特許ウォッチ

公開番号2024059254
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-01
出願番号2022166824
出願日2022-10-18
発明の名称双方向コンバータ
出願人株式会社ダイヘン
代理人個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20240423BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】動作モードの切り替わり時にオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生することを抑制可能な双方向コンバータを提供する。
【解決手段】双方向コンバータA1では、制御部は、モード1,2間で動作モードが切り替わる第1過渡期において、第1端子対からインダクタL1に電力を供給する状態とインダクタL1から第2端子対に電力を供給する状態とを繰り返すように複数のスイッチング素子Q1～Q4の各々の駆動制御を行う。また、制御部は、モード3,4間で動作モードが切り替わる第2過渡期において、第2端子対からインダクタL1に電力を供給する状態とインダクタL1から第1端子対に電力を供給する状態とを繰り返すように複数のスイッチング素子Q1～Q4の各々の駆動制御を行う。制御部が行う駆動制御は、第1過渡期においては、モード1,2で共通し、第2過渡期においては、モード3,4で共通する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第１高電位側端子および第１低電位側端子を含む第１端子対と、
第２高電位側端子および第２低電位側端子を含む第２端子対と、
複数のスイッチング素子、複数のダイオードおよびインダクタを含み、前記第１端子対および前記第２端子対の間で双方向の電力伝送が可能な電力変換回路と、
前記複数のスイッチング素子の各々のオンとオフとを切り替える駆動制御を行う制御部と、
を備え、
前記複数のダイオードの各々は、前記複数のスイッチング素子のうちの対応する１つにそれぞれ逆並列に接続され、
前記複数のスイッチング素子は、前記第１高電位側端子と前記インダクタの一端とに接続された第１スイッチング素子と、前記第１低電位側端子と前記インダクタの前記一端とに接続された第２スイッチング素子と、前記第２高電位側端子と前記インダクタの他端とに接続された第３スイッチング素子と、前記第２低電位側端子と前記インダクタの前記他端とに接続された第４スイッチング素子と、を含み、
前記電力変換回路は、前記第１端子対から前記第２端子対に昇圧して電力伝送を行う第１モードと、前記第１端子対から前記第２端子対に降圧して電力伝送を行う第２モードと、前記第２端子対から前記第１端子対に昇圧して電力伝送を行う第３モードと、前記第２端子対から前記第１端子対に降圧して電力伝送を行う第４モードと、の４つの動作モードで動作可能であり、
前記制御部は、前記第１モードと前記第２モードとが切り替わる第１過渡期において、前記第１端子対から前記インダクタに電力を供給する状態と前記インダクタから前記第２端子対に電力を供給する状態とを繰り返すように前記複数のスイッチング素子の各々の駆動制御を行い、且つ、前記第３モードと前記第４モードとが切り替わる第２過渡期において、前記第２端子対から前記インダクタに電力を供給する状態と前記インダクタから前記第１端子対に電力を供給する状態とを繰り返すように前記複数のスイッチング素子の各々の駆動制御を行い、
前記制御部が行う前記駆動制御は、前記第１過渡期においては、前記動作モードが前記第１モードであるか前記第２モードであるかに関わらず共通し、且つ、前記第２過渡期においては、前記動作モードが前記第３モードであるか前記第４モードであるかに関わらず共通する、双方向コンバータ。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記電力変換回路に流れる制御対象電流を検出する検出器と、
前記制御対象電流の設定値を設定する設定部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記制御対象電流の検出値および設定値に基づいて、前記複数のスイッチング素子の各々のスイッチングを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子の各々に入力する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを含む、請求項１に記載の双方向コンバータ。
【請求項３】
前記制御部が行う前記駆動制御は、前記動作モードが前記第１モードおよび前記第２モードである時、前記第１過渡期以外の期間においても前記第１過渡期と共通しており、且つ、前記動作モードが前記第３モードおよび前記第４モードである時、前記第２過渡期以外の期間においても前記第２過渡期と共通する、請求項２に記載の双方向コンバータ。
