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JPWO2013093963A1 - Charger - Google Patents

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Abstract

力率改善機能を有して交流電源の電圧を任意の電圧または電流に変換して出力する回路ブロック8−1と、回路ブロック8−2を備えたバッテリ充電装置において、両回路ブロック8−1,8−2の入力側を直列または並列のいずれかの接続に切り換える接続切換部6を備え、接続切換部6を操作して、交流電源2の電圧が所定の電圧値未満のときに、回路ブロック8−1,8−2の入力側を並列に接続し、交流電源2の電圧が所定の電圧値以上のときは、回路ブロック8−1,8−2の入力側を直列に接続する。  In a battery charging device including a circuit block 8-1 that has a power factor improving function and converts the voltage of an AC power source into an arbitrary voltage or current and outputs the voltage, and a circuit block 8-2, both circuit blocks 8-1 , 8-2 is provided with a connection switching unit 6 for switching the input side to either serial or parallel connection, and when the connection switching unit 6 is operated so that the voltage of the AC power supply 2 is less than a predetermined voltage value, The input sides of the blocks 8-1 and 8-2 are connected in parallel, and when the voltage of the AC power supply 2 is equal to or higher than a predetermined voltage value, the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected in series.

Description

この発明は、電気自動車などに搭載され、車載動力用バッテリを充電する充電装置に関する。   The present invention relates to a charging device that is mounted on an electric vehicle or the like and charges an in-vehicle power battery.

地球温暖化ガスの排出量を削減する風潮の中で、二酸化炭素排出量の少なさが受け入れられて、電気自動車の需要が増加し、普及が加速している。この電気自動車に搭載される動力用(車載)バッテリは、充電装置を使用して外部の交流電源により充電される。
なお、当充電装置には、交流電源から効率よく電力を取り込むためのコイル(リアクトル)やスイッチング素子などで構成される力率改善(PFC;Power Factor Correction)回路や、交流電源と車載動力用バッテリを絶縁する絶縁用のトランスやスイッチング素子などで構成されるPWM(Pulse Width Modulation)制御のDC/DCコンバータ回路が使用されている。
上記力率改善回路やDC/DCコンバータ回路は、電気自動車が遭遇する様々な交流電源環境や車載動力用バッテリの充電あるいは放電状態に対応するように構成されており、100Vrms系や200Vrms系を含んだ広範囲の交流電源電圧において、車載動力用バッテリが80Vdc程度から400Vdc程度に変動しても対応できる。
In the trend of reducing global warming gas emissions, low carbon dioxide emissions have been accepted, demand for electric vehicles has increased, and diffusion has accelerated. A power (on-vehicle) battery mounted on the electric vehicle is charged by an external AC power source using a charging device.
The charging device includes a power factor correction (PFC) circuit composed of a coil (reactor) and a switching element for efficiently taking in electric power from an AC power source, an AC power source and an in-vehicle power battery. A PWM (Pulse Width Modulation) controlled DC / DC converter circuit composed of an insulating transformer and a switching element for insulating the circuit is used.
The power factor correction circuit and the DC / DC converter circuit are configured to cope with various AC power supply environments encountered by electric vehicles and charging or discharging states of in-vehicle power batteries, including 100 Vrms and 200 Vrms systems. However, in a wide range of AC power supply voltages, even if the vehicle-mounted power battery varies from about 80 Vdc to about 400 Vdc, it can cope.

上記車載のPWM制御のDC/DCコンバータを使用する充電装置においては、例えば低電圧の交流電源電圧から高電圧のバッテリを充電するために巻数比の大きいトランスを使用した場合、高電圧の交流電源電圧から低電圧のバッテリを充電するときは、狭幅Dutyの矩形波をDC/DCコンバータ用のトランスに印加する操作を行い、逆に低電圧の交流電源電圧から高電圧のバッテリを充電するときは、広幅Dutyの矩形波をDC/DCコンバータ用のトランスに印加する操作を行うことになる。
このように、DC/DCコンバータ用のトランスには、狭幅から広幅の広範囲に変化するDutyの矩形波を印加する必要があり、1系統の回路構成では、交流電源電圧によって効率が高い場合と効率が低い場合との差が顕在化しやすい。
つまり、例えば入力される交流電源電圧範囲の概ね中央で高効率となるように設定すると、交流電源電圧が低い場合あるいは交流電源電圧が高い場合で効率が悪化することは否めず、全ての交流電源電圧に対して一様な高効率を確保することが困難である。
In the above-described charging device using the PWM control DC / DC converter, for example, when a transformer having a large turns ratio is used to charge a high voltage battery from a low voltage AC power supply voltage, a high voltage AC power supply is used. When charging a low-voltage battery from a voltage, an operation of applying a rectangular wave having a narrow duty to a transformer for a DC / DC converter, and conversely, when charging a high-voltage battery from a low-voltage AC power supply voltage The operation of applying a rectangular wave with a wide duty to the transformer for the DC / DC converter is performed.
Thus, a transformer for a DC / DC converter must be applied with a rectangular wave of Duty that varies from a narrow width to a wide width. In a single circuit configuration, the efficiency is high depending on the AC power supply voltage. The difference from the case where efficiency is low tends to be obvious.
In other words, for example, if the AC power supply voltage range is set to be high in the middle of the range, the AC power supply voltage is low or the AC power supply voltage is high. It is difficult to ensure uniform high efficiency with respect to voltage.

入力される交流電源電圧が変動しても高い効率を維持しようとした従来の技術として、交流電源電圧に対応して、動作する回路を切り換える技術が提案されている。
例えば、特許文献1には、1次巻線を2巻き備えたトランスと、このトランスに矩形波を印加するトランジスタを2個使用した電源装置が記載されている。この装置では、交流電源電圧が100Vrmsのとき、トランジスタをトランスに対してプッシュプル動作になるように接続し、交流電源電圧が200Vrmsのときには、トランジスタをトランスに対してハーフブリッジ動作になるように接続を切り換えて、両電圧に対し好適な動作を行う。
As a conventional technique for maintaining high efficiency even when the input AC power supply voltage fluctuates, a technique for switching an operating circuit corresponding to the AC power supply voltage has been proposed.
For example, Patent Document 1 describes a power supply device that uses a transformer having two primary windings and two transistors that apply a rectangular wave to the transformer. In this device, when the AC power supply voltage is 100 Vrms, the transistor is connected to the transformer so as to perform a push-pull operation. When the AC power supply voltage is 200 Vrms, the transistor is connected to the transformer so as to perform a half-bridge operation. Is switched to perform a suitable operation for both voltages.

また、特許文献2には、2個のトランスと、それぞれのトランスに矩形波を印加するハーフブリッジ式スイッチング素子を使用したスイッチング電源回路が記載されている。
この回路では、交流電源電圧が100Vrmsのときは、2個のトランスにそれぞれのスイッチング素子によって矩形波を印加し、両トランスの出力を並列に接続して一式の直流出力を得るようにし、交流電源電圧が200Vrmsのときは、一方のトランス側のスイッチング素子の動作を停止して、動作する他方のトランスの出力だけで直流出力を得るようにすることで、両電圧に対して好適な動作を行う。
なお、両者の切り換えは、交流電源電圧に対応して動作するトランジスタにより、交流電源電圧が200Vrmsのときに、一方のトランス側のスイッチング素子に入力される動作信号を短絡し、スイッチング素子の動作を停止することによって行っている。
Patent Document 2 describes a switching power supply circuit using two transformers and a half-bridge type switching element that applies a rectangular wave to each transformer.
In this circuit, when the AC power supply voltage is 100 Vrms, rectangular waves are applied to the two transformers by the respective switching elements, and the outputs of both transformers are connected in parallel to obtain a set of DC outputs. When the voltage is 200 Vrms, the operation of the switching element on one of the transformers is stopped, and a direct current output is obtained only by the output of the other transformer that operates, so that a suitable operation is performed for both voltages. .
Switching between the two is performed by a transistor that operates in response to the AC power supply voltage, and when the AC power supply voltage is 200 Vrms, the operation signal input to one of the transformer side switching elements is short-circuited, and the switching element operates. It is done by stopping.

特開2000−209858号公報JP 2000-209858 A 特開2004−112926号公報JP 2004-112926 A

特許文献1,2でともに引用されている従来の技術には、交流電源を整流する回路構成において、交流電源電圧が100Vrmsのときに倍電圧整流を行い、交流電源電圧が200Vrmsのときに全波整流を行うものが記載されている。このような倍電圧整流回路を使用する構成では、交流の半サイクル分の電力をコンデンサに蓄えなければならず、大電力の機器には相応の容量を備えた大きなコンデンサが必要となるため、低コストで小型の機器には好ましくない。   In the conventional techniques cited in both Patent Documents 1 and 2, in a circuit configuration for rectifying an AC power supply, double voltage rectification is performed when the AC power supply voltage is 100 Vrms, and full-wave when the AC power supply voltage is 200 Vrms. What performs rectification is described. In a configuration using such a voltage doubler rectifier circuit, power for half a cycle of alternating current must be stored in a capacitor, and a large capacitor with a corresponding capacity is required for a high-power device. It is not preferable for small equipment due to cost.

また、特許文献1,2に係る発明は、交流電源電圧によって入力回路を切り換える構成を備えているが、いずれも大電力を蓄えるバッテリを充電する充電装置に関するものではない。このため、高い力率を確保するための考慮がなく、当然のことながら力率改善回路がない。さらに、スイッチング素子や整流ダイオードに汎用的な定格電圧の低い素子を使用するため、出力を直列に接続する構成に関する発想もない。   Moreover, although the invention which concerns on patent documents 1 and 2 is equipped with the structure which switches an input circuit with an alternating current power supply voltage, neither is related with the charging device which charges the battery which stores big electric power. For this reason, there is no consideration for securing a high power factor, and naturally there is no power factor correction circuit. Furthermore, since a general-purpose element having a low rated voltage is used as a switching element or a rectifier diode, there is no idea regarding a configuration in which outputs are connected in series.

交流電源から大容量のバッテリを充電する充電装置では、高効率で充電を行うために、単純なAC/DCコンバータを使用せず、力率改善回路とDC/DCコンバータ回路とを組み合わせることが一般的である。
特に、電気自動車用の大容量のバッテリを充電する充電装置においては、力率改善回路やDC/DCコンバータ回路に使用する部品として、車両の移動先で充電する際の交流電源の環境や蓄電量によって変動するバッテリ電圧に対応する特性を有しており、かつ条件の悪い交流電源電圧と出力電圧の組み合わせであっても、充分に対応可能な定格部品を選定する必要がある。
In a charging device that charges a large-capacity battery from an AC power supply, it is common to combine a power factor correction circuit and a DC / DC converter circuit without using a simple AC / DC converter in order to perform charging with high efficiency. Is.
In particular, in a charging device for charging a large-capacity battery for an electric vehicle, the environment and storage amount of the AC power supply when charging at the destination of the vehicle as a component used in the power factor correction circuit or the DC / DC converter circuit Therefore, it is necessary to select a rated component that has a characteristic corresponding to a battery voltage that varies depending on the power supply, and that can sufficiently handle even a combination of an AC power supply voltage and an output voltage that are in bad condition.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で、大電力を蓄えるバッテリを高効率で充電することができる充電装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a charging device that can charge a battery that stores large power with high efficiency with a simple configuration.

