JP5185328B2

JP5185328B2 - Ｄｃｄｃコンバータ

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Publication number: JP5185328B2
Application number: JP2010138735A
Authority: JP
Inventors: 栄治竹上
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-06-17
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Description

本発明はＤＣＤＣコンバータに関するものである。

電動機などで発生した回生エネルギーや太陽電池で発生した発電エネルギーを蓄電池などに蓄積し、その蓄積されたエネルギーを再利用できるようにするために、双方向性ＤＣＤＣコンバータが用いられることがある（特許文献１）。

特開２００８−３５６７５号公報

しかしながら、従来の双方向性ＤＣＤＣコンバータでは、双方向性ＤＣＤＣコンバータの充電動作時にレール電圧が低下したために充電電圧が下がると、充電電圧が上がるように制御が行われる。このため、レール電圧を給電する給電側の負荷が増大し、レール電圧がさらに低下するため、レール電圧の変動が大きくなるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、充電動作時におけるレール電圧の変動を抑制することが可能なＤＣＤＣコンバータを提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載のＤＣＤＣコンバータによれば、トランスと、前記トランスの１次側に印加される電圧を制御することで電力変換を行う電圧形電力変換器と、前記トランスの２次側に流れる電流を制御することで電力変換を行う電流形電力変換器と、前記電圧形電力変換器および前記電流形電力変換器を制御する制御器とを備え、前記制御器は、充電動作時において、前記電圧形電力変換器に入力されるレール電圧の検出値と、前記電流形電力変換器から出力される充電電圧の検出値との双方に基づいて、前記電圧形電力変換器および前記電流形電力変換器を制御し、放電動作時において、前記電流形電力変換器に入力される充電電圧の検出値を参照することなく、前記電圧形電力変換器から出力されるレール電圧の検出値に基づいて、前記電圧形電力変換器および前記電流形電力変換器を制御することを特徴とする。

請求項２記載のＤＣＤＣコンバータによれば、前記制御器は、前記レール電圧の検出値が前記レール電圧の目標値に近づくように第１の操作量を出力する第１のＣＶ制御器と、前記第１のＣＶ制御器と並列に動作できるように構成され、前記充電電圧の検出値が前記充電電圧の目標値に近づくように第２の操作量を出力する第２のＣＶ制御器と、前記第１のＣＶ制御器と前記第２のＣＶ制御器の後段に接続され、前記第１の操作量、前記第２の操作量および充電電流の検出値に基づいて第３の操作量を出力するＣＣ制御器とを備えることを特徴とする。

