[go: up one dir, main page]

JP2013150412A - Variable output charger - Google Patents

Variable output charger Download PDF

Info

Publication number
JP2013150412A
JP2013150412A JP2012007898A JP2012007898A JP2013150412A JP 2013150412 A JP2013150412 A JP 2013150412A JP 2012007898 A JP2012007898 A JP 2012007898A JP 2012007898 A JP2012007898 A JP 2012007898A JP 2013150412 A JP2013150412 A JP 2013150412A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
value
voltage
charging
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012007898A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidemi Hayashi
秀美 林
Futoshi Kozono
太 小園
Takeshi Harimoto
毅 張本
Makoto Saito
真 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyushu Electric Power Co Inc
Shibaura Institute of Technology
Original Assignee
Kyushu Electric Power Co Inc
Shibaura Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyushu Electric Power Co Inc, Shibaura Institute of Technology filed Critical Kyushu Electric Power Co Inc
Priority to JP2012007898A priority Critical patent/JP2013150412A/en
Publication of JP2013150412A publication Critical patent/JP2013150412A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

【課題】充電電圧制御モードと充電電流制御モードの切り替えをシームレスに行うことができる可変出力充電装置を提供する。
【解決手段】可変出力充電装置は、高周波トランスと、変調率信号を生成する制御部と、キャリア信号生成部と、PWM信号生成部と、一次巻き線の両端に三相交流電源の周波数よりも高周波数の交流パルスを印加する複数のスイッチを有する周波数変換部と、高周波トランスの二次巻き線の両端に生じる交流成分を整流して直流電力を得る整流部と、を有する。制御部は、バッテリに印加される充電電圧実測値と目標値との比較結果に応じた充電電流目標値を生成する電圧調整部と、可変上限値内に充電電流目標値を制限する可変リミッタと、充電電流目標値と充電電流実測値との比較結果に応じた整流部の出力電圧目標値を生成する電流調整部と、整流部の出力電圧目標値に所定の係数を乗じて変調率信号の振幅値を生成する振幅値生成部と、を含む。
【選択図】図16
A variable output charging device capable of seamlessly switching between a charging voltage control mode and a charging current control mode is provided.
A variable output charging device includes a high-frequency transformer, a control unit that generates a modulation factor signal, a carrier signal generation unit, a PWM signal generation unit, and a frequency of a three-phase AC power source at both ends of a primary winding. A frequency converter having a plurality of switches for applying a high-frequency AC pulse, and a rectifier that rectifies an AC component generated at both ends of the secondary winding of the high-frequency transformer to obtain DC power. The control unit includes a voltage adjusting unit that generates a charging current target value according to a comparison result between a measured charging voltage value applied to the battery and a target value, and a variable limiter that limits the charging current target value within a variable upper limit value. A current adjusting unit that generates an output voltage target value of the rectifying unit according to a comparison result between the charging current target value and the charging current actual measurement value, and multiplying the output voltage target value of the rectifying unit by a predetermined coefficient, An amplitude value generation unit that generates an amplitude value.
[Selection] Figure 16

Description

本発明は、三相交流電力を直流電力に変換して可変の直流電圧および直流電流を出力する可変出力充電装置に関する。   The present invention relates to a variable output charging apparatus that converts three-phase AC power into DC power and outputs variable DC voltage and DC current.

従来技術Conventional technology

近年、エネルギー密度が高く、繰り返し充放電しても劣化の少ないリチウムイオン二次電池の発展に伴って電気自動車(EV:electric vehicle)に対する期待が高まりつつある。EVの充電方式としては、夜間等の駐車時間中を利用して長時間かけて充電する通常の充電方式と、高速道路のサービスエリア、レストラン、ショッピングセンターなどの商用施設または病院等の公共機関などに設置された急速充電器で急速充電する2つの方式がある。急速充電器は、約20分程度で80%程度の充電を可能とする。今後EVの普及を促進させるためには、外出先での補充電を可能とする急速充電器の整備が必須である。EV用急速充電器は、商用電源からの電力(例えば三相200V)をバッテリの充電に適した直流電力に変換するための交直変換装置を備えている。   2. Description of the Related Art In recent years, expectations for electric vehicles (EVs) have been increasing with the development of lithium ion secondary batteries that have high energy density and little deterioration even after repeated charge and discharge. EV charging methods include normal charging methods that charge for a long time during parking hours such as at night, commercial facilities such as highway service areas, restaurants, shopping centers, and public institutions such as hospitals. There are two methods of quick charging with a quick charger installed in the factory. The quick charger can charge about 80% in about 20 minutes. In order to promote the spread of EVs in the future, it is essential to provide a quick charger that enables supplementary charging on the go. The EV quick charger includes an AC / DC converter for converting electric power (for example, three-phase 200 V) from a commercial power source into DC electric power suitable for charging a battery.

図1に従来の交直変換装置1000の構成を示す。図1に示す回路方式は、1つの変換回路で交流入力の高調波電流を制御しつつ出力部で高周波絶縁を行い整流平滑して直流電源をつくり出す変換回路方式である。交直変換装置1000は、いわゆるSMR(Switch Mode Rectifier)コンバータであり、交流入力端子接続された三相交流電源の各層に接続されるインダクタL1〜L3および各層間に接続されるキャパシタC1〜C3からなるACフィルタ1100、複数のスイッチング素子SW1〜SW12およびダイオードD1a〜D6aで構成された周波数変換部1200、入力側と出力側を絶縁するトランス1300、トランス1300の2次側に接続された複数のダイオードD1b〜D4bおよびインダクタL4からなる整流部1400を基本構成要素として備えている。交直変換装置1000は、周波数変換部1200を構成する双方スイッチをPWM制御することにより所望の直流電力を生成する。
特許文献1には、SMRコンバータの電流指令値とキャリア信号とを比較してコンバータの複数のスイッチ素子に対する駆動パルスを生成する駆動パルス生成方法であって、同時オンを回避するべきスイッチ素子の各駆動パルス間に非導通期間を設けるようにしたSMRコンバータの駆動パルス生成方法が記載されている。具体的には、加算手段により、非導通期間の幅に相当する信号をもとの電流指令値に加算して電流指令値を生成し、パルス分配器にて電流指令値とキャリア信号とを比較して得た駆動パルスから論理積手段により非導通期間に相当する部分を削除して最終的な駆動パルスを生成することが記載されている。
FIG. 1 shows a configuration of a conventional AC / DC converter 1000. The circuit system shown in FIG. 1 is a conversion circuit system that creates a DC power source by controlling high-frequency current of an AC input with one conversion circuit and performing rectification and smoothing by high-frequency insulation at an output unit. The AC / DC converter 1000 is a so-called SMR (Switch Mode Rectifier) converter, and includes inductors L1 to L3 connected to each layer of a three-phase AC power source connected to an AC input terminal and capacitors C1 to C3 connected to each layer. AC filter 1100, frequency converter 1200 including a plurality of switching elements SW1 to SW12 and diodes D1a to D6a, a transformer 1300 that insulates the input side from the output side, and a plurality of diodes D1b connected to the secondary side of the transformer 1300 To R4b and an inductor L4 are provided as basic components. The AC / DC converter 1000 generates desired DC power by performing PWM control of both switches constituting the frequency converter 1200.
Patent Document 1 discloses a drive pulse generation method for generating a drive pulse for a plurality of switch elements of a converter by comparing a current command value of an SMR converter and a carrier signal, and each of the switch elements that should be prevented from being simultaneously turned on. A drive pulse generation method for an SMR converter in which a non-conduction period is provided between drive pulses is described. Specifically, the addition means generates a current command value by adding a signal corresponding to the width of the non-conduction period to the original current command value, and compares the current command value with the carrier signal using a pulse distributor. It is described that the final drive pulse is generated by deleting a portion corresponding to the non-conduction period from the drive pulse obtained by the logical product means.

特許文献2には、2つの双方向スイッチング素子(1)および(2)をハーフブリッジ接続した単相高周波インバータと、高周波トランスと、2つの双方向スイッチング素子(3)および(4)をハーフブリッジ接続したセンタータップ式の単相整流回路と、を有するSMRコンバータにおいて、単相高周波インバータを構成する双方向スイッチング素子(1)および(2)を交互にオンオフ制御すると共に、単相整流回路を構成する双方向スイッチング素子(3)および(4)を、スイッチング素子(1)および(2)のオンオフ制御との間にタイムラグを設けて交互にオンオフ制御することにより入力電流を正弦波形に近づけ入力力率を1とすることが記載されている。   Patent Document 2 discloses a single-phase high-frequency inverter in which two bidirectional switching elements (1) and (2) are half-bridge connected, a high-frequency transformer, and two bidirectional switching elements (3) and (4) are half-bridged. In an SMR converter having a connected center tap type single-phase rectifier circuit, the bidirectional switching elements (1) and (2) constituting the single-phase high-frequency inverter are alternately turned on and off, and the single-phase rectifier circuit is configured. The bi-directional switching elements (3) and (4) that perform the on / off control alternately with the on / off control of the switching elements (1) and (2) are turned on and off alternately to bring the input current closer to a sine waveform and the input force It is described that the rate is 1.

特開2000−32746号公報JP 2000-32746 A 特開平8−228484号公報JP-A-8-228484

EV用急速充電器のバッテリ充電モードとしては、充電電圧制御モード(cvモード)と充電電流制御モード(ccモード)がある。EV用急速充電器ではこれら2つのモードをシームレスに切替え可能としておく必要がある。そこで、充電電圧を制御するコントローラと、充電電流を制御するコントローラを別個独立に設けると、モード切替え時にコントローラの出力が不連続となり、シームレスなモード切換が困難となる。   The battery charging mode of the EV quick charger includes a charging voltage control mode (cv mode) and a charging current control mode (cc mode). The EV quick charger needs to be able to switch between these two modes seamlessly. Therefore, if a controller for controlling the charging voltage and a controller for controlling the charging current are provided separately, the controller output becomes discontinuous at the time of mode switching, and seamless mode switching becomes difficult.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、充電電圧制御モードと充電電流制御モードの切り替えをシームレスに行うことができる可変出力充電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a variable output charging apparatus capable of seamlessly switching between a charging voltage control mode and a charging current control mode.

本発明の可変出力充電装置は、三相交流流路の入力端に供給される三相交流電力を直流電力に変換し、制御入力に応じた大きさの充電電圧又は充電電流で出力端子に接続されたバッテリを充電する可変出力充電装置であって、高周波トランスと、前記三相交流電力を生ずる三相交流電源の相電圧の電圧変化に同期した変調率信号を生成する制御部と、前記三相交流電源の周波数よりも高周波のキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、前記キャリア信号と前記変調率信号の各々の信号レベルを比較して比較結果に応じて定まるタイミングおよび期間において生成されるパルス列からなるPWM信号を生成するPWM信号生成部と、前記PWM信号に応じてオンオフして前記三相交流流路の出力端を前記高周波トランスの一次巻き線の両端に選択的に接続して前記一次巻き線の両端に前記三相交流電源の周波数よりも高周波数の交流パルスを印加する複数のスイッチを有する周波数変換部と、前記高周波トランスの二次巻き線の両端に生じる交流成分を整流して前記直流電力を得る整流部と、を有し、前記制御部は、前記バッテリに印加される充電電圧実測値と充電電圧目標値との比較結果に応じた充電電流目標値を生成する電圧調整部と、前記制御入力に応じた大きさの可変上限値内に前記充電電流目標値を制限する可変リミッタと、前記可変リミッタを経た前記充電電流目標値と前記バッテリに供給される充電電流実測値との比較結果に応じた前記整流部の出力電圧目標値を生成する電流調整部と、前記整流部の出力電圧目標値に所定の係数を乗じて前記変調率信号の振幅値を生成する振幅値生成部と、を含むことを特徴としている。   The variable output charging device of the present invention converts the three-phase AC power supplied to the input end of the three-phase AC channel into DC power, and connects to the output terminal with a charging voltage or charging current of a magnitude according to the control input. A variable output charging device for charging a battery that is generated, a high-frequency transformer, a control unit that generates a modulation factor signal synchronized with a voltage change of a phase voltage of a three-phase AC power source that generates the three-phase AC power, A carrier signal generation unit that generates a carrier signal having a frequency higher than the frequency of the phase AC power supply, and a timing and a period determined according to the comparison result by comparing the signal levels of the carrier signal and the modulation factor signal. A PWM signal generation unit that generates a PWM signal composed of a pulse train; and an output end of the three-phase AC flow path that is turned on and off in accordance with the PWM signal to both the primary windings of the high-frequency transformer. A frequency converter having a plurality of switches that selectively connect to both ends of the primary winding and apply an AC pulse having a frequency higher than the frequency of the three-phase AC power supply to both ends of the primary winding, and a secondary winding of the high-frequency transformer A rectifying unit that rectifies an AC component generated at both ends to obtain the DC power, and the control unit performs charging according to a comparison result between a charging voltage actual value applied to the battery and a charging voltage target value. A voltage adjusting unit for generating a current target value; a variable limiter for limiting the charge current target value within a variable upper limit value of a magnitude corresponding to the control input; the charge current target value that has passed through the variable limiter; and the battery A current adjusting unit that generates an output voltage target value of the rectifying unit according to a comparison result with an actual charging current value supplied to the output, and the modulation factor signal by multiplying the output voltage target value of the rectifying unit by a predetermined coefficient Amplitude of It is characterized in that it comprises an amplitude value generator for generating a.

本発明の可変出力充電装置によれば、可変リミッタによって充電電流目標値の上限値を制御することにより、充電電圧制御モードと充電電流制御モードの切り替えをシームレスに行うことが可能となる。   According to the variable output charging apparatus of the present invention, it is possible to seamlessly switch between the charging voltage control mode and the charging current control mode by controlling the upper limit value of the charging current target value with the variable limiter.

従来の交直変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional AC / DC converter. 本発明の実施例に係る交直変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the AC / DC converter which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る変調率信号を示す図である。It is a figure which shows the modulation factor signal based on the Example of this invention. (a)〜(f)は、それぞれ本発明の実施例に係るPWM信号パターンを示すタイミングチャートである。(A)-(f) is a timing chart which shows the PWM signal pattern which concerns on the Example of this invention, respectively. 本発明の実施例に係る可変出力充電装置の各部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of each part of the variable output charging device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る可変出力充電装置の動作モードを示す図である。It is a figure which shows the operation mode of the variable output charging device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るPWM信号生成部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the PWM signal generation part which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る短絡パルス生成部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the short circuit pulse generation part which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る短絡パルス生成部の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the short circuit pulse generation part which concerns on the Example of this invention. (a)は、三相交流電源と可変出力充電装置の電気的接続関係を示す模式図である。(b)は、図10(a)に表示された各相電圧、各相電流、線間電圧vrs、線間電流irsの位相関係を示す図である。(A) is a schematic diagram which shows the electrical connection relationship of a three-phase alternating current power supply and a variable output charging device. (B) is a diagram showing the displayed phase voltages in FIG. 10 (a), the phase currents, line voltage v rs, the phase relationship of the line current i rs. 本発明の実施例に係る可変出力充電装置の一次側変換等価回路図である。It is a primary side conversion equivalent circuit diagram of the variable output charging apparatus which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る可変出力充電装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the variable output charging device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る保護機能が付加されたPWM信号生成部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the PWM signal generation part to which the protection function based on the Example of this invention was added. 本発明の実施例に係る保護シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the protection sequence which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る保護シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the protection sequence which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る可変出力充電装置のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a variable output charging apparatus according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings shown below, substantially the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals.

