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公開番号2024127083
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023035958
出願日2023-03-08
発明の名称電力変換回路の制御装置および電力変換回路の制御プログラム
出願人株式会社デンソー,株式会社SOKEN
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20240912BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ソフトスイッチング制御を実行可能な電力変換回路が備える複数の半導体スイッチング素子における発熱の偏りを緩和する。
【解決手段】制御装置40はスイッチング回路30を備える電力変換回路20を制御し、スイッチング回路30は、直列接続された上アーム素子部QH1,Q3と下アーム素子部QL1,Q4とを備える複数のレグ31,32を備え、複数のレグは互いに並列接続され、上アーム素子部と下アーム素子部の少なくとも一方は半導体スイッチング素子であるスイッチおよび逆並列ダイオードを備え、電力変換回路は、主リアクトルLM1と、主リアクトルと各レグの上下アーム素子部間とに接続された副リアクトルLS1、LS2とを備え、制御装置は、各スイッチをオン状態に切り替えるタイミングの位相差を制御するスイッチング制御部41と、切替周期毎に最初にオン状態に切り替えられるスイッチを含むレグを切り替える切替部42と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング回路（３０，６０，６１）を備える電力変換回路（２０，５０，５１）の制御装置（４０）であって、
前記スイッチング回路は、上アーム素子部（ＱＨ１～ＱＨ４）、および前記上アーム素子部の低電位側に直列接続された下アーム素子部（ＱＬ１～ＱＬ４）を含むレグ（３１～３４）を複数有し、
複数の前記レグは互いに並列接続され、
前記上アーム素子部および前記下アーム素子部のうち、一方の素子部は、半導体スイッチング素子（ＳＨ１～ＳＨ４，ＳＬ１～ＳＬ４）および前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される逆並列ダイオード（ＤＨ１～ＤＨ４，ＤＬ１～ＤＬ４）を有し、他方の素子部は、前記半導体スイッチング素子および前記逆並列ダイオード、または、前記逆並列ダイオードと同じ方向で接続されるダイオードを有し、
前記電力変換回路は、主リアクトル（ＬＭ１，ＬＭ１３，ＬＭ２４）と、副リアクトル（ＬＳ１～ＬＳ４）と、をさらに備え、
前記副リアクトルは、前記主リアクトルの一端と、複数の前記レグのうち少なくとも１つのレグが有する前記上アーム素子部及び前記下アーム素子部の接続点とを接続し、
前記制御装置は、スイッチング制御部（４１）と、切替部（４２）と、を備え、
前記スイッチング制御部は、
複数の前記レグに含まれる前記各半導体スイッチング素子のスイッチング制御を行い、
複数の前記レグのうち、基準レグに含まれる前記半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングと、前記基準レグ以外の残余レグに含まれる前記半導体スイッチング素子であって、前記基準レグに含まれる前記半導体スイッチング素子と同アームの半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングとの位相差を制御し、
前記切替部は、前記各半導体スイッチング素子の１スイッチング周期よりも長い切替周期（Ｔｃ）毎に、最初にオン状態に切り替えられる前記半導体スイッチング素子を含む前記レグを切り替える切替制御を実行する、電力変換回路の制御装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記レグとして、第１上アーム素子部（ＱＨ１）および第１下アーム素子部（ＱＬ１）を含む第１レグ（３１）と、第２上アーム素子部（ＱＨ２）および第２下アーム素子部（ＱＬ２）を含む第２レグ（３２）と、を備え、
前記副リアクトルとして、第１副リアクトル（ＬＳ１）および第２副リアクトル（ＬＳ２）を備え、
前記第１副リアクトルは、前記主リアクトルの一端と、前記第１上アーム素子部及び前記第１下アーム素子部の接続点とを接続し、
前記第２副リアクトルは、前記主リアクトルの一端と、前記第２上アーム素子部及び前記第２下アーム素子部の接続点とを接続し、
前記第１下アーム素子部および前記第２下アーム素子部は、前記半導体スイッチング素子（ＳＬ１，ＳＬ２）および前記逆並列ダイオード（ＤＬ１，ＤＬ２）を有し、
前記基準レグは、前記第１レグであり、
前記残余レグは、前記第２レグであり、
前記スイッチング制御部は、前記第１レグの前記第１下アーム素子部が有する前記半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングと、前記第２レグの前記第２下アーム素子部が有する前記半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングとの位相差を制御する、請求項１に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項３】