この発明に係る充電装置は、交流電源を直流出力に整流する整流部と、力率改善機能を有して交流電源の電圧を任意の電圧または電流に変換して出力する複数の回路ブロックと、回路ブロックの動作を制御する制御部とを備え、複数の回路ブロックの出力側を直列に接続して得られる一式の電力で、車両に搭載された動力用のバッテリを充電する充電装置であって、複数の回路ブロックの入力側を直列または並列のいずれかの接続に切り換える接続切換部を備え、交流電源の電圧が所定の電圧値未満のときは、複数の回路ブロックの入力側を並列に接続し、交流電源の電圧が所定の電圧値以上のときは、複数の回路ブロックの入力側を直列に接続する。   The charging device according to the present invention includes a rectifying unit that rectifies an AC power source into a DC output, a plurality of circuit blocks that have a power factor improving function and convert the voltage of the AC power source into an arbitrary voltage or current, and A charging device for charging a power battery mounted on a vehicle with a set of electric power obtained by connecting the output sides of a plurality of circuit blocks in series. , With a connection switching unit that switches the input side of multiple circuit blocks to either serial or parallel connection, and connects the input sides of multiple circuit blocks in parallel when the voltage of the AC power supply is less than a predetermined voltage value When the voltage of the AC power source is equal to or higher than a predetermined voltage value, the input sides of the plurality of circuit blocks are connected in series.

この発明によれば、簡易な構成で、大電力を蓄えるバッテリを高効率で充電することができるという効果がある。   According to the present invention, there is an effect that a battery that stores large power can be charged with high efficiency with a simple configuration.

この発明の実施の形態1に係る充電装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に係る充電装置の別の構成例を示す図である。It is a figure which shows another structural example of the charging device which concerns on Embodiment 1. FIG. この発明の実施の形態2に係る充電装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態2に係る制御部のFETを駆動する回路の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a circuit that drives an FET of a control unit according to a second embodiment. この発明の実施の形態3に係る充電装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 実施の形態3に係る充電装置の別の構成例を示す図である。It is a figure which shows another structural example of the charging device which concerns on Embodiment 3. FIG. この発明の実施の形態4に係る充電装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charging device which concerns on Embodiment 4 of this invention.

以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る充電装置の構成を示す図である。図1に示す充電装置1は、交流電源2から電気自動車用のバッテリ3を充電する装置であり、電源整流部5、接続切換部6、PFC(力率改善;Power Factor Correction)・DC/DCコンバータ部7および制御部9を備える。電気自動車用のバッテリ3は、電気自動車の動力用モータなどの高電圧の負荷4と接続される。
Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
1 is a diagram showing a configuration of a charging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. A charging device 1 shown in FIG. 1 is a device for charging a battery 3 for an electric vehicle from an AC power source 2, and includes a power rectification unit 5, a connection switching unit 6, PFC (Power Factor Correction) / DC / DC. A converter unit 7 and a control unit 9 are provided. The battery 3 for an electric vehicle is connected to a high voltage load 4 such as a power motor for the electric vehicle.

電源整流部5は、全波整流用に接続されたダイオード5−1〜5−4を備えている。
ダイオード5−1,5−2の各アノード端子は、低電位側出力となり、回路ブロック8−2のそれぞれのFET(電界効果トランジスタ)のソース端子と接続し、スイッチSW2を介して回路ブロック8−1のそれぞれのFETのソース端子と接続している。
また、ダイオード5−3,5−4の各カソード端子は、高電位側出力となり、回路ブロック8−1のコイルの一端(FETと接続しない方の端子)と接続し、スイッチSW1を介して回路ブロック8−2のコイルの一端と接続している。
さらに、交流電源2の一方の出力端子がダイオード5−1,5−3の接続点と接続し、交流電源2の他方の出力端子がダイオード5−2,5−4の接続点に接続している。
The power rectifier 5 includes diodes 5-1 to 5-4 connected for full-wave rectification.
Each anode terminal of the diodes 5-1 and 5-2 becomes a low potential side output, is connected to the source terminal of each FET (field effect transistor) of the circuit block 8-2, and is connected to the circuit block 8- via the switch SW2. 1 is connected to the source terminal of each FET.
Further, each cathode terminal of the diodes 5-3 and 5-4 becomes a high potential side output, is connected to one end of the coil of the circuit block 8-1 (terminal not connected to the FET), and is connected to the circuit via the switch SW1. It is connected to one end of the coil of block 8-2.
Further, one output terminal of the AC power source 2 is connected to the connection point of the diodes 5-1 and 5-3, and the other output terminal of the AC power source 2 is connected to the connection point of the diodes 5-2 and 5-4. Yes.

接続切換部6は、制御部9の接続切換信号に応じてオンオフするスイッチSW1,SW2およびダイオードD1を備える。スイッチSW1は、ダイオード5−3,5−4の各カソード端子と回路ブロック8−2のPFC部のコイルの一端との接続をオンオフする。また、スイッチSW2は、ダイオード5−1,5−2の各アノード端子と回路ブロック8−1のPFC部およびDC/DCコンバータ部のそれぞれのFETのソース端子との接続をオンオフする。ダイオードD1は、スイッチSW1と回路ブロック8−2のPFC部のコイルの一端との接続点にカソード端子が接続しており、スイッチSW2と回路ブロック8−1のPFC部およびDC/DCコンバータ部のそれぞれのFETのソース端子との接続点にアノード端子が接続している。   The connection switching unit 6 includes switches SW1 and SW2 and a diode D1 that are turned on / off according to a connection switching signal from the control unit 9. The switch SW1 turns on / off the connection between each cathode terminal of the diodes 5-3 and 5-4 and one end of the coil of the PFC section of the circuit block 8-2. The switch SW2 turns on / off the connection between the anode terminals of the diodes 5-1 and 5-2 and the source terminals of the FETs of the PFC unit and the DC / DC converter unit of the circuit block 8-1. The diode D1 has a cathode terminal connected to a connection point between the switch SW1 and one end of the coil of the PFC unit of the circuit block 8-2. The switch D2 and the PFC unit and the DC / DC converter unit of the circuit block 8-1 are connected to each other. An anode terminal is connected to a connection point with the source terminal of each FET.

PFC・DC/DCコンバータ部7は、100Vrms系または200Vrms系などの各種の交流電源2を電源として、80Vdc程度から400Vdc程度に変動する電気自動車用(動力用)の直流電圧を生成する。図1の例では、PFC・DC/DCコンバータ部7が2個の回路ブロック8−1,8−2から構成されており、回路ブロック8−1,8−2は、出力側がバッテリ3に対して直列に接続され、入力側がスイッチSW1,SW2のオンオフにより電源整流部5を介して交流電源2に対して並列接続と直列接続が切り換えられるように接続されている。つまり、スイッチSW1,SW2がともにオンされると、回路ブロック8−1,8−2の入力側が並列に接続され、スイッチSW1,SW2をともにオフすると、ダイオードD1を介して回路ブロック8−1,8−2の入力側が直列に接続される。なお、PFC・DC/DCコンバータ部7は、3個以上の回路ブロックを使用して構成してもよい。   The PFC / DC / DC converter unit 7 uses various AC power sources 2 such as a 100 Vrms system or a 200 Vrms system as a power source to generate a DC voltage for an electric vehicle (for power) that varies from about 80 Vdc to about 400 Vdc. In the example of FIG. 1, the PFC / DC / DC converter unit 7 is composed of two circuit blocks 8-1 and 8-2, and the circuit block 8-1 and 8-2 are connected to the battery 3 on the output side. Are connected in series, and the input side is connected to the AC power source 2 via the power source rectifier 5 by switching on and off the switches SW1 and SW2 so that the parallel connection and the series connection are switched. That is, when both the switches SW1 and SW2 are turned on, the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected in parallel, and when both the switches SW1 and SW2 are turned off, the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected via the diode D1. The input side of 8-2 is connected in series. The PFC / DC / DC converter unit 7 may be configured using three or more circuit blocks.

また、回路ブロック8−1,8−2は、PFC(力率改善)部とDC/DCコンバータ部から構成される。PFC部は、コイル、FET、ダイオードおよびコンデンサから構成されており、制御部9の駆動信号に従ってFETがコイルに流れる電流を断続し、FETがオンの間にコイルとコアに蓄えた磁気エネルギを、FETをオフして吐き出す昇圧電源として機能する。当PFC部によって、交流の1サイクルの中で電源電圧が低下するタイミングであっても相応の電力を出力して力率を高くしている。   The circuit blocks 8-1 and 8-2 include a PFC (power factor correction) unit and a DC / DC converter unit. The PFC unit is composed of a coil, an FET, a diode, and a capacitor. The FET intermittently passes the current flowing through the coil according to the drive signal of the control unit 9, and the magnetic energy stored in the coil and the core while the FET is on, It functions as a boosting power source that turns off and discharges the FET. This PFC unit increases the power factor by outputting the corresponding power even at the timing when the power supply voltage decreases during one AC cycle.

DC/DCコンバータ部は、フォワード式のトランス、H形に接続された4個のFETからなるブリッジ部、4個の整流ダイオードからなる整流部、コイルおよび平滑コンデンサから構成される。ブリッジ部の各FETは、制御部9の駆動信号によってオンオフ動作して略矩形波を生成し、略矩形波をトランスの1次巻線に印加する。整流部は、4個の整流ダイオードから構成される全波整流回路であり、トランスの2次巻線に発生する略矩形波を整流する。整流部で整流された電流は、平滑用のコイルおよび平滑コンデンサによって平滑化され、直流電圧が出力される。   The DC / DC converter unit includes a forward transformer, a bridge unit including four FETs connected in an H shape, a rectification unit including four rectifier diodes, a coil, and a smoothing capacitor. Each FET in the bridge unit is turned on / off by a drive signal from the control unit 9 to generate a substantially rectangular wave, and applies the substantially rectangular wave to the primary winding of the transformer. The rectifier is a full-wave rectifier circuit composed of four rectifier diodes, and rectifies a substantially rectangular wave generated in the secondary winding of the transformer. The current rectified by the rectification unit is smoothed by a smoothing coil and a smoothing capacitor, and a DC voltage is output.

制御部9は、PFC部のFETおよびDC/DCコンバータ部のブリッジ部のFETをオンオフさせる駆動信号を出力する。また、制御部9は、電源整流部5で全波整流された電源電圧を入力し、電源電圧に応じて接続切換部6のスイッチSW1,SW2をオンオフする接続切換信号を出力する。   The control unit 9 outputs a drive signal for turning on and off the FET of the PFC unit and the FET of the bridge unit of the DC / DC converter unit. The control unit 9 also receives the power supply voltage that has been full-wave rectified by the power supply rectification unit 5 and outputs a connection switching signal for turning on and off the switches SW1 and SW2 of the connection switching unit 6 in accordance with the power supply voltage.

次に動作について説明する。
制御部9は、電源整流部5を介して交流電源2の電源電圧を入力し、入力電圧値と所定の電圧値とを比較して、入力電圧値(電源電圧値と同意)が所定の電圧値以上であれば、接続切換部6に対してスイッチSW1,SW2がともにオフになる接続切換信号を出力する。接続切換部6は、この接続切換信号を入力すると、スイッチSW1,SW2をともにオフする。これにより、ダイオードD1に電流が流れることで、回路ブロック8−1,8−2の入力側は、ダイオードD1を介して直列に接続され、PFC・DC/DCコンバータ部7から、バッテリ3の充電電力として一式の直流出力を得る。
Next, the operation will be described.
The control unit 9 inputs the power supply voltage of the AC power supply 2 via the power supply rectification unit 5, compares the input voltage value with a predetermined voltage value, and the input voltage value (agreement with the power supply voltage value) is a predetermined voltage. If the value is equal to or greater than the value, a connection switching signal for turning off both the switches SW1 and SW2 is output to the connection switching unit 6. When the connection switching unit 6 receives this connection switching signal, both the switches SW1 and SW2 are turned off. As a result, when current flows through the diode D1, the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected in series via the diode D1, and the battery 3 is charged from the PFC / DC / DC converter unit 7. A set of DC output is obtained as electric power.

