JP7076230B2 - Charging device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、各種電動車両のバッテリに充電する車載充電装置等の充電装置に係り、特に、商用電源周波数に関連するリップル電流を増大させることなく、充電電流を高精度で、且つ、安定した状態で制御することができるように工夫したものに関する。 The present invention relates to, for example, a charging device such as an in-vehicle charging device for charging the batteries of various electric vehicles, and in particular, the charging current is highly accurate and stable without increasing the ripple current related to the commercial power supply frequency. It is related to the one devised so that it can be controlled in the state of being controlled.
充電装置は、例えば、図3に示すような構成になっている。まず、入力電源(Ei)101があり、この入力電源(Ei)101は、例えば、商用交流電源をダイオードブリッジとコンデンサで整流・平滑した直流電源である。上記入力電源(Ei)101にはスイッチ(Q1)103、スイッチ(Q2)105が直列・接続されている。上記スイッチ(Q2)105にはコイル(Lr)107とトランス109の一次コイル(Np)111と共振コンデンサ(Cr)113と一次側電流検出用抵抗(Rs)115とからなる直列回路が並列・接続されている。
The charging device has, for example, a configuration as shown in FIG. First, there is an input power supply (Ei) 101, and the input power supply (Ei) 101 is, for example, a DC power supply obtained by rectifying and smoothing a commercial AC power supply with a diode bridge and a capacitor. A switch (Q1) 103 and a switch (Q2) 105 are connected in series to the input power supply (Ei) 101. A series circuit including a coil (Lr) 107, a primary coil (Np) 111 of a
又、上記トランス109の二次コイル(Ns11)117と二次コイル(Ns12)119にはダイオード(D1)121、ダイオード(D2)123が直列・接続されている。又、上記二次コイル(Ns11)117と二次コイル(Ns12)119の間、上記ダイオード(D1)121とダイオード(D2)123の間には、出力平滑コンデンサ(Cout)125とバッテリ(Battery)127とからなる並列回路が接続されている。
Further, a diode (D1) 121 and a diode (D2) 123 are connected in series to the secondary coil (Ns11) 117 and the secondary coil (Ns12) 119 of the
又、制御回路131があり、この制御回路131は、プリアンプ、誤差増幅器、絶縁フォトカプラー等からなる演算処理部133と、パルス周波数変調器135と、ドライブ回路137とから構成されている。上記演算処理部133には充電電流(Ichg)を示す信号が入力されるとともに、一次側電流検出用抵抗(Rs)115を介して一次側電流(Ipri)を示す信号が入力される。上記演算処理部133は入力した充電電流(Ichg)と一次側電流(Ipri)に基づいて制御電圧(Vc)を算出し、それを上記パルス周波数変調器135に出力する。上記パネル周波数変調器135は入力した制御電圧(Vc)を示す信号に基づいて周波数変調信号を上記ドライブ回路137に出力する。上記ドライブ回路137は入力した周波数変調信号に基づいてスイッチ(Q1)103、スイッチ(Q2)105に制御信号を出力して、スイッチ(Q1)103、スイッチ(Q2)105のスイッチング周波数を制御する。
Further, there is a
上記構成によると、充電電流(Ichg)を高い精度で制御することが困難であるという問題があった。これは一次側電流検出用抵抗(Rs)115を介して検出される一次側電流(Ipri)が入力電圧(Vin)、出力電圧(Vout)によって変化し、且つ、励磁電流を含んでしまうことに起因する。 According to the above configuration, there is a problem that it is difficult to control the charging current (Ichg) with high accuracy. This is because the primary side current (Ipri) detected via the primary side current detection resistor (Rs) 115 changes depending on the input voltage (Vin) and the output voltage (Vout), and includes an exciting current. to cause.