請求項３記載のＤＣＤＣコンバータによれば、トランスと、前記トランスの１次側に印加される電圧を制御することで電力変換を行う電圧形電力変換器と、前記トランスの２次側に流れる電流を制御することで電力変換を行う電流形電力変換器と、前記電圧形電力変換器および前記電流形電力変換器を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記レール電圧の検出値が前記レール電圧の目標値に近づくように第１の操作量を出力する第１のＣＶ制御器と、前記第１のＣＶ制御器と並列に動作できるように構成され、前記充電電圧の検出値が前記充電電圧の目標値に近づくように第２の操作量を出力する第２のＣＶ制御器と、前記第１のＣＶ制御器と前記第２のＣＶ制御器の後段に接続され、前記第１の操作量、前記第２の操作量および充電電流の検出値に基づいて第３の操作量を出力するＣＣ制御器とを備え、前記第１のＣＶ制御器は前記第１の操作量の下限値と上限値を規定する第１のリミッタを備え、前記第１のＣＶ制御器から出力される前記第１の操作量は当該第１のリミッタに設定されている下限値から上限値までの範囲に制限され、前記第２のＣＶ制御器は前記第２の操作量の下限値と上限値を規定する第２のリミッタを備え、前記第２のＣＶ制御器から出力される前記第２の操作量は当該第２のリミッタに設定されている下限値から上限値までの範囲に制限され、前記ＣＣ制御器は前記第３の操作量の下限値と上限値を規定する第３のリミッタを備え、前記ＣＣ制御器から出力される前記第３の操作量は当該第３のリミッタに設定されている下限値から上限値までの範囲に制限され、第１のリミッタ、第２のリミッタ及び第３のリミッタにそれぞれ設定されている下限値と上限値に基づいて、充電電流又は放電電流が制御されていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、充電動作時におけるレール電圧の変動を抑制することが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るＤＣＤＣコンバータの概略構成を示すブロック図である。図２は、図１の電流形電力変換器２および電圧形電力変換器４の概略構成を示す回路図である。図３は、図１の制御器５の概略構成を示すブロック図である。図４は、図１のゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓａ〜Ｓｄの波形を示すタイミングチャートである。図５は、本発明の第２実施形態に係るＤＣＤＣコンバータに適用される制御器の概略構成を示すブロック図である。図６は、本発明の第３実施形態に係るＤＣＤＣコンバータに適用される制御器の概略構成を示すブロック図である。図７は、本発明の第４実施形態に係るＤＣＤＣコンバータに適用される制御器の概略構成を示すブロック図である。図８は、図１のＤＣＤＣコンバータが適用される電源系の概略構成を示すブロック図である。図９は、本発明の第５実施形態に係るＤＣＤＣコンバータに適用される電流形電力変換器６２および電圧形電力変換器４の概略構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態に係るＤＣＤＣコンバータについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るＤＣＤＣコンバータの概略構成を示すブロック図である。
図１において、このＤＣＤＣコンバータには、トランス３と、トランス３の１次側に印加される電圧を制御することで電力変換を行う電圧形電力変換器４と、トランス３の２次側に流れる電流を制御することで電力変換を行う電流形電力変換器２と、電圧形電力変換器４および電流形電力変換器２を制御する制御器５が設けられている。そして、電流形電力変換器２側には蓄電器１が接続されている。

そして、蓄電器１から放電を行わせる場合、蓄電器１から供給された直流は電流形電力変換器２にて交流に変換され、トランス３を介して電圧形電力変換器４に出力される。そして、トランス３を介して出力された交流が電圧形電力変換器４にて直流に変換された後、レール電圧Ｖ１として出力される。

ここで、制御器５は、放電動作時において、電流形電力変換器２に入力される充電電圧Ｖ２の検出値を参照することなく、電圧形電力変換器４から出力されるレール電圧Ｖ１の検出値および充電電流Ｉの検出値に基づいて、電圧形電力変換器４および電流形電力変換器２を制御することができる。

一方、蓄電器１に充電を行わせる場合、レール電圧Ｖ１として供給された直流は電圧形電力変換器４にて交流に変換され、トランス３を介して電流形電力変換器２に出力される。そして、トランス３を介して出力された交流が電流形電力変換器２にて直流に変換された後、蓄電器１に供給される。

ここで、制御器５は、充電動作時において、電圧形電力変換器４に入力されるレール電圧Ｖ１の検出値と、電流形電力変換器２から出力される充電電圧Ｖ２の検出値との双方および充電電流Ｉの検出値に基づいて、電圧形電力変換器４および電流形電力変換器２を制御することができる。例えば、制御器５は、レール電圧Ｖ１が低下した場合、充電電圧Ｖ２を低下させることでレール電圧Ｖ１が上昇するように、電圧形電力変換器４および電流形電力変換器２を制御することができる。

図２は、図１の電流形電力変換器２および電圧形電力変換器４の概略構成を示す回路図である。なお、図２の実施形態では、電流形電力変換器２としてプッシュプル構成を例にとった。
図２において、電流形電力変換器２には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２およびインダクタＬが設けられている。そして、スイッチング素子Ｑ１はトランス３の２次巻線の一端と蓄電器１の負極側との間に接続され、スイッチング素子Ｑ２はトランス３の２次巻線の他端と蓄電器１の負極側との間に接続されている。また、トランス３の２次巻線の中間タップと蓄電器１の正極側との間にはインダクタＬが接続されている。

なお、蓄電器１とインダクタＬとで電流源を構成することができ、この電流源からの電流がスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２にて制御されることにより、電流形電力変換器２として動作することができる。

