KR20230144457A - 전력 변환 장치 - Google Patents

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KR20230144457A
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switching circuit
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사토시 이치다
가즈히로 스기모토
마나부 한다
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

전력 변환 장치 (1) 는, 제 1 권선 (41) 과 제 2 권선 (42) 과 제 3 권선 (43) 을 포함하는 트랜스 (40) 와, 외부 전원 (2) 과 상기 제 1 권선 (41) 사이에 접속되는 제 1 스위칭 회로 (10) 와, 주기 전지 (3) 와 상기 제 2 권선 (42) 사이에 접속되는 제 2 스위칭 회로 (20) 와, 보기 전지 (4) 와 상기 제 3 권선 (43) 사이에 접속되는 제 3 스위칭 회로 (30) 를 포함한다. 상기 제 1 스위칭 회로 (10) 는, 역률 보상 회로 (11) 와, 상기 역률 보상 회로 (11) 로부터 출력된 직류 전력의 전압을 평활하도록 구성되는 평활 콘덴서 (12) 와, 상기 평활 콘덴서 (12) 와 상기 제 1 권선 (41) 사이의 전력선에 형성된 릴레이 (14) 를 포함한다.

Description

전력 변환 장치{POWER CONVERSION APPARATUS}
본 발명은, 전력 변환 장치에 관한 것이다.
일본 공개특허공보 2021-164338에는, 외부 충전이 가능한 전동 차량에 탑재된 전력 변환 장치에 있어서, 외부 전원과 주기 (主機) 전지와 보기 (補機) 전지 사이에서 트랜스를 개재하여 전력을 전송하는 것이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 2021-164338에 기재된 구성에서는, 트랜스가 3 개의 권선을 갖고, 외부 전원의 전력을 주기 전지에 충전할 때에 트랜스를 개재하여 전력을 전송하고, 주기 전지의 전력을 보기 전지에 공급할 때에 트랜스를 개재하여 전력을 전송한다.
일본 공개특허공보 2021-164338에 기재된 구성에서는, 주기 전지로부터 보기 전지에 전력을 전송 중에, PFC 측의 회로에서 단락이 발생한 경우, 트랜스를 개재하여 PFC 측의 회로로부터 주기 전지측의 회로 및 보기 전지측의 회로에 전류가 흐른다. 그 때문에, 주기 전지측의 회로와 보기 전지측의 회로에 과전류가 발생할 우려가 있다.
본 발명은, 트랜스를 개재한 과전류의 발생을 억제할 수 있는 전력 변환 장치를 제공한다.
본 발명의 양태는, 전력 변환 장치에 관한 것이다. 전력 변환 장치는, 제 1 권선과 제 2 권선과 제 3 권선을 갖는 트랜스와, 외부 전원과 상기 제 1 권선 사이에 접속되고, 상기 외부 전원으로부터 입력된 전력을 상기 제 1 권선에 공급하는 제 1 스위칭 회로와, 주기 전지와 상기 제 2 권선 사이에 접속되고, 상기 제 1 스위칭 회로로부터 상기 트랜스를 개재하여 입력된 전력을 상기 주기 전지에 공급하고, 상기 주기 전지로부터 출력된 전력을 상기 제 2 권선에 공급하는 제 2 스위칭 회로와, 보기 전지와 상기 제 3 권선 사이에 접속되고, 상기 제 2 스위칭 회로로부터 상기 트랜스를 개재하여 입력된 전력을 상기 보기 전지에 공급하는 제 3 스위칭 회로를 구비한 전력 변환 장치로서, 상기 제 1 스위칭 회로는, 상기 외부 전원으로부터 입력된 교류 전력의 역률을 개선하는 PFC 회로와, 상기 PFC 회로로부터 출력된 직류 전력의 전압을 평활하는 평활 콘덴서와, 상기 평활 콘덴서와 상기 제 1 권선 사이의 전력선에 형성된 릴레이를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 릴레이의 개폐 상태를 전환함으로써, 제 1 권선과 평활 콘덴서 사이의 통전 경로를 선택적으로 차단하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 릴레이가 개방 상태인 경우에는, 평활 콘덴서에서 단락이 발생해도, 평활 콘덴서와 제 1 권선 사이의 통전 경로가 차단되어 있기 때문에, 트랜스를 개재하여 제 2 스위칭 회로 및 제 3 스위칭 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
또, 상기 제 1 스위칭 회로는, 상기 PFC 회로로부터 출력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 제 1 권선에 공급하는 제 1 브릿지 회로를 추가로 갖고, 상기 릴레이는, 상기 제 1 브릿지 회로와 상기 제 1 권선 사이의 전력선에 형성되어도 된다.
