, and the first switching element. A tank capacitor and a parallel inductor provided in a parallel path between the series inductor and the series inductor, wherein the tank capacitor is provided on the series inductor side and the parallel inductor is provided on the second series path side. A second switching element provided between a capacitor and a parallel inductor, a point on the other end side of the first series path with respect to the series inductor, and a point between the tank capacitor and the parallel inductor, and the first series. A pair of DC terminals provided at the other end of the path and the other end of the second series path are provided, and the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off.

また、本発明は、第１シリーズ経路の一端および第２シリーズ経路の一端に設けられた一対の両極端子と、前記第１シリーズ経路に設けられた第１スイッチング素子と、前記第２シリーズ経路に設けられたシリーズインダクタと、前記第１スイッチング素子よりも前記第１シリーズ経路の他端側の点と、前記シリーズインダクタよりも前記両極端子側の点との間のパラレル経路に設けられたタンクコンデンサおよびパラレルインダクタであって、前記シリーズインダクタ側に前記タンクコンデンサが設けられ、前記第１シリーズ経路側に前記パラレルインダクタが設けられたタンクコンデンサおよびパラレルインダクタと、前記シリーズインダクタよりも前記第２シリーズ経路の他端側の点と、前記タンクコンデンサおよび前記パラレルインダクタとの間の点に設けられた第２スイッチング素子と、前記第１シリーズ経路の他端および前記第２シリーズ経路の他端に設けられた一対の直流端子と、を備え、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、交互にオンオフすることを特徴とする。 Further, the present invention relates to a pair of bipolar terminals provided at one end of the first series path and one end of the second series path, a first switching element provided in the first series path, and the second series path. A tank capacitor provided in a parallel path between the provided series inductor and a point on the other end side of the first series path with respect to the first switching element and a point on the bipolar terminal side with respect to the series inductor. And parallel inductors, the tank capacitor and parallel inductor in which the tank capacitor is provided on the series inductor side and the parallel inductor is provided on the first series path side, and the second series path rather than the series inductor. A second switching element provided at a point on the other end side of the above, a point between the tank capacitor and the parallel inductor, and the other end of the first series path and the other end of the second series path. A pair of DC terminals are provided, and the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off.

また、本発明は、第１シリーズ経路の一端および第２シリーズ経路の一端に設けられた一対の両極端子と、前記第１シリーズ経路に設けられた第１スイッチング素子およびシリーズインダクタと、前記第１スイッチング素子と前記シリーズインダクタとの間のパラレル経路に設けられたタンクコンデンサおよびパラレルインダクタであって、前記シリーズインダクタ側に前記タンクコンデンサが設けられ、前記第２シリーズ経路側に前記パラレルインダクタが設けられたタンクコンデンサおよびパラレルインダクタと、前記シリーズインダクタよりも前記第１シリーズ経路の他端側の点と、前記タンクコンデンサおよび前記パラレルインダクタとの間の点に設けられた第２スイッチング素子と、前記タンクコンデンサの両端、あるいは、前記シリーズインダクタの中途点および前記パラレルインダクタの中途点に設けられた一対の直流端子と、前記第１シリーズ経路の他端および前記第２シリーズ経路の他端の間に設けられた第２タンクコンデンサと、を備え、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、交互にオンオフすることを特徴とする。 Further, the present invention includes a pair of bipolar terminals provided at one end of the first series path and one end of the second series path, a first switching element and a series inductor provided in the first series path, and the first. A tank capacitor and a parallel inductor provided in a parallel path between the switching element and the series inductor, the tank capacitor is provided on the series inductor side, and the parallel inductor is provided on the second series path side. A second switching element provided between the tank capacitor and the parallel inductor, a point on the other end side of the first series path with respect to the series inductor, and a point between the tank capacitor and the parallel inductor, and the tank. Provided at both ends of the capacitor, or between a pair of DC terminals provided at the midpoint of the series inductor and the midpoint of the parallel inductor, and the other end of the first series path and the other end of the second series path. The second tank capacitor is provided, and the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off.

また、本発明は、第１シリーズ経路の一端および第２シリーズ経路の一端に設けられた一対の両極端子と、前記第１シリーズ経路に設けられた第１スイッチング素子と、前記第２シリーズ経路に設けられたシリーズインダクタと、前記第１スイッチング素子よりも前記第１シリーズ経路の他端側の点と、前記シリーズインダクタよりも前記両極端子側の点との間のパラレル経路に設けられたタンクコンデンサおよびパラレルインダクタであって、前記シリーズインダクタ側に前記タンクコンデンサが設けられ、前記第１シリーズ経路側に前記パラレルインダクタが設けられたタンクコンデンサおよびパラレルインダクタと、前記シリーズインダクタよりも前記第２シリーズ経路の他端側の点と、前記タンクコンデンサおよび前記パラレルインダクタとの間の点に設けられた第２スイッチング素子と、前記タンクコンデンサの両端、あるいは、前記シリーズインダクタの中途点および前記パラレルインダクタの中途点に設けられた一対の直流端子と、前記第１シリーズ経路の他端および前記第２シリーズ経路の他端の間に設けられた第２タンクコンデンサと、を備え、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、交互にオンオフすることを特徴とする。 Further, the present invention relates to a pair of bipolar terminals provided at one end of the first series path and one end of the second series path, a first switching element provided in the first series path, and the second series path. A tank capacitor provided in a parallel path between the provided series inductor and a point on the other end side of the first series path with respect to the first switching element and a point on the bipolar terminal side with respect to the series inductor. And parallel inductors, the tank capacitor and parallel inductor in which the tank capacitor is provided on the series inductor side and the parallel inductor is provided on the first series path side, and the second series path rather than the series inductor. A second switching element provided at a point on the other end side of the tank capacitor and a point between the tank capacitor and the parallel inductor, both ends of the tank capacitor, or the middle point of the series inductor and the middle point of the parallel inductor. A pair of DC terminals provided at the points, a second tank capacitor provided between the other end of the first series path and the other end of the second series path, the first switching element and the said. The second switching element is characterized in that it is turned on and off alternately.

望ましくは、一対の前記両極端子の間に設けられた第１コンデンサと、一対の前記直流端子の間に設けられた第２コンデンサと、を備える。 Desirably, a first capacitor provided between the pair of the bipolar terminals and a second capacitor provided between the pair of the DC terminals are provided.

望ましくは、前記シリーズインダクタおよび前記パラレルインダクタが結合している。 Desirably, the series inductor and the parallel inductor are coupled.

本発明によれは、正負両極性の電圧について昇圧または降圧を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to step up or step down a voltage having both positive and negative polarities.

一般的なＤＣ／ＤＣコンバータを示す図である。It is a figure which shows the general DC / DC converter. 本発明の実施形態に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar converter which concerns on embodiment of this invention. 正負両極型コンバータの動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of a positive / negative bipolar converter. 正負両極型コンバータの動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of a positive / negative bipolar converter. ＤＣ／ＤＣコンバータおよび正負両極型コンバータの昇圧比を示す図である。It is a figure which shows the step-up ratio of a DC / DC converter and a positive / negative bipolar converter. 正負両極型コンバータについてのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result about the positive-negative bipolar converter. 変形例に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar type converter which concerns on a modification. タンクコンデンサ、シリーズインダクタおよびパラレルインダクタに対する等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit for a tank capacitor, a series inductor and a parallel inductor. 本発明の実施形態に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar converter which concerns on embodiment of this invention. 変形例に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar type converter which concerns on a modification. 正負両極型コンバータについてのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result about the positive-negative bipolar converter. 変形例に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar type converter which concerns on a modification. 変形例に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar type converter which concerns on a modification. 変形例に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar type converter which concerns on a modification. 変形例に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar type converter which concerns on a modification. 変形例に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar type converter which concerns on a modification. 変形例に係る正負両極型コンバータを示す図である。It is a figure which shows the positive-negative bipolar type converter which concerns on a modification. 非接触給電システムを示す図である。It is a figure which shows the non-contact power supply system. 双方向スイッチの構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of a bidirectional switch.

各図を参照して本発明の実施形態に係る電力変換装置について説明する。本明細書における上下左右の用語は、回路図における方向を示すものであり、電力変換装置を実装する際の姿勢を限定するものではない。複数の図面に示された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。 The power conversion device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to each figure. The terms up, down, left, and right in the present specification indicate directions in the circuit diagram, and do not limit the posture when mounting the power conversion device. The same components shown in a plurality of drawings are designated by the same reference numerals to simplify the description.

図１には、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ１が示されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、第１スイッチング素子Ｓ１、第２スイッチング素子Ｓ２、インダクタＬ０、入力コンデンサＣｉ、出力コンデンサＣｏ、第１両極端子１１、第２両極端子１２、正極端子２１および負極端子２２を備えている。第２両極端子１２と正極端子２１との間には、直列接続された第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２が接続されている。各スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴで構成される場合、第１スイッチング素子Ｓ１のドレイン端子が、第２スイッチング素子Ｓ２のソース端子に接続される。第１スイッチング素子Ｓ１の端子間には、ソース端子側にアノード端子を向けてダイオードＤ１が接続されている。同様に、第２スイッチング素子Ｓ２の端子間には、ソース端子側にアノード端子を向けてダイオードＤ２が接続されている。ダイオードＤ１およびＤ２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に付随する寄生ダイオードであってよい。第１スイッチング素子Ｓ１のソース端子は第２両極端子１２に接続され、第２スイッチング素子Ｓ２のドレイン端子は正極端子２１に接続されている。第１両極端子１１および第２両極端子１２の間には入力コンデンサＣｉが接続され、正極端子２１および負極端子２２の間には出力コンデンサＣｏが接続されている。第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２との接続点には、インダクタＬ０の一端が接続されている。インダクタＬ０の他端は、第１両極端子１１および負極端子２２に接続されている。インダクタＬ０は巻線によって形成されてよい。以下のインダクタについても同様である。 FIG. 1 shows a general DC / DC converter 1. The DC / DC converter 1 includes a first switching element S1, a second switching element S2, an inductor L0, an input capacitor Ci, an output capacitor Co, a first bipolar terminal 11, a second bipolar terminal 12, a positive electrode terminal 21, and a negative electrode terminal 22. I have. A first switching element S1 and a second switching element S2 connected in series are connected between the second bipolar terminal 12 and the positive electrode terminal 21. When each switching element is composed of MOSFET, the drain terminal of the first switching element S1 is connected to the source terminal of the second switching element S2. A diode D1 is connected between the terminals of the first switching element S1 with the anode terminal facing the source terminal side. Similarly, a diode D2 is connected between the terminals of the second switching element S2 with the anode terminal facing the source terminal side. The diodes D1 and D2 may be parasitic diodes attached to the first switching element S1 and the second switching element S2, respectively. The source terminal of the first switching element S1 is connected to the second bipolar terminal 12, and the drain terminal of the second switching element S2 is connected to the positive electrode terminal 21. An input capacitor Ci is connected between the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12, and an output capacitor Co is connected between the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22. One end of the inductor L0 is connected to the connection point between the first switching element S1 and the second switching element S2. The other end of the inductor L0 is connected to the first bipolar terminal 11 and the negative electrode terminal 22. The inductor L0 may be formed by winding. The same applies to the following inductors.

