JPWO2020144796A1 - Power converter - Google Patents
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Abstract
出力端子が互いに並列に接続された2以上のスイッチング回路(101、102)と、前記スイッチング回路を制御する制御装置(80)を備えた電力変換装置であって、前記スイッチング回路のうち少なくとも1つのスイッチング回路が入力端子と出力端子との間で双方向変換を行うスイッチング回路(101)であり、前記制御装置(80)は、前記双方向変換を行うスイッチング回路(101)の電力出力方向を双方向とする双方向動作モードと、単方向に制限する横流抑制モードとを切り替え制御を行う。A power conversion device including two or more switching circuits (101, 102) in which output terminals are connected in parallel to each other and a control device (80) for controlling the switching circuit, and at least one of the switching circuits. The switching circuit is a switching circuit (101) that performs bidirectional conversion between the input terminal and the output terminal, and the control device (80) sets both power output directions of the switching circuit (101) that performs bidirectional conversion. Control is performed by switching between the bidirectional operation mode in which the direction is directed and the cross current suppression mode in which the mode is restricted in one direction.
Description
本願は、電力変換装置に関する。 The present application relates to a power converter.
電力変換機能を有する回路を並列に接続して搭載したもの及び異なる電源から各々電力変換したものを1つの負荷あるいは電源に供給する装置等、電力変換器を並列に接続して使用する装置が知られている。
例えば、特許文献1には、制御ユニットと複数の電源ユニットを有し、この電源ユニットの各々は、入力電源を電力変換して出力する出力部と、出力電力が第1の電力値を超えた場合に、停止状態の電源ユニットを電力供給状態へ移行する移行要求を発し、出力電力が第1の電力値よりも小さい第2の電力値を下回った場合に、電力供給中の電源ユニットを停止状態に移行する制御部とを備えた電力供給システムが開示されている。このシステムにおいては、電流バランス機能により各電源ユニットの出力電流が同じ値になるように制御されるとともに、制御ユニットで電源ユニットを切り替えて冗長系を構成することが開示されている。Devices that use power converters connected in parallel, such as those equipped with circuits with power conversion functions connected in parallel and devices that supply power converted from different power sources to one load or power source, are known. Has been done.
For example, Patent Document 1 has a control unit and a plurality of power supply units, and each of the power supply units has an output unit that converts and outputs an input power source and the output power exceeds the first power value. In this case, a transition request is issued to shift the stopped power supply unit to the power supply state, and when the output power falls below the second power value smaller than the first power value, the power supply unit being supplied is stopped. A power supply system with a control unit that transitions to a state is disclosed. In this system, it is disclosed that the output current of each power supply unit is controlled to have the same value by the current balance function, and the power supply unit is switched by the control unit to form a redundant system.
また、特許文献2には、複数の蓄電池を、母線に並列に接続された双方向インバータを介して接続することが開示されている。蓄電池間に電圧差が生じると蓄電池間電流(横流)が生じるため、双方向インバータと蓄電池との間に横流防止装置を設け、充電時は充電方向のみ、放電時は放電方向のみの電流を通過させることが開示されている。
Further,
電力変換機能を有する回路を複数のスイッチング素子から構成されるスイッチング回路で構成することは知られている。上述したような並列に接続された複数の電力変換回路を複数のスイッチング回路で構成し、少なくとも1つのスイッチング回路が双方向に電力変換を行う機能を有し、双方向機能を有するスイッチング回路を含む複数のスイッチング回路で負荷に電力を供給する場合、他のスイッチング回路から双方向機能を有するスイッチング回路に電流が流入する横流と呼ばれる無効電流が発生し、損失増加に伴う回路効率の悪化が生じる問題点があった。 It is known that a circuit having a power conversion function is composed of a switching circuit composed of a plurality of switching elements. A plurality of power conversion circuits connected in parallel as described above are composed of a plurality of switching circuits, and at least one switching circuit has a function of performing power conversion in both directions, including a switching circuit having a bidirectional function. When power is supplied to a load by multiple switching circuits, an ineffective current called cross current is generated in which current flows from another switching circuit to a switching circuit having a bidirectional function, and the circuit efficiency deteriorates due to an increase in loss. There was a point.
特許文献2においては、蓄電池の充放電に対応して、充電時は充電方向のみ、放電時は放電方向のみの電流を通過させる横流防止装置を別に設けているが、蓄電池に接続されていない系においては充放電のタイミングに合わせることができないなど、制限があった。
In
本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、横流防止装置を別に設けることなく電力変換装置において横流による損失を抑制し、高効率な電力変換装置を提供することを目的としている。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and an object of the present application is to provide a highly efficient power conversion device by suppressing loss due to cross current in a power conversion device without separately providing a cross flow prevention device. It is said.
本願に開示される電力変換装置は、入力端子と出力端子との間で電力変換を行う複数のスイッチング回路と、前記複数のスイッチング回路を制御する制御装置と、を備え、前記複数のスイッチング回路はそれぞれの前記出力端子が並列に接続され、前記複数のスイッチング回路のうち少なくとも1つのスイッチング回路は入力端子と前記出力端子との間で双方向変換を行うスイッチング回路であり、前記制御装置は、前記双方向変換を行うスイッチング回路の電力出力方向を双方向とする双方向動作モードと、前記入力端子から前記出力端子の方向に制限する横流抑制モードと、を切り替える制御を行うものである。 The power conversion device disclosed in the present application includes a plurality of switching circuits that perform power conversion between an input terminal and an output terminal, and a control device that controls the plurality of switching circuits. Each of the output terminals is connected in parallel, and at least one of the plurality of switching circuits is a switching circuit that performs bidirectional conversion between the input terminal and the output terminal, and the control device is the control device. Control is performed to switch between a bidirectional operation mode in which the power output direction of the switching circuit performing bidirectional conversion is bidirectional and a cross flow suppression mode in which the input terminal is restricted to the direction of the output terminal.
本願に開示される電力変換装置によれば、2以上のスイッチング回路から負荷に電力供給を行う時に、双方向変換を行うスイッチング回路においては、双方向動作モードだけでなく横流抑制モードで動作を行うことができるので、双方向動作を停止し単方向とすることで損失を抑制でき、横流防止装置を設けることなく高効率な電力変換装置を提供することが可能となる。 According to the power conversion device disclosed in the present application, when power is supplied to a load from two or more switching circuits, the switching circuit that performs bidirectional conversion operates not only in the bidirectional operation mode but also in the cross current suppression mode. Therefore, it is possible to suppress the loss by stopping the bidirectional operation and making it unidirectional, and it is possible to provide a highly efficient power conversion device without providing a cross current prevention device.
以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
実施の形態1.
