JP7208188B2 - Vehicle-mounted power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置および電力調整回路に関し、特に、電力損失を低減する技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power conversion device and a power adjustment circuit, and more particularly to technology for reducing power loss.

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電池が搭載されている。電動車両では回生制動によって発電した電力によって電池が充電され、プラグイン機能がある場合には、商用電源から供給される電力によって電池が充電される。また、ハイブリッド自動車では、エンジンによるジェネレータの駆動によって発電した電力によって電池が充電される。電池を充電するため、電動車両には電力変換装置が搭載される。電力変換装置は、入力された電圧を適切な電圧に変換して電池に印加する。 Electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles are widely used. An electric vehicle is equipped with a battery for supplying electric power to a driving motor. In an electric vehicle, the battery is charged with electric power generated by regenerative braking, and if the electric vehicle has a plug-in function, the battery is charged with electric power supplied from a commercial power supply. Also, in a hybrid vehicle, a battery is charged with electric power generated by driving a generator by an engine. In order to charge the battery, the electric vehicle is equipped with a power conversion device. The power conversion device converts the input voltage into an appropriate voltage and applies it to the battery.

以下の特許文献1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2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。 Patent Literature 1 below discloses a power conversion device in which two switching circuits are magnetically coupled by windings connected to each circuit, and power is transmitted between the two switching circuits. Patent Document 2 discloses a power conversion device that controls the output voltage by adjusting the frequencies of the first and second boost converters while improving the power factor by pulse width modulation of the first and second boost converters. It is shown.

特許文献3には、力率改善回路として動作する第1のハーフブリッジ回路(スイッチング回路)と、AC/DCコンバータとして動作する第2のハーフブリッジ回路(スイッチング回路)とをトランスによって結合した電力変換回路(電力変換装置)が記載されている。第1のハーフブリッジ回路は、外部交流電源から出力される交流電力の力率を調整する。第1のハーフブリッジ回路から第2のハーフブリッジ回路には、トランスを介して電力が供給され、第2のハーフブリッジ回路は電動車両の主機電池に電力を供給する。この電力変換装置には、さらに、第2のハーフブリッジ回路にトランスによって結合した第3のハーフブリッジ回路が設けられている。第2のハーフブリッジ回路から第3のハーフブリッジ回路にはトランスを介して電力が供給され、AC/DCコンバータとして動作する第3のハーフブリッジ回路は電動車両の補機電池に電力を供給する。特許文献4および非特許文献1には、3つのスイッチング回路がトランスによって相互に結合されたDC/DCコンバータが記載されている。 Patent Document 3 discloses a power converter in which a first half bridge circuit (switching circuit) that operates as a power factor correction circuit and a second half bridge circuit (switching circuit) that operates as an AC/DC converter are coupled by a transformer. A circuit (power converter) is described. The first half bridge circuit adjusts the power factor of AC power output from the external AC power supply. Power is supplied from the first half bridge circuit to the second half bridge circuit via a transformer, and the second half bridge circuit supplies power to the main battery of the electric vehicle. The power converter further includes a third half-bridge circuit coupled to the second half-bridge circuit by a transformer. Power is supplied from the second half bridge circuit to the third half bridge circuit via a transformer, and the third half bridge circuit operating as an AC/DC converter supplies power to the auxiliary battery of the electric vehicle. Patent Document 4 and Non-Patent Document 1 describe a DC/DC converter in which three switching circuits are mutually coupled by a transformer.

特開2011-193713号公報JP 2011-193713 A 特開2010-183726号公報JP 2010-183726 A 特開2018-14794号公報JP 2018-14794 A 特開2015-119598号公報JP 2015-119598 A

C.Zhao, “ An Isolated Three-port Bidirectional DC-DC Converter With Decoupled Power Flow Management ”, IEEE Transaction on Power Electronics, Volume:23, Issue:5, Sept. 2008C.Zhao, “An Isolated Three-port Bidirectional DC-DC Converter With Decoupled Power Flow Management”, IEEE Transaction on Power Electronics, Volume:23, Issue:5, Sept. 2008

一般に、電動車両では、補機電池の出力電圧の方が、主機電池の出力電圧よりも小さい。そこで、特許文献3に記載された電力変換装置では、第3のハーフブリッジに接続されたトランスの巻線の巻き数が、第2のハーフブリッジに接続されたトランスの巻線の巻き数よりも少なくされる。しかし、このような設計には、第3のハーフブリッジに接続された巻線に流れる電流、および第3のハーフブリッジに流れる電流が大きくなり、電力損失が大きくなってしまうという問題がある。 Generally, in an electric vehicle, the output voltage of the auxiliary battery is lower than the output voltage of the main battery. Therefore, in the power conversion device described in Patent Document 3, the number of winding turns of the transformer connected to the third half bridge is greater than the number of winding turns of the transformer connected to the second half bridge. be reduced. However, such a design has the problem that the current flowing through the windings connected to the third half-bridge and the current flowing through the third half-bridge are large, resulting in large power losses.

本発明の目的は、電力変換装置における電力損失を抑制することである。 An object of the present invention is to suppress power loss in a power converter.

本発明は、プライマリ巻線、第1セカンダリ巻線および第2セカンダリ巻線を備えるトランスと、前記プライマリ巻線に接続されたプライマリスイッチング回路と、前記第1セカンダリ巻線に接続された第1セカンダリスイッチング回路と、前記第2セカンダリ巻線に接続された第2セカンダリスイッチング回路と、前記第2セカンダリスイッチング回路に含まれる中間コンデンサと、を備え、前記プライマリスイッチング回路および前記第1セカンダリスイッチング回路のスイッチング動作によって、前記プライマリスイッチング回路から前記トランスを介して、前記第1セカンダリスイッチング回路に接続された主機電池に電力が出力され、前記プライマリスイッチング回路および前記第2セカンダリスイッチング回路のスイッチング動作によって、前記プライマリスイッチング回路から前記トランスを介して前記中間コンデンサに電力が供給され、前記第1セカンダリスイッチング回路および前記第2セカンダリスイッチング回路のスイッチング動作によって、前記主機電池から前記第1セカンダリスイッチング回路および前記トランスを介して前記中間コンデンサに電力が供給され、前記第2セカンダリスイッチング回路のスイッチング動作によって、前記中間コンデンサから前記第2セカンダリ巻線の中途点を介して補機電池に電力が出力され、前記第2セカンダリスイッチング回路は、 並列接続された第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームを備え、前記第1スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点と、前記第2スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点との間に前記第2セカンダリ巻線が接続されており、前記第1スイッチングアームおよび前記第2スイッチングアームの両端の並列接続点の間に前記中間コンデンサが接続されており、前記第2セカンダリ巻線の中途点と、前記第1スイッチングアームおよび前記第2スイッチングアームの両端の並列接続点のうち一方との間から前記補機電池に電力が出力されることを特徴とする。 The present invention provides a transformer including a primary winding , a first secondary winding and a second secondary winding , a primary switching circuit connected to the primary winding, and a first secondary winding connected to the first secondary winding. a switching circuit, a second secondary switching circuit connected to the second secondary winding, and an intermediate capacitor included in the second secondary switching circuit, wherein switching between the primary switching circuit and the first secondary switching circuit is provided. By the operation, power is output from the primary switching circuit to the main battery connected to the first secondary switching circuit through the transformer, and the switching operations of the primary switching circuit and the second secondary switching circuit cause the primary switching circuit to operate. Power is supplied from the switching circuit to the intermediate capacitor through the transformer, and by switching operations of the first secondary switching circuit and the second secondary switching circuit, power is supplied from the main battery through the first secondary switching circuit and the transformer. power is supplied to the intermediate capacitor through the switching operation of the second secondary switching circuit, and power is output from the intermediate capacitor to the auxiliary battery via the midpoint of the second secondary winding by the switching operation of the second secondary switching circuit. the switching circuit comprises a first switching arm and a second switching arm connected in parallel, each including a first switching element and a second switching element connected in series; The second secondary winding is connected between a connection point of the first switching element and the second switching element in the first switching arm and a connection point of the first switching element and the second switching element in the second switching arm. and the intermediate capacitor is connected between parallel connection points of both ends of the first switching arm and the second switching arm, and the intermediate point of the second secondary winding, the first switching arm and the Power is output to the auxiliary battery from one of parallel connection points on both ends of the second switching arm .

望ましくは、前記第1セカンダリスイッチング回路および前記第2セカンダリスイッチング回路を制御するコントローラを備える請求項1に記載の車両搭載用電力変換装置において、前記第1セカンダリスイッチング回路のスイッチングタイミングに応じて前記第1セカンダリ巻線に現れる電圧の位相と、前記第2セカンダリスイッチング回路のスイッチングタイミングに応じて前記第2セカンダリ巻線に現れる電圧の位相との差異である位相差に応じて、前記第1セカンダリスイッチング回路から前記第2セカンダリスイッチング回路に電力が伝送され、前記コントローラは、前記主機電池に印加されている電圧の測定値に基づいて、前記中間コンデンサの両端の電圧に対する中間電圧目標値を求め、前記中間コンデンサの両端の電圧測定値と、前記中間電圧目標値との差異に基づいて求められた位相差に基づいて、前記第1セカンダリスイッチング回路および前記第2セカンダリスイッチング回路を制御する。 2. The vehicle-mounted power conversion apparatus according to claim 1, preferably comprising a controller for controlling said first secondary switching circuit and said second secondary switching circuit , wherein said second secondary switching circuit is switched according to switching timing of said first secondary switching circuit. According to the phase difference between the phase of the voltage appearing on the first secondary winding and the phase of the voltage appearing on the second secondary winding according to the switching timing of the second secondary switching circuit, the first secondary switching circuit is switched. Power is transferred from the circuit to the second secondary switching circuit, and the controller determines an intermediate voltage target value for the voltage across the intermediate capacitor based on a measurement of the voltage being applied to the main battery, and The first secondary switching circuit and the second secondary switching circuit are controlled based on a phase difference determined based on the difference between the measured voltage across the intermediate capacitor and the target intermediate voltage .

