JP6943110B2 - Power converter - Google Patents
Power converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP6943110B2 JP6943110B2 JP2017182311A JP2017182311A JP6943110B2 JP 6943110 B2 JP6943110 B2 JP 6943110B2 JP 2017182311 A JP2017182311 A JP 2017182311A JP 2017182311 A JP2017182311 A JP 2017182311A JP 6943110 B2 JP6943110 B2 JP 6943110B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching
- switching circuit
- power
- phase
- duty ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に、電力変換装置が備えるスイッチング回路の制御に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to control of a switching circuit included in the power conversion device.
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が広く用いられている。電動車両には、駆動用モータに電力を供給するためのバッテリが搭載されている。ハイブリッド自動車では、エンジンの駆動力や回生制動によって発電した電力によってバッテリが充電される。また、プラグイン機能のある電動車両では、商用電源から供給される電力によってバッテリが充電される。バッテリを充電するため、電動車両には電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、バッテリ充電のために入力された電圧を適切な電圧に変換してバッテリに印加する。 Electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles are widely used. The electric vehicle is equipped with a battery for supplying electric power to the drive motor. In a hybrid vehicle, the battery is charged by the driving force of the engine and the electric power generated by regenerative braking. Further, in an electric vehicle having a plug-in function, the battery is charged by the electric power supplied from the commercial power source. Electric vehicles are equipped with a power converter to charge the battery. The power converter converts the voltage input for charging the battery into an appropriate voltage and applies it to the battery.
以下の特許文献1および2には、2つのスイッチング回路を各回路に接続された巻線によって磁気的に結合させ、2つのスイッチング回路の間で電力を伝送させる電力変換装置が示されている。特許文献3には、第1および第2の昇圧コンバータのパルス幅変調による力率改善を行いつつ、第1および第2の昇圧コンバータの周波数を調整することにより出力電圧を制御する電力変換装置が示されている。
The following
プラグイン機能のある電動車両については、特許文献3に記載されているような回路を用いて、入力電力の力率を調整する技術が提案されている。このようなプラグイン式の電動車両では、ユーザが触れる側の回路とバッテリ側の回路とを絶縁するため、トランスで結合された2つのスイッチング回路を備える電力変換装置が用いられる。トランスを用いた電力変換装置では、トランスの1次巻線に接続される回路の動作と、トランスの2次巻線に接続される回路の動作によっては、電力伝送に寄与しない電流がトランスに流れ、電力損失が大きくなることがある。そこで、特許文献2に示されているように、各スイッチング回路のスイッチングタイミングを工夫して、電力損失を低減する技術が提案されている。
For an electric vehicle having a plug-in function, a technique for adjusting the power factor of input power by using a circuit as described in
しかし、電力損失の低減を目的とした特許文献2に記載されているような回路と、力率改善を目的とした特許文献3に記載されているような回路とを組み合わせることは、これらの回路の構成や制御方法が異なるため困難である。
However, combining a circuit as described in
本発明は、電力変換装置に入力される電力の力率を調整すると共に、電力変換装置における電力損失を抑制することを目的とする。 An object of the present invention is to adjust the power factor of the electric power input to the power conversion device and to suppress the power loss in the power conversion device.
本発明は、入力電力の力率をスイッチングによって調整する第1スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路に磁気結合回路によって結合され、前記第1スイッチング回路から前記磁気結合回路を介して入力された電力をスイッチングによって調整する第2スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路から前記第2スイッチング回路に伝送する電力に応じて、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路をタイミングをずらして同一のスイッチング周波数でスイッチングする制御部と、を備え、前記制御部は、前記第1スイッチング回路のデューティ比に応じた補正値によって前記第2スイッチング回路のデューティ比を補正して、前記第2スイッチング回路を流れる循環電流であって前記第2スイッチング回路が出力する電力に寄与しない循環電流を抑制することを特徴とする。 In the present invention, a first switching circuit that adjusts the power factor of an input power by switching and a power that is coupled to the first switching circuit by a magnetic coupling circuit and input from the first switching circuit via the magnetic coupling circuit. The first switching circuit and the second switching circuit are shifted in timing according to the power transmitted from the first switching circuit to the second switching circuit and the same switching frequency. The control unit includes a control unit that switches in It is characterized by suppressing a circulating current which is a current and does not contribute to the power output by the second switching circuit.
望ましくは、前記補正値は、前記第2スイッチング回路が備える各スイッチング素子がオフになるデッドタイムに応じて定められる。 Desirably, the correction value is determined according to the dead time when each switching element included in the second switching circuit is turned off.
望ましくは、前記制御部は、前記第1スイッチング回路のデューティ比に応じて、前記第2スイッチング回路のデューティ比を増加または減少させる値を前記補正値として求める。 Desirably, the control unit obtains a value for increasing or decreasing the duty ratio of the second switching circuit as the correction value according to the duty ratio of the first switching circuit.
望ましくは、入力電力の力率をスイッチングによって調整する第1スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路に磁気結合回路によって結合され、前記磁気結合回路から入力された電力をスイッチングによって調整する第2スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路から前記第2スイッチング回路に伝送する電力に応じて、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路をタイミングをずらして同一スイッチング周波数でスイッチングする制御部と、を備え、前記制御部は、前記第2スイッチング回路から負荷回路に出力される負荷電力に応じて、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のデューティ比の上限値および下限値を定め、前記上限値および前記下限値によって定まる数値範囲内で、前記デューティ比を調整する。 Desirably, a first switching circuit that adjusts the power factor of the input power by switching and a second switching circuit that is coupled to the first switching circuit by a magnetic coupling circuit and adjusts the power input from the magnetic coupling circuit by switching. A control unit that switches the first switching circuit and the second switching circuit at the same switching frequency at different timings according to the power transmitted from the first switching circuit to the second switching circuit. The control unit determines an upper limit value and a lower limit value of the duty ratio of the first switching circuit and the second switching circuit according to the load power output from the second switching circuit to the load circuit, and determines the upper limit value and the lower limit value. The duty ratio is adjusted within the numerical range determined by the lower limit value.
望ましくは、前記制御部は、前記負荷電力が大きい程、前記上限値を小さくし、または、前記下限値を大きくする。 Desirably, the control unit decreases the upper limit value or increases the lower limit value as the load power increases.
望ましくは、前記第1スイッチング回路は、並列接続された2つの第1ハーフブリッジであって、直列接続された2つのスイッチング素子をそれぞれが含む、2つの第1ハーフブリッジと、並列接続された2つの前記第1ハーフブリッジに並列に接続され、直流電力を蓄積するバッファコンデンサと、前記1次巻線の中途接続点に一端が接続された交流電力源の他端が接続され、前記交流電力源から出力される交流電力を、前記第1スイッチング回路のスイッチングによって整流して前記バッファコンデンサを充電する整流部と、を有し、前記第2スイッチング回路は、並列接続された2つの第2ハーフブリッジであって、直列接続された2つのスイッチング素子をそれぞれが含む、2つの第2ハーフブリッジと、並列接続された2つの前記第2ハーフブリッジに並列に接続され、直流電力を蓄積する出力コンデンサと、を有し、前記電力変換装置は、一方の前記第1ハーフブリッジが備える2つのスイッチング素子の接続点、および、他方の前記第1ハーフブリッジが備える2つのスイッチング素子の接続点の間に接続された1次巻線と、 一方の前記第2ハーフブリッジが備える2つのスイッチング素子の接続点、および、他方の前記第2ハーフブリッジが備える2つのスイッチング素子の接続点の間に接続された2次巻線と、を備え、前記1次巻線および前記2次巻線は磁気的に結合し、前記磁気結合回路を形成する。 Desirably, the first switching circuit is two first half bridges connected in parallel, each containing two switching elements connected in series, and two first half bridges connected in parallel. A buffer capacitor connected in parallel to the first half bridge to store DC power and the other end of an AC power source having one end connected to an intermediate connection point of the primary winding are connected to the AC power source. The second switching circuit has two second half bridges connected in parallel, including a rectifying unit that rectifies the AC power output from the first switching circuit by switching of the first switching circuit and charges the buffer capacitor. Two second half bridges, each containing two switching elements connected in series, and an output capacitor connected in parallel to the two second half bridges connected in parallel to store DC power. The power conversion device is connected between a connection point of two switching elements included in one of the first half bridges and a connection point of two switching elements included in the other first half bridge. 2 connected between the primary winding and the connection point of the two switching elements included in one of the second half bridges and the connection point of the two switching elements included in the other second half bridge. The primary winding and the secondary winding are magnetically coupled to form the magnetic coupling circuit.
本発明によれば、電力変換装置に入力される電力の力率を調整すると共に、電力変換装置における電力損失を抑制することができる。 According to the present invention, the power factor of the electric power input to the power conversion device can be adjusted, and the power loss in the power conversion device can be suppressed.
図1には、本発明の実施形態に係る車両搭載用の電力変換装置の構成が示されている。電力変換装置は、力率改善回路10、電圧コンバータ回路14および制御部22を備えている。力率改善回路10には交流電圧源18が接続されている。交流電圧源18は、例えば、商用電源であり、電力変換装置の搭載先の車両がプラグイン機能を有する場合には、ACアウトレットが交流電圧源18となる。電圧コンバータ回路14には負荷回路20が接続されている。負荷回路20は、例えば、車両搭載用バッテリを充電するための充電回路である。制御部22は、力率改善回路10および電圧コンバータ回路14が備える各スイッチング素子をオンオフ制御する。
FIG. 1 shows the configuration of a vehicle-mounted power conversion device according to an embodiment of the present invention. The power conversion device includes a power
力率改善回路10は、交流電圧源18から流入する電流の時間波形をスイッチングによって調整し、交流電圧源18から電力変換装置側を見た力率を改善する。力率改善回路10および電圧コンバータ回路14はトランスTによって結合されており、交流電圧源18から出力された電力は、力率改善回路10から電圧コンバータ回路14に伝送される。電圧コンバータ回路14は、トランスTの2次巻線T2から得られる交流電圧を直流電圧に変換し、適切な大きさの直流電圧を負荷回路20に出力する。力率改善回路10および電圧コンバータ回路14によれば、交流電圧源18から負荷回路20に効率的に電力が供給される。
The power
力率改善回路10の構成について説明する。力率改善回路10は、フィルタコンデンサCin、1次巻線T1、およびUV相スイッチング回路12を備えている。
The configuration of the power
UV相スイッチング回路12は、スイッチング素子S1およびS2によって構成されるハーフブリッジU、スイッチング素子S3およびS4によって構成されるハーフブリッジV、ダイオードD1、ダイオードD2、ならびにバッファコンデンサCbufを備えている。ハーフブリッジUは、スイッチング素子S1の一端と、スイッチング素子S2の一端とを接続したものである。スイッチング素子S1の両端には、スイッチング素子S2との接続点の側をアノードとしてダイオードが接続されている。スイッチング素子S2の両端には、スイッチング素子S1との接続点の側をカソードとしてダイオードが接続されている。スイッチング素子S1およびS2としては、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられる。この場合、スイッチング素子S1としてのIGBTのエミッタと、スイッチング素子S2としてのIGBTのコレクタとが接続される。
The UV
同様に、ハーフブリッジVは、スイッチング素子S3の一端と、スイッチング素子S4の一端とを接続したものである。スイッチング素子S3の両端には、スイッチング素子S4との接続点の側をアノードとしてダイオードが接続されている。スイッチング素子S4の両端には、スイッチング素子S3との接続点の側をカソードとしてダイオードが接続されている。スイッチング素子S3およびS4としては、例えば、IGBTが用いられる。この場合、スイッチング素子S3としてのIGBTのエミッタと、スイッチング素子S4としてのIGBTのコレクタとが接続される。 Similarly, the half bridge V connects one end of the switching element S3 and one end of the switching element S4. Diodes are connected to both ends of the switching element S3 with the side of the connection point with the switching element S4 as the anode. Diodes are connected to both ends of the switching element S4 with the side of the connection point with the switching element S3 as the cathode. As the switching elements S3 and S4, for example, an IGBT is used. In this case, the emitter of the IGBT as the switching element S3 and the collector of the IGBT as the switching element S4 are connected.
