JP5807658B2 - 電力変換装置及び電力変換方法 - Google Patents
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Description
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、
前記1次側回路と前記2次側回路との間の電力変換効率が上昇するように、前記1次側回路及び前記2次側回路のスイッチングの周波数を高くし、且つ、前記1次側回路のスイッチングと前記2次側回路のスイッチングとの位相差を大きくする制御部とを備える、電力変換装置を提供するものである。
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、
前記1次側回路のスイッチングと前記2次側回路のスイッチングとの位相差が小さいほど、前記1次側回路と前記2次側回路との間の電力変換効率が低下する、電力変換装置であって、
前記1次側回路及び前記2次側回路のスイッチングの周波数を高くすることで前記位相差を大きくする制御部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。
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次側回路との間の電力変換効率に応じて、前記1次側回路及び前記2次側回路のスイッチングの周波数と、前記1次側回路のスイッチングと前記2次側回路のスイッチングとの位相差とを変更する、電力変換方法を提供するものである。
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。
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。
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
=δ1/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
=δ2/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。
P=(N×Va×Vb)/(π×ω×L)×F(D,φ)
・・・式1
で表される。
η=Pout/Pin
=(Vout×Iout)/(Vin×Iin)
・・・式2
と表すことができる。
η=(Va×Ia+Vc×Ic)/(Vb×Ib)
・・・式3
と表すことができる。なお、式3は、第4入出力ポート60dを使用しない場合の式であり、第4入出力ポート60dにおいて入出力される電力は零とする(例えば、2次側低電圧系負荷61d及びキャパシタC4の構成が無い)。
20 1次側変換回路
30 2次側変換回路
50 制御部
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
298 1次側正極母線
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
398 2次側正極母線
399 2次側負極母線
400 変圧器
U*,V* 上アーム
/U*,/V* 下アーム
Claims (14)
- 1次側コイルと2次側コイルとを有する変圧器と、
第1上アームと第1下アームとが直列に接続される第1アーム回路と、第2上アームと第2下アームとが直列に接続される第2アーム回路とを有し、前記第1上アームと前記第1下アームとの中点と前記第2上アームと前記第2下アームとの中点を接続するブリッジ部分に、前記1次側コイルが設けられる、1次側フルブリッジ回路と、
第3上アームと第3下アームとが直列に接続される第3アーム回路と、第4上アームと第4下アームとが直列に接続される第4アーム回路とを有し、前記第3上アームと前記第3下アームとの中点と前記第4上アームと前記第4下アームとの中点を接続するブリッジ部分に、前記2次側コイルが設けられる、2次側フルブリッジ回路と、
前記1次側フルブリッジ回路の正極母線に接続される1次側ポートと、
前記2次側フルブリッジ回路の正極母線に接続される2次側ポートと、
前記第1アーム回路のスイッチングと前記第3アーム回路のスイッチングとの間の第1位相差と、前記第2アーム回路のスイッチングと前記第4アーム回路のスイッチングとの間の第2位相差とを制御して、前記1次側ポートと前記2次側ポートとの間で伝送される伝送電力を調整する、制御部とを備える、電力変換装置であって、
前記制御部は、前記1次側ポートと前記2次側ポートとの間の電力変換効率が上昇するように、前記1次側フルブリッジ回路及び前記2次側フルブリッジ回路のスイッチングの周波数を高くし、且つ、前記第1位相差と前記第2位相差を大きくする、電力変換装置。 - 前記制御部は、前記周波数を高くすることで前記第1位相差と前記第2位相差を大きくする、請求項1に記載の電力変換装置。
- 1次側コイルと2次側コイルとを有する変圧器と、
第1上アームと第1下アームとが直列に接続される第1アーム回路と、第2上アームと第2下アームとが直列に接続される第2アーム回路とを有し、前記第1上アームと前記第1下アームとの中点と前記第2上アームと前記第2下アームとの中点を接続するブリッジ部分に、前記1次側コイルが設けられる、1次側フルブリッジ回路と、
第3上アームと第3下アームとが直列に接続される第3アーム回路と、第4上アームと第4下アームとが直列に接続される第4アーム回路とを有し、前記第3上アームと前記第3下アームとの中点と前記第4上アームと前記第4下アームとの中点を接続するブリッジ部分に、前記2次側コイルが設けられる、2次側フルブリッジ回路と、