이 구성에 의하면, 릴레이의 개폐 상태를 전환함으로써, 제 1 권선과 제 1 브릿지 회로 사이의 통전 경로를 선택적으로 차단하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 릴레이가 개방 상태인 경우에는, 제 1 브릿지 회로에 포함되는 스위칭 소자에서 단락이 발생해도, 그 스위칭 소자와 제 1 권선 사이의 통전 경로가 차단되어 있기 때문에, 트랜스를 개재하여 제 2 스위칭 회로 및 제 3 스위칭 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
또, 상기 주기 전지 및 상기 보기 전지는, 전동 차량에 탑재되고, 상기 전동 차량의 주행시에는 상기 릴레이를 개방한 상태에서, 상기 주기 전지로부터 상기 트랜스를 개재하여 상기 보기 전지에 전력을 전송해도 된다.
이 구성에 의하면, 전동 차량의 주행시에 주기 전지의 전력을 보기 전지에 전송할 때, 릴레이를 개방 상태로 함으로써, 제 1 스위칭 회로측에서 단락이 발생한 경우에도, 트랜스를 개재하여 제 2 스위칭 회로 및 제 3 스위칭 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 양태에서는, 릴레이의 개폐 상태를 전환함으로써, 제 1 권선과 평활 콘덴서 사이의 통전 경로를 선택적으로 차단하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 릴레이가 개방 상태인 경우에는, 평활 콘덴서에서 단락이 발생해도, 평활 콘덴서와 제 1 권선 사이의 통전 경로가 차단되어 있기 때문에, 트랜스를 개재하여 제 2 스위칭 회로 및 제 3 스위칭 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들, 그리고 기술적 및 산업적 중요성은 첨부되는 도면들을 참조하여 이하에서 설명될 것이고, 동일한 도면 부호들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1 은, 실시형태에 있어서의 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2 는, PFC 측의 회로에 있어서의 평활 콘덴서와 권선 사이에서의 릴레이의 설치 장소를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3 은, PFC 측의 회로에 있어서의 스위칭 소자와 권선 사이에서의 릴레이의 설치 장소를 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 있어서의 전력 변환 장치에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1 은, 실시형태에 있어서의 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다. 전력 변환 장치 (1) 는, 외부 충전이 가능한 차량 (Ve) 에 탑재되어 있다. 차량 (Ve) 은, 외부로부터 공급되는 전력을 충전 가능한 전지와, 그 전지의 전력을 이용하여 구동되는 주행용의 모터를 구비하는 전동 차량이다. 예를 들어, 차량 (Ve) 은 플러그 인 하이브리드 전기차 (PHEV) 나 배터리 전기 자동차 (BEV) 등이다. 전력 변환 장치 (1) 는, 상용 전원이나 가정용 전원 등의 교류 전원으로부터 차량 (Ve) 에 탑재된 전지에 대한 전력 공급, 및 차량 (Ve) 에 탑재된 전지로부터 차 외의 전기 기기에 대한 교류 전력의 공급에 사용된다. 요컨대, 전력 변환 장치 (1) 는 충전기와 AC 급전기로서 기능한다.
전력 변환 장치 (1) 는, 외부 전원 (2) 과 주기 전지 (3) 와 보기 전지 (4) 사이에서 전력 공급을 실시하는 것이다. 외부 전원 (2) 은, 상용 전원 (계통 전원) 이나 가정용 전원 등의 교류 전원이다. 주기 전지 (3) 와 보기 전지 (4) 는, 차량 (Ve) 에 탑재된 직류 전원이다. 주기 전지 (3) 는, 주행용의 모터에 공급하기 위한 전력을 저축하는 이차 전지이고, 모터에 역행용의 전력을 공급함과 함께, 모터에 의한 회생 제동에 의해 발전된 전력을 충전한다. 보기 전지 (4) 는, 차량 (Ve) 에 탑재된 오디오 기기, 실내등, 공조 장치 등의 보기에 공급하기 위한 전력을 충전하는 이차 전지이다. 전력 변환 장치 (1) 는, 외부 전원 (2) 으로부터 공급되는 전력을, 주기 전지 (3) 와 보기 전지 (4) 에 공급한다. 또, 전력 변환 장치 (1) 는, 주기 전지 (3) 로부터 보기 전지 (4) 에 전력을 공급한다. 요컨대, 전력 변환 장치 (1) 는 충전기와 AC 급전기에 더하여, 보기 DCDC 로서 기능한다.
