JP7440586B2 - power regulation circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電力調整回路に関し、特に、フィルタを備える回路に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to power conditioning circuits, and more particularly to circuits that include filters.
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が広く用いられている。電動車両には、駆動用モータに電力を供給するための電池が搭載されている。電動車両では回生制動によって発電した電力によって電池が充電され、プラグイン機能がある場合には、商用電源から供給される電力によって電池が充電される。また、ハイブリッド自動車では、エンジンによるジェネレータの駆動によって発電した電力によって電池が充電される。電池を充電するため、電動車両には電力変換装置が搭載される。電力変換装置は、入力された電圧を適切な電圧に変換して電池に印加する。 Electric vehicles such as hybrid cars and electric cars are widely used. An electric vehicle is equipped with a battery for supplying power to a drive motor. In electric vehicles, the battery is charged by the power generated by regenerative braking, and if the vehicle has a plug-in function, the battery is charged by the power supplied from the commercial power source. Further, in a hybrid vehicle, a battery is charged by electric power generated by driving a generator by the engine. Electric vehicles are equipped with power converters to charge the batteries. The power converter converts the input voltage into an appropriate voltage and applies it to the battery.
以下の特許文献1には、2つのスイッチング回路を各回路に接続された巻線によって磁気的に結合させ、2つのスイッチング回路の間で電力を伝送させる電力変換装置が示されている。特許文献2には、第1および第2の昇圧コンバータのパルス幅変調による力率改善を行いつつ、第1および第2の昇圧コンバータの周波数を調整することにより出力電圧を制御する電力変換装置が示されている。 The following Patent Document 1 discloses a power conversion device in which two switching circuits are magnetically coupled by windings connected to each circuit, and power is transmitted between the two switching circuits. Patent Document 2 discloses a power conversion device that controls the output voltage by adjusting the frequencies of the first and second boost converters while improving the power factor by pulse width modulation of the first and second boost converters. It is shown.
特許文献3には、力率改善回路として動作する第1のハーフブリッジ回路(スイッチング回路)と、AC/DCコンバータとして動作する第2のハーフブリッジ回路(スイッチング回路)とをトランスによって結合した電力変換回路(電力変換装置)が記載されている。第1のハーフブリッジ回路は、外部交流電源から出力される交流電力の力率を調整する。第1のハーフブリッジ回路から第2のハーフブリッジ回路には、トランスを介して電力が供給され、第2のハーフブリッジ回路は電動車両の主機電池に電力を供給する。この電力変換装置には、さらに、第2のハーフブリッジ回路にトランスによって結合した第3のハーフブリッジ回路が設けられている。第2のハーフブリッジ回路から第3のハーフブリッジ回路にはトランスを介して電力が供給され、AC/DCコンバータとして動作する第3のハーフブリッジ回路は電動車両の補機電池に電力を供給する。特許文献4および非特許文献1には、3つのスイッチング回路がトランスによって相互に結合されたDC/DCコンバータが記載されている。 Patent Document 3 describes a power conversion system in which a first half-bridge circuit (switching circuit) that operates as a power factor correction circuit and a second half-bridge circuit (switching circuit) that operates as an AC/DC converter are coupled by a transformer. A circuit (power conversion device) is described. The first half-bridge circuit adjusts the power factor of the AC power output from the external AC power source. Electric power is supplied from the first half-bridge circuit to the second half-bridge circuit via a transformer, and the second half-bridge circuit supplies electric power to the main engine battery of the electric vehicle. This power conversion device is further provided with a third half-bridge circuit coupled to the second half-bridge circuit by a transformer. Power is supplied from the second half-bridge circuit to the third half-bridge circuit via a transformer, and the third half-bridge circuit, which operates as an AC/DC converter, supplies power to the auxiliary battery of the electric vehicle. Patent Document 4 and Non-Patent Document 1 describe a DC/DC converter in which three switching circuits are mutually coupled through a transformer.
本発明の目的は、力率改善回路等の電力調整回路におけるノイズを抑制することである。本発明の関連技術として、電力変換装置における電力損失を抑制する技術がある。一般に、電動車両では、補機電池の出力電圧の方が、主機電池の出力電圧よりも小さい。そこで、特許文献3に記載された電力変換装置では、第3のハーフブリッジに接続されたトランスの巻線の巻き数が、第2のハーフブリッジに接続されたトランスの巻線の巻き数よりも少なくされる。しかし、このような設計には、第3のハーフブリッジに接続された巻線に流れる電流、および第3のハーフブリッジに流れる電流が大きくなり、電力損失が大きくなってしまうという問題がある。 An object of the present invention is to suppress noise in power adjustment circuits such as power factor correction circuits. As a technology related to the present invention, there is a technology for suppressing power loss in a power conversion device. Generally, in an electric vehicle, the output voltage of the auxiliary battery is lower than the output voltage of the main battery. Therefore, in the power conversion device described in Patent Document 3, the number of turns of the winding of the transformer connected to the third half bridge is greater than the number of turns of the winding of the transformer connected to the second half bridge. be reduced. However, such a design has a problem in that the current flowing in the winding connected to the third half-bridge and the current flowing in the third half-bridge become large, resulting in large power loss.
本発明の関連技術の目的は、電力変換装置における電力損失を抑制することである。 An object of the technology related to the present invention is to suppress power loss in a power conversion device.
本発明の関連技術は、1次巻線および2次巻線を備えるトランスと、前記1次巻線に接続された第1スイッチング回路と、前記2次巻線に接続された第2スイッチング回路と、前記第2スイッチング回路に含まれる中間コンデンサと、を備え、前記第1スイッチング回路および前記第2スイッチング回路のスイッチング動作によって、前記第1スイッチング回路から前記トランスを介して前記中間コンデンサに電力が供給され、前記第2スイッチング回路のスイッチング動作によって、前記中間コンデンサから前記2次巻線の中途点を介して電力が出力されることを特徴とする。 A related technology of the present invention includes a transformer including a primary winding and a secondary winding, a first switching circuit connected to the primary winding, and a second switching circuit connected to the secondary winding. , an intermediate capacitor included in the second switching circuit, and power is supplied from the first switching circuit to the intermediate capacitor via the transformer by switching operations of the first switching circuit and the second switching circuit. According to the switching operation of the second switching circuit, power is output from the intermediate capacitor through a midpoint of the secondary winding.
望ましくは、前記第1スイッチング回路のスイッチングタイミングに応じて前記1次巻線に現れる電圧の位相と、前記第2スイッチング回路のスイッチングタイミングに応じて前記2次巻線に現れる電圧の位相との差異に応じて、前記第1スイッチング回路から前記第2スイッチング回路に電力が伝送される。 Preferably, there is a difference between the phase of the voltage appearing on the primary winding according to the switching timing of the first switching circuit and the phase of the voltage appearing on the secondary winding according to the switching timing of the second switching circuit. In response to this, power is transferred from the first switching circuit to the second switching circuit.
望ましくは、前記第2スイッチング回路は、並列接続された第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームを備え、前記第1スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点と、前記第2スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点との間に前記2次巻線が接続されており、前記第1スイッチングアームおよび前記第2スイッチングアームの両端の並列接続点の間に前記中間コンデンサが接続されており、前記2次巻線の中途点と、前記第1スイッチングアームおよび前記第2スイッチングアームの両端の並列接続点のうち一方との間から電力が出力される。 Preferably, the second switching circuit includes a first switching arm and a second switching arm connected in parallel, each including a first switching element and a second switching element connected in series. 2 switching arms, and the 2 switching arms are provided between a connection point between the first switching element and the second switching element in the first switching arm and a connection point between the first switching element and the second switching element in the second switching arm. A secondary winding is connected, the intermediate capacitor is connected between the parallel connection points at both ends of the first switching arm and the second switching arm, and the intermediate capacitor is connected between the midpoint of the secondary winding and the second switching arm. Electric power is output from between one of the parallel connection points at both ends of the first switching arm and the second switching arm.
望ましくは、前記第1スイッチング回路は、並列接続された第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームを備え、前記第3スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点と、前記第4スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点との間に前記1次巻線が接続されており、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアーム、前記第3スイッチングアームおよび前記第4スイッチングアームのデューティ比が等しい。 Preferably, the first switching circuit includes a third switching arm and a fourth switching arm connected in parallel, each including a first switching element and a second switching element connected in series. 4 switching arms, and between the connection point of the first switching element and the second switching element in the third switching arm and the connection point of the first switching element and the second switching element in the fourth switching arm. A secondary winding is connected, and the duty ratios of the first switching arm, the second switching arm, the third switching arm, and the fourth switching arm are equal.
