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公開番号2025091211
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2023206348
出願日2023-12-06
発明の名称電力変換装置
出願人マツダ株式会社
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類H02M 7/12 20060101AFI20250611BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ブリッジレス型PFC回路を備えたAC/DCコンバータにおいて、市販のスロープ補償器を用いてピーク電流モード制御ができるようにする。
【解決手段】AC/DCコンバータ6である。ブリッジレス型PFC回路20は、入力側コンデンサ23、リアクトル24、及び、コントローラ14により入力電圧の極性に応じた切替操作とスイッチング操作とが行われる第1スイッチング素子25及び第2スイッチング素子26を有している。コントローラ14が、入力電圧の正の極性に対応した第1スロープ補償回路と入力電圧の負の極性に対応した第2スロープ補償回路とを用いることによってピーク電流モード制御を実行するピーク電流制御部80を有している。第2スロープ補償回路が、反転回路85を含み、第1スロープ補償回路の第1スロープ補償器81と同一の第2スロープ補償器83を用いて構成されている。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
ブリッジレス型ＰＦＣ回路を含むコンバータ機構と当該コンバータ機構を制御するコントローラとを備え、交流の入力電圧を直流の出力電圧に変換する電力変換装置であって、
前記ブリッジレス型ＰＦＣ回路は、
前記入力電圧を入力する一対の入力側配線と、
前記出力電圧を出力する一対の出力側配線と、
一対の前記入力側配線の間に接続されるコンデンサと、
前記入力側配線における前記コンデンサとの接続部位よりも出力側の少なくとも一方に配置されるリアクトルと、
前記入力側配線と前記出力側配線との間に配置されていて、前記コントローラにより前記入力電圧の極性に応じた切替操作とスイッチング操作とが行われる第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
を有し、
前記コントローラが、前記入力電圧の正の極性に対応した第１スロープ補償回路と前記入力電圧の負の極性に対応した第２スロープ補償回路とを用いることによってピーク電流モード制御を実行するピーク電流制御部を有し、
前記第２スロープ補償回路が、前記入力電圧の極性を反転させる反転回路を含み、前記第１スロープ補償回路と同一のスロープ補償器を用いて構成されている電力変換装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記コントローラは、前記出力電圧の出力要求に応じて、前記入力側配線における前記コンデンサとの接続部位よりも出力側を流れる入力電流の最大値に対応した第１入力電流指令値を出力する直流電圧制御部を更に有し、
前記第１入力電流指令値が、前記入力電圧の位相に基づいて瞬時値に対応した第２入力電流指令値に変換され、
前記ピーク電流制御部に導入されるピーク電流指令値が、前記第２入力電流指令値に所定の電流補正量を加算することによって設定される電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記コントローラは、前記第２入力電流指令値を導入して、前記入力側配線における前記コンデンサとの接続部位よりも入力側を流れる入力電流の瞬時値に対応した第３入力電流指令値を出力する交流電流制御部を更に有し、
前記ピーク電流制御部に導入されるピーク電流指令値が、前記第３入力電流指令値に前記電流補正量を加算することによって設定される電力変換装置。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか１つに記載の電力変換装置において、
前記ブリッジレス型ＰＦＣ回路は、
第１ダイオード及び第２ダイオードと、
一対の前記出力側配線の間に並列に接続された第１レグ及び第２レグと、
を更に有し、
前記第１レグに、双方の通電方向が逆の外向きになるように前記第１スイッチング素子と前記第１ダイオードが直列に配置されるとともに、前記第２レグに、前記第２スイッチング素子と前記第２ダイオードが前記第１スイッチング素子と前記第１ダイオードと対称状に配置され、
前記入力側配線の一方の出力端が、前記第１レグにおける前記第１スイッチング素子と前記第１ダイオードの中間部位に接続されるとともに、前記入力側配線の他方の出力端が、前記第２レグにおける前記第２スイッチング素子と前記第２ダイオードの中間部位に接続されている電力変換装置。
【請求項５】
請求項１～３のいずれか１つに記載の電力変換装置において、
前記ブリッジレス型ＰＦＣ回路は、
第１ダイオード及び第２ダイオードと、
一対の前記出力側配線の間に並列に接続された第１レグ及び第２レグと、
を更に有し、
前記第１レグに、双方の通電方向が同じ向きになるように前記第１ダイオードと前記第２ダイオードが直列に配置されるとともに、前記第２レグに、双方の通電方向が前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードと逆向きになるように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子が直列に配置され、