実施の形態1に係る電力変換装置について図1から図6を用いて説明する。
図1は実施の形態1に係る電力変換装置の基本構成を示す回路図である。図1において、電力変換装置は、2つの電源11、12と負荷に相当する電源13との間で電力変換を行うものである。ここでは各電源を直流電源としている。直流電源11には、電圧電流検出部41が接続され、電圧電流検出部41の後段側に、スイッチング回路101の入力端子が接続されたコンデンサ21、スイッチング回路101、スイッチング回路101の出力端子の接続されたコンデンサ23が直列に接続される。同様に、直流電源12には、電圧電流検出部42が接続され、電圧電流検出部42の後段側にスイッチング回路102の入力端子が接続されたコンデンサ22、スイッチング回路102、スイッチング回路102の出力端子の接続されたコンデンサ24が直列に接続される。コンデンサ23とコンデンサ24は電圧電流検出部43と並列に接続され、電圧電流検出部43は直流電源13に接続される。Embodiment 1.
The power conversion device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of the power conversion device according to the first embodiment. In FIG. 1, the power conversion device performs power conversion between two
スイッチング回路101は直列接続されたスイッチング素子S11及びスイッチング素子S12と、スイッチング素子S11とスイッチング素子S12との接続端子とコンデンサ23の一端との間にリアクトル31を有する双方向コンバータであり、直流電源11から直流電源13の方向に降圧動作を行い、直流電源13から直流電源11の方向に昇圧動作を行う。
すなわち、図においてリアクトル31は2つのスイッチング素子S11、S12の接続端子とスイッチング回路101の出力端子の正側端子との間に接続されている。リアクトル31はスイッチング回路101の入力端子の正側端子と2つのスイッチング素子S11、S12の接続端子との間に接続されていてもよい。The
That is, in the figure, the
一方、スイッチング回路102は直列接続されたスイッチング素子S21及びダイオードD21と、スイッチング素子S21とダイオードD21との接続端子とコンデンサ24の一端との間にリアクトル32を有する単方向コンバータであり、直流電源12から直流電源13の方向に降圧動作を行う。
On the other hand, the
電圧電流検出部41〜43で検出された電圧値、電流値は制御装置80に入力され、それぞれのスイッチング回路101、102は、検出された電圧値、電流値に基づき制御装置80により制御される。
The voltage value and current value detected by the voltage /
図2は、スイッチング回路101を双方向動作モードで動作させる時のスイッチングパターンを示す図である。スイッチング素子S11とスイッチング素子S12はデッドタイムTdを設けて交互にスイッチングを行う(ソフトスイッチング)。直流電源11から直流電源13の方向に電力伝送を行う状態において、スイッチング周期Tsに対するスイッチング素子S11のオン時間Tonの割合で伝送電力を制御する。一方、スイッチング素子S12をスイッチング素子S12のオフ時間にオンすることにより、同期整流動作が可能となり回路効率を向上させることが出来る。
FIG. 2 is a diagram showing a switching pattern when the
各スイッチング素子は、スイッチであるMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)とスイッチに対して逆並列に接続されたダイオードとを備えている。スイッチング素子がオン状態とはスイッチがオン状態のことである。
スイッチング素子は、スイッチのゲートにゲート閾値電圧以上の電圧を印加することで一方向の電流が通流し、スイッチのゲートにゲート閾値電圧以上の電圧が印加されているかに係らず逆方向の電流が通流する。逆方向に電流が通流する場合において、スイッチのゲートにゲート閾値電圧以上の電圧を印加しない場合は逆並列に接続されたダイオードが導通する。一方、スイッチのゲートにゲート閾値電圧以上の電圧を印加する場合において、ダイオードの順方向降下電圧よりもスイッチの降下電圧が低い場合はスイッチに電流が流れ(同期整流)、ダイオードの順方向降下電圧よりもスイッチの降下電圧が高い場合はダイオードに電流が流れる。Each switching element includes a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) which is a switch and a diode connected in antiparallel to the switch. When the switching element is on, the switch is on.
In the switching element, a current in one direction flows by applying a voltage higher than the gate threshold voltage to the gate of the switch, and a current in the opposite direction flows regardless of whether a voltage higher than the gate threshold voltage is applied to the gate of the switch. Pass through. When a current flows in the opposite direction, if a voltage higher than the gate threshold voltage is not applied to the gate of the switch, the diodes connected in antiparallel are conducted. On the other hand, when a voltage higher than the gate threshold voltage is applied to the gate of the switch, if the voltage drop of the switch is lower than the forward voltage drop of the diode, a current flows through the switch (synchronous rectification) and the forward voltage drop of the diode. If the voltage drop of the switch is higher than that, current flows through the diode.
図3は、実施の形態1に係る電力変換装置において、横流が発生していない時の電力方向を矢印で示したものである。この状態では、直流電源11から直流電源13の方向にスイッチング回路101により電力が供給されるとともに、直流電源12から直流電源13の方向にスイッチング回路102により電力が供給される。即ち、異なる2つの直流電源11、12から1つの直流電源13に電力を供給する状態を示している。
FIG. 3 shows an arrow indicating the power direction when no cross current is generated in the power conversion device according to the first embodiment. In this state, power is supplied from the
一方、図4は実施の形態1に係る電力変換装置において、横流が発生している時の電力方向を矢印で示したものである。コンデンサ21とコンデンサ23の電圧関係及び負荷変動などの過渡的な状態において直流電源12からスイッチング回路102を介して接続点Q1、Q2に入力された電力が、スイッチング回路101を介して直流電源11の方向に流入し、その後直流電源11から供給される電力と足し合わされてスイッチング回路101を介して直流電源13に供給される横流が発生する。横流はスイッチング回路101を往復する電流となるため、スイッチング回路101で過剰な損失を発生させ、電力変換装置の効率悪化を招く虞がある。
On the other hand, FIG. 4 shows an arrow indicating the power direction when a cross current is generated in the power conversion device according to the first embodiment. The power input from the
そこで、図5に示す様に、スイッチング素子S12を常時オフ状態とする横流抑制モードを設ける。横流抑制モードでは、スイッチング素子S11のみがスイッチングし、スイッチング素子S21は常時オフ状態で、素子内のダイオードを導通状態とする。これにより、スイッチング回路101は直流電源11から直流電源13の方向、すなわち入力端子から出力端子の方向にのみ電力伝送を行う単方向動作に制限される。即ち、同期整流動作を停止し、横流の発生を抑制することになる。
Therefore, as shown in FIG. 5, a cross flow suppression mode is provided in which the switching element S12 is always turned off. In the cross flow suppression mode, only the switching element S11 switches, the switching element S21 is always off, and the diode in the element is in a conductive state. As a result, the
同期整流は本来、電力変換時の損失を抑制するものであるが、横流抑制モードを導入することによって、横流による発生損失が同期整流動作による損失低減量を上回る場合であっても、常時双方向動作モードで動作させるよりも回路効率を向上することが可能となる。
なお、横流抑制モードと双方向動作モードとの切り替えは制御装置80で行われる。Synchronous rectification originally suppresses the loss during power conversion, but by introducing the cross flow suppression mode, even if the loss generated by the cross flow exceeds the loss reduction amount due to the synchronous rectification operation, it is always bidirectional. It is possible to improve the circuit efficiency as compared with operating in the operation mode.