이 전력 변환 장치 (1) 는, 제 1 스위칭 회로 (10) 와, 제 2 스위칭 회로 (20) 와, 제 3 스위칭 회로 (30) 와, 트랜스 (40) 를 구비한다. 제 2 스위칭 회로 (20) 에는 주기 전지 (3) 가 접속되어 있다. 제 3 스위칭 회로 (30) 에는 보기 전지 (4) 가 접속되어 있다. 외부 충전을 실시할 때, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 스위칭 회로 (10) 에는 외부 전원 (2) 이 접속되어 있다. 그리고, 전력 변환 장치 (1) 는 외부 전원 (2) 과 주기 전지 (3) 와 보기 전지 (4) 사이에서 트랜스 (40) 를 개재하여 전력을 전송한다.
트랜스 (40) 는, 제 1 권선 (41) 과, 제 2 권선 (42) 과, 제 3 권선 (43) 을 갖는다. 제 1 권선 (41) 과 제 2 권선 (42) 과 제 3 권선 (43) 은 서로 자기적으로 결합되어 있다. 제 1 권선 (41) 의 양단은, 제 1 스위칭 회로 (10) 에 접속되어 있다. 제 2 권선 (42) 의 양단은, 제 2 스위칭 회로 (20) 에 접속되어 있다. 제 3 권선 (43) 의 양단은, 제 3 스위칭 회로 (30) 에 접속되어 있다.
제 1 스위칭 회로 (10) 는, 외부 전원 (2) 과 제 1 권선 (41) 사이에 접속되고, 외부 전원 (2) 으로부터 공급되는 전력을 제 1 권선 (41) 에 공급한다. 제 1 스위칭 회로 (10) 는, PFC (Power Factor Correction, 역률 보상) 회로 (11) 와, 평활 콘덴서 (12) 와, 제 1 브릿지 회로 (13) 와, 릴레이 (14) 를 구비한다.
PFC 회로 (11) 는, 외부 전원 (2) 으로부터 입력되는 교류 전력의 역률을 개선하고, 그 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제 1 브릿지 회로 (13) 에 출력한다. 외부 충전시, PFC 회로 (11) 의 교류 단자에는 외부 전원 (2) 이 접속되어 있다. PFC 회로 (11) 의 정극 단자와 부극 단자에는, 제 1 브릿지 회로 (13) 가 접속되어 있다.
평활 콘덴서 (12) 는, PFC 회로 (11) 로부터 출력된 직류 전력의 전압을 평활한다. 평활 콘덴서 (12) 는 PFC 회로 (11) 와 제 1 브릿지 회로 (13) 사이의 전력선에 접속되어 있다. 이 평활 콘덴서 (12) 는 제 1 콘덴서이다.
제 1 브릿지 회로 (13) 는, PFC 회로 (11) 의 정극 단자와 부극 단자에 접속된 풀 브릿지 회로이고, 스위칭 아암 (13a) 과 스위칭 아암 (13b) 을 구비한다. 스위칭 아암 (13a) 은, 직렬 접속된 스위칭 소자 (S1, S2) 를 구비한다. 스위칭 아암 (13b) 은, 직렬 접속된 스위칭 소자 (S3, S4) 를 구비한다. 스위칭 아암 (13a, 13b) 은 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 아암 (13a, 13b) 에는 평활 콘덴서 (12) 가 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 아암 (13a, 13b) 과 평활 콘덴서 (12) 의 상측의 병렬 접속점은, PFC 회로 (11) 의 정극 단자에 접속되어 있다. 스위칭 아암 (13a, 13b) 과 평활 콘덴서 (12) 의 하측의 병렬 접속점은, PFC 회로 (11) 의 부극 단자에 접속되어 있다. 또, 스위칭 소자 (S1) 와 스위칭 소자 (S2) 의 접속점과, 스위칭 소자 (S3) 와 스위칭 소자 (S4) 의 접속점 사이에는, 제 1 권선 (41) 이 접속되어 있다.
릴레이 (14) 는, 제 1 브릿지 회로 (13) 와 제 1 권선 (41) 사이의 전력선에 형성되어 있다. 릴레이 (14) 는, 스위칭 소자 (S3) 와 스위칭 소자 (S4) 의 접속점과, 제 1 권선 (41) 의 일방단 사이의 전력선에 형성되어 있다. 릴레이 (14) 가 닫힌 상태 (ON 상태) 가 되는 경우, 제 1 권선 (41) 과 제 1 스위칭 회로 (10) 사이가 통전 가능하게 접속된 상태가 된다. 한편, 릴레이 (14) 가 열린 상태 (OFF 상태) 가 되는 경우, 제 1 권선 (41) 과 제 1 스위칭 회로 (10) 사이가 통전 불가능하게 차단된 상태가 된다.
