WO2018096847A1 - 電源回路装置 - Google Patents

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直志 尾崎
船場　誠司
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion 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

  • the present invention relates to a power supply circuit device, and more particularly to a power supply circuit device used in a power conversion device that drives a rotating electrical machine for driving a vehicle.
  • the power conversion device Since it is necessary to provide a plurality of power supply voltages in a power conversion device that drives a rotating electrical machine for driving a vehicle, the power conversion device includes a power supply circuit device having a plurality of transformers (Patent Document 1).
  • the input energy of both transformers varies depending on the variation of the self-inductance of the winding connected to the input side power supply.
  • the output energy of both transformers varies depending on the variation in power consumption of the output side load. The larger the input energy, the higher the voltage on the output side load, and the larger the output energy, the lower the voltage on the output side load.
  • An object of the present invention is to reduce variations in the voltage of the output side load caused by variations in self-inductance and variations in power consumption of the load, and to improve the reliability of the power supply circuit device.
  • a flyback type power supply circuit device includes a first transformer and a second transformer connected in series with a winding connected to an input power supply together with the first transformer, the first transformer comprising: A fourth winding having a first winding connected to the input power source, a second winding connected to the first output load, and a third winding, the second transformer being connected in series with the first winding.
  • a fifth winding connected to the second output load, a sixth winding, and the third winding and the sixth winding receive power from the first transformer and the second transformer.
  • the third winding supplies more power than the sixth winding to the power consumption circuit.
  • the sixth winding is the third Supplying more than a line power to the power circuit.
  • the reliability of the power supply circuit device can be improved.
  • FIG. 1 is an overall circuit configuration diagram centering on a power supply circuit 100.
  • FIG. FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a part of a power supply circuit 100 centering on a transformer 121 and a transformer 125 in FIG. 1.
  • 3 is an operation flow of the circuit shown in FIG. 2.
  • one winding of two transformers connected in series is connected in parallel to the power consuming circuit.
  • the power consumption circuit is configured to increase the power supplied by the transformer having the higher output voltage.
  • FIG. 1 is an overall circuit configuration diagram centering on the power supply circuit 100.
  • the power supply circuit 100 includes a startup circuit 101, a power supply IC 103, a diode 104 and a diode 105, a resistor 106, a Zener diode 107, a voltage monitoring circuit 108, a voltage dividing resistor 109, a transistor 110, a transformer 121, and a transformer. 125, a diode 111, a diode 114, a diode 119 and a diode 120, and a capacitor 112 and a capacitor 115.
  • the power supply circuit 100 is a flyback power supply circuit, and increases or decreases the voltage of the battery 102 to supply power to the load 113 and the load 116.
  • the startup circuit 101 is a circuit that is supplied with power from the battery 102 and temporarily supplies power to the power supply IC 103.
  • the battery 102 a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery is used.
  • the contactor 117 is for conducting or blocking between the battery 102 and the smoothing capacitor 118.
  • the power supply IC 103 monitors the voltage divided by the voltage dividing resistor 109 in the voltage monitoring circuit 108 and transmits an on / off signal to the transistor 110 so as to keep the voltage constant.
  • the diode 104 and the diode 105 supply power from the battery 102 to the power supply IC 103 via the startup circuit 101 at the time of startup, and when the capacitor in the voltage monitoring circuit 108 exceeds a predetermined voltage after startup, power is supplied to the power supply IC 103 from the capacitor.
  • the circuit is configured.
  • the resistor 106 adjusts the current supplied to the power supply IC 103.
  • the Zener diode 107 is for clamping a voltage applied to the power supply terminal of the power supply IC 103.
  • the transformer 121 is composed of three windings: a winding 122 connected to the battery 102 side, a winding 123 connected to the voltage monitoring circuit 108, and a winding 124 connected to the load 113 side.
  • the transformer 125 includes three windings: a winding 126 connected to the battery 102 side, a winding 127 connected to the voltage monitoring circuit 108, and a winding 128 connected to the load 116 side.