The
次に、制御装置80での横流抑制モードと双方向動作モードとの切り替え制御について説明する。
制御装置80では、電圧電流検出部41〜43の検出結果と予め定めた閾値とを比較して、横流発生の条件を満たすかを判定し、双方向動作モードと横流抑制モードとを切り替える。Next, switching control between the cross flow suppression mode and the bidirectional operation mode in the
The
[制御例1−1]
電圧電流検出部42で検出された電圧値、電流値を用いて直流電源12からの入力電力を演算し、予め定められた直流電源12における入力電力閾値と比較し、双方向動作モードと横流抑制モードとを切り替えればよい。
例えば、負荷となる直流電源13に出力する電力が変動し、直流電源12からの入力電力P12inが減少して予め定められた入力電力閾値Pthを超過した場合に、スイッチング回路101へ横流が発生する条件を満たすと判定し、双方向動作モードから横流抑制モードに切り替える。逆に、直流電源13に出力する電力が変動して直流電源12からの入力電力P12inが増加して入力電力閾値Pthを超過した場合に、スイッチング回路101へ横流が発生する条件外と判定し、横流抑制モードから双方向動作モードに切り替える。[Control Example 1-1]
The input power from the
For example, when the power output to the
なお、横流発生条件は負荷である直流電源13への出力電力の大きさに関係する。本例では、低負荷を想定し、直流電源12からの入力電力P12inが入力電力閾値Pthより小さくなると横流の発生条件となることを前提としている。負荷の大きさ、すなわち直流電源13への出力電力の大ききによっては、横流発生条件は逆転し、入力電力P12inが入力電力閾値Pthより大きくなると横流の発生条件を満たすこととなり、上記と逆の動作モードの切り替えを行うこともある。
The cross current generation condition is related to the magnitude of the output power to the
また、直流電源12からの入力電力の閾値である入力電力閾値Pthを動作モードの切り替え方向によって異なる値に設定することもできる。この場合、負荷となる直流電源13に出力する電力が変動し、直流電源12からの入力電力P12inが減少して予め定められた第1の入力電力閾値Pth1を超過した場合に、スイッチング回路101へ横流が発生する条件を満たすと判定し、双方向動作モードから横流抑制モードに切り替える。逆に、直流電源13に出力する電力が変動して直流電源12からの入力電力P12inが増加して第2の入力電力閾値Pth2を超過した場合に、スイッチング回路101への横流が発生する条件外と判定し、横流抑制モードから双方向動作モードに切り替える。
Further, the input power threshold value Pth, which is the threshold value of the input power from the
図6に上記の制御例のフローチャートを示す。
ステップST1において、スイッチング回路101は制御装置80により双方向動作モードで制御されて動作する。
ステップST2において、電圧電流検出部42で検出された電圧値、電流値が制御装置80に入力され、直流電源12からの入力電力P12inが演算される。
ステップST3において、直流電源12からの入力電力P12inが減少し予め定められた入力電力閾値第1のPth1を超過した場合に(ステップST3でYES)、横流発生条件を満たすと判定され、ステップST4に進む。ステップST4において、スイッチング回路101は制御装置80により双方向動作モードから横流抑制モードに切り替えられて制御され、動作する。
ステップST3において、予め定められた入力電力閾値第1のPth1を超過していない場合には(ステップST3でNO)、双方向動作モードでの動作が継続する。FIG. 6 shows a flowchart of the above control example.
In step ST1, the
In step ST2, the voltage value and the current value detected by the voltage /
In step ST3, when the input power P12in from the
In step ST3, if the predetermined input power threshold first Pth1 is not exceeded (NO in step ST3), the operation in the bidirectional operation mode continues.
ステップST4以降横流抑制モードで動作するスイッチング回路101は、ステップST3において、直流電源12からの入力電力P12inが増加し予め定められた第2の入力電力閾値Pth2を超過した場合に(ステップST4でYES)、ステップST1に戻り、スイッチング回路101は制御装置80により横流抑制モードから双方向動作モードに切り替えられて制御され、動作する。
ステップST4以降横流抑制モードで動作するスイッチング回路101は、直流電源12からの入力電力P12inが予め定められた第2の入力電力閾値Pth2を超過していない場合(ステップST4でNO)は第2の入力電力閾値Pth2を超過するまで横流抑制モードでの動作を継続する。
入力電力閾値Pthを複数設けない場合は、図6において、ステップST3をP12in<Pthに、ステップST5をP12in>Pthに置き換えることで説明できる。The
The
When a plurality of input power threshold values Pth are not provided, it can be explained by replacing step ST3 with P12in <Pth and step ST5 with P12in> Pth in FIG.
[制御例1−2]
電圧電流検出部42で検出された電圧値、電流値を用いて直流電源12からの入力電力を演算するとともに、電圧電流検出部43で検出された電圧値、電流値を用いて直流電源13への出力電力を演算し、直流電源13への出力電力に対する直流電源12からの入力電力の比率を算出し、予め定めた比率閾値と比較して双方向動作モードと横流抑制モードとを判定し切り替えてもよい。
例えば、負荷となる直流電源13への出力電力P13outと、直流電源12からの入力電力P12inとの電力比率R(p12p13)=P12in/P13outが減少し、第1の電力比率閾値Rth1を超過した場合に、スイッチング回路101へ横流が発生する条件を満たすと判定し、横流抑制モードから双方向動作モードに切り替える。逆に、電力比率R(p12p13)が増加し、第2の電力比率閾値Rth2を超過した場合にスイッチング回路101への横流が発生する条件外と判定し、双方向動作モードから横流抑制モードに切り替える。[Control Example 1-2]
The input power from the
For example, when the power ratio R (p12p13) = P12in / P13out between the output power P13out to the
処理フローは図6のステップST3をR(p12p13)<Rth1に、ステップST5をR(p12p13)>Rth2に置き換えることで説明できる。 The processing flow can be explained by replacing step ST3 in FIG. 6 with R (p12p13) <Rth1 and step ST5 with R (p12p13)> Rth2.
[制御例1−3]
電圧電流検出部41で検出された電圧値、電流値を用い、直流電源11からの入力電力を演算するとともに、電圧電流検出部43で検出された電圧値、電流値を用い、直流電源13への出力電力を演算し、直流電源13への出力電力に対する直流電源11からの入力電力の比率を演算しても構わない。[Control Example 1-3]
The input power from the
なお、上述のとおり動作モードを切り替える時に双方向動作モードから横流抑制モードに移行する閾値と、横流抑制モードから双方向動作モードに移行する閾値を異なる値としてもよいし、同じ閾値を用い、動作モードの切り替えを行ってもよい。
上記のように、双方向動作モードから横流抑制モードに移行する閾値と、横流抑制モードから双方向動作モードに移行する閾値を異なる値として、ヒステリシス特性を設けるようにすると、モード移行の際にチャタリングを防止することができる。制御例1−1において、Pth1<Pth2と設定すればよい。また、逆のPth2<Pth1と設定してもよい。As described above, the threshold value for shifting from the bidirectional operation mode to the cross flow suppression mode and the threshold value for shifting from the cross flow suppression mode to the bidirectional operation mode may be different values when switching the operation mode, and the same threshold value may be used for operation. You may switch the mode.