スイッチング素子S1およびS2の接続点と、スイッチング素子S3およびS4の接続点との間には、1次巻線T1が接続されている。1次巻線T1のセンタータップm(中途接続点)は、電源入力端子24−1に接続されている。 A primary winding T1 is connected between the connection points of the switching elements S1 and S2 and the connection points of the switching elements S3 and S4. The center tap m (midway connection point) of the primary winding T1 is connected to the power input terminal 24-1.
なお、1次巻線T1の一端とスイッチング素子S1およびS2の接続点との間に第1のリアクトルが接続され、1次巻線T1の他端とスイッチング素子S3およびS4の接続点との間に第2のリアクトルが接続されてもよい。この場合、第1のリアクトルと第2のリアクトルは磁気的に結合してもよい。また、電源入力端子24−1とセンタータップmとの間にもリアクトルが接続されてもよい。 A first reactor is connected between one end of the primary winding T1 and the connection points of the switching elements S1 and S2, and between the other end of the primary winding T1 and the connection points of the switching elements S3 and S4. A second reactor may be connected to the. In this case, the first reactor and the second reactor may be magnetically coupled. Further, a reactor may be connected between the power input terminal 24-1 and the center tap m.
ハーフブリッジUおよびVは並列接続され、フルブリッジを構成している。すなわち、スイッチング素子S1のスイッチング素子S2側とは反対側の端子(図の上側の端子)と、スイッチング素子S3のスイッチング素子S4側とは反対側の端子(図の上側の端子)とが接続されている。また、スイッチング素子S2のスイッチング素子S1側とは反対側の端子(図の下側の端子)と、スイッチング素子S4のスイッチング素子S3側とは反対側の端子(図の下側の端子)とが接続されている。 The half bridges U and V are connected in parallel to form a full bridge. That is, the terminal on the side opposite to the switching element S2 side of the switching element S1 (the terminal on the upper side in the figure) and the terminal on the side opposite to the switching element S4 side in the switching element S3 (the terminal on the upper side in the figure) are connected. ing. Further, the terminal on the side of the switching element S2 opposite to the switching element S1 side (the terminal on the lower side in the figure) and the terminal on the side opposite to the switching element S3 side of the switching element S4 (the terminal on the lower side in the figure) are It is connected.
ダイオードD1のアノードはダイオードD2のカソードに接続されている。ダイオードD1のカソードは、ハーフブリッジUおよびVの上側の端子に接続され、ダイオードD2のアノードは、ハーフブリッジUおよびVの下側の端子に接続されている。ダイオードD1およびD2の接続点は、電源入力端子24−2に接続されている。 The anode of diode D1 is connected to the cathode of diode D2. The cathode of the diode D1 is connected to the upper terminals of the half bridges U and V, and the anode of the diode D2 is connected to the lower terminals of the half bridges U and V. The connection points of the diodes D1 and D2 are connected to the power input terminal 24-2.
スイッチング素子S1、スイッチング素子S3、およびダイオードD1の接続点と、スイッチング素子S2、スイッチング素子S4、およびダイオードD2の接続点との間には、バッファコンデンサCbufが接続されている。 A buffer capacitor Cbuf is connected between the connection point of the switching element S1, the switching element S3, and the diode D1 and the connection point of the switching element S2, the switching element S4, and the diode D2.
1次巻線T1は、電圧コンバータ回路14が備える2次巻線T2に磁気的に結合し、1次巻線T1および2次巻線T2は、トランスTを構成している。
The primary winding T1 is magnetically coupled to the secondary winding T2 included in the
電源入力端子24−1と電源入力端子24−2との間には、フィルタコンデンサCinが接続されている。また、電源入力端子24−1と電源入力端子24−2との間には交流電圧源18が接続されている。交流電圧源18が商用電源である場合には、電源入力端子24−1および24−2には、ケーブルを介して電源用プラグが接続され、その電源用プラグがACアウトレットに差し込まれる。
A filter capacitor Cin is connected between the power input terminal 24-1 and the power input terminal 24-2. Further, an
力率改善回路10の動作について説明する。交流電圧源18は電源入力端子24−1および24−2に、正弦波電圧である入力交流電圧Vacを出力する。フィルタコンデンサCinは、力率改善回路10で発生し、交流電圧源18側に流出する高周波電流を抑制する。
The operation of the power
制御部22は、制御信号Cn1〜Cn4をそれぞれスイッチング素子S1〜S4に出力し、スイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御する。制御信号Cniがハイであるときは、スイッチング素子Siはオンとなり、制御信号Cniがローであるときは、スイッチング素子Siはオフとなる。ただし、iは1〜4のうちいずれかの整数である。デッドタイムを除く時間帯で、制御信号Cn2は制御信号Cn1に対してハイおよびローを反転した値となり、制御信号Cn4は制御信号Cn3に対してハイおよびローを反転した値となる。デッドタイムでは、制御信号Cn1およびCn2は共にローとなり、制御信号Cn3およびCn4は共にローとなる。また、制御信号Cn3およびCn4は、それぞれ、制御信号Cn1およびCn2に対して位相が180°遅れている。
The
これによって、スイッチング素子S1およびスイッチング素子S2は、交互にオンオフする。すなわち、スイッチング素子S1がオンからオフになってからデッドタイムが経過した時にスイッチング素子S2がオフからオンになり、スイッチング素子S2がオンからオフになってからデッドタイムが経過した時にスイッチング素子S1がオフからオンになる。同様に、スイッチング素子S3およびスイッチング素子S4は交互にオンオフする。すなわち、スイッチング素子S3がオンからオフになってからデッドタイムが経過した時にスイッチング素子S4がオフからオンになり、スイッチング素子S4がオンからオフになってからデッドタイムが経過した時にスイッチング素子S3がオフからオンになる。このように、デッドタイムが設けられていることで、各ハーフブリッジを構成する2つのスイッチング素子が同時にオンにならず、バッファコンデンサCbufの両端が短絡されてしまうことが回避される。 As a result, the switching element S1 and the switching element S2 are alternately turned on and off. That is, the switching element S2 changes from off to on when the dead time elapses after the switching element S1 turns from on to off, and the switching element S1 changes when the dead time elapses after the switching element S2 turns from on to off. From off to on. Similarly, the switching element S3 and the switching element S4 are alternately turned on and off. That is, the switching element S4 changes from off to on when the dead time elapses after the switching element S3 turns from on to off, and the switching element S3 changes when the dead time elapses after the switching element S4 turns from on to off. From off to on. By providing the dead time in this way, it is possible to prevent the two switching elements constituting each half bridge from being turned on at the same time and short-circuiting at both ends of the buffer capacitor Cbuf.
スイッチング素子S1およびS2のオンオフの位相に対し、スイッチング素子S3およびS4のオンオフの位相は180°遅れている。 The on / off phase of the switching elements S3 and S4 is 180 ° behind the on / off phase of the switching elements S1 and S2.
制御部22は、バッファコンデンサCbufの端子間電圧とその目標値との差異、交流電圧源18が出力する入力交流電圧Vac、および、電源入力端子24−1とセンタータップmとを結ぶ経路に流れる入力電流iLに応じて、制御信号Cn1〜Cn4のデューティ比(時比率)を変化させる。これによって、電源入力端子24−1および24−2に流れる電流の時間波形を入力交流電圧Vacの時間波形に近似させ、または一致させると共に、電源入力端子24−1および24−2に流れる電流の位相を入力交流電圧Vacの位相に近似させ、または一致させる。
The
また、制御信号Cn1〜Cn4に従ってスイッチングS1〜S4がオンオフ制御されることで、スイッチング素子S1〜S4、ダイオードD1およびD2が整流回路として動作し、1次巻線T1の端子間電圧Vuvが整流されてバッファコンデンサCbufに印加される。これによって、入力交流電圧Vacに基づいて、バッファコンデンサCbufが充電される。 Further, by controlling the switching S1 to S4 on and off according to the control signals Cn1 to Cn4, the switching elements S1 to S4, the diodes D1 and D2 operate as a rectifier circuit, and the voltage Vuv between the terminals of the primary winding T1 is rectified. Is applied to the buffer capacitor Cbuf. As a result, the buffer capacitor Cbuf is charged based on the input AC voltage Vac.
このように、力率改善回路10の動作状態は、制御信号Cn1〜Cn4のそれぞれによって表される。デューティ比の代表値としてのUV相デューティ比は、制御信号Cn1がオンになる時間とデッドタイムとを加算した時間を、制御信号Cn1の周期で除した値として定義される。
As described above, the operating state of the power
制御信号Cn1〜Cn4の周期は、入力交流電圧Vacの周期よりも十分短い。電源入力端子24−1および24−2に流れる電流の時間波形は、スイッチング素子S1〜S4のスイッチングによって整形され、力率改善動作が実行される。 The period of the control signals Cn1 to Cn4 is sufficiently shorter than the period of the input AC voltage Vac. The time waveform of the current flowing through the power input terminals 24-1 and 24-2 is shaped by the switching of the switching elements S1 to S4, and the power factor improving operation is executed.
