WO2017090118A1 - Power conversion device and rail vehicle - Google Patents

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隆誠 藤田
秋山 悟
将太 三次
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株式会社日立製作所
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

Definitions

  • ADC Analog to digital converter APU Auxiliary power supply

Abstract

Provided are a power conversion device and a rail vehicle in which the reduction of power loss can be achieved. In the power conversion device, switching elements S1-S4 apply an AC voltage to the primary coil L1 of a transformer TR. A diode circuit DDU includes: rectifier diodes for rectifying the output voltage of the secondary coil L2 of the transformer TR; and free-wheeling diodes for allowing free-wheeling current to flow. A filter circuit FLU smooths the output voltage of the diode circuit DDU. A resonant circuit RSU is provided between the diode circuit DDU and the filter circuit FLU and includes a resonant inductor Lr, a resonant capacitor Cr, and a resonant switch Sr which are connected in series. A control circuit CTLU turns on the resonant switch Sr during a period when the switching elements S1-S4 are off.

Description

電力変換装置および鉄道車両Power converter and railway vehicle
 本発明は、電力変換装置および鉄道車両に関し、例えば、絶縁型DC-DCコンバータの技術に関する。 The present invention relates to a power conversion device and a railway vehicle, and, for example, to a technology of an insulation type DC-DC converter.
 例えば、特許文献1には、チョッパ型DC-DCコンバータにおいて、スイッチング素子と平滑フィルタの間に共振回路を備える構成が示される。当該共振回路は、リアクトル、コンデンサ、共振スイッチおよびダイオードを備え、共振スイッチは、スイッチング素子をターンオフする際のオン期間でオンに制御される。これにより、スイッチング素子を、ゼロ電流の状態でターンオフすることができる。また、特許文献2および特許文献3には、絶縁型DC-DCコンバータにおいて、トランスの二次側の整流回路の出力側に共振回路を備える構成が示される。 For example, Patent Document 1 shows a configuration in which a resonance circuit is provided between a switching element and a smoothing filter in a chopper type DC-DC converter. The resonance circuit includes a reactor, a capacitor, a resonance switch, and a diode, and the resonance switch is controlled to be turned on in an on period when the switching element is turned off. Thereby, the switching element can be turned off in a state of zero current. Patent Documents 2 and 3 show a configuration in which an isolated DC-DC converter includes a resonance circuit on the output side of the rectifier circuit on the secondary side of the transformer.
 特許文献2の共振回路は、リアクトル、コンデンサおよび共振スイッチを備え、共振スイッチは、トランスの一次側のスイッチング素子をターンオフする際のオン期間でオンに制御される。これにより、一次側のスイッチング素子を、ほぼゼロ電流の状態でターンオフすることができる。さらに、共振回路内にリアクトルを設け、併せてトランスの漏れインダクタンスを小さくすることで、整流回路のリカバリ時や、トランスの一次側のターンオン時に生じ得る過電圧を抑制できる。一方、特許文献3の共振回路は、コンデンサおよび共振スイッチに対して直列にリアクトルが接続される構成となっている。当該リアクトルは、共振動作用の素子として利用されると共に、共振スイッチのターンオン時の突入サージ電流を抑制する素子としても利用される。 The resonance circuit of Patent Document 2 includes a reactor, a capacitor, and a resonance switch, and the resonance switch is controlled to be turned on in an on period when the switching element on the primary side of the transformer is turned off. Thereby, the switching element on the primary side can be turned off in a substantially zero current state. Furthermore, by providing a reactor in the resonant circuit and reducing the leakage inductance of the transformer, it is possible to suppress overvoltage that may occur during recovery of the rectifier circuit or when the transformer is turned on on the primary side. On the other hand, the resonant circuit of Patent Document 3 has a configuration in which a reactor is connected in series with a capacitor and a resonant switch. The reactor is used as an element for resonance operation and also as an element for suppressing an inrush surge current when the resonance switch is turned on.
特開平4-275060号公報JP-A-4-275060 特開2012-75210号公報JP 2012-75210 A 特開2014-195373号公報JP 2014-195373 A
 例えば、鉄道車両等の照明・空調等に電力を供給する電源装置では、架線の直流電圧(例えば数kV)を商用周波数(例えば60Hz)の交流電圧に変換し、トランスでその電圧レベルを変換することで、商用電源(例えば60HzのAC440V)を生成するような方式が用いられる。ただし、このように、商用周波数の交流電圧をトランスを用いて変換すると、大型のトランスが必要となり、電源装置の大型化を招く恐れがある。 For example, in a power supply device that supplies power to lighting, air conditioning, or the like of a railway vehicle or the like, an overhead wire DC voltage (for example, several kV) is converted into a commercial frequency (for example, 60 Hz) AC voltage, and the voltage level is converted by a transformer. Thus, a method of generating a commercial power supply (for example, AC440V of 60 Hz) is used. However, if a commercial frequency AC voltage is converted using a transformer in this way, a large transformer is required, which may increase the size of the power supply device.
 そこで、架線の直流電圧を、一旦、絶縁型DC-DCコンバータを介して所定の直流電圧に変換したのち、インバータを介して商用電源に変換するような方式を用いることが有益となる。この場合、絶縁型DC-DCコンバータでは、高周波数のトランスを用いることができるため、トランスの小型化、ひいては電源装置の小型化が図れる。しかし、このような方式を用いると、比較的多くのスイッチング素子が必要とされるため、これに伴う電力損失が懸念される。例えば、特許文献2等の方式を用いると、電力損失を低減することが可能であるが、特に、鉄道車両等を代表とする大電力用途では、電力損失の更なる低減が求められる。 Therefore, it is beneficial to use a system in which the DC voltage of the overhead wire is once converted into a predetermined DC voltage via an insulated DC-DC converter and then converted into a commercial power source via an inverter. In this case, since the high-frequency transformer can be used in the insulated DC-DC converter, it is possible to reduce the size of the transformer and hence the power supply device. However, when such a method is used, since a relatively large number of switching elements are required, there is a concern about power loss associated therewith. For example, when the method of Patent Document 2 or the like is used, it is possible to reduce power loss, but further reduction of power loss is required particularly in high power applications typified by railway vehicles.
 本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、電力損失の低減を実現可能な電力変換装置および鉄道車両を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and one of its purposes is to provide a power conversion device and a railway vehicle capable of realizing a reduction in power loss.
 本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
 本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a typical embodiment will be briefly described as follows.
 本実施の形態による電力変換装置は、トランスと、スイッチング素子と、ダイオード回路と、フィルタ回路と、共振回路と、制御回路とを有する。スイッチング素子は、トランスの一次コイルに交流電圧を印加する。ダイオード回路は、トランスの二次コイルの出力電圧を整流する整流ダイオードと、還流電流を流す還流ダイオードとを含む。フィルタ回路は、ダイオード回路の出力電圧を平滑化する。共振回路は、ダイオード回路とフィルタ回路の段間に設けられ、直列に接続される共振インダクタ、共振コンデンサ、共振スイッチを含む。制御回路は、スイッチング素子がオフの期間で共振スイッチをターンオンする。 The power conversion device according to the present embodiment includes a transformer, a switching element, a diode circuit, a filter circuit, a resonance circuit, and a control circuit. The switching element applies an AC voltage to the primary coil of the transformer. The diode circuit includes a rectifier diode that rectifies the output voltage of the secondary coil of the transformer, and a freewheeling diode that flows a freewheeling current. The filter circuit smoothes the output voltage of the diode circuit. The resonant circuit is provided between the diode circuit and the filter circuit and includes a resonant inductor, a resonant capacitor, and a resonant switch connected in series. The control circuit turns on the resonance switch in a period in which the switching element is off.
 本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、電力損失の低減が実現可能になる。 Of the inventions disclosed in the present application, the effects obtained by the representative embodiments will be briefly described, and a reduction in power loss can be realized.
本発明の実施の形態1による電力変換装置において、その構成例を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating an example configuration of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention. 図1の電力変換装置における主要な動作例を説明する概略図である。It is the schematic explaining the main operation examples in the power converter device of FIG. 図1の電力変換装置における主要な動作例を説明する概略図である。It is the schematic explaining the main operation examples in the power converter device of FIG. 図1の電力変換装置における詳細な動作例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the detailed operation example in the power converter device of FIG. 図1の電力変換装置において、制御回路CTLUの主要部の構成例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a main part of a control circuit CTLU in the power conversion device of FIG. 1. 図4Aのステートマシン回路において、ステート(ST2)時の主要な処理内容の一例を示すフロー図である。FIG. 4B is a flowchart showing an example of main processing contents in the state (ST2) in the state machine circuit of FIG. 4A. 本発明の実施の形態1による電力変換装置において、主要な効果の一例を示す波形図である。In the power converter device by Embodiment 1 of this invention, it is a wave form diagram which shows an example of the main effects. 本発明の実施の形態2による電力変換装置において、その構成例を示す回路図である。In the power converter device by Embodiment 2 of this invention, it is a circuit diagram which shows the structural example. 本発明の実施の形態3による電力変換装置において、その構成例を示す回路図である。In the power converter device by Embodiment 3 of this invention, it is a circuit diagram which shows the structural example. 図7の電力変換装置における主要な動作例を説明する概略図である。It is the schematic explaining the example of main operations in the power converter device of FIG. 図7の電力変換装置における主要な動作例を説明する概略図である。It is the schematic explaining the example of main operations in the power converter device of FIG. 図7の電力変換装置において、力行モード動作時の詳細な動作例を示す波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram showing a detailed operation example in a powering mode operation in the power conversion device of FIG. 7. 図7の電力変換装置において、回生モード動作時の詳細な動作例を示す波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram showing a detailed operation example during a regeneration mode operation in the power conversion device of FIG. 7. 本発明の実施の形態4による鉄道車両において、その構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of a structure in the rail vehicle by Embodiment 4 of this invention. 図11の主変換装置におけるインバータ装置の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the inverter apparatus in the main converter of FIG. 図11の主変換装置におけるPWMコンバータ装置の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the PWM converter apparatus in the main converter of FIG. 本発明の一実施の形態による電力変換装置において、その他の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other structural example in the power converter device by one embodiment of this invention.
 以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
 さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
 (実施の形態1)
 《電力変換装置の構成》
 図1は、本発明の実施の形態1による電力変換装置において、その構成例を示す回路図である。図1に示す電力変換装置は、絶縁型DC-DCコンバータとなっている。当該電力変換装置は、一次コイルL1および二次コイルL2を含むトランスTRと、トランスTRの一次側に設けられる一次側駆動回路L1DUおよびコンデンサC1と、トランスTRの二次側に設けられるダイオード回路DDU、共振回路RSUおよびフィルタ回路FLUと、制御回路CTLUとを備える。コンデンサC1には、直流電圧を生成する電源Eが並列に接続される。フィルタ回路FLUの先には負荷回路LDが接続される。なお、実際上、二次コイルL2には、トランスTRの漏れ電力や配線インピーダンス等に起因する漏れインダクタLleakが等価的に直列接続される。
(Embodiment 1)
<Configuration of power converter>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. The power converter shown in FIG. 1 is an insulated DC-DC converter. The power converter includes a transformer TR including a primary coil L1 and a secondary coil L2, a primary side drive circuit L1DU and a capacitor C1 provided on the primary side of the transformer TR, and a diode circuit DDU provided on the secondary side of the transformer TR. And a resonance circuit RSU and a filter circuit FLU, and a control circuit CTLU. A power source E that generates a DC voltage is connected in parallel to the capacitor C1. A load circuit LD is connected to the tip of the filter circuit FLU. In practice, a leakage inductor Lleak due to leakage power, wiring impedance, etc. of the transformer TR is equivalently connected in series to the secondary coil L2.
 一次側駆動回路L1DUは、この例ではフルブリッジ回路となっており、電源Eからの直流電圧が供給され、一次コイルL1に交流電圧を印加する。一次側駆動回路L1DUは、一次コイルL1に正極性の交流電圧を印加するスイッチング素子S1,S4と、一次コイルL1に負極性の交流電圧を印加するスイッチング素子S2,S3とを備える。スイッチング素子S1~S4のそれぞれは、この例ではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)で構成される。また、スイッチング素子S1~S4には、それぞれ、還流ダイオードD1~D4が並列に接続される。 The primary side drive circuit L1DU is a full bridge circuit in this example, and is supplied with a DC voltage from the power source E and applies an AC voltage to the primary coil L1. The primary drive circuit L1DU includes switching elements S1 and S4 that apply a positive AC voltage to the primary coil L1, and switching elements S2 and S3 that apply a negative AC voltage to the primary coil L1. Each of the switching elements S1 to S4 is composed of an IGBT (Insulated Gate Gate Bipolar Transistor) in this example. In addition, free-wheeling diodes D1 to D4 are connected in parallel to the switching elements S1 to S4, respectively.
 ダイオード回路DDUは、この例では、ダイオードD5~D8を備えるフルブリッジダイオード回路となっている。ダイオードD5,D8は、一次コイルL1の正極性の交流電圧に応じた二次コイルL2の出力電圧を整流する整流動作と、一次側駆動回路L1DUのスイッチング素子S1~S4のオフ時に還流電流を流す還流動作とを行う。ダイオードD6,D7は、一次コイルL1の負極性の交流電圧に応じた二次コイルL2の出力電圧を整流する整流動作と、一次側駆動回路L1DUのスイッチング素子S1~S4のオフ時に還流電流を流す還流動作とを行う。 The diode circuit DDU is a full bridge diode circuit including diodes D5 to D8 in this example. The diodes D5 and D8 flow a return current when the output voltage of the secondary coil L2 is rectified according to the positive AC voltage of the primary coil L1 and when the switching elements S1 to S4 of the primary side drive circuit L1DU are turned off. Perform reflux operation. The diodes D6 and D7 pass a reflux current when the output voltage of the secondary coil L2 is rectified according to the negative AC voltage of the primary coil L1 and when the switching elements S1 to S4 of the primary side drive circuit L1DU are turned off. Perform reflux operation.
