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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)

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