<基本構成>
図2は、本発明の実施例に係るEV用急速充電器を構成する可変出力充電装置1の構成を示すブロック図である。可変出力充電装置1は、三相交流電源Eから供給された三相交流電力を直流電力に変換し、出力端子において例えば0〜400Vの直流電圧を出力する。可変出力充電装置1は、いわゆるSMR(Switch Mode Rectifier)コンバータを基本構成とするものであり、EV用急速充電器の主要部を構成する。
三相交流流路10は、入力端において三相交流電源Eのr相、s相、t相にそれぞれ接続され、各相電圧が可変出力充電装置1に導入される。交流フィルタ12は、三相交流流路10上に設けられた抵抗RAC、リアクトルLAC、キャパシタCACにより構成され、周波数変換部20が発生させる高周波電流成分を除去する。
<Basic configuration>
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the variable output charging device 1 constituting the EV quick charger according to the embodiment of the present invention. The variable output charging device 1 converts the three-phase AC power supplied from the three-phase AC power source E into DC power, and outputs a DC voltage of, for example, 0 to 400 V at the output terminal. The variable output charging device 1 has a so-called SMR (Switch Mode Rectifier) converter as a basic configuration, and constitutes a main part of the EV quick charger.
The three-phase AC channel 10 is connected to the r-phase, s-phase, and t-phase of the three-phase AC power source E at the input end, and each phase voltage is introduced into the variable output charging device 1. The AC filter 12 includes a resistor R AC , a reactor L AC , and a capacitor C AC provided on the three-phase AC channel 10 and removes a high-frequency current component generated by the frequency conversion unit 20.

周波数変換部20は、三相交流電源Eの各相に対応している三相交流流路10の各出力端に接続された正側双方向スイッチSrp、Ssp、Stpと、負側双方向スイッチSrn、Ssn、Stnを有している。双方向スイッチの各々は、互いに直列逆接続された2つの単方向ゲートトリガスイッチ素子(以下単にスイッチ素子と称する)と各スイッチ素子に並列接続された整流素子により構成される。スイッチ素子は例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、整流素子は例えばダイオードである。ダイオードは、アノードがIGBTのエミッタに、カソードがIGBTのコレクタに接続され、スイッチ素子が電流を流さない方向に電流バイパス経路を形成する。 The frequency conversion unit 20 includes a positive bidirectional switch S rp , S sp , S tp connected to each output end of the three-phase AC flow path 10 corresponding to each phase of the three-phase AC power source E, and a negative side Bidirectional switches S rn , S sn , and S tn are included. Each of the bidirectional switches includes two unidirectional gate trigger switch elements (hereinafter simply referred to as switch elements) that are reversely connected in series to each other and rectifier elements that are connected in parallel to the switch elements. The switch element is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and the rectifier element is, for example, a diode. The diode has an anode connected to the IGBT emitter and a cathode connected to the IGBT collector, and forms a current bypass path in a direction in which the switch element does not flow current.

正側および負側双方向スイッチは、それぞれ、PWM信号生成部40より供給される対応するPWM信号rp、rn、sp、sn、tp、tnに応じてオンオフする。三相交流電源Eのr相に接続された三相交流流路10の出力端は、正側双方向スイッチSrpがオン状態となることにより高周波トランス30の正側端子(p側端子)に接続され、負側双方向スイッチSrnがオン状態となることにより高周波トランス30の負側端子(n側端子)に接続される。三相交流電源Eのs相に接続された三相交流流路10の出力端は、正側双方向スイッチSspがオン状態となることにより高周波トランス30の正側端子(p側端子)に接続され、負側双方向スイッチSsnがオン状態となることにより高周波トランス30の負側端子(n側端子)に接続される。三相交流電源Eのt相に接続された三相交流流路10の出力端は、正側双方向スイッチStpがオン状態となることにより高周波トランス30の正側端子(p側端子)に接続され、負側双方向スイッチStnがオン状態となることによりトランス30の負側端子(n側端子)に接続される。周波数変換部20は、各双方向スイッチがPWM信号rp、rn、sp、sn、tp、tnに応じて所定のタイミングで所定の期間に亘ってオンオフすることにより、三相交流電源Eの周波数よりも高い周波数の交流パルスを高周波トランス30の一次巻き線の両端に印加する。 The positive-side and negative-side bidirectional switches are turned on / off according to corresponding PWM signals rp, rn, sp, sn, tp, and tn supplied from the PWM signal generation unit 40, respectively. The output end of the three-phase AC channel 10 connected to the r-phase of the three-phase AC power source E is connected to the positive terminal (p-side terminal) of the high-frequency transformer 30 when the positive bidirectional switch S rp is turned on. When the negative-side bidirectional switch S rn is turned on, the negative-side terminal (n-side terminal) of the high-frequency transformer 30 is connected. The output end of the three-phase AC channel 10 connected to the s phase of the three-phase AC power source E is connected to the positive terminal (p-side terminal) of the high-frequency transformer 30 when the positive bidirectional switch Ssp is turned on. When the negative side bidirectional switch S sn is turned on, the negative side terminal (n side terminal) of the high frequency transformer 30 is connected. The output end of the three-phase AC channel 10 connected to the t-phase of the three-phase AC power source E is connected to the positive terminal (p-side terminal) of the high-frequency transformer 30 when the positive bidirectional switch Stp is turned on. When the negative bidirectional switch Stn is turned on, it is connected to the negative terminal (n terminal) of the transformer 30. The frequency converter 20 turns on and off each bidirectional switch for a predetermined period at a predetermined timing in accordance with the PWM signals rp, rn, sp, sn, tp, and tn, so that the frequency conversion unit 20 uses the frequency of the three-phase AC power supply E. A high frequency AC pulse is applied to both ends of the primary winding of the high frequency transformer 30.

高周波トランス30は、1次側(入力側)と2次側(出力側)を絶縁するとともに、1次側に印加された高周波交流パルスを変圧して2次側に伝達する高周波ACリンク部を構成する。整流部50は、整流ダイオードD1〜D4がブリッジ接続された整流器を含んでおり、高周波トランス30の2次巻き線から出力される交流パルスを直流に変換する。直流フィルタ60は、出力端子の正極側に直列接続されたリアクトルLDCと、出力端子の正極と負極の間に接続されたキャパシタCDCにより構成されるLCローパスフィルタであり、整流部50の出力に含まれるリップル成分を除去する。可変出力充電装置1の出力端子には、EV用のバッテリが接続されて充電が行われる。 The high-frequency transformer 30 includes a high-frequency AC link unit that insulates the primary side (input side) and the secondary side (output side) and transforms a high-frequency AC pulse applied to the primary side and transmits it to the secondary side. Configure. The rectifier 50 includes a rectifier in which rectifier diodes D1 to D4 are bridge-connected, and converts an AC pulse output from the secondary winding of the high-frequency transformer 30 into a DC. DC filter 60 includes a reactor L DC connected in series to the positive side of the output terminal, a LC low-pass filter constituted by a capacitor connected C DC between the positive electrode and the negative electrode output terminal, the output of the rectifier unit 50 The ripple component contained in is removed. An EV battery is connected to the output terminal of the variable output charging device 1 for charging.

制御部70は、各種センサにて検出される可変出力充電装置1の出力電圧(充電電圧)v、出力電流(充電電流)iおよび三相交流電源Eの線間電圧の位相角ωtに基づいて、正弦波状のPWM指令信号(PWM変調率ともいう)αrs 、αst 、αtr を生成し、これをPWM信号生成部40に供給する。制御部70は、PWM指令信号αrs 、αst 、αtr の振幅制御を行うことにより、出力電圧(充電電圧)vおよび出力電流(充電電流)iを制御する。 The control unit 70 sets the output voltage (charging voltage) v o of the variable output charging device 1 detected by various sensors, the output current (charging current) i o, and the phase angle ωt of the line voltage of the three-phase AC power source E. Based on this, a sinusoidal PWM command signal (also referred to as a PWM modulation factor) α rs * , α st * , α tr * is generated and supplied to the PWM signal generation unit 40. The controller 70 controls the output voltage (charging voltage) v o and the output current (charging current) i o by performing amplitude control of the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * .

PWM信号生成部40はPWM指令信号(変調率信号)αrs 、αst 、αtr に基づいてPWM信号rp、rn、sp、sn、tp、tnを生成する。PWM信号生成部40は、キャリア信号生成部41(図7参照)において生成される三相交流電源Eの周波数よりも十分に高い周波数(例えば15KHz)のキャリア信号Carの信号レベルとPWM指令信号αrs 、αst 、αtr の信号レベルを比較して、比較結果に応じて定まるタイミングおよび期間において生成したパルス列をPWM信号rp、rn、sp、sn、tp、tnとして出力する。PWM信号rp、sp、tpは、それぞれ正側双方向スイッチ駆動パルスを含み、対応する正側双方向スイッチSrp、Ssp、Stpに供給される。PWM信号rn、sn、tnは、それぞれ負側双方向スイッチ駆動パルスを含み、それぞれ対応する負側双方向スイッチSrn、Ssn、Stnに供給される。 The PWM signal generator 40 generates PWM signals rp, rn, sp, sn, tp, tn based on the PWM command signals (modulation rate signals) α rs * , α st * , α tr * . The PWM signal generator 40 generates a signal level of the carrier signal Car having a frequency (for example, 15 KHz) sufficiently higher than the frequency of the three-phase AC power supply E generated by the carrier signal generator 41 (see FIG. 7) and the PWM command signal α. The signal levels of rs * , α st * , α tr * are compared, and a pulse train generated at a timing and a period determined according to the comparison result is output as a PWM signal rp, rn, sp, sn, tp, tn. The PWM signals rp, sp, and tp each include a positive-side bidirectional switch drive pulse, and are supplied to the corresponding positive-side bidirectional switches S rp , S sp , and S tp . The PWM signals rn, sn, and tn each include a negative-side bidirectional switch drive pulse, and are respectively supplied to the corresponding negative-side bidirectional switches S rn , S sn , and Stn .

PWM信号生成部40は、短絡パルス生成部90においてPWM制御周期内の所定のタイミングで生成される短絡パルスr0、s0、t0に応じて同一の三相交流流路10に接続された一対の正側および負側双方向スイッチを同時にオン状態とすべく正側および負側スイッチ駆動パルスを生成する。すなわち、短絡パルスに応じて一対の正側および負側双方向スイッチを同時にオン状態となることにより高周波トランスの一次巻き線の両端が短絡される。   The PWM signal generation unit 40 includes a pair of positive signals connected to the same three-phase AC channel 10 according to the short-circuit pulses r0, s0, and t0 generated at a predetermined timing within the PWM control cycle in the short-circuit pulse generation unit 90. Positive and negative side switch drive pulses are generated to simultaneously turn on the side and negative side bidirectional switches. That is, both ends of the primary winding of the high-frequency transformer are short-circuited by simultaneously turning on the pair of positive-side and negative-side bidirectional switches according to the short-circuit pulse.

キャリア信号Carは、一定の時間変化率で信号レベルが変化する変化区間を一定周期に含む振幅1のパルス列により構成される。キャリア信号Carはいわゆる鋸歯状波の形態を有するものが好ましい。制御部70およびPWM信号生成部40は、例えばマイクロコンピュータやFPGA(Field Programmable Gate Array)またはこれらの組み合わせにより構成される。   The carrier signal Car is constituted by a pulse train having an amplitude of 1 that includes a change interval in which the signal level changes at a constant time change rate in a constant cycle. The carrier signal Car preferably has a so-called sawtooth waveform. The control unit 70 and the PWM signal generation unit 40 are configured by, for example, a microcomputer, an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof.

図3は、制御部70において生成され、PWM信号生成部40に供給されるPWM指令信号αrs 、αst 、αtr の波形を示す図である。PWM指令信号αrs 、αst 、αtr は、それぞれ、三相交流電源Eの線間電圧vrsに対して所定の位相関係を有し且つ電源周波数と同一の周波数を有する正弦波である。すなわち、PWM指令信号αrs 、αst 、αtr は三相交流電源Eの各相電圧および線間電圧の電圧変化に同期している。 FIG. 3 is a diagram illustrating waveforms of the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * generated by the control unit 70 and supplied to the PWM signal generating unit 40. The PWM command signals α rs * , α st * , and α tr * each have a predetermined phase relationship with respect to the line voltage v rs of the three-phase AC power supply E and have a sine wave having the same frequency as the power supply frequency. It is. That is, the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * are synchronized with voltage changes of the respective phase voltages and line voltages of the three-phase AC power supply E.

<PWM信号パターン>
PWM信号生成部40が生成するPWM信号について説明する。図3に示すように、電源基本波の1周期に対応するPWM指令信号αrs 、αst 、αtr の1周期は、PWM指令信号相互間の信号レベルの大小関係に応じて6つの期間に分割することができる。PWM信号生成部40は、上記6つの期間においてそれぞれ異なるパターンのPWM信号を生成する。図4(a)〜(f)は、上記6つの期間のそれぞれにおけるPWM信号パターンを示したものである。
<PWM signal pattern>
The PWM signal generated by the PWM signal generation unit 40 will be described. As shown in FIG. 3, one cycle of the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * corresponding to one cycle of the power source fundamental wave is 6 depending on the magnitude relationship of the signal levels between the PWM command signals. Can be divided into two periods. The PWM signal generator 40 generates PWM signals having different patterns in the six periods. 4A to 4F show PWM signal patterns in each of the six periods.

PWMの1周期は、トグル信号生成部42(図7参照)から出力される方形波状のトグル信号Tの1周期と一致している。トグル信号Tは、その信号レベルによってPWM制御周期を前半期間(第1期間)と後半期間(第2期間)に分割する。すなわち、トグル信号Tがハイレベルを呈する期間が前半期間、ローレベルを呈する期間が後半期間である。 キャリア信号Carは、トグル信号Tに同期しており、鋸歯状パルスのパルス幅はPWM制御周期の前半期間および後半期間の時間幅と一致している。   One period of the PWM coincides with one period of the square-wave toggle signal T output from the toggle signal generation unit 42 (see FIG. 7). The toggle signal T divides the PWM control period into a first half period (first period) and a second half period (second period) according to the signal level. That is, the period in which the toggle signal T exhibits a high level is the first half period, and the period in which the toggle signal T exhibits a low level is the second half period. The carrier signal Car is synchronized with the toggle signal T, and the pulse width of the sawtooth pulse coincides with the time width of the first half period and the second half period of the PWM control cycle.