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は交互にオンオフされる。第１スイッチング素子Ｓ１がオン、第２スイッチング素子Ｓ２がオフの間は、第１両極端子１１からインダクタＬ０、第１スイッチング素子Ｓ１を通って第２両極端子１２に至る電流が流れる。この状態で第１スイッチング素子Ｓ１がオフ、第２スイッチング素子Ｓ２がオンになると、インダクタＬ０に誘導起電力が発生し、この誘導起電力が、第２スイッチング素子Ｓ２またはダイオードＤ２を介して出力コンデンサＣｏに印加される。さらに、出力コンデンサＣｏの端子間電圧は、正極端子２１および負極端子２２から出力電圧Ｖｏとして出力される。 The first switching element S1 and the second switching element S2 are alternately turned on and off. While the first switching element S1 is on and the second switching element S2 is off, a current flows from the first bipolar terminal 11 through the inductor L0 and the first switching element S1 to the second bipolar terminal 12. When the first switching element S1 is turned off and the second switching element S2 is turned on in this state, an induced electromotive force is generated in the inductor L0, and this induced electromotive force is applied to the output capacitor via the second switching element S2 or the diode D2. It is applied to Co. Further, the voltage between the terminals of the output capacitor Co is output as an output voltage Vo from the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22.

入力電圧Ｖｉに対する出力電圧Ｖｏの比率Ｂｒ０（昇圧比Ｂｒ０）は、次のように表される。出力電圧Ｖｏは、負極端子２２の電位を基準とした正極端子２１の電圧である。入力電圧Ｖｉは、第２両極端子１２の電位を基準とした第１両極端子１１の電圧である。 The ratio Br0 of the output voltage Vo to the input voltage Vi (boosting ratio Br0) is expressed as follows. The output voltage Vo is the voltage of the positive electrode terminal 21 based on the potential of the negative electrode terminal 22. The input voltage Vi is the voltage of the first bipolar terminal 11 with reference to the potential of the second bipolar terminal 12.

（数１）Ｂｒ０＝Ｖｏ／Ｖｉ＝（１−Ｄ）／Ｄ
ただし、Ｄは、第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチング周期に対する、第２スイッチング素子Ｓ２がオンになる時間の割合（スイッチング素子Ｓ２のオン時比率Ｄ）である。この式は、第１スイッチング素子Ｓ１がオンになることでインダクタＬ０に印加される電圧の時間平均値（１−Ｄ）・Ｖｉと、第２スイッチング素子Ｓ２がオンになることでインダクタＬ０に印加される電圧の時間平均値Ｄ・Ｖｏとが等しくなるという関係に基づいて導かれる。 (Equation 1) Br0 = Vo / Vi = (1-D) / D
However, D is the ratio of the time during which the second switching element S2 is turned on to the switching cycle of the second switching element S2 (the on-time ratio D of the switching element S2). In this equation, the time average value (1-D) · Vi of the voltage applied to the inductor L0 when the first switching element S1 is turned on and the time average value (1-D) Vi of the voltage applied to the inductor L0 when the second switching element S2 is turned on are applied to the inductor L0. It is derived based on the relationship that the time average value D · Vo of the voltage to be formed becomes equal.

図１に示されたＤＣ／ＤＣコンバータ１では、次のような問題がある。第１両極端子１１側を負とする電圧が第１両極端子１１および第２両極端子１２に印加された場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の状態は、ダイオードＤ１に順方向の電流が流れる状態に収束する。このとき、インダクタＬ０に流れる電流を第１スイッチング素子Ｓ１によって遮断できず、インダクタＬ０に誘導起電力を発生させることができない。これによって、第１両極端子１１および第２両極端子１２から、正極端子２１および負極端子２２への電力伝送が困難となる。すなわち、図１に示されたＤＣ／ＤＣコンバータ１は、第１両極端子１１および第２両極端子１２に、第１両極端子１１側を正とする電圧が印加された場合に限って、第１両極端子１１および第２両極端子１２から、正極端子２１および負極端子２２へ電力が伝送される。 The DC / DC converter 1 shown in FIG. 1 has the following problems. When a voltage negative on the first bipolar terminal 11 side is applied to the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12, the state of the DC / DC converter 1 converges to a state in which a forward current flows through the diode D1. do. At this time, the current flowing through the inductor L0 cannot be cut off by the first switching element S1, and an induced electromotive force cannot be generated in the inductor L0. This makes it difficult to transmit power from the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12 to the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22. That is, the DC / DC converter 1 shown in FIG. 1 has a first voltage only when a voltage positive on the first bipolar terminal 11 side is applied to the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12. Electric power is transmitted from the bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12 to the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22.

図２には、本発明の実施形態に係る正負両極型コンバータ３０が示されている。正負両極型コンバータ３０は、第１両極端子１１および第２両極端子１２に印加される電圧の極性に関わらず電力伝送を可能としたものである。正負両極型コンバータ３０は、図１に示されているＤＣ／ＤＣコンバータ１に対し、第１スイッチング素子Ｓ１からインダクタＬ０（パラレルインダクタＬｐ）に至る経路にタンクコンデンサＣｔを挿入し、第１スイッチング素子Ｓ１およびタンクコンデンサＣｔの接続点と、正極端子２１との間にもう一つのインダクタとしてシリーズインダクタＬｓを設けたものである。 FIG. 2 shows a positive / negative bipolar converter 30 according to an embodiment of the present invention. The positive / negative bipolar converter 30 enables power transmission regardless of the polarity of the voltage applied to the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12. The positive / negative bipolar converter 30 inserts a tank capacitor Ct into the path from the first switching element S1 to the inductor L0 (parallel inductor Lp) in the DC / DC converter 1 shown in FIG. 1, and inserts the tank capacitor Ct into the first switching element. A series inductor Ls is provided as another inductor between the connection point of S1 and the tank capacitor Ct and the positive electrode terminal 21.

正負両極型コンバータ３０は、第１スイッチング素子Ｓ１、タンクコンデンサＣｔ、パラレルインダクタＬｐ、シリーズインダクタＬｓ、第２スイッチング素子Ｓ２、入力コンデンサＣｉ、出力コンデンサＣｏ、第１両極端子１１、第２両極端子１２、正極端子２１および負極端子２２を備えている。 The positive / negative bipolar converter 30 includes a first switching element S1, a tank capacitor Ct, a parallel inductor Lp, a series inductor Ls, a second switching element S2, an input capacitor Ci, an output capacitor Co, a first bipolar terminal 11, and a second bipolar terminal 12. , A positive electrode terminal 21 and a negative electrode terminal 22 are provided.

第２両極端子１２と正極端子２１との間には、直列接続された第１スイッチング素子Ｓ１およびシリーズインダクタＬｓが接続されている。第１スイッチング素子Ｓ１とシリーズインダクタＬｓとの接続点と、第１両極端子１１および負極端子２２を結ぶシリーズ経路導線２６との間には、直列接続されたタンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐが接続されている。タンクコンデンサＣｔとパラレルインダクタＬｐの接続点と正極端子２１との間には、第２スイッチング素子Ｓ２が接続されている。 A first switching element S1 and a series inductor Ls connected in series are connected between the second bipolar terminal 12 and the positive electrode terminal 21. A tank capacitor Ct and a parallel inductor Lp connected in series are connected between the connection point between the first switching element S1 and the series inductor Ls and the series path conductor 26 connecting the first bipolar terminal 11 and the negative electrode terminal 22. ing. The second switching element S2 is connected between the connection point of the tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp and the positive electrode terminal 21.

図３および図４を参照して、正負両極型コンバータ３０の動作について説明する。タンクコンデンサＣｔの上端と出力コンデンサＣｏの上端との間は、シリーズインダクタＬｓによって接続されている。また、タンクコンデンサＣｔの下端と出力コンデンサＣｏの下端との間は、パラレルインダクタＬｐによって接続されている。したがって、タンクコンデンサＣｔは、出力コンデンサＣｏに直流的に直接並列に接続されており、タンクコンデンサＣｔの端子間電圧の直流成分は、出力コンデンサＣｏの端子間電圧の直流成分に等しくなる。したがって、タンクコンデンサＣｔの端子間電圧の直流成分は、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の状態に関わらず、出力電圧Ｖｏの直流成分に等しい。 The operation of the positive / negative bipolar converter 30 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The upper end of the tank capacitor Ct and the upper end of the output capacitor Co are connected by a series inductor Ls. Further, the lower end of the tank capacitor Ct and the lower end of the output capacitor Co are connected by a parallel inductor Lp. Therefore, the tank capacitor Ct is directly connected in parallel to the output capacitor Co in direct current, and the DC component of the inter-terminal voltage of the tank capacitor Ct is equal to the DC component of the inter-terminal voltage of the output capacitor Co. Therefore, the DC component of the voltage between the terminals of the tank capacitor Ct is equal to the DC component of the output voltage Vo regardless of the states of the switching elements S1 and S2.