電圧形電力変換器４には、スイッチング素子Ｑａ〜Ｑｄおよび平滑コンデンサＣが設けられている。そして、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂは互いに直列に接続され、スイッチング素子Ｑｃ、Ｑｄは互いに直列に接続されている。スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの直列回路とスイッチング素子Ｑｃ、Ｑｄの直列回路とは互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの接続点とスイッチング素子Ｑｃ、Ｑｄの接続点との間にはトランス３の１次巻線が接続されている。また、スイッチング素子Ｑｃ、Ｑｄの直列回路には平滑コンデンサＣが並列に接続されている。

なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑａ〜Ｑｄとしては、電界効果トランジスタを用いるようにしてもよいし、バイポーラトランジスタを用いるようにしてもよいし、ＩＧＢＴを用いるようにしてもよい。また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑａ〜Ｑｄには、ボディダイオードを形成するようにしてもよい。

図３は、図１の制御器５の概略構成を示すブロック図である。
図３において、制御器５には、レール側電圧制御系１０１、充電側電圧制御系１０２および電流制御系１０３が設けられている。そして、レール側電圧制御系１０１および充電側電圧制御系１０２の後段には電流制御系１０３がカスケード接続されるとともに、レール側電圧制御系１０１と充電側電圧制御系１０２とは互いに並列に接続されている。

ここで、レール側電圧制御系１０１では、減算器１１の後段には不感帯１２が設けられ、不感帯１２の後段にはＣＶ制御器１３が設けられ、ＣＶ制御器１３の後段にはリミッタ１４が設けられている。なお、不感帯１２は、充電時に微小なレール電圧Ｖ１の変動でＣＶ制御器１３が動作しないようにするため、充電時にＣＶ制御器１３の入力値の変動を所定値以上に制限することができる。

充電側電圧制御系１０２では、減算器２１の後段にはＣＶ制御器２３が設けられ、ＣＶ制御器２３の後段にはリミッタ２４が設けられている。

電流制御系１０３では、加算器３１の後段には加減算器３２が設けられ、加減算器３２の後段にはＣＣ制御器３３が設けられ、ＣＣ制御器３３の後段にはリミッタ３４が設けられている。なお、ＣＣ制御器３３の制御パラメータは、充電時と放電時とで共通な値に設定することができる。

また、充電時では、リミッタ１４、２４、３４は以下のように出力を制限することができる。
リミッタ１４：最小値＝−ΔＩ、最大値＝ΔＩ
リミッタ２４：最小値＝−Ｉ＿ｒｅｆ、最大値＝０
リミッタ３４：最小値＝０、最大値＝最大デューティ
ただし、充電時では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆは正の値である。また、ΔＩは、所定値に設定することができる。この場合、充電時における充電電流Ｉの最大値はＩ＿ｒｅｆ＋ΔＩ、最小値は−ΔＩとなる。

また、放電時では、リミッタ１４、２４、３４は以下のように出力を制限することができる。
リミッタ１４：最小値＝０、最大値＝−Ｉ＿ｒｅｆ
リミッタ２４：最小値＝０、最大値＝０
リミッタ３４：最小値＝０、最大値＝最大デューティ
ただし、放電時では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆは負の値である。

そして、蓄電器１から放電を行わせる場合、充電電圧Ｖ２がどのように変化しても、充電側電圧制御系１０２からの出力はリミッタ２４にて０に抑えられ、レール側電圧制御系１０１および電流制御系１０３にてデューティ指令Ｄｕｔｙが生成される。

すなわち、放電時には不感帯１２の幅は０に設定される。そして、減算器１１において、レール電圧Ｖ１の検出値がレール電圧の目標値Ｖ１＿ｒｅｆから減算された後、不感帯１２を介してＣＶ制御器１３に入力される。そして、ＣＶ制御器１３において、レール電圧Ｖ１の検出値がレール電圧の目標値Ｖ１＿ｒｅｆに近づくように操作量が生成され、リミッタ１４に出力される。そして、リミッタ１４において、その操作量が０から充電電流の目標値Ｉ＿ｒｅｆの目標値の範囲内に制限された後、加算器３１を介して加減算器３２に出力される。

