JP7359726B2 - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7359726B2 JP7359726B2 JP2020049912A JP2020049912A JP7359726B2 JP 7359726 B2 JP7359726 B2 JP 7359726B2 JP 2020049912 A JP2020049912 A JP 2020049912A JP 2020049912 A JP2020049912 A JP 2020049912A JP 7359726 B2 JP7359726 B2 JP 7359726B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- duty ratio
- connection point
- switch element
- power conversion
- control
- 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
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
この2コンバータ方式の電力変換装置は、直流(DC)の入力電圧Viをスイッチングして、所望のDC出力電圧Vo2及びDC出力電流Io2を送出する電力変換部1と、この電力変換部1のスイッチングを制御する2つの第1制御部31及び第2制御部32と、を備えている。
電力変換部1は、前段の第1コンバータ10と、後段の第2コンバータ20と、を組み合わせた構成になっている。
第1コンバータ10と第2コンバータ20との連結部分は、一度電圧を平滑するための、出力コンデンサ15及び入力コンデンサ21からなるリンクコンデンサにより接続されている。
第1制御部31は、2つの駆動パルスS1,S2を生成し、2つのスイッチ素子12,13のオン/オフ動作を制御する。例えば、スイッチ素子12がオン状態、及びスイッチ素子13がオフ状態の時、入力電圧Viが印加された電源線L1→スイッチ素子12→インダクタ14→出力コンデンサ15→電源線L2、の経路で電流が流れる。次に、スイッチ素子12がオフ状態、及びスイッチ素子13がオン状態に切り替えられると、インダクタ14の蓄積電荷の電流が、出力コンデンサ15→電源線L2→スイッチ素子13→インダクタ14、の経路で流れる。これにより、DC入力電圧Viは、第1コンバータ10により、所定のDC出力電圧Vo1に降圧される。この出力電圧Vo1は、出力コンデンサ15及び後段の入力コンデンサ21により平滑される。
次に、スイッチ素子22-1がオフ状態、及びスイッチ素子22-2がオン状態に切り替えられると、共振コンデンサ23-2の蓄積電荷の電流が、接続点N2→1次巻線24a→接続点N1→スイッチ素子22-2→電源線L2→共振コンデンサ23-2、の経路で流れる。
(a) 従来の2コンバータ方式を1コンバータ方式として制御できるため、従来のリンクコンデンサが不要である。更に、制御も1コンバータ方式として扱うことができるため、回路構成が簡単になって、制御部品等の部品点数を低減できる。
(b) 第1直列回路と第2直列回路とを別々に駆動できる特徴を持つ。そのため、例えば、第1直列回路と第2直列回路とをデューティ比制御で動作させ、第1直列回路は、自由にデューティ比制御を行って降圧チョッパ回路として動作させ、第2直列回路は、可変周波数のLLCコンバータとして動作させることができる。又、第1直列回路は、デューティ比制御を行って降圧チョッパ回路として動作させ、第2直列回路は、デューティ比固定で動作させることにより、固定周波数のLLCコンバータとして動作させることができる。あるいは、第1直列回路をデューティ比固定で動作させ、第2直列回路をデューティ比制御で動作させることも可能である。従って、入出力電圧の変動範囲が大きい環境等に対し、柔軟に対応して安定した電力供給を行うことができる。
図1は、本発明の実施例1における1コンバータ方式の電力変換装置を示す回路図である。
この電力変換装置は、一対の電源線L1,L2間に印加されるDC入力電圧Viをスイッチングして、所望のDC出力電圧Voを送出する電力変換部40と、この電力変換部40のスイッチングを制御する制御部50と、を備えている。
第1、第2、第3、第4スイッチ素子42-1~42-4は、駆動パルスS11~S14によりそれぞれオン/オフ動作するMOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等の半導体素子により構成されている。
このような制御部50は、例えば、中央処理装置(CPU)を用いたデジタル・シグナル・プロセッサ(DSP)等のプロセッサや、半導体素子を用いた個別回路等により構成されている。
図2は、図1のスイッチ素子42-1~42-4のオン/オフ状態を示すタイミングチャートであり、横軸は時間tである。
図2において、Tは1周期、D1はスイッチ素子42-1のオン状態時及びスイッチ素子42-2のオフ状態時のデューティ比、1-D1はスイッチ素子42-2のオン状態時及びスイッチ素子42-1のオフ状態時のデューティ比、1-D2はスイッチ素子42-3のオン状態時及びスイッチ素子42-4のオフ状態時のデューティ比、更に、D2(例えば、D2=D1)はスイッチ素子42-4のオン状態時及びスイッチ素子42-3のオフ状態時のデューティ比である。
