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公開番号2025003188
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023103721
出願日2023-06-23
発明の名称制御装置及び制御方法
出願人国立大学法人筑波大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20241226BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】間欠運転中のゼロ電圧スイッチングを実現する。
【解決手段】絶縁型のインダクタンス部と、1次側ブリッジ回路と、2次側ブリッジ回路と、を含む主回路の制御装置は、1次側ブリッジ回路の第1組の半導体デバイスを導通させる第1導通期間と、1次側ブリッジ回路の第2組の半導体デバイスを導通させる第2導通期間と、第1組の半導体デバイスと第2組の半導体デバイスの両方を共振周期の半分を超えて遮断状態にする休止期間とを含む間欠運転によって、共振を休止期間に生成させて、前記休止期間における前記2次側ブリッジ回路の状態を前記共振による電圧の谷がゼロ電圧になるような状態にして、1次側ブリッジ回路の半導体デバイスに掛かる電圧が共振による電圧変化の谷になるタイミングで、1次側ブリッジ回路の1組の半導体デバイスを導通状態に切り替えて電力の注入を開始する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
絶縁型のインダクタンス部と、
４個の半導体デバイスを含み、前記インダクタンス部に電力を供給する１次側ブリッジ回路と、
４個の半導体デバイスを含み、前記インダクタンス部から電力の供給を受ける２次側ブリッジ回路と、
を含む主回路の制御装置であって、
前記１次側ブリッジ回路の第１組の半導体デバイスを導通させる第１導通期間と、前記１次側ブリッジ回路の第２組の半導体デバイスを導通させる第２導通期間と、前記第１組の半導体デバイスと前記第２組の半導体デバイスの両方を前記１次側ブリッジ回路の寄生容量と前記インダクタンス部との間の共振による共振周期の半分を超えて遮断状態にする休止期間とを含む間欠運転を実施することで前記共振を前記休止期間に生成させて、
前記休止期間における前記２次側ブリッジ回路の状態を前記共振による電圧の谷がゼロ電圧になるような状態にして、前記１次側ブリッジ回路の半導体デバイスに掛かる電圧が前記共振による電圧変化の谷になるタイミングで、前記１次側ブリッジ回路の１組の半導体デバイスを導通状態に切り替えて前記電力の注入を開始する制御部
を備える制御装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記制御部は、
前記第１導通期間と、前記休止期間と、前記第２導通期間とを、記載の順に割り当てて、前記１次側ブリッジ回路を制御する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記１次側ブリッジ回路と前記２次側ブリッジ回路の半導体デバイスのうち、前記休止期間の中に半導体デバイスに掛かる電圧が所望の電圧よりも低くなると見込む半導体デバイスを、前記低くなると見込むタイミングに導通状態に遷移させる、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記２次側ブリッジ回路を制御して、
前記休止期間内に、前記インダクタンス部の出力電圧が所望の電圧よりも低くなる期間を設ける
請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記主回路の制御方式を、電力変換要求の電力の大きさにより前記間欠運転を含む制御にするか否かを決定する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記電力変換要求の電力の大きさにより前記間欠運転を実施する前記休止期間の長さを決定する、
請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記休止期間の長さを、前記共振周期の長さに基づいた離散的な値に決定する、
請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記休止期間において共振状態にする期間の長さを、前記共振周期の長さの半整数倍に決定する、
請求項６に記載の制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、
前記電力変換要求の電力の大きさにより、前記共振周期の長さに基づく離散的な値と、前記２次側ブリッジ回路の半導体デバイスを導通状態にする期間と前記２次側ブリッジ回路の半導体デバイスを導通状態にする期間との位相差の値とに基づいて決定する、