第１スイッチング素子Ｓ１がオンであり、第２スイッチング素子Ｓ２がオフである間、図３に示されているように、入力コンデンサＣｉの下端からパラレルインダクタＬｐ、タンクコンデンサＣｔおよび第１スイッチング素子Ｓ１を経て、入力コンデンサＣｉの上端に至る電流ループＱ１に電流が流れる。 While the first switching element S1 is on and the second switching element S2 is off, as shown in FIG. 3, the parallel inductor Lp, the tank capacitor Ct, and the first switching element S1 are displayed from the lower end of the input capacitor Ci. A current flows through the current loop Q1 reaching the upper end of the input capacitor Ci.

この状態で第１スイッチング素子Ｓ１がオフとなり、第２スイッチング素子Ｓ２がオンになると、電流ループＱ１に流れる電流が遮断される。これによって、図４に示されているようにパラレルインダクタＬｐに上端側を正とする誘導起電力Ｅ１が発生し、この誘導起電力Ｅ１が、第２スイッチング素子Ｓ２またはダイオードＤ２を介して出力コンデンサＣｏに印加される。コンデンサＣｏに流れる電流の経路は、パラレルインダクタＬｐの下端から出力コンデンサＣｏおよび第２スイッチング素子Ｓ２を通ってパラレルインダクタＬｐの上端に至る電流ループＦ１である。あるいは、コンデンサＣｏに流れる電流の経路は、パラレルインダクタＬｐの上端からダイオードＤ２および出力コンデンサＣｏを通ってパラレルインダクタＬｐの下端に至る電流ループＦ１である。出力コンデンサＣｏの端子間電圧Ｖｏは誘導起電力Ｅ１となり、正極端子２１および負極端子２２から出力される。 When the first switching element S1 is turned off and the second switching element S2 is turned on in this state, the current flowing through the current loop Q1 is cut off. As a result, as shown in FIG. 4, an induced electromotive force E1 whose upper end side is positive is generated in the parallel inductor Lp, and this induced electromotive force E1 is transmitted to the output capacitor via the second switching element S2 or the diode D2. It is applied to Co. The path of the current flowing through the capacitor Co is a current loop F1 from the lower end of the parallel inductor Lp to the upper end of the parallel inductor Lp through the output capacitor Co and the second switching element S2. Alternatively, the path of the current flowing through the capacitor Co is a current loop F1 from the upper end of the parallel inductor Lp to the lower end of the parallel inductor Lp through the diode D2 and the output capacitor Co. The voltage Vo between the terminals of the output capacitor Co becomes an induced electromotive force E1, and is output from the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22.

また、第２スイッチング素子Ｓ２がオンである間、タンクコンデンサＣｔの上端からシリーズインダクタＬｓ、第２スイッチング素子Ｓ２を経てタンクコンデンサＣｔの下端に至る電流ループＱ２に電流が流れる。 Further, while the second switching element S2 is on, a current flows through the current loop Q2 from the upper end of the tank capacitor Ct to the lower end of the tank capacitor Ct via the series inductor Ls and the second switching element S2.

この状態で第２スイッチング素子Ｓ２がオフとなり、第１スイッチング素子Ｓ１がオンになると、電流ループＱ２に流れる電流が遮断される。これによって、図３に示されているようにシリーズインダクタＬｓには右端側を正とする誘導起電力Ｅ２が発生し、この誘導起電力Ｅ２から入力電圧Ｖｉが減算された電圧が、出力コンデンサＣｏに印加される。すなわち、シリーズインダクタＬｓの左端と入力コンデンサＣｉの上端が第１スイッチング素子Ｓ１によって短絡され、シリーズインダクタＬｓに発生した誘導起電力Ｅ２から、入力コンデンサＣｉの充電電圧Ｖｉが減算された電圧Ｅ２−Ｖｉが、出力コンデンサＣｏに印加される。出力コンデンサＣｏに流れる電流の経路は、シリーズインダクタＬｓの左端から第１スイッチング素子Ｓ１、入力コンデンサＣｉ、出力コンデンサＣｏを経て、シリーズインダクタＬｓの右端に至る電流ループＦ２である。あるいは、出力コンデンサＣｏに流れる電流の経路は、シリーズインダクタＬｓの右端から出力コンデンサＣｏ、入力コンデンサＣｉおよびダイオードＤ１を経てシリーズインダクタＬｓの左端に至る電流ループＦ２である。出力コンデンサＣｏの端子間電圧Ｖｏは、正極端子２１および負極端子２２から出力される。定常状態の動作では、誘導起電力Ｅ２は、入力電圧Ｖｉに出力電圧Ｖｏを加算した値に等しく、Ｅ２＝Ｖｏ＋Ｖｉが成立する。 When the second switching element S2 is turned off and the first switching element S1 is turned on in this state, the current flowing through the current loop Q2 is cut off. As a result, as shown in FIG. 3, an induced electromotive force E2 whose right end side is positive is generated in the series inductor Ls, and the voltage obtained by subtracting the input voltage Vi from this induced electromotive force E2 is the output capacitor Co. Is applied to. That is, the left end of the series inductor Ls and the upper end of the input capacitor Ci are short-circuited by the first switching element S1, and the voltage E2-Vi obtained by subtracting the charging voltage Vi of the input capacitor Ci from the induced electromotive force E2 generated in the series inductor Ls. Is applied to the output capacitor Co. The path of the current flowing through the output capacitor Co is a current loop F2 from the left end of the series inductor Ls to the right end of the series inductor Ls via the first switching element S1, the input capacitor Ci, and the output capacitor Co. Alternatively, the path of the current flowing through the output capacitor Co is a current loop F2 from the right end of the series inductor Ls to the left end of the series inductor Ls via the output capacitor Co, the input capacitor Ci and the diode D1. The voltage Vo between the terminals of the output capacitor Co is output from the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22. In the steady state operation, the induced electromotive force E2 is equal to the value obtained by adding the output voltage Vo to the input voltage Vi, and E2 = Vo + Vi is established.

正負両極型コンバータ３０では、第１両極端子１１からパラレルインダクタＬｐ、タンクコンデンサＣｔ、および第１スイッチング素子Ｓ１を経て第２両極端子１２に至る電流ループＱ１において、タンクコンデンサＣｔが第１スイッチング素子Ｓ１側を正とした電圧で充電されている。したがって、第１両極端子１１および第２両極端子１２に印加される入力電圧Ｖｉの大きさが所定範囲内であれば、入力電圧Ｖｉの極性に関わらず、ダイオードＤ１に順方向電流が流れない。そのため、入力電圧Ｖｉの極性に関わらず、第１スイッチング素子Ｓ１によってパラレルインダクタＬｐに流れる電流がスイッチングされ得る。これによって、第１両極端子１１および第２両極端子１２から、正極端子２１および負極端子２２へ電力が伝送される。したがって、正負両極型コンバータ３０は、交流成分を含む電圧を直流電圧に変換するインバータとして用いられてよい。例えば、振動発電によって得られる電圧は交流成分を含んでおり、正負両極型コンバータ３０は、振動発電によって得られる電圧を直流電圧に変換するインバータとして用いられてよい。正負両極型コンバータ３０についての昇圧比Ｂｒは次のように表される。 In the positive / negative bipolar converter 30, the tank capacitor Ct is the first switching element S1 in the current loop Q1 from the first bipolar terminal 11 to the second bipolar terminal 12 via the parallel inductor Lp, the tank capacitor Ct, and the first switching element S1. It is charged with a positive voltage on the side. Therefore, if the magnitude of the input voltage Vi applied to the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12 is within a predetermined range, no forward current flows through the diode D1 regardless of the polarity of the input voltage Vi. Therefore, the current flowing through the parallel inductor Lp can be switched by the first switching element S1 regardless of the polarity of the input voltage Vi. As a result, electric power is transmitted from the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12 to the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22. Therefore, the positive / negative bipolar converter 30 may be used as an inverter that converts a voltage including an AC component into a DC voltage. For example, the voltage obtained by vibration power generation contains an AC component, and the positive / negative bipolar converter 30 may be used as an inverter that converts the voltage obtained by vibration power generation into a DC voltage. The boost ratio Br for the positive / negative bipolar converter 30 is expressed as follows.

（数２）Ｂｒ＝Ｖｏ／Ｖｉ＝（１−Ｄ）／（２Ｄ−１） (Equation 2) Br = Vo / Vi = (1-D) / (2D-1)

この式は、第１スイッチング素子Ｓ１がオンになることによってシリーズインダクタＬｓに印加される電圧の時間平均値（１−Ｄ）・（Ｖｉ＋Ｖｏ）と、第２スイッチング素子Ｓ２がオンになることによってシリーズインダクタＬｓに印加される電圧の時間平均値Ｄ・Ｖｏとが等しくなるという関係に基づいて導かれる。 This equation is based on the time average value (1-D) · (Vi + Vo) of the voltage applied to the series inductor Ls when the first switching element S1 is turned on and the series when the second switching element S2 is turned on. It is derived based on the relationship that the time average value D · Vo of the voltage applied to the inductor Ls becomes equal.

図５には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の昇圧比Ｂｒ０と、正負両極型コンバータ３０の昇圧比Ｂｒが示されている。横軸は、第２スイッチング素子Ｓ２のオン時比率Ｄを示し、縦軸は、昇圧比Ｂｒ０およびＢｒの数値を示す。昇圧比Ｂｒ０は、オン時比率Ｄが０に近い程大きく、オン時比率Ｄが大きくなるにつれて０に近付き、オン時比率Ｄが１のときに０となる。昇圧比Ｂｒは、第２両極端子１２の電位を基準とした入力電圧Ｖｉが正であるときは、オン時比率Ｄが０．５に近い程大きく、オン時比率Ｄが０．５よりも大きくなるにつれて０に近付き、オン時比率Ｄが１のときに０となる。昇圧比Ｂｒが、０よりも大きく１よりも小さいときは、正負両極型コンバータ３０は降圧コンバータとして動作する。昇圧比Ｂｒが１よりも大きいときは、正負両極型コンバータ３０は昇圧コンバータとして動作する。また、昇圧比Ｂｒは、第２両極端子１２の電位を基準とした入力電圧Ｖｉが負であるときは、オン時比率Ｄが０．５に近い程負方向に大きく、オン時比率Ｄが０に向けて小さくなるにつれて−１に近付く。 FIG. 5 shows the boost ratio Br0 of the DC / DC converter 1 and the boost ratio Br of the positive / negative bipolar converter 30. The horizontal axis represents the on-time ratio D of the second switching element S2, and the vertical axis represents the numerical values of the step-up ratios Br0 and Br. The boost ratio Br0 increases as the on-time ratio D approaches 0, approaches 0 as the on-time ratio D increases, and becomes 0 when the on-time ratio D is 1. When the input voltage Vi based on the potential of the second bipolar terminal 12 is positive, the boost ratio Br is larger as the on-time ratio D is closer to 0.5, and is larger than 0.5 when the on-time ratio D is larger than 0.5. As it becomes, it approaches 0, and becomes 0 when the on-time ratio D is 1. When the step-up ratio Br is larger than 0 and smaller than 1, the positive / negative bipolar converter 30 operates as a step-down converter. When the boost ratio Br is larger than 1, the positive / negative bipolar converter 30 operates as a boost converter. Further, when the input voltage Vi based on the potential of the second bipolar terminal 12 is negative, the boost ratio Br increases in the negative direction as the on-time ratio D approaches 0.5, and the on-time ratio D is 0. It approaches -1 as it becomes smaller toward.