そして、加減算器３２において、加算器３１の出力値と充電電流の目標値Ｉ＿ｒｅｆとが加算され、その加算値から充電電流Ｉの検出値が減算された後、ＣＣ制御器３３に入力される。そして、ＣＣ制御器３３において、充電電流Ｉの検出値が加算器３１の出力値と充電電流の目標値Ｉ＿ｒｅｆとの加算値に近づくように操作量が生成され、リミッタ３４に出力される。そして、リミッタ３４において、その操作量が０から最大デューティの範囲内に制限されることで、デューティ指令Ｄｕｔｙが生成される。

一方、蓄電器１に充電を行わせる場合、レール側電圧制御系１０１からの出力はリミッタ１４にて正負の値をとり得るようにされ、レール側電圧制御系１０１、充電側電圧制御系１０２および電流制御系１０３にてデューティ指令Ｄｕｔｙが生成される。

すなわち、充電時には不感帯１２の幅は０以上の任意の値に設定される。そして、減算器１１において、レール電圧Ｖ１の検出値がレール電圧の目標値Ｖ１＿ｒｅｆから減算された後、不感帯１２を介してＣＶ制御器１３に入力される。

そして、ＣＶ制御器１３において、レール電圧Ｖ１の検出値がレール電圧の目標値Ｖ１＿ｒｅｆに近づくように操作量が生成され、リミッタ１４に出力される。そして、リミッタ１４において、その操作量が０から充電電流の目標値Ｉ＿ｒｅｆの目標値の範囲内に制限された後、加算器３１に出力される。

また、減算器２１において、充電電圧Ｖ２の検出値が充電電圧の目標値Ｖ２＿ｒｅｆから減算された後、ＣＶ制御器２３に入力される。

そして、ＣＶ制御器２３において、充電電圧Ｖ２の検出値が充電電圧の目標値Ｖ２＿ｒｅｆに近づくように操作量が生成され、リミッタ２４に出力される。そして、リミッタ２４において、その操作量が充電電流の目標値Ｉ＿ｒｅｆの目標値から０の範囲内に制限された後、加算器３１に出力される。

そして、加算器３１において、リミッタ１４、２４からの出力値が加算された後、その加算値が加減算器３２に出力される。そして、加減算器３２において、加算器３１の出力値と充電電流の目標値Ｉ＿ｒｅｆとが加算され、その加算値から充電電流Ｉの検出値が減算された後、ＣＣ制御器３３に入力される。そして、ＣＣ制御器３３において、充電電流Ｉの検出値が加算器３１の出力値と充電電流の目標値Ｉ＿ｒｅｆとの加算値に近づくように操作量が生成され、リミッタ３４に出力される。そして、リミッタ３４において、その操作量が０から最大デューティの範囲内に制限されることで、デューティ指令Ｄｕｔｙが生成される。

そして、デューティ指令Ｄｕｔｙが生成されると、そのデューティ指令Ｄｕｔｙからゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓａ〜Ｓｄが生成される。そして、ゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２にて図２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が駆動されるとともに、ゲート駆動信号Ｓａ〜Ｓｄにて図２のスイッチング素子Ｑａ〜Ｑｄが駆動されることにより、充電動作又は放電動作が行われる。

図４は、図１のゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓａ〜Ｓｄの波形を示すタイミングチャートである。
図４において、デューティ指令Ｄｕｔｙに基づいてゲート駆動信号Ｓａ〜Ｓｄのデューティが設定されることで、ゲート駆動信号Ｓａ〜Ｓｄのデューティは互いに同一になる。ここで、ゲート駆動信号Ｓａ、Ｓｄとゲート駆動信号Ｓｂ、Ｓｃとは、半周期分だけ互いに位相がずらされている。

また、ゲート駆動信号Ｓ１はゲート駆動信号Ｓｂ、Ｓｃを反転させることで生成され、ゲート駆動信号Ｓ２はゲート駆動信号Ｓａ、Ｓｄを反転させることで生成される。このため、１つのデューティ指令Ｄｕｔｙでゲート駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓａ〜Ｓｄを生成することができる。

ここで、図３の充電側電圧制御系１０２は充電電圧Ｖ２が低下すると、充電電圧Ｖ２が上昇するように動作する。また、レール側電圧制御系１０１はレール電圧Ｖ１が低下すると、レール電圧Ｖ１が上昇するように動作する。

このため、充電時において、レール側電圧制御系１０１および充電側電圧制御系１０２が並列に動作できるようにすることで、レール電圧Ｖ１が低下したために、充電電圧Ｖ２が低下した場合においても、充電電圧Ｖ２の上昇を抑えてレール電圧Ｖ１を上昇させることが可能となり、レール電圧Ｖ１の変動を抑制することができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係るＤＣＤＣコンバータに適用される制御器の概略構成を示すブロック図である。
図５において、この制御器には、図３の電流制御系１０３の代わりに電流制御系１０４が設けられている。この電流制御系１０４では、加減算器３２の前段にリミッタ４１が設けられている。

充電時では、リミッタ４１は以下のように出力を制限することができる。
リミッタ４１：最小値＝−Ｉ＿ｒｅｆ、最大値＝０
ただし、充電時では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆは正の値である。

また、放電時では、リミッタ４１は以下のように出力を制限することができる。
リミッタ４１：最小値＝０、最大値＝−Ｉ＿ｒｅｆ
ただし、放電時では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆは負の値である。

加減算器３２の前段にリミッタ４１を設けることにより、充電時における充電電流Ｉの最大値を充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆ、最小値を０に制限することができる。

図６は、本発明の第３実施形態に係るＤＣＤＣコンバータに適用される制御器の概略構成を示すブロック図である。
図６において、この制御器には、図３の電流制御系１０３の代わりに電流制御系１０５が設けられている。この電流制御系１０５では、加減算器３２の代わりに減算器３２´が設けられている。この減算器３２´では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆの入力が省略され、加算器３１の加算値から充電電流Ｉの検出値を減算することができる。

この時、充電時では、リミッタ１４、２４、３４は以下のように出力を制限することができる。
リミッタ１４：最小値＝−ΔＩ、最大値＝ΔＩ
リミッタ２４：最小値＝０、最大値＝Ｉ＿ｒｅｆ
リミッタ３４：最小値＝０、最大値＝最大デューティ
ただし、充電時では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆは正の値である。この場合、充電時における充電電流Ｉの最大値はＩ＿ｒｅｆ＋ΔＩ、最小値は−ΔＩとなる。

また、放電時では、リミッタ１４、２４、３４は以下のように出力を制限することができる。
リミッタ１４：最小値＝−Ｉ＿ｒｅｆ、最大値＝０
リミッタ２４：最小値＝０、最大値＝０
リミッタ３４：最小値＝０、最大値＝最大デューティ
ただし、放電時では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆは負の値である。

図７は、本発明の第４実施形態に係るＤＣＤＣコンバータに適用される制御器の概略構成を示すブロック図である。
図７において、この制御器には、図６の電流制御系１０５の代わりに電流制御系１０６が設けられている。この電流制御系１０６では、減算器３２´の前段にリミッタ４１が設けられている。

この時、充電時では、リミッタ１４、２４、３４、４１は以下のように出力を制限することができる。
リミッタ１４：最小値＝−ΔＩ、最大値＝ΔＩ
リミッタ２４：最小値＝０、最大値＝Ｉ＿ｒｅｆ
リミッタ３４：最小値＝０、最大値＝最大デューティ
リミッタ４１：最小値＝０、最大値＝Ｉ＿ｒｅｆ
ただし、充電時では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆは正の値である。この場合、充電時における充電電流Ｉの最大値はＩ＿ｒｅｆ、最小値は０となる。