前記第１副リアクトル及び前記第２副リアクトルのインダクタンスが等しい請求項２に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項４】
前記第１副リアクトル及び前記第２副リアクトルが互いに磁気的に結合されている請求項２又は３に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項５】
前記切替部は、前記切替周期を、人が音を大きく感じる周波数範囲外に相当する長さに設定する請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項６】
前記切替部は、前記切替周期を、周波数に換算して２５０Ｈｚ以下に相当する長さに設定する請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項７】
前記切替部は、前記切替周期を、周波数に換算して８ｋＨｚ以上に相当する長さに設定する請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項８】
前記切替部は、前記切替制御を実行する切替周期において、所定の条件を満たす場合には、前記切替制御を実行しない請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項９】
前記レグは、前記半導体スイッチング素子に並列接続されたスナバコンデンサ（ＣＨ１～ＣＨ４，ＣＬ１～ＣＬ４）を含む請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
【請求項１０】
前記副リアクトルは、前記主リアクトルよりインダクタンスが小さい請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
（【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】
電力変換回路の制御装置および制御プログラムに関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、ソフトスイッチングコンバータが記載されている。このコンバータのスイッチング回路は、ダイオードＦＤ１，ＦＤ２と、半導体スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２およびこれに逆並列に接続された逆並列ダイオードＡＰＤ１，ＡＰＤ２と、を直列接続したスイッチングアセンブリＰＳＡ１，ＰＳＡ２を並列接続した状態で備えている。ダイオードＦＤ１，ＦＤ２と、半導体スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２との間には、それぞれ転流インダクタＬＣ１，ＬＣ２の一端が接続されている。２つの転流インダクタＬＣ１，ＬＣ２の他端は主インダクタＬＭに接続されている。半導体スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、所定の位相差でスイッチング制御される。インダクタＬＭ，ＬＣ１，ＬＣ２の共振動作によりダイオードＦＤ１，ＦＤ２における逆方向電流が抑制されるため、半導体スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のターンオン時にスイッチング損失を低減したソフトスイッチングが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第４４７５６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、ソフトスイッチングのために、一方の半導体スイッチング素子を常に先にターンオンし、他方の半導体スイッチング素子を常に後にターンオンすると、先にターンオンする半導体スイッチング素子は、後にターンオンする半導体スイッチング素子と比較して大きな電流が長時間流れ、発熱量が大きくなる。
【０００５】
上記に鑑み、本発明は、ソフトスイッチング制御を実行可能な電力変換回路が備える複数の半導体スイッチング素子における発熱の偏りを緩和する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】
【０００６】
本発明は、スイッチング回路を備える電力変換回路の制御装置を提供する。前記スイッチング回路は、上アーム素子部、および前記上アーム素子部の低電位側に直列接続された下アーム素子部を含むレグを複数有し、複数の前記レグは互いに並列接続され、前記上アーム素子部および前記下アーム素子部のうち、一方の素子部は、半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される逆並列ダイオードを有し、他方の素子部は、前記半導体スイッチング素子および前記逆並列ダイオード、または、前記逆並列ダイオードと同じ方向で接続されるダイオードを有する。前記電力変換回路は、主リアクトルと、副リアクトルと、をさらに備え、前記副リアクトルは、前記主リアクトルの一端と、複数の前記レグのうち少なくとも１つのレグが有する前記上アーム素子部及び前記下アーム素子部の接続点とを接続する。