 フィルタ回路FLUは、ダイオード回路DDUの出力に直列接続されるインダクタLと、ダイオード回路DDUの出力に並列接続されるコンデンサC2とを含み、ダイオード回路DDUの出力電圧(および出力電流)を平滑化する。共振回路RSUは、ダイオード回路DDUとフィルタ回路FLUの段間に設けられ、直列接続されるコンデンサ(共振コンデンサと呼ぶ)Cr、インダクタ(共振インダクタと呼ぶ)Lr、スイッチング素子(共振スイッチと呼ぶ)Srを含む。当該共振コンデンサCr、共振インダクタLr、共振スイッチSrは、ダイオード回路DDUの出力ノードとなる2個のノード間に直列接続され、さらに、フィルタ回路FLUの入力ノードとなる2個のノード間にも直列接続される。 Filter circuit FLU includes an inductor L connected in series to the output of diode circuit DDU and a capacitor C2 connected in parallel to the output of diode circuit DDU, and smoothes the output voltage (and output current) of diode circuit DDU. . The resonant circuit RSU is provided between the diode circuit DDU and the filter circuit FLU, and is connected in series with a capacitor (referred to as a resonant capacitor) Cr, an inductor (referred to as a resonant inductor) Lr, and a switching element (referred to as a resonant switch) Sr. including. The resonance capacitor Cr, the resonance inductor Lr, and the resonance switch Sr are connected in series between two nodes that are output nodes of the diode circuit DDU, and are also connected in series between two nodes that are input nodes of the filter circuit FLU. Connected.
 共振スイッチSrは、この例では、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で構成される。また、共振スイッチSrには、ダイオード(共振ダイオードと呼ぶ)Drが並列に接続される。共振ダイオードDrは、例えば、MOSFETの内蔵ダイオード等である。制御回路CTLUは、一次側駆動回路L1DUの各スイッチング素子S1~S4および共振スイッチSrのオン・オフを制御する。 In this example, the resonance switch Sr is constituted by a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Semiconductor Field Field Effect Transistor). A diode (referred to as a resonance diode) Dr is connected in parallel to the resonance switch Sr. The resonant diode Dr is, for example, a MOSFET built-in diode. The control circuit CTLU controls on / off of the switching elements S1 to S4 and the resonance switch Sr of the primary side drive circuit L1DU.
 なお、特に限定はされないが、電源Eは、例えば、数kV等の直流電圧を生成し、フィルタ回路FLUからは、例えば、数百V等の直流電圧が生成される。また、共振回路RSUにおける各素子(Cr,Lr,Sr)は、直列接続であればよく、その接続順序は、特に問わない。 Although not particularly limited, the power source E generates a DC voltage such as several kV, for example, and a DC voltage such as several hundred V is generated from the filter circuit FLU. Further, each element (Cr, Lr, Sr) in the resonance circuit RSU may be connected in series, and the connection order is not particularly limited.
 《電力変換装置の概略動作》
 図2Aおよび図2Bは、図1の電力変換装置における主要な動作例を説明する概略図である。図1の制御回路CTLUは、まず、図2Aに示すように、スイッチング素子S1,S4をオンに制御することで、一次コイルL1から二次コイルL2に電力を伝送する動作(電力伝送動作と呼ぶ)を実行する(ステップSP100)。この場合、二次コイルL2から出力される交流電圧は、整流ダイオードとして動作するダイオードD5,D8で整流され、フィルタ回路FLUで平滑化されたのち負荷回路LDに供給される(ステップSP100)。
<< Schematic operation of power converter >>
2A and 2B are schematic diagrams for explaining a main operation example in the power conversion apparatus of FIG. First, as shown in FIG. 2A, the control circuit CTLU in FIG. 1 controls the switching elements S1 and S4 to be on, thereby transmitting power from the primary coil L1 to the secondary coil L2 (referred to as power transmission operation). ) Is executed (step SP100). In this case, the AC voltage output from the secondary coil L2 is rectified by the diodes D5 and D8 operating as rectifier diodes, smoothed by the filter circuit FLU, and then supplied to the load circuit LD (step SP100).
 次に、制御回路CTLUは、スイッチング素子S1,S4をターンオフすることで図2Bで述べるような還流動作に移行するが、その移行の際の前処理として、共振スイッチSrをターンオンする。これにより、共振回路RSUには、共振電流irが流れ(ステップSP101)、共振回路RSU(および漏れインダクタLleak)の共振周波数によって定まる時間を経過したのち、逆方向の共振電流(-ir)が流れる(ステップSP102)。 Next, the control circuit CTLU shifts to the reflux operation as described in FIG. 2B by turning off the switching elements S1 and S4, and turns on the resonance switch Sr as a pre-processing at the time of the transition. As a result, the resonance current ir flows through the resonance circuit RSU (step SP101), and after the time determined by the resonance frequency of the resonance circuit RSU (and the leakage inductor Lleak) has elapsed, the resonance current (−ir) in the reverse direction flows. (Step SP102).
 この逆方向の共振電流(-ir)が負荷電流iLDに等しくなると、二次コイルL2に流れる電流はゼロとなり、これに伴い一次コイルL1に流れる電流(すなわち、スイッチング素子S1,S4に流れる電流)もゼロとなる。この際に、スイッチング素子S1,S4には、厳密には、トランスTRの励磁電流に相当する電流が流れるが、当該電流は微小であるため、本明細書では無視する。制御回路CTLUは、このようにしてスイッチング素子S1,S4に流れる電流がゼロとなった状態で、スイッチング素子S1,S4をターンオフする(ステップSP103)。その結果、スイッチング損失を低減できる。 When the reverse resonance current (−ir) becomes equal to the load current iLD, the current flowing through the secondary coil L2 becomes zero, and accordingly, the current flowing through the primary coil L1 (that is, the current flowing through the switching elements S1 and S4). Will also be zero. At this time, strictly speaking, a current corresponding to the exciting current of the transformer TR flows through the switching elements S1 and S4. However, since the current is very small, it is ignored in this specification. The control circuit CTLU turns off the switching elements S1 and S4 in a state where the current flowing through the switching elements S1 and S4 becomes zero in this way (step SP103). As a result, switching loss can be reduced.
 スイッチング素子S1,S4をターンオフすると、図2Bに示すような還流動作に移行する。すなわち、図2Bにおいて、制御回路CTLUは、スイッチング素子S1~S4をオフに制御することで、フィルタ回路FLUに流れる電流を、還流ダイオードとして動作するダイオードD5~D8を介して還流させる(ステップSP104)。次に、制御回路CTLUは、スイッチング素子S2,S3をターンオンすることで図2Aの場合と同様の電力伝送動作(ただし、逆極性となる)に移行するが、その移行の際の前処理として、スイッチング素子S1~S4がオフの期間で共振スイッチSrをターンオンする。 When the switching elements S1, S4 are turned off, the flow returns to the reflux operation as shown in FIG. 2B. That is, in FIG. 2B, the control circuit CTLU controls the switching elements S1 to S4 to turn off, thereby causing the current flowing through the filter circuit FLU to flow back through the diodes D5 to D8 that operate as freewheeling diodes (step SP104). . Next, the control circuit CTLU turns on the switching elements S2 and S3 to shift to the same power transmission operation as in FIG. 2A (however, the polarity is reversed). The resonant switch Sr is turned on while the switching elements S1 to S4 are off.
 これにより、共振回路RSUには、共振電流irが流れ(ステップSP105)、共振回路RSUの共振周波数によって定まる時間を経過したのち、逆方向の共振電流(-ir)が流れる(ステップSP106)。この逆方向の共振電流(-ir)が負荷電流iLDに等しくなると、ダイオードD5~D8の電流はゼロとなる。制御回路CTLUは、このようにしてダイオードD5,D8に流れる電流がゼロとなった状態で、スイッチング素子S2,S3をターンオフする(ステップSP107)。 Thereby, the resonance current ir flows through the resonance circuit RSU (step SP105), and after the time determined by the resonance frequency of the resonance circuit RSU has elapsed, the resonance current (-ir) in the reverse direction flows (step SP106). When the reverse resonance current (−ir) becomes equal to the load current iLD, the currents of the diodes D5 to D8 become zero. The control circuit CTLU turns off the switching elements S2 and S3 in such a state that the current flowing through the diodes D5 and D8 becomes zero (step SP107).
 その結果、ダイオードD5,D8のリカバリ損失を低減できる。すなわち、図2BのようにダイオードD5~D8に還流電流(言い換えれば順方向電流)が流れた状態で、スイッチング素子S2,S3をターンオンすると、図2Aの場合のダイオードD6,D7と同様に、ダイオードD5,D8に逆バイアスが印加されることになる。ダイオードを順バイアス(順方向電流が流れている状態)から逆バイアスに切り換えると、リカバリ電流と呼ばれる大きな電流が流れ、リカバリ損失と呼ばれる電力損失が生じることが知られている。図2Bの方式を用いると、ダイオードを、電流がゼロの状態から逆バイアスに切り換えることができるため、リカバリ電流は流れない。 As a result, the recovery loss of the diodes D5 and D8 can be reduced. That is, when the switching elements S2 and S3 are turned on in a state in which a return current (in other words, forward current) flows through the diodes D5 to D8 as shown in FIG. 2B, the diodes are similar to the diodes D6 and D7 in FIG. 2A. A reverse bias is applied to D5 and D8. It is known that when a diode is switched from a forward bias (a state in which a forward current flows) to a reverse bias, a large current called a recovery current flows and a power loss called a recovery loss occurs. When the method of FIG. 2B is used, since the diode can be switched from the zero current state to the reverse bias, no recovery current flows.
 《電力変換装置の詳細動作》
 図3は、図1の電力変換装置における詳細な動作例を示す波形図である。図3において、vTは、一次コイルL1の電圧であり、iTは、一次コイルL1の電流である。i1~i4は、それぞれ、スイッチング素子S1~S4および/またはダイオードD1~D4に流れる電流であり、i5~i8は、それぞれ、ダイオードD5~D8に流れる電流である。irは、共振回路RSUに流れる電流(共振電流)であり、vCrは、共振コンデンサCrの電圧であり、vLrは、共振インダクタLrの電圧である。vLleakは、漏れインダクタLleakの電圧である。また、ここでは、説明の便宜上、トランスTRの巻数比は1:1と仮定する。
<Detailed operation of power converter>
FIG. 3 is a waveform diagram showing a detailed operation example in the power conversion device of FIG. 1. In FIG. 3, vT is the voltage of the primary coil L1, and iT is the current of the primary coil L1. i1 to i4 are currents flowing through the switching elements S1 to S4 and / or diodes D1 to D4, respectively, and i5 to i8 are currents flowing through the diodes D5 to D8, respectively. ir is a current (resonant current) flowing through the resonance circuit RSU, vCr is a voltage of the resonance capacitor Cr, and vLr is a voltage of the resonance inductor Lr. vLleak is the voltage of the leakage inductor Lleak. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the turns ratio of the transformer TR is 1: 1.
 まず、時刻t1以前の期間では、制御回路CTLUは、スイッチング素子S1,S4をオンに、スイッチング素子S2,S3をオフにそれぞれ制御する。これにより、電圧vTは、電源Eの直流電圧に等しくなる。また、電流iT,i1,i4,i5,i8のそれぞれは、負荷電流iLDに等しくなる。 First, in a period before time t1, the control circuit CTLU controls the switching elements S1 and S4 to be on and the switching elements S2 and S3 to be off. Thereby, the voltage vT becomes equal to the DC voltage of the power source E. Also, each of the currents iT, i1, i4, i5, i8 is equal to the load current iLD.
 次いで、時刻t1~t2の期間では、図2Aに示したように、制御回路CTLUは、共振スイッチSrをターンオンする。これにより、電流iT,i1,i4,i5,i8は、負荷電流iLDに共振電流irが加えられた値となる。その後、制御回路CTLUは、共振電流irがゼロより小さくなったら(すなわち、共振電流irの極性が反転したら)、電流経路が共振ダイオードDrに移るため、共振スイッチSrをターンオフする。 Next, in the period from time t1 to time t2, as shown in FIG. 2A, the control circuit CTLU turns on the resonance switch Sr. As a result, the currents iT, i1, i4, i5, and i8 have values obtained by adding the resonance current ir to the load current iLD. After that, when the resonance current ir becomes smaller than zero (that is, when the polarity of the resonance current ir is reversed), the control circuit CTLU turns off the resonance switch Sr because the current path moves to the resonance diode Dr.
 続いて、時刻t2~t3の期間において、共振電流(-ir)は、負荷電流iLDに等しくなる。これに伴い、図2Aでも述べたように、電流iT,i1,i4,i5,i8はゼロになる。制御回路CTLUは、この状態で、スイッチング素子S1,S4をターンオフする。その結果、スイッチング素子S1,S4を、電流がゼロの状態でターンオフできるため、スイッチング損失を低減できる。その後、時刻t3~t4の期間では、共振コンデンサCrの放電が終わるまで、引き続き共振ダイオードDrに電流が流れる。 Subsequently, during the period from time t2 to t3, the resonance current (−ir) becomes equal to the load current iLD. Accordingly, as described in FIG. 2A, the currents iT, i1, i4, i5, and i8 become zero. In this state, the control circuit CTLU turns off the switching elements S1 and S4. As a result, since the switching elements S1 and S4 can be turned off in a state where the current is zero, switching loss can be reduced. Thereafter, during the period from time t3 to time t4, current continues to flow through the resonant diode Dr until the discharge of the resonant capacitor Cr is completed.