また、放電時では、リミッタ１４、２４、３４、４１は以下のように出力を制限することができる。
リミッタ１４：最小値＝−Ｉ＿ｒｅｆ、最大値＝０
リミッタ２４：最小値＝０、最大値＝０
リミッタ３４：最小値＝０、最大値＝最大デューティ
リミッタ４１：最小値＝Ｉ＿ｒｅｆ、最大値＝０
ただし、放電時では、充電電流Ｉの目標値Ｉ＿ｒｅｆは負の値である。

図８は、図１のＤＣＤＣコンバータが適用される電源系の概略構成を示すブロック図である。
図８において、交流電源５１にはＡＣＤＣコンバータ５２を介して負荷５３が接続されている。なお、負荷５３としては、例えば、直流で動作する電子機器であってもよいし、直流モータであってもよい。あるいは、太陽電池であってもよいし、発電機であってもよい。

また、負荷５３には、ＤＣＤＣコンバータ５４を介して蓄電器１が接続されている。なお、ＤＣＤＣコンバータ５４としては、例えば、図１の構成を用いることができる。

そして、交流電源５１から出力された交流はＡＣＤＣコンバータ５２にて直流に変換され、負荷５３に供給される。

また、負荷５３で発生したエネルギーを蓄電器１に蓄積する場合、ＤＣＤＣコンバータ５４にてレール電圧Ｖ１が充電電圧Ｖ２に変換され、蓄電器１が充電される。一方、交流電源５１の遮断時などに負荷５３に電力が必要な場合、ＤＣＤＣコンバータ５４にて充電電圧Ｖ２がレール電圧Ｖ１に変換され、負荷５３に電力を供給される。

ここで、ＤＣＤＣコンバータ５４として図１の構成を用いることにより、充電時にレール電圧Ｖ１が低下したために、充電電圧Ｖ２が低下した場合においても、充電電圧Ｖ２の上昇を抑えてレール電圧Ｖ１を上昇させることが可能となり、レール電圧Ｖ１の変動を抑制することができる。

図９は、本発明の第５実施形態に係るＤＣＤＣコンバータに適用される電流形電力変換器６２および電圧形電力変換器４の概略構成を示す回路図である。なお、図９の実施形態では、電流形電力変換器６としてフルブリッジ構成を例にとった。
図９において、このＤＣＤＣコンバータでは、図１の電流形電力変換器２およびトランス３の代わりに電流形電力変換器６２およびトランス６３が設けられている。なお、その他の構成は図１と同様である。

電流形電力変換器６２には、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４およびインダクタＬ２が設けられている。そして、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２は互いに直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１３、Ｑ１４は互いに直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の直列回路とスイッチング素子Ｑ１３、Ｑ１４の直列回路とは互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の接続点とスイッチング素子Ｑ１３、Ｑ１４の接続点との間にはトランス６３の２次巻線が接続されている。そして、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１３の接続点と蓄電器１の正極側との間にはインダクタＬ２が接続されている。

なお、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４としては、電界効果トランジスタを用いるようにしてもよいし、バイポーラトランジスタを用いるようにしてもよいし、ＩＧＢＴを用いるようにしてもよい。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４には、ボディダイオードを形成するようにしてもよい。

ここで、図１の蓄電器１とインダクタＬ２とで電流源を構成することができ、この電流源からの電流がスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４にて制御されることにより、電流形電力変換器６２として動作することができる。

このＤＣＤＣコンバータは、図４のゲート駆動信号Ｓ１でスイッチング素子Ｑ１２、Ｑ１３のゲートが駆動され、図４のゲート駆動信号Ｓ２でスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１４のゲートが駆動される。それ以外の動作は、図１のＤＣＤＣコンバータと同様である。

なお、図２のプッシュプル構成の電流形電力変換器２では、充電電圧Ｖ２が低い時やレール電圧Ｖ１の変動範囲が狭い時に有効である。この電流形電力変換器２では、図９のフルブリッジ構成の電流形電力変換器６２に比べて回路構成を簡単化することができる。

一方、充電電圧Ｖ２が高い時やレール電圧Ｖ１の変動範囲が広い時は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の電圧ストレスが大きくなるため、図９のフルブリッジ構成の電流形電力変換器６２が適している。

