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JP2014241707A - Power supply and control method therefor - Google Patents

Power supply and control method therefor Download PDF

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JP2014241707A JP2013124137A JP2013124137A JP2014241707A JP 2014241707 A JP2014241707 A JP 2014241707A JP 2013124137 A JP2013124137 A JP 2013124137A JP 2013124137 A JP2013124137 A JP 2013124137A JP 2014241707 A JP2014241707 A JP 2014241707A
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power supply
output port
primary side
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潤 武藤
Jun Muto
潤 武藤
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】ポートに設けられたキャパシタを容易に小型化できる、電源装置を提供すること。【解決手段】1次側回路と、前記1次側回路と変圧器で磁気結合する2次側回路とを有し、前記1次側回路の第1及び第2のポートと前記2次側回路の第3及び第4のポートとを合わせた4つのポートのうち、任意の2つのポート間で、前記1次側回路及び前記2次側回路それぞれに構成される電力変換部でのスイッチングによって電力を変換することが可能な、電源回路を並列に備えるとともに、前記4つのポートに設けられるキャパシタを備えた、電源装置であって、前記電力変換部でのスイッチング波形の位相が前記電源回路間で異なることを特徴とする、電源装置。【選択図】図1To provide a power supply device capable of easily downsizing a capacitor provided in a port. A primary side circuit, a secondary side circuit magnetically coupled to the primary side circuit by a transformer, and first and second ports of the primary side circuit and the secondary side circuit are provided. Of the four ports including the third and fourth ports, power is switched between two arbitrary ports by switching in the power conversion unit configured in each of the primary side circuit and the secondary side circuit. A power supply device including a power supply circuit in parallel and a capacitor provided in the four ports, wherein a phase of a switching waveform in the power conversion unit is between the power supply circuits. A power supply device characterized by being different. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、4つのポートのうち、任意の2つのポート間で電力を変換することが可能な電源装置及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a power supply apparatus capable of converting power between any two of four ports and a control method thereof.

従来、4つのポートのうち、任意の2つのポート間で電力を変換することが可能な電源装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。   Conventionally, a power supply device capable of converting power between any two of the four ports is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2011−193713号公報JP 2011-193713 A

しかしながら、特許文献1の技術だけでは、4つのポートそれぞれに設けられるキャパシタのリプル電流が大きくなりやすいため、それらのキャパシタを小型化することが難しかった。本発明は、ポートに設けられたキャパシタを容易に小型化できる、電源装置及びその制御方法の提供を目的とする。   However, with the technique of Patent Document 1 alone, the ripple current of the capacitors provided at each of the four ports tends to be large, and it has been difficult to downsize these capacitors. It is an object of the present invention to provide a power supply device and a control method therefor that can easily reduce the size of a capacitor provided in a port.

上記目的を達成するため、本発明は、
1次側回路と、前記1次側回路と変圧器で磁気結合する2次側回路とを有し、前記1次側回路の第1及び第2のポートと前記2次側回路の第3及び第4のポートとを合わせた4つのポートのうち、任意の2つのポート間で、前記1次側回路及び前記2次側回路それぞれに構成される電力変換部でのスイッチングによって電力を変換することが可能な、電源回路を並列に備えるとともに、前記4つのポートに設けられるキャパシタを備えた、電源装置であって、
前記電力変換部でのスイッチング波形の位相が前記電源回路間で異なることを特徴とする、電源装置を提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A primary side circuit; a secondary side circuit magnetically coupled to the primary side circuit by a transformer; and first and second ports of the primary side circuit and third and second sides of the secondary side circuit. Of the four ports including the fourth port, power is converted between any two ports by switching in a power conversion unit configured in each of the primary circuit and the secondary circuit. A power supply device including a power supply circuit in parallel and a capacitor provided in the four ports,
The power supply device is characterized in that the phase of the switching waveform in the power conversion unit is different between the power supply circuits.

また、上記目的を達成するため、本発明は、
1次側回路と、前記1次側回路と変圧器で磁気結合する2次側回路とを有し、前記1次側回路の第1及び第2のポートと前記2次側回路の第3及び第4のポートとを合わせた4つのポートのうち、任意の2つのポート間で、前記1次側回路及び前記2次側回路それぞれに構成される電力変換部でのスイッチングによって電力を変換することが可能な、電源回路を並列に備えるとともに、前記4つのポートに設けられたキャパシタを備えた、電源装置の制御方法であって、
前記電力変換部でのスイッチング波形の位相を前記電源回路間で異ならせることを特徴とする、電源装置の制御方法を提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A primary side circuit; a secondary side circuit magnetically coupled to the primary side circuit by a transformer; and first and second ports of the primary side circuit and third and second sides of the secondary side circuit. Of the four ports including the fourth port, power is converted between any two ports by switching in a power conversion unit configured in each of the primary circuit and the secondary circuit. A power supply device control method comprising a power supply circuit in parallel and a capacitor provided in the four ports,
The present invention provides a method for controlling a power supply device, wherein the phase of a switching waveform in the power converter is made different between the power supply circuits.

本発明によれば、ポートに設けられたキャパシタを容易に小型化できる。   According to the present invention, the capacitor provided in the port can be easily downsized.

電源装置の一実施形態である電力変換回路の構成例を示したブロック図The block diagram which showed the structural example of the power converter circuit which is one Embodiment of a power supply device 電力変換回路に構成される電源回路の一例を示した回路構成図Circuit configuration diagram showing an example of a power supply circuit configured in a power conversion circuit 制御回路の構成例を示したブロック図Block diagram showing configuration example of control circuit 電力変換回路の動作例を示したタイミングチャートTiming chart showing an example of operation of the power conversion circuit 電源回路を1系統だけで動作させたときのシミュレーション上での電流波形Current waveform on simulation when power supply circuit is operated with only one system 図5の期間T1で電源回路に流れる各電流の通電経路を示した図The figure which showed the energization path | route of each current which flows into a power supply circuit in period T1 of FIG. 図5の期間T2で電源回路に流れる各電流の通電経路を示した図The figure which showed the energization path | route of each current which flows into a power supply circuit in period T2 of FIG. 図5の期間T3で電源回路に流れる各電流の通電経路を示した図The figure which showed the energization path | route of each electric current which flows into a power supply circuit in period T3 of FIG. 図5の期間T4で電源回路に流れる各電流の通電経路を示した図The figure which showed the energization path | route of each electric current which flows into a power supply circuit in period T4 of FIG. 電力変換部でのスイッチング波形の位相が電源回路間で異なる状態の一例を示したタイミングチャートTiming chart showing an example of the state in which the phase of the switching waveform in the power converter differs between power supply circuits 電源回路間の位相差が無いときにキャパシタに流れるリプル電流のシミュレーション波形Simulation waveform of ripple current flowing in capacitor when there is no phase difference between power supply circuits 電源回路間の位相差が90°あるときにキャパシタに流れるリプル電流のシミュレーション波形Simulation waveform of ripple current flowing in capacitor when phase difference between power supply circuits is 90 °

<電力変換回路システム101の構成>
図1は、本発明に係る電源装置の一実施形態である電力変換回路10を備える電力変換回路システム101を示す図である。電力変換回路システム101は、例えば、電力変換回路10と、制御回路50と、センサ回路70とを含んで構成された電力変換装置である。
<Configuration of power conversion circuit system 101>
FIG. 1 is a diagram showing a power conversion circuit system 101 including a power conversion circuit 10 which is an embodiment of a power supply device according to the present invention. The power conversion circuit system 101 is a power conversion device configured to include a power conversion circuit 10, a control circuit 50, and a sensor circuit 70, for example.

電力変換回路システム101は、例えば、第1入出力ポートPAに接続された1次側高電圧系負荷LAと、第2入出力ポートPCに接続された1次側低電圧系負荷LC及び1次側低電圧系電源PSCとを含んで構成されている。1次側低電圧系電源PSCは、1次側低電圧系電源PSCと同じ電圧系(例えば、12V系)で動作する1次側低電圧系負荷LCに電力を供給する。また、1次側低電圧系電源PSCは、1次側低電圧系電源PSCと異なる電圧系(例えば、12V系よりも高い48V系)で動作する1次側高電圧系負荷LAに電源回路11,12の1次側フルブリッジ回路200(図2にて後述)によって昇圧した電力を供給する。1次側低電圧系電源PSCの具体例として、鉛バッテリ等の2次電池が挙げられる。   The power conversion circuit system 101 includes, for example, a primary high-voltage load LA connected to the first input / output port PA, a primary low-voltage load LC connected to the second input / output port PC, and a primary Side low voltage system power supply PSC. The primary side low voltage system power supply PSC supplies power to the primary side low voltage system load LC that operates in the same voltage system (for example, 12 V system) as the primary side low voltage system power supply PSC. Further, the primary side low voltage power source PSC is connected to the primary side high voltage system load LA operating in a voltage system different from the primary side low voltage system power source PSC (for example, 48V system higher than 12V system). , 12 is supplied with the boosted power by the primary side full bridge circuit 200 (described later in FIG. 2). A specific example of the primary side low-voltage power supply PSC is a secondary battery such as a lead battery.