図2の時刻t1において、制御部50から供給された駆動パルスS11~S14により、スイッチ素子42-1,42-3がオン状態、スイッチ素子42-2,42-4がオフ状態になる。
すると、DC入力電圧Viが印加された電源線L1→スイッチ素子42-1→接続点N11→インダクタ43→接続点N12→スイッチ素子42-3→電源線L3→コンデンサ44-1→接続点N13→コンデンサ44-2→電源線L2、の経路で電流が流れる。同時に、接続点N12に流れる電流は、変圧器45の1次巻線45a→接続点N13→コンデンサ44-2→電源線L2、の経路で流れる。変圧器45の1次巻線45aには、巻き始め側から巻き終わり側へ電流が流れるので、2次巻線45cに誘起した電流が、整流ダイオード46-2→出力コンデンサ48及び出力端子49-1,49-2→インダクタ47→中間端子N14、の経路で流れる。
すると、インダクタ43の蓄積電荷により、接続点N12→スイッチ素子42-3→電源線L3→コンデンサ44-1→接続点N13→コンデンサ44-2→電源線L2→スイッチ素子42-2→接続点N11→インダクタ43、の経路で電流が流れる。同時に、接続点N12に流れる電流は、変圧器45の1次巻線45a→接続点N13→コンデンサ44-2→電源線L2→スイッチ素子42-2→接続点N11→インダクタ43、の経路で流れる。変圧器45の1次巻線45aには、巻き始め側から巻き終わり側へ電流が流れるので、2次巻線45cに誘起した電流は、上記と同様の経路で、出力コンデンサ48及び出力端子49-1,49-2に流れる。
すると、コンデンサ44-2の蓄積電荷により、接続点N13→変圧器45の1次巻線45a→接続点N12→スイッチ素子42-4→電源線L2、の経路で電流が流れる。変圧器45の1次巻線45aには、巻き終わり側から巻き始め側へ電流が流れるので、2次巻線45bに誘起した電流は、整流ダイオード46-1→出力コンデンサ48及び出力端子49-1,49-2→インダクタ47→中間端子N14、の経路で流れる。
そのため、入力コンデンサ41、スイッチ素子42-1,42-2、及びインダクタ43は、降圧チョッパ回路として動作し、DC入力電圧Viが降圧されて接続点N12へ出力される。更に、スイッチ素子42-3,42-4、コンデンサ44-1,44-2、変圧器45、整流ダイオード46-1,46-2、インダクタ47、及び出力コンデンサ48は、LLCコンバータとして動作し、接続点N12から出力されたDC電圧が昇圧されて、所望のDC出力電圧Voが、出力端子49-1,49-2から送出される。
電力変換部40のDC出力電圧Voが、図示しない測定器により測定され、その測定値voが誤差部51へ与えられる。誤差部51は、目標出力電圧値vthから測定値voを減算し、誤差eを求めて補償部52へ与える。補償部52は、PI制御、PID制御等のフィードバック制御により、誤差eを減少するような2つの可変のデューティ比D1,D2(例えば、D1=D2)を求め、2つの駆動パルス生成部53,54へそれぞれ与える。一方の駆動パルス生成部53は、入力された可変のデューティ比D1をPWMにより変調した後、ドライバにて駆動して駆動パルスS11,S12を生成し、スイッチ素子42-1,42-2を相補的にオン/オフ動作させる。同時に、他方の駆動パルス生成部54は、入力された可変のデューティ比D2をPWMにより変調した後、ドライバにて駆動して駆動パルスS13,S14を生成し、スイッチ素子42-3,42-4を相補的にオン/オフ動作させる。
図1の電力変換装置は、例えば、次の(i),(ii)のように変形しても良い。
(i) 第1デューティ比D1と第2デューティ比D2とが同一の場合、2つの駆動パルス生成部53,54は、共通の1つの駆動パルス生成部により構成しても良い。
(ii) 第1デューティ比D1と第2デューティ比D2とを異なる値に設定しても良い。
本実施例1によれば、以下の(1),(2)のような効果がある。
(1) 従来の2コンバータ方式を1コンバータ方式として制御できるため、従来のリンクコンデンサが不要である。更に、制御も1コンバータ方式として扱うことができるため、回路構成が簡単になって、制御部品等の部品点数を低減できる。
(2) スイッチ素子42-1、接続点N11及びスイッチ素子42-2により構成される第1直列回路と、スイッチ素子42-3、接続点N12及びスイッチ素子42-4により構成される第2直列回路と、を別々に駆動できる特徴を持つ。そのため、例えば、第1直列回路は、デューティ比制御を行って降圧チョッパ回路として動作させ、第2直列回路は、デューティ比制御を行って可変周波数のLLCコンバータとして動作させることができる。従って、入出力電圧の変動範囲が大きい環境等に対し、柔軟に対応して安定した電力供給を行うことができる。
図3は、本発明の実施例2における1コンバータ方式の電力変換装置を示す回路図である。この図3において、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には、共通の符号が付されている。
本実施例2の電力変換装置は、実施例1と同様の電力変換部40と、この電力変換部40のスイッチングを制御するための、実施例1とは異なる構成の制御部50Aと、を備えている。