電圧コンバータ回路14の構成について説明する。電圧コンバータ回路14は、2次巻線T2およびWX相スイッチング回路16を備えている。
The configuration of the
WX相スイッチング回路16は、スイッチング素子S5およびS6によって構成されるハーフブリッジW、スイッチング素子S7およびS8によって構成されるハーフブリッジX、および出力コンデンサCoutを備えている。ハーフブリッジWは、スイッチング素子S5の一端と、スイッチング素子S6の一端とを接続したものである。スイッチング素子S5の両端には、スイッチング素子S6との接続点の側をアノードとしてダイオードが接続されている。スイッチング素子S6の両端には、スイッチング素子S5との接続点の側をカソードとしてダイオードが接続されている。スイッチング素子S5およびS6としては、例えば、IGBTが用いられる。この場合、スイッチング素子S5としてのIGBTのエミッタと、スイッチング素子S6としてのIGBTのコレクタとが接続される。
The WX
同様に、ハーフブリッジXは、スイッチング素子S7の一端と、スイッチング素子S8の一端とを接続したものである。スイッチング素子S7の両端には、スイッチング素子S8との接続点の側をアノードとしてダイオードが接続されている。スイッチング素子S8の両端には、スイッチング素子S7との接続点の側をカソードとしてダイオードが接続されている。スイッチング素子S7およびS8としては、例えば、IGBTが用いられる。この場合、スイッチング素子S7としてのIGBTのエミッタと、スイッチング素子S8としてのIGBTのコレクタとが接続される。 Similarly, the half bridge X connects one end of the switching element S7 and one end of the switching element S8. Diodes are connected to both ends of the switching element S7 with the side of the connection point with the switching element S8 as the anode. Diodes are connected to both ends of the switching element S8 with the side of the connection point with the switching element S7 as the cathode. As the switching elements S7 and S8, for example, an IGBT is used. In this case, the emitter of the IGBT as the switching element S7 and the collector of the IGBT as the switching element S8 are connected.
スイッチング素子S5およびS6の接続点と、スイッチング素子S7およびS8の接続点との間には2次巻線T2が接続されている。 A secondary winding T2 is connected between the connection points of the switching elements S5 and S6 and the connection points of the switching elements S7 and S8.
ハーフブリッジWおよびXは並列接続され、出力フルブリッジを構成している。すなわち、スイッチング素子S5の上側の端子とスイッチング素子S6の上側の端子とが接続され、スイッチング素子S7の下側の端子とスイッチング素子S8の下側の端子とが接続されている。ハーフブリッジWおよびXの上側の端子と、ハーフブリッジWおよびXの下側の端子との間には、出力コンデンサCoutが接続されている。また、ハーフブリッジWおよびXの上側の端子には正極負荷端子26Pが接続され、ハーフブリッジWおよびXの下側の端子には負極負荷端子26Nが接続されている。さらに、正極負荷端子26Pと負極負荷端子26Nとの間には負荷回路20が接続されている。
The half bridges W and X are connected in parallel to form an output full bridge. That is, the upper terminal of the switching element S5 and the upper terminal of the switching element S6 are connected, and the lower terminal of the switching element S7 and the lower terminal of the switching element S8 are connected. An output capacitor Cout is connected between the upper terminals of the half bridges W and X and the lower terminals of the half bridges W and X. Further, a positive
電圧コンバータ回路14の動作について説明する。力率改善回路10の1次巻線T1に印加された電圧に応じて2次巻線T2に電圧が発生し、2次巻線T2に発生した電圧がスイッチング素子S5およびS6の接続点と、スイッチング素子S7およびS8の接続点との間に印加される。
The operation of the
制御部22は、制御信号Cn5〜Cn8をそれぞれスイッチング素子S5〜S8に出力し、スイッチング素子S5〜S8をオンオフ制御する。制御信号Cniがハイであるときは、スイッチング素子Siはオンとなり、制御信号Cniがローであるときは、スイッチング素子Siはオフとなる。ただし、iは5〜8のうちいずれかの整数である。デッドタイムを除く時間帯で、制御信号Cn6は制御信号Cn5に対してハイおよびローを反転させた値となり、制御信号Cn8は制御信号Cn7に対してハイおよびローを反転させた値となる。また、制御信号Cn7およびCn8は、それぞれ、制御信号Cn5およびCn6に対して位相が180°遅れている。
The
これによってスイッチング素子S5およびS6は交互にオンオフする。すなわち、スイッチング素子S5がオンからオフになってからデッドタイムが経過した時にスイッチング素子S6がオフからオンになり、スイッチング素子S6がオンからオフになってからデッドタイムが経過した時にスイッチング素子S5がオフからオンになる。同様に、スイッチング素子S7およびS8は交互にオンオフする。すなわち、スイッチング素子S7がオンからオフになってからデッドタイムが経過した時にスイッチング素子S8がオフからオンになり、スイッチング素子S8がオンからオフになってからデッドタイムが経過した時にスイッチング素子S7がオフからオンになる。このように、デッドタイムが設けられていることで、各ハーフブリッジを構成する2つのスイッチング素子が同時にオンにならず、出力コンデンサCoutの両端が短絡されてしまうことが回避される。 As a result, the switching elements S5 and S6 are alternately turned on and off. That is, the switching element S6 changes from off to on when the dead time elapses after the switching element S5 turns from on to off, and the switching element S5 changes when the dead time elapses after the switching element S6 turns from on to off. From off to on. Similarly, the switching elements S7 and S8 are alternately turned on and off. That is, the switching element S8 changes from off to on when the dead time elapses after the switching element S7 turns from on to off, and the switching element S7 changes when the dead time elapses after the switching element S8 turns from on to off. From off to on. By providing the dead time in this way, it is possible to prevent the two switching elements constituting each half bridge from being turned on at the same time and short-circuiting at both ends of the output capacitor Cout.
スイッチング素子S5およびS6のオンオフの位相に対し、スイッチング素子S7およびS8のオンオフの位相は180°遅れている。 The on / off phase of the switching elements S7 and S8 is 180 ° behind the on / off phase of the switching elements S5 and S6.
このように、電圧コンバータ回路14の動作状態は、制御信号Cn5〜Cn8のそれぞれによって表される。デューティ比の代表値としてのWX相デューティ比は、制御信号Cn5がオンになる時間とデッドタイムとを加算した時間を、制御信号Cn5の周期で除した値として定義される。制御部22は、電圧コンバータ回路14のWX相デューティ比を、力率改善回路10のUV相デューティ比に一致させる。
As described above, the operating state of the
制御部22は、出力コンデンサCoutの端子間電圧とその目標値との差異に応じて、WX相スイッチング回路16をスイッチングする位相を、UV相スイッチング回路12に対して遅らせる。WX相スイッチング回路16をスイッチングする位相が、UV相スイッチング回路12をスイッチングする位相に対して遅れることで、UV相スイッチング回路12からWX相スイッチング回路16にトランスTを介して電力が伝送される。
The
このように、電力変換装置は、交流電圧源18からの入力電力の力率をスイッチングによって調整する第1スイッチング回路としてのUV相スイッチング回路12と、UV相スイッチング回路12に磁気結合回路としてのトランスTによって結合され、UV相スイッチング回路12からトランスTを介して入力された電力をスイッチングによって調整する第2スイッチング回路としてのWX相スイッチング回路16とを備えている。制御部22は、UV相スイッチング回路12からWX相スイッチング回路16に伝送する電力に応じて、UV相スイッチング回路12およびWX相スイッチング回路16をタイミングをずらして、すなわち、位相をずらして同一のスイッチング周波数でスイッチングする。
As described above, the power conversion device includes a UV
UV相スイッチング回路12は、並列接続された2つの第1ハーフブリッジであって、直列接続された2つのスイッチング素子をそれぞれが含む、2つの第1ハーフブリッジとしてハーフブリッジUおよびVを備えている。また、UV相スイッチング回路12は、並列接続されたハーフブリッジUおよびVに並列に接続され直流電力を蓄積するバッファコンデンサCbufと、電源入力端子24−1を介して1次巻線T1のセンタータップmに一端が接続された交流電圧源18の他端が接続され、交流電圧源18から出力される交流電力を、UV相スイッチング回路12のスイッチングによって整流してバッファコンデンサCbufを充電する整流部としてのダイオードD1およびD2を有している。
The UV
WX相スイッチング回路16は、並列接続された2つの第2ハーフブリッジであって、直列接続された2つのスイッチング素子をそれぞれが含む、2つの第2ハーフブリッジとしてハーフブリッジWおよびXを備えている。また、WX相スイッチング回路16は、並列接続されたハーフブリッジWおよびXに並列に接続され、直流電力を蓄積する出力コンデンサCoutとを有している。
The WX
1次巻線T1は、ハーフブリッジUが備える2つのスイッチング素子S1およびS2の接続点と、ハーフブリッジVが備える2つのスイッチング素子S3およびS4の接続点との間に接続されている。2次巻線T2は、ハーフブリッジWが備える2つのスイッチング素子S5およびS6の接続点と、ハーフブリッジXが備える2つのスイッチング素子S7およびS8の接続点との間に接続されている。1次巻線T1および2次巻線T2は磁気的に結合し、磁気結合回路としてのトランスTを形成している。 The primary winding T1 is connected between the connection points of the two switching elements S1 and S2 included in the half bridge U and the connection points of the two switching elements S3 and S4 included in the half bridge V. The secondary winding T2 is connected between the connection points of the two switching elements S5 and S6 included in the half bridge W and the connection points of the two switching elements S7 and S8 included in the half bridge X. The primary winding T1 and the secondary winding T2 are magnetically coupled to form a transformer T as a magnetic coupling circuit.
本実施形態に係る電力変換装置では、各ハーフブリッジを構成する2つのスイッチング素子の一方がオンからオフになり、他方がオフからオンになる際にデッドタイムが設けられている。このようなデッドタイムがある場合、後述するように、負荷回路20に出力される電力に寄与しない循環電流が増加することがある。この循環電流は、2次巻線T2の両端の電圧Vwxが0である時間帯に2次巻線T2に流れる電流であり、ジュール熱の発生等によって損失を増加させる。循環電流を抑制するため、制御部22は、UV相デューティ比に補正値を加算した値をWX相デューティ比とし、このWX相デューティ比に従って電圧コンバータ回路14をスイッチングする。
In the power conversion device according to the present embodiment, a dead time is provided when one of the two switching elements constituting each half bridge is turned from on to off and the other is turned from off to on. When there is such a dead time, the circulating current that does not contribute to the power output to the
図2(a)および(b)には、制御信号Cn1〜Cn4の時間波形が示されている。制御信号Cn1およびCn2の時間波形は実線で示され、制御信号Cn3およびCn4の時間波形は破線で示されている。 2 (a) and 2 (b) show the time waveforms of the control signals Cn1 to Cn4. The time waveforms of the control signals Cn1 and Cn2 are shown by solid lines, and the time waveforms of the control signals Cn3 and Cn4 are shown by broken lines.