제 2 스위칭 회로 (20) 는, 주기 전지 (3) 와 제 2 권선 (42) 사이에 접속되어 있고, 주기 전지 (3) 의 전력을 제 2 권선 (42) 에 공급한다. 제 2 스위칭 회로 (20) 는, 주기 콘덴서 (21) 와, 제 2 브릿지 회로 (22) 를 구비한다.
주기 콘덴서 (21) 는, 주기 전지 (3) 의 정극선과 부극선 사이에 접속되어 있다. 이 주기 콘덴서 (21) 는 제 2 콘덴서이다.
제 2 브릿지 회로 (22) 는, 주기 전지 (3) 의 정극 단자와 부극 단자에 접속된 풀 브릿지 회로이고, 스위칭 아암 (22a) 과 스위칭 아암 (22b) 을 구비한다. 스위칭 아암 (22a) 은, 직렬 접속된 스위칭 소자 (S5, S6) 를 구비한다. 스위칭 아암 (22b) 은, 직렬 접속된 스위칭 소자 (S7, S8) 를 구비한다. 스위칭 아암 (22a, 22b) 은 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 아암 (22a, 22b) 에는 주기 콘덴서 (21) 가 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 아암 (22a, 22b) 과 주기 콘덴서 (21) 의 상측의 병렬 접속점은, 주기 전지 (3) 의 정극 단자에 접속되어 있다. 스위칭 아암 (22a, 22b) 과 주기 콘덴서 (21) 의 하측의 병렬 접속점은, 주기 전지 (3) 의 부극 단자에 접속되어 있다. 또, 스위칭 소자 (S5) 와 스위칭 소자 (S6) 의 접속점과, 스위칭 소자 (S7) 와 스위칭 소자 (S8) 의 접속점 사이에는, 제 2 권선 (42) 이 접속되어 있다.
제 3 스위칭 회로 (30) 는, 보기 전지 (4) 와 제 3 권선 (43) 사이에 접속되어 있고, 보기 전지 (4) 의 전력을 제 3 권선 (43) 에 공급한다. 제 3 스위칭 회로 (30) 는, 제 3 브릿지 회로 (31) 와, 중간 콘덴서 (32) 와, 보기 콘덴서 (33) 를 구비한다.
제 3 브릿지 회로 (31) 는, 스위칭 아암 (31a) 과 스위칭 아암 (31b) 을 구비한다. 스위칭 아암 (31a) 은, 직렬 접속된 스위칭 소자 (S9, S10) 를 구비한다. 스위칭 아암 (31b) 은, 직렬 접속된 스위칭 소자 (S11, S12) 를 구비한다. 스위칭 아암 (31a, 31b) 은 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 아암 (31a, 31b) 에는, 중간 콘덴서 (32) 가 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 소자 (S9) 와 스위칭 소자 (S10) 의 접속점과, 스위칭 소자 (S11) 와 스위칭 소자 (S12) 의 접속점 사이에는, 제 3 권선 (43) 이 접속되어 있다.
스위칭 아암 (31a, 31b) 과 중간 콘덴서 (32) 의 하측의 병렬 접속점과, 제 3 권선 (43) 의 중도점 사이에는, 보기 콘덴서 (33) 가 접속되어 있다. 제 3 권선 (43) 의 중도점은, 보기 전지 (4) 의 정극 단자에 접속되어 있다. 또, 스위칭 아암 (31a, 31b) 및 중간 콘덴서 (32) 의 하측의 병렬 접속점은, 보기 전지 (4) 의 부극 단자에 접속되어 있다. 제 3 권선 (43) 의 중도점은, 제 3 권선 (43) 을 형성하는 도선의 중도의 점을 말한다. 중도점은, 제 3 권선 (43) 을 형성하는 도선의 중점에 형성되는 센터 탭이어도 된다. 이 보기 콘덴서 (33) 는 제 3 콘덴서이고, 중간 콘덴서 (32) 는 제 4 콘덴서이다.
각 스위칭 소자 (S1 ∼ S12) 에는, 각 스위칭 소자 (S1 ∼ S12) 의 하단측에 애노드 단자를 향하여 다이오드가 접속되어 있다. 각 스위칭 소자 (S1 ∼ S12) 는, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 나 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 에 의해 구성되어 있다.