As described above, if the hysteresis characteristic is provided by setting the threshold value for shifting from the bidirectional operation mode to the cross flow suppression mode and the threshold value for shifting from the cross flow suppression mode to the bidirectional operation mode as different values, chattering occurs at the time of mode transition. Can be prevented. In control example 1-1, Pth1 <Pth2 may be set. Further, the opposite Pth2 <Pth1 may be set.
上記の例では、直流電源11、12からの入力電力、直流電源13への出力電力を演算し、電力の閾値を設定して動作モードの切り替えを行う制御例を示した。直流電源11〜13がコンバータ等の電圧一定制御を行う機器の場合、電力演算を行わずに電圧電流検出部41〜43で検出された電流値と予め設定した電流閾値とを比較することで動作モードを切り替えることができる。
さらに、電圧電流検出部41で検出された電圧値と電圧電流検出部43で検出された電圧値とを比較し、電圧電流検出部41で検出された電圧値が、電圧電流検出部43で検出された電圧値よりも高い場合において横流抑制モードで動作し、低い場合には双方向動作モードで動作するよう切り替えてもよい。In the above example, a control example is shown in which the input power from the DC power supplies 11 and 12 and the output power to the
Further, the voltage value detected by the voltage /
本制御方法は、インバータによる入出力電圧もしくは入出力電流を設定でき、横流発生条件が明確で、閾値を設定可能な場合に特に有効となる。 This control method is particularly effective when the input / output voltage or input / output current of the inverter can be set, the cross current generation conditions are clear, and the threshold value can be set.
上述では、制御装置80では、電圧電流検出部41〜43の検出結果と予め定めた閾値とを比較して、横流発生の条件を満たすかを判定し、双方向動作モードと横流抑制モードとを切り替えたが、以下では、各動作モードでの損失の大小を比較することで動作モードを切り替える例について説明する。
In the above description, the
スイッチング回路101について入出力電圧もしくは電流に応じた損失値を算出した損失マップを予め制御装置80に備えておき、電圧電流検出部41もしくは43の検出結果に基づいて回路損失が小さくなるよう双方向動作モードと横流抑制モードとを判定し切り替えを行う。回路損失は制御装置80で検出された電圧値、電流値を用いて演算し、回路損失が小さくなるよう双方向動作モードと横流抑制モードとを切り替える動作を行ってもよい。この場合、横流発生条件が複雑である場合に特に有効となる。
A loss map in which a loss value corresponding to an input / output voltage or a current is calculated for the
例えば、予め直流電源11〜13の電圧と電流に応じた横流抑制モードと双方向動作モードの損失マップをそれぞれ制御装置80に保存しておき、電圧電流検出部41〜43で検出された電圧値及び電流値からいずれの動作モードの回路損失が小さいかを判定して切り替えるようにする。
この損失マップを用いる制御方法は、横流発生条件が複雑である場合に特に有効となる。For example, the loss maps of the cross flow suppression mode and the bidirectional operation mode according to the voltage and current of the DC power supplies 11 to 13 are stored in the
The control method using this loss map is particularly effective when the conditions for generating cross currents are complicated.
なお、図1においてスイッチング回路101、102は直流電源11、12から直流電源13の方向に降圧動作を行う降圧チョッパ回路の構成とした例で説明したが、これに限るものではない。直流電源11、12から直流電源13の方向に昇圧動作を行う昇圧チョッパの構成としてもよいし、スイッチング回路101とスイッチング回路102で異なる回路としてもよい。
また、スイッチング回路101、102のいずれも双方向変換可能な回路構成としてもよい。この場合、横流が両方のスイッチング回路101、102で発生する可能性があり、各回路のスイッチング素子の制御動作は上述の場合よりも複雑になる。Although the switching
Further, both the switching
また、電源11〜13を直流電源11〜13とする例について説明したが、直流電源11〜13のいずれか、もしくは全てを交流電源及びAC/DCコンバータとする構成でもよい。 Further, although the example in which the power supplies 11 to 13 are used as the DC power supplies 11 to 13 has been described, any or all of the DC power supplies 11 to 13 may be used as an AC power supply and an AC / DC converter.
以上のように、本実施の形態によれば、電力変換装置の入出力電圧値、電流値を検出して、双方向電力変換の可能なスイッチング回路の動作モードを、双方向動作モードと横流の発生方向に電力を導通可能なスイッチング素子のオン動作を止めて単方向動作とする横流抑制モードとを切り替えるように制御を行うようにしたので、専用の横流抑制装置等を設けることなく、スイッチング回路での横流による損失を抑制し、高効率な電力変換装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the operation modes of the switching circuit capable of bidirectional power conversion by detecting the input / output voltage value and the current value of the power conversion device are set to the bidirectional operation mode and the cross flow. Since the control is performed so as to stop the on operation of the switching element capable of conducting power in the generation direction and switch to the cross flow suppression mode in which the power is unidirectionally operated, the switching circuit is performed without providing a dedicated cross flow suppression device or the like. It is possible to suppress the loss due to the cross current and provide a highly efficient power conversion device.
実施の形態2.