一般に、スイッチング素子は、オン時比率が０．５に近い程、電力損失が小さくなる。第１スイッチング素子Ｓ１のオン時比率１−Ｄおよび第２スイッチング素子Ｓ２のオン時比率Ｄを０．５に近い値で動作させることで、正負両極型コンバータ３０の電力損失が抑制される。 In general, the power loss of a switching element decreases as the on-time ratio approaches 0.5. By operating the on-time ratio 1-D of the first switching element S1 and the on-time ratio D of the second switching element S2 at values close to 0.5, the power loss of the positive / negative bipolar converter 30 is suppressed.

図６（ａ）〜図６（ｃ）には、正負両極型コンバータ３０についてのシミュレーション結果が示されている。各図の横軸は時間を示し、縦軸はシミュレーションによって得られた数値を示す。 6 (a) to 6 (c) show simulation results for the positive / negative bipolar converter 30. The horizontal axis of each figure shows time, and the vertical axis shows numerical values obtained by simulation.

図６（ａ）には入力電圧Ｖｉが示されている。入力電圧Ｖｉは、時間経過と共に正負に変動している。図６（ｂ）には、入力電力Ｐｉｎおよび出力電力Ｐｏｕｔが示されている。入力電力Ｐｉｎは、第１両極端子１１および第２両極端子１２から入力される電力をいい、出力電力Ｐｏｕｔは、正極端子２１および負極端子２２から出力される電力をいう。図６（ｃ）には出力電圧Ｖｏが示されている。これらの図に示されているように、入力電圧Ｖｉが正負に変動しても、極性が一定の出力電力Ｐｏｕｔおよび出力電圧Ｖｏが得られている。 FIG. 6A shows the input voltage Vi. The input voltage Vi fluctuates positively and negatively with the passage of time. FIG. 6B shows an input power Pin and an output power Pout. The input power Pin refers to the power input from the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12, and the output power Pout refers to the power output from the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22. The output voltage Vo is shown in FIG. 6 (c). As shown in these figures, even if the input voltage Vi fluctuates positively or negatively, the output power Pout and the output voltage Vo having a constant polarity are obtained.

図７には、変形例に係る正負両極型コンバータ３２が示されている。正負両極型コンバータ３２は、正負両極型コンバータ３０に対し、シリーズインダクタＬｓとパラレルインダクタＬｐとが結合する点が異なる。シリーズインダクタＬｓおよびパラレルインダクタＬｐの傍らに付された黒丸は、黒丸側の端子から流入する電流が増加したときに、黒丸が付された側の端子を正とする誘導起電力が発生することを意味している。インダクタの傍らに付された黒丸が有する意味は、以下の説明においても同様である。 FIG. 7 shows a positive / negative bipolar converter 32 according to a modified example. The positive / negative bipolar converter 32 is different from the positive / negative bipolar converter 30 in that the series inductor Ls and the parallel inductor Lp are coupled. The black circles attached to the side of the series inductor Ls and the parallel inductor Lp indicate that when the current flowing in from the terminals on the black circle side increases, an induced electromotive force is generated with the terminals on the black circle side as positive. Means. The meaning of the black circle attached to the side of the inductor is the same in the following description.

図８には、タンクコンデンサＣｔ、シリーズインダクタＬｓおよびパラレルインダクタＬｐに対する等価回路が示されている。シリーズインダクタＬｓおよびパラレルインダクタＬｐは、それぞれ、漏れインダクタＬＬｓおよびＬＬｐに置き換えられている。シリーズインダクタＬｓおよびパラレルインダクタＬｐの自己インダクタンスを、それぞれ、Ｌ１およびＬ２とし、結合係数をｋとする。このとき、漏れインダクタＬＬｓのインダクタンスＬｄ１はＬｄ１＝（１−ｋ）・Ｌ１である。漏れインダクタＬＬｐのインダクタンスＬｄ２はＬｄ１＝（１−ｋ）・Ｌ２である。 FIG. 8 shows an equivalent circuit for the tank capacitor Ct, the series inductor Ls, and the parallel inductor Lp. The series inductor Ls and the parallel inductor Lp are replaced with the leakage inductors LLs and LLp, respectively. Let the self-inductances of the series inductor Ls and the parallel inductor Lp be L1 and L2, respectively, and let the coupling coefficient be k. At this time, the inductance Ld1 of the leakage inductor LLs is Ld1 = (1-k) · L1. The inductance Ld2 of the leakage inductor LLp is Ld1 = (1-k) · L2.

この等価回路では、漏れインダクタＬＬｓの一端と漏れインダクタＬＬｐの一端との間にタンクコンデンサＣｔが接続されている。漏れインダクタＬＬｓの他端は正極端子２１に接続され、漏れインダクタＬＬｐの他端は負極端子２２に接続され、正極端子２１と負極端子２２との間には、出力コンデンサＣｏが接続されている。漏れインダクタＬＬｓ、漏れインダクタＬＬｐおよび出力コンデンサＣｏは、ローパスフィルタＬＰＦを構成する。タンクコンデンサＣｔから出力されるノイズ電圧およびノイズ電流は、ローパスフィルタＬＰＦによって減衰された上で正極端子２１および負極端子２２から出力される。 In this equivalent circuit, the tank capacitor Ct is connected between one end of the leakage inductor LLs and one end of the leakage inductor LLp. The other end of the leakage inductor LLs is connected to the positive electrode terminal 21, the other end of the leakage inductor LLp is connected to the negative electrode terminal 22, and the output capacitor Co is connected between the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22. The leakage inductor LLs, the leakage inductor LLp and the output capacitor Co form a low-pass filter LPF. The noise voltage and noise current output from the tank capacitor Ct are attenuated by the low-pass filter LPF and then output from the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22.

このように、シリーズインダクタＬｓおよびパラレルインダクタＬｐは、昇降圧インダクタとして用いられる他、出力コンデンサＣｏと共にローパスフィルタＬＰＦを構成する。このローパスフィルタＬＰＦが正負両極型コンバータ３２から出力されるノイズ電圧およびノイズ電流を低減する。昇降圧インダクタをＬＰＦを構成するインダクタとして用いているため、ＬＰＦを構成するためのインダクタが必ずしも追加される必要はない。 As described above, the series inductor Ls and the parallel inductor Lp are used as the buck-boost inductor and also form a low-pass filter LPF together with the output capacitor Co. This low-pass filter LPF reduces the noise voltage and noise current output from the positive / negative bipolar converter 32. Since the buck-boost inductor is used as the inductor that constitutes the LPF, it is not always necessary to add an inductor for forming the LPF.

漏れインダクタＬＬｓおよびＬＬｐは、タンクコンデンサＣｔおよび出力コンデンサＣｏに流れる電流の変化を抑制する。そのため、出力電力Ｐｏが急激に変化したときや、入力電力Ｐｉの投入時には、タンクコンデンサＣｔの端子間電圧と出力コンデンサＣｏの端子間電圧が同一になるまでの時間が長くなる場合がある。そこで、結合係数ｋを０より大きく１より小さい適切な値とすることで、ローパスフィルタＬＰＦを実現すると共に、タンクコンデンサＣｔの端子間電圧と出力コンデンサＣｏの端子間電圧を迅速に同一値に収束させることができる。 The leakage inductors LLs and LLp suppress changes in the current flowing through the tank capacitor Ct and the output capacitor Co. Therefore, when the output power Po changes abruptly or when the input power Pi is input, it may take a long time for the voltage between the terminals of the tank capacitor Ct and the voltage between the terminals of the output capacitor Co to become the same. Therefore, by setting the coupling coefficient k to an appropriate value larger than 0 and smaller than 1, a low-pass filter LPF is realized, and the voltage between the terminals of the tank capacitor Ct and the voltage between the terminals of the output capacitor Co are quickly converged to the same value. Can be made to.

図９には、本発明の第２実施形態に係る正負両極型コンバータ３４が示されている。正負両極型コンバータ３０に対し、正負両極型コンバータ３４は、シリーズインダクタＬｓの中途点Ｔｓに正極端子２１が設けられ、パラレルインダクタＬｐの中途点Ｔｐに負極端子２２が設けられた点が異なる。正極端子２１および負極端子２２との間には、出力コンデンサＣｏが設けられている。シリーズインダクタＬｓの右端とシリーズ経路導線２６との間には第２タンクコンデンサＣｔ２が設けられている。第２タンクコンデンサＣｔ２は、正負両極型コンバータ３０における出力コンデンサＣｏに対応する。シリーズインダクタＬｓのセンタータップを中途点Ｔｓとし、パラレルインダクタＬｐのセンタータップを中途点Ｔｐとすることで、中途点Ｔｓと中途点Ｔｐとの間の電圧に含まれる交流成分が抑制される。これによって、正極端子２１および負極端子２２から出力される出力電圧Ｖｏのリプル成分が抑制される。 FIG. 9 shows a positive / negative bipolar converter 34 according to a second embodiment of the present invention. The positive / negative bipolar converter 34 is different from the positive / negative bipolar converter 30 in that the positive electrode terminal 21 is provided at the midpoint Ts of the series inductor Ls and the negative electrode terminal 22 is provided at the midpoint Tp of the parallel inductor Lp. An output capacitor Co is provided between the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22. A second tank capacitor Ct2 is provided between the right end of the series inductor Ls and the series path conductor 26. The second tank capacitor Ct2 corresponds to the output capacitor Co in the positive / negative bipolar converter 30. By setting the center tap of the series inductor Ls as the midpoint Ts and the center tap of the parallel inductor Lp as the midpoint Tp, the AC component included in the voltage between the midpoint Ts and the midpoint Tp is suppressed. As a result, the ripple component of the output voltage Vo output from the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22 is suppressed.