一方、入力電圧値(電源電圧値と同意)が所定の電圧値未満であれば、制御部9は、接続切換部6に対して、スイッチSW1,SW2がともにオンになる接続切換信号を出力する。接続切換部6は、この接続切換信号を入力すると、スイッチSW1,SW2をともにオンする。これにより、回路ブロック8−1,8−2の入力側が並列に接続されたPFC・DC/DCコンバータ部7から、バッテリ3の充電電力として一式の直流出力を得る。なお、このときダイオードD1には逆方向に電圧が印加されて電流は流れない。   On the other hand, if the input voltage value (which agrees with the power supply voltage value) is less than the predetermined voltage value, the control unit 9 outputs to the connection switching unit 6 a connection switching signal that turns on both the switches SW1 and SW2. . When the connection switching unit 6 inputs this connection switching signal, both the switches SW1 and SW2 are turned on. As a result, a set of DC outputs is obtained as charging power for the battery 3 from the PFC / DC / DC converter unit 7 in which the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected in parallel. At this time, a voltage is applied to the diode D1 in the reverse direction and no current flows.

ここで、上記所定の電圧値を例えば160Vrmsとすれば、電源電圧値が所定の電圧値以上の交流電源2は、200Vrms系の交流電源である。また、電源電圧値が所定の電圧値未満の交流電源2は、100Vrms系の交流電源となる。   Here, if the predetermined voltage value is 160 Vrms, for example, the AC power supply 2 having a power supply voltage value equal to or higher than the predetermined voltage value is a 200 Vrms AC power supply. The AC power supply 2 having a power supply voltage value less than a predetermined voltage value is a 100 Vrms AC power supply.

なお、実施の形態1に係る充電装置は、図2のように構成してもよい。
図2は、実施の形態1に係る充電装置の別の構成例を示す図である。図2に示す充電装置1AのPFC・DC/DCコンバータ部7Aは、図1と回路ブロックの構成が異なる。図2に示す回路ブロック8A−1,8A−2は、力率改善用のコイルを兼用する1次巻線と、交流電源2と車両の電源とを絶縁する2次巻線を備えたフライバック式のトランスを使用して構成される。
The charging device according to Embodiment 1 may be configured as shown in FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating another configuration example of the charging apparatus according to the first embodiment. The PFC / DC / DC converter unit 7A of the charging device 1A shown in FIG. 2 is different from the circuit block shown in FIG. The circuit blocks 8A-1 and 8A-2 shown in FIG. 2 have a primary winding that also serves as a power factor improving coil, and a flyback that includes a secondary winding that insulates the AC power source 2 from the vehicle power source. Configured using an expression transformer.

回路ブロック8A−1,8A−2のFETは、上記トランスの1次巻線への通電電流を断続するスイッチング素子である。また、整流ダイオードは、トランスの2次巻線からの出力電流を整流する。平滑コンデンサは、整流ダイオードの出力電流を蓄えて平滑する。
回路ブロック部8A−1,8A−2では、図2に示すようにそれぞれのトランスの2次巻線側(出力側)に備える平滑コンデンサが、バッテリ3に対して直列に接続される。
The FETs of the circuit blocks 8A-1 and 8A-2 are switching elements for intermittently supplying current to the primary winding of the transformer. The rectifier diode rectifies the output current from the secondary winding of the transformer. The smoothing capacitor stores and smoothes the output current of the rectifier diode.
In the circuit block units 8A-1 and 8A-2, as shown in FIG. 2, a smoothing capacitor provided on the secondary winding side (output side) of each transformer is connected in series to the battery 3.

回路ブロック8A−1のトランスの1次巻線の一方の端子(FETと接続しない方の端子)が、電源整流部5の一方の端子およびスイッチSW1の一方の端子と接続しており、当該トランスの1次巻線のもう一方の端子は、FETのドレイン端子と接続し、FETのソース端子がダイオードD1のアノード端子とスイッチSW2の一方の端子に接続する。
また、回路ブロック8A−2のトランスの1次巻線の一方の端子(FETと接続しない方の端子)は、ダイオードD1のカソード端子とスイッチSW1のもう一方の端子に接続し、当該トランスの1次巻線のもう一方の端子はFETのドレイン端子と接続し、FETのソース端子がスイッチSW2のもう一方の端子と電源整流部5のもう一方の端子に接続する。
One terminal (terminal not connected to the FET) of the primary winding of the transformer of the circuit block 8A-1 is connected to one terminal of the power supply rectifier 5 and one terminal of the switch SW1, and the transformer The other terminal of the primary winding is connected to the drain terminal of the FET, and the source terminal of the FET is connected to the anode terminal of the diode D1 and one terminal of the switch SW2.
Further, one terminal (terminal not connected to the FET) of the primary winding of the transformer of the circuit block 8A-2 is connected to the cathode terminal of the diode D1 and the other terminal of the switch SW1, and 1 of the transformer. The other terminal of the next winding is connected to the drain terminal of the FET, and the source terminal of the FET is connected to the other terminal of the switch SW2 and the other terminal of the power supply rectifying unit 5.

制御部9は、交流電源2の電源電圧値が所定の電圧値以上であれば、接続切換部6のスイッチSW1,SW2がともにオフになるよう操作して、回路ブロック8A−1,8A−2の入力側をダイオードD1を介して直列に接続する。これにより、PFC・DC/DCコンバータ部7Aから、バッテリ3の充電電力として一式の直流出力を得る。
また、交流電源2の電源電圧値が所定の電圧値未満であれば、制御部9は、接続切換部6のスイッチSW1,SW2がともにオンになるよう操作して、回路ブロック8A−1,8A−2の入力側を並列に接続する。これにより、PFC・DC/DCコンバータ部7Aからバッテリ3の充電電力として一式の直流出力を得る。
If the power supply voltage value of the AC power supply 2 is equal to or higher than the predetermined voltage value, the control unit 9 operates the circuit switching units 8A-1 and 8A-2 so that both the switches SW1 and SW2 of the connection switching unit 6 are turned off. Are connected in series via a diode D1. Thus, a set of direct current outputs is obtained as the charging power of the battery 3 from the PFC / DC / DC converter unit 7A.
On the other hand, if the power supply voltage value of the AC power supply 2 is less than the predetermined voltage value, the control unit 9 operates the circuit switches 8A-1 and 8A so that both the switches SW1 and SW2 of the connection switching unit 6 are turned on. -2 input side connected in parallel. Thereby, a set of direct current outputs is obtained as the charging power of the battery 3 from the PFC / DC / DC converter section 7A.

この発明では、交流電源の電源電圧によって、使用するスイッチング素子や整流ダイオードに高電圧が印加されないように、PFC部およびフォワード式のトランスを用いたDC/DCコンバータ部あるいは、力率改善用のコイルを兼用するフライバック式のトランスを用いたDC/DCコンバータ部によって構成される回路ブロックを複数使用して、それぞれの回路ブロックのトランスの2次側の構成部材を直列に接続して一式の充電出力を得る。   In the present invention, a DC / DC converter unit using a PFC unit and a forward type transformer or a coil for power factor improvement is used so that a high voltage is not applied to a switching element or a rectifier diode to be used due to a power source voltage of an AC power source. A plurality of circuit blocks constituted by a DC / DC converter unit using a flyback transformer that also serves as a power source, and a set of charging by connecting the secondary side components of the transformer of each circuit block in series Get the output.

このように、2次側の構成部材を直列に接続することで、使用するスイッチング素子や整流ダイオードとして、汎用的な定格電圧の低い素子を使用することができる。さらに、複数の回路ブロックを使用することから、交流電源電圧が低電圧であれば、これらの回路ブロックを並列に接続し、交流電源電圧が高電圧の場合には、直列に接続する構成を実現することができる。   In this way, by connecting the secondary side constituent members in series, a general-purpose element having a low rated voltage can be used as a switching element or a rectifier diode to be used. Furthermore, since multiple circuit blocks are used, if the AC power supply voltage is low, these circuit blocks are connected in parallel, and if the AC power supply voltage is high, a configuration in which they are connected in series is realized. can do.

交流電源電圧によって、複数の回路ブロックの入力側を並列あるいは直列に切り換えて接続することで、使用するトランスの巻数比とこのトランスの1次側に印加する矩形波状の電圧のDutyを好適な範囲に限定することができ、入力する交流電源電圧や出力するバッテリ3への充電電圧を様々な条件で効率を高く維持することが可能である。   By switching and connecting the input sides of a plurality of circuit blocks in parallel or in series with an AC power supply voltage, the turn ratio of the transformer to be used and the duty of the rectangular wave voltage applied to the primary side of this transformer It is possible to keep the efficiency high under various conditions for the input AC power supply voltage and the output charging voltage of the battery 3.

なお、効率を高く維持するためには、トランスの巻数比を、特定の電源電圧と出力電圧に対する巻数に設定して、トランスの1次側に印加する略矩形波を、電圧が印加されない期間の少ない波形(広幅Dutyの矩形波)にすることが望ましい。
しかしながら、例えば上記回路ブロックを1個備えた構成では、100Vrmsの電源電圧から400Vdcのバッテリを充電するためには、約3倍(400/100√2)の昇圧を確保するトランスを使用する必要があり、当構成において、200Vrmsの電源電圧で80Vdcのバッテリを充電する場合、印加する矩形状波のDutyを約1/7〔(80/200)×(100√2/400)〕にして対応せざるを得ない。このように、上記回路ブロックを1個だけ備えた構成では、必然的に、電圧が印加されない期間が拡大(矩形波のDuty幅を狭小化)するために、効率が悪化することは否めない。
In order to maintain high efficiency, the transformer turns ratio is set to the number of turns for a specific power supply voltage and output voltage, and a substantially rectangular wave applied to the primary side of the transformer is applied during a period in which no voltage is applied. It is desirable to have a small waveform (a rectangular wave with a wide duty).
However, for example, in a configuration including one circuit block, in order to charge a 400 Vdc battery from a power supply voltage of 100 Vrms, it is necessary to use a transformer that secures a boost of about three times (400 / 100√2). Yes, in this configuration, when charging a battery of 80 Vdc with a power supply voltage of 200 Vrms, the duty of the applied rectangular wave should be approximately 1/7 [(80/200) × (100√2 / 400)]. I must. As described above, in the configuration including only one circuit block, the period during which no voltage is applied is inevitably expanded (the duty width of the rectangular wave is narrowed), and thus the efficiency cannot be denied.

上述したように、全ての交流電源電圧範囲を1系統の回路構成によって対応する場合には、交流電源電圧によって、効率が高いときと、効率が低いときの差が顕在化しやすく、全ての電圧範囲において高い効率を確保することは困難であった。
これに対して、この発明に係る充電装置では、高効率ながら対応電圧が狭い複数の回路ブロックの入力側を並列あるいは直列に切り換えて接続することにより、広範囲の交流電源電圧において高い効率を確保することができる。
As described above, when all the AC power supply voltage ranges are handled by one circuit configuration, the difference between when the efficiency is high and when the efficiency is low is easily manifested by the AC power supply voltage. It has been difficult to ensure high efficiency.
On the other hand, in the charging apparatus according to the present invention, high efficiency is ensured in a wide range of AC power supply voltages by switching and connecting the input sides of a plurality of circuit blocks having high efficiency but a narrow corresponding voltage in parallel or in series. be able to.

なお、図1および図2の構成において、2個の回路ブロックの入力側を直列に接続して動作させるときに、2個の回路ブロックの動作にアンバランスが生じて両者が異なる電力を出力することがないように、制御部9が、両者が出力するそれぞれの電圧を入力して、これら入力電圧(回路ブロックの出力電圧と同意)値に基づいて両者の出力が同等になるようにPFC部あるいはDC/DCコンバータ部のそれぞれのFETを制御してもよい。
例えば、制御部9が、2個の回路ブロックのそれぞれのPFC部のコンデンサの電圧、あるいは、それぞれのDC/DCコンバータ部の平滑コンデンサの電圧をフィードバックして、PFC部あるいはDC/DCコンバータ部のそれぞれのFETを制御する。
In the configuration of FIGS. 1 and 2, when the input sides of two circuit blocks are connected and operated in series, the operation of the two circuit blocks is unbalanced and both output different powers. In order to prevent this, the control unit 9 inputs the respective voltages output by the two, and the PFC unit so that the outputs of both are equal based on the values of these input voltages (agreeing with the output voltage of the circuit block) Or you may control each FET of a DC / DC converter part.
For example, the control unit 9 feeds back the voltage of the capacitor of each PFC unit of two circuit blocks or the voltage of the smoothing capacitor of each DC / DC converter unit, so that the PFC unit or the DC / DC converter unit Control each FET.

図1および図2の構成において、2個の回路ブロックの入力側を並列に接続して動作させるときに、各回路ブロックのそれぞれのFETを同時に動作させれば、配線に重畳するリプルの影響が大きくなるので、リプルを軽減してノイズを小さくするために、制御部9は、駆動信号の出力タイミングを制御することにより、それぞれの回路ブロックのFETの動作位相を互いにずらして動作させる。
また、2個の回路ブロックの入力側を直列に接続して動作させるときは、各回路ブロックのそれぞれのFETも直列に接続されるため、それぞれのFETを同時に動作させなければ所望のDutyで電流を通電することができないので、制御部9は、駆動信号の出力タイミングを制御することにより、それぞれの回路ブロックのFETを同位相で動作させる。
1 and 2, when the input sides of two circuit blocks are connected in parallel and operated, if the FETs of each circuit block are operated simultaneously, the influence of ripples superimposed on the wiring is affected. Therefore, in order to reduce the ripple and reduce the noise, the control unit 9 controls the output timing of the drive signal to shift the operation phases of the FETs of the respective circuit blocks.
When the input sides of the two circuit blocks are connected in series, the FETs of the circuit blocks are also connected in series. Therefore, if the FETs are not operated simultaneously, a current is supplied with a desired duty. Therefore, the control unit 9 controls the output timing of the drive signal to operate the FETs of the respective circuit blocks in the same phase.

なお、上記説明では、1つの制御部9で全ての制御を行う構成を示したが、それぞれの回路ブロックごとに制御部を設け、それぞれの制御を分担してもよい。
また、2個の回路ブロックの入力側の接続を切り換えるスイッチSW1,SW2は、例えばリレーの接点であり、交流電源電圧によってリレーの動作コイルへの電流を通電または停止することによって操作される。
In the above description, a configuration in which all control is performed by one control unit 9 is shown, but a control unit may be provided for each circuit block, and each control may be shared.
The switches SW1 and SW2 for switching the connection on the input side of the two circuit blocks are relay contacts, for example, and are operated by energizing or stopping the current to the operation coil of the relay by the AC power supply voltage.

さらに、複数の回路ブロックの入力側の接続を切り換える電圧値を1点にすると、交流電源電圧が当該電圧値を挟んで上下に変動した場合に、直列接続と並列接続の切り換えを繰り返すハンチング動作が発生することがあるので、図1および図2の構成において、スイッチSW1,SW2をオンオフする上記所定の電圧値として、2個の回路ブロックの入力側を並列接続から直列接続に切り換える第1の電圧値と、直列接続から並列接続に切り換える第2の電圧値を設定し、第1の電圧値が第2の電圧値よりも高い値であるものとする。つまり、複数の回路ブロックの入力側の接続を切り換える電圧値にヒステリシスを設け、制御部9は、2個の回路ブロックの入力側が並列接続である場合に、交流電源電圧が第2の電圧値以上であっても第1の電圧値未満であればその接続を維持し、交流電源電圧が第1の電圧値以上になると、2個の回路ブロックの入力側を並列接続から直列接続に切り換えるように制御する。また、制御部9は、2個の回路ブロックの入力側が直列接続である場合に、交流電源電圧が第1の電圧値未満であっても第2の電圧値以上であれば、その接続を維持し、交流電源電圧が第2の電圧値未満になると、2個の回路ブロックの入力側を直列接続から並列接続に切り換えるように制御する。   Furthermore, when the voltage value for switching the connection on the input side of a plurality of circuit blocks is set to one point, when the AC power supply voltage fluctuates up and down across the voltage value, a hunting operation that repeatedly switches between series connection and parallel connection is performed. 1 and 2, the first voltage for switching the input sides of the two circuit blocks from the parallel connection to the series connection is used as the predetermined voltage value for turning on and off the switches SW1 and SW2. A value and a second voltage value that switches from series connection to parallel connection are set, and the first voltage value is higher than the second voltage value. That is, a hysteresis is provided in the voltage value for switching the connection on the input side of the plurality of circuit blocks, and the control unit 9 allows the AC power supply voltage to be equal to or higher than the second voltage value when the input sides of the two circuit blocks are connected in parallel. Even if it is less than the first voltage value, the connection is maintained, and when the AC power supply voltage exceeds the first voltage value, the input side of the two circuit blocks is switched from the parallel connection to the series connection. Control. In addition, when the input sides of the two circuit blocks are connected in series, the control unit 9 maintains the connection if the AC power supply voltage is less than the first voltage value and is greater than or equal to the second voltage value. Then, when the AC power supply voltage becomes less than the second voltage value, the input side of the two circuit blocks is controlled to be switched from the serial connection to the parallel connection.

上記並列接続から直列接続への切り換える電圧値と、直列接続から並列接続への切り換える電圧値を別々に設定し、切り換える電圧値にヒステリシスを設けることで、ハンチング動作の発生が回避され、挙動の安定した充電装置を実現できる。
なお、複数の回路ブロックの入力側を並列接続から直列接続に切り換える第1の交流電圧値は、例えば170Vrms、直列接続から並列接続に切り換える第2の交流電圧値は、例えば150Vrmsである。
By setting the voltage value for switching from parallel connection to series connection and the voltage value for switching from series connection to parallel connection separately, and providing hysteresis for the voltage value to be switched, the occurrence of hunting operations can be avoided and the behavior stabilized. Can be realized.
The first AC voltage value for switching the input side of the plurality of circuit blocks from parallel connection to series connection is, for example, 170 Vrms, and the second AC voltage value for switching from series connection to parallel connection is, for example, 150 Vrms.

以上のように、この実施の形態1によれば、交流電源2を直流出力に整流する電源整流部5と、力率改善機能を有して交流電源の電圧を任意の電圧または電流に変換して出力する回路ブロック8−1,8−2と、回路ブロック8−1,8−2の動作を制御する制御部9とを備え、回路ブロック8−1,8−2の出力側を直列に接続して得られる一式の充電電力で、車両に搭載された動力用のバッテリ3を充電する充電装置1であって、回路ブロック8−1,8−2の入力側を直列または並列のいずれかの接続に切り換える接続切換部6を備え、接続切換部6を制御して、交流電源2の電圧が所定の電圧値未満のときに、回路ブロック8−1,8−2の入力側を並列に接続し、交流電源2の電圧が所定の電圧値以上のときは、回路ブロック8−1,8−2の入力側を直列に接続する。
このように構成することで、広範囲の交流電源電圧に対して好適な巻数比のトランスや好適なインダクタンスのコイルを使用することができる。
また、好適なDutyの矩形波をトランスに印加することができ、高効率の充電装置を構成することができる。
As described above, according to the first embodiment, the power source rectifying unit 5 that rectifies the AC power source 2 into a DC output and the power factor improving function are provided to convert the voltage of the AC power source into an arbitrary voltage or current. Circuit blocks 8-1 and 8-2, and a control unit 9 for controlling the operation of the circuit blocks 8-1 and 8-2, and the output sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected in series. A charging device 1 for charging a power battery 3 mounted on a vehicle with a set of charging power obtained by connection, wherein the input side of the circuit blocks 8-1 and 8-2 is either serial or parallel The connection switching unit 6 for switching to the connection is controlled. When the voltage of the AC power supply 2 is less than a predetermined voltage value by controlling the connection switching unit 6, the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are arranged in parallel. When connected and the voltage of the AC power supply 2 is equal to or higher than a predetermined voltage value, the circuit block 8- And it connects the input side of the 8-2 in series.
With this configuration, it is possible to use a transformer with a suitable turns ratio or a coil with a suitable inductance for a wide range of AC power supply voltages.
Also, a suitable duty rectangular wave can be applied to the transformer, and a highly efficient charging device can be configured.

また、この実施の形態1によれば、回路ブロックを、PFC部(力率改善回路)およびフォワード式のDC/DCコンバータ部で構成するか、もしくは、フライバック式のDC/DCコンバータ部で構成する。例えば、効率を重視する回路構成とする場合、PFC部およびフォワード式のDC/DCコンバータ部で回路ブロックを構成し、サイズとコストを重視する場合は、フライバック式のDC/DCコンバータ部で回路ブロックを構成することで、目的に応じた好適な仕様の充電装置を実現できる。   Further, according to the first embodiment, the circuit block is configured by the PFC unit (power factor correction circuit) and the forward type DC / DC converter unit, or is configured by the flyback type DC / DC converter unit. To do. For example, in the case of a circuit configuration that emphasizes efficiency, a circuit block is configured by a PFC unit and a forward type DC / DC converter unit, and in the case where importance is placed on size and cost, a circuit is configured by a flyback type DC / DC converter unit. By configuring the block, it is possible to realize a charging device with suitable specifications according to the purpose.

さらに、この実施の形態1によれば、所定の電圧値が、回路ブロック8−1,8−2の入力側を直列に切り換える第1の電圧値と、第1の電圧値より低い値であって、回路ブロック8−1,8−2の入力側を並列に切り換える第2の電圧値からなり、制御部9が、回路ブロック8−1,8−2の入力側が並列接続である場合に、交流電源2の電圧が第2の電圧値以上であっても第1の電圧値未満であればその接続を維持し、交流電源2の電圧が第1の電圧値以上になると、回路ブロック8−1,8−2の入力側を並列接続から直列接続に切り換えるように制御し、回路ブロック8−1,8−2の入力側が直列接続である場合に、交流電源2の電圧が第1の電圧値未満であっても第2の電圧値以上であればその接続を維持し、交流電源2の電圧が第2の電圧値未満になると、回路ブロック8−1,8−2の入力側を直列接続から並列接続に切り換えるように制御する。
このようにすることで、直列接続と並列接続の切り換えを繰り返すハンチング動作の発生が回避され、挙動の安定した充電装置を実現できる。
Further, according to the first embodiment, the predetermined voltage value is a first voltage value for switching the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 in series and a value lower than the first voltage value. When the control unit 9 is configured to connect the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 in parallel, and the control unit 9 is connected in parallel to the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2, Even if the voltage of the AC power supply 2 is equal to or higher than the second voltage value, the connection is maintained if the voltage is lower than the first voltage value. When the voltage of the AC power supply 2 becomes equal to or higher than the first voltage value, the circuit block 8- When the input side of 1 and 8-2 is switched from parallel connection to series connection and the input side of the circuit blocks 8-1 and 8-2 is connected in series, the voltage of the AC power supply 2 is the first voltage. Even if it is less than the value, if it is greater than or equal to the second voltage value, the connection is maintained and If less than the second voltage value, and controls to switch the input side of the circuit blocks 8-1 and 8-2 from the series connection to parallel connection.
By doing in this way, generation | occurrence | production of the hunting operation | movement which repeats switching of a serial connection and a parallel connection is avoided, and the charging device with the stable behavior is realizable.

