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公開番号2025104903
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2023223076
出願日2023-12-28
発明の名称電力変換装置
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250703BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】DABコンバータにおいて、偏磁抑制と高効率化を両立させる。
【解決手段】DABコンバータにおいて、制御回路(13)は、第1直流部(E1、Ca)から第2直流部(E2、Cb)へ降圧して電力を伝送する場合、第1直流部(E1、Ca)と絶縁トランス(TR1)の二次巻線(n2)が導通する第1の期間と、絶縁トランス(TR1)の一次巻線(n1)の両端が第1ブリッジ回路(11)内で短絡する第2の期間と、を含むように制御する。制御回路(13)は、第1の期間から第2の期間に遷移する際に第1ブリッジ回路(11)に設定する第1のデッドタイムより、第2の期間から第1の期間に遷移する際に第1ブリッジ回路(11)に設定する第2のデッドタイムを長く設定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列接続された第１レグと、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子が直列接続された第２レグを有し、前記第１レグと前記第２レグが第１直流部に並列接続される第１ブリッジ回路と、
第５スイッチング素子と第６スイッチング素子が直列接続された第３レグと、第７スイッチング素子と第８スイッチング素子が直列接続された第４レグを有し、前記第３レグと前記第４レグが第２直流部に並列接続される第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路の間に接続された絶縁トランスと、
前記第１スイッチング素子－前記第８スイッチング素子を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記第１直流部から前記第２直流部へ降圧して電力を伝送する場合、前記第１直流部と前記絶縁トランスの二次巻線が導通する第１の期間と、前記絶縁トランスの一次巻線の両端が前記第１ブリッジ回路内で短絡する第２の期間と、を含むように制御し、
前記第１の期間から前記第２の期間に遷移する際に前記第１ブリッジ回路に設定する第１のデッドタイムより、前記第２の期間から前記第１の期間に遷移する際に前記第１ブリッジ回路に設定する第２のデッドタイムを長く設定する、
電力変換装置。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記第１のデッドタイムは、直列接続された２つのスイッチング素子の同時オンが回避されることが担保された時間以上に設定され、
前記第２のデッドタイムは、前記第２の期間に前記トランスの二次巻線に流れる電流がゼロに到達することが担保された時間以上に設定される、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２のデッドタイムは、前記第２の期間に前記トランスの二次巻線に流れる電流がゼロに到達することが担保された固定値に設定される、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第２のデッドタイムは、前記第２の期間に前記トランスの二次巻線に流れる電流がゼロに到達することが担保された変動値に設定される、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記第２の期間において、前記第２ブリッジ回路に含まれる対角の２つのスイッチング素子をオン状態に制御し、前記絶縁トランスを流れる電流の絶対値が所定の閾値以下になると、前記対角の２つのスイッチング素子の少なくとも一方をターンオフし、
前記第２の期間から前記第１の期間に遷移する際に前記第２ブリッジ回路の一方のレグに設定されるデッドタイムを、前記第１デッドタイム以上の可変値に設定する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記第２直流部から前記第１直流部へ降圧して電力を伝送する場合、
前記第１スイッチング素子－前記第４スイッチング素子に供給する駆動信号と、前記第５スイッチング素子－前記第８スイッチング素子に供給する駆動信号を入れ替える、
請求項１に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、直流電力を別の電圧の直流電力に変換する電力変換装置に関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムやＶ２Ｈ（Vehicle to Home）システムに使用されるパワーコンディショナは、高効率な電力変換が求められる。Ｖ２Ｈシステムは、電動車（例えば、ＥＶ、ＰＨＥＶ）に搭載された蓄電池と、商用電力系統または宅内の負荷との間で充放電することができる。例えば、家庭用の太陽光発電システムで発電した電力を電動車の蓄電池に充電することができる。また、電動車に搭載された蓄電池を、宅内の負荷のピークシフトやバックアップ用途に利用することができる。Ｖ２Ｈシステムで使用されるＤＣ／ＤＣコンバータには高効率であること、絶縁型であることに加え、広範囲の電圧レンジが求められる。電動車に搭載された蓄電池は、車種により蓄電池の電圧が大きく異なるためである。これらの要求を満たすＤＣ／ＤＣコンバータの一つに、ＤＡＢ(Dual Active Bridge)コンバータがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＤＡＢコンバータにおいて、電流連続モードで動作させると、トランスに印加される電圧期間が正負の半周期で一致しなくなる。これにより、励磁電流に直流電流が流れ、磁気飽和により励磁インダクタンスが急激に減少してしまう「偏磁」という現象が発生する。この偏磁現象により、トランスに流れる励磁電流が増加し、損失増加や回路の定格電流を超えて保護停止や機器故障などにつながるため、偏磁現象が起きないように回路を動作させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第１６／１２５３７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
偏磁抑制のために、ＤＡＢコンバータを電流不連続モードで動作させるには、トランスに流れる電流が０となるまでの、長時間のデッドタイムが必要となる。通常、フルブリッジ回路内のスイッチング素子のデッドタイムには、固定された値が使用される。デッドタイムを長く設定した場合、偏磁を抑制することができるが、損失が増加する。反対に、デッドタイムを短く設定した場合、損失を減少させることができるが、偏磁が発生しやすくなる。
