JP5563577B2 - 双方向インバータ・チャージャ及びインバータ・チャージャ装置 - Google Patents
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Description
(1)本発明の第1の形態は、交流電源と充電式直流電圧源との間に双方向のエネルギの流れを提供するためのインバータ・チャージャであって、
交流電圧源に接続されたHブリッジ整流器インバータ回路と、
昇圧回路と降圧回路とを備え、前記Hブリッジ整流器インバータ回路と、直流電圧を有する充電式直流電圧源との間に接続され、充電構成とインバータ構成との間で切り替え可能である直流電圧−直流電圧変換器(DC−DC変換器)と、
を備え、
前記充電構成は、前記Hブリッジ整流器インバータ回路に動作可能に接続された前記昇圧回路を備え、前記Hブリッジ整流器インバータ回路は、全波整流出力信号を前記昇圧回路に供給し、前記昇圧回路は、前記全波整流出力信号を昇圧するよう構成されており、前記充電構成は、さらに、前記昇圧回路に動作可能に接続された前記降圧回路を備え、前記降圧回路は、調整された充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するよう構成されており、
前記インバータ構成は、前記充電式直流電圧源に動作可能に接続された前記昇圧回路を備え、前記昇圧回路は、前記充電式直流電圧源の前記直流電圧を昇圧するよう構成されており、前記降圧回路は、全波整流信号波形を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に供給するよう構成されており、前記Hブリッジ整流器インバータ回路は、交流電圧波形を前記交流電圧源に結合するよう構成されており、
前記インバータ・チャージャは、更に、前記DC−DC変換器を前記充電構成と前記インバータ構成との間で切り替えるよう構成された複数のスイッチを備え、前記複数のスイッチは、
前記充電構成において、前記昇圧回路の入力を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に接続するとともに、前記降圧回路の出力を前記充電式直流電圧源に接続し、
前記インバータ構成において、前記昇圧回路の入力を前記充電式直流電圧源に接続するとともに前記降圧回路の出力を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に接続する、インバータ・チャージャである。
(2)本発明の第2の形態は、自動車のためのビークルツーグリッド・インバータ・チャージャであって、
交流グリッド電圧源と、直流電圧を有し自動車に搭載された充電式直流電圧源との間に接続されたスイッチモードトポロジの双方向交流−直流(AC−DC)変換器を備え、
前記双方向AC−DC変換器は、前記充電式直流電圧源を充電するために、調整された充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するよう構成され、
前記双方向AC−DC変換器は、
前記交流グリッド電圧源に接続された整流器インバータ回路と、
前記整流器インバータ回路と、前記充電式直流電圧源との間に接続され、前記スイッチモードトポロジで構成された昇圧回路および降圧回路を備えた直流電圧−直流電圧変換器(DC−DC変換器)と、
を備え、
前記ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャは、さらに、
前記整流器インバータ回路と前記DC−DC変換器との間、かつ、前記充電式直流電圧源と前記DC−DC変換器との間に配置されたスイッチ構成と、
前記スイッチ構成と動作可能な通信を行うコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記昇圧回路が前記整流器インバータ回路に接続されるように前記スイッチ構成を制御するよう構成され、前記整流器インバータ回路は、全波整流出力信号を前記昇圧回路に供給し、前記昇圧回路は、前記全波整流出力信号を昇圧するよう構成され、前記コントローラは、さらに、前記降圧回路が前記昇圧回路に動作可能に接続されるように前記スイッチ構成を制御するよう構成され、前記降圧回路は、前記充電式直流電圧源を充電するために、調整された充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するよう構成され、
前記コントローラは、さらに、前記昇圧回路が前記充電式直流電圧源に動作可能に接続されるように前記スイッチ構成を制御するよう構成され、前記昇圧回路は、前記充電式直流電圧源の前記直流電圧を昇圧するよう構成され、前記コントローラは、さらに、前記降圧回路が全波整流信号波形を前記整流器インバータ回路に供給するよう構成されるように前記スイッチ構成を制御するよう構成され、前記整流器インバータ回路は、前記充電式直流電圧源を前記交流グリッド電圧源に放電するために、交流電圧波形を前記交流グリッド電圧源に結合するよう構成され、