図3に示すPWM指令信号の1周期内における第1の期間においては、PWM指令信号のうち、αrs のレベルが最も大きく、αst のレベルが最も小さく、αtr のレベルが他の2つの中間となる。第1の期間においてPWM信号生成部40は、以下に示すパターンのPWM信号を生成する(図4(a)参照)。 In the first period within one cycle of the PWM command signal shown in FIG. 3, among the PWM command signals, the level of α rs * is the largest, the level of α st * is the smallest, and the level of α tr * is the other level. Between the two. In the first period, the PWM signal generation unit 40 generates a PWM signal having the following pattern (see FIG. 4A).

PWM制御周期の前半期間において、PWM信号rpは、継続してハイレベルを呈する。PWM信号snは、キャリア信号Carのレベルがαst のレベルに達してからαtr のレベルに達するまでの期間に亘ってハイレベルを呈する。PWM信号tnはキャリア信号のレベルがαtr のレベルに達してからαrs のレベルに達するまでの期間に亘ってハイレベルを呈する。 In the first half period of the PWM control cycle, the PWM signal rp continuously exhibits a high level. The PWM signal sn exhibits a high level over a period from when the level of the carrier signal Car reaches the level of α st * until it reaches the level of α tr * . The PWM signal tn exhibits a high level over a period from when the level of the carrier signal reaches the level of α tr * until it reaches the level of α rs * .

PWM制御周期の後半期間において、PWM信号rnは、継続してハイレベルを呈する。PWM信号spはキャリア信号のレベルがαst のレベルに達してからαtr のレベルに達するまでの期間に亘ってハイレベルを呈する。PWM制御周期の後半期間において、PWM信号tpはキャリア信号のレベルがαtr のレベルに達してからαrs のレベルに達するまでの期間に亘ってハイレベルを呈する。 In the latter half of the PWM control cycle, the PWM signal rn continuously exhibits a high level. The PWM signal sp exhibits a high level over a period from when the level of the carrier signal reaches the level of α st * until it reaches the level of α tr * . In the latter half of the PWM control cycle, the PWM signal tp exhibits a high level over a period from when the carrier signal level reaches the α tr * level until it reaches the α rs * level.

PWM制御周期の前半期間から後半期間に移行する前後期間(すなわち、前半期間に生成されるキャリア信号Carのレベルがαrs のレベルに達してから、後半期間に生成されるキャリア信号のレベルがαst のレベルに達するまでの期間)およびPWM制御周期の後半期間から次の制御周期の前半期間に移行する前後期間(すなわち、後半期間に生成されるキャリア信号Carのレベルがαrs のレベルを達してから、次の制御周期の前半期間に生成されるキャリア信号のレベルがαst のレベルに達するまでの期間)においてPWM信号rpとPWM信号rnは共に短絡パルスr0に応じてハイレベルを呈する。 Before and after the transition from the first half period of the PWM control cycle to the second half period (that is, after the level of the carrier signal Car generated in the first half period reaches the level of α rs * , the level of the carrier signal generated in the second half period is the period until the level of α st * is reached) and the period before and after transition from the latter half of the PWM control cycle to the first half of the next control cycle (that is, the level of the carrier signal Car generated in the second half is α rs * The PWM signal rp and the PWM signal rn are both high in response to the short-circuit pulse r0 in the period from when the level is reached until the level of the carrier signal generated in the first half of the next control cycle reaches the α st * level). Presents a level.

すなわち、PWM信号生成部40は、第1の期間において、キャリア信号Carの1変化区間に対応する前半期間に亘って正側双方向スイッチSrpを駆動する正側スイッチ駆動パルスを生成し、これをPWM信号rpとして出力するとともに、前半期間内において負側双方向スイッチSrn、Ssn、Stnをそれぞれ駆動する負側スイッチ駆動パルスを互いに異なる時間帯において順次生成し、これをそれぞれPWM信号rn、sn、tnとして出力する。一方、PWM信号生成部40は、後半期間に亘って負側双方向スイッチSrnを駆動する負側スイッチ駆動パルスを生成し、これをPWM信号rnとして出力するとともに、前半期間における負側双方向スイッチSrn、Ssn、Stnの駆動順序と同一の順序でこれらと対になる正側双方向スイッチSrp、Ssp、Stpのそれぞれを駆動する正側スイッチ駆動パルスを生成し、これをそれぞれPWM信号rp、sp、tpとして出力する。 That is, in the first period, the PWM signal generation unit 40 generates a positive switch drive pulse that drives the positive bidirectional switch S rp over the first half period corresponding to one change interval of the carrier signal Car. and outputting the results as a PWM signal rp and negative bidirectional switch S rn within the first half period, S sn, sequentially produced in different time zones negative side switch driving pulses for driving the S tn, respectively, which each PWM signal Output as rn, sn, tn. On the other hand, the PWM signal generation unit 40 generates a negative switch driving pulse for driving the negative bidirectional switch S rn over the latter half period, and outputs this as a PWM signal rn. A positive-side switch drive pulse for driving each of the positive-side bidirectional switches S rp , S sp , S tp paired with the switches S rn , S sn , S tn in the same order as that of the switches S rn , S sn , S tn is generated, Are output as PWM signals rp, sp, and tp, respectively.

このように、PWM信号は、キャリア信号CarとPWM指令信号αrs 、αst 、αtr の比較結果に応じて定まるタイミングおよび期間に生成される正側スイッチ駆動パルスと負側スイッチ駆動パルスで構成される。 As described above, the PWM signal is generated by the positive side switch drive pulse and the negative side switch drive pulse generated at the timing and period determined according to the comparison result of the carrier signal Car and the PWM command signals α rs * , α st * , α tr *. Composed of pulses.

<動作モード>
図5に上記第1の期間における可変出力充電装置1の各部の波形を示し、図6に上記第1の期間におけるPWM信号パターンに応じた動作モードを示す。以下に第1の期間における動作モードA〜Hについて図5および図6を参照しつつ説明する。
<Operation mode>
FIG. 5 shows a waveform of each part of the variable output charging device 1 in the first period, and FIG. 6 shows an operation mode corresponding to the PWM signal pattern in the first period. Hereinafter, operation modes A to H in the first period will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

(モードA)
PWM制御周期の開始直後と終了直前の所定期間、すなわちPWM制御周期の始まりから前半期間に生成されるキャリア信号Carの信号レベルがαst のレベルに達するまでの期間と、後半期間に生成されるキャリア信号Carの信号レベルがαrs のレベルを超えてからPWM制御周期の終了までの期間において、三相交流流路10を介してr相に接続される正側双方向スイッチSrpおよび負側双方向スイッチSrnは、短絡パルスr0に応じてオン状態となる。これにより、正側双方向スイッチSrp、高周波トランス30、負側双方向スイッチSrnを経由するループが形成され、高周波トランス30の両端が短絡される。上記ループには一次側電流ipnとして励磁電流が流れる。二次側においては出力電流iが継続して流れる。
(Mode A)
It is generated in a predetermined period immediately after the start and end of the PWM control cycle, that is, a period until the signal level of the carrier signal Car generated in the first half period from the start of the PWM control period reaches the level of α st * , and in the second half period. A positive bidirectional switch S rp connected to the r-phase via the three-phase AC channel 10 during the period from when the signal level of the carrier signal Car exceeds the level of α rs * to the end of the PWM control cycle; The negative bidirectional switch S rn is turned on in response to the short circuit pulse r0. As a result, a loop passing through the positive-side bidirectional switch S rp , the high-frequency transformer 30, and the negative-side bidirectional switch S rn is formed, and both ends of the high-frequency transformer 30 are short-circuited. An excitation current flows through the loop as the primary current i pn . On the secondary side, the output current i o continues to flow.

(モードB)
三相交流流路10を介してr相に接続される正側双方向スイッチSrpは、PWM信号rpに応じてPWM制御周期の前半期間(モードAからモードEまで)に亘ってオン状態を継続させる。r相に接続される負側双方向スイッチSrnがPWM信号rnに応じてオフ状態となる一方、s相に接続される負側双方向スイッチSsnがPWM信号snに応じてオン状態となる。これにより、電源r相、正側双方向スイッチSrp、高周波トランス30、負側双方向スイッチSsn、電源s相を経由するループが形成され、一次側電流ipnの転流が生じる。高周波トランス30の両端には、三相交流電源Eの線間電圧vrsが印加され、高周波トランス30の正側(p側)端子から負側(n側)端子に向かう正方向の一次側電流ipnが流れる。これにより、高周波トランス30の二次巻き線に二次側電流が誘導される。二次側電流は整流部50により整流されて出力電流iが流れる。
(Mode B)
The positive bidirectional switch S rp connected to the r phase via the three-phase alternating current flow path 10 is turned on over the first half period (from mode A to mode E) of the PWM control cycle according to the PWM signal rp. Let it continue. The negative bidirectional switch S rn connected to the r phase is turned off in response to the PWM signal rn, while the negative bidirectional switch S sn connected to the s phase is turned on in response to the PWM signal sn. . As a result, a loop is formed through the power source r-phase, positive-side bidirectional switch S rp , high-frequency transformer 30, negative-side bidirectional switch S sn , and power source s-phase, and commutation of the primary current i pn occurs. The line voltage v rs of the three-phase AC power supply E is applied to both ends of the high-frequency transformer 30, and the primary current in the positive direction from the positive side (p side) terminal to the negative side (n side) terminal of the high frequency transformer 30. i pn flows. As a result, a secondary current is induced in the secondary winding of the high-frequency transformer 30. The secondary current is rectified by the rectifying unit 50 and the output current i o flows.

(モードC)
s相に接続される負側双方向スイッチSsnがPWM信号snに応じてオフ状態となる一方、t相に接続される負側双方向スイッチStnがPWM信号tnに応じてオン状態となる。これにより、電源r相、正側双方向スイッチSrp、高周波トランス30、負側双方向スイッチStn、電源t相を経由するループが形成され、一次側電流ipnの転流が生じる。高周波トランス30の両端には、三相交流電源Eの線間電圧vtrが印加され、高周波トランス30の正側(p側)端子から負側(n側)端子に向かう正方向の一次側電流ipnが流れる。これにより、高周波トランス30の二次巻き線に二次側電流が誘導される。二次側電流は整流部50により整流されて出力電流iが流れる。
(Mode C)
The negative bidirectional switch S sn connected to the s phase is turned off in response to the PWM signal sn, while the negative bidirectional switch S tn connected to the t phase is turned on in response to the PWM signal tn. . As a result, a loop is formed through the power source r phase, the positive side bidirectional switch S rp , the high frequency transformer 30, the negative side bidirectional switch S tn , and the power source t phase, and commutation of the primary side current i pn occurs. The line voltage v tr of the three-phase AC power source E is applied to both ends of the high-frequency transformer 30, and the primary current in the positive direction from the positive side (p side) terminal to the negative side (n side) terminal of the high frequency transformer 30. i pn flows. As a result, a secondary current is induced in the secondary winding of the high-frequency transformer 30. The secondary current is rectified by the rectifying unit 50 and the output current i o flows.

(モードD、E)
t相に接続される負側双方向スイッチStnがPWM信号tnに応じてオフ状態となる一方、r相に接続される正側双方向スイッチSrpおよび負側双方向スイッチSrnが短絡パルスr0に応じてオン状態となる。これにより、正側双方向スイッチSrp、高周波トランス30、負側双方向スイッチSrnを経由するループが形成され、高周波トランス30の両端が短絡される。上記ループには一次側電流ipnとして励磁電流が流れる。二次側においては出力電流iが継続して流れる。
(Mode D, E)
The negative bidirectional switch S tn connected to the t phase is turned off in response to the PWM signal tn, while the positive bidirectional switch S rp and the negative bidirectional switch S rn connected to the r phase are short-circuit pulses. It is turned on in response to r0. As a result, a loop passing through the positive-side bidirectional switch S rp , the high-frequency transformer 30, and the negative-side bidirectional switch S rn is formed, and both ends of the high-frequency transformer 30 are short-circuited. An excitation current flows through the loop as the primary current i pn . On the secondary side, the output current i o continues to flow.

(モードF)
r相に接続される負側双方向スイッチSrnがPWM信号rnに応じてPWM制御周期の後半期間(モードEからモードHまで)に亘ってオン状態を継続させる。正側双方向スイッチSrpがPWM信号rpに応じてオフ状態となる一方、s相に接続される正側双方向スイッチSspがPWM信号spに応じてオン状態となる。これにより、電源r相、負側双方向スイッチSrn、高周波トランス30、正側双方向スイッチSsp、電源s相を経由するループが形成され、一次側電流ipnの転流が生じる。高周波トランス30の両端には、三相交流電源Eの線間電圧vrsが逆方向に印加され、高周波トランス30の負側(n側)端子から正側(p側)端子に向かう負方向の一次側電流ipnが流れる。これにより、高周波トランス30の二次巻き線に二次側電流が誘導される。二次側電流は、整流部50により整流されて出力電流iが流れる。
(Mode F)
The negative bidirectional switch S rn connected to the r phase is kept on for the second half of the PWM control cycle (from mode E to mode H) in accordance with the PWM signal rn. The positive bidirectional switch S rp is turned off in response to the PWM signal rp, while the positive bidirectional switch S sp connected to the s phase is turned on in response to the PWM signal sp. As a result, a loop is formed through the power supply r-phase, negative-side bidirectional switch S rn , high-frequency transformer 30, positive-side bidirectional switch S sp , and power supply s-phase, and commutation of the primary current i pn occurs. A line voltage v rs of the three-phase AC power source E is applied to both ends of the high-frequency transformer 30 in the reverse direction, and the negative-direction (n-side) terminal of the high-frequency transformer 30 is directed toward the positive (p-side) terminal. A primary current i pn flows. As a result, a secondary current is induced in the secondary winding of the high-frequency transformer 30. The secondary side current is rectified by the rectifying unit 50 and the output current i o flows.

(モードG)
s相に接続される正側双方向スイッチSspがPWM信号spに応じてオフ状態となる一方、t相に接続される正側スイッチStpがPWM信号tpに応じてオン状態となる。これにより、電源r相、負側双方向スイッチSrn、高周波トランス30、正側双方向スイッチStp、電源t相を経由するループが形成され、一次側電流ipnの転流が生じる。高周波トランス30の両端には、三相交流電源Eの線間電圧vtrが逆方向に印加され、高周波トランス30の負側(n側)端子から正側(p側)端子に向かう負方向の一次側電流ipnが流れる。これにより、高周波トランス30の二次巻き線に二次側電流が誘導される。二次側電流は、整流部50により整流されて出力電流iが流れる。
(Mode G)
The positive-side bidirectional switch Ssp connected to the s-phase is turned off in response to the PWM signal sp, while the positive-side switch Stp connected to the t-phase is turned on in response to the PWM signal tp. As a result, a loop is formed through the power supply r phase, the negative bidirectional switch S rn , the high frequency transformer 30, the positive bidirectional switch S tp , and the power supply t phase, and commutation of the primary current i pn occurs. A line voltage v tr of the three-phase AC power source E is applied to both ends of the high-frequency transformer 30 in the reverse direction, and the negative-direction (n-side) terminal of the high-frequency transformer 30 is directed toward the positive (p-side) terminal. A primary current i pn flows. As a result, a secondary current is induced in the secondary winding of the high-frequency transformer 30. The secondary side current is rectified by the rectifying unit 50 and the output current i o flows.