また、本発明は、並列接続された第1スイッチングアーム、第2スイッチングアームおよび第3スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第1スイッチングアーム、第2スイッチングアームおよび第3スイッチングアームと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第1スイッチング素子の両端に接続された第1ダイオードと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第2スイッチング素子の両端に接続された第2ダイオードと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に接続されたフィルタと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームの両端の並列接続点の間に接続された出力コンデンサと、第1端子から前記第1スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第1経路に設けられた第1インダクタと、第2端子から前記第2スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第2経路に設けられた第2インダクタと、第3端子から前記第3スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第3経路に設けられた第3インダクタと、を備え、前記フィルタは、前記第1経路に一端が接続された第1コンデンサと、前記第2経路に一端が接続された第2コンデンサと、前記第3経路に一端が接続された第3コンデンサと、を備え、前記第1コンデンサ、前記第2コンデンサおよび前記第3コンデンサのそれぞれの他端は共通に接続され、接地されており、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームは、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子に3相交流電圧が印加される3相モード、または、前記第1端子および前記第2端子と、前記第3端子との間に単相交流電圧が印加される単相モードのいずれかで動作し、前記3相モードは、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電圧の時間波形に、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電流の時間波形を近似させまたは一致させるように、前記第1経路、前記第2経路および前記第3経路に流れる電流をスイッチングするスイッチング動作モードであり、前記単相モードは、前記第1端子および前記第2端子における電圧の時間波形に、前記第1端子および前記第2端子に流れる電流の時間波形を近似させまたは一致させるように、前記第1経路および前記第2経路に流れる電流をスイッチングするスイッチング動作モードであることを特徴とする。また、本発明は、並列接続された第1スイッチングアーム、第2スイッチングアームおよび第3スイッチングアームであって、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む第1スイッチングアーム、第2スイッチングアームおよび第3スイッチングアームと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第1スイッチング素子の両端に接続された第1ダイオードと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第2スイッチング素子の両端に接続された第2ダイオードと、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームの両端の並列接続点の間に接続された出力コンデンサと、第1端子から前記第1スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第1経路に設けられた第1インダクタと、第2端子から前記第2スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第2経路に設けられた第2インダクタと、第3端子から前記第3スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第3経路に設けられた第3インダクタと、を備え、前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームは、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子に3相交流電圧が印加される3相モード、または、前記第1端子および前記第2端子と、前記第3端子との間に単相交流電圧が印加される単相モードのいずれかで動作し、前記3相モードは、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電圧の時間波形に、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電流の時間波形を近似させまたは一致させるように、前記第1経路、前記第2経路および前記第3経路に流れる電流をスイッチングするスイッチング動作モードであり、前記単相モードは、前記第1端子および前記第2端子における電圧の時間波形に、前記第1端子および前記第2端子に流れる電流の時間波形を近似させまたは一致させるように、前記第1経路および前記第2経路に流れる電流をスイッチングするスイッチング動作モードであることを特徴とする。 The present invention also provides a first switching arm, a second switching arm, and a third switching arm connected in parallel, each of which includes a first switching element and a second switching element connected in series; a second switching arm, a third switching arm, a first diode connected to both ends of a first switching element in each of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm; a second diode connected to both ends of a second switching element in each of the arm, the second switching arm, and the third switching arm; and a second diode connected to both ends of the second switching element in each of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm, respectively. an output connected between a filter connected to a connection point of a first switching element and a second switching element in and a parallel connection point at both ends of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm; a capacitor; a first inductor provided in a first path from a first terminal to a connection point between a first switching element and a second switching element in the first switching arm; a second inductor provided in a second path leading to the connection point between the first switching element and the second switching element; and a second inductor provided in the second path leading to the connection point between the first switching element and the second switching element in the third switching arm; a third inductor provided in three paths; the filter includes a first capacitor having one end connected to the first path ; a second capacitor having one end connected to the second path ; a third capacitor having one end connected to the third path , the other ends of each of the first capacitor, the second capacitor, and the third capacitor are commonly connected and grounded; The first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm operate in a three-phase mode in which a three-phase AC voltage is applied to the first terminal, the second terminal, and the third terminal; It operates in either a single-phase mode in which a single-phase AC voltage is applied between the terminal and the second terminal, and the third terminal, and in the three-phase mode, the first terminal, the second terminal, and the third terminal operate in a single-phase mode. the first path and the second path so that the time waveform of each voltage at the third terminal approximates or matches the time waveform of each current at the first terminal, the second terminal, and the third terminal; and a switching operation mode in which the current flowing in the third path is switched , and the single-phase mode is a switching operation mode in which the current flowing in the first terminal and the second terminal is changed according to the time waveform of the voltage in the first terminal and the second terminal. The present invention is characterized in that it is a switching operation mode in which the currents flowing through the first path and the second path are switched so that the time waveforms of the currents approximate or match. The present invention also provides a first switching arm, a second switching arm, and a third switching arm connected in parallel, each of which includes a first switching element and a second switching element connected in series. , a second switching arm, a third switching arm, a first diode connected to both ends of a first switching element in each of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm; a second diode connected to both ends of a second switching element in each of the switching arm, the second switching arm and the third switching arm; and a second diode connected to both ends of the second switching element in each of the switching arm, the second switching arm and the third switching arm; an output capacitor connected between the parallel connection points at both ends; and a first inductor provided in a first path from the first terminal to the connection point of the first switching element and the second switching element in the first switching arm. , a second inductor provided in a second path from a second terminal to a connection point between the first switching element and the second switching element in the second switching arm; and a first switching element in the third switching arm from the third terminal. a third inductor provided on a third path leading to a connection point between the element and the second switching element, and the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm each include the first terminal, A three-phase mode in which a three-phase AC voltage is applied to the second terminal and the third terminal, or a single-phase AC voltage is applied between the first and second terminals and the third terminal. In the three-phase mode, the time waveforms of the voltages at the first terminal, the second terminal, and the third terminal include the first terminal, the second terminal, and the third terminal. A switching operation mode in which currents flowing through the first path, second path, and third path are switched so that the time waveforms of each current at the third terminal approximate or match, and the single-phase mode is the first path and the second path so that the time waveform of the voltage at the first terminal and the second terminal approximates or matches the time waveform of the current flowing through the first terminal and the second terminal; It is characterized by a switching operation mode in which the flowing current is switched .
本発明によれば、電力調整回路におけるノイズを抑制することができる。 According to the present invention, noise in the power adjustment circuit can be suppressed.
各図を参照して本発明の各実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を簡略化する。また、以下の説明に示された上下左右の用語は、説明の便宜上、図面における上下左右の方向を示すものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。 Each embodiment of the present invention will be described with reference to each figure. Identical components shown in multiple drawings are designated by the same reference numerals to simplify their explanation. In addition, the terms "up, down, left, and right" shown in the following description indicate the up, down, left, and right directions in the drawings for convenience of explanation, and do not limit the orientation in which each component is arranged.
図1には本発明の実施形態に係る車載用電力変換システムが示されている。車載用電力変換システムは、電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、トランス22、第1セカンダリスイッチング回路30、第2セカンダリスイッチング回路36およびコントローラ100を備え、電動車両に搭載される。車載用電力変換システムは、交流電力源10から出力される電力を、主機電池34および補機電池40に供給する。また、車載用電力変換システムは、主機電池34から補機電池40に電力を供給する。交流電力源10は、電力供給事業者による電力供給システムであってもよいし、家庭用の発電装置であってもよい。 FIG. 1 shows an on-vehicle power conversion system according to an embodiment of the present invention. The on-vehicle power conversion system includes a power adjustment circuit 14, a primary switching circuit 18, a transformer 22, a first secondary switching circuit 30, a second secondary switching circuit 36, and a controller 100, and is mounted on an electric vehicle. The in-vehicle power conversion system supplies power output from the AC power source 10 to the main battery 34 and the auxiliary battery 40 . Furthermore, the in-vehicle power conversion system supplies power from the main battery 34 to the auxiliary battery 40 . The AC power source 10 may be a power supply system provided by a power supply company, or may be a household power generation device.
電動車両が停車しており交流電力源10を用いて主機電池34を充電するときに、電力調整回路14の交流端子12-1および12-2に交流電力源10が接続される。電力調整回路14の正極端子16Pおよび負極端子16Nには、プライマリスイッチング回路18が接続されている。 When the electric vehicle is stopped and main engine battery 34 is charged using AC power source 10, AC power source 10 is connected to AC terminals 12-1 and 12-2 of power adjustment circuit 14. A primary switching circuit 18 is connected to the positive terminal 16P and negative terminal 16N of the power adjustment circuit 14.
トランス22は、磁気的に相互に結合するプライマリ巻線24、第1セカンダリ巻線26および第2セカンダリ巻線28を備えている。プライマリ巻線24の両端はプライマリスイッチング回路18に接続されている。第1セカンダリ巻線26の両端は第1セカンダリスイッチング回路30に接続され、第2セカンダリ巻線28の両端は第2セカンダリスイッチング回路36に接続されている。 The transformer 22 includes a primary winding 24, a first secondary winding 26, and a second secondary winding 28 that are magnetically coupled to each other. Both ends of the primary winding 24 are connected to the primary switching circuit 18 . Both ends of the first secondary winding 26 are connected to a first secondary switching circuit 30 , and both ends of the second secondary winding 28 are connected to a second secondary switching circuit 36 .
第1セカンダリスイッチング回路30には主機電池34が接続されている。主機電池34は、電動車両を駆動するモータジェネレータに力行用の電力を供給すると共に、モータジェネレータの回生制動に基づく発電電力によって充電される。第2セカンダリスイッチング回路36には補機電池40が接続されている。補機電池40は、電動車両に搭載されたオーディオ機器、室内灯、空調装置等の補機に電力を供給する。 A main engine battery 34 is connected to the first secondary switching circuit 30 . The main engine battery 34 supplies power for power running to a motor generator that drives the electric vehicle, and is charged by power generated based on regenerative braking of the motor generator. An auxiliary battery 40 is connected to the second secondary switching circuit 36 . The auxiliary device battery 40 supplies power to auxiliary devices such as audio equipment, interior lights, and air conditioners mounted on the electric vehicle.
車載用電力変換システムの動作の概要について説明する。コントローラ100による制御によって、電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36は次のように動作する。電力調整回路14は、交流端子12-1および12-2に流れる電流の時間波形を、交流電力源10が出力する交流電圧の時間波形に近似させ、または一致させるように、交流端子12-1および12-2に流れる電流をスイッチングする。これによって、交流電力源10から電力調整回路14に入力される電力の力率が向上する。 An overview of the operation of the in-vehicle power conversion system will be explained. Under the control of the controller 100, the power adjustment circuit 14, the primary switching circuit 18, the first secondary switching circuit 30, and the second secondary switching circuit 36 operate as follows. The power adjustment circuit 14 controls the AC terminals 12-1 and 12-2 so that the time waveform of the current flowing through the AC terminals 12-1 and 12-2 approximates or matches the time waveform of the AC voltage output by the AC power source 10. and 12-2. This improves the power factor of the power input from the AC power source 10 to the power adjustment circuit 14.