電力変換回路システム101は、例えば、第3入出力ポートPBに接続された2次側高電圧系負荷LB及び2次側高電圧系電源PSBと、第4入出力ポートPDに接続された2次側低電圧系負荷LDとを含んで構成されている。2次側高電圧系電源PSBは、2次側高電圧系電源PSBと同じ電圧系(例えば、12V系及び48V系よりも高い288V系)で動作する2次側高電圧系負荷LBに電力を供給する。また、2次側高電圧系電源PSBは、2次側高電圧系電源PSBと異なる電圧系(例えば、288V系よりも低い72V系)で動作する2次側低電圧系負荷LDに電源回路11,12の2次側フルブリッジ回路300(図2にて後述)によって降圧した電力を供給する。2次側高電圧系電源PSBの具体例として、リチウムイオン電池等の2次電池が挙げられる。   For example, the power conversion circuit system 101 includes a secondary side high voltage system load LB and a secondary side high voltage system power source PSB connected to the third input / output port PB, and a secondary side connected to the fourth input / output port PD. Side low voltage system load LD. The secondary side high voltage system power supply PSB supplies power to the secondary side high voltage system load LB that operates in the same voltage system as the secondary side high voltage system power supply PSB (for example, 288V system higher than 12V system and 48V system). Supply. The secondary side high voltage system power supply PSB is connected to the secondary side low voltage system load LD that operates in a voltage system different from the secondary side high voltage system power supply PSB (for example, 72V system lower than the 288V system). , 12 of the secondary side full bridge circuit 300 (which will be described later with reference to FIG. 2). A specific example of the secondary side high voltage power supply PSB is a secondary battery such as a lithium ion battery.

電力変換回路10は、上述の4つの入出力ポートを有し、それらの4つの入出力ポートのうちから任意の2つの入出力ポートを選択し、当該2つの入出力ポートの間で電源回路11,12により電力変換を行う機能を有する電源装置である。第1入出力ポートPAは、第1入出力ポートPAに対して並列に接続された電源回路11,12に共通の入出力ノードであって、入出力が兼用可能なものである。上述の他の3つの入出力ポートも同様である。   The power conversion circuit 10 has the four input / output ports described above, selects any two input / output ports from the four input / output ports, and a power supply circuit 11 between the two input / output ports. , 12 has a function of performing power conversion. The first input / output port PA is an input / output node common to the power supply circuits 11 and 12 connected in parallel to the first input / output port PA, and can be used for both input and output. The same applies to the other three input / output ports described above.

電力変換回路10は、第1及び第2入出力ポートPA,PCと第3及び第4入出力ポートPB,PDとの間で、互いに並列に接続された2つの電源回路11,12を備えたDC−DCコンバータである。このように複数の電源回路を冗長的に備えることによって、各負荷LA,LB,LC,LDに対して供給可能な出力電力を増やしたり、複数の電源回路のうちの一部の電源回路が故障した際のフェールセーフ性能を向上させたりすることができる。   The power conversion circuit 10 includes two power supply circuits 11 and 12 connected in parallel between the first and second input / output ports PA and PC and the third and fourth input / output ports PB and PD. It is a DC-DC converter. By providing a plurality of power supply circuits redundantly in this way, the output power that can be supplied to each load LA, LB, LC, LD is increased, or some of the power supply circuits are out of order. The fail-safe performance can be improved.

電力Wa,Wc,Wb,Wdは、それぞれ、第1入出力ポートPA,第2入出力ポートPC,第3入出力ポートPB,第4入出力ポートPDにおける入力電力又は出力電力である。電源回路11において入力又は出力される電力Wa1,Wc1,Wb1,Wd1は、それぞれ、第1入出力ポートPAに接続される第1入出力ポートPA1,第2入出力ポートPCに接続される第2入出力ポートPC1,第3入出力ポートPBに接続される第3入出力ポートPB1,第4入出力ポートPDに接続される第4入出力ポートPD1における電力である。電源回路12において入力又は出力される電力Wa2,Wc2,Wb2,Wd2も同様である。   The powers Wa, Wc, Wb, and Wd are input power or output power at the first input / output port PA, the second input / output port PC, the third input / output port PB, and the fourth input / output port PD, respectively. The powers Wa1, Wc1, Wb1, Wd1 input or output in the power supply circuit 11 are respectively connected to the first input / output port PA1 connected to the first input / output port PA1, and to the second input / output port PC. The power in the fourth input / output port PD1 connected to the input / output port PC1, the third input / output port PB1 connected to the third input / output port PB1, and the fourth input / output port PD. The same applies to the powers Wa2, Wc2, Wb2, and Wd2 that are input or output in the power supply circuit 12.

電力変換回路10は、第1入出力ポートPAに設けられるキャパシタC1と、第2入出力ポートPCに設けられるキャパシタC3と、第3入出力ポートPBに設けられるキャパシタC2と、第4入出力ポートPDに設けられるキャパシタC4とを備えている。キャパシタC1,C2,C3,C4の具体例として、フィルムコンデンサ(フィルムキャパシタ)などが挙げられる。   The power conversion circuit 10 includes a capacitor C1 provided in the first input / output port PA, a capacitor C3 provided in the second input / output port PC, a capacitor C2 provided in the third input / output port PB, and a fourth input / output port. And a capacitor C4 provided in the PD. Specific examples of the capacitors C1, C2, C3, and C4 include film capacitors (film capacitors).

キャパシタC1は、第1入出力ポートPAの高電位側の端子602と、第1入出力ポートPA及び第2入出力ポートPCの低電位側の端子604との間に挿入される。キャパシタC3は、第2入出力ポートPCの高電位側の端子606と、第1入出力ポートPA及び第2入出力ポートPCの低電位側の端子604との間に挿入される。キャパシタC2は、第3入出力ポートPBの高電位側の端子608と、第3入出力ポートPB及び第4入出力ポートPDの低電位側の端子610との間に挿入される。キャパシタC4は、第4入出力ポートPDの高電位側の端子612と、第3入出力ポートPB及び第4入出力ポートPDの低電位側の端子610との間に挿入される。   The capacitor C1 is inserted between the high potential side terminal 602 of the first input / output port PA and the low potential side terminal 604 of the first input / output port PA and the second input / output port PC. The capacitor C3 is inserted between the high potential side terminal 606 of the second input / output port PC and the low potential side terminal 604 of the first input / output port PA and the second input / output port PC. The capacitor C2 is inserted between the high potential side terminal 608 of the third input / output port PB and the low potential side terminal 610 of the third input / output port PB and the fourth input / output port PD. The capacitor C4 is inserted between the terminal 612 on the high potential side of the fourth input / output port PD and the terminal 610 on the low potential side of the third input / output port PB and the fourth input / output port PD.

キャパシタC1は、第1入出力ポートPAに対して、電源回路11,12側の内部回路に設けられてもよいし、電源回路11,12とは反対側に設けられた1次側高電圧系負荷LA側の外部回路に設けられてもよい。キャパシタC2,C3,C4も、電力変換回路10の内部又は外部に備えられてもよい点で、同様である。   The capacitor C1 may be provided in the internal circuit on the power supply circuits 11 and 12 side with respect to the first input / output port PA, or the primary side high voltage system provided on the opposite side to the power supply circuits 11 and 12. It may be provided in an external circuit on the load LA side. The same applies to the capacitors C2, C3, and C4 in that they may be provided inside or outside the power conversion circuit 10.

図2は、電源回路11の回路構成図である。次に、電源回路11の構成を図1も参照して説明する。なお、電源回路12の回路構成は、電源回路11と同一でよいため、その説明を省略する。   FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the power supply circuit 11. Next, the configuration of the power supply circuit 11 will be described with reference to FIG. Since the circuit configuration of the power supply circuit 12 may be the same as that of the power supply circuit 11, the description thereof is omitted.

電源回路11は、1次側変換回路20と、2次側変換回路30とを含んで構成される。なお、1次側変換回路20と2次側変換回路30とは、変圧器400(センタータップ式変圧器)で磁気結合されている。   The power supply circuit 11 includes a primary side conversion circuit 20 and a secondary side conversion circuit 30. The primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 are magnetically coupled by a transformer 400 (center tap transformer).

1次側変換回路20は、1次側フルブリッジ回路200と、第1入出力ポートPA1と、第2入出力ポートPC1とを含んで構成された1次側回路である。1次側フルブリッジ回路200は、変圧器400の1次側コイル202と、1次側磁気結合リアクトル204と、1次側第1上アームU1と、1次側第1下アーム/U1と、1次側第2上アームV1と、1次側第2下アーム/V1とを含んで構成された1次側電力変換部である。ここで、1次側第1上アームU1と、1次側第1下アーム/U1と、1次側第2上アームV1と、1次側第2下アーム/V1は、それぞれ、例えば、Nチャネル型のMOSFETと、当該MOSFETの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該MOSFETに並列にダイオードが追加接続されてもよい。   The primary side conversion circuit 20 is a primary side circuit configured to include a primary full bridge circuit 200, a first input / output port PA1, and a second input / output port PC1. The primary side full bridge circuit 200 includes a primary side coil 202 of the transformer 400, a primary side magnetic coupling reactor 204, a primary side first upper arm U1, and a primary side first lower arm / U1, This is a primary power conversion unit configured to include a primary second upper arm V1 and a primary second lower arm / V1. Here, the primary side first upper arm U1, the primary side first lower arm / U1, the primary side second upper arm V1, and the primary side second lower arm / V1 are, for example, N The switching element includes a channel-type MOSFET and a body diode that is a parasitic element of the MOSFET. A diode may be additionally connected in parallel with the MOSFET.

