JP7503084B2 - Power conversion device and on-board charger - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置、及び車載充電器に関する。 The present invention relates to a power conversion device and an on-board charger.
車載充電器として、三相交流電源と単相交流電源との双方に対応させる三相／単相切替回路を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、三相交流電源に対応した三相ＰＦＣコンバータとして、３個の平滑インダクタを磁気的に一体化した磁気結合インダクタを備えるものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。 A known on-board charger is equipped with a three-phase/single-phase switching circuit that can be used with both three-phase and single-phase AC power sources (see, for example, Patent Document 1). Also, a three-phase PFC converter that can be used with a three-phase AC power source is equipped with a magnetically coupled inductor that magnetically integrates three smoothing inductors (see, for example, Non-Patent Document 1).
非特許文献１に記載の磁気結合インダクタを特許文献１に記載の車載充電器の三相／単相切替回路に適用することで、インダクタの小型化による車載充電器の小型化を図ることが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の車載充電器では、三相交流電源の接続時には、磁気結合インダクタの三相の磁束が相殺されるのに対して、単相交流電源の接続時には、磁気結合インダクタの三相の磁束が重畳される。
By applying the magnetically coupled inductor described in
ここで、磁気結合インダクタのコアを、各コイルに挿通される第１～第３の軸と、リップル電流に起因する磁束の経路を確保する目的で設けられる第４の軸とを一体化した構成とすることが考えられる。三相交流電源の接続時には、リップル電流に起因する微小な磁束が第４の軸を流れるが、単相交流電源の接続時には、三相の磁束が重畳された大きな磁束が第４の軸を流れる。そのため、第４の軸を単相交流電源の接続時の条件に応じて設計しなければならず、磁気結合コンダクタの小型化が妨げられる。 Here, it is conceivable to configure the core of the magnetically coupled inductor so that the first to third axes inserted into each coil and a fourth axis provided for the purpose of securing a path for the magnetic flux resulting from the ripple current are integrated into one. When a three-phase AC power supply is connected, a minute magnetic flux resulting from the ripple current flows through the fourth axis, but when a single-phase AC power supply is connected, a large magnetic flux resulting from the superposition of the three-phase magnetic flux flows through the fourth axis. For this reason, the fourth axis must be designed according to the conditions when a single-phase AC power supply is connected, which hinders miniaturization of the magnetically coupled conductor.
本発明は、上記事情に鑑み、三相交流電源と単相交流電源との双方に対応可能で磁気結合インダクタを備える電力変換装置及び車載充電器であって、磁気結合インダクタの小型化を実現できる電力変換装置及び車載充電器を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a power conversion device and an on-board charger that are compatible with both three-phase AC power supplies and single-phase AC power supplies and have a magnetically coupled inductor, and that can achieve a smaller magnetically coupled inductor.
本発明の電力変換装置は、三相交流が入力する第１コイル、第２コイル、及び第３コイルが磁気的に結合された磁気結合インダクタと、前記第１コイル、前記第２コイル、及び前記第３コイルから出力された交流を直流に変換する変換部と、三相交流電源に対して前記第１コイル、前記第２コイル、及び前記第３コイルを接続する三相接続状態と、単相交流電源に対して前記第１コイル、及び前記第２コイルを接続し前記第３コイルを遮断する単相接続状態とを切り替える切替部とを備え、前記磁気結合インダクタは、前記第１コイルに挿通された第１軸と、前記第２コイルに挿通された第２軸と、前記第３コイルに挿通された第３軸と、前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸と並列された第４軸とが一体化されたコアとを備え、前記切替部は、前記単相接続状態における前記第２コイルの入力側と出力側とを、前記三相接続状態における前記第２コイルの入力側と出力側とが反転した状態にする。 The power conversion device of the present invention includes a magnetically coupled inductor in which a first coil, a second coil, and a third coil are magnetically coupled to receive three-phase AC; a conversion unit that converts the AC output from the first coil, the second coil, and the third coil into DC; and a switching unit that switches between a three-phase connection state in which the first coil, the second coil, and the third coil are connected to a three-phase AC power source and a single-phase connection state in which the first coil and the second coil are connected to a single-phase AC power source and the third coil is cut off. The magnetically coupled inductor includes a core that is integrated with a first axis inserted into the first coil, a second axis inserted into the second coil, a third axis inserted into the third coil, and a fourth axis that is parallel to the first axis, the second axis, and the third axis. The switching unit reverses the input side and output side of the second coil in the single-phase connection state to the input side and output side of the second coil in the three-phase connection state.
本発明の車載充電器は、上記電力変換装置を備える。 The vehicle charger of the present invention is equipped with the above-mentioned power conversion device.
本発明によれば、三相交流電源と単相交流電源との双方に対応可能で磁気結合インダクタを備える電力変換装置及び車載充電器において、磁気結合インダクタの小型化を実現できる。 The present invention makes it possible to reduce the size of a magnetically coupled inductor in a power conversion device and an on-board charger that are compatible with both three-phase and single-phase AC power sources and have a magnetically coupled inductor.