望ましくは、請求項2に記載の車両搭載用電力変換装置において、前記コントローラは、前記第1セカンダリ巻線の巻き数と、前記第2セカンダリ巻線の巻き数と、前記主機電池に印加されている電圧の測定値と、に基づいて、前記中間電圧目標値を求める。 Preferably, in the vehicle-mounted power converter according to claim 2, the controller controls the number of turns of the first secondary winding, the number of turns of the second secondary winding, and the number of turns applied to the main battery. The intermediate voltage target value is obtained based on the measured voltage at which the voltage is applied.

望ましくは、前記第1セカンダリスイッチング回路は、並列接続された第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームを備え、前記第3スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点と、前記第4スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点との間に前記第1セカンダリ巻線が接続されており、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアーム、前記第3スイッチングアームおよび前記第4スイッチングアームのデューティ比が等しいことを特徴とする。 Preferably, the first secondary switching circuit is a third switching arm and a fourth switching arm connected in parallel, each including a first switching element and a second switching element connected in series. a fourth switching arm, between a connection point of the first switching element and the second switching element in the third switching arm and a connection point of the first switching element and the second switching element in the fourth switching arm; A first secondary winding is connected, and duty ratios of the first switching arm, the second switching arm, the third switching arm, and the fourth switching arm are equal.

また、本発明の関連技術は、並列接続された第1スイッチングアーム、第2スイッチングアームおよび第3スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第1スイッチングアーム、第2スイッチングアームおよび第3スイッチングアームと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に接続されたフィルタと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームの両端の並列接続点の間に接続された出力コンデンサと、を備え、前記フィルタは、第1端子から前記第1スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る経路に一端が接続された第1コンデンサと、第2端子から前記第2スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る経路に一端が接続された第2コンデンサと、第3端子から前記第3スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る経路に一端が接続された第3コンデンサと、前記第1コンデンサ、前記第2コンデンサおよび前記第3コンデンサのそれぞれの他端は共通に接続され、接地されており、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームは、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子に3相交流電圧が印加される3相モード、または、前記第1端子および前記第2端子と、前記第3端子との間に単相交流電圧が印加される単相モードのいずれかで動作し、前記3相モードは、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電圧の時間波形に、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電流の時間波形を近似させまたは一致させるスイッチング動作モードであり、前記単相モードは、前記第1端子および前記第2端子における電圧の時間波形に、前記第1端子および前記第2端子に流れる電流の時間波形を近似させまたは一致させるスイッチング動作モードであることを特徴とする。 The related art of the present invention also relates to a first switching arm, a second switching arm and a third switching arm connected in parallel, each of which includes a first switching element and a second switching element connected in series. a switching arm, a second switching arm and a third switching arm; a filter and an output capacitor connected between parallel connection points across the first switching arm, the second switching arm and the third switching arm, the filter being connected from a first terminal to the first switching arm; A first capacitor having one end connected to a path leading to a connection point of a first switching element and a second switching element in a switching arm, and a connection from a second terminal to the first switching element and the second switching element in the second switching arm. and a third capacitor having one end connected to a path from the third terminal to the connection point of the first switching element and the second switching element in the third switching arm. , the other ends of the first capacitor, the second capacitor and the third capacitor are commonly connected and grounded, and the first switching arm, the second switching arm and the third switching arm are: A three-phase mode in which a three-phase AC voltage is applied to the first terminal, the second terminal, and the third terminal, or a single phase between the first terminal, the second terminal, and the third terminal It operates in either single-phase mode in which an alternating voltage is applied, and in the three-phase mode, the time waveforms of the voltages at the first terminal, the second terminal, and the third terminal are applied to the first terminal, the A switching operation mode that approximates or matches the time waveforms of currents at the second terminal and the third terminal, and the single-phase mode is a switching operation mode in which the time waveforms of the voltages at the first terminal and the second terminal are matched to the time waveforms of the first terminal. The switching operation mode is characterized in that the time waveforms of the currents flowing through the 1 terminal and the 2nd terminal are approximated or matched.

本発明によれば、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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power loss in a power converter can be suppressed.

車載用電力変換システムを示す図である。It is a figure which shows a vehicle-mounted power conversion system. 第1セカンダリ巻線および第2セカンダリ巻線の各端子間電圧と、スイッチング素子S9およびS10のそれぞれに流れる電流のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing simulation results of voltages between terminals of a first secondary winding and a second secondary winding and currents flowing through switching elements S9 and S10; 電力調整回路の具体的な構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of a power adjustment circuit; FIG. 3相モードにおけるEMIフィルタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the EMI filter in a three-phase mode. 単相モードにおけるEMIフィルタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the EMI filter in single phase mode. 応用例に係る電力変換システムを示す図である。It is a figure which shows the power conversion system which concerns on an application example.

各図を参照して本発明の各実施形態について説明する。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。また、以下の説明に示された上下左右の用語は、説明の便宜上、図面における上下左右の方向を示すものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。 Each embodiment of the present invention will be described with reference to each drawing. The same reference numerals are given to the same components shown in multiple drawings to simplify the description. Further, the terms "up, down, left, and right" used in the following description indicate the directions of up, down, left, and right in the drawings for convenience of explanation, and do not limit the attitudes when arranging each component.

図1には本発明の実施形態に係る車載用電力変換システムが示されている。車載用電力変換システムは、電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、トランス22、第1セカンダリスイッチング回路30、第2セカンダリスイッチング回路36およびコントローラ100を備え、電動車両に搭載される。車載用電力変換システムは、交流電力源10から出力される電力を、主機電池34および補機電池40に供給する。また、車載用電力変換システムは、主機電池34から補機電池40に電力を供給する。交流電力源10は、電力供給事業者による電力供給システムであってもよいし、家庭用の発電装置であってもよい。 FIG. 1 shows an in-vehicle power conversion system according to an embodiment of the present invention. The vehicle-mounted power conversion system includes a power adjustment circuit 14, a primary switching circuit 18, a transformer 22, a first secondary switching circuit 30, a second secondary switching circuit 36, and a controller 100, and is mounted on an electric vehicle. The in-vehicle power conversion system supplies power output from AC power source 10 to main battery 34 and auxiliary battery 40 . In addition, the vehicle-mounted power conversion system supplies power from the main battery 34 to the auxiliary battery 40 . The AC power source 10 may be a power supply system by a power supplier, or may be a household power generator.

電動車両が停車しており交流電力源10を用いて主機電池34を充電するときに、電力調整回路14の交流端子12-1および12-2に交流電力源10が接続される。電力調整回路14の正極端子16Pおよび負極端子16Nには、プライマリスイッチング回路18が接続されている。 When the electric vehicle is stopped and the AC power source 10 is used to charge the main battery 34, the AC terminals 12-1 and 12-2 of the power adjustment circuit 14 are connected to the AC power source 10. FIG. A primary switching circuit 18 is connected to the positive terminal 16P and the negative terminal 16N of the power adjustment circuit 14 .

トランス22は、磁気的に相互に結合するプライマリ巻線24、第1セカンダリ巻線26および第2セカンダリ巻線28を備えている。プライマリ巻線24の両端はプライマリスイッチング回路18に接続されている。第1セカンダリ巻線26の両端は第1セカンダリスイッチング回路30に接続され、第2セカンダリ巻線28の両端は第2セカンダリスイッチング回路36に接続されている。 Transformer 22 includes a primary winding 24, a first secondary winding 26 and a second secondary winding 28 that are magnetically coupled together. Both ends of the primary winding 24 are connected to the primary switching circuit 18 . Both ends of the first secondary winding 26 are connected to the first secondary switching circuit 30 and both ends of the second secondary winding 28 are connected to the second secondary switching circuit 36 .

第1セカンダリスイッチング回路30には主機電池34が接続されている。主機電池34は、電動車両を駆動するモータジェネレータに力行用の電力を供給すると共に、モータジェネレータの回生制動に基づく発電電力によって充電される。第2セカンダリスイッチング回路36には補機電池40が接続されている。補機電池40は、電動車両に搭載されたオーディオ機器、室内灯、空調装置等の補機に電力を供給する。 A main battery 34 is connected to the first secondary switching circuit 30 . The main battery 34 supplies power for power running to a motor generator that drives the electric vehicle, and is charged with power generated by regenerative braking of the motor generator. An auxiliary battery 40 is connected to the second secondary switching circuit 36 . Auxiliary battery 40 supplies power to auxiliary devices such as an audio device, an interior light, and an air conditioner mounted on the electric vehicle.

車載用電力変換システムの動作の概要について説明する。コントローラ100による制御によって、電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36は次のように動作する。電力調整回路14は、交流端子12-1および12-2に流れる電流の時間波形を、交流電力源10が出力する交流電圧の時間波形に近似させ、または一致させるように、交流端子12-1および12-2に流れる電流をスイッチングする。これによって、交流電力源10から電力調整回路14に入力される電力の力率が向上する。 An overview of the operation of the in-vehicle power conversion system will be described. Under the control of controller 100, power conditioning circuit 14, primary switching circuit 18, first secondary switching circuit 30 and second secondary switching circuit 36 operate as follows. Power adjustment circuit 14 adjusts AC terminal 12-1 so that the time waveform of the current flowing through AC terminals 12-1 and 12-2 approximates or matches the time waveform of the AC voltage output from AC power source 10. and 12-2. This improves the power factor of the power input from the AC power source 10 to the power adjustment circuit 14 .