前記1次側フルブリッジ回路の正極母線に接続される1次側ポートと、
前記2次側フルブリッジ回路の正極母線に接続される2次側ポートと、
前記第1アーム回路のスイッチングと前記第3アーム回路のスイッチングとの間の第1位相差と、前記第2アーム回路のスイッチングと前記第4アーム回路のスイッチングとの間の第2位相差とを制御して、前記1次側ポートと前記2次側ポートとの間で伝送される伝送電力を調整する、制御部とを備え、
前記第1位相差及び前記第2位相差が小さいほど、前記1次側ポートと前記2次側ポートとの間の電力変換効率が低下する、電力変換装置であって、
前記制御部は、前記1次側フルブリッジ回路及び前記2次側フルブリッジ回路のスイッチングの周波数を高くすることで前記第1位相差と前記第2位相差を大きくする、ことを特徴とする、電力変換装置。 - 前記制御部は、前記周波数を高くすることで前記伝送電力を低下させ、前記第1位相差と前記第2位相差を大きくすることで前記伝送電力を上昇させる、請求項1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記伝送電力が目標電力に収束するように、前記第1位相差と前記第2位相差を大きくする、請求項4に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記目標電力が上昇すると、前記周波数を低くすることで前記伝送電力を上昇させる、請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記電力変換効率と前記第1位相差と前記第2位相差と前記目標電力の少なくとも一つが設定閾値以上のとき、前記周波数を低くする、請求項6に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記伝送電力が前記目標電力の上昇に追従するように、前記第1位相差と前記第2位相差を変更する、請求項6又は7に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記電力変換効率と前記第1位相差と前記第2位相差の少なくとも一つが設定閾値未満のとき、前記周波数を高くし、且つ、前記第1位相差と前記第2位相差を大きくする、請求項1から5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記1次側ポートの入出力電圧を検出する1次側電圧検出部と、
前記1次側ポートの入出力電流を検出する1次側電流検出部と、
前記2次側ポートの入出力電圧を検出する2次側電圧検出部と、
前記2次側ポートの入出力電流を検出する2次側電流検出部とを備え、
前記電力変換効率は、前記1次側電圧検出部、前記1次側電流検出部、前記2次側電圧検出部及び前記2次側電流検出部から出力される検出値に基づいて、導出される、請求項7から9のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記電力変換効率は、前記第1位相差及び前記第2位相差との相関関係に基づいて、導出される、請求項7から9のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記1次側ポートと前記2次側ポートとの間で伝送される伝送電力が目標電力に収束するように前記第1位相差と前記第2位相差を変更するものであり、前記目標電力が設定閾値未満のとき、前記周波数を高くし、且つ、前記第1位相差と前記第2位相差を大きくする、請求項1から4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 1次側コイルと2次側コイルとを有する変圧器と、
第1上アームと第1下アームとが直列に接続される第1アーム回路と、第2上アームと第2下アームとが直列に接続される第2アーム回路とを有し、前記第1上アームと前記第1下アームとの中点と前記第2上アームと前記第2下アームとの中点を接続するブリッジ部分に、前記1次側コイルが設けられる、1次側フルブリッジ回路と、
第3上アームと第3下アームとが直列に接続される第3アーム回路と、第4上アームと第4下アームとが直列に接続される第4アーム回路とを有し、前記第3上アームと前記第3下アームとの中点と前記第4上アームと前記第4下アームとの中点を接続するブリッジ部分に、前記2次側コイルが設けられる、2次側フルブリッジ回路と、
前記1次側フルブリッジ回路の正極母線に接続される1次側ポートと、
前記2次側フルブリッジ回路の正極母線に接続される2次側ポートとを備え、
前記第1アーム回路のスイッチングと前記第3アーム回路のスイッチングとの間の第1位相差と、前記第2アーム回路のスイッチングと前記第4アーム回路のスイッチングとの間の第2位相差とを制御して、前記1次側ポートと前記2次側ポートとの間で伝送される伝送電力を調整する電力変換装置の電力変換方法であって、
前記1次側ポートと前記2次側ポートとの間の電力変換効率に応じて、前記1次側フルブリッジ回路及び前記2次側フルブリッジ回路のスイッチングの周波数と、前記第1位相差及び前記第2位相差とを変更する、電力変換方法。 - 前記電力変換効率の低下が検出されたとき、前記周波数と前記第1位相差及び前記第2位相差とを変更する、請求項13に記載の電力変換方法。
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