JP6331793B2 - 電力変換装置、及び非接触給電システム - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる電力変換装置を非接触給電システムに適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図2(a)は、送電側コイル15aに流れる共振電流(以下、1次側電流Ip)と送電側コイル15aの印加電圧(以下、1次側電圧Vp)との推移を示し、図2(b)は、第1操作信号g1の推移を示し、図2(c)は、第2操作信号g2の推移を示す。なお、図2(a)において、第1上アームスイッチSXp及び第1下アームスイッチSXnの接続点から第2上アームスイッチSYp及び第2下アームスイッチSYnの接続点へと向かう方向に流れる1次側電流Ipを正と定義している。また、図2(a)において、送電側コイル15aの両端のうち、第2上アームスイッチSYp及び第2下アームスイッチSYnの接続点側の電位に対して第1上アームスイッチSXp及び第1下アームスイッチSXnの接続点側の電位が高くなる場合の1次側電圧Vpを正と定義している。さらに、図2では、デッドタイムの図示を省略している。
本実施形態では、各サブスイッチSs1,Ss2の操作により、各スイッチSXp,SXn,SYp,SYnのオン操作への切替を、電流センサを用いることなくゼロ電圧スイッチング(ZVS)とする。以下、これについて、図13〜図17を用いて説明する。
以下、第2実施形態について、先の第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図18に示すように、インバータ13に備えられるサブスイッチ及びサブリアクトルの接続手法を変更する。なお、図18において、先の図1に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
以下、第3実施形態について、先の第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図19に示すように、インバータの回路構成を変更する。なお、図19において、先の図1に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
Claims (6)
- 直流電源(12)に並列接続された第1上アームスイッチ(SXp)及び第1下アームスイッチ(SXn)の直列接続体と、
前記直流電源に並列接続された第2上アームスイッチ(SYp)及び第2下アームスイッチ(SYn)の直列接続体と、
前記第1上アームスイッチ、前記第1下アームスイッチ、前記第2上アームスイッチ、及び前記第2下アームスイッチのそれぞれに逆並列に接続されたダイオード(DXp,DXn,DYp,DYn)と、
前記第1上アームスイッチ、前記第1下アームスイッチ、前記第2上アームスイッチ、及び前記第2下アームスイッチのそれぞれに並列接続されたコンデンサ(18a〜18d)と、
前記第1上アームスイッチと前記第1下アームスイッチとを直列接続する第1電気経路に第1端が接続され、前記第2上アームスイッチと前記第2下アームスイッチとを直列接続する第2電気経路に第2端が接続されたメインコイル(15a)と、
サブリアクトル(13b;13c)と、
第1サブスイッチ(Ss1;Ssα)及び第2サブスイッチ(Ss2;Ssβ)とを備え、
前記第1サブスイッチ、前記サブリアクトル及び前記第2サブスイッチは、直列接続され、
前記第1電気経路と前記第2電気経路とは、前記第1サブスイッチ、前記サブリアクトル及び前記第2サブスイッチの直列接続体によって接続され、
前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチの組と、前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチの組とを交互にオン操作するメイン操作手段と、
前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチの組がオン操作される期間の途中から、前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチの組が次回オン操作される期間の途中までの期間において前記第1サブスイッチ及び前記第2サブスイッチをオン操作する第1操作処理と、前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチの組がオン操作される期間の途中から、前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチの組が次回オン操作される期間の途中までの期間において前記第1サブスイッチ及び前記第2サブスイッチをオン操作する第2操作処理とを行うサブ操作手段と、