(モードH)
動作モードHは、上記した動作モードAと同様である。動作モードHの終了後、動作モードAに戻る。図3および図4(a)に示す期間1においては上記した動作モードA〜Hが繰り返される。
(Mode H)
The operation mode H is the same as the operation mode A described above. After the operation mode H ends, the operation mode A is restored. In the period 1 shown in FIGS. 3 and 4A, the above-described operation modes A to H are repeated.

このように、PWM指令信号の1周期内における第1の期間においては、r相が基準相とされ、r相を経由する電流ループを形成しつつ一次側電流ipnがs相からt相に転流するように双方向スイッチが駆動される。また、共通の三相交流流路10の出力端に接続された一対の正側双方向スイッチと負側双方向スイッチがPWM制御周期の前半期間と後半期間で入れ替わるように駆動され且つ一対の正側および負側双方向スイッチは、前半期間と後半期間で駆動順序が一致するように駆動される。これにより、高周波トランス30の両端に対称性の良好な正方向と負方向の電圧パルスが交互に印加される。ここで、高周波トランス30に印加される正方向と負方向の電圧パルスの対称性が崩れると、直流偏磁が生じて磁気飽和が生じやすくなり問題となる。本実施例に係るPWM信号パターンによれば、高周波トランス30に印加される正方向と負方向の電圧パルスの対称性が極めて良好となり、一次側電流ipnにおいて正方向に流れる電流量と負方向に流れる電流量の総量を均一とすることが可能となる。すなわち、一次側電流ipnの対称性をも良好とすることが可能となり、直流偏磁の発生が防止される。また、これによって高周波トランス30の二次側に生ずる二次側電流の高調波成分を減少させることができ、リアクトルLDCの小型化を図ることが可能となる。 As described above, in the first period within one cycle of the PWM command signal, the r phase is set as the reference phase, and the primary current i pn is changed from the s phase to the t phase while forming a current loop passing through the r phase. A bidirectional switch is driven to commutate. Further, the pair of positive side bidirectional switches and negative side bidirectional switches connected to the output end of the common three-phase AC flow path 10 are driven so as to be switched in the first half period and the second half period of the PWM control cycle, and a pair of positive side bidirectional switches. The side and negative side bidirectional switches are driven so that the driving order is the same in the first half period and the second half period. Thereby, positive and negative voltage pulses with good symmetry are alternately applied to both ends of the high-frequency transformer 30. Here, if the symmetry of the positive and negative voltage pulses applied to the high-frequency transformer 30 is lost, a DC bias is generated and magnetic saturation is likely to occur. According to the PWM signal pattern according to the present embodiment, the symmetry of the positive and negative voltage pulses applied to the high-frequency transformer 30 is extremely good, and the amount of current flowing in the positive direction and the negative direction in the primary side current i pn . It is possible to make the total amount of current flowing through the current uniform. That is, it is possible to improve the symmetry of the primary current i pn and to prevent the occurrence of DC bias. This also can reduce the harmonic components of the secondary-side current generated in the secondary side of the high-frequency transformer 30, it is possible to reduce the size of the reactor L DC.

また、本実施例に係るPWM信号パターンによれば、高周波トランス30の一次巻き線に対する正電圧パルスの印加期間と負電圧パルスの印加期間の間の期間に短絡パルスが生成され、これに応じて共通の三相交流流路10に接続された正側および負側双方向スイッチが同時にオン状態となる。これにより、上記期間に高周波トランス30の両端を短絡し、短絡ループ上に励磁電流を流して一次側電流ipnの連続性を確保しつつ高周波トランス30の両端に印加する電圧がゼロとなる期間を生成している。第1の期間においては、r相が基準相とされ、r相を経由する電流ループが形成される。故に、前半期間又は後半期間においてr相に接続された正側双方向スイッチSrp又は負側双方向スイッチSrnのいずれかを常にオン状態とすることができる。従って、第1の期間においては、r相に接続された正側双方向スイッチSrpおよび負側双方向スイッチSrnを同時にオン状態とするべく短絡パルスr0を生成することにより、効率的なスイッチング動作を実現しながらPWM制御周期内に高周波トランス30の短絡期間を設けることが可能となる。 Further, according to the PWM signal pattern according to the present embodiment, a short-circuit pulse is generated in a period between the application period of the positive voltage pulse and the application period of the negative voltage pulse with respect to the primary winding of the high-frequency transformer 30, and accordingly The positive side and negative side bidirectional switches connected to the common three-phase AC channel 10 are simultaneously turned on. As a result, both ends of the high-frequency transformer 30 are short-circuited during the above period, and a voltage applied to both ends of the high-frequency transformer 30 is zero while ensuring the continuity of the primary current i pn by flowing an exciting current on the short-circuited loop. Is generated. In the first period, the r phase is set as a reference phase, and a current loop passing through the r phase is formed. Therefore, either the positive-side bidirectional switch S rp or the negative-side bidirectional switch S rn connected to the r-phase in the first half period or the second half period can be always turned on. Thus, in the first period, by generating a short pulse r0 so as to obtain simultaneously ON state is connected to the r-phase positive side bidirectional switch S rp and negative bidirectional switch S rn, efficient switching It is possible to provide a short-circuit period of the high-frequency transformer 30 within the PWM control period while realizing the operation.

図3に示すPWM指令信号の1周期内における第2の期間においては、PWM指令信号のうち、αrs のレベルが最も大きく、αtr のレベルが最も小さく、αst のレベルが他の2つの中間となる。図4(b)に示すように、PWM信号生成部40は、第2の期間において、キャリア信号Carの1変化区間に対応する前半期間に亘って負側双方向スイッチStnを駆動する負側スイッチ駆動パルスを生成し、これをPWM信号tnとして出力するとともに、前半期間内において正側双方向スイッチStp、Ssp、Srpをそれぞれ駆動する負側スイッチ駆動パルスを互いに異なる時間帯において順次生成し、これをそれぞれPWM信号tp、rp、spとして出力する。一方、PWM信号生成部40は、後半期間に亘って正側双方向スイッチStpを駆動する正側スイッチ駆動パルスを生成し、これをPWM信号tpとして出力するとともに、前半期間における正側双方向スイッチStp、Ssp、Srpの駆動順序と同一の順序でこれらと対をなす負側双方向スイッチStn、Ssn、Srnのそれぞれを駆動する負側スイッチ駆動パルスを生成し、これをそれぞれPWM信号tn、sn、rnとして出力する。第2の期間においてはt相が基準相とされ、t相を経由する電流ループを形成しつつ一次側電流ipnがs相からr相に転流するように双方向スイッチが駆動される。また、共通の三相交流流路10の出力端に接続された正側双方向スイッチと負側双方向スイッチがPWM制御周期の前半期間と後半期間で入れ替わるように駆動され且つ一対の正側および負側双方向スイッチは、前半期間と後半期間で駆動順序が一致するように駆動される。これにより、高周波トランス30の両端に対称性の良好な正方向と負方向の電圧パルスが交互に印加される。また、上述した第1の期間の場合と同様、高周波トランス30の一次巻き線に対する正電圧パルスの印加期間と負電圧パルスの印加期間の間の期間に短絡パルスを生成し、短絡パルスに基づいて一対の正側および負側双方向スイッチを同時オンさせることにより、高周波トランス30の両端を短絡し、短絡ループ上に励磁電流を流して一次側電流ipnの連続性を確保しつつ高周波トランス30の両端に印加する電圧がゼロとなる期間を生成している。第2の期間においては、t相が基準相とされ、t相を経由する電流ループが形成される。故に、前半期間又は後半期間においてt相に接続された正側双方向スイッチStp又は負側双方向スイッチStnのいずれかを常にオン状態とすることができる。従って、第2の期間においては、正側双方向スイッチStpおよび負側双方向スイッチStnを同時にオン状態とするべく短絡パルスt0を生成することにより、効率的なスイッチング動作を実現しながらPWM制御周期内に高周波トランス30の短絡期間を設けることが可能となる。 In the second period within one cycle of the PWM command signal shown in FIG. 3, among the PWM command signals, the level of α rs * is the largest, the level of α tr * is the smallest, and the level of α st * is the other level. Between the two. As shown in FIG. 4B, the PWM signal generation unit 40 drives the negative bidirectional switch Stn for the first half period corresponding to one change period of the carrier signal Car in the second period. A switch drive pulse is generated and output as a PWM signal tn, and negative switch drive pulses for driving the positive bidirectional switches S tp , S sp , S rp in the first half period are sequentially generated in different time zones. These are output as PWM signals tp, rp, and sp, respectively. On the other hand, the PWM signal generation unit 40 generates a positive-side switch drive pulse for driving the positive-side bidirectional switch Stp over the latter half period, and outputs this as a PWM signal tp, and the positive-side bidirectional pulse in the first half period. A negative switch driving pulse for driving each of the negative bidirectional switches S tn , S sn , S rn paired with the switches S tp , S sp , S rp in the same order as the driving order of the switches S tp , S sp , S rp , Are output as PWM signals tn, sn, and rn, respectively. In the second period, the t-phase is the reference phase, and the bidirectional switch is driven so that the primary current i pn is commutated from the s-phase to the r-phase while forming a current loop passing through the t-phase. Further, the positive bidirectional switch and the negative bidirectional switch connected to the output end of the common three-phase AC channel 10 are driven so as to be switched in the first half period and the second half period of the PWM control cycle, and a pair of positive side and The negative-side bidirectional switch is driven so that the driving order matches in the first half period and the second half period. Thereby, positive and negative voltage pulses with good symmetry are alternately applied to both ends of the high-frequency transformer 30. Similarly to the case of the first period described above, a short-circuit pulse is generated in a period between the application period of the positive voltage pulse and the application period of the negative voltage pulse with respect to the primary winding of the high-frequency transformer 30, and based on the short-circuit pulse. By simultaneously turning on the pair of positive-side and negative-side bidirectional switches, both ends of the high-frequency transformer 30 are short-circuited, and an excitation current is passed on the short-circuited loop to ensure continuity of the primary-side current i pn while ensuring the continuity of the primary-side current i pn. A period in which the voltage applied to both ends of the circuit is zero is generated. In the second period, the t phase is set as the reference phase, and a current loop passing through the t phase is formed. Therefore, either the positive-side bidirectional switch S tp or the negative-side bidirectional switch S tn connected to the t-phase in the first half period or the second half period can be always turned on. Therefore, in the second period, PWM is generated while realizing an efficient switching operation by generating a short-circuit pulse t0 to simultaneously turn on the positive bidirectional switch Stp and the negative bidirectional switch Stn. It is possible to provide a short-circuit period for the high-frequency transformer 30 within the control cycle.

図3に示すPWM指令信号の1周期内における第3の期間においては、電源の線間電圧の電圧変化に同期したPWM指令信号のうち、αst のレベルが最も大きく、αtr のレベルが最も小さく、αrs のレベルが他の2つの中間となる。図4(c)に示すように、PWM信号生成部40は、第3の期間において、キャリア信号Carの1変化区間に対応する前半期間に亘って正側双方向スイッチSspを駆動する正側スイッチ駆動パルスを生成し、これをPWM信号spとして出力するとともに、前半期間内において負側双方向スイッチSsn、Stn、Srnをそれぞれ駆動する負側スイッチ駆動パルスを互いに異なる時間帯において順次生成し、これをそれぞれPWM信号sn、tn、rnとして出力する。一方、PWM信号生成部40は、後半期間に亘って、負側双方向スイッチSsnを駆動する負側スイッチ駆動パルスを生成し、これをPWM信号snとして出力するとともに、後半期間において前半期間における負側双方向スイッチSsn、Stn、Srnの駆動順序と同一の順序でこれらと対をなす正側双方向スイッチSsp、Stp、Srpのそれぞれを駆動する正側スイッチ駆動パルスを生成し、これをそれぞれPWM信号sp、tp、rpとして出力する。第3の期間においてはs相が基準相とされ、s相を経由する電流ループを形成しつつ一次側電流ipnがt相からr相に転流するように双方向スイッチが駆動される。また、共通の三相交流流路10の出力端に接続された正側双方向スイッチと負側双方向スイッチがPWM制御周期の前半期間と後半期間で入れ替わるように駆動され、且つ一対の正側および負側双方向スイッチは、前半期間と後半期間で駆動順序が一致するように駆動される。これにより、高周波トランス30の両端に対称性の良好な正方向と負方向の電圧パルスが交互に印加される。また、上述した第1の期間の場合と同様、高周波トランス30の一次巻き線に対する正電圧パルスの印加期間と負電圧パルスの印加期間の間の期間に短絡パルスを生成し、短絡パルスに基づいて一対の正側および負側双方向スイッチを同時オンさせることにより、高周波トランス30の両端を短絡し、短絡ループ上に励磁電流を流して一次側電流ipnの連続性を確保しつつ高周波トランス30の両端に印加する電圧がゼロとなる期間を生成している。第3の期間においては、s相が基準相とされ、s相を経由する電流ループが形成される。故に、前半期間又は後半期間においてs相に接続された正側双方向スイッチStp又は負側双方向スイッチStnのいずれかを常にオン状態とすることができる。従って、第3の期間においては正側双方向スイッチSspおよび負側双方向スイッチSsnを同時にオン状態とするべく短絡パルスs0を生成することにより、効率的なスイッチング動作を実現しながらPWM周期内に高周波トランス30の短絡期間を設けることが可能となる。 In the third period in one cycle of the PWM command signal shown in FIG. 3, among the PWM command signals synchronized with the voltage change of the line voltage of the power supply, the level of α st * is the largest, and the level of α tr * Is the smallest, and the level of α rs * is in the middle of the other two. As shown in FIG. 4 (c), PWM signal generating unit 40, in the third period, the positive side over the first half period corresponding to one variation period of the carrier signal Car drive the positive side bidirectional switch S sp A switch drive pulse is generated and output as a PWM signal sp, and negative switch drive pulses for driving the negative bidirectional switches S sn , S tn , and S rn in the first half period are sequentially generated in different time zones. These are output as PWM signals sn, tn, and rn, respectively. On the other hand, the PWM signal generation unit 40 generates a negative side switch drive pulse for driving the negative side bidirectional switch S sn over the latter half period, and outputs this as a PWM signal sn. The positive-side switch drive pulse for driving each of the positive-side bidirectional switches S sp , S tp , S rp paired with the negative-side bidirectional switches S sn , S tn , S rn in the same order as that of the negative-side bidirectional switches S sn , S tn , S rn These are output as PWM signals sp, tp, and rp, respectively. In the third period, the s phase is the reference phase, and the bidirectional switch is driven so that the primary current i pn is commutated from the t phase to the r phase while forming a current loop passing through the s phase. Further, the positive bidirectional switch and the negative bidirectional switch connected to the output end of the common three-phase AC channel 10 are driven so as to be switched in the first half period and the second half period of the PWM control cycle, and a pair of positive sides The negative bidirectional switch is driven so that the driving order is the same in the first half period and the second half period. Thereby, positive and negative voltage pulses with good symmetry are alternately applied to both ends of the high-frequency transformer 30. Similarly to the case of the first period described above, a short-circuit pulse is generated in a period between the application period of the positive voltage pulse and the application period of the negative voltage pulse with respect to the primary winding of the high-frequency transformer 30, and based on the short-circuit pulse. By simultaneously turning on the pair of positive-side and negative-side bidirectional switches, both ends of the high-frequency transformer 30 are short-circuited, and an excitation current is passed on the short-circuited loop to ensure continuity of the primary-side current i pn while ensuring the continuity of the primary-side current i pn. A period in which the voltage applied to both ends of the circuit is zero is generated. In the third period, the s phase is set as a reference phase, and a current loop passing through the s phase is formed. Therefore, either the positive-side bidirectional switch S tp or the negative-side bidirectional switch S tn connected to the s phase in the first half period or the second half period can be always turned on. Therefore, by the third period to generate a short pulse s0 so as to obtain at the same time turning on the positive side bidirectional switch S sp and negative bidirectional switch S sn, PWM cycle while providing an efficient switching operation It is possible to provide a short-circuit period for the high-frequency transformer 30 inside.