 次いで、時刻t4において、共振コンデンサCrの放電が終わり(共振電流がゼロとなり)、共振ダイオードDrに代わってダイオードD5~D8に還流経路が形成される。その結果、時刻t4~t5の期間は、電流(還流電流)i5~i8のそれぞれは、“iLD/2”となる。 Next, at time t4, the discharge of the resonance capacitor Cr ends (the resonance current becomes zero), and a reflux path is formed in the diodes D5 to D8 instead of the resonance diode Dr. As a result, during the period from time t4 to time t5, each of the currents (return currents) i5 to i8 is “iLD / 2”.
 時刻t5~t6の期間では、この還流電流が流れている状態(言い換えれば、スイッチング素子S1~S4がオフの期間)で、図2Bに示したように、制御回路CTLUは、共振スイッチSrをターンオンする。その結果、電流i5~i8のそれぞれは、“(iLD+ir)/2”となる。その後、制御回路CTLUは、共振電流irがゼロより小さくなったら(すなわち、共振電流irの極性が反転したら)、共振スイッチSrをターンオフする。 In the period from time t5 to t6, the control circuit CTLU turns on the resonance switch Sr as shown in FIG. 2B in a state in which the return current flows (in other words, the period in which the switching elements S1 to S4 are off). To do. As a result, each of the currents i5 to i8 is “(iLD + ir) / 2”. Thereafter, when the resonance current ir becomes smaller than zero (that is, when the polarity of the resonance current ir is inverted), the control circuit CTLU turns off the resonance switch Sr.
 続いて、時刻t6~t7の期間において、図2Bで説明したように、共振電流(-ir)は負荷電流iLDに等しくなり、これに伴い、電流i5~i8はゼロになる。また、共振電流irは、共振コンデンサCrの放電が終わるまで、共振ダイオードDrに流れ続ける。この状態で、時刻t7において、制御回路CTLUは、スイッチング素子S2,S3をターンオンする。その結果、電圧vTは、電源Eの直流電圧の逆極性の電圧(負電圧)となり、ダイオードD5,D8は、逆バイアスに伴いオフとなる。ただし、この際に、電流はゼロであるため、リカバリ損失は生じない。 Subsequently, during the period from time t6 to time t7, as described with reference to FIG. 2B, the resonance current (−ir) becomes equal to the load current iLD, and accordingly, the currents i5 to i8 become zero. Further, the resonance current ir continues to flow through the resonance diode Dr until the discharge of the resonance capacitor Cr is completed. In this state, at time t7, the control circuit CTLU turns on the switching elements S2 and S3. As a result, the voltage vT becomes a voltage (negative voltage) having a polarity opposite to that of the DC voltage of the power supply E, and the diodes D5 and D8 are turned off with the reverse bias. However, at this time, since the current is zero, no recovery loss occurs.
 その後、時刻t7~t8において、電流i2,i3,i6,i7および電流(-iT)のそれぞれは、負荷電流iLDに等しくなり、前述した時刻t1以前の期間に対して、一次側駆動回路L1DUおよびダイオード回路DDUの中の電流経路を入れ替えた状態で同様の動作が行われる。また、時刻t8~t14の期間でも、前述した時刻t1~t7の期間と同様の動作が行われる。 Thereafter, at times t7 to t8, the currents i2, i3, i6, i7 and the current (−iT) are equal to the load current iLD, and the primary side drive circuit L1DU and A similar operation is performed in a state where the current paths in the diode circuit DDU are switched. In the period from time t8 to t14, the same operation as in the period from time t1 to t7 is performed.
 《制御回路の概略構成および動作》
 図4Aは、図1の電力変換装置において、制御回路CTLUの主要部の構成例を示す概略図である。図4Aの制御回路CTLUは、例えば、アナログディジタル変換器ADC等の検出回路と、ステートマシン(シーケンサ)回路SMUと、ドライバ回路DVUとを備える。アナログディジタル変換器ADCは、例えば、図1における共振スイッチ(MOSFET)のソース・ドレイン間電圧Vdsと、ダイオードD5~D8に流れる電流i5~i8とを検出する。
<< Schematic configuration and operation of control circuit >>
FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a configuration example of a main part of the control circuit CTLU in the power conversion device of FIG. 1. The control circuit CTLU in FIG. 4A includes, for example, a detection circuit such as an analog-digital converter ADC, a state machine (sequencer) circuit SMU, and a driver circuit DVU. The analog-digital converter ADC detects, for example, the source-drain voltage Vds of the resonance switch (MOSFET) in FIG. 1 and currents i5 to i8 flowing through the diodes D5 to D8.
 電流i5~i8は、特に個別に検出する必要はなく、例えば、図1のダイオード回路DDUの出力ノードに、ホール効果やカレントトランス等を利用した一般的な電流センサを接続することで、ダイオード回路DDUの出力電流として検出してもよい。ステートマシン回路SMUは、3個のステートST1A,ST1B,ST2を備え、ステートST1AとステートST2の間を移行し、また、ステートST1BとステートST2の間を移行する。 The currents i5 to i8 do not need to be detected individually. For example, by connecting a general current sensor using the Hall effect, current transformer, or the like to the output node of the diode circuit DDU of FIG. You may detect as an output current of DDU. The state machine circuit SMU includes three states ST1A, ST1B, and ST2, and shifts between the states ST1A and ST2, and also shifts between the states ST1B and ST2.
 ステートST1Aは、図2Aに示したように、主に、スイッチング素子S1,S4をオン(スイッチング素子S2,S3をオフ)に制御することで、前述した電力伝送動作を実行するステートである。同様に、ステートST1Bも、主に、スイッチング素子S2,S3をオン(スイッチング素子S1,S4をオフ)に制御することで、前述した電力伝送動作を実行するステートである。一方、ステートST2は、図2Bに示したように、主に、スイッチング素子S1~S4をオフに制御することで、前述した還流動作を実行するステートである。ドライバ回路DVUは、ステートマシン回路SMUから出力される制御信号に基づいて、スイッチング素子S1~S3および共振スイッチSrのオン・オフを制御する。 As shown in FIG. 2A, the state ST1A is a state in which the above-described power transmission operation is executed mainly by controlling the switching elements S1 and S4 to be on (switching elements S2 and S3 are off). Similarly, the state ST1B is a state in which the power transmission operation described above is executed mainly by controlling the switching elements S2 and S3 to be on (switching elements S1 and S4 are off). On the other hand, as shown in FIG. 2B, the state ST2 is a state in which the above-described reflux operation is performed mainly by turning off the switching elements S1 to S4. The driver circuit DVU controls on / off of the switching elements S1 to S3 and the resonance switch Sr based on a control signal output from the state machine circuit SMU.
 図4Bは、図4Aのステートマシン回路において、ステート(ST2)時の主要な処理内容の一例を示すフロー図である。図4Bにおいて、まず、ステートマシン回路SMUは、移行元がステートST1Aの場合にはスイッチング素子S1,S4をターンオフし、移行元がステートST1Bの場合にはスイッチング素子S2,S3をターンオフする(ステップSP301)。その後、ステートマシン回路SMUは、例えば、予め定めた所定のタイミングで共振スイッチSrをターンオンする(ステップSP302)。 FIG. 4B is a flowchart showing an example of main processing contents in the state (ST2) in the state machine circuit of FIG. 4A. 4B, first, the state machine circuit SMU turns off the switching elements S1 and S4 when the transition source is the state ST1A, and turns off the switching elements S2 and S3 when the transition source is the state ST1B (step SP301). ). Thereafter, the state machine circuit SMU turns on the resonance switch Sr at a predetermined timing, for example (step SP302).
 次いで、ステートマシン回路SMUは、図3の時刻t6に示したように共振回路RSUの共振電流irの極性が反転するのを待つ(ステップSP303)。具体的には、ステートマシン回路SMUは、例えば、図4Aのアナログディジタル変換器ADCによって検出される共振スイッチSrの電圧Vdsの極性を監視すればよい。ステートマシン回路SMUは、共振電流irの極性が反転すると、共振スイッチSrをターンオフする(ステップSP304)。 Next, the state machine circuit SMU waits for the polarity of the resonance current ir of the resonance circuit RSU to be reversed as shown at time t6 in FIG. 3 (step SP303). Specifically, the state machine circuit SMU may monitor the polarity of the voltage Vds of the resonance switch Sr detected by the analog-digital converter ADC of FIG. 4A, for example. When the polarity of the resonance current ir is reversed, the state machine circuit SMU turns off the resonance switch Sr (step SP304).
 続いて、ステートマシン回路SMUは、ダイオードD5~D8の電流(還流電流)i5~i8が予め定めた閾値電流Ith(例えば、ゼロに近い電流)よりも低下するのを待つ(ステップSP305)。具体的には、ステートマシン回路SMUは、例えば、図4Aのアナログディジタル変換器ADCによって検出されるダイオード回路DDUの出力電流を監視すればよい。ステートマシン回路SMUは、電流i5~i8が予め定めた閾値電流Ithよりも低下すると、ステートST1AまたはステートST1Bへ移行する(ステップSP306)。 Subsequently, the state machine circuit SMU waits for the currents (circulation currents) i5 to i8 of the diodes D5 to D8 to fall below a predetermined threshold current Ith (for example, a current close to zero) (step SP305). Specifically, the state machine circuit SMU may monitor the output current of the diode circuit DDU detected by the analog-digital converter ADC of FIG. 4A, for example. When the currents i5 to i8 decrease below the predetermined threshold current Ith, the state machine circuit SMU transitions to the state ST1A or the state ST1B (step SP306).
 なお、図示は省略するが、ステートマシン回路SMUは、例えば、図2AのステップSP103(図3の時刻t3)において、ステートST1AからステートST2へ移行する際にも、ダイオード回路DDUの出力電流を監視することで、電流i1,i4がゼロになったか否かを判別することができる。また、図4Aの制御回路CTLUにおけるステートマシン回路SMUやアナログディジタル変換器ADCは、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアで構成することや、マイクロコントローラ(MCU:Micro Control Unit)等を用いたプロセッサのプログラム処理等で実装することも可能である。 Although not shown, the state machine circuit SMU monitors the output current of the diode circuit DDU even when the state ST1A transitions to the state ST2 in, for example, step SP103 in FIG. 2A (time t3 in FIG. 3). By doing so, it can be determined whether or not the currents i1 and i4 have become zero. Further, the state machine circuit SMU and the analog-digital converter ADC in the control circuit CTLU of FIG. 4A are configured by hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a microcontroller (MCU: Micro Control Unit), or the like. It is also possible to implement by program processing of a processor using.
 さらに、各電流を検出する検出回路は、勿論、図4Aのようなアナログディジタル変換器ADCに限らず、コンパレータ等のハードウェアであってもよく、各電流の検出箇所に関しても、特に図4Aの例に限定されるものではなく、図3の動作を実行するのに必要とされる箇所に、適宜、電流センサ等を設ければよい。また、図4Bの例では、電流等の検出結果に基づいて各スイッチング素子S1~S4および共振スイッチSrの制御タイミングを定めたが、場合によっては、このような検出結果を用いずに、当該制御タイミングを設計値で定めることも可能である。 Further, the detection circuit for detecting each current is of course not limited to the analog-digital converter ADC as shown in FIG. 4A, but may be hardware such as a comparator. The present invention is not limited to the example, and a current sensor or the like may be appropriately provided at a place necessary for executing the operation of FIG. In the example of FIG. 4B, the control timing of each of the switching elements S1 to S4 and the resonance switch Sr is determined based on the detection result of the current or the like. It is also possible to determine the timing by design values.
 すなわち、例えば、図2BのステップSP107(図3の時刻t7)において、スイッチング素子S2,S3は、電流i5,i8がゼロの状態でターンオンすることが望ましい。ただし、電流i5,i8は、必ずしもゼロである必要はなく、共振スイッチSrを用いない場合よりも低減された状態であれば、その分、リカバリ損失の低減効果が得られる。ここで、例えば、図3の時刻t5~t7の各期間の長さは、共振回路RSUの特性等に応じて設計段階である程度予測することができる。したがって、仮に、当該期間の長さに製造ばらつきや環境等に応じた若干のばらつきが生じた場合でも、リカバリ損失の低減効果を十分に得ることができる。 That is, for example, in step SP107 in FIG. 2B (time t7 in FIG. 3), the switching elements S2 and S3 are preferably turned on with the currents i5 and i8 being zero. However, the currents i5 and i8 do not necessarily have to be zero. If the currents i5 and i8 are reduced as compared with the case where the resonance switch Sr is not used, the recovery loss can be reduced accordingly. Here, for example, the length of each period from time t5 to time t7 in FIG. 3 can be predicted to some extent at the design stage according to the characteristics of the resonance circuit RSU. Therefore, even if a slight variation according to manufacturing variation or environment occurs in the length of the period, the effect of reducing the recovery loss can be sufficiently obtained.