図7は実施の形態2に係る電力変換装置の基本構成を示す回路図である。図7において、実施の形態2に係る電力変換装置は、実施の形態1に係る電力変換装置と同様に2つの直流電源11、12と負荷に相当する直流電源13との間で電力変換を行うものである。なお、実施の形態1と同様の部分、同様の動作については説明を省略している。
直流電源11には、電圧電流検出部41が接続され、電圧電流検出部41の後段側にスイッチング回路201の入力端子に接続されたコンデンサ21、スイッチング回路201、スイッチング回路201の出力端子に接続された、コンデンサ23が直列に接続される。同様に、直流電源12には、電圧電流検出部42が接続され、電圧電流検出部42の後段側にスイッチング回路202の入力端子に接続されたコンデンサ22、スイッチング回路202、スイッチング回路202の出力端子に接続されたコンデンサ24が直列に接続される。コンデンサ23とコンデンサ24は電圧電流検出部43と並列に接続され、電圧電流検出部43は直流電源13に接続される。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a basic configuration of the power conversion device according to the second embodiment. In FIG. 7, the power conversion device according to the second embodiment performs power conversion between the two DC power supplies 11 and 12 and the
The voltage /
スイッチング回路201は4つのスイッチング素子S11〜S14で構成された1次側スイッチング回路と、4つのスイッチング素子S15〜S18で構成された2次側スイッチング回路と、一端が1次側スイッチング回路の交流端子の一端に接続されたリアクトル31と、一端が2次側スイッチング回路の交流端子の一端に接続されたリアクトル33と、1次側巻線の一端がリアクトル31の他端に他端が1次側スイッチング回路の交流端子の他端に接続され、2次巻線の一端がリアクトル33の他端に他端が2次側スイッチング回路の交流端子の他端に接続された絶縁トランス51とで構成される。
The
一方、スイッチング回路202は、4つのスイッチング素子S21〜S24で構成された1次側スイッチング回路と、4つのダイオードD22〜D25で構成された2次側整流回路と、一端が1次側スイッチング回路の交流端子の一端に接続されたリアクトル32と、1次側巻線の一端がリアクトル32の他端に他端が1次側スイッチング回路の交流端子の他端に接続され、2次巻線の両端が2次側整流回路に接続された絶縁トランス52とで構成される。
On the other hand, the
図8はスイッチング回路201を双方向動作モードで動作させる時のスイッチングパターンを示す図である。スイッチング素子S11とスイッチング素子S12、スイッチング素子S13とスイッチング素子S14、スイッチング素子S15とスイッチング素子S16、スイッチング素子S17とスイッチング素子S18はそれぞれデッドタイムTdを設けて交互にスイッチングを行う。直流電源11から直流電源13の方向に電力伝送を行う状態において、スイッチング周期Tsに対する1次側スイッチング回路のオン時間Ton1の割合、2次側スイッチング回路のオン時間Ton2の割合、1次側スイッチング回路と2次側スイッチング回路の位相差Φを用いて伝送電力を制御する。
FIG. 8 is a diagram showing a switching pattern when the
図9に、実施の形態2に係る電力変換装置において横流が発生していない時の電力方向を矢印で示した回路構成図を示す。この状態では、直流電源11から直流電源13の方向にスイッチング回路201が電力を供給するとともに、直流電源12から直流電源13の方向にスイッチング回路202が電力を供給する。即ち、異なる2つの直流電源から1つの直流電源に電力を供給する状態である。
FIG. 9 shows a circuit configuration diagram in which the power direction when no cross current is generated in the power conversion device according to the second embodiment is indicated by an arrow. In this state, the
一方、図10は実施の形態2に係る電力変換装置において横流が発生している時の電力方向を矢印で示した回路構成図である。コンデンサ21とコンデンサ23の電圧関係及び、負荷変動などの過渡的な状態において直流電源12からスイッチング回路202を介して接続点Q3、Q4に入力された電力が、スイッチング回路201を介して直流電源11の方向に流入し、その後直流電源11から供給される電力と足し合わされてスイッチング回路201を介して直流電源13に供給される横流が発生する。横流はスイッチング回路201を往復する電流となるため、スイッチング回路201で過剰な損失を発生させ、電力変換装置の効率悪化を招く虞がある。
On the other hand, FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing the power direction when a cross current is generated in the power conversion device according to the second embodiment by arrows. The power input from the
そこで、図11及び図12に示す様に、2次側スイッチング回路のうち2つのスイッチング素子を常時オフ状態とする横流抑制モードを設ける。図11は2次側スイッチング回路の、上下アームの組からなるレグのうち一方のレグの2つの素子であるスイッチング素子S15とスイッチング素子S16をオフした場合であり、図12は2次側スイッチング回路の上側アーム同士の2つの素子であるスイッチング素子S15とスイッチング素子S17をオフした場合である。 Therefore, as shown in FIGS. 11 and 12, a cross flow suppression mode is provided in which two switching elements of the secondary side switching circuit are always turned off. FIG. 11 shows a case where the switching element S15 and the switching element S16, which are two elements of one leg of the leg consisting of a pair of upper and lower arms of the secondary side switching circuit, are turned off, and FIG. 12 shows the secondary side switching circuit. This is a case where the switching element S15 and the switching element S17, which are two elements of the upper arms of the above, are turned off.
横流抑制モードでは、1次側スイッチング回路と2次側スイッチング回路のうち2つのスイッチング素子のみがスイッチングし、2次側スイッチング回路のうち2つのスイッチング素子を常時オフ状態とする。これにより、スイッチング回路201は直流電源11から直流電源13の方向にのみ電力伝送を行う単方向動作に制限される。すなわち、スイッチング回路201での横流の発生を抑制することが可能となる。
In the cross flow suppression mode, only two switching elements of the primary side switching circuit and the secondary side switching circuit are switched, and two of the secondary side switching circuits are always turned off. As a result, the
横流抑制モードを導入することによって、横流による損失の発生を防ぐことが可能となり、常時双方向動作モードで動作させるよりも回路効率を向上することが可能となる。 By introducing the cross flow suppression mode, it is possible to prevent the occurrence of loss due to the cross flow, and it is possible to improve the circuit efficiency as compared with the case where the circuit is always operated in the bidirectional operation mode.
図11において、2次側スイッチング回路の一方のレグのスイッチング素子S15とスイッチング素子S16をオフした場合について説明したが、スイッチング素子S15とスイッチング素子S16はスイッチング動作させ、2次側スイッチング回路の他方のレグのスイッチング素子S17とスイッチング素子S18とをオフ状態としても良い。
また、図12において、2次側スイッチング回路の上側アーム同士の素子であるスイッチング素子S15とスイッチング素子S17をオフした場合を説明したが、スイッチング素子S15とスイッチング素子S17とをスイッチング動作させ、下側アーム同士の素子であるスイッチング素子S16とスイッチング素子S18をオフ状態としてもよい。
横流抑制モードと双方向動作モードとの切り替えは制御装置80で行われる。In FIG. 11, a case where the switching element S15 and the switching element S16 of one leg of the secondary side switching circuit are turned off has been described. However, the switching element S15 and the switching element S16 are switched to operate the other of the secondary side switching circuits. The leg switching element S17 and the switching element S18 may be turned off.
Further, in FIG. 12, a case where the switching element S15 and the switching element S17, which are elements between the upper arms of the secondary side switching circuit, are turned off has been described. However, the switching element S15 and the switching element S17 are switched to operate on the lower side. The switching element S16 and the switching element S18, which are elements between the arms, may be turned off.
