JP5989629B2 - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP5989629B2
JP5989629B2 JP2013219086A JP2013219086A JP5989629B2 JP 5989629 B2 JP5989629 B2 JP 5989629B2 JP 2013219086 A JP2013219086 A JP 2013219086A JP 2013219086 A JP2013219086 A JP 2013219086A JP 5989629 B2 JP5989629 B2 JP 5989629B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
converter
down chopper
battery
control circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013219086A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015082882A (en
Inventor
俊秀 中野
俊秀 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority to JP2013219086A priority Critical patent/JP5989629B2/en
Publication of JP2015082882A publication Critical patent/JP2015082882A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5989629B2 publication Critical patent/JP5989629B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

この発明は電力変換装置に関し、特に、交流電圧を直流電圧に変換して並列接続された負荷およびバッテリに供給する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device that converts an AC voltage into a DC voltage and supplies it to a load and a battery connected in parallel.

従来より、無停電電源装置は、商用交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、商用交流電力が正常に供給されている通常時はコンバータで生成された直流電力をバッテリに供給し、商用交流電力の供給が停止された停電時はバッテリの直流電力をインバータに与える双方向チョッパとを備えている。コンバータは、常時、一定の直流電圧を出力する。双方向チョッパは、バッテリを充電する場合は、バッテリに一定の充電電流を流し、バッテリの充電が終了した後はバッテリの端子間電圧が一定になるように電流を供給する。   Conventionally, an uninterruptible power supply has a converter that converts commercial AC power into DC power, an inverter that converts DC power into AC power and supplies the load, and a normal time when the commercial AC power is normally supplied. A bidirectional chopper is provided that supplies the DC power generated by the converter to the battery, and supplies the DC power of the battery to the inverter during a power failure when the supply of commercial AC power is stopped. The converter always outputs a constant DC voltage. When the battery is charged, the bidirectional chopper supplies a constant charging current to the battery, and supplies the current so that the voltage between the terminals of the battery becomes constant after the charging of the battery is completed.

また、商用交流電圧を直流電圧に変換して、並列接続された負荷およびバッテリに供給するＡＣ／ＤＣ（交流／直流）変換器もある。このＡＣ／ＤＣ変換器は、バッテリを充電する場合は定電流を供給し、充電終了後は定電圧を供給する（たとえば特許文献１参照）。   There is also an AC / DC (AC / DC) converter that converts commercial AC voltage into DC voltage and supplies it to a load and a battery connected in parallel. This AC / DC converter supplies a constant current when charging a battery, and supplies a constant voltage after the end of charging (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１１−８３０５３号公報JP 2011-83053 A

しかし、従来の無停電電源装置では、双方向チョッパのスイッチング素子を常時オン／オフさせていたので、スイッチング素子のスイッチング損失とリアクトルの鉄損が常時発生し、効率が低いという問題があった。   However, in the conventional uninterruptible power supply, since the switching element of the bidirectional chopper is always turned on / off, the switching loss of the switching element and the iron loss of the reactor are always generated, and there is a problem that the efficiency is low.

それゆえに、この発明の主たる目的は、高効率の電力変換装置を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a highly efficient power converter.

この発明に係る電力変換装置は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を降圧して並列接続された負荷およびバッテリに与える降圧チョッパと、コンバータおよび降圧チョッパを制御する制御回路とを備えたものである。降圧チョッパは、コンバータと負荷およびバッテリとの間に直列接続されたスイッチング素子およびリアクトルと、還流ダイオードとを含む。制御回路は、直流電圧が予め定められたフロート電圧になるようにコンバータを常時制御し、降圧チョッパの出力電圧がフロート電圧よりも低い場合は、スイッチング素子をオン／オフさせてバッテリに一定の充電電流を流しながら降圧チョッパの出力電圧を上昇させ、降圧チョッパの出力電圧がフロート電圧に到達した後はスイッチング素子を常時オンさせる。   A power conversion device according to the present invention includes a converter that converts an AC voltage into a DC voltage, a step-down chopper that steps down the DC voltage and applies it to a load and a battery connected in parallel, and a control circuit that controls the converter and the step-down chopper. It is provided. The step-down chopper includes a switching element and a reactor connected in series between the converter, a load, and a battery, and a free wheel diode. The control circuit constantly controls the converter so that the DC voltage becomes a predetermined float voltage. When the output voltage of the step-down chopper is lower than the float voltage, the switching element is turned on / off to charge the battery to a certain level. While the current is flowing, the output voltage of the step-down chopper is raised, and after the output voltage of the step-down chopper reaches the float voltage, the switching element is always turned on.

また、この発明に係る他の電力変換装置は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を降圧して並列接続された負荷およびバッテリに与える降圧チョッパと、コンバータおよび降圧チョッパを制御する制御回路とを備えたものである。降圧チョッパは、コンバータと負荷およびバッテリとの間に直列接続されたスイッチング素子およびリアクトルと、還流ダイオードとを含む。制御回路は、降圧チョッパの出力電圧が交流電圧の最大値よりも低い場合は、直流電圧が交流電圧の最大値になるようにコンバータを制御するとともに、スイッチング素子をオン／オフさせてバッテリに一定の充電電流を流しながら降圧チョッパの出力電圧を上昇させる。また、制御回路は、降圧チョッパの出力電圧が交流電圧の最大値よりも高い場合は、スイッチング素子を常時オンさせるとともに、コンバータを制御してバッテリに一定の充電電流を流しながら降圧チョッパの出力電圧を予め定められたフロート電圧まで上昇させる。   Another power converter according to the present invention controls a converter that converts an AC voltage into a DC voltage, a step-down chopper that steps down the DC voltage and applies it to a load and a battery connected in parallel, and controls the converter and the step-down chopper. And a control circuit. The step-down chopper includes a switching element and a reactor connected in series between the converter, a load, and a battery, and a free wheel diode. When the output voltage of the step-down chopper is lower than the maximum value of the AC voltage, the control circuit controls the converter so that the DC voltage becomes the maximum value of the AC voltage, and turns on / off the switching element to keep the battery constant. The output voltage of the step-down chopper is raised while flowing the charging current. In addition, when the output voltage of the step-down chopper is higher than the maximum value of the AC voltage, the control circuit always turns on the switching element and controls the converter to flow a constant charging current to the battery while outputting the constant voltage. To a predetermined float voltage.

