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JP6805787B2 - EMI noise reduction method for charger - Google Patents

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JP6805787B2 JP2016240804A JP2016240804A JP6805787B2 JP 6805787 B2 JP6805787 B2 JP 6805787B2 JP 2016240804 A JP2016240804 A JP 2016240804A JP 2016240804 A JP2016240804 A JP 2016240804A JP 6805787 B2 JP6805787 B2 JP 6805787B2
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Description

本発明は、鉛蓄電池などの二次電池を充電する充電器のEMIノイズ低減方法に関するものである。 The present invention relates to a method for reducing EMI noise of a charger for charging a secondary battery such as a lead storage battery.

直流電圧を任意の交流電圧に変換するイスッチ素子を用いたインバータと、インバータからの交流電圧を整流器で直流に変換して二次電池(以下単にバッテリーという)を充電する装置として、特許文献1などが公知となっている。
充電器などの電気製品から放出される電気的ノイズを抑え(EMI)、かつ周囲からの電気的ノイズによって電気製品がトラブルを起こさない(EMS)ためのEMC(Electromagnetic compatibility)「電磁両立性」対策が注目されている。充電器もその一つである。
Patent Document 1 and the like include an inverter using an Istucci element that converts a DC voltage into an arbitrary AC voltage, and a device that converts an AC voltage from the inverter into a DC with a rectifier to charge a secondary battery (hereinafter simply referred to as a battery). Is known.
EMC (Electromagnetic compatibility) "electromagnetic compatibility" measures to suppress electrical noise emitted from electrical products such as chargers (EMI) and prevent electrical products from causing trouble due to electrical noise from the surroundings (EMS) Is attracting attention. The charger is one of them.

特許第5589771Patent No. 5589771

インバータにおけるEMC対策としては次のような方法がある。
(1)スイッチング素子がオン/オフする時のスイッチング速度を遅くしてノイズの発生を少なくする。例えば、スイッチング素子としてIGBTを用いると、ゲート抵抗を大きくするとスイッチング速度が遅くなる。スイッチング速度を遅くすると電圧や電流の変化率dV/dtやdI/dtが小さくなりノイズが少なくなる。
しかし、スイッチング速度を遅くするとスイッチング時の損失が大きくなり効率の低下や冷却の考慮が必要になる。スイッチング損失は周波数に比例するため、高い周波数でのインバータでは、スイッチング損失が顕著になる。
There are the following methods as EMC measures for inverters.
(1) The switching speed when the switching element is turned on / off is slowed down to reduce the generation of noise. For example, when an IGBT is used as a switching element, the switching speed becomes slower when the gate resistance is increased. When the switching speed is slowed down, the voltage and current rate of change dV / dt and dI / dt become smaller and noise is reduced.
However, if the switching speed is slowed down, the loss during switching becomes large, and it is necessary to consider the decrease in efficiency and cooling. Since the switching loss is proportional to the frequency, the switching loss becomes remarkable in the inverter at a high frequency.

(2)図2で示すように、スイッチング素子Tと並列にCRDスナバーを接続し、スイッチング素子Tのオフ時の電流をコンデンサにバイパスすることでdV/dtを小さくする。図2において、Dはダイオード、Cはコンデンサで、スイッチング素子Tをオフにすると、スイッチング素子Tに流れていた電流IdはダイオードDからコンデンサCに流れる。電流IdをコンデンサCに充電しながら電圧が上昇することでdV/dtが小さくなる。抵抗Rは、スイッチング素子TがオンしたときコンデンサCからスイッチング素子Tに流れる電流を制限するための抵抗である。この方法では、スイッチング素子Tのオフ時にはスナバー抵抗Rによる損失は無いが、スイッチング素子Tがオンしたとき抵抗Rを通って放電するため抵抗Rの損失が大きい。抵抗Rによる損失は、0.5×C×Ed^2×fで決まり、(1)項と同様に、周波数に比例するため高い周波数のインバータではスイッチング損失が顕著になる。 (2) As shown in FIG. 2, a CRD snubber is connected in parallel with the switching element T, and the current when the switching element T is off is bypassed to the capacitor to reduce dV / dt. In FIG. 2, D is a diode and C is a capacitor. When the switching element T is turned off, the current Id flowing through the switching element T flows from the diode D to the capacitor C. As the voltage rises while charging the current Id to the capacitor C, dV / dt becomes smaller. The resistor R is a resistor for limiting the current flowing from the capacitor C to the switching element T when the switching element T is turned on. In this method, there is no loss due to the snubber resistor R when the switching element T is turned off, but the loss of the resistor R is large because the discharge is discharged through the resistor R when the switching element T is turned on. The loss due to the resistor R is determined by 0.5 × C × Ed ^ 2 × f, and is proportional to the frequency as in item (1), so the switching loss becomes remarkable in a high frequency inverter.

