JP7472818B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
かかる構成によれば、各スイッチング素子のスイッチングが行われる際にコンデンサの充放電が行われることにより、スイッチング損失を低減することができる。
図1に示すように、電源システム100は、直流電源110と、負荷120と、電力変換装置10と、を備える。直流電源110は、直流電圧を出力する電圧源である。負荷120は、例えば、直流電力を充放電可能な蓄電装置であり、一例としては二次電池である。二次電池とは、例えば、リチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池である。
図2に示すように、連続モードM4では、各スイッチング素子Q1~Q8のスイッチングパターンとして、第1パターンP1、第2パターンP2、第3パターンP3、第4パターンP4、第5パターンP5、及び第6パターンP6が設定されている。なお、以下の説明では、各スイッチング素子Q1~Q8のスイッチングパターンを単に「スイッチングパターン」と称することがある。
第3パターンP3は、スイッチング素子Q1,Q4,Q5,Q8がON状態であり、スイッチング素子Q2,Q3,Q6,Q7がOFF状態のスイッチングパターンである。
第5パターンP5は、スイッチング素子Q2,Q3,Q6,Q8がON状態であり、スイッチング素子Q1,Q4,Q5,Q7がOFF状態のスイッチングパターンである。
制御回路50は、連続モードM4において、スイッチングパターンを、P1→P2→P3→P4→P5→P6の順に順次切り替える動作を1単位として、当該動作を周期的に行うことにより、電力変換を行う。
第9パターンP9は、スイッチング素子Q1,Q4,Q8がON状態であり、スイッチング素子Q2,Q3,Q5,Q6,Q7がOFF状態のスイッチングパターンである。
このとき、2次側電流ISは、第5ダイオードD5に対して順方向の電流となる。これにより、第5ダイオードD5がON状態となるため、第3レグ41の電位はVoutとなる。そして、第7パターンP7では第7スイッチング素子Q7がON状態なので、第4レグ42の電位もまたVoutとなる。したがって、2次側電圧V2はゼロとなる。2次側電流ISは、第5ダイオードD5と第7スイッチング素子Q7とを順に流れて2次側巻線23に還流する。これに伴い、出力電流Ioutがゼロとなる。
第8パターンP8では、1次側電圧V1=Vin、2次側電圧V2=Voutとなる。2次側PWM制御モードM3では、入力電圧Vinは出力電圧Voutより低いため、通常モードM1と同様に、1次側電流IL及び2次側電流ISは減少する。
第9パターンP9では、2次側電流ISがゼロより大きい場合には第5ダイオードD5に順方向電流が流れるため、第5ダイオードD5はON状態となる。このとき、2次側電圧V2=Voutとなる。入力電圧Vinは出力電圧Voutより低いため、2次側電流ISは減少する。
このとき、励磁電流IEの寄与により、1次側電流ILは増大する。
第10パターンP10では、1次側電圧V1がVinから-Vinへと反転することにより、1次側電流ILが減少する。1次側巻線22と2次側巻線23との磁気結合によって、1次側電流ILの減少に伴い、2次側電流ISがゼロから減少しようとする。このとき、2次側電流ISが第6ダイオードD6に対して順方向電流となるため、第6ダイオードD6がON状態となる。これにより、2次側巻線23、第4接続線44、第8スイッチング素子Q8、第6ダイオードD6、第3接続線43、という電流経路が形成される。第3接続線43、第4接続線44の電位はともに2次側端子46と等しいため、2次側電圧V2はゼロとなる。結果として、2次側電流ISがゼロから減少する。このとき、2次側巻線23から負荷120への電流経路が形成されないため、出力電流Ioutはゼロとなる。
第12パターンP12では、2次側電流ISがゼロより小さい場合には第6ダイオードD6に順方向電流が流れるため、第6ダイオードD6はON状態となる。このとき、2次側電圧V2=-Voutとなる。入力電圧Vinは出力電圧Voutより低いため、2次側電流ISは増加する。しかし、2次側電流ISがゼロとなると第6ダイオードD6に順方向電流が流れなくなるため、第6ダイオードD6はOFF状態となる。これにより、第3接続線43は2次側端子45と切り離される。このとき、1次側電圧V1が2次側巻線23に伝わることにより、2次側電圧V2=-Vinとなる。したがって、第12パターンP12において、2次側電流ISの増加はゼロで止まる。これに伴い、出力電流Ioutがゼロとなる。
(1)電力変換装置10は、1次側巻線22及び2次側巻線23を有するトランス20と、1次側巻線22に接続された1次側フルブリッジ回路30と、2次側巻線23に接続された2次側フルブリッジ回路40と、制御回路50と、を備える。1次側フルブリッジ回路30は、複数の1次側スイッチング素子Q1~Q4を有する。2次側フルブリッジ回路40は、複数の2次側スイッチング素子Q5~Q8を有する。
一方、かかる構成において、制御回路50は、2次側フルブリッジ回路40からの出力電流Ioutが第1出力電流I1よりも小さい第2出力電流I2である場合には制御モードを2次側PWM制御モードM3に設定する。
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
Claims (5)
- 1次側巻線及び2次側巻線を有するトランスと、
前記1次側巻線に接続された回路であって、複数の1次側スイッチング素子を有する1次側フルブリッジ回路と、
前記2次側巻線に接続された回路であって、複数の2次側スイッチング素子を有する2次側フルブリッジ回路と、
