JPWO2010143304A1 - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる電源装置の回路構成を説明する図である。図1に示す電源装置は、負荷R1が接続された直流電源V1と、負荷R2が接続された直流電源V2と、交流電源V3とに接続され、直流電源V1、V2間で電力を授受するとともに、交流電源V3から直流電源V1、V2を充電する。
図2は、本発明の第2の実施形態に係る電源装置の回路構成を説明する図である。図2に示す電源装置は、負荷R1が接続された直流電源V1と、負荷R2が接続された直流電源V2と、交流電源V3とに接続され、直流電源V1、V2間で電力を授受するとともに、交流電源V3から直流電源V1、V2を充電する。
図3A〜図3Eは、図2に示す電源装置の降圧動作を説明する図である。以下、図3A〜図3Eを参照しながら降圧動作を詳細に説明する。ただし、図3A〜図3Eは、それぞれモードa〜eを表す。
まず、モードaでは、スイッチSW0、SW11、SW12、スイッチング素子H1、H4がオン状態、スイッチSW21、SW22、スイッチング素子H2、H3がオフ状態であり、直流電源V1の電圧が、スイッチSW0、SW11、SW12、スイッチング素子H1、H4、共振インダクタLr、共振コンデンサCrを介して巻線N1に印加されている。
スイッチング素子H4をオフすると、スイッチング素子H4、直流電源V1、スイッチSW0を流れていた電流は、ダイオードDH3に転流する。このとき、スイッチング素子H3をオンさせる。平滑インダクタLに蓄積されているエネルギーは、直流電源V2に供給される。
スイッチング素子H1をオフすると、スイッチング素子H1を流れていた電流は、スイッチSW0及び/又はダイオードD、直流電源V1、ダイオードDH2に転流する。このとき、スイッチング素子H2をオンさせる。共振インダクタLrには、直流電源V1の電圧が印加され、この電流は減少していく。これに伴い、ダイオードDS1と巻線N21を通る電流が減少していき、ダイオードDS2と巻線N22に電流が流れていく。この時、スイッチング素子S2をオンすれば同期整流となる。
スイッチング素子H2、H3はオン状態であるから、共振インダクタLrの電流がゼロに達した後は、逆向きにこの電流が増加していく。巻線N21を通る電流がゼロに達する前に、スイッチング素子S1をオフしておく。
巻線N21を通る電流がゼロに達すると、巻線N22に生じた電圧が、ダイオードDS2、平滑インダクタLを介して直流電源V2に印加され、直流電源V2にエネルギーが供給される。
図4A、図4Bは、図2に示す電源装置の充電動作1(交流電源V3から直流電源V1および直流電源V2へ電力伝送)を説明する図である。以下、この図4A、図4Bを参照しながら充電動作1を詳細に説明する。ただし、図4A、図4Bは、それぞれモードa、bを表す。交流電源V3の電圧が、スイッチング素子H1、H2の接続点を向いている方が正の期間について説明する。
まず、モードaでは、スイッチSW11、SW12、SW21、SW22、スイッチング素子H2、H3がオン状態、スイッチSW0がオフ状態であり、交流電源V3の電圧が、スイッチSW21、SW22、スイッチング素子H2、H3、ダイオードDH1、DH4、共振インダクタLrを介して昇圧インダクタL1、L2に印加され、交流電源V3のエネルギーが昇圧インダクタL1、L2に蓄積されている。このとき、スイッチング素子H1、H4をオンすれば同期整流となる。
スイッチング素子H2、H3をオフすると、スイッチング素子H2、H3を流れていた電流は、ダイオードD、直流電源V1に転流し、昇圧インダクタL1、L2は蓄積されていたエネルギーを放出し、直流電源V1にエネルギーが供給される。モードaと同様に、スイッチング素子H1、H4をオンすれば同期整流となる。
図5A、図5Bは、図2に示す電源装置の充電動作2(交流電源V3から直流電源V1にのみ電力伝送)を説明する図である。この充電動作2では、充電動作1と比べてスイッチSW11、SW12がオフ状態となっている点が異なっている。これにより巻線N1への電圧印加を阻止し、直流電源V2に電力供給されない点が、充電動作1と異なる。交流電源V3から直流電源V1へ電力を供給する動作については充電動作1と同様である。
図6は、第3の実施形態に係る電源装置を説明する図である。この電源装置は、図2に示す第2の実施形態に係る電源装置と比べ、ダイオードDとスイッチSW0を省略し、スイッチング素子H1、H3を後述するスイッチング素子H11、H13とした点が異なる。
図8は、第4の実施形態を説明する図である。図8では、電気自動車111の電源システムとして本発明による電源装置100を採用している。電源装置100は、電装機器101が接続された補機バッテリ106と、動力用モータ104を駆動するインバータ103へ電力供給するDC−DCコンバータ102が接続された主バッテリ105と、プラグイン充電コネクタ108とに接続されている。また、主バッテリ105には、急速充電器などの外部直流電源を接続して主バッテリ105を充電するために、急速充電コネクタ107が接続されている。
10 制御手段
11,12 変換回路
21,22,23 電圧センサ
31,32,33 電流センサ
V1,V2 直流電源
V3 交流電源
R1,R2 負荷
C1,C2 平滑コンデンサ
L 平滑インダクタ
L1,L2 昇圧インダクタ
Lr 共振インダクタ
Cr 共振コンデンサ
N1,N2,N21,N22 巻線
SW0,SW11,SW12,SW21,SW22 スイッチ
H1〜H4,H11,H13,S1,S2 スイッチング素子
D,DH1〜DH4,DS1,DS2 ダイオード
100 電源装置
101 電装機器
102 DC−DCコンバータ
103 インバータ
104 動力用モータ
105 主バッテリ
106 補機バッテリ
107 急速充電コネクタ
108 プラグイン充電コネクタ
109 交流電源
110 交流負
111 電気自動車
Claims (20)
- その直流側端子に第1の直流電源が接続され、その交流側端子にトランスの1次巻線が接続された第1の変換回路と、
その交流側端子に前記トランスの2次巻線が接続され、その直流側端子に第2の直流電源が接続された第2の変換回路と、