前記直流電源の負極側電位に対する前記第1上アームスイッチと前記第1下アームスイッチとの接続点の電位を第1中間電圧とし、前記直流電源の負極側電位に対する前記第2上アームスイッチと前記第2下アームスイッチとの接続点の電位を第2中間電圧とする場合、前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチのそれぞれに対して第1オフ操作指令がなされてから前記第1中間電圧が低下して第1閾値電圧になるまでの時間と、前記第1オフ操作指令がなされてから前記第2中間電圧が上昇して第2閾値電圧になるまでの時間とのうち、長い方を第1遷移時間として検出する第1遷移時間検出手段(16c,16d,30,31)と、
前記第1遷移時間検出手段によって検出された第1遷移時間を第1目標時間に制御すべく、前記第1操作処理による前記第1サブスイッチ及び前記第2サブスイッチのオン操作時間を設定する第1設定手段(16f)と、
前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチのそれぞれに対して第2オフ操作指令がなされてから前記第1中間電圧が上昇して前記第2閾値電圧になるまでの時間と、前記第2オフ操作指令がなされてから前記第2中間電圧が低下して前記第1閾値電圧になるまでの時間とのうち、長い方を第2遷移時間として検出する第2遷移時間検出手段(16b,16d,30,31)と、
前記第2遷移時間検出手段によって検出された第2遷移時間を第2目標時間に制御すべく、前記第2操作処理による前記第1サブスイッチ及び前記第2サブスイッチのオン操作時間を設定する第2設定手段(16f)とを備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1設定手段は、前記第1遷移時間と前記第1目標時間との偏差に基づくフィードバック制御により、前記第1操作処理による前記第1サブスイッチ及び前記第2サブスイッチのオン操作時間を設定し、
前記第2設定手段は、前記第2遷移時間と前記第2目標時間との偏差に基づくフィードバック制御により、前記第2操作処理による前記第1サブスイッチ及び前記第2サブスイッチのオン操作時間を設定する請求項1記載の電力変換装置。 - 直流電源(12)に並列接続された第1上アームスイッチ(SXp)及び第1下アームスイッチ(SXn)の直列接続体と、
前記直流電源に並列接続された第2上アームスイッチ(SYp)及び第2下アームスイッチ(SYn)の直列接続体と、
前記第1上アームスイッチ、前記第1下アームスイッチ、前記第2上アームスイッチ、及び前記第2下アームスイッチのそれぞれに逆並列に接続されたダイオード(DXp,DXn,DYp,DYn)と、
前記第1上アームスイッチ、前記第1下アームスイッチ、前記第2上アームスイッチ、及び前記第2下アームスイッチのそれぞれに並列接続されたコンデンサ(18a〜18d)と、
前記第1上アームスイッチと前記第1下アームスイッチとを直列接続する第1電気経路に第1端が接続され、前記第2上アームスイッチと前記第2下アームスイッチとを直列接続する第2電気経路に第2端が接続されたメインコイル(15a)と、
第1サブリアクトル(13d)及び第2サブリアクトル(13e)と、
互いに直列接続された第1サブスイッチ(Ssa)及び第2サブスイッチ(Ssb)と、
互いに直列接続された第3サブスイッチ(Ssc)及び第4サブスイッチ(Ssd)とを備え、
前記第1サブスイッチ及び前記第2サブスイッチの直列接続体は、前記第1上アームスイッチ及び前記第1下アームスイッチの直列接続体に並列接続され、
前記第3サブスイッチ及び前記第4サブスイッチの直列接続体は、前記第2上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチの直列接続体に並列接続され、
前記第1サブスイッチ及び前記第2サブスイッチの直列接続体の両端のうち前記第2サブスイッチ側には、前記直流電源の正極側が接続され、
前記第3サブスイッチ及び前記第4サブスイッチの直列接続体の両端のうち前記第4サブスイッチ側には、前記直流電源の正極側が接続され、
前記第1サブスイッチと前記第2サブスイッチとを直列接続する電気経路には、前記第1サブリアクトルを介して前記第1電気経路が接続され、
前記第3サブスイッチと前記第4サブスイッチとを直列接続する電気経路には、前記第2サブリアクトルを介して前記第2電気経路が接続され、
前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチの組と、前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチの組とを交互にオン操作するメイン操作手段と、