ハーフブリッジUに対する制御信号Cn1およびCn2の周期はPである。制御信号Cn1がハイになる時間は、デューティ・オン時間Tαからデッドタイムtdを減算した時間(Tα−td)である。ここで、デューティ・オン時間Tαは、仮にデッドタイムtdを0とした場合に、制御信号Cn1がハイになる時間である。制御信号Cn2がハイになる時間は、スイッチング周期Pからデューティ・オン時間Tαを減算し、さらに、デッドタイムtdを減算した時間(P−Tα−td)である。 The period of the control signals Cn1 and Cn2 with respect to the half bridge U is P. The time when the control signal Cn1 becomes high is the time (Tα−td) obtained by subtracting the dead time td from the duty-on time Tα. Here, the duty-on time Tα is a time during which the control signal Cn1 becomes high when the dead time td is set to 0. The time when the control signal Cn2 becomes high is the time (P-Tα-td) obtained by subtracting the duty-on time Tα from the switching cycle P and further subtracting the dead time td.
ハーフブリッジVに対する制御信号Cn3およびCn4は、それぞれ、制御信号Cn1およびCn2と同一の時間波形を有し、それぞれ、制御信号Cn1およびCn2に対して位相が180°遅れている。 The control signals Cn3 and Cn4 for the half bridge V have the same time waveforms as the control signals Cn1 and Cn2, respectively, and their phases are 180 ° behind the control signals Cn1 and Cn2, respectively.
図2(c)および(d)には、制御信号Cn5〜Cn8の時間波形が示されている。制御信号Cn5およびCn6の時間波形は実線で示され、制御信号Cn7およびCn8の時間波形は破線で示されている。制御信号Cn5およびCn6は、それぞれ、制御信号Cn1およびCn2に対しφだけ位相が遅れている。制御信号Cn5のデューティ比(WX相デューティ比)は、制御信号Cn1のデューティ比(UV相デューティ比)に補正値を加算した補正デューティ比である。デューティ比の補正によって、制御信号Cn5のパルス幅は、制御信号Cn1のパルス幅に時間換算補正値Δαを加算した時間となる。制御信号Cn6のパルス幅は、制御信号Cn2のパルス幅に時間換算補正値Δαを加算した時間となる。なお、時間換算補正値Δαは、ラジアンで表されたデューティ比の補正値を時間換算した値である。図2(c)および(d)に示される例では、Δαは負の値であり、制御信号Cn5のオン時間は制御信号Cn1のオン時間よりも|Δα|だけ短くなっている。また、制御信号Cn6のオフ時間は、制御信号Cn2のオフ時間よりも|Δα|だけ短くなっている。図2(c)および(d)では、制御信号Cn5およびCn6の補正前の時間波形が点線で模式的に示されている。 2 (c) and 2 (d) show the time waveforms of the control signals Cn5 to Cn8. The time waveforms of the control signals Cn5 and Cn6 are shown by solid lines, and the time waveforms of the control signals Cn7 and Cn8 are shown by broken lines. The control signals Cn5 and Cn6 are out of phase with the control signals Cn1 and Cn2 by φ, respectively. The duty ratio (WX phase duty ratio) of the control signal Cn5 is a correction duty ratio obtained by adding a correction value to the duty ratio (UV phase duty ratio) of the control signal Cn1. By correcting the duty ratio, the pulse width of the control signal Cn5 becomes the time obtained by adding the time conversion correction value Δα to the pulse width of the control signal Cn1. The pulse width of the control signal Cn6 is the time obtained by adding the time conversion correction value Δα to the pulse width of the control signal Cn2. The time-converted correction value Δα is a time-converted value of the correction value of the duty ratio expressed in radians. In the examples shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d), Δα is a negative value, and the on-time of the control signal Cn5 is shorter than the on-time of the control signal Cn1 by | Δα |. Further, the off time of the control signal Cn6 is shorter than the off time of the control signal Cn2 by | Δα |. In FIGS. 2C and 2D, the time waveforms of the control signals Cn5 and Cn6 before correction are schematically shown by dotted lines.
同様に、制御信号Cn7およびCn8は、それぞれ、制御信号Cn3およびCn4に対しφだけ位相が遅れている。制御信号Cn7のデューティ比は、制御信号Cn3のデューティ比に補正値を加算した補正デューティ比である。デューティ比の補正によって、制御信号Cn7のパルス幅は、制御信号Cn3のパルス幅に時間換算補正値Δαを加算した時間となる。また、制御信号Cn8のパルス幅は、制御信号Cn4のパルス幅に時間換算補正値Δαを加算した時間となる。図2(c)および(d)に示される例では、Δαは負の値であり、制御信号Cn7のオン時間は制御信号Cn3のオン時間よりも|Δα|だけ短くなっている。また、制御信号Cn8のオフ時間は、制御信号Cn4のオフ時間よりも|Δα|だけ短くなっている。図2(c)および(d)では、制御信号Cn7およびCn8の補正前の時間波形が点線で模式的に示されている。 Similarly, the control signals Cn7 and Cn8 are out of phase with the control signals Cn3 and Cn4 by φ, respectively. The duty ratio of the control signal Cn7 is a correction duty ratio obtained by adding a correction value to the duty ratio of the control signal Cn3. By correcting the duty ratio, the pulse width of the control signal Cn7 becomes the time obtained by adding the time conversion correction value Δα to the pulse width of the control signal Cn3. Further, the pulse width of the control signal Cn8 is the time obtained by adding the time conversion correction value Δα to the pulse width of the control signal Cn4. In the examples shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d), Δα is a negative value, and the on-time of the control signal Cn7 is shorter than the on-time of the control signal Cn3 by | Δα |. Further, the off time of the control signal Cn8 is shorter than the off time of the control signal Cn4 by | Δα |. In FIGS. 2C and 2D, the time waveforms of the control signals Cn7 and Cn8 before correction are schematically shown by dotted lines.
制御信号Cn1がハイからローに切り換わる時間と制御信号Cn2がローからハイに切り換わる時間との間、および、制御信号Cn2がハイからローに切り換わる時間と制御信号Cn1がローからハイに切り換わる時間との間のそれぞれには、デッドタイムtdが設けられている。制御信号Cn3および制御信号Cn4の組、制御信号Cn5およびCn6の組、ならびに制御信号Cn7およびCn8の組についても、制御信号Cn1およびCn2の組と同様にデッドタイムtdが設けられている。図2では、各デッドタイムがハッチングによって示されている。 Between the time when the control signal Cn1 switches from high to low and the time when the control signal Cn2 switches from low to high, and the time when the control signal Cn2 switches from high to low and the control signal Cn1 switches from low to high. A dead time td is provided for each of the changing times. The set of the control signal Cn3 and the control signal Cn4, the set of the control signals Cn5 and Cn6, and the set of the control signals Cn7 and Cn8 are also provided with the dead time td as in the set of the control signals Cn1 and Cn2. In FIG. 2, each dead time is shown by hatching.
バッファコンデンサCbufが一定の電圧Vbに充電されており、出力コンデンサCoutが一定の電圧Vdに充電されているものとして、1次巻線電圧Vuv、2次巻線電圧Vwxおよび2次巻線電流idについて説明する。図3(a)および(b)には、それぞれ、1次巻線電圧Vuv、2次巻線電圧Vwxの時間波形が示されている。また、2次巻線T2の巻き数に対する1次巻線T1の巻き数の比として定義される巻線比をNとし、Vb=N・Vdの関係が成立しているものとする。 Assuming that the buffer capacitor Cbuf is charged to a constant voltage Vb and the output capacitor Cout is charged to a constant voltage Vd, the primary winding voltage Vuv, the secondary winding voltage Vwx and the secondary winding current id Will be described. 3 (a) and 3 (b) show time waveforms of the primary winding voltage Vuv and the secondary winding voltage Vwx, respectively. Further, it is assumed that the winding ratio defined as the ratio of the number of turns of the primary winding T1 to the number of turns of the secondary winding T2 is N, and the relationship of Vb = N · Vd is established.
スイッチング素子S1およびS4の両者がオンになる時間帯で1次巻線電圧VuvはVbとなり、スイッチング素子S2およびS3の両者がオンになる時間帯で1次巻線電圧は−Vuvとなる。また、スイッチング素子S5およびS8の両者がオンになる時間帯で2次巻線電圧VwxはVdとなり、スイッチング素子S6およびS7の両者がオンになる時間帯で2次巻線電圧Vwxは−Vdとなる。その他の時間帯において、1次巻線電圧Vuvおよび2次巻線電圧Vwxはいずれも0となる。 The primary winding voltage Vuv becomes Vb in the time zone when both the switching elements S1 and S4 are turned on, and the primary winding voltage becomes −Vuv in the time zone when both the switching elements S2 and S3 are turned on. Further, the secondary winding voltage Vwx becomes Vd in the time zone when both the switching elements S5 and S8 are turned on, and the secondary winding voltage Vwx becomes −Vd in the time zone when both the switching elements S6 and S7 are turned on. Become. In other time zones, the primary winding voltage Vuv and the secondary winding voltage Vwx are both 0.
1次巻線電圧Vuvは、・・・・Vb,0,−Vb,0,Vb、・・・・というように、時間経過と共にVb,0,−Vb,0の順に値の変化を繰り返す。2次巻線電圧Vwxは、・・・・Vd,0,−Vd,0,Vd、・・・・というように、時間経過と共にVd,0,−Vd,0の順に値の変化を繰り返す。 The value of the primary winding voltage Vuv repeats changing in the order of Vb, 0, -Vb, 0 with the passage of time, such as Vb, 0, -Vb, 0, Vb, .... The secondary winding voltage Vwx repeatedly changes in the order of Vd, 0, −Vd, 0 with the passage of time, such as Vd, 0, −Vd, 0, Vd, ....