さらに、この実施の形態1によれば、制御部9が、回路ブロック8−1,8−2の入力側が並列接続である場合に、それぞれの回路ブロック8−1,8−2の動作位相を互いにずらして動作させ、回路ブロック8−1,8−2の入力側が直列接続である場合は、それぞれの回路ブロック8−1,8−2を同位相で動作させる。このようにすることで、回路ブロック8−1,8−2の入力側を並列に接続したときは、回路ブロック8−1,8−2の動作位相を互いにずらして動作させることで、配線に重畳するリプルが軽減され、ノイズを低減でき、また、回路ブロック8−1,8−2の入力側を直列に接続したときは、所望のDutyで動作させることができる充電装置を実現できる。   Furthermore, according to the first embodiment, when the control unit 9 is connected in parallel on the input side of the circuit blocks 8-1 and 8-2, the control unit 9 changes the operation phases of the circuit blocks 8-1 and 8-2. When the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected in series, the circuit blocks 8-1 and 8-2 are operated in the same phase. In this way, when the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected in parallel, the operation phases of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are shifted from each other to operate the wiring. The superimposed ripple can be reduced, noise can be reduced, and when the input sides of the circuit blocks 8-1 and 8-2 are connected in series, a charging device that can be operated at a desired duty can be realized.

実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2に係る充電装置の構成を示す図である。図3に示す充電装置1Bは、上記実施の形態1の図2の構成における接続切換部6のスイッチSW1をスイッチング素子(FET1)とし、スイッチSW2をスイッチング素子(FET2)とした接続切換部6Aで代替している。なお、図3において、図2と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a charging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The charging device 1B shown in FIG. 3 includes a connection switching unit 6A in which the switch SW1 of the connection switching unit 6 in the configuration of FIG. 2 of the first embodiment is a switching element (FET1) and the switch SW2 is a switching element (FET2). It is substituted. In FIG. 3, the same components as those in FIG.

制御部9は、電源整流部5を介して交流電源2の電源電圧を入力し、入力電圧値と所定の電圧値とを比較して、入力電圧値(電源電圧値と同意)が所定の電圧値以上であれば(例えば、交流電源2が200Vrms系の交流電源である場合)、接続切換部6Aに対してFET1,FET2がともにオフになる接続切換信号を出力する。接続切換部6Aは、この接続切換信号を入力すると、FET1,FET2をともにオフする。これにより、ダイオードD1に電流が流れることで、回路ブロック8A−1,8A−2の入力側は、ダイオードD1を介して直列に接続されて、PFC・DC/DCコンバータ部7Aからバッテリ3の充電電力として一式の直流出力を得る。   The control unit 9 inputs the power supply voltage of the AC power supply 2 via the power supply rectification unit 5, compares the input voltage value with a predetermined voltage value, and the input voltage value (agreement with the power supply voltage value) is a predetermined voltage. If it is equal to or greater than the value (for example, when AC power supply 2 is a 200 Vrms AC power supply), a connection switching signal for turning off both FET1 and FET2 is output to connection switching unit 6A. When this connection switching signal is input, the connection switching unit 6A turns off both FET1 and FET2. As a result, when current flows through the diode D1, the input sides of the circuit blocks 8A-1 and 8A-2 are connected in series via the diode D1, and the battery 3 is charged from the PFC / DC / DC converter unit 7A. A set of DC output is obtained as electric power.

一方、入力電圧値(電源電圧値と同意)が所定の電圧値未満であれば(例えば、交流電源2が100Vrms系の交流電源である場合)、制御部9は、接続切換部6Aに対してFET1,FET2がともにオンになる接続切換信号を出力する。接続切換部6Aは、この接続切換信号を入力すると、FET1,FET2をともにオンする。これにより、回路ブロック8A−1,8A−2の入力側が並列に接続されたPFC・DC/DCコンバータ部7Aからバッテリ3の充電電力として一式の直流出力を得る。なお、このときダイオードD1には逆方向に電圧が印加されて電流は流れない。   On the other hand, if the input voltage value (agreement with the power supply voltage value) is less than a predetermined voltage value (for example, when the AC power supply 2 is a 100 Vrms type AC power supply), the control unit 9 controls the connection switching unit 6A. A connection switching signal for turning on both FET1 and FET2 is output. When the connection switching unit 6A receives this connection switching signal, both the FET1 and FET2 are turned on. As a result, a set of DC outputs is obtained as charging power for the battery 3 from the PFC / DC / DC converter unit 7A in which the input sides of the circuit blocks 8A-1 and 8A-2 are connected in parallel. At this time, a voltage is applied to the diode D1 in the reverse direction and no current flows.

なお、図3の構成において、2個の回路ブロックの入力側を直列に接続して動作させるときに、2個の回路ブロックの動作にアンバランスが生じて両者が異なる電力を出力することがないように、制御部9が、両者が出力するそれぞれの電圧を入力して、これら入力電圧値に基づいて両者の出力が同等になるようにDC/DCコンバータ部のFETを制御してもよい。例えば、制御部9が、2個の回路ブロックのそれぞれのDC/DCコンバータ部の平滑コンデンサの電圧(それぞれの出力電圧)をフィードバックしてDC/DCコンバータ部のそれぞれのFETを制御することで、両者の出力電圧を同等にする。   In the configuration of FIG. 3, when the input sides of the two circuit blocks are connected in series and operated, the operation of the two circuit blocks is unbalanced and the two do not output different power. As described above, the control unit 9 may input the respective voltages output from the both, and control the FET of the DC / DC converter unit so that the outputs of both are equal based on these input voltage values. For example, the control unit 9 feeds back the voltages (respective output voltages) of the smoothing capacitors of the DC / DC converter units of the two circuit blocks to control the FETs of the DC / DC converter unit, Both output voltages are made equal.

図3の構成において、2個の回路ブロックの入力側を並列に接続して動作させるときに、各回路ブロックのそれぞれのFETを同時に動作させれば、配線に重畳するリプルの影響が大きくなるので、リプルを軽減してノイズを小さくするために、制御部9は、駆動信号の出力タイミングを制御することにより、それぞれの回路ブロックのFETの動作位相を互いにずらして動作させる。
また、2個の回路ブロックの入力側を直列に接続して動作させるときは、各回路ブロックのそれぞれのFETも直列に接続されるため、それぞれのFETを同時に動作させなければ所望のDutyで電流を通電することができないので、制御部9は、駆動信号の出力タイミングを制御することにより、それぞれの回路ブロックのFETを同位相で動作させる。
In the configuration of FIG. 3, when the input sides of two circuit blocks are connected in parallel and operated, if the FETs of each circuit block are operated simultaneously, the influence of ripples superimposed on the wiring increases. In order to reduce the ripple and reduce the noise, the control unit 9 controls the output timing of the drive signal to shift the operation phases of the FETs in the respective circuit blocks.
When the input sides of the two circuit blocks are connected in series, the FETs of the circuit blocks are also connected in series. Therefore, if the FETs are not operated simultaneously, a current is supplied with a desired duty. Therefore, the control unit 9 controls the output timing of the drive signal to operate the FETs of the respective circuit blocks in the same phase.

また、上記説明では、1つの制御部9で全ての制御を行う構成を示したが、それぞれの回路ブロックごとに制御部を設け、それぞれの制御を分担してもよい。
さらに、図3の構成において、上記実施の形態1と同様に、制御部9によって接続切換部6AのFET1,FET2をオンオフする上記所定の電圧値として、2個の回路ブロックの入力側を並列接続から直列接続に切り換える第1の電圧値と、直列接続から並列接続に切り換える第2の電圧値を設定して、両者の関係を〔(第1の電圧値>第2の電圧値)〕としてもよい。例えば、第1の交流電圧値を170Vrmsとし、第2の交流電圧値を150Vrmsとする。
このようにすることで、ハンチング動作の発生が回避され、挙動の安定した充電装置を実現できる。
Moreover, although the structure which performs all the control by the one control part 9 was shown in the said description, a control part may be provided for each circuit block, and each control may be shared.
Further, in the configuration of FIG. 3, as in the first embodiment, the control unit 9 connects the input sides of the two circuit blocks in parallel as the predetermined voltage value for turning on and off the FET1 and FET2 of the connection switching unit 6A. A first voltage value that switches from serial connection to serial connection and a second voltage value that switches from serial connection to parallel connection are set, and the relationship between them is [(first voltage value> second voltage value)]. Good. For example, the first AC voltage value is 170 Vrms, and the second AC voltage value is 150 Vrms.
By doing in this way, generation | occurrence | production of a hunting operation | movement is avoided and the charging device with the stable behavior is realizable.

上記説明では、スイッチSW1,SW2をFET1,FET2に代替した構成を示したが、FET以外にIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やトランジスタによって代替してもよい。   In the above description, the switches SW1 and SW2 are replaced with FET1 and FET2, but an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a transistor may be used instead of the FET.

図4は、実施の形態2に係る制御部9内の接続切り換え用FET駆動回路の構成例を示す図である。接続切換部による回路ブロックの接続切り換えは、PFCやDC/DCコンバータ用FETのように高速で行う必要がないので、図4に示すように1次巻線と2次巻線が絶縁されたパルストランスを使用して生成される接続切り換え信号を使用する。当構成において、接続切換部のFET1,FET2をオンするときは、当パルストランスの1次側に矩形波を入力して、このパルストランスの2次側に発生する矩形波をダイオードによって整流して生成される電圧を、接続切換部のFET1,FET2のゲート端子に印加する。当然のことながら、当パルストランスの1次側への矩形波印加を停止すれば、接続切換部のFET1,FET2のゲート端子電圧が低下して接続切換部のFET1,FET2はオフする。
上記のように、パルストランスを使用することで、動作電位が異なる接続切換部のFET1,FET2のオンオフを制御部9によって操作することができ、回路ブロック8A−1,8A−2の入力側を直列接続または並列接続に任意に切り換えることができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the connection switching FET drive circuit in the control unit 9 according to the second embodiment. Since the connection switching of the circuit block by the connection switching unit does not need to be performed at a high speed like the PFC or the DC / DC converter FET, a pulse in which the primary winding and the secondary winding are insulated as shown in FIG. Use a connection switching signal generated using a transformer. In this configuration, when turning on FET1 and FET2 of the connection switching unit, a rectangular wave is input to the primary side of the pulse transformer, and the rectangular wave generated on the secondary side of the pulse transformer is rectified by a diode. The generated voltage is applied to the gate terminals of FET1 and FET2 of the connection switching unit. As a matter of course, when the application of the rectangular wave to the primary side of the pulse transformer is stopped, the gate terminal voltages of the FET1 and FET2 of the connection switching unit are lowered and the FET1 and FET2 of the connection switching unit are turned off.
As described above, by using the pulse transformer, the control unit 9 can turn on and off the FET1 and FET2 of the connection switching unit having different operating potentials, and the input sides of the circuit blocks 8A-1 and 8A-2 can be controlled. It is possible to arbitrarily switch to serial connection or parallel connection.

以上のように、この実施の形態2によれば、接続切換部6Aが、FETなどの半導体のスイッチング素子により、回路ブロック8A−1,8A−2の入力側を直列または並列のいずれかの接続に切り換えるので、接点の寿命が課題となるリレー等の機械的なスイッチと比べて、長寿命で信頼性の高い充電装置を実現できる。また、上記実施の形態1と同様に、広範囲の交流電源電圧に対して好適な巻数比のトランスや好適なインダクタンスのコイルを使用することができる。また、好適なDutyの矩形波をトランスに印加することができ、高効率の充電装置を構成することができる。   As described above, according to the second embodiment, the connection switching unit 6A connects the input sides of the circuit blocks 8A-1 and 8A-2 either in series or in parallel with a semiconductor switching element such as an FET. Therefore, a long-life and highly reliable charging device can be realized as compared with a mechanical switch such as a relay whose contact life is an issue. As in the first embodiment, a transformer with a suitable turns ratio and a coil with a suitable inductance can be used for a wide range of AC power supply voltages. Also, a suitable duty rectangular wave can be applied to the transformer, and a highly efficient charging device can be configured.

実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3に係る充電装置の構成を示す図である。図5に示す充電装置1Cは、上記実施の形態1の図2の構成における接続切換部6のスイッチSW1をスイッチング素子(FET1)とし、スイッチSW2をスイッチング素子(FET2)とし、ダイオードD1をスイッチング素子(FET3)とした接続切換部6Bで代替している。なお、図5において図2と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 shows a configuration of the charging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. A charging device 1C shown in FIG. 5 uses the switch SW1 of the connection switching unit 6 in the configuration of FIG. 2 of the first embodiment as a switching element (FET1), the switch SW2 as a switching element (FET2), and the diode D1 as a switching element. The connection switching unit 6B is replaced with (FET3). In FIG. 5, the same components as those in FIG.

