JP5262687B2 - Bidirectional converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング素子を含む電圧変換部とその制御部とを備えた双方向コンバータに関する。 The present invention relates to a bidirectional converter including a voltage conversion unit including a switching element and a control unit thereof.
近年、パワーエレクトロニクス技術の進歩を背景に、種々の大容量電力貯蔵装置が開発されている。このような大容量電力貯蔵装置は、例えば太陽光発電などの自然エネルギーを蓄積し、それを放電して利用する用途などに応用されている。これらの大容量電力貯蔵装置には、電力の充電および放電を制御するコンバータの搭載が必須とされている。 In recent years, various large-capacity power storage devices have been developed against the background of power electronics technology. Such a large-capacity power storage device is applied to a use of accumulating natural energy such as solar power generation and discharging and using it. These large-capacity power storage devices must be equipped with a converter that controls charging and discharging of power.
ここで、このようなコンバータにおける充電および放電の2つの機能は、従来、それぞれの専用の回路網によって実現され、切り替えて使用されてきた。しかし、近年、コンバータには小型・軽量化が求められているため、上記の2つの機能を一つの回路網で実現するようにした双方向コンバータが提案されている(例えば、特許文献1,2)。
Here, the two functions of charging and discharging in such a converter have heretofore been realized by their dedicated circuit networks and have been switched and used. However, in recent years, since the converter is required to be small and light, a bidirectional converter in which the above two functions are realized by one circuit network has been proposed (for example,
このような双方向コンバータは、リアクトル、コンデンサおよび少なくとも4つ以上の半導体スイッチを用いて構成されており、充電および放電の選択、ならびに出力される電圧値または電流値の調整は、上記半導体スイッチの開閉により行われている。 Such a bidirectional converter includes a reactor, a capacitor, and at least four or more semiconductor switches. Selection of charging and discharging and adjustment of an output voltage value or current value are performed by the semiconductor switch. It is done by opening and closing.
一方、前述の大容量電力貯蔵装置の利用用途として、プラグイン・ハイブリット・電気自動車(PHEV;Plug-in Hybrid Electric Vehicle)が提案されている。このPHEVでは、充電の際には、商用電源(AC電源)からチャージャーとして機能するコンバータを介して、車に搭載されたバッテリへ電力が供給される。一方、放電の際には、上記バッテリからACアウトレットとして機能するコンバータを介して、商用電源へ電力が供給される。 On the other hand, a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) has been proposed as a use application of the above-described large-capacity power storage device. In this PHEV, when charging, electric power is supplied from a commercial power supply (AC power supply) to a battery mounted on the vehicle via a converter that functions as a charger. On the other hand, at the time of discharging, electric power is supplied from the battery to a commercial power source via a converter that functions as an AC outlet.
ここで、商用電源から電力を得るためには、規格により、入力側の高調波電流をある程度低減させることが要求されている。そこで、これに対応するため(高力率化を図るため)、PHEV用のコンバータには、一般に、力率改善回路(PFC(Power Factor Correction)回路)が搭載されている。 Here, in order to obtain electric power from a commercial power supply, it is required by the standard that the harmonic current on the input side is reduced to some extent. Therefore, in order to cope with this (in order to increase the power factor), a converter for PHEV is generally equipped with a power factor correction circuit (PFC (Power Factor Correction) circuit).
一方、PHEV用のコンバータの回路には、昇圧機能または昇降圧機能が必要とされる。また、ACアウトレットの電力変換回路には、降圧インバータ機能が必要とされる。 On the other hand, a booster function or a step-up / step-down function is required for a PHEV converter circuit. The AC outlet power conversion circuit requires a step-down inverter function.
これに対して、例えば特許文献3〜5では、リアクトル、コンデンサおよび4つ以上の半導体スイッチを用いた前段のインバータ/コンバータと、トランスおよび8つの以上の半導体スイッチを用いたDC/DCコンバータとの2段構成のコンバータによる双方向のAC/DCコンバータを提案している。 On the other hand, for example, in Patent Documents 3 to 5, a front-stage inverter / converter using a reactor, a capacitor, and four or more semiconductor switches, and a DC / DC converter using a transformer and eight or more semiconductor switches are used. A bidirectional AC / DC converter using a two-stage converter has been proposed.
ところで、これらのコンバータでは、交流/直流電力変換部を制御する制御部を駆動する(電源となる電力を供給する)ための駆動電源部が必要となる。しかしながら、この駆動電源部では、少なくとも起動時においては、商用電源のみから(チャージャーとして動作する場合)、あるいはバッテリのみから(ACアウトレットとして動作する場合)しか、電力が得られない。 By the way, in these converters, a drive power supply unit for driving a control unit that controls the AC / DC power conversion unit (supplying power as a power source) is required. However, this drive power supply unit can obtain power only from the commercial power supply (when operating as a charger) or only from the battery (when operating as an AC outlet) at least during startup.
したがって、従来は、商用電源側とバッテリ側との間で駆動電源の共通化は難しく、商用電源側とバッテリ側との間で駆動電源が別個に設けられていた。そして、起動時には、商用電源側およびバッテリ側のうちの一方(主に入力側)の駆動電源のみによって、制御部を駆動している。ところが、制御部に対して十分な電力を供給できる駆動電源を2つ別個に設けているため、双方向コンバータ全体として、大型化・重量化を引き起こしてしまっていた。したがって、車に搭載するPHEV用途の双方向コンバータ等では、特に小型・軽量化が望まれていた。 Therefore, conventionally, it is difficult to share a drive power source between the commercial power source side and the battery side, and the drive power source is provided separately between the commercial power source side and the battery side. At the time of startup, the control unit is driven by only one of the commercial power supply side and the battery side (mainly the input side) drive power supply. However, since two drive power sources that can supply sufficient power to the control unit are provided separately, the bidirectional converter as a whole has been increased in size and weight. Therefore, it has been particularly desired to reduce the size and weight of the bidirectional converter and the like for use in PHEVs mounted on vehicles.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来と比べて小型・軽量化を図ることが可能な双方向コンバータを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a bidirectional converter that can be reduced in size and weight as compared with the conventional one.
本発明の双方向コンバータは、第1および第2の入出力端子対のうちの一方の入出力端子対から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子対から出力電圧を出力するものであって、スイッチング素子を含んで構成され、上記入力電圧に基づいて電圧変換を行うことにより上記出力電圧を生成する電圧変換部と、上記スイッチング素子の動作を制御する制御部と、上記第1の入出力端子対側に接続された第1の駆動電源と上記第2の入出力端子対側に接続された第2の駆動電源とを含んで構成され、上記制御部に対してその電源となる電力を供給する駆動電源部とを備えたものである。また、上記制御部は、電圧変換部の通常動作期間では、上記第1および第2の駆動電源により電力が供給されると共に、電圧変換部の起動期間では、上記第1および第2の駆動電源のうちの上記入力電圧が入力される側の一方のみにより電力が供給され、かつ通常動作期間と比べて上記制御部の消費電力が低くなるように構成されている。なお、上記第1および第2の駆動電源はそれぞれ、単一の駆動電源を用いて構成されている場合には限られず、各々が複数の駆動電源を用いて構成されているようにしてもよい。 The bidirectional converter of the present invention outputs an output voltage from the other input / output terminal pair based on an input voltage input from one of the first and second input / output terminal pairs. A voltage conversion unit configured to include a switching element and generate the output voltage by performing voltage conversion based on the input voltage, a control unit for controlling the operation of the switching element, and the first Including a first drive power source connected to the input / output terminal pair side and a second drive power source connected to the second input / output terminal pair side. And a drive power supply unit that supplies electric power. The control unit is supplied with electric power from the first and second drive power sources during a normal operation period of the voltage conversion unit, and is also supplied with the first and second drive power sources during a startup period of the voltage conversion unit. Of these, power is supplied only by one of the input voltage input sides, and the power consumption of the control unit is lower than that in the normal operation period. Note that the first and second drive power sources are not limited to being configured using a single drive power source, and each may be configured using a plurality of drive power sources. .