2次巻線電圧Vwxが0からVdに立ち上がる時間は、1次巻線電圧Vuvが0からVbに立ち上がる時間に対し、位相換算でφだけ遅れている。図3(b)において破線で示されている時間波形は、UV相デューティ比に補正値が加算されていないデューティ比に従って電力変換装置が動作した場合の2次巻線電圧Vwxである。図3(b)において実線で示されている時間波形は、UV相デューティ比に補正値が加算されたWX相デューティ比に従って電力変換装置が動作した場合の2次巻線電圧Vwxである。 The time for the secondary winding voltage Vwx to rise from 0 to Vd is delayed by φ in phase conversion with respect to the time for the primary winding voltage Vv to rise from 0 to Vb. The time waveform shown by the broken line in FIG. 3B is the secondary winding voltage Vwx when the power conversion device operates according to the duty ratio in which the correction value is not added to the UV phase duty ratio. The time waveform shown by the solid line in FIG. 3B is the secondary winding voltage Vwx when the power converter operates according to the WX phase duty ratio in which the correction value is added to the UV phase duty ratio.
図3(c)には、2次巻線T2に流れる電流idの時間波形が示されている。2次巻線電流idは、スイッチング素子S7およびスイッチング素子S8の接続点から、スイッチング素子S5およびS6の接続点に向かって流れる方向を正とする。 FIG. 3C shows a time waveform of the current id flowing through the secondary winding T2. The direction in which the secondary winding current id flows from the connection point of the switching element S7 and the switching element S8 toward the connection point of the switching elements S5 and S6 is positive.
UVデューティ比およびWXデューティ比に従って電力変換装置が動作した場合について説明する。時間t1〜t2の間は、1次巻線電圧VuvがVbである一方で、2次巻線電圧Vwxは0である。これによって2次巻線T2に誘導電流が流れ2次巻線電流idが増加する。時間t2〜t3の間は、1次巻線電圧VuvはVbを維持し、2次巻線電圧VwxはVdを維持する。Vb=N・Vdが成立するため、2次巻線電流idは過渡的な増減が少なく、時間t2からほぼ一定の値を維持する。時間t3〜t4の間は、2次巻線電圧VwxがVdである一方で、1次巻線電圧Vuvは0である。これによって2次巻線T2に誘導電流が流れ2次巻線電流idが減少する。時間t4〜t5の間は1次巻線電圧Vuvおよび2次巻線電圧Vwxのいずれもが0であるため、idは過渡的な増減が少なく、時間t4から0または0に近い値を維持する。 The case where the power conversion device operates according to the UV duty ratio and the WX duty ratio will be described. During the time t1 to t2, the primary winding voltage Vuv is Vb, while the secondary winding voltage Vwx is 0. As a result, an induced current flows in the secondary winding T2 and the secondary winding current id increases. During the time t2 to t3, the primary winding voltage Vuv maintains Vb and the secondary winding voltage Vwx maintains Vd. Since Vb = N · Vd is established, the secondary winding current id has little transient increase / decrease and maintains a substantially constant value from the time t2. During the time t3 to t4, the secondary winding voltage Vwx is Vd, while the primary winding voltage Vuv is 0. As a result, an induced current flows through the secondary winding T2, and the secondary winding current id decreases. Since both the primary winding voltage Vuv and the secondary winding voltage Vwx are 0 during the time t4 to t5, the id has little transient increase / decrease and maintains a value close to 0 or 0 from the time t4. ..
時間t5〜t9の間、1次巻線電圧Vuv、2次巻線電圧Vwxおよび2次巻線電流idは、時間t1〜t5における値の極性を反転したものとなる。時間t9〜t10の間は、時間t1〜t2と同様、1次巻線電圧VuvがVbである一方で、2次巻線電圧Vwxは0である。これによって2次巻線T2に誘導電流が流れ2次巻線電流idが増加する。 During the time t5 to t9, the primary winding voltage Vuv, the secondary winding voltage Vwx, and the secondary winding current id are the reversals of the polarities of the values at the times t1 to t5. During the time t9 to t10, the primary winding voltage Vuv is Vb, while the secondary winding voltage Vwx is 0, as in the time t1 to t2. As a result, an induced current flows in the secondary winding T2 and the secondary winding current id increases.
次に、補正値が加算されていないデューティ比に従って電力変換装置が動作した場合の動作について説明する。WX相デューティ比に従った場合、時間t3から時間t4にかけて2次巻線電流idが減少し0に近付きまたは0となる。これに対し、補正値が加算されていないデューティ比に従った場合、時間t3から時間t4+|Δα|にかけて2次巻線電流idが減少して0になり、向きが逆になって負方向に増加する。その後、時間t4+|Δα|から時間t5までの間、時間t4+|Δα|での値−izが維持される。また、WX相デューティ比に従った場合、時間t7から時間t8にかけて2次巻線電流idが0に近付く。これに対し、補正値が加算されていないデューティ比に従った場合、時間t7から時間t8+|Δα|にかけて2次巻線電流idが0に向かい、向きが逆になって正方向に増加する。その後、時間t8+|Δα|から時間t9までの間、時間t8+|Δα|での値izが維持される。 Next, the operation when the power conversion device operates according to the duty ratio to which the correction value is not added will be described. According to the WX phase duty ratio, the secondary winding current id decreases from time t3 to time t4 and approaches 0 or becomes 0. On the other hand, when the duty ratio to which the correction value is not added is followed, the secondary winding current id decreases from time t3 to time t4 + | Δα | to 0, and the direction is reversed to be negative. To increase. After that, the value −iz at the time t4 + | Δα | is maintained from the time t4 + | Δα | to the time t5. Further, when the WX phase duty ratio is followed, the secondary winding current id approaches 0 from time t7 to time t8. On the other hand, when the duty ratio to which the correction value is not added is followed, the secondary winding current id goes to 0 from the time t7 to the time t8 + | Δα |, and the direction is reversed and increases in the positive direction. After that, the value iz at the time t8 + | Δα | is maintained from the time t8 + | Δα | to the time t9.
2次巻線電流idのうち、負荷回路20に供給される電力に寄与しない循環電流について説明する。補正値が加算されていないデューティ比に従って電力変換装置が動作した場合、時間t1〜t9の時間帯で2次巻線電圧Vwxが0となるのは、時間t1〜t2の間、時間t4+|Δα|〜t6の間、および時間t8+|Δα|〜t9の間である。これらのゼロ電圧時間帯における2次巻線電流idは、負荷回路20に出力される電力に寄与しない循環電流であり、ジュール熱等の損失を増加させる。
Among the secondary winding current ids, a circulating current that does not contribute to the electric power supplied to the
ゼロ電圧時間帯のうち時間t4+|Δα|〜t5の間は、時間t4+|Δα|における電流−izが流れ、時間t8+|Δα|〜t9の間は、時間t8+|Δα|における電流izが流れる。したがって、ゼロ電圧時間帯においては、時間t4+|Δα|および時間t8+|Δα|における2次巻線電流idに基づいて定まる循環電流(−izまたはiz)が流れる。 In the zero voltage time zone, the current −iz at the time t4 + | Δα | flows during the time t4 + | Δα | to t5, and the current iz at the time t8 + | Δα | flows during the time t8 + | Δα | .. Therefore, in the zero voltage time zone, a circulating current (−iz or iz) determined based on the secondary winding current id at the time t4 + | Δα | and the time t8 + | Δα | flows.
一方、WX相デューティ比に従って電力変換装置が動作した場合、時間t1〜t9の時間帯で、2次巻線電圧Vwxが0となるのは、時間t1〜t2の間、時間t4〜t6の間、および時間t8〜t9の間である。これらのゼロ電圧時間帯のうち、時間t4〜t5の間、および時間t8〜t9の間では、2次巻線電流idは0または0に近い値である。したがって、補正値が加算されていないデューティ比に従った場合に比べて循環電流が抑制され、循環電流による損失が抑制される。 On the other hand, when the power converter operates according to the WX phase duty ratio, the secondary winding voltage Vwx becomes 0 in the time zone of time t1 to t9 during time t1 to t2 and time t4 to t6. , And time between t8 and t9. Among these zero voltage time zones, the secondary winding current id is 0 or a value close to 0 during the time t4 to t5 and between the time t8 and t9. Therefore, the circulating current is suppressed and the loss due to the circulating current is suppressed as compared with the case where the correction value follows the duty ratio to which the correction value is not added.
図4には、制御部22の構成例が示されている。制御部22は、図4に示されている構成要素をプログラムを実行することによって実現するプロセッサを備えていてもよい。また、各構成要素が、ハードウエアとしての電子回路によって個別に構成されてもよい。
FIG. 4 shows a configuration example of the
制御部22が、各制御信号を生成するに際しては、バッファコンデンサCbufの端子間電圧Vbの計測値Vbm、入力交流電圧Vacの計測値Vim、入力電流iLの計測値IL、および電圧コンバータ回路14から負荷回路20に出力される電圧Vdの計測値Vdmが用いられる。電力変換装置には、これらを計測するための各センサ(図示せず)が設けられている。
When the
制御部22は、バッファコンデンサCbufの端子間電圧の計測値であるバッファ電圧計測値Vbmとその目標値であるバッファ電圧目標値Vb*との差異に基づいてUV相デューティ比目標値α0*およびWX相デューティ比目標値α*を求める。また、制御部22は、電圧コンバータ回路14から負荷回路20への出力電圧の計測値である出力電圧計測値Vdmとその目標値である出力電圧目標値Vd*との差異に基づいて、WX相スイッチング回路16をスイッチングする位相を、UV相スイッチング回路12に対して遅らせる各制御信号を生成する。
The
UV相デューティ比目標値α0*およびWX相デューティ比目標値α*を求める処理について説明する。減算器28は、バッファ電圧目標値Vb*からバッファ電圧計測値Vbmを減算して第1誤差を求め、電圧PI制御部30に出力する。電圧PI制御部30は、比例積分制御による第1制御値を求め、乗算器32に出力する。乗算器32は、入力交流電圧Vinの計測値の絶対値|Vim|を第1制御値に乗じ、さらに、入力交流電圧計測値Vimの時間平均値の自乗の逆数を乗じて得られる入力電流目標値iL*を減算器34に出力する。減算器34は、入力電流目標値iL*から入力電流計測値ILの絶対値|IL|を減算して第2誤差を求め、電流PI制御部36に出力する。電流PI制御部36は、比例積分制御による第2制御値を求め加算器38に出力する。加算器38は、第2制御値に半周期目標値1−|Vim|/Vbmを加算して調整前目標値α0を求める。半周期目標値1−|Vim|/Vbmは、入力交流電圧Vacが正の半周期の値であるときに、力率改善回路10において力率改善効果が得られるデューティ比としての意義を有する。
The process of obtaining the UV phase duty ratio target value α0 * and the WX phase duty ratio target value α * will be described. The
デューティ比決定部40は、入力交流電圧Vacの測定値Vimが0または正の値であるときは、α0*=α0としてUV相デューティ比目標値α0*を求める。また、デューティ比決定部40は、入力交流電圧Vacの測定値Vimが負の値であるであるときは、α0*=1−α0としてUV相デューティ比目標値α0*を求める。
When the measured value Vim of the input AC voltage Vac is 0 or a positive value, the duty
さらに、デューティ比決定部40は、次の(数1)に従ってUV相デューティ比目標値α0*を補正してWX相デューティ比目標値α*を求める。ただし、(数1)で求められるWX相デューティ比目標値α*の単位はラジアンであり、この値を2πで除した値が1周期Pに占めるオン・デューティ時間Tαの比率を表す値となる。 Further, the duty ratio determining unit 40 corrects the UV phase duty ratio target value α0 * according to the following (Equation 1) to obtain the WX phase duty ratio target value α * . However, the unit of the WX phase duty ratio target value α * obtained in (Equation 1) is radian, and the value obtained by dividing this value by 2π is the value representing the ratio of the on-duty time Tα to one cycle P. ..
