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公開番号2024179285
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2023098010
出願日2023-06-14
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 20060101AFI20241219BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡易な制御によって、低損失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高くない方を第1電圧と称し、より低くない方を第2電圧と称し、送電する電力、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、より高くない方の端子間電圧を第１電圧Ｖｌｏｗと称し、より低くない方の端子間電圧を第２電圧Ｖｈｉｇｈと称したとき、
前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて算出される閾値電力Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも、前記ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電力Ｐが小さい場合には、前記２つのブリッジ回路の間のブリッジ間位相差をゼロとし、前記出力電力に応じて前記第１電圧側のブリッジ回路におけるレグ間の位相差である第１レグ間位相差φＬ＿ｌｏｗを決定し、
前記出力電力が前記閾値電力以上の場合には、前記出力電力に応じて前記ブリッジ間位相差を決定し、前記第１レグ間位相差を式（１）によって決定し、
さらに、前記第２電圧側の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＿ｈｉｇｈを、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として決定し、
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。
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続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記閾値電力を、
前記電圧比が１の場合にゼロとし、
前記第１電圧が一定の場合において、前記電圧比が１より小さくなるにしたがって、大きくなり、
前記電圧比が一定の場合において、前記第１電圧が高くなるにしたがって、大きくなるように定める、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、前記スイッチング素子におけるスイッチング周波数をｆ、前記変換部におけるインダクタンスをＬとして、前記閾値電力を式（２）によって決定する、請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
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【請求項４】
前記制御部は、前記閾値電力よりも前記出力電力が小さい場合において、
前記スイッチング素子におけるスイッチング周波数をｆ、前記変換部におけるインダクタンスをＬとして、式（３）により算出したベース値φＬｂａｓｅと、前記出力電力についてのフィードバック制御により算出した位相差成分と、の和として前記第１レグ間位相差φＬ＿ｌｏｗを決定する、請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
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【請求項５】
前記制御部は、前記出力電力が前記閾値電力以上の場合には、前記ブリッジ間位相差を前記出力電力についての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。
【請求項６】
前記第１端子対の側から前記第２端子対の側へ電力を輸送する場合に、前記第１端子対における端子間電圧の前記トランスについての換算電圧が、前記第２端子対における端子間電圧の前記トランスについての換算電圧より低い場合における前記ブリッジ間位相差が作用する対象のレグと、前記第１端子対における端子間電圧の前記トランスについての換算電圧が、前記第２端子対における端子間電圧の前記トランスについての換算電圧以上の場合における前記ブリッジ間位相差が作用する対象のレグと、は異なる、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 2,100 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、所望の出力電流を作り出すためのスイッチングパターンを示すスイッチングモードマップが定義されている。スイッチングモードマップに従い制御することによって、１次側から２次側への送電（力行）および２次側から１次側への送電（回生）、ならびに、１次側から２次側への昇圧動作・降圧動作、２次側から１次側への昇圧動作・降圧動作、および１次側と２次側とをバランスさせた定格電圧動作が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１０１０８９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スイッチングモードマップに従い、複数のスイッチング素子を管理するために、各動作パターンを網羅した制御則を実装する必要があり、制御部のメモリの圧迫および制御の複雑化を招く。さらに、スイッチングモードマップはＤＣ－ＤＣコンバータを構成する各回路素子の回路定数によって変化するために、回路の構成に応じて、各制御則の設計をやり直す必要がある。
【０００５】
本発明の一態様は、簡易な制御によって、低損失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】
【０００６】
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、より高くない方の端子間電圧を第１電圧Ｖｌｏｗと称し、より低くない方の端子間電圧を第２電圧Ｖｈｉｇｈと称したとき、前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて算出される閾値電力Ｐｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも、前記ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電力Ｐが小さい場合には、前記２つのブリッジ回路の間のブリッジ間位相差をゼロとし、前記出力電力に応じて前記第１電圧側のブリッジ回路におけるレグ間の位相差である第１レグ間位相差φＬ＿ｌｏｗを決定し、前記出力電力が前記閾値電力以上の場合には、前記出力電力に応じて前記ブリッジ間位相差を決定し、前記第１レグ間位相差を式（１）によって決定し、さらに、前記第２電圧側の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＿ｈｉｇｈを、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として決定し、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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、簡易な制御によって、低損失に送電することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
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。
閾値電力よりも目標値の絶対値が小さい場合における、降圧動作でのグラフである。
閾値電力よりも目標値の絶対値が小さい場合における、昇圧動作でのグラフである。
閾値電力が目標値の絶対値以上の場合における、降圧動作でのグラフである。
閾値電力が目標値の絶対値以上の場合における、昇圧動作でのグラフである。
閾値電力が目標値の絶対値と等しい場合における、降圧動作でのグラフである。
閾値電力が目標値の絶対値と等しい場合における、昇圧動作でのグラフである。
式（３）によって求まる閾値電力の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔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。
【００１０】
（ＤＣ－ＤＣコンバータ１の構成）
１次側ブリッジ回路１０は、第１端子対１３に接続されている。第１端子対１３の電圧、すなわち、端子１３ａから端子１３ｂに向けた電圧は電圧Ｖ１である。なお、第１端子対１３には、電源または負荷が接続されていてもよい。また、端子１３ｂから流れ出す電流は電流Ｉ１である。
（【００１１】以降は省略されています）

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