本発明の双方向コンバータでは、順方向動作時には、第1の入出力端子対から入力電圧が入力され、電圧変換部において電圧変換がなされる。これにより、この入力電圧に基づいて出力電圧が生成され、第2の入出力端子対から出力される。一方、逆方向動作時には、第2の入出力端子対から入力電圧が入力され、電圧変換部において電圧変換がなされる。これにより、この入力電圧に基づいて出力電圧が生成され、第1の入出力端子対から出力される。この際、電圧変換部におけるスイッチング素子の動作は、制御部によって制御されると共に、この制御部の電源となる電力は、上記第1および第2の駆動電源を含む駆動電源部によって供給される。ここで、上記順方向動作時および逆方向動作時のいずれの場合においても、電圧変換部の起動期間では、第1および第2の駆動電源のうちの入力電圧が入力される側(入力側)の一方の駆動電源のみによって、駆動電源部から制御部に対して電力が供給される。したがって、制御部による制御によって電圧変換部の電圧変換動作がなされ、第2の入出力端子対側へ電力が供給される。これにより、その後、第1および第2の駆動電源のうちの出力電圧が出される側(出力側)の他方の駆動電源も電源供給動作を開始し、電圧変換部の通常動作期間へ移行する。すなわち、この通常動作期間では、第1および第2の駆動電源によって、駆動電源部から制御部に対して電力が供給される。また、上記起動期間では、電圧変換部の通常動作期間と比べ、制御部の消費電力が低くなるように設定される。このようにして、起動期間では、入力側の一方の駆動電源のみによって制御部への電力供給がなされると共に通常動作期間と比べて制御部の消費電力が低くなるように設定され、通常動作期間では、両方の駆動電源による合成電力(合算電力)によって制御部への電力供給がなされるため、常に入力側の一方の駆動電源のみによって制御部への電力供給がなされている従来と比べ、各駆動電源の個々の電力供給能力が、低くても済むようになる。 In the bidirectional converter of the present invention, during forward operation, an input voltage is input from the first input / output terminal pair, and voltage conversion is performed in the voltage converter. Thus, an output voltage is generated based on this input voltage and is output from the second input / output terminal pair. On the other hand, during reverse operation, an input voltage is input from the second input / output terminal pair, and voltage conversion is performed in the voltage converter. Thus, an output voltage is generated based on this input voltage and is output from the first input / output terminal pair. At this time, the operation of the switching element in the voltage conversion unit is controlled by the control unit, and the power serving as the power source of the control unit is supplied by the driving power source unit including the first and second driving power sources. Here, in either of the forward operation and the reverse operation, the input voltage of the first and second drive power sources is input (input side) during the start-up period of the voltage converter. Power is supplied from the drive power supply unit to the control unit by only one of the drive power supplies. Therefore, the voltage conversion operation of the voltage conversion unit is performed under the control of the control unit, and power is supplied to the second input / output terminal pair side. As a result, the other drive power source on the output voltage output side (output side) of the first and second drive power sources starts the power supply operation and shifts to the normal operation period of the voltage converter. That is, in this normal operation period, power is supplied from the drive power supply unit to the control unit by the first and second drive power supplies. Moreover, in the said starting period, it sets so that the power consumption of a control part may become low compared with the normal operation period of a voltage converter. In this way, in the start-up period, power is supplied to the control unit by only one drive power supply on the input side and the power consumption of the control unit is set to be lower than that in the normal operation period. Then, since the power is supplied to the control unit by the combined power (total power) of both drive power sources, each power supply to the control unit is always made by only one drive power source on the input side. The individual power supply capability of the drive power supply can be low.
本発明の双方向コンバータでは、上記第1の駆動電源と上記第2の駆動電源とが、互いに絶縁されているようにするのが好ましい。このように構成した場合、そのような絶縁のための部品としてトランスを用いたときに、トランスにおいて使用される電力も小さくて済むため、入力側と出力側との間で絶縁性の双方向コンバータに適用した場合に、全体としてより効果的に小型・軽量化が図れる。 In the bidirectional converter of the present invention, it is preferable that the first drive power source and the second drive power source are insulated from each other. When configured in this way, when a transformer is used as a component for such insulation, the power used in the transformer can be reduced, so an insulating bidirectional converter between the input side and the output side When applied to the above, the overall size and weight can be more effectively reduced.
この場合において、上記第1の駆動電源の電力供給能力と上記第2の駆動電源の電力供給能力とが互いに不均等となっていると共に、これらの第1および第2の駆動電源のうちの電力供給能力が低いほうの駆動電源と上記制御部との間に、絶縁性のトランスを設けるようにするのがさらに好ましい。このように構成した場合、この絶縁性のトランスにおいて使用される電力がさらに小さくて済むため、上記した絶縁性の双方向コンバータに適用した場合に、全体としてさらに効果的に小型・軽量化が図れる。 In this case, the power supply capability of the first drive power supply and the power supply capability of the second drive power supply are not equal to each other, and the power of these first and second drive power supplies More preferably, an insulating transformer is provided between the drive power source having a lower supply capability and the control unit. When configured in this way, the power used in this insulating transformer can be further reduced, and therefore, when applied to the above-described insulating bidirectional converter, the overall size and weight can be further effectively reduced. .
本発明の双方向コンバータでは、上記制御部がデジタル演算装置(DSP)を含んで構成されている場合、上記起動期間では、このDSPの動作周波数が上記通常動作期間と比べて低くなるようにすることが可能である。このように構成した場合、通常動作期間においてDSPの動作周波数が通常動作期間と比べて低くなることにより、起動期間において、通常動作期間と比べて制御部の消費電力が低くなる。 In the bidirectional converter according to the present invention, when the control unit includes a digital arithmetic unit (DSP), the operating frequency of the DSP is lower than the normal operation period in the start-up period. It is possible. When configured in this manner, the operating frequency of the DSP is lower in the normal operation period than in the normal operation period, so that the power consumption of the control unit is lower in the startup period than in the normal operation period.
この場合において、上記DSPが、上記起動期間では、上記スイッチング素子を制御するための規定のパルス信号を出力するようにしてもよい。このように構成した場合、制御部としての動作が最小限に抑えられるため、起動期間において、通常動作期間と比べて制御部の消費電力がより低くなる。 In this case, the DSP may output a prescribed pulse signal for controlling the switching element during the startup period. In such a configuration, since the operation as the control unit is minimized, the power consumption of the control unit is lower in the startup period than in the normal operation period.
本発明の双方向コンバータでは、上記第1の入出力端子対と上記第1の駆動電源との間、および上記第2の入出力端子対と上記第2の駆動電源との間にそれぞれリレーを設けると共に、上記起動期間において、上記出力電圧が出力される側のリレーがオフ状態となるようにするのが好ましい。このように構成した場合、起動期間における無制御な電力が出力側へ出力されるのが回避され、出力側の安全性等が確保されるようになる。 In the bidirectional converter of the present invention, relays are respectively provided between the first input / output terminal pair and the first drive power source, and between the second input / output terminal pair and the second drive power source. It is preferable that the relay on the side where the output voltage is output is turned off during the startup period. When configured in this way, it is avoided that uncontrolled power during the startup period is output to the output side, and safety on the output side is ensured.