 《本実施の形態1の主要な効果》
 図5は、本発明の実施の形態1による電力変換装置において、主要な効果の一例を示す波形図である。図5では、比較例として、本実施の形態1の方式を適用しない場合の波形図も併せて示されている。まず、比較例では、還流動作から電力伝送動作(ここでは、スイッチング素子S2,S3をターンオン)に移行する際の前処理として、共振スイッチSrのターンオンが行われない。この場合、例えば、ダイオードD5では、還流動作の期間で順方向の導通損失が生じることに加えて、スイッチング素子S2,S3をターンオンした際に生じるリカバリ電流と逆バイアスによって、大きなリカバリ損失が生じ得る。
<< Main effects of the first embodiment >>
FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of main effects in the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 also shows a waveform diagram when the method of the first embodiment is not applied as a comparative example. First, in the comparative example, the resonance switch Sr is not turned on as a pre-processing when shifting from the return operation to the power transmission operation (here, the switching elements S2 and S3 are turned on). In this case, for example, in the diode D5, in addition to the forward conduction loss occurring in the period of the reflux operation, a large recovery loss can be caused by the recovery current and the reverse bias generated when the switching elements S2 and S3 are turned on. .
 一方、本実施の形態1の方式を適用すると、ダイオードD5では、還流動作の期間で順方向の導通損失は生じるが、スイッチング素子S2,S3をターンオンした際にリカバリ電流は生じないため、リカバリ損失を低減できる。その結果、例えば、図2AのステップSP103および図3の時刻t3に示したような、スイッチング素子のターンオフ時におけるスイッチング損失の低減効果と併せて、電力損失を低減することが可能になる。 On the other hand, when the method of the first embodiment is applied, in the diode D5, forward conduction loss occurs in the period of the return operation, but no recovery current is generated when the switching elements S2 and S3 are turned on. Can be reduced. As a result, for example, the power loss can be reduced together with the effect of reducing the switching loss when the switching element is turned off as shown in step SP103 in FIG. 2A and time t3 in FIG.
 (実施の形態2)
 《電力変換装置(変形例)の構成》
 図6は、本発明の実施の形態2による電力変換装置において、その構成例を示す回路図である。図6に示す電力変換装置は、図1の構成例と比較して、共振回路RSU1の構成が異なっている。図6の共振回路RSU1は、図1の場合と同様に、ダイオード回路DDUとフィルタ回路FLUの段間に設けられ、直列に接続される共振インダクタLr、共振コンデンサCr、共振スイッチSrを含む。
(Embodiment 2)
<< Configuration of Power Converter (Modification) >>
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention. The power converter shown in FIG. 6 differs from the configuration example of FIG. 1 in the configuration of the resonance circuit RSU1. As in the case of FIG. 1, the resonance circuit RSU1 of FIG. 6 is provided between the diode circuit DDU and the filter circuit FLU, and includes a resonance inductor Lr, a resonance capacitor Cr, and a resonance switch Sr connected in series.
 当該共振インダクタLr、共振コンデンサCr、共振スイッチSrは、ダイオード回路DDUの出力ノードとなる2個のノード間に直列接続される。ただし、図1の場合と異なり、フィルタ回路FLUの入力ノードとなる2個のノード間には、共振コンデンサCr、共振スイッチSrが直列接続され、共振インダクタLrは、ダイオード回路の出力ノードの一方と、フィルタ回路FLUの入力ノードの一方との間に設けられる。 The resonant inductor Lr, the resonant capacitor Cr, and the resonant switch Sr are connected in series between two nodes that are output nodes of the diode circuit DDU. However, unlike the case of FIG. 1, a resonant capacitor Cr and a resonant switch Sr are connected in series between two nodes that are input nodes of the filter circuit FLU, and the resonant inductor Lr is connected to one of the output nodes of the diode circuit. Are provided between one of the input nodes of the filter circuit FLU.
 このような構成を用いても、実施の形態1の場合と同様の動作を行うことで、同様の効果が得られる。 Even if such a configuration is used, the same effect can be obtained by performing the same operation as in the first embodiment.
 (実施の形態3)
 《電力変換装置(応用例)の構成》
 図7は、本発明の実施の形態3による電力変換装置において、その構成例を示す回路図である。図7に示す電力変換装置は、図1の構成例と比較して、ダイオード回路DDU1および制御回路CTLU1の構成が異なっている。図7のダイオード回路DDU1は、ダイオードD5~D8にそれぞれ並列に接続されるスイッチング素子(同期スイッチと呼ぶ)S5~S8を備える。同期スイッチS5~S8のそれぞれは、例えば、MOSFET等で構成される。制御回路CTLU1は、図1の場合と同様の構成で同様の動作を行うことに加えて、さらに、同期スイッチS5~S8のオン・オフを制御する。
(Embodiment 3)
<< Configuration of power converter (application example) >>
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention. The power conversion device shown in FIG. 7 differs from the configuration example of FIG. 1 in the configurations of the diode circuit DDU1 and the control circuit CTLU1. The diode circuit DDU1 of FIG. 7 includes switching elements (referred to as synchronous switches) S5 to S8 connected in parallel to the diodes D5 to D8, respectively. Each of the synchronous switches S5 to S8 is configured by, for example, a MOSFET. In addition to performing the same operation with the same configuration as in FIG. 1, the control circuit CTLU1 further controls on / off of the synchronous switches S5 to S8.
 概略的には、制御回路CTLU1は、実施の形態1で述べたような、ダイオードD5,D8が整流動作および還流動作を行う期間で同期スイッチS5,S8をオンに制御する。同様に、制御回路CTLU1は、ダイオードD6,D7が整流動作および還流動作を行う期間で、同期スイッチS6,S7をオンに制御する。これにより、図5に示したような還流動作時の導通損失を低減することが可能になる。さらに、ダイオードD5~D8が整流動作を行う際の導通損失も低減することが可能になる。 Schematically, the control circuit CTLU1 controls the synchronous switches S5 and S8 to be on during the period in which the diodes D5 and D8 perform the rectification operation and the return operation as described in the first embodiment. Similarly, the control circuit CTLU1 controls the synchronous switches S6 and S7 to be on during the period in which the diodes D6 and D7 perform the rectification operation and the return operation. Thereby, it is possible to reduce the conduction loss during the reflux operation as shown in FIG. Further, it is possible to reduce conduction loss when the diodes D5 to D8 perform the rectification operation.
 《電力変換装置(応用例)の概略動作》
 図8Aおよび図8Bは、図7の電力変換装置における主要な動作例を説明する概略図である。図7に示す電力変換装置は、同期スイッチS5~S8を備えることで、実施の形態1で述べたようなトランスTRの一次側から二次側に向けた電力伝送動作(還流動作を含めて力行モード時動作と呼ぶ)に加えて、トランスTRの二次側から一次側に向けた電力伝送動作(回生モード時動作と呼ぶ)を行うことも可能である。図8Aおよび図8Bには、当該回生モード時動作の概略的な動作内容が示される。なお、この場合、負荷回路LDは、回生電力を生成することが可能なモータ等である。
<< Schematic operation of power converter (application example) >>
8A and 8B are schematic diagrams for explaining a main operation example in the power conversion device of FIG. The power conversion device shown in FIG. 7 includes the synchronous switches S5 to S8, so that the power transmission operation (including the return operation) from the primary side to the secondary side of the transformer TR as described in the first embodiment is performed. In addition to the operation in the mode, it is also possible to perform a power transmission operation (referred to as an operation in the regeneration mode) from the secondary side of the transformer TR to the primary side. 8A and 8B show schematic operation contents of the operation in the regeneration mode. In this case, the load circuit LD is a motor or the like that can generate regenerative power.
 図7の制御回路CTLU1は、まず、図8Aに示すように、同期スイッチS5~S8を共にオンに制御することで、負荷回路LDからの回生電力を、フィルタ回路FLUのインダクタLに蓄積する動作(回生電力蓄積動作と呼ぶ)を実行する(ステップSP400)。その後、制御回路CTLU1は、同期スイッチS6,S7をターンオフすることで、図8Bで述べるような回生電力伝送動作に移行するが、その移行の際の前処理として、共振スイッチSrをターンオンする。 First, as shown in FIG. 8A, the control circuit CTLU1 in FIG. 7 controls the synchronous switches S5 to S8 to be turned on so that the regenerative power from the load circuit LD is accumulated in the inductor L of the filter circuit FLU. (Referred to as regenerative power storage operation) is executed (step SP400). Thereafter, the control circuit CTLU1 turns off the synchronous switches S6 and S7 to shift to the regenerative power transmission operation as described in FIG. 8B, but turns on the resonance switch Sr as preprocessing at the time of the shift.
 これにより、共振回路RSUには、共振電流irが流れる(ステップSP401)。この共振電流irが回生電力に伴う負荷電流(-iLD)に等しくなると、同期スイッチS5~S8に流れる電流はゼロとなる。制御回路CTLU1は、このようにして同期スイッチS6,S7に流れる電流がゼロとなった状態で、同期スイッチS6,S7をターンオフする(ステップSP402)。その結果、同期スイッチS6,S7におけるスイッチング損失を低減できる。 Thereby, the resonance current ir flows through the resonance circuit RSU (step SP401). When the resonance current ir becomes equal to the load current (−iLD) accompanying the regenerative power, the current flowing through the synchronous switches S5 to S8 becomes zero. The control circuit CTLU1 turns off the synchronous switches S6 and S7 in a state where the current flowing through the synchronous switches S6 and S7 becomes zero in this way (step SP402). As a result, switching loss in the synchronous switches S6 and S7 can be reduced.
 その後、共振回路RSUでは、共振回路RSUの共振周波数によって定まる時間を経過したのち、逆方向の共振電流(-ir)が流れる(ステップSP403)。この共振電流(-ir)は、図8Bに示すような回生電力伝送動作の中で、ステップSP402でオン状態となっている同期スイッチS5,S8を介して二次コイルL2に流れる。 Thereafter, in the resonance circuit RSU, after a time determined by the resonance frequency of the resonance circuit RSU has elapsed, a resonance current (-ir) in the reverse direction flows (step SP403). This resonance current (−ir) flows to the secondary coil L2 through the synchronous switches S5 and S8 which are turned on in step SP402 during the regenerative power transmission operation as shown in FIG. 8B.
 図8Bにおいて、制御回路CTLU1は、図8Aで述べたように、同期スイッチS5,S8をオンに、同期スイッチS6,S7をオフにそれぞれ制御することで、インダクタLに蓄積された回生電力および共振電流(-ir)に伴う電力を、二次コイルL2から一次コイルL1に伝送する動作(回生電力伝送動作と呼ぶ)を実行する(ステップSP403)。当該一次コイルL1に伝送された回生電力は、スイッチング素子S1,S4の還流ダイオードD1,D4を介して電源Eに伝送される(ステップSP403)。 In FIG. 8B, as described in FIG. 8A, the control circuit CTLU1 controls the synchronous switches S5 and S8 to be turned on and the synchronous switches S6 and S7 to be turned off, so that the regenerative power and resonance accumulated in the inductor L are controlled. An operation (referred to as regenerative power transmission operation) of transmitting electric power accompanying the current (−ir) from the secondary coil L2 to the primary coil L1 is executed (step SP403). The regenerative power transmitted to the primary coil L1 is transmitted to the power source E via the return diodes D1 and D4 of the switching elements S1 and S4 (step SP403).
 その後、制御回路CTLU1は、同期スイッチS6,S7をターンオンすることで、図8Aで述べたような回生電力蓄積動作に移行するが、その移行の際の前処理として、共振スイッチSrをターンオンする。これにより、共振回路RSUには、共振電流irが流れる(ステップSP404)。この共振電流irが回生電力に伴う負荷電流(-iLD)に等しくなると、二次コイルL2に流れる電流はゼロとなり、これに伴い一次コイルL1に流れる電流(言い換えれば、ダイオードD1,D4に流れる電流)もゼロとなる。 After that, the control circuit CTLU1 turns on the synchronous switches S6 and S7 to shift to the regenerative power storage operation as described in FIG. 8A, but turns on the resonance switch Sr as pre-processing at the time of the shift. Thereby, the resonance current ir flows through the resonance circuit RSU (step SP404). When the resonance current ir becomes equal to the load current (−iLD) associated with the regenerative power, the current flowing through the secondary coil L2 becomes zero, and the current flowing through the primary coil L1 (in other words, the current flowing through the diodes D1 and D4). ) Is also zero.
 制御回路CTLU1は、このようにしてダイオードD1,D4に流れる電流がゼロとなった状態で、スイッチング素子S6,S7をターンオンする(ステップSP405)。その結果、ダイオードD1,D4におけるリカバリ損失を低減できる。すなわち、仮に、ダイオードD1,D4に順方向電流が流れた状態から図8Aに示したような回生電力蓄積動作に移行すると、ダイオードD1,D4は、順バイアスから逆バイアスに切り替わり、その際のリカバリ電流によってリカバリ損失が生じ得る。一方、図8Bのように、ダイオードD1,D4に流れる電流をゼロにした状態で、ダイオードD1,D4を逆バイアスに切り換えると、リカバリ電流は生じない。 The control circuit CTLU1 turns on the switching elements S6 and S7 in a state where the current flowing through the diodes D1 and D4 becomes zero in this way (step SP405). As a result, recovery loss in the diodes D1 and D4 can be reduced. That is, if the diode D1 and D4 shift from the forward current flow to the regenerative power storage operation as shown in FIG. 8A, the diodes D1 and D4 are switched from the forward bias to the reverse bias, and recovery at that time is performed. Recovery loss can occur due to the current. On the other hand, when the diodes D1 and D4 are switched to the reverse bias in the state where the currents flowing through the diodes D1 and D4 are zero as shown in FIG. 8B, no recovery current is generated.
 その後、共振回路RSUには、共振回路RSUの特性等によって定まる時間を経過したのち、逆方向の共振電流(-ir)が流れる(ステップSP406)。当該共振電流(-ir)は、図8Aに示したような回生電力蓄積動作の中で、フィルタ回路FLUのインダクタLに蓄積される。 Thereafter, after a time determined by the characteristics of the resonance circuit RSU and the like has elapsed, a resonance current (-ir) in the reverse direction flows through the resonance circuit RSU (step SP406). The resonance current (−ir) is accumulated in the inductor L of the filter circuit FLU during the regenerative power accumulation operation as shown in FIG. 8A.