図3に示すPWM指令信号の1周期内における第4〜第6の期間においては、図4(d)〜(f)に示すように、第1〜第3の期間における動作に準じた動作となるので説明を省略する。このように、本実施例に係る可変出力充電装置1において、第1乃至第6の期間に基準相が順次入れ替わり、当該基準相を経由する電流ループを形成し、一次側電流ipnが他の2つの相を経由するループ間を転流するように正側および負側双方向スイッチが駆動される。当該基準相に対応する正側および負側双方向スイッチが、短絡パルスに従って同時にオン状態とされ、高周波トランス30の両端が短絡される。短絡パルスは、高周波トランス30の一次巻き線に対する正電圧パルスの印加期間と負電圧パルスの印加期間の間の期間に生成され、一次側電流ipnの連続性を確保しつつ高周波トランス30の両端に印加する電圧がゼロとなる期間を生成している。 In the fourth to sixth periods within one cycle of the PWM command signal shown in FIG. 3, as shown in FIGS. 4 (d) to (f), the operation conforms to the operation in the first to third periods. Therefore, the description is omitted. Thus, in the variable output charging device 1 according to the present embodiment, the reference phase is sequentially switched during the first to sixth periods, a current loop passing through the reference phase is formed, and the primary current i pn The positive and negative bidirectional switches are driven to commutate between the loops passing through the two phases. The positive and negative bidirectional switches corresponding to the reference phase are simultaneously turned on according to the short-circuit pulse, and both ends of the high-frequency transformer 30 are short-circuited. The short-circuit pulse is generated during a period between the application period of the positive voltage pulse and the application period of the negative voltage pulse with respect to the primary winding of the high-frequency transformer 30, and both ends of the high-frequency transformer 30 are secured while ensuring the continuity of the primary-side current ipn. A period in which the voltage applied to is zero is generated.

<PWM信号生成部の構成>
図7は、上述したパターンのPWM信号を生成するPWM信号生成部40の構成を示す論理回路図である。コンパレータ401〜403は、キャリア信号生成部41より生成されるキャリア信号Carの信号レベルとPWM指令信号αrs 、αst 、αtr の信号レベルとを比較して、各PWM指令信号の信号レベルに応じたパルス幅を有するレベル表示パルスrs、st、trを出力する。レベル表示パルスは、論理反転されるルートと論理反転されないルートに分岐され、それぞれ、ANDゲート411〜416に入力される。ANDゲート411、412は、レベル表示パルスrs、stと、これらの論理反転パルスとの論理積を演算して、PWM信号rp、rnを構成する正側および負側スイッチ駆動パルスの生成タイミングおよびそのパルス幅を定めるタイミングパルスrp´、rn´を出力する。ANDゲート413、414は、レベル表示パルスst、trと、これらの論理反転パルスとの論理積を演算してPWM信号sp、snを構成する正側および負側スイッチ駆動パルスの生成タイミングおよびそのパルス幅を定めるタイミングパルスsp´、sn´を出力する。ANDゲート415、416は、レベル表示パルスrs、trと、これらの論理反転パルスとの論理積を演算して、PWM信号tp、tnを構成する正側および負側スイッチ駆動パルスの生成タイミングおよびそのパルス幅を定めるタイミングパルスtp´、tn´を出力する。
<Configuration of PWM signal generator>
FIG. 7 is a logic circuit diagram showing a configuration of the PWM signal generation unit 40 that generates the PWM signal having the pattern described above. The comparators 401 to 403 compare the signal level of the carrier signal Car generated by the carrier signal generation unit 41 with the signal levels of the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * , and Level display pulses rs, st, tr having a pulse width corresponding to the signal level are output. The level display pulse is branched into a route that is logically inverted and a route that is not logically inverted, and is input to AND gates 411 to 416, respectively. The AND gates 411 and 412 calculate the logical product of the level display pulses rs and st and their logical inversion pulses, and generate the positive side and negative side switch drive pulses constituting the PWM signals rp and rn and the timings thereof. Timing pulses rp ′ and rn ′ that determine the pulse width are output. The AND gates 413 and 414 calculate the logical product of the level display pulses st and tr and their logical inversion pulses to generate the positive side and negative side switch drive pulses constituting the PWM signals sp and sn and the pulses thereof. Timing pulses sp ′ and sn ′ for determining the width are output. The AND gates 415 and 416 calculate the logical product of the level display pulses rs and tr and their logical inversion pulses to generate the positive side and negative side switch drive pulses constituting the PWM signals tp and tn and the timings thereof. Timing pulses tp ′ and tn ′ that determine the pulse width are output.

タイミングパルスrp´、rn´、sp´、sn´、tp´、tn´は、それぞれORゲート421〜426の一方の入力端子に入力される。ORゲート421および422、423および424、425および426の他方の入力端子には、それぞれ短絡パルス生成部90において生成された短絡パルスr0、s0、t0が供給される。ORゲート421〜426は、タイミングパルスと短絡パルスの論理和を演算し、タイミングパルスと短絡パルスとを合成した合成パルスrp″、rn″、sp″、sn″、tp″、tn″を出力する。   Timing pulses rp ′, rn ′, sp ′, sn ′, tp ′, and tn ′ are input to one input terminals of the OR gates 421 to 426, respectively. The other input terminals of the OR gates 421 and 422, 423 and 424, 425 and 426 are supplied with the short-circuit pulses r0, s0 and t0 generated in the short-circuit pulse generator 90, respectively. The OR gates 421 to 426 calculate the logical sum of the timing pulse and the short-circuit pulse, and output synthesized pulses rp ″, rn ″, sp ″, sn ″, tp ″, tn ″ obtained by synthesizing the timing pulse and the short-circuit pulse. .

合成パルスrp″、rn″、sp″、sn″、tp″、tn″は、ANDゲート431〜442およびORゲート451〜456によりトグル信号生成部42において生成されるトグル信号Tおよびその論理反転信号と論理合成される。トグル信号Tは、PWM周期の前半期間と後半期間で互いに異なる信号レベルを呈する。ANDゲート431〜442およびORゲート451〜456は、合成パルスをトグル信号Tの信号レベルに応じて正側双方向スイッチと負側双方向スイッチに振り分けるべく分割して正側および負側双方向スイッチの各々に対応する正側および負側スイッチ駆動パルスを生成し、これをPWM信号として出力する。上述したPWM信号パターンは、このような比較的小規模な論理回路で生成することができる。   The synthesized pulses rp ″, rn ″, sp ″, sn ″, tp ″, tn ″ are the toggle signal T generated in the toggle signal generation unit 42 by the AND gates 431 to 442 and the OR gates 451 to 456 and the logical inversion signal thereof. And is logically synthesized. The toggle signal T exhibits different signal levels in the first half period and the second half period of the PWM cycle. The AND gates 431 to 442 and the OR gates 451 to 456 divide the combined pulse into a positive bidirectional switch and a negative bidirectional switch according to the signal level of the toggle signal T, and divide the positive and negative bidirectional switches. The positive side and negative side switch drive pulses corresponding to each of these are generated and output as PWM signals. The PWM signal pattern described above can be generated by such a relatively small logic circuit.

<短絡パルス生成部の構成>
図8は、短絡パルスr0、s0、t0を生成する短絡パルス生成部90の回路ブロック図、図9は、図4(a)に示す第1の期間における短絡パルス生成部90の動作を例示するタイミングチャートである。短絡パルス生成部90には、PWM信号生成部40により生成されるレベル表示パルスrs、st、trが入力される。レベル表示パルスおよびその論理反転パルスは、ANDゲート901、902およびORゲート903により論理合成され、短絡パルスの生成タイミングおよびパルス幅を定める短絡タイミングパルスAが生成される。短絡タイミングパルスAは、キャリア信号Car信号レベルとPWM指令信号αrs *、αst *、αtr *の信号レベルを比較して、PWM指令信号αrs *、αst *、αtr *のすべての信号がキャリア信号Carの信号レベルに対して大きい期間、または小さい期間を表示する。また、短絡タイミングパルスAは高周波トランス30の一次巻き線に対する正電圧パルスの印加期間と負電圧パルスの印加期間の間のゼロ電圧印加期間を表示する。
<Configuration of short-circuit pulse generator>
FIG. 8 is a circuit block diagram of the short-circuit pulse generation unit 90 that generates the short-circuit pulses r0, s0, and t0. FIG. 9 illustrates the operation of the short-circuit pulse generation unit 90 in the first period shown in FIG. It is a timing chart. Level display pulses rs, st, and tr generated by the PWM signal generation unit 40 are input to the short-circuit pulse generation unit 90. The level display pulse and its logic inversion pulse are logically synthesized by AND gates 901 and 902 and an OR gate 903 to generate a short circuit timing pulse A that determines the generation timing and pulse width of the short circuit pulse. The short circuit timing pulse A compares the carrier signal Car signal level with the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * and compares all the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * . A period during which the signal is large or small with respect to the signal level of the carrier signal Car is displayed. The short-circuit timing pulse A displays a zero voltage application period between a positive voltage pulse application period and a negative voltage pulse application period for the primary winding of the high-frequency transformer 30.

短絡タイミングパルスAは、NOTゲート904およびシフトレジスタ905を経てD−フリップフロップ906、907のクロック入力端子に入力される。D−フリップフロップ906のD端子にはレベル表示パルスrsの論理反転パルスが入力され、D−フリップフロップ907のD端子にはレベル表示パルスtrの論理反転パルスが入力される。D−フリップフロップ906、907の出力値は、ANDゲート908、909により論理合成されて最小表示パルスrsmin、stmin、trminが生成される。最小表示パルスrsmin、stmin、trminは、PWM指令信号αrs 、αst 、αtr のうち最も信号レベルの低いものを表示する。すなわち、図9に示すように、第1の期間においてはαst が最小であるので、第1期間においては、最小表示パルスstminが生成される。 The short-circuit timing pulse A is input to the clock input terminals of the D flip-flops 906 and 907 via the NOT gate 904 and the shift register 905. A logic inversion pulse of the level display pulse rs is input to the D terminal of the D flip-flop 906, and a logic inversion pulse of the level display pulse tr is input to the D terminal of the D flip-flop 907. The output values of the D flip-flops 906 and 907 are logically synthesized by AND gates 908 and 909 to generate the minimum display pulses rs min , st min , and tr min . The minimum display pulses rs min , st min , tr min indicate the lowest signal level of the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * . That is, as shown in FIG. 9, since α st * is minimum in the first period, the minimum display pulse st min is generated in the first period.

一方、レベル表示パルスrs、st、trおよびその論理反転パルスは、ANDゲート910、911、912およびORゲート913により論理合成され、トリガ信号Bが生成される。トリガ信号Bはシフトレジスタ914を経由してD−フリップフロップ915、916のクロック入力端子に入力される。D−フリップフロップ915のD端子にはレベル表示パルスrsが入力され、D−フリップフロップ916のD端子にはレベル表示パルスtrが入力される。D−フリップフロップ915、916の出力値は、ANDゲート917、918により論理合成されて最大表示パルスrsmax、stmax、trmaxが生成される。最大表示パルスrsmax、stmax、trmaxは、PWM指令信号αrs 、αst 、αtr のうち最も信号レベルの高いものを表示する。すなわち、図9に示すように、第1の期間においてはαrs が最大であるので、第1の期間においては、最大表示パルスrsmaxが生成される。 On the other hand, the level display pulses rs, st, tr and their logic inversion pulses are logically synthesized by AND gates 910, 911, 912 and an OR gate 913, and a trigger signal B is generated. The trigger signal B is input to the clock input terminals of the D-flip flops 915 and 916 via the shift register 914. A level display pulse rs is input to the D terminal of the D-flip flop 915, and a level display pulse tr is input to the D terminal of the D-flip flop 916. The output values of the D flip-flops 915 and 916 are logically synthesized by AND gates 917 and 918 to generate maximum display pulses rs max , st max , and tr max . The maximum display pulses rs max , st max , tr max display the highest signal level of the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * . That is, as shown in FIG. 9, since α rs * is the maximum in the first period, the maximum display pulse rs max is generated in the first period.

最小表示パルスrsmin、stmin、trminおよび最大表示パルスrsmax、stmax、trmaxは、NOTゲート920〜922、ANDゲート931〜936、ORゲート941〜943により論理合成され、基準相を表示する基準相表示パルスが生成される。基準相表示パルスと短絡タイミングパルスAは、ANDゲート951〜953に入力される。ANDゲート951〜953は、これらの入力信号の論理積を短絡パルスr0、s0、t0として出力する。 The minimum display pulses rs min , st min , tr min and the maximum display pulses rs max , st max , tr max are logically synthesized by NOT gates 920 to 922, AND gates 931 to 936, and OR gates 941 to 943, and the reference phase is determined. A reference phase display pulse to be displayed is generated. The reference phase display pulse and the short circuit timing pulse A are input to AND gates 951 to 953. The AND gates 951 to 953 output the logical product of these input signals as short-circuit pulses r0, s0, and t0.