本発明の双方向コンバータでは、上記電圧変換部が、直流電圧と交流電圧との間の電圧変換を行うAC/DC変換部であり、双方向のAC/DCコンバータとして機能するようにすることが可能である。このように構成した場合、順方向動作時には、第1の入出力端子対から交流入力電圧が入力され、AC/DC変換部において、この交流入力電圧に基づいて直流出力電圧が生成され、第2の入出力端子対から出力される。一方、逆方向動作時には、第2の入出力端子対から直流入力電圧が入力され、AC/DC変換部において、この直流入力電圧に基づいて交流出力電圧が生成され、第1の入出力端子対から出力される。 In the bidirectional converter of the present invention, the voltage conversion unit is an AC / DC conversion unit that performs voltage conversion between a DC voltage and an AC voltage, and functions as a bidirectional AC / DC converter. Is possible. In such a configuration, during forward operation, an AC input voltage is input from the first input / output terminal pair, and the AC / DC converter generates a DC output voltage based on the AC input voltage. Output from the I / O terminal pair. On the other hand, during reverse operation, a DC input voltage is input from the second input / output terminal pair, and an AC output voltage is generated on the basis of the DC input voltage in the AC / DC conversion unit. Is output from.
本発明の双方向コンバータによれば、起動期間では、入力側の一方の駆動電源のみによって制御部への電力供給を行うと共に通常動作期間と比べて制御部の消費電力が低くなるように設定し、通常動作期間では、両方の駆動電源による合成電力(合算電力)によって制御部への電力供給を行うようにしたので、従来と比べ、各駆動電源の個々の電力供給能力が低くても済むようになる。よって、駆動電源部の小型・軽量化を図ることができ、双方向コンバータ全体としても従来と比べて小型・軽量化を図ることが可能となる。 According to the bidirectional converter of the present invention, in the start-up period, power is supplied to the control unit by only one drive power source on the input side, and the power consumption of the control unit is set lower than that in the normal operation period. In the normal operation period, since the power is supplied to the control unit by the combined power (total power) of both drive power supplies, the individual power supply capacity of each drive power supply can be lower than in the past. become. Therefore, the drive power supply unit can be reduced in size and weight, and the bidirectional converter as a whole can be reduced in size and weight as compared with the conventional one.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に実施の形態という。)について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as an embodiment) will be described in detail with reference to the drawings.
(双方向コンバータの全体構成例)
図1は、本発明の一実施の形態に係る双方向コンバータ(双方向コンバータ1)のブロック構成を表すものである。双方向コンバータ1は、例えば自動車などに適用されるAC/DCコンバータとして機能するものであり、交流(AC)側の入出力端子T1,T2と、直流(DC)側の入出力端子T3,T4とを備えている。この双方向コンバータ1はまた、交流/直流変換部2と、2つの電圧検出回路311,321と、2つの電流検出回路312,322と、制御部4と、2つの駆動電源51およびダイオードD51,D52とを備えている。
(Example of overall configuration of bidirectional converter)
FIG. 1 shows a block configuration of a bidirectional converter (bidirectional converter 1) according to an embodiment of the present invention. The
交流/直流変換部2は、後述するスイッチング素子を含んで構成され、入出力端子T1,T2間の交流電圧V1と、入出力端子T3,T4間の直流電圧V2との間で、電圧変換を行うものである。なお、この交流/直流変換部2の詳細構成については、後述する(図2)。
The AC /
電圧検出回路311は、入出力端子T1,T2に接続された接続ラインH1,L1間に配置されており、両端間の交流電圧V1を検出すると共に、この検出した交流電圧V1に対応する検出信号S(V1)を制御部4内へ出力するものである。同様に、電圧検出回路321は、入出力端子T3,T4に接続された接続ラインH2,L2間に配置されており、両端間の直流電圧V2を検出すると共に、この検出した直流電圧V2に対応する検出信号S(V2)を制御部4内へ出力するものである。なお、これらの電圧検出回路311,321の具体的な回路構成としては、例えば、接続ライン間に配置された分圧抵抗(図示せず)によって電圧を検出してこれに応じた電圧を生成するものなどが挙げられる。
The
電流検出回路312は、接続ラインH1上において、電圧検出回路311と交流/直流変換部2との間に配置されており、この接続ラインH1上を流れる交流電流I1を検出すると共に、この検出した交流電流I1に対応する検出信号S(I1)を制御部4内へ出力するものである。同様に、電流検出回路322は、接続ラインH2上において、電圧検出回路321と交流/直流変換部2との間に配置されており、この接続ラインH2上を流れる直流電流I2を検出すると共に、この検出した直流電流I2に対応する検出信号S(I2)を制御部4内へ出力するものである。なお、これらの電流検出回路312,322の具体的な回路構成としては、例えばカレントトランスを含んだものが挙げられる。
The
制御部4は、交流/直流変換部2内の後述する各スイッチング素子の動作を制御するものであり、発振器41と、分周器42と、デジタル制御装置43とを有している。
The
発振器41は、制御部4内で用いる基本クロック信号CLK0を生成・出力するものである。また、分周器42は、この基本クロック信号CLK0における基本周波数を、デジタル制御装置43からの制御に応じて分周することによって分周比を制御し、デジタル制御装置43内で用いる分周信号(システムクロック信号)CLK1を生成・出力するものである。これにより、デジタル制御装置43における動作周波数の切換制御を行うことが可能となっている。なお、このような動作周波数の切換制御は、分周回路42を用いることの代わりに、PLL(Phase Locked Loop)回路を用いて基本周波数の倍数を切り換えることによって行うようにしてもよい。また、これらの機能を備えたデジタル制御装置43を用いることにより、そのデジタル制御装置43の内部で行うようにしてもよい。
The
デジタル制御装置43は、電圧検出回路311,321から供給される検出信号S(V1),S(V2)と、電流検出回路312,322から供給される検出信号S(I1),S(I2)とに基づいて演算処理を行うことによりタイミング制御信号Sa,Sbを生成し、交流/直流変換部2へ供給するものである。これらのタイミング制御信号Sa,Sbはそれぞれ、交流/直流変換部2内の後述するスイッチング素子に対し、パルス幅変調(PWM;Pulse Width Modulation)によるスイッチング駆動を行うための制御信号である。
The
なお、このデジタル制御装置43の機能はソフトウェアにより構成されており、デジタル制御装置43における処理は全て、デジタル信号処理装置によってなされるようになっている。このようなデジタル信号処理装置は、例えば、ロジック回路群やマイコンにより構成され、単一のDSP(Digital Signal Processor;デジタル演算装置)により構成されるのがより望ましい。これにより、制御部4の機能を集約することが可能となり、双方向コンバータ1の小型・軽量化が図られるからである。例えば、このDSP1つに対して、通信、AC/DC電力制御、DC/AC電力制御およびPFC制御の機能を盛り込むことも可能である。