電力調整回路14は力率を向上させる動作を実行しつつ、交流電力源10から出力される交流電力を直流電力に変換し、直流電圧をプライマリスイッチング回路18に出力する。プライマリスイッチング回路18は、この直流電圧に対するスイッチングによってプライマリ巻線24に交流電圧を出力する。第1セカンダリスイッチング回路30は、主機電池34が出力する電圧に対するスイッチングによって、第1セカンダリ巻線26に交流電圧を出力する。第2セカンダリスイッチング回路36は、中間コンデンサ38を備えている。第2セカンダリスイッチング回路36は、後述するように、プライマリスイッチング回路18または第1セカンダリスイッチング回路30からトランス22を介して供給される電力によって中間コンデンサ38を充電する。第2セカンダリスイッチング回路36は、中間コンデンサ38に対する電圧のスイッチングによって第2セカンダリ巻線28に交流電圧を出力する。 The power adjustment circuit 14 converts the AC power output from the AC power source 10 into DC power and outputs the DC voltage to the primary switching circuit 18 while executing an operation to improve the power factor. The primary switching circuit 18 outputs an AC voltage to the primary winding 24 by switching to this DC voltage. The first secondary switching circuit 30 outputs AC voltage to the first secondary winding 26 by switching the voltage output by the main battery 34 . A second secondary switching circuit 36 comprises an intermediate capacitor 38 . The second secondary switching circuit 36 charges the intermediate capacitor 38 with power supplied from the primary switching circuit 18 or the first secondary switching circuit 30 via the transformer 22, as will be described later. The second secondary switching circuit 36 outputs an alternating voltage to the second secondary winding 28 by switching the voltage on the intermediate capacitor 38 .

プライマリスイッチング回路18のスイッチングタイミングと、第1セカンダリスイッチング回路30のスイッチングタイミングの相違に応じて、交流電力源10から電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、プライマリ巻線24および第1セカンダリ巻線26を介して第1セカンダリスイッチング回路30に電力が伝送される。第1セカンダリスイッチング回路30は、第1セカンダリ巻線26を介して伝送された電力によって主機電池34に電力を供給する。第1セカンダリスイッチング回路30は、主機電池34に電力を供給すると共に、主機電池34に接続された負荷回路(図示せず)に電力を出力してもよい。 Depending on the difference between the switching timing of the primary switching circuit 18 and the switching timing of the first secondary switching circuit 30, the power adjustment circuit 14, the primary switching circuit 18, the primary winding 24 and the first secondary winding 26 are switched from the AC power source 10. power is transmitted to the first secondary switching circuit 30 via the . The first secondary switching circuit 30 supplies power to the main battery 34 with power transmitted through the first secondary winding 26 . The first secondary switching circuit 30 may supply power to the main battery 34 and output power to a load circuit (not shown) connected to the main battery 34 .

プライマリスイッチング回路18のスイッチングタイミングと、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングの相違に応じて、交流電力源10から電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、プライマリ巻線24および第2セカンダリ巻線28を介して第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される。第2セカンダリスイッチング回路36は、第2セカンダリ巻線28を介して伝送された電力によって補機電池40に電力を供給する。第2セカンダリスイッチング回路36は、補機電池40に電力を出力すると共に、補機電池40に接続された補機(図示せず)に電力を出力してもよい。 Depending on the difference between the switching timing of the primary switching circuit 18 and the switching timing of the second secondary switching circuit 36, the power adjustment circuit 14, the primary switching circuit 18, the primary winding 24 and the second secondary winding 28 are switched from the AC power source 10. power is transmitted to the second secondary switching circuit 36 via the . The second secondary switching circuit 36 supplies power to the auxiliary battery 40 with power transmitted through the second secondary winding 28 . The second secondary switching circuit 36 may output power to the auxiliary battery 40 and may also output power to an auxiliary device (not shown) connected to the auxiliary battery 40 .

電動車両の走行時には、電力調整回路14が交流電力源10から切り離され、電力調整回路14はスイッチング動作を停止する。電動車両の走行時には、次のような動作によって主機電池34から補機電池40に電力が供給される。第1セカンダリスイッチング回路30のスイッチングタイミングと、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングの相違に応じて、第1セカンダリスイッチング回路30から、第1セカンダリ巻線26および第2セカンダリ巻線28を介して第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される。第2セカンダリスイッチング回路36は、第2セカンダリ巻線28を介して伝送された電力によって補機電池40に電力を供給する。第2セカンダリスイッチング回路36は、補機電池40に電力を出力すると共に、補機電池40に接続された補機に電力を出力してもよい。 When the electric vehicle is running, the power regulation circuit 14 is disconnected from the AC power source 10, and the power regulation circuit 14 stops switching operation. When the electric vehicle is running, power is supplied from the main battery 34 to the auxiliary battery 40 by the following operation. Depending on the difference between the switching timing of the first secondary switching circuit 30 and the switching timing of the second secondary switching circuit 36 , from the first secondary switching circuit 30 via the first secondary winding 26 and the second secondary winding 28 . Power is transferred to the second secondary switching circuit 36 . The second secondary switching circuit 36 supplies power to the auxiliary battery 40 with power transmitted through the second secondary winding 28 . The second secondary switching circuit 36 may output power to the auxiliary battery 40 and to the auxiliary equipment connected to the auxiliary battery 40 .

次に、プライマリスイッチング回路18、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36の詳細な構成および動作について説明する。プライマリスイッチング回路18は、スイッチングアームu、スイッチングアームvおよびバッファコンデンサ20を備えている。スイッチングアームuは、直列接続されたスイッチング素子S1およびS2を備え、スイッチングアームvは、直列接続されたスイッチング素子S3およびS4を備えている。スイッチングアームuおよびvは並列に接続されている。スイッチングアームuおよびvには、さらに、バッファコンデンサ20が並列に接続されている。スイッチングアームu、vおよびバッファコンデンサ20の上側の並列接続点は、電力調整回路14の正極端子16Pに接続され、下側の並列接続点は、電力調整回路14の負極端子16Nに接続されている。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、プライマリ巻線24が接続されている。 Next, detailed configurations and operations of the primary switching circuit 18, the first secondary switching circuit 30, and the second secondary switching circuit 36 will be described. The primary switching circuit 18 comprises switching arm u, switching arm v and buffer capacitor 20 . Switching arm u comprises series-connected switching elements S1 and S2, and switching arm v comprises series-connected switching elements S3 and S4. The switching arms u and v are connected in parallel. A buffer capacitor 20 is also connected in parallel to the switching arms u and v. The upper parallel connection point of the switching arms u, v and the buffer capacitor 20 is connected to the positive terminal 16P of the power conditioning circuit 14, and the lower parallel connection point is connected to the negative terminal 16N of the power conditioning circuit 14. . A primary winding 24 is connected between a connection point of switching elements S1 and S2 and a connection point of switching elements S3 and S4.

第1セカンダリスイッチング回路30は、スイッチングアームw、スイッチングアームxおよび主機コンデンサ32を備えている。スイッチングアームwは、直列接続されたスイッチング素子S5およびS6を備え、スイッチングアームxは、直列接続されたスイッチング素子S7およびS8を備えている。スイッチングアームwおよびxは並列に接続されている。スイッチングアームwおよびxには、さらに、主機コンデンサ32が並列に接続されている。スイッチングアームw、xおよび主機コンデンサ32の上側の並列接続点は、主機電池34の正極端子に接続され、下側の並列接続点は、主機電池34の負極端子に接続されている。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、第1セカンダリ巻線26が接続されている。 The first secondary switching circuit 30 has a switching arm w, a switching arm x and a main machine capacitor 32 . Switching arm w comprises series-connected switching elements S5 and S6 and switching arm x comprises series-connected switching elements S7 and S8. The switching arms w and x are connected in parallel. A main machine capacitor 32 is further connected in parallel to the switching arms w and x. The upper parallel connection points of the switching arms w, x and the main machine capacitor 32 are connected to the positive terminal of the main machine battery 34 , and the lower parallel connection points are connected to the negative terminal of the main machine battery 34 . A first secondary winding 26 is connected between the connection point of the switching elements S5 and S6 and the connection point of the switching elements S7 and S8.

第2セカンダリスイッチング回路36は、スイッチングアームy、スイッチングアームz、中間コンデンサ38および補機コンデンサ42を備えている。スイッチングアームyは、直列接続されたスイッチング素子S9およびS10を備え、スイッチングアームzは、直列接続されたスイッチング素子S11およびS12を備えている。スイッチングアームyおよびzは並列に接続されている。スイッチングアームyおよびzには、さらに、中間コンデンサ38が並列に接続されている。スイッチング素子S9およびS10の接続点と、スイッチング素子S11およびS12の接続点との間には、第2セカンダリ巻線28が接続されている。第2セカンダリ巻線28の中途点と、スイッチングアームy、zおよび中間コンデンサ38の下側の並列接続点との間には、補機コンデンサ42が接続されている。また、第2セカンダリ巻線28の中途点は、補機電池40の正極端子に接続され、スイッチングアームy、zおよび中間コンデンサ38の下側の並列接続点は、補機電池40の負極端子に接続されている。第2セカンダリ巻線28の中途点は、第2セカンダリ巻線28を形成する導線の中途の点をいう。中途点は、第2セカンダリ巻線28を形成する導線の中点に設けられるセンタータップであってもよい。 The second secondary switching circuit 36 has a switching arm y, a switching arm z, an intermediate capacitor 38 and an auxiliary capacitor 42 . Switching arm y comprises series-connected switching elements S9 and S10 and switching arm z comprises series-connected switching elements S11 and S12. The switching arms y and z are connected in parallel. An intermediate capacitor 38 is also connected in parallel to the switching arms y and z. A second secondary winding 28 is connected between the connection point of the switching elements S9 and S10 and the connection point of the switching elements S11 and S12. An auxiliary capacitor 42 is connected between the midpoint of the second secondary winding 28 and the lower parallel connection point of the switching arms y, z and the intermediate capacitor 38 . The midpoint of the second secondary winding 28 is connected to the positive terminal of the auxiliary battery 40, and the parallel connection point of the switching arms y, z and the lower side of the intermediate capacitor 38 is connected to the negative terminal of the auxiliary battery 40. It is connected. The midpoint of the second secondary winding 28 refers to the midpoint of the conductor forming the second secondary winding 28 . The midpoint may be a center tap provided at the midpoint of the conductors forming the second secondary winding 28 .

各スイッチング素子S1~S12には、各スイッチング素子S1~S12の下端側にアノード端子を向けてダイオードが接続されている。各スイッチング素子S1~S12には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられてよい。 Diodes are connected to the switching elements S1 to S12 with the anode terminals facing the lower ends of the switching elements S1 to S12. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) or MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) may be used for the switching elements S1 to S12.