1次側フルブリッジ回路200は、第1入出力ポートPA,PA1の高電位側の端子602,613に接続される1次側正極母線298と、第1入出力ポートPA,PA1及び第2入出力ポートPC,PC1の低電位側の端子604,614に接続される1次側負極母線299とを有している。   The primary-side full bridge circuit 200 includes a primary-side positive bus 298 connected to high-potential-side terminals 602 and 613 of the first input / output ports PA and PA1, the first input / output ports PA and PA1, and the second input. The output ports PC and PC1 have primary-side negative electrode buses 299 connected to terminals 604 and 614 on the low potential side.

1次側正極母線298と1次側負極母線299との間には、1次側第1上アームU1と、1次側第1下アーム/U1とを直列接続した1次側第1アーム回路207が取り付けられている。1次側第1アーム回路207は、1次側第1上アームU1及び1次側第1下アーム/U1のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な1次側第1電力変換回路部(1次側U相電力変換回路部)である。さらに、1次側正極母線298と1次側負極母線299との間には、1次側第2上アームV1と、1次側第2下アーム/V1とを直列接続した1次側第2アーム回路211が1次側第1アーム回路207と並列に取り付けられている。1次側第2アーム回路211は、1次側第2上アームV1及び1次側第2下アーム/V1のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な1次側第2電力変換回路部(1次側V相電力変換回路部)である。   A primary side first arm circuit in which a primary side first upper arm U1 and a primary side first lower arm / U1 are connected in series between a primary side positive electrode bus 298 and a primary side negative electrode bus 299. 207 is attached. The primary side first arm circuit 207 is a primary side first power conversion circuit unit capable of performing a power conversion operation by an on / off switching operation of the primary side first upper arm U1 and the primary side first lower arm / U1 ( Primary side U-phase power conversion circuit unit). Further, between the primary side positive electrode bus 298 and the primary side negative electrode bus 299, a primary side second upper arm V1 and a primary side second lower arm / V1 connected in series are connected. An arm circuit 211 is attached in parallel with the primary side first arm circuit 207. The primary side second arm circuit 211 is a primary side second power conversion circuit unit capable of performing a power conversion operation by ON / OFF switching operation of the primary side second upper arm V1 and the primary side second lower arm / V1 ( Primary side V-phase power conversion circuit unit).

1次側第1アーム回路207の中点207mと1次側第2アーム回路211の中点211mを接続するブリッジ部分には、1次側コイル202と1次側磁気結合リアクトル204とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、1次側第1アーム回路207の中点207mには、1次側磁気結合リアクトル204の1次側第1リアクトル204aの一方端が接続される。そして、1次側第1リアクトル204aの他方端には、1次側コイル202の一方端が接続される。さらに、1次側コイル202の他方端には、1次側磁気結合リアクトル204の1次側第2リアクトル204bの一方端が接続される。それから、1次側第2リアクトル204bの他方端が1次側第2アーム回路211の中点211mに接続される。なお、1次側磁気結合リアクトル204は、1次側第1リアクトル204aと、その1次側第1リアクトル204aと磁気結合する1次側第2リアクトル204bとを含んで構成される。   A primary side coil 202 and a primary side magnetic coupling reactor 204 are provided at a bridge portion connecting the middle point 207m of the primary side first arm circuit 207 and the middle point 211m of the primary side second arm circuit 211. ing. The connection relationship will be described in more detail with respect to the bridge portion. One end of the primary side first reactor 204a of the primary side magnetic coupling reactor 204 is connected to the midpoint 207m of the primary side first arm circuit 207. And one end of the primary side coil 202 is connected to the other end of the primary side 1st reactor 204a. Further, one end of the primary second reactor 204 b of the primary magnetic coupling reactor 204 is connected to the other end of the primary coil 202. Then, the other end of the primary side second reactor 204 b is connected to the midpoint 211 m of the primary side second arm circuit 211. The primary-side magnetic coupling reactor 204 includes a primary-side first reactor 204a and a primary-side second reactor 204b that is magnetically coupled to the primary-side first reactor 204a.

中点207mは、1次側第1上アームU1と1次側第1下アーム/U1との間の1次側第1中間ノードであり、中点211mは、1次側第2上アームV1と1次側第2下アーム/V1との間の1次側第2中間ノードである。   A midpoint 207m is a primary first intermediate node between the primary first upper arm U1 and the primary first lower arm / U1, and a midpoint 211m is the primary second upper arm V1. And a primary side second lower arm / V1.

第1入出力ポートPA,PA1は、1次側正極母線298と1次側負極母線299との間に設けられるポートである。第1入出力ポートPA(PA1)は、端子602と端子604(端子613と端子614)とを含んで構成される。第2入出力ポートPC(PC1)は、1次側負極母線299と1次側コイル202のセンタータップ202mとの間に設けられるポートである。第2入出力ポートPC(PC1)は、端子604と端子606(端子614と端子616)とを含んで構成される。   The first input / output ports PA and PA1 are ports provided between the primary positive electrode bus 298 and the primary negative electrode bus 299. The first input / output port PA (PA1) includes a terminal 602 and a terminal 604 (terminal 613 and terminal 614). The second input / output port PC (PC1) is a port provided between the primary negative electrode bus 299 and the center tap 202m of the primary coil 202. The second input / output port PC (PC1) includes a terminal 604 and a terminal 606 (terminal 614 and terminal 616).

センタータップ202mは、第2入出力ポートPC,PC1の高電位側の端子606,616に接続されている。センタータップ202mは、1次側コイル202に構成される1次側第1巻線202aと1次側第2巻線202bとの中間接続点である。   The center tap 202m is connected to terminals 606 and 616 on the high potential side of the second input / output ports PC and PC1. The center tap 202m is an intermediate connection point between the primary first winding 202a and the primary second winding 202b configured in the primary coil 202.

2次側変換回路30は、2次側フルブリッジ回路300と、第3入出力ポートPB1と、第4入出力ポートPD1とを含んで構成された2次側回路である。2次側フルブリッジ回路300は、変圧器400の2次側コイル302と、2次側磁気結合リアクトル304と、2次側第1上アームU2と、2次側第1下アーム/U2と、2次側第2上アームV2と、2次側第2下アーム/V2とを含んで構成された2次側電力変換部である。ここで、2次側第1上アームU2と、2次側第1下アーム/U2と、2次側第2上アームV2と、2次側第2下アーム/V2は、それぞれ、例えば、Nチャネル型のMOSFETと、当該MOSFETの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該MOSFETに並列にダイオードが追加接続されてもよい。   The secondary side conversion circuit 30 is a secondary side circuit configured to include a secondary side full bridge circuit 300, a third input / output port PB1, and a fourth input / output port PD1. The secondary side full bridge circuit 300 includes a secondary side coil 302 of the transformer 400, a secondary side magnetic coupling reactor 304, a secondary side first upper arm U2, and a secondary side first lower arm / U2. This is a secondary side power converter configured to include the secondary side second upper arm V2 and the secondary side second lower arm / V2. Here, each of the secondary side first upper arm U2, the secondary side first lower arm / U2, the secondary side second upper arm V2, and the secondary side second lower arm / V2 is, for example, N The switching element includes a channel-type MOSFET and a body diode that is a parasitic element of the MOSFET. A diode may be additionally connected in parallel with the MOSFET.

2次側フルブリッジ回路300は、第3入出力ポートPB,PB1の高電位側の端子608,618に接続される2次側正極母線398と、第3入出力ポートPB,PB1及び第4入出力ポートPD,PD1の低電位側の端子610,620に接続される2次側負極母線399とを有している。   The secondary side full bridge circuit 300 includes a secondary side positive bus 398 connected to the high potential side terminals 608 and 618 of the third input / output ports PB and PB1, a third input / output port PB and PB1, and a fourth input. It has a secondary negative electrode bus 399 connected to the low potential side terminals 610, 620 of the output ports PD, PD1.

2次側正極母線398と2次側負極母線399との間には、2次側第1上アームU2と、2次側第1下アーム/U2とを直列接続した2次側第1アーム回路307が取り付けられている。2次側第1アーム回路307は、2次側第1上アームU2及び2次側第1下アーム/U2のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な2次側第1電力変換回路部(2次側U相電力変換回路部)である。さらに、2次側正極母線398と2次側負極母線399との間には、2次側第2上アームV2と、2次側第2下アーム/V2とを直列接続した2次側第2アーム回路311が2次側第1アーム回路307と並列に取り付けられている。2次側第2アーム回路311は、2次側第2上アームV2及び2次側第2下アーム/V2のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な2次側第2電力変換回路部(2次側V相電力変換回路部)である。   A secondary side first arm circuit in which a secondary side first upper arm U2 and a secondary side first lower arm / U2 are connected in series between a secondary side positive electrode bus 398 and a secondary side negative electrode bus 399. 307 is attached. The secondary side first arm circuit 307 is a secondary side first power conversion circuit unit capable of performing a power conversion operation by on / off switching operation of the secondary side first upper arm U2 and the secondary side first lower arm / U2. Secondary side U-phase power conversion circuit unit). Furthermore, a secondary side second upper arm V2 and a secondary side second lower arm / V2 are connected in series between the secondary side positive electrode bus 398 and the secondary side negative electrode bus 399. An arm circuit 311 is attached in parallel with the secondary side first arm circuit 307. The secondary side second arm circuit 311 is a secondary side second power conversion circuit unit capable of performing a power conversion operation by an on / off switching operation of the secondary side second upper arm V2 and the secondary side second lower arm / V2. Secondary side V-phase power conversion circuit unit).