短絡パルス生成部90をこのように構成することで、基準相となるべき相に接続された一対の正側および負側双方向スイッチを、高周波トランス30の一次巻き線に対する正電圧パルスの印加期間と負電圧パルスの印加期間の間の期間にそれぞれオン状態とする短絡パルスが生成される。図9に示すように、第1の期間においては、基準相(r相)に対応した正側および負側双方向スイッチSrpおよびSrnを同一時間帯にオン状態として短絡ループを形成する短絡パルスr0が上記のタイミングで生成される。上記した短絡パルス生成部90の構成によれば、第1の期間および第4の期間において基準相となるr相に接続された正側および負側双方向スイッチSrp、Srnを同時にオン状態とする短絡パルスr0が上記のタイミングで生成される。第2の期間および第5の期間において基準相となるs相に接続された正側および負側双方向スイッチSsp、Ssnを同時にオン状態とする短絡パルスs0が上記のタイミングで生成される。第3の期間および第6の期間において基準相となるt相に接続された正側および負側双方向スイッチStp、Stnを同時にオン状態とする短絡パルスt0が上記のタイミングで生成される。 By configuring the short-circuit pulse generator 90 in this way, a positive voltage pulse application period for the primary winding of the high-frequency transformer 30 is changed between the pair of positive and negative bidirectional switches connected to the phase to be the reference phase. And a short-circuit pulse that is turned on in a period between the application period of the negative voltage pulse and the negative voltage pulse. As shown in FIG. 9, in the first period, a short circuit that forms a short circuit loop by turning on the positive and negative bidirectional switches S rp and S rn corresponding to the reference phase (r phase) in the same time zone. The pulse r0 is generated at the above timing. According to the configuration of the short-circuit pulse generation unit 90 described above, the positive-side and negative-side bidirectional switches S rp and S rn connected to the r-phase serving as the reference phase in the first period and the fourth period are simultaneously turned on. Is generated at the above timing. In the second period and the fifth period, the short-circuit pulse s0 that simultaneously turns on the positive-side and negative-side bidirectional switches S sp and S sn connected to the s phase that is the reference phase is generated at the above timing. . In the third period and the sixth period, the short-circuit pulse t0 that simultaneously turns on the positive and negative bidirectional switches S tp and S tn connected to the t-phase that is the reference phase is generated at the above timing. .

<PWM指令信号>
正弦波状のPWM指令信号αrs 、αst 、αtr と三相交流電源Eとの位相関係について説明する。図10(a)は、三相交流電源Eと可変出力充電装置1の電気的接続関係を示す模式図である。図10(b)は、図10(a)に表示された各相電圧、各相電流、線間電圧vrs、線間電流irsの位相関係を示した図である。可変出力充電装置1において、三相交流電源Eの相電圧v、v、vと相電流i、i、iがそれぞれ同相となるように、すなわち、力率1となるように制御する。力率1とするためには、例えば線間電流irsが線間電圧vrsに対して60°遅れるように制御すればよい。従って、線間電圧vrsの位相角をωt、αをPWM指令信号の振幅指令値とすると、PWM指令信号αrs 、αst 、αtr は、それぞれ次式によって与えられる。
αrs =αsin(ωt−60°) ・・・(1)
αst =αsin(ωt−120°−60°) ・・・(2)
αtr =αsin(ωt−240°−60°) ・・・(3)
振幅指令値αは、制御部70が出力電圧(充電電圧)vおよび出力電流(充電電流)iをモニタし、これらを図示しない上位コントローラから供給される目標値に一致させるべく生成される。線間電圧vrsの位相角ωtは公知の位相検出器により検出することが可能である。
<PWM command signal>
The phase relationship between the sinusoidal PWM command signals α rs * , α st * , α tr * and the three-phase AC power supply E will be described. FIG. 10A is a schematic diagram showing an electrical connection relationship between the three-phase AC power supply E and the variable output charging device 1. FIG. 10B is a diagram illustrating a phase relationship among the phase voltages, the phase currents, the line voltage v rs , and the line current i rs displayed in FIG. In variable output charging apparatus 1, the three-phase AC power supply phase voltage v r of E, v s, v t and the phase current i r, i s, so that i t is in phase, respectively, i.e., so that the power factor 1 To control. In order to set the power factor to 1, for example, the line current i rs may be controlled to be delayed by 60 ° with respect to the line voltage v rs . Accordingly, assuming that the phase angle of the line voltage v rs is ωt and α * is the amplitude command value of the PWM command signal, the PWM command signals α rs * , α st * and α tr * are given by the following equations, respectively.
α rs * = α * sin (ωt−60 °) (1)
α st * = α * sin (ωt−120 ° −60 °) (2)
α tr * = α * sin (ωt−240 ° −60 °) (3)
The amplitude command value α * is generated so that the control unit 70 monitors the output voltage (charging voltage) v o and the output current (charging current) i o and matches these with target values supplied from a host controller (not shown). The The phase angle ωt of the line voltage v rs can be detected by a known phase detector.

図11は、本実施例に係る可変出力充電装置1を高周波トランス30の一次側に換算した一次側変換等価回路図である。一次側変換等価回路より、PWM指令信号αrs 、αst 、αtr と入力電流との関係を示す次式を導くことができる。
rs=2i・αrs /2=i・αrs ・・・(4)
st=2i・αst /2=i・αst ・・・(5)
tr=2i・αst /2=i・αtr ・・・(6)
また、Δ結線線間電圧の実効値をV、Δ結線線間電流の実効値をI、入力電力をPinとすると、
=i・α/√2 ・・・(7)
in=3V・I=2i・|vpn| ・・・(8)
が成立し、これより振幅指令値αと出力電圧vとの関係を示す次式を導くことができる。
=3V・α/√2 ・・・(9)
<保護シーケンス1>
図12は、システムに異常が発生した場合にシステムを強制停止する保護機能を備えた可変出力充電装置1aの構成を示すブロック図である。図13は、上記保護機能を実現する保護回路を有するPWM信号生成部40aおよび短絡パルス生成部90aの構成を示す回路ブロック図である。PWM信号生成部40aは、ANDゲート411〜416とORゲート421〜426との間にANDゲート501〜506が挿入される点で図7に示すPWM信号生成部40と相違する。また、短絡パルス生成部90aは、短絡パルスr0、s0、t0を出力するANDゲート951〜953の後段に強制停止パルスr0´、s0´、t0´を生成する強制停止パルス生成部200が付加されている点で図8に示す短絡パルス生成部90と相違する。以下、上記した可変出力充電装置1と相違する部分について詳述する。尚、上述の可変出力充電装置1と共通する部分については、同一の参照符を付すこととし、その説明については省略する。
FIG. 11 is a primary side conversion equivalent circuit diagram in which the variable output charging apparatus 1 according to the present embodiment is converted to the primary side of the high-frequency transformer 30. From the primary side conversion equivalent circuit, the following equation showing the relationship between the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * and the input current can be derived.
i rs = 2i o · α rs * / 2 = i o · α rs * (4)
i st = 2i o · α st * / 2 = i o · α st * (5)
i tr = 2i o · α st * / 2 = i o · α tr * (6)
Further, the effective value V m of Δ-connected line-to-line voltage, the effective value I m of the Δ-connected line-to-line current, when the input power and P in,
I m = i o · α * / √2 (7)
P in = 3V m · I m = 2i o · | v pn | (8)
From this, the following equation showing the relationship between the amplitude command value α * and the output voltage vo can be derived.
v o = 3V m · α * / √2 (9)
<Protection sequence 1>
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a variable output charging apparatus 1a having a protection function for forcibly stopping the system when an abnormality occurs in the system. FIG. 13 is a circuit block diagram showing a configuration of the PWM signal generation unit 40a and the short-circuit pulse generation unit 90a having a protection circuit for realizing the protection function. The PWM signal generation unit 40a is different from the PWM signal generation unit 40 shown in FIG. 7 in that AND gates 501 to 506 are inserted between the AND gates 411 to 416 and the OR gates 421 to 426. The short-circuit pulse generator 90a is additionally provided with a forced stop pulse generator 200 that generates forced stop pulses r0 ′, s0 ′, and t0 ′ after the AND gates 951 to 953 that output the short-circuit pulses r0, s0, and t0. This is different from the short-circuit pulse generator 90 shown in FIG. Hereinafter, parts different from the variable output charging device 1 described above will be described in detail. In addition, about the part which is common in the above-mentioned variable output charging device 1, suppose that the same reference mark is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

可変出力充電装置1aの出力電圧v、出力電流i、一次側電流ipnの値はセンサにより検出され、制御部70aによりモニタされる。制御部70aは、これらの値のいずれかが所定範囲内にない場合には、システムに異常が生じているものと判断し、エラー検知信号errを生成する。エラー検知信号errは、強制停止パルス生成部200のANDゲート210の一方の入力端子に供給される。ANDゲート210の他方の入力端子には、短絡タイミングパルスAが入力される。ANDゲート210は、エラー検知信号errと短絡タイミングパルスAの論理積を演算し、その演算結果をRSフリップフロップ211のセット入力に供給する。RSフリップフロップ211のリセット入力には、システムを緊急停止状態から再起動する際に生成されるリセット信号resが入力される。RSフリップフロップ211の出力値である停止トリガ信号Fは、D−フリップフロップ212〜214の各クロック入力端子にそれぞれ入力されるとともにNOTゲート215に入力される。D−フリップフロップ212〜214のD端子には、それぞれ短絡パルスr0、s0、t0が入力される。D−フリップフロップ212〜214の出力値はそれぞれORゲート219〜221の一方の入力端子に入力される。ANDゲート216〜218は、それぞれ、短絡パルスr0、s0、t0とD−フリップフロップ212〜214の反転出力値との論理積を演算し、その演算結果をそれぞれ、ORゲート219〜221の他方の入力端子に入力する。ORゲート219〜221は入力信号の論理和を演算し、その演算結果を強制停止パルスr0´、s0´、t0´として出力する。強制停止パルスr0´、s0´、t0´は、ORゲート421〜426の一方の入力端子に入力される。 The values of the output voltage v o , the output current i o , and the primary side current i pn of the variable output charging device 1a are detected by a sensor and monitored by the control unit 70a. When any of these values is not within the predetermined range, the controller 70a determines that an abnormality has occurred in the system and generates an error detection signal err. The error detection signal err is supplied to one input terminal of the AND gate 210 of the forced stop pulse generation unit 200. A short-circuit timing pulse A is input to the other input terminal of the AND gate 210. The AND gate 210 calculates the logical product of the error detection signal err and the short-circuit timing pulse A, and supplies the calculation result to the set input of the RS flip-flop 211. The reset signal res generated when the system is restarted from the emergency stop state is input to the reset input of the RS flip-flop 211. The stop trigger signal F, which is the output value of the RS flip-flop 211, is input to each clock input terminal of the D-flip flops 212 to 214 and also input to the NOT gate 215. Short-circuit pulses r0, s0, and t0 are input to the D terminals of the D flip-flops 212 to 214, respectively. Output values of the D flip-flops 212 to 214 are input to one input terminals of the OR gates 219 to 221, respectively. The AND gates 216 to 218 calculate the logical product of the short-circuit pulses r0, s0, and t0 and the inverted output values of the D-flip flops 212 to 214, respectively, and calculate the results of the other of the OR gates 219 to 221, respectively. Input to the input terminal. The OR gates 219 to 221 calculate the logical sum of the input signals and output the calculation results as forced stop pulses r0 ′, s0 ′, and t0 ′. The forced stop pulses r0 ′, s0 ′, t0 ′ are input to one input terminal of the OR gates 421 to 426.

NOTゲート215はRSフリップフロップの出力値である停止トリガ信号Fを論理反転させ、これをANDゲート501〜506の一方の入力端子に供給する。ANDゲート501〜506は、PWM信号を構成する正側および負側スイッチ駆動パルスの生成タイミングおよびそのパルス幅を定めるタイミングパルスrp´、rn´、sp´、sn´、tp´、tn´と停止トリガ信号Fの論理反転信号との論理積を演算し、その演算結果をORゲート421〜426の他方の入力端子に供給する。   The NOT gate 215 logically inverts the stop trigger signal F, which is the output value of the RS flip-flop, and supplies it to one input terminal of the AND gates 501 to 506. The AND gates 501 to 506 are stopped with timing pulses rp ′, rn ′, sp ′, sn ′, tp ′, tn ′ that determine the generation timing and the pulse width of the positive side and negative side switch drive pulses constituting the PWM signal. The logical product of the trigger signal F and the logical inversion signal is calculated, and the calculation result is supplied to the other input terminals of the OR gates 421 to 426.

図14は、上記した構成を有するPWM信号生成部40aの動作を例示するタイミングチャートである。制御部70aは、例えば出力電圧v、出力電流i、一次側電流ipnの値が所定範囲内にないことを検知すると、ハイレベルのエラー検知信号errを出力する。停止トリガ信号Fは、エラー検知信号errがハイレベルとなった後の最初の短絡パルス(図14の例ではr0)の生成時にハイレベルとなる。可変出力充電装置1aは、停止トリガ信号Fがハイレベルとなったことを契機として強制停止モードとなる。換言すれば、エラー検知信号errがハイレベルとなってから停止トリガ信号Fがハイレベルとなるまでの期間(すなわち、エラー検知信号errがハイレベルとなった後、次の短絡パルスが生成されるまでの期間)においてシステムは通常動作モードで動作する。
強制停止パルス生成部200は、エラー検知信号errがハイレベルとなった後の最初の短絡パルスの発生タイミングで強制停止パルス(図14の例ではr0´)を出力する。強制停止パルス(r0´、s0´、t0´)は、短絡パルス(r0、s0、t0)を保持したパルスである。つまり、強制停止パルス生成部200は、エラー検知信号errがハイレベルとなった後に最初に生成される短絡パルスをラッチして短絡パルスを継続的に出力する。従って、強制停止パルス(r0´、s0´、t0´)は、通常動作において短絡パルス(r0、s0、t0)が生成されるタイミングと同じタイミングで生成されることとなる。強制停止パルス(r0´、s0´、t0´)はORゲート421〜426の一方の入力端子に入力される。
FIG. 14 is a timing chart illustrating the operation of the PWM signal generation unit 40a having the above-described configuration. For example, when the control unit 70a detects that the values of the output voltage v o , the output current i o , and the primary side current i pn are not within predetermined ranges, the control unit 70a outputs a high-level error detection signal err. The stop trigger signal F becomes high level when the first short-circuit pulse (r0 in the example of FIG. 14) is generated after the error detection signal err becomes high level. The variable output charging device 1a enters the forced stop mode when the stop trigger signal F becomes a high level. In other words, the period after the error detection signal err becomes high level until the stop trigger signal F becomes high level (that is, after the error detection signal err becomes high level, the next short-circuit pulse is generated. The system operates in the normal operation mode.
The forced stop pulse generation unit 200 outputs a forced stop pulse (r0 ′ in the example of FIG. 14) at the generation timing of the first short-circuit pulse after the error detection signal err becomes high level. The forced stop pulses (r0 ′, s0 ′, t0 ′) are pulses that hold the short circuit pulses (r0, s0, t0). That is, the forcible stop pulse generation unit 200 latches the short-circuit pulse that is first generated after the error detection signal err becomes high level, and continuously outputs the short-circuit pulse. Therefore, the forced stop pulses (r0 ′, s0 ′, t0 ′) are generated at the same timing as the timing at which the short-circuit pulses (r0, s0, t0) are generated in the normal operation. The forced stop pulses (r0 ′, s0 ′, t0 ′) are input to one input terminal of the OR gates 421 to 426.

