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公開番号2025091212
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2023206350
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 3/28 20060101AFI20250611BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】対応できる電力変換範囲を充電側及び放電側の双方に拡大する。
【解決手段】双方向絶縁型LLC共振回路15を含むDC/DCコンバータ5である。その回路15は、6つの一次側スイッチング素子S1～S6を含む一次側回路21と、4つの二次側スイッチング素子S7～S10を含む二次側回路22と、トランス20と一次側回路21との間に位置するLLC回路23とを有し、充電動作と放電動作とが実行可能に構成されている。コントローラ17が、入出力される直流電圧の大小関係に応じて設定されたデューティ比及び位相シフトに関するスイッチング制御情報に基づいて、充電動作及び放電動作における一次側スイッチング素子S1～S6及び二次側スイッチング素子S7～S10の各々のスイッチングパターンを変更するように構成されている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
双方向絶縁型ＬＬＣ共振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、直流電圧を入力して大きさの異なる直流電圧に変換して出力する電力変換装置であって、
前記双方向絶縁型ＬＬＣ共振回路は、
一次側コイル及び二次側コイルを有するトランスと、
前記トランスの一次側に位置して一次側入出力端子対及び６つの一次側スイッチング素子を含む一次側回路と、
前記トランスの二次側に位置して二次側入出力端子対及び４つの二次側スイッチング素子を含む二次側回路と、
前記トランスと前記一次側回路との間に位置するＬＬＣ回路と、
を有し、
直流電圧を前記一次側入出力端子対に入力して前記二次側入出力端子対から出力する充電動作と、
直流電圧を前記二次側入出力端子対に入力して前記一次側入出力端子対から出力する放電動作と、
が実行可能に構成されており、
前記コントローラが、
入出力される直流電圧の大小関係に応じて設定されたデューティ比及び位相シフトに関するスイッチング制御情報を有し、
前記スイッチング制御情報に基づいて、前記充電動作及び前記放電動作における前記一次側スイッチング素子及び前記二次側スイッチング素子の各々のスイッチングパターンを変更するように構成されている電力変換装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記一次側回路は、前記一次側入出力端子対に入力される直流電圧である一次側電圧の中間電圧である一次側ハーフ電圧を前記ＬＬＣ回路に作用させる中間電圧出力部位を更に有し、
前記充電動作時において出力される直流電圧が前記一次側ハーフ電圧よりも大きい場合は、前記コントローラが、前記デューティ比を制御しながら前記ＬＬＣ回路に前記一次側電圧と前記一次側ハーフ電圧を切り替えて作用させる電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記一次側回路は、
２つの前記一次側スイッチング素子が直列に配置されている第１レグと、
直列に連なる２つの前記一次側スイッチング素子からなる素子対の２つが直列に配置されている第２レグと、
２つの一次側コンデンサが直列に配置されている第３レグと、
１つの中間コンデンサが配置されている第４レグと、
２つのダイオードが直列に配置されている第５レグと、
一端に前記一次側入出力端子対が配置されるとともに、前記第１レグ、前記第２レグ、及び、前記第３レグが並列して各々の間に接続されている一対の一次側主線と、
前記第２レグにおける前記素子対の各々が含む前記一次側スイッチング素子の間の部位に並列して接続されるとともに、前記第４レグ及び前記第５レグが並列して各々の間に接続されている一対のバイパス線と、
前記第５レグにおける２つの前記ダイオードの間の部位と前記第３レグにおける２つの前記一次側コンデンサの間の部位とに接続されている連結線と、
を有し、
前記二次側回路は、
各々に２つの前記二次側スイッチング素子が直列に配置されている第６レグ及び第７レグと、
１つの二次側コンデンサが配置されている第８レグと、
一端に前記二次側入出力端子対が配置されるとともに、前記第６レグ、前記第７レグ、及び、前記第８レグが並列して各々の間に接続されている一対の二次側主線と、
を有し、
前記一次側コイルの正極側の端部と前記第２レグにおける２つの前記素子対の間の部位とを接続する一次側上部中継配線と、
前記一次側コイルの負極側の端部と前記第１レグにおける２つの前記一次側スイッチング素子の間の部位とを接続する一次側下部中継配線と、
前記二次側コイルの正極側の端部と前記第６レグにおける２つの前記二次側スイッチング素子の間の部位とを接続する二次側上部中継配線と、
前記二次側コイルの負極側の端部と前記第７レグにおける２つの前記二次側スイッチング素子の間の部位とを接続する二次側下部中継配線と、
を更に有し、