  • the winding 122 is the first winding
  • the winding 124 is the second winding
  • the winding 123 is the third winding
  • the winding 126 is the fourth winding
  • the winding 128 is the fifth winding
  • the winding 127 Corresponds to the sixth winding.
  • the winding 122 is connected in parallel to the voltage monitoring circuit 108 via the diode 126, the winding 123 is connected in series, the winding 123 is connected via the diode 119, and the winding 127 is connected via the diode 120.
  • the transistor 110 accumulates energy in the windings 122 and 126 of the transformer 121 and the transformer 125 when conducting.
  • the energy stored in the battery-side winding when the transistor 110 is cut off is transmitted to the load 113 and the load 116 through the cores and gaps of the transformer 121 and transformer 125.
  • the diode 111 and the diode 114 block the current of the windings of the transformer 121 and the transformer 125 when the transistor 110 is turned on, and are turned on when the transistor 111 is turned off to charge the capacitor 112 and the capacitor 115.
  • the capacitor 112 and the capacitor 115 are for stabilizing the voltage applied to the load 113 and the load 116.
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a part of the power supply circuit 100 centering on the transformer 121 and the transformer 125 of FIG.
  • FIG. 3 is an operation flow of the circuit shown in FIG.
  • Vout2 is the output voltage of the transformer 125, that is, the voltage of the capacitor 115.
  • Vfd1 is a forward voltage of the diode 119. Id1 is a current flowing through the diode 119. Vfd2 is a forward voltage of the diode 120. Id2 is a current flowing through the diode 120.
  • the operation flow in FIG. 3 explains the flow until the voltage difference between Vout1 and Vout2 decreases when Vout1 is larger than Vout2.
  • Vout1 is larger than Vout2, that is, the self-inductance of the winding 122 is larger than the self-inductance of the winding 126, or the power consumption of the load 113 is smaller than the load 116.
  • the voltage of the winding 123 of the transformer 121 is larger than the voltage of the winding 127 of the transformer 125.
  • the forward voltage Vfd1 of the diode 119 becomes larger than the forward voltage Vfd2 of the diode 120.