여기서, 전력 변환 장치 (1) 의 동작에 대해 설명한다.
전력 변환 장치 (1) 의 동작은, 차량 (Ve) 이 정차한 상태에서 외부 전원 (2) 과 주기 전지 (3) 사이에서 전력 공급을 실시하는 경우 (충전기, AC 급전기) 와, 차량 (Ve) 이 주행하고 있는 상태에서 주기 전지 (3) 와 보기 전지 (4) 사이에서 전력 공급을 실시하는 경우 (보기 DCDC) 에서 상이한 동작이 된다.
먼저, 차량 (Ve) 이 정차한 상태에서 외부 전원 (2) 과 주기 전지 (3) 사이에서 전력 공급을 실시하는 경우의 전력 변환 장치 (1) 의 동작에 대해 설명한다. 전력 변환 장치 (1) 가 충전기 또는 AC 급전기로서 기능할 때, PFC 회로 (11) 에는 외부 전원 (2) 이 접속되어 있다. 예를 들어, 차량 (Ve) 에 형성된 충전 포트에 외부 전원 (2) 측의 충전 플러그가 접속된다. 충전 포트에는 전력 변환 장치 (1) 의 입력 단자 즉 PFC 회로 (11) 의 교류 단자가 형성되어 있다.
그리고, 차량 (Ve) 이 정차한 상태에서 외부 전원 (2) 를 사용하여 주기 전지 (3) 를 충전할 때, 전력 변환 장치 (1) 는 릴레이 (14) 를 닫은 상태로 하고, 외부 전원 (2) 의 전력을 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 트랜스 (40) 를 개재하여 제 2 스위칭 회로 (20) 에 전송한다.
이 경우, PFC 회로 (11) 는, PFC 회로 (11) 의 교류 단자에 흐르는 전류의 시간 파형을, 외부 전원 (2) 이 출력하는 교류 전압의 시간 파형에 근사시키거나, 또는 일치시키도록, 그 교류 단자에 흐르는 전류를 스위칭 동작에 의해 제어한다. PFC 회로 (11) 는 역률을 향상시키는 동작을 실시하면서, 외부 전원 (2) 으로부터 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제 1 브릿지 회로 (13) 에 출력한다. PFC 회로 (11) 는, 외부 전원 (2) 으로부터 공급되는 전력의 전압을 승압시켜 제 1 브릿지 회로 (13) 에 출력한다. 요컨대, 평활 콘덴서 (12) 의 단자간 전압은 PFC 회로 (11) 에 의해 조정된다. 그 때, 전력 변환 장치 (1) 는, PFC 회로 (11) 의 출력 전압이 외부 전원 (2) 의 전압 파고치보다 높아지도록 조정한다. 예를 들어, 주기 전지 (3) 의 충전 전압은 350 V 이고, 보기 전지 (4) 의 충전 전압은 14.5 V 이다. 그리고, PFC 회로 (11) 의 출력 전압은 400 V 로 조정된다.
제 1 브릿지 회로 (13) 는, PFC 회로 (11) 로부터 출력된 직류 전압에 대한 스위칭에 의해, 제 1 권선 (41) 에 교류 전압을 출력한다. 즉, 제 1 브릿지 회로 (13) 는 PFC 회로 (11) 의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제 1 권선 (41) 에 공급한다. 그리고, 트랜스 (40) 를 개재하여 제 2 스위칭 회로 (20) 에 전력을 전송할 때, 제 1 브릿지 회로 (13) 의 스위칭 타이밍과, 제 2 브릿지 회로 (22) 의 스위칭 타이밍의 상이에 따라, 제 2 스위칭 회로 (20) 에 전력이 전송된다.
제 2 스위칭 회로 (20) 는, 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 전송된 전력을 주기 전지 (3) 에 공급한다. 이 경우, 제 2 브릿지 회로 (22) 는 제 2 권선 (42) 으로부터 전송된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 주기 전지 (3) 에 공급한다. 그 때, 제 2 스위칭 회로 (20) 는, 주기 전지 (3) 에 전력을 출력함과 함께, 주기 전지 (3) 에 접속된 부하 회로에 전력을 출력하는 것이 가능하다.
또, 외부 전원 (2) 의 전력을 주기 전지 (3) 에 충전할 때, 외부 전원 (2) 의 전력을 보기 전지 (4) 에 충전하는 것도 가능하다. 전력 변환 장치 (1) 는, 외부 전원 (2) 의 전력을 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 트랜스 (40) 를 개재하여 제 3 스위칭 회로 (30) 에 전송한다.
