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公開番号2024145288
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2023057577
出願日2023-03-31
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 20060101AFI20241004BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】昇圧状態と降圧状態と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、電力変換回路1は、第1端子対T1および第2端子対T2の一方を一次側、他方を二次側として、一次側から二次側に、昇圧して電力伝送を行う昇圧モードと、降圧して電力伝送を行う降圧モードと、昇圧および降圧での電力伝送を選択的に行う昇降圧モードとで動作可能である。昇降圧モードでは、昇圧状態と降圧状態とで複数のスイッチング素子Q1～Q4の駆動制御が共通する。昇圧モードと降圧モードとは、昇降圧モードを介して切り替わる。制御部4は、動作モードが切り替わる時、複数のスイッチング素子Q1～Q4のうち、常時オンからPWM制御に移行するものに対してパルス幅を徐々に狭くし、PWM制御から常時オンに移行するものに対してパルス幅を徐々に広くする。
【選択図】図1
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、インダクタ、および、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た複数のダイオードを含み、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端子対および前記第２端子対の一方を一次側、前記第１端子対および前記第２端子対の他方を二次側として、前記一次側から前記二次側に昇圧して電力伝送を行う昇圧モードと、前記一次側から前記二次側に降圧して電力伝送を行う降圧モードと、前記一次側から前記二次側に昇圧および降圧での電力伝送を選択的に行う昇降圧モードとで、動作可能であり、
前記昇降圧モードでは、昇圧状態と降圧状態とで前記複数のスイッチング素子の前記駆動制御が共通し、
前記昇圧モードと前記降圧モードとは、前記昇降圧モードを介して切り替わり、
前記制御部は、前記昇降圧モードと前記昇圧モードとが切り替わる時、前記複数のスイッチング素子のうち、常時オンからＰＷＭ制御に移行するものに対してパルス幅を徐々に狭くし、前記複数のスイッチング素子のうち、ＰＷＭ制御から常時オンに移行するものに対してパルス幅を徐々に広くする、双方向コンバータ。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記電力変換回路は、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、前記昇圧モードまたは前記降圧モードで動作し、前記電圧差の絶対値が設定値以下である時に、前記昇降圧モードで動作する、請求項１に記載の双方向コンバータ。
【請求項３】
前記第１端子対が前記一次側であるとき、前記第１スイッチング素子は、前記昇圧モードでは常時オンであり、前記昇降圧モードではＰＷＭ制御により駆動され、
前記第２端子対が前記一次側であるとき、前記第３スイッチング素子は、前記昇圧モードでは常時オンであり、前記昇降圧モードではＰＷＭ制御により駆動される、請求項１または請求項２に記載の双方向コンバータ。
【請求項４】
前記制御部は、制御信号生成部と、動作モード判定部と、駆動信号生成部とを含み、
前記制御信号生成部は、前記電力変換回路に流れる制御対象電流の検出値および設定値に基づいて、前記制御対象電流の値を前記設定値にするための制御信号を生成し、
前記動作モード判定部は、前記昇圧モード、前記降圧モードおよび前記昇降圧モードのいずれの動作モードであるかを判定し、
前記駆動信号生成部は、前記制御信号と前記動作モードの判定結果とに基づいて、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、請求項３に記載の双方向コンバータ。
【請求項５】
前記動作モード判定部は、前記昇圧モードで第１レベル、前記降圧モードおよび前記昇降圧モードで第２レベルとなる昇圧許可信号を出力し、
前記駆動信号生成部は、前記昇圧許可信号が入力される積分器と、前記積分器の出力および前記制御信号が入力される演算器と、キャリア信号を発生させるキャリア発生器と、前記演算器の出力および前記キャリア発生器の出力が入力される比較器とを含み、
前記積分器の出力は、前記昇降圧モードと前記昇圧モードとが切り替わると、前記第１レベルおよび前記第２レベルの一方から他方に徐々に変化する、請求項４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 2,300 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（昇圧状態と降圧状態とが切り替わる時）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、昇圧状態と降圧状態とが切り替わる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、インダクタ、および、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た複数のダイオードを含み、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端子対および前記第２端子対の一方を一次側、前記第１端子対および前記第２端子対の他方を二次側として、前記一次側から前記二次側に昇圧して電力伝送を行う昇圧モードと、前記一次側から前記二次側に降圧して電力伝送を行う降圧モードと、前記一次側から前記二次側に昇圧および降圧での電力伝送を選択的に行う昇降圧モードとで、動作可能であり、前記昇降圧モードでは、昇圧状態と降圧状態とで前記複数のスイッチング素子の前記駆動制御が共通し、前記昇圧モードと前記降圧モードとは、前記昇降圧モードを介して切り替わり、前記制御部は、前記昇降圧モードと前記昇圧モードとが切り替わる時、前記複数のスイッチング素子のうち、常時オンからＰＷＭ制御に移行するものに対してパルス幅を徐々に狭くし、前記複数のスイッチング素子のうち、ＰＷＭ制御から常時オンに移行するものに対してパルス幅を徐々に広くする。
【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は、前記電力変換回路は、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、前記昇圧モードまたは前記降圧モードで動作し、前記電圧差の絶対値が設定値以下である時に、前記昇降圧モードで動作する。
【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は、前記第１端子対が前記一次側であるとき、前記第１スイッチング素子は、前記昇圧モードでは常時オンであり、前記昇降圧モードではＰＷＭ制御により駆動され、前記第２端子対が前記一次側であるとき、前記第３スイッチング素子は、前記昇圧モードでは常時オンであり、前記昇降圧モードではＰＷＭ制御により駆動される。
（【００１１】以降は省略されています）

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