  • the current Id1 of the diode 119 is larger than the current Id2 of the diode 120.
  • the power supplied by the transformer 121 is larger than the transformer 125 in the power consumed by the voltage monitoring circuit 108.
  • the output energy of the transformer 121 increases and Vout1 decreases. That is, the voltage monitoring circuit 108 functions as a power consumption circuit.
  • the voltage monitoring circuit 108 functions as a power consumption circuit, but a circuit having another function may function as a power consumption circuit.
  • wiring becomes easy, and an increase in size of the device can be suppressed.
  • Vout2 When Vout2 is larger than Vout1, the voltage of Vout2 decreases in the same flow as when Vout1 is larger than Vout2. As described above, variations in output voltage can be reduced.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Power supply circuit, 101 ... Starting circuit, 102 ... Battery, 103 ... Power supply IC, 104 ... Diode, 105 ... Diode, 106 ... Resistance, 107 ... Zener diode, 108 ... Voltage monitoring circuit, 109 ... Voltage dividing resistor, 110 ... Transistor, 111 ... Diode, 112 ... Capacitor, 113 ... Load, 114 ... Diode, 115 ... Capacitor, 116 ... Load, 117 ... Contactor, 118 ... Smoothing capacitor, 119 ... Diode, 120 ... Diode, 121 ... Transformer, 122 ... Winding Wire, 123 ... winding, 124 ... winding, 125 ... transformer, 126 ... winding, 127 ... winding, 128 ... winding

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Abstract

負荷の消費電力のばらつきにより生じる出力側負荷の電圧のばらつきを軽減し、電源回路装置の信頼性を向上させることである。　フライバック方式の電源回路装置は、第１トランスと、第２トランスと、を備え、前記第１トランスは、入力電源と繋がる第１巻線と、第１出力負荷と繋がる第２巻線と、第３巻線と、を有し、前記第２トランスは、前記第１巻線と直列に繋がる第４巻線と、第２出力負荷と繋がる第５巻線と、第６巻線と、を有し、前記第３巻線及び前記第６巻線は、前記第１トランス及び前記第２トランスの電力を消費する電力消費回路に接続され、第１出力負荷の出力電圧が第２出力負荷の出力電圧より高い場合は、第３巻線が第６巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給し、第２出力負荷の出力電圧が第１出力負荷の出力電圧より高い場合は、第６巻線が第３巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給する。

Description

電源回路装置
本発明は、電源回路装置に関し、特に車両駆動用回転電機を駆動する電力変換装置に用いられる電源回路装置に関する。
　車両駆動用回転電機を駆動する電力変換装置には複数の電源電圧を設ける必要があるので、電力変換装置は複数のトランスを有する電源回路装置を備える（特許文献１）。
　直列接続される２つのトランスにおいて入力側電源に接続される巻線の自己インダクタンスのばらつきによって、両トランスの入力エネルギーが異なる。また、出力側負荷の消費電力のばらつきによって両トランスの出力エネルギーが異なる。入力エネルギーが大きいほど出力側負荷の電圧が高くなり、出力エネルギーが大きいほど出力側負荷の電圧が低くなる。