트랜스 (40) 를 개재하여 제 3 스위칭 회로 (30) 에 전력을 전송할 때, 제 1 브릿지 회로 (13) 의 스위칭 타이밍과, 제 3 브릿지 회로 (31) 의 스위칭 타이밍의 상이에 따라, 제 3 스위칭 회로 (30) 에 전력이 전송된다.
제 3 스위칭 회로 (30) 는, 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 전송된 전력을 보기 전지 (4) 에 공급한다. 이 경우, 제 3 스위칭 회로 (30) 는, 트랜스 (40) 를 개재하여 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 공급되는 전력을, 먼저 중간 콘덴서 (32) 에 충전한다. 그리고, 제 3 브릿지 회로 (31) 의 스위칭 동작에 의해, 중간 콘덴서 (32) 로부터 제 3 권선 (43) 의 중도점을 개재하여 보기 전지 (4) 에 전력이 출력된다.
중간 콘덴서 (32) 의 단자간 전압은, 제 1 브릿지 회로 (13) 의 스위칭 아암 (13a, 13b) 의 스위칭의 위상에 대한, 제 3 브릿지 회로 (31) 의 스위칭 아암 (31a, 31b) 의 스위칭의 위상의 지연인 위상차를 제어함으로써 조정된다. 제 3 브릿지 회로 (31) 는, 중간 콘덴서 (32) 에 대한 전압의 스위칭에 의해, 제 3 권선 (43) 에 교류 전압을 출력한다. 또, 전력 변환 장치 (1) 에서는, 각 스위칭 아암 (13a, 13b, 22a, 22b, 31a, 31b) 이 동일한 듀티비 (D) 로 스위칭 동작한다. 그 때문에, 제 3 브릿지 회로 (31) 의 스위칭 동작에 의해, 보기 전지 (4) 및 보기 콘덴서 (33) 의 양단에는, 중간 콘덴서 (32) 의 단자 전압의「1－D」배의 전압이 나타난다. 이와 같이, 제 3 브릿지 회로 (31) 는 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 전송된 전력을, 중간 콘덴서 (32) 를 경유하여 보기 전지 (4) 에 전력을 공급한다. 그 때, 제 3 스위칭 회로 (30) 는 보기 전지 (4) 에 전력을 출력함과 함께, 보기 전지 (4) 에 접속된 보기에 전력을 출력하는 것이 가능하다.
이 구성에서는, 제 1 스위칭 회로 (10) 및 제 3 스위칭 회로 (30) 에 있어서, 평활 콘덴서 (12) 의 단자간 전압이 중간 콘덴서 (32) 의 단자간 전압으로 강압되고, 중간 콘덴서 (32) 의 단자간 전압이 보기 전지 (4) 및 보기 콘덴서 (33) 의 단자간 전압으로 강압된다. 이와 같이 단계적으로 강압되어 전력이 공급된다.
다음으로, 차량 (Ve) 이 주행 중에 주기 전지 (3) 와 보기 전지 (4) 사이에서 전력 공급을 실시하는 경우의 전력 변환 장치 (1) 의 동작에 대해 설명한다. 전력 변환 장치 (1) 가 보기 DCDC 로서 기능할 때, 외부 전원 (2) 은 PFC 회로 (11) 로부터 분리된 상태이고, PFC 회로 (11) 는 스위칭 동작을 정지시킨다. 그리고, 차량 (Ve) 이 주행 중에 주기 전지 (3) 로부터 보기 전지 (4) 에 전력을 공급할 때, 전력 변환 장치 (1) 는 릴레이 (14) 를 개방한 상태로 하고, 주기 전지 (3) 의 전력을 제 2 스위칭 회로 (20) 로부터 트랜스 (40) 를 개재하여 제 3 스위칭 회로 (30) 에 전송한다.
이 경우, 제 2 브릿지 회로 (22) 는, 주기 전지 (3) 로부터 출력된 직류 전압에 대한 스위칭에 의해, 제 2 권선 (42) 에 교류 전압을 출력한다. 제 2 브릿지 회로 (22) 는 주기 전지 (3) 의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제 2 권선 (42) 에 공급한다. 그리고, 트랜스 (40) 를 개재하여 제 3 스위칭 회로 (30) 에 전력을 전송할 때, 제 2 브릿지 회로 (22) 의 스위칭 타이밍과, 제 3 브릿지 회로 (31) 의 스위칭 타이밍의 상이에 따라, 제 3 스위칭 회로 (30) 에 전력이 전송된다.
