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公開番号2024027398
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-01
出願番号2022130165
出願日2022-08-17
発明の名称充電器
出願人矢崎総業株式会社,長岡パワーエレクトロニクス株式会社,国立大学法人東京海洋大学
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240222BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力の脈動を吸収することが可能な小型で高効率な充電器を提供する。
【解決手段】DC/DCコンバータ120のスイッチングS21～S28の制御は、前記DC/DCコンバータ120のスイッチS21～S28のすべてがオフである第1のモードと、前記DC/DCコンバータ120のスイッチS21～S28の少なくともいずれかがオンである複数の第2のモードと、を含み、前記第1のモードから前記複数の第2のモードのうちの1つのモードに切り替える際に、当該2つのモードの間にデッドタイムT_dを設けない。
【選択図】図12
特許請求の範囲【請求項１】
交流電源に接続するための２つの入力端子とカソード端子とアノード端子を有する整流器と、
前記整流器のカソード端子に第１のラインを介して接続する第１の端子と、前記整流器のアノード端子に第２のラインを介して接続する第２の端子と、バッテリに接続するための２つの出力端子と、を有するＤＣ／ＤＣコンバータと、
第１のダイオードと、第２のダイオードと、第３のダイオードと、インダクタと、コンデンサと、第１のスイッチと、第２のスイッチと、を有する電力脈動吸収回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチと前記第１のスイッチと前記第２のスイッチのスイッチングを制御する制御部と、を有し、
前記第１のダイオードは、前記電力脈動吸収回路のインダクタと前記整流器の２つの入力端子の一方との間に接続され、前記第２のダイオードは、前記インダクタと前記整流器の２つの入力端子の他方との間に接続され、
前記コンデンサと前記第１のスイッチは、前記第１のラインと前記第２のラインの間に、直列に接続され、前記コンデンサは、前記第２のライン側に配置され、
前記第３のダイオードは、前記コンデンサと前記第１のスイッチを接続するラインと前記電力脈動吸収回路のインダクタとの間に接続され、
前記第２のスイッチは、前記電力脈動吸収回路のインダクタと前記第３のダイオードを接続するラインと前記第２のラインとの間に接続され、
前記制御部による前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングの制御は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチのすべてがオフである第１のモードと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチの少なくともいずれかがオンである複数の第２のモードと、を含み、
前記制御部は、前記第１のモードから前記複数の第２のモードのうちの１つのモードに切り替える際に、当該２つのモードの間にデッドタイムを設けない、充電器。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記複数の第２のモードに含まれる２つのモードのうちの一方のモードから他方のモードに切り替える際に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチのいずれかがオフからオンに切り替えられるならば、当該一方のモードと当該他方のモードの間にデッドタイムを設ける、請求項１に記載の充電器。
【請求項３】
前記制御部は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチと前記第１のスイッチを制御するための制御信号を三角波比較法で生成し、
前記三角波比較法において用いる三角波を、前記第１のモードの開始時に最大値または最小値になるように設定する、請求項１に記載の充電器。
【請求項４】
制御部は、交流電源から出力される電圧を昇圧する際に、前記交流電源から出力される電力と前記コンデンサから出力される電力との和が一定になるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチと前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを制御する、請求項１に記載の充電器。
【請求項５】
前記制御部は、前記コンデンサにかかる電圧が前記整流器の出力電圧よりも大きくなるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチと前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを制御する、請求項４に記載の充電器。
【請求項６】
前記制御部は、
前記交流電源から出力される瞬時電力が前記交流電源から出力される電力の平均電力よりも高い期間である充電期間において、前記交流電源から出力される電力の一部を前記コンデンサに充電するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチと前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを制御し、
前記交流電源から出力される瞬時電力が前記交流電源から出力される電力の平均電力よりも低い期間である放電期間において、前記コンデンサに充電された電力を放電するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチと前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを制御する、請求項５に記載の充電器。
【請求項７】
前記制御部は、前記放電期間において、前記第２のスイッチをオフの状態に保つ、請求項６に記載の充電器。
【請求項８】
前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのインダクタの動作波形が方形波形により近似可能な動作波形になるように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチと前記第１のスイッチのスイッチングを制御する、請求項７に記載の充電器。
【請求項９】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＡＢ（ＤｕａｌＡｃｔｉｖｅＢｒｉｄｇｅ）コンバータである、請求項１に記載の充電器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電器に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