前記双方向AC−DC変換器は、前記充電式直流電圧源を前記交流グリッド電圧源に放電するために、交流電圧波形を前記交流グリッド電圧源に結合するよう構成される、ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャである。
(3)本発明の第3の形態は、自動車のためのビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置であって、
交流電圧源に接続されたHブリッジ整流器インバータ回路と、
前記インバータ回路と、直流電圧を有する充電式直流電圧源との間に接続され、昇圧回路および降圧回路を備えた直流電圧−直流電圧変換器(DC−DC変換器)と、
前記充電式直流電圧源と前記DC−DC変換器との間、かつ、前記DC−DC変換器と前記Hブリッジ整流器インバータ回路との間に接続されたスイッチ構成であって、充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するように前記昇圧回路および前記降圧回路を配列するよう構成され、ビークルツーグリッド動作のためにソース電流を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に供給するように前記昇圧回路および前記降圧回路を配列するよう構成された、スイッチ構成と、
前記DC−DC変換器と通信するコントローラであって、前記Hブリッジ整流器インバータ回路へのDC−DC出力電流波形が前記交流電圧源の波形に適合するHブリッジ出力波形を供給するように、ビークルツーグリッド動作中にDC−DC変換器の出力を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に同期させるよう構成された、コントローラと、
を備える、ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置である。
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
[適用例1]
交流電源と充電式直流電圧源との間に双方向のエネルギの流れを提供するためのインバータ・チャージャであって、
交流電圧源に接続されたHブリッジ整流器インバータ回路と、
前記Hブリッジインバータ回路と、直流電圧を有する充電式直流電圧源との間に接続され、充電構成とインバータ構成との間で切り替え可能である直流電圧−直流電圧変換器(DC−DC変換器)と、
を備え、
前記充電構成は、前記Hブリッジに動作可能に接続された昇圧回路を備え、前記Hブリッジの整流器は、全波整流出力信号を前記昇圧回路に供給し、前記昇圧回路は、前記全波整流出力信号を昇圧するよう構成されており、前記充電構成は、さらに、前記昇圧回路に動作可能に接続された降圧回路を備え、前記降圧回路は、調整された充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するよう構成されており、
前記インバータ構成は、前記充電式直流電圧源に動作可能に接続された前記昇圧回路を備え、前記昇圧回路は、前記充電式直流電圧源の前記直流電圧を昇圧するよう構成されており、前記降圧回路は、全波整流信号波形を前記Hブリッジに供給するよう構成されており、前記Hブリッジは、交流電圧波形を前記交流電圧源に結合するよう構成されている、インバータ・チャージャ。
[適用例2]
適用例1に記載のインバータ・チャージャであって、さらに、前記DC−DC変換器を前記充電構成と前記インバータ構成との間で切り替えるよう構成された複数のリレーを備える、インバータ・チャージャ。
[適用例3]
適用例1に記載のインバータ・チャージャであって、前記Hブリッジは、3つの並列接続パワーMOSFETを4セット備え、前記4セットは、全波Hブリッジ構成で接続されており、各MOSFETは、交流電圧源波形と同期して動作することで、前記交流電圧源の全波整流出力を生成する、インバータ・チャージャ。
[適用例4]
適用例1に記載のインバータ・チャージャであって、さらに、前記MOSFETへの制御信号を備え、前記制御信号は、すべてのMOSFETが、ある期間、前記交流電圧源のゼロ交差点の周りでオフになるデッドバンドを提供する、インバータ・チャージャ。
[適用例5]
適用例1に記載のインバータ・チャージャであって、
さらに、負レールを備え、
前記昇圧回路は、直列接続された第1のインダクタおよび第1のダイオードと、前記インダクタに接続された第1のコンデンサとを備え、前記昇圧回路は、さらに、前記第1のインダクタおよび第1のダイオードと、前記負レールとの間に、前記第1のコンデンサと並列に接続された第1のスイッチを備え、前記第1のスイッチは、前記インバータ・チャージャが前記充電構成にある時に前記全波整流出力信号を昇圧するため、または、前記インバータ・チャージャが前記インバータ構成にある時に前記充電式直流電圧源の前記直流電圧を昇圧するための第1の制御信号を受信する、インバータ・チャージャ。
[適用例6]
適用例5に記載のインバータ・チャージャであって、さらに、
前記昇圧回路に並列接続されたDCリンクコンデンサと、
第1のコンパレータおよび第2のコンパレータを備えたリミッタ回路を備える昇圧回路コントローラと、
を備え、
前記第1のコンパレータは、昇圧回路電流出力が最大昇圧回路電流閾値を越えたか否かに応じて、第1の出力値を生成し、前記第2のコンパレータは、前記DCリンクコンデンサにおける前記昇圧された全波整流信号が最大昇圧回路電圧閾値を越えたか否かに応じて、第2の出力値を生成し、前記リミッタ回路は、前記第1の出力値および/または前記第2の出力値が、前記最大昇圧回路電流および/または最大昇圧回路電圧が満たされたことを示す時に、前記制御信号により、前記昇圧回路のスイッチをオフにする、インバータ・チャージャ。
[適用例7]
適用例1に記載のインバータ・チャージャであって、
さらに、負レールを備え、
前記降圧回路は、第2のインダクタと直列接続された第2のスイッチと、前記第2のスイッチおよび前記第2のインダクタと前記負レールとの間に接続された第2のダイオードとを備え、
前記第2のスイッチは、前記充電構成において前記降圧回路の規定の充電電流出力を生成するための第2の制御信号を受信し、
前記第2のスイッチは、前記インバータ構成において前記ブリッジへの整流正弦波入力電流を生成するための第3の制御信号を受信する、インバータ・チャージャ。
[適用例8]
適用例7に記載のインバータ・チャージャであって、前記第3の制御信号はデッドバンドを含む、インバータ・チャージャ。
Claims (19)
- 交流電源と充電式直流電圧源との間に双方向のエネルギの流れを提供するためのインバータ・チャージャであって、
交流電圧源に接続されたHブリッジ整流器インバータ回路と、
昇圧回路と降圧回路とを備え、前記Hブリッジ整流器インバータ回路と、直流電圧を有する充電式直流電圧源との間に接続され、充電構成とインバータ構成との間で切り替え可能である直流電圧−直流電圧変換器(DC−DC変換器)と、
を備え、
前記充電構成は、前記Hブリッジ整流器インバータ回路に動作可能に接続された前記昇圧回路を備え、前記Hブリッジ整流器インバータ回路は、全波整流出力信号を前記昇圧回路に供給し、前記昇圧回路は、前記全波整流出力信号を昇圧するよう構成されており、前記充電構成は、さらに、前記昇圧回路に動作可能に接続された前記降圧回路を備え、前記降圧回路は、調整された充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するよう構成されており、
前記インバータ構成は、前記充電式直流電圧源に動作可能に接続された前記昇圧回路を備え、前記昇圧回路は、前記充電式直流電圧源の前記直流電圧を昇圧するよう構成されており、前記降圧回路は、全波整流信号波形を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に供給するよう構成されており、前記Hブリッジ整流器インバータ回路は、交流電圧波形を前記交流電圧源に結合するよう構成されており、
前記インバータ・チャージャは、更に、前記DC−DC変換器を前記充電構成と前記インバータ構成との間で切り替えるよう構成された複数のスイッチを備え、前記複数のスイッチは、
前記充電構成において、前記昇圧回路の入力を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に接続するとともに、前記降圧回路の出力を前記充電式直流電圧源に接続し、
前記インバータ構成において、前記昇圧回路の入力を前記充電式直流電圧源に接続するとともに前記降圧回路の出力を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に接続する、インバータ・チャージャ。 - 請求項1に記載のインバータ・チャージャであって、前記複数のスイッチは複数のリレーを備える、インバータ・チャージャ。
- 請求項1に記載のインバータ・チャージャであって、前記Hブリッジ整流器インバータ回路は、3つの並列接続パワーMOSFETを4セット備え、前記4セットは、全波Hブリッジ構成で接続されており、各MOSFETは、交流電圧源波形と同期して動作することで、前記交流電圧源の全波整流出力を生成する、インバータ・チャージャ。
- 請求項1に記載のインバータ・チャージャであって、さらに、前記MOSFETへの制御信号を備え、前記制御信号は、すべてのMOSFETが、ある期間、前記交流電圧源のゼロ交差点の周りでオフになるデッドバンドを提供する、インバータ・チャージャ。
- 請求項1に記載のインバータ・チャージャであって、
さらに、負レールを備え、