制御部9は、電源整流部5を介して交流電源2の電源電圧を入力し、入力電圧値と所定の電圧値とを比較して、入力電圧値(電源電圧値と同意)が所定の電圧値以上であれば(例えば、交流電源2が200Vrms系の交流電源である場合)、接続切換部6Bに対してFET1,FET2をともにオフし、FET3をオンする接続切換信号を出力する。接続切換部6Bは、この接続切換信号が入力されると、FET1,FET2をともにオフし、FET3をオンする。これにより、回路ブロック8A−1,8A−2の入力側は、FET3を介して直列に接続され、FET3に電流を流すことで、PFC・DC/DCコンバータ部7Aからバッテリ3の充電電力として一式の直流出力を得る。   The control unit 9 inputs the power supply voltage of the AC power supply 2 via the power supply rectification unit 5, compares the input voltage value with a predetermined voltage value, and the input voltage value (agreement with the power supply voltage value) is a predetermined voltage. If it is equal to or greater than the value (for example, when the AC power supply 2 is a 200 Vrms AC power supply), both the FET1 and FET2 are turned off and a connection switching signal for turning on the FET3 is output to the connection switching unit 6B. When this connection switching signal is input, the connection switching unit 6B turns off both FET1 and FET2 and turns on FET3. As a result, the input sides of the circuit blocks 8A-1 and 8A-2 are connected in series via the FET 3, and a current is passed through the FET 3, so that a set of charging power for the battery 3 from the PFC / DC / DC converter unit 7A is set. DC output is obtained.

一方、入力電圧値(電源電圧値と同意)が所定の電圧値未満であれば(例えば、交流電源2が100Vrms系の交流電源である場合)、制御部9は、接続切換部6Bに対してFET1,FET2をともにオンし、FET3をオフする接続切換信号を出力する。接続切換部6Bは、この接続切換信号が入力されると、FET1,FET2をともにオンし、FET3をオフする。これにより、回路ブロック8A−1,8A−2の入力側が並列に接続されたPFC・DC/DCコンバータ部7Aからバッテリ3の充電電力として一式の直流出力を得る。   On the other hand, if the input voltage value (agreement with the power supply voltage value) is less than a predetermined voltage value (for example, when the AC power supply 2 is a 100 Vrms type AC power supply), the control unit 9 will A connection switching signal for turning on both FET1 and FET2 and turning off FET3 is output. When this connection switching signal is input, the connection switching unit 6B turns on both FET1 and FET2 and turns off FET3. As a result, a set of DC outputs is obtained as charging power for the battery 3 from the PFC / DC / DC converter unit 7A in which the input sides of the circuit blocks 8A-1 and 8A-2 are connected in parallel.

また、実施の形態3に係る充電装置は、図6のように構成してもよい。
図6は、実施の形態3に係る充電装置の別の構成例を示す図である。図6に示す充電装置1Cの電源整流部5Aでは、図5に示した電源整流部5のダイオード5−1〜5−4をFET13−1〜13−4で代替している。なお、制御部9の位相入力部は、電源整流部5Aのスイッチング素子のオンオフ動作を制御する部分であって、抵抗R1,R2を介して交流電源2の双方の電圧をそれぞれ入力し、抵抗R1,R2を介して入力された交流電源電圧と比較電源10cの比較用直流電圧とをそれぞれ比較する比較器10a,10bから構成される。
Further, the charging apparatus according to Embodiment 3 may be configured as shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration example of the charging apparatus according to Embodiment 3. In FIG. In the power rectifier 5A of the charging device 1C shown in FIG. 6, the diodes 5-1 to 5-4 of the power rectifier 5 shown in FIG. 5 are replaced with FETs 13-1 to 13-4. The phase input unit of the control unit 9 is a part that controls the on / off operation of the switching element of the power supply rectification unit 5A, and inputs both voltages of the AC power supply 2 via the resistors R1 and R2, respectively, and the resistor R1 , R2 and comparators 10a and 10b for comparing the AC power supply voltage inputted through R2 and the comparison DC voltage of the comparison power supply 10c, respectively.

FET13−3,13−4を駆動するドライバとして、パルストランス14a,14bを設けている。パルストランス14a,14bは、比較器10a,10bの出力に応じた駆動信号をFET13−3,13−4のゲート端子に出力してオンオフ動作させる。   Pulse transformers 14a and 14b are provided as drivers for driving the FETs 13-3 and 13-4. The pulse transformers 14a and 14b output a drive signal corresponding to the outputs of the comparators 10a and 10b to the gate terminals of the FETs 13-3 and 13-4 to perform an on / off operation.

比較器10aは、抵抗R1を介して入力された交流電源電圧と比較電源10cの比較用直流電圧との大小比較によって高レベルあるいは低レベルの電圧を出力し、比較器10bは、抵抗R2を介して入力された交流電源電圧と比較用直流電圧との大小比較によって高レベルあるいは低レベルの電圧を出力する。   The comparator 10a outputs a high-level or low-level voltage by comparing the AC power supply voltage input via the resistor R1 and the comparison DC voltage of the comparison power supply 10c, and the comparator 10b passes through the resistor R2. A high level voltage or a low level voltage is output by comparing the AC power supply voltage inputted in comparison with the comparative DC voltage.

例えば、交流電源2の抵抗R1側の交流電源電圧が比較用直流電圧以上になり、FET13−2のダイオードの順方向に電流が流れるときに、比較器10aの出力が高レベルになってFET13−2をオンする。また、交流電源2の抵抗R2側の交流電源電圧が比較用直流電圧以上になり、FET13−1のダイオードの順方向に電流が流れるときに、比較器10bの出力が高レベルになって、FET13−1をオンする。
これにより、低電位側出力から交流電源2に電流を流す低電位側のダイオード(ダイオード5−1、5−2に相当)を、交流電源2の交流電源電圧の位相に同期して短絡することができ、損失の少ない同期整流を行うことができる。
以上のように、制御部9は、交流電源2の交流電源電圧の位相に同期して、FET13−1,13−2のオンオフ動作を制御(同期整流)することで、電源整流部5Aの低電位側のダイオード5−1,5−2で生じていた順方向の電圧降下による損失を低減できる。
For example, when the AC power supply voltage on the resistor R1 side of the AC power supply 2 becomes equal to or higher than the comparative DC voltage and current flows in the forward direction of the diode of the FET 13-2, the output of the comparator 10a becomes high and the FET 13- 2 is turned on. Further, when the AC power supply voltage on the resistor R2 side of the AC power supply 2 becomes equal to or higher than the comparative DC voltage, and the current flows in the forward direction of the diode of the FET 13-1, the output of the comparator 10b becomes a high level, and the FET 13 Turn on -1.
Thus, the low-potential side diode (corresponding to the diodes 5-1 and 5-2) that flows current from the low-potential side output to the AC power supply 2 is short-circuited in synchronization with the phase of the AC power supply voltage of the AC power supply 2 Thus, synchronous rectification with less loss can be performed.
As described above, the control unit 9 controls (synchronous rectification) the on / off operation of the FETs 13-1 and 13-2 in synchronization with the phase of the AC power supply voltage of the AC power supply 2. It is possible to reduce the loss due to the forward voltage drop that has occurred in the diodes 5-1 and 5-2 on the potential side.

また、パルストランス14a,14bは、比較器10a,10bの出力に対応した制御信号をFET13−3,13−4のゲート端子に出力してオンオフさせる。
つまり、交流電源2の抵抗R1側の交流電源電圧が比較用直流電圧以上になり、FET13−3のダイオードの順方向に電流が流れるときに、比較器10aの出力が高レベルになり、これに応じてパルストランス14aの2次側の電圧が上昇して、FET13−3をオンする。
また、交流電源2の抵抗R2側の交流電源電圧が比較用直流電圧以上になり、FET13−4のダイオードの順方向に電流が流れるときに、比較器10bの出力が高レベルになり、これに応じてパルストランス14bの2次側の電圧が上昇して、FET13−4をオンする。
このように構成することで、高電位側のダイオード(ダイオード5−3,5−4に相当)で生じる順方向の電圧降下による損失をさらに低減できる。
Further, the pulse transformers 14a and 14b output control signals corresponding to the outputs of the comparators 10a and 10b to the gate terminals of the FETs 13-3 and 13-4 to turn them on / off.
That is, when the AC power supply voltage on the resistance R1 side of the AC power supply 2 becomes equal to or higher than the comparison DC voltage and current flows in the forward direction of the diode of the FET 13-3, the output of the comparator 10a becomes high level. Accordingly, the voltage on the secondary side of the pulse transformer 14a rises to turn on the FET 13-3.
Further, when the AC power supply voltage on the resistor R2 side of the AC power supply 2 becomes equal to or higher than the comparative DC voltage and current flows in the forward direction of the diode of the FET 13-4, the output of the comparator 10b becomes high level. Accordingly, the voltage on the secondary side of the pulse transformer 14b rises to turn on the FET 13-4.
With this configuration, it is possible to further reduce the loss due to the forward voltage drop that occurs in the high-potential side diode (corresponding to the diodes 5-3 and 5-4).

なお、ダイオードを並列に接続したFET13−1〜13−4のように、ダイオード機能付きまたは寄生ダイオードがあるFETを使用してもよく、あるいは、還流ダイオードを設けたIGBTを使用しても、同様の効果が得られる。
また、高電位側のFET13−3,13−4またはIGBTの駆動は、パルストランス以外にレベルシフト回路あるいは他の構成の絶縁ドライバ回路を使用することも可能である。
Note that FETs with a diode function or a parasitic diode, such as FETs 13-1 to 13-4 in which diodes are connected in parallel, may be used, or an IGBT with a freewheeling diode may be used. The effect is obtained.
Further, for driving the high potential side FETs 13-3, 13-4 or IGBT, it is also possible to use a level shift circuit or an insulated driver circuit having another configuration in addition to the pulse transformer.

なお、図6は、制御部9の中の位相入力部として比較器10a,10bを利用した回路構成を示したが、他の回路構成や、CPUを用いたデジタル回路で構成してもよい。
例えば、CPUが、A/Dコンバータを介して交流電源2の交流電源電圧を取り入れ、交流電源2の位相に同期した適切なタイミングでFET13−1〜13−4などのスイッチング素子のオンオフ動作を制御することもできる。
つまり、制御部9が、ダイオード機能またはダイオードの順方向に電流が流れるときにスイッチング素子をオン(導通)する構成にして、電源整流部や接続切換部を、入力される交流電源に同期して動作させる(交流電源に同期して整流を行う)。
6 shows a circuit configuration using the comparators 10a and 10b as the phase input unit in the control unit 9. However, other circuit configurations or a digital circuit using a CPU may be used.
For example, the CPU takes in the AC power supply voltage of the AC power supply 2 via the A / D converter, and controls the on / off operation of the switching elements such as FETs 13-1 to 13-4 at an appropriate timing synchronized with the phase of the AC power supply 2. You can also
That is, the control unit 9 is configured to turn on (conduct) the switching element when current flows in the diode function or in the forward direction of the diode, and the power supply rectification unit and the connection switching unit are synchronized with the input AC power supply. Operate (rectify in synchronization with AC power supply).

位相入力部の比較器10a,10bあるいはCPUを使用する制御部9の回路構成は、交流電源2の交流電源電圧を整流した直流電源の低電位側出力を共通電位として利用できる。このため、簡素な回路で、上記回路ブロック部のスイッチング素子や同期整流用のスイッチング素子のオンオフ動作を制御することができる。   The circuit configuration of the control unit 9 using the comparators 10a and 10b or the CPU of the phase input unit can use the low potential side output of the DC power source obtained by rectifying the AC power source voltage of the AC power source 2 as a common potential. For this reason, it is possible to control the on / off operation of the switching element of the circuit block unit and the switching element for synchronous rectification with a simple circuit.

上記において、電源整流部のダイオードをダイオード機能付きのスイッチング素子または寄生ダイオードがあるスイッチング素子もしくはダイオードを並列に接続したスイッチング素子で代替する構成を示したが、接続切換部のダイオードD1を同様な素子で代替する構成にしてもよい。   In the above description, the diode of the power supply rectifying unit is replaced with a switching element having a diode function or a switching element having a parasitic diode or a switching element in which a diode is connected in parallel. Alternatively, the configuration may be replaced.

以上のように、電源整流部や接続切換部におけるダイオードの順方向電圧降下(例えば、0.7〜1V程度)を並列に接続したスイッチング素子で短絡することで、ダイオードによる電力損失を軽減することができ、高効率の充電装置を構成することができる。
例えば、通電電流が10Aならば、順方向電圧降下が1Vのダイオードを電源整流部や接続切換部に使用すれば、電源整流部や接続切換部における電力損失は10Wとなるが、導通時の抵抗が10mΩのスイッチング素子を使用すれば、同1Wに低減できる。
As described above, the power loss due to the diode is reduced by short-circuiting the forward voltage drop (for example, about 0.7 to 1 V) of the diode in the power supply rectification unit and the connection switching unit with the switching element connected in parallel. Thus, a highly efficient charging device can be configured.
For example, if the energizing current is 10 A, if a diode with a forward voltage drop of 1 V is used for the power rectifier and the connection switching unit, the power loss in the power rectifying unit and the connection switching unit will be 10 W. Can be reduced to 1 W by using a switching element of 10 mΩ.

なお、図5および図6の構成において、2個の回路ブロックの入力側を直列に接続して動作させるときに、2個の回路ブロックの動作にアンバランスが生じて両者が異なる電力を出力することがないように、制御部9が、両者が出力するそれぞれの電圧を入力して、これら入力電圧値に基づいて両者の出力が同等になるようにDC/DCコンバータ部のFETを制御してもよい。例えば、制御部9が、2個の回路ブロックのそれぞれのDC/DCコンバータ部の平滑コンデンサの電圧(それぞれの出力電圧)をフィードバックしてDC/DCコンバータ部のそれぞれのFETを制御することで、両者の出力電圧を同等にする。   In the configurations of FIGS. 5 and 6, when the input sides of the two circuit blocks are connected in series and operated, the operation of the two circuit blocks is unbalanced and both output different powers. In order to prevent this, the control unit 9 inputs the respective voltages output by both, and controls the FET of the DC / DC converter unit so that the outputs of both are equal based on these input voltage values. Also good. For example, the control unit 9 feeds back the voltages (respective output voltages) of the smoothing capacitors of the DC / DC converter units of the two circuit blocks to control the FETs of the DC / DC converter unit, Both output voltages are made equal.

図5および図6の構成において、2個の回路ブロックの入力側を並列に接続して動作させるときに、各回路ブロックのそれぞれのFETを同時に動作させれば、配線に重畳するリプルの影響が大きくなるので、リプルを軽減してノイズを小さくするために、制御部9は、駆動信号の出力タイミングを制御することにより、それぞれの回路ブロックのFETの動作位相を互いにずらして動作させる。
また、2個の回路ブロックの入力側を直列に接続して動作させるときは、各回路ブロックのそれぞれのFETも直列に接続されるため、それぞれのFETを同時に動作させなければ所望のDutyで電流を通電することができないので、制御部9は、駆動信号の出力タイミングを制御することにより、それぞれの回路ブロックのFETを同位相で動作させる。
5 and 6, when the input sides of two circuit blocks are connected in parallel and operated, if the FETs of each circuit block are operated simultaneously, the influence of ripples superimposed on the wiring is affected. Therefore, in order to reduce the ripple and reduce the noise, the control unit 9 controls the output timing of the drive signal to shift the operation phases of the FETs of the respective circuit blocks.
When the input sides of the two circuit blocks are connected in series, the FETs of the circuit blocks are also connected in series. Therefore, if the FETs are not operated simultaneously, a current is supplied with a desired duty. Therefore, the control unit 9 controls the output timing of the drive signal to operate the FETs of the respective circuit blocks in the same phase.

なお、上記説明では、1つの制御部9で全ての制御を行う構成を示したが、それぞれの回路ブロックごとに制御部を設け、それぞれの制御を分担してもよい。
さらに、図5および図6の構成において、上記実施の形態1と同様に、制御部9によって接続切換部6BのFET1,FET2,FET3をオンオフする上記所定の電圧値として、2個の回路ブロックの入力側を並列接続から直列接続に切り換える第1の電圧値と、直列接続から並列接続に切り換える第2の電圧値を設定して、両者の関係を〔(第1の電圧値>第2の電圧値)〕としてもよい。例えば、第1の交流電圧値を170Vrmsとし、第2の交流電圧値を150Vrmsとする。このようにすることで、ハンチング動作の発生が回避され、挙動の安定した充電装置を実現できる。
In the above description, a configuration in which all control is performed by one control unit 9 is shown, but a control unit may be provided for each circuit block, and each control may be shared.
Further, in the configuration of FIG. 5 and FIG. 6, as in the first embodiment, the control unit 9 sets the predetermined voltage values for turning on / off the FET1, FET2, and FET3 of the connection switching unit 6B as two circuit blocks. The first voltage value for switching the input side from the parallel connection to the serial connection and the second voltage value for switching from the serial connection to the parallel connection are set, and the relationship between them is [(first voltage value> second voltage Value)]. For example, the first AC voltage value is 170 Vrms, and the second AC voltage value is 150 Vrms. By doing in this way, generation | occurrence | production of a hunting operation | movement is avoided and the charging device with the stable behavior is realizable.

さらに、上記実施の形態2と同様に、FET1,FET2,FET3を、FET以外にIGBTやトランジスタで代替してもよい。
また、上記実施の形態2と同様に、接続切換部のFET1,FET2およびFET3のゲート端子に印加する駆動信号を、制御部9内のパルストランスの1次側に矩形波を入力し、このトランスの2次側に発生した矩形波を整流することで生成してもよい。なお、FET3のゲート端子に印加する駆動信号は、FET1,FET2の駆動信号を反転させた信号である。上記構成によって、接点の寿命があるリレーに代替して、半導体のスイッチを使用することで、長寿命で信頼性の高い充電装置を構成することができる。
Further, as in the second embodiment, FET1, FET2, and FET3 may be replaced with IGBTs or transistors other than FETs.
Similarly to the second embodiment, a drive signal to be applied to the gate terminals of the FET1, FET2, and FET3 of the connection switching unit is input to the primary side of the pulse transformer in the control unit 9, and this transformer is input. You may generate | occur | produce by rectifying | straightening the rectangular wave which generate | occur | produced on the secondary side. Note that the drive signal applied to the gate terminal of the FET 3 is a signal obtained by inverting the drive signals of the FET 1 and FET 2. With the above configuration, a long-life and highly reliable charging device can be configured by using a semiconductor switch instead of a relay having a contact life.

以上のように、この実施の形態3によれば、電源整流部5A、および、接続切換部6Bを構成するダイオードを、ダイオード機能付きのスイッチング素子や、寄生ダイオードを有するスイッチング素子、またはダイオードを並列に接続したスイッチング素子を用いて構成し、制御部9が、ダイオードまたはダイオードに相当する部分に順方向電流が流れるタイミングに、スイッチング素子を導通にすることでダイオードの順方向電圧降下をスイッチング素子で短絡することとなり、当該ダイオードによる電力損失を軽減することができ、高効率の充電装置を実現できる。また、上記実施の形態1と同様に、広範囲の交流電源電圧に対して好適な巻数比のトランスや好適なインダクタンスのコイルを使用することができる。また、好適なDutyの矩形波をトランスに印加することができ、高効率の充電装置を構成することができる。   As described above, according to the third embodiment, the diodes constituting the power supply rectifying unit 5A and the connection switching unit 6B are arranged in parallel with a switching element having a diode function, a switching element having a parasitic diode, or a diode. The control unit 9 makes the switching element conductive at the timing when the forward current flows through the diode or a portion corresponding to the diode, thereby controlling the forward voltage drop of the diode with the switching element. A short circuit occurs, power loss due to the diode can be reduced, and a highly efficient charging device can be realized. As in the first embodiment, a transformer with a suitable turns ratio and a coil with a suitable inductance can be used for a wide range of AC power supply voltages. Also, a suitable duty rectangular wave can be applied to the transformer, and a highly efficient charging device can be configured.

実施の形態4.
図7は、この発明の実施の形態4に係る充電装置の構成を示す図である。図7に示す充電装置1DのPFC・DC/DCコンバータ部7Bは、回路ブロック8B−1,8B−2から構成される。また、回路ブロック8B−1,8B−2の各々は、回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−N、回路ブロック部8B−2−1〜8B−2−N(Nは、2以上の任意の整数)から構成される。
また、回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−N、回路ブロック部8B−2−1〜8B−2−Nは、上記実施の形態1の図1で示したPFC部およびフォワード式のDC/DCコンバータ部からなる回路ブロックの出力用平滑コンデンサ、または、図2で示した力率改善用のコイルを兼用するフライバック式のトランスを用いたDC/DCコンバータ部からなる回路ブロックの出力用平滑コンデンサを共用しながら、定格電力が低い素子を使用した小容量の回路でそれぞれ構成したものである。
なお、図1の回路ブロックの構成および、図2の回路ブロックの構成は、図7の構成において、N=1とした場合である。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a charging apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The PFC / DC / DC converter unit 7B of the charging device 1D shown in FIG. 7 is composed of circuit blocks 8B-1 and 8B-2. Each of the circuit blocks 8B-1 and 8B-2 includes circuit block units 8B-1-1 to 8B-1-N and circuit block units 8B-2-1 to 8B-2-N (N is 2 or more). Any integer).
The circuit block units 8B-1-1 to 8B-1-N and the circuit block units 8B-2-1 to 8B-2-N are the same as the PFC unit and the forward type shown in FIG. An output smoothing capacitor for a circuit block consisting of a DC / DC converter unit, or an output of a circuit block consisting of a DC / DC converter unit using a flyback transformer also serving as a power factor improving coil shown in FIG. Each circuit is composed of small-capacity circuits using elements with low rated power while sharing a smoothing capacitor.
The configuration of the circuit block in FIG. 1 and the configuration of the circuit block in FIG. 2 are those in the case of N = 1 in the configuration in FIG.

制御部9は、駆動信号を各回路ブロック部のそれぞれのFETに駆動信号を出力してオンオフ動作を制御することで、各回路ブロック部における出力電圧を制御する。このとき、回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−Nと、回路ブロック8B−2−1〜8B−2−NのFETを、位相をずらして動作させることにより、PFC・DC/DCコンバータ部7Bの入力および出力に重畳するリプルを軽減することができる。
これによって、配線に重畳されるリプルが少なく、ノイズの小さな充電装置を実現することができる。また、平滑コンデンサに入出力するリプル電流を軽減できることから、リプル電流による平滑コンデンサの発熱が軽減され、平滑コンデンサの劣化を抑制できる。
The control unit 9 outputs a drive signal to each FET of each circuit block unit to control the on / off operation, thereby controlling the output voltage in each circuit block unit. At this time, by operating the FETs of the circuit block units 8B-1-1 to 8B-1-N and the circuit blocks 8B-2-1 to 8B-2-N at different phases, PFC / DC / DC The ripple superimposed on the input and output of the converter unit 7B can be reduced.
As a result, it is possible to realize a charging device with a small amount of ripples superimposed on the wiring and low noise. Further, since the ripple current input / output to / from the smoothing capacitor can be reduced, heat generation of the smoothing capacitor due to the ripple current is reduced, and deterioration of the smoothing capacitor can be suppressed.

図7の構成において、回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−Nと、回路ブロック部8B−2−1〜8B−2−Nの入力側を並列に接続して動作させるときに、配線に重畳するリプルをさらに軽減してノイズを小さくするために、制御部9は、駆動信号の出力タイミングを制御して、回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−Nと、回路ブロック部8B−2−1〜8B−2−Nとを構成する個々のFETの動作位相を互いにずらして動作させる。
また、回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−Nと、回路ブロック部8B−2−1〜8B−2−Nの入力側を直列に接続して動作させるときは、各回路ブロック部を構成するそれぞれのFETも直列に接続されるため、直列に接続される個々のFETを同時に動作させなければ所望のDutyで電流を通電することができないので、制御部9は、駆動信号の出力タイミングを制御して回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−Nと、回路ブロック部8B−2−1〜8B−2−Nの直列に接続される個々のFETを同位相で動作させる。このとき、各回路ブロック部を構成する個々のFETの動作位相を互いにずらして動作させれば、上記の並列接続構成と同様に配線に重畳するリプルを軽減してノイズを小さくすることができる。
In the configuration of FIG. 7, when the circuit block units 8B-1-1 to 8B-1-N and the input sides of the circuit block units 8B-2-1 to 8B-2-N are connected in parallel, In order to further reduce the ripple superimposed on the wiring and reduce the noise, the control unit 9 controls the output timing of the drive signal, and the circuit block units 8B-1-1 to 8B-1-N and the circuit block The operation phases of the individual FETs constituting the units 8B-2-1 to 8B-2-N are shifted from each other.
When the circuit block units 8B-1-1 to 8B-1-N and the input sides of the circuit block units 8B-2-1 to 8B-2-N are connected in series and operated, each circuit block unit Since each of the FETs constituting the circuit is also connected in series, current cannot be supplied with a desired duty unless the individual FETs connected in series are operated simultaneously. Therefore, the control unit 9 outputs the drive signal. By controlling the timing, each of the FETs connected in series of the circuit block units 8B-1-1 to 8B-1-N and the circuit block units 8B-2-1 to 8B-2-N is operated in the same phase. . At this time, if the operation phases of the individual FETs constituting each circuit block unit are shifted from each other, the ripple superimposed on the wiring can be reduced and the noise can be reduced as in the above-described parallel connection configuration.

以上のように、この実施の形態4によれば、力率改善機能を有して交流電源の電圧を任意の電圧または電流に変換して出力する複数の回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−Nと、回路ブロック部8B−2−1〜8B−2−N(Nは2以上の任意の整数)を備え、それぞれの回路ブロック8B−1,8B−2は、複数の回路ブロック部8B−1−1〜8B−1−Nと、回路ブロック部8B−2−1〜8B−2−Nによって構成されながらも、一部の構成を互いに共用して構成される。このようにすることで、使用する素子の数量の増加を抑制しながら、個々の回路ブロックに使用する素子に、さらに定格電力が低い素子を使用することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, a plurality of circuit block units 8B-1-1-8B having a power factor improving function and converting the voltage of the AC power source into an arbitrary voltage or current and outputting the voltage or current. −1-N and circuit block units 8B-2-1 to 8B-2-N (N is an arbitrary integer equal to or greater than 2), and each of the circuit blocks 8B-1 and 8B-2 includes a plurality of circuit blocks. Although configured by the units 8B-1-1 to 8B-1-N and the circuit block units 8B-2-1 to 8B-2-N, a part of the configuration is shared. By doing in this way, an element with a lower rated power can be used as an element used for each circuit block while suppressing an increase in the number of elements to be used.

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of each embodiment, any component of each embodiment can be modified, or any component can be omitted in each embodiment. .

この発明に係る充電装置は、簡易な構成で大電力を蓄えるバッテリを高効率に充電することができるので、電気自動車に搭載されて、駆動用バッテリを充電する充電装置に好適である。   Since the charging device according to the present invention can charge a battery that stores large power with a simple configuration with high efficiency, the charging device is suitable for a charging device that is mounted on an electric vehicle and charges a driving battery.

1,1A〜1D 充電装置、2 交流電源、3 バッテリ、4 負荷、5,5A 電源整流部、5−1〜5−4 ダイオード、6,6A,6B 接続切換部、7,7A,7B PFC・DC/DCコンバータ部、8−1,8−2,8A−1,8A−2,8B−1,8B−2 回路ブロック、8B−1−1〜8B−1−N,8B−2−1〜8B−2−N 回路ブロック部、9 制御部、10a,10b 比較器、10c 比較電源、13−1〜13−4 FET、14a,14b パルストランス。   1, 1A to 1D charging device, 2 AC power supply, 3 battery, 4 load, 5, 5A power rectifier, 5-1 to 5-4 diode, 6, 6A, 6B connection switching unit, 7, 7A, 7B PFC DC / DC converter section, 8-1, 8-2, 8A-1, 8A-2, 8B-1, 8B-2 circuit block, 8B-1-1-1 to 8B-1-N, 8B-2-1 8B-2-N circuit block unit, 9 control unit, 10a, 10b comparator, 10c comparison power supply, 13-1 to 13-4 FET, 14a, 14b pulse transformer.

この発明に係る充電装置は、交流電源を直流出力に整流する整流部と、力率改善機能を有して交流電源の電圧を任意の電圧または電流に変換して出力する複数の回路ブロックと、回路ブロックの動作を制御する制御部とを備え、複数の回路ブロックの出力側を直列に接続して得られる一式の電力で、車両に搭載された動力用のバッテリを充電する充電装置であって、複数の回路ブロックの入力側を直列または並列のいずれかの接続に切り換える接続切換部を備え、交流電源の電圧が所定の電圧値未満のときは、複数の回路ブロックの入力側を並列に接続し、交流電源の電圧が所定の電圧値以上のときは、複数の回路ブロックの入力側を直列に接続し、複数の回路ブロックの入力側を直列または並列のいずれかの接続に切り換える所定の電圧値は、入力側を並列から直列に切り換える第1の電圧値と、入力側を直列から並列に切り換える第1の電圧値より低い値の第2の電圧値からなり、回路ブロックの入力側が並列に接続されるときに、それぞれの回路ブロックのスイッチング素子は、互いにずれた位相で動作し、回路ブロックの入力側が直列に接続されるときに、それぞれの回路ブロックのスイッチング素子は、同位相で動作することを特徴とする。 The charging device according to the present invention includes a rectifying unit that rectifies an AC power source into a DC output, a plurality of circuit blocks that have a power factor improving function and convert the voltage of the AC power source into an arbitrary voltage or current, and A charging device for charging a power battery mounted on a vehicle with a set of electric power obtained by connecting the output sides of a plurality of circuit blocks in series. , With a connection switching unit that switches the input side of multiple circuit blocks to either serial or parallel connection, and connects the input sides of multiple circuit blocks in parallel when the voltage of the AC power supply is less than a predetermined voltage value When the voltage of the AC power supply is equal to or higher than the predetermined voltage value, the input side of the plurality of circuit blocks is connected in series, and the input side of the plurality of circuit blocks is switched to either serial or parallel connection. value The first voltage value for switching the input side from parallel to series and the second voltage value lower than the first voltage value for switching the input side from series to parallel, and the input side of the circuit block is connected in parallel The switching elements of each circuit block operate with a phase shifted from each other, and when the input sides of the circuit blocks are connected in series, the switching elements of each circuit block operate with the same phase. Features.

Claims (7)

交流電源を直流出力に整流する整流部と、力率改善機能を有して前記交流電源の電圧を任意の電圧または電流に変換して出力する複数の回路ブロックと、前記回路ブロックの動作を制御する制御部とを備え、前記複数の回路ブロックの出力側を直列に接続して得られる一式の電力で、車両に搭載された動力用のバッテリを充電する充電装置であって、
前記複数の回路ブロックの入力側を直列または並列のいずれかの接続に切り換える接続切換部を備え、
前記交流電源の電圧が所定の電圧値未満のときは、前記複数の回路ブロックの入力側を並列に接続し、
前記交流電源の電圧が所定の電圧値以上のときは、前記複数の回路ブロックの入力側を直列に接続することを特徴とする充電装置。
A rectifying unit that rectifies an AC power source into a DC output, a plurality of circuit blocks that have a power factor improvement function and convert the voltage of the AC power source into an arbitrary voltage or current, and control the operation of the circuit block A charging device for charging a power battery mounted on a vehicle with a set of electric power obtained by connecting the output sides of the plurality of circuit blocks in series,
A connection switching unit for switching the input side of the plurality of circuit blocks to either serial or parallel connection;
When the voltage of the AC power supply is less than a predetermined voltage value, connect the input side of the plurality of circuit blocks in parallel,
When the voltage of the AC power source is equal to or higher than a predetermined voltage value, the charging device is characterized in that the input sides of the plurality of circuit blocks are connected in series.
前記接続切換部は、半導体のスイッチング素子によって構成されることを特徴とする請求項1記載の充電装置。   The charging device according to claim 1, wherein the connection switching unit includes a semiconductor switching element. 前記整流部を構成するダイオード、および、前記接続切換部を構成するダイオードに並列にスイッチング素子を接続し、もしくは、前記ダイオードの代わりに等価的な並列ダイオードを有したスイッチング素子を使用し、
前記ダイオードもしくは前記等価的なダイオードの順方向に電流が流れるタイミングに、前記スイッチング素子を導通にすることを特徴とする請求項1記載の充電装置。
A diode that constitutes the rectifying unit and a switching element that is connected in parallel to the diode that constitutes the connection switching unit, or a switching element having an equivalent parallel diode instead of the diode is used,
The charging device according to claim 1, wherein the switching element is made conductive at a timing when a current flows in a forward direction of the diode or the equivalent diode.
前記複数の回路ブロックの入力側を直列または並列のいずれかの接続に切り換える所定の電圧値は、
入力側を並列から直列に切り換える第1の電圧値と、
入力側を直列から並列に切り換える前記第1の電圧値より低い値の第2の電圧値からなることを特徴とする請求項1記載の充電装置。
The predetermined voltage value for switching the input side of the plurality of circuit blocks to either serial or parallel connection is:
A first voltage value for switching the input side from parallel to serial;
2. The charging device according to claim 1, comprising a second voltage value lower than the first voltage value for switching the input side from series to parallel.
前記回路ブロックは、力率改善回路およびフォワード式のDC/DCコンバータ部、または、力率改善機能を有するフライバック式のDC/DCコンバータ部から構成されることを特徴とする請求項1記載の充電装置。   2. The circuit block according to claim 1, wherein the circuit block includes a power factor correction circuit and a forward DC / DC converter unit, or a flyback DC / DC converter unit having a power factor correction function. Charging device. 前記それぞれの回路ブロックは、複数の力率改善機能を有して前記交流電源の電圧を任意の電圧または電流に変換して出力する回路ブロック部によって構成されることを特徴とする請求項1記載の充電装置。   2. The circuit block according to claim 1, wherein each of the circuit blocks includes a circuit block unit that has a plurality of power factor correction functions and converts the voltage of the AC power source into an arbitrary voltage or current and outputs the voltage or current. Charging device. 前記回路ブロックの入力側が並列に接続されるときに、それぞれの回路ブロックのスイッチング素子は、互いにずれた位相で動作し、
前記回路ブロックの入力側が直列に接続されるときに、それぞれの回路ブロックのスイッチング素子は、同位相で動作することを特徴とする請求項1記載の充電装置。
When the input sides of the circuit blocks are connected in parallel, the switching elements of the respective circuit blocks operate with phases shifted from each other,
The charging device according to claim 1, wherein when the input sides of the circuit blocks are connected in series, the switching elements of the circuit blocks operate in the same phase.
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