本発明のＤＣＤＣコンバータは、充電動作時におけるレール電圧の変動を抑制することが可能となり、双方向性ＤＣＤＣコンバータとして利用することができる。

１蓄電器
２、６２電流形電力変換器
３、６３トランス
４電圧形電力変換器
５制御器
Ｌ、Ｌ２インダクタ
Ｃ平滑コンデンサ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑａ〜Ｑｄ、Ｑ１１〜Ｑ１４スイッチング素子
１１、２１、３２´ 減算器
１２不感帯
１３、２３ＣＶ制御器
１４、２４、３４、４１リミッタ
３１加算器
３２加減算器
３３ＣＣ制御器
５１交流電源
５２ＡＣＤＣコンバータ
５３負荷
５４ＤＣＤＣコンバータ
１０１レール側電圧制御系
１０２充電側電圧制御系
１０３〜１０６電流制御系

Claims

トランスと、
前記トランスの１次側に印加される電圧を制御することで電力変換を行う電圧形電力変換器と、
前記トランスの２次側に流れる電流を制御することで電力変換を行う電流形電力変換器と、
前記電圧形電力変換器および前記電流形電力変換器を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、充電動作時において、前記電圧形電力変換器に入力されるレール電圧の検出値と、前記電流形電力変換器から出力される充電電圧の検出値との双方に基づいて、前記電圧形電力変換器および前記電流形電力変換器を制御し、放電動作時において、前記電流形電力変換器に入力される充電電圧の検出値を参照することなく、前記電圧形電力変換器から出力されるレール電圧の検出値に基づいて、前記電圧形電力変換器および前記電流形電力変換器を制御することを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。
前記制御器は、
前記レール電圧の検出値が前記レール電圧の目標値に近づくように第１の操作量を出力する第１のＣＶ制御器と、
前記第１のＣＶ制御器と並列に動作できるように構成され、前記充電電圧の検出値が前記充電電圧の目標値に近づくように第２の操作量を出力する第２のＣＶ制御器と、
前記第１のＣＶ制御器と前記第２のＣＶ制御器の後段に接続され、前記第１の操作量、前記第２の操作量および充電電流の検出値に基づいて第３の操作量を出力するＣＣ制御器とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
トランスと、
前記トランスの１次側に印加される電圧を制御することで電力変換を行う電圧形電力変換器と、
前記トランスの２次側に流れる電流を制御することで電力変換を行う電流形電力変換器と、
前記電圧形電力変換器および前記電流形電力変換器を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、
前記レール電圧の検出値が前記レール電圧の目標値に近づくように第１の操作量を出力する第１のＣＶ制御器と、
前記第１のＣＶ制御器と並列に動作できるように構成され、前記充電電圧の検出値が前記充電電圧の目標値に近づくように第２の操作量を出力する第２のＣＶ制御器と、
前記第１のＣＶ制御器と前記第２のＣＶ制御器の後段に接続され、前記第１の操作量、前記第２の操作量および充電電流の検出値に基づいて第３の操作量を出力するＣＣ制御器とを備え、
前記第１のＣＶ制御器は前記第１の操作量の下限値と上限値を規定する第１のリミッタを備え、前記第１のＣＶ制御器から出力される前記第１の操作量は当該第１のリミッタに設定されている下限値から上限値までの範囲に制限され、
前記第２のＣＶ制御器は前記第２の操作量の下限値と上限値を規定する第２のリミッタを備え、前記第２のＣＶ制御器から出力される前記第２の操作量は当該第２のリミッタに設定されている下限値から上限値までの範囲に制限され、
前記ＣＣ制御器は前記第３の操作量の下限値と上限値を規定する第３のリミッタを備え、前記ＣＣ制御器から出力される前記第３の操作量は当該第３のリミッタに設定されている下限値から上限値までの範囲に制限され、
第１のリミッタ、第２のリミッタ及び第３のリミッタにそれぞれ設定されている下限値と上限値に基づいて、充電電流又は放電電流が制御されていることを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。