【請求項４】
前記電力変換回路は、前記第１モードおよび前記第２モードの一方の定常状態から、前記第１過渡期を経て、前記第１モードおよび前記第２モードの他方の定常状態に移行し、且つ、前記第３モードおよび前記第４モードの一方から他方に切り替わる時、前記第３モードおよび前記第４モードの一方の定常状態から、前記第２過渡期を経て、前記第３モードおよび前記第４モードの他方の定常状態に移行し、
前記第１過渡期では、前記第１モードおよび前記第２モードの前記一方の過渡状態から、前記第１モードおよび前記第２モードの前記他方の過渡状態に切り替わり、
前記第２過渡期では、前記第３モードおよび前記第４モードの前記一方の過渡状態から、前記第３モードおよび前記第４モードの前記他方の過渡状態に切り替わり、
前記制御部は、
前記第１モードの定常状態では、前記第１スイッチング素子をオンで維持し、且つ前記第２スイッチング素子および前記第３スイッチング素子の各々をオフで維持したまま、前記第４スイッチング素子をスイッチングさせ、
前記第２モードの定常状態では、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の各々をオフで維持したまま、前記第１スイッチング素子をスイッチングさせ、
前記第３モードの定常状態では、前記第３スイッチング素子をオンで維持し、且つ前記第１スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の各々をオフで維持したまま、前記第２スイッチング素子をスイッチングさせ、
前記第４モードの定常状態では、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の各々をオフで維持したまま、前記第３スイッチング素子をスイッチングさせる、請求項２に記載の双方向コンバータ。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１端子対に印加される第１電圧および前記第２端子対に印加される第２電圧に基づく判定を行う電圧判定部と、前記制御対象電流の向きを判定する電流判定部と、前記複数のスイッチング素子の各々を駆動させるか否かを判定する駆動判定部と、前記電圧判定部の判定結果、前記電流判定部の判定結果および前記駆動判定部の判定結果に基づいて前記駆動信号を補整する信号補整部と、を含む、請求項４に記載の双方向コンバータ。
【請求項６】
前記電力変換回路は、前記第１モード、前記第２モード、前記第３モードおよび前記第４モードのいずれの動作モードにおいても、前記第１端子対に印加される第１電圧と前記第２端子対に印加される第２電圧との電圧差の絶対値が設定値よりも大きい時に、前記定常状態で動作し、前記電圧差の絶対値が設定値以下である時に、前記過渡状態で動作する、請求項４または請求項５に記載の双方向コンバータ。
【請求項７】
前記制御部は、ＰＷＭ制御により、前記第２スイッチング素子または前記第４スイッチング素子の駆動制御を行い、前記第１モード、前記第２モード、前記第３モードおよび前記第４モードのいずれの動作モードにおいても、前記過渡状態と前記定常状態との移行時に、前記第２スイッチング素子または前記第４スイッチング素子のＰＷＭ制御を開始または停止する際、前記第２スイッチング素子または前記第４スイッチング素子に入力するＰＷＭ信号のパルス幅を徐々に広げるまたは狭くする、請求項４または請求項５に記載の双方向コンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、双方向コンバータに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、２つの電圧源の間で双方向に電力変換を行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが知られている。例えば、特許文献１には、従来の双方向コンバータが開示されている。特許文献１に記載の双方向コンバータは、昇降圧部と、スイッチング制御部と、を備える。
【０００３】
昇降圧部は、第１ないし第４のスイッチ素子と、インダクタとを有する。また、昇降圧部は、第１の電圧源が接続される第１の端子対（第１の入出力端子および第１の基準端子）と、第２の電圧源が接続される第２の端子対（第２の入出力端子および第２の基準端子）とを有する。昇降圧部は、スイッチング制御部の制御に基づいて、第１の電圧源から第２の電圧源に電力伝送する場合と、第２の電圧源から第１の電圧源に電力伝送する場合とのそれぞれで、降圧動作または昇圧動作を行う。
【０００４】