The functions of the
駆動電源51は、入出力端子T1,T2に接続されることにより、これら入出力端子T1,T2間の直流電圧V1から電力供給を受けて動作する電源である。一方、駆動電源52は、入出力端子T3,T4に接続されることにより、これら入出力端子T3,T4間の交流電圧V2から電力供給を受けて動作する電源である。
The
これらの駆動電源51,52は、ダイオードD51またはダイオードD52を介して、制御部4に対してその電源となる電力を供給するためのものである。ここで、本実施の形態では、上記した制御部4は、交流/直流変換部2の通常動作期間では、2つの駆動電源51,52の両方によって電力が供給されるようになっている。一方、交流/直流変換部2の起動期間では、2つの駆動電源51,52のうち、入出力端子T1,T2または入出力端子T3,T4から入力電圧が入力される側(入力側)の一方のみによって電力が供給されるようになっている。また、この起動期間では、デジタル制御装置43がDSPを用いて構成された場合、このDSPの動作周波数が、上記通常動作期間と比べて低くなるように構成されている。これにより、詳細は後述するが、起動期間において、通常動作期間と比べて制御部4における消費電力が低くなるからである。なお、駆動電源51,52の詳細構成については、後述する(図3)。
These drive power supplies 51 and 52 are for supplying electric power to the
(交流/直流変換部の詳細構成例)
次に、図2を参照して、交流/直流変換部2の詳細構成について説明する。図2は、この交流/直流変換部2の詳細構成を回路図で表したものである。なお、図2では、双方向コンバータ1のうち、電圧検出回路311,321、電流検出回路312,322、駆動電源51,52およびダイオードD51,D52については、図示を省略している。
(Detailed configuration example of AC / DC converter)
Next, the detailed configuration of the AC /
交流/直流変換部2は、AC/DC変換部2Aと、DC/DC変換部2Bとの2段構成を有している。
The AC /
AC/DC変換部2Aは、入出力端子T1,T2間の交流電圧V1と、DC/DC変換部2B側の直流電圧との間で、AC/DC(交流/直流)変換を行うものである。このAC/DC変換部2は、コンデンサC1,25Cと、PFC機能を有する同期整流回路またはインバータ回路として機能するインダクタ24L1,24L2およびスイッチング素子SW21〜SW24とを有している。
The AC /
DC/DC変換部2Bは、入出力端子T3,T4間の直流電圧V2と、AC/DC変換部2A側の直流電圧との間で、DC/DC(直流/直流)変換を行うものである。このDC/DC変換部2Bは、インバータ回路または同期整流回路として機能するスイッチング素子SW31〜SW34およびスイッチング素子SW41〜SW44と、トランス22と、コンデンサ26Cとを有している。
The DC /
コンデンサC1は、接続ラインH1,L1間に配置されており、平滑用のコンデンサとして機能している。具体的には、後述するスイッチング素子SW21〜SW24によるスイッチング動作の際のノイズ等を平滑化して低減するためのものである。 The capacitor C1 is disposed between the connection lines H1 and L1, and functions as a smoothing capacitor. Specifically, it is for smoothing and reducing noise and the like during switching operations by switching elements SW21 to SW24 described later.
インダクタ24L1は接続ラインH1上に挿入配置され、インダクタ24L2は接続ラインL1上に挿入配置されている。 The inductor 24L1 is inserted on the connection line H1, and the inductor 24L2 is inserted on the connection line L1.
スイッチング素子SW21〜SW24は、フルブリッジ型のインバータ回路および整流回路を構成している。これらスイッチング素子SW21〜SW24はそれぞれ、例えば電界効果型トランジスタ(MOS−FET;Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)や、バイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などにより構成される。ここでは、スイッチング素子SW21〜SW24はそれぞれ、NチャネルのMOS−FETにより構成されている。ここで、スイッチング素子SW21のゲートはタイミング制御信号Saの信号ラインに接続され、ソースがスイッチング素子SW22のドレインに接続され、ドレインが接続ラインH3に接続されている。また、スイッチング素子SW22のゲートはタイミング制御信号Saの信号ラインに接続され、ソースが接続ラインL3に接続され、ドレインがスイッチング素子SW21のソースに接続されている。また、スイッチング素子SW23のゲートはタイミング制御信号Saの信号ラインに接続され、ソースがスイッチング素子SW24のドレインに接続され、ドレインが接続ラインH3に接続されている。また、スイッチング素子SW24のゲートはタイミング制御信号Saの信号ラインに接続され、ソースが接続ラインL3に接続され、ドレインがスイッチング素子SW23のソースに接続されている。また、スイッチング素子SW21のソースは接続ラインH1に接続され、スイッチング素子SW23のソースは接続ラインL1に接続されている。 The switching elements SW21 to SW24 constitute a full bridge type inverter circuit and a rectifier circuit. Each of the switching elements SW21 to SW24 is configured by, for example, a field effect transistor (MOS-FET), a bipolar transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like. Here, the switching elements SW21 to SW24 are each configured by an N-channel MOS-FET. Here, the gate of the switching element SW21 is connected to the signal line of the timing control signal Sa, the source is connected to the drain of the switching element SW22, and the drain is connected to the connection line H3. The gate of the switching element SW22 is connected to the signal line of the timing control signal Sa, the source is connected to the connection line L3, and the drain is connected to the source of the switching element SW21. The gate of the switching element SW23 is connected to the signal line of the timing control signal Sa, the source is connected to the drain of the switching element SW24, and the drain is connected to the connection line H3. The gate of the switching element SW24 is connected to the signal line of the timing control signal Sa, the source is connected to the connection line L3, and the drain is connected to the source of the switching element SW23. The source of the switching element SW21 is connected to the connection line H1, and the source of the switching element SW23 is connected to the connection line L1.
コンデンサ25Cは、接続ラインH3,L3間に配置されており、平滑用のコンデンサとして機能している。 The capacitor 25C is disposed between the connection lines H3 and L3 and functions as a smoothing capacitor.