この発明に係る電力変換装置では、コンバータの出力電圧を所定のフロート電圧に設定し、降圧チョッパのスイッチング素子をオン／オフさせてバッテリに一定の充電電流を流し、降圧チョッパの出力電圧がフロート電圧に到達した後はスイッチング素子を常時オンさせる。したがって、降圧チョッパの電力損失を低減することができ、効率を高くすることができる。   In the power conversion device according to the present invention, the output voltage of the converter is set to a predetermined float voltage, the switching element of the step-down chopper is turned on / off, and a constant charging current is supplied to the battery, and the output voltage of the step-down chopper is the float voltage. After reaching, the switching element is always turned on. Therefore, the power loss of the step-down chopper can be reduced, and the efficiency can be increased.

また、この発明に係る他の電力変換装置では、降圧チョッパの出力電圧が交流電圧の最大値よりも低い場合は、コンバータの出力電圧を交流電圧の最大値に設定するとともに、スイッチング素子をオン／オフさせてバッテリに一定の充電電流を流す。また、降圧チョッパの出力電圧が交流電圧の最大値に到達した後は、スイッチング素子を常時オンさせるとともに、コンバータを制御してバッテリに一定の充電電流を流しながら降圧チョッパの出力電圧をフロート電圧まで上昇させる。したがって、降圧チョッパの電力損失を低減することができ、効率を高くすることができる。   In another power converter according to the present invention, when the output voltage of the step-down chopper is lower than the maximum value of the AC voltage, the converter output voltage is set to the maximum value of the AC voltage and the switching element is turned on / off. Turn off and let a constant charging current flow through the battery. In addition, after the output voltage of the step-down chopper reaches the maximum value of the AC voltage, the switching element is always turned on, and the converter is controlled so that a constant charging current is supplied to the battery, and the output voltage of the step-down chopper reaches the float voltage. Raise. Therefore, the power loss of the step-down chopper can be reduced, and the efficiency can be increased.

この発明の実施の形態１によるＡＣ／ＤＣ変換器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the AC / DC converter by Embodiment 1 of this invention. 図１に示したＡＣ／ＤＣ変換器の要部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the principal part of the AC / DC converter shown in FIG. 図２に示した降圧チョッパの制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the pressure | voltage fall chopper shown in FIG. この発明の実施の形態２によるＡＣ／ＤＣ変換器に含まれるコンバータの制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the converter contained in the AC / DC converter by Embodiment 2 of this invention. 図４で説明したＡＣ／ＤＣ変換器に含まれる降圧チョッパの制御方法を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a method for controlling a step-down chopper included in the AC / DC converter described in FIG. 4.

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１によるＡＣ／ＤＣ変換器の構成を示す回路ブロック図である。図１において、このＡＣ／ＤＣ変換器は、入力端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、バッテリ端子Ｔ３、コンバータ１、降圧チョッパ２、コンデンサ３、電圧検出器４〜６、電流検出器７、および制御回路８を備える。 [Embodiment 1]
1 is a circuit block diagram showing a configuration of an AC / DC converter according to Embodiment 1 of the present invention. 1, this AC / DC converter includes an input terminal T1, an output terminal T2, a battery terminal T3, a converter 1, a step-down chopper 2, a capacitor 3, voltage detectors 4 to 6, a current detector 7, and a control circuit 8. Is provided.

入力端子Ｔ１は、商用交流電源１０から商用周波数の交流電力を受ける。出力端子Ｔ２には、直流電力によって駆動される負荷１１が接続される。バッテリ端子Ｔ３には、直流電力を蓄えるバッテリ１２が接続される。このＡＣ／ＤＣ変換器は、商用交流電源１０からの交流電力を直流電力に変換して並列接続された負荷１１およびバッテリ１２に供給するものである。商用交流電源１０からの交流電力の供給が停止されると、すなわち停電が発生すると、バッテリ１２の直流電力が負荷１１に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ１２に直流電力が蓄えられている限りは、負荷１１の運転を継続することができる。   The input terminal T <b> 1 receives commercial power AC power from the commercial AC power supply 10. A load 11 driven by DC power is connected to the output terminal T2. A battery 12 that stores DC power is connected to the battery terminal T3. This AC / DC converter converts AC power from a commercial AC power supply 10 into DC power and supplies it to a load 11 and a battery 12 connected in parallel. When the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped, that is, when a power failure occurs, the DC power of the battery 12 is supplied to the load 11. Therefore, even when a power failure occurs, the operation of the load 11 can be continued as long as DC power is stored in the battery 12.