(3)図3で示すように、スイッチング素子Tに並列にCRスナバーを接続し、スイッチング素子Tのオフ時の電流IdをコンデンサCにバイパスすることでdV/dtを小さくことができる。このスナバー回路を適用した例が図4である。
この方法は、振動条件が出来ないように抵抗値をある程度大きく(R≧2√L/C)する必要が有る。電流が小さい時にはdV/dtに効果が有るが、電流が大きいと抵抗がId(オフ電流)×R(抵抗値)の電圧を背負うためdV/dtを小さくする効果が少なくなる。また、スイッチング素子Tのオフ時とオン時の両方共コンデンサの電流が抵抗を通るため抵抗の損失が、前記(2)項の2倍になる。反対に抵抗値を小さくする(R<2√L/C)と振動出てくるので一般には使用しない。ここで、Lは図4で示す直流回路の配線のインダクタンスで、出来るだけ値が小さくなるように配線している。
(3) As shown in FIG. 3, dV / dt can be reduced by connecting a CR snubber in parallel with the switching element T and bypassing the current Id when the switching element T is off to the capacitor C. An example in which this snubber circuit is applied is shown in FIG.
In this method, it is necessary to increase the resistance value to some extent (R ≧ 2√L / C) so that vibration conditions cannot be created. When the current is small, dV / dt is effective, but when the current is large, the resistance bears the voltage of Id (off current) × R (resistance value), so the effect of reducing dV / dt is reduced. Further, since the current of the capacitor passes through the resistor both when the switching element T is off and when it is on, the loss of the resistor is doubled as described in the above item (2). On the contrary, if the resistance value is reduced (R <2√L / C), vibration will occur, so it is not generally used. Here, L is the inductance of the wiring of the DC circuit shown in FIG. 4, and is wired so that the value is as small as possible.

(4)前記(3)項では、振動を防止するため抵抗値を(R≧2√L/C)とすると記したが、敢えて抵抗値を小さく(R<2√L/C)して振動が出ることを承知の上でdV/dtと損失を小さくする方法も考えられる。この方法を採用する理由は、振動電流の周波数はコンデンサCにより低くなるので、振動により回路部品の価格が有る程度高くなってもEMCの対策費と比べて安ければ有利になることによる。この方法によると、回路構成は図4と同じであるが抵抗値のみ異なる。しかし、敢えて抵抗値を小さくする方法では、振動の他に次のような問題が有る。 (4) In the above item (3), it is stated that the resistance value is (R ≧ 2√L / C) to prevent vibration, but the resistance value is intentionally reduced (R <2√L / C) to vibrate. It is also possible to reduce the loss to dV / dt with the knowledge that The reason for adopting this method is that the frequency of the vibration current is lowered by the capacitor C, so even if the price of the circuit component rises to some extent due to the vibration, it is advantageous if it is cheaper than the countermeasure cost of EMC. According to this method, the circuit configuration is the same as that in FIG. 4, but only the resistance value is different. However, the method of intentionally reducing the resistance value has the following problems in addition to vibration.

インバータ1アームでのスイッチング素子のオン/オフは、プラス側とマイナス側で反対の動作をする。即ち、スイッチング素子Tvオンの時にはスイッチング素子Tyはオフとなる。ところが、実際に使用されるIGBT等のスイッチング時間は、オンが速くオフが遅いので同時にオンオフ信号を与えると、TvとTyが同時にオンすることになり上下PN間が短絡して大電流がIGBTに流れてIGBTを壊すことになる。これを防ぐためオフに比べてオンするタイミングを遅くした信号を与える。この時間をデットタイムと呼ぶ。デットタイムはスイッチのオフとオンの時間差以上とするが、大き過ぎると上下スイッチ共にオフ期間が増えて最大出力電圧(トランスTFの一次電圧)が小さくなる。IGBTの場合、一般には1μs程度となる。 The on / off of the switching element in the inverter 1 arm operates in the opposite direction on the plus side and the minus side. That is, when the switching element Tv is on, the switching element Ty is off. However, the switching time of the IGBT, etc. that is actually used is fast on and slow off, so if an on / off signal is given at the same time, Tv and Ty will be turned on at the same time, causing a short circuit between the upper and lower PNs and a large current to the IGBT. It will flow and destroy the IGBT. To prevent this, a signal is given that turns on later than off. This time is called dead time. The dead time should be greater than or equal to the time difference between the switch off and on, but if it is too large, the off period of both the upper and lower switches will increase and the maximum output voltage (transformer TF primary voltage) will decrease. In the case of an IGBT, it is generally about 1 μs.

