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公開番号2025139062
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-26
出願番号2024037791
出願日2024-03-12
発明の名称絶縁型DC/DC変換器および絶縁型DC/DC変換器の制御方法
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250918BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】変圧器とインバータを用いて間欠運転を行う絶縁型DC/DC変換器において、変圧器の偏磁を抑制する。
【解決手段】インバータ2は、直流側が第1直流電圧源1に接続される。インバータ2の交流側に変圧器3の1次側巻線が接続される。変圧器3の2次側巻線に整流器4が接続される。整流器4の直流側に第2直流電圧源5が接続される。絶縁型DC/DC変換器は間欠運転によるパルス密度制御を行う。インバータ2は、インバータ休止期間は変圧器3の1次側巻線を短絡するスイッチング状態とする。インバータ休止期間の直前直後のインバータ運転期間のスイッチング状態を同一とする。インバータ休止期間の直前直後のインバータ運転期間のパルス幅の和をインバータ運転期間中の通常時のパルス幅と一致するように制御する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
間欠運転によるパルス密度制御を適用した絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器であって、
第１直流電圧源と、
直流側が前記第１直流電圧源に接続されたインバータと、
前記インバータの交流側に１次側巻線が接続された変圧器と、
前記変圧器の２次側巻線に接続された整流器と、
前記整流器の直流側に接続された第２直流電圧源と、
を備え、
前記インバータは、
インバータ休止期間は前記変圧器の前記１次側巻線を短絡するスイッチング状態とし、
前記インバータ休止期間の直前直後のインバータ運転期間のスイッチング状態を同一とし、
前記インバータ休止期間の直前直後の前記インバータ運転期間のパルス幅の和を前記インバータ運転期間中の通常時でのパルス幅と一致するように制御することを特徴とする絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記インバータは、
前記第１直流電圧源の一端と他端との間に直列接続された第１、第２スイッチング素子と、前記第１直流電圧源の一端と他端との間に直列接続された第３、第４スイッチング素子と、を備え、前記第１、第２スイッチング素子の接続点と前記第３、第４スイッチング素子の接続点が前記変圧器の前記１次側巻線に接続された単相フルブリッジ回路であり、
前記インバータ休止期間は、前記第１、第３スイッチング素子をＯＮ、前記第２、第４スイッチング素子をＯＦＦ、または、前記第２、第４スイッチング素子をＯＮ、前記第１、第３スイッチング素子をＯＦＦとすることを特徴とする請求項１記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器。
【請求項３】
前記インバータは、
前記第１直流電圧源の一端と他端との間に直列接続された第１、第２スイッチング素子と、前記第１直流電圧源の一端と他端との間に直列接続された第３、第４スイッチング素子と、前記第１直流電圧源の一端と他端との間に直列接続された第５、第６スイッチング素子と、を備え、前記第１、第２スイッチング素子の接続点と前記第３、第４スイッチング素子の接続点と前記第５、第６スイッチング素子の接続点が前記変圧器の前記１次側巻線に接続された三相フルブリッジ回路であり、
前記インバータ休止期間は、前記第１、第３、第５スイッチング素子をＯＮ、前記第２、第４、第６スイッチング素子をＯＦＦ、または、前記第２、第４、第６スイッチング素子をＯＮ、前記第１、第３、第５スイッチング素子をＯＦＦとすることを特徴とする請求項１記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器。
【請求項４】
第１直流電圧源と、
直流側が前記第１直流電圧源に接続されたインバータと、
前記インバータの交流側に１次側巻線が接続された変圧器と、
前記変圧器の２次側巻線に接続された整流器と、
前記整流器の直流側に接続された第２直流電圧源と、
を備え、間欠運転によるパルス密度制御を適用した絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器の制御方法であって、
前記インバータは、
インバータ休止期間は前記変圧器の前記１次側巻線を短絡するスイッチング状態とし、
前記インバータ休止期間の直前直後のインバータ運転期間のスイッチング状態を同一とし、
前記インバータ休止期間の直前直後の前記インバータ運転期間のパルス幅の和を前記インバータ運転期間中の通常時のパルス幅と一致するように制御することを特徴とする絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願発明は、変圧器およびインバータを用いた絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器における電力伝送の技術に係り、特にインバータで電圧出力する期間と電圧不出力の期間とを繰り返す間欠運転の制御方法に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電圧源から他の絶縁された直流電圧源を生成する回路として、図１に示すような変圧器３の絶縁を利用した絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器が知られている。図１に示すように、変圧器３の１次側にインバータ２を設け、変圧器３の２次側に整流器４を設けている。インバータ２の出力電圧は変圧器３の１次側に印加され、その電圧波形はパルス状となる。
【０００３】
１次側から２次側に伝送する電力を可変するインバータ２の制御方法として、インバータ出力電圧であるパルス電圧のパルス幅（デューティ）を可変させる方法と、パルス幅は一定のままインバータ２の出力を休止する期間を設けることで間欠運転を行い、パルス密度を可変させる方法がある。
【０００４】
これら２つ方法のうちパルス密度を制御する方法では１パルスごとに伝送できる電力が決まっている。インバータ休止期間に対してインバータ運転期間の比率が小さい場合、パルス密度が低く、平均して１次側から２次側に伝送できる電力が小さい。
【０００５】
一方、インバータ運転期間の比率が大きい場合、パルス密度が高く、平均して１次側から２次側に伝送できる電力が大きい。パルス密度の違いによる伝送電力の違いを図２に示す。なお、図１の第１直流電圧源１の電圧Ｖ１に対しインバータ出力電圧は＋Ｖ１、０、－Ｖ１のいずれかとなる。インバータ出力電圧はインバータ運転期間では±Ｖ１、インバータ休止期間では０となる。
【０００６】
図１の構成では、変圧器３に印加する電圧平均値が０でない場合、変圧器３の励磁電流が増大または減少を続けてしまい、変圧器３の鉄心が磁気飽和する偏磁現象が生じる。これを抑制するために特許文献１～４では下記のような対策を講じている。
【０００７】
特許文献１：励磁電流が０となるタイミングでインバータ休止期間に入るようにインバータ出力電圧のパターンを制御している。
【０００８】
特許文献２、３：変圧器への印加電圧波形や変圧器鉄心の磁束を測定する機構を設け、測定値に応じてインバータ出力電圧のパルス幅を制御している。
【０００９】
特許文献４：運転期間ごとにインバータ出力電圧の正負を入れ替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０１７－１３０９９７号公報
特開２０１６－１４４３０３号公報
特開平５－３４４７１５号公報
特開２０２４－０００９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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