2次側第1アーム回路307の中点307mと2次側第2アーム回路311の中点311mを接続するブリッジ部分には、2次側コイル302と2次側磁気結合リアクトル304とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、2次側第2アーム回路311の中点311mには、2次側磁気結合リアクトル304の2次側第1リアクトル304aの一方端が接続される。そして、2次側第1リアクトル304aの他方端には、2次側コイル302の一方端が接続される。さらに、2次側コイル302の他方端には、2次側磁気結合リアクトル304の2次側第2リアクトル304bの一方端が接続される。それから、2次側第2リアクトル304bの他方端が2次側第1アーム回路307の中点307mに接続される。なお、2次側磁気結合リアクトル304は、2次側第1リアクトル304aと、その2次側第1リアクトル304aと磁気結合する2次側第2リアクトル304bとを含んで構成される。   A secondary coil 302 and a secondary magnetic coupling reactor 304 are provided at a bridge portion connecting the midpoint 307m of the secondary side first arm circuit 307 and the midpoint 311m of the secondary side second arm circuit 311. ing. The connection relationship will be described in more detail with respect to the bridge portion. One end of the secondary side first reactor 304a of the secondary side magnetic coupling reactor 304 is connected to the midpoint 311m of the secondary side second arm circuit 311. Then, one end of the secondary coil 302 is connected to the other end of the secondary first reactor 304a. Furthermore, one end of the secondary second reactor 304 b of the secondary magnetic coupling reactor 304 is connected to the other end of the secondary coil 302. Then, the other end of the secondary second reactor 304b is connected to the midpoint 307m of the secondary first arm circuit 307. The secondary-side magnetic coupling reactor 304 includes a secondary-side first reactor 304a and a secondary-side second reactor 304b that is magnetically coupled to the secondary-side first reactor 304a.

中点307mは、2次側第1上アームU2と2次側第1下アーム/U2との間の2次側第1中間ノードであり、中点311mは、2次側第2上アームV2と2次側第2下アーム/V2との間の2次側第2中間ノードである。   The middle point 307m is a secondary side first intermediate node between the secondary side first upper arm U2 and the secondary side first lower arm / U2, and the middle point 311m is the secondary side second upper arm V2. And a secondary side second intermediate node between the secondary side second lower arm / V2.

第3入出力ポートPB,PB1は、2次側正極母線398と2次側負極母線399との間に設けられるポートである。第3入出力ポートPB(PB1)は、端子608と端子610(端子618と端子620)とを含んで構成される。第4入出力ポートPD(PD1)は、2次側負極母線399と2次側コイル302のセンタータップ302mとの間に設けられるポートである。第4入出力ポートPD(PD1)は、端子610と端子612(端子620と端子622)とを含んで構成される。   The third input / output ports PB and PB1 are ports provided between the secondary positive electrode bus 398 and the secondary negative electrode bus 399. The third input / output port PB (PB1) includes a terminal 608 and a terminal 610 (terminal 618 and terminal 620). The fourth input / output port PD (PD1) is a port provided between the secondary negative electrode bus 399 and the center tap 302m of the secondary coil 302. The fourth input / output port PD (PD1) includes a terminal 610 and a terminal 612 (terminal 620 and terminal 622).

センタータップ302mは、第4入出力ポートPD,PD1の高電位側の端子612,622に接続されている。センタータップ302mは、2次側コイル302に構成される2次側第1巻線302aと2次側第2巻線302bとの中間接続点である。   The center tap 302m is connected to terminals 612 and 622 on the high potential side of the fourth input / output ports PD and PD1. The center tap 302m is an intermediate connection point between the secondary side first winding 302a and the secondary side second winding 302b configured in the secondary side coil 302.

図1において、電力変換回路システム101の電力変換回路10は、センサ回路70を備えている。センサ回路70は、第1乃至第4入出力ポートPA,PC,PB,PDにおける出力値Doを所定の検出周期で検出し、出力値Doに応じた検出信号を制御回路50に対して出力するセンサ部である。出力値Doとして、例えば、第1乃至第4入出力ポートPA,PC,PB,PDにおける、電力Wa,Wc,Wb,Wdの電力値、出力電圧値、出力電流値が挙げられる。また、センサ回路70は、中点207m,211m,307m,311mの電圧をモニタするモニタ部でもよい。センサ回路70は、電力変換回路10の内部に備えられても外部に備えられてもよい。   In FIG. 1, the power conversion circuit 10 of the power conversion circuit system 101 includes a sensor circuit 70. The sensor circuit 70 detects the output value Do at the first to fourth input / output ports PA, PC, PB, PD at a predetermined detection cycle, and outputs a detection signal corresponding to the output value Do to the control circuit 50. It is a sensor part. Examples of the output value Do include power values of power Wa, Wc, Wb, and Wd, output voltage values, and output current values in the first to fourth input / output ports PA, PC, PB, and PD. The sensor circuit 70 may be a monitor unit that monitors the voltages at the midpoints 207m, 211m, 307m, and 311m. The sensor circuit 70 may be provided inside or outside the power conversion circuit 10.

電力変換回路10は、制御回路50を備えている。制御回路50は、第1乃至第4入出力ポートPA,PC,PB,PDの出力値Doが第1乃至第4入出力ポートPA,PC,PB,PDの出力目標値Dotに追従するように電源回路11,12の出力を制御する制御部である。制御回路50は、例えば、CPUを内蔵するマイクロコンピュータを備えた電子回路である。出力目標値Dotは、所定の装置から指令される値であり、出力目標電圧値Votでもよいし、出力目標電流値Iotでもよいし、出力目標電力値Wotでもよい。制御回路50は、電力変換回路10の内部に備えられても外部に備えられてもよい。   The power conversion circuit 10 includes a control circuit 50. The control circuit 50 makes the output value Do of the first to fourth input / output ports PA, PC, PB, PD follow the output target value Dot of the first to fourth input / output ports PA, PC, PB, PD. It is a control unit that controls the outputs of the power supply circuits 11 and 12. The control circuit 50 is an electronic circuit provided with a microcomputer incorporating a CPU, for example. The output target value Dot is a value commanded from a predetermined device, and may be the output target voltage value Vot, the output target current value Iot, or the output target power value Wot. The control circuit 50 may be provided inside or outside the power conversion circuit 10.

制御回路50は、例えば、センサ回路70によって検出された出力値Doをフィードバックし、出力目標値Dotとフィードバックされた出力値Doの検出値との偏差が零になるように、電源回路11,12それぞれの出力電力を制御する。制御回路50は、電源回路11,12それぞれの出力電圧を制御する回路でもよいし、電源回路11,12それぞれの出力電流を制御する回路でもよい。   The control circuit 50 feeds back the output value Do detected by the sensor circuit 70, for example, and the power supply circuits 11, 12 so that the deviation between the output target value Dot and the detected value of the output value Do fed back becomes zero. Control each output power. The control circuit 50 may be a circuit that controls the output voltage of each of the power supply circuits 11 and 12 or may be a circuit that controls the output current of each of the power supply circuits 11 and 12.

制御回路50は、例えば、電源回路11,12それぞれの出力電力を電力変換により制御することが可能な制御パラメータPの値を変化させる。この場合、制御パラメータPは、2種類あり、位相差φ及びデューティ比(オン時間δ)である。   For example, the control circuit 50 changes the value of the control parameter P that can control the output power of each of the power supply circuits 11 and 12 by power conversion. In this case, there are two types of control parameters P, which are the phase difference φ and the duty ratio (ON time δ).

位相差φは、1次側フルブリッジ回路200と2次側フルブリッジ回路300との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ(タイムラグ)である。デューティ比(オン時間δ)は、1次側フルブリッジ回路200及び2次側フルブリッジ回路300に構成される各電力変換回路部でのスイッチング波形のデューティ比(オン時間)である。   The phase difference φ is a switching timing shift (time lag) between the power conversion circuit units of the same phase between the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300. The duty ratio (ON time δ) is a duty ratio (ON time) of a switching waveform in each power conversion circuit unit configured in the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300.

これらの2つの制御パラメータPは、互いに独立に制御されることが可能である。制御回路50は、位相差φ及びデューティ比(オン時間δ)を用いた1次側フルブリッジ回路200及び2次側フルブリッジ回路300のデューティ比制御及び/又は位相制御によって、電源回路11,12の各出力を変化させる。   These two control parameters P can be controlled independently of each other. The control circuit 50 controls the power supply circuits 11 and 12 by duty ratio control and / or phase control of the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300 using the phase difference φ and the duty ratio (ON time δ). Change each output of.

図3は、制御回路50のブロック図である。制御回路50は、1次側変換回路20の1次側第1上アームU1等の各スイッチング素子と2次側変換回路30の2次側第1上アームU2等の各スイッチング素子のスイッチング制御を行う機能を有する制御部である。制御回路50は、電力変換モード決定処理部502と、位相差φ決定処理部504と、オン時間δ決定処理部506と、1次側スイッチング処理部508と、2次側スイッチング処理部510とを含んで構成される。制御回路50は、例えば、CPUを内蔵するマイクロコンピュータを備えた電子回路である。   FIG. 3 is a block diagram of the control circuit 50. The control circuit 50 performs switching control of each switching element such as the primary first upper arm U1 of the primary conversion circuit 20 and each switching element such as the secondary first upper arm U2 of the secondary conversion circuit 30. It is a control part which has a function to perform. The control circuit 50 includes a power conversion mode determination processing unit 502, a phase difference φ determination processing unit 504, an on-time δ determination processing unit 506, a primary side switching processing unit 508, and a secondary side switching processing unit 510. Consists of including. The control circuit 50 is an electronic circuit provided with a microcomputer incorporating a CPU, for example.