前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を制御する制御回路と、
前記複数の1次側スイッチング素子に対して並列に接続された寄生容量、素子、あるいは寄生容量と素子の組み合わせである複数の1次側コンデンサと、
前記複数の2次側スイッチング素子に対して並列に接続された寄生容量、素子、あるいは寄生容量と素子の組み合わせである複数の2次側コンデンサと、
前記1次側コンデンサに逆並列に接続された寄生または素子である複数の1次側ダイオードと、
前記2次側コンデンサに逆並列に接続された寄生または素子である複数の2次側ダイオードと、を備え、
前記制御回路は、
前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を制御する制御モードとして、前記1次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧と前記2次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧とのうち、高い方の電圧に対応するフルブリッジ回路をPWM制御する片側PWM制御モードを有し、
前記片側PWM制御モードは、前記2次側巻線に流れる電流がゼロとなるゼロ電流期間を含むように複数のスイッチングパターンを順次切り替えることにより、電力変換を行う不連続モードを含み、
前記1次側コンデンサの充放電を行うために必要な最小の電流を第2目標電流としたとき、前記1次側スイッチング素子がOFFからONに変わるタイミングで、当該スイッチング素子に逆並列接続される前記1次側ダイオードの順方向に流れる電流値が前記第2目標電流以上であり、
前記2次側コンデンサの充放電を行うために必要な最小の電流を第1目標電流としたとき、前記2次側スイッチング素子がOFFからONに変わるタイミングで、当該スイッチング素子に逆並列接続される前記2次側ダイオードの順方向に流れる電流値が前記第1目標電流以上である様に制御する、
電力変換装置。 - 1次側巻線及び2次側巻線を有するトランスと、
前記1次側巻線に接続された回路であって、複数の1次側スイッチング素子を有する1次側フルブリッジ回路と、
前記2次側巻線に接続された回路であって、複数の2次側スイッチング素子を有する2次側フルブリッジ回路と、
前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を制御する制御モードとして、前記1次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧と前記2次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧とのうち、高い方の電圧に対応するフルブリッジ回路をPWM制御する片側PWM制御モードを有し、
前記片側PWM制御モードは、前記2次側巻線に流れる電流がゼロとなるゼロ電流期間を含むように複数のスイッチングパターンを順次切り替えることにより、電力変換を行う不連続モードを含み、
前記片側PWM制御モードは、前記出力電圧が前記入力電圧よりも高い場合に前記2次側フルブリッジ回路をPWM制御する2次側PWM制御モードを含み、
前記複数の2次側スイッチング素子のうち、少なくとも3つのスイッチング素子をOFF状態にすることで前記2次側巻線に流れる電流をゼロにする、
電力変換装置。 - 1次側巻線及び2次側巻線を有するトランスと、
前記1次側巻線に接続された回路であって、複数の1次側スイッチング素子を有する1次側フルブリッジ回路と、
前記2次側巻線に接続された回路であって、複数の2次側スイッチング素子を有する2次側フルブリッジ回路と、
前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を制御する制御モードとして、前記1次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧と前記2次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧とのうち、高い方の電圧に対応するフルブリッジ回路をPWM制御する片側PWM制御モードを有し、
前記片側PWM制御モードは、前記2次側巻線に流れる電流がゼロとなるゼロ電流期間を含むように複数のスイッチングパターンを順次切り替えることにより、電力変換を行う不連続モードを含み、
前記片側PWM制御モードは、前記入力電圧が前記出力電圧よりも高い場合に前記1次側フルブリッジ回路をPWM制御する1次側PWM制御モードを含み、
前記複数の1次側スイッチング素子のうち少なくとも3つのスイッチング素子をOFF状態にすることで前記2次側巻線に流れる電流をゼロにする、
電力変換装置。 - 前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子に対して並列に接続された複数のコンデンサを備えている、
請求項2、又は請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、前記制御モードとして、前記複数の1次側スイッチング素子のデューティ比と前記複数の2次側スイッチング素子のデューティ比とが同一に設定された通常モードを有し、
前記制御回路は、前記2次側フルブリッジ回路からの出力電流が第1出力電流である場合には前記制御モードを前記通常モードに設定し、前記2次側フルブリッジ回路からの出力電流が前記第1出力電流よりも小さい第2出力電流である場合には前記制御モードを前記片側PWM制御モードに設定する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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