以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。 The present invention will be described below in accordance with a preferred embodiment. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. In addition, in the embodiment described below, some configurations are omitted from illustration and description, but for the details of the omitted technology, publicly known or well-known technology is applied as appropriate within the scope of not causing any inconsistencies with the contents described below.
図１は、本発明の一実施形態に係る車載充電器１を示す回路図である。この回路図に示す車載充電器１は、三相交流電源２と単相交流電源３（図３参照）との双方に対応可能であり、三相交流電源２又は単相交流電源３から供給される電力を変換してバッテリ４を充電する。この車載充電器１は、３レグ型のＰＦＣ回路２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とを備える。
Figure 1 is a circuit diagram showing an on-
ＰＦＣ回路２０は、磁気結合インダクタ１０と、三相／単相切替回路１００と、第１スイッチングレグ２１、第２スイッチングレグ２２、及び第３スイッチングレグ２３と、第１出力コンデンサ２４、及び第２出力コンデンサ２５とを備える。このＰＦＣ回路２０は、三相交流電源２又は単相交流電源３から入力された交流電力を力率が調整され高調波を抑制した直流電力に変換してＤＣ／ＤＣコンバータ３０に出力する。
The
磁気結合インダクタ１０は、Ｕ相電流に対応する第１コイル１１Ｕ、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖ、及びＷ相電流に対応する第３コイル１１Ｗと、第１コイル１１Ｕ、第２コイル１１Ｖ、及び第３コイル１１Ｗを磁気的に結合するコア１２とを備える。この磁気結合インダクタ１０の構成の詳細については後述する。
The magnetically coupled
三相／単相切替回路１００は、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで第２コイル１１Ｖ、及び第３コイル１１ＷのＰＦＣ（Power factor correction）回路２０での接続状態を切り替える。ここで、三相／単相切替回路１００は、単相交流電源３の接続時に第３コイル１１Ｗを遮断する機能に加えて、第２コイル１１Ｖの入力側と出力側とを、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで反転させる機能を備える。これらの機能の詳細については後述する。
The three-phase/single-
第１スイッチングレグ２１は、直列に接続された一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備える。第２スイッチングレグ２２は、直列に接続された一対のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を備える。また、第３スイッチングレグ２３は、直列に接続された一対のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を備える。第１～第３スイッチングレグ２１～２３は、並列に接続されている。第１スイッチングレグ２１が前段に配され、第３スイッチングレグ２３が後段に配されている。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、双方向遮断能力を備える半導体スイッチング素子であり、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-oxide-semiconductor-field-effect transistor）やＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）等である。
The
第１出力コンデンサ２４と第２出力コンデンサ２５とは直列に接続されている。また、第１出力コンデンサ２４と第２出力コンデンサ２５とは、第３スイッチングレグ２３の後段側に第１～第３スイッチングレグ２１～２３と並列に接続されている。また、第１出力コンデンサ２４と第２出力コンデンサ２５との間（第１及び第２出力コンデンサ２４，２５の中点）は、Ｎ線１１１Ｎにより三相交流電源２又は単相交流電源３の接地側に接続されている。
The
ＰＦＣ回路２０は、制御装置（図示省略）から入力されるＰＷＭ（Pulse width modulation）制御信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング制御する。このＰＦＣ回路２０は、高力率コンバータを構成しており、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング制御により、力率の調整に加えて出力電圧の大きさを調整する。
The
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、ＰＦＣ回路２０から出力される直流電力を変圧してバッテリ４に出力する。なお、以下に説明するＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成は一例であり、特に限定されるものではない。一例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、一次側フルブリッジ回路３１と、トランス３２と、二次側フルブリッジ回路３３とを備える。
The DC/
一次側フルブリッジ回路３１は、単相電圧型フルブリッジインバータであり、ＰＦＣ回路２０から出力される直流電力を所定周波数の交流電力に変換してトランス３２に出力する。この一次側フルブリッジ回路３１は、制御装置（図示省略）から入力されるＰＷＭ制御信号に応じて、スイッチング素子をスイッチング制御することにより、トランス３２への出力電力の周波数を調整する。
The primary side
トランス３２は、一次側フルブリッジ回路３１と二次側フルブリッジ回路３３とを絶縁すると共に、一次側フルブリッジ回路３１の出力電圧を変圧してバッテリ４の入力電圧を調整する。また、二次側フルブリッジ回路３３は、単相電圧側フルブリッジインバータであり、トランス３２から出力される交流電力を直流電力に変換してバッテリ４へ出力する。
The
図２は、図１に示すＰＦＣ回路２０の三相交流電源２の接続時の状態を示す回路図であり、図３は、ＰＦＣ回路２０の単相交流電源３の接続時の状態を示す回路図である。これらの回路図に示すように、ＰＦＣ回路２０では、三相／単相切替回路１００が、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで、第２コイル１１Ｖ及び第３コイル１１Ｗの接続状態を切り替える。
2 is a circuit diagram showing the state of the
三相／単相切替回路１００は、第１スイッチ１０１と、第２スイッチ１０２と、第３スイッチ１０３と、第４スイッチ１０４とを備える。これらの第１スイッチ１０１、第２スイッチ１０２、第３スイッチ１０３、及び第４スイッチ１０４が、制御装置（図示省略）から入力される切替信号に応じて切り替えられることにより、第２コイル１１Ｖ及び第３コイル１１Ｗの接続状態が切り替えられる。
The three-phase/single-
三相／単相切替回路１００は、電力線として、Ｕ相１１１Ｕと、Ｖ相１１１Ｖと、Ｗ相１１１Ｗと、Ｎ線１１１Ｎと、Ｖ相切替線１１２Ｖ，１１３Ｖと、Ｎ線切替線１１４Ｎとを備える。Ｕ相１１１Ｕは、入力端子Ｕと第１スイッチングレグ２１とを接続している。このＵ相１１１Ｕには、第１コイル１１Ｕが設けられている。第１コイル１１Ｕの入力側は、Ｕ相１１１Ｕにより入力端子Ｕに接続され、第１コイル１１Ｕの出力側は、Ｕ相１１１Ｕにより第１スイッチングレグ２１におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間に接続されている。
The three-phase/single-
Ｖ相１１１Ｖは、入力端子Ｖと第２スイッチングレグ２２とを接続している。このＶ相１１１Ｖには、第１スイッチ１０１、第２コイル１１Ｖ、及び第２スイッチ１０２が設けられている。第２コイル１１Ｖの三相交流電源２の接続時の入力側は、Ｖ相１１１Ｖにより入力端子Ｖに接続され、第２コイル１１Ｖの三相交流電源２の接続時の出力側は、Ｖ相１１１Ｖにより第２スイッチングレグ２２におけるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間に接続されている。第１スイッチ１０１は、入力端子Ｖと第２コイル１１Ｖとの間に設けられ、第２スイッチ１０２は、第２コイル１１Ｖと第２スイッチングレグ２２との間に設けられている。
The
Ｗ相１１１Ｗは、入力端子Ｗと第３スイッチングレグ２３とを接続している。このＷ相１１１Ｗには、第３コイル１１Ｗと第３スイッチ１０３とが設けられている。第３コイル１１Ｗの入力側は、Ｗ相１１１Ｗにより入力端子Ｗに接続され、第３コイル１１Ｗの出力側は、Ｗ相１１１Ｗにより第３スイッチングレグ２３におけるスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の間に接続されている。第３スイッチ１０３は、第３コイル１１Ｗと第３スイッチングレグ２３との間に設けられている。
