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公開番号2024042810
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-29
出願番号2022147676
出願日2022-09-16
発明の名称コンバータ
出願人ダイヤゼブラ電機株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240322BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】TABコンバータにおいて、2つのポート間における干渉を抑制する、より優れた非干渉化技術を提供する。
【解決手段】それぞれフルブリッジ回路を有する3つのポートを備えるTABコンバータであって、制御回路90は、目標電流に対するポート電流の近似電流波形を用いて、位相シフト角の変化量を算出する工程と、その変化量を積算して、制御値である位相シフト角を算出する工程と、を実行する。これにより、重負荷の場合であっても、安定した非干渉化制御を行うことができる。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
３つのポートを有するトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
第１巻線と、第２巻線と、第３巻線と、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線を互いに磁気結合させるコアとを有するトランスと、
前記第１巻線と接続される第１ポートと、
前記第２巻線と接続される第２ポートと、
前記第３巻線と接続される第３ポートと、
前記第１ポート、前記第２ポートおよび前記第３ポートのスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路と、
を備え、
前記第１ポート、前記第２ポートおよび前記第３ポートはそれぞれ、
４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ回路と、
前記第１巻線、前記第２巻線または前記第３巻線に直接接続されたインダクタンス成分と、
を含み、
前記制御回路は、
Ａ）目標電流に対するポート電流の近似電流波形を用いて、位相シフト角の変化量を算出する工程と、
Ｂ）前記変化量を積算して、制御値である前記位相シフト角を算出する工程と、
を実行する、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
請求項１に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記制御回路は、前記工程Ｂ）において、
計算開始から現在までの期間における過去の前記工程Ａ）で算出した全ての前記変化量と、
新たな前記工程Ａ）で算出した前記変化量と
を全て加算して、前記位相シフト角を算出する、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
【請求項３】
請求項１に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記制御回路は、前記工程Ｂ）において、
前回の前記工程Ｂ）で算出した前記位相シフト角と、
新たな前記工程Ａ）で算出した前記変化量と
を加算して、前記位相シフト角を算出する、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記工程Ａ）は、
ａ）前記目標電流に対するポート電流の近似電流波形について、各動作点における微分を用いた近似モデルを算出する工程と、
ｂ）前記近似モデルの逆モデルを算出する工程と、
ｃ）前記目標電流の変化量と前記逆モデルの演算式とを用いて位相シフト角の変化量を算出する工程と、
を含む、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記工程Ａ）は、
ａ）前記目標電流に対するポート電流の近似電流波形について、各動作点における近似モデルであるヤコビ行列を算出する工程と、
ｂ）前記ヤコビ行列の逆行列となる逆ヤコビ行列を算出する工程と、
ｃ）前記目標電流の変化量と前記逆ヤコビ行列とを乗算して位相シフト角の変化量を算出する工程と、
を含む、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記工程Ａ）において、前記制御回路は、前記目標電流および検出したポート電流と、出力すべき前記制御値との対応関係を含むテーブルを参照して、前記制御値を算出し、
前記テーブルは、
ａ）前記目標電流に対するポート電流の近似電流波形について、各動作点における近似モデルであるヤコビ行列を算出する工程と、
ｂ）前記ヤコビ行列の逆行列となる逆ヤコビ行列を算出する工程と、
ｃ）前記目標電流の変化量と前記逆ヤコビ行列とを乗算して位相シフト角の変化量を算出する工程と、
を複数の条件で事前に導出した結果により作成される、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記近似電流波形は、前記フルブリッジ回路から出力されるポート電圧を連続関数で近似した近似電圧波形から導出された関数である、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記近似電流波形は、前記フルブリッジ回路から出力されるポート電圧を連続関数で近似した近似電圧波形から導出され、