電力調整回路14は力率を向上させる動作を実行しつつ、交流電力源10から出力される交流電力を直流電力に変換し、直流電圧をプライマリスイッチング回路18に出力する。プライマリスイッチング回路18は、この直流電圧に対するスイッチングによってプライマリ巻線24に交流電圧を出力する。第1セカンダリスイッチング回路30は、主機電池34が出力する電圧に対するスイッチングによって、第1セカンダリ巻線26に交流電圧を出力する。第2セカンダリスイッチング回路36は、中間コンデンサ38を備えている。第2セカンダリスイッチング回路36は、後述するように、プライマリスイッチング回路18または第1セカンダリスイッチング回路30からトランス22を介して供給される電力によって中間コンデンサ38を充電する。第2セカンダリスイッチング回路36は、中間コンデンサ38に対する電圧のスイッチングによって第2セカンダリ巻線28に交流電圧を出力する。 The power adjustment circuit 14 converts the AC power output from the AC power source 10 into DC power while performing an operation to improve the power factor, and outputs the DC voltage to the primary switching circuit 18. The primary switching circuit 18 outputs an alternating current voltage to the primary winding 24 by switching with respect to this direct current voltage. The first secondary switching circuit 30 outputs an alternating current voltage to the first secondary winding 26 by switching with respect to the voltage output by the main engine battery 34 . The second secondary switching circuit 36 includes an intermediate capacitor 38 . The second secondary switching circuit 36 charges the intermediate capacitor 38 with power supplied from the primary switching circuit 18 or the first secondary switching circuit 30 via the transformer 22, as will be described later. The second secondary switching circuit 36 outputs an alternating voltage to the second secondary winding 28 by switching the voltage to the intermediate capacitor 38 .
プライマリスイッチング回路18のスイッチングタイミングと、第1セカンダリスイッチング回路30のスイッチングタイミングの相違に応じて、交流電力源10から電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、プライマリ巻線24および第1セカンダリ巻線26を介して第1セカンダリスイッチング回路30に電力が伝送される。第1セカンダリスイッチング回路30は、第1セカンダリ巻線26を介して伝送された電力によって主機電池34に電力を供給する。第1セカンダリスイッチング回路30は、主機電池34に電力を供給すると共に、主機電池34に接続された負荷回路(図示せず)に電力を出力してもよい。 Depending on the difference between the switching timing of the primary switching circuit 18 and the switching timing of the first secondary switching circuit 30, the AC power source 10 supplies power to the power adjustment circuit 14, the primary switching circuit 18, the primary winding 24, and the first secondary winding 26. Power is transmitted to the first secondary switching circuit 30 via the first secondary switching circuit 30 . The first secondary switching circuit 30 supplies power to the main engine battery 34 using the power transmitted via the first secondary winding 26 . The first secondary switching circuit 30 supplies power to the main battery 34 and may also output power to a load circuit (not shown) connected to the main battery 34 .
プライマリスイッチング回路18のスイッチングタイミングと、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングの相違に応じて、交流電力源10から電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、プライマリ巻線24および第2セカンダリ巻線28を介して第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される。第2セカンダリスイッチング回路36は、第2セカンダリ巻線28を介して伝送された電力によって補機電池40に電力を供給する。第2セカンダリスイッチング回路36は、補機電池40に電力を出力すると共に、補機電池40に接続された補機(図示せず)に電力を出力してもよい。 Depending on the difference between the switching timing of the primary switching circuit 18 and the switching timing of the second secondary switching circuit 36, the AC power source 10 supplies power to the power adjustment circuit 14, the primary switching circuit 18, the primary winding 24, and the second secondary winding 28. Power is transmitted to the second secondary switching circuit 36 via. The second secondary switching circuit 36 supplies power to the auxiliary battery 40 using the power transmitted via the second secondary winding 28 . The second secondary switching circuit 36 outputs power to the auxiliary battery 40 and may also output power to an auxiliary machine (not shown) connected to the auxiliary battery 40.
電動車両の走行時には、電力調整回路14が交流電力源10から切り離され、電力調整回路14はスイッチング動作を停止する。電動車両の走行時には、次のような動作によって主機電池34から補機電池40に電力が供給される。第1セカンダリスイッチング回路30のスイッチングタイミングと、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングの相違に応じて、第1セカンダリスイッチング回路30から、第1セカンダリ巻線26および第2セカンダリ巻線28を介して第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される。第2セカンダリスイッチング回路36は、第2セカンダリ巻線28を介して伝送された電力によって補機電池40に電力を供給する。第2セカンダリスイッチング回路36は、補機電池40に電力を出力すると共に、補機電池40に接続された補機に電力を出力してもよい。 When the electric vehicle is running, the power adjustment circuit 14 is disconnected from the AC power source 10, and the power adjustment circuit 14 stops its switching operation. When the electric vehicle is running, power is supplied from the main engine battery 34 to the auxiliary engine battery 40 through the following operation. Depending on the difference between the switching timing of the first secondary switching circuit 30 and the switching timing of the second secondary switching circuit 36, a Power is transmitted to the second secondary switching circuit 36. The second secondary switching circuit 36 supplies power to the auxiliary battery 40 using the power transmitted via the second secondary winding 28 . The second secondary switching circuit 36 may output power to the auxiliary battery 40 and may also output power to an auxiliary machine connected to the auxiliary battery 40 .
次に、プライマリスイッチング回路18、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36の詳細な構成および動作について説明する。プライマリスイッチング回路18は、スイッチングアームu、スイッチングアームvおよびバッファコンデンサ20を備えている。スイッチングアームuは、直列接続されたスイッチング素子S1およびS2を備え、スイッチングアームvは、直列接続されたスイッチング素子S3およびS4を備えている。スイッチングアームuおよびvは並列に接続されている。スイッチングアームuおよびvには、さらに、バッファコンデンサ20が並列に接続されている。スイッチングアームu、vおよびバッファコンデンサ20の上側の並列接続点は、電力調整回路14の正極端子16Pに接続され、下側の並列接続点は、電力調整回路14の負極端子16Nに接続されている。スイッチング素子S1およびS2の接続点と、スイッチング素子S3およびS4の接続点との間には、プライマリ巻線24が接続されている。 Next, detailed configurations and operations of the primary switching circuit 18, the first secondary switching circuit 30, and the second secondary switching circuit 36 will be described. The primary switching circuit 18 includes a switching arm u, a switching arm v, and a buffer capacitor 20. Switching arm u includes switching elements S1 and S2 connected in series, and switching arm v includes switching elements S3 and S4 connected in series. Switching arms u and v are connected in parallel. A buffer capacitor 20 is further connected in parallel to switching arms u and v. The upper parallel connection points of the switching arms u, v and the buffer capacitor 20 are connected to the positive terminal 16P of the power adjustment circuit 14, and the lower parallel connection point is connected to the negative terminal 16N of the power adjustment circuit 14. . A primary winding 24 is connected between a connection point between switching elements S1 and S2 and a connection point between switching elements S3 and S4.
第1セカンダリスイッチング回路30は、スイッチングアームw、スイッチングアームxおよび主機コンデンサ32を備えている。スイッチングアームwは、直列接続されたスイッチング素子S5およびS6を備え、スイッチングアームxは、直列接続されたスイッチング素子S7およびS8を備えている。スイッチングアームwおよびxは並列に接続されている。スイッチングアームwおよびxには、さらに、主機コンデンサ32が並列に接続されている。スイッチングアームw、xおよび主機コンデンサ32の上側の並列接続点は、主機電池34の正極端子に接続され、下側の並列接続点は、主機電池34の負極端子に接続されている。スイッチング素子S5およびS6の接続点と、スイッチング素子S7およびS8の接続点との間には、第1セカンダリ巻線26が接続されている。 The first secondary switching circuit 30 includes a switching arm w, a switching arm x, and a main capacitor 32. The switching arm w includes switching elements S5 and S6 connected in series, and the switching arm x includes switching elements S7 and S8 connected in series. Switching arms w and x are connected in parallel. A main capacitor 32 is further connected in parallel to the switching arms w and x. The upper parallel connection point of the switching arms w, x and the main engine capacitor 32 is connected to the positive terminal of the main engine battery 34, and the lower parallel connection point is connected to the negative electrode terminal of the main engine battery 34. A first secondary winding 26 is connected between a connection point between switching elements S5 and S6 and a connection point between switching elements S7 and S8.
第2セカンダリスイッチング回路36は、スイッチングアームy、スイッチングアームz、中間コンデンサ38および補機コンデンサ42を備えている。スイッチングアームyは、直列接続されたスイッチング素子S9およびS10を備え、スイッチングアームzは、直列接続されたスイッチング素子S11およびS12を備えている。スイッチングアームyおよびzは並列に接続されている。スイッチングアームyおよびzには、さらに、中間コンデンサ38が並列に接続されている。スイッチング素子S9およびS10の接続点と、スイッチング素子S11およびS12の接続点との間には、第2セカンダリ巻線28が接続されている。第2セカンダリ巻線28の中途点と、スイッチングアームy、zおよび中間コンデンサ38の下側の並列接続点との間には、補機コンデンサ42が接続されている。また、第2セカンダリ巻線28の中途点は、補機電池40の正極端子に接続され、スイッチングアームy、zおよび中間コンデンサ38の下側の並列接続点は、補機電池40の負極端子に接続されている。第2セカンダリ巻線28の中途点は、第2セカンダリ巻線28を形成する導線の中途の点をいう。中途点は、第2セカンダリ巻線28を形成する導線の中点に設けられるセンタータップであってもよい。 The second secondary switching circuit 36 includes a switching arm y, a switching arm z, an intermediate capacitor 38, and an auxiliary capacitor 42. Switching arm y includes switching elements S9 and S10 connected in series, and switching arm z includes switching elements S11 and S12 connected in series. Switching arms y and z are connected in parallel. An intermediate capacitor 38 is further connected in parallel to switching arms y and z. A second secondary winding 28 is connected between a connection point between switching elements S9 and S10 and a connection point between switching elements S11 and S12. An auxiliary capacitor 42 is connected between the midpoint of the second secondary winding 28 and the lower parallel connection point of the switching arms y, z and the intermediate capacitor 38. Further, the midpoint of the second secondary winding 28 is connected to the positive terminal of the auxiliary battery 40, and the lower parallel connection point of the switching arms y, z and the intermediate capacitor 38 is connected to the negative terminal of the auxiliary battery 40. It is connected. The midway point of the second secondary winding 28 refers to a midway point of the conducting wire forming the second secondary winding 28. The midpoint may be a center tap provided at the midpoint of the conducting wire forming the second secondary winding 28.
各スイッチング素子S1~S12には、各スイッチング素子S1~S12の下端側にアノード端子を向けてダイオードが接続されている。各スイッチング素子S1~S12には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられてよい。 A diode is connected to each of the switching elements S1 to S12 with its anode terminal facing the lower end side of each of the switching elements S1 to S12. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) may be used for each of the switching elements S1 to S12.