スイッチング制御部は、第１の端子対から第２の端子対に電力伝送する場合、第２及び第４のスイッチ素子をオフしたまま、降圧動作時には第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子をオフにし、昇圧動作時には第１のスイッチ素子をオンすると共に第３のスイッチ素子のスイッチングを制御する。一方、第２の端子対から第１の端子対に電力伝送する場合、第１及び第３のスイッチ素子をオフしたまま、降圧動作時には第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第２のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時には第４のスイッチ素子をオンすると共に第２のスイッチ素子のスイッチングを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１２－２０５４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の双方向コンバータにおいて、上記のように第１ないし第４のスイッチング素子のスイッチングを制御すると、第１の端子対に印加される電圧と第２の端子対に印加される電圧との大小が切り替わる時に、オーバーシュートまたはアンダーシュートが発生することがある。オーバーシュートおよびアンダーシュートは、内部回路および外部回路（外部の電源および負荷など）の各々の破壊または寿命を短くする要因であるとともに、第１の端子対および第２の端子対間の電圧変換に悪影響を及ぼす。
【０００７】
本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、動作モードの切り替わり時にオーバーシュートおよびアンダーシュートが発生することを抑制可能な双方向コンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の双方向コンバータは、第１高電位側端子および第１低電位側端子を含む第１端子対と、第２高電位側端子および第２低電位側端子を含む第２端子対と、複数のスイッチング素子、複数のダイオードおよびインダクタを含み、前記第１端子対および前記第２端子対の間で双方向の電力伝送が可能な電力変換回路と、前記複数のスイッチング素子の各々のオンとオフとを切り替える駆動制御を行う制御部と、を備え、前記複数のダイオードの各々は、前記複数のスイッチング素子のうちの対応する１つにそれぞれ逆並列に接続され、前記複数のスイッチング素子は、前記第１高電位側端子と前記インダクタの一端とに接続された第１スイッチング素子と、前記第１低電位側端子と前記インダクタの前記一端とに接続された第２スイッチング素子と、前記第２高電位側端子と前記インダクタの他端とに接続された第３スイッチング素子と、前記第２低電位側端子と前記インダクタの前記他端とに接続された第４スイッチング素子と、を含み、前記電力変換回路は、前記第１端子対から前記第２端子対に昇圧して電力伝送を行う第１モードと、前記第１端子対から前記第２端子対に降圧して電力伝送を行う第２モードと、前記第２端子対から前記第１端子対に昇圧して電力伝送を行う第３モードと、前記第２端子対から前記第１端子対に降圧して電力伝送を行う第４モードと、の４つの動作モードで動作可能であり、前記制御部は、前記第１モードと前記第２モードとが切り替わる第１過渡期において、前記第１端子対から前記インダクタに電力を供給する状態と前記インダクタから前記第２端子対に電力を供給する状態とを繰り返すように前記複数のスイッチング素子の各々の駆動制御を行い、且つ、前記第３モードと前記第４モードとが切り替わる第２過渡期において、前記第２端子対から前記インダクタに電力を供給する状態と前記インダクタから前記第１端子対に電力を供給する状態とを繰り返すように前記複数のスイッチング素子の各々の駆動制御を行い、前記制御部が行う前記駆動制御は、前記第１過渡期においては、前記動作モードが前記第１モードであるか前記第２モードであるかに関わらず共通し、且つ、前記第２過渡期においては、前記動作モードが前記第３モードであるか前記第４モードであるかに関わらず共通する。
【０００９】
前記双方向コンバータの好ましい実施の形態において、前記電力変換回路に流れる制御対象電流を検出する検出器と、前記制御対象電流の設定値を設定する設定部と、をさらに備え、前記制御部は、前記制御対象電流の検出値および設定値に基づいて、前記複数のスイッチング素子の各々のスイッチングを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子の各々に入力する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを含む。
【００１０】
前記双方向コンバータの好ましい実施の形態において、前記制御部が行う前記駆動制御は、前記動作モードが前記第１モードおよび前記第２モードである時、前記第１過渡期以外の期間においても前記第１過渡期と共通しており、且つ、前記動作モードが前記第３モードおよび前記第４モードである時、前記第２過渡期以外の期間においても前記第２過渡期と共通する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許