電気自動車向け充電器として，種々の絶縁形単相ＡＣ／ＤＣコンバータが検討されている。一般的には、電気自動車向け充電器として、力率改善（ＰｏｗｅｒｆａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（ＰＦＣ））回路付きのダイオード整流器、直流リンク部の大容量コンデンサ、高周波絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータからなる回路構成が用いられる。直流リンク部の大容量コンデンサは単相交流電源による電力の脈動を吸収するだけの容量が必要であり、このような回路構成では、小型化が困難であった。
【０００３】
電力の脈動を吸収することが可能な小型の充電器として、非特許文献１には、Ｄｕａｌ－Ａｃｔｉｖｅ－Ｂｒｉｄｇｅ（ＤＡＢ）コンバータに電力脈動吸収用のアクティブバッファを付加した充電回路とその制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米田昇平，大沼喜也，「アクティブバッファを有するDual Active Bridge AC-DCコンバータの検討」，半導体電力変換研究会資料，2021, SPC-21-003, pp. 13-18
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＤＡＢコンバータは、１次側と２次側の両方に、フルブリッジ回路を含んでいる。一般的に、フルブリッジ回路を含んだ回路では、スイッチをオフからオンに切り替える前に、切り替わるスイッチを含むレグのすべてのスイッチがオフになるデッドタイムが設けられる。しかしながら、非特許文献１に開示された充電回路の制御において、ＤＡＢコンバータのスイッチをオフからオンに切り替えるタイミングのすべてにデッドタイムを設けた場合、リアクトル電流や出力電流に歪みが生じ、伝送電力の実測値が指令値に比べて小さくなり、効率が落ちてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、電力の脈動を吸収することが可能な小型で高効率な充電器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る一実施形態に係る充電器は、交流電源に接続するための２つの入力端子とカソード端子とアノード端子を有する整流器と、前記整流器のカソード端子に第１のラインを介して接続する第１の端子と、前記整流器のアノード端子に第２のラインを介して接続する第２の端子と、バッテリに接続するための２つの出力端子と、を有するＤＣ／ＤＣコンバータと、第１のダイオードと、第２のダイオードと、第３のダイオードと、インダクタと、コンデンサと、第１のスイッチと、第２のスイッチと、を有する電力脈動吸収回路と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチと前記第１のスイッチと前記第２のスイッチのスイッチングを制御する制御部と、を有し、前記第１のダイオードは、前記電力脈動吸収回路のインダクタと前記整流器の２つの入力端子の一方との間に接続され、前記第２のダイオードは、前記インダクタと前記整流器の２つの入力端子の他方との間に接続され、前記コンデンサと前記第１のスイッチは、前記第１のラインと前記第２のラインの間に、直列に接続され、前記コンデンサは、前記第２のライン側に配置され、前記第３のダイオードは、前記コンデンサと前記第１のスイッチを接続するラインと前記電力脈動吸収回路のインダクタとの間に接続され、前記第２のスイッチは、前記電力脈動吸収回路のインダクタと前記第３のダイオードを接続するラインと前記第２のラインとの間に接続され、前記制御部による前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングの制御は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチのすべてがオフである第１のモードと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチの少なくともいずれかがオンである複数の第２のモードと、を含み、前記制御部は、前記第１のモードから前記複数の第２のモードのうちの１つのモードに切り替える際に、当該２つのモードの間にデッドタイムを設けない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力の脈動を吸収することが可能な小型で高効率な充電器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る充電器１００を示す図である。
交流電源から出力される瞬時電力ｐ
ｓ
とバッファコンデンサＣｂｕｆから出力される瞬時電力ｐ
Ｃ
との関係を示す図である。
各モードにおける各スイッチの状態を示す図である。
本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１２０のインダクタＬの動作波形ｉ
Ｌ
とその等価方形波ｉ
Ｌ
′を示す図である（降圧シーケンス）。
従来の制御方法による各期間のデューティー比の計算例を示す図である。
本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１２０のインダクタＬの動作波形ｉ
Ｌ
とその等価方形波ｉ
Ｌ
′を示す図である（昇圧シーケンスＩ）。
各モードにおける各スイッチの状態を示す図である。
本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１２０のインダクタＬの動作波形ｉ
Ｌ
とその等価方形波ｉ
Ｌ
′を示す図である（昇圧シーケンスＩＩ）。
降圧シーケンス、昇圧シーケンスＩ、昇圧シーケンスＩＩの３つの制御を用いて充電器１００を動作させたときのデューティー比を示す図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０のインダクタＬの電流ｉ
Ｌ
とスイッチＳ２１～Ｓ２８のスイッチングを説明する図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０のスイッチＳ２１～Ｓ２８をオフからオンに切り替えるタイミングのすべてにデッドタイムＴ
ｄ
を設けた場合の出力電流Ｉ
ｄ
を説明する図である。
本実施形態におけるデッドタイムＴ
ｄ
の設定を説明する図である。
本実施形態における出力電流Ｉ
ｄ
を説明する図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０のスイッチＳ２１～Ｓ２８をオフからオンに切り替えるタイミングのすべてにデッドタイムＴ
ｄ
を設けた場合の波形を得るための三角波と変調波ｍ
１
～ｍ
６
を説明する図である。
変調波ｍ
１
～ｍ
６
の変形を説明する図である。
本実施形態における三角波と変調波ｍ
１
～ｍ
６
を説明する図である。
図１５の三角波と変調波ｍ
１
～ｍ
６
を用いた際の出力電流Ｉ
ｄ
を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜充電器１００＞
図１は、本発明の一実施形態に係る充電器１００を示す図である。充電器１００は、整流器１１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、電力脈動吸収回路１３０と、制御部１４０と、を有する。充電器１００は、単相交流電源２００から入力された単相交流電圧ｖ
Ｓ
を直流電圧Ｖ
ｄｃ
に変換し、バッテリ３００に出力する。
（【００１１】以降は省略されています）

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