コントローラ100は、スイッチング素子S1~S12に対し、それぞれ、制御信号g1~g12を出力する。各スイッチング素子S1~S12は、制御信号がハイのときにオンとなり、ローのときにオフとなる。 Controller 100 outputs control signals g1 to g12 to switching elements S1 to S12, respectively. Each switching element S1 to S12 is turned on when the control signal is high, and turned off when the control signal is low.
電動車両が停車しており交流電力源10を用いて主機電池34を充電するときは、電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36がスイッチング動作をする。電力調整回路14は、交流電力源10が出力する交流電力を直流電力に変換し、直流電圧をプライマリスイッチング回路18に出力する。 When the electric vehicle is stopped and the main engine battery 34 is charged using the AC power source 10, the power adjustment circuit 14, the primary switching circuit 18, the first secondary switching circuit 30, and the second secondary switching circuit 36 perform switching operations. do. Power adjustment circuit 14 converts the AC power output by AC power source 10 into DC power, and outputs the DC voltage to primary switching circuit 18 .
スイッチングアームuが備えるスイッチング素子S1およびS2を制御する制御信号g1およびg2は、交互にハイおよびローを繰り返す。すなわち、制御信号g1がローからハイに切り換わると共に、制御信号g2はハイからローに切り換わり、制御信号g1がハイからローに切り換わると共に、制御信号g2はローからハイに切り換わる。これによって、スイッチング素子S1がオフからオンに切り換わると共に、スイッチング素子S2がオンからオフに切り換わる。そして、スイッチング素子S1がオンからオフに切り換わると共に、スイッチング素子S2がオフからオンに切り換わる。 Control signals g1 and g2 that control switching elements S1 and S2 included in switching arm u alternately repeat high and low levels. That is, as the control signal g1 switches from low to high, the control signal g2 switches from high to low, and as the control signal g1 switches from high to low, the control signal g2 switches from low to high. As a result, the switching element S1 is switched from off to on, and the switching element S2 is switched from on to off. Then, the switching element S1 is switched from on to off, and the switching element S2 is switched from off to on.
スイッチング素子S1およびS2と同様、制御信号g3およびg4によって、スイッチングアームvが備えるスイッチング素子S3およびS4も交互にオンオフする。制御信号g3およびg4は、それぞれ、制御信号g1およびg2に対し、位相が180°異なる。すなわち、スイッチングアームv(スイッチング素子S3およびS4)のスイッチングの位相は、スイッチングアームu(スイッチング素子S1およびS2)のスイッチングの位相に対し180°遅れている。これによって、プライマリ巻線24の両端には、電力調整回路14から出力された直流電圧に応じた波高値を有する交流電圧が現れる。 Similarly to switching elements S1 and S2, switching elements S3 and S4 included in switching arm v are also turned on and off alternately by control signals g3 and g4. Control signals g3 and g4 have a phase difference of 180° from control signals g1 and g2, respectively. That is, the switching phase of switching arm v (switching elements S3 and S4) is delayed by 180° with respect to the switching phase of switching arm u (switching elements S1 and S2). As a result, an AC voltage having a peak value corresponding to the DC voltage output from the power adjustment circuit 14 appears at both ends of the primary winding 24 .
第1セカンダリスイッチング回路30の動作について説明する。制御信号g5およびg6に従ってスイッチングアームwが備えるスイッチング素子S5およびS6は交互にオンオフする。制御信号g7およびg8に従ってスイッチングアームxが備えるスイッチング素子S7およびS8は交互にオンオフする。スイッチングアームwおよびxのスイッチングの位相差は180°である。これによって、第1セカンダリ巻線26の両端には、中間コンデンサ38の端子間電圧、すなわち主機電池34の出力電圧に応じた波高値を有する交流電圧が現れる。 The operation of the first secondary switching circuit 30 will be explained. Switching elements S5 and S6 included in switching arm w are alternately turned on and off according to control signals g5 and g6. Switching elements S7 and S8 included in switching arm x are alternately turned on and off according to control signals g7 and g8. The switching phase difference of switching arms w and x is 180°. As a result, an AC voltage having a peak value corresponding to the voltage between the terminals of the intermediate capacitor 38, that is, the output voltage of the main engine battery 34 appears at both ends of the first secondary winding 26.
第2セカンダリスイッチング回路36の動作について説明する。制御信号g9およびg10に従ってスイッチングアームyが備えるスイッチング素子S9およびS10は交互にオンオフする。制御信号g11およびg12に従ってスイッチングアームzが備えるスイッチング素子S11およびS12は交互にオンオフする。スイッチングアームyおよびzのスイッチングの位相差は180°である。 The operation of the second secondary switching circuit 36 will be explained. Switching elements S9 and S10 included in switching arm y are alternately turned on and off according to control signals g9 and g10. Switching elements S11 and S12 included in switching arm z are alternately turned on and off according to control signals g11 and g12. The switching phase difference of switching arms y and z is 180°.
スイッチング素子S9およびS10がオンオフを繰り返す1周期を切り換わり周期として、切り換わり周期に対するスイッチング素子S10がオンになる時間の比率を、スイッチングアームyのデューティ比という。車載用電力変換システムでは、スイッチングアームu,v,w,x,yおよびzは、同一のデューティ比Dでスイッチングをする。 The switching period is defined as one cycle in which the switching elements S9 and S10 repeat turning on and off, and the ratio of the time during which the switching element S10 is on to the switching period is called the duty ratio of the switching arm y. In the on-vehicle power conversion system, switching arms u, v, w, x, y, and z perform switching with the same duty ratio D.
第2セカンダリスイッチング回路36の動作によって、補機電池40および補機コンデンサ42の両端には、中間コンデンサ38の端子間電圧の(1-D)倍の電圧が現れる。すなわち、中間コンデンサ38の端子間電圧をVdc,buf、補機電池40および補機コンデンサ42の両端の電圧をVdc3として、Vdc3=(1-D)・Vdc,bufで表される電圧が補機電池40および補機コンデンサ42に印加される。 Due to the operation of the second secondary switching circuit 36, a voltage (1-D) times the voltage between the terminals of the intermediate capacitor 38 appears across the auxiliary battery 40 and the auxiliary capacitor 42. That is, when the voltage between the terminals of the intermediate capacitor 38 is V dc,buf and the voltage across the auxiliary battery 40 and the auxiliary capacitor 42 is V dc3 , it is expressed as V dc3 = (1-D)·V dc, buf. Voltage is applied to auxiliary battery 40 and auxiliary capacitor 42 .
交流電力源10から、電力調整回路14、プライマリスイッチング回路18および第1セカンダリスイッチング回路30を介して主機電池34に供給される主機電池供給電力Pdc2は、スイッチングアームuおよびvのスイッチングの位相に対する、スイッチングアームwおよびxのスイッチングの位相の遅れである位相差φ21を調整することで調整される。コントローラ100は、主機電力目標値Pdc2 *から、主機電池供給電力の測定値Pdc2を減算した主機電力誤差e1を比例積分した値に基づいて位相差φ21を求めてよい。主機電力目標値Pdc2 *は、主機電池供給電力Pdc2に対する目標値である。コントローラ100は、位相差φ21に基づいて制御信号g1~g8を生成し、スイッチング素子S1~S8をオンオフ制御する。 The main engine battery supply power P dc2 supplied from the AC power source 10 to the main engine battery 34 via the power adjustment circuit 14, the primary switching circuit 18 and the first secondary switching circuit 30 is based on the switching phase of the switching arms u and v. , is adjusted by adjusting the phase difference φ 21 , which is the phase delay of the switching of the switching arms w and x. The controller 100 may determine the phase difference φ 21 based on a value obtained by proportionally integrating the main engine power error e1 obtained by subtracting the measured value P dc2 of the main engine battery supply power from the main engine power target value P dc2 * . The main engine power target value P dc2 * is a target value for the main engine battery supply power P dc2 . The controller 100 generates control signals g1 to g8 based on the phase difference φ 21 and controls the on/off of the switching elements S1 to S8.
なお、コントローラ100は、主機電池供給電力Pdc2を負にし、位相差φ21を負にすることで、主機電池34または負荷回路から第1セカンダリスイッチング回路30、プライマリスイッチング回路18および電力調整回路14を介して交流電力源10側に電力を伝送してもよい。 In addition, the controller 100 makes the main engine battery supply power P dc2 negative and the phase difference φ 21 negative, thereby controlling the power from the main engine battery 34 or the load circuit to the first secondary switching circuit 30, the primary switching circuit 18, and the power adjustment circuit 14. Power may be transmitted to the AC power source 10 side via the AC power source 10 side.
第2セカンダリスイッチング回路36における中間コンデンサ38の電圧Vdc,bufは、スイッチングアームwおよびxのスイッチングの位相に対する、スイッチングアームyおよびzのスイッチングの位相の遅れである位相差φ32を調整することで調整される。コントローラ100は、中間電圧目標値Vdc,buf *から、中間電圧の測定値Vdc,bufを減算した中間電圧誤差e2を比例積分した値に基づいて位相差φ32を求めてよい。中間電圧目標値Vdc,buf *は、例えば、Vdc,buf *=Vdc2/nとして決定してよい。ここでVdc2は、主機コンデンサ32の端子間電圧、すなわち、主機電池34の出力電圧である。nは、第2セカンダリ巻線28の巻き数に対する、第1セカンダリ巻線26の巻き数の比率(巻線比n)である。コントローラ100は、位相差φ32に基づいて制御信号g5~g12を生成し、スイッチング素子S5~S12をオンオフ制御する。 The voltage V dc,buf of the intermediate capacitor 38 in the second secondary switching circuit 36 adjusts the phase difference φ 32 which is the delay of the switching phase of the switching arms y and z with respect to the switching phase of the switching arms w and x. is adjusted. The controller 100 may determine the phase difference φ 32 based on a value obtained by proportionally integrating an intermediate voltage error e2 obtained by subtracting the measured value V dc, buf of the intermediate voltage from the target intermediate voltage value V dc, buf * . The intermediate voltage target value V dc,buf * may be determined as, for example, V dc,buf * = V dc2 /n. Here, V dc2 is the voltage between the terminals of the main engine capacitor 32, that is, the output voltage of the main engine battery 34. n is the ratio of the number of turns of the first secondary winding 26 to the number of turns of the second secondary winding 28 (turn ratio n). The controller 100 generates control signals g5 to g12 based on the phase difference φ32 , and controls on/off of the switching elements S5 to S12.