図１０には、変形例に係る正負両極型コンバータ３６が示されている。正負両極型コンバータ３６は、正負両極型コンバータ３４に対し、シリーズインダクタＬｓとパラレルインダクタＬｐとが結合する点が異なる。シリーズインダクタＬｓとパラレルインダクタＬｐとを結合させることで、タンクコンデンサＣｔおよび出力コンデンサＣｏの各端子間電圧が迅速に収束する。 FIG. 10 shows a positive / negative bipolar converter 36 according to a modified example. The positive / negative bipolar converter 36 is different from the positive / negative bipolar converter 34 in that the series inductor Ls and the parallel inductor Lp are coupled to each other. By coupling the series inductor Ls and the parallel inductor Lp, the voltage between each terminal of the tank capacitor Ct and the output capacitor Co quickly converges.

図１１（ａ）〜図１１（ｄ）には、正負両極型コンバータ３６についてのシミュレーション結果が示されている。各図の横軸は時間を示し、縦軸はシミュレーションによって得られた数値を示す。 11 (a) to 11 (d) show simulation results for the positive / negative bipolar converter 36. The horizontal axis of each figure shows time, and the vertical axis shows numerical values obtained by simulation.

図１１（ａ）には、シリーズインダクタＬｓを構成する第１シリーズインダクタＬｓａおよび第２シリーズインダクタＬｓｂの端子間電圧ＶｓａおよびＶｓｂと、パラレルインダクタＬｐを構成する第１パラレルインダクタＬｐａおよび第２パラレルインダクタＬｐｂの端子間電圧ＶｐａおよびＶｐｂが示されている。これらの端子間電圧は同一となる。各インダクタについては、黒丸が付された側の端子から流入する電流を正とし、黒丸が付された側の端子から流入する電流が増加するときに、黒丸が付された側を正とする誘導起電力が発生する。また、各インダクタの端子間電圧は、黒丸が付されていない側の端子の電位を基準とする。各コンデンサについては、「＋」の符号が付されている側に流入する電流を正とする。 FIG. 11A shows the voltage Vsa and Vsb between the terminals of the first series inductor Lsa and the second series inductor Lsb constituting the series inductor Ls, and the first parallel inductor Lpa and the second parallel inductor constituting the parallel inductor Lp. The voltage between terminals Vpa and Vpb of Lpb are shown. The voltage between these terminals is the same. For each inductor, the current flowing from the terminal with the black circle is positive, and when the current flowing from the terminal with the black circle increases, the side with the black circle is positive. Electromotive force is generated. The voltage between the terminals of each inductor is based on the potential of the terminal on the side not marked with a black circle. For each capacitor, the current flowing into the side marked with "+" is positive.

スイッチングの周期をＴとすると、各端子間電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂ、ＶｐａおよびＶｐｂは１周期ＴのうちのＤ・Ｔの間はハイ電圧Ｈとなり、１周期Ｔのうち（１−Ｄ）・Ｔの間はロー電圧Ｗとなる。各端子間電圧は、ハイ電圧Ｈおよびロー電圧Ｗを繰り返す。ハイ電圧Ｈは入力電圧Ｖｉおよび出力電圧Ｖｏを加算した値の半分に等しく、ロー電圧Ｗは出力電圧Ｖｏの極性を反転した値−Ｖｏの半分に等しい。 Assuming that the switching cycle is T, the inter-terminal voltages Vsa, Vsb, Vpa and Vpb are high voltages H during D and T in one cycle T, and (1-D) and T in one cycle T. During that time, the low voltage W is obtained. The voltage between each terminal repeats high voltage H and low voltage W. The high voltage H is equal to half the value obtained by adding the input voltage Vi and the output voltage Vo, and the low voltage W is equal to half the value − Vo obtained by reversing the polarity of the output voltage Vo.

図１１（ｂ）には、第１シリーズインダクタＬｓａおよび第２シリーズインダクタＬｓｂに流れる電流ＩｓａおよびＩｓｂが示されている。図１１（ｃ）には、第１パラレルインダクタＬｐａおよび第２パラレルインダクタＬｐｂに流れる電流ＩｐａおよびＩｐｂが示されている。各電流は、第１スイッチング素子Ｓ１がオンであり第２スイッチング素子Ｓ２がオフであるときに増加し、第１スイッチング素子Ｓ１がオフであり第２スイッチング素子Ｓ２がオンのときに減少する。 FIG. 11B shows the currents Isa and Isb flowing through the first series inductor Lsa and the second series inductor Lsb. FIG. 11C shows the currents Ipa and Ipb flowing through the first parallel inductor Lpa and the second parallel inductor Lpb. Each current increases when the first switching element S1 is on and the second switching element S2 is off, and decreases when the first switching element S1 is off and the second switching element S2 is on.

図１１（ｄ）には、タンクコンデンサＣｔに流れる電流Ｉｃ１、第２タンクコンデンサＣｔ２に流れる電流Ｉｃ２、第１両極端子１１に流入する入力電流Ｉｉｎ、および正極端子２１から流出する出力電流Ｉｏｕｔが示されている。ただし、電流Ｉｃ１は、タンクコンデンサＣｔの上端から流入する電流を正とし、電流Ｉｃ２は、第２タンクコンデンサＣｔ２の上端から流入する電流を正とする。 FIG. 11D shows the current Ic1 flowing through the tank capacitor Ct, the current Ic2 flowing through the second tank capacitor Ct2, the input current Iin flowing into the first bipolar terminal 11, and the output current Iout flowing out from the positive electrode terminal 21. Has been done. However, the current Ic1 is positive for the current flowing in from the upper end of the tank capacitor Ct, and the current Ic2 is positive for the current flowing in from the upper end of the second tank capacitor Ct2.

図１０を参照してシミュレーション結果について説明する。第２スイッチング素子Ｓ２がオフであり、第１スイッチング素子Ｓ１がオンである間、第１両極端子１１からパラレルインダクタＬｐ、タンクコンデンサＣｔおよび第１スイッチング素子Ｓ１を介して第２両極端子１２に至る電流Ｉｃ１が流れる。また、第１両極端子１１から、第２タンクコンデンサＣｔ２およびシリーズインダクタＬｓおよび第１スイッチング素子Ｓ１を流れる電流Ｉｃ２が流れる。第１シリーズインダクタＬｓａに流れる電流Ｉｓａから第２シリーズインダクタＬｓｂに流れる電流Ｉｓｂを減算した電流は、第１パラレルインダクタＬｐａに流れる電流Ｉｐａから第２パラレルインダクタＬｐｂに流れる電流Ｉｐｂを減算した電流に等しい。この電流は、出力コンデンサＣｏに流れる出力電流Ｉｏｕｔである。そして、電流Ｉｃ１、電流Ｉｃ２および出力電流Ｉｏｕｔに応じた入力電流Ｉｉｎが、第１両極端子１１および第２両極端子１２に流れる。 The simulation results will be described with reference to FIG. While the second switching element S2 is off and the first switching element S1 is on, the first bipolar terminal 11 reaches the second bipolar terminal 12 via the parallel inductor Lp, the tank capacitor Ct, and the first switching element S1. The current Ic1 flows. Further, a current Ic2 flowing through the second tank capacitor Ct2, the series inductor Ls, and the first switching element S1 flows from the first bipolar terminal 11. The current obtained by subtracting the current Isb flowing through the second series inductor Lsb from the current Isa flowing through the first series inductor Lsa is equal to the current obtained by subtracting the current Ipb flowing through the second parallel inductor Lpb from the current Ipa flowing through the first parallel inductor Lpa. .. This current is the output current Iout flowing through the output capacitor Co. Then, the input current Iin corresponding to the current Ic1, the current Ic2, and the output current Iout flows to the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12.

第２スイッチング素子Ｓ２がオンであり、第１スイッチング素子Ｓ１がオフである間、入力電流Ｉｉｎは０である。このとき、タンクコンデンサＣｔの上端からシリーズインダクタＬｓ、第２スイッチング素子Ｓ２を経てタンクコンデンサＣｔの下端に至る電流Ｉｃ１が流れる。また、パラレルインダクタＬｐの下端から第２タンクコンデンサＣｔ２および第２スイッチング素子Ｓ２を通ってパラレルインダクタＬｐの上端に至る電流Ｉｃ２、あるいは、パラレルインダクタＬｐの上端からダイオードＤ２および第２タンクコンデンサＣｔ２を通ってパラレルインダクタＬｐの下端に至る電流Ｉｃ２が流れる。第１シリーズインダクタＬｓａに流れる電流Ｉｓａから第２シリーズインダクタＬｓｂに流れる電流Ｉｓｂを減算した電流、すなわち、第１パラレルインダクタＬｐａに流れる電流Ｉｐａから第２パラレルインダクタＬｐｂに流れる電流Ｉｐｂを減算した電流が出力電流Ｉｏｕｔとして流れる。 The input current Iin is 0 while the second switching element S2 is on and the first switching element S1 is off. At this time, a current Ic1 flows from the upper end of the tank capacitor Ct through the series inductor Ls and the second switching element S2 to the lower end of the tank capacitor Ct. Further, the current Ic2 from the lower end of the parallel inductor Lp to the upper end of the parallel inductor Lp through the second tank capacitor Ct2 and the second switching element S2, or the diode D2 and the second tank capacitor Ct2 from the upper end of the parallel inductor Lp. The current Ic2 reaches the lower end of the parallel inductor Lp. The current that is obtained by subtracting the current Isb that flows through the second series inductor Lsb from the current Isa that flows through the first series inductor Lsa, that is, the current that is obtained by subtracting the current Ipb that flows through the second parallel inductor Lpb from the current Ipa that flows through the first parallel inductor Lpa. It flows as an output current Iout.