 以降、制御回路CTLU1は、回生電力蓄積動作を経たのち、同期スイッチS6,S7をオンに、同期スイッチS5,S8をオフにそれぞれ制御する(すなわち、同期スイッチS5,S8をターンオフする)ことで、図8Bの場合と同様の回生電力伝送動作(ただし、逆極性となる)を実行する。このように、制御回路CTLU1は、スイッチング素子S1~S4がオフの期間(言い換えれば、ダイオードD1~D4に順方向電流が流れ得る期間)で、共振スイッチSrをターンオンすることで、リカバリ損失を低減する。 Thereafter, the control circuit CTLU1 controls the synchronous switches S6 and S7 to be turned on and the synchronous switches S5 and S8 to be turned off after the regenerative power storage operation (that is, the synchronous switches S5 and S8 are turned off). A regenerative power transmission operation similar to that in the case of FIG. As described above, the control circuit CTLU1 reduces the recovery loss by turning on the resonance switch Sr in a period in which the switching elements S1 to S4 are off (in other words, a period in which forward current can flow in the diodes D1 to D4). To do.
 《電力変換装置(応用例)の詳細動作》
 図9は、図7の電力変換装置において、力行モード動作時の詳細な動作例を示す波形図である。図9では、前述した図3に対して、同期スイッチS5~S8のオン・オフ信号が追加されている。また、電流i5~i8のそれぞれは、対応するダイオードおよび/または同期スイッチに流れる電流である。ここでは、図3の場合との相違点に着目して説明を行う。
<< Detailed operation of power converter (application example) >>
FIG. 9 is a waveform diagram showing a detailed operation example in the power running mode operation in the power conversion device of FIG. In FIG. 9, on / off signals of the synchronous switches S5 to S8 are added to FIG. 3 described above. Each of the currents i5 to i8 is a current that flows through the corresponding diode and / or synchronous switch. Here, the description will be made focusing on differences from the case of FIG.
 まず、時刻t2以前の期間では、スイッチング素子S1,S4のオンに伴いダイオードD5,D8が整流動作を行うため、制御回路CTLU1は、同期スイッチS5,S8をオンに制御する。これにより、電流i5,i8は、主として同期スイッチS5,S8を流れるため、ダイオードD5,D8の整流動作時の導通損失を低減できる。 First, in a period before time t2, the diodes D5 and D8 perform rectifying operation as the switching elements S1 and S4 are turned on, so the control circuit CTLU1 controls the synchronous switches S5 and S8 to be turned on. Thereby, since the currents i5 and i8 mainly flow through the synchronous switches S5 and S8, the conduction loss during the rectifying operation of the diodes D5 and D8 can be reduced.
 次いで、図3の場合と同様に、時刻t2~t3では、共振ダイオードDrを介して逆方向の共振電流(-ir)が流れており、時刻t3~t4では、当該逆方向の共振電流(-ir)がゼロとなり、ダイオードD5~D8に還流電流が流れ始める。この期間では、ダイオードD5,D8は、還流動作を行うため、制御回路CTLU1は、引き続き同期スイッチS5,S8をオンに保つ。 Next, as in the case of FIG. 3, the resonance current (−ir) in the reverse direction flows through the resonance diode Dr from time t2 to t3, and the resonance current (−−) in the reverse direction from time t3 to t4. ir) becomes zero, and the reflux current starts to flow through the diodes D5 to D8. During this period, since the diodes D5 and D8 perform the recirculation operation, the control circuit CTLU1 continues to keep the synchronous switches S5 and S8 on.
 さらに、制御回路CTLU1は、時刻t3~t4でダイオードD6,D7が還流動作を開始したことを受けて、時刻t4で、同期スイッチS6,S7をターンオンする。続いて、時刻t4~t6では、ダイオードD5~D8が引き続き還流動作を行っているため、制御回路CTLU1は、引き続き同期スイッチS5~S8をオンに保つ。これにより、電流i5~i8は、主として同期スイッチS5~S8を流れるため、ダイオードD5~D8の還流動作時の導通損失を低減できる。 Further, the control circuit CTLU1 turns on the synchronous switches S6 and S7 at time t4 in response to the start of the return operation of the diodes D6 and D7 from time t3 to t4. Subsequently, at times t4 to t6, the diodes D5 to D8 continue to perform the reflux operation, so the control circuit CTLU1 continues to keep the synchronous switches S5 to S8 on. As a result, the currents i5 to i8 mainly flow through the synchronous switches S5 to S8, so that the conduction loss during the return operation of the diodes D5 to D8 can be reduced.
 ここで、時刻t6~t7において、制御回路CTLU1は、時刻t5における共振スイッチSrのターンオンに応じて電流i5,i8がゼロになる前に同期スイッチS5,S8をターンオフし、電流i5,i8の経路をダイオードD5,D8に移す。時刻t7において、制御回路CTLU1は、電流i5,i8がゼロになったことに伴いスイッチング素子S2,S3をターンオンする。この際には、同期スイッチS5,S8は既にオフ状態であるため、ダイオードD5,D8に逆バイアスが印加される。ただし、電流i5,i8はゼロであるため、リカバリ電流は発生しない。 Here, from time t6 to t7, the control circuit CTLU1 turns off the synchronous switches S5 and S8 before the currents i5 and i8 become zero in response to the turn-on of the resonance switch Sr at time t5, and the path of the currents i5 and i8. Is transferred to diodes D5 and D8. At time t7, the control circuit CTLU1 turns on the switching elements S2 and S3 when the currents i5 and i8 become zero. At this time, since the synchronous switches S5 and S8 are already in the off state, a reverse bias is applied to the diodes D5 and D8. However, since the currents i5 and i8 are zero, no recovery current is generated.
 その後、時刻t7~t9では、スイッチング素子S2,S3のオンに伴いダイオードD6,D7が整流動作を行うため、制御回路CTLU1は、引き続き同期スイッチS6,S7をオンに保つ。そして、時刻t9~t14の期間では、前述した時刻t2~t7の期間に対して、一次側駆動回路L1DUおよびダイオード回路DDU1の中の電流経路を入れ替えた状態で同様の動作が行われる。 After that, from time t7 to t9, the diodes D6 and D7 perform rectifying operation as the switching elements S2 and S3 are turned on, so that the control circuit CTLU1 continues to keep the synchronous switches S6 and S7 on. In the period from time t9 to t14, the same operation is performed in the state where the current paths in the primary side drive circuit L1DU and the diode circuit DDU1 are exchanged in the period from time t2 to t7.
 図10は、図7の電力変換装置において、回生モード動作時の詳細な動作例を示す波形図である。ここでは、説明の便宜上、トランスTRの巻数比は1:1と仮定する。まず、時刻t1以前の期間では、制御回路CTLU1は、図8Bに示したような回生電力伝送動作を行う。すなわち、制御回路CTLU1は、同期スイッチS5,S8をオンに、同期スイッチS6,S7をオフにそれぞれ制御する。これにより、電流i5,i8,iT,i1,i4のそれぞれは、負荷電流iLDに等しくなる。この際には、負荷電流iLDは負極性であるため、電流i5,i8,iT,i1,i4も負極性となる。また、当該期間では、トランスTRの電圧vTは、正電圧となり、ダイオードD1,D4を介して負極性の電流i1,i4が流れる。 FIG. 10 is a waveform diagram showing a detailed operation example during the regeneration mode operation in the power conversion device of FIG. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the turns ratio of the transformer TR is 1: 1. First, in a period before time t1, the control circuit CTLU1 performs a regenerative power transmission operation as shown in FIG. 8B. That is, the control circuit CTLU1 controls the synchronous switches S5 and S8 to be on and the synchronous switches S6 and S7 to be off. As a result, each of the currents i5, i8, iT, i1, i4 is equal to the load current iLD. At this time, since the load current iLD has a negative polarity, the currents i5, i8, iT, i1, i4 also have a negative polarity. Further, during this period, the voltage vT of the transformer TR becomes a positive voltage, and negative currents i1 and i4 flow through the diodes D1 and D4.
 次いで、時刻t1~t2の期間では、制御回路CTLU1は、図8BのステップSP404に示したように、共振スイッチSrをターンオンする。これにより、共振電流irが流れ、電流i5,i8,iT,i1,i4のそれぞれは、“iLD+ir”となる。“iLD”は負極性であり、“ir”は正極性であるため、電流i5,i8,iT,i1,i4のそれぞれは、共振電流irが増加するほど、ゼロに近づいていく。 Next, in the period from time t1 to time t2, the control circuit CTLU1 turns on the resonance switch Sr as shown in step SP404 in FIG. 8B. Thereby, the resonance current ir flows, and each of the currents i5, i8, iT, i1, i4 becomes “iLD + ir”. Since “iLD” has a negative polarity and “ir” has a positive polarity, each of the currents i5, i8, iT, i1, and i4 approaches zero as the resonance current ir increases.
 続いて、時刻t2~t3の期間では、共振電流irは“-iLD”に等しくなり、電流i5,i8,iT,i1,i4のそれぞれはゼロになる。この状態で、制御回路CTLU1は、同期スイッチS6,S7をターンオンし、図8Aに示したような回生電力蓄積動作に移行する。同期スイッチS6,S7をターンオンすると、ダイオードD1,D4は、電源Eの直流電圧を“V”とすると“V/2”の逆バイアスが印加されるため自動的にオフとなる。この際には、ダイオードD1,D4の電流はゼロのため、リカバリ損失を低減できる。また、共振電流irは、正極性(>0)であるため、制御回路CTLU1は、共振スイッチSrのオン状態を保つ。 Subsequently, during the period from time t2 to time t3, the resonance current ir becomes equal to “−iLD”, and the currents i5, i8, iT, i1, i4 become zero. In this state, the control circuit CTLU1 turns on the synchronous switches S6 and S7, and shifts to a regenerative power storage operation as shown in FIG. 8A. When the synchronous switches S6 and S7 are turned on, the diodes D1 and D4 are automatically turned off because a reverse bias of “V / 2” is applied when the DC voltage of the power source E is “V”. At this time, since the currents of the diodes D1 and D4 are zero, the recovery loss can be reduced. Further, since the resonance current ir has positive polarity (> 0), the control circuit CTLU1 keeps the resonance switch Sr on.
 次いで、時刻t3~t4において、共振電流irは、負極性(≦0)となり、共振ダイオードDrに電流が流れるようになる。制御回路CTLU1は、このように共振電流irの極性が反転したら、共振スイッチSrをターンオフする。共振電流irは、共振コンデンサCrの放電が終わるまで流れ続け、これに応じて、電流i5~i8のそれぞれは、“(iLD+ir)/2”となる。また、トランスTRに電力は伝送されず、フィルタ回路FLUのインダクタLに回生電力が蓄積される。 Next, from time t3 to t4, the resonance current ir becomes negative (≦ 0), and the current flows through the resonance diode Dr. When the polarity of the resonance current ir is thus inverted, the control circuit CTLU1 turns off the resonance switch Sr. The resonance current ir continues to flow until the discharge of the resonance capacitor Cr is completed, and accordingly, each of the currents i5 to i8 becomes “(iLD + ir) / 2”. Further, power is not transmitted to the transformer TR, and regenerative power is accumulated in the inductor L of the filter circuit FLU.
 その後、時刻t4において、共振コンデンサCrの放電が終わり、時刻t4~t5において、電流i5~i8のそれぞれは、“iLD/2”に落ち着く。続いて、時刻t5~t6において、制御回路CTLU1は、図8AのステップSP401の場合のように、共振スイッチSrをターンオンする。これにより、共振電流irが流れ、電流i5~i8のそれぞれは、“(iLD+ir)/2”となる。“iLD”は負極性であり、“ir”は正極性であるため、電流i5~i8のそれぞれは、共振電流irが増加するほど、ゼロに近づいていく。 After that, at time t4, the discharge of the resonance capacitor Cr ends, and from time t4 to t5, each of the currents i5 to i8 settles to “iLD / 2”. Subsequently, at time t5 to t6, the control circuit CTLU1 turns on the resonance switch Sr as in step SP401 of FIG. 8A. As a result, the resonance current ir flows and each of the currents i5 to i8 becomes “(iLD + ir) / 2”. Since “iLD” has a negative polarity and “ir” has a positive polarity, each of the currents i5 to i8 approaches zero as the resonance current ir increases.
 次いで、時刻t6において、共振電流irは、“-iLD”に等しくなり、電流i5~i8のそれぞれは、ゼロとなる。この状態で、制御回路CTLU1は、同期スイッチS5,S8をターンオフする。これにより、図8Aの場合と同様に、同期スイッチS5,S8におけるスイッチング損失を低減できる。 Next, at time t6, the resonance current ir becomes equal to “−iLD”, and each of the currents i5 to i8 becomes zero. In this state, the control circuit CTLU1 turns off the synchronous switches S5 and S8. Thereby, the switching loss in synchronous switch S5, S8 can be reduced similarly to the case of FIG. 8A.