　このように、自己インダクタンスや負荷の消費電力がばらつく場合、入力エネルギー、及び出力エネルギーのバランスが両トランスの間で異なる。そのため、特許文献に記載された電源回路の場合、出力電圧が異なってしまう。
特開２０１０－２８４０２９号公報
　本発明の課題は、自己インダクタンスのばらつきや、負荷の消費電力のばらつきにより生じる出力側負荷の電圧のばらつきを軽減し、電源回路装置の信頼性を向上させることである。
　本発明に係るフライバック方式の電源回路装置は、第１トランスと、前記第１トランスとともに入力電源に接続する巻線が直列に接続される第２トランスと、を備え、前記第１トランスは、入力電源と繋がる第１巻線と、第１出力負荷と繋がる第２巻線と、第３巻線と、を有し、前記第２トランスは、前記第１巻線と直列に繋がる第４巻線と、第２出力負荷と繋がる第５巻線と、第６巻線と、を有し、前記第３巻線及び前記第６巻線は、前記第１トランス及び前記第２トランスの電力を消費する電力消費回路に接続され、第１出力負荷の出力電圧が第２出力負荷の出力電圧より高い場合は、第３巻線が第６巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給し、第２出力負荷の出力電圧が第１出力負荷の出力電圧より高い場合は、第６巻線が第３巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給する。
　本発明により、電源回路装置の信頼性を向上させることができる。
電源回路１００を中心にした全体回路構成図である。 図１のトランス１２１及びトランス１２５を中心とした電源回路１００の一部の回路構成図である。 図２に示された回路の動作フローである。
　本発明の実施形態に入る前に、本実施形態の原理を以下に説明する。
　本実施形態では直列接続する２つのトランスのうち１巻線を電力消費回路に並列接続する。電力消費回路に関しては出力電圧が大きい方のトランスが供給する電力を大きくする構成とする。
　これにより、電力消費回路による消費電力を出力電圧の大きい方に集中させ、出力電圧が大きい方のトランスの出力エネルギーを増大させることで、出力電圧を低下させ、出力電圧のばらつきを軽減する。
　つまり、直列接続する両トランスのうち入力側電源に接続される巻線の自己インダクタンスのばらつきや、トランスの出力側負荷の消費電力が異なる場合において、出力側負荷の電圧ばらつきを軽減できる。
　以下、本発明に係る実施形態を図面を用いて詳説する。
　図１は、電源回路１００を中心にした全体回路構成図である。
　電源回路１００は、起動回路１０１と、電源ＩＣ１０３と、ダイオード１０４及びダイオード１０５と、抵抗１０６と、ツェナーダイオード１０７と、電圧監視回路１０８と、分圧抵抗１０９と、トランジスタ１１０と、トランス１２１及びトランス１２５と、ダイオード１１１、ダイオード１１４、ダイオード１１９及びダイオード１２０と、コンデンサ１１２及びコンデンサ１１５と、を有する。
　電源回路１００は、フライバック方式の電源回路であり、バッテリ１０２の電圧を昇圧、あるいは降圧し、負荷１１３および負荷１１６に電力を供給するものである。
　起動回路１０１は、バッテリ１０２から電力は供給されかつ電源ＩＣ１０３へ電力を一時的に供給する回路である。バッテリ１０２は、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリなどが用いられる。
　コンタクタ１１７は、バッテリ１０２と平滑コンデンサ１１８との間の導通又は遮断するものである。
　電源ＩＣ１０３は、電圧監視回路１０８内の分圧抵抗１０９より分圧された電圧を監視し、当該電圧を一定にするようトランジスタ１１０にオンオフの信号を伝送するものである。
　ダイオード１０４及びダイオード１０５は、起動時にはバッテリ１０２より起動回路１０１を介して電源ＩＣ１０３へ給電し、起動後に電圧監視回路１０８内のコンデンサが所定の電圧を超えると、当該コンデンサより電源ＩＣ１０３へ給電するための回路を構成する。
　抵抗１０６は、電源ＩＣ１０３へ供給する電流を調節する。ツェナーダイオード１０７は、電源ＩＣ１０３の電源端子に印加される電圧をクランプするためのものである。
　トランス１２１は、バッテリ１０２側に接続される巻線１２２、電圧監視回路１０８に接続される巻線１２３、及び負荷１１３側に接続される巻線１２４の３巻線により構成される。
　トランス１２５は、トランス１２１と同様にバッテリ１０２側に接続される巻線１２６、電圧監視回路１０８に接続される巻線１２７、及び負荷１１６側に接続される巻線１２８の３巻線により構成される。例えば、巻線１２２は第１巻線、巻線１２４は第２巻線、巻線１２３は第３巻線、巻線１２６は第４巻線、巻線１２８は第５巻線、巻線１２７は第６巻線、に対応する。
　巻線１２２は、巻線１２６は直列に接続され、巻線１２３はダイオード１１９を介して、巻線１２７はダイオード１２０を介して、電圧監視回路１０８へ並列に接続される。
　トランジスタ１１０は、導通時にトランス１２１、トランス１２５の巻線１２２、巻線１２６にエネルギーを蓄積する。トランジスタ１１０が遮断するときにバッテリ側巻線に蓄積されたエネルギーがトランス１２１、トランス１２５のコア及びギャップを介して、負荷１１３、負荷１１６へ伝送される。
　ダイオード１１１及びダイオード１１４は、トランジスタ１１０導通時はトランス１２１及びトランス１２５の巻線の電流を遮断し、トランジスタ１１１のオフ時に導通し、コンデンサ１１２及びコンデンサ１１５を充電する。
　コンデンサ１１２及びコンデンサ１１５は、負荷１１３及び負荷１１６に印加される電圧を安定させるためのものである。
　図２は、図１のトランス１２１及びトランス１２５を中心とした電源回路１００の一部の回路構成図である。図３は、図２に示された回路の動作フローである。
　図２に示されるＶｏｕｔ１は、トランス１２１の出力電圧すなわち、コンデンサ１１２の電圧である。Ｖｏｕｔ２は、トランス１２５の出力電圧すなわち、コンデンサ１１５の電圧である。Ｖｆｄ１は、ダイオード１１９の順方向電圧である。Ｉｄ１は、ダイオード１１９に流れる電流である。Ｖｆｄ２は、ダイオード１２０の順方向電圧である。Ｉｄ２は、ダイオード１２０に流れる電流である。
　図３の動作フローは、Ｖｏｕｔ１がＶｏｕｔ２より大きい場合に、Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２の電圧差が減少するまでの流れを説明したものである。
　Ｖｏｕｔ１がＶｏｕｔ２より大きい、すなわち巻線１２２の自己インダクタンスが巻線１２６の自己インダクタンスよりも大きい、あるいは負荷１１３の消費電力が負荷１１６よりも小さい場合を仮定している。
　この場合、トランス１２１の巻線１２３の電圧がトランス１２５の巻線１２７の電圧よりも大きくなる。その結果、ダイオード１１９の順方向電圧Ｖｆｄ１がダイオード１２０の順方向電圧Ｖｆｄ２よりも大きくなる。
　ここで、ダイオードの順方向電圧、順電流特性により、順方向電圧が大きい方が順電流も大きくなるため、ダイオード１１９の電流Ｉｄ１はダイオード１２０の電流Ｉｄ２よりも大きくなる。
　これにより、電圧監視回路１０８が消費する電力においてトランス１２１が供給する電力の方がトランス１２５よりも大きくなる。これにより、トランス１２１の出力エネルギーが増加し、Ｖｏｕｔ１が減少する。つまり電圧監視回路１０８は、電力消費回路として機能する。本実施形態では電圧監視回路１０８を電力消費回路として機能させたが、別の機能を有する回路を電力消費回路として機能させてもよい。特にトランス１２１及びトランス１２５の周辺に設けられる電圧監視回路１０８を電力消費回路として機能させると配線が容易になり、装置の大型化を抑制することができる。
　Ｖｏｕｔ２がＶｏｕｔ１よりも大きい場合もＶｏｕｔ１がＶｏｕｔ２よりも大きい場合と同様の流れでＶｏｕｔ２の電圧が減少する。以上より、出力電圧のばらつきが軽減できる。
１００…電源回路、１０１…起動回路、１０２…バッテリ、１０３…電源ＩＣ、１０４…ダイオード、１０５…ダイオード、１０６…抵抗、１０７…ツェナーダイオード、１０８…電圧監視回路、１０９…分圧抵抗、１１０…トランジスタ、１１１…ダイオード、１１２…コンデンサ、１１３…負荷、１１４…ダイオード、１１５…コンデンサ、１１６…負荷、１１７…コンタクタ、１１８…平滑コンデンサ、１１９…ダイオード、１２０…ダイオード、１２１…トランス、１２２…巻線、１２３…巻線、１２４…巻線、１２５…トランス、１２６…巻線、１２７…巻線、１２８…巻線

Claims (4)

  1. 　フライバック方式の電源回路装置であって、
    　第１トランスと、
    　前記第１トランスとともに入力電源に接続する巻線が直列に接続される第２トランスと、を備え、
    　前記第１トランスは、入力電源と繋がる第１巻線と、第１出力負荷と繋がる第２巻線と、第３巻線と、を有し、
    　前記第２トランスは、前記第１巻線と直列に繋がる第４巻線と、第２出力負荷と繋がる第５巻線と、第６巻線と、を有し、
    　前記第３巻線及び前記第６巻線は、前記第１トランス及び前記第２トランスの電力を消費する電力消費回路に接続され、
    　第１出力負荷の出力電圧が第２出力負荷の出力電圧より高い場合は、第３巻線が第６巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給し、
    　第２出力負荷の出力電圧が第１出力負荷の出力電圧より高い場合は、第６巻線が第３巻線より多い電力を前記電力消費回路に供給する電源回路装置。
  2. 　請求項１に記載された電源回路装置であって、
    　前記電力消費回路は前記第１出力負荷の電圧、及び第２出力負荷の電圧を検出する機能を備える電源回路装置。
  3. 　請求項１に記載された電源回路装置であって、
    　前記第３巻線と前記電力消費回路との間に、当該第３巻線から当該電力消費回路に向かう電流が順方向となる第１ダイオードと、
    　前記第６巻線と前記電力消費回路との間に、当該第６巻線から当該電力消費回路に向かう電流が順方向となる第２ダイオードと、を備える電源回路装置。
  4. 　請求項２に記載された電源回路装置であって、
    　前記第３巻線と前記電力消費回路との間に、当該第３巻線から当該電力消費回路に向かう電流が順方向となる第１ダイオードと、
    　前記第６巻線と前記電力消費回路との間に、当該第６巻線から当該電力消費回路に向かう電流が順方向となる第２ダイオードと、を備える電源回路装置。
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