このような制御部50Aは、実施例1と同様に、プロセッサや個別回路等により構成されている。
図4は、図3のスイッチ素子42-1~42-4のオン/オフ状態を示すタイミングチャートであり、横軸は時間tである。
図4において、実施例1のタイミングチャートを示す図2中の要素と共通の要素には、共通の符号が付されている。この図4のタイミングチャートが、図2のタイミングチャートと異なる点は、スイッチ素子42-3,42-4をオン/オフ動作させる駆動パルスS13,S14のデューティ比D2が、固定されていることである。その他は、図2と同様である。
図6(a),(b)は、図3及び後述の図5のデューティ比D1,D2の出力特性例を示す図である。図6(a)において、デューティ比D2を例えば0.5に固定した場合、横軸はデューティ比D1、及び、縦軸はDC出力電圧Voである。又、図6(b)において、デューティ比D1を例えば0.5に固定した場合、横軸はデューティ比D2、及び、縦軸はDC出力電圧Voである。
図3の制御部50Aにおいて、固定デューティ比設定部55により、デューティ比D2が、例えば図6(a)に示すように、0.5に設定される。
本実施例2によれば、以下の(1A),(2A)のような効果がある。
(1A) 実施例1の効果(1)と同様の効果がある。
(2A) スイッチ素子42-1、接続点N11及びスイッチ素子42-2により構成される第1直列回路と、スイッチ素子42-3、接続点N12及びスイッチ素子42-4により構成される第2直列回路と、を別々に駆動できる特徴を持つ。そのため、例えば、第1直列回路は、自由にデューティ比制御を行って降圧チョッパ回路として動作させ、第2直列回路は、デューティ比固定(例えば、0.5)で動作させることにより、固定周波数のLLCコンバータとして動作させることができる。従って、入出力電圧の変動範囲が大きい環境等に対し、柔軟に対応して安定した電力供給を行うことができる。
図5は、本発明の実施例3における1コンバータ方式の電力変換装置を示す回路図である。この図5において、実施例2を示す図3中の要素と共通の要素には、共通の符号が付されている。
本実施例3の電力変換装置は、実施例2と同様の電力変換部40と、この電力変換部40のスイッチングを制御するための、実施例2とは異なる構成の制御部50Bと、を備えている。
このような制御部50Bは、実施例2と同様に、プロセッサや個別回路等により構成されている。
図5の制御部50Bにおいて、固定デューティ比設定部55Bにより、デューティ比D1が、例えば図6(b)に示すように、0.5に設定される。この固定のデューティ比D1は、駆動パルス生成部53へ与えられる。
本実施例3によれば、以下の(1B),(2B)のような効果がある。
(1B) 実施例1の効果(1)と同様の効果がある。
(2B) スイッチ素子42-1、接続点N11及びスイッチ素子42-2により構成される第1直列回路と、スイッチ素子42-3、接続点N12及びスイッチ素子42-4により構成される第2直列回路と、を別々に駆動できる特徴を持つ。そのため、例えば、第1直列回路は、デューティ比固定(例えば、0.5)で動作させることにより、降圧チョッパ回路として動作させ、第2直列回路は、可変のデューティ比制御を行い、可変周波数のLLCコンバータとして動作させることができる。従って、入出力電圧の変動範囲が大きい環境等に対し、柔軟に対応して安定した電力供給を行うことができる。
本発明は、上記実施例1~3に限定されず、他の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(i),(ii)のようなものがある。
(i) 電力変換部40は、図示以外の構成に変形しても良い。例えば、後段のハーフブリッジコンバータ40bにおいて、変圧器45の1次側に、インダクタを設ける、あるいは、変圧器45の2次側に設けられたインダクタ47を省略等しても良い。又、ハーフブリッジコンバータ40bを、非絶縁型のコンバータに変更しても良い。
(ii) 制御部50,50A,50Bは、図示以外の構成に変形しても良い。
40a H型ブリッジコンバータ
40b ハーフブリッジコンバータ
42-1~42-4 第1、第2、第3、第4スイッチ素子
43 インダクタ
44-1,44-2 第1、第2コンデンサ
50,50A,50B 制御部
51 誤差部
52,52A,52B 補償部
53,54 駆動パルス生成部
55,55B 固定デューティ比設定部
L1,L2,L3 電源線
Claims (7)
- 第1スイッチ素子、第1接続点、及び第2スイッチ素子が直列に接続され、入力電圧が印加される第1直列回路と、
前記第1接続点に分岐接続されたインダクタと、
第3スイッチ素子、前記インダクタを介して前記第1接続点に接続された第2接続点、及び第4スイッチ素子が直列に接続された第2直列回路と、
前記第2直列回路に対して並列に接続され、第1コンデンサ、第3接続点、及び第2コンデンサが直列に接続された第3直列回路と、
前記第2接続点及び前記第3接続点間の電圧を変換して出力電圧を送出するコンバータと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1記載の電力変換装置は、更に、
前記出力電圧の測定値と目標出力電圧値との誤差を減少するような可変のデューティ比を求め、前記可変のデューティ比に基づき、前記第1、第2、第3及び第4スイッチ素子のオン/オフ動作を制御する、
又は、前記可変のデューティ比と固定のデューティ比とに基づき、前記第1、第2、第3及び第4スイッチ素子のオン/オフ動作を制御する、
制御部を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記可変のデューティ比に基づいて、前記第1及び第2スイッチ素子の相補的なオン/オフ動作を制御し、且つ、前記第3及び第4スイッチ素子の相補的なオン/オフ動作を制御する構成になっている、
ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記誤差を求める誤差部と、
前記誤差を減少するようなフィードバック制御を行って前記可変のデューティ比を求める補償部と、
前記可変のデューティ比に基づいて、前記第1、第2、第3及び第4スイッチ素子をオン/オフ動作させる駆動パルスを生成する駆動パルス生成部と、
を有することを特徴とする請求項3記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記可変のデューティ比に基づいて前記第1及び第2スイッチ素子の相補的なオン/オフ動作を制御し、且つ、前記固定のデューティ比に基づいて前記第3及び第4スイッチ素子の相補的なオン/オフ動作を制御する構成になっている、
ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記固定のデューティ比に基づいて前記第1及び第2スイッチ素子の相補的なオン/オフ動作を制御し、且つ、前記可変のデューティ比に基づいて前記第3及び第4スイッチ素子の相補的なオン/オフ動作を制御する構成になっている、
ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記誤差を求める誤差部と、
前記誤差を減少するようなフィードバック制御を行って前記可変のデューティ比を求める補償部と、
前記固定のデューティ比を設定する固定デューティ比設定部と、
前記可変のデューティ比及び前記固定のデューティ比に基づいて、前記第1、第2、第3及び第4スイッチ素子をオン/オフ動作させる駆動パルスを生成する駆動パルス生成部と、
を有することを特徴とする請求項5又は6記載の電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020049912A JP7359726B2 (ja) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020049912A JP7359726B2 (ja) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 電力変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021151122A JP2021151122A (ja) | 2021-09-27 |
JP7359726B2 true JP7359726B2 (ja) | 2023-10-11 |
Family
ID=77849769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020049912A Active JP7359726B2 (ja) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7359726B2 (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005269799A (ja) | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Toyota Industries Corp | スイッチング電源 |
JP2008228571A (ja) | 2008-06-27 | 2008-09-25 | Foster Electric Co Ltd | スイッチング電源装置 |
JP2010088152A (ja) | 2008-09-29 | 2010-04-15 | Toyota Motor Corp | スイッチング電源装置 |
US20130207601A1 (en) | 2012-01-23 | 2013-08-15 | Utah State University | Wireless power transfer system |
JP2013255413A (ja) | 2012-05-10 | 2013-12-19 | Nippon Soken Inc | 電力変換装置 |
JP2015162951A (ja) | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 株式会社 日立産業制御ソリューションズ | 双方向コンバータ |
-
2020
- 2020-03-19 JP JP2020049912A patent/JP7359726B2/ja active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005269799A (ja) | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Toyota Industries Corp | スイッチング電源 |
JP2008228571A (ja) | 2008-06-27 | 2008-09-25 | Foster Electric Co Ltd | スイッチング電源装置 |
JP2010088152A (ja) | 2008-09-29 | 2010-04-15 | Toyota Motor Corp | スイッチング電源装置 |
US20130207601A1 (en) | 2012-01-23 | 2013-08-15 | Utah State University | Wireless power transfer system |
JP2013255413A (ja) | 2012-05-10 | 2013-12-19 | Nippon Soken Inc | 電力変換装置 |
JP2015162951A (ja) | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 株式会社 日立産業制御ソリューションズ | 双方向コンバータ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021151122A (ja) | 2021-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6631277B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
TWI475793B (zh) | 使用具整流切換開關之z型轉換器將交流輸入電壓轉換為調整的直流輸出電壓的轉換器、電子裝置與方法 | |
JP4924659B2 (ja) | Dc−dcコンバータ | |
JP2007124748A (ja) | Dc−dcコンバータ、dc−dcコンバータの制御回路及びdc−dcコンバータの制御方法 | |
JPH1169811A (ja) | Pfcコンバータ | |
JP2015139326A (ja) | 電力変換装置及び電力変換方法 | |
US6515457B1 (en) | Discontinuous-mode buck-boost slave converter working off a continuous-mode master buck converter | |
US8085559B1 (en) | Current mode control for resonant converter circuits | |
US6128203A (en) | Switched converter with multiple regulated outputs | |
EP3384588A1 (en) | Boost dc-dc converter having digital control and reference pwm generators | |
US20050036245A1 (en) | Bridge power converter overload protection | |
JP3568870B2 (ja) | コンバータ | |
JP2008072840A (ja) | 電源回路 | |
JP7359726B2 (ja) | 電力変換装置 | |
JP2011083049A (ja) | 電圧変換装置 | |
US5946201A (en) | Boost-up power factor correcting circuit using a power feedback | |
JP4214484B2 (ja) | 直流電源装置 | |
JP5239917B2 (ja) | 力率改善コンバータおよび力率改善コンバータ制御器 | |
JP2003274648A (ja) | スイッチング電源装置 | |
KR101022613B1 (ko) | 교류 전원 장치 및 교류 전원 장치용 집적 회로 | |
JP7400188B2 (ja) | 制御装置 | |
JP2002262565A (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP4294942B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
CN117203885A (zh) | 电力转换装置和电力转换系统 | |
JP2008228571A (ja) | スイッチング電源装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230302 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230913 |
|
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: 20230926 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230928 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7359726 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |