JP2014230373A - Power conversion device and power conversion method - Google Patents

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高弘 平野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device capable of mitigating conditions to restrict magnitude relations of voltage among ports.SOLUTION: A power conversion device has a primary circuit and a secondary circuit which is magnetically coupled with the primary circuit using a transformer. The primary circuit or the secondary circuit has a first port, a second port, a first voltage section, a second voltage section, a voltage conversion section which converts voltage between the first voltage section and the second voltage section, and a switching section for switching a connection state among the first port, the second port, and the voltage conversion section between a first state in which the first port and the first voltage section are connected with each other and the second port and the second voltage section are connected with each other and a second state in which the first port and the second voltage section are connected with each other and the second port and the first voltage section are connected with each other.

Description

本発明は、電圧を変換する技術に関する。   The present invention relates to a technique for converting a voltage.

従来、１次側回路のスイッチングと２次側回路のスイッチングとの位相差を変更することによって、１次側回路に構成される１次側ポートと２次側回路に構成される２次側ポートとの間の電力伝送量を調整可能な、電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この電力変換装置は、１次側ポートと２次側ポートとの間で双方向の昇降圧が可能なＤＣ−ＤＣコンバータである。   Conventionally, by changing the phase difference between the switching of the primary circuit and the switching of the secondary circuit, the primary port configured in the primary circuit and the secondary port configured in the secondary circuit There is known a power conversion device that can adjust the amount of power transmission between and (see, for example, Patent Document 1). This power conversion device is a DC-DC converter capable of bidirectional buck-boost between a primary side port and a secondary side port.

特開２０１１−１９３７１３号公報JP 2011-193713 A

しかしながら、１次側回路に構成される２つのポート間、又は２次側回路に構成される２つのポート間では、回路の構成上、降圧する方向と昇圧する方向がいずれも単方向であるため、一方のポートの電圧は他方のポートの電圧よりも大きくなければならない。本発明は、ポート間の電圧の大小関係を制約する条件を緩和できる、電力変換装置及び電圧変換方法の提供を目的とする。   However, between the two ports configured in the primary circuit or between the two ports configured in the secondary circuit, both the direction of step-down and the direction of step-up are unidirectional due to the circuit configuration. The voltage at one port must be greater than the voltage at the other port. An object of this invention is to provide the power converter device and voltage conversion method which can ease the conditions which restrict | limit the magnitude relationship of the voltage between ports.

上記目的を達成するため、本発明は、
１次側回路と、前記１次側回路と変圧器で磁気結合する２次側回路とを備える電力変換装置であって、
前記１次側回路又は前記２次側回路は、
第１のポートと、
第２のポートと、
第１の電圧部と、
第２の電圧部と、
前記第１の電圧部と前記第２の電圧部との間で電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１のポートと前記第２のポートと前記電圧変換部との接続状態を、前記第１のポートと前記第１の電圧部が接続され且つ前記第２のポートと前記第２の電圧部が接続された第１の状態と、前記第１のポートと前記第２の電圧部が接続され且つ前記第２のポートと前記第１の電圧部が接続された第２の状態とに切り替える切替部とを備えることを特徴とする、電力変換装置を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides:
A power converter comprising a primary circuit, and a secondary circuit that is magnetically coupled with the primary circuit by a transformer,
The primary side circuit or the secondary side circuit is:
A first port;
A second port;
A first voltage unit;
A second voltage section;
A voltage conversion unit that converts a voltage between the first voltage unit and the second voltage unit;
The connection state of the first port, the second port, and the voltage conversion unit is the connection between the first port and the first voltage unit, and the second port and the second voltage unit. Switching between a first state in which the first port and the second voltage unit are connected and a second state in which the second port and the first voltage unit are connected A power converter is provided. The power converter is provided.

また、上記目的を達成するため、本発明は、
第１の電圧部と第２の電圧部との間で電圧を変換する電圧変換部によって、第１のポートと第２のポートとの間で電圧を変換する電圧変換方法であって、
前記第１のポートと前記第２のポートと前記電圧変換部との接続状態を、前記第１のポートと前記第１の電圧部が接続され且つ前記第２のポートと前記第２の電圧部が接続された第１の状態と、前記第１のポートと前記第２の電圧部が接続され且つ前記第２のポートと前記第１の電圧部が接続された第２の状態とに切り替えることを特徴とする、電圧変換方法を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides:
A voltage conversion method for converting a voltage between a first port and a second port by a voltage conversion unit that converts a voltage between a first voltage unit and a second voltage unit,
The connection state of the first port, the second port, and the voltage conversion unit is the connection between the first port and the first voltage unit, and the second port and the second voltage unit. Is switched to a first state in which the first port and the second voltage unit are connected, and a second state in which the second port and the first voltage unit are connected. A voltage conversion method is provided.

本発明によれば、ポート間の電圧の大小関係を制約する条件を緩和できる。   According to the present invention, it is possible to relax the condition that restricts the magnitude relation of the voltage between ports.

電力変換装置の実施形態である電源装置の構成例を示したブロック図The block diagram which showed the structural example of the power supply device which is embodiment of a power converter device 制御部の構成例を示したブロック図Block diagram showing a configuration example of the control unit １次側回路及び２次側回路のスイッチング例を示したタイミングチャートTiming chart showing switching example of primary side circuit and secondary side circuit 制御部の一構成例を示したブロック図Block diagram showing a configuration example of the control unit 電圧変換方法の一例を示したフローチャートFlow chart showing an example of voltage conversion method

＜電源装置１０１の構成＞
図１は、電力変換装置の実施形態である電源装置１０１の構成例を示したブロック図である。電源装置１０１は、例えば、電源回路１０と、制御部５０と、センサ部７０とを備えた電源システムである。電源装置１０１は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車載の各負荷に配電するシステムである。 <Configuration of Power Supply Device 101>
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a power supply apparatus 101 that is an embodiment of a power conversion apparatus. The power supply apparatus 101 is a power supply system including, for example, the power supply circuit 10, the control unit 50, and the sensor unit 70. The power supply apparatus 101 is a system that is mounted on a vehicle such as an automobile, for example, and distributes power to each onboard load.

電源装置１０１は、例えば、１次側高電圧系負荷６１ａが接続される第１入出力ポート６０ａと、１次側低電圧系負荷６１ｃ及び１次側低電圧系電源６２ｃが接続される第２入出力ポート６０ｃとを、１次側ポートとして有している。１次側低電圧系電源６２ｃは、１次側低電圧系電源６２ｃと同じ電圧系（例えば、１２Ｖ系）で動作する１次側低電圧系負荷６１ｃに電力を供給する。また、１次側低電圧系電源６２ｃは、１次側低電圧系電源６２ｃと異なる電圧系（例えば、１２Ｖ系よりも高い４８Ｖ系）で動作する１次側高電圧系負荷６１ａに、電源回路１０に構成される１次側変換回路２０によって昇圧された電力を供給する。１次側低電圧系電源６２ｃの具体例として、鉛バッテリ等の二次電池が挙げられる。   The power supply device 101 includes, for example, a first input / output port 60a to which the primary side high voltage system load 61a is connected, a second side to which the primary side low voltage system load 61c and the primary side low voltage system power supply 62c are connected. The input / output port 60c is provided as a primary side port. The primary side low voltage system power supply 62c supplies power to the primary side low voltage system load 61c operating in the same voltage system (for example, 12V system) as the primary side low voltage system power supply 62c. Further, the primary side low voltage power source 62c is connected to the primary side high voltage system load 61a operating in a voltage system different from the primary side low voltage system power source 62c (for example, 48V system higher than 12V system). The boosted power is supplied by the primary side conversion circuit 20 configured as 10. A specific example of the primary side low-voltage power supply 62c is a secondary battery such as a lead battery.

電源装置１０１は、例えば、２次側高電圧系負荷６１ｂ及び２次側高電圧系電源６２ｂが接続される第３入出力ポート６０ｂと、２次側低電圧系負荷６１ｄが接続される第４入出力ポート６０ｄとを、２次側ポートとして有している。２次側高電圧系電源６２ｂは、２次側高電圧系電源６２ｂと同じ電圧系（例えば、１２Ｖ系及び４８Ｖ系よりも高い２８８Ｖ系）で動作する２次側高電圧系負荷６１ｂに電力を供給する。また、２次側高電圧系電源６２ｂは、２次側高電圧系電源６２ｂと異なる電圧系（例えば、２８８Ｖ系よりも低い７２Ｖ系）で動作する２次側低電圧系負荷６１ｄに、電源回路１０に構成される２次側変換回路３０によって降圧された電力を供給する。２次側高電圧系電源６２ｂの具体例として、リチウムイオン電池等の二次電池が挙げられる。   The power supply apparatus 101 includes, for example, a third input / output port 60b to which the secondary side high voltage system load 61b and the secondary side high voltage system power supply 62b are connected, and a fourth side to which the secondary side low voltage system load 61d is connected. An input / output port 60d is provided as a secondary port. The secondary side high voltage system power supply 62b supplies power to the secondary side high voltage system load 61b operating in the same voltage system as the secondary side high voltage system power supply 62b (for example, 288V system higher than 12V system and 48V system). Supply. Further, the secondary side high voltage system power supply 62b is connected to the secondary side low voltage system load 61d operating in a voltage system different from the secondary side high voltage system power supply 62b (for example, 72V system lower than the 288V system). The power reduced by the secondary side conversion circuit 30 configured as 10 is supplied. A specific example of the secondary side high-voltage power supply 62b is a secondary battery such as a lithium ion battery.

電源回路１０は、上述の４つの入出力ポートを有し、それらの４つの入出力ポートのうちから任意の２つの入出力ポートが選択され、当該２つの入出力ポートの間で電力変換を行う機能を有する電力変換回路である。   The power supply circuit 10 has the four input / output ports described above, and two arbitrary input / output ports are selected from the four input / output ports, and power conversion is performed between the two input / output ports. This is a power conversion circuit having a function.

ポート電力Ｐａ，Ｐｃ，Ｐｂ，Ｐｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電力（入力電力又は出力電力）である。ポート電圧Ｖａ，Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電圧（入力電圧又は出力電圧）である。ポート電流Ｉａ，Ｉｃ，Ｉｂ，Ｉｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電流（入力電流又は出力電流）である。   The port powers Pa, Pc, Pb, and Pd are input / output powers (input power or output power) at the first input / output port 60a, the second input / output port 60c, the third input / output port 60b, and the fourth input / output port 60d, respectively. ). The port voltages Va, Vc, Vb, and Vd are input / output voltages (input voltage or output voltage) at the first input / output port 60a, the second input / output port 60c, the third input / output port 60b, and the fourth input / output port 60d, respectively. ). The port currents Ia, Ic, Ib, and Id are input / output currents (input current or output current) in the first input / output port 60a, the second input / output port 60c, the third input / output port 60b, and the fourth input / output port 60d, respectively. ).

電源回路１０は、第１入出力ポート６０ａに設けられるキャパシタＣ１と、第２入出力ポート６０ｃに設けられるキャパシタＣ３と、第３入出力ポート６０ｂに設けられるキャパシタＣ２と、第４入出力ポート６０ｄに設けられるキャパシタＣ４とを備えている。キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の具体例として、フィルムコンデンサ、アルミニウム電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、固体高分子コンデンサなどが挙げられる。   The power supply circuit 10 includes a capacitor C1 provided in the first input / output port 60a, a capacitor C3 provided in the second input / output port 60c, a capacitor C2 provided in the third input / output port 60b, and a fourth input / output port 60d. And a capacitor C4. Specific examples of the capacitors C1, C2, C3, and C4 include a film capacitor, an aluminum electrolytic capacitor, a ceramic capacitor, and a solid polymer capacitor.

キャパシタＣ１は、第１入出力ポート６０ａの高電位側の端子６１３と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４との間に挿入される。キャパシタＣ３は、第２入出力ポート６０ｃの高電位側の端子６１６と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４との間に挿入される。キャパシタＣ２は、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０との間に挿入される。キャパシタＣ４は、第４入出力ポート６０ｄの高電位側の端子６２２と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０との間に挿入される。   The capacitor C1 is inserted between the high potential side terminal 613 of the first input / output port 60a and the low potential side terminal 614 of the first input / output port 60a and the second input / output port 60c. The capacitor C3 is inserted between the high potential side terminal 616 of the second input / output port 60c and the low potential side terminal 614 of the first input / output port 60a and the second input / output port 60c. The capacitor C2 is inserted between the high potential side terminal 618 of the third input / output port 60b and the low potential side terminal 620 of the third input / output port 60b and the fourth input / output port 60d. The capacitor C4 is inserted between the high potential side terminal 622 of the fourth input / output port 60d and the low potential side terminal 620 of the third input / output port 60b and the fourth input / output port 60d.

キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、電源回路１０の内部に設けられてもよいし、電源回路１０の外部に設けられてもよい。   The capacitors C1, C2, C3, and C4 may be provided inside the power supply circuit 10 or may be provided outside the power supply circuit 10.

電源回路１０は、１次側変換回路２０と、２次側変換回路３０とを含んで構成された電力変換回路である。なお、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０とは、１次側磁気結合リアクトル２０４及び２次側磁気結合リアクトル３０４を介して接続され、且つ、変圧器４００（センタータップ式変圧器）で磁気結合されている。   The power supply circuit 10 is a power conversion circuit configured to include a primary side conversion circuit 20 and a secondary side conversion circuit 30. The primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 are connected via a primary side magnetic coupling reactor 204 and a secondary side magnetic coupling reactor 304, and a transformer 400 (center tap type transformer). ) Is magnetically coupled.

１次側変換回路２０は、１次側フルブリッジ回路２００と、第１入出力ポート６０ａと、第２入出力ポート６０ｃとを含んで構成された１次側回路である。１次側フルブリッジ回路２００は、変圧器４００の１次側コイル２０２と、１次側磁気結合リアクトル２０４と、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１とを含んで構成された１次側電力変換部である。ここで、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１は、それぞれ、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、当該ＭＯＳＦＥＴの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該ＭＯＳＦＥＴに並列にダイオードが追加接続されてもよい。   The primary side conversion circuit 20 is a primary side circuit configured to include a primary full bridge circuit 200, a first input / output port 60a, and a second input / output port 60c. The primary side full bridge circuit 200 includes a primary side coil 202 of the transformer 400, a primary side magnetic coupling reactor 204, a primary side first upper arm U1, and a primary side first lower arm / U1, This is a primary power conversion unit configured to include a primary second upper arm V1 and a primary second lower arm / V1. Here, the primary side first upper arm U1, the primary side first lower arm / U1, the primary side second upper arm V1, and the primary side second lower arm / V1 are, for example, N The switching element includes a channel-type MOSFET and a body diode that is a parasitic element of the MOSFET. A diode may be additionally connected in parallel with the MOSFET.

１次側フルブリッジ回路２００は、第１入出力ポート６０ａの高電位側の端子６１３に接続される１次側正極母線２９８と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４に接続される１次側負極母線２９９とを有している。   The primary side full bridge circuit 200 includes a primary side positive bus 298 connected to a high potential side terminal 613 of the first input / output port 60a, and low potentials of the first input / output port 60a and the second input / output port 60c. Primary-side negative electrode bus 299 connected to the terminal 614 on the side.

１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間には、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１とを直列接続した１次側第１アーム回路２０７が取り付けられている。１次側第１アーム回路２０７は、１次側第１上アームＵ１及び１次側第１下アーム／Ｕ１のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な１次側第１電力変換回路部（１次側Ｕ相電力変換回路部）である。さらに、１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間には、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１とを直列接続した１次側第２アーム回路２１１が１次側第１アーム回路２０７と並列に取り付けられている。１次側第２アーム回路２１１は、１次側第２上アームＶ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な１次側第２電力変換回路部（１次側Ｖ相電力変換回路部）である。   A primary side first arm circuit in which a primary side first upper arm U1 and a primary side first lower arm / U1 are connected in series between a primary side positive electrode bus 298 and a primary side negative electrode bus 299. 207 is attached. The primary side first arm circuit 207 is a primary side first power conversion circuit unit capable of performing a power conversion operation by an on / off switching operation of the primary side first upper arm U1 and the primary side first lower arm / U1 ( Primary side U-phase power conversion circuit unit). Further, between the primary side positive electrode bus 298 and the primary side negative electrode bus 299, a primary side second upper arm V1 and a primary side second lower arm / V1 connected in series are connected. An arm circuit 211 is attached in parallel with the primary side first arm circuit 207. The primary side second arm circuit 211 is a primary side second power conversion circuit unit capable of performing a power conversion operation by ON / OFF switching operation of the primary side second upper arm V1 and the primary side second lower arm / V1 ( Primary side V-phase power conversion circuit unit).

１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍと１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍを接続するブリッジ部分には、１次側コイル２０２と１次側磁気結合リアクトル２０４とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍには、１次側磁気結合リアクトル２０４の１次側第１リアクトル２０４ａの一方端が接続される。そして、１次側第１リアクトル２０４ａの他方端には、１次側コイル２０２の一方端が接続される。さらに、１次側コイル２０２の他方端には、１次側磁気結合リアクトル２０４の１次側第２リアクトル２０４ｂの一方端が接続される。それから、１次側第２リアクトル２０４ｂの他方端が１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍに接続される。なお、１次側磁気結合リアクトル２０４は、１次側第１リアクトル２０４ａと、１次側第１リアクトル２０４ａと結合係数ｋ１で磁気結合する１次側第２リアクトル２０４ｂとを含んで構成される。 A primary side coil 202 and a primary side magnetic coupling reactor 204 are provided at a bridge portion connecting the middle point 207m of the primary side first arm circuit 207 and the middle point 211m of the primary side second arm circuit 211. ing. The connection relationship will be described in more detail with respect to the bridge portion. One end of the primary side first reactor 204a of the primary side magnetic coupling reactor 204 is connected to the midpoint 207m of the primary side first arm circuit 207. And one end of the primary side coil 202 is connected to the other end of the primary side 1st reactor 204a. Further, one end of the primary second reactor 204 b of the primary magnetic coupling reactor 204 is connected to the other end of the primary coil 202. Then, the other end of the primary side second reactor 204 b is connected to the midpoint 211 m of the primary side second arm circuit 211. Incidentally, the primary magnetic coupling reactor 204 is configured to include a first reactor 204a primary side and a primary side second reactor 204b magnetically coupled to the primary side first reactor 204a in the coupling coefficient k 1 .

中点２０７ｍは、１次側第１上アームＵ１と１次側第１下アーム／Ｕ１との間の１次側第１中間ノードであり、中点２１１ｍは、１次側第２上アームＶ１と１次側第２下アーム／Ｖ１との間の１次側第２中間ノードである。   A midpoint 207m is a primary first intermediate node between the primary first upper arm U1 and the primary first lower arm / U1, and a midpoint 211m is the primary second upper arm V1. And a primary side second lower arm / V1.

第１入出力ポート６０ａは、１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間に設けられるポートである。第１入出力ポート６０ａは、端子６１３と端子６１４とを含んで構成される。第２入出力ポート６０ｃは、１次側負極母線２９９と１次側コイル２０２のセンタータップ２０２ｍとの間に設けられるポートである。第２入出力ポート６０ｃは、端子６１４と端子６１６とを含んで構成される。   The first input / output port 60 a is a port provided between the primary positive electrode bus 298 and the primary negative electrode bus 299. The first input / output port 60 a includes a terminal 613 and a terminal 614. The second input / output port 60 c is a port provided between the primary negative electrode bus 299 and the center tap 202 m of the primary coil 202. The second input / output port 60 c includes a terminal 614 and a terminal 616.

センタータップ２０２ｍは、第２入出力ポート６０ｃの高電位側の端子６１６に接続されている。センタータップ２０２ｍは、１次側コイル２０２に構成される１次側第１巻線２０２ａと１次側第２巻線２０２ｂとの中間接続点である。   The center tap 202m is connected to the terminal 616 on the high potential side of the second input / output port 60c. The center tap 202m is an intermediate connection point between the primary first winding 202a and the primary second winding 202b configured in the primary coil 202.

２次側変換回路３０は、２次側フルブリッジ回路３００と、第３入出力ポート６０ｂと、第４入出力ポート６０ｄとを含んで構成された２次側回路である。２次側フルブリッジ回路３００は、変圧器４００の２次側コイル３０２と、２次側磁気結合リアクトル３０４と、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２とを含んで構成された２次側電力変換部である。ここで、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２は、それぞれ、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、当該ＭＯＳＦＥＴの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該ＭＯＳＦＥＴに並列にダイオードが追加接続されてもよい。   The secondary side conversion circuit 30 is a secondary side circuit configured to include a secondary side full bridge circuit 300, a third input / output port 60b, and a fourth input / output port 60d. The secondary side full bridge circuit 300 includes a secondary side coil 302 of the transformer 400, a secondary side magnetic coupling reactor 304, a secondary side first upper arm U2, and a secondary side first lower arm / U2. This is a secondary side power converter configured to include the secondary side second upper arm V2 and the secondary side second lower arm / V2. Here, each of the secondary side first upper arm U2, the secondary side first lower arm / U2, the secondary side second upper arm V2, and the secondary side second lower arm / V2 is, for example, N The switching element includes a channel-type MOSFET and a body diode that is a parasitic element of the MOSFET. A diode may be additionally connected in parallel with the MOSFET.

２次側フルブリッジ回路３００は、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８に接続される２次側正極母線３９８と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０に接続される２次側負極母線３９９とを有している。   The secondary-side full bridge circuit 300 includes a secondary-side positive bus 398 connected to a high-potential side terminal 618 of the third input / output port 60b, and low potentials of the third input / output port 60b and the fourth input / output port 60d. And a secondary negative electrode bus 399 connected to the terminal 620 on the side.

２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間には、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２とを直列接続した２次側第１アーム回路３０７が取り付けられている。２次側第１アーム回路３０７は、２次側第１上アームＵ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な２次側第１電力変換回路部（２次側Ｕ相電力変換回路部）である。さらに、２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間には、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２とを直列接続した２次側第２アーム回路３１１が２次側第１アーム回路３０７と並列に取り付けられている。２次側第２アーム回路３１１は、２次側第２上アームＶ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な２次側第２電力変換回路部（２次側Ｖ相電力変換回路部）である。   A secondary side first arm circuit in which a secondary side first upper arm U2 and a secondary side first lower arm / U2 are connected in series between a secondary side positive electrode bus 398 and a secondary side negative electrode bus 399. 307 is attached. The secondary side first arm circuit 307 is a secondary side first power conversion circuit unit capable of performing a power conversion operation by on / off switching operation of the secondary side first upper arm U2 and the secondary side first lower arm / U2. Secondary side U-phase power conversion circuit unit). Furthermore, a secondary side second upper arm V2 and a secondary side second lower arm / V2 are connected in series between the secondary side positive electrode bus 398 and the secondary side negative electrode bus 399. An arm circuit 311 is attached in parallel with the secondary side first arm circuit 307. The secondary side second arm circuit 311 is a secondary side second power conversion circuit unit capable of performing a power conversion operation by an on / off switching operation of the secondary side second upper arm V2 and the secondary side second lower arm / V2. Secondary side V-phase power conversion circuit unit).

２次側第１アーム回路３０７の中点３０７ｍと２次側第２アーム回路３１１の中点３１１ｍを接続するブリッジ部分には、２次側コイル３０２と２次側磁気結合リアクトル３０４とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、２次側第１アーム回路３０７の中点３０７ｍには、２次側磁気結合リアクトル３０４の２次側第１リアクトル３０４ａの一方端が接続される。そして、２次側第１リアクトル３０４ａの他方端には、２次側コイル３０２の一方端が接続される。さらに、２次側コイル３０２の他方端には、２次側磁気結合リアクトル３０４の２次側第２リアクトル３０４ｂの一方端が接続される。それから、２次側第２リアクトル３０４ｂの他方端が２次側第２アーム回路３１１の中点３１１ｍに接続される。なお、２次側磁気結合リアクトル３０４は、２次側第１リアクトル３０４ａと、２次側第１リアクトル３０４ａと結合係数ｋ２で磁気結合する２次側第２リアクトル３０４ｂとを含んで構成される。 A secondary coil 302 and a secondary magnetic coupling reactor 304 are provided at a bridge portion connecting the midpoint 307m of the secondary side first arm circuit 307 and the midpoint 311m of the secondary side second arm circuit 311. ing. The connection relationship will be described in detail for the bridge portion. One end of the secondary side first reactor 304a of the secondary side magnetic coupling reactor 304 is connected to the midpoint 307m of the secondary side first arm circuit 307. Then, one end of the secondary coil 302 is connected to the other end of the secondary first reactor 304a. Furthermore, one end of the secondary second reactor 304 b of the secondary magnetic coupling reactor 304 is connected to the other end of the secondary coil 302. Then, the other end of the secondary side second reactor 304 b is connected to the midpoint 311 m of the secondary side second arm circuit 311. Incidentally, the secondary side magnetic coupling reactor 304 is configured to include a first reactor 304a secondary, a secondary side second reactor 304b magnetically coupled with the secondary side first reactor 304a in the coupling coefficient k 2 .

中点３０７ｍは、２次側第１上アームＵ２と２次側第１下アーム／Ｕ２との間の２次側第１中間ノードであり、中点３１１ｍは、２次側第２上アームＶ２と２次側第２下アーム／Ｖ２との間の２次側第２中間ノードである。   The middle point 307m is a secondary side first intermediate node between the secondary side first upper arm U2 and the secondary side first lower arm / U2, and the middle point 311m is the secondary side second upper arm V2. And a secondary side second intermediate node between the secondary side second lower arm / V2.

第３入出力ポート６０ｂは、２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間に設けられるポートである。第３入出力ポート６０ｂは、端子６１８と端子６２０とを含んで構成される。第４入出力ポート６０ｄは、２次側負極母線３９９と２次側コイル３０２のセンタータップ３０２ｍとの間に設けられるポートである。第４入出力ポート６０ｄは、端子６２０と端子６２２とを含んで構成される。   The third input / output port 60 b is a port provided between the secondary positive electrode bus 398 and the secondary negative electrode bus 399. The third input / output port 60b includes a terminal 618 and a terminal 620. The fourth input / output port 60 d is a port provided between the secondary negative electrode bus 399 and the center tap 302 m of the secondary coil 302. The fourth input / output port 60d includes a terminal 620 and a terminal 622.

センタータップ３０２ｍは、第４入出力ポート６０ｄの高電位側の端子６２２に接続されている。センタータップ３０２ｍは、２次側コイル３０２に構成される２次側第１巻線３０２ａと２次側第２巻線３０２ｂとの中間接続点である。   The center tap 302m is connected to the high potential side terminal 622 of the fourth input / output port 60d. The center tap 302m is an intermediate connection point between the secondary side first winding 302a and the secondary side second winding 302b configured in the secondary side coil 302.

図１において、電源装置１０１は、センサ部７０を備えている。センサ部７０は、第１乃至第４入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄの少なくとも一つのポートにおける入出力値Ｙを所定の検出周期で検出し、その検出した入出力値Ｙに対応する検出値Ｙｄを制御部５０に対して出力する検出手段である。検出値Ｙｄは、入出力電圧を検出して得られた検出電圧でもよいし、入出力電流を検出して得られた検出電流でもよいし、入出力電力を検出して得られた検出電力でもよい。センサ部７０は、電源回路１０の内部に備えられても外部に備えられてもよい。   In FIG. 1, the power supply apparatus 101 includes a sensor unit 70. The sensor unit 70 detects an input / output value Y in at least one of the first to fourth input / output ports 60a, 60c, 60b, and 60d at a predetermined detection cycle, and a detection corresponding to the detected input / output value Y. This is detection means for outputting the value Yd to the control unit 50. The detection value Yd may be a detection voltage obtained by detecting the input / output voltage, a detection current obtained by detecting the input / output current, or a detection power obtained by detecting the input / output power. Good. The sensor unit 70 may be provided inside or outside the power supply circuit 10.

センサ部７０は、例えば、第１乃至第４入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄの少なくとも一つのポートに生ずる入出力電圧を検出する電圧検出部を有している。センサ部７０は、例えば、入出力電圧Ｖａと入出力電圧Ｖｃの少なくとも一方の検出電圧を１次側電圧検出値として出力する１次側電圧検出部と、入出力電圧Ｖｂと入出力電圧Ｖｄの少なくとも一方の検出電圧を２次側電圧検出値として出力する２次側電圧検出部とを有している。   The sensor unit 70 includes, for example, a voltage detection unit that detects an input / output voltage generated in at least one of the first to fourth input / output ports 60a, 60c, 60b, and 60d. The sensor unit 70 includes, for example, a primary side voltage detection unit that outputs at least one detection voltage of the input / output voltage Va and the input / output voltage Vc as a primary side voltage detection value; A secondary-side voltage detector that outputs at least one detection voltage as a secondary-side voltage detection value.

センサ部７０の電圧検出部は、例えば、少なくとも一つのポートの入出力電圧値をモニタする電圧センサと、該電圧センサによってモニタされた入出力電圧値に対応する検出電圧を制御部５０に対して出力する電圧検出回路とを有している。   The voltage detection unit of the sensor unit 70, for example, provides a voltage sensor that monitors the input / output voltage value of at least one port and a detection voltage corresponding to the input / output voltage value monitored by the voltage sensor to the control unit 50. And a voltage detection circuit for outputting.

センサ部７０は、例えば、第１乃至第４入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄの少なくとも一つのポートに流れる入出力電流を検出する電流検出部を有している。センサ部７０は、例えば、入出力電流Ｉａと入出力電流Ｉｃの少なくとも一方の検出電流を１次側電流検出値として出力する１次側電流検出部と、入出力電流Ｉｂと入出力電流Ｉｄの少なくとも一方の検出電流を２次側電流検出値として出力する２次側電流検出部とを有している。   The sensor unit 70 includes, for example, a current detection unit that detects an input / output current flowing in at least one of the first to fourth input / output ports 60a, 60c, 60b, and 60d. The sensor unit 70 includes, for example, a primary-side current detection unit that outputs a detection current of at least one of the input-output current Ia and the input-output current Ic as a primary-side current detection value, and the input-output current Ib and the input-output current Id. A secondary-side current detection unit that outputs at least one of the detection currents as a secondary-side current detection value.

センサ部７０の電流検出部は、例えば、少なくとも一つのポートの入出力電流値をモニタする電流センサと、該電流センサによってモニタされた入出力電流値に対応する検出電流を制御部５０に対して出力する電流検出回路とを有している。   The current detection unit of the sensor unit 70 includes, for example, a current sensor that monitors an input / output current value of at least one port and a detection current corresponding to the input / output current value monitored by the current sensor to the control unit 50. And a current detection circuit for outputting.

電源装置１０１は、制御部５０を備えている。制御部５０は、例えば、ＣＰＵを内蔵するマイクロコンピュータを備えた電子回路である。制御部５０は、電源回路１０の内部に備えられても外部に備えられてもよい。   The power supply apparatus 101 includes a control unit 50. The control unit 50 is an electronic circuit including a microcomputer with a built-in CPU, for example. The control unit 50 may be provided inside or outside the power supply circuit 10.

制御部５０は、第１乃至第４入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄの少なくとも一つのポートにおける入出力値Ｙの検出値Ｙｄが、該ポートに設定された目標値Ｙｏに収束するように、電源回路１０による電力変換動作をフィードバック制御する。目標値Ｙｏは、例えば、各入出力ポートに接続される負荷（例えば、１次側低電圧系負荷６１ｃ等）毎に規定される駆動条件に基づいて、制御部５０又は制御部５０以外の所定の装置によって設定される指令値である。目標値Ｙｏは、電力がポートから出力されるときには出力目標値として機能し、電力がポートに入力されるときには入力目標値として機能し、目標電圧値でもよいし、目標電流値でもよいし、目標電力値でもよい。   The control unit 50 makes the detection value Yd of the input / output value Y in at least one of the first to fourth input / output ports 60a, 60c, 60b, 60d converge to the target value Yo set in the port. The power conversion operation by the power supply circuit 10 is feedback-controlled. The target value Yo is, for example, a predetermined value other than the control unit 50 or the control unit 50 based on a driving condition defined for each load connected to each input / output port (for example, the primary side low voltage system load 61c and the like). Is a command value set by the device. The target value Yo functions as an output target value when power is output from the port, functions as an input target value when power is input to the port, may be a target voltage value, a target current value, It may be a power value.

また、制御部５０は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０との間で変圧器４００を介して伝送される伝送電力Ｐが、設定された目標伝送電力Ｐｏに収束するように、電源回路１０による電力変換動作をフィードバック制御する。伝送電力は、電力伝送量とも呼ばれる。目標伝送電力Ｐｏは、例えば、いずれかのポートにおける検出値Ｙｄと目標値Ｙｏとの偏差に基づいて、制御部５０又は制御部５０以外の所定の装置によって設定される指令値である。   In addition, the control unit 50 causes the transmission power P transmitted between the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 via the transformer 400 to converge to the set target transmission power Po. The power conversion operation by the power supply circuit 10 is feedback-controlled. The transmitted power is also called power transmission amount. The target transmission power Po is, for example, a command value set by the control unit 50 or a predetermined device other than the control unit 50 based on the deviation between the detection value Yd and the target value Yo at any port.

制御部５０は、所定の制御パラメータＸの値を変化させることによって、電源回路１０で行われる電力変換動作をフィードバック制御し、電源回路１０の第１乃至第４の各入出力ポート６０ａ，６０ｃ，６０ｂ，６０ｄにおける入出力値Ｙを調整できる。主な制御パラメータＸとして、位相差φ及びデューティ比Ｄ（オン時間δ）の２種類の制御変数が挙げられる。   The control unit 50 feedback-controls the power conversion operation performed in the power supply circuit 10 by changing the value of the predetermined control parameter X, and each of the first to fourth input / output ports 60a, 60c, The input / output value Y at 60b and 60d can be adjusted. As the main control parameter X, there are two types of control variables, phase difference φ and duty ratio D (on time δ).

位相差φは、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ（タイムラグ）である。デューティ比Ｄ（オン時間δ）は、１次側フルブリッジ回路２００及び２次側フルブリッジ回路３００に構成される各電力変換回路部でのスイッチング波形のデューティ比（オン時間）である。   The phase difference φ is a switching timing shift (time lag) between the power conversion circuit units of the same phase between the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300. The duty ratio D (on time δ) is a duty ratio (on time) of a switching waveform in each power conversion circuit unit configured in the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300.

これらの２つの制御パラメータＸは、互いに独立に制御されることが可能である。制御部５０は、位相差φ及びデューティ比Ｄ（オン時間δ）を用いた１次側フルブリッジ回路２００及び２次側フルブリッジ回路３００のデューティ比制御及び／又は位相制御によって、電源回路１０の各入出力ポートにおける入出力値Ｙを変化させる。   These two control parameters X can be controlled independently of each other. The control unit 50 performs the duty ratio control and / or phase control of the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300 using the phase difference φ and the duty ratio D (ON time δ). The input / output value Y at each input / output port is changed.

図２は、制御部５０のブロック図である。制御部５０は、１次側変換回路２０の１次側第１上アームＵ１等の各スイッチング素子と２次側変換回路３０の２次側第１上アームＵ２等の各スイッチング素子のスイッチング制御を行う機能を有する制御部である。制御部５０は、電力変換モード決定処理部５０２と、位相差φ決定処理部５０４と、オン時間δ決定処理部５０６と、１次側スイッチング処理部５０８と、２次側スイッチング処理部５１０とを含んで構成される。制御部５０は、例えば、ＣＰＵを内蔵するマイクロコンピュータを備えた電子回路である。   FIG. 2 is a block diagram of the control unit 50. The control unit 50 performs switching control of each switching element such as the primary first upper arm U1 of the primary side conversion circuit 20 and each switching element such as the secondary first upper arm U2 of the secondary side conversion circuit 30. It is a control part which has a function to perform. The control unit 50 includes a power conversion mode determination processing unit 502, a phase difference φ determination processing unit 504, an on-time δ determination processing unit 506, a primary side switching processing unit 508, and a secondary side switching processing unit 510. Consists of including. The control unit 50 is an electronic circuit including a microcomputer with a built-in CPU, for example.

電力変換モード決定処理部５０２は、例えば、所定の外部信号（例えば、いずれかのポートにおける検出値Ｙｄと目標値Ｙｏとの偏差を表す信号）に基づいて、次に述べる電源回路１０の電力変換モードＡ〜Ｌの中から動作モードを選択して決定する。電力変換モードは、第１入出力ポート６０ａから入力された電力を変換して第２入出力ポート６０ｃへ出力するモードＡと、第１入出力ポート６０ａから入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂへ出力するモードＢと、第１入出力ポート６０ａから入力された電力を変換して第４入出力ポート６０ｄへ出力するモードＣがある。   For example, the power conversion mode determination processing unit 502 performs power conversion of the power supply circuit 10 described below based on a predetermined external signal (for example, a signal indicating a deviation between the detected value Yd and the target value Yo at any port). An operation mode is selected from modes A to L and determined. The power conversion mode is a mode A in which the power input from the first input / output port 60a is converted and output to the second input / output port 60c, and the power input from the first input / output port 60a is converted to a third mode. There are a mode B for outputting to the input / output port 60b and a mode C for converting the power input from the first input / output port 60a and outputting it to the fourth input / output port 60d.

そして、第２入出力ポート６０ｃから入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａへ出力するモードＤと、第２入出力ポート６０ｃから入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂへ出力するモードＥと、第２入出力ポート６０ｃから入力された電力を変換して第４入出力ポート６０ｄへ出力するモードＦがある。   A mode D for converting the power input from the second input / output port 60c and outputting the converted power to the first input / output port 60a, and a third input / output port for converting the power input from the second input / output port 60c. There is a mode E for outputting to 60b and a mode F for converting the power input from the second input / output port 60c and outputting it to the fourth input / output port 60d.

さらに、第３入出力ポート６０ｂから入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａへ出力するモードＧと、第３入出力ポート６０ｂから入力された電力を変換して第２入出力ポート６０ｃへ出力するモードＨと、第３入出力ポート６０ｂから入力された電力を変換して第４入出力ポート６０ｄへ出力するモードＩがある。   Further, the mode G that converts the power input from the third input / output port 60b and outputs it to the first input / output port 60a, and the second input / output port that converts the power input from the third input / output port 60b. There are a mode H for outputting to 60c and a mode I for converting the power input from the third input / output port 60b and outputting to the fourth input / output port 60d.

それから、第４入出力ポート６０ｄから入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａへ出力するモードＪと、第４入出力ポート６０ｄから入力された電力を変換して第２入出力ポート６０ｃへ出力するモードＫと、第４入出力ポート６０ｄから入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂへ出力するモードＬがある。   Then, a mode J for converting the power input from the fourth input / output port 60d and outputting it to the first input / output port 60a, and a second input / output port for converting the power input from the fourth input / output port 60d. There is a mode K for outputting to 60c and a mode L for converting the power input from the fourth input / output port 60d and outputting to the third input / output port 60b.

位相差φ決定処理部５０４は、電源回路１０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路として機能させるために、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０との間でのスイッチング素子のスイッチング周期運動の位相差φを設定する機能を有する。   The phase difference φ determination processing unit 504 determines the switching period motion of the switching element between the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 in order to cause the power supply circuit 10 to function as a DC-DC converter circuit. It has a function of setting the phase difference φ.

オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０をそれぞれ昇降圧回路として機能させるために、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０のスイッチング素子のオン時間δを設定する機能を有する。   The on-time δ determination processing unit 506 operates switching elements of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 in order to cause the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 to function as step-up / down circuits, respectively. It has a function of setting the on time δ.

１次側スイッチング処理部５０８は、電力変換モード決定処理部５０２と位相差φ決定処理部５０４とオン時間δ決定処理部５０６の出力に基づいて、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１の各スイッチング素子をスイッチング制御する機能を有する。   The primary side switching processing unit 508 includes the primary side first upper arm U1 and the primary side based on the outputs of the power conversion mode determination processing unit 502, the phase difference φ determination processing unit 504, and the on-time δ determination processing unit 506. The switching function of each switching element of the side first lower arm / U1, the primary second upper arm V1, and the primary second lower arm / V1 is provided.

２次側スイッチング処理部５１０は、電力変換モード決定処理部５０２と位相差φ決定処理部５０４とオン時間δ決定処理部５０６の出力に基づいて、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２の各スイッチング素子をスイッチング制御する機能を有する。   The secondary side switching processing unit 510 includes a secondary side first upper arm U2 and a secondary side based on outputs of the power conversion mode determination processing unit 502, the phase difference φ determination processing unit 504, and the on-time δ determination processing unit 506. The switching function of each switching element of the side first lower arm / U2, the secondary side second upper arm V2, and the secondary side second lower arm / V2 is provided.

＜電源装置１０１の動作＞
上記電源装置１０１の動作について、図１及び図２を用いて説明する。例えば、電源回路１０の電力変換モードをモードＦとして動作させることを要求する外部信号が入力されてきた場合には、制御部５０の電力変換モード決定処理部５０２は、電源回路１０の電力変換モードをモードＦとして決定する。このとき、第２入出力ポート６０ｃに入力された電圧が１次側変換回路２０の昇圧機能によって昇圧され、その昇圧された電圧の電力が電源回路１０のＤＣ−ＤＣコンバータ回路としての機能によって第３入出力ポート６０ｂ側へと伝送され、さらに、２次側変換回路３０の降圧機能によって降圧されて第４入出力ポート６０ｄから出力される。 <Operation of Power Supply Device 101>
The operation of the power supply apparatus 101 will be described with reference to FIGS. For example, when an external signal requesting to operate the power conversion mode of the power supply circuit 10 as mode F is input, the power conversion mode determination processing unit 502 of the control unit 50 performs the power conversion mode of the power supply circuit 10. Is determined as mode F. At this time, the voltage input to the second input / output port 60c is boosted by the boost function of the primary side conversion circuit 20, and the power of the boosted voltage is increased by the function of the power supply circuit 10 as the DC-DC converter circuit. It is transmitted to the third input / output port 60b side, further stepped down by the step-down function of the secondary side conversion circuit 30, and output from the fourth input / output port 60d.