スイッチング素子SW31〜SW34は、フルブリッジ型のインバータ回路および整流回路を構成している。これらスイッチング素子SW31〜SW34はそれぞれ、例えばMOS−FETやバイポーラトランジスタ、IGBTなどにより構成される。ここでは、スイッチング素子SW31〜SW34はそれぞれ、NチャネルのMOS−FETにより構成されている。ここで、スイッチング素子SW31のゲートはタイミング制御信号Sbの信号ラインに接続され、ソースがスイッチング素子SW32のドレインに接続され、ドレインが接続ラインH3に接続されている。また、スイッチング素子SW32のゲートはタイミング制御信号Sbの信号ラインに接続され、ソースが接続ラインL3に接続され、ドレインがスイッチング素子SW31のソースに接続されている。また、スイッチング素子SW33のゲートはタイミング制御信号Sbの信号ラインに接続され、ソースがスイッチング素子SW34のドレインに接続され、ドレインが接続ラインH3に接続されている。また、スイッチング素子SW34のゲートはタイミング制御信号Sbの信号ラインに接続され、ソースが接続ラインL3に接続され、ドレインがスイッチング素子SW33のソースに接続されている。また、スイッチング素子SW31のソースおよびスイッチング素子SW32のドレインは、後述するトランス22内の巻線221の一端に接続され、スイッチング素子SW33のソースおよびスイッチング素子SW34のドレインは、巻線221の他端に接続されている。
The switching elements SW31 to SW34 constitute a full bridge type inverter circuit and a rectifier circuit. Each of these switching elements SW31 to SW34 is configured by, for example, a MOS-FET, a bipolar transistor, an IGBT, or the like. Here, the switching elements SW31 to SW34 are each configured by an N-channel MOS-FET. Here, the gate of the switching element SW31 is connected to the signal line of the timing control signal Sb, the source is connected to the drain of the switching element SW32, and the drain is connected to the connection line H3. The gate of the switching element SW32 is connected to the signal line of the timing control signal Sb, the source is connected to the connection line L3, and the drain is connected to the source of the switching element SW31. The gate of the switching element SW33 is connected to the signal line of the timing control signal Sb, the source is connected to the drain of the switching element SW34, and the drain is connected to the connection line H3. The gate of the switching element SW34 is connected to the signal line of the timing control signal Sb, the source is connected to the connection line L3, and the drain is connected to the source of the switching element SW33. The source of the switching element SW31 and the drain of the switching element SW32 are connected to one end of a winding 221 in the
トランス22は、互いに絶縁された巻線221,222を有している。巻線222の一端は接続ラインH2に接続され、他端は接続ラインL2に接続されている。このトランス22は、スイッチング素子SW31〜SW34側またはスイッチング素子SW41〜SW44側から入力される交流電圧を変圧し、他方側の巻線の両端に交流電圧を生成するものである。なお、この場合の変圧の度合いは、巻線221と巻線222との巻数比によって定まる。
The
スイッチング素子SW41〜SW44は、フルブリッジ型のインバータ回路および整流回路を構成している。これらスイッチング素子SW41〜SW44はそれぞれ、例えばMOS−FETやバイポーラトランジスタ、IGBTなどにより構成される。ここでは、スイッチング素子SW41〜SW44はそれぞれ、NチャネルのMOS−FETにより構成されている。ここで、スイッチング素子SW41のゲートはタイミング制御信号Sbの信号ラインに接続され、ソースがスイッチング素子SW42のドレインに接続され、ドレインが接続ラインH2に接続されている。また、スイッチング素子SW42のゲートはタイミング制御信号Sbの信号ラインに接続され、ソースが接続ラインL2に接続され、ドレインがスイッチング素子SW41のソースに接続されている。また、スイッチング素子SW43のゲートはタイミング制御信号Sbの信号ラインに接続され、ソースがスイッチング素子SW44のドレインに接続され、ドレインが接続ラインH2に接続されている。また、スイッチング素子SW44のゲートはタイミング制御信号Sbの信号ラインに接続され、ソースが接続ラインL2に接続され、ドレインがスイッチング素子SW43のソースに接続されている。 The switching elements SW41 to SW44 constitute a full bridge type inverter circuit and a rectifier circuit. Each of these switching elements SW41 to SW44 is configured by, for example, a MOS-FET, a bipolar transistor, or an IGBT. Here, the switching elements SW41 to SW44 are each configured by an N-channel MOS-FET. Here, the gate of the switching element SW41 is connected to the signal line of the timing control signal Sb, the source is connected to the drain of the switching element SW42, and the drain is connected to the connection line H2. The gate of the switching element SW42 is connected to the signal line of the timing control signal Sb, the source is connected to the connection line L2, and the drain is connected to the source of the switching element SW41. The gate of the switching element SW43 is connected to the signal line of the timing control signal Sb, the source is connected to the drain of the switching element SW44, and the drain is connected to the connection line H2. The gate of the switching element SW44 is connected to the signal line of the timing control signal Sb, the source is connected to the connection line L2, and the drain is connected to the source of the switching element SW43.
コンデンサ26Cは、接続ラインH2,L2間に配置されており、平滑用のコンデンサとして機能している。
The
(駆動電源部の詳細構成例)
次に、図3を参照して、駆動電源部51,52の詳細構成について説明する。図3は、これら駆動電源部51,52の詳細構成を回路図で表したものである。
(Detailed configuration example of the drive power supply unit)
Next, the detailed configuration of the drive
駆動電源部51,52はそれぞれ、コンデンサC1,C2と、コントロールIC(Integrated Circuit)50と、NチャネルのMOS−FETにより構成されたスイッチング素子SW5と、トランスT5と、ダイオードD50と、抵抗器R51,R52とを有している。
The drive
コンデンサC1の一端は、接続ラインH1(H2)に接続された接続ラインL51に接続され、他端は接続ラインL1(L2)に接続されている。また、トランスT5における巻線T51の一端は接続ラインL51に接続され、他端はスイッチング素子SW5のドレインに接続されている。トランスT5における巻線T52の一端はダイオードD50のアノードに接続され、他端は接続ラインL1(L2)に接続されている。スイッチング素子SW5のゲートにはコントロールIC50からの制御信号が入力され、ソースは接続ラインL1(L2)に接続されている。ダイオードD50のカソードは、接続ラインL52上の抵抗器R51の一端に接続され、抵抗器R51の他端は抵抗器R52の一端に接続され、抵抗器R52の他端は接続ラインL1(L2)に接続されている。コンデンサC2の一端は接続ラインL52に接続され、他端は接続ラインL1(L2)に接続されている。また、コントロールIC50には、接続ラインH1(H2)を介して交流電圧V1または直流電圧V2が供給されると共に、接続ラインL52上の電圧V5が抵抗器R51,R52によって分圧された電圧が供給され、フィードバック制御がなされるようになっている。
One end of the capacitor C1 is connected to the connection line L51 connected to the connection line H1 (H2), and the other end is connected to the connection line L1 (L2). Further, one end of the winding T51 in the transformer T5 is connected to the connection line L51, and the other end is connected to the drain of the switching element SW5. One end of the winding T52 in the transformer T5 is connected to the anode of the diode D50, and the other end is connected to the connection line L1 (L2). A control signal from the
このような構成により駆動電源部51,52では、接続ラインH1(H2)を介して供給される交流電圧V1または直流電圧V2が所定の閾値(後述する規定値)以上となると、コントロールIC50によるスイッチング素子SW5のオン・オフ制御動作が開始される。これにより、トランスT5により変圧された電圧V5が接続ラインL52上に生成され、ダイオードD51(D52)へ供給されるようになっている。
With such a configuration, when the AC voltage V1 or the DC voltage V2 supplied via the connection line H1 (H2) becomes equal to or higher than a predetermined threshold (specified value described later), the drive
ここで、入出力端子T1,T2が本発明における「第1の入出力端子対」の一具体例に対応し、入出力端子T3,T4が本発明における「第2の入出力端子対」の一具体例に対応する。また、交流/直流変換部2が、本発明における「電圧変換部」および「AC/DC変換部」の一具体例に対応する。また、駆動電源51が本発明における「第1の駆動電源」の一具体例に対応し、駆動電源52が本発明における「第2の駆動電源」の一具体例に対応し、これら駆動電源51,52およびダイオードD51,D52が本発明における「駆動電源部」の一具体例に対応する。
Here, the input / output terminals T1 and T2 correspond to a specific example of the “first input / output terminal pair” in the present invention, and the input / output terminals T3 and T4 correspond to the “second input / output terminal pair” in the present invention. This corresponds to a specific example. The AC /