電力変換モード決定処理部502は、図示しない外部信号に基づいて、次に述べる電力変換回路10の電力変換モードA〜Lの中から動作モードを選択して決定する。電力変換モードは、第1入出力ポートPAから入力された電力を変換して第2入出力ポートPCへ出力するモードAと、第1入出力ポートPAから入力された電力を変換して第3入出力ポートPBへ出力するモードBと、第1入出力ポートPAから入力された電力を変換して第4入出力ポートPDへ出力するモードCがある。   The power conversion mode determination processing unit 502 selects and determines an operation mode from power conversion modes A to L of the power conversion circuit 10 described below based on an external signal (not shown). The power conversion mode is a mode A in which the power input from the first input / output port PA is converted and output to the second input / output port PC, and the power input from the first input / output port PA is converted to a third mode. There is a mode B for outputting to the input / output port PB and a mode C for converting the power input from the first input / output port PA and outputting it to the fourth input / output port PD.

そして、第2入出力ポートPCから入力された電力を変換して第1入出力ポートPAへ出力するモードDと、第2入出力ポートPCから入力された電力を変換して第3入出力ポートPBへ出力するモードEと、第2入出力ポートPCから入力された電力を変換して第4入出力ポートPDへ出力するモードFがある。   A mode D for converting the power input from the second input / output port PC and outputting it to the first input / output port PA, and a third input / output port for converting the power input from the second input / output port PC There is a mode E that outputs to the PB and a mode F that converts the power input from the second input / output port PC and outputs it to the fourth input / output port PD.

さらに、第3入出力ポートPBから入力された電力を変換して第1入出力ポートPAへ出力するモードGと、第3入出力ポートPBから入力された電力を変換して第2入出力ポートPCへ出力するモードHと、第3入出力ポートPBから入力された電力を変換して第4入出力ポートPDへ出力するモードIがある。   Furthermore, the mode G that converts the power input from the third input / output port PB and outputs it to the first input / output port PA, and the second input / output port that converts the power input from the third input / output port PB. There is a mode H for outputting to the PC and a mode I for converting the power input from the third input / output port PB and outputting it to the fourth input / output port PD.

それから、第4入出力ポートPDから入力された電力を変換して第1入出力ポートPAへ出力するモードJと、第4入出力ポートPDから入力された電力を変換して第2入出力ポートPCへ出力するモードKと、第4入出力ポートPDから入力された電力を変換して第3入出力ポートPBへ出力するモードLがある。   Then, the mode J for converting the power input from the fourth input / output port PD and outputting it to the first input / output port PA, and the second input / output port for converting the power input from the fourth input / output port PD There is a mode K for outputting to the PC and a mode L for converting the power input from the fourth input / output port PD and outputting it to the third input / output port PB.

位相差φ決定処理部504は、電力変換回路10をDC−DCコンバータ回路として機能させるために、1次側変換回路20と2次側変換回路30との間のスイッチング素子のスイッチング周期の位相差φを設定する機能を有する。   The phase difference φ determination processing unit 504 is configured to cause the power conversion circuit 10 to function as a DC-DC converter circuit, so that the phase difference between the switching periods of the switching elements between the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30. Has a function to set φ.

オン時間δ決定処理部506は、1次側変換回路20と2次側変換回路30をそれぞれ昇降圧回路として機能させるために、1次側変換回路20と2次側変換回路30のスイッチング素子のオン時間δを設定する機能を有する。   The on-time δ determination processing unit 506 operates switching elements of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 in order to cause the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 to function as step-up / down circuits, respectively. It has a function of setting the on time δ.

1次側スイッチング処理部508は、電力変換モード決定処理部502と位相差φ決定処理部504とオン時間δ決定処理部506の出力に基づいて、1次側第1上アームU1と、1次側第1下アーム/U1と、1次側第2上アームV1と、1次側第2下アーム/V1の各スイッチング素子をスイッチング制御する機能を有する。   The primary side switching processing unit 508 includes the primary side first upper arm U1 and the primary side based on the outputs of the power conversion mode determination processing unit 502, the phase difference φ determination processing unit 504, and the on-time δ determination processing unit 506. The switching function of each switching element of the side first lower arm / U1, the primary second upper arm V1, and the primary second lower arm / V1 is provided.

2次側スイッチング処理部510は、電力変換モード決定処理部502と位相差φ決定処理部504とオン時間δ決定処理部506の出力に基づいて、2次側第1上アームU2と、2次側第1下アーム/U2と、2次側第2上アームV2と、2次側第2下アーム/V2の各スイッチング素子をスイッチング制御する機能を有する。   The secondary side switching processing unit 510 includes a secondary side first upper arm U2 and a secondary side based on outputs of the power conversion mode determination processing unit 502, the phase difference φ determination processing unit 504, and the on-time δ determination processing unit 506. The switching function of each switching element of the side first lower arm / U2, the secondary side second upper arm V2, and the secondary side second lower arm / V2 is provided.

<電力変換回路システム101の動作>
上記電力変換回路システム101の動作について、図1乃至図3を用いて説明する。例えば、電力変換回路10の電力変換モードをモードFとして動作させることを要求する外部信号が入力されてきた場合には、制御回路50の電力変換モード決定処理部502は、電力変換回路10の電力変換モードをモードFとして決定する。このとき、第2入出力ポートPC1に入力された電圧が1次側変換回路20の昇圧機能によって昇圧され、その昇圧された電圧が電力変換回路10のDC−DCコンバータ回路としての機能によって第3入出力ポートPB1側へと伝送され、さらに、2次側変換回路30の降圧機能によって降圧されて第4入出力ポートPD1から出力される。
<Operation of Power Conversion Circuit System 101>
The operation of the power conversion circuit system 101 will be described with reference to FIGS. For example, when an external signal requesting to operate the power conversion mode of the power conversion circuit 10 as mode F is input, the power conversion mode determination processing unit 502 of the control circuit 50 The conversion mode is determined as mode F. At this time, the voltage input to the second input / output port PC1 is boosted by the boosting function of the primary side conversion circuit 20, and the boosted voltage is increased by the function of the power conversion circuit 10 as the DC-DC converter circuit. The signal is transmitted to the input / output port PB1 side, further stepped down by the step-down function of the secondary side conversion circuit 30, and output from the fourth input / output port PD1.

ここで、1次側変換回路20の昇降圧機能について詳細に説明する。第2入出力ポートPC1と第1入出力ポートPA1について着目すると、第2入出力ポートPC1の端子616は、1次側第1巻線202aと、1次側第1巻線202aに直列接続される1次側第1リアクトル204aを介して、1次側第1アーム回路207の中点207mに接続される。そして、1次側第1アーム回路207の両端は、第1入出力ポートPA1に接続されているため、第2入出力ポートPC1の端子616と第1入出力ポートPA1との間には昇降圧回路が取り付けられていることとなる。   Here, the step-up / step-down function of the primary side conversion circuit 20 will be described in detail. Focusing on the second input / output port PC1 and the first input / output port PA1, the terminal 616 of the second input / output port PC1 is connected in series to the primary side first winding 202a and the primary side first winding 202a. The primary side first arm circuit 207 is connected to the midpoint 207m through the primary side first reactor 204a. Since both ends of the primary side first arm circuit 207 are connected to the first input / output port PA1, there is a step-up / step-down voltage between the terminal 616 of the second input / output port PC1 and the first input / output port PA1. A circuit is attached.

さらに、第2入出力ポートPC1の端子616は、1次側第2巻線202bと、1次側第2巻線202bに直列接続される1次側第2リアクトル204bを介して、1次側第2アーム回路211の中点211mに接続される。そして、1次側第2アーム回路211の両端は、第1入出力ポートPA1に接続されているため、第2入出力ポートPC1の端子616と第1入出力ポートPA1との間には、昇降圧回路が並列に取り付けられていることとなる。なお、2次側変換回路30は、1次側変換回路20とほぼ同様の構成を有する回路であるため、第4入出力ポートPD1の端子622と第3入出力ポートPB1との間には、2つの昇降圧回路が並列に接続されていることとなる。したがって、2次側変換回路30は、1次側変換回路20と同様に昇降圧機能を有する。   Further, the terminal 616 of the second input / output port PC1 is connected to the primary side via the primary side second winding 202b and the primary side second reactor 204b connected in series to the primary side second winding 202b. The second arm circuit 211 is connected to the midpoint 211m. Since both ends of the primary side second arm circuit 211 are connected to the first input / output port PA1, there is no up / down between the terminal 616 of the second input / output port PC1 and the first input / output port PA1. The pressure circuit is attached in parallel. Since the secondary side conversion circuit 30 is a circuit having substantially the same configuration as the primary side conversion circuit 20, between the terminal 622 of the fourth input / output port PD1 and the third input / output port PB1, Two step-up / step-down circuits are connected in parallel. Therefore, the secondary side conversion circuit 30 has a step-up / step-down function like the primary side conversion circuit 20.