 時刻t6~t7において、制御回路CTLU1は、同期スイッチS5,S8をターンオフすることで、回生電力伝送動作に移行する。電流i6,i7のそれぞれは、“(iLD+ir)/2”となる。また、トランスTRに負電圧が印加されるため、電流i2,i3のそれぞれも、“(iLD+ir)/2”となる。さらに、共振電流irは、正極性(>0)であるため、制御回路CTLU1は、共振スイッチSrのオン状態を保つ。 From time t6 to t7, the control circuit CTLU1 shifts to the regenerative power transmission operation by turning off the synchronous switches S5 and S8. Each of the currents i6 and i7 is “(iLD + ir) / 2”. Further, since a negative voltage is applied to the transformer TR, each of the currents i2 and i3 is also “(iLD + ir) / 2”. Furthermore, since the resonance current ir is positive (> 0), the control circuit CTLU1 keeps the resonance switch Sr on.
 次いで、時刻t7~t8において、共振電流irは、負極性(≦0)となり、共振ダイオードDrに電流が流れるようになる。制御回路CTLU1は、このように共振電流irの極性が反転したら、共振スイッチSrをターンオフする。共振電流irは、共振コンデンサCrの放電が終わるまで流れ続け、当該共振電流irに伴う電力は、トランスTRを介して一次側に伝送される。時刻t8において、共振コンデンサCrの放電が終わると、電流i6,i7のそれぞれは、“iLD/2”に落ち着く。 Next, at times t7 to t8, the resonance current ir becomes negative (≦ 0), and the current flows through the resonance diode Dr. When the polarity of the resonance current ir is thus inverted, the control circuit CTLU1 turns off the resonance switch Sr. The resonance current ir continues to flow until the discharge of the resonance capacitor Cr ends, and the electric power accompanying the resonance current ir is transmitted to the primary side via the transformer TR. When the discharge of the resonance capacitor Cr ends at time t8, each of the currents i6 and i7 settles to “iLD / 2”.
 時刻t8~t9では、前述した時刻t1以前の期間に対して、一次側駆動回路L1DUおよびダイオード回路DDU1の中の電流経路を入れ替えた状態で同様の動作が行われる。また、時刻t9~t16の期間でも、前述した時刻t1~t8の期間と同様の動作が行われる。 From time t8 to t9, the same operation is performed with the current paths in the primary side drive circuit L1DU and the diode circuit DDU1 switched for the period before time t1 described above. In the period from time t9 to t16, the same operation as that in the period from time t1 to t8 is performed.
 《本実施の形態3の主要な効果》
 以上、本実施の形態3の電力変換装置を用いると、実施の形態1で述べた各種効果に加えて、力行モード動作時に、ダイオード回路DDU1における各ダイオードの導通損失を低減することが可能になる。さらに、回生モード動作を行うことが可能になり、この際にも、各スイッチング素子のターンオフ時のスイッチング損失や、各ダイオードのリカバリ損失を低減することが可能になる。これらの結果、電力損失の低減が実現可能になる。
<< Main effects of the third embodiment >>
As described above, when the power conversion device of the third embodiment is used, in addition to the various effects described in the first embodiment, the conduction loss of each diode in the diode circuit DDU1 can be reduced during the powering mode operation. . Further, it is possible to perform a regenerative mode operation, and also at this time, it is possible to reduce switching loss when each switching element is turned off and recovery loss of each diode. As a result, a reduction in power loss can be realized.
 なお、ここでは、スイッチング素子S1~S4をIGBTで構成したが、特に、これに限定されるものではなく、必要とされる素子耐圧を満たせるパワートランジスタであれば適宜変更可能である。例えば、スイッチング素子S1~S4を、SiC等を代表とするワイド・バンドギャップ材料を用いたMOSFET等で構成することも可能である。この場合、図8BのステップSP403において、力行モード動作時のダイオード回路DDU1の場合と同様の同期整流を行うと、ダイオードD1,D4の導通損失を低減することが可能となる。また、本実施の形態3における制御回路CTLU1は、例えば、図4Aのステートマシン回路SMUに対して、回生モード動作時のステートを適宜追加すること等で、図4Aの場合と同様にして構成することができる。 Here, the switching elements S1 to S4 are formed of IGBTs, but the present invention is not particularly limited to this, and any suitable power transistor can be used as long as it can satisfy the required element breakdown voltage. For example, the switching elements S1 to S4 can be configured by a MOSFET using a wide band gap material typified by SiC or the like. In this case, if the same synchronous rectification as in the case of the diode circuit DDU1 during the power running mode operation is performed in step SP403 in FIG. 8B, the conduction loss of the diodes D1 and D4 can be reduced. Further, the control circuit CTLU1 in the third embodiment is configured in the same manner as in FIG. 4A, for example, by appropriately adding a state during the regeneration mode operation to the state machine circuit SMU in FIG. 4A. be able to.
 (実施の形態4)
 《鉄道車両の概略構成》
 図11は、本発明の実施の形態4による鉄道車両において、その構成例を示す概略図である。図11に示す鉄道車両は、パンタグラフPTと、ホイールWHと、主変換装置CIと、バッテリ装置BATと、補助電源装置APUと、負荷装置LODm,LODsとを備える。パンタグラフPTは、架線OWからの電力を集電する。架線OWには、例えば、数kV程度の直流電圧が伝送される場合や、数十kV程度の交流電圧が伝送される場合がある。ここでは、交流電圧が伝送される場合を例とする。
(Embodiment 4)
<< Schematic configuration of railcar >>
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration example of a railway vehicle according to the fourth embodiment of the present invention. The railway vehicle shown in FIG. 11 includes a pantograph PT, a wheel WH, a main conversion device CI, a battery device BAT, an auxiliary power supply device APU, and load devices LODm and LODs. The pantograph PT collects power from the overhead line OW. For example, a DC voltage of about several kV may be transmitted to the overhead line OW, or an AC voltage of about several tens of kV may be transmitted. Here, the case where an alternating voltage is transmitted is taken as an example.
 主変換装置CIは、PWMコンバータ装置PWMCと、絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmと、インバータ装置INVmと、直流リンクコンデンサC10,C11とを備える。主変換装置CIは、例えば、ホイールWHを接地電源電圧として動作する。PWMコンバータ装置PWMCは、架線OWからの交流電圧を直流電圧v1に変換して直流リンクコンデンサC10に保持する。 The main converter CI includes a PWM converter PWMC, an insulation type DC-DC converter DCCm, an inverter INVm, and DC link capacitors C10 and C11. The main converter CI operates, for example, using the wheel WH as the ground power supply voltage. The PWM converter device PWMC converts the AC voltage from the overhead wire OW into a DC voltage v1 and holds it in the DC link capacitor C10.
 絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmは、直流リンクコンデンサC10に蓄えられる直流電圧v1を、所定の電圧レベルを持つ直流電圧v2に変換して、直流リンクコンデンサC11に保持する。インバータ装置INVmは、直流リンクコンデンサC11に保持される直流電圧v2を交流電圧に変換する。 The insulated DC-DC converter device DCCm converts the DC voltage v1 stored in the DC link capacitor C10 into a DC voltage v2 having a predetermined voltage level, and holds it in the DC link capacitor C11. The inverter device INVm converts the DC voltage v2 held in the DC link capacitor C11 into an AC voltage.
 負荷装置LODmは、例えば、車両の動力源となるモータ等であり、インバータ装置INVmからの交流電圧を電源として動作する。バッテリ装置BATは、絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmからの直流電圧v2で充電され、例えば、架線OWからの電力供給が停止した場合であっても、インバータ装置INVmや、補助電源装置APUに直流電圧v2を供給することができる。 The load device LODm is, for example, a motor that serves as a power source for the vehicle, and operates using an AC voltage from the inverter device INVm as a power source. The battery device BAT is charged with the direct current voltage v2 from the insulated DC-DC converter device DCCm. For example, even when the power supply from the overhead wire OW is stopped, the battery device BAT is direct current to the inverter device INVm and the auxiliary power supply device APU. The voltage v2 can be supplied.
 補助電源装置APUは、絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCsと、直流リンクコンデンサC12と、インバータ装置INVsとを備える。絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCsは、直流リンクコンデンサC11またはバッテリ装置BATからの直流電圧v2を、所定の電圧レベルを持つ直流電圧v3に変換して、直流リンクコンデンサC12に保持する。インバータ装置INVsは、直流リンクコンデンサC12に保持される直流電圧v3を交流電圧(例えば、商用電源の交流電圧)に変換する。負荷装置LODsは、車両内の照明設備や空調設備等であり、インバータ装置INVsからの交流電圧を電源として動作する。 The auxiliary power unit APU includes an insulation type DC-DC converter unit DCCs, a DC link capacitor C12, and an inverter unit INVs. The isolated DC-DC converter device DCCs converts the DC voltage v2 from the DC link capacitor C11 or the battery device BAT into a DC voltage v3 having a predetermined voltage level, and holds the DC voltage v2 in the DC link capacitor C12. The inverter device INVs converts the DC voltage v3 held in the DC link capacitor C12 into an AC voltage (for example, an AC voltage of a commercial power supply). The load devices LODs are lighting equipment, air conditioning equipment, and the like in the vehicle, and operate using AC voltage from the inverter device INVs as a power source.
 このような構成において、絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCm,DCCsのいずれか一方または両方に、実施の形態1~3で述べたような電力変換装置が適用される。特に、絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmでは、負荷装置LODm(例えばモータ等)からの回生電力を得ることが可能であるため、実施の形態3の構成を適用することが有益となる。 In such a configuration, the power conversion device as described in the first to third embodiments is applied to one or both of the isolated DC-DC converter devices DCCm and DCCs. In particular, in the isolated DC-DC converter device DCCm, it is possible to obtain regenerative power from the load device LODm (for example, a motor or the like), so it is beneficial to apply the configuration of the third embodiment.
 また、絶縁型DC-DCコンバータ装置(電力変換装置)DCCm,DCCsでは、比較的高い周波数(例えば、数kHz程度)のトランスTRを用いることができるため、例えば、商用周波数のトランスを用いて電力変換を行うような一般的な構成と比較して、トランスTRの小型化や重量の低減等が実現可能となる。また、実施の形態1~3で述べたような電力損失の低減効果は、特に、鉄道車両のような大電力用途のシステムにおいて、より顕著に得られる。 In addition, in the isolated DC-DC converter devices (power conversion devices) DCCm and DCCs, a transformer TR having a relatively high frequency (for example, about several kHz) can be used. Compared to a general configuration that performs conversion, it is possible to reduce the size and weight of the transformer TR. In addition, the effect of reducing power loss as described in the first to third embodiments can be obtained more remarkably particularly in a system for high power use such as a railway vehicle.
 図12は、図11の主変換装置におけるインバータ装置の構成例を示す概略図である。図12のインバータ装置INVmは、3相(u相、v相、w相)の上アームHAu,HAv,HAwおよび下アームLAu,LAv,LAwを備える。各アーム(HAu,HAv,HAw,LAu,LAv,LAw)は、例えば、MOSFETとその内蔵ダイオード等によって構成される。 FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration example of an inverter device in the main converter shown in FIG. The inverter device INVm in FIG. 12 includes three-phase (u-phase, v-phase, w-phase) upper arms HAu, HAv, HAw and lower arms LAu, LAv, LAw. Each arm (HAu, HAv, HAw, LAu, LAv, LAw) is composed of, for example, a MOSFET and its built-in diode.
 当該インバータ装置INVmは、絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmからの直流電圧v2を、各アームのスイッチングによって3相の交流電圧に変換することで、モータ等の負荷装置LODmを駆動する。更には、当該インバータ装置INVmは、負荷装置LODmからの回生電力を各アームのスイッチング(すなわち同期整流)によって直流電圧に変換し、当該直流電圧を絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmに伝送することも可能である。 The inverter device INVm drives the load device LODm such as a motor by converting the DC voltage v2 from the isolated DC-DC converter device DCCm into a three-phase AC voltage by switching of each arm. Further, the inverter device INVm converts the regenerative power from the load device LODm into a DC voltage by switching of each arm (ie, synchronous rectification), and transmits the DC voltage to the isolated DC-DC converter device DCCm. Is possible.
 一方、絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmは、図7に示したような構成で図10に示したような回生モード動作を行うことで、負荷装置LODmからの回生電力をPWMコンバータ装置PWMCに伝送することが可能である。このような回生モード動作を行うため、図7のように、例えば、同期スイッチS5~S8をMOSFETで構成すると、通常、そのダイオードD5~D8には、MOSFETの内蔵ダイオードとなるPN接合ダイオードが用いられる。また、鉄道車両のような大電力用途では、耐圧と導通損失の観点から、PN接合ダイオードを用いることが望ましい場合もある。ただし、PN接合ダイオードでは、ショットキーバリアダイオード等と比較して、リカバリ損失が大きくなる恐れがある。そこで、本実施の形態の方式によってリカバリ損失を低減することが有益となる。 On the other hand, the insulation type DC-DC converter device DCCm transmits the regenerative power from the load device LODm to the PWM converter device PWMC by performing the regenerative mode operation shown in FIG. 10 with the configuration shown in FIG. Is possible. In order to perform such a regeneration mode operation, for example, as shown in FIG. 7, when the synchronous switches S5 to S8 are constituted by MOSFETs, normally, PN junction diodes that become MOSFET built-in diodes are used for the diodes D5 to D8. It is done. In high power applications such as railway vehicles, it may be desirable to use a PN junction diode from the viewpoint of withstand voltage and conduction loss. However, in the PN junction diode, there is a possibility that the recovery loss is increased as compared with a Schottky barrier diode or the like. Therefore, it is beneficial to reduce recovery loss by the method of this embodiment.