(数1)α*=α0*+2π・td・fsw・PL[rad] (Equation 1) α * = α0 * + 2π ・ td ・ fsw ・ PL [rad]
この式におけるtdはデッドタイムである。fswはスイッチング周波数でありスイッチング周期Pの逆数である。また、PLは極性係数であり、UV相デューティ比目標値α0*がπ以上であるときは+1、UV相デューティ比目標値α0*がπ未満であるときは−1の値を有する。 Td in this equation is the dead time. fsw is the switching frequency and is the reciprocal of the switching period P. Further, PL is a polarity coefficient, and has a value of +1 when the UV phase duty ratio target value α0 * is π or more, and -1 when the UV phase duty ratio target value α0 * is less than π.
(数1)では、UV相デューティ比目標値α0*がπ以上であるときと、π未満であるときとで、補正項である2π・td・fsw・PLの極性が反転する。これによって、制御部22は、UV相デューティ比目標値α0*に応じた極性を有する補正値に基づいてUV相デューティ比目標値α0*を補正し、WX相デューティ比目標値α*を求める。そして、このWX相デューティ比目標値α*に基づいてWX相スイッチング回路16を制御して循環電流を抑制する。
In (Equation 1), the polarities of the correction terms 2π, td, fsw, and PL are reversed depending on whether the UV phase duty ratio target value α0 * is π or more and less than π. Thus, the
なお、(数1)の補正値2π・td・fsw・PLの単位はラジアンである。図2に示されている時間換算の補正値Δαは、(数2)で示されているように、スイッチング周期P(=1/fsw)を乗じて2πで除した値である。すなわち、時間換算の補正値Δαは、デッドタイムtdの極性を極性係数PLに応じて定めたものであり、|Δα|=tdである。 The unit of the correction value 2π, td, fsw, and PL of (Equation 1) is radian. The time-converted correction value Δα shown in FIG. 2 is a value obtained by multiplying the switching period P (= 1 / fsw) and dividing by 2π as shown in (Equation 2). That is, the time-converted correction value Δα determines the polarity of the dead time td according to the polarity coefficient PL, and | Δα | = td.
(数2)Δα=td・PL (Equation 2) Δα = td ・ PL
WX相スイッチング回路16をスイッチングする位相を、UV相スイッチング回路12に対して遅らせる制御信号を生成する処理について説明する。減算器42は、出力電圧目標値Vd*から出力電圧計測値Vdmを減算した第3誤差を求め、位相PI制御部44に出力する。位相PI制御部44は、比例積分制御による第3制御値を求め、位相調整部48に出力する。キャリア生成部46は、パルス幅変調を行うためのキャリア信号を位相調整部48に出力する。キャリア信号は、例えば、三角波を時間波形とする信号である。
A process of generating a control signal that delays the phase of switching the WX
位相調整部48は、さらに、キャリア生成部46から出力されたキャリア信号の位相を、第3制御値に基づいて変化させて、UV相バッファアンプ50に出力する。例えば、位相調整部48は、第3制御値が大きい程、キャリア信号の位相を進める。UV相バッファアンプ50は、位相調整部48から出力されたキャリア信号をU相キャリア信号CUとしてUV相制御信号生成部54に出力する。また、UV相バッファアンプ50は、位相調整部48から出力されたキャリア信号を180°遅延させてV相キャリア信号CVとしてUV相制御信号生成部54に出力する。
The
位相調整部48は、キャリア信号をWX相バッファアンプ52に出力する。WX相バッファアンプ52は、位相調整部48から出力されたキャリア信号をW相キャリア信号CWとしてWX相制御信号生成部56に出力する。また、WX相バッファアンプ52は、位相調整部48から出力されたキャリア信号を180°遅延させてX相キャリア信号CXとしてWX相制御信号生成部56に出力する。
The
ここでは、位相調整部48が、UV相バッファアンプ50に出力する信号の位相を第3制御値に基づいて進める処理について説明したが、位相調整部48が、WX相バッファアンプ52に出力する信号の位相を第3制御値に基づいて遅らせる処理が採用されてもよい。
Here, the process of advancing the phase of the signal output to the UV
UV相制御信号生成部54は、UV相デューティ比目標値α0*、U相キャリア信号CUおよびV相キャリア信号CVに基づいて、図2に示されるような制御信号Cn1〜Cn4を生成する。WX相制御信号生成部56は、WX相デューティ比目標値α*、W相キャリア信号CWおよびX相キャリア信号CXに基づいて、図2に示されるような制御信号Cn5〜Cn8を生成する。
The UV phase control
このような制御によれば、バッファ電圧計測値Vbmがバッファ電圧目標値Vb*に満たないときは、UV相デューティ比目標値α0*が増加し、バッファ電圧計測値Vbがバッファ電圧目標値Vb*を超えたときは、UV相デューティ比目標値α0*が減少する。これによって、バッファコンデンサCbufの端子間電圧が電圧目標値Vb*に近付き、または、一致する。 According to such control, when the buffer voltage measurement value Vbm is less than the buffer voltage target value Vb * , the UV phase duty ratio target value α0 * increases, and the buffer voltage measurement value Vb becomes the buffer voltage target value Vb *. When it exceeds, the UV phase duty ratio target value α0 * decreases. As a result, the voltage between the terminals of the buffer capacitor Cbuf approaches or coincides with the voltage target value Vb *.
さらに、出力電圧計測値Vdmが出力電圧目標値Vd*に満たないときは、UV相スイッチング回路12をスイッチングする位相に対し、WX相スイッチング回路16をスイッチングする位相の遅れが大きくなる。また、出力電圧計測値Vdmが出力電圧目標値Vd*を超えるときは、UV相スイッチング回路12をスイッチングする位相に対し、WX相スイッチング回路16をスイッチングする位相の進みが大きくなる。これによって、出力電圧が出力電圧目標値Vd*に近付き、または、一致する。
Further, when the output voltage measurement value Vdm is less than the output voltage target value Vd * , the phase delay in switching the WX
なお、上記では、バッファコンデンサCbufの端子間電圧Vbと、出力コンデンサCoutの端子間電圧Vdとの間にVb=N・Vdの関係が成立しているものとして電力変換装置の動作について説明した。電力変換装置が動作を開始してから定常状態となるまでの間や、負荷回路20に出力される電力が変動するときは、Vb=N・Vdの関係が成立しないことがある。この場合、ゼロ電圧時間帯に2次巻線T2に流れる電流が増加することがある。このような課題を解決するため、デューティ比決定部40は、(数1)の右辺に第2の補正項を加算した(数3)に基づいてWX相デューティ比目標値α*を求めてもよい。
In the above, the operation of the power conversion device has been described assuming that the relationship of Vb = N · Vd is established between the inter-terminal voltage Vb of the buffer capacitor Cbuf and the inter-terminal voltage Vd of the output capacitor Cout. The relationship of Vb = N · Vd may not be established between the start of operation of the power conversion device and the steady state, or when the power output to the
(数3)α*=α0*+2π・td・fsw・PL
+(2π−α0*)・(1−Vbm/(N・Vdm))
(Equation 3) α * = α0 * + 2π ・ td ・ fsw ・ PL
+ (2π-α0 * ) ・ (1-Vbm / (N ・ Vdm))
図5(a)、(b)および(c)には、それぞれ、入力交流電圧Vac、UV相デューティ比目標値α0*、および補正項δ=2π・td・fsw・PLの時間波形が示されている。上述のように、デューティ比決定部40は、入力交流電圧Vacの測定値Vimが0または正の値であるときと、負の値であるときとで異なる数式に従ってUV相デューティ比目標値α0*を求める。そのため、図4(a)および(b)に示されているように、入力交流電圧Vacが0となるタイミングで時間波形が不連続となる。 5 (a), (b) and (c) show the input AC voltage Vac, the UV phase duty ratio target value α0 * , and the time waveforms of the correction term δ = 2π, td, fsw, and PL, respectively. ing. As described above, the duty ratio determining unit 40 has a UV phase duty ratio target value α0 * according to different mathematical formulas when the measured value Vim of the input AC voltage Vac is 0 or a positive value and when it is a negative value. Ask for. Therefore, as shown in FIGS. 4A and 4B, the time waveform becomes discontinuous at the timing when the input AC voltage Vac becomes 0.
図6には、(数1)において、補正項δ=2π・td・fsw・PLの代わりに、極性を一定とした補正項|δ|=2π・td・fswを仮に用いた場合の1次巻線電圧Vuv、2次巻線電圧Vwx、および2次巻線電流idの時間波形が示されている。これらの時間波形はシミュレーションによって求められたものである。図6(a)には、UV相デューティ比目標値α0*がπより大きい場合(スイッチング周期Pに対するオン・デューティ時間Tαの比率が0.5より大きい場合)の時間波形が示されている。図6(b)には、UV相デューティ比目標値α0*がπより小さい場合(スイッチング周期Pに対するオン・デューティ時間Tαの比率が0.5より小さい場合)の時間波形が示されている。UV相デューティ比目標値α0*がπより小さい場合については、2次巻線電圧Vwxのゼロ電圧時間帯における循環電流izが0に近付けられている。一方、UV相デューティ比目標値α0*がπより大きい場合については、ゼロ電圧時間帯における循環電流izが、UV相デューティ比目標値α0*がπより小さい場合に比べて大きい。このように、補正項として|δ|=2π・td・fswを用いた場合には、UV相デューティ比目標値α0*がπより大きいときに循環電流による損失が大きくなってしまう。 In FIG. 6, in (Equation 1), instead of the correction term δ = 2π ・ td ・ fsw ・ PL, the correction term | δ | = 2π ・ td ・ fsw with a constant polarity is tentatively used. The time waveforms of the winding voltage Vuv, the secondary winding voltage Vwx, and the secondary winding current id are shown. These time waveforms are obtained by simulation. FIG. 6A shows a time waveform when the UV phase duty ratio target value α0 * is larger than π (when the ratio of the on-duty time Tα to the switching period P is larger than 0.5). FIG. 6B shows a time waveform when the UV phase duty ratio target value α0 * is smaller than π (when the ratio of the on-duty time Tα to the switching period P is smaller than 0.5). When the UV phase duty ratio target value α0 * is smaller than π, the circulating current iz in the zero voltage time zone of the secondary winding voltage Vwx is close to 0. On the other hand, when the UV phase duty ratio target value α0 * is larger than π, the circulating current iz in the zero voltage time zone is larger than when the UV phase duty ratio target value α0 * is smaller than π. As described above, when | δ | = 2π · td · fsw is used as the correction term, the loss due to the circulating current becomes large when the UV phase duty ratio target value α0 * is larger than π.