詳しく説明すると、コンバータ１は、制御回路８によって制御され、商用交流電源１０からの交流電力を直流電力に変換する。コンバータ１は常時、商用交流電源１０からの交流電圧ＶＡＣをバッテリ１２のフロート電圧Ｖｆに変換する。フロート電圧Ｖｆは、バッテリ１２の寿命などを考慮して予め定められた直流電圧である。コンデンサ３は、コンバータ３の出力電圧Ｖ１を平滑化させる。   More specifically, converter 1 is controlled by control circuit 8 and converts AC power from commercial AC power supply 10 into DC power. Converter 1 always converts AC voltage VAC from commercial AC power supply 10 into float voltage Vf of battery 12. The float voltage Vf is a direct current voltage determined in consideration of the life of the battery 12 and the like. Capacitor 3 smoothes output voltage V <b> 1 of converter 3.

降圧チョッパ２は、制御回路８によって制御され、コンバータ１の出力電圧Ｖ１を降圧して出力端子Ｔ２およびバッテリ端子Ｔ３に与える。降圧チョッパ２の出力電圧Ｖ２は、コンバータ１の出力電圧Ｖ１以下となる。降圧チョッパ２は、Ｖ２＜Ｖｆである場合は、バッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃを流しながらＶ２を上昇させ、Ｖ２がＶｆに到達した後はスルー状態になる。   The step-down chopper 2 is controlled by the control circuit 8 to step down the output voltage V1 of the converter 1 and give it to the output terminal T2 and the battery terminal T3. The output voltage V2 of the step-down chopper 2 is equal to or lower than the output voltage V1 of the converter 1. When V2 <Vf, the step-down chopper 2 raises V2 while supplying a constant charging current Ic to the battery 12, and enters the through state after V2 reaches Vf.

電圧検出器４は、入力端子Ｔ１に与えられた交流電圧ＶＡＣの瞬時値を検出し、検出値を示す信号を制御回路８に与える。電圧検出器５は、コンバータ１から出力される直流電圧Ｖ１を検出し、検出値を示す信号を制御回路８に与える。電圧検出器６は、降圧チョッパ２から出力される直流電圧Ｖ２を検出し、検出値を示す信号を制御回路８に与える。電流検出器７は、降圧チョッパ２からバッテリ１２に流れる直流電流Ｉｃを検出し、検出値を示す信号を制御回路８に与える。   The voltage detector 4 detects an instantaneous value of the AC voltage VAC given to the input terminal T1, and gives a signal indicating the detected value to the control circuit 8. Voltage detector 5 detects DC voltage V <b> 1 output from converter 1, and provides a signal indicating the detected value to control circuit 8. The voltage detector 6 detects the DC voltage V2 output from the step-down chopper 2 and gives a signal indicating the detected value to the control circuit 8. The current detector 7 detects the direct current Ic flowing from the step-down chopper 2 to the battery 12 and gives a signal indicating the detected value to the control circuit 8.

制御回路８は、電圧検出器４，５の出力信号に基づいて、コンバータ１の出力電圧Ｖ１がフロート電圧Ｖｆになるようにコンバータ１を常時、制御する。また、制御回路８は、電圧検出器４の出力信号に基づいて停電が発生したか否かを検出し、停電が発生した場合はコンバータ１および降圧チョッパ２の運転を停止させる。   The control circuit 8 always controls the converter 1 based on the output signals of the voltage detectors 4 and 5 so that the output voltage V1 of the converter 1 becomes the float voltage Vf. Further, the control circuit 8 detects whether or not a power failure has occurred based on the output signal of the voltage detector 4 and stops the operation of the converter 1 and the step-down chopper 2 when the power failure has occurred.

また、制御回路８は、電圧検出器５，６および電流検出器７の出力信号に基づいて、降圧チョッパ２を制御する。制御回路８は、降圧チョッパ２の出力電圧Ｖ２がフロート電圧Ｖｆよりも低い場合は、バッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃが流れるように降圧チョッパ２を制御し、降圧チョッパ２の出力電圧Ｖ２がフロート電圧Ｖｆに到達した後は降圧チョッパ２をスルー状態にする。   The control circuit 8 controls the step-down chopper 2 based on the output signals of the voltage detectors 5 and 6 and the current detector 7. When the output voltage V2 of the step-down chopper 2 is lower than the float voltage Vf, the control circuit 8 controls the step-down chopper 2 so that a constant charging current Ic flows through the battery 12, and the output voltage V2 of the step-down chopper 2 floats. After reaching the voltage Vf, the step-down chopper 2 is set to the through state.

図２は、ＡＣ／ＤＣ変換器の要部を示す回路図である。図２において、商用交流電源１０は、三相三線式の交流電源である。ＡＣ／ＤＣ変換器は、三相交流電圧を受ける３つの入力端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃと、入力端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃとコンバータ１の間に設けられた入力フィルタＦ１とを備える。なお、図１では、３つの入力端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃのうちの１つの入力端子が代表的にＴ１として記載され、入力フィルタＦ１の図示は省略されている。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a main part of the AC / DC converter. In FIG. 2, a commercial AC power supply 10 is a three-phase three-wire AC power supply. The AC / DC converter includes three input terminals T1a to T1c that receive a three-phase AC voltage, and an input filter F1 provided between the input terminals T1a to T1c and the converter 1. In FIG. 1, one of the three input terminals T1a to T1c is typically described as T1, and the input filter F1 is not shown.