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のオンオフに関わらず、出力電流Ｉｏｕｔは一定であり、リプル成分が抑制されている。 The output current Iout is constant and the ripple component is suppressed regardless of whether the first switching element S1 and the second switching element S2 are turned on or off.

図１２（ａ）〜図１２（ｄ）には、正負両極型コンバータ５０１（３０）に加えて、変形例に係る正負両極型コンバータ５０２〜５０４が示されている。図１２（ａ）に示されている正負両極型コンバータ５０１は、図２に示されている正負両極型コンバータ３０と同一のものである。図１２（ｂ）に示されている正負両極型コンバータ５０２は、正負両極型コンバータ５０１において第２両極端子１２とシリーズインダクタＬｓとの間に接続されていた第１スイッチング素子Ｓ１を、第１両極端子１１とパラレルインダクタＬｐとの間に接続したものである。図１２（ｃ）に示されている正負両極型コンバータ５０３は、図１２（ｂ）に示されている正負両極型コンバータ５０２における入力電圧Ｖｉおよび出力電圧Ｖｏの極性を逆にし、さらに、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の極性を逆にしたものである。ここでスイッチング素子の極性を逆にするとは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴをＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴに置き換えたり、ＮＰＮ型のトランジスタをＰＮＰ型のトランジスタに置き換えたりする等、半導体のＰ型およびＮ型を逆にすることをいう。図１２（ｄ）に示されている正負両極型コンバータ５０４は、図１２（ｃ）に示されている正負両極型コンバータ５０３において第２両極端子１２とパラレルインダクタＬｐとの間に接続されていた第１スイッチング素子Ｓ１を、第１両極端子１１とシリーズインダクタＬｓとの間に接続したものである。 In addition to the positive / negative bipolar converter 501 (30), FIGS. 12 (a) to 12 (d) show positive / negative bipolar converters 501 to 504 according to a modified example. The positive / negative bipolar converter 501 shown in FIG. 12A is the same as the positive / negative bipolar converter 30 shown in FIG. In the positive / negative bipolar converter 502 shown in FIG. 12B, the first switching element S1 connected between the second bipolar terminal 12 and the series inductor Ls in the positive / negative bipolar converter 501 is the first extreme. It is connected between the child 11 and the parallel inductor Lp. The positive / negative bipolar converter 503 shown in FIG. 12 (c) reverses the polarities of the input voltage Vi and the output voltage Vo in the positive / negative bipolar converter 502 shown in FIG. 12 (b), and further, the first The polarities of the switching element S1 and the second switching element S2 are reversed. Here, reversing the polarity of the switching element means replacing the P-type and N-type semiconductors with P-channel MOSFETs, replacing NPN-type transistors with PNP-type transistors, and so on. It means to reverse. The positive / negative bipolar converter 504 shown in FIG. 12 (d) was connected between the second bipolar terminal 12 and the parallel inductor Lp in the positive / negative bipolar converter 503 shown in FIG. 12 (c). The first switching element S1 is connected between the first bipolar terminal 11 and the series inductor Ls.

図１３（ａ）〜図１３（ｄ）には、正負両極型コンバータ６０１（３４）に加えて、変形例に係る正負両極型コンバータ６０２〜６０４が示されている。図１３（ａ）に示されている正負両極型コンバータ６０１は、図９に示されている正負両極型コンバータ３４と同一のものである。図１３（ｂ）に示されている正負両極型コンバータ６０２は、正負両極型コンバータ６０１において第２両極端子１２とシリーズインダクタＬｓとの間に接続されていた第１スイッチング素子Ｓ１を、第１両極端子１１とパラレルインダクタＬｐとの間に接続したものである。図１３（ｃ）に示されている正負両極型コンバータ６０３は、図１３（ｂ）に示されている正負両極型コンバータ６０２における入力電圧Ｖｉおよび出力電圧Ｖｏの極性を逆にし、さらに、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の極性を逆にしたものである。図１３（ｄ）に示されている正負両極型コンバータ６０４は、図１３（ｃ）に示されている正負両極型コンバータ６０３において第２両極端子１２とパラレルインダクタＬｐとの間に接続されていた第１スイッチング素子Ｓ１を、第１両極端子１１とシリーズインダクタＬｓとの間に接続したものである。 13 (a) to 13 (d) show, in addition to the positive / negative bipolar converter 601 (34), the positive / negative bipolar converters 602 to 604 according to the modified example. The positive / negative bipolar converter 601 shown in FIG. 13A is the same as the positive / negative bipolar converter 34 shown in FIG. The positive / negative bipolar converter 602 shown in FIG. 13B is a positive / negative bipolar converter 601 in which the first switching element S1 connected between the second bipolar terminal 12 and the series inductor Ls is the first extreme. It is connected between the child 11 and the parallel inductor Lp. The positive / negative bipolar converter 603 shown in FIG. 13 (c) reverses the polarities of the input voltage Vi and the output voltage Vo in the positive / negative bipolar converter 602 shown in FIG. 13 (b), and further, the first The polarities of the switching element S1 and the second switching element S2 are reversed. The positive / negative bipolar converter 604 shown in FIG. 13 (d) was connected between the second bipolar terminal 12 and the parallel inductor Lp in the positive / negative bipolar converter 603 shown in FIG. 13 (c). The first switching element S1 is connected between the first bipolar terminal 11 and the series inductor Ls.

図１４（ａ）〜図１４（ｄ）には、それぞれ、変形例に係る正負両極型コンバータ７０１〜７０４が示されている。正負両極型コンバータ７０１〜７０４は、それぞれ、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示された正負両極型コンバータ５０１〜５０４において出力コンデンサＣｏの両端に設けられていた正極端子２１および負極端子２２を、タンクコンデンサＣｔの両端に設けたものである。 14 (a) to 14 (d) show positive and negative bipolar converters 701 to 704, respectively, according to a modified example. The positive and negative bipolar converters 701 to 704 are the positive electrode terminals 21 and the negative electrode terminals provided on both ends of the output capacitor Co in the positive and negative bipolar converters 501 to 504 shown in FIGS. 12 (a) to 12 (d), respectively. 22 is provided at both ends of the tank capacitor Ct.

図１５（ａ）〜図１５（ｄ）には、正負両極型コンバータ８０１（３２）に加えて、変形例に係る正負両極型コンバータ８０２〜８０４が示されている。図１５（ａ）に示されている正負両極型コンバータ８０１は、図７に示されている正負両極型コンバータ３２と同一のものである。図１５（ｂ）〜図１５（ｄ）に示されている正負両極型コンバータ８０２〜８０４は、それぞれ、図１２（ｂ）〜図１２（ｄ）に示されている正負両極型コンバータ５０２〜５０４について、シリーズインダクタＬｓとパラレルインダクタＬｐを結合させたものである。 15 (a) to 15 (d) show, in addition to the positive / negative bipolar converter 801 (32), the positive / negative bipolar converters 802 to 804 according to the modified example. The positive / negative bipolar converter 801 shown in FIG. 15A is the same as the positive / negative bipolar converter 32 shown in FIG. 7. The positive and negative bipolar converters 802 to 804 shown in FIGS. 15 (b) to 15 (d) are the positive and negative bipolar converters 502 to 504 shown in FIGS. 12 (b) to 12 (d), respectively. Is a combination of the series inductor Ls and the parallel inductor Lp.

図１６（ａ）〜図１６（ｄ）には、正負両極型コンバータ９０１（３６）に加えて、変形例に係る正負両極型コンバータ９０２〜９０４が示されている。図１６（ａ）に示されている正負両極型コンバータ９０１は、図１０に示されている正負両極型コンバータ３６と同一のものである。図１６（ｂ）〜図１６（ｄ）に示されている正負両極型コンバータ９０２〜９０４は、それぞれ、図１３（ｂ）〜図１３（ｄ）に示されている正負両極型コンバータ６０２〜６０４について、シリーズインダクタＬｓとパラレルインダクタＬｐを結合させたものである。 16 (a) to 16 (d) show, in addition to the positive / negative bipolar converter 901 (36), the positive / negative bipolar converters 902 to 904 according to the modified example. The positive / negative bipolar converter 901 shown in FIG. 16A is the same as the positive / negative bipolar converter 36 shown in FIG. The positive and negative bipolar converters 902 to 904 shown in FIGS. 16 (b) to 16 (d) are the positive and negative bipolar converters 602 to 604 shown in FIGS. 13 (b) to 13 (d), respectively. Is a combination of the series inductor Ls and the parallel inductor Lp.

図１７（ａ）〜図１７（ｄ）には、変形例に係る正負両極型コンバータ１０１〜１０４が示されている。正負両極型コンバータ１０１〜１０４は、それぞれ、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示されている正負両極型コンバータ７０１〜７０４について、シリーズインダクタＬｓとパラレルインダクタＬｐを結合させたものである。 17 (a) to 17 (d) show positive and negative bipolar converters 101 to 104 according to a modified example. The positive and negative bipolar converters 101 to 104 are positive and negative bipolar converters 701 to 704 shown in FIGS. 14 (a) to 14 (d), respectively, in which a series inductor Ls and a parallel inductor Lp are coupled. ..

本発明の各実施形態に係る正負両極型コンバータは、より一般的には、次のような回路構成を有しているといえる。正負両極型コンバータは、一対の両極端子として第１両極端子１１および第２両極端子１２を備えている。また、一対の直流端子として正極端子２１および負極端子２２を備えている。正負両極型コンバータでは、一対の両極端子のうちの一方に一端が接続された第１シリーズ経路と、一対の両極端子のうちの他方に一端が接続された第２シリーズ経路が形成されている。 It can be said that the positive / negative bipolar converter according to each embodiment of the present invention more generally has the following circuit configuration. The positive / negative bipolar converter includes a first bipolar terminal 11 and a second bipolar terminal 12 as a pair of bipolar terminals. Further, a positive electrode terminal 21 and a negative electrode terminal 22 are provided as a pair of DC terminals. In the positive / negative bipolar converter, a first series path in which one end is connected to one of the pair of bipolar terminals and a second series path in which one end is connected to the other of the pair of bipolar terminals are formed.