図4〜図6を用いてオフ時の動作を説明する。図4でスイッチング素子TvとTxがオンして電流IdがTv→TF→Txに流れているとき、図5のA点でTvがオフすると電流Idは殆ど変化が無いのでIdの電流はコンデンサCvに1/2×Idで充電(図5の一点鎖線)し、コンデンサCyから1/2×Idで放電(図5の二点鎖線)して流れる。その結果、スイッチング素子Tvの電圧は点線のように上昇し、スイッチング素子Tyの電圧は実線のように下降する。この時の時刻AB間が充放電時間tで、充放電時間t=2CEd/Idで表される。時刻AC間がデットタイムtdetである。tdet>tで有ればコンデンサはデットタイム以内で充放電を完了する。 The operation at the time of off will be described with reference to FIGS. 4 to 6. When the switching elements Tv and Tx are turned on in Fig. 4 and the current Id is flowing from Tv → TF → Tx, when Tv is turned off at point A in Fig. 5, the current Id hardly changes, so the current of Id is the capacitor Cv. It is charged with 1/2 × Id (dashed line in FIG. 5), discharged from the capacitor Cy with 1/2 × Id (dashed line in FIG. 5), and flows. As a result, the voltage of the switching element Tv rises as shown by the dotted line, and the voltage of the switching element Ty falls as shown by the solid line. The time AB at this time is the charge / discharge time t, and the charge / discharge time t = 2CEd / Id. The time between AC is the dead time tdet. If tdet> t, the capacitor completes charging and discharging within the dead time.

次に電流Idが小さい時を図6に示す。図6では電流が小さいのでデットタイムが終了する時刻C点になってもコンデンサの充放電が終わっていないため、C点でスイッチング素子TyがオンするとTy間電圧がゼロになるので、コンデンサCyは図のように急に放電しCvも急に充電される。この結果、TvとTyのdV/dtが大きくなる。また、大きな電流でスイッチやコンデンサが壊れることがある。コンデンサCvへの充電及びCyからの放電時間は同じで、上記したt=2CEd/Idで表される。ここで、EdはDCリンクの直流電圧である。 Next, the time when the current Id is small is shown in FIG. In FIG. 6, since the current is small, the charging / discharging of the capacitor is not completed even at the time C when the dead time ends. Therefore, when the switching element Ty is turned on at the point C, the voltage between Ty becomes zero, so that the capacitor Cy is As shown in the figure, it is suddenly discharged and Cv is also suddenly charged. As a result, the dV / dt of Tv and Ty becomes large. Also, large currents can damage switches and capacitors. The charging time to the capacitor Cv and the discharging time from Cy are the same, and are represented by t = 2CEd / Id described above. Here, Ed is the DC voltage of the DC link.

例として具体的な値で説明する。Ed=300V、Id=100A、C=0.1uFの時t=0.6μsとなるので、デットタイムが1μsとするとその時間以内にコンデンサの充放電は完了するが、Id=10Aの時はt=6μsとなりコンデンサが充放電を完了しない内にTyがオンする。これにより、コンデンサCyに電荷が残っているためTyで短絡されて放電する。一方、コンデンサCvには電荷が溜まっていないので、DCリンクから急激に充電される、その結果dV/dtとdI/dtが大きくなりEMCに対して悪影響を及ぼす。 As an example, a specific value will be described. When Ed = 300V, Id = 100A, C = 0.1uF, t = 0.6μs, so if the dead time is 1μs, the charging and discharging of the capacitor will be completed within that time, but when Id = 10A, t = 6μs. Then Ty turns on before the capacitor completes charging and discharging. As a result, since the electric charge remains in the capacitor Cy, it is short-circuited by Ty and discharged. On the other hand, since no electric charge is accumulated in the capacitor Cv, it is charged rapidly from the DC link, and as a result, dV / dt and dI / dt become large, which adversely affects EMC.

本発明が目的とするところは、スイッチング素子がオフするときのdV/dtとdI/dtを小さくできるEMCに有効なEMIノイズ低減方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an EMI noise reduction method effective for EMC that can reduce dV / dt and dI / dt when the switching element is turned off.

本発明は、各スイッチング素子と並列にスナバー回路を接続したインバータで直流電圧を交流電圧に変換し、変換された交流電圧を整流器で直流電圧に変換し、直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーに充電する充電器での充電方法において、
前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以下となったときに、前記スイッチング素子のオン時間を遅くするものである。
In the present invention, a DC voltage is converted into an AC voltage by an inverter in which a snubber circuit is connected in parallel with each switching element, the converted AC voltage is converted into a DC voltage by a rectifier, and the DC voltage is adjusted stepwise or gradually. In the charging method with a charger that charges the battery while reducing the charging current
When the charging current to the battery becomes equal to or less than a predetermined value (pushing charging current), the on-time of the switching element is delayed.

本発明では、スナバー回路を、抵抗とコンデンサを直接続したCRスナバー回路とし、スナバー回路の抵抗値を極力小さい値としたものである。 In the present invention, the snubber circuit is a CR snubber circuit in which a resistor and a capacitor are directly connected, and the resistance value of the snubber circuit is set to a value as small as possible.

また、本発明では、バッテリーへの充電電流が所定値以下となったときに、前記インバータのデッドタイムを短くするものである。 Further, in the present invention, the dead time of the inverter is shortened when the charging current to the battery becomes equal to or less than a predetermined value.

本発明は、各スイッチング素子と並列にスナバー回路を接続したインバータで
直流電圧を交流電圧に変換し、変換された交流電圧を、トランスを介して整流器に出力して直流電圧に変換し、変換された直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーに充電する充電器での充電方法において、
前記トランスと並列に、コンタクタとリアクトルの直列回路を接続し、
前記スナバー回路を、抵抗とコンデンサを直接続したCRスナバー回路としてスナバー回路の抵抗値を極力小さい値とし、
前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以下となったとき充電電圧に対応して前記インバータのデッドタイムを小さくし、且つ前記コンタクタをオンして前記リアクトルにダミー電流を流すものである。
In the present invention, a DC voltage is converted into an AC voltage by an inverter in which a snubber circuit is connected in parallel with each switching element, and the converted AC voltage is output to a rectifier via a transformer to be converted into a DC voltage and converted. In the charging method with a charger, the battery is charged while adjusting the DC voltage and gradually or gradually reducing the charging current.
A series circuit of the contactor and the reactor is connected in parallel with the transformer.
The snubber circuit is a CR snubber circuit in which a resistor and a capacitor are directly connected, and the resistance value of the snubber circuit is set to a value as small as possible.
When the charging current to the battery becomes equal to or less than a predetermined value (pushing charging current), the dead time of the inverter is reduced corresponding to the charging voltage, and the contactor is turned on to pass a dummy current to the reactor. is there.

また、本発明は、バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以外で充電電流が小さくなったとき、充電電流に対応して前記デッドタイムを順次大きくするものである。 Further, according to the present invention, when the charging current to the battery is other than a predetermined value (pushing charging current) and the charging current becomes small, the dead time is gradually increased corresponding to the charging current.

更に本発明は、バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以上の電流であって、充電開始時の小さい充電開始電流に前記コンタクタをオンして前記リアクトルにダミー電流を流すことを特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that the charging current to the battery is a current equal to or higher than a predetermined value (pushing charging current), and the contactor is turned on to a small charging start current at the start of charging to allow a dummy current to flow through the reactor. Is to be.

以上のとおり、本発明によれば、CRスナバー回路で抵抗値Rを小さくすることで、IGBTがオフする時のdV/dtとdI/dtを小さく出来てEMCに有効になる。また、抵抗による損失も小さくできる。さらに、充電電流の小さいときだけオン時間を長くすることで、押込み充電時以外での充電効率の低下が防止でき、且つ新たな部品追加の必要も無く、小型化でEMC対応が可能となるものである。 As described above, according to the present invention, by reducing the resistance value R in the CR snubber circuit, dV / dt and dI / dt when the IGBT is turned off can be reduced, which is effective for EMC. In addition, the loss due to resistance can be reduced. Furthermore, by lengthening the on-time only when the charging current is small, it is possible to prevent a decrease in charging efficiency other than when charging by pushing in, and there is no need to add new parts, making it possible to support EMC by downsizing. Is.

本発明の実施形態を示す充電器の概略構成図。The schematic block diagram of the charger which shows embodiment of this invention. CRDスナバー回路図。CRD snubber schematic. CRスナバー回路図。CR snubber schematic. CRスナバー回路を接続した充電器の概略構成図。Schematic configuration of the charger connected to the CR snubber circuit. CRスナバー回路の動作説明図。Operation explanatory diagram of CR snubber circuit. CRスナバー回路の動作説明図。Operation explanatory diagram of CR snubber circuit. CRスナバー回路の動作説明図。Operation explanatory diagram of CR snubber circuit. IGBTの特性図。Characteristic diagram of IGBT.

本発明の第1の実施例は、各スイッチング素子と並列にスナバー回路を接続したインバータで直流電圧を交流電圧に変換してトランスを介して整流器に出力し、変換された直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーに充電する充電器での充電方法において、トランスと並列にコンタクタとリアクトルの直列回路を接続する。スナバー回路の抵抗値を極力小さい値とし、バッテリーへの充電電流が押込み充電電流以下となったとき充電電圧に対応してデッドタイムを小さくし、且つコンタクタをオンしてリアクトルにダミー電流を流すものである。 In the first embodiment of the present invention, a DC voltage is converted into an AC voltage by an inverter in which a snubber circuit is connected in parallel with each switching element and output to a rectifier via a transformer, while adjusting the converted DC voltage. In the charging method with a charger that charges the battery while gradually or gradually reducing the charging current, a series circuit of a contactor and a reactor is connected in parallel with the transformer. The resistance value of the snubber circuit is set to a value as small as possible, and when the charging current to the battery becomes less than the pushing charging current, the dead time is reduced corresponding to the charging voltage, and the contactor is turned on to allow a dummy current to flow through the reactor. Is.

また、第2の実施例は、バッテリーへの充電電流が押込み充電電流以下となったときに、前記スイッチング素子のオン時間を遅くするものである。以下図に基づいて説明する。 Further, in the second embodiment, when the charging current to the battery becomes equal to or less than the indentation charging current, the on-time of the switching element is delayed. This will be described below with reference to the figure.

図1は本発明のEMIノイズ低減方法に適用される充電器の構成図を示したもので、この充電器は電気車などに搭載される。IVはIGBTなどのスイッチング素子Tu,Yv,Tx,Tyからなるインバータで、各スイッチング素子Tu,Yv,Tx,Tyにはそれぞれ抵抗とコンデンサにより構成されたCRスナバー回路が並列に接続され、図示省略された直流電源からの電圧を交流に変換する。インバータIVの交流出力側にはトランスTFの一次巻線が接続され、二次巻線は整流器Covの交流入力側に接続されて、インバータIVの交流出力は整流器Covにより直流電圧に変換される。変換されたて直流電圧により図示省略されたスイッチング手段を介して直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーBATを充電する。 FIG. 1 shows a configuration diagram of a charger applied to the EMI noise reduction method of the present invention, and this charger is mounted on an electric vehicle or the like. IV is an inverter consisting of switching elements Tu, Yv, Tx, Ty such as IGBTs, and CR snubber circuits composed of resistors and capacitors are connected in parallel to each switching element Tu, Yv, Tx, Ty, respectively, and not shown. Converts the voltage from the DC power supply to AC. The primary winding of the transformer TF is connected to the AC output side of the inverter IV, the secondary winding is connected to the AC input side of the rectifier Cov, and the AC output of the inverter IV is converted into a DC voltage by the rectifier Cov. The battery BAT is charged by adjusting the DC voltage by the converted DC voltage via a switching means (not shown) and gradually or gradually reducing the charging current.

この実施例では、コンタクタ(スイッチ)MCとリアクトルLxの直列回路を
トランスTFと並列に接続したものである。また、スナバー回路の抵抗値Rを敢えて(2√L/C)の1/2以下と小さくし、抵抗値ゼロとしてもよい。コンタクMCは、バッテリーBATへの充電電流が小さくなってデットタイムの間にスナバー回路のコンデンサが放電しない程度の電流となったときにオンする。コンタクMCのオンによりトランスTFと並列にリアクトルLxを接続し、このリアクトルLxに電流を流すことで IGBTがオフする時の電流を大きくし、デットタイムの間にCRスナバー回路のコンデンサが放電するよう構成される。
In this embodiment, a series circuit of the contactor (switch) MC and the reactor Lx is connected in parallel with the transformer TF. Further, the resistance value R of the snubber circuit may be intentionally reduced to 1/2 or less of (2√L / C) so that the resistance value is zero. The contact MC is turned on when the charging current to the battery BAT becomes small and the capacitor of the snubber circuit does not discharge during the dead time. When the contact MC is turned on, the reactor Lx is connected in parallel with the transformer TF, and by passing a current through this reactor Lx, the current when the IGBT is turned off is increased, and the capacitor of the CR snubber circuit is discharged during the dead time. It is composed.

バッテリーBATの充電方法としては、最初大きい電流、例えば200Aで充電しバッテリーBATの電圧が所定の電圧(定格72Vの電池であれば90V程度)まで上昇すると100A、50A、25A、と段階的に(または、徐々に)充電電流を減らして充電する。そして最後に更に小さい電流10A程度で押込み充電をする。この時、充電器は最大電圧(バッテリーの定格電圧150%程度で72V定格であれば110V程度)が必要になる。 As a method of charging the battery BAT, it is charged with a large current, for example, 200A, and when the voltage of the battery BAT rises to a predetermined voltage (about 90V for a battery with a rating of 72V), it gradually becomes 100A, 50A, 25A ( Or gradually) reduce the charging current to charge. And finally, it is pushed and charged with a smaller current of about 10A. At this time, the charger needs a maximum voltage (about 110V if the rated voltage of the battery is about 150% and the rated voltage is 72V).

デットタイムが小さい程最大電圧を高く出来るので、上記の理由で最大電圧が必要な押込み充電10Aでデットタイムを決めれば、その他の電流の時には充電電圧が低いのでデットタイムを大きくしても良いことを意味する。例えば図6でインバータの周波数を20kHz(周期50μs)、押込み充電時の電圧110V、デットタイムを1μsとすると、この時のオン時間は50/2−1=24(μs)、充電電圧90Vのときのオン時間は24×90/110=19.6(μs)となるので、90Vでの必要なデットタイムは50/2−19.6=5.4(μs)、即ちデットタイムを5μsとすれば90Vの充電電圧を確保する事が出来る。 The smaller the dead time, the higher the maximum voltage can be. Therefore, if the dead time is determined by indentation charging 10A, which requires the maximum voltage for the above reason, the charging voltage is low at other currents, so the dead time may be increased. Means. For example, in Fig. 6, if the inverter frequency is 20 kHz (cycle 50 μs), the indentation charge voltage is 110 V, and the dead time is 1 μs, the on-time at this time is 50 / 2-1 = 24 (μs) and the charge voltage is 90 V. Since the on-time of is 24 x 90/110 = 19.6 (μs), the required dead time at 90V is 50 / 2-19.6 = 5.4 (μs), that is, if the dead time is 5μs, the charging voltage of 90V is set. It can be secured.

なお、押込み充電の時のみデットタイムを小さく切り替えずに、デットタイムが充放電時間より大きすぎると制御が不安定とる場合もあるが、そのときは、押込み充電以外での時間で、充電電流が小さくなるにしたがってデットタイムを順次大きくしてもよい。また、押込み充電でない大きい電流でも、充電開始時で小さい電流から始めるときには、デットタイム時間内に充放電しない場合もある。このようなときでも、コンタクタMCをオンしてリアクトルLxを接続してもよい。 In addition, control may become unstable if the dead time is too large than the charge / discharge time without switching the dead time to a small value only during push-in charging. In that case, the charging current is the time other than push-in charging. The dead time may be gradually increased as it becomes smaller. Further, even if a large current is not indented charging, when starting from a small current at the start of charging, charging / discharging may not be performed within the dead time. Even in such a case, the contactor MC may be turned on and the reactor Lx may be connected.

次に、前記(4)項で記載のように、t=2CEd/Idよりデットタイムを5μsとしたときに必要な最低電流を上記の例の値を使って説明する。
デッドタイムt=5μsでは、電流Id=2CEd/t=2×0.1×300/5=12(A)となる。即ち、デットタイムを5μsとしたとき、充電電流が12A以上であればリアクトルLxに電流を流す必要はない。押込み充電10Aの時だけリアクトルLxに電流を流せばよいことになる。
Next, as described in the above section (4), the minimum current required when the dead time is 5 μs from t = 2CEd / Id will be described using the values in the above example.
When the dead time is t = 5 μs, the current Id = 2CEd / t = 2 × 0.1 × 300/5 = 12 (A). That is, when the dead time is 5 μs, it is not necessary to pass a current through the reactor Lx if the charging current is 12 A or more. It is only necessary to pass a current through the reactor Lx when the indentation charge is 10A.

次に、デットタイム1μsのときリアクトルLxに必要な電流Idは1μs間に放電しなければならないので、Id=2×0.1×300/1=60(A)となる。なお、上記の計算ではトランスTFの一次二次の巻き数比は1対1とし充電電流とIdは同じとしている。
以上から図6において、通常の充電(25A以上)の時デットタイムを5μsで充電し、押込み充電(10A)の時はデットタイムを1μsにして、且つコンタクタMCをオンしてリアクトルLxに電流を流すようにすれば、全ての充電電流でdV/dtとdI/dtが小さくなりEMCに対して有効になる。
Next, when the dead time is 1 μs, the current Id required for the reactor Lx must be discharged for 1 μs, so Id = 2 × 0.1 × 300/1 = 60 (A). In the above calculation, the ratio of the primary and secondary turns of the transformer TF is 1: 1 and the charging current and Id are the same.
From the above, in FIG. 6, the dead time is set to 5 μs during normal charging (25 A or more), the dead time is set to 1 μs during push charging (10 A), and the contactor MC is turned on to apply current to the reactor Lx. If it is made to flow, dV / dt and dI / dt become small at all charging currents, which is effective for EMC.

したがって、この実施例によれば、次のような効果が得られる。
(ア)、CRスナバー回路で抵抗値Rを小さくすることで、IGBTがオフする時のdV/dtとdI/dtを小さく出来てEMCに有効になる。また、抵抗による損失も小さくできる。
(イ)、充電電流の小さい時だけデットタイムを小さくし、トランスTFに並列に接続したリアクトルLxにダミー電流を流すことで、IGBT等のスイッチング素子を最大充電電流で選定できる。これにより、リアクトルLxを接続してもIGBTを大きくする必要が無く、押込み充電以外の充電時にはリアクトルLxを接続しないので効率が悪くなることはない。
Therefore, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
(A) By reducing the resistance value R in the CR snubber circuit, dV / dt and dI / dt when the IGBT is turned off can be reduced, which is effective for EMC. In addition, the loss due to resistance can be reduced.
(B) By reducing the dead time only when the charging current is small and passing a dummy current through the reactor Lx connected in parallel with the transformer TF, a switching element such as an IGBT can be selected with the maximum charging current. As a result, even if the reactor Lx is connected, it is not necessary to increase the IGBT, and the reactor Lx is not connected during charging other than push charging, so that the efficiency does not deteriorate.

図1で示す実施例では、上記(ア),(イ)項で示す効果はあるが、しかしコンタクタMCとリアクトルLxの直列回路を必要として部品も必要となる。
第2の実施例では図4で示す充電器を適用し、充電電流が小さいときにインバータを構成するスイッチング素子Tu,Tv,Tx,Tyのオンする速度(以下オン時間という)を遅くすることでEMC効果を向上させるものである。
In the embodiment shown in FIG. 1, the effects shown in the above items (a) and (b) are obtained, but a series circuit of the contactor MC and the reactor Lx is required, and a component is also required.
In the second embodiment, the charger shown in FIG. 4 is applied by slowing down the on-speed (hereinafter referred to as on-time) of the switching elements Tu, Tv, Tx, and Ty constituting the inverter when the charging current is small. It improves the EMC effect.

図7は、充電電流の小さいとき、スイッチング素子のオン時間を遅くしてCRスナバー回路のコンデンサに流れる電流とスイッチング素子の電圧波形を示したものである。インバータIVの直列に接続されたスイッチング素子Tv, Tyを例にして、スイッチング素子がゆっくりオンすることは、スイッチング素子の抵抗値が無限大から徐々にゼロに下がることである。これにより、コンデンサCyの電荷はスイッチング素子Tyの抵抗値に制限されながら放電し、コンデンサCvの電荷は充電すると共に、スイッチング素子Tvの電圧は徐々に上昇してdV/dtは図6に比べて小さくなる。しかし、オン時間を遅くすると、電圧や電流の変化率dV/dtやdI/dtが小さくなってノイズは少なくなるが、スイッチング速度を遅くするとスイッチング時の損失が大きくなり効率の低下や冷却の考慮が必要になる。 FIG. 7 shows the current flowing through the capacitor of the CR snubber circuit and the voltage waveform of the switching element by delaying the on-time of the switching element when the charging current is small. Taking the switching elements Tv and Ty connected in series of the inverter IV as an example, when the switching element turns on slowly, the resistance value of the switching element gradually decreases from infinity to zero. As a result, the electric charge of the capacitor Cy is discharged while being limited by the resistance value of the switching element Ty, the electric charge of the capacitor Cv is charged, and the voltage of the switching element Tv gradually rises, and the dV / dt is dV / dt as compared with FIG. It becomes smaller. However, if the on-time is slowed down, the voltage and current rate of change dV / dt and dI / dt become smaller and noise is reduced, but if the switching speed is slowed down, the loss during switching becomes larger and efficiency is reduced and cooling is taken into consideration. Is required.

図4で、スイッチング素子1個当たりオン時のスイッチング損失Ponは、
Pon=1/3×Ed×Id×ton×f
となる。ここで、Ed:直流電圧、Id:直流電流、ton:オン時間、f:周波数、
上式のように、スイッチング損失は周波数に比例するため、高い周波数のインバータではそのスイッチング損失は顕著になる。
In FIG. 4, the switching loss Pon when turned on per switching element is
Pon = 1/3 × Ed × Id × ton × f
Will be. Here, Ed: DC voltage, Id: DC current, ton: On time, f: Frequency,
Since the switching loss is proportional to the frequency as shown in the above equation, the switching loss becomes remarkable in the inverter of a high frequency.