The
Ｎ線１１１Ｎは、第１及び第２出力コンデンサ２４，２５の中点と端子Ｎとを接続している。このＮ線１１１Ｎには、第４スイッチ１０４が設けられている。
The
Ｖ相切替線１１２Ｖは、Ｕ相１１１Ｕにおける入力端子Ｕと第１コイル１１Ｕとの間と、Ｖ相１１１Ｖにおける第２コイル１１Ｖと第２スイッチングレグ２２との間とを接続している。ここで、Ｖ相切替線１１２ＶとＶ相１１１Ｖとの接続点に第２スイッチ１０２が設けられている。第２スイッチ１０２は、Ｖ相切替線１１２ＶとＶ相１１１Ｖとを遮断する状態と、Ｖ相切替線１１２ＶとＶ相１１１Ｖとを接続する状態とを切り替える。図２に示す三相交流電源２の接続時に、第２スイッチ１０２は、Ｖ相切替線１１２ＶとＶ相１１１Ｖとを遮断し、第２コイル１１Ｖの出力側と第２スイッチングレグ２２とを接続する。他方で、図３に示す単相交流電源３の接続時に、第２スイッチ１０２は、Ｖ相切替線１１２ＶとＶ相１１１Ｖとを接続し、第２コイル１１Ｖの三相交流電源２の接続時における出力側と第２スイッチングレグ２２とを遮断する。
The V-
Ｖ相切替線１１３Ｖは、Ｖ相１１１Ｖにおける入力端子Ｖと第２コイル１１Ｖとの間と、Ｖ相１１１Ｖにおける第２スイッチ１０２と第２スイッチングレグ２２との間とを接続している。ここで、Ｖ相１１１Ｖにおける入力端子Ｖと第２コイル１１Ｖとの間に対するＶ相切替線１１３Ｖの接続点に第１スイッチ１０１が設けられている。第１スイッチ１０１は、Ｖ相切替線１１３ＶとＶ相１１１Ｖとを遮断する状態と、Ｖ相切替線１１３ＶとＶ相１１１Ｖとを接続する状態とを切り替える。図２に示す三相交流電源２の接続時に、第１スイッチ１０１は、Ｖ相切替線１１３ＶとＶ相１１１Ｖとを遮断し、第２コイル１１Ｖの入力側と入力端子Ｖとを接続する。他方で、図３に示す単相交流電源３の接続時に、第１スイッチ１０１は、Ｖ相切替線１１３ＶとＶ相１１１Ｖとを接続し、第２コイル１１Ｖの三相交流電源２の接続時における入力側と入力端子Ｖとを遮断する。
The V-
Ｎ線切替線１１４Ｎは、Ｗ相１１１Ｗにおける第３スイッチ１０３と第３スイッチングレグ２３との間と、Ｎ線１１１Ｎとを接続している。ここで、Ｗ相１１１ＷにおけるＮ線切替線１１４Ｎとの接続点と第３コイル１１Ｗとの間には、第３スイッチ１０３が設けられている。第３スイッチ１０３は、第３コイル１１Ｗと第３スイッチングレグ２３とを接続する状態と、第３コイル１１Ｗと第３スイッチングレグ２３とを遮断する状態とを切り替える。図２に示す三相交流電源２の接続時に、第３スイッチ１０３は、第３コイル１１Ｗを第３スイッチングレグ２３に接続する。他方で、図３に示す単相交流電源３の接続時に、第３スイッチ１０３は、第３コイル１１Ｗを第３スイッチングレグ２３に対して遮断する。
The N-
また、Ｎ線切替線１１４ＮとＮ線１１１Ｎとの接続点には、第４スイッチ１０４が設けられている。第４スイッチ１０４は、Ｎ線切替線１１４ＮとＮ線１１１Ｎとを遮断する状態と、Ｎ線切替線１１４ＮとＮ線１１１Ｎとを接続する状態とを切り替える。図２に示す三相交流電源２の接続時に、第４スイッチ１０４は、Ｎ線切替線１１４ＮとＮ線１１１Ｎとを遮断し、端子Ｎと第１及び第２出力コンデンサ２４，２５の中点とを接続する。他方で、図３に示す単相交流電源３の接続時に、第４スイッチ１０４は、Ｎ線切替線１１４ＮとＮ線１１１Ｎとを接続し、端子Ｎと第１及び第２出力コンデンサ２４，２５の中点とを遮断する。
A
即ち、本実施形態の三相／単相切替回路１００では、Ｕ相電流に対応する第１コイル１１Ｕは、三相交流電源２と単相交流電源３との何れの接続時にも接続状態とされ、且つ、入力側と出力側とが不変である。それに対して、Ｗ相電流に対応する第３コイル１１Ｗは、図２に示す三相交流電源２の接続時には接続状態とされ、図３に示す単相交流電源３の接続時には遮断状態とされる。
That is, in the three-phase/single-
さらに、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖは、三相交流電源２と単相交流電源３との何れの接続時にも接続状態とされ、且つ、図２に示す三相交流電源２の接続時と図３に示す単相交流電源３の接続時とで、入力側と出力側とが反転される。具体的には、図２に示す三相交流電源２の接続時には、第２コイル１１Ｖの入力側と出力側との位置関係は、第１及び第３コイル１１Ｕ，１１Ｗの入力側と出力側との位置関係と同じである。他方で、図３に示す単相交流電源３の接続時には、第２コイル１１Ｖの入力側と出力側との位置関係は、第１コイル１１Ｕの入力側と出力側との位置関係に対して逆である。
Furthermore, the
加えて、図２に示す三相交流電源２の接続時には、第１及び第２出力コンデンサ２４，２５の中点が、三相交流電源２の接地側に接続される。他方で、図３に示す単相交流電源３の接続時には、第３スイッチングレグ２３が、単相交流電源３の接地側に接続される。
In addition, when the three-phase
図４は、比較例に係るＰＦＣ回路２０’の三相交流電源２の接続時の状態を示す回路図であり、図５は、比較例に係るＰＦＣ回路２０’の単相交流電源３の接続時の状態を示す回路図である。これらの図に示すように、比較例に係るＰＦＣ回路２０’は、磁気結合インダクタ１０’と、三相／単相切替回路１００’と、第１スイッチングレグ２１、第２スイッチングレグ２２、及び第３スイッチングレグ２３と、第１出力コンデンサ２４、及び第２出力コンデンサ２５とを備える。なお、上述の実施形態に係るＰＦＣ回路２０と同様の構成については同一の符号を付し、上述の実施形態についての説明を援用する。また、磁気結合インダクタ１０’の詳細については後述する。
Fig. 4 is a circuit diagram showing a state of the PFC circuit 20' according to the comparative example when a three-phase
三相／単相切替回路１００’は、電力線として、Ｕ相１１１Ｕ、Ｖ相１１１Ｖ、Ｗ相１１１Ｗ、及びＮ線１１１Ｎに加えて、入力切替線１１２を備える。入力切替線１１２は、第２コイル１１Ｖ及び第３コイル１１Ｗの入力側を入力端子Ｕに接続する。
The three-phase/single-phase switching circuit 100' includes
入力切替線１１２とＶ相１１１Ｖとの接続点には、第１スイッチ１０１’が設けられている。第１スイッチ１０１’は、入力切替線１１２とＶ相１１１Ｖとを遮断する状態と、入力切替線１１２とＶ相１１１Ｖとを接続する状態とを切り替える。図４に示す三相交流電源２の接続時には、第１スイッチ１０１’は、入力端子Ｖと第２コイル１１Ｖの入力側とを接続する。他方で、図５に示す単相交流電源３の接続時には、第１スイッチ１０１’は、入力端子Ｕと第２コイル１１Ｖの入力側とを接続する。
A
入力切替線１１２とＷ相１１１Ｗとの接続点には、第２スイッチ１０２’が設けられている。第２スイッチ１０２’は、入力切替線１１２とＷ相１１１Ｗとを遮断する状態と、入力切替線１１２とＷ相１１１Ｗとを接続する状態とを切り替える。図４に示す三相交流電源２の接続時には、第２スイッチ１０２’は、入力端子Ｗと第３コイル１１Ｗの入力側とを接続する。他方で、図５に示す単相交流電源３の接続時には、第２スイッチ１０２’は、入力端子Ｕと第３コイル１１Ｗの入力側とを接続する。
A second switch 102' is provided at the connection point between the
即ち、比較例の三相／単相切替回路１００’では、図４に示す三相交流電源２の接続時には、Ｕ相電流に対応する第１コイル１１Ｕは入力端子Ｕに、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖは入力端子Ｖに、Ｗ相電流に対応する第３コイル１１Ｗは入力端子Ｗに、それぞれ接続される。他方で、図５に示す単相交流電源３の接続時には、第１コイル１１Ｕ、第２コイル１１Ｖ、及び第３コイル１１Ｗが、入力端子Ｕに接続される。ここで、第１コイル１１Ｕ、第２コイル１１Ｖ、及び第３コイル１１Ｗの入力側と出力側との位置関係は、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで同じである。
That is, in the three-phase/single-phase switching circuit 100' of the comparative example, when the three-phase
図６は、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流に対応するインダクタ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを別体にする場合と、本実施形態に係る磁気結合インダクタ１０とを示す図である。この図に示すように、本実施形態に係る磁気結合インダクタ１０は、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流に対応するインダクタ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを一体化したものである。また、本実施形態の磁気結合インダクタ１０は、Ｕ相電流に対応する第１コイル１１Ｕ、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖ、及びＷ相電流に対応する第３コイル１１Ｗをコア１２により磁気的に結合したものである。この図に示すように、本実施形態の磁気結合インダクタ１０は、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流に対応するインダクタ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを一体化することにより小型化が実現されている。
Figure 6 is a diagram showing the magnetically coupled