図7には、(数1)を用いた場合の1次巻線電圧Vuv、2次巻線電圧Vwx、および2次巻線電流idの時間波形が示されている。これらの時間波形はシミュレーションによって求められたものである。図7(a)には、UV相デューティ比目標値α0*がπより大きい場合の時間波形が示されている。図7(b)には、UV相デューティ比目標値α0*がπより小さい場合の時間波形が示されている。UV相デューティ比目標値α0*がπより小さい場合および大きい場合のいずれについても、ゼロ電圧時間帯における循環電流izが0に近付けられている。 FIG. 7 shows the time waveforms of the primary winding voltage Vuv, the secondary winding voltage Vwx, and the secondary winding current id when (Equation 1) is used. These time waveforms are obtained by simulation. FIG. 7A shows a time waveform when the UV phase duty ratio target value α0 * is larger than π. FIG. 7B shows a time waveform when the UV phase duty ratio target value α0 * is smaller than π. The circulating current iz in the zero voltage time zone is close to 0 in both cases where the UV phase duty ratio target value α0 * is smaller than π and larger than π.
本実施形態においては、補正項としてδ=2π・td・fsw・PLを有する(数1)または(数3)を用いてWX相デューティ比目標値α*が求められる。したがって、ゼロ電圧時間帯における循環電流による損失が抑制される。 In the present embodiment, the WX phase duty ratio target value α * is obtained by using (Equation 1) or (Equation 3) having δ = 2π ・ td ・ fsw ・ PL as a correction term. Therefore, the loss due to the circulating current in the zero voltage time zone is suppressed.
図8には、本発明の応用実施形態に係る制御部22Aの構成が示されている。図4に示されている制御部22と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。この制御部22Aは、図4に示されている制御部22におけるデューティ比決定部40を、デューティ比制限/決定部58に置き換えたものである。
FIG. 8 shows the configuration of the
デューティ比制限/決定部58は、入力交流電圧Vacの測定値Vimが0または正の値であるときは、β0*=α0(加算器38が出力する調整前目標値α0)として制限前のUV相デューティ比目標値β0*を求める。また、デューティ比制限/決定部58は、入力交流電圧Vacの測定値Vimが負の値であるであるときは、β0*=1−α0として制限前のUV相デューティ比目標値β0*を求める。
When the measured value Vim of the input AC voltage Vac is 0 or a positive value, the duty ratio limiting / determining
デューティ比制限/決定部58は、さらに、UV相デューティ比目標値β0*が、下限値Lw以上、かつ、上限値Up以下であるときは、α0*=β0*としてUV相デューティ比目標値α0*をUV相制御信号生成部54に出力する。また、デューティ比制限/決定部58は、UV相デューティ比目標値β0*が上限値Upを超えるときは、α0*=UpとしてUV相デューティ比目標値α0*をUV相制御信号生成部54に出力し、UV相デューティ比目標値β0*が下限値Lw未満であるときは、β0*=LwとしてUV相デューティ比目標値をUV相制御信号生成部54に出力する。これによって、UV相デューティ比目標値α0*は、下限値Lw以上、上限値Up以下の値に制限される。
When the UV phase duty ratio target value β0 * is equal to or higher than the lower limit value Lw and equal to or lower than the upper limit value Up, the duty ratio limiting / determining unit 58 sets α0 * = β0 * and sets the UV phase duty ratio target value α0. * Is output to the UV phase control
デューティ比制限/決定部58は、図4のデューティ比決定部40と同様の処理によって、UV相デューティ比目標値α0*に基づいてWX相デューティ比目標値α*を求め、WX相制御信号生成部56に出力する。
The duty ratio limiting / determining
このような処理によれば、UV相デューティ比目標値α0*が下限値Lw以上、上限値Up以下の値に制限され、それに従ってWX相デューティ比目標値α*の範囲も制限される。 According to such processing, the UV phase duty ratio target value α0 * is limited to a value equal to or higher than the lower limit value Lw and equal to or lower than the upper limit value Up, and the range of the WX phase duty ratio target value α * is also limited accordingly.
各ハーフブリッジを構成する各スイッチング素子は、制御信号が急激に変化した場合に確実に動作することが困難な場合がある。そのため、デューティ・オン時間Tαが短い場合、あるいはスイッチング周期Pからデューティ・オン時間Tαを減算した時間が短い場合には、各スイッチング素子のオンオフ制御が困難となることがある。デューティ比制限/決定部58が実行する処理によればUV相デューティ比およびWX相デューティ比の範囲が制限される。そのため、各ハーフブリッジを構成する各スイッチング素子が確実に動作する。
It may be difficult for each switching element constituting each half bridge to operate reliably when the control signal changes abruptly. Therefore, when the duty-on-time Tα is short, or when the time obtained by subtracting the duty-on-time Tα from the switching cycle P is short, it may be difficult to control the on / off of each switching element. According to the process executed by the duty ratio limiting / determining
図9には、負荷回路20に出力される電力Pout、UV相デューティ比目標値α0*、および位相差φの時間波形が示されている。位相差φは、U相キャリア信号に対するW相キャリア信号の位相の遅れと共に、V相キャリア信号に対するX相キャリア信号の位相の遅れを示す。これらの時間波形はシミュレーションによって求められたものである。このシミュレーションでは、UV相デューティ比目標値α0*の上限値Upは0.9とされ、下限値Lwが0は0とされた。
FIG. 9 shows a time waveform of the power Pout output to the
このシミュレーション結果では、UV相デューティ比目標値α0*が極大となるときに、出力電力Poutが低下している。この理由は次の通りである。 In this simulation result, the output power Pout decreases when the UV phase duty ratio target value α0 * becomes maximum. The reason for this is as follows.
電力変換装置の出力電力は、2次巻線電圧Vwxが0でない時間帯における2次巻線電圧Vwxと2次巻線電流idとの積で表される。そして、電力変換装置には、UV相スイッチング回路12およびWX相スイッチング回路16のデューティ比を一定とした場合、位相差φが大きい程、出力電力Poutが大きくなる傾向がある。これは、位相差φが大きい程、2次巻線電圧Vwxが0でない時間帯における2次巻線電流idが大きくなり、この時間帯での2次巻線電圧Vwxと2次巻線電流idとの積が大きくなるためである。
The output power of the power converter is represented by the product of the secondary winding voltage Vwx and the secondary winding current id in the time zone when the secondary winding voltage Vwx is not 0. When the duty ratios of the UV
その一方で、電力変換装置には、UV相スイッチング回路12およびWX相スイッチング回路16のデューティ比が2πまたは0に近いと、位相差φを大きくしても十分な出力電力Poutが得られないことがある。その理由は、UV相スイッチング回路12およびWX相スイッチング回路16のデューティ比が2πまたは0に近い程、位相差φを大きくして2次巻線電流idを大きくしたことによる損失が増加するためである。図9に示されているように、UV相デューティ比目標値α0*が極大となるときに、出力電力Poutが低下するのは、この傾向によるものである。
On the other hand, in the power conversion device, if the duty ratios of the UV
そこで、デューティ比制限/決定部58は、出力電力目標値Pout*に応じて、以下の(数4)に基づいて、UV相デューティ比目標値に対する上限値Upを求め、(数5)に基づいて、UV相デューティ比目標値に対する下限値Lwを求めてもよい。
Therefore, the duty ratio limiting / determining
(数4)Up=Up0−k・Pout* (Number 4) Up = Up0-k ・ Pout *
(数5)Lw=Lw0+k・Pout* (Number 5) Lw = Lw0 + k ・ Pout *
ここで、Up0およびLw0は、それぞれ、上限値Upおよび下限値Lwに対する基準値である。基準値Up0は、例えば1であり、基準値Lw0は、例えば0である。kは、ユーザによって設定される任意の定数である。 Here, Up0 and Lw0 are reference values for the upper limit value Up and the lower limit value Lw, respectively. The reference value Up0 is, for example, 1, and the reference value Lw0 is, for example, 0. k is an arbitrary constant set by the user.
(数4)および(数5)によれば、出力電力目標値Pout*が大きい程、UV相デューティ比目標値α0*に対する上限値Upは小さくなり、下限値Lwは大きくなる。そして、出力電力目標値Pout*が小さい程、UV相デューティ比目標値に対する上限値Upは大きくなり、下限値Lwは小さくなる。これによって、出力電力目標値Pout*が大きい程、UV相デューティ比目標値α0*およびWX相デューティ比目標値α*が取り得る範囲が狭くなり、これらの値は2πおよび0のいずれからも離れる。そのため、位相差φを大きくしても出力電力Poutが十分な値とならないという問題が回避される。 According to (Equation 4) and (Equation 5), the larger the output power target value Pout * , the smaller the upper limit value Up with respect to the UV phase duty ratio target value α0 *, and the larger the lower limit value Lw. The smaller the output power target value Pout * , the larger the upper limit value Up with respect to the UV phase duty ratio target value, and the smaller the lower limit value Lw. As a result, the larger the output power target value Pout * , the narrower the range that the UV phase duty ratio target value α0 * and the WX phase duty ratio target value α * can take, and these values are far from both 2π and 0. .. Therefore, the problem that the output power Pout does not become a sufficient value even if the phase difference φ is increased is avoided.
なお、UV相デューティ比目標値α0*が取り得る範囲が狭くなることで、入力電力の力率が最大とならないことも想定される。しかし、力率の低下は必ずしも電力損失を増加させるものではなく、力率は適度な値であればよい。 It is also assumed that the power factor of the input power will not be maximized because the range that the UV phase duty ratio target value α0 * can take is narrowed. However, the decrease in the power factor does not necessarily increase the power loss, and the power factor may be an appropriate value.