ここで、１次側変換回路２０の昇降圧機能について詳細に説明する。第２入出力ポート６０ｃと第１入出力ポート６０ａについて着目すると、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６は、１次側第１巻線２０２ａと、１次側第１巻線２０２ａに直列接続される１次側第１リアクトル２０４ａを介して、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍに接続される。そして、１次側第１アーム回路２０７の両端は、第１入出力ポート６０ａに接続されているため、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６と第１入出力ポート６０ａとの間には昇降圧回路が取り付けられていることとなる。   Here, the step-up / step-down function of the primary side conversion circuit 20 will be described in detail. Focusing on the second input / output port 60c and the first input / output port 60a, the terminal 616 of the second input / output port 60c is connected in series to the primary side first winding 202a and the primary side first winding 202a. The primary side first arm circuit 207 is connected to the midpoint 207m through the primary side first reactor 204a. Since both ends of the primary side first arm circuit 207 are connected to the first input / output port 60a, there is a step-up / down voltage between the terminal 616 of the second input / output port 60c and the first input / output port 60a. A circuit is attached.

さらに、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６は、１次側第２巻線２０２ｂと、１次側第２巻線２０２ｂに直列接続される１次側第２リアクトル２０４ｂを介して、１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍに接続される。そして、１次側第２アーム回路２１１の両端は、第１入出力ポート６０ａに接続されているため、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６と第１入出力ポート６０ａとの間には、昇降圧回路が並列に取り付けられていることとなる。なお、２次側変換回路３０は、１次側変換回路２０とほぼ同様の構成を有する回路であるため、第４入出力ポート６０ｄの端子６２２と第３入出力ポート６０ｂとの間には、２つの昇降圧回路が並列に接続されていることとなる。したがって、２次側変換回路３０は、１次側変換回路２０と同様に昇降圧機能を有する。   Further, the terminal 616 of the second input / output port 60c is connected to the primary side via the primary side second winding 202b and the primary side second reactor 204b connected in series to the primary side second winding 202b. The second arm circuit 211 is connected to the midpoint 211m. Since both ends of the primary side second arm circuit 211 are connected to the first input / output port 60a, there is no up / down between the terminal 616 of the second input / output port 60c and the first input / output port 60a. The pressure circuit is attached in parallel. Since the secondary side conversion circuit 30 is a circuit having substantially the same configuration as the primary side conversion circuit 20, between the terminal 622 of the fourth input / output port 60d and the third input / output port 60b, Two step-up / step-down circuits are connected in parallel. Therefore, the secondary side conversion circuit 30 has a step-up / step-down function like the primary side conversion circuit 20.

次に、電源回路１０のＤＣ−ＤＣコンバータ回路としての機能について詳細に説明する。第１入出力ポート６０ａと第３入出力ポート６０ｂについて着目すると、第１入出力ポート６０ａには、１次側フルブリッジ回路２００が接続され、第３入出力ポート６０ｂは、２次側フルブリッジ回路３００が接続されている。そして、１次側フルブリッジ回路２００のブリッジ部分に設けられる１次側コイル２０２と、２次側フルブリッジ回路３００のブリッジ部分に設けられる２次側コイル３０２とが結合係数ｋＴで磁気結合することで、変圧器４００が巻き数１：Ｎのセンタータップ式変圧器として機能する。したがって、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００でのスイッチング素子のスイッチング周期運動の位相差φを調整することで、第１入出力ポート６０ａに入力された電力を変換して第３入出力ポート６０ｂに伝送させ、あるいは、第３入出力ポート６０ｂに入力された電力を変換して第１入出力ポート６０ａに伝送させることができる。 Next, the function of the power supply circuit 10 as a DC-DC converter circuit will be described in detail. Focusing on the first input / output port 60a and the third input / output port 60b, the first input / output port 60a is connected to the primary side full bridge circuit 200, and the third input / output port 60b is connected to the secondary side full bridge. A circuit 300 is connected. Then, a primary coil 202 provided on the bridge portion of the primary full-bridge circuit 200, a secondary coil 302 provided on the bridge portion of the secondary side full bridge circuit 300 is magnetically coupled with a coupling coefficient k T Thus, the transformer 400 functions as a center tap type transformer having a winding number 1: N. Therefore, by adjusting the phase difference φ of the switching periodic motion of the switching elements in the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300, the power input to the first input / output port 60a is converted. The power can be transmitted to the third input / output port 60b, or the power input to the third input / output port 60b can be converted and transmitted to the first input / output port 60a.

図３は、制御部５０の制御によって、電源回路１０に構成される各アームのオンオフのスイッチング波形のタイミングチャートを示す図である。図３において、Ｕ１は、１次側第１上アームＵ１のオンオフ波形であり、Ｖ１は、１次側第２上アームＶ１のオンオフ波形であり、Ｕ２は、２次側第１上アームＵ２のオンオフ波形であり、Ｖ２は、２次側第２上アームＶ２のオンオフ波形である。１次側第１下アーム／Ｕ１、１次側第２下アーム／Ｖ１、２次側第１下アーム／Ｕ２、２次側第２下アーム／Ｖ２のオンオフ波形は、それぞれ、１次側第１上アームＵ１、１次側第２上アームＶ１、２次側第１上アームＵ２、２次側第２上アームＶ２のオンオフ波形を反転した波形である（図示省略）。なお、上下アームの両オンオフ波形間には、上下アームの両方がオンすることで貫通電流が流れないようにデッドタイムが設けられているとよい。また、図３において、ハイレベルがオン状態を表し、ローレベルがオフ状態を表している。   FIG. 3 is a diagram illustrating a timing chart of on / off switching waveforms of the arms configured in the power supply circuit 10 under the control of the control unit 50. In FIG. 3, U1 is an ON / OFF waveform of the primary first upper arm U1, V1 is an ON / OFF waveform of the primary second upper arm V1, and U2 is the secondary first upper arm U2. It is an on / off waveform, and V2 is an on / off waveform of the secondary second upper arm V2. The primary-side first lower arm / U1, the primary-side second lower arm / V1, the secondary-side first lower arm / U2, and the secondary-side second lower arm / V2 have ON / OFF waveforms respectively. This is a waveform obtained by inverting the on / off waveform of the first upper arm U1, the primary second upper arm V1, the secondary first upper arm U2, and the secondary second upper arm V2 (not shown). Note that a dead time is preferably provided between the on-off waveforms of the upper and lower arms so that no through current flows when both the upper and lower arms are turned on. In FIG. 3, the high level represents the on state, and the low level represents the off state.

ここで、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを変更することで、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比を変更することができる。例えば、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを互いに等しくすることで、１次側変換回路２０の昇降圧比と２次側変換回路３０の昇降圧比を等しくできる。   Here, the step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 can be changed by changing the ON times δ of U1, V1, U2, and V2. For example, by making the ON times δ of U1, V1, U2, and V2 equal to each other, the step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 and the step-up / step-down ratio of the secondary side conversion circuit 30 can be made equal.

オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比が互いに等しくなるように、Ｕ１とＶ１とＵ２とＶ２の各オン時間δを互いに等しくする（各オン時間δ＝１次側オン時間δ１１＝２次側オン時間δ１２＝時間値α）。   The ON time δ determination processing unit 506 makes the ON times δ of U1, V1, U2, and V2 equal to each other so that the step-up / step-down ratios of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 are equal to each other (each ON time δ = primary side ON time δ11 = secondary side ON time δ12 = time value α).

１次側変換回路２０の昇降圧比は、１次側フルブリッジ回路２００に構成されるスイッチング素子（アーム）のスイッチング周期Ｔに占めるオン時間δの割合であるデューティ比Ｄによって決まる。同様に、２次側変換回路３０の昇降圧比は、２次側フルブリッジ回路３００に構成されるスイッチング素子（アーム）のスイッチング周期Ｔに占めるオン時間δの割合であるデューティ比Ｄによって決まる。１次側変換回路２０の昇降圧比は、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃとの間の変圧比であり、２次側変換回路３０の昇降圧比は、第３入出力ポート６０ｂと第４入出力ポート６０ｄとの間の変圧比である。   The step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 is determined by the duty ratio D, which is the ratio of the on-time δ to the switching period T of the switching element (arm) configured in the primary side full bridge circuit 200. Similarly, the step-up / step-down ratio of the secondary side conversion circuit 30 is determined by the duty ratio D, which is the ratio of the on-time δ to the switching cycle T of the switching elements (arms) configured in the secondary side full bridge circuit 300. The step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 is a transformation ratio between the first input / output port 60a and the second input / output port 60c, and the step-up / step-down ratio of the secondary side conversion circuit 30 is the third input / output port 60b. And the fourth input / output port 60d.

したがって、例えば、
１次側変換回路２０の昇降圧比
＝第２入出力ポート６０ｃの電圧／第１入出力ポート６０ａの電圧
＝δ１１／Ｔ＝α／Ｔ
２次側変換回路３０の昇降圧比
＝第４入出力ポート６０ｄの電圧／第３入出力ポート６０ｂの電圧
＝δ１２／Ｔ＝α／Ｔ
と表される。つまり、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の昇降圧比は互いに同じ値（＝α／Ｔ）である。 So, for example,
The step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 = the voltage of the second input / output port 60c / the voltage of the first input / output port 60a = δ11 / T = α / T
The step-up / step-down ratio of the secondary conversion circuit 30 = the voltage at the fourth input / output port 60d / the voltage at the third input / output port 60b = δ12 / T = α / T
It is expressed. That is, the step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 is the same value (= α / T).

なお、図３のオン時間δは、１次側第１上アームＵ１及び１次側第２上アームＶ１のオン時間δ１１を表すとともに、２次側第１上アームＵ２及び２次側第２上アームＶ２のオン時間δ１２を表す。また、１次側フルブリッジ回路２００に構成されるアームのスイッチング周期Ｔと２次側フルブリッジ回路３００に構成されるアームのスイッチング周期Ｔは等しい時間である。   3 represents the on time δ11 of the primary first upper arm U1 and the primary second upper arm V1, and the secondary first upper arm U2 and the secondary second upper. This represents the on time δ12 of the arm V2. The switching period T of the arm configured in the primary side full bridge circuit 200 and the switching period T of the arm configured in the secondary side full bridge circuit 300 are equal times.

また、Ｕ１とＶ１との位相差は、１８０度（π）で動作させ、Ｕ２とＶ２との位相差も１８０度（π）で動作させる。さらに、Ｕ１とＵ２の位相差φを変更することで、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０の間の電力伝送量Ｐを調整することができ、位相差φ＞０であれば、１次側変換回路２０から２次側変換回路３０に伝送し、位相差φ＜０であれば、２次側変換回路３０から１次側変換回路２０に伝送することができる。   The phase difference between U1 and V1 is operated at 180 degrees (π), and the phase difference between U2 and V2 is also operated at 180 degrees (π). Furthermore, by changing the phase difference φ between U1 and U2, the power transmission amount P between the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 can be adjusted. If the phase difference φ> 0, Transmission from the primary side conversion circuit 20 to the secondary side conversion circuit 30 can be performed from the secondary side conversion circuit 30 to the primary side conversion circuit 20 if the phase difference φ <0.

位相差φは、１次側フルブリッジ回路２００と２次側フルブリッジ回路３００との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ（タイムラグ）である。例えば、位相差φは、１次側第１アーム回路２０７と２次側第１アーム回路３０７との間でのスイッチングタイミングのずれであり、１次側第２アーム回路２１１と２次側第２アーム回路３１１との間でのスイッチングタイミングのずれである。それらのずれは互いに等しいまま制御される。つまり、Ｕ１とＵ２の位相差φ及びＶ１とＶ２の位相差φは、同じ値に制御される。   The phase difference φ is a switching timing shift (time lag) between the power conversion circuit units of the same phase between the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300. For example, the phase difference φ is a switching timing shift between the primary side first arm circuit 207 and the secondary side first arm circuit 307, and the primary side second arm circuit 211 and the secondary side second arm circuit 307. This is a difference in switching timing with the arm circuit 311. These deviations are controlled to be equal to each other. That is, the phase difference φ between U1 and U2 and the phase difference φ between V1 and V2 are controlled to the same value.

したがって、例えば、電源回路１０の電力変換モードをモードＦとして動作させることを要求する外部信号が入力されてきた場合に、電力変換モード決定処理部５０２はモードＦを選択することを決定する。そして、オン時間δ決定処理部５０６は、１次側変換回路２０を第２入出力ポート６０ｃに入力された電圧を昇圧して第１入出力ポート６０ａに出力する昇圧回路として機能させる場合の昇圧比を規定するオン時間δを設定する。なお、２次側変換回路３０では、オン時間δ決定処理部５０６によって設定されたオン時間δによって規定された降圧比で第３入出力ポート６０ｂに入力された電圧を降圧して第４入出力ポート６０ｄに出力する降圧回路として機能する。さらに、位相差φ決定処理部５０４は、第１入出力ポート６０ａに入力された電力を所望の電力伝送量Ｐで第３入出力ポート６０ｂに伝送するための位相差φを設定する。   Therefore, for example, when an external signal requesting to operate the power conversion mode of the power supply circuit 10 as mode F is input, the power conversion mode determination processing unit 502 determines to select the mode F. The on-time δ determination processing unit 506 boosts when the primary side conversion circuit 20 functions as a booster circuit that boosts the voltage input to the second input / output port 60c and outputs the boosted voltage to the first input / output port 60a. An on-time δ that defines the ratio is set. In the secondary side conversion circuit 30, the voltage input to the third input / output port 60 b is stepped down at a step-down ratio defined by the on-time δ set by the on-time δ determination processing unit 506, and the fourth input / output is reduced. It functions as a step-down circuit that outputs to the port 60d. Further, the phase difference φ determination processing unit 504 sets the phase difference φ for transmitting the power input to the first input / output port 60a to the third input / output port 60b with a desired power transmission amount P.

１次側スイッチング処理部５０８は、１次側変換回路２０を昇圧回路として、かつ、１次側変換回路２０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一部として機能させるように、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１の各スイッチング素子をスイッチング制御する。   The primary side switching processing unit 508 includes a primary side first upper arm so that the primary side conversion circuit 20 functions as a booster circuit and the primary side conversion circuit 20 functions as a part of the DC-DC converter circuit. The switching control of each switching element of U1, the primary side first lower arm / U1, the primary side second upper arm V1, and the primary side second lower arm / V1 is performed.

２次側スイッチング処理部５１０は、２次側変換回路３０を降圧回路として、かつ、２次側変換回路３０をＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一部として機能させるように、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２の各スイッチング素子をスイッチング制御する。   The secondary side switching processing unit 510 has a secondary side first upper arm so that the secondary side conversion circuit 30 functions as a step-down circuit and the secondary side conversion circuit 30 functions as a part of the DC-DC converter circuit. Switching control is performed on the switching elements of U2, the secondary side first lower arm / U2, the secondary side second upper arm V2, and the secondary side second lower arm / V2.

上記のように、１次側変換回路２０および２次側変換回路３０を昇圧回路あるいは降圧回路として機能させることができ、かつ、電源回路１０を双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路としても機能させることができる。したがって、電力変換モードＡ〜Ｌの全てのモードの電力変換を行うことができ、換言すれば、４つの入出力ポートのうちから選択された２つの入出力ポート間で電力変換をすることができる。   As described above, the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 can function as a step-up circuit or a step-down circuit, and the power supply circuit 10 can also function as a bidirectional DC-DC converter circuit. it can. Therefore, power conversion can be performed in all the power conversion modes A to L, in other words, power conversion can be performed between two input / output ports selected from among the four input / output ports. .

制御部５０により位相差φに応じて調整される伝送電力Ｐ（電力伝送量Ｐともいう）は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０において一方の変換回路から他方の変換回路に変圧器４００を介して送られる電力であり、
Ｐ＝（Ｎ×Ｖａ×Ｖｂ）／（π×ω×Ｌ）×Ｆ（Ｄ，φ）
・・・式１
で表される。 The transmission power P (also referred to as power transmission amount P) adjusted by the control unit 50 according to the phase difference φ is transferred from one conversion circuit to the other conversion circuit in the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30. Power sent through transformer 400,
P = (N × Va × Vb) / (π × ω × L) × F (D, φ)
... Formula 1
It is represented by

なお、Ｎは、変圧器４００の巻き数比、Ｖａは、第１入出力ポート６０ａの入出力電圧、Ｖｂは、第３入出力ポート６０ｂの入出力電圧、πは円周率、ω（＝２π×ｆ＝２π／Ｔ）は１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチングの角周波数、ｆは、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチング周波数、Ｔは、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチング周期、Ｌは、磁気結合リアクトル２０４，３０４と変圧器４００の電力伝送に関わる等価インダクタンス、Ｆ（Ｄ，φ）は、デューティ比Ｄと位相差φを変数とする関数であり、デューティ比Ｄに依存せずに、位相差φが増加するにつれて単調増加する変数である。デューティ比Ｄ及び位相差φは、所定の上下限値に挟まれた範囲内で変化するように設計された制御パラメータである。   N is the turn ratio of the transformer 400, Va is the input / output voltage of the first input / output port 60a, Vb is the input / output voltage of the third input / output port 60b, π is the circumference, and ω (= 2π × f = 2π / T) is an angular frequency of switching of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30, f is a switching frequency of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30, and T is The switching period of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30, L is an equivalent inductance related to power transmission between the magnetic coupling reactors 204 and 304 and the transformer 400, and F (D, φ) is a duty ratio D And a function having the phase difference φ as a variable, which is a variable that does not depend on the duty ratio D and monotonously increases as the phase difference φ increases. The duty ratio D and the phase difference φ are control parameters designed to change within a range between predetermined upper and lower limit values.

制御部５０は、１次側ポートと２次側ポートのうち少なくとも一つの所定のポートにおけるポート電圧Ｖｐが目標ポート電圧Ｖｏに収束するように、位相差φを変更することによって、伝送電力Ｐを調整する。したがって、当該所定のポートに接続される負荷の消費電流が増えても、制御部５０は、位相差φを変化させることにより伝送電力Ｐを調整することによって、ポート電圧Ｖｐが目標ポート電圧Ｖｏに対して落ち込むことを防止できる。   The control unit 50 changes the transmission power P by changing the phase difference φ so that the port voltage Vp at at least one predetermined port of the primary side port and the secondary side port converges to the target port voltage Vo. adjust. Therefore, even if the current consumption of the load connected to the predetermined port increases, the control unit 50 adjusts the transmission power P by changing the phase difference φ so that the port voltage Vp becomes the target port voltage Vo. On the other hand, it can be prevented from being depressed.

例えば、制御部５０は、１次側ポートと２次側ポートのうち伝送電力Ｐの伝送先である片方のポートにおけるポート電圧Ｖｐが目標ポート電圧Ｖｏに収束するように、位相差φを変更することによって、伝送電力Ｐを調整する。したがって、伝送電力Ｐの伝送先のポートに接続される負荷の消費電流が増えても、制御部５０は、位相差φを上昇変化させることにより伝送電力Ｐを増加方向に調整することによって、ポート電圧Ｖｐが目標ポート電圧Ｖｏに対して落ち込むことを防止できる。   For example, the control unit 50 changes the phase difference φ so that the port voltage Vp in one of the primary side port and the secondary side port that is the transmission destination of the transmission power P converges to the target port voltage Vo. Thus, the transmission power P is adjusted. Therefore, even if the current consumption of the load connected to the transmission destination port of the transmission power P increases, the control unit 50 adjusts the transmission power P in the increasing direction by increasing and changing the phase difference φ. The voltage Vp can be prevented from dropping with respect to the target port voltage Vo.

ところで、電源回路１０は、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０との間において双方向で昇降圧が可能なＤＣ−ＤＣコンバータ回路である。しかしながら、１次側フルブリッジ回路２００の構成上、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃとの間では、昇圧する方向と降圧する方向は互いに逆向きの単方向である。つまり、昇圧する方向は一方向に固定され、降圧する方向も昇圧する方向と逆向きの一方向に固定される。そのため、何ら対策をしなければ、ポート電圧Ｖａはポート電圧Ｖｃよりも常に大きくなければならない。   By the way, the power supply circuit 10 is a DC-DC converter circuit capable of performing step-up / step-down in both directions between the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30. However, due to the configuration of the primary-side full-bridge circuit 200, the direction of step-up and the direction of step-down are unidirectional opposite to each other between the first input / output port 60a and the second input / output port 60c. That is, the direction in which pressure is increased is fixed in one direction, and the direction in which pressure is decreased is also fixed in one direction opposite to the direction in which pressure is increased. Therefore, if no countermeasure is taken, the port voltage Va must always be higher than the port voltage Vc.

そこで、その対策のため、１次側変換回路２０は、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃと１次側フルブリッジ回路２００との接続状態を、第１の状態Ａと第２の状態Ｂのいずれか一方に切り替える切替部として、切替回路２１３を備えている。切替回路２１３の切り替え動作は、制御部５０によって制御される。   Therefore, as a countermeasure, the primary side conversion circuit 20 changes the connection state of the first input / output port 60a, the second input / output port 60c, and the primary side full bridge circuit 200 to the first state A and the second state. A switching circuit 213 is provided as a switching unit for switching to any one of the state B. The switching operation of the switching circuit 213 is controlled by the control unit 50.

１次側フルブリッジ回路２００は、第１の電圧部と第２の電圧部との間で電圧を変換する電圧変換部であって、第１の電圧部の電圧を降圧して第２の電圧部に出力し又は第２の電圧部の電圧を昇圧して第１の電圧部に出力する昇降圧部である。図１には、第１の電圧部としてキャパシタＣ１が例示され、第２の電圧部としてキャパシタＣ３が例示されている。キャパシタＣ１は、高電位の１次側正極母線２９８が接続された高電圧部であり、キャパシタＣ３は、低電位の１次側正極母線２９７及びセンタータップ２０２ｍが接続された低電圧部である。   The primary side full bridge circuit 200 is a voltage conversion unit that converts a voltage between a first voltage unit and a second voltage unit, and steps down the voltage of the first voltage unit to generate a second voltage. And a step-up / step-down unit that outputs the voltage to the first voltage unit by outputting the voltage to the first voltage unit. In FIG. 1, the capacitor C1 is illustrated as the first voltage unit, and the capacitor C3 is illustrated as the second voltage unit. The capacitor C1 is a high voltage part to which a high potential primary side positive electrode bus 298 is connected, and the capacitor C3 is a low voltage part to which a low potential primary side positive electrode bus 297 and a center tap 202m are connected.

第１の状態Ａとは、第１入出力ポート６０ａとキャパシタＣ１が接続され且つ第２入出力ポート６０ｃとキャパシタＣ３が接続された状態である。第２の状態Ｂとは、第１入出力ポート６０ａとキャパシタＣ３が接続され且つ第２入出力ポート６０ｃとキャパシタＣ１が接続された状態である。図１には、第１の状態Ａが描画されている。   The first state A is a state in which the first input / output port 60a and the capacitor C1 are connected, and the second input / output port 60c and the capacitor C3 are connected. The second state B is a state in which the first input / output port 60a and the capacitor C3 are connected and the second input / output port 60c and the capacitor C1 are connected. In FIG. 1, a first state A is drawn.

切替回路２１３は、例えば、第１の入出力ポート６０ａの接続先を切り替えるスイッチ２１４と、第２入出力ポート６０ｃの接続先を切り替えるスイッチ２１５とを有している。スイッチ２１４は、第１の入出力ポート６０ａの接続先をキャパシタＣ１とキャパシタＣ３のいずれか一方に切り替え、スイッチ２１５は、第２入出力ポート６０ｃの接続先をキャパシタＣ１とキャパシタＣ３のいずれか一方に切り替える。   The switching circuit 213 includes, for example, a switch 214 that switches a connection destination of the first input / output port 60a and a switch 215 that switches a connection destination of the second input / output port 60c. The switch 214 switches the connection destination of the first input / output port 60a to one of the capacitor C1 and the capacitor C3, and the switch 215 connects the connection destination of the second input / output port 60c to one of the capacitor C1 and the capacitor C3. Switch to.

切替回路２１３により第１の状態Ａに切り替えられる場合、第１の入出力ポート６０ａの接続先はスイッチ２１４によりキャパシタＣ１に切り替えられ、且つ、第２の入出力ポート６０ｃの接続先はスイッチ２１５によりキャパシタＣ３に切り替えられる。切替回路２１３により第２の状態Ｂに切り替えられる場合、第１の入出力ポート６０ａの接続先はスイッチ２１４によりキャパシタＣ３に切り替えられ、且つ、第２の入出力ポート６０ｃの接続先はスイッチ２１５によりキャパシタＣ１に切り替えられる。   When switching to the first state A by the switching circuit 213, the connection destination of the first input / output port 60a is switched to the capacitor C1 by the switch 214, and the connection destination of the second input / output port 60c is switched by the switch 215. It is switched to the capacitor C3. When switching to the second state B by the switching circuit 213, the connection destination of the first input / output port 60a is switched to the capacitor C3 by the switch 214, and the connection destination of the second input / output port 60c is switched by the switch 215. It is switched to the capacitor C1.

切替回路２１３は、入出力ポート６０ａ，６０ｃとキャパシタＣ１，Ｃ３との間に挿入されている。スイッチ２１４は、１次側正極母線２９８において端子６１３とキャパシタＣ１との間に挿入され、スイッチ２１５は、１次側正極母線２９７において端子６１６とキャパシタＣ３との間に挿入されている。スイッチ２１４，２１５の具体例として、トランジスタ等のスイッチング素子が挙げられる。   The switching circuit 213 is inserted between the input / output ports 60a and 60c and the capacitors C1 and C3. The switch 214 is inserted between the terminal 613 and the capacitor C1 at the primary positive bus 298, and the switch 215 is inserted between the terminal 616 and the capacitor C3 at the primary positive bus 297. Specific examples of the switches 214 and 215 include switching elements such as transistors.

したがって、１次側変換回路２０が切替回路２１３を備えることにより、第１入出力ポート６０ａの電圧と第２入出力ポート６０ｃの電圧との大小関係を制約する条件を緩和できる。つまり、ポート電圧Ｖａがポート電圧Ｖｃよりも大きくても、ポート電圧Ｖｃがポート電圧Ｖａよりも大きくてもよい。   Therefore, by providing the switching circuit 213 in the primary side conversion circuit 20, the condition that restricts the magnitude relationship between the voltage of the first input / output port 60a and the voltage of the second input / output port 60c can be relaxed. That is, even if the port voltage Va is larger than the port voltage Vc, the port voltage Vc may be larger than the port voltage Va.

例えば、第２入出力ポート６０ｃの電圧が第１入出力ポート６０ａの電圧より上昇しても、第２の状態Ｂに切り替わることで、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃとの間で１次側フルブリッジ回路２００による電圧変換が可能である。同様に、第１入出力ポート６０ａの電圧が第２入出力ポート６０ｃの電圧より低下しても、第２の状態Ｂに切り替わることで、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃとの間で１次側フルブリッジ回路２００による電圧変換が可能である。   For example, even if the voltage of the second input / output port 60c rises above the voltage of the first input / output port 60a, the second input / output port 60a and the second input / output port 60c are switched by switching to the second state B. Between them, voltage conversion by the primary side full bridge circuit 200 is possible. Similarly, even if the voltage of the first input / output port 60a drops below the voltage of the second input / output port 60c, the first input / output port 60a and the second input / output port 60c are switched by switching to the second state B. The voltage conversion by the primary side full bridge circuit 200 is possible.