ここで、本実施形態の磁気結合インダクタ１０のコア１２は、第１軸１２Ｕ、第２軸１２Ｖ、第３軸１２Ｗ、及び第４軸１２Ｘが相互に並列に配され一体化された構成である。第１軸１２Ｕは、第１コイル１１Ｕに挿通され、第２軸１２Ｖは、第２コイル１１Ｖに挿通され、第３軸１２Ｗは、第３コイル１１Ｗに挿通されている。第４軸１２Ｘは、第３軸１２Ｗに隣接されており、コイルには挿通されていない。この第４軸１２Ｘは、詳細は後述するが、第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗのコイル電流のリップル成分に起因する磁束の経路を確保する目的で設けられている。
The
図７は、比較例に係る磁気結合インダクタ１０’を示す図である。この図に示すように、比較例に係る磁気結合インダクタ１０’は、上述の実施形態に係る磁気結合インダクタ１０に比して、第４軸１２Ｘ’の断面積（軸方向に対して直交する断面の面積）が大きい。それにより、比較例に係る磁気結合インダクタ１０’のコア１２’が上述の実施形態に係る磁気結合インダクタ１０のコア１２に比して大型化している。そのため、比較例に係るＰＦＣ回路２０’（図４及び図５参照）では、磁気結合インダクタ１０’を採用することによる小型化の効果が得られ難いという難点がある。
Figure 7 is a diagram showing a magnetically coupled inductor 10' according to a comparative example. As shown in this figure, the magnetically coupled inductor 10' according to the comparative example has a larger cross-sectional area of the
以下、本実施形態に係るＰＦＣ回路２０において磁気結合インダクタ１０を小型化できる要因について、比較例に係るＰＦＣ回路２０’と比較しながら説明する。
Below, the factors that enable the
図８は、本実施形態に係るＰＦＣ回路２０の三相交流電源２の接続時における入力電圧、コイル電流、出力電流、及び磁束を示す波形図である。入力電圧を示す波形図では、第１コイル１１Ｕの入力電圧（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖの入力電圧（図中のＶ相）と、第３コイル１１Ｗの入力電圧（図中のＷ相）とを示している。この波形図に示すように、三相交流電源２の接続時の第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの入力電圧は、振幅が同じで１２０°ずつ位相がずれた正弦波として現れる。
Figure 8 is a waveform diagram showing the input voltage, coil current, output current, and magnetic flux when the three-phase
コイル電流を示す波形図では、第１コイル１１Ｕのコイル電流（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖのコイル電流（図中のＶ相）と、第３コイル１１Ｗのコイル電流（図中のＷ相）と、Ｎ線１１１Ｎの電流とを示している。この波形図に示すように、三相交流電源２の接続時の第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗのコイル電流は、振幅が同じで１２０°ずつ位相がずれた正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。また、三相交流電源２の接続時のＮ線１１１Ｎの電流は、０にはならず、スイッチングリップルによる三角波状の波形として現れる。
The waveform diagram showing the coil currents shows the coil current of the
出力電流を示す波形図では、第１コイル１１Ｕの出力電流（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖの出力電流（図中のＶ相）と、第３コイル１１Ｗの出力電流（図中のＷ相）と、第１出力コンデンサ２４に出力された合成電流とを示している。この波形図に示すように、三相交流電源２の接続時の第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの出力電流は、振幅が同じで１２０°ずつ位相がずれた正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。但し、当該正弦波の振幅の中心は、当該正弦波の振幅の１／２の値である。また、三相交流電源２の接続時の合成電流は、一定にはならず、スイッチングリップルによる三角波形状の波形として現れる。
The waveform diagram showing the output current shows the output current of the
磁束を示す波形図では、第１軸１２Ｕの磁束（図中のＵ相）と、第２軸１２Ｖの磁束（図中のＶ相）と、第３軸１２Ｗの磁束（図中のＷ相）と、第４軸１２Ｘの磁束とを示している。この波形図に示すように、三相交流電源２の接続時の第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの磁束は、振幅が同じで１２０°ずつ位相がずれた正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。また、三相交流電源２の接続時の第４軸１２Ｘの磁束は、０にはならず、スイッチングリップルによる三角波状の波形として現れる。
The waveform diagram showing the magnetic flux shows the magnetic flux of the
ここで、三相交流電源２の接続時には、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗには、正弦波成分の磁束が流れるので、当該磁束に対応可能に、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの断面積を設定する必要がある。それに対して、第４軸１２Ｘには、リップル成分の磁束が流れるのみであり、当該磁束は正弦波成分の磁束に比して微小である。そのため、単相交流電源３の接続時に第４軸１２Ｘに流れる磁束を同様に微小に抑制できる場合には、第４軸１２Ｘの断面積を、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに比して小さく設定することができる。
When the three-phase
図９は、本実施形態に係るＰＦＣ回路２０の単相交流電源３の接続時における入力電圧、コイル電流、出力電流、及び磁束を示す波形図である。入力電圧を示す波形図では、第１コイル１１Ｕの入力電圧（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖの入力電圧（図中のＶ相）と、第３コイル１１Ｗの入力電圧（図中のＷ相）とを示している。この波形図に示すように、単相交流電源３の接続時の第１コイル１１Ｕ及び第２コイル１１Ｖの入力電圧は、振幅が同じで１８０°位相がずれた正弦波として現れる。また、第３コイル１１Ｗの入力電圧は、高周波で振動する波形として現れる。
Figure 9 is a waveform diagram showing the input voltage, coil current, output current, and magnetic flux when the single-phase
コイル電流を示す波形図では、第１コイル１１Ｕのコイル電流（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖのコイル電流（図中のＶ相）と、Ｎ線１１１Ｎの電流とを示している。この波形図に示すように、単相交流電源３の接続時の第１、第２コイル１１Ｕ，１１Ｖのコイル電流は、振幅が同じで１８０°位相がずれた正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。また、単相交流電源３の接続時のＮ線１１１Ｎの電流は、０にはならず、スイッチングリップルによる三角波状の波形として現れる。
The waveform diagram showing the coil currents shows the coil current of the
出力電流を示す波形図では、第１コイル１１Ｕの出力電流（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖの出力電流（図中のＶ相）と、第３コイル１１Ｗの出力電流（図中のＷ相）と、第１出力コンデンサ２４に出力された合成電流とを示している。この波形図に示すように、単相交流電源３の接続時の第１、第２コイル１１Ｕ，１１Ｖの出力電流は、振幅と位相とが同じである正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。但し、当該正弦波の振幅の中心は、当該正弦波の振幅の１／２の値である。また、単相交流電源３の接続時の合成電流は、第１、第２コイル１１Ｕ，１１Ｖの出力電流に対して振幅が２倍で位相が同じである正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。但し、当該正弦波の振幅の中心は、当該正弦波の振幅の１／２の値である。
The waveform diagram showing the output current shows the output current of the
磁束を示す波形図では、第１軸１２Ｕの磁束（図中のＵ相）と、第２軸１２Ｖの磁束（図中のＶ相）と、第４軸１２Ｘの磁束とを示している。この波形図に示すように、単相交流電源３の接続時の第１，第２軸１２Ｕ，１２Ｖの磁束は、振幅が同じで１８０°位相がずれた正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。また、単相交流電源３の接続時の第４軸１２Ｘの磁束は、０にはならず、スイッチングリップルによる三角波状の波形として現れる。