入力フィルタＦ１は、コンデンサＣ１〜Ｃ３およびリアクトルＬ１〜Ｌ３を含む。コンデンサＣ１〜Ｃ３の一方電極はそれぞれ入力端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに接続され、それらの他方電極は互いに接続されている。リアクトルＬ１〜Ｌ３の一方端子はそれぞれ入力端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに接続され、それらの他方端子はコンバータ１に接続される。   Input filter F1 includes capacitors C1 to C3 and reactors L1 to L3. One electrodes of the capacitors C1 to C3 are connected to the input terminals T1a to T1c, respectively, and the other electrodes are connected to each other. Reactors L1 to L3 have one terminals connected to input terminals T1a to T1c, respectively, and the other terminals connected to converter 1.

入力フィルタＦ１は、ローパスフィルタであり、商用交流電源１０からの三相交流電力をコンバータ１に通過させ、コンバータ１で発生したスイッチング周波数の信号が商用交流電源１０に通過するのを防止する。   The input filter F <b> 1 is a low-pass filter that allows the three-phase AC power from the commercial AC power supply 10 to pass through the converter 1 and prevents a signal having a switching frequency generated by the converter 1 from passing through the commercial AC power supply 10.

コンバータ１は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６、直流正母線ＰＬ、および直流負母線ＮＬを含む。ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ３のコレクタはともに直流正母線ＰＬに接続され、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ３のエミッタはそれぞれリアクトルＬ１〜Ｌ３の他方端子に接続される。ＩＧＢＴＱ４〜Ｑ６のコレクタはそれぞれＩＧＢＴＱ１〜Ｑ３のエミッタに接続され、ＩＧＢＴＱ４〜Ｑ６のエミッタはともに直流負母線ＮＬに接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６に逆並列に接続されている。コンデンサ３は、母線ＰＬ，ＮＬ間に接続される。   Converter 1 includes IGBTs (insulated gate bipolar transistors) Q1-Q6, diodes D1-D6, DC positive bus PL, and DC negative bus NL. The collectors of IGBTs Q1 to Q3 are all connected to DC positive bus PL, and the emitters of IGBTs Q1 to Q3 are connected to the other terminals of reactors L1 to L3, respectively. The collectors of IGBTs Q4 to Q6 are connected to the emitters of IGBTs Q1 to Q3, respectively, and the emitters of IGBTs Q4 to Q6 are all connected to DC negative bus NL. Diodes D1-D6 are connected in antiparallel to IGBTs Q1-Q6, respectively. Capacitor 3 is connected between buses PL and NL.

商用交流電源１０からの三相交流電圧は、ダイオードＤ１〜Ｄ６により全波整流されてコンデンサ３の電極間に与えられる。このため、コンデンサ３の電極間電圧の最小値（すなわちコンバータ１の出力電圧Ｖ１の最小値）は、三相交流電圧の瞬時値の最大値Ｅｍとなる。   The three-phase AC voltage from the commercial AC power supply 10 is full-wave rectified by the diodes D <b> 1 to D <b> 6 and applied between the electrodes of the capacitor 3. For this reason, the minimum value of the interelectrode voltage of capacitor 3 (that is, the minimum value of output voltage V1 of converter 1) is the maximum value Em of the instantaneous value of the three-phase AC voltage.

また、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の各々は、制御回路８によりオン／オフ制御される。ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の各々を所定のタイミングでオン／オフさせることにより、商用交流電源１０から供給される三相交流電力を直流電力に変換することが可能となっている。三相交流電圧の位相とＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオン／オフさせる位相との差を調整することにより、コンバータ１の出力電圧Ｖ１をＥｍから２Ｅｍの間の所望の電圧に調整することが可能となっている。本実施の形態１では常時、コンバータ１の出力電圧Ｖ１がバッテリ１２のフロート電圧Ｖｆに一致するようにＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６がオン／オフ制御される。   Each of IGBTs Q <b> 1 to Q <b> 6 is on / off controlled by control circuit 8. By turning on / off each of the IGBTs Q1 to Q6 at a predetermined timing, the three-phase AC power supplied from the commercial AC power supply 10 can be converted into DC power. By adjusting the difference between the phase of the three-phase AC voltage and the phase for turning on / off the IGBTs Q1 to Q6, the output voltage V1 of the converter 1 can be adjusted to a desired voltage between Em and 2Em. Yes. In the first embodiment, IGBTs Q <b> 1 to Q <b> 6 are always on / off controlled so that output voltage V <b> 1 of converter 1 matches float voltage Vf of battery 12.

降圧チョッパ２は、ＩＧＢＴＱ７、ダイオードＤ７、還流ダイオードＤ８、リアクトルＬ４、およびコンデンサＣ４を含む。ＩＢＧＴＱ７のコレクタは直流正母線ＰＬに接続され、そのエミッタはリアクトルＬ４を介して降圧チョッパ２の出力ノード２ａに接続される。ダイオードＤ７は、ＩＧＢＴＱ７に逆並列に接続される。コンデンサＣ４は、出力ノード２ａと直流負母線ＮＬの間に接続れる。還流ダイオードＤ８のアノードは直流負母線ＮＬに接続され、そのカソードはＩＧＢＴＱ７のエミッタに接続される。   Step-down chopper 2 includes an IGBT Q7, a diode D7, a freewheeling diode D8, a reactor L4, and a capacitor C4. The collector of IBGTQ7 is connected to DC positive bus PL, and its emitter is connected to output node 2a of step-down chopper 2 via reactor L4. Diode D7 is connected in antiparallel to IGBT Q7. Capacitor C4 is connected between output node 2a and DC negative bus NL. The anode of free-wheeling diode D8 is connected to DC negative bus NL, and its cathode is connected to the emitter of IGBT Q7.

