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公開番号2025102192
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023219494
出願日2023-12-26
発明の名称電源装置、並びに、その制御装置及び制御方法
出願人Mywayプラス株式会社,国立大学法人横浜国立大学
代理人弁理士法人そらおと
主分類H02M 3/155 20060101AFI20250701BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】補助変換器を適用した電源装置を提供する。
【解決手段】本発明による電源装置1は、それぞれフルブリッジ回路の第1レグ及び第2レグである第1の相及び第2の相を有するDC/DCコンバータ11と、第1の相の出力端とノードn1との間に直列で挿入される補助変換器12A及びリアクトルLAと、第2の相の出力端とノードn1との間に直列で挿入される補助変換器12B及びリアクトルLBと、ノードn1と負荷4との間に挿入されるスイッチ13と、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれフルブリッジ回路の第１レグ及び第２レグである第１の相及び第２の相を有するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１の相の出力端と出力ノードとの間に直列で挿入される第１の補助変換器及び第１のリアクトルと、
前記第２の相の出力端と前記出力ノードとの間に直列で挿入される第２の補助変換器及び第２のリアクトルと、
前記出力ノードと負荷との間に挿入されるスイッチと、
を含む電源装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記第１の補助変換器及び前記第２の補助変換器のそれぞれは、
第１の上側スイッチ及び第１の下側スイッチからなる入力側レグ、並びに、第２の上側スイッチ及び第２の下側スイッチからなる出力側レグを有するフルブリッジ回路と、
前記入力側レグ及び前記出力側レグと並列に接続されたコンデンサと、を有する、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１の相の出力端と前記出力ノードとの間に直列に接続された複数の前記第１の補助変換器と、
前記第２の相の出力端と前記出力ノードとの間に直列に接続された複数の前記第２の補助変換器と、
を含む請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記負荷は蓄電池である、
請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項５】
それぞれフルブリッジ回路の第１レグ及び第２レグである第１の相及び第２の相を有するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１の相の出力端と出力ノードとの間に直列で挿入される第１の補助変換器及び第１のリアクトルと、
前記第２の相の出力端と前記出力ノードとの間に直列で挿入される第２の補助変換器及び第２のリアクトルと、
前記出力ノードと負荷との間に挿入されるスイッチと、
を含む電源装置の制御装置であって、
前記第１の相の出力端から出力される第１の出力電圧、及び、前記第２の相の出力端から出力される第２の出力電圧のそれぞれが、所定のデューティー比に従って変化することとなるよう前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御し、
第１のキャリア信号及び前記第１の出力電圧の交流成分と同期して変化する第１の指令値に基づいて前記第１の補助変換器の動作を制御し、
第２のキャリア信号及び前記第２の出力電圧の交流成分と同期して変化する第２の指令値に基づいて前記第２の補助変換器の動作を制御し、
前記第１の指令値及び前記第２の指令値が互いに異なる値となる第１の期間と、前記第１の指令値及び前記第２の指令値が互いに同じ値となる第２の期間とで、前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号の位相差が異なることとなるよう、所定のキャリア信号に基づいて前記第１のキャリア信号及び前記第２のキャリア信号を生成する、
電源装置の制御装置。
【請求項６】
前記第１の期間では、前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号の位相差が０°又は１８０°となるよう、前記第１のキャリア信号及び前記第２のキャリア信号を生成し、
前記第２の期間では、前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号の位相差が９０°となるよう、前記第１のキャリア信号及び前記第２のキャリア信号を生成する、
請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記第１の補助変換器及び前記第２の補助変換器のそれぞれは、
第１の上側スイッチ及び第１の下側スイッチからなる入力側レグ、並びに、第２の上側スイッチ及び第２の下側スイッチからなる出力側レグを有するフルブリッジ回路と、
前記入力側レグ及び前記出力側レグと並列に接続されたコンデンサと、を有し、
前記第１のキャリア信号及び前記第１の指令値に基づいて前記第１の補助変換器の前記第１の上側スイッチ、前記第１の下側スイッチ、前記第２の上側スイッチ、前記第２の下側スイッチそれぞれのオンオフ状態を制御することにより、前記第１の補助変換器の動作を制御し、
前記第２のキャリア信号及び前記第２の指令値に基づいて前記第２の補助変換器の前記第１の上側スイッチ、前記第１の下側スイッチ、前記第２の上側スイッチ、前記第２の下側スイッチそれぞれのオンオフ状態を制御することにより、前記第２の補助変換器の動作を制御する、
請求項５又は６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記所定のキャリア信号は三角波の信号である、
請求項５又は６に記載の制御装置。
【請求項９】
それぞれフルブリッジ回路の第１レグ及び第２レグである第１の相及び第２の相を有するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１の相の出力端と出力ノードとの間に直列で挿入される第１の補助変換器及び第１のリアクトルと、