次に、電源回路11のDC−DCコンバータ回路としての機能について詳細に説明する。第1入出力ポートPA1と第3入出力ポートPB1について着目すると、第1入出力ポートPA1には、1次側フルブリッジ回路200が接続され、第3入出力ポートPB1は、2次側フルブリッジ回路300が接続されている。そして、1次側フルブリッジ回路200のブリッジ部分に設けられる1次側コイル202と、2次側フルブリッジ回路300のブリッジ部分に設けられる2次側コイル302とが磁気結合することで、変圧器400(巻き数が1:Nのセンタータップ式変圧器)として機能する。したがって、1次側フルブリッジ回路200と2次側フルブリッジ回路300のスイッチング素子のスイッチング周期の位相差を調整することで、第1入出力ポートPA1に入力された電力を変換して第3入出力ポートPB1に伝送し、あるいは、第3入出力ポートPB1に入力された電力を変換して第1入出力ポートPA1に伝送させることができる。   Next, the function of the power supply circuit 11 as a DC-DC converter circuit will be described in detail. Focusing on the first input / output port PA1 and the third input / output port PB1, the first input / output port PA1 is connected to the primary side full bridge circuit 200, and the third input / output port PB1 is connected to the secondary side full bridge. A circuit 300 is connected. Then, the primary side coil 202 provided in the bridge portion of the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side coil 302 provided in the bridge portion of the secondary side full bridge circuit 300 are magnetically coupled, so that the transformer It functions as 400 (center tap type transformer having a winding number of 1: N). Therefore, by adjusting the phase difference between the switching periods of the switching elements of the primary-side full-bridge circuit 200 and the secondary-side full-bridge circuit 300, the power input to the first input / output port PA1 is converted and the third input The power can be transmitted to the output port PB1, or the power input to the third input / output port PB1 can be converted and transmitted to the first input / output port PA1.

図4は、制御回路50の制御によって、電力変換回路10に構成される各アームのオンオフのスイッチング波形のタイミングチャートを示す図である。図4において、U1は、1次側第1上アームU1のオンオフ波形であり、V1は、1次側第2上アームV1のオンオフ波形であり、U2は、2次側第1上アームU2のオンオフ波形であり、V2は、2次側第2上アームV2のオンオフ波形である。1次側第1下アーム/U1、1次側第2下アーム/V1、2次側第1下アーム/U2、2次側第2下アーム/V2のオンオフ波形は、それぞれ、1次側第1上アームU1、1次側第2上アームV1、2次側第1上アームU2、2次側第2上アームV2のオンオフ波形を反転した波形である(図示省略)。なお、上下アームの両オンオフ波形間には、上下アームの両方がオンすることで貫通電流が流れないようにデッドタイムが設けられているとよい。また、図4において、ハイレベルがオン状態を表し、ローレベルがオフ状態を表している。   FIG. 4 is a timing chart of ON / OFF switching waveforms of each arm configured in the power conversion circuit 10 under the control of the control circuit 50. In FIG. 4, U1 is an ON / OFF waveform of the primary first upper arm U1, V1 is an ON / OFF waveform of the primary second upper arm V1, and U2 is the secondary first upper arm U2. It is an on / off waveform, and V2 is an on / off waveform of the secondary second upper arm V2. The primary-side first lower arm / U1, the primary-side second lower arm / V1, the secondary-side first lower arm / U2, and the secondary-side second lower arm / V2 have ON / OFF waveforms respectively. This is a waveform obtained by inverting the on / off waveform of the first upper arm U1, the primary second upper arm V1, the secondary first upper arm U2, and the secondary second upper arm V2 (not shown). Note that a dead time is preferably provided between the on-off waveforms of the upper and lower arms so that no through current flows when both the upper and lower arms are turned on. In FIG. 4, the high level represents the on state and the low level represents the off state.

ここで、U1とV1とU2とV2の各オン時間δを変更することで、1次側変換回路20と2次側変換回路30の昇降圧比を変更することができる。例えば、U1とV1とU2とV2の各オン時間δを互いに等しくすることで、1次側変換回路20の昇降圧比と2次側変換回路30の昇降圧比を等しくできる。   Here, the step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 can be changed by changing the ON times δ of U1, V1, U2, and V2. For example, by making the ON times δ of U1, V1, U2, and V2 equal to each other, the step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 and the step-up / step-down ratio of the secondary side conversion circuit 30 can be made equal.

オン時間δ決定処理部506は、1次側変換回路20と2次側変換回路30の昇降圧比が互いに等しくなるように、U1とV1とU2とV2の各オン時間δを互いに等しくする(各オン時間δ=1次側オン時間δ1=2次側オン時間δ2=時間値α)。   The ON time δ determination processing unit 506 makes the ON times δ of U1, V1, U2, and V2 equal to each other so that the step-up / step-down ratios of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 are equal to each other (each ON time δ = primary side ON time δ1 = secondary side ON time δ2 = time value α).

1次側変換回路20の昇降圧比は、1次側フルブリッジ回路200に構成されるスイッチング素子(アーム)のスイッチング周期Tに占めるオン時間δの割合であるデューティ比によって決まる。同様に、2次側変換回路30の昇降圧比は、2次側フルブリッジ回路300に構成されるスイッチング素子(アーム)のスイッチング周期Tに占めるオン時間δの割合であるデューティ比によって決まる。1次側変換回路20の昇降圧比は、第1入出力ポートPA1と第2入出力ポートPC1との間の変圧比であり、2次側変換回路30の昇降圧比は、第3入出力ポートPB1と第4入出力ポートPD1との間の変圧比である。   The step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 is determined by the duty ratio that is the ratio of the on-time δ to the switching cycle T of the switching elements (arms) configured in the primary side full bridge circuit 200. Similarly, the step-up / step-down ratio of the secondary side conversion circuit 30 is determined by the duty ratio that is the ratio of the ON time δ to the switching period T of the switching elements (arms) configured in the secondary side full bridge circuit 300. The step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 is a transformation ratio between the first input / output port PA1 and the second input / output port PC1, and the step-up / step-down ratio of the secondary side conversion circuit 30 is the third input / output port PB1. And the fourth input / output port PD1.

したがって、例えば、
1次側変換回路20の昇降圧比
=第2入出力ポートPC1の電圧/第1入出力ポートPA1の電圧
=δ1/T=α/T
2次側変換回路30の昇降圧比
=第4入出力ポートPD1の電圧/第3入出力ポートPB1の電圧
=δ2/T=α/T
と表される。つまり、1次側変換回路20と2次側変換回路30の昇降圧比は互いに同じ値(=α/T)である。
So, for example,
The step-up / down ratio of the primary side conversion circuit 20 = the voltage of the second input / output port PC1 / the voltage of the first input / output port PA1 = δ1 / T = α / T
The step-up / step-down ratio of the secondary conversion circuit 30 = the voltage at the fourth input / output port PD1 / the voltage at the third input / output port PB1 = δ2 / T = α / T
It is expressed. That is, the step-up / step-down ratio of the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 is the same value (= α / T).

なお、図4のオン時間δは、1次側第1上アームU1及び1次側第2上アームV1のオン時間δ1を表すとともに、2次側第1上アームU2及び2次側第2上アームV2のオン時間δ2を表す。また、1次側フルブリッジ回路200に構成されるアームのスイッチング周期Tと2次側フルブリッジ回路300に構成されるアームのスイッチング周期Tは等しい時間である。   4 represents the on time δ1 of the primary first upper arm U1 and the primary second upper arm V1, and the secondary first upper arm U2 and the secondary second upper. This represents the on time δ2 of the arm V2. The switching period T of the arm configured in the primary side full bridge circuit 200 and the switching period T of the arm configured in the secondary side full bridge circuit 300 are equal times.

また、U1とV1との位相差は、180度(π)で動作させ、U2とV2との位相差も180度(π)で動作させる。さらに、U1とU2の位相差φを変更することで、1次側変換回路20と2次側変換回路30の間の電力送電量を調整することができ、位相差φ>0であれば、1次側変換回路20から2次側変換回路30に伝送し、位相差φ<0であれば、2次側変換回路30から1次側変換回路20に伝送することができる。   The phase difference between U1 and V1 is operated at 180 degrees (π), and the phase difference between U2 and V2 is also operated at 180 degrees (π). Furthermore, by changing the phase difference φ between U1 and U2, the amount of power transmitted between the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 can be adjusted, and if the phase difference φ> 0, Transmission from the primary side conversion circuit 20 to the secondary side conversion circuit 30 can be performed from the secondary side conversion circuit 30 to the primary side conversion circuit 20 if the phase difference φ <0.

位相差φは、1次側フルブリッジ回路200と2次側フルブリッジ回路300との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ(タイムラグ)である。例えば、位相差φは、1次側第1アーム回路207と2次側第1アーム回路307との間でのスイッチングタイミングのずれであり、1次側第2アーム回路211と2次側第2アーム回路311との間でのスイッチングタイミングのずれである。それらのずれは互いに等しいまま制御される。つまり、U1とU2の位相差φ及びV1とV2の位相差φは、同じ値に制御される。   The phase difference φ is a switching timing shift (time lag) between the power conversion circuit units of the same phase between the primary side full bridge circuit 200 and the secondary side full bridge circuit 300. For example, the phase difference φ is a switching timing shift between the primary side first arm circuit 207 and the secondary side first arm circuit 307, and the primary side second arm circuit 211 and the secondary side second arm circuit 307. This is a difference in switching timing with the arm circuit 311. These deviations are controlled to be equal to each other. That is, the phase difference φ between U1 and U2 and the phase difference φ between V1 and V2 are controlled to the same value.