コントローラ100は、スイッチング素子S1~S12に対し、それぞれ、制御信号g1~g12を出力する。各スイッチング素子S1~S12は、制御信号がハイのときにオンとなり、ローのときにオフとなる。 The controller 100 outputs control signals g1-g12 to the switching elements S1-S12, respectively. Each of the switching elements S1 to S12 is turned on when the control signal is high and turned off when the control signal is low.

電動車両が停車しており交流電力源10を用いて主機電池34を充電するときは、電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36がスイッチング動作をする。電力調整回路14は、交流電力源10が出力する交流電力を直流電力に変換し、直流電圧をプライマリスイッチング回路18に出力する。 When the electric vehicle is stopped and the AC power source 10 is used to charge the main battery 34, the power adjustment circuit 14, the primary switching circuit 18, the first secondary switching circuit 30, and the second secondary switching circuit 36 perform switching operations. do. The power adjustment circuit 14 converts the AC power output by the AC power source 10 into DC power and outputs the DC voltage to the primary switching circuit 18 .

スイッチングアームuが備えるスイッチング素子S1およびS2を制御する制御信号g1およびg2は、交互にハイおよびローを繰り返す。すなわち、制御信号g1がローからハイに切り換わると共に、制御信号g2はハイからローに切り換わり、制御信号g1がハイからローに切り換わると共に、制御信号g2はローからハイに切り換わる。これによって、スイッチング素子S1がオフからオンに切り換わると共に、スイッチング素子S2がオンからオフに切り換わる。そして、スイッチング素子S1がオンからオフに切り換わると共に、スイッチング素子S2がオフからオンに切り換わる。 The control signals g1 and g2 that control the switching elements S1 and S2 provided in the switching arm u repeat high and low alternately. That is, the control signal g1 switches from low to high, the control signal g2 switches from high to low, the control signal g1 switches from high to low, and the control signal g2 switches from low to high. As a result, the switching element S1 is switched from off to on, and the switching element S2 is switched from on to off. Then, the switching element S1 is switched from ON to OFF, and the switching element S2 is switched from OFF to ON.

スイッチング素子S1およびS2と同様、制御信号g3およびg4によって、スイッチングアームvが備えるスイッチング素子S3およびS4も交互にオンオフする。制御信号g3およびg4は、それぞれ、制御信号g1およびg2に対し、位相が180°異なる。すなわち、スイッチングアームv(スイッチング素子S3およびS4)のスイッチングの位相は、スイッチングアームu(スイッチング素子S1およびS2)のスイッチングの位相に対し180°遅れている。これによって、プライマリ巻線24の両端には、電力調整回路14から出力された直流電圧に応じた波高値を有する交流電圧が現れる。 Similar to the switching elements S1 and S2, the control signals g3 and g4 alternately turn on and off the switching elements S3 and S4 of the switching arm v. Control signals g3 and g4 are 180° out of phase with control signals g1 and g2, respectively. That is, the switching phase of the switching arm v (switching elements S3 and S4) lags the switching phase of the switching arm u (switching elements S1 and S2) by 180°. As a result, an AC voltage having a crest value corresponding to the DC voltage output from the power adjustment circuit 14 appears across the primary winding 24 .

第1セカンダリスイッチング回路30の動作について説明する。制御信号g5およびg6に従ってスイッチングアームwが備えるスイッチング素子S5およびS6は交互にオンオフする。制御信号g7およびg8に従ってスイッチングアームxが備えるスイッチング素子S7およびS8は交互にオンオフする。スイッチングアームwおよびxのスイッチングの位相差は180°である。これによって、第1セカンダリ巻線26の両端には、中間コンデンサ38の端子間電圧、すなわち主機電池34の出力電圧に応じた波高値を有する交流電圧が現れる。 The operation of the first secondary switching circuit 30 will be described. Switching elements S5 and S6 provided in switching arm w are alternately turned on and off according to control signals g5 and g6. Switching elements S7 and S8 provided in switching arm x are alternately turned on and off according to control signals g7 and g8. The switching phase difference of the switching arms w and x is 180°. As a result, across the first secondary winding 26, an AC voltage having a crest value corresponding to the voltage across the terminals of the intermediate capacitor 38, that is, the output voltage of the main battery 34 appears.

第2セカンダリスイッチング回路36の動作について説明する。制御信号g9およびg10に従ってスイッチングアームyが備えるスイッチング素子S9およびS10は交互にオンオフする。制御信号g11およびg12に従ってスイッチングアームzが備えるスイッチング素子S11およびS12は交互にオンオフする。スイッチングアームyおよびzのスイッチングの位相差は180°である。 The operation of the second secondary switching circuit 36 will be described. Switching elements S9 and S10 provided in switching arm y are alternately turned on and off according to control signals g9 and g10. Switching elements S11 and S12 provided in switching arm z are alternately turned on and off according to control signals g11 and g12. The switching phase difference of the switching arms y and z is 180°.

スイッチング素子S9およびS10がオンオフを繰り返す1周期を切り換わり周期として、切り換わり周期に対するスイッチング素子S10がオンになる時間の比率を、スイッチングアームyのデューティ比という。車載用電力変換システムでは、スイッチングアームu,v,w,x,yおよびzは、同一のデューティ比Dでスイッチングをする。 The duty ratio of the switching arm y is the ratio of the time during which the switching element S10 is turned on to the switching period, where one period in which the switching elements S9 and S10 are repeatedly turned on and off is defined as a switching period. In an automotive power conversion system, the switching arms u, v, w, x, y and z switch with the same duty ratio D.

第2セカンダリスイッチング回路36の動作によって、補機電池40および補機コンデンサ42の両端には、中間コンデンサ38の端子間電圧の(1-D)倍の電圧が現れる。すなわち、中間コンデンサ38の端子間電圧をVdc,buf、補機電池40および補機コンデンサ42の両端の電圧をVdc3として、Vdc3=(1-D)・Vdc,bufで表される電圧が補機電池40および補機コンデンサ42に印加される。 Due to the operation of the second secondary switching circuit 36 , a voltage that is (1−D) times the voltage across the terminals of the intermediate capacitor 38 appears across the auxiliary battery 40 and the auxiliary capacitor 42 . That is, V dc3 =(1−D)·V dc,buf where V dc, buf is the voltage across the terminals of the intermediate capacitor 38 and V dc3 is the voltage across the auxiliary battery 40 and the auxiliary capacitor 42. Voltage is applied to auxiliary battery 40 and auxiliary capacitor 42 .

交流電力源10から、電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18および第1セカンダリスイッチング回路30を介して主機電池34に供給される主機電池供給電力Pdc2は、スイッチングアームuおよびvのスイッチングの位相に対する、スイッチングアームwおよびxのスイッチングの位相の遅れである位相差φ21を調整することで調整される。コントローラ100は、主機電力目標値Pdc2 から、主機電池供給電力の測定値Pdc2を減算した主機電力誤差e1を比例積分した値に基づいて位相差φ21を求めてよい。主機電力目標値Pdc2 は、主機電池供給電力Pdc2に対する目標値である。コントローラ100は、位相差φ21に基づいて制御信号g1~g8を生成し、スイッチング素子S1~S8をオンオフ制御する。 The main battery supply power Pdc2 supplied from the AC power source 10 to the main battery 34 via the power conditioning circuit 14, the primary switching circuit 18 and the first secondary switching circuit 30 is , is adjusted by adjusting the phase difference φ 21 , which is the phase delay of the switching of the switching arms w and x. The controller 100 may obtain the phase difference φ 21 based on the value obtained by proportionally integrating the main machine power error e1 obtained by subtracting the measured value P dc2 of the main machine battery supply power from the main machine power target value P dc2 * . The main machine power target value Pdc2 * is a target value for the main machine battery supply power Pdc2 . The controller 100 generates control signals g1 to g8 based on the phase difference φ21, and controls the on/off of the switching elements S1 to S8.

なお、コントローラ100は、主機電池供給電力Pdc2を負にし、位相差φ21を負にすることで、主機電池34または負荷回路から第1セカンダリスイッチング回路30、プライマリスイッチング回路18および電力調整回路14を介して交流電力源10側に電力を伝送してもよい。 Note that the controller 100 makes the main battery supply power Pdc2 negative and the phase difference φ 21 negative, so that the main battery 34 or the load circuit is supplied from the first secondary switching circuit 30, the primary switching circuit 18, and the power adjustment circuit 14. You may transmit electric power to the alternating current power source 10 side via.

第2セカンダリスイッチング回路36における中間コンデンサ38の電圧Vdc,bufは、スイッチングアームwおよびxのスイッチングの位相に対する、スイッチングアームyおよびzのスイッチングの位相の遅れである位相差φ32を調整することで調整される。コントローラ100は、中間電圧目標値Vdc,buf から、中間電圧の測定値Vdc,bufを減算した中間電圧誤差e2を比例積分した値に基づいて位相差φ32を求めてよい。中間電圧目標値Vdc,buf は、例えば、Vdc,buf =Vdc2/nとして決定してよい。ここでVdc2は、主機コンデンサ32の端子間電圧、すなわち、主機電池34の出力電圧である。nは、第2セカンダリ巻線28の巻き数に対する、第1セカンダリ巻線26の巻き数の比率(巻線比n)である。コントローラ100は、位相差φ32に基づいて制御信号g5~g12を生成し、スイッチング素子S5~S12をオンオフ制御する。 The voltage V dc,buf on the intermediate capacitor 38 in the second secondary switching circuit 36 adjusts the phase difference φ 32 , which is the lag of the phase of switching of switching arms y and z relative to the phase of switching of switching arms w and x. is adjusted by The controller 100 may obtain the phase difference φ 32 based on the value obtained by proportionally integrating the intermediate voltage error e2 obtained by subtracting the intermediate voltage measured value Vdc, buf from the intermediate voltage target value Vdc,buf * . The intermediate voltage target value Vdc,buf * may be determined, for example, as Vdc,buf * = Vdc2 /n. Here, Vdc2 is the voltage across the terminals of the main machine capacitor 32, that is, the output voltage of the main machine battery . n is the ratio of the number of turns of the first secondary winding 26 to the number of turns of the second secondary winding 28 (winding ratio n). The controller 100 generates control signals g5- g12 based on the phase difference φ32, and controls the on/off of the switching elements S5-S12.