제 3 스위칭 회로 (30) 는, 제 2 스위칭 회로 (20) 로부터 전송된 전력을 보기 전지 (4) 에 공급한다. 이 경우, 제 3 스위칭 회로 (30) 는, 상기 서술한 외부 충전시와 동일하게, 트랜스 (40) 를 개재하여 제 2 스위칭 회로 (20) 로부터 공급되는 전력을, 먼저 중간 콘덴서 (32) 에 충전한다. 그리고, 제 3 브릿지 회로 (31) 의 스위칭 동작에 의해, 중간 콘덴서 (32) 로부터 제 3 권선 (43) 의 중도점을 개재하여 보기 전지 (4) 에 전력이 출력된다.
이와 같이, 차량 (Ve) 의 주행시에는 릴레이 (14) 가 개방된 상태에서 주기 전지 (3) 로부터 보기 전지 (4) 에 전력이 공급되고, 보기 전지 (4) 가 충전된다. 제 1 스위칭 회로 (10) 의 평활 콘덴서 (12) 에서 단락이 발생한 경우라도, 릴레이 (14) 가 개방된 상태임으로써, 제 1 권선 (41) 과 평활 콘덴서 (12) 사이의 통전 경로가 차단된 상태가 된다. 차량 (Ve) 이 주행 중에 릴레이 (14) 를 개방 상태로 함으로써, 평활 콘덴서 (12) 의 단락에서 기인하는 전류가 제 1 권선 (41) 에 흐르는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 차량 (Ve) 이 주행 중, 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 트랜스 (40) 를 개재한 전력 전송에 의해, 주기 전지 (3) 측의 제 2 스위칭 회로 (20) 및 보기 전지 (4) 측의 제 3 스위칭 회로 (30) 에 과전류가 발생하는 것을 회피할 수 있다.
만일, 릴레이 (14) 가 형성되어 있지 않은 회로였을 경우, PFC 측의 평활 콘덴서 (12) 의 단자간 전압을 400 V 로 유지하도록 제 2 스위칭 회로 (20) 및 제 1 스위칭 회로 (10) 가 구동되기 때문에, 평활 콘덴서 (12) 에서 단락이 발생하면, 주기 전지 (3) 측 및 보기 전지 (4) 측의 회로를 흐르는 전류가 증가한다. 예를 들어 1000 W 출력의 경우, 주기 전지 (3) 측의 회로를 흐르는 전류의 값은 4 Aac 에서 50 Aac 로 증가하고, 보기 전지 (4) 측의 회로를 흐르는 전류의 값은 50 Aac 에서 180 Aac 로 증가한다. 이 전류 증가에 의해 배터리 휴즈 용단의 우려가 있다. 이에 반하여, 릴레이 (14) 를 구비하는 전력 변환 장치 (1) 에서는, 트랜스 (40) 를 개재하여 제 2 스위칭 회로 (20) 및 제 3 스위칭 회로 (30) 에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 의하면, 주기 전지 (3) 로부터 보기 전지 (4) 에 전력을 공급할 때에 릴레이 (14) 가 개방 상태임으로써, 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 트랜스 (40) 를 개재하여 제 2 스위칭 회로 (20) 및 제 3 스위칭 회로 (30) 에 전력이 전송되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 제 1 스위칭 회로 (10) 의 평활 콘덴서 (12) 에서 단락이 발생한 경우, 릴레이 (14) 가 개방 상태임으로써, 제 2 스위칭 회로 (20) 와 제 3 스위칭 회로 (30) 에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
또, 릴레이 (14) 의 설치 장소는, 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않는다. 평활 콘덴서 (12) 의 단락에 대한 대책으로는, 평활 콘덴서 (12) 와 제 1 권선 (41) 사이의 전력선에 릴레이 (14) 가 형성되어 있으면 된다. 이 경우의 릴레이 (14) 의 설치 장소로서, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 6 설치 장소 (14A ∼ 14F) 를 들 수 있다.
제 1 설치 장소 (14A) 는, 스위칭 소자 (S1, S2) 의 접속점과 제 1 권선 (41) 사이의 전력선이다. 제 2 설치 장소 (14B) 는, 스위칭 소자 (S3, S4) 의 접속점과 제 1 권선 (41) 사이의 전력선이다. 제 3 설치 장소 (14C) 는, 스위칭 아암 (13a) 과 스위칭 아암 (13b) 의 상측을 접속하는 전력선이다. 제 4 설치 장소 (14D) 는, 스위칭 아암 (13a) 과 스위칭 아암 (13b) 의 하측을 접속하는 전력선이다. 제 5 설치 장소 (14E) 는, 스위칭 아암 (13a) 과 평활 콘덴서 (12) 의 상측을 접속하는 전력선이다. 제 6 설치 장소 (14F) 는, 스위칭 아암 (13b) 과 평활 콘덴서 (12) 의 상측을 접속하는 전력선이다.