ＩＧＢＴＱ７は、制御回路８によって所定の周期でオン／オフされる。ＩＧＢＴＱ７がオンすると、直流正母線ＰＬからＩＧＢＴＱ７、リアクトルＬ４、およびコンデンサＣ４を介して直流負母線ＮＬに電流が流れ、コンデンサＣ４が充電されるとともに、リアクトルＬ４に電磁エネルギーが蓄えられる。ＩＧＢＴＱ７がオフすると、リアクトルＬ４の一方端子からコンデンサＣ４および還流ダイオードＤ８を介してリアクトルＬ４の他方端子に至る経路で電流が流れ、コンデンサＣ４が充電されるとともに、リアクトルＬ４の電磁エネルギーが放出される。   The IGBT Q7 is turned on / off by the control circuit 8 at a predetermined cycle. When IGBT Q7 is turned on, current flows from DC positive bus PL to DC negative bus NL via IGBT Q7, reactor L4, and capacitor C4, capacitor C4 is charged, and electromagnetic energy is stored in reactor L4. When IGBT Q7 is turned off, current flows through a path from one terminal of reactor L4 to the other terminal of reactor L4 via capacitor C4 and freewheeling diode D8, capacitor C4 is charged, and electromagnetic energy of reactor L4 is released. .

一周期当たりのＩＧＢＴＱ７のオン時間（デューティ比）を調整することにより、コンデンサＣ４の端子間電圧Ｖ２を調整することが可能となっている。一周期当たりのＩＧＢＴＱ７のオン時間を大きくすることにより、降圧チョッパ２の出力電圧Ｖ２を大きくすることができる。バッテリ１２を充電する場合（Ｖ２＜Ｖｆの場合）は、バッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃを流しながら、出力電圧Ｖ２をフロート電圧Ｖｆまで上昇させる。バッテリ１２の充電が終了した後（Ｖ２＝Ｖｆとなった後）は、ＩＧＢＴＱ７はオン状態に固定される。   By adjusting the ON time (duty ratio) of the IGBT Q7 per cycle, it is possible to adjust the voltage V2 between terminals of the capacitor C4. The output voltage V2 of the step-down chopper 2 can be increased by increasing the ON time of the IGBT Q7 per cycle. When charging the battery 12 (when V2 <Vf), the output voltage V2 is raised to the float voltage Vf while a constant charging current Ic is passed through the battery 12. After the charging of the battery 12 is finished (after V2 = Vf), the IGBT Q7 is fixed to the on state.

次に、このＡＣ／ＤＣ変換器の動作について説明する。初期状態では、バッテリ１２の端子間電圧はフロート電圧Ｖｆよりも低下しているものとする。商用交流電源１０から交流電力が正常に供給されている場合、制御回路８はコンバータ１と降圧チョッパ２の運転を開始する。制御回路８は、コンバータ１の出力電圧Ｖ１が所定のフロート電圧Ｖｆになるようにコンバータ１を常時、制御する。また、制御回路８は、バッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃが流れるように降圧チョッパ２を制御する。   Next, the operation of this AC / DC converter will be described. In the initial state, it is assumed that the voltage between the terminals of the battery 12 is lower than the float voltage Vf. When the AC power is normally supplied from the commercial AC power supply 10, the control circuit 8 starts the operation of the converter 1 and the step-down chopper 2. The control circuit 8 always controls the converter 1 so that the output voltage V1 of the converter 1 becomes a predetermined float voltage Vf. Further, the control circuit 8 controls the step-down chopper 2 so that a constant charging current Ic flows through the battery 12.

図３は、降圧チョッパ２の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１において制御回路８は、電圧検出器６の出力信号に基づいて降圧チョッパ２の出力電圧Ｖ２を検出する。ステップＳ２において制御回路８は、Ｖ２＜Ｖｆか否かを判別し、Ｖ２＜Ｖｆである場合はステップＳ３に進み、Ｖ２＜Ｖｆでない場合はステップＳ４に進む。   FIG. 3 is a flowchart showing a method for controlling the step-down chopper 2. In step S1, the control circuit 8 detects the output voltage V2 of the step-down chopper 2 based on the output signal of the voltage detector 6. In step S2, the control circuit 8 determines whether or not V2 <Vf. If V2 <Vf, the process proceeds to step S3, and if V2 <Vf, the process proceeds to step S4.

ステップＳ３では、バッテリ１２の充電がまだ終了していないので、バッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃが流れるように降圧チョッパ２を制御し、ステップＳ１に戻る。またステップＳ４では、バッテリ１２の充電が終了したので、降圧チョッパ２のＩＧＢＴＱ７を常時オン状態にしてステップＳ１に戻る。   In step S3, since the charging of the battery 12 has not been completed yet, the step-down chopper 2 is controlled so that a constant charging current Ic flows in the battery 12, and the process returns to step S1. In step S4, since charging of the battery 12 is completed, the IGBT Q7 of the step-down chopper 2 is always turned on, and the process returns to step S1.

ＩＧＢＴＱ７を常時オンさせた場合は、コンバータ１の出力電圧Ｖ１＝ＶｆがＩＧＢＴＱ７およびリアクトルＬ４を介して負荷１１およびバッテリ１２に供給され、負荷１１が安定に運転される。停電が発生した場合は、コンバータ１および降圧チョッパ２の運転が停止されてＩＧＢＴＱ１〜Ｑ７がオフされ、バッテリ１２から負荷１１に直流電力が供給されて負荷１１の運転が継続される。したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ１２に直流電力が蓄えられている限りは負荷１１の運転が継続される。商用交流電源１０からの交流電力の供給が再開された場合は、再びコンバータ１および降圧チョッパ２の運転が開始される。   When IGBT Q7 is always turned on, output voltage V1 = Vf of converter 1 is supplied to load 11 and battery 12 via IGBT Q7 and reactor L4, and load 11 is stably operated. When a power failure occurs, operation of converter 1 and step-down chopper 2 is stopped, IGBTs Q1 to Q7 are turned off, DC power is supplied from battery 12 to load 11, and operation of load 11 is continued. Therefore, even when a power failure occurs, as long as DC power is stored in the battery 12, the operation of the load 11 is continued. When the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is resumed, the operation of the converter 1 and the step-down chopper 2 is started again.

この実施の形態１では、コンバータ１の出力電圧Ｖ１を所定のフロート電圧Ｖｆに設定し、降圧チョッパ２のＩＧＢＴＱ７をオン／オフさせてバッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃを流し、降圧チョッパ１２の出力電圧Ｖ２がフロート電圧Ｖｆに到達した後はＩＧＢＴ７を常時オンさせる。したがって、ＩＧＢＴＱ７のスイッチング損失とリアクトルＬ４の鉄損を低減することができ、ＡＣ／ＤＣ変換器の効率を高くすることができる。   In the first embodiment, the output voltage V1 of the converter 1 is set to a predetermined float voltage Vf, the IGBT Q7 of the step-down chopper 2 is turned on / off, a constant charging current Ic is supplied to the battery 12, and the output of the step-down chopper 12 is output. After the voltage V2 reaches the float voltage Vf, the IGBT 7 is always turned on. Therefore, the switching loss of IGBT Q7 and the iron loss of reactor L4 can be reduced, and the efficiency of the AC / DC converter can be increased.

[実施の形態２]
この発明の実施の形態２によるＡＣ／ＤＣ変換器の構成は、実施の形態１と同じである。ただし、実施の形態２では、制御回路８によるコンバータ１および降圧チョッパ２の制御方法が実施の形態１と異なる。 [Embodiment 2]
The configuration of the AC / DC converter according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment. However, in the second embodiment, the control method of the converter 1 and the step-down chopper 2 by the control circuit 8 is different from the first embodiment.

以下に、このＡＣ／ＤＣ変換器の動作について説明する。初期状態では、バッテリ１２の端子間電圧はフロート電圧Ｖｆよりも低下しているものとする。商用交流電源１０から交流電力が正常に供給されている場合、制御回路８はコンバータ１と降圧チョッパ２の運転を開始する。   The operation of this AC / DC converter will be described below. In the initial state, it is assumed that the voltage between the terminals of the battery 12 is lower than the float voltage Vf. When the AC power is normally supplied from the commercial AC power supply 10, the control circuit 8 starts the operation of the converter 1 and the step-down chopper 2.

図４はコンバータ１の制御方法を示すフローチャートであり、図５は降圧チョッパ２の制御方法を示すフローチャートである。図４のステップＳ１１において制御回路８は、電圧検出器６の出力信号に基づいて降圧チョッパ２の出力電圧Ｖ２を検出するとともに、電圧検出器４の出力信号に基づいて交流電圧ＶＡＣの瞬時値の最大値Ｅｍを検出する。   FIG. 4 is a flowchart showing a control method of the converter 1, and FIG. 5 is a flowchart showing a control method of the step-down chopper 2. In step S11 of FIG. 4, the control circuit 8 detects the output voltage V2 of the step-down chopper 2 based on the output signal of the voltage detector 6, and also calculates the instantaneous value of the AC voltage VAC based on the output signal of the voltage detector 4. The maximum value Em is detected.

ステップＳ１２において制御回路８は、Ｖ２＜Ｅｍか否かを判別し、Ｖ２＜Ｅｍである場合はステップＳ１３に進み、Ｖ２＜Ｅｍでない場合はステップＳ１４に進む。ステップＳ１３では、バッテリ１２の充電レベルがまだ低いので、コンバータ１の出力電圧Ｖ１が最低値Ｅｍ一定になるようにコンバータ１の定電圧制御を行なう。   In step S12, the control circuit 8 determines whether or not V2 <Em. If V2 <Em, the process proceeds to step S13, and if V2 <Em, the process proceeds to step S14. In step S13, since the charge level of the battery 12 is still low, constant voltage control of the converter 1 is performed so that the output voltage V1 of the converter 1 is constant at the minimum value Em.

ステップＳ１４において制御回路８は、Ｖ２＜Ｖｆか否かを判別し、Ｖ２＜Ｖｆである場合はステップＳ１５に進み、Ｖ２＜Ｖｆでない場合はステップＳ１６に進む。ステップＳ１５では、降圧チョッパ２のＩＧＢＴＱ７が常時オンにされているので（図５のステップＳ２２）、コンバータ１を制御し、バッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃを流して降圧チョッパ２の出力電圧Ｖ２を上昇させる。ステップＳ１６では、バッテリ１２の充電が終了しているので、コンバータ１の出力電圧Ｖ１がフロート電圧Ｖｆになるようにコンバータ１の定電圧制御を行なう。   In step S14, the control circuit 8 determines whether or not V2 <Vf. If V2 <Vf, the process proceeds to step S15, and if V2 <Vf, the process proceeds to step S16. In step S15, since the IGBT Q7 of the step-down chopper 2 is always turned on (step S22 in FIG. 5), the converter 1 is controlled so that a constant charging current Ic is supplied to the battery 12 and the output voltage V2 of the step-down chopper 2 is supplied. Raise. In step S16, since charging of the battery 12 is completed, the constant voltage control of the converter 1 is performed so that the output voltage V1 of the converter 1 becomes the float voltage Vf.

