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公開番号2025085189
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-05
出願番号2023198896
出願日2023-11-24
発明の名称電力変換装置、電力変換装置の制御方法
出願人Astemo株式会社
代理人ポレール弁理士法人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250529BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
偏磁抑制用コンデンサを備えた電力変換装置において、高効率化と小型・軽量化の両立が可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】
DC電源から供給される第1のDC電圧をブリッジ回路とトランス、整流回路を介して第2のDC電圧に変換する電力変換装置であって、前記ブリッジ回路と前記トランスの間に設けられる第1のコンデンサと、前記第1のコンデンサと並列または直列に設けられる第2のコンデンサと、前記第1のコンデンサと並列または直列に設けられる第1の半導体スイッチと、前記ブリッジ回路を構成する素子の位相シフト量を調整するスイッチングによる電圧制御手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＤＣ電源から供給される第１のＤＣ電圧をブリッジ回路とトランス、整流回路を介して第２のＤＣ電圧に変換する電力変換装置であって、
前記ブリッジ回路と前記トランスの間に設けられる第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと並列または直列に設けられる第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと並列または直列に設けられる第１の半導体スイッチと、
前記ブリッジ回路を構成する素子の位相シフト量を調整するスイッチングによる電圧制御手段と、
を備える電力変換装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサと並列に接続され、
前記第１の半導体スイッチは、前記第１のコンデンサと並列に接続され、かつ、前記第２のコンデンサと直列に接続される電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサと直列に接続され、
前記第１の半導体スイッチは、前記第１のコンデンサと直列に接続され、かつ、前記第２のコンデンサと並列に接続される電力変換装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電力変換装置であって、
前記第１のＤＣ電圧が所定値より低い場合は、前記第１の半導体スイッチをオフさせて、前記ブリッジ回路のスイッチングで前記第２のＤＣ電圧を制御し、
前記第１のＤＣ電圧が所定値以上の場合は、前記第１の半導体スイッチをオンさせて、前記ブリッジ回路のスイッチングで前記第２のＤＣ電圧範囲を拡張する電力変換装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記第１のコンデンサの電圧が最大のとき、前記第１の半導体スイッチをオンに切り替える電力変換装置。
【請求項６】
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記第２のコンデンサの電圧が０Ｖのとき、前記第１の半導体スイッチをオンに切り替える電力変換装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電力変換装置であって、
前記第１のコンデンサの電圧のピークが前記第２のコンデンサの電圧より小さくなった場合、前記ブリッジ回路のオン時間を増加させることで、前記第１のコンデンサの電圧を増加させ、前記第１のコンデンサの電圧が前記第２のコンデンサの電圧と一致した状態で、前記第１の半導体スイッチをオンに切り替える電力変換装置。
【請求項８】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記第１の半導体スイッチのオン／オフ切り替え時に、前記ブリッジ回路の出力電圧制御系へフィードフォワード制御することで電圧変動を抑制する電力変換装置。
【請求項９】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記第１の半導体スイッチをスイッチングすることで、デューティー比の調整によりゲインを連続的に切り替える電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサとは異なる第３のコンデンサと、
前記第１の半導体スイッチとは異なる第２の半導体スイッチと、を備え、
前記第３のコンデンサは、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの各々と直列に接続され、かつ、前記第２の半導体スイッチと並列に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】
本発明は、電力変換装置の構成とその制御に係り、特に、トランスを用いて複数の電力変換回路を統合した絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータに適用して有効な技術に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
車載電力変換装置のバリエーションの１つとして、トランスを用いて低電圧蓄電池（ＬＶＢＡＴ）用ＤＣ／ＤＣコンバータとＡＣ１００Ｖコンセント（Ｖ２Ｌ）用ＤＣ／ＡＣコンバータを一体化した絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータの開発が進められている。トランスを介して複数の電力変換回路を統合することで、電力変換装置の高効率化と小型・軽量化の両立が可能になる。
【０００３】
複数の電力変換回路を統合した絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータでは、入力電圧範囲が広くなり、入力電圧低下時にも出力電圧仕様を満たすようにトランスの一次側巻数を設計する（一般的には巻数を増やす）必要がある。一方、入力電圧が定格時には一次側電流や二次側電圧が増加するため、効率の向上が困難である。
【０００４】
ところで、２レグ間以上を有する回路において、レグ間の位相をずらして運転させるコンバータは、「位相シフトコンバータ」と呼ばれる。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「直流電圧を高周波電圧に変換するフルブリッジインバータと、その出力を整流する整流回路とを備えた一次側位相シフト方式のＤＣ－ＤＣコンバータ」が開示されている。（特許文献１の段落［０００１］）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６０３３６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した位相シフトコンバータでは、偏磁抑制用コンデンサによって出力電圧範囲を拡張できるため、コンデンサ切替で出力電圧範囲の拡張し、一次側巻数の増加を図ることができる。
【０００８】
しかしながら、従来の位相シフトコンバータでは、一般的に、コンデンサの切替に半導体デバイス２個を双方向スイッチとして用いるため、損失が高いことが課題である。
【０００９】
上記特許文献１では、回路に含まれるインダクタンスに蓄積される電磁エネルギが少ない軽負荷時には、容量切換えスイッチＱ５をオフ状態にすることにより、インバータの出力端子間に第１及び第２のキャパシタを直列に接続して、両キャパシタの合成静電容量を小さくすることにより、回路に蓄積された少ない電磁エネルギで両キャパシタの充放電を完全に行わせることを可能にして、インバータの各スイッチ素子のソフトスイッチングを実現している。
【００１０】
一方、回路に含まれるインダクタンスに蓄積される電磁エネルギが多くなる重負荷時には容量切換えスイッチＱ５をオン状態にすることにより第１のキャパシタ又は第２のキャパシタを単独で基準相のレグのいずれかのアームのスイッチ素子又は制御相のレグのいずれかのスイッチ素子に並列に接続して、インバータの各スイッチ素子のソフトスイッチングを実現するためのキャパシタの静電容量を大きくした状態にする。（特許文献１の段落［００５１］）
特許文献１では、切り替え回路が、２つのコンデンサ（キャパシタＣ５，Ｃ６）と１つの容量切換えスイッチＱ５で構成されているが、半導体デバイスを用いる場合は双方スイッチとして使用する必要がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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