中間コンデンサ38の電圧Vdc,bufは、スイッチングアームuおよびvのスイッチングの位相に対する、スイッチングアームyおよびzのスイッチングの位相の遅れである位相差φ31を調整することで調整されてもよい。この場合、コントローラ100は、中間電圧誤差e2を比例積分した値に基づいて位相差φ31を求めてよい。コントローラ100は、位相差φ31に基づいて制御信号g1~g4およびg9~g12を生成し、スイッチング素子S1~S4およびS9~12をオンオフ制御する。 The voltage V dc,buf on the intermediate capacitor 38 may be adjusted by adjusting the phase difference φ 31 , which is the lag of the phase of switching of switching arms y and z with respect to the phase of switching of switching arms u and v. In this case, the controller 100 may obtain the phase difference φ31 based on the value obtained by proportionally integrating the intermediate voltage error e2. Controller 100 generates control signals g1-g4 and g9-g12 based on phase difference φ31 , and controls switching elements S1-S4 and S9-12 on and off.

各スイッチングアームのデューティ比Dは、補機電池40の出力電圧の測定値Vdc3から補機電池電圧目標値Vdc3 を減算した補機電池電圧誤差e3を比例積分した値、補機電池40の出力電圧の測定値Vdc3、および中間電圧の測定値Vdc,bufに基づいて求められる。すなわち、コントローラ100は、補機電池電圧誤差e3を比例積分した値に、1-Vdc3/Vdc,bufを加算した値に基づいて各スイッチングアームのデューティ比Dを求める。コントローラ100は、上記の各位相差に加えてデューティ比Dに基づいて制御信号g1~g12を生成し、スイッチング素子S1~S12をオンオフ制御する。 The duty ratio D of each switching arm is a value obtained by proportionally integrating the auxiliary battery voltage error e3 obtained by subtracting the auxiliary battery voltage target value Vdc3 * from the output voltage measurement value Vdc3 of the auxiliary battery 40. is determined based on the measured value V dc3 of the output voltage of and the measured value V dc,buf of the intermediate voltage. That is, the controller 100 obtains the duty ratio D of each switching arm based on the value obtained by adding 1−V dc3 /V dc,buf to the proportionally integrated value of the auxiliary battery voltage error e3. The controller 100 generates control signals g1 to g12 based on the duty ratio D in addition to the phase differences described above, and controls the switching elements S1 to S12 on and off.

電動車両の走行時には、電力調整回路14が交流電力源10から切り離され、電力調整回路14はスイッチング動作を停止する。交流電力源10を用いて主機電池34を充電するときと同様に、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36がスイッチング動作し、主機電池34から補機電池40に電力が供給され、補機電池40が充電される。 When the electric vehicle is running, the power regulation circuit 14 is disconnected from the AC power source 10, and the power regulation circuit 14 stops switching operation. Similarly to charging the main battery 34 using the AC power source 10, the first secondary switching circuit 30 and the second secondary switching circuit 36 perform switching operations, power is supplied from the main battery 34 to the auxiliary battery 40, and Auxiliary battery 40 is charged.

図2(a)には、スイッチング素子S6~S12のオンオフのタイミングが示されている。上段には第1セカンダリスイッチング回路30のスイッチングタイミングが示されている。すなわち、スイッチング素子S6およびS7の組と、スイッチング素子S5およびS8の組が交互にオンオフすることが上段に示されている。下段には第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングが示されている。すなわち、スイッチング素子S10およびS11の組と、スイッチング素子S9およびS12の組が交互にオンオフすることが上段に示されている。 FIG. 2(a) shows the on/off timings of the switching elements S6 to S12. The upper part shows the switching timing of the first secondary switching circuit 30 . That is, the upper part shows that the set of switching elements S6 and S7 and the set of switching elements S5 and S8 are alternately turned on and off. The switching timing of the second secondary switching circuit 36 is shown in the lower part. That is, the upper part shows that the set of switching elements S10 and S11 and the set of switching elements S9 and S12 are alternately turned on and off.

図2(b)には、第1セカンダリ巻線26の端子間電圧Vwxおよび第2セカンダリ巻線28の端子間電圧Vyzのシミュレーション結果が示されている。横軸は時間を示し縦軸は電圧値を示す。端子間電圧Vwxは、スイッチング素子S7およびS8の接続点の電位を基準としたスイッチング素子S5およびS6の接続点の電圧である。端子間電圧Vwxは、スイッチング素子S11およびS12の接続点の電位を基準としたスイッチング素子S9およびS10の接続点の電圧である。 FIG. 2B shows simulation results of the voltage Vwx across the terminals of the first secondary winding 26 and the voltage Vyz across the terminals of the second secondary winding 28 . The horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates voltage value. The inter-terminal voltage Vwx is the voltage at the connection point of the switching elements S5 and S6 with reference to the potential at the connection point of the switching elements S7 and S8. The inter-terminal voltage Vwx is the voltage at the connection point of the switching elements S9 and S10 with reference to the potential at the connection point of the switching elements S11 and S12.

図2(c)には、スイッチング素子S9およびスイッチング素子S9に並列接続されたダイオードに流れる電流iSW9と、スイッチング素子S10およびスイッチング素子S10に並列接続されたダイオードに流れる電流iSW10が示されている。横軸は時間を示し縦軸は電流値を示す。 FIG. 2(c) shows a current i_SW9 flowing through the switching element S9 and the diode connected in parallel with the switching element S9, and a current i_SW10 flowing through the switching element S10 and the diode connected in parallel with the switching element S10. there is The horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates current value.

車載用電力変換システムにおいて、第1スイッチング回路としての第1セカンダリスイッチング回路30から、第2スイッチング回路としての第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される場合、車載用電力変換システム内には次のような電力変換装置が構成される。 In an in-vehicle power conversion system, when power is transmitted from the first secondary switching circuit 30 as the first switching circuit to the second secondary switching circuit 36 as the second switching circuit, the in-vehicle power conversion system includes the following: A power conversion device such as is configured.

すなわち、1次巻線としての第1セカンダリ巻線26および2次巻線としての第2セカンダリ巻線28を備えるトランス22と、第1セカンダリ巻線26に接続された第1セカンダリスイッチング回路30と、第2セカンダリ巻線28に接続された第2セカンダリスイッチング回路36と、第2セカンダリスイッチング回路36に含まれる中間コンデンサ38とを備える電力変換装置が構成される。 That is, a transformer 22 having a first secondary winding 26 as a primary winding and a second secondary winding 28 as a secondary winding, and a first secondary switching circuit 30 connected to the first secondary winding 26. , a power converter comprising a second secondary switching circuit 36 connected to the second secondary winding 28 and an intermediate capacitor 38 included in the second secondary switching circuit 36 .

第2セカンダリスイッチング回路36は、第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームとして、スイッチングアームyおよびzを備えている。第1セカンダリスイッチング回路30は、第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームとして、スイッチングアームwおよびzを備えている。 The second secondary switching circuit 36 comprises switching arms y and z as a first switching arm and a second switching arm. The first secondary switching circuit 30 has switching arms w and z as a third switching arm and a fourth switching arm.

この電力変換装置では、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチング動作によって、第1セカンダリスイッチング回路30からトランス22を介して第2セカンダリスイッチング回路36における中間コンデンサ38に電力が供給される。さらに、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチング動作によって、中間コンデンサ38から第2セカンダリ巻線28の中途点を介して補機電池40に電力が出力される。 In this power converter, power is supplied from the first secondary switching circuit 30 to the intermediate capacitor 38 in the second secondary switching circuit 36 through the transformer 22 by the switching operations of the first secondary switching circuit 30 and the second secondary switching circuit 36. be done. Further, the switching operation of the second secondary switching circuit 36 outputs power from the intermediate capacitor 38 to the auxiliary battery 40 via the midpoint of the second secondary winding 28 .

第1セカンダリスイッチング回路30のスイッチングタイミングに応じて第1セカンダリ巻線26に現れる電圧の位相と、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングに応じて第2セカンダリ巻線28に現れる電圧の位相との差異に応じて、第1セカンダリスイッチング回路30から第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される The phase of the voltage appearing in the first secondary winding 26 according to the switching timing of the first secondary switching circuit 30 and the phase of the voltage appearing in the second secondary winding 28 according to the switching timing of the second secondary switching circuit 36 Power is transferred from the first secondary switching circuit 30 to the second secondary switching circuit 36 according to the difference.

このような構成によれば、主機コンデンサ32の端子間電圧Vdc2を巻線比nで除した電圧で、中間コンデンサ38が充電される。さらに、中間コンデンサ38の端子間電圧である中間電圧Vdc,bufをデューティ比Dで規定される昇圧比1/(1-D)で除した電圧が補機電池40および補機コンデンサ42に印加される。したがって、主機コンデンサ32の端子間電圧Vdc2が中間電圧Vdc,bufに降圧され、さらに、中間電圧Vdc,bufが補機電池40および補機コンデンサ42の両端の電圧Vdc3に降圧される。このような段階的な降圧によって、第2セカンダリ巻線28、スイッチング素子S9~S12に流れる電流が小さくなり、第2セカンダリ巻線28および第2セカンダリスイッチング回路36で消費される電力が抑制される。 According to such a configuration, the intermediate capacitor 38 is charged with a voltage obtained by dividing the terminal voltage Vdc2 of the main machine capacitor 32 by the winding ratio n. Furthermore, the voltage obtained by dividing the intermediate voltage Vdc, buf , which is the voltage across the terminals of the intermediate capacitor 38, by the step-up ratio 1/(1−D) defined by the duty ratio D is applied to the auxiliary battery 40 and the auxiliary capacitor 42. be done. Therefore, the voltage Vdc2 between the terminals of the main equipment capacitor 32 is stepped down to the intermediate voltage Vdc, buf , and the intermediate voltage Vdc,buf is stepped down to the voltage Vdc3 across the auxiliary battery 40 and the auxiliary equipment capacitor 42. . Such a stepwise step-down reduces the current flowing through the second secondary winding 28 and the switching elements S9 to S12, thereby suppressing the power consumed by the second secondary winding 28 and the second secondary switching circuit 36. .

また、上述のようにnが予め定められているのではなく、デューティ比をD=0.4以上0.6以下、好ましくはD=0.5と定め、補機電池40および補機コンデンサ42の両端の電圧Vdc3が所望の値となるように巻線比nを設定することで、スイッチング素子S1~S12で発生するスイッチング損失が抑制される。 Further, instead of setting n in advance as described above, the duty ratio is set to D=0.4 or more and 0.6 or less, preferably D=0.5, and auxiliary battery 40 and auxiliary capacitor 42 By setting the winding ratio n so that the voltage V dc3 across , becomes a desired value, the switching losses generated in the switching elements S1 to S12 are suppressed.

なお、車載用電力変換システムにおいて、第1スイッチング回路としてのプライマリスイッチング回路18から、第2スイッチング回路としての第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される場合、車載用電力変換システム内には次のような電力変換装置が構成される。 In the vehicle power conversion system, when electric power is transmitted from the primary switching circuit 18 as the first switching circuit to the second secondary switching circuit 36 as the second switching circuit, the power conversion system for vehicle has the following: A power conversion device such as is configured.

すなわち、1次巻線としてのプライマリ巻線24および2次巻線としての第2セカンダリ巻線28を備えるトランス22と、プライマリ巻線24に接続されたプライマリスイッチング回路18と、第2セカンダリ巻線28に接続された第2セカンダリスイッチング回路36と、第2セカンダリスイッチング回路36に含まれる中間コンデンサ38とを備える電力変換装置が構成される。 That is, a transformer 22 having a primary winding 24 as a primary winding and a second secondary winding 28 as a secondary winding, a primary switching circuit 18 connected to the primary winding 24, and a second secondary winding A power converter is configured comprising a second secondary switching circuit 36 connected to 28 and an intermediate capacitor 38 included in the second secondary switching circuit 36 .

第2セカンダリスイッチング回路36は、第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームとして、スイッチングアームyおよびzを備えている。プライマリスイッチング回路18は、第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームとして、スイッチングアームuおよびvを備えている。 The second secondary switching circuit 36 comprises switching arms y and z as a first switching arm and a second switching arm. The primary switching circuit 18 comprises switching arms u and v as a third switching arm and a fourth switching arm.

この電力変換装置では、プライマリスイッチング回路18および第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチング動作によって、プライマリスイッチング回路18からトランス22を介して第2セカンダリスイッチング回路36の中間コンデンサ38に電力が供給される。さらに、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチング動作によって、中間コンデンサ38から第2セカンダリ巻線28の中途点を介して補機電池40に電力が出力される。 In this power converter, power is supplied from the primary switching circuit 18 through the transformer 22 to the intermediate capacitor 38 of the second secondary switching circuit 36 by the switching operations of the primary switching circuit 18 and the second secondary switching circuit 36 . Further, the switching operation of the second secondary switching circuit 36 outputs power from the intermediate capacitor 38 to the auxiliary battery 40 via the midpoint of the second secondary winding 28 .

プライマリスイッチング回路18のスイッチングタイミングに応じてプライマリ巻線24に現れる電圧の位相と、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングに応じて第2セカンダリ巻線28に現れる電圧の位相との差異に応じて、プライマリスイッチング回路18から第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される。 Depending on the difference between the phase of the voltage appearing in the primary winding 24 according to the switching timing of the primary switching circuit 18 and the phase of the voltage appearing in the second secondary winding 28 according to the switching timing of the second secondary switching circuit 36 , power is transferred from the primary switching circuit 18 to the second secondary switching circuit 36 .

この構成では、プライマリスイッチング回路18および第2セカンダリスイッチング回路36において、バッファコンデンサ20の端子間電圧Vdc1が中間電圧Vdc,bufに降圧され、中間電圧Vdc,bufが補機電池40および補機コンデンサ42の両端の電圧Vdc3に降圧される。このような段階的な降圧によって、第2セカンダリ巻線28、スイッチング素子S9~S12に流れる電流が小さくなり、第2セカンダリ巻線28および第2セカンダリスイッチング回路36で消費される電力が抑制される。 In this configuration, in the primary switching circuit 18 and the second secondary switching circuit 36, the voltage Vdc1 across the terminals of the buffer capacitor 20 is stepped down to the intermediate voltage Vdc, buf , and the intermediate voltage Vdc,buf is reduced to the auxiliary battery 40 and the auxiliary battery 40. The voltage across the machine capacitor 42 is stepped down to the voltage Vdc3 . Such a stepwise step-down reduces the current flowing through the second secondary winding 28 and the switching elements S9 to S12, thereby suppressing the power consumed by the second secondary winding 28 and the second secondary switching circuit 36. .

図3には、電力調整回路14の具体的な構成が示されている。電力調整回路14は、交流端子a、b、c、EMIフィルタ52、インダクタLα、Lβ、Lγ、スイッチングアームα、β、γ、出力コンデンサ56、正極端子16Pおよび負極端子16Nを備えている。スイッチングアームαは、直列に接続されたスイッチング素子Q1およびQ2を備えている。スイッチングアームβは、直列に接続されたスイッチング素子Q3およびQ4を備えている。スイッチングアームγは、直列に接続されたスイッチング素子Q5およびQ6を備えている。 FIG. 3 shows a specific configuration of the power adjustment circuit 14. As shown in FIG. The power conditioning circuit 14 includes AC terminals a, b, c, an EMI filter 52, inductors Lα, Lβ, Lγ, switching arms α, β, γ, an output capacitor 56, a positive terminal 16P and a negative terminal 16N. The switching arm α comprises switching elements Q1 and Q2 connected in series. The switching arm β comprises switching elements Q3 and Q4 connected in series. The switching arm γ comprises switching elements Q5 and Q6 connected in series.

スイッチングアームα、β、γおよび出力コンデンサ56は並列に接続されている。スイッチングアームα、β、γおよび出力コンデンサ56の並列接続点の上端には正極端子16Pが接続され、下端には負極端子16Nが接続されている。 The switching arms α, β, γ and the output capacitor 56 are connected in parallel. A parallel connection point of the switching arms α, β, γ and the output capacitor 56 has a positive terminal 16P connected to its upper end and a negative terminal 16N connected to its lower end.

交流端子aからインダクタLαの一端に至る経路、交流端子bからインダクタLβの一端に至る経路、および交流端子cからインダクタLγの一端に至る経路には、EMI(Electro Magnetic Interference)フィルタ52が挿入されている。インダクタLαの他端は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続点に接続されている。インダクタLβの他端はスイッチング素子Q3およびQ4の接続点に接続され、インダクタLγの他端はスイッチング素子Q5およびQ6の接続点に接続されている。 EMI (Electro Magnetic Interference) filters 52 are inserted in a path from the AC terminal a to one end of the inductor Lα, a path from the AC terminal b to one end of the inductor Lβ, and a path from the AC terminal c to one end of the inductor Lγ. ing. The other end of inductor Lα is connected to a connection point between switching elements Q1 and Q2. The other end of inductor Lβ is connected to the connection point between switching elements Q3 and Q4, and the other end of inductor Lγ is connected to the connection point between switching elements Q5 and Q6.

電力調整回路14は、3相モードと単相モードのいずれかの動作モードで動作する。3相モードでは、3相交流電力源50のU相出力端子、V相出力端子およびW相出力端子が、それぞれ、交流端子a、bおよびcに接続される。 Power conditioning circuit 14 operates in either a three-phase mode or a single-phase mode of operation. In the three-phase mode, the U-phase output terminal, V-phase output terminal and W-phase output terminal of the three-phase AC power source 50 are connected to AC terminals a, b and c, respectively.

スイッチングアームα、βおよびγはコントローラ100によって制御される。スイッチングアームα、βおよびγは、交流端子a、bおよびcに流れる電流の時間波形を、3相交流電力源50が出力する3相交流電圧の時間波形に近似させ、または一致させるように、交流端子a、bおよびcに流れる電流をスイッチングする。これによって、3相交流電力源50から電力調整回路14に入力される電力の力率が向上する。 Switching arms α, β and γ are controlled by controller 100 . The switching arms α, β, and γ approximate or match the time waveforms of the currents flowing through the AC terminals a, b, and c to the time waveforms of the three-phase AC voltage output by the three-phase AC power source 50. It switches the current through AC terminals a, b and c. This improves the power factor of the power input from the three-phase AC power source 50 to the power adjustment circuit 14 .

電力調整回路14は、力率を向上させる動作を実行しつつ、3相交流電力源50から出力される3相交流電力を直流電力に変換して出力コンデンサ56を充電し、直流電圧を正極端子16Pおよび負極端子16Nから出力する。 Power adjustment circuit 14 converts the three-phase AC power output from three-phase AC power source 50 into DC power, charges output capacitor 56, and outputs the DC voltage to the positive terminal while performing an operation to improve the power factor. 16P and the negative terminal 16N.

単相モードでは、交流電力源10(単相交流電力源)の正相端子Lが交流端子aおよびbに接続され、逆相端子Nが交流端子cに接続される。スイッチングアームα、βおよびγは、交流端子aおよびbと、交流端子cに流れる電流の時間波形を、交流電力源10が出力する交流電圧の時間波形に近似させ、または一致させるように、交流端子aおよびbと交流端子cに流れる電流をスイッチングする。これによって、交流電力源10から電力調整回路14に入力される電力の力率が向上する。 In the single-phase mode, the positive phase terminal L of the AC power source 10 (single-phase AC power source) is connected to the AC terminals a and b, and the negative phase terminal N is connected to the AC terminal c. The switching arms .alpha., .beta. and .gamma. It switches the current flowing through the terminals a and b and the AC terminal c. This improves the power factor of the power input from the AC power source 10 to the power adjustment circuit 14 .

電力調整回路14は、力率を向上させる動作を実行しつつ、交流電力源10から出力される交流電力を直流電力に変換して出力コンデンサ56を充電し、直流電圧を正極端子16Pおよび負極端子16Nから出力する。 Power adjustment circuit 14 converts the AC power output from AC power source 10 into DC power while performing an operation to improve the power factor, charges output capacitor 56, and applies the DC voltage to positive terminal 16P and negative terminal 16P. Output from 16N.

図4には、3相モードにおけるEMIフィルタ52の構成が示されている。交流端子a,bおよびcから、インダクタLα、LβおよびLγに至るまでの3相の導線(U相線、V相線およびW相線から構成される3相線)には、2つのコモンモードチョークコイル60および62が挿入されている。3相交流電力源50と図4の左側に示されたコモンモードチョークコイル60との間の3相線には、3つのY接続コンデンサC1~C3が接続されている。Y接続コンデンサC1、C2およびC3のそれぞれの一端は、U相線、V相線およびW相線に接続されている。Y接続コンデンサC1、C2およびC3のそれぞれの他端は、共通に接続されている。3つのY接続コンデンサC1~C3の容量は同一であってよい。 FIG. 4 shows the configuration of the EMI filter 52 in 3-phase mode. Two common-mode conductors (a three-phase line consisting of a U-phase line, a V-phase line, and a W-phase line) from AC terminals a, b, and c to inductors Lα, Lβ, and Lγ have two common mode Choke coils 60 and 62 are inserted. Three Y-connected capacitors C1 to C3 are connected to the three-phase line between the three-phase AC power source 50 and the common mode choke coil 60 shown on the left side of FIG. One end of each of the Y-connected capacitors C1, C2 and C3 is connected to the U, V and W phase lines. The other ends of Y-connected capacitors C1, C2 and C3 are commonly connected. The capacitance of the three Y-connected capacitors C1-C3 may be the same.

左側に示されたコモンモードチョークコイル60と、右側に示されたコモンモードチョークコイル62との間の3相線の相間には、3つのY接続コンデンサCU、CVおよびCWが接続されている。Y接続コンデンサCU、CVおよびCWのそれぞれの一端は、U相線、V相線およびW相線に接続されている。Y接続コンデンサCU、CVおよびCWのそれぞれの他端は共通に接続された上で接地されている。図4の右側に示されたコモンモードチョークコイル62と、インダクタLα、LβおよびLγとの間の3相線には、3つのY接続コンデンサC4~C6が接続されている。Y接続コンデンサC4、C5およびC6のそれぞれの一端は、U相線、V相線およびW相線に接続されている。Y接続コンデンサC4、C5およびC6のそれぞれの他端は、共通に接続されている。3つのY接続コンデンサC4~C6の容量は同一であってもよい。EMIフィルタ52によって3相線に発生するコモンモードノイズ、3相線の相間に発生するディファレンシャルモードノイズが抑制される。 Three Y-connected capacitors CU, CV and CW are connected between the phases of the three-phase line between the common mode choke coil 60 shown on the left and the common mode choke coil 62 shown on the right. One end of each of the Y-connected capacitors CU, CV and CW is connected to the U-phase line, the V-phase line and the W-phase line. The other ends of Y-connected capacitors CU, CV and CW are connected in common and grounded. Three Y-connected capacitors C4 to C6 are connected to the three-phase line between the common mode choke coil 62 shown on the right side of FIG. 4 and the inductors Lα, Lβ and Lγ. One end of each of Y-connected capacitors C4, C5 and C6 is connected to the U, V and W phase lines. The other ends of Y-connected capacitors C4, C5 and C6 are commonly connected. The capacitance of the three Y-connected capacitors C4-C6 may be the same. The EMI filter 52 suppresses common mode noise generated in the 3-phase line and differential mode noise generated between the phases of the 3-phase line.

図5には、単相モードにおけるEMIフィルタ52の構成が示されている。交流端子aおよびbから、インダクタLαおよびLβに至るまでの2本の導線が、交流電力源10に対する一方の送電線となり、インダクタLγから交流端子cに至るまでの1本の導線が交流電力源10に対する他方の送電線となる。 FIG. 5 shows the configuration of the EMI filter 52 in single-phase mode. Two conductors from AC terminals a and b to inductors Lα and Lβ serve as one transmission line for AC power source 10, and one conductor from inductor Lγ to AC terminal c serves as an AC power source. 10 is the other transmission line.

Y接続コンデンサCU、CVおよびCWの容量を適切に設定することで、各導線に現れるコモンモードノイズおよびディファレンシャルノイズが抑制される。Y接続コンデンサCU、CVおよびCWのうち少なくとも1つは、可変容量コンデンサであってもよい。 By appropriately setting the capacities of the Y-connected capacitors CU, CV, and CW, common mode noise and differential noise appearing in each conductor can be suppressed. At least one of Y-connected capacitors CU, CV and CW may be a variable capacitor.

このように電力調整回路14は、並列接続された第1スイッチングアーム、第2スイッチングアームおよび第3スイッチングアームとして、スイッチングアームα、βおよびγを備えている。各スイッチングアームは、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む。スイッチング素子Q1、Q3およびQ5が第1スイッチング素子に相当し、スイッチング素子Q2、Q4およびQ6が第2スイッチング素子に相当する。 Thus, the power regulation circuit 14 comprises switching arms α, β and γ as the first switching arm, the second switching arm and the third switching arm connected in parallel. Each switching arm each includes a first switching element and a second switching element connected in series. Switching elements Q1, Q3 and Q5 correspond to the first switching element, and switching elements Q2, Q4 and Q6 correspond to the second switching element.

電力調整回路14は、スイッチングアームα、βおよびγのそれぞれにおける第1スイッチング素子(Q1,Q3,Q5)および第2スイッチング素子(Q2,Q4,Q6)の接続点に、インダクタLα、LβおよびLγを介して接続されたEMIフィルタ52と、各スイッチングアームの両端の並列接続点の間に接続された出力コンデンサ56とを備えている。 The power adjustment circuit 14 has inductors Lα, Lβ and Lγ at the connection points of the first switching elements (Q1, Q3, Q5) and the second switching elements (Q2, Q4, Q6) in the switching arms α, β and γ, respectively. and an output capacitor 56 connected between the parallel connection points at both ends of each switching arm.

EMIフィルタ52は、交流端子a(第1端子)からスイッチングアームαにおけるスイッチング素子Q1およびQ2の接続点に至る経路に一端が接続された第1コンデンサ(C1、CU、C4)と、交流端子b(第2端子)からスイッチングアームβにおけるスイッチング素子Q3およびQ4の接続点に至る経路に一端が接続された第2コンデンサ(C2、CV、C5)と、交流端子c(第3端子)からスイッチングアームγにおけるスイッチング素子Q5およびQ6の接続点に至る経路に一端が接続された第3コンデンサ(C3、CW、C6)とを備えている。第1コンデンサ、第2コンデンサおよび第3コンデンサのそれぞれの他端は共通に接続されている。さらに、コンデンサCU、CVおよびCWの他端は接地されている。 The EMI filter 52 includes a first capacitor (C1, CU, C4) whose one end is connected to a path from the AC terminal a (first terminal) to the connection point of the switching elements Q1 and Q2 in the switching arm α, and the AC terminal b A second capacitor (C2, CV, C5) whose one end is connected to a path from (second terminal) to a connection point of switching elements Q3 and Q4 in switching arm β, and AC terminal c (third terminal) to switching arm and a third capacitor (C3, CW, C6) one end of which is connected to a path leading to a connection point of switching elements Q5 and Q6 at γ. The other ends of the first, second and third capacitors are commonly connected. Furthermore, the other ends of capacitors CU, CV and CW are grounded.

スイッチングアームα、βおよびγは、交流端子a、bおよびcに3相交流電圧が印加される3相モード、または、交流端子aおよび交流端子bと、交流端子cとの間に単相交流電圧が印加される単相モードのいずれかで動作する。 The switching arms .alpha., .beta. and .gamma. Operates in either single-phase mode where voltage is applied.

図6(a)には、応用例に係る電力変換システムが示されている。電力変換システムは、電池70-1~70-N、スイッチング回路72-1~72-N、着脱自在巻線74-1~74-Nおよびコア66を備えている。電池70-1~70-Nの各正極端子および各負極端子は、それぞれ、スイッチング回路72-1~72-Nに接続されている。電池70-1~70-Nのうちいずれかには負荷回路が接続されてもよい。着脱自在巻線74-1~74-Nの各両端は、それぞれ、スイッチング回路72-1~72-Nに接続されている。各着脱自在巻線74-1~74-Nはコア66に対して着脱自在であり、コア66に固定されているときは、他の着脱自在巻線に磁気的に結合する。 FIG. 6(a) shows a power conversion system according to an application. The power conversion system includes batteries 70-1 through 70-N, switching circuits 72-1 through 72-N, removable windings 74-1 through 74-N and core 66. FIG. Each positive terminal and each negative terminal of batteries 70-1 to 70-N are connected to switching circuits 72-1 to 72-N, respectively. A load circuit may be connected to any one of the batteries 70-1 to 70-N. Both ends of the detachable windings 74-1 to 74-N are connected to switching circuits 72-1 to 72-N, respectively. Each detachable winding 74-1 to 74-N is detachable with respect to core 66, and magnetically couples to other detachable windings when fixed to core 66. FIG.

スイッチング回路72-1~72-Nは、図1に示された第1セカンダリスイッチング回路30、または、第2セカンダリスイッチング回路36のいずれかと同様の構成を有してよい。図6(a)に示されているスイッチング回路72-3を除くスイッチング回路は、図6(b)に示されているように、第1セカンダリスイッチング回路30と同一の構成を有している。また、スイッチング回路72-3は、図6(c)に示されているように、第2セカンダリスイッチング回路36と同一の構成を有している。 The switching circuits 72-1 to 72-N may have the same configuration as either the first secondary switching circuit 30 or the second secondary switching circuit 36 shown in FIG. The switching circuits other than the switching circuit 72-3 shown in FIG. 6(a) have the same configuration as the first secondary switching circuit 30, as shown in FIG. 6(b). The switching circuit 72-3 has the same configuration as the second secondary switching circuit 36, as shown in FIG. 6(c).