また、図５のステップＳ１１において制御回路８はＶ２とＥｍを検出し、ステップＳ１２においてＶ２＜Ｅｍか否かを判別し、Ｖ２＜Ｅｍである場合はステップＳ２１に進み、Ｖ２＜Ｅｍでない場合はステップＳ２２に進む。ステップＳ２１では、バッテリ１２の充電レベルがまだ低いので、降圧チョッパ２のＩＧＢＴＱ７をオン／オフ制御し、バッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃを流して出力電圧Ｖ２を上昇させる。また、ステップＳ２２では、バッテリ１２の充電レベルが高くなっているので、ＩＧＢＴＱ７を常時オンさせ、それ以降におけるバッテリ１２の充電はコンバータ１に委ねる（図４のステップＳ１４〜Ｓ１６）。停電が発生した場合などの動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。   Further, in step S11 of FIG. 5, the control circuit 8 detects V2 and Em, and determines whether or not V2 <Em in step S12. If V2 <Em, the process proceeds to step S21, and if V2 <Em is not satisfied. Proceed to step S22. In step S21, since the charge level of the battery 12 is still low, the IGBT Q7 of the step-down chopper 2 is turned on / off, and a constant charge current Ic is supplied to the battery 12 to increase the output voltage V2. In step S22, since the charge level of the battery 12 is high, the IGBT Q7 is always turned on, and charging of the battery 12 thereafter is left to the converter 1 (steps S14 to S16 in FIG. 4). Since the operation when a power failure occurs is the same as that of the first embodiment, description thereof will not be repeated.

この実施の形態２では、Ｖ２＜Ｅｍである場合は、コンバータ１の出力電圧Ｖ１をＥｍに設定するとともに、ＩＧＢＴＱ７をオン／オフさせてバッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃを流し、Ｖ２を上昇させる。また、Ｖ２＞Ｅｍである場合は、ＩＧＢＴＱ７を常時オンさせるとともに、コンバータ１を制御してバッテリ１２に一定の充電電流Ｉｃを流しながらＶ２をフロート電圧Ｖｆまで上昇させる。したがって、ＩＧＢＴＱ７のスイッチング損失とリアクトルＬ４の鉄損を低減することができ、ＡＣ／ＤＣ変換器の効率を高くすることができる。   In the second embodiment, when V2 <Em, the output voltage V1 of converter 1 is set to Em, IGBT Q7 is turned on / off, a constant charging current Ic is supplied to battery 12, and V2 is increased. . Further, when V2> Em, IGBTQ7 is always turned on, and converter 2 is controlled to increase V2 to float voltage Vf while supplying constant charging current Ic to battery 12. Therefore, the switching loss of IGBT Q7 and the iron loss of reactor L4 can be reduced, and the efficiency of the AC / DC converter can be increased.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

Ｔ１ 入力端子、Ｔ２ 出力端子、Ｔ３ バッテリ端子、１ コンバータ、２ 降圧チョッパ、３，Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ、４〜６ 電圧検出器、７ 電流検出器、８ 制御回路、１０ 商用交流電源、１１ 負荷、１２ バッテリ、Ｆ１ 入力フィルタ、Ｌ１〜Ｌ４ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ７ ＩＧＢＴ、Ｄ１〜Ｄ７ ダイオード、ＰＬ 直流正母線、ＮＬ 直流負母線、Ｄ８ 還流ダイオード。   T1 input terminal, T2 output terminal, T3 battery terminal, 1 converter, 2 step-down chopper, 3, C1 to C4 capacitor, 4 to 6 voltage detector, 7 current detector, 8 control circuit, 10 commercial AC power supply, 11 load, 12 battery, F1 input filter, L1-L4 reactor, Q1-Q7 IGBT, D1-D7 diode, PL DC positive bus, NL DC negative bus, D8 free-wheeling diode.

Claims (4)