中間コンデンサ38の電圧Vdc,bufは、スイッチングアームuおよびvのスイッチングの位相に対する、スイッチングアームyおよびzのスイッチングの位相の遅れである位相差φ31を調整することで調整されてもよい。この場合、コントローラ100は、中間電圧誤差e2を比例積分した値に基づいて位相差φ31を求めてよい。コントローラ100は、位相差φ31に基づいて制御信号g1~g4およびg9~g12を生成し、スイッチング素子S1~S4およびS9~12をオンオフ制御する。 The voltage V dc, buf of the intermediate capacitor 38 may be adjusted by adjusting the phase difference φ 31 , which is the lag of the switching phase of switching arms y and z with respect to the switching phase of switching arms u and v. In this case, the controller 100 may determine the phase difference φ 31 based on a value obtained by proportionally integrating the intermediate voltage error e2. The controller 100 generates control signals g1-g4 and g9-g12 based on the phase difference φ31 , and controls the switching elements S1-S4 and S9-12 on and off.
各スイッチングアームのデューティ比Dは、補機電池40の出力電圧の測定値Vdc3から補機電池電圧目標値Vdc3 *を減算した補機電池電圧誤差e3を比例積分した値、補機電池40の出力電圧の測定値Vdc3、および中間電圧の測定値Vdc,bufに基づいて求められる。すなわち、コントローラ100は、補機電池電圧誤差e3を比例積分した値に、1-Vdc3/Vdc,bufを加算した値に基づいて各スイッチングアームのデューティ比Dを求める。コントローラ100は、上記の各位相差に加えてデューティ比Dに基づいて制御信号g1~g12を生成し、スイッチング素子S1~S12をオンオフ制御する。 The duty ratio D of each switching arm is the value obtained by proportionally integrating the auxiliary battery voltage error e3 obtained by subtracting the auxiliary battery voltage target value V dc3 * from the measured value V dc3 of the output voltage of the auxiliary battery 40. It is determined based on the measured value V dc3 of the output voltage and the measured value V dc, buf of the intermediate voltage. That is, the controller 100 determines the duty ratio D of each switching arm based on the value obtained by adding 1-V dc3 /V dc, buf to the value obtained by proportional integration of the auxiliary battery voltage error e3. The controller 100 generates control signals g1 to g12 based on the duty ratio D in addition to the above-mentioned phase differences, and controls the switching elements S1 to S12 to turn on and off.
電動車両の走行時には、電力調整回路14が交流電力源10から切り離され、電力調整回路14はスイッチング動作を停止する。交流電力源10を用いて主機電池34を充電するときと同様に、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36がスイッチング動作し、主機電池34から補機電池40に電力が供給され、補機電池40が充電される。 When the electric vehicle is running, the power adjustment circuit 14 is disconnected from the AC power source 10, and the power adjustment circuit 14 stops its switching operation. Similar to when charging the main engine battery 34 using the AC power source 10, the first secondary switching circuit 30 and the second secondary switching circuit 36 perform a switching operation, and power is supplied from the main engine battery 34 to the auxiliary engine battery 40, Auxiliary battery 40 is charged.
図2(a)には、スイッチング素子S6~S12のオンオフのタイミングが示されている。上段には第1セカンダリスイッチング回路30のスイッチングタイミングが示されている。すなわち、スイッチング素子S6およびS7の組と、スイッチング素子S5およびS8の組が交互にオンオフすることが上段に示されている。下段には第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングが示されている。すなわち、スイッチング素子S10およびS11の組と、スイッチング素子S9およびS12の組が交互にオンオフすることが上段に示されている。 FIG. 2(a) shows the on/off timing of the switching elements S6 to S12. The switching timing of the first secondary switching circuit 30 is shown in the upper row. That is, the upper row shows that the set of switching elements S6 and S7 and the set of switching elements S5 and S8 are alternately turned on and off. The switching timing of the second secondary switching circuit 36 is shown in the lower row. That is, the upper row shows that the set of switching elements S10 and S11 and the set of switching elements S9 and S12 are alternately turned on and off.
図2(b)には、第1セカンダリ巻線26の端子間電圧Vwxおよび第2セカンダリ巻線28の端子間電圧Vyzのシミュレーション結果が示されている。横軸は時間を示し縦軸は電圧値を示す。端子間電圧Vwxは、スイッチング素子S7およびS8の接続点の電位を基準としたスイッチング素子S5およびS6の接続点の電圧である。端子間電圧Vwxは、スイッチング素子S11およびS12の接続点の電位を基準としたスイッチング素子S9およびS10の接続点の電圧である。 FIG. 2(b) shows simulation results of the inter-terminal voltage V wx of the first secondary winding 26 and the inter-terminal voltage V yz of the second secondary winding 28. The horizontal axis shows time and the vertical axis shows voltage value. The terminal-to-terminal voltage V wx is the voltage at the connection point between switching elements S5 and S6 with reference to the potential at the connection point between switching elements S7 and S8. The terminal-to-terminal voltage V wx is the voltage at the connection point between switching elements S9 and S10 with reference to the potential at the connection point between switching elements S11 and S12.
図2(c)には、スイッチング素子S9およびスイッチング素子S9に並列接続されたダイオードに流れる電流iSW9と、スイッチング素子S10およびスイッチング素子S10に並列接続されたダイオードに流れる電流iSW10が示されている。横軸は時間を示し縦軸は電流値を示す。 FIG. 2(c) shows a current i SW9 flowing through the switching element S9 and the diode connected in parallel to the switching element S9, and a current i SW10 flowing through the switching element S10 and the diode connected in parallel to the switching element S10 . There is. The horizontal axis shows time and the vertical axis shows current value.
車載用電力変換システムにおいて、第1スイッチング回路としての第1セカンダリスイッチング回路30から、第2スイッチング回路としての第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される場合、車載用電力変換システム内には次のような電力変換装置が構成される。 In the in-vehicle power conversion system, when power is transmitted from the first secondary switching circuit 30 as the first switching circuit to the second secondary switching circuit 36 as the second switching circuit, the in-vehicle power conversion system includes the following: A power conversion device like this is configured.
すなわち、1次巻線としての第1セカンダリ巻線26および2次巻線としての第2セカンダリ巻線28を備えるトランス22と、第1セカンダリ巻線26に接続された第1セカンダリスイッチング回路30と、第2セカンダリ巻線28に接続された第2セカンダリスイッチング回路36と、第2セカンダリスイッチング回路36に含まれる中間コンデンサ38とを備える電力変換装置が構成される。 That is, the transformer 22 includes a first secondary winding 26 as a primary winding and a second secondary winding 28 as a secondary winding, and a first secondary switching circuit 30 connected to the first secondary winding 26. , a second secondary switching circuit 36 connected to the second secondary winding 28, and an intermediate capacitor 38 included in the second secondary switching circuit 36.
第2セカンダリスイッチング回路36は、第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームとして、スイッチングアームyおよびzを備えている。第1セカンダリスイッチング回路30は、第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームとして、スイッチングアームwおよびzを備えている。 The second secondary switching circuit 36 includes switching arms y and z as a first switching arm and a second switching arm. The first secondary switching circuit 30 includes switching arms w and z as a third switching arm and a fourth switching arm.
この電力変換装置では、第1セカンダリスイッチング回路30および第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチング動作によって、第1セカンダリスイッチング回路30からトランス22を介して第2セカンダリスイッチング回路36における中間コンデンサ38に電力が供給される。さらに、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチング動作によって、中間コンデンサ38から第2セカンダリ巻線28の中途点を介して補機電池40に電力が出力される。 In this power conversion device, power is supplied from the first secondary switching circuit 30 to the intermediate capacitor 38 in the second secondary switching circuit 36 via the transformer 22 by the switching operations of the first secondary switching circuit 30 and the second secondary switching circuit 36. be done. Further, due to the switching operation of the second secondary switching circuit 36, power is output from the intermediate capacitor 38 to the auxiliary battery 40 via the midpoint of the second secondary winding 28.
第1セカンダリスイッチング回路30のスイッチングタイミングに応じて第1セカンダリ巻線26に現れる電圧の位相と、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングに応じて第2セカンダリ巻線28に現れる電圧の位相との差異に応じて、第1セカンダリスイッチング回路30から第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される The phase of the voltage appearing on the first secondary winding 26 in accordance with the switching timing of the first secondary switching circuit 30 and the phase of the voltage appearing in the second secondary winding 28 in accordance with the switching timing of the second secondary switching circuit 36 Depending on the difference, power is transferred from the first secondary switching circuit 30 to the second secondary switching circuit 36.
このような構成によれば、主機コンデンサ32の端子間電圧Vdc2を巻線比nで除した電圧で、中間コンデンサ38が充電される。さらに、中間コンデンサ38の端子間電圧である中間電圧Vdc,bufをデューティ比Dで規定される昇圧比1/(1-D)で除した電圧が補機電池40および補機コンデンサ42に印加される。したがって、主機コンデンサ32の端子間電圧Vdc2が中間電圧Vdc,bufに降圧され、さらに、中間電圧Vdc,bufが補機電池40および補機コンデンサ42の両端の電圧Vdc3に降圧される。このような段階的な降圧によって、第2セカンダリ巻線28、スイッチング素子S9~S12に流れる電流が小さくなり、第2セカンダリ巻線28および第2セカンダリスイッチング回路36で消費される電力が抑制される。 According to such a configuration, the intermediate capacitor 38 is charged with a voltage obtained by dividing the inter-terminal voltage V dc2 of the main machine capacitor 32 by the winding ratio n. Further, a voltage obtained by dividing the intermediate voltage V dc, buf, which is the voltage between the terminals of the intermediate capacitor 38, by the step-up ratio 1/(1-D) defined by the duty ratio D, is applied to the auxiliary battery 40 and the auxiliary capacitor 42. be done. Therefore, the inter-terminal voltage V dc2 of the main machine capacitor 32 is stepped down to the intermediate voltage V dc, buf , and the intermediate voltage V dc, buf is further reduced to the voltage V dc3 across the auxiliary machine battery 40 and the auxiliary machine capacitor 42. . Such stepwise step-down reduces the current flowing through the second secondary winding 28 and the switching elements S9 to S12, and suppresses the power consumed by the second secondary winding 28 and the second secondary switching circuit 36. .