The waveform diagram showing the magnetic flux shows the magnetic flux of the
ここで、単相交流電源３の接続時には、第１，第２軸１２Ｕ，１２Ｖには、正弦波成分の磁束が流れる。それに対して、第４軸１２Ｘには、リップル成分の磁束が流れるのみであり、当該磁束は正弦波成分の磁束に比して微小である。そのため、第４軸１２Ｘの断面積を、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに比して小さく設定することができる。
When the single-phase
図１０は、比較例に係るＰＦＣ回路２０’の単相交流電源３の接続時における入力電圧、コイル電流、出力電流、及び磁束を示す波形図である。入力電圧を示す波形図では、第１コイル１１Ｕの入力電圧（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖの入力電圧（図中のＶ相）と、第３コイル１１Ｗの入力電圧（図中のＷ相）とを示している。この波形図に示すように、単相交流電源３の接続時の第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの入力電圧は、振幅と位相とが同じである正弦波として現れる。
Figure 10 is a waveform diagram showing the input voltage, coil current, output current, and magnetic flux when the single-phase
コイル電流を示す波形図では、第１コイル１１Ｕのコイル電流（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖのコイル電流（図中のＶ相）と、第３コイル１１Ｗのコイル電流（図中のＷ相）と、Ｎ線１１１Ｎの電流とを示している。この波形図に示すように、単相交流電源３の接続時の第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗのコイル電流は、振幅と位相とが同じである正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。また、単相交流電源３の接続時のＮ線１１１Ｎの電流は、第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗのコイル電流に比して振幅が３倍で位相が同じである正弦波として現れる。
The waveform diagram showing the coil currents shows the coil current of the
出力電流を示す波形図では、第１コイル１１Ｕの出力電流（図中のＵ相）と、第２コイル１１Ｖの出力電流（図中のＶ相）と、第３コイル１１Ｗの出力電流（図中のＷ相）と、第１出力コンデンサ２４に出力された合成電流とを示している。この波形図に示すように、単相交流電源３の接続時の第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの出力電流は、振幅と位相とが同じである正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。但し、当該正弦波の振幅の中心は、当該正弦波の振幅の１／２の値である。また、単相交流電源３の接続時の合成電流は、第１～第３コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの出力電流に対して振幅が３倍で位相が同じである正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。但し、当該正弦波の振幅の中心は、当該正弦波の振幅の１／２の値である。
The waveform diagram showing the output current shows the output current of the
磁束を示す波形図では、第１軸１２Ｕの磁束（図中のＵ相）と、第２軸１２Ｖの磁束（図中のＶ相）と、第３軸１２Ｗの磁束（図中のＷ相）と、第４軸１２Ｘ’の磁束とを示している。この波形図に示すように、単相交流電源３の接続時の第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの磁束は、振幅と位相とが同じである正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。また、単相交流電源３の接続時の第４軸１２Ｘ’の磁束は、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの磁束に比して振幅が３倍で位相が同じである正弦波にスイッチングリップルが重畳した波形として現れる。
The magnetic flux waveform diagram shows the magnetic flux of the
ここで、単相交流電源３の接続時には、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗには、正弦波成分の磁束が流れる。それに対して、第４軸１２Ｘ’には、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに流れる磁束に比して振幅が３倍の正弦波成分の磁束が流れる。そのため、第４軸１２Ｘ’の断面積を、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに比して大きく設定しなければならない。従って、比較例に係るＰＦＣ回路２０’では、上述の実施形態に係るＰＦＣ回路２０に比して、磁気結合インダクタ１０’のコア１２’が大型化し、磁気結合インダクタ１０’の採用によるＰＦＣ回路２０’の小型化という効果が得られない。
Here, when the single-phase
それに対して、本実施形態に係るＰＦＣ回路２０では、三相／単相切替回路１００が、単相交流電源３の接続時における第２コイル１１Ｖの入力側と出力側とを、三相交流電源２の接続時における第２コイル１１Ｖの入力側と出力側とが反転した状態にする。即ち、三相／単相切替回路１００が、第１コイル１１Ｕの入力電圧と第２コイル１１Ｖの入力電圧との位相差を１８０°にする。これによって、第４軸１２Ｘを流れる磁束を、リップル成分の磁束のみという正弦波成分の磁束に比して微小な磁束に抑えることができる。従って、第４軸１２Ｘの断面積を、比較例の第４軸１２Ｘ’に比して小さくすることができ、さらには、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに比して小さく設定することができる。よって、磁気結合インダクタ１０の小型化を実現でき、磁気結合インダクタ１０の採用によるＰＦＣ回路２０の小型化という効果を得ることができる。
In contrast, in the
また、本実施形態に係る３レグ型のＰＦＣ回路２０において、三相／単相切替回路１００は、第１コイル１１Ｕについては、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時との双方で常時接続し、入力側と出力側との反転も行わない。他方で、三相／単相切替回路１００は、第２コイル１１Ｖについては、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時との双方で常時接続し、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで入力側と出力側との反転を行う。また、三相／単相切替回路１００は、第３コイル１１Ｗについては、三相交流電源２の接続時には接続し、単相交流電源３の接続時には遮断する。
In the three-
具体的には、三相／単相切替回路１００は、第２コイル１１Ｖの一方側を、三相交流電源２の接続時には入力端子Ｖ（電源非接地側）に接続し、単相交流電源３の接続時には第２スイッチングレグ２２に接続する。また、三相／単相切替回路１００は、第２コイル１１Ｖの他方側を、三相交流電源２の接続時には第２スイッチングレグ２２に接続し、単相交流電源３の接続時には入力端子Ｕ（電源非接地側）に接続する。また、三相／単相切替回路１００は、第３コイル１１Ｗを、三相交流電源２の接続時には入力端子Ｗ（電源非接地側）と第３スイッチングレグ２３とに接続し、単相交流電源３の接続時には入力端子Ｗと第３スイッチングレグ２３とから遮断する。さらに、三相／単相切替回路１００は、第３スイッチングレグ２３を、単相交流電源３の接続時には端子Ｎ（電源接地側）に接続する。
Specifically, the three-phase/single-
これによって、３レグ型のＰＦＣ回路２０において、単相交流電源３の接続時に、第３コイル１１Ｗを遮断すると共に、第２コイル１１Ｖの入力側と出力側とを、三相交流電源２の接続時に対して反転した状態にすることができる。従って、３レグ型のＰＦＣ回路２０において、第４軸１２Ｘの断面積を抑えることによる磁気結合インダクタ１０の小型化を実現でき、磁気結合インダクタ１０の採用によるＰＦＣ回路２０の小型化という効果を得ることができる。
As a result, in the three-
図１１は、本発明の他の実施形態に係る車載充電器１Ａを示す回路図である。この回路図に示すように、車載充電器１Ａは、Ｕ相電流に対応するモジュラーコンバータ３００Ｕと、Ｖ相電流に対応するモジュラーコンバータ３００Ｖと、Ｗ相電流に対応するモジュラーコンバータ３００Ｗとを備える。モジュラーコンバータ３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗは、並列に接続されており、三相交流電源２と単相交流電源３（図１３参照）との双方に対応可能であり、三相交流電源２又は単相交流電源３から供給される電力を変換してバッテリ４を充電する。なお、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、上述の実施形態についての説明を援用する。