図10には、UV相デューティ比目標値α0*を出力電力目標値Pout*に応じて制限した場合について、出力電力Pout、UV相デューティ比目標値α0*、および位相差φの時間波形が示されている。UV相デューティ比目標値α0*の上限値Upは0.8とされ、下限値Lwは0とされた。図9のシミュレーション結果では、図9のシミュレーション結果に比べて、出力電力Poutの低下が抑制されている。 Figure 10 is a case which is limited according to the UV-phase duty ratio target value .alpha.0 * output power target value Pout *, the output power Pout, UV-phase duty ratio target value .alpha.0 *, and the time waveform of the phase difference φ is shown Has been done. The upper limit value Up of the UV phase duty ratio target value α0 * was set to 0.8, and the lower limit value Lw was set to 0. In the simulation result of FIG. 9, the decrease of the output power Pout is suppressed as compared with the simulation result of FIG.
10 力率改善回路、12 UV相スイッチング回路、14 電圧コンバータ回路、16 WX相スイッチング回路、18 交流電圧源、20 負荷回路、22,22A 制御部、24−1,24−2 電源入力端子、26P 正極負荷端子、26N 負極負荷端子、28,34,42 減算器、30 電圧PI制御部、32 乗算器、36 電流PI制御部、38 加算器、40 デューティ比決定部、44 位相PI制御部、46 キャリア生成部、48 位相調整部、50 UV相バッファアンプ、52 WX相バッファアンプ、54 UV相制御信号生成部、56 WX相制御信号生成部、58 デューティ比制限/決定部。
10 Power factor improvement circuit, 12 UV phase switching circuit, 14 voltage converter circuit, 16 WX phase switching circuit, 18 AC voltage source, 20 load circuit, 22,22A control unit, 24-1, 24-2 power input terminal, 26P Positive load terminal, 26N negative negative load terminal, 28, 34, 42 subtractor, 30 voltage PI control unit, 32 multiplier, 36 current PI control unit, 38 adder, 40 duty ratio determination unit, 44 phase PI control unit, 46 Carrier generation unit, 48 phase adjustment unit, 50 UV phase buffer amplifier, 52 WX phase buffer amplifier, 54 UV phase control signal generation unit, 56 WX phase control signal generation unit, 58 duty ratio limiting / determining unit.
Claims (6)
前記第1スイッチング回路に磁気結合回路によって結合され、前記第1スイッチング回路から前記磁気結合回路を介して入力された電力をスイッチングによって調整する第2スイッチング回路と、
前記第1スイッチング回路から前記第2スイッチング回路に伝送する電力に応じて、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路をタイミングをずらして同一のスイッチング周波数でスイッチングする制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第1スイッチング回路のデューティ比に応じた補正値によって前記第2スイッチング回路のデューティ比を補正して、前記第2スイッチング回路を流れる循環電流であって前記第2スイッチング回路が出力する電力に寄与しない循環電流を抑制することを特徴とする電力変換装置。 The first switching circuit that adjusts the power factor of the input power by switching,
A second switching circuit that is coupled to the first switching circuit by a magnetic coupling circuit and adjusts the power input from the first switching circuit via the magnetic coupling circuit by switching.
A control unit that switches the first switching circuit and the second switching circuit at the same switching frequency by shifting the timing according to the electric power transmitted from the first switching circuit to the second switching circuit is provided.
The control unit
The duty ratio of the second switching circuit is corrected by a correction value according to the duty ratio of the first switching circuit, and the circulating current flowing through the second switching circuit contributes to the power output by the second switching circuit. A power conversion device characterized by suppressing circulating current.
前記補正値は、前記第2スイッチング回路が備える各スイッチング素子がオフになるデッドタイムに応じて定められることを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1,
The power conversion device, characterized in that the correction value is determined according to a dead time during which each switching element included in the second switching circuit is turned off.
前記制御部は、前記第1スイッチング回路のデューティ比に応じて、前記第2スイッチング回路のデューティ比を増加または減少させる値を前記補正値として求めることを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1 or 2.
The power conversion device is characterized in that the control unit obtains a value for increasing or decreasing the duty ratio of the second switching circuit as the correction value according to the duty ratio of the first switching circuit.
前記第1スイッチング回路に磁気結合回路によって結合され、前記磁気結合回路から入力された電力をスイッチングによって調整する第2スイッチング回路と、
前記第1スイッチング回路から前記第2スイッチング回路に伝送する電力に応じて、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路をタイミングをずらして同一スイッチング周波数でスイッチングする制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第2スイッチング回路から負荷回路に出力される負荷電力に応じて、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のデューティ比の上限値および下限値を定め、前記上限値および前記下限値によって定まる数値範囲内で、前記デューティ比を調整することを特徴とする電力変換装置。 The first switching circuit that adjusts the power factor of the input power by switching,
A second switching circuit that is coupled to the first switching circuit by a magnetic coupling circuit and adjusts the power input from the magnetic coupling circuit by switching.
A control unit that switches the first switching circuit and the second switching circuit at the same switching frequency by shifting the timing according to the electric power transmitted from the first switching circuit to the second switching circuit is provided.
The control unit
The upper limit value and the lower limit value of the duty ratio of the first switching circuit and the second switching circuit are determined according to the load power output from the second switching circuit to the load circuit, and are determined by the upper limit value and the lower limit value. A power conversion device characterized in that the duty ratio is adjusted within a numerical range.
前記制御部は、
前記負荷電力が大きい程、前記上限値を小さくし、または、前記下限値を大きくすることを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 4,
The control unit
A power conversion device characterized in that the upper limit value is decreased or the lower limit value is increased as the load power is larger.
前記第1スイッチング回路は、
並列接続された2つの第1ハーフブリッジであって、直列接続された2つのスイッチング素子をそれぞれが含む、2つの第1ハーフブリッジと、
並列接続された2つの前記第1ハーフブリッジに並列に接続され、直流電力を蓄積するバッファコンデンサと、
前記1次巻線の中途接続点に一端が接続された交流電力源の他端が接続され、前記交流電力源から出力される交流電力を、前記第1スイッチング回路のスイッチングによって整流して前記バッファコンデンサを充電する整流部と、を有し、
前記第2スイッチング回路は、
並列接続された2つの第2ハーフブリッジであって、直列接続された2つのスイッチング素子をそれぞれが含む、2つの第2ハーフブリッジと、
並列接続された2つの前記第2ハーフブリッジに並列に接続され、直流電力を蓄積する出力コンデンサと、を有し、
前記電力変換装置は、
一方の前記第1ハーフブリッジが備える2つのスイッチング素子の接続点、および、他方の前記第1ハーフブリッジが備える2つのスイッチング素子の接続点の間に接続された1次巻線と、
一方の前記第2ハーフブリッジが備える2つのスイッチング素子の接続点、および、他方の前記第2ハーフブリッジが備える2つのスイッチング素子の接続点の間に接続された2次巻線と、を備え、
前記1次巻線および前記2次巻線は磁気的に結合し、前記磁気結合回路を形成することを特徴とする電力変換装置。
In the power conversion device according to any one of claims 1 to 5.
The first switching circuit is
Two first half bridges connected in parallel, each containing two switching elements connected in series, and two first half bridges.
A buffer capacitor that is connected in parallel to the two first half bridges that are connected in parallel and stores DC power,
The other end of the AC power source to which one end is connected is connected to the intermediate connection point of the primary winding, and the AC power output from the AC power source is rectified by switching of the first switching circuit to rectify the buffer. It has a commutator that charges the capacitor,
The second switching circuit is
Two second half bridges connected in parallel, each containing two switching elements connected in series, and two second half bridges.
It has an output capacitor that is connected in parallel to the two second half bridges that are connected in parallel and stores DC power.
The power converter
A primary winding connected between a connection point of two switching elements included in one of the first half bridges and a connection point of two switching elements included in the other first half bridge.
It comprises a connection point of two switching elements included in one of the second half bridges and a secondary winding connected between the connection points of two switching elements included in the other half bridge.
A power conversion device characterized in that the primary winding and the secondary winding are magnetically coupled to form the magnetic coupling circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017182311A JP6943110B2 (en) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | Power converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017182311A JP6943110B2 (en) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | Power converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019058030A JP2019058030A (en) | 2019-04-11 |
JP6943110B2 true JP6943110B2 (en) | 2021-09-29 |
Family
ID=66107725
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017182311A Active JP6943110B2 (en) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | Power converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6943110B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113765409B (en) * | 2021-09-29 | 2023-12-19 | 厦门市必易微电子技术有限公司 | Control method and power regulation method for direct alternating current-alternating current conversion circuit |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3216736B2 (en) * | 1992-04-02 | 2001-10-09 | 富士電機株式会社 | Converter circuit |
JP5870057B2 (en) * | 2013-03-21 | 2016-02-24 | 株式会社豊田中央研究所 | Power conversion circuit system |
JP6217655B2 (en) * | 2015-01-15 | 2017-10-25 | トヨタ自動車株式会社 | Power converter |
-
2017
- 2017-09-22 JP JP2017182311A patent/JP6943110B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019058030A (en) | 2019-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6575555B2 (en) | Power converter | |
US9667153B2 (en) | Switching power supply apparatus for generating control signal for lowering switching frequency of switching devices | |
CN109478851B (en) | DC/DC converter | |
JP6269647B2 (en) | Power system | |
JP6706811B2 (en) | Snubber circuit and power conversion system using the same | |
JP6479160B2 (en) | Converter device | |
WO2019130395A1 (en) | Power conversion device | |
JP2017034829A (en) | Power conversion device | |
US11277077B2 (en) | Power conversion device suppressing waveform distortion in an output voltage | |
JP2014197945A (en) | Power conversion device and motor drive device having the same | |
US11165359B2 (en) | Power conversion system configured to perform power conversion between direct current and three-phase alternating current | |
JP7205072B2 (en) | power converter | |
JP6943110B2 (en) | Power converter | |
JP6128836B2 (en) | Power converter | |
CN110447163B (en) | Power conversion device | |
JP7035407B2 (en) | Power converter | |
JP7039430B2 (en) | AC / DC converter | |
JP7089377B2 (en) | Power converter | |
JP7029269B2 (en) | Power converter | |
JP2011139593A (en) | Power conversion device | |
JP2013005642A (en) | Power conversion device | |
JP2017034805A (en) | Power conversion device | |
JPH11299243A (en) | Power converting apparatus with no higher-harmonics | |
JP2021112009A (en) | Multi-phase converter control device | |
JPWO2018185962A1 (en) | Power converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200917 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20200917 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20200917 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210810 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210819 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210823 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6943110 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |