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公開番号2024164589
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-27
出願番号2023080186
出願日2023-05-15
発明の名称DC-DCコンバータ
出願人日新電機株式会社
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類H02M 3/28 20060101AFI20241120BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】低損失で様々な状況での送電を可能にすることを目的とする。
【解決手段】第1端子対(13)に接続されたブリッジ回路(10)と、第2端子対(23)に接続されたブリッジ回路(20)と、の間にトランス(Tr)を備えたDC-DCコンバータ(1)は、トランスについての換算電圧として表した第1端子対および第2端子対における端子間電圧のより大きくない方を第1電圧と称し、より小さくない方を第2電圧と称し、送電する電流、第1電圧および第2電圧に基づき、ブリッジ間位相差、第1レグ間位相差、および第2レグ間位相差を決定し、各スイッチング素子を制御する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
複数のスイッチング素子を含み、第１端子対の間に２つのレグを有したブリッジ回路と、
複数のスイッチング素子を含み、第２端子対の間に２つのレグを有したブリッジ回路と、
トランスを有し、前記２つのブリッジ回路の間に接続される変換部と、
前記２つのブリッジ回路の各スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、を備えたＤＣ－ＤＣコンバータであって、
前記制御部は、
前記トランスについての換算電圧として表した、前記第１端子対および前記第２端子対における端子間電圧のうち、より大きくない方の端子間電圧を第１電圧Ｖｓｍａｌｌと称し、より小さくない方の端子間電圧を第２電圧Ｖｌａｒｇｅと称したとき、
前記第１端子対側から前記第２端子対側へと送電する電力または電流に応じて、前記第１電圧側の前記ブリッジ回路における前記レグ間の位相差である第１レグ間位相差φＬ＿ｌａｒｇｅを決定し、
前記第１レグ間位相差に、前記第１電圧の前記第２電圧に対する電圧比を乗じた値を、前記第２電圧側の前記ブリッジ回路におけるレグ間の位相差である第２レグ間位相差φＬ＿ｓｍａｌｌとして決定し、
前記第１端子対の前記端子間電圧Ｖａと、前記第２端子対の前記端子間電圧Ｖｂと、に基づいて、前記２つのブリッジ回路の間のブリッジ間位相差を決定し、
前記各スイッチング素子におけるデューティを一定として、決定した前記ブリッジ間位相差と前記第１レグ間位相差と前記第２レグ間位相差とに従って、前記各スイッチング素子のスイッチングを制御する、ＤＣ－ＤＣコンバータ。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記制御部は、
前記ブリッジ間位相差は、前記第１端子対側の前記ブリッジ回路が前記第２端子対側の前記ブリッジ回路よりも進み位相の場合を正として、前記電圧比が大きくなるほど減少するように決定する、請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第１電圧Ｖｓｍａｌｌと前記第２電圧Ｖｌａｒｇｅの差異と、予め定められた設定電圧と、の差の前記設定電圧に対する比率を算出し、
前記第１端子対の前記端子間電圧Ｖａを用いた所定の関数によって算出された値と、前記比率との積から、前記２つのブリッジ回路の間のブリッジ間位相差を算出し、
更に、前記第１端子対の前記端子間電圧Ｖａが前記第２端子対の前記端子間電圧Ｖｂよりも大きい場合には、当該ブリッジ間位相差に対して、前記第１レグ間位相差φＬ＿ｌａｒｇｅと前記第２レグ間位相差φＬ＿ｓｍａｌｌとの差を減算することによって、前記ブリッジ間位相差を決定する、請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記設定電圧と、前記所定の関数とは、前記ＤＣ－ＤＣコンバータを動作させたときの各スイッチング素子における損失と、前記トランスにおける損失の合計が最小になるように定められている、請求項３に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記所定の関数は、数式（１）である、請求項３に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
TIFF
2024164589000008.tif
9
170
【請求項６】
前記制御部は、前記レグ間位相差を、前記第１端子対側から前記第２端子対側へと送電する電力または電流を参照したフィードバック制御により決定する、請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はＤＣ－ＤＣコンバータに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電力の送電に、デュアルアクティブブリッジ方式（以下、ＤＡＢと省略する）のＤＣ－ＤＣコンバータが広く用いられている。特許文献１には、ブリッジ回路を構成する各スイッチング素子にコンデンサを並列に接続することで、該コンデンサに循環電流を流すことによってＺＶＳ（Zero Volt Switching）する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－００５３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来技術はコンデンサを必要とするために、装置の大型化につながる。また、大容量のコンバータになった場合に、大電流を吸収できるコンデンサが現実的に存在しない。
【０００５】
さらに、循環電流を流してソフトスイッチングしているために、スイッチング損失を低減していても、導通損失が大きくなる。
【０００６】
本発明の一態様は、低損失で様々な状況での送電を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るＤＣ－ＤＣコンバータは、複数のスイッチング素子を含み、第１端子対の間に２つのレグを有したブリッジ回路と、複数のスイッチング素子を含み、第２端子対の間に２つのレグを有したブリッジ回路と、トランスを有し、前記２つのブリッジ回路の間に接続される変換部と、前記２つのブリッジ回路の各スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、を備えたＤＣ－ＤＣコンバータであって、前記制御部は、前記トランスについての換算電圧として表した、前記第１端子対および前記第２端子対における端子間電圧のうち、より大きくない方の端子間電圧を第１電圧Ｖｓｍａｌｌと称し、より小さくない方の端子間電圧を第２電圧Ｖｌａｒｇｅと称したとき、前記第１端子対側から前記第２端子対側へと送電する電力または電流に応じて、前記第１電圧側の前記ブリッジ回路における前記レグ間の位相差である第１レグ間位相差φＬ＿ｌａｒｇｅを決定し、前記第１レグ間位相差に、前記第１電圧の前記第２電圧に対する電圧比を乗じた値を、前記第２電圧側の前記ブリッジ回路におけるレグ間の位相差である第２レグ間位相差φＬ＿ｓｍａｌｌとして決定し、前記第１端子対の前記端子間電圧Ｖａと、前記第２端子対の前記端子間電圧Ｖｂと、に基づいて、前記２つのブリッジ回路の間のブリッジ間位相差を決定し、前記各スイッチング素子におけるデューティを一定として、決定した前記ブリッジ間位相差と前記第１レグ間位相差と前記第２レグ間位相差とに従って、前記各スイッチング素子のスイッチングを制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、低損失で様々な状況での送電を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータの回路図である。
制御部の動作を示すブロック図である。
定格電圧動作における力行時のグラフである。
定格電圧動作における回生時のグラフである。
割合Ｖｄｉｆｆ＿ｒａｔｅが０の場合の、昇圧動作における力行時のグラフである。
割合Ｖｄｉｆｆ＿ｒａｔｅが０の場合の、昇圧動作における回生時のグラフである。
割合Ｖｄｉｆｆ＿ｒａｔｅが０．５の場合の、昇圧動作における力行時のグラフである。
割合Ｖｄｉｆｆ＿ｒａｔｅが０．５の場合の、昇圧動作における回生時のグラフである。
割合Ｖｄｉｆｆ＿ｒａｔｅが０の場合の、降圧動作における力行時のグラフである。
割合Ｖｄｉｆｆ＿ｒａｔｅが０の場合の、降圧動作における回生時のグラフである。
割合Ｖｄｉｆｆ＿ｒａｔｅが０．５の場合の、降圧動作における力行時のグラフである。
割合Ｖｄｉｆｆ＿ｒａｔｅが０．５の場合の、降圧動作における回生時のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータ１の回路図である。ＤＣ－ＤＣコンバータ１は、１次側ブリッジ回路１０と、２次側ブリッジ回路２０と、変換部３０と、制御部４０と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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