Switching between the cross flow suppression mode and the bidirectional operation mode is performed by the
実施の形態1と同様、制御装置80では、電圧電流検出部41〜43で検出された電圧値、電流値と予め定めた閾値とを比較して、双方向動作モードと横流抑制モードとを切り替える。
[制御例2−1]
電圧電流検出部42で検出された電圧値、電流値を用いて直流電源12からの入力電力を演算し、予め定められた直流電源12における入力電力閾値と比較し、双方向動作モードと横流抑制モードとを切り替えればよい。
例えば、負荷となる直流電源13に出力する電力が変動し、直流電源12からの入力電力P12inが減少して予め定められた入力電力閾値Pthを超過した場合に、スイッチング回路101へ横流が発生する条件を満たすと判定し、双方向動作モードから横流抑制モードに切り替える。逆に、直流電源13に出力する電力が変動して直流電源12からの入力電力P12inが増加して入力電力閾値Pthを超過した場合に、スイッチング回路201へ横流が発生する条件外と判定し、横流抑制モードから双方向動作モードに切り替える。Similar to the first embodiment, in the
[Control Example 2-1]
The input power from the
For example, when the power output to the
なお、横流発生条件は負荷である直流電源13への出力電力の大きさに関係する。本例では、実施の形態1と同様に低負荷を想定し、直流電源12からの入力電力P12inが入力電力閾値Pthより小さくなると横流の発生条件となることを前提としている。負荷の大きさ、すなわち直流電源13への出力電力の大ききによっては、横流発生条件は逆転し、入力電力P12inが入力電力閾値Pthより大きくなると横流の発生条件を満たすこととなり、上記と逆の動作モードの切り替えを行うこともある。
The cross current generation condition is related to the magnitude of the output power to the
また、直流電源12からの入力電力の閾値である入力電力閾値Pthを動作モードの切り替え方向によって異なる値に設定することもできる。この場合、負荷となる直流電源13に出力する電力が変動し、直流電源12からの入力電力P12inが減少して予め定められた第1の入力電力閾値Pth1を超過した場合に、スイッチング回路201へ横流が発生する条件を満たすと判定し、双方向動作モードから横流抑制モードに切り替える。逆に、直流電源13に出力する電力が変動して直流電源12からの入力電力P12inが増加して第2の入力電力閾値Pth2を超過した場合に、スイッチング回路201への横流が発生する条件外と判定し、横流抑制モードから双方向動作モードに切り替える。
この制御例の処理の流れも実施の形態1の図6と同様である。Further, the input power threshold value Pth, which is the threshold value of the input power from the
The processing flow of this control example is the same as that of FIG. 6 of the first embodiment.
[制御例2−2]
電圧電流検出部42で検出された電圧値、電流値を用いて直流電源12からの入力電力を演算するとともに、電圧電流検出部43で検出された電圧値、電流値を用いて直流電源13への出力電力を演算し、直流電源13への出力電力に対する直流電源12からの入力電力の比率を算出し、予め定めた比率閾値と比較して双方向動作モードと横流抑制モードとを判定し切り替えてもよい。
例えば、負荷となる直流電源13への出力電力P13outと、直流電源12からの入力電力P12inとの電力比率R(p12p13)=P12in/P13outが減少し、第1の電力比率閾値Rth1を超過した場合に、スイッチング回路201へ横流が発生する条件を満たすと判定し、横流抑制モードから双方向動作モードに切り替える。逆に、電力比率R(p12p13)が増加し、第2の電力比率閾値Rth2を超過した場合にスイッチング回路201への横流が発生する条件外と判定し、双方向動作モードから横流抑制モードに切り替える。[Control Example 2-2]
The input power from the
For example, when the power ratio R (p12p13) = P12in / P13out between the output power P13out to the
[制御例2−3]
電圧電流検出部41で検出された電圧値、電流値を用い、直流電源11からの入力電力を演算するとともに、電圧電流検出部43で検出された電圧値、電流値を用い、直流電源13への出力電力を演算し、直流電源13への出力電力に対する直流電源11からの入力電力の比率を演算しても構わない。[Control Example 2-3]
The input power from the
なお、上述のとおり動作モードを切り替える時に双方向動作モードから横流抑制モードに移行する閾値と、横流抑制モードから双方向動作モードに移行する閾値を異なる値としてもよいし、同じ閾値を用い、動作モードの切り替えを行ってもよい。
上記のように、双方向動作モードから横流抑制モードに移行する閾値と、横流抑制モードから双方向動作モードに移行する閾値を異なる値として、ヒステリシス特性を設けるようにすると、モード移行の際にチャタリングを防止することができる。制御例2−1において、Pth1<Pth2と設定すればよい。また、逆のPth2<Pth1と設定してもよい。As described above, the threshold value for shifting from the bidirectional operation mode to the cross flow suppression mode and the threshold value for shifting from the cross flow suppression mode to the bidirectional operation mode may be different values when switching the operation mode, and the same threshold value may be used for operation. You may switch the mode.
As described above, if the hysteresis characteristic is provided by setting the threshold value for shifting from the bidirectional operation mode to the cross flow suppression mode and the threshold value for shifting from the cross flow suppression mode to the bidirectional operation mode as different values, chattering occurs at the time of mode transition. Can be prevented. In control example 2-1 it may be set that Pth1 <Pth2. Further, the opposite Pth2 <Pth1 may be set.
上記の例では、直流電源11、12からの入力電力、直流電源13への出力電力を演算し、電力の閾値を設定して動作モードの切り替えを行う制御例を示した。直流電源11〜13がコンバータ等の電圧一定制御を行う機器の場合、電力演算を行わずに電圧電流検出部41〜43で検出された電流値と予め設定した電流閾値とを比較することで動作モードを切り替えることができる。
さらに、電圧電流検出部41で検出された電圧値と電圧電流検出部43で検出された電圧値とを比較し、電圧電流検出部41で検出された電圧値が、電圧電流検出部43で検出された電圧値よりも高い場合において横流抑制モードで動作し、低い場合には双方向動作モードで動作するよう切り替えてもよい。In the above example, a control example is shown in which the input power from the DC power supplies 11 and 12 and the output power to the
Further, the voltage value detected by the voltage /
本制御方法は、実施の形態1で説明したと同様、インバータによる入出力電圧もしくは入出力電流を設定でき、横流発生条件が明確で、閾値を設定可能な場合に特に有効となる。 This control method is particularly effective when the input / output voltage or input / output current of the inverter can be set, the cross current generation condition is clear, and the threshold value can be set, as described in the first embodiment.
次に、制御装置80において、各動作モードでの損失の大小を比較することにより動作モードを切り替える例について説明する。
Next, in the
スイッチング回路201について入出力電圧もしくは電流に応じた損失値を算出した損失マップを予め制御装置80に備えておき、電圧電流検出部41もしくは43の検出結果に基づいて回路損失が小さくなるよう双方向動作モードと横流抑制モードとを判定し切り替えを行う。回路損失は制御装置80で検出された電圧値、電流値を用いて演算し、回路損失が小さくなるよう双方向動作モードと横流抑制モードとを切り替える動作を行ってもよい。この場合、横流発生条件が複雑である場合に特に有効となる。
A loss map in which a loss value corresponding to an input / output voltage or a current is calculated for the
例えば、予め直流電源11〜13の電圧と電流に応じた横流抑制モードと双方向動作モードの損失マップをそれぞれ制御装置80に保存しておき、電圧電流検出部41〜43で検出された電圧値及び電流値からいずれの動作モードの回路損失が小さいかを判定して切り替えるようにする。
この損失マップを用いる制御方法は、実施の形態1で説明したと同様、横流発生条件が複雑である場合に特に有効となる。For example, the loss maps of the cross flow suppression mode and the bidirectional operation mode according to the voltage and current of the DC power supplies 11 to 13 are stored in the
The control method using this loss map is particularly effective when the cross current generation conditions are complicated, as described in the first embodiment.