１次側変換回路２０が切替回路２１３を備えることにより、例えば、電源装置１０１を、第１入出力ポート６０ａの電圧と第２入出力ポート６０ｃの電圧との大小関係が任意のタイミングで逆転するアプリケーションに適用できる。例えば、電源装置１０１を、ポート電圧Ｖａの可変範囲の下限値がポート電圧Ｖｃの可変範囲の下限値よりも高いアプリケーションや、ポート電圧Ｖａの可変範囲の上限値がポート電圧Ｖｃの可変範囲の上限値よりも低いアプリケーションに適用できる。   By including the switching circuit 213 in the primary side conversion circuit 20, for example, the magnitude relationship between the voltage of the first input / output port 60a and the voltage of the second input / output port 60c of the power supply device 101 is reversed at an arbitrary timing. Applicable to applications. For example, the power supply device 101 may be used for applications in which the lower limit value of the variable range of the port voltage Va is higher than the lower limit value of the variable range of the port voltage Vc, or the upper limit value of the variable range of the port voltage Va is the upper limit of the variable range of the port voltage Vc. Applicable to applications lower than the value.

ポート電圧Ｖａの可変範囲は、例えば、第１入出力ポート６０ａにおける目標ポート電圧Ｖａｏが取りうる電圧範囲に対応し、ポート電圧Ｖｃの可変範囲は、例えば、第２入出力ポート６０ｃにおける目標ポート電圧Ｖｃｏが取りうる電圧範囲に対応する。また、目標ポート電圧Ｖａｏは所定の一定値（例えば、１５Ｖ）に設定され、且つ、目標ポート電圧Ｖｃｏはその一定値を含む所定の電圧範囲（例えば、１０Ｖ以上２０Ｖ以下）に設定されてよい。あるいは、目標ポート電圧Ｖｃｏは一定値（例えば、１５Ｖ）に設定され、且つ、目標ポート電圧Ｖａｏはその一定値を含む所定の電圧範囲（例えば、１０Ｖ以上２０Ｖ以下）に設定されてよい。   The variable range of the port voltage Va corresponds to, for example, a voltage range that can be taken by the target port voltage Vao in the first input / output port 60a. The variable range of the port voltage Vc is, for example, the target port voltage in the second input / output port 60c. This corresponds to the voltage range that Vco can take. The target port voltage Vao may be set to a predetermined constant value (for example, 15V), and the target port voltage Vco may be set to a predetermined voltage range including the constant value (for example, 10V to 20V). Alternatively, the target port voltage Vco may be set to a constant value (for example, 15V), and the target port voltage Vao may be set to a predetermined voltage range including the constant value (for example, 10V to 20V).

１次側フルブリッジ回路２００は、切替回路２１３により第１の状態Ａに切り替えられた場合、第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａを降圧して降圧した電圧を第２入出力ポート６０ｃに出力することができる。つまり、この場合の第１の状態Ａは、第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａが１次側フルブリッジ回路２００により降圧されて第２入出力ポート６０ｃに出力される降圧動作状態Ａ１である。   When the switching circuit 213 switches to the first state A, the primary side full bridge circuit 200 steps down the port voltage Va of the first input / output port 60a and outputs the reduced voltage to the second input / output port 60c. can do. That is, the first state A in this case is the step-down operation state A1 in which the port voltage Va of the first input / output port 60a is stepped down by the primary-side full bridge circuit 200 and output to the second input / output port 60c. .

あるいは、１次側フルブリッジ回路２００は、切替回路２１３により第１の状態Ａに切り替えられた場合、第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃを昇圧して昇圧した電圧を第１入出力ポート６０ａに出力することができる。つまり、この場合の第１の状態Ａは、第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃが１次側フルブリッジ回路２００により昇圧されて第１入出力ポート６０ａに出力される昇圧動作状態Ａ２である。   Alternatively, when the primary side full bridge circuit 200 is switched to the first state A by the switching circuit 213, the first input / output port 60a increases the port voltage Vc of the second input / output port 60c and boosts the voltage. Can be output. That is, the first state A in this case is a boosting operation state A2 in which the port voltage Vc of the second input / output port 60c is boosted by the primary side full bridge circuit 200 and output to the first input / output port 60a. .

一方、１次側フルブリッジ回路２００は、切替回路２１３により第２の状態Ｂに切り替えられた場合、第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａを昇圧して昇圧した電圧を第２入出力ポート６０ｃに出力することができる。つまり、この場合の第２の状態Ｂは、第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａが１次側フルブリッジ回路２００により昇圧されて第２入出力ポート６０ｃに出力される昇圧動作状態Ｂ１である。   On the other hand, the primary-side full bridge circuit 200, when switched to the second state B by the switching circuit 213, boosts the port voltage Va of the first input / output port 60a and increases the boosted voltage to the second input / output port 60c. Can be output. That is, the second state B in this case is a boost operation state B1 in which the port voltage Va of the first input / output port 60a is boosted by the primary side full bridge circuit 200 and output to the second input / output port 60c. .

あるいは、１次側フルブリッジ回路２００は、切替回路２１３により第２の状態Ｂに切り替えられた場合、第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃを降圧して降圧した電圧を第１入出力ポート６０ａに出力することができる。つまり、この場合の第２の状態Ｂは、第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃが１次側フルブリッジ回路２００により降圧されて第１入出力ポート６０ａに出力される降圧動作状態Ｂ２である。   Alternatively, when the primary side full bridge circuit 200 is switched to the second state B by the switching circuit 213, the first input / output port 60a reduces the port voltage Vc of the second input / output port 60c to step down the voltage. Can be output. That is, the second state B in this case is the step-down operation state B2 in which the port voltage Vc of the second input / output port 60c is stepped down by the primary side full bridge circuit 200 and output to the first input / output port 60a. .

図４は、制御部５０の構成例を示したブロック図である。制御部５０は、ＰＩＤ制御部５１と、比較部５４と、制御切替部５５とを有している。   FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the control unit 50. The control unit 50 includes a PID control unit 51, a comparison unit 54, and a control switching unit 55.

ＰＩＤ制御部５１は、ＰＩＤ制御によって、伝送電力Ｐの伝送先ポートのうち第１のポートのポート電圧Ｖｐ１を第１の目標電圧Ｖｏ１に収束させるための位相差φの指令値φｏを、スイッチング周期Ｔ毎に生成する位相差指令値生成部５２を有している。   The PID control unit 51 converts the command value φo of the phase difference φ for converging the port voltage Vp1 of the first port among the transmission destination ports of the transmission power P to the first target voltage Vo1 by the PID control. A phase difference command value generation unit 52 is generated for each T.

例えば、ＰＩＤ制御部５１の位相差指令値生成部５２は、伝送電力Ｐの伝送先ポートのうち高電位側のポートである第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａを目標ポート電圧Ｖａｏに収束させるための位相差φの指令値φｏを生成する。位相差指令値生成部５２は、ポート電圧Ｖａの目標ポート電圧Ｖａｏとセンサ部７０によって取得されたポート電圧Ｖａの検出電圧Ｖａｄとの偏差に基づいてＰＩＤ制御を行うことによって、当該偏差を零に収束させるための指令値φｏをスイッチング周期Ｔ毎に生成する。   For example, the phase difference command value generation unit 52 of the PID control unit 51 converges the port voltage Va of the first input / output port 60a that is a high-potential side port among the transmission destination ports of the transmission power P to the target port voltage Vao. A command value φo for the phase difference φ is generated. The phase difference command value generation unit 52 performs the PID control based on the deviation between the target port voltage Vao of the port voltage Va and the detected voltage Vad of the port voltage Va acquired by the sensor unit 70, thereby reducing the deviation to zero. A command value φo for convergence is generated every switching period T.

制御部５０は、ＰＩＤ制御部５１によって生成された指令値φｏに従って、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチング制御を行うことによって、ポート電圧Ｖｐ１が第１の目標電圧Ｖｏ１に収束するように、伝送電力Ｐを調整する。例えば、制御部５０は、ポート電圧Ｖａの検出電圧Ｖａｄがポート電圧Ｖａの目標ポート電圧Ｖａｏに収束するように、位相差φの指令値φｏを変更することによって、式１によって定められる伝送電力Ｐを調整する。   The control unit 50 performs switching control of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 in accordance with the command value φo generated by the PID control unit 51, whereby the port voltage Vp1 is changed to the first target voltage Vo1. The transmission power P is adjusted so as to converge. For example, the control unit 50 changes the command value φo of the phase difference φ so that the detected voltage Vad of the port voltage Va converges to the target port voltage Vao of the port voltage Va, thereby transmitting power P determined by Expression 1. Adjust.

また、ＰＩＤ制御部５１は、ＰＩＤ制御によって、伝送電力Ｐの伝送先ポートのうち第２のポートのポート電圧Ｖｐ２を第２の目標電圧Ｖｏ２に収束させるためのデューティ比Ｄの指令値Ｄｏを、スイッチング周期Ｔ毎に生成するデューティ比指令値生成部５３を有している。   Further, the PID control unit 51 sets the command value Do of the duty ratio D for converging the port voltage Vp2 of the second port among the transmission destination ports of the transmission power P to the second target voltage Vo2 by PID control. A duty ratio command value generation unit 53 is generated for each switching period T.

例えば、ＰＩＤ制御部５１のデューティ比指令値生成部５３は、伝送電力Ｐの伝送先ポートのうち低電位側のポートである第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃを目標ポート電圧Ｖｃｏに収束させるためのデューティ比Ｄの指令値Ｄｏを生成する。デューティ比指令値生成部５３は、ポート電圧Ｖｃの目標ポート電圧Ｖｃｏとセンサ部７０によって取得されたポート電圧Ｖｃの検出電圧Ｖｃｄとの偏差に基づいてＰＩＤ制御を行うことによって、当該偏差を零に収束させるための指令値Ｄｏをスイッチング周期Ｔ毎に生成する。   For example, the duty ratio command value generation unit 53 of the PID control unit 51 converges the port voltage Vc of the second input / output port 60c, which is the low-potential side port among the transmission destination ports of the transmission power P, to the target port voltage Vco. A command value Do for the duty ratio D is generated. The duty ratio command value generation unit 53 performs the PID control based on the deviation between the target port voltage Vco of the port voltage Vc and the detected voltage Vcd of the port voltage Vc acquired by the sensor unit 70, thereby reducing the deviation to zero. A command value Do for convergence is generated every switching period T.

制御部５０は、ＰＩＤ制御部５１によって生成された指令値Ｄｏに従って、１次側変換回路２０及び２次側変換回路３０のスイッチング制御を行うことによって、ポート電圧Ｖｐ２が第２の目標電圧Ｖｏ２に収束するように、昇降圧比を調整する。この昇降圧比は、伝送電力Ｐの伝送先ポートのうちの第１のポートと第２のポートとの間の変圧比である。例えば、制御部５０は、ポート電圧Ｖｃの検出電圧Ｖｃｄがポート電圧Ｖｃの目標ポート電圧Ｖｃｏに収束するように、デューティ比Ｄの指令値Ｄｏを変更することによって、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃとの間の昇降圧比を調整する。   The control unit 50 performs switching control of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 in accordance with the command value Do generated by the PID control unit 51, whereby the port voltage Vp2 becomes the second target voltage Vo2. Adjust the buck-boost ratio so that it converges. This step-up / step-down ratio is a transformation ratio between the first port and the second port among the transmission destination ports of the transmission power P. For example, the control unit 50 changes the command value Do of the duty ratio D so that the detection voltage Vcd of the port voltage Vc converges to the target port voltage Vco of the port voltage Vc, thereby changing the first input / output port 60a and the first input port 60a. The step-up / step-down ratio between the two input / output ports 60c is adjusted.

なお、ＰＩＤ制御部５１は、デューティ比Ｄの指令値Ｄｏに代えて、オン時間δの指令値δｏを生成するオン時間指令値生成部を有してもよい。   Note that the PID control unit 51 may include an on-time command value generation unit that generates a command value δo of the on-time δ instead of the command value Do of the duty ratio D.

図４は、切替回路２１３及び制御切替部５５が、ポート電圧Ｖａが降圧されて第２入出力ポート６０ｃに出力される降圧動作状態Ａ１と、ポート電圧Ｖａが昇圧されて第２入出力ポート６０ｃに出力される昇圧動作状態Ｂ１とに選択的に切り替える例を示している。つまり、降圧動作状態Ａ１のときでも昇圧動作状態Ｂ１のときでも、第２入出力ポート６０ｃが、電圧変換後の電圧を出力する出力ポートとして機能する場合が示されている。   In FIG. 4, the switching circuit 213 and the control switching unit 55 are configured so that the port voltage Va is stepped down and output to the second input / output port 60c, and the port voltage Va is stepped up to increase the second input / output port 60c. An example of selectively switching to the step-up operation state B1 output in FIG. That is, the case where the second input / output port 60c functions as an output port for outputting a voltage after voltage conversion is shown in both the step-down operation state A1 and the step-up operation state B1.

制御部５０は、電圧変換後の電圧を出力する出力ポートとして機能する第２入出力ポート６０ｃの電圧に応じて、１次側フルブリッジ回路２００による昇降圧を制御する。制御部５０は、第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃの目標ポート電圧Ｖｃｏとセンサ部７０によって取得されたポート電圧Ｖｃの検出電圧Ｖｃｄとの偏差に応じて、１次側フルブリッジ回路２００による昇降圧を制御する。   The controller 50 controls the step-up / step-down by the primary side full bridge circuit 200 according to the voltage of the second input / output port 60c that functions as an output port that outputs the voltage after voltage conversion. The control unit 50 uses the primary full bridge circuit 200 according to the deviation between the target port voltage Vco of the port voltage Vc of the second input / output port 60c and the detected voltage Vcd of the port voltage Vc acquired by the sensor unit 70. Control the buck-boost.

切替回路２１３は、第１入出力ポート６０ａにおける目標ポート電圧Ｖａｏと第２入出力ポート６０ｃにおける目標ポート電圧Ｖｃｏとに応じて、第１の状態Ａと第２の状態Ｂのいずれか一方に切り替える。例えば、比較部５４は、目標ポート電圧Ｖａｏと目標ポート電圧Ｖｃｏとを比較し、切替回路２１３は、その比較結果に応じて、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの接続先を切り替える。   The switching circuit 213 switches between the first state A and the second state B according to the target port voltage Vao at the first input / output port 60a and the target port voltage Vco at the second input / output port 60c. . For example, the comparison unit 54 compares the target port voltage Vao with the target port voltage Vco, and the switching circuit 213 determines the connection destination of the first input / output port 60a and the second input / output port 60c according to the comparison result. Switch.

制御切替部５５は、第１入出力ポート６０ａにおける目標ポート電圧Ｖａｏと第２入出力ポート６０ｃにおける目標ポート電圧Ｖｃｏとに応じて、１次側フルブリッジ回路２００の昇降圧動作を、降圧動作と昇圧動作のいずれか一方に切り替える。例えば、比較部５４は、目標ポート電圧Ｖａｏと目標ポート電圧Ｖｃｏとを比較し、制御切替部５５は、その比較結果に応じて、１次側フルブリッジ回路２００の昇降圧動作を切り替える。   The control switching unit 55 changes the step-up / step-down operation of the primary side full bridge circuit 200 to the step-down operation according to the target port voltage Vao at the first input / output port 60a and the target port voltage Vco at the second input / output port 60c. Switch to either boost operation. For example, the comparison unit 54 compares the target port voltage Vao with the target port voltage Vco, and the control switching unit 55 switches the step-up / step-down operation of the primary side full bridge circuit 200 according to the comparison result.

また、制御切替部５５は、デューティ比指令値生成部５３によって生成された指令値Ｄｏに応じて決まるオン時間δに従って制御する対象を、ポート電圧Ｖａを電圧変換する上下アームのうち一方のアームから他方のアームに切り替える。図１において、この場合の上アームは、１次側第１上アームＵ１と１次側第２上アームＶ１に相当し、この場合の下アームは、１次側第１下アーム／Ｕ１と１次側第２下アーム／Ｖ１に相当する。   Further, the control switching unit 55 controls the target to be controlled according to the ON time δ determined according to the command value Do generated by the duty ratio command value generating unit 53 from one of the upper and lower arms that convert the port voltage Va. Switch to the other arm. In FIG. 1, the upper arm in this case corresponds to the primary first upper arm U1 and the primary second upper arm V1, and the lower arm in this case corresponds to the primary first lower arm / U1 and 1 This corresponds to the secondary second lower arm / V1.

デューティ比指令値生成部５３は、ポート電圧Ｖｃの検出電圧Ｖｃｄが目標ポート電圧Ｖｃｏに対して低いほど、上アーム又は下アームのオン時間δが長くなるように、デューティ比Ｄを大きくする指令値Ｄｏを生成する。   The duty ratio command value generation unit 53 increases the duty ratio D so that the ON time δ of the upper arm or the lower arm becomes longer as the detection voltage Vcd of the port voltage Vc is lower than the target port voltage Vco. Do is generated.

したがって、制御部５０は、第１の状態Ａに切り替えられた状態で、１次側第１上アームＵ１及び１次側第２上アームＶ１を指令値Ｄｏに従ってオンオフすることにより、ポート電圧Ｖａが降圧するように、１次側フルブリッジ回路２００を作動できる。そして、ポート電圧Ｖａの降圧回路として機能する１次側フルブリッジ回路２００において、上アームＵ１，Ｖ１のオン時間δが指令値Ｄｏに従って長くなることで、ポート電圧Ｖｃを目標ポート電圧Ｖｃｏに近づくように上昇させることができる。   Therefore, the control unit 50 turns the primary side first upper arm U1 and the primary side second upper arm V1 on and off according to the command value Do in the state switched to the first state A, so that the port voltage Va is The primary side full bridge circuit 200 can be operated so as to step down. In the primary side full bridge circuit 200 functioning as a step-down circuit for the port voltage Va, the on-time δ of the upper arms U1, V1 becomes longer according to the command value Do, so that the port voltage Vc approaches the target port voltage Vco. Can be raised.

一方、制御部５０は、第２の状態Ｂに切り替えられた状態で、１次側第１下アーム／Ｕ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１を共通の指令値Ｄｏに従ってオンオフすることにより、ポート電圧Ｖａが昇圧するように、１次側フルブリッジ回路２００を作動できる。そして、ポート電圧Ｖａの昇圧回路として機能する１次側フルブリッジ回路２００において、下アーム／Ｕ１，／Ｖ１のオン時間δが指令値Ｄｏに従って長くなることで、ポート電圧Ｖｃを目標ポート電圧Ｖｃｏに近づくように上昇させることができる。   On the other hand, the control unit 50 turns on and off the primary side first lower arm / U1 and the primary side second lower arm / V1 in accordance with the common command value Do while being switched to the second state B. The primary side full bridge circuit 200 can be operated so that the port voltage Va is boosted. In the primary-side full bridge circuit 200 that functions as a booster circuit for the port voltage Va, the on-time δ of the lower arms / U1, / V1 becomes longer according to the command value Do, so that the port voltage Vc is changed to the target port voltage Vco. Can be raised to approach.

図５は、電圧変換方法の一例を示したフローチャートである。図５の電圧変換方法は、制御部５０によって実行される。   FIG. 5 is a flowchart showing an example of a voltage conversion method. The voltage conversion method in FIG. 5 is executed by the control unit 50.

ステップＳ１０において、比較部５４は、ポート電圧Ｖａの目標ポート電圧Ｖａｏとポート電圧Ｖｃの目標ポート電圧Ｖｃｏとの大小関係を判定する。制御部５０は、目標ポート電圧Ｖａｏが目標ポート電圧Ｖｃｏよりも大きいと比較部５４により判定された場合、ステップＳ２０及びＳ３０の処理を実行する。一方、制御部５０は、目標ポート電圧Ｖａｏが目標ポート電圧Ｖｃｏよりも小さいと比較部５４により判定された場合、ステップＳ４０及びＳ５０の処理を実行する。   In step S10, the comparison unit 54 determines the magnitude relationship between the target port voltage Vao of the port voltage Va and the target port voltage Vco of the port voltage Vc. When the comparison unit 54 determines that the target port voltage Vao is larger than the target port voltage Vco, the control unit 50 executes the processes of steps S20 and S30. On the other hand, when the comparison unit 54 determines that the target port voltage Vao is smaller than the target port voltage Vco, the control unit 50 executes the processes of steps S40 and S50.

目標ポート電圧Ｖａｏが目標ポート電圧Ｖｃｏよりも高い場合、制御切替部５５は、１次側フルブリッジ回路２００の昇降圧動作を降圧動作に切り替え（ステップＳ２０）、且つ、切替回路２１３は、第１の状態Ａに切り替える（ステップＳ３０）。つまり、この場合は、降圧動作状態Ａ１に相当する。   When the target port voltage Vao is higher than the target port voltage Vco, the control switching unit 55 switches the step-up / step-down operation of the primary-side full bridge circuit 200 to the step-down operation (step S20), and the switching circuit 213 Is switched to state A (step S30). That is, this case corresponds to the step-down operation state A1.

一方、目標ポート電圧Ｖａｏが目標ポート電圧Ｖｃｏよりも低い場合、制御切替部５５は、１次側フルブリッジ回路２００の昇降圧動作を昇圧動作に切り替え（ステップＳ４０）、切替回路２１３は、第２の状態Ｂに切り替える（ステップＳ５０）。つまり、この場合は、昇圧動作状態Ｂ１に相当する。   On the other hand, when the target port voltage Vao is lower than the target port voltage Vco, the control switching unit 55 switches the step-up / step-down operation of the primary side full bridge circuit 200 to the step-up operation (step S40), and the switching circuit 213 Is switched to state B (step S50). That is, this case corresponds to the step-up operation state B1.

以上、電力変換装置及び電力変換方法を実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。   As mentioned above, although the power converter device and the power conversion method were demonstrated by the embodiment, this invention is not limited to the said embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with part or all of other example embodiments, are possible within the scope of the present invention.

例えば、上述の実施形態では、スイッチング素子の一例として、オンオフ動作する半導体素子であるＭＯＳＦＥＴを挙げた。しかしながら、スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどの絶縁ゲートによる電圧制御型パワー素子でもよいし、バイポーラトランジスタでもよい。   For example, in the above-described embodiment, as an example of the switching element, a MOSFET that is a semiconductor element that performs an on / off operation is described. However, the switching element may be, for example, a voltage-controlled power element using an insulated gate such as IGBT or MOSFET, or a bipolar transistor.

また、第１入出力ポート６０ａに電源が接続されてもよいし、第４入出力ポート６０ｄに電源が接続されてもよい。また、第２入出力ポート６０ｃに電源が接続されなくてもよいし、第３入出力ポート６０ｂに電源が接続されなくてもよい。   Further, a power source may be connected to the first input / output port 60a, or a power source may be connected to the fourth input / output port 60d. Further, the power source may not be connected to the second input / output port 60c, and the power source may not be connected to the third input / output port 60b.

また、図１において、第２入出力ポート６０ｃに１次側低電圧系電源６２ｃが接続されているが、第１入出力ポート６０ａと第２入出力ポート６０ｃのいずれにも電源が接続されなくてもよい。   In FIG. 1, the primary low-voltage power supply 62c is connected to the second input / output port 60c, but no power is connected to either the first input / output port 60a or the second input / output port 60c. May be.

また、切替回路２１３及び制御部５０は、ポート電圧Ｖｃが昇圧されて第１入出力ポート６０ａに出力される昇圧動作状態Ａ２と、ポート電圧Ｖｃが降圧されて第１入出力ポート６０ａに出力される降圧動作状態Ｂ２とに選択的に切り替えてもよい。   Further, the switching circuit 213 and the control unit 50 increase the port voltage Vc and output it to the first input / output port 60a, and decrease the port voltage Vc and output it to the first input / output port 60a. You may selectively switch to the step-down operation state B2.

この場合、制御部５０は、昇圧動作状態Ａ２のとき、電圧変換後の電圧を出力する出力ポートとして機能する第１入出力ポート６０ａの電圧に応じて、１次側フルブリッジ回路２００による昇降圧を制御する。制御部５０は、第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａの目標ポート電圧Ｖａｏとセンサ部７０によって取得されたポート電圧Ｖａの検出電圧Ｖａｄとの偏差に応じて、１次側フルブリッジ回路２００による昇降圧を制御する。   In this case, in the step-up operation state A2, the control unit 50 performs step-up / step-down by the primary side full bridge circuit 200 according to the voltage of the first input / output port 60a that functions as an output port that outputs the voltage after voltage conversion. To control. The control unit 50 uses the primary side full bridge circuit 200 according to the deviation between the target port voltage Vao of the port voltage Va of the first input / output port 60a and the detected voltage Vad of the port voltage Va acquired by the sensor unit 70. Control the buck-boost.

あるいは、切替回路２１３及び制御部５０は、ポート電圧Ｖａが降圧されて第２入出力ポート６０ｃに出力される降圧動作状態Ａ１と、ポート電圧Ｖｃが降圧されて第１入出力ポート６０ａに出力される降圧動作状態Ｂ２とに選択的に切り替えてもよい。   Alternatively, in the switching circuit 213 and the control unit 50, the port voltage Va is stepped down and output to the second input / output port 60c, and the port voltage Vc is stepped down and output to the first input / output port 60a. You may selectively switch to the step-down operation state B2.

この場合、制御部５０は、降圧動作状態Ａ１のとき、電圧変換後の電圧を出力する出力ポートとして機能する第２入出力ポート６０ｃの電圧に応じて、１次側フルブリッジ回路２００による電圧変換を制御する。例えば、制御部５０は、第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃの目標ポート電圧Ｖｃｏとセンサ部７０によって取得されたポート電圧Ｖｃの検出電圧Ｖｃｄとの偏差に応じて、ポート電圧Ｖａが降圧するように１次側フルブリッジ回路２００を作動させる。一方、制御部５０は、降圧動作状態Ｂ２のとき、電圧変換後の電圧を出力する出力ポートとして機能する第１入出力ポート６０ａの電圧に応じて、１次側フルブリッジ回路２００による電圧変換を制御する。例えば、制御部５０は、第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａの目標ポート電圧Ｖａｏとセンサ部７０によって取得されたポート電圧Ｖａの検出電圧Ｖａｄとの偏差に応じて、ポート電圧Ｖｃが降圧するように１次側フルブリッジ回路２００を作動させる。   In this case, in the step-down operation state A1, the control unit 50 performs voltage conversion by the primary-side full bridge circuit 200 according to the voltage of the second input / output port 60c that functions as an output port that outputs the voltage after voltage conversion. To control. For example, the control unit 50 reduces the port voltage Va according to the deviation between the target port voltage Vco of the port voltage Vc of the second input / output port 60c and the detected voltage Vcd of the port voltage Vc acquired by the sensor unit 70. Thus, the primary side full bridge circuit 200 is operated. On the other hand, in the step-down operation state B2, the control unit 50 performs voltage conversion by the primary-side full bridge circuit 200 according to the voltage of the first input / output port 60a that functions as an output port that outputs the voltage after voltage conversion. Control. For example, the control unit 50 decreases the port voltage Vc according to the deviation between the target port voltage Vao of the port voltage Va of the first input / output port 60a and the detected voltage Vad of the port voltage Va acquired by the sensor unit 70. Thus, the primary side full bridge circuit 200 is operated.

あるいは、切替回路２１３及び制御部５０は、ポート電圧Ｖｃが昇圧されて第１入出力ポート６０ａに出力される昇圧動作状態Ａ２と、ポート電圧Ｖａが昇圧されて第２入出力ポート６０ｃに出力される昇圧動作状態Ｂ１とに選択的に切り替えてもよい。   Alternatively, the switching circuit 213 and the control unit 50 boost the port voltage Vc and output it to the first input / output port 60a, and boost the port voltage Va and output it to the second input / output port 60c. You may selectively switch to the boosting operation state B1.

この場合、制御部５０は、昇圧動作状態Ａ２のとき、電圧変換後の電圧を出力する出力ポートとして機能する第１入出力ポート６０ａの電圧に応じて、１次側フルブリッジ回路２００による電圧変換を制御する。例えば、制御部５０は、第１入出力ポート６０ａのポート電圧Ｖａの目標ポート電圧Ｖａｏとセンサ部７０によって取得されたポート電圧Ｖａの検出電圧Ｖａｄとの偏差に応じて、ポート電圧Ｖｃが昇圧するように１次側フルブリッジ回路２００を作動させる。一方、制御部５０は、昇圧動作状態Ｂ１のとき、電圧変換後の電圧を出力する出力ポートとして機能する第２入出力ポート６０ｃの電圧に応じて、１次側フルブリッジ回路２００による電圧変換を制御する。例えば、制御部５０は、第２入出力ポート６０ｃのポート電圧Ｖｃの目標ポート電圧Ｖｃｏとセンサ部７０によって取得されたポート電圧Ｖｃの検出電圧Ｖｃｄとの偏差に応じて、ポート電圧Ｖａが昇圧するように１次側フルブリッジ回路２００を作動させる。   In this case, the control unit 50 performs voltage conversion by the primary side full bridge circuit 200 according to the voltage of the first input / output port 60a that functions as an output port that outputs the voltage after voltage conversion in the step-up operation state A2. To control. For example, the control unit 50 boosts the port voltage Vc according to the deviation between the target port voltage Vao of the port voltage Va of the first input / output port 60a and the detected voltage Vad of the port voltage Va acquired by the sensor unit 70. Thus, the primary side full bridge circuit 200 is operated. On the other hand, in the boosting operation state B1, the control unit 50 performs voltage conversion by the primary side full bridge circuit 200 according to the voltage of the second input / output port 60c that functions as an output port that outputs the voltage after voltage conversion. Control. For example, the control unit 50 boosts the port voltage Va according to the deviation between the target port voltage Vco of the port voltage Vc of the second input / output port 60c and the detected voltage Vcd of the port voltage Vc acquired by the sensor unit 70. Thus, the primary side full bridge circuit 200 is operated.

また、２次側変換回路３０も、切替回路２１３と同様の切替部を備えることにより、第３入出力ポート６０ｂの電圧と第４入出力ポート６０ｄの電圧との大小関係を制約する条件を緩和できる。つまり、ポート電圧Ｖｂがポート電圧Ｖｄよりも大きくても、ポート電圧Ｖｄがポート電圧Ｖｂよりも大きくてもよい。１次側変換回路２０についての上述の構成が、２次側変換回路３０にも適用できる。   Also, the secondary side conversion circuit 30 is provided with a switching unit similar to the switching circuit 213, thereby relaxing the condition that restricts the magnitude relationship between the voltage of the third input / output port 60b and the voltage of the fourth input / output port 60d. it can. That is, even if the port voltage Vb is larger than the port voltage Vd, the port voltage Vd may be larger than the port voltage Vb. The above-described configuration for the primary side conversion circuit 20 can also be applied to the secondary side conversion circuit 30.

１０ 電源回路
２０ １次側変換回路
３０ ２次側変換回路
５０ 制御部
５１ ＰＩＤ制御部
５２ 位相差指令値生成部
５３ デューティ比指令値生成部
５４ 比較部
５５ 制御切替部
６０ａ 第１入出力ポート
６０ｂ 第３入出力ポート
６０ｃ 第２入出力ポート
６０ｄ 第４入出力ポート
７０ センサ部
１０１ 電源装置（電力変換装置の一例）
２００ １次側フルブリッジ回路
２０２ １次側コイル
２０４ １次側磁気結合リアクトル
２０７ １次側第１アーム回路
２１１ １次側第２アーム回路
２０７ｍ，２１１ｍ 中点
２１３ 切替回路
２９７ １次側第２正極母線
２９８ １次側正極母線（１次側第１正極母線）
２９９ １次側負極母線
３００ ２次側フルブリッジ回路
３０２ ２次側コイル
３０４ ２次側磁気結合リアクトル
３０７ ２次側第１アーム回路
３１１ ２次側第２アーム回路
３０７ｍ，３１１ｍ 中点
３９７ ２次側第２正極母線
３９８ ２次側正極母線（２次側第１正極母線）
３９９ ２次側負極母線
４００ 変圧器
Ｕ＊，Ｖ＊ 上アーム
／Ｕ＊，／Ｖ＊ 下アーム 10 power supply circuit 20 primary side conversion circuit 30 secondary side conversion circuit 50 control unit 51 PID control unit 52 phase difference command value generation unit 53 duty ratio command value generation unit 54 comparison unit 55 control switching unit 60a first input / output port 60b Third input / output port 60c Second input / output port 60d Fourth input / output port 70 Sensor unit 101 Power supply (an example of a power converter)
200 Primary side full bridge circuit 202 Primary side coil 204 Primary side magnetic coupling reactor 207 Primary side first arm circuit 211 Primary side second arm circuits 207m and 211m Middle point 213 Switching circuit 297 Primary side second positive electrode Bus 298 Primary-side positive bus (Primary-side first positive bus)
299 Primary side negative bus 300 Secondary side full bridge circuit 302 Secondary side coil 304 Secondary side magnetic coupling reactor 307 Secondary side first arm circuit 311 Secondary side second arm circuits 307m, 311m Middle point 397 Secondary side Second positive electrode bus 398 Secondary positive electrode bus (secondary first positive electrode bus)
399 Secondary negative bus 400 Transformer U *, V * Upper arm / U *, / V * Lower arm

Claims (18)

１次側回路と、前記１次側回路と変圧器で磁気結合する２次側回路とを備える電力変換装置であって、
前記１次側回路又は前記２次側回路は、
第１のポートと、
第２のポートと、
第１の電圧部と、
第２の電圧部と、
前記第１の電圧部と前記第２の電圧部との間で電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１のポートと前記第２のポートと前記電圧変換部との接続状態を、前記第１のポートと前記第１の電圧部が接続され且つ前記第２のポートと前記第２の電圧部が接続された第１の状態と、前記第１のポートと前記第２の電圧部が接続され且つ前記第２のポートと前記第１の電圧部が接続された第２の状態とに切り替える切替部とを備えることを特徴とする、電力変換装置。 A power converter comprising a primary circuit, and a secondary circuit that is magnetically coupled with the primary circuit by a transformer,
The primary side circuit or the secondary side circuit is:
A first port;
A second port;
A first voltage unit;
A second voltage section;
A voltage conversion unit that converts a voltage between the first voltage unit and the second voltage unit;
The connection state of the first port, the second port, and the voltage conversion unit is the connection between the first port and the first voltage unit, and the second port and the second voltage unit. Switching between a first state in which the first port and the second voltage unit are connected and a second state in which the second port and the first voltage unit are connected And a power converter. 前記切替部は、前記第１のポートにおける目標ポート電圧と前記第２のポートにおける目標ポート電圧とに応じて、前記接続状態を切り替える、請求項１に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the switching unit switches the connection state according to a target port voltage at the first port and a target port voltage at the second port. 前記切替部は、前記第１のポートにおける目標ポート電圧が前記第２のポートにおける目標ポート電圧よりも高いとき、前記接続状態を前記第１の状態に切り替え、前記第１のポートにおける目標ポート電圧が前記第２のポートにおける目標ポート電圧よりも低いとき、前記接続状態を前記第２の状態に切り替える、請求項２に記載の電力変換装置。   The switching unit switches the connection state to the first state when a target port voltage at the first port is higher than a target port voltage at the second port, and sets the target port voltage at the first port. The power conversion device according to claim 2, wherein when the voltage is lower than a target port voltage at the second port, the connection state is switched to the second state. 前記第１の状態は、前記第１のポートの電圧が前記電圧変換部により降圧されて前記第２のポートに出力される状態であり、前記２の状態は、前記第１のポートの電圧が前記電圧変換部により昇圧されて前記第２のポートに出力される状態である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。   The first state is a state in which the voltage of the first port is stepped down by the voltage converter and output to the second port, and the second state is a state in which the voltage of the first port is 4. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is in a state of being boosted by the voltage conversion unit and output to the second port. 5. 前記第２のポートの電圧に応じて、前記電圧変換部による昇降圧を制御する制御部を備える、請求項４に記載の電力変換装置。   5. The power conversion device according to claim 4, further comprising a control unit that controls the step-up / step-down by the voltage conversion unit according to the voltage of the second port. 前記制御部は、前記第２のポートにおける検出電圧と前記第２のポートにおける目標ポート電圧との偏差に応じて、前記電圧変換部による昇降圧を制御する、請求項５に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 5, wherein the control unit controls the step-up / step-down by the voltage conversion unit according to a deviation between a detection voltage at the second port and a target port voltage at the second port. . 前記電圧変換部は、前記第１のポートの電圧を変換する上下アームを有し、
前記制御部は、前記検出電圧が前記第２のポートにおける目標ポート電圧に対して低いほど、前記上下アームのうち一方のオン時間を長くする、請求項６に記載の電力変換装置。 The voltage conversion unit has upper and lower arms for converting the voltage of the first port,
The power conversion device according to claim 6, wherein the control unit increases the ON time of one of the upper and lower arms as the detected voltage is lower than a target port voltage at the second port. 前記制御部は、前記接続状態が前記第１の状態である場合、前記検出電圧が前記第２のポートにおける目標ポート電圧に対して低いほど、前記上下アームのうち上アームのオン時間を長くし、前記接続状態が前記第２の状態である場合、前記検出電圧が前記第２のポートにおける目標ポート電圧に対して低いほど、前記上下アームのうち下アームのオン時間を長くする、請求項７に記載の電力変換装置。   When the connection state is the first state, the control unit increases the on-time of the upper arm of the upper and lower arms as the detection voltage is lower than the target port voltage in the second port. The on-time of the lower arm of the upper and lower arms is lengthened as the detected voltage is lower than the target port voltage at the second port when the connection state is the second state. The power converter device described in 1. 前記電圧変換部は、前記第１のポートの電圧を変換する上下アームを有し、
前記制御部は、前記偏差に応じて制御する対象を、前記上下アームのうち一方のアームから他方のアームに切り替える、請求項６に記載の電力変換装置。 The voltage conversion unit has upper and lower arms for converting the voltage of the first port,
The said control part is a power converter device of Claim 6 which switches the object controlled according to the said deviation from one arm to the other arm among the said upper and lower arms. 前記対象は、前記偏差に応じて決定されたオン時間に従って制御される、請求項９に記載の電力変換装置。   The power conversion apparatus according to claim 9, wherein the object is controlled according to an on-time determined according to the deviation. 前記制御部は、前記第１のポートにおける目標ポート電圧と前記第２のポートにおける目標ポート電圧とに応じて、前記電圧変換部の昇降圧動作を切り替える、請求項５から１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。   11. The control unit according to claim 5, wherein the control unit switches a step-up / step-down operation of the voltage conversion unit according to a target port voltage at the first port and a target port voltage at the second port. The power converter device described in 1. 前記制御部は、前記第１のポートにおける目標ポート電圧が前記第２のポートにおける目標ポート電圧よりも高いとき、前記昇降圧動作を降圧動作に切り替え、前記第１のポートにおける目標ポート電圧が前記第２のポートにおける目標ポート電圧よりも低いとき、前記昇降圧動作を昇圧動作に切り替える、請求項１１に記載の電力変換装置。   The control unit switches the step-up / step-down operation to a step-down operation when a target port voltage at the first port is higher than a target port voltage at the second port, and the target port voltage at the first port is The power conversion device according to claim 11, wherein when the voltage is lower than a target port voltage at the second port, the step-up / step-down operation is switched to a step-up operation. 前記第１の状態は、前記第２のポートの電圧が前記電圧変換部により昇圧されて前記第１のポートに出力される状態であり、前記第２の状態は、前記第２のポートの電圧が前記電圧変換部により降圧されて前記第１のポートに出力される状態である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。   The first state is a state in which the voltage of the second port is boosted by the voltage converter and output to the first port, and the second state is a voltage of the second port. 4 is a state where the voltage is stepped down by the voltage converter and output to the first port. 前記第１のポートの電圧に応じて、前記電圧変換部による電圧変換を制御する制御部を備える、請求項１３に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 13, further comprising a control unit that controls voltage conversion by the voltage conversion unit in accordance with a voltage of the first port. 前記第１の状態は、前記第１のポートの電圧が前記電圧変換部により降圧されて前記第２のポートに出力される状態であり、前記第２の状態は、前記第２のポートの電圧が前記電圧変換部により降圧されて前記第１のポートに出力される状態である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。   The first state is a state where the voltage of the first port is stepped down by the voltage converter and output to the second port, and the second state is a voltage of the second port. 4 is a state where the voltage is stepped down by the voltage converter and output to the first port. 前記第１の状態は、前記第２のポートの電圧が前記電圧変換部により昇圧されて前記第１のポートに出力される状態であり、前記第２の状態は、前記第１のポートの電圧が前記電圧変換部により昇圧されて前記第２のポートに出力される状態である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。   The first state is a state in which the voltage of the second port is boosted by the voltage converter and output to the first port, and the second state is a voltage of the first port. The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage is boosted by the voltage converter and output to the second port. 前記第１のポートと前記第２のポートの電圧に応じて、前記電圧変換部による電圧変換を制御する制御部を備える、請求項１５又は１６に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 15 or 16, further comprising a control unit that controls voltage conversion by the voltage conversion unit in accordance with voltages of the first port and the second port. 第１の電圧部と第２の電圧部との間で電圧を変換する電圧変換部によって、第１のポートと第２のポートとの間で電圧を変換する電圧変換方法であって、
前記第１のポートと前記第２のポートと前記電圧変換部との接続状態を、前記第１のポートと前記第１の電圧部が接続され且つ前記第２のポートと前記第２の電圧部が接続された第１の状態と、前記第１のポートと前記第２の電圧部が接続され且つ前記第２のポートと前記第１の電圧部が接続された第２の状態とに切り替えることを特徴とする、電圧変換方法。 A voltage conversion method for converting a voltage between a first port and a second port by a voltage conversion unit that converts a voltage between a first voltage unit and a second voltage unit,
The connection state of the first port, the second port, and the voltage conversion unit is the connection between the first port and the first voltage unit, and the second port and the second voltage unit. Is switched to a first state in which the first port and the second voltage unit are connected, and a second state in which the second port and the first voltage unit are connected. A voltage conversion method characterized by the above.
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