 図13は、図11の主変換装置におけるPWMコンバータ装置の構成例を示す概略図である。図13に示すPWMコンバータ装置PWMCは、インダクタLpと、スイッチング素子Sh1,Sh2,Sl1,Sl2と、スイッチング素子Sh1,Sh2,Sl1,Sl2にそれぞれ並列接続されるダイオードDh1,Dh2,Dl1,Dl2とを備える。スイッチング素子Sh1,Sh2,Sl1,Sl2のそれぞれは、例えば、IGBT等で構成される。 FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration example of a PWM converter device in the main converter of FIG. The PWM converter device PWMC shown in FIG. 13 includes an inductor Lp, switching elements Sh1, Sh2, Sl1, Sl2, and diodes Dh1, Dh2, Dl1, Dl2 connected in parallel to the switching elements Sh1, Sh2, Sl1, Sl2, respectively. Prepare. Each of the switching elements Sh1, Sh2, Sl1, and Sl2 is configured by, for example, an IGBT or the like.
 ダイオードDh1,Dl2は、パンタグラフPTからインダクタLpを介して伝送される交流電源の正極性の電圧を整流することで直流電圧v1に変換する。同様に、ダイオードDh2,Dl1は、パンタグラフPTからインダクタLpを介して伝送される交流電源の負極性の電圧を整流することで直流電圧v1に変換する。一方、スイッチング素子Sh1,Sl2は、回生モード動作に伴う絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmからの直流電圧を、PWM(Pulse Width Modulation)信号で変調することで正極性の電圧に変換し、インダクタLpを介して架線OWに伝送する。同様に、スイッチング素子Sh2,Sl1は、回生モード動作に伴う絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCmからの直流電圧を、PWM信号で変調することで負極性の電圧に変換し、インダクタLpを介して架線OWに伝送する。 The diodes Dh1 and Dl2 convert the positive voltage of the AC power transmitted from the pantograph PT through the inductor Lp into a DC voltage v1. Similarly, the diodes Dh2 and Dl1 convert the negative voltage of the AC power transmitted from the pantograph PT through the inductor Lp into a DC voltage v1 by rectification. On the other hand, the switching elements Sh1 and Sl2 convert the DC voltage from the insulation type DC-DC converter device DCCm accompanying the regeneration mode operation into a positive voltage by modulating with a PWM (Pulse Width Modulation) signal, and the inductor Lp Is transmitted to the overhead wire OW. Similarly, the switching elements Sh2 and S11 convert the DC voltage from the isolated DC-DC converter device DCCm accompanying the regenerative mode operation into a negative voltage by modulating it with a PWM signal, and via the inductor Lp Transmit to OW.
 以上、本実施の形態4の鉄道車両を用いることで、実施の形態1~3の場合と同様に、電力損失の低減が実現可能になる。さらに、図11に示したように、架線OWからの電力を、一旦、絶縁型DC-DCコンバータ装置DCCm,DCCsである程度低い直流電圧に変換した上で交流電圧に変換する方式を用いることで、比較的高い周波数のトランスTRを用いることができ、鉄道車両の小型化等が実現可能になる。 As described above, by using the railway vehicle according to the fourth embodiment, it is possible to reduce the power loss as in the first to third embodiments. Furthermore, as shown in FIG. 11, by using a method of converting the electric power from the overhead wire OW into an alternating voltage after being converted into a direct current voltage that is low to some extent by the insulated DC-DC converter devices DCCm and DCCs. A transformer TR having a relatively high frequency can be used, and downsizing of the railway vehicle can be realized.
 以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As described above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
 例えば、前述した各実施の形態では、電力変換装置の一例として、フルブリッジ方式の絶縁型DC-DCコンバータを用いた。ただし、本実施の形態による電力変換装置は、必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、場合によっては、図14に示すような1石式のフォワードコンバータ(絶縁型DC-DCコンバータ)等であってもよい。図14は、本発明の一実施の形態による電力変換装置において、その他の構成例を示す概略図である。 For example, in each of the above-described embodiments, a full bridge type isolated DC-DC converter is used as an example of the power converter. However, the power conversion device according to the present embodiment is not necessarily limited to such a configuration, and in some cases, a one-stone forward converter (insulated DC-DC converter) as shown in FIG. It may be. FIG. 14 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the power conversion device according to the embodiment of the present invention.
 図14の構成例では、スイッチング素子S10によってトランスTRの一次コイルL1に交流電圧が印加される。スイッチング素子S10がオンの場合には、二次コイルL2からの出力電圧がダイオード回路DDU2内の整流ダイオードD10を介してフィルタ回路FLUに伝送される。一方、スイッチング素子S10がオフの場合には、フィルタ回路FLUのインダクタLに流れる電流がダイオード回路DDU2内の還流ダイオードD11を介して還流する。 In the configuration example of FIG. 14, an AC voltage is applied to the primary coil L1 of the transformer TR by the switching element S10. When the switching element S10 is on, the output voltage from the secondary coil L2 is transmitted to the filter circuit FLU via the rectifier diode D10 in the diode circuit DDU2. On the other hand, when the switching element S10 is off, the current flowing through the inductor L of the filter circuit FLU is returned via the free-wheeling diode D11 in the diode circuit DDU2.
 例えば、このような構成において、ダイオード回路DDU2とフィルタ回路FLUの段間に共振回路RSUを設けることでも、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。すなわち、スイッチング素子S10がオンの期間で共振回路RSU内の共振スイッチをターンオンすることで、電流がゼロの状態でスイッチング素子S10をターンオフすることができる。さらに、スイッチング素子S10がオフの期間(すなわち還流ダイオードD11が還流動作を行っている期間)で共振スイッチをターンオンすることで、還流ダイオードD11の電流がゼロの状態でスイッチング素子S10をターンオンする(すなわち、還流ダイオードD11に逆バイアスを印加する)ことができ、リカバリ損失を低減できる。 For example, in such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained by providing the resonance circuit RSU between the stages of the diode circuit DDU2 and the filter circuit FLU. That is, by turning on the resonance switch in the resonance circuit RSU while the switching element S10 is on, the switching element S10 can be turned off while the current is zero. Further, the switching element S10 is turned on in a state in which the current of the freewheeling diode D11 is zero by turning on the resonance switch in the period in which the switching element S10 is off (that is, the period in which the freewheeling diode D11 performs the freewheeling operation). , A reverse bias can be applied to the free-wheeling diode D11), and recovery loss can be reduced.
 ADC アナログディジタル変換器
 APU 補助電源装置
 BAT バッテリ装置
 C1,C2 コンデンサ
 C10~C12 直流リンクコンデンサ
 CI 主変換装置
 CTLU,CTLU1 制御回路
 Cr 共振コンデンサ
 D1~D8 ダイオード
 D10,D11 ダイオード
 Dh1,Dh2,Dl1,Dl2 ダイオード
 DCCm,DCCs 絶縁型DC-DCコンバータ装置
 DDU,DDU1,DDU2 ダイオード回路
 DVU ドライバ回路
 E 電源
 FLU フィルタ回路
 HAu,HAv,Haw 上アーム
 INVm,INVs インバータ装置
 L インダクタ
 L1 一次コイル
 L1DU 一次側駆動回路
 L2 二次コイル
 LAu,LAv,LAw 下アーム
 LD 負荷回路
 Lleak 漏れインダクタ
 LODm,LODs 負荷装置
 Lr 共振インダクタ
 OW 架線
 PT パンタグラフ
 PWMC PWMコンバータ装置
 RSU,RSU1 共振回路
 S1~S4 スイッチング素子
 S5~S8 スイッチング素子(同期スイッチ)
 S10 スイッチング素子
 Sh1,Sh2,Sl1,Sl2 スイッチング素子
 SMU ステートマシン回路
 Sr スイッチング素子(共振スイッチ)
 TR トランス
 WH ホイール
ADC Analog to digital converter APU Auxiliary power supply BAT Battery device C1, C2 Capacitor C10 to C12 DC link capacitor CI Main converter CTLU, CTLU1 Control circuit Cr Resonant capacitor D1 to D8 Diode D10, D11 Diode Dh1, Dh2, Dl1, Dl2 Diode DCCm, DCCs Isolated DC-DC converter device DDU, DDU1, DDU2 Diode circuit DVU driver circuit E Power supply FLU filter circuit HAu, HAv, Haw Upper arm INVm, INVs Inverter device L Inductor L1 Primary coil L1DU Primary side drive circuit L2 Secondary Coil LAu, LAv, LAw Lower arm LD Load circuit Lleak Leakage inductor LODm, LODs Load device Lr Resonant inductor O Overhead line PT pantograph PWMC PWM converter device RSU, RSU1 resonant circuits S1 ~ S4 switching elements S5 ~ S8 switching element (synchronous switch)
S10 switching element Sh1, Sh2, Sl1, Sl2 switching element SMU state machine circuit Sr switching element (resonance switch)
TR transformer WH wheel

Claims (15)

  1.  一次コイルおよび二次コイルを含むトランスと、
     前記一次コイルに交流電圧を印加するスイッチング素子と、
     前記二次コイルの出力電圧を整流する整流ダイオードと、還流電流を流す還流ダイオードとを含むダイオード回路と、
     インダクタおよびコンデンサを含み、前記ダイオード回路の出力電圧を平滑化するフィルタ回路と、
     前記ダイオード回路と前記フィルタ回路の段間に設けられ、直列に接続される共振インダクタ、共振コンデンサ、共振スイッチを含む共振回路と、
     前記スイッチング素子および前記共振スイッチのオン・オフを制御し、前記スイッチング素子がオフの期間で前記共振スイッチをターンオンする制御回路と、
    を有する電力変換装置。
    A transformer including a primary coil and a secondary coil;
    A switching element for applying an alternating voltage to the primary coil;
    A diode circuit including a rectifier diode that rectifies the output voltage of the secondary coil, and a freewheeling diode that supplies a freewheeling current;
    A filter circuit including an inductor and a capacitor, and smoothing an output voltage of the diode circuit;
    A resonant circuit including a resonant inductor, a resonant capacitor, and a resonant switch provided between the diode circuit and the filter circuit and connected in series;
    A control circuit for controlling on / off of the switching element and the resonance switch, and for turning on the resonance switch in a period in which the switching element is off;
    A power conversion device.
  2.  請求項1記載の電力変換装置において、
     前記制御回路は、
     前記スイッチング素子をオンに制御することで、前記一次コイルから前記二次コイルに電力を伝送する第1の動作と、
     前記スイッチング素子をオフに制御することで、前記フィルタ回路に流れる電流を前記還流ダイオードを介して還流させる第2の動作と、
    を実行し、
     前記第2の動作から前記第1の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンする、
    電力変換装置。
    The power conversion device according to claim 1,
    The control circuit includes:
    A first operation of transmitting power from the primary coil to the secondary coil by controlling the switching element to be on;
    A second operation for circulating the current flowing through the filter circuit through the free-wheeling diode by controlling the switching element to be off;
    Run
    As a pretreatment when shifting from the second operation to the first operation, the resonant switch is turned on.
    Power conversion device.
  3.  請求項2記載の電力変換装置において、
     前記制御回路は、さらに、前記第1の動作から前記第2の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンする、
    電力変換装置。
    The power conversion device according to claim 2,
    The control circuit further turns on the resonance switch as a pre-processing when shifting from the first operation to the second operation.
    Power conversion device.
  4.  請求項1記載の電力変換装置において、
     前記スイッチング素子は、
     電源からの直流電圧が供給され、前記一次コイルに第1極性の交流電圧を印加する第1のスイッチング素子と、
     前記電源からの直流電圧が供給され、前記一次コイルに前記第1極性と反対の第2極性の交流電圧を印加する第2のスイッチング素子と、
    を備え、
     前記ダイオード回路は、
     前記第1極性の交流電圧に応じた前記二次コイルの出力電圧を整流する整流動作と、前記還流電流を流す還流動作とを行う第1のダイオードと、
     前記第2極性の交流電圧に応じた前記二次コイルの出力電圧を整流する整流動作と、前記還流電流を流す還流動作とを行う第2のダイオードと、
    を備え、
     前記制御回路は、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子が共にオフの期間で前記共振スイッチをターンオンする、
    電力変換装置。
    The power conversion device according to claim 1,
    The switching element is
    A first switching element that is supplied with a DC voltage from a power source and applies an AC voltage of a first polarity to the primary coil;
    A second switching element that is supplied with a DC voltage from the power source and applies an AC voltage having a second polarity opposite to the first polarity to the primary coil;
    With
    The diode circuit is:
    A first diode that performs a rectification operation for rectifying the output voltage of the secondary coil according to the alternating voltage of the first polarity and a return operation for flowing the return current;
    A second diode that performs a rectification operation for rectifying the output voltage of the secondary coil in accordance with the alternating voltage of the second polarity and a return operation for flowing the return current;
    With
    The control circuit turns on the resonance switch in a period in which both the first switching element and the second switching element are off.
    Power conversion device.
  5.  請求項4記載の電力変換装置において、
     前記制御回路は、
     前記第1のスイッチング素子をオンに、前記第2のスイッチング素子をオフにそれぞれ制御することで、電力を、前記一次コイルから前記二次コイルおよび前記第1のダイオードを介して伝送する第3の動作と、
     前記第2のスイッチング素子をオンに、前記第1のスイッチング素子をオフにそれぞれ制御することで、電力を、前記一次コイルから前記二次コイルおよび前記第2のダイオードを介して伝送する第4の動作と、
     前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子を共にオフに制御することで、前記フィルタ回路に流れる電流を前記第1のダイオードおよび前記第2のダイオードを介して還流させる第5の動作と、
    を実行し、
     前記第5の動作から前記第3の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンし、前記第5の動作から前記第4の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンする、
    電力変換装置。
    The power conversion device according to claim 4, wherein
    The control circuit includes:
    A third power is transmitted from the primary coil through the secondary coil and the first diode by controlling the first switching element on and the second switching element off. Operation and
    By controlling the second switching element to be turned on and the first switching element to be turned off, power is transmitted from the primary coil via the secondary coil and the second diode. Operation and
    A fifth operation in which both the first switching element and the second switching element are controlled to be turned off, whereby the current flowing through the filter circuit is circulated through the first diode and the second diode; ,
    Run
    As a pre-processing when shifting from the fifth operation to the third operation, the resonance switch is turned on, and as a pre-processing when shifting from the fifth operation to the fourth operation, the resonance switch Turn on the
    Power conversion device.