そこで、図4に示すような構成の充電装置が提案されている。図4に示す充電装置は、図3に示した充電装置における一次側電流検出用抵抗(Rs)115をなくして、出力平滑コンデンサ(Cout)125とバッテリ(Battery)127の間に充電電流検出用抵抗141を設けた構成になっている。
尚、その他の構成は図3に示した充電装置と同じであり、図中同一部分には同一符号を付して示しその説明を省略する。
Therefore, a charging device having a configuration as shown in FIG. 4 has been proposed. The charging device shown in FIG. 4 eliminates the primary side current detecting resistance (Rs) 115 in the charging device shown in FIG. 3, and is used for charging current detection between the output smoothing capacitor (Cout) 125 and the battery (Battery) 127. It is configured to be provided with a
The other configurations are the same as those of the charging device shown in FIG. 3, and the same parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
上記演算処理部133には、充電電流検出用抵抗141を介して充電電流(Ichg)を示す信号が入力されるとともに、充電電流目標値(Itar)を示す信号が入力される。上記演算処理部133は入力した充電電流(Ichg)と充電電流目標値(Itar)に基づいて制御電圧(Vc)を算出し、その信号を上記パルス周波数変調器135に出力する。上記パネル周波数変調器135は入力した制御電圧(Vc)を示す信号に基づいて周波数変調信号を上記ドライブ回路137に出力する。上記ドライブ回路137は入力した周波数変調信号に基づいてスイッチ(Q1)103、スイッチ(Q2)105に制御信号を出力して、スイッチ(Q1)103、スイッチ(Q2)105のスイッチング周波数を制御する。
A signal indicating the charging current (Ichg) is input to the
尚、図4に示した充電装置と同等の充電装置の構成を開示するものとして、例えば、特許文献1がある。
For example,
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、図4に示した充電装置の場合は、充電電流(Ichg)を高精度で制御することはできるものの、充電電流(Ichg)を安定して制御することが困難であるという問題があった。
又、商用電源周波数に関連するリップル電流(バッテリ(Battery)127に発生するリップル電流)を低減させることが困難であるという問題もあった。
この点に関して図5を参照して詳しく説明する。図5は横軸に周波数(Hz)をとり縦軸に制御電圧(Vc)に対する充電電流(Ichg)への利得(dB)と制御電圧(Vc)に対する充電電流(Ichg)の位相差(deg)をとり、充電電流(Ichg)を制御するための制御電圧(Vc)に対する充電電流(Ichg)への周波数伝達関数を示した図である。この周波数伝達関数は、共振コイル(Lr)107、トランス109の励磁インダクタンス、出力平滑コンデンサ(Cout)125等からなるLCフィルタ回路の周波数特性と考えられる。
この図5から明らかなように、略1(kHz)以上の高周波数領域において略40dB/decで利得が低下するとともに、位相が180dec近くまで遅れている。図4に示した制御回路131の処理において、充電電流(Ichg)から制御電圧(Vc)までの負帰還回路の位相遅れは180degを超える。したがって、回路全体での位相遅れは360degに近付き、その結果、制御が不安定になる。
このような課題に対しては、例えば、回路全体での位相遅れが360degにならないように利得を低下させる方法があるが、商用電源に関連する低周波領域での利得も低下してリップル電流が増大してしまうことになる。
According to the above-mentioned conventional configuration, there are the following problems.
That is, in the case of the charging device shown in FIG. 4, although the charging current (Ichg) can be controlled with high accuracy, there is a problem that it is difficult to stably control the charging current (Ichg). ..
Further, there is also a problem that it is difficult to reduce the ripple current (ripple current generated in the battery 127) related to the commercial power supply frequency.
This point will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents frequency (Hz), and the vertical axis represents the phase difference (deg) between the gain (dB) for the charging current (Ichg) with respect to the control voltage (Vc) and the charging current (Ichg) with respect to the control voltage (Vc). It is a figure which showed the frequency transfer function to the charge current (Ichg) with respect to the control voltage (Vc) for controlling the charge current (Ichg). This frequency transfer function is considered to be the frequency characteristic of the LC filter circuit including the resonance coil (Lr) 107, the exciting inductance of the
As is clear from FIG. 5, in the high frequency region of about 1 (kHz) or higher, the gain decreases at about 40 dB / dec, and the phase is delayed to nearly 180 dec. In the processing of the
To solve such a problem, for example, there is a method of reducing the gain so that the phase delay in the entire circuit does not become 360 deg, but the gain in the low frequency region related to the commercial power supply is also reduced and the ripple current is increased. It will increase.
本願発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、バッテリへの充電電流を安定して制御し、商用電源周波数に関連するリップル電流を低減することができ、且つ、バッテリへの充電電流を高精度で制御することができる充電装置を提供することにある。 The present invention has been made based on such a point, and an object thereof is that the charging current to the battery can be stably controlled, the ripple current related to the commercial power supply frequency can be reduced, and the ripple current can be reduced. It is an object of the present invention to provide a charging device capable of controlling the charging current to a battery with high accuracy.