また、上述のようにnが予め定められているのではなく、デューティ比をD=0.4以上0.6以下、好ましくはD=0.5と定め、補機電池40および補機コンデンサ42の両端の電圧Vdc3が所望の値となるように巻線比nを設定することで、スイッチング素子S1~S12で発生するスイッチング損失が抑制される。 Further, instead of n being predetermined as described above, the duty ratio is set to D=0.4 or more and 0.6 or less, preferably D=0.5, and the auxiliary battery 40 and the auxiliary capacitor 4 By setting the winding ratio n so that the voltage V dc3 across the terminals becomes a desired value, switching losses occurring in the switching elements S1 to S12 are suppressed.
なお、車載用電力変換システムにおいて、第1スイッチング回路としてのプライマリスイッチング回路18から、第2スイッチング回路としての第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される場合、車載用電力変換システム内には次のような電力変換装置が構成される。 In the vehicle power conversion system, when power is transmitted from the primary switching circuit 18 as the first switching circuit to the second secondary switching circuit 36 as the second switching circuit, the vehicle power conversion system includes the following: A power conversion device like this is configured.
すなわち、1次巻線としてのプライマリ巻線24および2次巻線としての第2セカンダリ巻線28を備えるトランス22と、プライマリ巻線24に接続されたプライマリスイッチング回路18と、第2セカンダリ巻線28に接続された第2セカンダリスイッチング回路36と、第2セカンダリスイッチング回路36に含まれる中間コンデンサ38とを備える電力変換装置が構成される。 That is, a transformer 22 including a primary winding 24 as a primary winding and a second secondary winding 28 as a secondary winding, a primary switching circuit 18 connected to the primary winding 24, and a second secondary winding. A power conversion device is configured including a second secondary switching circuit 36 connected to the second secondary switching circuit 28 and an intermediate capacitor 38 included in the second secondary switching circuit 36.
第2セカンダリスイッチング回路36は、第1スイッチングアームおよび第2スイッチングアームとして、スイッチングアームyおよびzを備えている。プライマリスイッチング回路18は、第3スイッチングアームおよび第4スイッチングアームとして、スイッチングアームuおよびvを備えている。 The second secondary switching circuit 36 includes switching arms y and z as a first switching arm and a second switching arm. The primary switching circuit 18 includes switching arms u and v as a third switching arm and a fourth switching arm.
この電力変換装置では、プライマリスイッチング回路18および第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチング動作によって、プライマリスイッチング回路18からトランス22を介して第2セカンダリスイッチング回路36の中間コンデンサ38に電力が供給される。さらに、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチング動作によって、中間コンデンサ38から第2セカンダリ巻線28の中途点を介して補機電池40に電力が出力される。 In this power converter, power is supplied from the primary switching circuit 18 to the intermediate capacitor 38 of the second secondary switching circuit 36 via the transformer 22 by the switching operations of the primary switching circuit 18 and the second secondary switching circuit 36. Further, due to the switching operation of the second secondary switching circuit 36, power is output from the intermediate capacitor 38 to the auxiliary battery 40 via the midpoint of the second secondary winding 28.
プライマリスイッチング回路18のスイッチングタイミングに応じてプライマリ巻線24に現れる電圧の位相と、第2セカンダリスイッチング回路36のスイッチングタイミングに応じて第2セカンダリ巻線28に現れる電圧の位相との差異に応じて、プライマリスイッチング回路18から第2セカンダリスイッチング回路36に電力が伝送される。 According to the difference between the phase of the voltage appearing on the primary winding 24 according to the switching timing of the primary switching circuit 18 and the phase of the voltage appearing on the second secondary winding 28 according to the switching timing of the second secondary switching circuit 36. , power is transferred from the primary switching circuit 18 to the second secondary switching circuit 36.
この構成では、プライマリスイッチング回路18および第2セカンダリスイッチング回路36において、バッファコンデンサ20の端子間電圧Vdc1が中間電圧Vdc,bufに降圧され、中間電圧Vdc,bufが補機電池40および補機コンデンサ42の両端の電圧Vdc3に降圧される。このような段階的な降圧によって、第2セカンダリ巻線28、スイッチング素子S9~S12に流れる電流が小さくなり、第2セカンダリ巻線28および第2セカンダリスイッチング回路36で消費される電力が抑制される。 In this configuration, in the primary switching circuit 18 and the second secondary switching circuit 36, the voltage V dc1 between the terminals of the buffer capacitor 20 is stepped down to the intermediate voltage V dc, buf , and the intermediate voltage V dc, buf is The voltage across the mechanical capacitor 42 is reduced to V dc3 . Such stepwise step-down reduces the current flowing through the second secondary winding 28 and the switching elements S9 to S12, and suppresses the power consumed by the second secondary winding 28 and the second secondary switching circuit 36. .
図3には、本発明の実施形態に係る電力調整回路14の具体的な構成が示されている。電力調整回路14は、交流端子a、b、c、EMIフィルタ52、インダクタLα、Lβ、Lγ、スイッチングアームα、β、γ、出力コンデンサ56、正極端子16Pおよび負極端子16Nを備えている。スイッチングアームαは、直列に接続されたスイッチング素子Q1およびQ2を備えている。スイッチングアームβは、直列に接続されたスイッチング素子Q3およびQ4を備えている。スイッチングアームγは、直列に接続されたスイッチング素子Q5およびQ6を備えている。 FIG. 3 shows a specific configuration of the power adjustment circuit 14 according to the embodiment of the present invention. The power adjustment circuit 14 includes AC terminals a, b, c, an EMI filter 52, inductors Lα, Lβ, Lγ, switching arms α, β, γ, an output capacitor 56, a positive terminal 16P, and a negative terminal 16N. The switching arm α includes switching elements Q1 and Q2 connected in series. Switching arm β includes switching elements Q3 and Q4 connected in series. Switching arm γ includes switching elements Q5 and Q6 connected in series.
スイッチングアームα、β、γおよび出力コンデンサ56は並列に接続されている。スイッチングアームα、β、γおよび出力コンデンサ56の並列接続点の上端には正極端子16Pが接続され、下端には負極端子16Nが接続されている。 Switching arms α, β, γ and output capacitor 56 are connected in parallel. A positive terminal 16P is connected to the upper end of the parallel connection point of the switching arms α, β, γ and the output capacitor 56, and a negative terminal 16N is connected to the lower end.
交流端子aからインダクタLαの一端に至る経路、交流端子bからインダクタLβの一端に至る経路、および交流端子cからインダクタLγの一端に至る経路には、EMI(Electro Magnetic Interference)フィルタ52が挿入されている。インダクタLαの他端は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続点に接続されている。インダクタLβの他端はスイッチング素子Q3およびQ4の接続点に接続され、インダクタLγの他端はスイッチング素子Q5およびQ6の接続点に接続されている。 An EMI (Electro Magnetic Interference) filter 52 is inserted in a path from AC terminal a to one end of inductor Lα, a path from AC terminal b to one end of inductor Lβ, and a path from AC terminal c to one end of inductor Lγ. ing. The other end of the inductor Lα is connected to a connection point between switching elements Q1 and Q2. The other end of inductor Lβ is connected to the connection point between switching elements Q3 and Q4, and the other end of inductor Lγ is connected to the connection point between switching elements Q5 and Q6.
電力調整回路14は、3相モードと単相モードのいずれかの動作モードで動作する。3相モードでは、3相交流電力源50のU相出力端子、V相出力端子およびW相出力端子が、それぞれ、交流端子a、bおよびcに接続される。 The power adjustment circuit 14 operates in either a three-phase mode or a single-phase mode. In the three-phase mode, the U-phase output terminal, V-phase output terminal, and W-phase output terminal of the three-phase AC power source 50 are connected to AC terminals a, b, and c, respectively.
スイッチングアームα、βおよびγはコントローラ100によって制御される。スイッチングアームα、βおよびγは、交流端子a、bおよびcに流れる電流の時間波形を、3相交流電力源50が出力する3相交流電圧の時間波形に近似させ、または一致させるように、交流端子a、bおよびcに流れる電流をスイッチングする。これによって、3相交流電力源50から電力調整回路14に入力される電力の力率が向上する。 Switching arms α, β and γ are controlled by a controller 100. The switching arms α, β, and γ are arranged so that the time waveform of the current flowing through the AC terminals a, b, and c approximates or matches the time waveform of the three-phase AC voltage output by the three-phase AC power source 50. Switches the current flowing through AC terminals a, b, and c. This improves the power factor of the power input from the three-phase AC power source 50 to the power adjustment circuit 14.
電力調整回路14は、力率を向上させる動作を実行しつつ、3相交流電力源50から出力される3相交流電力を直流電力に変換して出力コンデンサ56を充電し、直流電圧を正極端子16Pおよび負極端子16Nから出力する。 The power adjustment circuit 14 converts the three-phase AC power output from the three-phase AC power source 50 into DC power, charges the output capacitor 56, and connects the DC voltage to the positive terminal while performing an operation to improve the power factor. 16P and negative terminal 16N.
単相モードでは、交流電力源10(単相交流電力源)の正相端子Lが交流端子aおよびbに接続され、逆相端子Nが交流端子cに接続される。スイッチングアームα、βおよびγは、交流端子aおよびbと、交流端子cに流れる電流の時間波形を、交流電力源10が出力する交流電圧の時間波形に近似させ、または一致させるように、交流端子aおよびbと交流端子cに流れる電流をスイッチングする。これによって、交流電力源10から電力調整回路14に入力される電力の力率が向上する。 In the single-phase mode, the positive phase terminal L of the AC power source 10 (single-phase AC power source) is connected to AC terminals a and b, and the negative phase terminal N is connected to AC terminal c. The switching arms α, β, and γ are arranged so that the time waveform of the current flowing through the AC terminals a and b and the AC terminal c approximates or matches the time waveform of the AC voltage output by the AC power source 10. Switches the current flowing through terminals a and b and AC terminal c. This improves the power factor of the power input from the AC power source 10 to the power adjustment circuit 14.