前記入力側配線の一方の出力端が、前記第１レグにおける前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの中間部位に接続されるとともに、前記入力側配線の他方の出力端が、前記第２レグにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の中間部位に接続されている電力変換装置。
【請求項６】
請求項１～３のいずれか１つに記載の電力変換装置において、
前記ブリッジレス型ＰＦＣ回路は、
第１ダイオード、第２ダイオード、第３ダイオード、及び、第４ダイオードと、
一対の前記出力側配線の間に並列に接続された第１レグ及び第２レグと、
一対の前記入力側配線における前記リアクトルよりも出力側の部位の間に接続された第３レグと、
を更に有し、
前記第１レグに、双方の通電方向が同じ向きになるように前記第１ダイオードと前記第２ダイオードが直列に配置されるとともに、前記第２レグに、前記第３ダイオードと前記第４ダイオードが前記第１ダイオード及び前記第２ダイオードと対称状に配置され、
前記第３レグに、双方の通電方向が向き合うように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とが直列に配置され、
前記入力側配線の一方の出力端が、前記第１レグにおける前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの中間部位に接続されるとともに、前記入力側配線の他方の出力端が、前記第２レグにおける前記第３ダイオードと前記第４ダイオードの中間部位に接続されている電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
開示する技術は、交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ）に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド車など、自動車の電動化が著しい。これら電力を用いて走行する車両には、その電源として高出力なバッテリが搭載されている。そのバッテリを充電するために、これら車両にはまた、商用電源である交流電力を直流電力に変換する充電システム（On Board Charger：ＯＢＣ）が搭載されている。
【０００３】
ＯＢＣの多くには、入力電流の波形の歪みによる力率低下を改善するために、力率改善回路（Power Factor Correction回路：ＰＦＣ回路）を備えたＡＣ／ＤＣコンバータが用いられている（例えば、特許文献１）。ＰＦＣ回路の中では、効率を向上するために、損失の大きい全波整流回路のダイオードをスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）に代替した、ブリッジレス型ＰＦＣ回路が広く採用されている。
【０００４】
ブリッジレス型ＰＦＣ回路を備えたＡＣ／ＤＣコンバータでは、その制御方式に、スロープ補償の必要がないことから、平均電流モード制御を採用するのが一般的である。
【０００５】
しかし、平均電流モード制御では、リアクトルの容量が小さいと電流制御が不安定になるので、リアクトルが大型化するという欠点がある。また、そのスイッチング周波数は制御周波数と同一が基本的であるため、スイッチング周波数を大きくするのが難しいという点でも不利がある。
【０００６】
開示する技術に関して、ブリッジレス型ＰＦＣ回路が特許文献２に開示されている。そこでは、入力電圧の極性が正負に変わる度に、その極性を判定して２つのＭＯＳＦＥＴ（Ｎｃｈ）がアクティブスイッチと同期整流スイッチとの間で切り替わるように制御している。複雑な極性の判定を行っているために、その方法では回路や制御が複雑になり易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２１－０６９２５３号公報
特開２０２２－１２９６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
平均電流モード制御における上述したデメリットの解決策の１つとして、ピーク電流モード制御の採用が考えられる。ピーク電流モード制御を採用すれば、平均電流モード制御に比べてリアクトル電流の脈動を大きくでき、リアクトルの容量が小さくても電流制御は比較的安定するので、リアクトルを小型化できる。しかし、ピーク電流モード制御の場合、安定した動作を確保するためにはスロープ補償が必要である。
【０００９】
それに対し、スロープ補償の機能を担うＩＣやマイコンなどの電子部品が市販されている。従って、ブリッジレス型ＰＦＣ回路を備えたＡＣ／ＤＣコンバータにそれら電子部品（スロープ補償機能部品）を使用することが考えられる。
【００１０】
ところが、市販されているスロープ補償機能部品は、直流電力を扱うＤＣ／ＤＣコンバータ向けに開発されているために、正のスロープ補償の信号処理しかできない構造となっている。それに対し、交流電力を扱うＡＣ／ＤＣコンバータでは、負のスロープ補償の信号処理が必要とされるので、市販のスロープ補償機能部品をそのまま使用するだけでは、ピーク電流モード制御はできない。上述したように、ブリッジレス型ＰＦＣ回路を備えたＡＣ／ＤＣコンバータで平均電流モード制御が主流となっているのも、この理由によるところが大きいと考えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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