したがって、例えば、電力変換回路10の電力変換モードをモードFとして動作させることを要求する外部信号が入力されてきた場合に、電力変換モード決定処理部502はモードFを選択することを決定する。そして、オン時間δ決定処理部506は、1次側変換回路20を第2入出力ポートPC1に入力された電圧を昇圧して第1入出力ポートPA1に出力する昇圧回路として機能させる場合の昇圧比を規定するオン時間δを設定する。なお、2次側変換回路30では、オン時間δ決定処理部506によって設定されたオン時間δによって規定された降圧比で第3入出力ポートPB1に入力された電圧を降圧して第4入出力ポートPD1に出力する降圧回路として機能する。さらに、位相差φ決定処理部504は、第1入出力ポートPA1に入力された電力を所望の電力送電量で第3入出力ポートPB1に伝送するための位相差φを設定する。   Therefore, for example, when an external signal requesting to operate the power conversion mode of the power conversion circuit 10 as the mode F is input, the power conversion mode determination processing unit 502 determines to select the mode F. The on-time δ determination processing unit 506 boosts when the primary side conversion circuit 20 functions as a booster circuit that boosts the voltage input to the second input / output port PC1 and outputs the boosted voltage to the first input / output port PA1. An on-time δ that defines the ratio is set. Note that the secondary side conversion circuit 30 steps down the voltage input to the third input / output port PB1 at the step-down ratio defined by the on-time δ set by the on-time δ determination processing unit 506, thereby reducing the fourth input / output. It functions as a step-down circuit that outputs to the port PD1. Further, the phase difference φ determination processing unit 504 sets the phase difference φ for transmitting the power input to the first input / output port PA1 to the third input / output port PB1 with a desired power transmission amount.

1次側スイッチング処理部508は、1次側変換回路20を昇圧回路として、かつ、1次側変換回路20をDC−DCコンバータ回路の一部として機能させるように、1次側第1上アームU1と、1次側第1下アーム/U1と、1次側第2上アームV1と、1次側第2下アーム/V1の各スイッチング素子をスイッチング制御する。   The primary side switching processing unit 508 includes a primary side first upper arm so that the primary side conversion circuit 20 functions as a booster circuit and the primary side conversion circuit 20 functions as a part of the DC-DC converter circuit. The switching control of each switching element of U1, the primary side first lower arm / U1, the primary side second upper arm V1, and the primary side second lower arm / V1 is performed.

2次側スイッチング処理部510は、2次側変換回路30を降圧回路として、かつ、2次側変換回路30をDC−DCコンバータ回路の一部として機能させるように、2次側第1上アームU2と、2次側第1下アーム/U2と、2次側第2上アームV2と、2次側第2下アーム/V2の各スイッチング素子をスイッチング制御する。   The secondary side switching processing unit 510 has a secondary side first upper arm so that the secondary side conversion circuit 30 functions as a step-down circuit and the secondary side conversion circuit 30 functions as a part of the DC-DC converter circuit. Switching control is performed on the switching elements of U2, the secondary side first lower arm / U2, the secondary side second upper arm V2, and the secondary side second lower arm / V2.

上記のように、1次側変換回路20および2次側変換回路30を昇圧回路あるいは降圧回路として機能させることができ、かつ、電力変換回路10を双方向DC−DCコンバータ回路としても機能させることができる。したがって、電力変換モードA〜Lの全てのモードの電力変換を行うことができ、換言すれば、4つの入出力ポートのうちから選択された2つの入出力ポート間で電力変換をすることができる。   As described above, the primary side conversion circuit 20 and the secondary side conversion circuit 30 can function as a step-up circuit or a step-down circuit, and the power conversion circuit 10 can also function as a bidirectional DC-DC converter circuit. Can do. Therefore, power conversion can be performed in all the power conversion modes A to L, in other words, power conversion can be performed between two input / output ports selected from among the four input / output ports. .

このような制御が、電源回路11と電源回路12の両方に対して実行される。つまり、制御回路50は、センサ回路70によって検出された第1乃至第4入出力ポートPA,PC,PB,PDの出力値Doが出力目標値Dotに追従するように、電源回路11,12両方のデューティ比及び位相差φを変化させる。   Such control is executed for both the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12. That is, the control circuit 50 has both the power supply circuits 11 and 12 so that the output value Do of the first to fourth input / output ports PA, PC, PB, and PD detected by the sensor circuit 70 follows the output target value Dot. The duty ratio and the phase difference φ are changed.

図5は、電源回路11と電源回路12のうちの一方の電源回路のみを動作させたときの図2に示した各部の電流の流れを示したシミュレーション波形である。   FIG. 5 is a simulation waveform showing the current flow of each part shown in FIG. 2 when only one of the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12 is operated.

電流I1は、変圧器400の2次側コイル302に流れる電流を示し、電流I1が2次側第2巻線302b側から2次側第1巻線302a側に流れているときの電流値を正の値とする。電流I2は、変圧器400の1次側コイル202に流れる電流を示し、電流I2が1次側第1巻線202b側から1次側第1巻線202a側に流れているときの電流値を正の値とする。電流I3は、キャパシタC1から第1入出力ポートPA1の端子613に流れる放電電流を示し、電流I3がキャパシタC1を放電する方向に流れているときの電流値を正の値とする。電流I4は、第2入出力ポートPC1の端子616とセンタータップ202mとの間の電流経路に流れる電流を示し、電流I4が端子616側からセンタータップ202m側に流れているときの電流値を正の値とする。電流I5は、キャパシタC1に流れるリプル電流を示し、電流I5がキャパシタC1を充電する方向に流れているときの電流値を正の値とする。   The current I1 indicates the current flowing through the secondary coil 302 of the transformer 400, and the current value when the current I1 flows from the secondary second winding 302b side to the secondary first winding 302a side. Positive value. The current I2 indicates the current flowing through the primary side coil 202 of the transformer 400, and the current value when the current I2 flows from the primary side first winding 202b side to the primary side first winding 202a side. Positive value. The current I3 indicates a discharge current flowing from the capacitor C1 to the terminal 613 of the first input / output port PA1, and the current value when the current I3 is flowing in the direction of discharging the capacitor C1 is a positive value. The current I4 indicates a current flowing in the current path between the terminal 616 of the second input / output port PC1 and the center tap 202m, and the current value when the current I4 flows from the terminal 616 side to the center tap 202m side is positive. The value of The current I5 indicates a ripple current flowing through the capacitor C1, and the current value when the current I5 is flowing in the direction of charging the capacitor C1 is a positive value.

図5は、第3入出力ポートPB1の電力を変換して第1入出力ポートPA1に変換後の電力を出力し、且つ、第1入出力ポートPA1の電力を変換して第2入出力ポートPC1に変換後の電力を出力するように、制御回路50が電源回路をスイッチング制御する状態を示している。   FIG. 5 shows the second input / output port by converting the power of the third input / output port PB1 and outputting the converted power to the first input / output port PA1, and converting the power of the first input / output port PA1. A state is shown in which the control circuit 50 performs switching control of the power supply circuit so as to output the converted power to the PC 1.

図5に示した期間T1〜T8までの和が、図4に示したスイッチング波形の一周期であるスイッチング周期T(360°)である。また、図5に示した各タイミングt1〜t9が、図4に示した各タイミングt1〜t9に対応する。   The sum of the periods T1 to T8 shown in FIG. 5 is a switching cycle T (360 °) which is one cycle of the switching waveform shown in FIG. Further, the timings t1 to t9 shown in FIG. 5 correspond to the timings t1 to t9 shown in FIG.

図6は、図5に示した期間T1で電源回路に流れる各電流の通電経路を矢印で示した図である。図7は、図5に示した期間T2で電源回路に流れる各電流の通電経路を矢印で示した図である。図8は、図5に示した期間T3で電源回路に流れる各電流の通電経路を矢印で示した図である。図9は、図5に示した期間T4で電源回路に流れる各電流の通電経路を矢印で示した図である。図6〜図9において、点線の丸で囲まれたアームが、オン状態のアームであることを表し、それ以外のアームが、オフ状態のアームであることを表している。   FIG. 6 is a diagram showing energization paths of currents flowing through the power supply circuit in the period T1 shown in FIG. 5 by arrows. FIG. 7 is a diagram showing energization paths of currents flowing through the power supply circuit in the period T2 shown in FIG. 5 by arrows. FIG. 8 is a diagram showing energization paths of currents flowing through the power supply circuit in the period T3 shown in FIG. 5 by arrows. FIG. 9 is a diagram showing energization paths of currents flowing through the power supply circuit in the period T4 shown in FIG. 5 by arrows. 6 to 9, the arm surrounded by a dotted circle represents that the arm is in the on state, and the other arms represent the arm that is in the off state.

図6は、図5の期間T1において、2次側フルブリッジ回路300に流れる電流I1によって、変圧器400と1次側磁気結合リアクトル204とを合わせた等価インダクタンスLにエネルギーを蓄えている状態を示している。   FIG. 6 shows a state where energy is stored in the equivalent inductance L of the transformer 400 and the primary side magnetic coupling reactor 204 by the current I1 flowing through the secondary side full bridge circuit 300 in the period T1 of FIG. Show.