一方、停止トリガ信号Fがハイレベルとなると、キャリア信号CarとPWM指令信号(変調率信号)αrs 、αst 、αtr との比較結果に応じて生成されるタイミングパルスrp´、rn´、sp´、sn´、tp´、tn´は、ANDゲート501〜506を通過することによりローレベルとなる。従って、PWM信号生成部40aは、エラー検出信号errがハイレベルとなった後、最初の短絡パルス(r0又はs0又はt0)の生成タイミングにおいて強制停止パルス(r0´又はs0´又はt0´)をPWM信号として出力する。これにより、同一の三相交流流路10に接続された一対の正側および負側双方向スイッチの同時オン状態が継続される故、高周波トランス30の両端の短絡状態も継続される。従って、高周波トランス30への電力供給が遮断され、システムが停止に至る。 On the other hand, when the stop trigger signal F becomes high level, the timing pulse rp ′, which is generated according to the comparison result between the carrier signal Car and the PWM command signals (modulation rate signals) α rs * , α st * , α tr * , rn ′, sp ′, sn ′, tp ′, and tn ′ go to the low level by passing through the AND gates 501 to 506. Therefore, after the error detection signal err becomes high level, the PWM signal generation unit 40a generates a forced stop pulse (r0 ′, s0 ′, or t0 ′) at the generation timing of the first short circuit pulse (r0, s0, or t0). Output as PWM signal. Thereby, since the simultaneous ON state of the pair of positive side and negative side bidirectional switches connected to the same three-phase AC channel 10 is continued, the short-circuit state at both ends of the high-frequency transformer 30 is also continued. Accordingly, the power supply to the high frequency transformer 30 is cut off and the system is stopped.

このように、PWM信号生成部40aは、システムの異常検出時に強制停止パルスr0´、s0´、t0´を生成し、高周波トランス30の両端を継続して短絡することによりシステムを停止させる。強制停止パルスr0´、s0´、t0´は、通常動作において生成される短絡パルスr0、s0、t0の生成タイミングと同じタイミングで生成されるので、通常の動作シーケンスの流れを変えることなくシステムを停止させることが可能となる。すなわち、本実施例に係る保護シーケンスによれば、システムに負担をかけることなくシステムを強制停止させることが可能となる。このようなハードウェアにより実現される保護シーケンスは、異常検出時にシステムを直ちに停止させたい場合に有効となる。尚、上記の実施例では、制御部70aが出力電圧v、出力電流i、一次側電流ipnの値に基づいて異常検出を行い、異常検出時に強制停止モードに移行する場合を例に説明したが、ユーザの手動操作によって強制停止モードに移行することとしてもよい。 As described above, the PWM signal generation unit 40a generates the forced stop pulses r0 ′, s0 ′, and t0 ′ when the system abnormality is detected, and stops the system by continuously short-circuiting both ends of the high-frequency transformer 30. The forced stop pulses r0 ′, s0 ′, and t0 ′ are generated at the same timing as the generation timing of the short-circuit pulses r0, s0, and t0 generated in the normal operation, so that the system can be operated without changing the flow of the normal operation sequence. It can be stopped. That is, according to the protection sequence according to the present embodiment, the system can be forcibly stopped without imposing a burden on the system. The protection sequence realized by such hardware is effective when it is desired to immediately stop the system when an abnormality is detected. In the above embodiment, the control unit 70a detects an abnormality based on the values of the output voltage v o , the output current i o , and the primary side current i pn , and shifts to the forced stop mode when an abnormality is detected. Although explained, it is good also as shifting to forced stop mode by a user's manual operation.

<保護シーケンス2>
システムに異常が生じた場合における強制停止動作をソフトウェア上で実現する手法について以下に説明する。図15(a)は、上記した可変出力充電装置1および1aにおいて、システムの異常発生時におけるPWM指令信号の振幅指令値αの変化を示す図である。図15(b)は、振幅指令値αの値がゼロとなったときの各信号を例示したものである。上記した式(9)に示すように、PWM指令信号αrs 、αst 、αtr の振幅値を示す振幅指令値αと可変出力充電装置1または1aの出力電圧vとの関係は、v=(3/√2)Vαと表すことができる。従って、振幅指令値αを徐々にゼロに近づけることにより出力電圧vを徐々にゼロに近づけることができる。
<Protection sequence 2>
A method for realizing the forced stop operation on the software when an abnormality occurs in the system will be described below. FIG. 15A is a diagram showing a change in the amplitude command value α * of the PWM command signal when the system abnormality occurs in the variable output charging devices 1 and 1a described above. FIG. 15B exemplifies signals when the amplitude command value α * is zero. As shown in equation (9) described above, PWM command signal α rs *, α st *, α tr * amplitude command value indicating the amplitude value of alpha * and variable output between the output voltage v o of the charging device 1 or 1a The relationship can be expressed as v o = (3 / √2) V m α * . Therefore, the output voltage vo can gradually approach zero by gradually approaching the amplitude command value α * to zero.

例えば、出力電圧v、出力電流i、一次側電流ipnの値はセンサにより検出され、制御部70、70aによりモニタされる。制御部70、70aは、これらの値のいずれかが所定範囲内にない場合にはシステムに異常が生じているものと判断し、振幅指令値αを一定の時間変化率Δkで減少させる。これにより振幅指令値αは、異常検知時点から徐々に小さくなりシャットダウン期間Δtの経過時点でゼロとなる。このような振幅指令値α*の制御は、制御部70、70a内に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。振幅指令値αの時間変化率は必ずしもリニアであることを要しない。
本実施例に係るPWM信号生成部40、40aおよび短絡パルス生成部90、90aの構成によれば、振幅指令値αの値が小さくなるに従って、短絡パルスのパルス幅が徐々に大きくなり、出力電圧vが徐々に低下する。図15(b)に示すように、振幅指令値αがゼロとなると、PWM指令信号αrs 、αst 、αtr の振幅がそれぞれゼロとなり、PWM信号生成部40、40aは、全期間に亘り短絡パルス(図15(b)の例ではr0)を出力する。これにより、同一の三相交流流路10に接続された一対の正側および負側双方向スイッチの同時オン状態が継続される故、高周波トランス30の両端の短絡状態も継続される。従って、高周波トランス30への電力供給が遮断され、システムが停止に至る。
For example, the values of the output voltage v o , the output current i o , and the primary side current i pn are detected by sensors and monitored by the control units 70 and 70a. If any of these values is not within the predetermined range, the control units 70 and 70a determine that an abnormality has occurred in the system, and decrease the amplitude command value α * at a constant time change rate Δk. As a result, the amplitude command value α * gradually decreases from the time when the abnormality is detected, and becomes zero when the shutdown period Δt has elapsed. Such control of the amplitude command value α * is realized by executing a control program stored in the control units 70 and 70a. The time change rate of the amplitude command value α * is not necessarily linear.
According to the configuration of the PWM signal generation units 40 and 40a and the short circuit pulse generation units 90 and 90a according to the present embodiment, as the amplitude command value α * decreases, the pulse width of the short circuit pulse gradually increases and the output The voltage vo gradually decreases. As shown in FIG. 15B, when the amplitude command value α * becomes zero, the amplitudes of the PWM command signals α rs * , α st * , α tr * become zero, and the PWM signal generation units 40, 40a A short-circuit pulse (r0 in the example of FIG. 15B) is output over the entire period. Thereby, since the simultaneous ON state of the pair of positive side and negative side bidirectional switches connected to the same three-phase AC channel 10 is continued, the short-circuit state at both ends of the high-frequency transformer 30 is also continued. Accordingly, the power supply to the high frequency transformer 30 is cut off and the system is stopped.

このように、システムの異常検出時に振幅指令値αをゼロとなるまで緩やかに減少させることにより、可変出力充電装置1または1aの出力電圧vを緩やかに減少させながら最終的にシステムを停止させることができる。すなわち、本実施例に係る保護シーケンスによれば、システムに負担をかけることのなくシステムを停止させることが可能となる。このようなソフトウェアにより実現される保護シーケンスは、システムをある一定の時間をかけて停止させたい場合に有効となる。上記したハードウェアによる保護シーケンスとソフトウェアによる保護シーケンスは、システム上に生じた異常の内容に応じて使い分けることが好ましい。例えばシステムに深刻なダメージを与え得るような異常が検出された場合には、上記したハードウェアによる保護シーケンスを実行してシステムを緊急停止させることとし、短時間であれば通常動作を継続しても問題ないと考えられるような異常が検出された場合には上記したソフトウェアによる保護シーケンスを実行しシステムを一定の期間かけて緩やかに停止させる。尚、上記の実施例では、制御部、70、70aが出力電圧v、出力電流i、一次側電流ipnの値に基づいて異常検出を行い、異常検出時に強制停止モードに移行する場合を例に説明したが、ユーザの手動操作によって強制停止モードに移行することとしてもよい。 In this manner, when the system abnormality is detected, the amplitude command value α * is gradually decreased until it becomes zero, so that the system is finally stopped while gradually decreasing the output voltage vo of the variable output charging device 1 or 1a. Can be made. That is, according to the protection sequence according to the present embodiment, the system can be stopped without imposing a burden on the system. The protection sequence realized by such software is effective when it is desired to stop the system over a certain period of time. The hardware protection sequence and the software protection sequence described above are preferably used in accordance with the content of the abnormality that has occurred on the system. For example, if an abnormality that could cause serious damage to the system is detected, the hardware protection sequence described above is executed to urgently stop the system, and normal operation is continued for a short time. If an abnormality that is considered to be satisfactory is detected, the above-described protection sequence by software is executed, and the system is gently stopped over a certain period. In the above embodiment, the control unit 70, 70a detects an abnormality based on the values of the output voltage v o , the output current i o , and the primary side current i pn , and shifts to the forced stop mode when the abnormality is detected. However, it is also possible to shift to the forced stop mode by a user's manual operation.

<出力制御方式>
EV用急速充電器のバッテリ充電モードとしては、充電電圧制御モード(cvモード)と充電電流制御モード(ccモード)がある。EV用急速充電器ではこれら2つのモードをシームレスに切替え可能としておく必要がある。そこで、充電電圧を制御するコントローラと、充電電流を制御するコントローラを別個独立に設けると、一方のコントローラを作動させる場合には他方のコントローラを停止させる必要があり、シームレスなモード切換が困難となる。
<Output control method>
The battery charging mode of the EV quick charger includes a charging voltage control mode (cv mode) and a charging current control mode (cc mode). The EV quick charger needs to be able to switch between these two modes seamlessly. Therefore, if a controller for controlling the charging voltage and a controller for controlling the charging current are provided separately, it is necessary to stop the other controller when operating one controller, making seamless mode switching difficult. .

本実施例に係るEV用急速充電器を構成する可変出力充電装置1では、モード切り替え時に充電電圧を制御するコントローラと充電電流を制御するコントローラのいずれか一方を停止させることなく充電モードの切り替えを可能とすることによりシームレスなモード切り替えを実現している。   In the variable output charging device 1 constituting the EV quick charger according to the present embodiment, switching of the charging mode is performed without stopping one of the controller for controlling the charging voltage and the controller for controlling the charging current at the time of mode switching. By making it possible, seamless mode switching is realized.

図16は、本発明の実施例に係るEV用急速充電器を構成する交直変換回路1のシステム構成図である。本システムにおいて充電電圧制御、充電電流制御および制御モードの切換は、図示しない上位コントローラからの制御入力に基づいて制御部70が担う。   FIG. 16 is a system configuration diagram of the AC / DC conversion circuit 1 constituting the EV quick charger according to the embodiment of the present invention. In the present system, control of the charging voltage control, charging current control and control mode is performed by the control unit 70 based on a control input from a host controller (not shown).

制御部70には、図示しない上位コントローラから、バッテリに印加すべき充電電圧(出力電圧)の目標値v が与えられる。減算器701は、充電電圧目標値v と実際にバッテリに印加されている充電電圧(出力電圧)vの実測値との差分値を生成し、これを電圧調整部702に供給する。電圧調整部702は、充電電圧vを充電電圧目標値v に一致させるべく上記差分値に応じた充電電流の目標値i を出力する。可変リミッタ703は、図示しない上位コントローラにより適宜設定される上限値内に充電電流目標値i を制限する。すなわち、電圧調整部702により生成された充電電流目標値i が可変リミッタ703によって設定された上限値よりも小さい場合には、生成された目標値i はそのまま可変リミッタ703を通過する。一方、電圧調整部702により生成された充電電流目標値i が可変リミッタ703によって設定された上限値よりも大きい場合には、当該上限値に制限された充電電流目標値i が可変リミッタ703から出力される。 The controller 70 is provided with a target value v o * of a charging voltage (output voltage) to be applied to the battery from a host controller (not shown). The subtractor 701 generates a difference value between the charging voltage target value v o * and the actually measured value of the charging voltage (output voltage) v o actually applied to the battery, and supplies this to the voltage adjustment unit 702. Voltage adjusting unit 702 outputs the target value i o of the charging current according to the difference value so as to match the charging voltage v o to the charging voltage target value v o * *. The variable limiter 703 limits the charging current target value i o * within an upper limit value that is appropriately set by a host controller (not shown). That is, when the charging current target value i o * generated by the voltage adjustment unit 702 is smaller than the upper limit value set by the variable limiter 703, the generated target value i o * passes through the variable limiter 703 as it is. . On the other hand, when the charging current target value i o * generated by the voltage adjustment unit 702 is larger than the upper limit value set by the variable limiter 703, the charging current target value i o * limited to the upper limit value is variable. Output from the limiter 703.

充電電流目標値i は減算器704に供給される。減算器704は充電電流目標値i と実際にバッテリに供給されている充電電流(出力電流)iの実測値との差分値を生成し、これを電流調整部705に供給する。電流調整部705は、充電電流iを充電電流目標値i に一致させるべく上記差分値に応じた整流部50の出力電圧の暫定目標値vab ´を生成する。一方、補正値生成部800は、直流フィルタ60を構成するリアクトルLDCを流れる電流iの値に所定の係数kpを乗じ、これを補正値mとして出力する。減算器(補正部)706は、暫定目標値vab ´から補正値mを減算して整流部50の出力電圧の目標値vab を生成する。 The charging current target value i o * is supplied to the subtractor 704. The subtractor 704 generates a difference value between the charging current target value i o * and the actually measured value of the charging current (output current) i o actually supplied to the battery, and supplies this to the current adjustment unit 705. The current adjusting unit 705 generates a temporary target value v ab * ′ of the output voltage of the rectifying unit 50 according to the difference value so as to make the charging current i o coincide with the charging current target value i o * . On the other hand, the correction value generation unit 800 multiplies the value of the current i L flowing through the reactor L DC constituting the DC filter 60 by a predetermined coefficient kp, and outputs this as the correction value m. The subtractor (correction unit) 706 subtracts the correction value m from the provisional target value v ab * ′ to generate the output voltage target value v ab * of the rectification unit 50.