電力調整回路14は、力率を向上させる動作を実行しつつ、交流電力源10から出力される交流電力を直流電力に変換して出力コンデンサ56を充電し、直流電圧を正極端子16Pおよび負極端子16Nから出力する。 The power adjustment circuit 14 converts the AC power output from the AC power source 10 into DC power, charges the output capacitor 56, and supplies the DC voltage to the positive terminal 16P and the negative terminal while performing an operation to improve the power factor. Output from 16N.
図4には、3相モードにおけるEMIフィルタ52の構成が示されている。交流端子a,bおよびcから、インダクタLα、LβおよびLγに至るまでの3相の導線(U相線、V相線およびW相線から構成される3相線)には、2つのコモンモードチョークコイル60および62が挿入されている。3相交流電力源50と図4の左側に示されたコモンモードチョークコイル60との間の3相線には、3つのY接続コンデンサC1~C3が接続されている。Y接続コンデンサC1、C2およびC3のそれぞれの一端は、U相線、V相線およびW相線に接続されている。Y接続コンデンサC1、C2およびC3のそれぞれの他端は、共通に接続されている。3つのY接続コンデンサC1~C3の容量は同一であってよい。 FIG. 4 shows the configuration of the EMI filter 52 in three-phase mode. The three-phase conductors (three-phase wires consisting of U-phase wire, V-phase wire, and W-phase wire) from AC terminals a, b, and c to inductors Lα, Lβ, and Lγ have two common modes. Choke coils 60 and 62 are inserted. Three Y-connected capacitors C1-C3 are connected to the three-phase line between the three-phase AC power source 50 and the common mode choke coil 60 shown on the left side of FIG. One end of each of the Y-connected capacitors C1, C2, and C3 is connected to the U phase line, the V phase line, and the W phase line. The other ends of each of the Y-connected capacitors C1, C2 and C3 are commonly connected. The capacitances of the three Y-connected capacitors C1-C3 may be the same.
左側に示されたコモンモードチョークコイル60と、右側に示されたコモンモードチョークコイル62との間の3相線の相間には、3つのY接続コンデンサCU、CVおよびCWが接続されている。Y接続コンデンサCU、CVおよびCWのそれぞれの一端は、U相線、V相線およびW相線に接続されている。Y接続コンデンサCU、CVおよびCWのそれぞれの他端は共通に接続された上で接地されている。図4の右側に示されたコモンモードチョークコイル62と、インダクタLα、LβおよびLγとの間の3相線には、3つのY接続コンデンサC4~C6が接続されている。Y接続コンデンサC4、C5およびC6のそれぞれの一端は、U相線、V相線およびW相線に接続されている。Y接続コンデンサC4、C5およびC6のそれぞれの他端は、共通に接続されている。3つのY接続コンデンサC4~C6の容量は同一であってもよい。EMIフィルタ52によって3相線に発生するコモンモードノイズ、3相線の相間に発生するディファレンシャルモードノイズが抑制される。 Three Y-connected capacitors CU, CV, and CW are connected between the phases of the three-phase line between the common mode choke coil 60 shown on the left and the common mode choke coil 62 shown on the right. One end of each of the Y-connected capacitors CU, CV, and CW is connected to the U phase line, the V phase line, and the W phase line. The other ends of the Y-connected capacitors CU, CV, and CW are commonly connected and grounded. Three Y-connected capacitors C4 to C6 are connected to the three-phase line between the common mode choke coil 62 and the inductors Lα, Lβ, and Lγ shown on the right side of FIG. One end of each of the Y-connected capacitors C4, C5, and C6 is connected to the U phase line, the V phase line, and the W phase line. The other ends of each of the Y-connected capacitors C4, C5 and C6 are connected in common. The capacitances of the three Y-connected capacitors C4 to C6 may be the same. The EMI filter 52 suppresses common mode noise generated in the three-phase line and differential mode noise generated between the phases of the three-phase line.
図5には、単相モードにおけるEMIフィルタ52の構成が示されている。交流端子aおよびbから、インダクタLαおよびLβに至るまでの2本の導線が、交流電力源10に対する一方の送電線となり、インダクタLγから交流端子cに至るまでの1本の導線が交流電力源10に対する他方の送電線となる。 FIG. 5 shows the configuration of the EMI filter 52 in single-phase mode. Two conductive wires from AC terminals a and b to inductors Lα and Lβ become one power transmission line for the AC power source 10, and one conductive wire from inductor Lγ to AC terminal c becomes an AC power source. This is the other power transmission line for 10.
Y接続コンデンサCU、CVおよびCWの容量を適切に設定することで、各導線に現れるコモンモードノイズおよびディファレンシャルノイズが抑制される。Y接続コンデンサCU、CVおよびCWのうち少なくとも1つは、可変容量コンデンサであってもよい。 By appropriately setting the capacitances of the Y-connected capacitors CU, CV, and CW, common mode noise and differential noise appearing in each conducting wire can be suppressed. At least one of the Y-connected capacitors CU, CV, and CW may be a variable capacitor.
このように電力調整回路14は、並列接続された第1スイッチングアーム、第2スイッチングアームおよび第3スイッチングアームとして、スイッチングアームα、βおよびγを備えている。各スイッチングアームは、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子をそれぞれが含む。スイッチング素子Q1、Q3およびQ5が第1スイッチング素子に相当し、スイッチング素子Q2、Q4およびQ6が第2スイッチング素子に相当する。 In this way, the power adjustment circuit 14 includes switching arms α, β, and γ as a first switching arm, a second switching arm, and a third switching arm connected in parallel. Each switching arm includes a first switching element and a second switching element connected in series. Switching elements Q1, Q3, and Q5 correspond to first switching elements, and switching elements Q2, Q4, and Q6 correspond to second switching elements.
電力調整回路14は、スイッチングアームα、βおよびγのそれぞれにおける第1スイッチング素子(Q1,Q3,Q5)および第2スイッチング素子(Q2,Q4,Q6)の接続点に、インダクタLα、LβおよびLγを介して接続されたEMIフィルタ52と、各スイッチングアームの両端の並列接続点の間に接続された出力コンデンサ56とを備えている。 The power adjustment circuit 14 includes inductors Lα, Lβ, and Lγ at the connection points of the first switching elements (Q1, Q3, Q5) and the second switching elements (Q2, Q4, Q6) in each of the switching arms α, β, and γ. and an output capacitor 56 connected between the parallel connection points at both ends of each switching arm.
EMIフィルタ52は、交流端子a(第1端子)からスイッチングアームαにおけるスイッチング素子Q1およびQ2の接続点に至る経路に一端が接続された第1コンデンサ(C1、CU、C4)と、交流端子b(第2端子)からスイッチングアームβにおけるスイッチング素子Q3およびQ4の接続点に至る経路に一端が接続された第2コンデンサ(C2、CV、C5)と、交流端子c(第3端子)からスイッチングアームγにおけるスイッチング素子Q5およびQ6の接続点に至る経路に一端が接続された第3コンデンサ(C3、CW、C6)とを備えている。第1コンデンサ、第2コンデンサおよび第3コンデンサのそれぞれの他端は共通に接続されている。さらに、コンデンサCU、CVおよびCWの他端は接地されている。 The EMI filter 52 includes a first capacitor (C1, CU, C4) whose one end is connected to a path from an AC terminal a (first terminal) to a connection point of switching elements Q1 and Q2 in a switching arm α, and an AC terminal b. A second capacitor (C2, CV, C5) whose one end is connected to the path from (second terminal) to the connection point of switching elements Q3 and Q4 in switching arm β, and from AC terminal c (third terminal) to the switching arm A third capacitor (C3, CW, C6) is provided, one end of which is connected to a path leading to the connection point of switching elements Q5 and Q6 in γ. The other ends of each of the first capacitor, second capacitor, and third capacitor are commonly connected. Furthermore, the other ends of capacitors CU, CV and CW are grounded.
スイッチングアームα、βおよびγは、交流端子a、bおよびcに3相交流電圧が印加される3相モード、または、交流端子aおよび交流端子bと、交流端子cとの間に単相交流電圧が印加される単相モードのいずれかで動作する。 Switching arms α, β, and γ operate in a three-phase mode in which three-phase AC voltage is applied to AC terminals a, b, and c, or in a single-phase AC mode between AC terminals a and B, and AC terminal c. Operates in either single phase mode where voltage is applied.
図6(a)には、応用例に係る電力変換システムが示されている。電力変換システムは、電池70-1~70-N、スイッチング回路72-1~72-N、着脱自在巻線74-1~74-Nおよびコア66を備えている。電池70-1~70-Nの各正極端子および各負極端子は、それぞれ、スイッチング回路72-1~72-Nに接続されている。電池70-1~70-Nのうちいずれかには負荷回路が接続されてもよい。着脱自在巻線74-1~74-Nの各両端は、それぞれ、スイッチング回路72-1~72-Nに接続されている。各着脱自在巻線74-1~74-Nはコア66に対して着脱自在であり、コア66に固定されているときは、他の着脱自在巻線に磁気的に結合する。 FIG. 6(a) shows a power conversion system according to an application example. The power conversion system includes batteries 70-1 to 70-N, switching circuits 72-1 to 72-N, detachable windings 74-1 to 74-N, and a core 66. Each positive terminal and each negative terminal of batteries 70-1 to 70-N are connected to switching circuits 72-1 to 72-N, respectively. A load circuit may be connected to any one of the batteries 70-1 to 70-N. Both ends of each of the detachable windings 74-1 to 74-N are connected to switching circuits 72-1 to 72-N, respectively. Each detachable winding 74-1 to 74-N is detachable from the core 66, and when fixed to the core 66, is magnetically coupled to other detachable windings.