前記第２の相の出力端と前記出力ノードとの間に直列で挿入される第２の補助変換器及び第２のリアクトルと、
前記出力ノードと負荷との間に挿入されるスイッチと、
を含む電源装置の制御方法であって、
前記第１の相の出力端から出力される第１の出力電圧、及び、前記第２の相の出力端から出力される第２の出力電圧のそれぞれが、所定のデューティー比に従って変化することとなるよう前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御し、
第１のキャリア信号及び前記第１の出力電圧の交流成分と同期して変化する第１の指令値に基づいて前記第１の補助変換器の動作を制御し、
第２のキャリア信号及び前記第２の出力電圧の交流成分と同期して変化する第２の指令値に基づいて前記第２の補助変換器の動作を制御し、
前記第１の指令値及び前記第２の指令値が互いに異なる値となる第１の期間と、前記第１の指令値及び前記第２の指令値が互いに同じ値となる第２の期間とで、前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号の位相差が異なることとなるよう、所定のキャリア信号に基づいて前記第１のキャリア信号及び前記第２のキャリア信号を生成する、
電源装置の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置、並びに、その制御装置及び制御方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車、再生可能エネルギ発電、モバイル機器など、蓄電池を利用する機器の普及が急速に進んでおり、それに伴い、蓄電池試験用の電源装置に要求される性能の水準が高度化しつつある。そのような性能の例としては、高電圧対応、大電力容量、高速応答、低出力リプル、高効率、低コストなどが挙げられる。
【０００３】
非特許文献１には、典型的な蓄電池試験用の電源装置の構成が開示されている。同文献の図１に示されるように、蓄電池試験用の電源装置は、交流電源と負荷（試験対象の蓄電池）の間に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）整流器、絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータ、非絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータ（メインコンバータ）が直列に接続されてなる構成を有している。
【０００４】
非特許文献２には、高圧側電源と低圧側電源の間に接続される非絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータの出力リプルを低減するため、非絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータのメインコンバータを構成する双方向チョッパの出力端と低圧側電源の間に、フルブリッジセルからなる補助変換器を挿入する技術が開示されている。この補助変換器は、フルブリッジ回路と、該フルブリッジ回路に並列に接続されたキャパシタとを有して構成される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
小原秀嶺、外４名、「セル電圧の平衡と高速出力応答のための補助インダクタ回路を有するモジュール型マルチレベルＤＣＤＣコンバータ（A Modular Multilevel DC-DC Converter With Auxiliary Inductor Circuits for Cell Voltage Balancing and Fast Output Response）」、アメリカ電気電子工学会パワーエレクトロニクスの公開ジャーナル（IEEE Open Journal of Power Electronics）、２０２２年６月２３日、ｐ．３９１－４０１
松本雅輝、外２名、「補助フルブリッジ変換器を有する双方向チョッパの電流リプル解析と実験検証」、電気学会研究会資料（半導体電力変換研究会）、２０２３年９月１８日、ｐ．１９－２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願の発明者は、非特許文献１に記載されるような電源装置の出力リプルを低減すべく、非特許文献２に記載されるような補助変換器を電源装置に適用することを検討している。具体的には、電源装置のメインコンバータの出力端と負荷との間に補助変換器を挿入することを検討している。しかしながら、検討を進める中で、電源装置に補助変換器を適用した構成には、補助変換器の初期充電を行えないという問題があることが判明した。
【０００７】
詳しく説明すると、補助変換器を使用するためには、始動前に、その中のキャパシタを充電（初期充電）する必要がある。両側に電源のある非特許文献２の構成では、初期充電時に両側の電源に電流を流すことが許容されていれば、電源間に電流を流すことにより、特に問題なくこの初期充電を完了することができる。しかしながら、電源装置に補助変換器を適用する場合、同様の電流を流すためには、試験対象の蓄電池に電流を流すことになる。試験開始前の蓄電池にそのような電流を流すことは禁じられているため、補助変換器に初期充電用の電流を流すことができず、結果として従来、電源装置に補助変換器を適用することは不可能であった。
【０００８】
したがって、本発明の目的の一つは、補助変換器を適用した電源装置を提供することにある。
【０００９】
ところで、補助変換器の制御は、キャリア信号と、メインコンバータの出力電圧から生成される電圧信号との比較結果に基づいて実行される。従来、この制御の間、三角波キャリア信号の位相は一定の値に維持されていたが、上記目的を達成するために、電源装置のメインコンバータに第１の相と第２の相を設け、それぞれに補助変換器を設置しようとする場合、キャリア信号の位相を一定の値に維持していると、一方の補助変換器の出力電圧の位相と他方の補助変換器の出力電圧の位相とが一致し、その結果として出力リプルの低減効果が得られなくなってしまう場合があることが判明した。
【００１０】
したがって、本発明の目的の他の一つは、メインコンバータに第１の相と第２の相を設け、それぞれに補助変換器を設置する場合にも、出力リプルの低減効果を得ることのできる電源装置の制御装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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