特許ウォッチ

公開番号2025010799
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-23
出願番号2023113015
出願日2023-07-10
発明の名称電力変換装置および電力変換システム
出願人TDK株式会社
代理人弁理士法人つばさ国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250116BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電圧のリップルを小さくすることができる電力変換装置を得る。
【解決手段】本開示の一実施の形態に係る電力変換装置は、第1の電力端子と、スイッチング素子を有するスイッチング回路と、スイッチング回路に接続された第1の巻線と、第2の巻線とを有するトランスと、第2の巻線に接続され、スイッチング素子を有する整流回路と、平滑回路と、第2の電力端子と、制御回路と、駆動回路とを備える。制御回路は、第1の電力端子から第2の電力端子に向かって電力を供給する前において、第1の動作および第2の動作を交互に行うことが可能であり、第1の動作において、第2の電力端子から第1の電力端子に対して第1の電力を供給し、第2の動作において、第2の電力端子から第1の電力端子に対して、第1の電力よりも小さい第2の電力を供給するように、スイッチング回路および整流回路の動作を制御可能である。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
第１の電力端子と、
前記第１の電力端子に接続され、第１の駆動信号に基づいてスイッチング動作を行うことが可能なスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された第１の巻線と、第２の巻線とを有するトランスと、
前記第２の巻線に接続され、第２の駆動信号に基づいてスイッチング動作を行うことが可能なスイッチング素子を有する整流回路と、
前記整流回路に接続された平滑回路と、
前記平滑回路に接続された第２の電力端子と、
前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能な制御回路と、
前記制御回路からの指示に基づいて前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号を生成可能な駆動回路と
を備え、
前記制御回路は、
前記第１の電力端子から前記第２の電力端子に向かって電力を供給する前において、第１の動作および第２の動作を交互に行うことが可能であり、
前記第１の動作において、前記第２の電力端子から前記第１の電力端子に対して第１の電力を供給して前記第１の電力端子における電圧が上昇するように、前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能であり、
前記第２の動作において、前記第２の電力端子から前記第１の電力端子に対して、前記第１の電力よりも小さい第２の電力を供給して前記第１の電力端子における電圧が下降するように、前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能である
電力変換装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記制御回路は、
前記第１の電力端子における電圧の電圧値が第１のしきい値より小さいことを含む所定の条件を満たした場合に、前記第１の動作を開始可能であり、
前記第１の電力端子における電圧の電圧値が第２のしきい値より大きいことを含む所定の条件を満たした場合に、前記第２の動作を開始可能である
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記第１の動作において、前記第２の駆動信号のデューティ比を第１のデューティ比に設定可能であり、
前記第２の動作において、前記第２の駆動信号のデューティ比を前記第１のデューティ比より小さい第２のデューティ比に設定可能である
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記第１の動作において、前記第１の駆動信号のデューティ比を前記第１のデューティ比よりも小さい第３のデューティ比に設定可能であり、
前記第２の動作において、前記第１の駆動信号のデューティ比を前記第２のデューティ比および前記第３のデューティ比より小さい第４のデューティ比に設定可能である
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記第１の動作において、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号のスイッチング周波数を第１のスイッチング周波数に設定可能であり、
前記第２の動作において、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号のスイッチング周波数を前記第１のスイッチング周波数よりも低い第２のスイッチング周波数に設定可能である
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記第１の動作において、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号のスイッチング周波数を第１のスイッチング周波数に設定可能であり、
前記第２の動作において、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号のスイッチング周波数を前記第１のスイッチング周波数よりも高い第２のスイッチング周波数に設定可能である
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御回路は、
前記第１の動作において、前記第２の駆動信号のデューティ比を第１のデューティ比に設定可能であり、
前記第２の動作において、前記第２の駆動信号のデューティ比を前記第１のデューティ比より小さい第２のデューティ比に設定可能である
請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１の電力端子における電圧に基づいて電源電圧を生成可能であり、前記第１の電力端子における電圧に応じた検出電圧を生成可能な電源回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記検出電圧に基づいて、前記第１の動作および前記第２の動作のうちの一方を行うことが可能であり、
前記駆動回路は、
前記第１の駆動信号を生成可能であり、前記電源電圧に基づいて動作可能な第１の駆動回路と、
前記第２の駆動信号を生成可能な第２の駆動回路と
を有する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
第１の端子および第２の端子を有する第１のバッテリと、
第１の端子および第２の端子を有するキャパシタと、
前記第１のバッテリの前記第１の端子と前記キャパシタの前記第１の端子とを結ぶ経路に設けられた第１のスイッチと、
前記第１のバッテリの前記第２の端子と前記キャパシタの前記第２の端子とを結ぶ経路に設けられた第２のスイッチと、
電力変換装置と、
第２のバッテリと
を備え、
前記電力変換装置は、
前記キャパシタの前記第１の端子に接続された第１の接続端子、および前記キャパシタの前記第２の端子に接続された第２の接続端子を有する第１の電力端子と、
前記第１の電力端子に接続され、第１の駆動信号に基づいてスイッチング動作を行うことが可能なスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された第１の巻線と、第２の巻線とを有するトランスと、
前記第２の巻線に接続され、第２の駆動信号に基づいてスイッチング動作を行うことが可能なスイッチング素子を有する整流回路と、
前記整流回路に接続された平滑回路と、
前記平滑回路に接続されるとともに前記第２のバッテリに接続された第２の電力端子と、
前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能な制御回路と、
前記制御回路からの指示に基づいて前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号を生成可能な駆動回路と
を有し、
前記制御回路は、
前記第１の電力端子から前記第２の電力端子に向かって電力を供給する前において、第１の動作および第２の動作を交互に行うことが可能であり、
前記第１の動作において、前記第２の電力端子から前記第１の電力端子に対して第１の電力を供給して前記第１の電力端子における電圧が上昇するように、前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能であり、
前記第２の動作において、前記第２の電力端子から前記第１の電力端子に対して、前記第１の電力よりも小さい第２の電力を供給して前記第１の電力端子における電圧が下降するように、前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能である
電力変換システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を変換する電力変換装置および電力変換システムに関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
１次側のバッテリの電力を変換して２次側のバッテリに供給する電力変換装置には、電力変換動作を行う前に、電力変換装置を介して２次側のバッテリの電力を１次側のキャパシタに供給する、いわゆるプリチャージ動作を行うものがある。例えば、特許文献１には、プリチャージを行うことによりキャパシタの電圧を昇圧させる際に、スイッチング動作を行う期間と、スイッチング動作を停止する期間とを交互に設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－３４９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなプリチャージ動作を行う電力変換装置では、１次側のキャパシタの電圧を昇圧させた後に、電圧が維持される。この電圧が維持される期間では、１次側のキャパシタの電圧のリップルが小さいことが望まれる。
【０００５】