次に、本実施の形態の双方向コンバータ1の作用および効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
(双方向コンバータの基本動作例)
最初に、図4〜図7を参照して、双方向コンバータ1の基本動作について説明する。図4〜図7は、この双方向コンバータ1の基本動作の状態を回路図を用いて表したものである。このうち、図4,図5は、順方向動作(交流側の商用電源10から直流側のバッテリ60への充電動作)を、図6,図7は、逆方向動作(直流側のバッテリ60から交流側の負荷70への交流電圧出力動作)を、表している。なお、これら図4〜図7では、双方向コンバータ1のうち、電圧検出回路311,321、電流検出回路312,322、駆動電源51,52およびダイオードD51,D52については、図示を省略している。また、図中の「ON」,「OFF」は、各スイッチング素子のオン状態やオフ状態を表しており、図中の矢印は電流の流れる経路および向きを表している。
(Example of basic operation of bidirectional converter)
First, the basic operation of the
まず、図4,図5に示した順方向動作時には、図4に示した動作状態と図5に示した動作状態とが交互に繰り返される。具体的には、商用電源10から入出力端子T1,T2を介して入力される交流入力電圧Vacin(商用電圧)がAC/DC変換部2Aへ供給されると、PFC機能を有する同期整流回路として機能するインダクタ24L1,24L2およびスイッチング素子SW21〜SW24により、接続ラインH3,L3間に直流電圧が生成される。次に、DC/DC変換部2Bでは、この直流電圧がAC/DC変換部2Aから供給されると、インバータ回路として機能するスイッチング素子SW31〜SW34によってパルス電圧が生成され、トランス22の巻線221の両端間に印加される。このパルス電圧は、トランス22によって変圧され、変圧されたパルス電圧が巻線222の両端間に生成される。そして、この変圧されたパルス電圧は、整流回路として機能するスイッチング素子SW41〜SW44によって整流され、直流出力電圧Vdcoutが生成される。これにより、この直流出力電圧Vdcoutおよび接続ラインH2,L2を流れる直流出力電流によって、バッテリ60に対する充電がなされる。
First, during the forward operation shown in FIGS. 4 and 5, the operation state shown in FIG. 4 and the operation state shown in FIG. 5 are alternately repeated. Specifically, when an AC input voltage Vacin (commercial voltage) input from the
一方、図6,図7に示した逆方向動作時には、図6に示した動作状態と図7に示した動作状態とが交互に繰り返される。具体的には、バッテリ60から入出力端子T3,T4を介して入力される直流入力電圧VdcinがDC/DC変換部2Bへ供給されると、インバータ回路として機能するスイッチング素子SW41〜SW44によってパルス電圧が生成され、トランス22の巻線222の両端間に印加される。このパルス電圧は、トランス22によって変圧され、変圧されたパルス電圧が巻線221の両端間に生成される。この変圧されたパルス電圧は、整流回路として機能するスイッチング素子SW31〜SW34によって整流され、直流電圧が生成される。次に、AC/DC変換部2Aでは、この直流電圧がDC/DC変換部2Bから供給されると、PFC機能を有するインバータ回路として機能するインダクタ24L1,24L2およびスイッチング素子SW21〜SW24により、接続ラインH1,L1間に交流出力電圧Vacoutが生成される。これにより、この交流出力電圧Vacoutおよび接続ラインH1,L1を流れる交流出力電流によって、入出力端子T1,T2を介して負荷70が駆動される。
On the other hand, during the backward operation shown in FIGS. 6 and 7, the operation state shown in FIG. 6 and the operation state shown in FIG. 7 are alternately repeated. Specifically, when the DC input voltage Vdcin input from the
この際、順方向動作時および逆方向動作時のいずれにおいても、交流/直流変換部2におけるスイッチング素子SW21〜SW24,SW31〜SW34,SW41〜SW44のオン・オフ動作は、制御部4内のデジタル制御装置43から出力されるタイミング制御信号Sa,Sbによって制御される。また、この制御部4の電源となる電力は、駆動電源51,52からダイオードD51,D52を介して、制御部4へ供給される。
At this time, the ON / OFF operation of the switching elements SW21 to SW24, SW31 to SW34, and SW41 to SW44 in the AC /
(駆動電源部による電力供給動作例)
次に、図8〜図12を参照して、本発明の特徴的部分の1つである、駆動電源51,52による制御部4に対する電力供給動作について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。ここで、図8は、比較例に係る従来の双方向コンバータ(双方向コンバータ101)の構成および動作をブロック図で表したものである。また、図9および図10は、本実施の形態の駆動電源51,52および制御部4の動作例を流れ図で表したものである。また、図11は、本実施の形態の双方向コンバータ1における順方向動作時の動作状態をブロック図で表したものであり、(A)は起動期間における動作状態を、(B)は通常動作期間における動作状態を、それぞれ表している。また、図12は、本実施の形態の双方向コンバータ1における逆方向動作時の動作状態をブロック図で表したものであり、(A)は起動期間における動作状態を、(B)は通常動作期間における動作状態を、それぞれ表している。
(Example of power supply operation by the drive power supply)
Next, with reference to FIGS. 8 to 12, the power supply operation to the
まず、図8に示した比較例では、本実施の形態と同様に、交流側の駆動電源105Aと、直流側の駆動電源105Bとが、別個に設けられている。ただし、この比較例では、本実施の形態の制御部4の代わりに、交流/直流変換部2に対してスイッチング素子のタイミング制御信号S101を出力する制御部104が設けられている。そして、交流/直流変換部2の起動時には、これら2つの駆動電源105A,105Bのうちの一方(主に入力側)の駆動電源のみによって、制御部104を駆動している。すなわち、図中の矢印P301で示した順方向動作時には、図中の矢印P101で示したように、主に入力側の駆動電源105Aのみによって、制御部104に対してその電源となる電力が供給される。一方、図中の矢印P302で示した逆方向動作時には、図中の矢印P102で示したように、主に入力側の駆動電源105Bのみによって、制御部104に対してその電源となる電力が供給される。ところが、この比較例では、制御部104に対して十分な電力を供給できる駆動電源を2つ別個に設けている(駆動電源105A,105B)ため、双方向コンバータ101全体として、大型化・重量化を引き起こしてしまうことになる。
First, in the comparative example shown in FIG. 8, similarly to the present embodiment, an AC side driving power source 105 </ b> A and a DC side driving power source 105 </ b> B are separately provided. However, in this comparative example, a
これに対して、本実施の形態では、まず、制御部4は、上記順方向動作時および逆方向動作時のいずれの場合においても、交流/直流変換部2の起動期間では、デジタル制御装置43を構成するDSPの動作周波数(駆動周波数)faが、後述する交流/直流変換部2の通常動作期間の動作周波数(駆動周波数)fbと比べ、低くなるように設定される(図9のステップS11,図10のステップS21:fa<fb)。また、この起動期間では、2つの駆動電源51,52のうち、入力側の一方の駆動電源のみによって、制御部4に対して電力が供給される。
On the other hand, in the present embodiment, first, the
次に、制御部4内のデジタル制御装置43は、交流/直流変換部2からの出力電圧(直流出力電圧Vdcoutまたは交流出力電圧Vacout)が、所定の規定値(駆動電源51,52内のコントロールIC50の動作開始電圧に対応)以上となっているか否かを判断する(ステップS12,S22)。
Next, the
ここで、この出力電圧が規定値にはまだ達していない場合には(ステップS12,S22:N)、例えば図11(A)(順方向動作時)および図12(A)(逆方向動作時)にそれぞれ示したような動作状態となる。すなわち、図11(A)中の矢印P31で示した順方向動作時には、図中の矢印P1で示したように、入力側の駆動電源51のみによって、制御部4に対してその電源となる電力が供給される。一方、図12(A)中の矢印P32で示した逆方向動作時には、図中の矢印P2で示したように、入力側の駆動電源52のみによって、制御部4に対してその電源となる電力が供給される。
If this output voltage has not yet reached the specified value (steps S12, S22: N), for example, FIG. 11A (forward operation) and FIG. 12A (reverse operation) ), The operation states as shown in FIG. That is, at the time of the forward operation indicated by the arrow P31 in FIG. 11A, as indicated by the arrow P1 in the figure, only the input-side
この際、この起動期間においてPWM制御がなされると(図9のステップS13)、上記したように、デジタル制御装置43を構成するDSPの動作周波数faが後述する通常動作期間と比べて低くなるように設定されていることにより(fa<fb)、起動期間において、通常動作期間と比べて制御部4における消費電力が低くなる。これは、DSPはそのほとんどがMOSトランジスタで構成されているため、その消費電力は動作周波数にほぼ比例することになるからである。また、DSP内の半導体スイッチとして例えばIGBTを用いたときには、ゲート容量を充放電に費やされる電力はスイッチング周波数に比例するため、DSPの動作周波数を低くしてスイッチング周波数を低くしたときには、スイッチ素子の駆動電力も低くすることができる。なお、通常動作期間と起動期間との動作周波数の比は、2以上に設定するのが望ましい。これにより、駆動電源51,52の電力の比を、1:1以上に設定できるからである。
At this time, if PWM control is performed in this start-up period (step S13 in FIG. 9), as described above, the operating frequency fa of the DSP constituting the
一方、この起動期間において、デジタル制御装置43を構成するDSPの動作周波数faを通常動作期間と比べて低くなるように設定すると共に、スイッチング素子SW21〜SW24等を制御するための規定パルス(デューティ比および波形等が固定された所定のパルス信号)のみを出力するようにしてもよい(図10のステップS23)。これは、以下の理由によるものである。すなわち、DSPによる電力の制御には複数の演算処理を必要とするため、演算が終了するのに時間を要する。したがって、この時間は動作周波数に依存するため、動作周波数が低くなると、演算が間に合わなくなる場合がある。そこで、起動期間では動作周波数を低くすると共に演算を簡略化し、規定のパルス信号によってスイッチング素子SW21〜24等をオン・オフ制御するというものである。このように構成した場合、制御部4としての動作が最小限に抑えられるため、起動期間において、通常動作期間と比べて制御部4の消費電力がより低くなる。
On the other hand, in this start-up period, the operating frequency fa of the DSP constituting the
なお、このようなステップS13,S23に示した2つの制御を、随時切り換えて行うようにしてもよい。また、このようなステップS13またはステップS23の動作の後は、再びステップS12へと戻ることになる。 Note that the two controls shown in steps S13 and S23 may be switched at any time. Further, after such an operation of step S13 or step S23, the process returns to step S12 again.