前記ＬＬＣ回路が、前記一次側上部中継配線に直列に配置された一次側共振コンデンサ及び一次側共振インダクタンスを有している電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記双方向絶縁型ＬＬＣ共振回路が、前記トランスと前記二次側回路との間に位置する二次側ＬＬＣ回路を更に有している電力変換装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記一次側回路は、
各々に２つの前記一次側スイッチング素子が直列に配置されている第１レグ及び第２レグと、
２つの一次側コンデンサが直列に配置されている第３レグと、
一端に前記一次側入出力端子対が配置されるとともに、前記第１レグ、前記第２レグ、及び、前記第３レグが並列して各々の間に接続されている一対の一次側主線と、
双方の通電方向が対向するように２つの前記一次側スイッチング素子が直列に配置されるとともに、前記第２レグにおける２つの前記一次側スイッチング素子の間の部位と前記第３レグにおける２つの前記一次側コンデンサの間の部位とに接続されている連結線と、
を有し、
前記二次側回路は、
各々に２つの前記二次側スイッチング素子が直列に配置されている第６レグ及び第７レグと、
１つの二次側コンデンサが配置されている第８レグと、
一端に前記二次側入出力端子対が配置されるとともに、前記第６レグ、前記第７レグ、及び、前記第８レグが並列して各々の間に接続されている一対の二次側主線と、
を有し、
前記一次側コイルの正極側の端部と前記第２レグにおける２つの前記一次側スイッチング素子の間の部位とを接続する一次側上部中継配線と、
前記一次側コイルの負極側の端部と前記第１レグにおける２つの前記一次側スイッチング素子の間の部位とを接続する一次側下部中継配線と、
前記二次側コイルの正極側の端部と前記第６レグにおける２つの前記二次側スイッチング素子の間の部位とを接続する二次側上部中継配線と、
前記二次側コイルの負極側の端部と前記第７レグにおける２つの前記二次側スイッチング素子の間の部位とを接続する二次側下部中継配線と、
を更に有し、
前記ＬＬＣ回路が、前記一次側上部中継配線に直列に配置された一次側共振コンデンサ及び一次側共振インダクタンスを有している電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記双方向絶縁型ＬＬＣ共振回路が、前記トランスと前記二次側回路との間に位置する二次側ＬＬＣ回路を更に有し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、直流電圧を入力して大きさの異なる直流電圧に変換して出力する電力変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）に関する。
続きを表示（約 1,200 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、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を異なる電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータとが用いられている。電圧の大きさの変換は主にＤＣ／ＤＣコンバータによって行われる。
【０００４】
このようなＤＣ／ＤＣコンバータには、効率向上の観点から、共振型ＤＣ／ＤＣコンバータがよく採用されている。ただし、共振型ＤＣ／ＤＣコンバータは、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）の制約によって電圧動作範囲が狭くなるという不利がある。
【０００５】
商用電源では、一般に１００Ｖないし２００Ｖの交流電圧が用いられている。それに対し、車両に搭載されているバッテリでは、例えば４８Ｖから４００Ｖを超えるような高電圧までの直流電圧が用いられている。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータは、このような広範囲な電力範囲の変換に対応できることが好ましく、対応できる電力変換範囲の拡大が求められている。
【０００６】
開示する技術に関し、共振型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、電力出力範囲を拡大するための技術が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
そこには、所定のＬＬＣ共振コンバータ回路を備えた絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。ＬＬＣ共振コンバータ回路の入力側に配置されているスイッチング素子のオンオフ動作を異なる変調方式で切り替える。そうすることにより、ＬＬＣ共振回路側に出力する電圧の大きさを変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０２１－３５３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の技術は、特定のＬＬＣ共振コンバータ回路を前提としたうえで、非対称ハーフブリッジ方式と同様の基本動作で制御している。従って、入力電圧の半分の電圧しか利用できないので、実際には大きな電力には不向きである。
【００１０】
更に、デューティ比を所定の値に固定した状態（２５％、５０％、７５％）で制御しているので、実際には出力電圧の制御範囲は狭くならざるを得ない。しかも、その技術は充電動作を対象としているため、放電動作には対応していない。
（【００１１】以降は省略されています）

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