평활 콘덴서 (12) 의 단락에 대한 대책에 대해, 제 1 ∼ 제 6 설치 장소 (14A ∼ 14F) 중의 적어도 어느 하나에 릴레이 (14) 가 형성되어 있으면 된다. 요컨대, 릴레이 (14) 의 개수도 1 개로 한정되지 않고, 복수의 설치 장소에 설치되어도 된다.
또, 제 1 스위칭 회로 (10) 의 단락은, 평활 콘덴서 (12) 에 한정하지 않고, 제 1 브릿지 회로 (13) 의 스위칭 소자에서도 발생하는 것을 생각할 수 있다. 제 1 브릿지 회로 (13) 의 스위칭 소자 (S1 ∼ S4) 에서의 단락에 대한 대책으로는, 제 1 브릿지 회로 (13) 와 제 1 권선 (41) 사이의 전력선에 릴레이 (14) 가 형성되어 있으면 된다. 이 경우의 릴레이 (14) 의 설치 장소로는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 2 설치 장소 (14A ∼ 14B) 를 들 수 있다.
제 1 브릿지 회로 (13) 의 스위칭 소자의 단락에 대한 대책에 대해, 제 1 ∼ 제 2 설치 장소 (14A ∼ 14B) 중의 적어도 어느 하나에 릴레이 (14) 가 형성되어 있으면 된다. 이 경우에도 릴레이 (14) 의 개수도 1 개로 한정되지 않고, 제 1 및 제 2 설치 장소 (14A, 14B) 의 양방에 릴레이 (14) 가 설치되어도 된다.

Claims (3)

  1. 전력 변환 장치 (1) 로서,
    제 1 권선 (41) 과 제 2 권선 (42) 과 제 3 권선 (43) 을 포함하는 트랜스 (40) 와,
    외부 전원 (2) 과 상기 제 1 권선 (41) 사이에 접속되고, 상기 외부 전원 (2) 으로부터 입력된 전력을 상기 제 1 권선 (41) 에 공급하도록 구성되는 제 1 스위칭 회로 (10) 와,
    주기 전지 (3) 와 상기 제 2 권선 (42) 사이에 접속되고, 상기 제 1 스위칭 회로 (10) 로부터 상기 트랜스 (40) 를 개재하여 입력된 전력을 상기 주기 전지 (3) 에 공급하도록 구성되고, 상기 주기 전지 (3) 로부터 출력된 전력을 상기 제 2 권선 (42) 에 공급하도록 구성되는 제 2 스위칭 회로 (20) 와,
    보기 전지 (4) 와 상기 제 3 권선 (43) 사이에 접속되고, 상기 제 2 스위칭 회로 (20) 로부터 상기 트랜스 (40) 를 개재하여 입력된 전력을 상기 보기 전지 (4) 에 공급하도록 구성되는 제 3 스위칭 회로 (30) 를 구비하고,
    상기 제 1 스위칭 회로 (10) 는, 상기 외부 전원으로부터 입력된 교류 전력의 역률을 개선하도록 구성되는 역률 보상 회로 (11) 와, 상기 역률 보상 회로 (11) 로부터 출력된 직류 전력의 전압을 평활하도록 구성되는 평활 콘덴서 (12) 와, 상기 평활 콘덴서 (12) 와 상기 제 1 권선 (41) 사이의 전력선에 형성된 릴레이 (14) 를 포함하는, 전력 변환 장치 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 회로 (10) 는, 상기 역률 보상 회로 (11) 로부터 출력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 제 1 권선 (41) 에 공급하도록 구성되는 제 1 브릿지 회로 (13) 를 포함하고,
    상기 릴레이 (14) 는, 상기 제 1 브릿지 회로 (13) 와 상기 제 1 권선 (41) 사이의 전력선에 형성되는, 전력 변환 장치 (1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 주기 전지 (3) 및 상기 보기 전지 (4) 는, 전동 차량에 탑재되고,
    상기 전동 차량의 주행시에는 상기 릴레이 (14) 를 개방한 상태에서, 상기 주기 전지 (3) 의 전력은 상기 트랜스 (40) 를 개재하여 상기 보기 전지 (4) 에 전송되는, 전력 변환 장치 (1).
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