交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記直流電圧を降圧して並列接続された負荷およびバッテリに与える降圧チョッパと、
前記コンバータおよび前記降圧チョッパを制御する制御回路とを備え、
前記降圧チョッパは、前記コンバータと前記負荷および前記バッテリとの間に直列接続されたスイッチング素子およびリアクトルと、還流ダイオードとを含み、
前記制御回路は、前記直流電圧が予め定められたフロート電圧になるように前記コンバータを常時制御し、前記降圧チョッパの出力電圧が前記フロート電圧よりも低い場合は、前記スイッチング素子をオン／オフさせて前記バッテリに一定の充電電流を流し、前記降圧チョッパの出力電圧が前記フロート電圧に到達した後は前記スイッチング素子を常時オンさせる、電力変換装置。 A converter that converts AC voltage to DC voltage;
A step-down chopper that steps down the DC voltage and applies it to a load and a battery connected in parallel;
A control circuit for controlling the converter and the step-down chopper,
The step-down chopper includes a switching element and a reactor connected in series between the converter and the load and the battery, and a free wheel diode,
The control circuit constantly controls the converter so that the DC voltage becomes a predetermined float voltage, and turns on / off the switching element when the output voltage of the step-down chopper is lower than the float voltage. A power conversion device that causes a constant charging current to flow through the battery and that always turns on the switching element after the output voltage of the step-down chopper reaches the float voltage. さらに、前記直流電圧を検出する第１の電圧検出器と、
前記降圧チョッパの出力電圧を検出する第２の電圧検出器と、
前記バッテリの充電電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御回路は、前記第１および第２の電圧検出器と前記電流検出器の検出結果に基づいて前記コンバータおよび前記降圧チョッパを制御する、請求項１に記載の電力変換装置。 A first voltage detector for detecting the DC voltage;
A second voltage detector for detecting an output voltage of the step-down chopper;
A current detector for detecting the charging current of the battery;
The power converter according to claim 1, wherein the control circuit controls the converter and the step-down chopper based on detection results of the first and second voltage detectors and the current detector. 交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記直流電圧を降圧して並列接続された負荷およびバッテリに与える降圧チョッパと、
前記コンバータおよび前記降圧チョッパを制御する制御回路とを備え、
前記降圧チョッパは、前記コンバータと前記負荷および前記バッテリとの間に直列接続されたスイッチング素子およびリアクトルと、還流ダイオードとを含み、
前記制御回路は、
前記降圧チョッパの出力電圧が前記交流電圧の最大値よりも低い場合は、前記直流電圧が前記交流電圧の最大値になるように前記コンバータを制御するとともに、前記スイッチング素子をオン／オフさせて前記バッテリに一定の充電電流を流し、
前記降圧チョッパの出力電圧が前記交流電圧の最大値に到達した後は、前記スイッチング素子を常時オンさせるとともに、前記コンバータを制御して前記バッテリに一定の充電電流を流しながら前記降圧チョッパの出力電圧を予め定められたフロート電圧まで上昇させる、電力変換装置。 A converter that converts AC voltage to DC voltage;
A step-down chopper that steps down the DC voltage and applies it to a load and a battery connected in parallel;
A control circuit for controlling the converter and the step-down chopper,
The step-down chopper includes a switching element and a reactor connected in series between the converter and the load and the battery, and a free wheel diode,
The control circuit includes:
When the output voltage of the step-down chopper is lower than the maximum value of the AC voltage, the converter is controlled so that the DC voltage becomes the maximum value of the AC voltage, and the switching element is turned on / off to A constant charge current is passed through the battery,
After the output voltage of the step-down chopper reaches the maximum value of the AC voltage, the switching element is always turned on, and the converter is controlled to flow a constant charging current to the battery while outputting the constant voltage. A power conversion device that raises to a predetermined float voltage. さらに、前記交流電圧の瞬時値を検出する第１の電圧検出器と、
前記直流電圧を検出する第２の電圧検出器と、
前記降圧チョッパの出力電圧を検出する第３の電圧検出器と、
前記バッテリの充電電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御回路は、前記第１〜第３の電圧検出器と前記電流検出器の検出結果に基づいて前記コンバータおよび前記降圧チョッパを制御する、請求項３に記載の電力変換装置。 A first voltage detector for detecting an instantaneous value of the AC voltage;
A second voltage detector for detecting the DC voltage;
A third voltage detector for detecting an output voltage of the step-down chopper;
A current detector for detecting the charging current of the battery;
The power converter according to claim 3, wherein the control circuit controls the converter and the step-down chopper based on detection results of the first to third voltage detectors and the current detector.
JP2013219086A 2013-10-22 2013-10-22 Power converter Active JP5989629B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013219086A JP5989629B2 (en) 2013-10-22 2013-10-22 Power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013219086A JP5989629B2 (en) 2013-10-22 2013-10-22 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015082882A JP2015082882A (en) 2015-04-27
JP5989629B2 true JP5989629B2 (en) 2016-09-07

Family

ID=53013245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013219086A Active JP5989629B2 (en) 2013-10-22 2013-10-22 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5989629B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4321467B2 (en) * 2004-08-26 2009-08-26 株式会社デンソー Power switching device
JP2007336664A (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Mitsumi Electric Co Ltd Secondary battery charging circuit
JP5171567B2 (en) * 2008-11-18 2013-03-27 株式会社日立製作所 Uninterruptible power system
WO2012043138A1 (en) * 2010-09-29 2012-04-05 三洋電機株式会社 Power source system
JP5748610B2 (en) * 2011-08-19 2015-07-15 株式会社 ハセテック Charger

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015082882A (en) 2015-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9660517B2 (en) DC-AC conversion device, control circuit controlling operation of DC-AC conversion device, and control method for controlling operation of DC-AC conversion device
TWI538351B (en) Uninterruptible power supply device
JP6185860B2 (en) Bidirectional converter
JP6243552B2 (en) Uninterruptible power system
JP5478190B2 (en) DCDC converter system
US8824180B2 (en) Power conversion apparatus
JP2011200078A (en) Dc/dc converter
JPWO2011135658A1 (en) Grid-connected inverter
JP2011147233A (en) Z source boost circuit
JP2013085347A (en) Ac-dc converter
JP6366083B2 (en) Inverter control device
KR20150041523A (en) Control device and Control method for Photovoltaic system
JP2011167011A (en) Dc-dc converter system
KR101643705B1 (en) Apparatus and method for controlling ups
JP5586096B2 (en) Power converter
JP2015012640A (en) Power conversion device
JP6642296B2 (en) Converter error determination method
JP5989629B2 (en) Power converter
JP6886082B1 (en) Power supply
WO2018198190A1 (en) Power supply device
US20140009989A1 (en) High-efficiency Switching Power converter and method for enhancing switching power conversion efficiency
JP2015027203A (en) Power conditioner, power conditioner system, and method of controlling power conditioner
JP6025663B2 (en) Uninterruptible power system
JP4912285B2 (en) Load device
WO2021255789A1 (en) Power conversion device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151105

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160711

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160809

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160810

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5989629

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250