前記昇圧回路は、直列接続された第1のインダクタおよび第1のダイオードと、前記インダクタに接続された第1のコンデンサとを備え、前記昇圧回路は、さらに、前記第1のインダクタおよび第1のダイオードと、前記負レールとの間に、前記第1のコンデンサと並列に接続された第1のスイッチを備え、前記第1のスイッチは、前記インバータ・チャージャが前記充電構成にある時に前記全波整流出力信号を昇圧するため、または、前記インバータ・チャージャが前記インバータ構成にある時に前記充電式直流電圧源の前記直流電圧を昇圧するための第1の制御信号を受信する、インバータ・チャージャ。 - 請求項5に記載のインバータ・チャージャであって、さらに、
前記昇圧回路に並列接続されたDCリンクコンデンサと、
第1のコンパレータおよび第2のコンパレータを備えたリミッタ回路を備える昇圧回路コントローラと、
を備え、
前記第1のコンパレータは、昇圧回路電流出力が最大昇圧回路電流閾値を越えたか否かに応じて、第1の出力値を生成し、前記第2のコンパレータは、前記DCリンクコンデンサにおける前記昇圧された全波整流信号が最大昇圧回路電圧閾値を越えたか否かに応じて、第2の出力値を生成し、前記リミッタ回路は、前記第1の出力値および/または前記第2の出力値が、前記最大昇圧回路電流および/または最大昇圧回路電圧が満たされたことを示す時に、前記制御信号により、前記昇圧回路のスイッチをオフにする、インバータ・チャージャ。 - 請求項1に記載のインバータ・チャージャであって、
さらに、負レールを備え、
前記降圧回路は、第2のインダクタと直列接続された第2のスイッチと、前記第2のスイッチおよび前記第2のインダクタと前記負レールとの間に接続された第2のダイオードとを備え、
前記第2のスイッチは、前記充電構成において前記降圧回路の規定の充電電流出力を生成するための第2の制御信号を受信し、
前記第2のスイッチは、前記インバータ構成において前記ブリッジへの整流正弦波入力電流を生成するための第3の制御信号を受信する、インバータ・チャージャ。 - 請求項7に記載のインバータ・チャージャであって、前記第3の制御信号はデッドバンドを含む、インバータ・チャージャ。
- 請求項7に記載のインバータ・チャージャであって、さらに、前記降圧回路の前記出力電流を整流ライン電流基準電圧と比較して、前記第3の制御信号を提供するよう構成されたコントローラを備える、インバータ・チャージャ。
- 請求項1に記載のインバータ・チャージャであって、さらに、前記インバータ構成において、前記交流電源の電流がゼロに近づいた時に前記Hブリッジ整流器インバータ回路への前記全波整流信号波形を遮断するための制御信号を前記降圧回路に供給するよう構成されたコントローラを備える、インバータ・チャージャ。
- 請求項10に記載のインバータ・チャージャであって、前記コントローラは、前記交流電圧を前記ライン電圧のゼロ交差値と実質的に同じ閾値と比較するよう構成されたコンパレータを備え、前記コンパレータは、前記交流電圧源が前記閾値を満たした時に前記Hブリッジ整流器インバータ回路への前記全波整流信号波系を遮断するための制御信号を前記降圧回路に供給する、インバータ・チャージャ。
- 自動車のためのビークルツーグリッド・インバータ・チャージャであって、
交流グリッド電圧源と、直流電圧を有し自動車に搭載された充電式直流電圧源との間に接続されたスイッチモードトポロジの双方向交流−直流(AC−DC)変換器を備え、
前記双方向AC−DC変換器は、前記充電式直流電圧源を充電するために、調整された充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するよう構成され、
前記双方向AC−DC変換器は、
前記交流グリッド電圧源に接続された整流器インバータ回路と、
前記整流器インバータ回路と、前記充電式直流電圧源との間に接続され、前記スイッチモードトポロジで構成された昇圧回路および降圧回路を備えた直流電圧−直流電圧変換器(DC−DC変換器)と、
を備え、
前記ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャは、さらに、
前記整流器インバータ回路と前記DC−DC変換器との間、かつ、前記充電式直流電圧源と前記DC−DC変換器との間に配置されたスイッチ構成と、
前記スイッチ構成と動作可能な通信を行うコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記昇圧回路が前記整流器インバータ回路に接続されるように前記スイッチ構成を制御するよう構成され、前記整流器インバータ回路は、全波整流出力信号を前記昇圧回路に供給し、前記昇圧回路は、前記全波整流出力信号を昇圧するよう構成され、前記コントローラは、さらに、前記降圧回路が前記昇圧回路に動作可能に接続されるように前記スイッチ構成を制御するよう構成され、前記降圧回路は、前記充電式直流電圧源を充電するために、調整された充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するよう構成され、