スイッチング回路72-1~72-Nは、図1に示された第1セカンダリスイッチング回路30、または、第2セカンダリスイッチング回路36のいずれかと同様の構成を有してよい。図6(a)に示されているスイッチング回路72-3を除くスイッチング回路は、図6(b)に示されているように、第1セカンダリスイッチング回路30と同一の構成を有している。また、スイッチング回路72-3は、図6(c)に示されているように、第2セカンダリスイッチング回路36と同一の構成を有している。 The switching circuits 72-1 to 72-N may have a configuration similar to either the first secondary switching circuit 30 or the second secondary switching circuit 36 shown in FIG. The switching circuits other than the switching circuit 72-3 shown in FIG. 6(a) have the same configuration as the first secondary switching circuit 30, as shown in FIG. 6(b). Furthermore, the switching circuit 72-3 has the same configuration as the second secondary switching circuit 36, as shown in FIG. 6(c).
第1セカンダリスイッチング回路30と同一の構成を有するスイッチング回路については、第1セカンダリスイッチング回路30において主機電池34が接続されていた箇所に相当する箇所に電池が接続される。第2セカンダリスイッチング回路36と同一の構成を有するスイッチング回路については、第2セカンダリスイッチング回路36において補機電池40が接続されていた箇所に相当する箇所に電池が接続される。 Regarding a switching circuit having the same configuration as the first secondary switching circuit 30, a battery is connected to a location corresponding to the location where the main engine battery 34 was connected in the first secondary switching circuit 30. Regarding a switching circuit having the same configuration as the second secondary switching circuit 36, the battery is connected to a location corresponding to the location where the auxiliary battery 40 was connected in the second secondary switching circuit 36.
電力変換システムでは、ある1つのスイッチング回路のスイッチングの位相と、他のスイッチング回路のスイッチングの位相との差異に応じて、その1つのスイッチング回路と他のスイッチング回路との間で、それぞれに接続された着脱自在巻線を介して電力が授受される。すなわち、スイッチング回路72-1~72-Nの相互のスイッチング位相差に応じて、スイッチング回路72-1~72-Nの相互間で電力が授受される。 In a power conversion system, connections are made between one switching circuit and another switching circuit depending on the difference between the switching phase of one switching circuit and the switching phase of the other switching circuit. Power is delivered and received via detachable windings. That is, power is exchanged between the switching circuits 72-1 to 72-N according to the switching phase difference between the switching circuits 72-1 to 72-N.
このような構成では、着脱自在巻線がコア66から着脱自在である。そのため、用いられるスイッチング回路の数を容易に増減することができる。また、第2セカンダリスイッチング回路36と同一の回路構成を採用することで、巻線およびスイッチング回路における電力損失が抑制される。 In such a configuration, the removable winding is removable from the core 66. Therefore, the number of switching circuits used can be easily increased or decreased. Further, by employing the same circuit configuration as the second secondary switching circuit 36, power loss in the winding and the switching circuit is suppressed.
10 交流電力源、12-1,12-2,a,b,c 交流端子、14 電力調整回路、16P 正極端子、16N 負極端子、18 プライマリスイッチング回路、20 バッファコンデンサ、22 トランス、24 プライマリ巻線、26 第1セカンダリ巻線、28 第2セカンダリ巻線、30 第1セカンダリスイッチング回路、32 主機コンデンサ、34 主機電池、36 第2セカンダリスイッチング回路、38 中間コンデンサ、40 補機電池、42 補機コンデンサ、50 3相交流電力源、52 EMIフィルタ、56 出力コンデンサ、60,62 コモンモードチョークコイル、70-1~70-N 電池、72-1~72-N スイッチング回路、74-1~74-N 着脱自在巻線、100 コントローラ、S1~S12,Q1~Q6 スイッチング素子、u,v,w,x,y,z,α,β,γ スイッチングアーム。
10 AC power source, 12-1, 12-2, a, b, c AC terminal, 14 power adjustment circuit, 16P positive terminal, 16N negative terminal, 18 primary switching circuit, 20 buffer capacitor, 22 transformer, 24 primary winding , 26 first secondary winding, 28 second secondary winding, 30 first secondary switching circuit, 32 main machine capacitor, 34 main machine battery, 36 second secondary switching circuit, 38 intermediate capacitor, 40 auxiliary machine battery, 42 auxiliary machine capacitor , 50 3-phase AC power source, 52 EMI filter, 56 output capacitor, 60, 62 common mode choke coil, 70-1 to 70-N battery, 72-1 to 72-N switching circuit, 74-1 to 74-N Detachable winding, 100 Controller, S1 to S12, Q1 to Q6 Switching element, u, v, w, x, y, z, α, β, γ Switching arm.
Claims (2)
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第1スイッチング素子の両端に接続された第1ダイオードと、
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第2スイッチング素子の両端に接続された第2ダイオードと、
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に接続されたフィルタと、
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームの両端の並列接続点の間に接続された出力コンデンサと、
第1端子から前記第1スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第1経路に設けられた第1インダクタと、
第2端子から前記第2スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第2経路に設けられた第2インダクタと、
第3端子から前記第3スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第3経路に設けられた第3インダクタと、を備え、
前記フィルタは、
前記第1経路に一端が接続された第1コンデンサと、
前記第2経路に一端が接続された第2コンデンサと、
前記第3経路に一端が接続された第3コンデンサと、を備え、
前記第1コンデンサ、前記第2コンデンサおよび前記第3コンデンサのそれぞれの他端は共通に接続され、接地されており、
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームは、
前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子に3相交流電圧が印加される3相モード、または、前記第1端子および前記第2端子と、前記第3端子との間に単相交流電圧が印加される単相モードのいずれかで動作し、
前記3相モードは、
前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電圧の時間波形に、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電流の時間波形を近似させまたは一致させるように、前記第1経路、前記第2経路および前記第3経路に流れる電流をスイッチングするスイッチング動作モードであり、
前記単相モードは、
前記第1端子および前記第2端子における電圧の時間波形に、前記第1端子および前記第2端子に流れる電流の時間波形を近似させまたは一致させるように、前記第1経路および前記第2経路に流れる電流をスイッチングするスイッチング動作モードであることを特徴とする電力調整回路。 A first switching arm, a second switching arm, and a third switching arm connected in parallel, each including a first switching element and a second switching element connected in series. 3 switching arms,
a first diode connected to both ends of a first switching element in each of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm;
a second diode connected to both ends of a second switching element in each of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm;
a filter connected to a connection point of a first switching element and a second switching element in each of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm;
an output capacitor connected between parallel connection points at both ends of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm ;
a first inductor provided in a first path from a first terminal to a connection point between a first switching element and a second switching element in the first switching arm;
a second inductor provided in a second path from a second terminal to a connection point between the first switching element and the second switching element in the second switching arm;
a third inductor provided in a third path from a third terminal to a connection point between the first switching element and the second switching element in the third switching arm;
The filter is
a first capacitor having one end connected to the first path ;
a second capacitor having one end connected to the second path ;
a third capacitor having one end connected to the third path ,
The other ends of each of the first capacitor, the second capacitor, and the third capacitor are commonly connected and grounded,
The first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm are
A three-phase mode in which a three-phase AC voltage is applied to the first terminal, the second terminal, and the third terminal, or a single-phase mode between the first terminal, the second terminal, and the third terminal. Operates in either single phase mode where alternating voltage is applied;
The three-phase mode is
The time waveform of each current at the first terminal, the second terminal, and the third terminal is made to approximate or match the time waveform of each voltage at the first terminal, the second terminal, and the third terminal. , a switching operation mode in which current flowing through the first path, the second path, and the third path is switched ;
The single phase mode is
the first path and the second path so that the time waveforms of the voltages at the first terminal and the second terminal approximate or match the time waveforms of the currents flowing through the first terminal and the second terminal; A power adjustment circuit characterized by being in a switching operation mode for switching flowing current .
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第1スイッチング素子の両端に接続された第1ダイオードと、
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームのそれぞれにおける第2スイッチング素子の両端に接続された第2ダイオードと、
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームの両端の並列接続点の間に接続された出力コンデンサと、
第1端子から前記第1スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第1経路に設けられた第1インダクタと、
第2端子から前記第2スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第2経路に設けられた第2インダクタと、
第3端子から前記第3スイッチングアームにおける第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の接続点に至る第3経路に設けられた第3インダクタと、を備え、
前記第1スイッチングアーム、前記第2スイッチングアームおよび前記第3スイッチングアームは、
前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子に3相交流電圧が印加される3相モード、または、前記第1端子および前記第2端子と、前記第3端子との間に単相交流電圧が印加される単相モードのいずれかで動作し、
前記3相モードは、
前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電圧の時間波形に、前記第1端子、前記第2端子および前記第3端子における各電流の時間波形を近似させまたは一致させるように、前記第1経路、前記第2経路および前記第3経路に流れる電流をスイッチングするスイッチング動作モードであり、
前記単相モードは、
前記第1端子および前記第2端子における電圧の時間波形に、前記第1端子および前記第2端子に流れる電流の時間波形を近似させまたは一致させるように、前記第1経路および前記第2経路に流れる電流をスイッチングするスイッチング動作モードであることを特徴とする電力調整回路。 A first switching arm, a second switching arm, and a third switching arm connected in parallel, each including a first switching element and a second switching element connected in series. 3 switching arms,
a first diode connected to both ends of a first switching element in each of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm;
a second diode connected to both ends of a second switching element in each of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm;
an output capacitor connected between parallel connection points at both ends of the first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm;
a first inductor provided in a first path from a first terminal to a connection point between a first switching element and a second switching element in the first switching arm;
a second inductor provided in a second path from a second terminal to a connection point between the first switching element and the second switching element in the second switching arm;
a third inductor provided in a third path from a third terminal to a connection point between the first switching element and the second switching element in the third switching arm;
The first switching arm, the second switching arm, and the third switching arm are
A three-phase mode in which a three-phase AC voltage is applied to the first terminal, the second terminal, and the third terminal, or a single-phase mode between the first terminal, the second terminal, and the third terminal. Operates in either single phase mode where alternating voltage is applied;
The three-phase mode is
The time waveform of each current at the first terminal, the second terminal, and the third terminal is made to approximate or match the time waveform of each voltage at the first terminal, the second terminal, and the third terminal. , a switching operation mode in which current flowing through the first path, the second path, and the third path is switched ;
The single phase mode is
the first path and the second path so that the time waveforms of the voltages at the first terminal and the second terminal approximate or match the time waveforms of the currents flowing through the first terminal and the second terminal; A power adjustment circuit characterized by being in a switching operation mode for switching flowing current .
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