本実施の形態では、スイッチング素子S11、S12に対するスイッチング素子S13、S14の位相と、スイッチング素子S15、S16に対するスイッチング素子S17、S18の位相を180度遅れた状態で説明したが、それぞれの位相差を制御変数として用いる場合でも、動作モードの切り替えを行うことで同様の効果を得ることが出来る。
スイッチング素子S11、S12に対するスイッチング素子S13、S14の位相と、スイッチング素子S15、S16に対するスイッチング素子S17、S18の位相を制御する場合、それぞれのスイッチング素子と並列にコンデンサを接続することで、スイッチング損失を低減可能なソフトスイッチング動作が実現できる。この場合、横流抑制モードでは2次側スイッチング回路がハードスイッチングとなるため、双方向動作モードによりソフトスイッチングかつ横流が発生する場合と、横流抑制モードによりハードスイッチングかつ横流抑制する場合とを勘案し、回路損失が最小となるよう双方向動作モードと横流抑制モードとを効果的に切り替えることが可能となる。In the present embodiment, the phases of the switching elements S13 and S14 with respect to the switching elements S11 and S12 and the phases of the switching elements S17 and S18 with respect to the switching elements S15 and S16 have been described in a state of being delayed by 180 degrees. Even when it is used as a control variable, the same effect can be obtained by switching the operation mode.
When controlling the phases of the switching elements S13 and S14 with respect to the switching elements S11 and S12 and the phases of the switching elements S17 and S18 with respect to the switching elements S15 and S16, switching loss is reduced by connecting a capacitor in parallel with each switching element. A reduceable soft switching operation can be realized. In this case, since the secondary side switching circuit is hard switching in the cross flow suppression mode, the case where soft switching and cross flow occur in the bidirectional operation mode and the case where hard switching and cross flow are suppressed in the cross flow suppression mode are taken into consideration. It is possible to effectively switch between the bidirectional operation mode and the cross flow suppression mode so that the circuit loss is minimized.
さらに、図13に本実施の形態2に係る別の電力変換装置の回路構成図を示すが、スイッチング回路201とスイッチング回路202を並列接続した後段側に、電源13への出力を調整するスイッチング回路203を設けた構成としてもよい。動作モード切り替えの判定において、直流電源13への出力電力として、電圧電流検出部43で検出された電圧値、電流値を用いて電力を算出してもよいし、電圧電流検出部44で検出された電圧値、電流値を用いて電力を算出してもよい。また、直流電源13側の電圧値、電流値として、電圧電流検出部43または電圧電流検出部44のいずれで検出された値を用いてもよい。
Further, FIG. 13 shows a circuit configuration diagram of another power conversion device according to the second embodiment. A switching circuit that adjusts the output to the
また、直流電源11〜13は実施の形態1で述べたように、直流電源11〜13のいずれか、もしくは全てを交流電源及びAC/DCコンバータとする構成でもよい。 Further, as described in the first embodiment, the DC power supplies 11 to 13 may be configured such that any or all of the DC power supplies 11 to 13 are AC power supplies and AC / DC converters.
以上のように、本実施の形態2によれば、実施の形態1と同様、電力変換装置の入出力電圧値、電流値を検出して、双方向電力変換の可能なスイッチング回路の動作モードを、双方向動作モードと横流の発生方向に電力を導通可能なスイッチング素子のオン動作を止めて単方向動作とする横流抑制モードとを切り替えるように制御を行うようにしたので、専用の横流抑制装置等を設けることなく、スイッチング回路での横流による損失を抑制し、高効率な電力変換装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment, as in the first embodiment, the operation mode of the switching circuit capable of bidirectional power conversion by detecting the input / output voltage value and the current value of the power conversion device is set. , Since the control is performed to switch between the bidirectional operation mode and the cross flow suppression mode in which the switching element capable of conducting power in the direction of generation of the cross flow is stopped and the cross flow suppression mode is performed in the unidirectional operation, a dedicated cross flow suppression device is used. It is possible to suppress the loss due to the cross current in the switching circuit and provide a highly efficient power conversion device without providing the above.
なお、本実施の形態1及び2のスイッチング素子S11〜S18、S21〜S24、S31は、半導体スイッチング素子を構成するスイッチとしてMOSFETの例で説明したが、IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)等他のスイッチを用いることができる。 The switching elements S11 to S18, S21 to S24, and S31 of the first and second embodiments have been described by using MOSFETs as switches constituting the semiconductor switching elements, but other switching elements such as IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) have been described. A switch can be used.
なお、本実施の形態1及び2の制御装置80はハードウエアの一例を図14に示すように、プロセッサ1000と記憶装置2000から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ(RAM:Random Access Memory)等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ1000は、記憶装置2000から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置(EEPROM:Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)介してプロセッサ1000にプログラムが入力される。また、プロセッサ1000は、演算結果等のデータを記憶装置2000の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。プロセッサ1000は、演算処理装置として、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)等各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。
The
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。Although the present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are those of a particular embodiment. It is not limited to application, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
11〜13 電源、21〜26 コンデンサ、31〜34 リアクトル、41〜44 電圧電流検出部、51、52 絶縁トランス、S11〜S18、S21〜S24、S31 スイッチング素子、D21〜D25、D31 ダイオード、101、102、201〜203 スイッチング回路、80 制御装置、1000 プロセッサ、2000 記憶装置 11-13 power supply, 21-26 capacitor, 31-34 reactor, 41-44 voltage / current detector, 51, 52 isolation transformer, S11-S18, S21-S24, S31 switching element, D21-D25, D31 diode, 101, 102, 201-203 switching circuit, 80 controller, 1000 processor, 2000 storage device
本願に開示される電力変換装置は、入力端子と出力端子との間で電力変換を行う複数のスイッチング回路と、前記複数のスイッチング回路を制御する制御装置と、を備え、前記複数のスイッチング回路はそれぞれの前記出力端子が並列に接続され、前記複数のスイッチング回路のうち少なくとも1つのスイッチング回路は入力端子と前記出力端子との間で双方向変換を行うスイッチング回路であり、前記複数のスイッチング回路のうち少なくとも1つの前記入力端子に接続された第1の電圧電流検出部と、前記複数のスイッチング回路の並列に接続された前記出力端子に接続された第2の電圧電流検出部と、を有し、前記制御装置は、前記第1の電圧電流検出部と前記第2の電圧電流検出部で検出された値とに基づいて、前記双方向変換を行うスイッチング回路の電力出力方向を双方向とする双方向動作モードと、前記入力端子から前記出力端子の方向に制限する横流抑制モードと、を切り替える制御を行うものである。
The power conversion device disclosed in the present application includes a plurality of switching circuits that perform power conversion between an input terminal and an output terminal, and a control device that controls the plurality of switching circuits. Each of the output terminals is connected in parallel, and at least one of the plurality of switching circuits is a switching circuit that performs bidirectional conversion between the input terminal and the output terminal, and is a switching circuit of the plurality of switching circuits. It has a first voltage / current detection unit connected to at least one of the input terminals, and a second voltage / current detection unit connected to the output terminals connected in parallel with the plurality of switching circuits. In the control device, the power output direction of the switching circuit that performs bidirectional conversion is bidirectional based on the values detected by the first voltage / current detection unit and the second voltage / current detection unit. Control is performed to switch between the bidirectional operation mode and the cross current suppression mode that limits the direction from the input terminal to the output terminal.