Figure 11 is a circuit diagram showing an on-
Ｕ相電流に対応するモジュラーコンバータ３００Ｕは、Ｕ相交流を直流に変換して出力するＰＦＣ回路１２０Ｕと、ＰＦＣ回路１２０Ｕから出力される直流を変圧してバッテリ４に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｕとを備える。また、Ｖ相電流に対応するモジュラーコンバータ３００Ｖは、Ｖ相交流を直流に変換して出力するＰＦＣ回路１２０Ｖと、ＰＦＣ回路１２０Ｖから出力される直流を変圧してバッテリ４に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｖとを備える。さらに、Ｗ相電流に対応するモジュラーコンバータ３００Ｗは、Ｗ相交流を直流に変換して出力するＰＦＣ回路１２０Ｗと、ＰＦＣ回路１２０Ｗから出力される直流を変圧してバッテリ４に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｗとを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗの構成は相互に共通であり、且つ、上述の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３０（図１参照）の構成と共通である。
The
ＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗは、三相／単相切替回路２００と、磁気結合インダクタ１０とを共有する。ＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗは、それぞれ、第１スイッチングレグ２１と、第２スイッチングレグ２２と、出力コンデンサ２６とを備える。ＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗは、それぞれ、三相交流電源２又は単相交流電源３から入力された交流電力を力率が調整され高調波を抑制した直流電力に変換してＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに出力する。
The
三相／単相切替回路２００は、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで第２コイル１１Ｖ、及び第３コイル１１ＷのＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗでの接続状態を切り替える。ここで、三相／単相切替回路２００は、単相交流電源３の接続時に第３コイル１１Ｗを切断する機能に加えて、第２コイル１１Ｖの入力側と出力側とを、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで反転させる機能を備える。これらの機能の詳細については後述する。
The three-phase/single-
第１スイッチングレグ２１と第２スイッチングレグ２２とは、並列に接続されている。第１スイッチングレグ２１が前段に配され、第２スイッチングレグ２２が後段に配されている。出力コンデンサ２６は、第２スイッチングレグ２２の後段側に第１、第２スイッチングレグ２１，２２と並列に接続されている。
The
ＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗは、それぞれ、制御装置（図示省略）から入力されるＰＷＭ制御信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４をスイッチング制御する。これらのＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗは、高力率コンバータを構成しており、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング制御により、力率の調整に加えて出力電圧の大きさを調整する。
The
図１２は、図１１に示すＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗの三相交流電源２の接続時の状態を示す回路図であり、図１３は、ＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗの単相交流電源３の接続時の状態を示す回路図である。これらの回路図に示すように、ＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗでは、三相／単相切替回路２００が、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで、第２コイル１１Ｖ及び第３コイル１１Ｗの接続状態を切り替える。
Fig. 12 is a circuit diagram showing the state of the
三相／単相切替回路２００は、第１スイッチ２０１と、第２スイッチ２０２と、第３スイッチ２０３とを備える。これらの第１スイッチ２０１、第２スイッチ２０２、及び第３スイッチ２０３が、制御装置（図示省略）から入力される切替信号に応じて切り替えられることにより、第２コイル１１Ｖ及び第３コイル１１Ｗの接続状態が切り替えられる。
The three-phase/single-
三相／単相切替回路２００は、電力線として、Ｕ相２１１Ｕと、Ｖ相２１１Ｖと、Ｗ相２１１Ｗと、Ｎ線２１１ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと、Ｖ相切替線２１２Ｖ，２１３Ｖとを備える。Ｕ相２１１Ｕは、入力端子Ｕと第１スイッチングレグ２１とを接続している。このＵ相２１１Ｕには、第１コイル１１Ｕが設けられている。第１コイル１１Ｕの入力側は、Ｕ相２１１Ｕにより入力端子Ｕに接続され、第１コイル１１Ｕの出力側は、Ｕ相２１１Ｕにより第１スイッチングレグ２１におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間に接続されている。
The three-phase/single-
Ｖ相２１１Ｖは、入力端子Ｖと第１スイッチングレグ２１とを接続している。このＶ相２１１Ｖには、第１スイッチ２０１と第２コイル１１Ｖとが設けられている。第２コイル１１Ｖの三相交流電源２の接続時の入力側は、Ｖ相２１１Ｖにより入力端子Ｖに接続され、第２コイル１１Ｖの三相交流電源２の接続時の出力側は、Ｖ相２１１Ｖにより第１スイッチングレグ２１におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間に接続されている。第１スイッチ２０１は、入力端子Ｖと第２コイル１１Ｖとの間に設けられている。
The
Ｗ相２１１Ｗは、入力端子Ｗと第１スイッチングレグ２１とを接続している。このＷ相２１１Ｗには、第３コイル１１Ｗと第３スイッチ２０３とが設けられている。第３コイル１１Ｗの入力側は、Ｗ相２１１Ｗにより入力端子Ｗに接続され、第３コイル１１Ｗの出力側は、Ｗ相２１１Ｗにより第１スイッチングレグ２１におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間に接続されている。第３スイッチ２０３は、入力端子Ｗと第３コイル１１Ｗとの間に設けられている。
The
Ｎ線２１１ＮＵ，２１１ＮＶ，２１１ＮＷは、それぞれ、第２スイッチングレグ２２におけるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間と端子Ｎとを接続している。ＰＦＣ回路１２０ＶのＮ線２１１ＮＶには、第２スイッチ２０２が設けられている。
The N lines 211N U , 211N V , and 211N W respectively connect between the switching elements Q3 and Q4 in the
Ｖ相切替線２１２Ｖは、Ｕ相２１１Ｕにおける入力端子Ｕと第１コイル１１Ｕとの間と、Ｎ線２１１ＮＶとを接続している。ここで、Ｖ相切替線２１２ＶとＮ線２１１ＮＶとの接続点に第２スイッチ２０２が設けられている。第２スイッチ２０２は、Ｖ相切替線２１２ＶとＮ線２１１ＮＶとを遮断する状態と、Ｖ相切替線２１２ＶとＮ線２１１ＮＶとを接続する状態とを切り替える。図１２に示す三相交流電源２の接続時に、第２スイッチ２０２は、Ｖ相切替線２１２ＶとＮ線２１１ＮＶとを遮断し、第２スイッチングレグ２２と端子Ｎとを接続する。他方で、図１３に示す単相交流電源３の接続時に、第２スイッチ２０２は、Ｖ相切替線２１２ＶとＮ線２１１ＮＶとを接続し、第２スイッチングレグ２２と端子Ｎとを遮断する。
The V-
Ｖ相切替線２１３Ｖは、Ｖ相２１１Ｖにおける入力端子Ｖと第２コイル１１Ｖとの間と、端子Ｎとを接続している。ここで、Ｖ相切替線２１３ＶとＶ相２１１Ｖとの接続点に第１スイッチ２０１が設けられている。第１スイッチ２０１は、Ｖ相切替線２１３ＶとＶ相１１１Ｖとを遮断する状態と、Ｖ相切替線２１３ＶとＶ相２１１Ｖとを接続する状態とを切り替える。図１２に示す三相交流電源２の接続時に、第１スイッチ２０１は、Ｖ相切替線２１３ＶとＶ相２１１Ｖとを遮断し、第２コイル１１Ｖの入力側と入力端子Ｖとを接続する。他方で、図１３に示す単相交流電源３の接続時に、第１スイッチ２０１は、Ｖ相切替線２１３ＶとＶ相２１１Ｖとを接続し、第２コイル１１Ｖの三相交流電源２の接続時における入力側と入力端子Ｖとを遮断する。
The V-
第３スイッチ２０３は、Ｗ相２１１Ｗにおける入力端子Ｗと第３コイル１１Ｗとの間に設けられている。第３スイッチ２０３は、入力端子Ｗと第３コイル１１Ｗと接続する状態と、入力端子Ｗと第３コイル１１Ｗとを遮断する状態とを切り替える。図１２に示す三相交流電源２の接続時に、第３スイッチ２０３は、入力端子Ｗと第３コイル１１Ｗとを接続する。他方で、図１３に示す単相交流電源３の接続時に、第３スイッチ２０３は、入力端子Ｗと第３コイル１１Ｗとを遮断する。
The
即ち、本実施形態の三相／単相切替回路２００では、Ｕ相電流に対応する第１コイル１１Ｕは、三相交流電源２と単相交流電源３との何れの接続時にも接続状態とされ、且つ、入力側と出力側とが不変である。それに対して、Ｗ相電流に対応する第３コイル１１Ｗは、図１２に示す三相交流電源２の接続時には接続状態とされ、図１３に示す単相交流電源３の接続時には遮断状態とされる。