第1セカンダリスイッチング回路30と同一の構成を有するスイッチング回路については、第1セカンダリスイッチング回路30において主機電池34が接続されていた箇所に相当する箇所に電池が接続される。第2セカンダリスイッチング回路36と同一の構成を有するスイッチング回路については、第2セカンダリスイッチング回路36において補機電池40が接続されていた箇所に相当する箇所に電池が接続される。 As for the switching circuit having the same configuration as the first secondary switching circuit 30 , a battery is connected to a location corresponding to the location where the main battery 34 was connected in the first secondary switching circuit 30 . As for the switching circuit having the same configuration as that of the second secondary switching circuit 36 , a battery is connected to a location corresponding to the location where the auxiliary battery 40 was connected in the second secondary switching circuit 36 .

電力変換システムでは、ある1つのスイッチング回路のスイッチングの位相と、他のスイッチング回路のスイッチングの位相との差異に応じて、その1つのスイッチング回路と他のスイッチング回路との間で、それぞれに接続された着脱自在巻線を介して電力が授受される。すなわち、スイッチング回路72-1~72-Nの相互のスイッチング位相差に応じて、スイッチング回路72-1~72-Nの相互間で電力が授受される。 In the power conversion system, according to the difference between the switching phase of one switching circuit and the switching phase of the other switching circuit, each switching circuit is connected between the switching circuit and the other switching circuit. Electric power is transferred through the detachable winding. That is, power is transferred between the switching circuits 72-1 to 72-N according to the mutual switching phase difference of the switching circuits 72-1 to 72-N.

このような構成では、着脱自在巻線がコア66から着脱自在である。そのため、用いられるスイッチング回路の数を容易に増減することができる。また、第2セカンダリスイッチング回路36と同一の回路構成を採用することで、巻線およびスイッチング回路における電力損失が抑制される。 In such a configuration, the removable winding is removable from core 66 . Therefore, the number of switching circuits used can be easily increased or decreased. Further, by adopting the same circuit configuration as the second secondary switching circuit 36, power loss in the windings and switching circuit is suppressed.

10 交流電力源、12-1,12-2,a,b,c 交流端子、14 電力調整回路、16P 正極端子、16N 負極端子、18 プライマリスイッチング回路、20 バッファコンデンサ、22 トランス、24 プライマリ巻線、26 第1セカンダリ巻線、28 第2セカンダリ巻線、30 第1セカンダリスイッチング回路、32 主機コンデンサ、34 主機電池、36 第2セカンダリスイッチング回路、38 中間コンデンサ、40 補機電池、42 補機コンデンサ、50 3相交流電力源、52 EMIフィルタ、56 出力コンデンサ、60,62 コモンモードチョークコイル、70-1~70-N 電池、72-1~72-N スイッチング回路、74-1~74-N 着脱自在巻線、100 コントローラ、S1~S12,Q1~Q6 スイッチング素子、u,v,w,x,y,z,α,β,γ スイッチングアーム。 10 AC power source, 12-1, 12-2, a, b, c AC terminals, 14 Power adjustment circuit, 16P Positive terminal, 16N Negative terminal, 18 Primary switching circuit, 20 Buffer capacitor, 22 Transformer, 24 Primary winding , 26 first secondary winding, 28 second secondary winding, 30 first secondary switching circuit, 32 main capacitor, 34 main battery, 36 second secondary switching circuit, 38 intermediate capacitor, 40 auxiliary battery, 42 auxiliary capacitor , 50 three-phase AC power source, 52 EMI filter, 56 output capacitor, 60, 62 common mode choke coil, 70-1 to 70-N battery, 72-1 to 72-N switching circuit, 74-1 to 74-N Detachable winding, 100 controller, S1-S12, Q1-Q6 switching element, u, v, w, x, y, z, α, β, γ switching arm.

Claims (4)

プライマリ巻線、第1セカンダリ巻線および第2セカンダリ巻線を備えるトランスと、
前記プライマリ巻線に接続されたプライマリスイッチング回路と、
前記第1セカンダリ巻線に接続された第1セカンダリスイッチング回路と、
前記第2セカンダリ巻線に接続された第2セカンダリスイッチング回路と、
前記第2セカンダリスイッチング回路に含まれる中間コンデンサと、を備え、
前記プライマリスイッチング回路および前記第1セカンダリスイッチング回路のスイッチング動作によって、前記プライマリスイッチング回路から前記トランスを介して、前記第1セカンダリスイッチング回路に接続された主機電池に電力が出力され、
前記プライマリスイッチング回路および前記第2セカンダリスイッチング回路のスイッチング動作によって、前記プライマリスイッチング回路から前記トランスを介して前記中間コンデンサに電力が供給され、
前記第1セカンダリスイッチング回路および前記第2セカンダリスイッチング回路のスイッチング動作によって、前記主機電池から前記第1セカンダリスイッチング回路および前記トランスを介して前記中間コンデンサに電力が供給され、
前記第2セカンダリスイッチング回路のスイッチング動作によって、前記中間コンデンサから前記第2セカンダリ巻線の中途点を介して補機電池に電力が出力され
前記第2セカンダリスイッチング回路は、
並列接続された第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームを備え、
前記第1スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点と、前記第2スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点との間に前記第2セカンダリ巻線が接続されており、
前記第1スイッチングアームおよび前記第2スイッチングアームの両端の並列接続点の間に前記中間コンデンサが接続されており、
前記第2セカンダリ巻線の中途点と、前記第1スイッチングアームおよび前記第2スイッチングアームの両端の並列接続点のうち一方との間から前記補機電池に電力が出力されることを特徴とする車両搭載用電力変換装置。
a transformer comprising a primary winding , a first secondary winding and a second secondary winding;
a primary switching circuit connected to the primary winding;
a first secondary switching circuit connected to the first secondary winding;
a second secondary switching circuit connected to the second secondary winding;
an intermediate capacitor included in the second secondary switching circuit;
By switching operations of the primary switching circuit and the first secondary switching circuit, power is output from the primary switching circuit through the transformer to a main battery connected to the first secondary switching circuit,
Power is supplied from the primary switching circuit to the intermediate capacitor through the transformer by switching operations of the primary switching circuit and the second secondary switching circuit,
Power is supplied from the main battery to the intermediate capacitor through the first secondary switching circuit and the transformer by switching operations of the first secondary switching circuit and the second secondary switching circuit,
A switching operation of the second secondary switching circuit outputs electric power from the intermediate capacitor to the auxiliary battery via the midpoint of the second secondary winding ,
The second secondary switching circuit,
a first switching arm and a second switching arm connected in parallel, each including a first switching element and a second switching element connected in series;
The second secondary winding is connected between a connection point of the first switching element and the second switching element in the first switching arm and a connection point of the first switching element and the second switching element in the second switching arm. has been
The intermediate capacitor is connected between parallel connection points at both ends of the first switching arm and the second switching arm,
Power is output to the auxiliary battery from between a midpoint of the second secondary winding and one of parallel connection points at both ends of the first switching arm and the second switching arm. Vehicle-mounted power converter.
前記第1セカンダリスイッチング回路および前記第2セカンダリスイッチング回路を制御するコントローラを備える請求項1に記載の車両搭載用電力変換装置において、
前記第1セカンダリスイッチング回路のスイッチングタイミングに応じて前記第1セカンダリ巻線に現れる電圧の位相と、前記第2セカンダリスイッチング回路のスイッチングタイミングに応じて前記第2セカンダリ巻線に現れる電圧の位相との差異である位相差に応じて、前記第1セカンダリスイッチング回路から前記第2セカンダリスイッチング回路に電力が伝送され、
前記コントローラは、
前記主機電池に印加されている電圧の測定値に基づいて、前記中間コンデンサの両端の電圧に対する中間電圧目標値を求め、
前記中間コンデンサの両端の電圧測定値と、前記中間電圧目標値との差異に基づいて求められた位相差に基づいて、前記第1セカンダリスイッチング回路および前記第2セカンダリスイッチング回路を制御することを特徴とする車両搭載用電力変換装置。
The vehicle-mounted power converter according to claim 1, further comprising a controller that controls the first secondary switching circuit and the second secondary switching circuit ,
The phase of the voltage appearing in the first secondary winding according to the switching timing of the first secondary switching circuit and the phase of the voltage appearing in the second secondary winding according to the switching timing of the second secondary switching circuit power is transmitted from the first secondary switching circuit to the second secondary switching circuit according to the phase difference , which is the difference ;
The controller is
Obtaining an intermediate voltage target value for the voltage across the intermediate capacitor based on the measured value of the voltage applied to the main battery,
controlling the first secondary switching circuit and the second secondary switching circuit based on the phase difference obtained based on the difference between the voltage measured across the intermediate capacitor and the intermediate voltage target value; A vehicle-mounted power conversion device characterized by:
請求項2に記載の車両搭載用電力変換装置において、In the vehicle-mounted power converter according to claim 2,
前記コントローラは、The controller is
前記第1セカンダリ巻線の巻き数と、前記第2セカンダリ巻線の巻き数と、前記主機電池に印加されている電圧の測定値と、に基づいて、前記中間電圧目標値を求めることを特徴とする車両搭載用電力変換装置。The intermediate voltage target value is obtained based on the number of turns of the first secondary winding, the number of turns of the second secondary winding, and a measured value of the voltage applied to the main battery. A vehicle-mounted power conversion device.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の車両搭載用電力変換装置において、
前記第1セカンダリスイッチング回路は、
並列接続された第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームを備え、
前記第3スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点と、前記第4スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点との間に前記第1セカンダリ巻線が接続されており、
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアーム、前記第3スイッチングアームおよび前記第4スイッチングアームのデューティ比が等しいことを特徴とする車両搭載用電力変換装置。
In the vehicle-mounted power converter according to any one of claims 1 to 3,
The first secondary switching circuit,
a third switching arm and a fourth switching arm connected in parallel, each including a first switching element and a second switching element connected in series;
The first secondary winding is connected between a connection point of the first switching element and the second switching element in the third switching arm and a connection point of the first switching element and the second switching element in the fourth switching arm. has been
A vehicle-mounted power converter, wherein duty ratios of the first switching arm, the second switching arm, the third switching arm, and the fourth switching arm are equal.
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