特許ウォッチ

公開番号2025001556
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-08
出願番号2023101201
出願日2023-06-20
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社東芝
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20241225BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】低い出力電圧から高い出力電圧までの広範囲において、出力電圧を一定に保つように制御することができる、電力変換装置を提供する。
【解決手段】本実施の形態の電力変換装置は、双方向素子を含む複数の非絶縁型のDC-DCコンバータ回路を備え、複数の非絶縁型のDC-DCコンバータ回路の入力が並列接続されるとともに、複数の非絶縁型のDC-DCコンバータ回路の出力が直列接続される。また、本実施の形態の別の電力変換装置は、双方向素子を含む複数の非絶縁型のDC-DCコンバータ回路を備え、複数の非絶縁型のDC-DCコンバータ回路の入力が直列接続されるとともに、複数の非絶縁型のDC-DCコンバータ回路の出力が並列接続される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
双方向素子を含む複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路を備え、
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の入力が並列接続されるとともに、前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の出力が直列接続される、電力変換装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路のそれぞれは、
第１の入力端子および第２の入力端子と、
第１の出力端子および第２の出力端子と、
前記第１の入力端子と前記第１の出力端子との間に設けられる第１の双方向素子と、
前記第２の入力端子と前記第２の出力端子との間に設けられる第２の双方向素子と
を含む、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の双方向素子および前記第２の双方向素子のそれぞれは、第１の半導体スイッチング素子および第２の半導体スイッチング素子を含み、
前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子の各第１の端子同士が接続されるとともに、前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子の各制御端子同士が接続される、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路のそれぞれは、
前記第１の双方向素子と前記第１の出力端子との間の第１のノードに一端が接続されるとともに、前記第２の双方向素子と前記第２の出力端子との間の第２のノードに他端が接続される、第１のインダクタをさらに含む、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路のそれぞれは、
前記第１の出力端子に一端が接続されるとともに、前記第１のノードに他端が接続される、第１の単方向素子と、
前記第２のノードに一端が接続されるとともに、前記第２の出力端子に他端が接続される、第２の単方向素子と
をさらに含む、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路のそれぞれは、
前記第１の双方向素子に第１のＰＷＭ制御信号を供給する第１の駆動回路と、
前記第２の双方向素子に第２のＰＷＭ制御信号を供給する第２の駆動回路と、
前記第１の駆動回路および前記第２の駆動回路の動作を制御する制御回路と
をさらに含む、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路のそれぞれは、
前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間の第１の電圧を検出する第１の電圧センサと、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の第２の電圧を検出する第２の電圧センサと、
前記第１のインダクタに流れる第１の電流を検出する第１の電流センサと
をさらに含み、
前記制御回路は、前記第１の電圧および前記第２の電圧、並びに、前記第１の電流に基づいて、前記第１の駆動回路および前記第２の駆動回路の動作を制御する、請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の個数はＮであり、該Ｎ個のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の動作タイミングをＮ個のタイムスロットの繰り返しによって制御する、タイミング制御回路をさらに備え、
１番目のタイムスロットでは、１番目のＤＣ－ＤＣコンバータ回路のみがオフであり、他のＮ－１個のＤＣ－ＤＣコンバータ回路はすべてオンであり、
２番目のタイムスロットでは、２番目のＤＣ－ＤＣコンバータ回路のみがオフであり、他のＮ－１個のＤＣ－ＤＣコンバータ回路はすべてオンであり、
以下同様に制御される、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路のそれぞれは、
前記第１の入力端子と前記第１の双方向素子との間に接続される第２のインダクタと、
前記第２のインダクタと前記第１の双方向素子との間の第３のノードに一端が接続されるとともに、前記第２の入力端子と前記第２の双方向素子との間の第４のノードに他端が接続される、第３のスイッチング素子と
をさらに含む、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
双方向素子を含む複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路を備え、
前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の入力が直列接続されるとともに、前記複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の出力が並列接続される、電力変換装置。
（【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】
本実施の形態は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
直流の入力電圧を昇圧または降圧して一定の直流電圧として出力する電力変換装置が知られている。例えば、ＬＬＣ共振コンバータ回路を利用した電力変換装置が知られている。
【０００３】
ＬＬＣ共振コンバータ回路を利用した電力変換装置の場合、ＬＬＣ共振コンバータ回路単体では、低い出力電圧から高い出力電圧までの広範囲において、出力電圧が一定に保たれるように制御することは困難である。そのため、通常は、ＬＬＣ共振コンバータ回路の前段に定電圧回路を設け、まず初段の定電圧回路によって定電圧制御を行った後、２段目のＬＬＣ共振コンバータ回路によって昇降圧を行うのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１４－１０８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本実施の形態は、低い出力電圧から高い出力電圧までの広範囲において、出力電圧が一定に保たれるように制御することができる、電力変換装置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】
上記の課題を解決するために、本実施の形態に係る電力変換装置は、双方向素子を含む複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路を備え、複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の入力が並列接続されるとともに、複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の出力が直列接続される。
【０００７】
また、本実施の形態に係る別の電力変換装置は、双方向素子を含む複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路を備え、複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の入力が直列接続されるとともに、複数の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の出力が並列接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図。
実施の形態１に係る非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の詳細な構成を示す図。
実施の形態１に係る第１のＰＷＭ制御信号および第２のＰＷＭ制御信号の時間波形の一例を示す図。
実施の形態１に係るＮ個の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の各オン／オフの動作タイミングを示す図。
実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す図。
実施の形態２に係るＮ個の非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の各オン／オフの動作タイミングを示す図。
実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す図。
実施の形態３に係る非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の詳細な構成を示す図。
実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示す図。
実施の形態４に係る非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ回路の詳細な構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、図面を参照しながら、本実施の形態について説明する。図面において同一または対応する要素には同じ参照符号を付して、詳細な説明は適宜省略する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成を示す図である。電力変換装置１００は、直流の入力電圧を昇圧して一定の直流電圧として出力する装置であり、入力端子ＩＮａおよびＩＮｂと、出力端子ＯＵＴａおよびＯＵＴｂとを備えている。入力端子ＩＮａおよびＩＮｂには、直流の入力電圧Ｖｉｎが印加され、出力端子ＯＵＴａおよびＯＵＴｂからは、直流の出力電圧Ｖｏ（＞Ｖｉｎ）が出力される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許