That is, in the three-phase/single-
さらに、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖは、三相交流電源２と単相交流電源３との何れの接続時にも接続状態とされ、且つ、図１２に示す三相交流電源２の接続時と図１３に示す単相交流電源３の接続時とで、入力側と出力側とが反転される。具体的には、図１２に示す三相交流電源２の接続時には、第２コイル１１Ｖの入力側と出力側との位置関係は、第１及び第３コイル１１Ｕ，１１Ｗの入力側と出力側との位置関係と同じである。他方で、図１３に示す単相交流電源３の接続時には、第２コイル１１Ｖの入力側と出力側との位置関係は、第１コイル１１Ｕの入力側と出力側との位置関係に対して逆である。
Furthermore, the
図１４は、比較例に係るＰＦＣ回路１２０Ｕ’，１２０Ｖ’，１２０Ｗ’の三相交流電源２の接続時の状態を示す回路図であり、図１５は、比較例に係るＰＦＣ回路１２０Ｕ’，１２０Ｖ’，１２０Ｗ’の単相交流電源３の接続時の状態を示す回路図である。これらの図に示すように、当該比較例の三相／単相切替回路２００’の構成が、上述の実施形態の三相／単相切替回路２００の構成とは相違する。また、当該比較例の磁気結合インダクタ１０’の構成は、図７に示す磁気結合インダクタ１０’の構成と同様である。なお、上述の実施形態に係るＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗと同様の構成については同一の符号を付し、上述の実施形態についての説明を援用する。
14 is a circuit diagram showing a state of the
三相／単相切替回路２００’は、電力線として、Ｕ相２１１Ｕ、Ｖ相２１１Ｖ、Ｗ相２１１Ｗ、及びＮ線２１１ＮＵ，２１１ＮＶ，２１１ＮＷに加えて、入力切替線２１２’を備える。入力切替線２１２’は、第２コイル１１Ｖ及び第３コイル１１Ｗの入力側を入力端子Ｕに接続する。
The three-phase/single-
入力切替線２１２’とＶ相２１１Ｖとの接続点には、第１スイッチ２０１’が設けられている。第１スイッチ２０１’は、入力切替線２１２’とＶ相２１１Ｖとを遮断する状態と、入力切替線２１２’とＶ相２１１Ｖとを接続する状態とを切り替える。図１４に示す三相交流電源２の接続時には、第１スイッチ２０１’は、入力端子Ｖと第２コイル１１Ｖの入力側とを接続する。他方で、図１５に示す単相交流電源３の接続時には、第１スイッチ２０１’は、入力端子Ｕと第２コイル１１Ｖの入力側とを接続する。
A first switch 201' is provided at the connection point between the input switching line 212' and the
入力切替線２１２’とＷ相２１１Ｗとの接続点には、第２スイッチ２０２’が設けられている。第２スイッチ２０２’は、入力切替線２１２’とＷ相２１１Ｗとを遮断する状態と、入力切替線２１２’とＷ相２１１Ｗとを接続する状態とを切り替える。図１４に示す三相交流電源２の接続時には、第２スイッチ２０２’は、入力端子Ｗと第３コイル１１Ｗの入力側とを接続する。他方で、図１５に示す単相交流電源３の接続時には、第２スイッチ２０２’は、入力端子Ｕと第３コイル１１Ｗの入力側とを接続する。
A second switch 202' is provided at the connection point between the input switching line 212' and the
即ち、比較例の三相／単相切替回路２００’では、図１４に示す三相交流電源２の接続時には、Ｕ相電流に対応する第１コイル１１Ｕは、入力端子Ｕに接続され、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖは、入力端子Ｖに接続され、Ｗ相電流に対応する第３コイル１１Ｗは、入力端子Ｗに接続される。他方で、図１５に示す単相交流電源３の接続時には、第１コイル１１Ｕ、第２コイル１１Ｖ、及び第３コイル１１Ｗが、入力端子Ｕに接続される。
That is, in the three-phase/single-phase switching circuit 200' of the comparative example, when the three-phase
ここで、第１コイル１１Ｕ、第２コイル１１Ｖ、及び第３コイル１１Ｗの入力側と出力側との位置関係は、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで同じである。そのため、比較例に係るＰＦＣ回路１２０Ｕ’，１２０Ｖ’，１２０Ｗ’は、上述の比較例に係るＰＦＣ回路２０’（図４及び図５参照）と同様の課題を有する。即ち、コア１２’の第４軸１２Ｘ’において、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに流れる磁束に比して振幅が３倍の正弦波成分の磁束が流れる。そのため、第４軸１２Ｘ’の断面積を、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに比して大きく設定しなければならない。従って、比較例に係るＰＦＣ回路１２０Ｕ’，１２０Ｖ’，１２０Ｗ’では、上述の実施形態に係るＰＦＣ回路１２０（図１２及び図１３参照）に比して、磁気結合インダクタ１０’のコア１２’が大型化し、磁気結合インダクタ１０’の採用によるＰＦＣ回路１２０Ｕ’，１２０Ｖ’，１２０Ｗ’の小型化という効果が得られない。
Here, the positional relationship between the input side and the output side of the
それに対して、上述の実施形態に係るＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗでは、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖは、図１２に示す三相交流電源２の接続時と図１３に示す単相交流電源３の接続時とで、入力側と出力側とが反転される。そのため、単相交流電源３の接続時には、第１，第２軸１２Ｕ，１２Ｖには、正弦波成分の磁束が流れるのに対して、第４軸１２Ｘには、リップル成分の磁束が流れるのみであり、当該磁束は正弦波成分の磁束に比して微小である。そのため、第４軸１２Ｘの断面積を、第１～第３軸１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに比して小さく設定することができる。
In contrast, in the
即ち、モジュラーコンバータ３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗが並列に接続された本実施形態に係るＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗにおいて、三相／単相切替回路２００は、第１コイル１１Ｕについては、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時との双方で常時接続し、入力側と出力側との反転も行わない。他方で、三相／単相切替回路２００は、第２コイル１１Ｖについては、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時との双方で常時接続し、三相交流電源２の接続時と単相交流電源３の接続時とで入力側と出力側との反転を行う。また、三相／単相切替回路２００は、第３コイル１１Ｗについては、三相交流電源２の接続時には接続し、単相交流電源３の接続時には遮断する。
That is, in the
具体的には、三相／単相切替回路２００は、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖを、三相交流電源２の接続時には入力端子Ｖ（電源非接地側）に接続し、単相交流電源３の接続時には端子Ｎ（電源接地側）に接続する。また、三相／単相切替回路２００は、Ｖ相電流に対応する第２スイッチングレグ２２を、三相交流電源２の接続時には端子Ｎに接続し、単相交流電源３の接続時には入力端子Ｖに接続する。また、三相／単相切替回路２００は、Ｗ相電流に対応する第３コイル１１Ｗを、三相交流電源２の接続時には入力端子Ｗ（電源非接地側）に接続し、単相交流電源３の接続時には入力端子Ｗから遮断する。
Specifically, the three-phase/single-
これによって、モジュラーコンバータ３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗが並列に接続されたＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗにおいて、単相交流電源３の接続時に、第３コイル１１Ｗを遮断すると共に、第２コイル１１Ｖの入力側と出力側とを、三相交流電源２の接続時に対して反転した状態にすることができる。従って、モジュラーコンバータ３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗが並列に接続されたＰＦＣ回路１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗにおいて、第４軸１２Ｘの断面積を抑えることによる磁気結合インダクタ１０の小型化を実現でき、磁気結合インダクタ１０の採用によるＰＦＣ回路２０の小型化という効果を得ることができる。
As a result, in the
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。 The present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention, and publicly known or well-known technologies may be appropriately combined.
