JP5308682B2 - 双方向dc/dcコンバータ - Google Patents
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Description
しかしながら、車両においては、各々異なる電圧値(高圧側電圧及び低圧側電圧)を有するバッテリを用いる2つの直流電源系を有しているものがある。
ここで、相互に電力を融通し合う場合、一般的に、直流電源系間に直流昇圧回路と直流降圧回路とを並列に配設し、それらを適宜使用する双方向のDC/DCコンバータの構成が採用されている(例えば、特許文献1参照)。
従来例のDC/DCコンバータにおいては、例えば、100V−200Vの入力電圧を10V−20Vに降圧する構成、すなわち降圧に対応した巻数比とすると、逆に昇圧する際に10Vから200Vを超える電圧を生成することができない。
逆に、10V−20Vの入力電圧を100V−200Vに昇圧する構成、すなわち昇圧に対応した巻数比とすると、逆に昇圧する際に100Vから10Vを超える電圧を生成することができない。
そのため、従来例においては、昇圧する比率に設定した巻数比を用いて降圧する場合、所望の降圧した電圧を得るため、別に並列に昇圧回路を形成する必要があり、部品点数が増加し、かつ回路規模が大きくなるという問題がある。
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第9のスイッチ手段と、前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第10のスイッチ手段と、前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第11のスイッチ手段と、前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第12のスイッチ手段とを有することを特徴とする。
本発明は、図1に示すように、低電圧VoLのバッテリB1と、高電圧VoHのバッテリB2との間にて、電圧値が低下した一方に対して、他方からエネルギを補完して電圧値の低下を抑制するために用いるDC/DCコンバータである。
この図において、本実施形態による双方向DC/DCコンバータは、トランス1と、1次側直交変換部2、2次側直交変換部3、昇圧回路4を有している。
一方、上記双方向DC/DCインバータは、降圧処理のエネルギー変換において、1次側直交変換部3がバッテリB1における直流の低電圧VoLを、一端、単相矩形波交流電圧に変換し、2次側直交変換部3がその単相矩形波交流電圧を整流して直流の高電圧VoHに変換する。実施形態におけるスイッチ手段は、MOSトランジスタを用いている。各直交変換部における整流に用いるダイオードとして、MOSトランジスタの寄生ダイオードでなく、各MOSトランジスタに並列に接続したダイオード素子を用いても良い。
トランジスタQ1及びQ3各々は、ドレインが高電圧バッテリB1の+側端子TVoLに接続されている。
一方、トランジスタQ2及びQ4各々は、ソースが高電圧バッテリB1の−側端子TVoLLに接続されている。
トランジスタQ1のソースはトランジスタQ2のドレインと接続点K1にて接続され、トランジスタQ3のソースはトランジスタQ4のドレインと接続点K2にて接続されている。
また、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4各々は、それぞれのゲートに対して、上記第1の制御回路5から制御信号S1、S2、S3、S4それぞれが入力されている。
上記第1の制御回路5は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス1の1次巻線1Aに流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス1の1次巻線1Aに対して単相矩形波交流電圧が印加される。
トランジスタQ7は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P1に接続されている。
トランジスタQ9は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P2に接続されている。
トランジスタQ8は、ドレインが接続点P1に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
トランジスタQ10は、ドレインが接続点P2に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
また、トランジスタQ7、Q8、Q9、Q10各々は、それぞれのゲートに対して、上記第2の制御回路6から制御信号S7、S8、S9、S10それぞれが入力されている。
上記第2の制御回路6は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス1の2次巻線1Bに流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス1の2次巻線1Bに対して単相矩形波交流電圧が印加される。
チョークコイル7は、一方の端子Tc1がトランジスタQ7及びQ9のドレインに接続され、他方の端子Tc2がトランジスタQ6のドレインに接続されている。
上記トランジスタQ6のソースは高電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
昇圧回路4の出力端子、すなわちチョークコイル7の端子Tc2は、nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q5のソースが接続されている。
上記トランジスタQ5は、ドレインが高電圧バッテリB2の+側端子TvoHに接続されている。
昇圧動作において、上記単相矩形波交流電圧に対応し、2次側直交変換部3は、1次巻線1Aに流れる電流により、2次巻線1Bに逆相にて誘起される電圧を単相全波整流を行い高電圧VoHの生成を行う。
この2次側直交変換部3は、上述したトランジスタQ7及びQ9の寄生ダイオードD7及びD9による両波整流により、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、降圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ1〜Q4の上述したスイッチングに同期して、第2の制御回路6は、トランジスタQ7〜Q10のオンオフを行う同期整流により、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
また、上述した位相制御ではなく、制御信号S1、S2、S3、S4のパルス幅を調整し、トランジスタQ1〜Q4のオン/オフ時間を制御して、降圧電圧の電圧値を制御するPWM(Pulse Width Modulation)制御を用いてもよい。