Claims (9)
前記複数のスイッチング回路を制御する制御装置と、を備え、
前記複数のスイッチング回路はそれぞれの前記出力端子が並列に接続され、
前記複数のスイッチング回路のうち少なくとも1つのスイッチング回路は前記入力端子と前記出力端子との間で双方向変換を行うスイッチング回路であり、
前記制御装置は、前記双方向変換を行うスイッチング回路の電力出力方向を双方向とする双方向動作モードと、前記入力端子から前記出力端子の方向に制限する横流抑制モードと、を切り替える制御を行う電力変換装置。Multiple switching circuits that perform power conversion between the input terminal and the output terminal,
A control device for controlling the plurality of switching circuits is provided.
The output terminals of the plurality of switching circuits are connected in parallel.
At least one of the plurality of switching circuits is a switching circuit that performs bidirectional conversion between the input terminal and the output terminal.
The control device controls to switch between a bidirectional operation mode in which the power output direction of the switching circuit performing bidirectional conversion is bidirectional and a cross flow suppression mode in which the input terminal is restricted to the direction of the output terminal. Power converter.
前記双方向動作モードでスイッチング動作を行うスイッチング素子は、スイッチと、前記スイッチに対して逆並列に接続されたダイオードとを有しており、
前記横流抑制モードでは、前記スイッチング素子の前記スイッチをオフ状態とし、前記ダイオードを導通させる請求項1に記載の電力変換装置。In the switching circuit that performs bidirectional conversion,
The switching element that performs the switching operation in the bidirectional operation mode includes a switch and a diode connected in antiparallel to the switch.
The power conversion device according to claim 1, wherein in the cross flow suppression mode, the switch of the switching element is turned off to conduct the diode.
直列に接続された2つのスイッチング素子と、
前記入力端子の正側端子または出力端子の正側端子のいずれかと前記直列に接続された2つのスイッチング素子の接続端子との間にリアクトルを有するチョッパ回路とを備え、
前記2つのスイッチング素子は、それぞれ前記スイッチと、前記スイッチに対して逆並列に接続された前記ダイオードとを有しており、
前記横流抑制モードでは、前記スイッチング素子の前記スイッチをオフ状態とし、前記ダイオードを導通させる請求項2に記載の電力変換装置。The switching circuit that performs bidirectional conversion is
Two switching elements connected in series and
A chopper circuit having a reactor between either the positive terminal of the input terminal or the positive terminal of the output terminal and the connection terminal of the two switching elements connected in series is provided.
The two switching elements each have the switch and the diode connected in antiparallel to the switch.
The power conversion device according to claim 2, wherein in the cross flow suppression mode, the switch of the switching element is turned off to conduct the diode.
複数の前記スイッチング素子を有する2次側のフルブリッジ回路の交流端子が絶縁トランスの2次側巻き線に接続され、前記フルブリッジ回路の直列端子が前記出力端子である絶縁型コンバータであり、
前記横流抑制モードでは、前記フルブリッジ回路を構成する前記スイッチング素子のうち2つのスイッチング素子の前記スイッチをオフ状態とする請求項2に記載の電力変換装置。The switching circuit that performs bidirectional conversion is
An isolated converter in which the AC terminal of the secondary side full bridge circuit having the plurality of the switching elements is connected to the secondary side winding of the isolation transformer, and the series terminal of the full bridge circuit is the output terminal.
The power conversion device according to claim 2, wherein in the cross flow suppression mode, the switches of two of the switching elements constituting the full bridge circuit are turned off.
前記複数のスイッチング回路の並列に接続された前記出力端子に接続された第2の電圧電流検出部と、を備え、
前記制御装置は、前記第1の電圧電流検出部及び前記第2の電圧電流検出部で検出された値と予め定められた閾値とを比較して、前記双方向動作モードと前記横流抑制モードとを切り替える請求項1に記載の電力変換装置。A first voltage / current detector connected to the input terminal of each of the plurality of switching circuits,
A second voltage / current detection unit connected to the output terminal connected in parallel of the plurality of switching circuits is provided.
The control device compares the values detected by the first voltage / current detection unit and the second voltage / current detection unit with a predetermined threshold value, and sets the bidirectional operation mode and the cross flow suppression mode. The power conversion device according to claim 1.
前記複数のスイッチング回路の並列に接続された前記出力端子に接続された第2の電圧電流検出部と、を備え、
前記双方向変換を行うスイッチング回路は、前記双方向動作モードでソフトスイッチング動作を、前記横流抑制モードでハードスイッチング動作を行い、
前記制御装置は、前記第1の電圧電流検出部及び前記第2の電圧電流検出部で検出された値に基づき、
前記横流抑制モードで動作させた場合に発生する損失と、前記双方向動作モードで動作させた場合に発生する損失とを比較し、発生損失が少ない動作モードを選択するよう制御を行う請求項2に記載の電力変換装置。A first voltage / current detector connected to the input terminal of each of the plurality of switching circuits,
A second voltage / current detection unit connected to the output terminal connected in parallel of the plurality of switching circuits is provided.
The switching circuit that performs bidirectional conversion performs a soft switching operation in the bidirectional operation mode and a hard switching operation in the cross flow suppression mode.
The control device is based on the values detected by the first voltage / current detection unit and the second voltage / current detection unit.
2. Claim 2 in which the loss generated when operated in the cross flow suppression mode is compared with the loss generated when operated in the bidirectional operation mode, and control is performed to select an operation mode having a small generated loss. The power converter described in.
複数の前記スイッチング素子を有する1次側のフルブリッジ回路の交流端子が絶縁トランスの1次側巻線に接続され、
複数の前記スイッチング素子を有する2次側のフルブリッジ回路の交流端子が前記絶縁トランスの2次側巻線に接続され、前記2次側のフルブリッジ回路の直列端子が前記出力端子である絶縁型コンバータであり、
前記制御装置は、前記双方向動作モードにおいて、前記1次側及び2次側のフルブリッジ回路ともに位相シフト制御で電力変換を行う請求項8に記載の電力変換装置。The switching circuit that performs bidirectional conversion is
The AC terminal of the full bridge circuit on the primary side having the plurality of switching elements is connected to the primary winding of the isolation transformer.
An isolated type in which the AC terminal of the secondary side full bridge circuit having the plurality of switching elements is connected to the secondary side winding of the isolation transformer, and the series terminal of the secondary side full bridge circuit is the output terminal. Is a converter
The power conversion device according to claim 8, wherein the control device performs power conversion by phase shift control for both the primary side and secondary side full bridge circuits in the bidirectional operation mode.
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