【０００６】
本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、ＤＡＢコンバータにおいて、偏磁抑制と高効率化を両立させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示のある態様の電力変換装置は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列接続された第１レグと、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子が直列接続された第２レグを有し、前記第１レグと前記第２レグが第１直流部に並列接続される第１ブリッジ回路と、第５スイッチング素子と第６スイッチング素子が直列接続された第３レグと、第７スイッチング素子と第８スイッチング素子が直列接続された第４レグを有し、前記第３レグと前記第４レグが第２直流部に並列接続される第２ブリッジ回路と、前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路の間に接続された絶縁トランスと、前記第１スイッチング素子－前記第８スイッチング素子を制御する制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記第１直流部から前記第２直流部へ降圧して電力を伝送する場合、前記第１直流部と前記絶縁トランスの二次巻線が導通する第１の期間と、前記絶縁トランスの一次巻線の両端が前記第１ブリッジ回路内で短絡する第２の期間と、を含むように制御し、前記第１の期間から前記第２の期間に遷移する際に前記第１ブリッジ回路に設定する第１のデッドタイムより、前記第２の期間から前記第１の期間に遷移する際に前記第１ブリッジ回路に設定する第２のデッドタイムを長く設定する。
【０００８】
本開示によれば、ＤＡＢコンバータにおいて、偏磁抑制と高効率化を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施の形態に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。
図２（ａ）－（ｂ）は、電力変換装置の比較例に係る降圧動作における電流の流れを説明するための図である。
電力変換装置の比較例に係る降圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンを説明するための図である。
図４（ａ）－（ｂ）は、電力変換装置の比較例に係る昇圧動作における電流の流れを説明するための図である。
電力変換装置の比較例に係る昇圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンを説明するための図である。
電力変換装置の実施例に係る降圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンと、トランス電流の第１の推移例を示す図である。
図７（ａ）－（ｄ）は、電力変換装置の実施例に係る降圧動作におけるスイッチングパターンと電流の流れを説明するための図である（その１）。
図８（ａ）－（ｄ）は、電力変換装置の実施例に係る降圧動作におけるスイッチングパターンと電流の流れを説明するための図である（その２）。
電力変換装置の実施例に係る降圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンと、トランス電流の第２の推移例を示す図である。
電力変換装置の実施例に係る降圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子の逆方向伝送時のスイッチングパターンと、トランス電流の推移例を示す図である。
電力変換装置の実施例に係る昇圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンと、トランス電流の第１の推移例を示す図である。
図１２（ａ）－（ｄ）は、電力変換装置の実施例に係る昇圧動作におけるスイッチングパターンと電流の流れを説明するための図である（その１）。
図１３（ａ）－（ｄ）は、電力変換装置の実施例に係る昇圧動作におけるスイッチングパターンと電流の流れを説明するための図である（その２）。
電力変換装置の実施例に係る昇圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンと、トランス電流の第２の推移例を示す図である。
電力変換装置の実施例に係る昇圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンと、トランス電流の第３の推移例を示す図である。
電力変換装置の実施例に係る昇圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンと、トランス電流の第４の推移例を示す図である。
電力変換装置の実施例に係る昇圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子の逆方向伝送時のスイッチングパターンと、トランス電流の推移例を示す図である。
電力変換装置の実施例に係る昇降圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンと、トランス電流の推移例を示す図である。
図１９（ａ）－（ｂ）は、電力変換装置の実施例に係る昇降圧動作における第３の期間のスイッチングパターンと電流の流れを説明するための図である。
図２０（ａ）は、昇降圧モードを設けない場合のデューティ比と伝送電力の関係を模式的に描いた図である。図２０（ｂ）は、昇降圧モードを設けた場合のデューティ比と伝送電力の関係を模式的に描いた図である。
電力変換装置の昇圧動作時における第１スイッチング素子－第８スイッチング素子のスイッチングパターンと、偏磁発生時のトランス電流の推移例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、実施の形態に係る電力変換装置１の構成を説明するための図である。電力変換装置１は絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＡＢコンバータ）であり、第１直流電源Ｅ１から供給される直流電力を変換して第２直流電源Ｅ２に伝送する。また電力変換装置１は、第２直流電源Ｅ２から供給される直流電力を変換して第１直流電源Ｅ１に伝送する。電力変換装置１は降圧して電力伝送することも、昇圧して電力伝送することも可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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