ここで、このようにして制御部4による制御により、交流/直流変換部2の電圧変換動作がなされ、出力側へ電力が供給される。これにより、その後、出力電圧が規定値以上に達した場合には(ステップS12,S22:Y)、2つの駆動電源51,52のうちの出力側の他方の駆動電源も、制御部4に対する電源供給動作を開始するようになり、通常動作期間へ移行する。
Here, the voltage conversion operation of the AC /
すなわち、この通常動作期間では、例えば図11(B)(順方向動作時)および図12(B)(逆方向動作時)にそれぞれ示したように、2つの駆動電源51,52の両方によって、駆動電源部から制御部に対して電力が供給される。また、この通常動作期間に移行すると、制御部4は、デジタル制御装置43を構成するDSPの動作周波数faを、通常動作期間の動作周波数(駆動周波数)fb(>fa)に設定する(ステップS14,S24)。これにより、その動作周波数によって制御部4における消費電力が変更され、通常動作期間におけるPWM制御がなされる(ステップS15,S25)。この際、動作周波数の切り換えは、分周器42における分周比を制御することによって行う。なお、起動期間から通常動作期間への移行は、電圧検出回路311,321および電流検出回路312,322による検出信号S(V1),S(V2),S(I1),S(I2)のうち、入力側の検出信号をモニターすることにより、出力側への電力供給を確認して行うことが望ましい。
That is, in this normal operation period, for example, as shown in FIG. 11B (during forward operation) and FIG. 12B (during reverse operation), respectively, by both of the two
なお、その後は、全体の処理を終了させるか否かを判断する(ステップS16,S26)。そして、まだ終了させないと判断した場合には(ステップS16,S26:N)、再びステップS15またはステップS25へと戻り、終了させると判断した場合には(ステップS16,S26:Y)、図9,図10に示した全体の処理が終了となる。 After that, it is determined whether or not to end the entire process (steps S16 and S26). If it is determined that the process is not finished yet (steps S16, S26: N), the process returns to step S15 or step S25 again. If it is determined that the process is finished (steps S16, S26: Y), FIG. The entire process shown in FIG. 10 is completed.
このようにして本実施の形態では、交流/直流変換部2の起動期間では、2つの駆動電源51,52のうちの入力側の一方の駆動電源のみによって制御部4への電力供給がなされると共に、通常動作期間と比べて制御部4の消費電力が低くなるように設定され、交流/直流変換部2の通常動作期間では、両方の駆動電源51,52による合成電力(合算電力)によって制御部4への電力供給がなされるため、常に入力側の一方の駆動電源のみによって制御部への電力供給がなされている従来(比較例)と比べ、各駆動電源51,52の個々の電力供給能力が、低くても済むようになる。
In this manner, in the present embodiment, during the start-up period of the AC /
以上のように本実施の形態では、交流/直流変換部2の起動期間では、2つの駆動電源51,52のうちの入力側の一方の駆動電源のみによって制御部4への電力供給を行うと共に、通常動作期間と比べて制御部4の消費電力が低くなるように設定し、交流/直流変換部2の通常動作期間では、両方の駆動電源51,52による合成電力(合算電力)によって制御部4への電力供給を行うようにしたので、従来と比べ、各駆動電源51,52の個々の電力供給能力が低くても済むようになる。よって、駆動電源51,52の小型・軽量化を図ることができ、双方向コンバータ1全体としても従来と比べて小型・軽量化を図ることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, power is supplied to the
(変形例)
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
(Modification)
While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態で説明したAC/DC変換部、DC/DC変換部、整流回路、昇圧回路、平滑回路、インバータ回路および制御部の構成は、これらには限られず、他の構成であってもよい。 For example, the configurations of the AC / DC conversion unit, the DC / DC conversion unit, the rectifier circuit, the booster circuit, the smoothing circuit, the inverter circuit, and the control unit described in the above embodiment are not limited to these, and may be other configurations. May be.
また、例えば図13に示した双方向コンバータ1Aのように、トランス22,27によって、交流側と直流側との間を互いに絶縁させると共に、トランス53によって、駆動電源51と駆動電源52との間を互いに絶縁させるようにしてもよい。なお、SW回路部2Cは、図2に示した交流/直流変換部2の回路構成のうち、トランス22よりも交流側の回路である。また、SW回路部2Dは、図2に示した交流/直流変換部2の回路構成のうち、トランス22よりも直流側の回路である。このように、交流/直流変換部2内において交流側と直流側との間を互いに絶縁させるのは、例えばPHEVに用いられるバッテリ60の電圧は350V程度の高圧になる場合があるため、そのような高圧のバッテリ60を商用電源10に直接接続することは、安全上の問題があるからである。このように構成した場合、駆動電源51,52間の絶縁のための部品としてトランス53を用いたときに、トランス53において使用される電力も小さくて済むため、絶縁性の双方向コンバータ1A全体として、より効果的に小型・軽量化が図れる。また、この図13に示した双方向コンバータ1Aでは、駆動電源51の電力供給能力と駆動電源52の電力供給能力とを互いに不均等とすると共に、これらのうちの電力供給能力が低いほうの駆動電源と制御部4との間(ここでは、駆動電源51と制御部4との間)に、絶縁性のトランス53を設けるようにするのが好ましい。このように構成した場合、この絶縁性のトランス53において使用される電力がさらに小さくて済むため、上記した絶縁性の双方向コンバータ1Aにおいて、全体としてさらに効果的に小型・軽量化が図れる。
Further, for example, like the bidirectional converter 1A shown in FIG. 13, the
また、例えば図14に示した双方向コンバータ1Bのように、入出力端子T1,T2と駆動電源51との間、および入出力端子T3,T4と駆動電源52との間にそれぞれ、リレー541,542を設けると共に、起動期間において、出力側のリレーがオフ状態となるようにしてもよい。このように構成した場合、起動期間における無制御な電力が出力側へ出力されるのが回避され、出力側の安全性等が確保されるようになる。
Further, for example, as in the bidirectional converter 1B shown in FIG. 14, the
また、これまでは、双方向コンバータが、交流/直流変換部2(AC/DC変換部)を有する双方向のAC/DCコンバータとして機能する場合について説明したが、本発明の双方向コンバータは、直流/直流変換部2(DC/DC変換部)を有する双方向のDC/DCコンバータとして機能するものにも適用することが可能である。 In addition, the case where the bidirectional converter functions as a bidirectional AC / DC converter having the AC / DC converter 2 (AC / DC converter) has been described so far. The present invention can also be applied to a device that functions as a bidirectional DC / DC converter having a DC / DC converter 2 (DC / DC converter).