充電電流が小さいときだけ、スイッチング素子のオン時間を遅くすると直流電流Idは小さいので、オン時間tonを大きくしてもスイッチング損失Ponは通常の充電電流と比べて大きくにはならない。この実施例では、単に充電電流が小さいときにオン時間を長くするものではなく、図8で示すようにスイッチング素子のゲート抵抗を大きくすることで、オン時間を長くするものである。図8は、横軸のIGBTのゲート抵抗と縦軸のスイッチング時間の関係を示したもので、長くするオン時間が図8のtrに相当するものである。 Since the DC current Id is small when the on-time of the switching element is delayed only when the charging current is small, the switching loss Pon does not become large as compared with the normal charging current even if the on-time ton is increased. In this embodiment, the on-time is not simply lengthened when the charging current is small, but the on-time is lengthened by increasing the gate resistance of the switching element as shown in FIG. FIG. 8 shows the relationship between the gate resistance of the IGBT on the horizontal axis and the switching time on the vertical axis, and the lengthening on time corresponds to tr in FIG.

したがって、この実施例によれば、CRスナバー回路で抵抗値Rを小さくすることで、IGBTがオフする時のdV/dtとdI/dtを小さく出来てEMCに有効になる。また、抵抗による損失も小さくできる。さらに、充電電流の小さいときだけオン時間を長くすることで、押込み充電時以外での充電効率の低下が防止でき、且つ新たな部品追加の必要も無く、小型化でEMC対応が可能になるものである。 Therefore, according to this embodiment, by reducing the resistance value R in the CR snubber circuit, dV / dt and dI / dt when the IGBT is turned off can be reduced, which is effective for EMC. In addition, the loss due to resistance can be reduced. Furthermore, by lengthening the on-time only when the charging current is small, it is possible to prevent a decrease in charging efficiency other than during push-in charging, and there is no need to add new parts, making it possible to support EMC by downsizing. Is.

IV… インバータ
TF… トランス
Cov… 整流器
BAT… バッテリー(二次電池)
MC… コンタクタ
Lx… リアクトル
Tu,Tv,Tx,Ty… スイッチング素子
C… コンデンサ
R… 抵抗
IV ... Inverter
TF ... transformer
Cov ... Rectifier
BAT ... Battery (secondary battery)
MC ... Contactor
Lx ... Reactor
Tu, Tv, Tx, Ty ... Switching element
C ... Capacitor
R ... resistance

Claims (3)

各スイッチング素子と並列にスナバー回路を接続したインバータで直流電圧を交流電圧に変換し、変換された交流電圧を整流器で直流電圧に変換し、直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーに充電する充電器での充電方法において、
前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以下となったときに、前記スイッチング素子のオン時間を遅くし、
前記スナバー回路を抵抗とコンデンサを直接続したCRスナバー回路とし、スナバー回路の抵抗値を極力小さい値としたことを特徴とした充電器のEMIノイズ低減方法。
An inverter with a snubber circuit connected in parallel with each switching element converts DC voltage to AC voltage, and a rectifier converts the converted AC voltage to DC voltage, and gradually or gradually charges the charging current while adjusting the DC voltage. In the charging method with a charger that charges the battery while reducing it,
When the charging current to the battery becomes equal to or less than a predetermined value (pushing charging current), the on-time of the switching element is delayed .
A method for reducing EMI noise in a charger, wherein the snubber circuit is a CR snubber circuit in which a resistor and a capacitor are directly connected, and the resistance value of the snubber circuit is set to a value as small as possible.
各スイッチング素子と並列にスナバー回路を接続したインバータで直流電圧を交流電圧に変換し、変換された交流電圧を整流器で直流電圧に変換し、直流電圧を調整しながら段階的若しくは徐々に充電電流を減らしながらバッテリーに充電する充電器での充電方法において、
前記バッテリーへの充電電流が所定値(押込み充電電流)以下となったときに、前記スイッチング素子のオン時間を遅くし、前記インバータのデッドタイムを短くすることを特徴とした充電器のEMIノイズ低減方法。
An inverter with a snubber circuit connected in parallel with each switching element converts DC voltage to AC voltage, and a rectifier converts the converted AC voltage to DC voltage, and gradually or gradually charges the charging current while adjusting the DC voltage. In the charging method with a charger that charges the battery while reducing it,
When the charging current to the battery is reduced below a predetermined value (pushing charge current), to slow down the on-time of the switching element, EMI noise reduction charger characterized by shortening the dead time of the inverter Method.
前記バッテリーへの充電電流が所定値以下となったときに、前記インバータのデッドタイムを短くすることを特徴とした請求項記載の充電器のEMIノイズ低減方法。 Wherein when the charging current to the battery is equal to or less than a predetermined value, EMI noise reduction method charger that claim 1, wherein the wherein to shorten the dead time of the inverter.
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