  6.  請求項5記載の電力変換装置において、
     前記ダイオード回路は、さらに、
     前記第1のダイオードに並列に接続される第1の同期スイッチと、
     前記第2のダイオードに並列に接続される第2の同期スイッチと、
    を備え、
     前記制御回路は、さらに、前記第1のダイオードが前記整流動作および前記還流動作を行う期間で前記第1の同期スイッチをオンに制御し、前記第2のダイオードが前記整流動作および前記還流動作を行う期間で前記第2の同期スイッチをオンに制御する、
    電力変換装置。
    The power conversion device according to claim 5, wherein
    The diode circuit further includes:
    A first synchronous switch connected in parallel to the first diode;
    A second synchronous switch connected in parallel to the second diode;
    With
    The control circuit further controls to turn on the first synchronous switch during a period in which the first diode performs the rectification operation and the return operation, and the second diode performs the rectification operation and the return operation. Controlling the second synchronous switch to be ON in a period to be performed;
    Power conversion device.
  7.  請求項6記載の電力変換装置において、
     前記制御回路は、さらに
     前記第1の同期スイッチおよび前記第2の同期スイッチを共にオンに制御することで、前記フィルタ回路の前記インダクタに回生電力を蓄積する第6の動作と、
     前記第1の同期スイッチをオンに、前記第2の同期スイッチをオフにそれぞれ制御することで、前記回生電力を、前記二次コイルから前記一次コイルおよび前記第1のスイッチング素子の還流ダイオードを介して前記電源に伝送する第7の動作と、
     前記第2の同期スイッチをオンに、前記第1の同期スイッチをオフにそれぞれ制御することで、前記回生電力を、前記二次コイルから前記一次コイルおよび前記第2のスイッチング素子の還流ダイオードを介して前記電源に伝送する第8の動作と、
    を実行し、
     前記第7の動作から前記第6の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンし、前記第8の動作から前記第6の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンする、
    電力変換装置。
    The power conversion device according to claim 6, wherein
    The control circuit further controls the first synchronous switch and the second synchronous switch to be turned on, thereby storing a regenerative power in the inductor of the filter circuit;
    By controlling the first synchronous switch to be turned on and the second synchronous switch to be turned off, the regenerative power is transferred from the secondary coil to the primary coil and the freewheeling diode of the first switching element. A seventh operation to transmit to the power supply;
    By controlling the second synchronous switch to be turned on and the first synchronous switch to be turned off, the regenerative power is transferred from the secondary coil to the primary coil and the freewheeling diode of the second switching element. An eighth operation of transmitting to the power supply;
    Run
    As a pre-processing when shifting from the seventh operation to the sixth operation, the resonance switch is turned on, and as a pre-processing when shifting from the eighth operation to the sixth operation, the resonance switch Turn on the
    Power conversion device.
  8.  請求項7記載の電力変換装置において、
     前記制御回路は、さらに、前記第6の動作から前記第7の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンし、前記第6の動作から前記第8の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンする、
    電力変換装置。
    The power conversion device according to claim 7, wherein
    The control circuit further turns on the resonance switch as pre-processing when shifting from the sixth operation to the seventh operation, and switches from the sixth operation to the eighth operation. As a pretreatment, the resonant switch is turned on.
    Power conversion device.
  9.  一次コイルおよび二次コイルを含むトランスと、
     前記一次コイルに交流電圧を印加するスイッチング素子と、
     前記二次コイルの出力電圧を整流する整流ダイオードと、還流電流を流す還流ダイオードとを含むダイオード回路と、
     インダクタおよびコンデンサを含み、前記ダイオード回路の出力電圧を平滑化するフィルタ回路と、
     前記ダイオード回路と前記フィルタ回路の段間に設けられ、直列に接続される共振インダクタ、共振コンデンサ、共振スイッチを含む共振回路と、
     前記スイッチング素子および前記共振スイッチのオン・オフを制御し、前記スイッチング素子をターンオンすることで前記還流ダイオードを順バイアスから逆バイアスに切り換える際の前処理として前記共振スイッチをターンオンする制御回路と、
    を有する電力変換装置。
    A transformer including a primary coil and a secondary coil;
    A switching element for applying an alternating voltage to the primary coil;
    A diode circuit including a rectifier diode that rectifies the output voltage of the secondary coil, and a freewheeling diode that supplies a freewheeling current;
    A filter circuit including an inductor and a capacitor, and smoothing an output voltage of the diode circuit;
    A resonant circuit including a resonant inductor, a resonant capacitor, and a resonant switch provided between the diode circuit and the filter circuit and connected in series;
    A control circuit that controls on / off of the switching element and the resonance switch, and turns on the resonance switch as a pretreatment when switching the return diode from a forward bias to a reverse bias by turning on the switching element;
    A power conversion device.
  10.  請求項9記載の電力変換装置において、
     さらに、前記還流ダイオードに流れる電流を検出する電流センサを備え、
     前記制御回路は、前記共振スイッチをターンオンしたのち、前記共振回路に流れる電流の極性が反転した時点で前記共振スイッチをターンオフし、前記電流センサで検出される電流が所定のしきい値よりも低下した時点で前記スイッチング素子をターンオンする、
    電力変換装置。
    The power conversion device according to claim 9, wherein
    Furthermore, a current sensor for detecting a current flowing through the reflux diode is provided,
    The control circuit turns on the resonance switch and then turns off the resonance switch when the polarity of the current flowing in the resonance circuit is reversed, so that the current detected by the current sensor falls below a predetermined threshold value. When the switching element is turned on,
    Power conversion device.
  11.  架線からの電力を用いて生成される第1の直流電圧を、所定の電圧レベルを持つ第2の直流電圧に変換する電力変換装置と、
     前記第2の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ装置と、
     前記インバータ装置からの前記交流電圧を電源として動作する負荷装置と、
    を有する鉄道車両であって、
     前記電力変換装置は、
     一次コイルおよび二次コイルを含むトランスと、
     前記第1の直流電圧を電源として、前記一次コイルに第1極性の交流電圧を印加する第1のスイッチング素子と、
     前記第1の直流電圧を電源として、前記一次コイルに前記第1極性と反対の第2極性の交流電圧を印加する第2のスイッチング素子と、
     前記第1極性の交流電圧に応じた前記二次コイルの出力電圧を整流する整流動作と、還流電流を流す還流動作とを行う第1のダイオードと、前記第2極性の交流電圧に応じた前記二次コイルの出力電圧を整流する整流動作と、前記還流電流を流す還流動作とを行う第2のダイオードと、を含むダイオード回路と、
     インダクタおよびコンデンサを含み、前記ダイオード回路の出力電圧を平滑化するフィルタ回路と、
     前記ダイオード回路と前記フィルタ回路の段間に設けられ、直列に接続される共振インダクタ、共振コンデンサ、共振スイッチを含む共振回路と、
     前記第1のスイッチング素子、前記第2のスイッチング素子および前記共振スイッチのオン・オフを制御し、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子が共にオフの期間で前記共振スイッチをターンオンする制御回路と、
    を備える、
    鉄道車両。
    A power conversion device that converts a first DC voltage generated using power from an overhead line into a second DC voltage having a predetermined voltage level;
    An inverter device for converting the second DC voltage into an AC voltage;
    A load device that operates using the AC voltage from the inverter device as a power source;
    A railway vehicle having
    The power converter is
    A transformer including a primary coil and a secondary coil;
    A first switching element that applies a first polarity AC voltage to the primary coil using the first DC voltage as a power source;
    A second switching element that applies an AC voltage of a second polarity opposite to the first polarity to the primary coil using the first DC voltage as a power source;
    A first diode that performs a rectification operation for rectifying the output voltage of the secondary coil in accordance with the AC voltage of the first polarity and a return operation for flowing a return current; and the response in response to the AC voltage of the second polarity. A diode circuit comprising: a rectifying operation for rectifying the output voltage of the secondary coil; and a second diode for performing the recirculation operation for flowing the recirculation current;
    A filter circuit including an inductor and a capacitor, and smoothing an output voltage of the diode circuit;
    A resonant circuit including a resonant inductor, a resonant capacitor, and a resonant switch provided between the diode circuit and the filter circuit and connected in series;
    The first switching element, the second switching element, and the resonance switch are controlled to be turned on / off, and the resonance switch is turned on while both the first switching element and the second switching element are off. A control circuit;
    Comprising
    Railway vehicle.
  12.  請求項11記載の鉄道車両において、
     前記制御回路は、
     前記第1のスイッチング素子をオンに、前記第2のスイッチング素子をオフにそれぞれ制御することで、電力を、前記一次コイルから前記二次コイルおよび前記第1のダイオードを介して伝送する第3の動作と、
     前記第2のスイッチング素子をオンに、前記第1のスイッチング素子をオフにそれぞれ制御することで、電力を、前記一次コイルから前記二次コイルおよび前記第2のダイオードを介して伝送する第4の動作と、
     前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子を共にオフに制御することで、前記フィルタ回路に流れる電流を前記第1のダイオードおよび前記第2のダイオードを介して還流させる第5の動作と、
    を実行し、
     前記第5の動作から前記第3の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンし、前記第5の動作から前記第4の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンする、
    鉄道車両。
    The railway vehicle according to claim 11, wherein
    The control circuit includes:
    A third power is transmitted from the primary coil through the secondary coil and the first diode by controlling the first switching element on and the second switching element off. Operation and
    By controlling the second switching element to be turned on and the first switching element to be turned off, power is transmitted from the primary coil via the secondary coil and the second diode. Operation and
    A fifth operation in which both the first switching element and the second switching element are controlled to be turned off, whereby the current flowing through the filter circuit is circulated through the first diode and the second diode; ,
    Run
    As a pre-processing when shifting from the fifth operation to the third operation, the resonance switch is turned on, and as a pre-processing when shifting from the fifth operation to the fourth operation, the resonance switch Turn on the
    Railway vehicle.
  13.  請求項12記載の鉄道車両において、
     前記ダイオード回路は、さらに、
     前記第1のダイオードに並列に接続される第1の同期スイッチと、
     前記第2のダイオードに並列に接続される第2の同期スイッチと、
    を備え、
     前記制御回路は、さらに、前記第1のダイオードが前記整流動作および前記還流動作を行う期間で前記第1の同期スイッチをオンに制御し、前記第2のダイオードが前記整流動作および前記還流動作を行う期間で前記第2の同期スイッチをオンに制御する、
    鉄道車両。
    The railway vehicle according to claim 12,
    The diode circuit further includes:
    A first synchronous switch connected in parallel to the first diode;
    A second synchronous switch connected in parallel to the second diode;
    With
    The control circuit further controls to turn on the first synchronous switch during a period in which the first diode performs the rectification operation and the return operation, and the second diode performs the rectification operation and the return operation. Controlling the second synchronous switch to be ON in a period to be performed;
    Railway vehicle.
  14.  請求項13記載の鉄道車両において、
     前記制御回路は、さらに
     前記第1の同期スイッチおよび前記第2の同期スイッチを共にオンに制御することで、前記フィルタ回路の前記インダクタに回生電力を蓄積する第6の動作と、
     前記第1の同期スイッチをオンに、前記第2の同期スイッチをオフにそれぞれ制御することで、前記回生電力を、前記二次コイルから前記一次コイルおよび前記第1のスイッチング素子の還流ダイオードを介して前記電源に伝送する第7の動作と、
     前記第2の同期スイッチをオンに、前記第1の同期スイッチをオフにそれぞれ制御することで、前記回生電力を、前記二次コイルから前記一次コイルおよび前記第2のスイッチング素子の還流ダイオードを介して前記電源に伝送する第8の動作と、
    を実行し、
     前記第7の動作から前記第6の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンし、前記第8の動作から前記第6の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンする、
    鉄道車両。
    The railway vehicle according to claim 13,
    The control circuit further controls the first synchronous switch and the second synchronous switch to be turned on, thereby storing a regenerative power in the inductor of the filter circuit;
    By controlling the first synchronous switch to be turned on and the second synchronous switch to be turned off, the regenerative power is transferred from the secondary coil to the primary coil and the freewheeling diode of the first switching element. A seventh operation to transmit to the power supply;
    By controlling the second synchronous switch to be turned on and the first synchronous switch to be turned off, the regenerative power is transferred from the secondary coil to the primary coil and the freewheeling diode of the second switching element. An eighth operation of transmitting to the power supply;
    Run
    As a pre-processing when shifting from the seventh operation to the sixth operation, the resonance switch is turned on, and as a pre-processing when shifting from the eighth operation to the sixth operation, the resonance switch Turn on the
    Railway vehicle.
  15.  請求項14記載の鉄道車両において、
     前記制御回路は、さらに、前記第6の動作から前記第7の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンし、前記第6の動作から前記第8の動作に移行する際の前処理として、前記共振スイッチをターンオンする、
    鉄道車両。
    The railway vehicle according to claim 14, wherein
    The control circuit further turns on the resonance switch as pre-processing when shifting from the sixth operation to the seventh operation, and switches from the sixth operation to the eighth operation. As a pretreatment, the resonant switch is turned on.
    Railway vehicle.
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