また、これまでは、双方向コンバータ全体を、バッテリ等に対する充電・放電装置として用いる場合について説明したが、本発明の双方向コンバータは、そのような充電・放電装置以外にも、例えば家電等の電源装置など、他の用途にも適用することが可能である。 Moreover, until now, the case where the whole bidirectional | two-way converter is used as a charging / discharging apparatus with respect to a battery etc. was demonstrated, However, The bidirectional | two-way converter of this invention is other than such a charging / discharging apparatus, for example, household appliances etc. The present invention can also be applied to other uses such as a power supply device.
また、上記実施の形態では、制御部4内のデジタル制御装置43の機能をソフトウェアによって構成するようにした場合で説明したが、このデジタル制御装置43の機能をハードウェアによって構成するようにしてもよい。ただし、ハードウェアによって構成した場合には回路規模が大きくなると共に、各素子のばらつきを補正するのが難しいことから、上記実施の形態のようにソフトウェアによって構成するのが好ましい。
In the above embodiment, the function of the
1A,1B…双方向コンバータ、10…商用電源、2…交流/直流変換部、2A…AC/DC変換部、2B…DC/DC変換部、2C,2D…SW回路部、22,27…トランス、311,321…電圧検出回路、312,322…電流検出回路、4…制御部、41…発信器、42…分周器、43…デジタル制御装置、51,52…駆動電源、53…トランス、541,542…リレー、60…バッテリ、70…負荷、T1〜T4…入出力端子、H1,L1,H2,L2,H3,L3…接続ライン、I1,I2…電流、V1,V2…電圧、Vacin…交流入力電圧、Vacout…交流出力電圧、Vdcin…直流入力電圧、Vdcout…直流出力電圧、S(I1),S(V1),S(I2),S(V2)…検出信号、Sa,Sb…タイミング制御信号、CLK0…基本クロック信号、CLK1…分周信号(システムクロック信号)、D51,D52…ダイオード、fa,fb…駆動周波数(動作周波数)。 1A, 1B ... Bidirectional converter, 10 ... Commercial power supply, 2 ... AC / DC converter, 2A ... AC / DC converter, 2B ... DC / DC converter, 2C, 2D ... SW circuit, 22, 27 ... Transformer , 311, 321 ... voltage detection circuit, 312, 322 ... current detection circuit, 4 ... control unit, 41 ... transmitter, 42 ... frequency divider, 43 ... digital control device, 51, 52 ... drive power supply, 53 ... transformer, 541, 542 ... relay, 60 ... battery, 70 ... load, T1 to T4 ... input / output terminals, H1, L1, H2, L2, H3, L3 ... connection lines, I1, I2 ... current, V1, V2 ... voltage, Vacin ... AC input voltage, Vacout ... AC output voltage, Vdcin ... DC input voltage, Vdcout ... DC output voltage, S (I1), S (V1), S (I2), S (V2) ... detection signals, Sa, Sb ... Timing control signal, CLK0 Basic clock signal, CLK1 ... divided signal (system clock signal), D51, D52 ... diodes, fa, fb ... driving frequency (operating frequency).
Claims (7)
スイッチング素子を含んで構成され、前記入力電圧に基づいて電圧変換を行うことにより前記出力電圧を生成する電圧変換部と、
前記スイッチング素子の動作を制御する制御部と、
前記第1の入出力端子対側に接続された第1の駆動電源と、前記第2の入出力端子対側に接続された第2の駆動電源とを含んで構成され、前記制御部に対してその電源となる電力を供給する駆動電源部と
を備え、
前記制御部は、前記電圧変換部の通常動作期間では、前記第1および第2の駆動電源により電力が供給されると共に、前記電圧変換部の起動期間では、前記第1および第2の駆動電源のうちの前記入力電圧が入力される側の一方のみにより電力が供給され、かつ前記通常動作期間と比べて前記制御部の消費電力が低くなるように構成されている
ことを特徴とする双方向コンバータ。 A bidirectional converter that outputs an output voltage from the other input / output terminal pair based on an input voltage input from one input / output terminal pair of the first and second input / output terminal pairs,
A voltage converter configured to include a switching element and generate the output voltage by performing voltage conversion based on the input voltage; and
A control unit for controlling the operation of the switching element;
A first driving power source connected to the first input / output terminal pair side; and a second driving power source connected to the second input / output terminal pair side; Drive power supply section for supplying power to be used as the power supply,
In the normal operation period of the voltage conversion unit, the control unit is supplied with electric power from the first and second drive power sources, and in the startup period of the voltage conversion unit, the first and second drive power sources The power is supplied only by one of the input voltage input sides of the control unit and the power consumption of the control unit is lower than that in the normal operation period. converter.
ことを特徴とする請求項1に記載の双方向コンバータ。 The bidirectional converter according to claim 1, wherein the first drive power source and the second drive power source are insulated from each other.
前記第1および第2の駆動電源のうちの電力供給能力が低いほうの駆動電源と前記制御部との間に、絶縁性のトランスを備えた
ことを特徴とする請求項2に記載の双方向コンバータ。 The power supply capability of the first drive power supply and the power supply capability of the second drive power supply are unequal to each other.
The bidirectional transformer according to claim 2, wherein an insulating transformer is provided between the controller and the drive power supply having the lower power supply capability of the first and second drive power supplies. converter.
前記起動期間では、前記DSPの動作周波数が前記通常動作期間と比べて低くなるように構成されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の双方向コンバータ。 The control unit includes a digital arithmetic device (DSP),
4. The bidirectional converter according to claim 1, wherein an operating frequency of the DSP is lower than that in the normal operation period in the start-up period. 5.
ことを特徴とする請求項4に記載の双方向コンバータ。 The bidirectional converter according to claim 4, wherein the DSP outputs a prescribed pulse signal for controlling the switching element during the startup period.
前記起動期間において、前記出力電圧が出力される側のリレーがオフ状態となるように構成されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の双方向コンバータ。 A relay is provided between the first input / output terminal pair and the first drive power supply, and between the second input / output terminal pair and the second drive power supply,
The bidirectional converter according to any one of claims 1 to 5, wherein the relay on the side from which the output voltage is output is in an off state during the start-up period.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の双方向コンバータ。 The voltage conversion unit is an AC / DC conversion unit that performs voltage conversion between a DC voltage and an AC voltage, and functions as a bidirectional AC / DC converter. The bidirectional converter according to any one of claims.
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