前記近似電圧波形は、矩形波である前記ポート電圧を、基本波のみ、または、基本波および高調波を重畳して近似した近似関数である、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
【請求項９】
請求項８に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記近似電圧波形は、矩形波である前記ポート電圧を、矩形波に対する基本波および３次高調波を重畳して近似した近似関数である、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
【請求項１０】
請求項８に記載のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、
前記近似電圧波形は、矩形波である前記ポート電圧を、矩形波に対する基本波、３次高調波および５次高調波を重畳して近似した近似関数である、トリプルアクティブブリッジコンバータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポートを３つ有するコンバータに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、入力側と出力側の双方にフルブリッジ回路が備えられたデュアルアクティブブリッジ（Dual Active Bridge、ＤＡＢ）コンバータが知られている。さらに、ＤＡＢコンバータからポートを1つ増やしたトリプルアクティブブリッジ（Triple Active Bridge、ＴＡＢ）コンバータが研究されており、ＴＡＢコンバータを適用することで3つのポート間の電力を双方向で伝送できるようになる。
【０００３】
ＴＡＢコンバータは、３つのアクティブブリッジ回路が３巻き線トランスとインダクタを介して接続されており、各ブリッジ回路の位相シフトを利用して電力を伝送するコンバータである。ＴＡＢコンバータは各ポートの入出力電力の和がゼロとなる特性を持つため、２つのポートの電流を制御することで残りのポートの入出力電流が決定される。一方で、制御を行う２つのポート間において、干渉が生じるという問題がある。従来の出力ポート間の干渉を抑制する方法は、例えば、非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
大野貴信、星伸一「Triple Active Bridgeコンバータにおける各ポート間干渉の実験的考察」電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌）Vol.139 No.7 pp.631-636 ２０１９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載の干渉抑制方法では、矩形波で駆動するフルブリッジ回路の電圧を基本波で近似することで、ＴＡＢコンバータの各ポートの電流を数学的に連続な関数としてモデル化し、そのモデルにおけるポート間の干渉を打ち消すような補償器を挿入することで、非干渉化を行っている。この方法では、ある程度の非干渉化を行えるものの、出力電力の使用用途によっては、より優れた非干渉化を行う方法が求められる。
【０００６】
ここで、「基本波」とは、ある周波数成分をもつ波形に対してフーリエ級数展開したときに一番低い周波数の正弦波のことである。また、ある周波数成分をもつ波形に対してフーリエ級数展開したときの、基本波のｎ倍の周波数の正弦波を、「ｎ次高調波」と称する。
【０００７】
そこで、本発明は、ＴＡＢコンバータにおいて、２つのポート間における干渉を抑制する非干渉化技術において、より優れた技術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】
【０００８】
本願の第１発明は、３つのポートを有するトリプルアクティブブリッジコンバータであって、第１巻線と、第２巻線と、第３巻線と、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線を互いに磁気結合させるコアとを有するトランスと、前記第１巻線と接続される第１ポートと、前記第２巻線と接続される第２ポートと、前記第３巻線と接続される第３ポートと、前記第１ポート、前記第２ポートおよび前記第３ポートのスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路と、を備え、前記第１ポート、前記第２ポートおよび前記第３ポートはそれぞれ、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ回路と、前記第１巻線、前記第２巻線または前記第３巻線に直接接続されたインダクタンス成分と、を含み、前記制御回路は、Ａ）目標電流に対するポート電流の近似電流波形を用いて、位相シフト角の変化量を算出する工程と、Ｂ）前記変化量を積算して、制御値である前記位相シフト角を算出する工程と、を実行する。
【０００９】
本願の第２発明は、第１発明のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、前記制御回路は、前記工程Ｂ）において、計算開始から現在までの期間における過去の前記工程Ａ）で算出した全ての前記変化量と、新たな前記工程Ａ）で算出した前記変化量とを全て加算して、前記位相シフト角を算出する。
【００１０】
本願の第３発明は、第１発明のトリプルアクティブブリッジコンバータであって、前記制御回路は、前記工程Ｂ）において、前回の前記工程Ｂ）で算出した前記位相シフト角と、新たな前記工程Ａ）で算出した前記変化量とを加算して、前記位相シフト角を算出する。
（【００１１】以降は省略されています）

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