正負両極型コンバータ（５０１，５０４，８０１，８０４）は、第１シリーズ経路に設けられた第１スイッチング素子Ｓ１およびシリーズインダクタＬｓと、第１スイッチング素子Ｓ１とシリーズインダクタＬｓとの間のパラレル経路に設けられたタンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐとを備えている。タンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐについては、シリーズインダクタＬｓ側にタンクコンデンサＣｔが設けられ、第２シリーズ経路側にパラレルインダクタＬｐが設けられている。正負両極型コンバータ（５０１，５０４，８０１，８０４）は、さらに、シリーズインダクタＬｓよりも第１シリーズ経路の他端側の点と、タンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐとの間の点に設けられた第２スイッチング素子Ｓ２と、第１シリーズ経路の他端および第２シリーズ経路の他端に設けられた一対の直流端子とを備えている。 The positive / negative bipolar converter (501,504,801,804) is provided in a parallel path between the first switching element S1 and the series inductor Ls provided in the first series path and the first switching element S1 and the series inductor Ls. The tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp provided are provided. Regarding the tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp, the tank capacitor Ct is provided on the series inductor Ls side, and the parallel inductor Lp is provided on the second series path side. Positive and negative bipolar converters (501,504,801,804) are further provided at a point on the other end side of the first series path with respect to the series inductor Ls and a point between the tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp. It includes a second switching element S2 and a pair of DC terminals provided at the other end of the first series path and the other end of the second series path.

正負両極型コンバータ（５０２，５０３，８０２，８０３）は、第１シリーズ経路に設けられた第１スイッチング素子Ｓ１と、第２シリーズ経路に設けられたシリーズインダクタＬｓと、第１スイッチング素子Ｓ１よりも第１シリーズ経路の他端側の点と、シリーズインダクタＬｓよりも両極端子側の点との間のパラレル経路に設けられたタンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐとを備えている。タンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐについては、シリーズインダクタＬｓ側にタンクコンデンサＣｔが設けられ、第１シリーズ経路側にパラレルインダクタＬｐが設けられている。正負両極型コンバータ（５０２，５０３，８０２，８０３）は、さらに、シリーズインダクタＬｓよりも第２シリーズ経路の他端側の点と、タンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐとの間の点に設けられた第２スイッチング素子Ｓ２と、第１シリーズ経路の他端および第２シリーズ経路の他端に設けられた一対の直流端子とを備えている。 The positive / negative bipolar converter (502,503,802,803) is more than the first switching element S1 provided in the first series path, the series inductor Ls provided in the second series path, and the first switching element S1. It includes a tank capacitor Ct and a parallel inductor Lp provided in a parallel path between a point on the other end side of the first series path and a point on the bipolar terminal side of the series inductor Ls. Regarding the tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp, the tank capacitor Ct is provided on the series inductor Ls side, and the parallel inductor Lp is provided on the first series path side. Positive and negative bipolar converters (502,503,802,803) are further provided at a point on the other end side of the second series path with respect to the series inductor Ls and a point between the tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp. It includes a second switching element S2 and a pair of DC terminals provided at the other end of the first series path and the other end of the second series path.

正負両極型コンバータ（６０１，６０４，７０１，７０４，９０１，９０４，１０１，１０４）は、第１シリーズ経路に設けられた第１スイッチング素子Ｓ１およびシリーズインダクタＬｓと、第１スイッチング素子Ｓ１とシリーズインダクタＬｓとの間のパラレル経路に設けられたタンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐとを備えている。タンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐについては、シリーズインダクタＬｓ側にタンクコンデンサＣｔが設けられ、第２シリーズ経路側にパラレルインダクタＬｐが設けられている。正負両極型コンバータ（６０１，６０４，７０１，７０４，９０１，９０４，１０１，１０４）は、さらに、シリーズインダクタＬｓよりも第１シリーズ経路の他端側の点と、タンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐとの間の点に設けられた第２スイッチング素子Ｓ２を備えている。また、タンクコンデンサＣｔの両端、あるいは、シリーズインダクタＬｓの中途点およびパラレルインダクタＬｐの中途点に設けられた一対の直流端子と、第１シリーズ経路の他端および第２シリーズ経路の他端の間に設けられた第２タンクコンデンサＣｔ２とを備えている。 The positive and negative bipolar converters (601, 604, 701, 704, 901, 904, 101, 104) include the first switching element S1 and the series inductor Ls provided in the first series path, the first switching element S1 and the series inductor. It includes a tank capacitor Ct and a parallel inductor Lp provided in a parallel path between Ls. Regarding the tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp, the tank capacitor Ct is provided on the series inductor Ls side, and the parallel inductor Lp is provided on the second series path side. The positive / negative bipolar converter (601,604,701,704,901,904,101,104) further includes a point on the other end side of the first series path with respect to the series inductor Ls, a tank capacitor Ct, and a parallel inductor Lp. A second switching element S2 provided at a point between the two is provided. Further, between both ends of the tank capacitor Ct, or between a pair of DC terminals provided at the midpoint of the series inductor Ls and the midpoint of the parallel inductor Lp, and the other end of the first series path and the other end of the second series path. It is provided with a second tank capacitor Ct2 provided in the above.

正負両極型コンバータ（６０２，６０３，７０２，７０３，９０２，９０３）は、第１シリーズ経路に設けられた第１スイッチング素子Ｓ１と、第２シリーズ経路に設けられたシリーズインダクタＬｓと、第１スイッチング素子Ｓ１よりも第１シリーズ経路の他端側の点と、シリーズインダクタＬｓよりも両極端子側の点との間のパラレル経路に設けられたタンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐとを備えている。タンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐについては、シリーズインダクタＬｓ側にタンクコンデンサＣｔが設けられ、第１シリーズ経路側にパラレルインダクタＬｐが設けられている。正負両極型コンバータ（６０２，６０３，７０２，７０３，９０２，９０３）は、さらに、シリーズインダクタＬｓよりも第１シリーズ経路の他端側の点と、タンクコンデンサＣｔおよびパラレルインダクタＬｐとの間の点に設けられた第２スイッチング素子Ｓ２を備えている。また、タンクコンデンサＣｔの両端、あるいは、シリーズインダクタＬｓの中途点およびパラレルインダクタＬｐの中途点に設けられた一対の直流端子と、第１シリーズ経路の他端および第２シリーズ経路の他端の間に設けられた第２タンクコンデンサＣｔ２とを備えている。 The positive / negative bipolar converter (602,603,702,703,902,903) includes a first switching element S1 provided in the first series path, a series inductor Ls provided in the second series path, and a first switching. It includes a tank capacitor Ct and a parallel inductor Lp provided in a parallel path between a point on the other end side of the first series path with respect to the element S1 and a point on the bipolar terminal side with respect to the series inductor Ls. Regarding the tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp, the tank capacitor Ct is provided on the series inductor Ls side, and the parallel inductor Lp is provided on the first series path side. The positive / negative bipolar converter (602,603,702,703,902,903) further has a point on the other end side of the first series path with respect to the series inductor Ls and a point between the tank capacitor Ct and the parallel inductor Lp. The second switching element S2 provided in the above is provided. Further, between both ends of the tank capacitor Ct, or between a pair of DC terminals provided at the midpoint of the series inductor Ls and the midpoint of the parallel inductor Lp, and the other end of the first series path and the other end of the second series path. It is provided with a second tank capacitor Ct2 provided in the above.

各実施形態に係る正負両極型コンバータは、一対の両極端子の間に設けられた第１コンデンサとしての入力コンデンサＣｉと、一対の直流端子の間に設けられた第２コンデンサとしての出力コンデンサＣｏとを備えている。 The positive / negative bipolar converter according to each embodiment includes an input capacitor Ci as a first capacitor provided between a pair of bipolar terminals and an output capacitor Co as a second capacitor provided between a pair of DC terminals. It has.

本発明の各実施形態に係る正負両極型コンバータは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されたバッテリを充電する装置に用いられてよい。この場合、第１両極端子１１および第２両極端子１２には、入力電圧Ｖｉとして交流電圧が入力される。入力電圧は、必ずしも正弦波電圧でなくてもよく、歪み成分を含んだ交流電圧であってよい。正極端子２１および負極端子２２には、負荷としてバッテリまたはバッテリを充電するための回路が接続されてよい。正負両極型コンバータは、入力電圧力Ｖｉを直流電圧に変換し、正極端子２１および負極端子２２から出力する。 The positive / negative bipolar converter according to each embodiment of the present invention may be used in a device for charging a battery mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. In this case, an AC voltage is input to the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12 as the input voltage Vi. The input voltage does not necessarily have to be a sinusoidal voltage, and may be an AC voltage including a distortion component. A battery or a circuit for charging the battery may be connected to the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22 as a load. The positive / negative bipolar converter converts the input voltage force Vi into a DC voltage and outputs it from the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22.

また、本発明の各実施形態に係る正負両極型コンバータは、電動車両を駆動するモータジェネレータに電力供給する電力変換装置として用いられてよい。 Further, the positive / negative bipolar converter according to each embodiment of the present invention may be used as a power conversion device that supplies electric power to a motor generator that drives an electric vehicle.

図１８には、正負両極型コンバータ３０が用いられた非接触給電システム３８が示されている。図１８には、正負両極型コンバータ３０が用いられた例が示されているが、他の実施形態に係る正負両極型コンバータが用いられてもよい。 FIG. 18 shows a non-contact power supply system 38 in which a positive / negative bipolar converter 30 is used. Although FIG. 18 shows an example in which the positive / negative bipolar converter 30 is used, the positive / negative bipolar converter according to another embodiment may be used.