前記コントローラは、さらに、前記昇圧回路が前記充電式直流電圧源に動作可能に接続されるように前記スイッチ構成を制御するよう構成され、前記昇圧回路は、前記充電式直流電圧源の前記直流電圧を昇圧するよう構成され、前記コントローラは、さらに、前記降圧回路が全波整流信号波形を前記整流器インバータ回路に供給するよう構成されるように前記スイッチ構成を制御するよう構成され、前記整流器インバータ回路は、前記充電式直流電圧源を前記交流グリッド電圧源に放電するために、交流電圧波形を前記交流グリッド電圧源に結合するよう構成され、
前記双方向AC−DC変換器は、前記充電式直流電圧源を前記交流グリッド電圧源に放電するために、交流電圧波形を前記交流グリッド電圧源に結合するよう構成される、ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ。 - 請求項12に記載のインバータ・チャージャであって、前記コントローラは、前記降圧回路の前記出力電流を整流ライン電流基準電圧と比較して、ビークルツーグリッド用途において、前記交流波形を前記交流グリッド電圧源に同期させるよう構成される、インバータ・チャージャ。
- 請求項12に記載のインバータ・チャージャであって、前記コントローラは、前記交流グリッド電圧源がゼロに近づいた時に前記DC−DC変換器を停止するための制御信号を前記インバータ構成の前記降圧回路に供給するよう構成される、インバータ・チャージャ。
- 請求項13に記載のインバータ・チャージャであって、前記コントローラは、前記DC−DC変換器の出力電流を前記交流グリッド電圧源のゼロ交差値と実質的に同じ閾値と比較するよう構成されたコンパレータを備え、前記コンパレータは、前記交流グリッド電圧源が前記閾値を満たした時に停止制御信号を前記降圧回路に供給する、インバータ・チャージャ。
- 自動車のためのビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置であって、
交流電圧源に接続されたHブリッジ整流器インバータ回路と、
前記インバータ回路と、直流電圧を有する充電式直流電圧源との間に接続され、昇圧回路および降圧回路を備えた直流電圧−直流電圧変換器(DC−DC変換器)と、
前記充電式直流電圧源と前記DC−DC変換器との間、かつ、前記DC−DC変換器と前記Hブリッジ整流器インバータ回路との間に接続されたスイッチ構成であって、充電電流を前記充電式直流電圧源に供給するように前記昇圧回路および前記降圧回路を配列するよう構成され、ビークルツーグリッド動作のためにソース電流を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に供給するように前記昇圧回路および前記降圧回路を配列するよう構成された、スイッチ構成と、
前記DC−DC変換器と通信するコントローラであって、前記Hブリッジ整流器インバータ回路へのDC−DC出力電流波形が前記交流電圧源の波形に適合するHブリッジ出力波形を供給するように、ビークルツーグリッド動作中にDC−DC変換器の出力を前記Hブリッジ整流器インバータ回路に同期させるよう構成された、コントローラと、
を備える、ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置。 - 請求項16に記載のビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置であって、前記コントローラは、前記Hブリッジ整流器インバータ回路への前記DC−DC出力電流波形を全波整流電流基準と比較して、前記降圧回路のゲートへのパルス幅変調制御信号を制御するよう構成される、ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置。
- 請求項17に記載のビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置であって、前記コントローラは、前記交流電源の電圧がゼロに近づいた場合に前記Hブリッジ整流器インバータ回路への前記出力電流を遮断するための制御信号を前記DC−DC変換器に送信するよう構成される、ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置。
- 請求項18に記載のビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置であって、
前記コントローラは、交流基準ソース電圧を前記Hブリッジ整流器インバータ回路への前記ソース電流と比較して、前記Hブリッジ整流器インバータ回路への前記出力電流を遮断するための前記制御信号を前記DC−DC変換器に供給する、ビークルツーグリッド・インバータ・チャージャ装置。
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