上記目的を達成するべく本願発明の請求項1による充電装置は、商用交流電源を整流・平滑した電源を入力電源とし、トランスと、上記トランスの一次側に設けられスイッチを備えた一次側回路と、上記トランスの二次側に設けられ出力平滑コンデンサを備えた二次側回路と、からなるLLC共振型スイッチング電源回路と、上記トランスと上記出力平滑コンデンサとの間に設けられた充電電流検出回路と、上記充電電流検出回路を介して検出される充電電流に基づいて制御電圧を算出しこれを上記一次回路に出力して上記スイッチのスイッチング周波数を制御する制御回路と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項2による充電装置は、請求項1記載の充電装置において、上記制御回路は上記充電電流検出回路を介して検出される充電電流と充電電流目標値に基づいて制御電圧を出力するものであることを特徴とするものである。
又、請求項3による充電装置は、請求項1又は請求項2記載の充電装置において、上記入力電源は商用交流電源の力率を改善する回路の出力であることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the charging device according to
The charging device according to claim 2 is the charging device according to
The charging device according to
以上説明したように本願発明の請求項1による充電装置によると、商用交流電源を整流・平滑した電源を入力電源とし、トランスと、上記トランスの一次側に設けられスイッチを備えた一次側回路と、上記トランスの二次側に設けられ出力平滑コンデンサを備えた二次側回路と、からなるLLC共振型スイッチング電源回路と、上記トランスと上記出力平滑コンデンサとの間に設けられた充電電流検出回路と、上記充電電流検出回路を介して検出される充電電流に基づいて制御電圧を算出しこれを上記一次回路に出力して上記スイッチのスイッチング周波数を制御する制御回路と、を具備した構成になっているので、商用電源周波数に関連するリップル電流を増大させることなく、充電電流を高精度で、且つ、安定した状態で制御することができる。
又、請求項2による充電装置によると、請求項1記載の充電装置において、上記制御回路は上記充電電流検出回路を介して検出される充電電流と充電電流目標値に基づいて制御電圧を出力するものであるので、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項3による充電装置によると、請求項1又は請求項2記載の充電装置において、上記入力電源は商用交流電源の力率を改善する回路の出力であり、そのような構成においても上記効果を得ることができる。
As described above, according to the charging device according to
Further, according to the charging device according to claim 2, in the charging device according to
Further, according to the charging device according to
以下、図1及び図2を参照して本発明の一実施の形態を説明する。まず、入力電源(Ei)1があり、この入力電源(Ei)1は、例えば、商用交流電源をダイオードブリッジとコンデンサで整流・平滑した直流電源である。上記入力電源(Ei)1にはスイッチ(Q1)3、スイッチ(Q2)5が直列・接続されている。上記スイッチ(Q2)5にはコイル(Lr)7とトランス9の一次コイル(Np)11と共振コンデンサ(Cr)13からなる直列回路が並列・接続されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. First, there is an input power supply (Ei) 1, and the input power supply (Ei) 1 is, for example, a DC power supply obtained by rectifying and smoothing a commercial AC power supply with a diode bridge and a capacitor. A switch (Q1) 3 and a switch (Q2) 5 are connected in series to the input power supply (Ei) 1. A series circuit including a coil (Lr) 7, a primary coil (Np) 11 of a
又、上記トランス9の二次コイル(Ns11)15と二次コイル(Ns12)17にはダイオード(D1)19、ダイオード(D2)21が直列・接続されている。又、上記二次コイル(Ns11)15と二次コイル(Ns12)17の間、上記ダイオード(D1)19とダイオード(D2)21の間には、出力平滑コンデンサ(Cout)23とバッテリ(Battery)25とからなる並列回路が接続されている。
Further, a diode (D1) 19 and a diode (D2) 21 are connected in series to the secondary coil (Ns11) 15 and the secondary coil (Ns12) 17 of the
又、上記ダイオード(D1)19とダイオード(D2)21の間と、出力平滑コンデンサ(Cout)23とバッテリ(Battery)25とからなる並列回路との間には、充電電流検出用抵抗(Rs)27が設置されている。 Further, a charging current detection resistance (Rs) is provided between the diode (D1) 19 and the diode (D2) 21 and between the parallel circuit including the output smoothing capacitor (Cout) 23 and the battery (Battery) 25. 27 is installed.