前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチの組がオン操作される期間の途中から、前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチの組が次回オン操作される期間の途中までの期間において前記第1サブスイッチ及び前記第3サブスイッチをオン操作する第1操作処理と、前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチの組がオン操作される期間の途中から、前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチの組が次回オン操作される期間の途中までの期間において前記第2サブスイッチ及び前記第4サブスイッチをオン操作する第2操作処理とを行うサブ操作手段と、
前記直流電源の負極側電位に対する前記第1上アームスイッチと前記第1下アームスイッチとの接続点の電位を第1中間電圧とする場合、前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチのそれぞれに対して第1オフ操作指令がなされてから、前記第1中間電圧が低下して第1閾値電圧になるまでの時間を第1遷移時間として検出する第1検出手段(16h,30)と、
前記第1検出手段によって検出された第1遷移時間を第1目標時間に制御すべく、前記第1操作処理による前記第1サブスイッチのオン操作時間を設定する手段(16i,16j)
前記直流電源の負極側電位に対する前記第2上アームスイッチと前記第2下アームスイッチとの接続点の電位を第2中間電圧とする場合、前記第1オフ操作指令がなされてから前記第2中間電圧が上昇して第2閾値電圧になるまでの時間を前記第1遷移時間として検出する第2検出手段(16l,31)と、
前記第2検出手段によって検出された第1遷移時間が前記第1目標時間となるように、前記第1操作処理による前記第3サブスイッチのオン操作時間を設定する手段(16m,16n)と、
前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチのそれぞれに対して第2オフ操作指令がなされてから、前記第1中間電圧が上昇して前記第2閾値電圧になるまでの時間を第2遷移時間として検出する第3検出手段(16h,30)と、
前記第3検出手段によって検出された第2遷移時間が第2目標時間となるように、前記第2操作処理による前記第2サブスイッチのオン操作時間を設定する手段(16i,16j)と、
前記第2オフ操作指令がなされてから前記第2中間電圧が低下して前記第1閾値電圧になるまでの時間を前記第2遷移時間として検出する第4検出手段(16l,31)と、
前記第4検出手段によって検出された第2遷移時間が前記第2目標時間となるように、前記第2操作処理による前記第4サブスイッチのオン操作時間を設定する手段(16m,16n)とを備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1サブスイッチのオン操作時間を設定する手段は、前記第1検出手段によって検出された第1遷移時間と前記第1目標時間との偏差に基づくフィードバック制御により、前記第1操作処理による前記第1サブスイッチのオン操作時間を設定し、
前記第3サブスイッチのオン操作時間を設定する手段は、前記第2検出手段によって検出された第1遷移時間と前記第1目標時間との偏差に基づくフィードバック制御により、前記第1操作処理による前記第3サブスイッチのオン操作時間を設定し、
前記第2サブスイッチのオン操作時間を設定する手段は、前記第3検出手段によって検出された第2遷移時間と前記第2目標時間との偏差に基づくフィードバック制御により、前記第2操作処理による前記第2サブスイッチのオン操作時間を設定し、
前記第4サブスイッチのオン操作時間を設定する手段は、前記第4検出手段によって検出された第2遷移時間と前記第2目標時間との偏差に基づくフィードバック制御により、前記第2操作処理による前記第4サブスイッチのオン操作時間を設定する請求項3記載の電力変換装置。 - 前記メインコイルとともに共振回路を構成する共振コンデンサ(15b,15c;15d)を備え、
前記第1上アームスイッチ及び前記第2下アームスイッチの組と、前記第1下アームスイッチ及び前記第2上アームスイッチの組とのそれぞれのスイッチング周期は、前記メインコイルに流れる電流の基本波の周期と同一に設定されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 請求項5に記載の電力変換装置を備える非接触給電システムにおいて、
前記メインコイルとしての送電側コイルとの間で非接触で電力授受を行う受電側コイル(20a)と、
前記受電側コイルとともに共振回路を構成する受電側共振コンデンサ(20b,20c;20d)とを備えることを特徴とする非接触給電システム。
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