電圧のリップルを小さくすることができる電力変換装置および電力変換システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置は、第１の電力端子と、スイッチング回路と、トランスと、整流回路と、平滑回路と、第２の電力端子と、制御回路と、駆動回路とを備えている。スイッチング回路は、第１の電力端子に接続され、第１の駆動信号に基づいてスイッチング動作を行うことが可能なスイッチング素子を有するものである。トランスは、スイッチング回路に接続された第１の巻線と、第２の巻線とを有するものである。整流回路は、第２の巻線に接続され、第２の駆動信号に基づいてスイッチング動作を行うことが可能なスイッチング素子を有するものである。平滑回路は、整流回路に接続されたものである。第２の電力端子は、平滑回路に接続されたものである。制御回路は、スイッチング回路および整流回路の動作を制御可能なものである。駆動回路は、制御回路からの指示に基づいて第１の駆動信号および第２の駆動信号を生成可能なものである。制御回路は、第１の電力端子から第２の電力端子に向かって電力を供給する前において、第１の動作および第２の動作を交互に行うことが可能であり、第１の動作において、第２の電力端子から第１の電力端子に対して第１の電力を供給して第１の電力端子における電圧が上昇するように、スイッチング回路および整流回路の動作を制御可能であり、第２の動作において、第２の電力端子から第１の電力端子に対して、第１の電力よりも小さい第２の電力を供給して第１の電力端子における電圧が低下するように、スイッチング回路および整流回路の動作を制御可能である。
【０００７】
本発明の一実施の形態に係る電力変換システムは、第１のバッテリと、キャパシタと、第１のスイッチと、第２のスイッチと、電力変換装置と、第２のバッテリとを備えている。第１のバッテリは、第１の端子および第２の端子を有するものである。キャパシタは、第１の端子および第２の端子を有するものである。第１のスイッチは、第１のバッテリの第１の端子とキャパシタの第１の端子とを結ぶ経路に設けられたものである。第２のスイッチは、第１のバッテリの第２の端子とキャパシタの第２の端子とを結ぶ経路に設けられたものである。電力変換装置は、第１の電力端子と、スイッチング回路と、トランスと、整流回路と、平滑回路と、第２の電力端子と、制御回路と、駆動回路とを有している。第１の電力端子は、キャパシタの第１の端子に接続された第１の接続端子、およびキャパシタの第２の端子に接続された第２の接続端子を有するものである。スイッチング回路は、第１の電力端子に接続され、第１の駆動信号に基づいてスイッチング動作を行うことが可能なスイッチング素子を有するものである。トランスは、スイッチング回路に接続された第１の巻線と、第２の巻線とを有するものである。整流回路は、第２の巻線に接続され、第２の駆動信号に基づいてスイッチング動作を行うことが可能なスイッチング素子を有するものである。平滑回路は、整流回路に接続されたものである。第２の電力端子は、平滑回路に接続されるとともに第２のバッテリに接続されたものである。制御回路は、スイッチング回路および整流回路の動作を制御可能なものである。駆動回路は、制御回路からの指示に基づいて第１の駆動信号および第２の駆動信号を生成可能なものである。制御回路は、第１の電力端子から第２の電力端子に向かって電力を供給する前において、第１の動作および第２の動作を交互に行うことが可能であり、第１の動作において、第２の電力端子から第１の電力端子に対して第１の電力を供給して第１の電力端子における電圧が上昇するように、スイッチング回路および整流回路の動作を制御可能であり、第２の動作において、第２の電力端子から第１の電力端子に対して、第１の電力よりも小さい第２の電力を供給して第１の電力端子における電圧が低下するように、スイッチング回路および整流回路の動作を制御可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置および電力変換システムによれば、キャパシタの電圧のリップルを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
図２は、図１に示した補助電源回路の一構成例を表すブロック図である。
図３は、図１に示した制御回路の一構成例を表すブロック図である。
図４は、図３に示したしきい値生成部の一動作例を表す説明図である。
図５は、図３に示した比較部における比較動作の一特性例を表す説明図である。
図６は、図３に示した比較部の一動作例を表すタイミング図である。
図７は、図１に示した電力変換システムにおけるプリチャージ動作の一例を表すタイミング図である。
図８は、図１に示した電力変換システムの、プリチャージ期間におけるゲート信号の一例を表すタイミング波形図である。
図９は、図１に示した電力変換システムにおけるプリチャージ動作の一例を表すタイミング波形図である。
図１０は、図１に示した電力変換システムの、電圧維持期間におけるゲート信号の一例を表すタイミング波形図である。
図１１は、図１に示した電力変換システムの、電圧維持期間における一動作例を表すタイミング波形図である。
図１２は、参考例に係る電力変換システムの、電圧維持期間における一動作例を表すタイミング波形図である。
図１３は、変形例に係る電力変換システムにおけるプリチャージ動作の一例を表すタイミング図である。
図１４は、他の変形例に係る電力変換システムの、電圧維持期間におけるゲート信号の一例を表すタイミング波形図である。
図１５は、他の変形例に係る電力変換システムの、電圧維持期間におけるゲート信号の一例を表すタイミング波形図である。
図１６は、他の変形例に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許