例えば、上述の実施形態に係るＰＦＣ回路２０では、第３スイッチ１０３を第３コイル１１Ｗと第３スイッチングレグ２３との間に設けたが、第３スイッチ１０３を第３コイル１１Ｗと入力端子Ｗとの間に設けてもよい（図２及び図３参照）。同様に、上述の実施形態に係るＰＦＣ回路１２０Ｗでは、第３スイッチ２０３を第３コイル１１Ｗと入力端子Ｗとの間に設けたが、第３スイッチ２０３を第３コイル１１Ｗと第２スイッチングレグ２２との間に設けてもよい（図１２及び図１３参照）。即ち、三相／単相切替回路１００，２００の各スイッチや電力線の配置は、要求される機能が実現可能な範囲で適宜変更してもよい。
For example, in the
さらに、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖの入力側と出力側との反転が可能となるように構成し、Ｗ相電流に対応する第３コイル１１Ｗを接続／遮断が可能となるように構成したが、これも必須ではない。例えば、Ｕ相電流に対応する第１コイル１１Ｕの入力側と出力側との反転が可能であるように構成し、Ｖ相電流に対応する第２コイル１１Ｖを接続／遮断が可能となるように構成する等してもよい。
Furthermore, the
１ ：車載充電器
１Ａ ：車載充電器
２ ：三相交流電源
３ ：単相交流電源
１０ ：磁気結合インダクタ
１１Ｕ ：第１コイル
１１Ｖ ：第２コイル
１１Ｗ ：第３コイル
１２ ：コア
１２Ｕ ：第１軸
１２Ｖ ：第２軸
１２Ｗ ：第３軸
１２Ｘ ：第４軸
２０ ：ＰＦＣ回路（電力変換装置）
２１ ：第１スイッチングレグ（変換部、第１～第３変換部、第１～第３前段スイッチングレグ）
２２ ：第２スイッチングレグ（変換部、第１～第３変換部、第１～第３後段スイッチングレグ）
２３ ：第３スイッチングレグ（変換部、第１～第３変換部）
１００ ：三相／単相切替回路（切替部）
１２０Ｕ ：ＰＦＣ回路（電力変換装置）
１２０Ｖ ：ＰＦＣ回路（電力変換装置）
１２０Ｗ ：ＰＦＣ回路（電力変換装置）
２００ ：三相／単相切替回路（切替部）
Ｎ ：端子（電源接地側）
Ｕ ：入力端子（電源非接地側）
Ｖ ：入力端子（電源非接地側）
Ｗ ：入力端子（電源非接地側）
1:
21: First switching leg (conversion unit, first to third conversion units, first to third front-stage switching legs)
22: Second switching leg (conversion unit, first to third conversion units, first to third rear stage switching legs)
23: Third switching leg (conversion unit, first to third conversion units)
100: Three-phase/single-phase switching circuit (switching section)
120U: PFC circuit (power conversion device)
120V: PFC circuit (power conversion device)
120W: PFC circuit (power conversion device)
200: Three-phase/single-phase switching circuit (switching section)
N: Terminal (power supply ground side)
U: Input terminal (non-grounded power supply side)
V: Input terminal (non-grounded power supply side)
W: Input terminal (non-grounded power supply side)
Claims (5)
前記第１コイル、前記第２コイル、及び前記第３コイルから出力された交流を直流に変換する変換部と、
三相交流電源に対して前記第１コイル、前記第２コイル、及び前記第３コイルを接続する三相接続状態と、単相交流電源に対して前記第１コイル、及び前記第２コイルを接続し前記第３コイルを遮断する単相接続状態とを切り替える切替部と
を備え、
前記磁気結合インダクタは、
前記第１コイルに挿通された第１軸と、前記第２コイルに挿通された第２軸と、前記第３コイルに挿通された第３軸と、前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸と並列された第４軸とが一体化されたコアと
を備え、
前記切替部は、前記単相接続状態における前記第２コイルの入力側と出力側とを、前記三相接続状態における前記第２コイルの入力側と出力側とが反転した状態にする電力変換装置。 a magnetically coupled inductor in which a first coil, a second coil, and a third coil are magnetically coupled to each other and to which a three-phase AC current is input;
A converter that converts AC current output from the first coil, the second coil, and the third coil into DC current;
a switching unit that switches between a three-phase connection state in which the first coil, the second coil, and the third coil are connected to a three-phase AC power source and a single-phase connection state in which the first coil and the second coil are connected to a single-phase AC power source and the third coil is disconnected,
The magnetic coupling inductor includes:
a core in which a first shaft inserted through the first coil, a second shaft inserted through the second coil, a third shaft inserted through the third coil, and a fourth shaft parallel to the first shaft, the second shaft, and the third shaft are integrated;
The switching unit is a power conversion device that reverses the input side and output side of the second coil in the single-phase connection state to the input side and output side of the second coil in the three-phase connection state.
前記第１コイルに接続される第１スイッチングレグと、
前記第２コイルに接続される第２スイッチングレグと、
前記第３コイルに接続される第３スイッチングレグと
を備え、
前記切替部は、
前記第２コイルの一方側を、前記三相接続状態では電源非接地側に接続し、前記単相接続状態では前記第２スイッチングレグに接続し、
前記第２コイルの他方側を、前記三相接続状態では前記第２スイッチングレグに接続し、前記単相接続状態では前記電源非接地側に接続し、
前記第３コイルを、前記三相接続状態では前記電源非接地側と前記第３スイッチングレグとに接続し、前記単相接続状態では前記電源非接地側と前記第３スイッチングレグとから遮断し、
前記第３スイッチングレグを、前記三相接続状態では前記第３コイルに接続し、前記単相接続状態では電源接地側に接続する請求項１に記載の電力変換装置。 The conversion unit is
a first switching leg connected to the first coil;
a second switching leg connected to the second coil;
a third switching leg connected to the third coil;
The switching unit is
one side of the second coil is connected to the non-grounded side of the power source in the three-phase connection state, and is connected to the second switching leg in the single-phase connection state;
The other side of the second coil is connected to the second switching leg in the three-phase connection state, and is connected to the non-grounded side of the power supply in the single-phase connection state;
the third coil is connected to the non-grounded side of the power supply and the third switching leg in the three-phase connection state, and is disconnected from the non-grounded side of the power supply and the third switching leg in the single-phase connection state;
The power conversion device according to claim 1 , wherein the third switching leg is connected to the third coil in the three-phase connection state and is connected to a power source ground side in the single-phase connection state.
前記第１コイルに接続される第１前段スイッチングレグと、電源接地側に接続される第１後段スイッチングレグとを備え、前記第１コイルから出力された交流を直流に変換する第１変換部と、
前記第２コイルに接続される第２前段スイッチングレグと、前記電源接地側に接続される第２後段スイッチングレグとを備え、前記第２コイルから出力された交流を直流に変換する第２変換部と、
前記第３コイルに接続される第３前段スイッチングレグと、前記電源接地側に接続される第３後段スイッチングレグとを備え、前記第３コイルから出力された交流を直流に変換する第３変換部と
を備え、
前記切替部は、
前記第２コイルを、前記三相接続状態では電源非接地側に接続し、前記単相接続状態では前記電源接地側に接続し、
前記第２後段スイッチングレグを、前記三相接続状態では前記電源接地側に接続し、前記単相接続状態では前記電源非接地側に接続し、
前記第３コイルを、前記三相接続状態では前記電源非接地側に接続し、前記単相接続状態では前記電源非接地側から遮断する請求項１に記載の電力変換装置。 The conversion unit is
a first conversion unit including a first front-stage switching leg connected to the first coil and a first rear-stage switching leg connected to a power supply ground side, and configured to convert AC output from the first coil into DC;
a second conversion unit including a second front-stage switching leg connected to the second coil and a second rear-stage switching leg connected to the power supply ground side, and configured to convert the AC output from the second coil into a DC current;
a third front-stage switching leg connected to the third coil and a third rear-stage switching leg connected to the power supply ground side, and a third conversion unit configured to convert AC output from the third coil into DC;
The switching unit is
The second coil is connected to a non-grounded side of the power supply in the three-phase connection state, and is connected to a grounded side of the power supply in the single-phase connection state;
the second rear stage switching leg is connected to the power supply ground side in the three-phase connection state, and is connected to the power supply non-ground side in the single-phase connection state;
The power conversion device according to claim 1 , wherein the third coil is connected to the ungrounded side of the power supply in the three-phase connection state and is disconnected from the ungrounded side of the power supply in the single-phase connection state.
An on-vehicle charger comprising the power conversion device according to any one of claims 1 to 4.
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2023
- 2023-01-20 WO PCT/JP2023/001703 patent/WO2023157562A1/en unknown
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