請求項６に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記第１導通期間と、前記第２導通期間と、前記休止期間とを、記載の順に割り当てて、前記１次側ブリッジ回路を制御する
請求項１に記載の制御装置。
（【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】
本発明は、電力変換装置の制御装置及び制御方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
複数の半導体デバイスをブリッジに構成し、１次側ブリッジ回路と２次側ブリッジ回路とが絶縁型変圧器を介して結合された主回路を含む電力変換装置がある。このような電力変換装置における主回路の制御方法として、いくつかの方法が知られている。
例えば、各半導体デバイスのターンオン時間を一定にして、１次側ブリッジ回路の半導体デバイスの制御と２次側ブリッジ回路の半導体デバイスの制御の位相を調整して電力の大きさと送電方向を調整する制御（ＳＰＳ制御）の手法が知られている。
また、半導体デバイスの電力損失を低減させることなどに有効な制御方法としては、半導体デバイスに掛る電圧がゼロ電圧になる期間のなかの何れかで半導体デバイスのＯＮ／ＯＦＦを切り替える制御（ゼロ電圧スイッチング制御、ＺＶＳ制御）の手法が知られている。
また、電力変換装置を稼働させている期間の中で、ブリッジ内の半導体デバイスのスイッチングを休止させて遮断状態にする休止期間を設けてスイッチングの頻度を低下させてスイッチング損失の発生を抑える方法（「バーストモード」または「間欠運転」という。）が知られている（例えば、特許文献１など。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－１１８２３４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、上記のような従来技術の休止期間と運転期間とを切り替える間欠運転による制御によれば、休止期間における休止を解除して運転に切り替える際のスイッチングが「ハードスイッチング」になり、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）にならない。このハードスイッチングによって生じる損失が、間欠運転によって低減されたスイッチング損失を上回る損失が生じることがあった。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、間欠運転中のゼロ電圧スイッチングを実現する電力変換装置の制御装置及び制御方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、絶縁型のインダクタンス部と、４個の半導体デバイスを含み、前記インダクタンス部に電力を供給する１次側ブリッジ回路と、４個の半導体デバイスを含み、前記インダクタンス部から電力の供給を受ける２次側ブリッジ回路と、を含む主回路の制御装置であって、前記１次側ブリッジ回路の第１組の半導体デバイスを導通させる第１導通期間と、前記１次側ブリッジ回路の第２組の半導体デバイスを導通させる第２導通期間と、前記第１組の半導体デバイスと前記第２組の半導体デバイスの両方を前記１次側ブリッジ回路の寄生容量と前記インダクタンス部との間の共振による共振周期の半分を超えて遮断状態にする休止期間とを含む間欠運転を実施することで前記共振を前記休止期間に生成させて、前記休止期間における前記２次側ブリッジ回路の状態を前記共振による電圧の谷がゼロ電圧になるような状態にして、前記１次側ブリッジ回路の半導体デバイスに掛かる電圧が前記共振による電圧変化の谷になるタイミングで、前記１次側ブリッジ回路の１組の半導体デバイスを導通状態に切り替えて前記電力の注入を開始する制御部を備える制御装置である。
【０００７】
本発明の一態様は、上記の制御装置において、前記制御部は、前記第１導通期間と、前記休止期間と、前記第２導通期間とを、記載の順に割り当てて、前記１次側ブリッジ回路を制御する。
【０００８】
本発明の一態様は、上記の制御装置であって、前記制御部は、前記１次側ブリッジ回路と前記２次側ブリッジ回路の半導体デバイスのうち、前記休止期間の中に半導体デバイスに掛かる電圧が所望の電圧よりも低くなると見込む半導体デバイスを、前記低くなると見込むタイミングに導通状態に遷移させる。
【０００９】
本発明の一態様は、上記の制御装置であって、前記制御部は、前記２次側ブリッジ回路を制御して、前記休止期間内に、前記インダクタンス部の出力電圧が所望の電圧よりも低くなる期間を設ける。
【００１０】
本発明の一態様は、上記の制御装置であって、前記制御部は、前記主回路の制御方式を、電力変換要求の電力の大きさにより前記間欠運転を含む制御にするか否かを決定する。
（【００１１】以降は省略されています）

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