前記第1および第2の変換回路を構成するスイッチング素子を開閉制御する制御回路を備え、
前記第1の変換回路の交流側端子に供給された交流電力を前記第1または第2の直流電源に供給することを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記トランスの1次巻線と直列に共振コンデンサを挿入したことを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記第1の変換回路の交流側端子と前記トランスの1次巻線間を開閉する第1のスイッチを備え、
前記第1の変換回路の交流側端子に供給された交流電力を前記第1の直流電源に供給するとき前記第1のスイッチを開路することを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記第1の変換回路の直流側端子と前記第1の直流電源間に、前記第1の変換回路から前記第1の直流電源を充電する方向のダイオードと第2のスイッチとの並列回路を挿入し、前記第1の直流電源から前記第2の直流電源に電力を供給するとき前記第2のスイッチを閉路することを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記第1の変換回路の交流側端子と該交流側端子に接続される交流電源との間に昇圧用のインダクタを挿入したことを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記制御回路は、前記第1の変換回路の交流側端子に供給される交流電源の電流を正弦波状に制御する力率改善制御手段を備えたことを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記第1の変換回路は、第1、第2のスイッチング素子を直列接続した第1のスイッチングレッグと、第3、第4のスイッチング素子を直列接続し、かつ前記第1のスイッチングレッグに並列接続された第2のスイッチングレッグとを備え、前記第1のスイッチングレッグの両端を直流側端子とし、前記第1、第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第3、第4のスイッチング素子の直列接続点とを交流側端子としたフルブリッジ回路であることを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記第2の変換回路は、平滑インダクタと、第5、第6のスイッチング素子を直列接続した第3のスイッチングレッグと、第7、第8のスイッチング素子を直列接続し、かつ前記第3のスイッチングレッグに並列接続された第4のスイッチングレッグとを備え、前記第3のスイッチングレッグの一端に前記平滑インダクタの一端を接続し、前記平滑インダクタの他端と前記第3のスイッチングレッグの他端との間を直流側端子間とし、前記第5、第6のスイッチング素子の直列接続点と前記第7、第8のスイッチング素子の直列接続点とを交流側端子としたフルブリッジ回路であることを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記2次巻線は、第1の2次巻線の一端と第2の2次巻線の一端との接続体を備え、前記第2の変換回路は、平滑インダクタと、第5、第6のスイッチング素子とを備え、前記第1の2次巻線の他端に前記第5のスイッチング素子の一端を接続し、前記第2の2次巻線の他端に前記第6のスイッチング素子の一端を接続し、前記第5のスイッチング素子の他端と前記第6のスイッチング素子の他端とを接続し、前記第1、第2の2次巻線の接続点に前記平滑インダクタの一端を接続し、前記平滑インダクタの他端と前記第5、第6のスイッチング素子の接続点とを直流側端子としたセンタタップ回路であることを特徴とする電源装置。 - 請求項1記載の電源装置において、
前記第2の変換回路は、第1の平滑インダクタの一端と第2の平滑インダクタの一端との接続体と、第5のスイッチング素子の一端と第6のスイッチング素子の一端との接続体とを備え、前記第5のスイッチング素子の他端に前記第1の平滑インダクタの他端を接続し、前記第6のスイッチング素子の他端に前記第2の平滑インダクタの他端を接続し、前記第5のスイッチング素子の他端と前記第6のスイッチング素子の他端とを交流側端子とし、前記第1、第2の平滑インダクタの接続点と前記第5、第6のスイッチング素子の接続点とを直流側端子としたカレントダブラ回路であることを特徴とする電源装置。 - 請求項7記載の電源装置おいて、前記第1ないし第4のスイッチング素子のそれぞれに逆並列接続された逆並列ダイオードを備えたことを特徴とする電源装置。
- 請求項7記載の電源装置おいて、前記第1ないし第4のスイッチング素子のそれぞれに並列接続されたスナバコンデンサを備えたことを特徴とする電源装置。
- 請求項3記載の電源装置おいて、前記第1のスイッチは電磁継電器としたことを特徴とする電源装置。
- 請求項3記載の電源装置おいて、前記第1のスイッチは半導体スイッチング素子としたことを特徴とする電源装置。
- 請求項7記載の電源装置おいて、前記第1ないし第4のスイッチング素子はMOSFETとしたことを特徴とする電源装置。
- 請求項7記載の電源装置おいて、前記ダイオードは、前記第1ないし第4のスイッチング素子のボディダイオード又はそれぞれのスイッチング素子に逆並列接続した逆並列ダイオードよりも、逆回復特性が速いことを特徴とする電源装置。
- 請求項7記載の電源装置おいて、前記第1および第3のスイッチング素子をIGBTとし、第2および第4のスイッチング素子をMOSFETとしたことを特徴とする電源装置。
- 請求項3記載の電源装置おいて、前記制御回路は、前記第2の直流電源の電圧が、第1の所定値よりも低い場合に前記第1のスイッチをオンし、前記第2の直流電源の電圧が、前記第1の所定値より高い第2の所定値よりも高い場合に前記第1のスイッチをオフするようにしたことを特徴とする電源装置。
- 請求項1記載の電源装置おいて、前記第1の直流電源から前記交流電源へ電力を供給することを特徴とする電源装置。
- 請求項1記載の電源装置を搭載した車両。
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