前記制御装置は、スイッチング制御部と、切替部と、を備え、前記スイッチング制御部は、複数の前記レグに含まれる前記各半導体スイッチング素子のスイッチング制御を行い、複数の前記レグのうち、基準レグに含まれる前記半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングと、前記基準レグ以外の残余レグに含まれる前記半導体スイッチング素子であって、前記基準レグに含まれる前記半導体スイッチング素子と同アームの半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングとの位相差を制御し、前記切替部は、前記各半導体スイッチング素子の１スイッチング周期よりも長い切替周期毎に、最初にオン状態に切り替えられる前記半導体スイッチング素子を含む前記レグを切り替える切替制御を実行する。
【０００７】
上記の制御装置においては、スイッチング制御部は、上記の電力変換回路のスイッチング回路部が備える複数のレグに含まれる各半導体スイッチング素子のスイッチング制御を行い、複数のレグのうち、基準レグに含まれる半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングと、基準レグ以外の残余レグに含まれる半導体スイッチング素子であって、基準レグに含まれる半導体スイッチング素子と同アームの半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングとの位相差を制御する。このスイッチング制御部が実行する制御により、半導体スイッチング素子のスイッチングがソフトスイッチングとなるように制御できる。最初にオン状態に切り替えられる半導体スイッチング素子を含むレグが固定化されていると、最初にオン状態に切り替えられる半導体スイッチング素子の発熱量が、他の半導体スイッチング素子の発熱量よりも大きい状態が固定化される。これに対し、切替部は、スイッチング制御部によって最初にオン状態に切り替えられる半導体スイッチング素子が含まれるレグを切り替える切替制御を実行する。この切替制御により、複数のレグに含まれる複数の半導体スイッチング素子のいずれかに発熱が偏る状態が固定化されること阻止できる。その結果、ソフトスイッチング制御を実行可能な電力変換回路が備える複数の半導体スイッチング素子における発熱の偏りを緩和できる。
【０００８】
本発明は、また、上記の電力変換装置の制御プログラムとして提供することもできる。この制御プログラムは、コンピュータに、スイッチング制御ステップと、切替ステップとを実行させる。前記スイッチング制御ステップは、複数の前記レグに含まれる前記各半導体スイッチング素子のスイッチング制御を行い、複数の前記レグのうち、基準レグに含まれる前記半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングと、前記基準レグ以外の残余レグに含まれる前記半導体スイッチング素子であって、前記基準レグに含まれる前記半導体スイッチング素子と同アームの半導体スイッチング素子のオン状態への切り替えタイミングとの位相差を制御するステップである。前記切替ステップは、前記各半導体スイッチング素子の１スイッチング周期よりも長い切替周期毎に、最初にオン状態に切り替えられる前記半導体スイッチング素子を含む前記レグを切り替える切替制御を実行するステップである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る電力変換回路の制御装置を含む電力変換システムを示す図。
第１実施形態に係る電力変換回路が備える半導体スイッチング素子の駆動信号と素子電流とを示す図。
等ラウドネス曲線を示す図。
第１実施形態に係る電力変換回路の制御フローチャート。
第２実施形態に係る電力変換回路を示す図。
第２実施形態に係る電力変換回路が備える半導体スイッチング素子の駆動信号と素子電流とを示す図。
第２実施形態に係る電力変換回路が備える半導体スイッチング素子の駆動信号と素子電流とを示す図。
第３実施形態に係る電力変換回路を示す図。
変形例に係る副リアクトルを示す図。
変形例に係る電力変換回路の制御フローチャート。
素子部と冷却水流路との位置関係を示す図。
素子部と冷却水流路との位置関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
図１に示す電力変換システム１０は、電力変換回路２０と、制御装置４０とを備える。電力変換回路２０は、ＤＣＤＣコンバータであり、スイッチング回路３０と、主リアクトルＬＭ１と、第１，第２副リアクトルＬＳ１，ＬＳ２と、昇圧側高圧端子２５Ｈと、昇圧側低圧端子２５Ｌと、降圧側高圧端子２６Ｈと、降圧側低圧端子２６Ｌと、を備える。昇圧側高圧端子２５Ｈと昇圧側低圧端子２５Ｌとの間には、昇圧側コンデンサＣ２３および負荷２８が接続される。降圧側高圧端子２６Ｈと降圧側低圧端子２６Ｌとの間には、降圧側コンデンサＣ２４、および直流電源である電源２７が接続される。電力変換システム１０において電力変換回路２０および制御装置４０は、昇圧コンバータとして機能する。
（【００１１】以降は省略されています）

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