非接触給電システム３８は、交流電力源４０、結合コンデンサ４１、送電コイル４２、受電コイル４４、正負両極型コンバータ３０および負荷ＺＬを備えている。交流電力源４０の一端は、結合コンデンサ４１を介して送電コイル４２の一端に接続され、交流電力源４０の他端は、送電コイル４２の他端に接続されている。第１両極端子１１と第２両極端子１２との間には受電コイル４４が接続されている。送電コイル４２および受電コイル４４は電気的または磁気的に結合する。結合コンデンサ４１および送電コイル４２は共振回路を構成してもよい。送電コイル４２および受電コイル４４は共鳴（結合共振）するように構成されてもよいし、共鳴をせず磁気結合するように構成されてもよい。正極端子２１と負極端子２２との間には負荷ＺＬが接続されている。 The non-contact power supply system 38 includes an AC power source 40, a coupling capacitor 41, a power transmission coil 42, a power receiving coil 44, a positive / negative bipolar converter 30, and a load ZL. One end of the AC power source 40 is connected to one end of the power transmission coil 42 via a coupling capacitor 41, and the other end of the AC power source 40 is connected to the other end of the power transmission coil 42. A power receiving coil 44 is connected between the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal 12. The power transmitting coil 42 and the power receiving coil 44 are electrically or magnetically coupled. The coupling capacitor 41 and the power transmission coil 42 may form a resonance circuit. The power transmission coil 42 and the power reception coil 44 may be configured to resonate (coupling resonance), or may be configured to magnetically couple without resonance. A load ZL is connected between the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22.

送電コイル４２および受電コイル４４が電気的または磁気的に結合することで、交流電力源４０から出力された電力は送電コイル４２および受電コイル４４を介して、第１両極端子１１および第２両極端子１２に伝送される。正負両極型コンバータ３０は、受電コイル４４から入力された交流電圧を昇圧または降圧しながら直流電圧に変換し、正極端子２１および負極端子２２に接続された負荷ＺＬに出力する。これによって、交流電力源４０からは、送電コイル４２、受電コイル４４、および正負両極型コンバータ３０を介して負荷ＺＬに電力が供給される。 When the power transmission coil 42 and the power reception coil 44 are electrically or magnetically coupled, the power output from the AC power source 40 is transmitted through the power transmission coil 42 and the power reception coil 44 to the first bipolar terminal 11 and the second bipolar terminal. It is transmitted to 12. The positive / negative bipolar converter 30 converts the AC voltage input from the power receiving coil 44 into a DC voltage while stepping up or down, and outputs the AC voltage to the load ZL connected to the positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22. As a result, power is supplied from the AC power source 40 to the load ZL via the power transmission coil 42, the power receiving coil 44, and the positive / negative bipolar converter 30.

非接触給電システム３８は、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されたバッテリの充電を、非接触給電によって行うシステムに用いられてよい。この場合、交流電力源４０、結合コンデンサ４１および送電コイル４２が、サービスステーションに設けられる。そして、受電コイル４４および正負両極型コンバータ３０および負荷ＺＬが自動車に搭載される。負荷ＺＬは、駆動用のモータジェネレータやインバータ等を含んでもよい。 The non-contact power supply system 38 may be used in a system in which a battery mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle is charged by non-contact power supply. In this case, the AC power source 40, the coupling capacitor 41, and the power transmission coil 42 are provided in the service station. Then, the power receiving coil 44, the positive / negative bipolar converter 30, and the load ZL are mounted on the automobile. The load ZL may include a driving motor generator, an inverter, and the like.

上記の各実施形態では、スイッチング素子として一方方向の電流を遮断することができるものが用いられている。スイッチング素子としては、双方向の電流を遮断することができる双方向スイッチが用いられてよい。双方向スイッチは、例えば、図１９に示されている２つのＭＯＳＦＥＴ１およびＭＯＳＦＥＴ２によって構成される。ＭＯＳＦＥＴ１のソース端子は、ＭＯＳＦＥＴ２のドレイン端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１およびＭＯＳＦＥＴ２のそれぞれのソース端子とドレイン端子との間には、ソース端子側にアノード端子を向けて、ダイオードＤｄが接続されている。２つのＭＯＳＦＥＴの代わりに、その他の半導体スイッチング素子が用いられてもよい。半導体スイッチング素子としてバイポーラトランジスタが用いられた場合、ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子、ソース端子およびゲート端子が、それぞれ、コレクタ端子、エミッタ端子およびベース端子に対応する。 In each of the above embodiments, a switching element capable of cutting off a current in one direction is used. As the switching element, a bidirectional switch capable of cutting off bidirectional current may be used. The bidirectional switch is composed of, for example, the two MOSFETs 1 and 2 shown in FIG. The source terminal of the MOSFET 1 is connected to the drain terminal of the MOSFET 2. A diode Dd is connected between the source terminal and the drain terminal of the MOSFET 1 and the MOSFET 2 with the anode terminal facing the source terminal side. Other semiconductor switching elements may be used instead of the two MOSFETs. When a bipolar transistor is used as the semiconductor switching element, the drain terminal, source terminal, and gate terminal of the MOSFET correspond to the collector terminal, the emitter terminal, and the base terminal, respectively.

１ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換装置）、１１第１両極端子、１２第２両極端子、２１正極端子、２２負極端子、２６シリーズ経路導線、３０，３２，３４，３６，１０１〜１０４，５０１〜５０４，６０１〜６０４，７０１〜７０４，８０１〜８０４，９０１〜９０４正負両極型コンバータ（電力変換装置）、３８非接触給電システム、４０交流電力源、４１結合コンデンサ、４２送電コイル、４４受電コイル、Ｓ１第１スイッチング素子、Ｓ２第２スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２ダイオード、Ｌ０インダクタ、Ｌｓシリーズインダクタ、Ｌｓａ第１シリーズインダクタ、Ｌｓｂ第２シリーズインダクタ、Ｌｐａ第１パラレルインダクタ、Ｌｐｂ第２パラレルインダクタ、Ｌｐパラレルインダクタ、Ｃｔタンクコンデンサ、Ｃｔ２第２タンクコンデンサ、Ｃｉ入力コンデンサ、Ｃｏ出力コンデンサ、ＬＬｓ，ＬＬｐ漏れインダクタ、Ｑ１，Ｑ２，Ｆ１，Ｆ２電流ループ、ＬＰＦローパスフィルタ、ＺＬ負荷。
1 DC / DC converter (power converter), 11 1st bipolar terminal, 12 2nd bipolar terminal, 21 positive electrode terminal, 22 negative electrode terminal, 26 series path conductor, 30, 32, 34, 36, 101-104, 501- 504,601-604,701-704,801-804,901-904 Positive / negative bipolar converter (power converter), 38 non-contact power supply system, 40 AC power source, 41 coupling capacitor, 42 transmission coil, 44 power receiving coil, S1 1st switching element, S2 2nd switching element, D1, D2 capacitor, L0 inductor, Ls series inductor, Lsa 1st series inductor, Lsb 2nd series inductor, Lpa 1st parallel inductor, Lpb 2nd parallel inductor, Lp parallel Inductor, Ct tank capacitor, Ct2 2nd tank capacitor, Ci input capacitor, Co output capacitor, LLs, LLp leakage inductor, Q1, Q2, F1, F2 current loop, LPF low pass filter, ZL load.

Claims

A pair of bipolar terminals provided at one end of the first series path and one end of the second series path,
The first switching element and the series inductor provided in the first series path,
A tank capacitor and a parallel inductor provided in a parallel path between the first switching element and the series inductor, the tank capacitor is provided on the series inductor side, and the parallel inductor is provided on the second series path side. Tank capacitors and parallel inductors provided with
A second switching element provided at a point on the other end side of the first series path with respect to the series inductor and a point between the tank capacitor and the parallel inductor.
A pair of DC terminals provided at the other end of the first series path and the other end of the second series path are provided.
A power conversion device characterized in that the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off.

A pair of bipolar terminals provided at one end of the first series path and one end of the second series path,
The first switching element provided in the first series path and
With the series inductor provided in the second series path,
A tank capacitor and a parallel inductor provided in a parallel path between a point on the other end side of the first series path with respect to the first switching element and a point on the bipolar terminal side with respect to the series inductor. A tank capacitor and a parallel inductor in which the tank capacitor is provided on the series inductor side and the parallel inductor is provided on the first series path side.
A second switching element provided at a point on the other end side of the second series path with respect to the series inductor and a point between the tank capacitor and the parallel inductor.
A pair of DC terminals provided at the other end of the first series path and the other end of the second series path are provided.
A power conversion device characterized in that the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off.

A pair of bipolar terminals provided at one end of the first series path and one end of the second series path,
The first switching element and the series inductor provided in the first series path,
A tank capacitor and a parallel inductor provided in a parallel path between the first switching element and the series inductor, the tank capacitor is provided on the series inductor side, and the parallel inductor is provided on the second series path side. Tank capacitors and parallel inductors provided with
A second switching element provided at a point on the other end side of the first series path with respect to the series inductor and a point between the tank capacitor and the parallel inductor.
A pair of DC terminals provided at both ends of the tank capacitor, or at the midpoint of the series inductor and the midpoint of the parallel inductor.
A second tank capacitor provided between the other end of the first series path and the other end of the second series path is provided.
A power conversion device characterized in that the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off.

A pair of bipolar terminals provided at one end of the first series path and one end of the second series path,
The first switching element provided in the first series path and
With the series inductor provided in the second series path,
A tank capacitor and a parallel inductor provided in a parallel path between a point on the other end side of the first series path with respect to the first switching element and a point on the bipolar terminal side with respect to the series inductor. A tank capacitor and a parallel inductor in which the tank capacitor is provided on the series inductor side and the parallel inductor is provided on the first series path side.
A second switching element provided at a point on the other end side of the second series path with respect to the series inductor and a point between the tank capacitor and the parallel inductor.
A pair of DC terminals provided at both ends of the tank capacitor, or at the midpoint of the series inductor and the midpoint of the parallel inductor.
A second tank capacitor provided between the other end of the first series path and the other end of the second series path is provided.
A power conversion device characterized in that the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off.

In the power conversion device according to any one of claims 1 to 4.
A first capacitor provided between the pair of bipolar terminals and
A second capacitor provided between the pair of DC terminals and
A power conversion device characterized by comprising.

In the power conversion device according to any one of claims 1 to 5.
A power conversion device in which the series inductor and the parallel inductor are coupled.