逆に、低電圧から高電圧に降圧動作を行うと、低電圧の10Vから上記巻数比1:10の場合、100Vにしかならず、200Vとして設定された電圧が生成されない。
このため、本実施形態においては、降圧動作において、1次側直交変換回路2における位相制御により、昇圧電圧を最大値とする制御(位相制御及びPWM制御など)を行っても、2次側直交変換回路3から出力される昇圧電圧が設定された電圧に到達しない場合、2次側直交変換回路3から出力される昇圧電圧を、上記昇圧回路4により昇圧し、予め設定された電圧の昇圧電圧を生成する。
降圧動作において、上記単相矩形波交流電圧に対応し、1次側直交変換部2は、2次巻線1Bに流れる電流により、1次巻線1Aに逆相にて誘起される電圧を単相全波整流を行い低電圧VoLの生成を行う。
この1次側直交変換部2は、上述したトランジスタQ1及びQ3の寄生ダイオードD1及びD3による両波整流により、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ7〜Q10の上述したスイッチングに同期して、第1の制御回路5は、トランジスタQ1〜Q4のオンオフを行う同期整流により、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
本実施形態における降圧動作でのトランジスタQ7〜Q10のオン/オフ制御を行う制御信号S7、S8、S9、S10のタイミングの説明についての詳細は後述する。
以下の説明において、整流動作は、ダイオードD7〜D10の両波整流構成にて、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の両波整流を行う。また上述したように、同期整流にて2次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧に対する整流を行う方式にて整流動作を行っても良い。ここで、1次巻線数:2次巻線数=1:Nとする。
以下の説明に用いる図3のタイミングチャートにおいて、トランジスタQ1及びQ4をオン/オフするスイッチング周期を周期T1とし、トランジスタQ3及びQ2とをオン/オフするスイッチング周期を周期T2とし、この周期T1と周期T2との位相のずれをΔTとする。
時刻t1において、第1の制御回路5は、制御信号S1、制御信号S4を「L」レベルから「H」レベルに変化させ、制御信号S2、制御信号S3を「H」レベルから「L」レベルに変化させる。
上述した制御信号の変化によって、トランジスタQ1、トランジスタQ4はオンとなり、一方トランジスタQ2、トランジスタQ3はオフとなる。
これにより、1次側巻線1Aに電流i1F(端子TA1→端子TA2)が流れることにより、巻線1Bの端子TB1−TB2間にN・VoLの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Bに誘起された電圧N・VoLがダイオードD7を介し、チョークコイル7及び、トランジスタQ5の寄生ダイオードD5を介して+側端子TVoHへ出力される。
これにより、トランジスタQ1及びQ4はオフ状態となり、トランジスタQ2及びQ3はオフ状態となる。
そして、1次側巻線1Aに電流i1B(端子TA2→端子TA1)が流れることにより、巻線1Bの端子TB2−TB1間にN・VoLの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Bに誘起された電圧N・VoLがダイオードD9を介し、チョークコイル7及び、トランジスタQ5の寄生ダイオードD5を介して+側端子TVOHへ出力される。
そして、昇圧された高電圧の電源信号は、チョークコイル7及びコンデンサ6から構成された平滑回路により平滑化されて、一定電圧の高電圧VoHとして、+側端子TVoHから出力される。
第2の制御回路6は、制御信号S6を「H」レベルとして、トランジスタQ6をオン状態とさせるタイミングを、第1の制御回路5が制御信号S1及びS4と、制御信号S2及びS3とが各々「H」レベルとするタイミングに同期させる。
また、第1の制御回路5が1次側直交変換部2を制御する制御信号S1〜S4の周期T1及びT2の周期の位相を、後述するように調整して、昇圧される昇圧電圧があらかじめ設定された電圧となるよう調整してもよい。
時刻t1において、第1の制御回路5は、制御信号S1、制御信号S4を「L」レベルから「H」レベルに変化させ、制御信号S2、制御信号S3を「L」レベルのままで維持する。
そして、トランジスタQ1及びQ4がオフからオンに状態が移行し、トランジスタQ2及びQ3はオフのままとなる。
これにより、トランス1の1次巻線1Aには電流i1Fが流れ、2次巻線1Bの端子TB1−TB2間にN・VoLの電圧が誘起される。
これにより、トランジスタQ1からQ4の全てがオン状態となり、接続点K1及びK2が「L」レベルとなり、トランス1の1次巻線1Aの端子TA1及びTA2が同電位となり、電流が流れないため、2次巻線1Bに電圧は誘起されない。
そして、トランジスタQ1及びQ4がオンからオフに移行し、トランジスタQ2及びQ3はオン状態のままとなる。
これにより、トランス1の1次巻線1Aに電流i1Bが流れ、2次巻線1Bの端子TB2−TB1間にN・VoLの電圧が誘起される。
これにより、トランジスタQ1〜Q4の全てがオフ状態となり、接続点K1及びK2がフローティング(電気的にいずれにも接続されずに浮いた状態)となり、トランス1の1次巻線1Aの端子TA1及びTA2が同電位となり、電流が流れないため、2次巻線1Bに電圧は誘起されない。
そして、上述した周期T1及びT2の周期が90°ずれている場合、周期T1及びT2の位相が180°ずれている場合に比較して、半分の期間において、トランス1の2次巻線1BにN・VoLの電圧が生成される。
デューテイ50%の上記N・VoLが単相矩形波交流電圧としてチョークコイル7へ入力されると、チョークコイル7によりこの入力される単相矩形波交流電圧が平滑化され、所定の降圧電圧として、ダイオードD5を介して+側端子TVoHへ出力される。
したがって、周期T1及びT2との位相を制御することにより、+側端子TVoHへ出力される昇圧電圧の電圧値が調整される。
上述したように、トランス1におけるプッシュプル動作により、低電圧から高電圧に電圧を昇圧させる処理が行われる。
また、1次側直交変換部2において、位相制御によって電流が1次側巻線1Aに流れる期間を制御するのではなく、制御信号S1〜S4のパルス幅を調整、すなわち、トランジスタQ1〜Q4各々をオン状態とするパルス幅を制御するPWM制御を行うことにより、1次巻線1Aに電流の流れる期間を制御し、誘起される単相矩形波交流電圧のパルス幅を制御するようにしても良い。
以下の説明において、整流動作は、ダイオードD1〜D4の両波整流構成にて、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の両波整流を行う。また上述したように、同期整流にて1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧に対する整流を行う方式にて整流動作を行っても良い。ここで、1次巻線数:2次巻線数=1:Nとする。