又、制御回路31があり、この制御回路31は、プリアンプ、誤差増幅器、絶縁フォトカプラー等からなる演算処理部33と、パルス周波数変調器35と、ドライブ回路37とから構成されている。上記演算処理部33には充電電流検出用抵抗(Rs)27を介して充電電流(Ichg)を示す信号が入力されるとともに、充電電流目標値(Itar)を示す信号が入力される。上記演算処理部133は入力した充電電流(Ichg)と充電電流目標値(Itar)に基づいて制御電圧(Vc)を算出し、その信号を上記パルス周波数変調器35に出力する。上記パネル周波数変調器35は入力した制御電圧(Vc)を示す信号に基づいて周波数変調信号を上記ドライブ回路37に出力する。上記ドライブ回路37は入力した周波数変調信号に基づいてスイッチ(Q1)3、スイッチ(Q2)5に制御信号を出力して、スイッチ(Q1)3、スイッチ(Q2)5のスイッチング周波数を制御する。
Further, there is a
以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、本実施の形態による充電装置によって、入力電源(Ei)1からバッテリ25に充電が施される。
その際、制御回路31の演算処理部33には充電電流検出用抵抗(Rs)27を介して充電電流(Ichg)を示す信号が入力されるとともに、充電電流目標値(Itar)を示す信号が入力される。上記演算処理部133は入力した充電電流(Ichg)と充電電流目標値(Itar)に基づいて制御電圧(Vc)を算出し、その信号を上記パルス周波数変調器35に出力する。上記パネル周波数変調器35は入力した制御電圧(Vc)を示す信号に基づいて周波数変調信号を上記ドライブ回路37に出力する。上記ドライブ回路37は入力した周波数変調信号に基づいてスイッチ(Q1)3、スイッチ(Q2)5に制御信号を出力して、スイッチ(Q1)3、スイッチ(Q2)5のスイッチング周波数を制御する。
それによって、一次側回路の入力電圧(Vin)が制御され、その結果、二次側回路の充電電流(Ichg)が制御される。
The action will be described based on the above configuration.
First, the
At that time, a signal indicating the charging current (Ichg) is input to the
Thereby, the input voltage (Vin) of the primary side circuit is controlled, and as a result, the charging current (Ichg) of the secondary side circuit is controlled.
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、充電電流(Ichg)を高精度で、且つ、安定した状態で制御することができ、その際、リップル電流を増大させることもない。これは、トランス9と出力平滑コンデンサ(Cout)23及びバッテリ(Battery)25からなる並列回路の間に充電電流検出用抵抗(Rs)27を設けたことによる。
この点に関して図2を参照して詳しく説明する。図2は横軸に周波数(Hz)をとり縦軸に制御電圧(Vc)に対する充電電流(Ichg)への利得(dB)と制御電圧(Vc)に対する充電電流(Ichg)の位相差(deg)をとり、充電電流(Ichg)を制御するための制御電圧(Vc)に対する充電電流(Ichg)への周波数伝達関数を示した図である。この周波数伝達関数は、出力平滑コンデンサ(Cout)23等からなるCRフィルタ回路の周波数特性と考えられる。 この図2から明らかなように、略1(kHz)以上の高周波数領域において略20dB/decで利得が低下するとともに、位相が90dec近くまで遅れているが、従来に比べて、利得の低下は低減され、回路全体での位相遅れに関しても360degに対して余裕を確保することができ、その結果、制御が安定する。そして、商用電源周波数に関する低周波でのリップル電流を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, the charging current (Ichg) can be controlled with high accuracy and in a stable state, and at that time, the ripple current is not increased. This is because the charging current detection resistor (Rs) 27 is provided between the
This point will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, the horizontal axis is the frequency (Hz), and the vertical axis is the phase difference (deg) between the gain (dB) to the charging current (Ichg) with respect to the control voltage (Vc) and the charging current (Ichg) with respect to the control voltage (Vc). It is a figure which showed the frequency transfer function to the charge current (Ichg) with respect to the control voltage (Vc) for controlling the charge current (Ichg). This frequency transfer function is considered to be the frequency characteristic of the CR filter circuit including the output smoothing capacitor (Cout) 23 and the like. As is clear from FIG. 2, in the high frequency region of about 1 (kHz) or higher, the gain decreases at about 20 dB / dec and the phase is delayed to nearly 90 dec, but the decrease in gain is compared with the conventional case. It is reduced, and it is possible to secure a margin for 360 deg with respect to the phase lag in the entire circuit, and as a result, the control is stable. Then, the ripple current at a low frequency with respect to the commercial power supply frequency can be reduced.