一次側変換部707は、目標値vab に1/2を乗じてトランス両端電圧の絶対値の目標値|vpnを生成する。振幅値生成部708は、目標値|vpnを3V/2√2で除することにより、PWM指令信号の振幅値を示す振幅指令値αを生成する(式(9)参照)。尚、Vは三相交流電源Eの線間電圧の実効値である。振幅指令値αはリミッタ709により上限値が1に制限される。これにより、PWM指令信号の振幅がキャリア信号Carの振幅よりも大きくなるいわゆる過変調を防止している。波形成形部710は、三相交流電源Eの線間電圧vrsの位相角ωtと振幅指令値αに基づいて、上記式(1)〜(3)で示される正弦波状のPWM指令信号αrs 、αst 、αtr を生成する。 The primary side conversion unit 707 multiplies the target value v ab * by 1/2 to generate a target value | v pn | * of the absolute value of the voltage across the transformer. The amplitude value generation unit 708 generates the amplitude command value α * indicating the amplitude value of the PWM command signal by dividing the target value | v pn | * by 3V m / 2√2 (see Expression (9)). . V m is the effective value of the line voltage of the three-phase AC power source E. The upper limit value of the amplitude command value α * is limited to 1 by the limiter 709. This prevents so-called overmodulation in which the amplitude of the PWM command signal is larger than the amplitude of the carrier signal Car. Based on the phase angle ωt of the line voltage v rs of the three-phase AC power source E and the amplitude command value α * , the waveform shaping unit 710 is a sinusoidal PWM command signal α represented by the above formulas (1) to (3). rs * , α st * , α tr * are generated.

本システムにおいて、充電電圧制御モード(cvモード)と充電電流制御モード(ccモード)の切換は、可変リミッタ703により設定される上限値を制御することにより実現される。すなわち、電圧調整部702により生成された充電電流目標値i が可変リミッタ703により設定された上限値よりも小さい場合には、充電電流目標値i は、何ら制限を受けることなくそのまま可変リミッタ703を通過する。この場合、制御部70は、充電電圧目標値v と充電電圧vの実測値が一致するように振幅指令値αを生成することから、本システムは、充電電圧制御モード(cvモード)で動作する。すなわち、可変リミッタ703による制限を解除することにより、本システムは充電電圧制御モード(cvモード)で動作することとなる。 In this system, switching between the charging voltage control mode (cv mode) and the charging current control mode (cc mode) is realized by controlling the upper limit value set by the variable limiter 703. In other words, when the charging current target value i o * generated by the voltage adjustment unit 702 is smaller than the upper limit value set by the variable limiter 703, the charging current target value i o * remains as it is without any limitation. It passes through the variable limiter 703. In this case, since the control unit 70 generates the amplitude command value α * so that the charge voltage target value v o * and the measured value of the charge voltage v o coincide with each other, the present system operates in the charge voltage control mode (cv mode). ). In other words, by releasing the restriction by the variable limiter 703, the system operates in the charge voltage control mode (cv mode).

一方、電圧調整部702により生成された充電電流目標値i が、可変リミッタ703により設定された上限値よりも大きい場合には、充電電流目標値i は当該上限値に制限される。この場合、電圧調整部702はもはや機能していないものとみなすことができる。そして、この場合、制御部70は、可変リミッタ703による上限値に制限された充電電流目標値i と充電電流iの実測値が一致するように振幅指令値αを生成することから、本システムは、充電電流制御モード(ccモード)で動作する。すなわち、可変リミッタ703の上限値を充電電流目標値i に設定することにより、本システムは充電電流制御モード(ccモード)で動作することとなる。 On the other hand, when the charging current target value i o * generated by the voltage adjustment unit 702 is larger than the upper limit value set by the variable limiter 703, the charging current target value i o * is limited to the upper limit value. . In this case, the voltage adjustment unit 702 can be regarded as no longer functioning. In this case, the control unit 70 generates the amplitude command value α * so that the charging current target value i o * limited to the upper limit value by the variable limiter 703 matches the measured value of the charging current i o. The system operates in the charge current control mode (cc mode). That is, by setting the upper limit value of the variable limiter 703 to the charging current target value i o * , the system operates in the charging current control mode (cc mode).

このように、本システムでは可変リミッタ703によって充電電流目標値i の上限値を制御することにより充電電圧制御モードと充電電流制御モードの切り替えを行うことができることができるので、充電モードに応じて電圧調整部702または電流調整部705を停止させる必要がなく、シームレスなモード切り替えを実現することが可能となる。 Thus, in this system, the charge voltage control mode and the charge current control mode can be switched by controlling the upper limit value of the charge current target value i o * with the variable limiter 703. Thus, there is no need to stop the voltage adjustment unit 702 or the current adjustment unit 705, and seamless mode switching can be realized.

また、本実施例に係る可変出力充電装置1は、整流部50と出力端子との間にリアクトルLDCとキャパシタCDCからなる直流フィルタ60を有している。このため、LC共振が発生し、充電電圧vおよび充電電圧iが不安定となる。そこで、本システムにおいては、リアクトルLDCに流れる電流iの値をkp倍した補正値を生成し、整流部50の出力電圧の暫定目標値vab ´からこの補正値を減算して目標値vab を生成し、補正後の目標値vab に基づいて振幅指令値αを生成している。これにより、リアクトルLDCに抵抗素子を直列接続した場合と同様の効果が得られ、LC共振の発生を防止することができる。 In addition, the variable output charging apparatus 1 according to the present embodiment includes a DC filter 60 including a reactor L DC and a capacitor C DC between the rectifying unit 50 and the output terminal. For this reason, LC resonance occurs, and the charging voltage vo and the charging voltage io become unstable. Therefore, in this system, a correction value is generated by multiplying the value of the current i L flowing through the reactor L DC by kp, and the correction value is subtracted from the provisional target value v ab * ′ of the output voltage of the rectifier 50 to obtain the target A value v ab * is generated, and an amplitude command value α * is generated based on the corrected target value v ab * . Thus, the same effect as the case where the resistance element in the reactor L DC are connected in series can be obtained, it is possible to prevent the occurrence of the LC resonance.

Claims (3)

三相交流流路の入力端に供給される三相交流電力を直流電力に変換し、制御入力に応じた大きさの充電電圧又は充電電流で出力端子に接続されたバッテリを充電する可変出力充電装置であって、
高周波トランスと、
前記三相交流電力を生ずる三相交流電源の相電圧の電圧変化に同期した変調率信号を生成する制御部と、
前記三相交流電源の周波数よりも高周波のキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、
前記キャリア信号と前記変調率信号の各々の信号レベルを比較して比較結果に応じて定まるタイミングおよび期間において生成されるパルス列からなるPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号に応じてオンオフして前記三相交流流路の出力端を前記高周波トランスの一次巻き線の両端に選択的に接続して前記一次巻き線の両端に前記三相交流電源の周波数よりも高周波数の交流パルスを印加する複数のスイッチを有する周波数変換部と、
前記高周波トランスの二次巻き線の両端に生じる交流成分を整流して前記直流電力を得る整流部と、を有し、
前記制御部は、前記バッテリに印加される充電電圧実測値と充電電圧目標値との比較結果に応じた充電電流目標値を生成する電圧調整部と、前記制御入力に応じた大きさの可変上限値内に前記充電電流目標値を制限する可変リミッタと、前記可変リミッタを経た前記充電電流目標値と前記バッテリに供給される充電電流実測値との比較結果に応じた前記整流部の出力電圧目標値を生成する電流調整部と、前記整流部の出力電圧目標値に所定の係数を乗じて前記変調率信号の振幅値を生成する振幅値生成部と、を含むことを特徴とする可変出力充電装置。
Variable output charging that converts the three-phase AC power supplied to the input end of the three-phase AC channel to DC power and charges the battery connected to the output terminal with a charging voltage or charging current of a magnitude according to the control input A device,
A high-frequency transformer,
A control unit that generates a modulation factor signal synchronized with a voltage change of a phase voltage of a three-phase AC power source that generates the three-phase AC power;
A carrier signal generator for generating a carrier signal having a frequency higher than the frequency of the three-phase AC power supply;
A PWM signal generation unit that compares the signal levels of the carrier signal and the modulation factor signal and generates a PWM signal including a pulse train generated at a timing and a period determined according to a comparison result;
In response to the PWM signal, the output end of the three-phase AC channel is selectively connected to both ends of the primary winding of the high-frequency transformer, and the frequency of the three-phase AC power source is connected to both ends of the primary winding. A frequency converter having a plurality of switches for applying a high-frequency AC pulse;
A rectifying unit that rectifies an AC component generated at both ends of the secondary winding of the high-frequency transformer to obtain the DC power, and
The control unit includes a voltage adjustment unit that generates a charging current target value according to a comparison result between an actual charging voltage value applied to the battery and a charging voltage target value, and a variable upper limit of a size according to the control input. A variable limiter that limits the charging current target value within a value, and an output voltage target of the rectifier unit according to a comparison result between the charging current target value that has passed through the variable limiter and an actual charging current value that is supplied to the battery A variable output charging comprising: a current adjusting unit that generates a value; and an amplitude value generating unit that generates an amplitude value of the modulation factor signal by multiplying a predetermined coefficient by an output voltage target value of the rectifying unit apparatus.
前記制御部は、前記振幅値に応じた振幅および前記三相交流電源の線間電圧の位相角に応じた位相を有する正弦波を生成する波形成形部を更に有することを特徴とする可変出力充電装置。   The control unit further includes a waveform shaping unit that generates a sine wave having an amplitude corresponding to the amplitude value and a phase corresponding to a phase angle of a line voltage of the three-phase AC power supply. apparatus. 前記整流部と前記出力端子との間に接続されたリアクトルを含むフィルタ部と、前記リアクトルに流れる電流の値に所定の係数を乗じて補正値を生成する補正値生成部と、前記補正値に基づいて前記整流部の出力電圧目標値を補正する補正部と、を更に有することを特徴とする請求項1または2に記載の可変出力充電装置。   A filter unit including a reactor connected between the rectifier unit and the output terminal; a correction value generating unit that generates a correction value by multiplying a value of a current flowing through the reactor by a predetermined coefficient; and the correction value. The variable output charging device according to claim 1, further comprising: a correction unit that corrects an output voltage target value of the rectification unit based on the correction value.
JP2012007898A 2012-01-18 2012-01-18 Variable output charger Pending JP2013150412A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012007898A JP2013150412A (en) 2012-01-18 2012-01-18 Variable output charger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012007898A JP2013150412A (en) 2012-01-18 2012-01-18 Variable output charger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013150412A true JP2013150412A (en) 2013-08-01

Family

ID=49047423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012007898A Pending JP2013150412A (en) 2012-01-18 2012-01-18 Variable output charger

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013150412A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103475242A (en) * 2013-09-09 2013-12-25 中国船舶重工集团公司第七二三研究所 Plasma high frequency high voltage power supply
JP2017528102A (en) * 2014-08-13 2017-09-21 イーエニエーエスセー テック − インスティチュート デ エンゲンハリア デ システマス エ コンピュータドレス テクノロジア エ シエンシアInesc Tec − Instituto De Engenharia De Sistemas E Computadores, Tecnologia E Ciencia AC / DC converter with 3-layer to single-layer matrix converter, full-bridge AC / DC converter and HF transformer
JP2018042395A (en) * 2016-09-08 2018-03-15 学校法人 芝浦工業大学 Stirling engine generation system
CN111756250A (en) * 2020-05-31 2020-10-09 中车永济电机有限公司 Control method for restraining transformer magnetic biasing in high-frequency full-bridge DC/DC converter
WO2025022710A1 (en) * 2023-07-26 2025-01-30 株式会社村田製作所 Acdc converter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002535863A (en) * 1999-01-12 2002-10-22 テクニーシェ・ユニバーシタイト・アイントホーベン Amplifier circuit
JP2003204678A (en) * 2002-01-09 2003-07-18 Sanken Electric Co Ltd Three-phase ac-dc converter
JP2007221933A (en) * 2006-02-17 2007-08-30 Power System:Kk Charger for capacitor storage power supply
JP2009247127A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Meidensha Corp Power assist unit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002535863A (en) * 1999-01-12 2002-10-22 テクニーシェ・ユニバーシタイト・アイントホーベン Amplifier circuit
JP2003204678A (en) * 2002-01-09 2003-07-18 Sanken Electric Co Ltd Three-phase ac-dc converter
JP2007221933A (en) * 2006-02-17 2007-08-30 Power System:Kk Charger for capacitor storage power supply
JP2009247127A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Meidensha Corp Power assist unit

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103475242A (en) * 2013-09-09 2013-12-25 中国船舶重工集团公司第七二三研究所 Plasma high frequency high voltage power supply
JP2017528102A (en) * 2014-08-13 2017-09-21 イーエニエーエスセー テック − インスティチュート デ エンゲンハリア デ システマス エ コンピュータドレス テクノロジア エ シエンシアInesc Tec − Instituto De Engenharia De Sistemas E Computadores, Tecnologia E Ciencia AC / DC converter with 3-layer to single-layer matrix converter, full-bridge AC / DC converter and HF transformer
JP2018042395A (en) * 2016-09-08 2018-03-15 学校法人 芝浦工業大学 Stirling engine generation system
CN111756250A (en) * 2020-05-31 2020-10-09 中车永济电机有限公司 Control method for restraining transformer magnetic biasing in high-frequency full-bridge DC/DC converter
CN111756250B (en) * 2020-05-31 2022-08-05 中车永济电机有限公司 Control method for restraining transformer magnetic biasing in high-frequency full-bridge DC/DC converter
WO2025022710A1 (en) * 2023-07-26 2025-01-30 株式会社村田製作所 Acdc converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5895319B2 (en) SMR converter
JP5480296B2 (en) Converter for single-phase and three-phase operation, DC power supply and battery charger
US11056979B2 (en) Power conversion apparatus
US9882466B2 (en) Power conversion device including an AC/DC converter and a DC/DC converter
US10044278B2 (en) Power conversion device
JP5530401B2 (en) Power supply
US9455641B2 (en) DC/DC converter
JP5928913B2 (en) Control device for resonant DC-DC converter
US9401655B2 (en) Power conversion apparatus with inverter circuit and series converter circuit having power factor control
JP5377604B2 (en) Power converter
CN103765748B (en) Power-converting device
CN108028607A (en) Three phase rectifier converter PWM scheme based on space vector modulation
JP5437334B2 (en) Power converter
US9231433B2 (en) Apparatus and method for charging an electrical energy store from an AC voltage source
JP2013055868A5 (en)
JP2013055866A5 (en)
JP2013150412A (en) Variable output charger
JP5828220B2 (en) DC-AC converter circuit and power converter using the same
JP5633688B2 (en) AC-AC converter circuit and power converter using the same
WO2013065228A1 (en) Power conversion device
JP6361539B2 (en) Conversion device
Hirose et al. Isolated AC/DC converter using simple PWM strategy
WO2014118818A1 (en) Power conversion device
JP5748804B2 (en) Power converter
JP2000262066A (en) Power converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150116

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20150120

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151208

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160405