以下の降圧動作の説明に用いる図5〜図16において、トランジスタQ7,Q8,Q9及びQ10をオン/オフするスイッチング周期は図17のタイミングチャートに示す。
これにより、トランジスタQ5,Q7を介して2次巻線1Bに電流i2F(端子TB1→端子TB2)が流れ、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD4及びD1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
この時点においても、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD4、D1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
この時点においても、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD4、D1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA1−TA2間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA1−TA2間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD2及びD3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
これにより、トランジスタQ5,Q9及びQ8を介して2次巻線1Bに電流i2B(端子TB2→端子TB1)が流れ、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD2及びD3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
この時点においても、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD2、D3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
この時点においても、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD2、D3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA2−TA1間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子A2−TA1間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD4及びD1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
すなわち、図17のタイミングチャートに示す時刻t0〜t11各々において、図5〜図16それぞれの動作が行われ、所望の低電圧VoLがバッテリB1に対して出力される。
しかしながら、昇圧動作に対応して設定された巻線比を設定した際に、降圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な構成として、バッテリB2の第1の電圧を低電圧とし、バッテリB1の第2の電圧を高電圧として構成してもよい。
この場合、設定した電圧に達しない低電圧の電圧値が、昇圧回路4により昇圧されることにより、設定した電圧値の低電圧として出力されることになる。
この図において、本実施形態による双方向DC/DCコンバータは、すでに述べた一実施形態のトランス1に代え、トランス11,12、13と、1次側直交変換部2、2次側直交変換部3、昇圧回路4を有している。
上述した構成により、この他の実施形態による双方向DC/DCコンバータは、すでに述べた一実施形態と同様に、昇圧処理の電圧変換(エネルギー変換)において、2次側直交変換部3がバッテリB1における直流の低電圧VoHを、一端、3相矩形波交流電圧に変換し、1次側直交変換部2がその3相矩形波交流電圧を整流して直流の高電圧VoH(バッテリB2)に変換する。
一方、上記双方向DC/DCコンバータは、降圧処理のエネルギー変換において、1次側直交変換部3がバッテリB2における直流の高電圧VoHを、一端、3相矩形波交流電圧に変換し、2次側直交変換部3がその3相矩形波交流電圧を整流して直流の低電圧VoL(バッテリB1)に変換する。
トランジスタQ1、Q3及びQ11各々は、ドレインが低電圧バッテリB1の+側端子TVoLに接続されている。
一方、トランジスタQ2、Q4及びQ12各々は、ソースが低電圧バッテリB1の−側端子TVoLLに接続されている。
トランジスタQ1のソースはトランジスタQ2のドレインと接続点K1にて接続され、トランジスタQ3のソースはトランジスタQ4のドレインと接続点K2にて接続され、トランジスタQ11のソースはトランジスタQ12のドレインと接続点K3にて接続されている。
また、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4、Q11、Q12各々は、それぞれのゲートに対して、上記第1の制御回路5から制御信号S1、S2、S3、S4、S11、S12それぞれが入力されている。
上記第1の制御回路5は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に対して単相矩形波交流電圧が印加される。
トランジスタQ7は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P1に接続されている。
トランジスタQ9は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P2に接続されている。
トランジスタQ13は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P3に接続されている。
トランジスタQ8は、ドレインが接続点P1に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
トランジスタQ10は、ドレインが接続点P2に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
トランジスタQ14は、ドレインが接続点P3に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
また、トランジスタQ7、Q8、Q9、Q10、Q13、Q14各々は、それぞれのゲートに対して、上記第2の制御回路6から制御信号S7、S8、S9、S10、S13、S14それぞれが入力されている。
上記第2の制御回路6は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に対して単相矩形波交流電圧が印加される。
昇圧回路4は、すでに述べた一実施形態と同様のため説明を省略する。
昇圧動作において、上記3相矩形波交流電圧に対応し、2次側直交変換部3は、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に流れる電流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に逆相にて誘起される電圧を3相ブリッジ整流を行い高電圧VoHの生成を行う。
この2次側直交変換部3は、上述したトランジスタQ7、Q9及びQ13の寄生ダイオードD7、D9及びD13によるブリッジ整流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12の上述したスイッチングに同期して、第2の制御回路6は、トランジスタQ7〜Q10、Q13、Q14のオンオフを行う同期整流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
また、上述した位相制御ではなく、制御信号S1、S2、S3、S4、S11、S12のパルス幅を調整し、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12のオン/オフ時間を制御して、昇圧電圧の電圧値を制御するPWM制御を用いてもよい。
降圧動作において、上記3相矩形波交流電圧に対応し、1次側直交変換部2は、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に流れる電流により、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に逆相にて誘起される電圧を3相ブリッジ整流を行い低電圧VoHの生成を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いたブリッジ整流を行うのではなく、トランジスタQ7〜Q10、Q13、Q14の上述したスイッチングに同期して、第1の制御回路5は、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12のオンオフを行う同期整流により、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
また、昇圧及び降圧動作については、各トランジスタのスイッチングが一実施形態と同様のため省略する。
1A…1次巻線
1B…2次巻線
2…1次側直交変換部
3…2次側直交変換部
4…昇圧回路
5…第1の制御回路
6…第2の制御回路
7…チョークコイル
8、9…コンデンサ
B1,B2…バッテリ
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10…ダイオード
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q9,Q10…トランジスタ
Claims (7)
- 第1の電圧と当該第1の電圧より電圧値の低い第2の電圧との相互間にて、電圧変換動作を行う双方向DC/DCコンバータであり、
1次巻線及び当該1巻線より巻数が多い2次巻線からなるトランスと、
前記1次巻線の一端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第1のスイッチ手段と、
前記1次巻線の前記一端及び前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第2のスイッチ手段と、
前記1次巻線の他端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第3のスイッチ手段と、
前記1次巻線の前記他端と前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第4のスイッチ手段と、
前記2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、
該チョークコイルの一端及び前記第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、
前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、
前記2次巻線の一端及び前記チョークコイルの他端間に介挿された第7のスイッチ手段と、
前記2次巻線の前記一端及び前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、
前記2次巻線の他端及び前記チョークコイルの前記他端間に介挿された第9のスイッチ手段と、
前記2次巻線の前記他端及び前記第1の電圧の−側端子間に介挿された第10のスイッチ手段と
を有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは昇圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより当該昇圧電圧の昇圧処理に用い、一方、前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは降圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより前記第1の電圧の降圧処理を行った後、前記トランスにより前記降圧電圧への降圧を行い、
前記第7から第10のスイッチ手段を制御する第2の制御回路と、
前記第1から第4のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記1次巻線に接続された第2の整流回路と
をさらに有し、
降圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、
前記第2の制御回路が、前記第7及び第9のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記チョークコイルの前記他端との接続を制御し、また、前記第8及び第10のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第1の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記1次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、
前記第2の整流回路から出力される整流電圧を平滑化して降圧電圧として出力する
ことを特徴とする双方向DC/DCコンバータ。 - 前記第1から第4のスイッチ手段を制御する第1の制御回路と、
前記第7から第10のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記2次巻線に接続された第1の整流回路と
をさらに有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧への昇圧動作において、
前記第1の制御回路が、前記第1及び第3のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記第2の電圧の+側端子との接続を制御し、また、前記第2及び第4のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第2の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記2次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、
この際、降圧電圧が予め設定された電圧に達しない場合、
前記第1の整流回路から出力される第1の整流電圧を、前記第6のスイッチ手段をオンオフ制御させることで、前記チョークコイルにて前記第1の整流電圧の昇圧動作を行い、昇圧された電圧を昇圧電圧として出力することを特徴とする請求項1に記載の双方向DC/DCコンバータ。 - 昇圧動作において、
前記第1の制御回路が、前記第1及び3のスイッチ手段と、第2及び第4のスイッチ手段の各スイッチのオンオフのタイミングを位相及びパルス幅制御のいずれか一方あるいは双方により制御し、前記昇圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする請求項2に記載の双方向DC/DCコンバータ。 - 降圧動作において、降圧動作中、前記チョークコイルに同一方向に継続的に電流を流すよう第7、第8、第9及び第10のスイッチング手段を制御することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 降圧動作において、
前記第2の制御回路が、前記第5のスイッチ手段をオンオフするパルスのデューティ比を制御することにより、前記降圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の双方向DC/DCコンバータ。 - 前記第1から第4及び第7から第10のスイッチ手段をMOSトランジスタとし、各並列に接続されたダイオードを前記MOSトランジスタの寄生ダイオードを使用し、第1及び第2の整流回路を構成することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の双方向DC/DCコンバータ。
- 第1の電圧と、当該第1の電圧より電圧値の低い第2の電圧との相互間にて、電圧変換動作を行う双方向DC/DCコンバータであり、
第1の1次巻線及び当該第1の1次巻線より巻数が多い第1の2次巻線からなる第1のトランスと、
第2の1次巻線及び当該第2の1次巻線より巻数が多い第2の2次巻線からなる第2のトランスと、
第3の1次巻線及び当該第3の1次巻線より巻数が多い第3の2次巻線からなる第3のトランスと、
前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第1のスイッチ手段と、
前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第2のスイッチ手段と、
前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第3のスイッチ手段と、
前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第4のスイッチ手段と、
前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第11のスイッチ手段と、
前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第12のスイッチ手段と、
前記各2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、
該チョークコイルの一端及び第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、
前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第7のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第9のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第10のスイッチ手段と、
前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第13のスイッチ手段と、
前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第14のスイッチ手段と、
を有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは昇圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより当該昇圧電圧の昇圧処理に用い、一方、前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは降圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより前記第1の電圧の降圧処理を行った後、前記トランスにより前記降圧電圧への降圧を行い、
前記第7から第10及び第13並びに第14のスイッチ手段を制御する第2の制御回路と、
前記第1から第4及び第11並びに第12のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記1次巻線に接続された第2の整流回路と
をさらに有し、
降圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、
前記第2の制御回路が、前記第7、第9、及び第13のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記チョークコイルの前記他端との接続を制御し、また、前記第8、第10、及び第14のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第1の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記1次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、前記第2の整流回路から出力される整流電圧を平滑化して降圧電圧として出力する
ことを特徴とする双方向DC/DCコンバータ。
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