JP7440586B2 - power regulation circuit - Google Patents

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JP7440586B2 JP2022138216A JP2022138216A JP7440586B2 JP 7440586 B2 JP7440586 B2 JP 7440586B2 JP 2022138216 A JP2022138216 A JP 2022138216A JP 2022138216 A JP2022138216 A JP 2022138216A JP 7440586 B2 JP7440586 B2 JP 7440586B2
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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.

特開２０１１－１９３７１３号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-193713 特開２０１０－１８３７２６号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-183726 特開２０１８－１４７９４号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-14794 特開２０１５－１１９５９８号公報JP 2015-119598 Publication

C.Zhao, “ An Isolated Three-port Bidirectional DC-DC Converter With Decoupled Power Flow Management ”, IEEE Transaction on Power Electronics, Volume:23, Issue:5, Sept. 2008C. Zhao, “An Isolated Three-port Bidirectional DC-DC Converter With Decoupled Power Flow Management”, IEEE Transaction on Power Electronics, Volume:23, Issue:5, Sept. 2008

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.

車載用電力変換システムを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an on-vehicle power conversion system. 第１セカンダリ巻線および第２セカンダリ巻線の各端子間電圧と、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０のそれぞれに流れる電流のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the voltage between each terminal of a 1st secondary winding and a 2nd secondary winding, and the electric current which flows into each of switching elements S9 and S10. 電力調整回路の具体的な構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of a power adjustment circuit. ３相モードにおけるＥＭＩフィルタの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an EMI filter in three-phase mode. 単相モードにおけるＥＭＩフィルタの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an EMI filter in single-phase mode. 応用例に係る電力変換システムを示す図である。1 is a diagram showing a power conversion system according to an application example.

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)

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 . 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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