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
まず、一次側回路、二次側回路の構成としては様々なものが考えられる。
又、充電電流検出用回路の構成としても様々なものが想定される。
又、前記一実施の形態においては、商用交流電源をダイオードブリッジとコンデンサで整流・平滑した直流電源を入力電源(Ei)とした場合を例に挙げて説明したが、それに限定されるものではない、例えば、商用交流電源の力率を改善する回路の出力を入力電源(Ei)としてもよい。
その他、図示した構成はあくまで一例である。
The present invention is not limited to the above embodiment.
First, various configurations of the primary side circuit and the secondary side circuit can be considered.
Further, various configurations of the charging current detection circuit are assumed.
Further, in the above embodiment, the case where the commercial AC power supply is a DC power supply rectified and smoothed by a diode bridge and a capacitor as an input power supply (Ei) has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, the output of a circuit that improves the power factor of a commercial AC power supply may be used as an input power supply (Ei).
In addition, the illustrated configuration is just an example.
本発明は、商用電源周波数に関連するリップル電流を増大させることなく、充電電流を高精度で、且つ、安定した状態で制御することができるように工夫したものに関し、例えば、各種電動車両のバッテリに充電する車載充電装置に好適である。 The present invention relates to a device that can control the charging current with high accuracy and in a stable state without increasing the ripple current related to the commercial power frequency, for example, a battery of various electric vehicles. It is suitable for an in-vehicle charging device that charges the battery.
1 入力電源(一次側回路)
3 スイッチ(一次側回路)
5 スイッチ(一次側回路)
7 コイル(一次側回路)
9 トランス
11 一次コイル
13 共振コンデンサ(一次側回路)
15 二次コイル
17 二次コイル
19 ダイオード(二次側回路)
21 ダイオード(二次側回路)
23 出力平滑コンデンサ(二次側回路)
25 バッテリ
27 充電電流検出用抵抗(電流検出用回路)
31 制御回路
33 演算処理部
35 パルス周波数変調器
37 ドライブ回路
1 Input power supply (primary side circuit)
3 switches (primary side circuit)
5 switches (primary side circuit)
7 coil (primary side circuit)
9
15
21 Diode (secondary circuit)
23 Output smoothing capacitor (secondary circuit)
25
31
Claims (3)
上記トランスと上記出力平滑コンデンサとの間に設けられた充電電流検出回路と、
上記充電電流検出回路を介して検出される充電電流に基づいて制御電圧を算出しこれを上記一次回路に出力して上記スイッチのスイッチング周波数を制御する制御回路と、
を具備したことを特徴とする充電装置。 A power supply that is rectified and smoothed from a commercial AC power supply is used as an input power supply, and a transformer, a primary circuit equipped with a switch provided on the primary side of the transformer, and an output smoothing capacitor provided on the secondary side of the transformer are provided. The LLC resonance type switching power supply circuit consisting of the next circuit and
A charge current detection circuit provided between the transformer and the output smoothing capacitor,
A control circuit that calculates a control voltage based on the charge current detected via the charge current detection circuit and outputs this to the primary circuit to control the switching frequency of the switch.
A charging device characterized by being equipped with.
上記制御回路は上記充電電流検出回路を介して検出される充電電流と充電電流目標値に基づいて制御電圧を出力するものであることを特徴とする充電装置。 In the charging device according to claim 1,
The control circuit is a charging device characterized in that it outputs a control voltage based on a charge current detected via the charge current detection circuit and a charge current target value.
上記入力電源は商用交流電源の力率を改善する回路の出力であることを特徴とする充電装置。 In the charging device according to claim 1 or 2.
The input power supply is a charging device characterized in that it is an output of a circuit that improves the power factor of a commercial AC power supply.
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