期間T1において、電流I1が増加することに伴って、変圧器400の1次側コイル202と1次側磁気結合リアクトル204に流れる電流I2が増加する。一方、期間T1にキャパシタC1に流れるリプル電流I5の電流成分は、キャパシタC1から第1入出力ポートPA1に接続される負荷へ供給される一定の放電電流I3である。   In the period T1, as the current I1 increases, the current I2 flowing through the primary side coil 202 and the primary side magnetic coupling reactor 204 of the transformer 400 increases. On the other hand, the current component of the ripple current I5 flowing in the capacitor C1 during the period T1 is a constant discharge current I3 supplied from the capacitor C1 to the load connected to the first input / output port PA1.

図7は、図5の期間T2において、変圧器400と1次側磁気結合リアクトル204とを合わせた等価インダクタンスLに蓄えられたエネルギーが、第1入出力ポートPA1に伝送されている状態を示している。   FIG. 7 shows a state in which the energy stored in the equivalent inductance L of the transformer 400 and the primary side magnetic coupling reactor 204 is transmitted to the first input / output port PA1 in the period T2 of FIG. ing.

期間T2に流れる電流I2の電流値は、略一定である。一方、期間T2にキャパシタC1に流れるリプル電流I5は、3種類の電流成分(電流I2,I3,I4)が重なっている。   The current value of the current I2 flowing in the period T2 is substantially constant. On the other hand, the ripple current I5 flowing in the capacitor C1 during the period T2 is overlapped with three kinds of current components (currents I2, I3, and I4).

期間T2に流れる電流I2は、変圧器400と1次側磁気結合リアクトル204とを合わせた等価インダクタンスLを介した電力(電流)で、キャパシタC1を充電する電流成分である。期間T2に流れる電流I3は、キャパシタC1から第1入出力ポートPA1に接続される負荷に電荷を放出する方向に、キャパシタC1を放電する一定の電流成分である。期間T2に流れる電流I4は、キャパシタC1から第2入出力ポートPC1に接続される負荷及びキャパシタC3に電荷を放出する方向に、キャパシタC1を放電する電流成分である。期間T2に流れる電流I4によって、第1入出力ポートPA1の電圧が第2入出力ポートPC1の電圧に降圧される。   The current I2 flowing in the period T2 is a current component that charges the capacitor C1 with electric power (current) via the equivalent inductance L that combines the transformer 400 and the primary-side magnetic coupling reactor 204. The current I3 flowing in the period T2 is a constant current component that discharges the capacitor C1 in a direction in which charges are discharged from the capacitor C1 to the load connected to the first input / output port PA1. The current I4 flowing in the period T2 is a current component that discharges the capacitor C1 in a direction in which charges are discharged from the capacitor C1 to the load connected to the second input / output port PC1 and the capacitor C3. The voltage of the first input / output port PA1 is stepped down to the voltage of the second input / output port PC1 by the current I4 flowing in the period T2.

図8は、図5の期間T3において、変圧器400と1次側磁気結合リアクトル204とを合わせた等価インダクタンスLに蓄えられたエネルギーが、第1入出力ポートPA1の電圧を使ってリセットされる状態を示している。期間T3は、1次側及び2次側で通電する電力変換回路部の相をU相からV相に切り替えるための準備期間である。   FIG. 8 shows that the energy stored in the equivalent inductance L of the transformer 400 and the primary side magnetic coupling reactor 204 is reset using the voltage of the first input / output port PA1 in the period T3 of FIG. Indicates the state. The period T3 is a preparation period for switching the phase of the power conversion circuit unit energized on the primary side and the secondary side from the U phase to the V phase.

期間T3において、電流I1が減少することに伴って、変圧器400の1次側コイル202と1次側磁気結合リアクトル204に流れる電流I2が減少する。一方、期間T3にキャパシタC1に流れるリプル電流I5は、3種類の電流成分(電流I2,I3,I4)が重なっている。   In the period T3, as the current I1 decreases, the current I2 flowing through the primary side coil 202 and the primary side magnetic coupling reactor 204 of the transformer 400 decreases. On the other hand, the ripple current I5 flowing in the capacitor C1 in the period T3 is overlapped with three kinds of current components (currents I2, I3, and I4).

期間T3に流れる電流I2は、変圧器400と1次側磁気結合リアクトル204とを合わせた等価インダクタンスLに蓄えられたエネルギーをリセットするために、キャパシタC1を放電する電流成分である。期間T3に流れる電流I2の作用によって、電流I1が零に近づく。期間T3に流れる電流I3は、キャパシタC1から第1入出力ポートPA1に接続される負荷に電荷を放出する方向に、キャパシタC1を放電する一定の電流成分である。期間T3に流れる電流I4は、キャパシタC1から第2入出力ポートPC1に接続される負荷及びキャパシタC3に電荷を放出する方向に、キャパシタC1を放電する電流成分である。期間T3に流れる電流I4によって、第1入出力ポートPA1の電圧が第2入出力ポートPC1の電圧に降圧される。   The current I2 flowing in the period T3 is a current component that discharges the capacitor C1 in order to reset the energy stored in the equivalent inductance L of the transformer 400 and the primary side magnetic coupling reactor 204. The current I1 approaches zero by the action of the current I2 flowing in the period T3. The current I3 flowing in the period T3 is a constant current component that discharges the capacitor C1 in a direction in which charges are discharged from the capacitor C1 to the load connected to the first input / output port PA1. The current I4 flowing in the period T3 is a current component that discharges the capacitor C1 in the direction in which charges are discharged from the capacitor C1 to the load connected to the second input / output port PC1 and the capacitor C3. The voltage of the first input / output port PA1 is stepped down to the voltage of the second input / output port PC1 by the current I4 flowing in the period T3.

図9は、図5の期間T4において、第1入出力ポートPA1の電圧が第2入出力ポートPC1の電圧に降圧される状態を示している。期間T4においては、第1入出力ポートPA1と第3入出力ポートPB1との間で電力を伝送する動作は行われない。   FIG. 9 shows a state where the voltage of the first input / output port PA1 is stepped down to the voltage of the second input / output port PC1 in the period T4 of FIG. In the period T4, the operation of transmitting power between the first input / output port PA1 and the third input / output port PB1 is not performed.

期間T4にキャパシタC1に流れるリプル電流I5の電流成分は、キャパシタC1から第1入出力ポートPA1に接続される負荷へ供給される一定の放電電流I3である。期間T4に流れる電流I4は、変圧器400の1次側コイル202及び1次側磁気結合リアクトル204から第2入出力ポートPC1に接続される負荷及びキャパシタC3に電荷を放出する方向に、キャパシタC1を放電する電流成分である。期間T4に流れる電流I4によって、第1入出力ポートPA1の電圧が第2入出力ポートPC1の電圧に降圧される。   The current component of the ripple current I5 flowing in the capacitor C1 during the period T4 is a constant discharge current I3 supplied from the capacitor C1 to the load connected to the first input / output port PA1. The current I4 flowing in the period T4 is discharged from the primary side coil 202 and the primary side magnetic coupling reactor 204 of the transformer 400 to the load connected to the second input / output port PC1 and the capacitor C3 in the direction of discharging the capacitor C1. Is a current component that discharges. The voltage of the first input / output port PA1 is stepped down to the voltage of the second input / output port PC1 by the current I4 flowing in the period T4.

このように、電源回路がスイッチング動作している状態においては、キャパシタC1から第1入出力ポートPA1の負荷に放電電流I3が常に流れることに加えて、期間T2,T3でキャパシタC1が大電流で充放電される。そのため、リプル電流I5の実効値は、大きくなりやすい。   Thus, in a state where the power supply circuit is in a switching operation, in addition to the discharge current I3 always flowing from the capacitor C1 to the load of the first input / output port PA1, the capacitor C1 is a large current in the periods T2 and T3. Charge and discharge. Therefore, the effective value of the ripple current I5 tends to increase.

なお、図5の期間T5,T6,T7,T8で行われる制御内容は、それぞれ、期間T1,T2,T3,T4と同様の制御状態であるので、その説明を省略する。   Note that the control contents performed in the periods T5, T6, T7, and T8 in FIG. 5 are the same control states as those in the periods T1, T2, T3, and T4, respectively, and thus description thereof is omitted.

ここで、図5に示されるように、リプル電流I5の正の電流ピークと、リプル電流I5の負の電流ピークは、1周期(360°)の中で90°毎に交互に出現している。図5では、キャパシタC1を充電する向きに電流が流れる正の電流ピークの波形が期間T2,T6で発生し、キャパシタC1を放電する向きに電流が流れる負の電流ピークの波形が期間T3,T7で発生している。   Here, as shown in FIG. 5, the positive current peak of the ripple current I5 and the negative current peak of the ripple current I5 appear alternately every 90 ° in one cycle (360 °). . In FIG. 5, a positive current peak waveform in which current flows in the direction in which the capacitor C1 is charged is generated in the periods T2 and T6, and a negative current peak waveform in which current flows in the direction in which the capacitor C1 is discharged is in the periods T3 and T7. Is occurring.

そこで、制御回路50は、各入出力ポートに接続されるキャパシタに流れるリプル電流を低減するため、電力変換回路部でのスイッチング波形の位相を複数の電源回路間で異ならせる制御機能を有している。これにより、例えば、複数の電源回路のうちの第1の電源回路の電力変換回路部によって発生する正の電流ピークの波形と、複数の電源回路のうちの第2の電源回路の電力変換回路部によって発生する負の電流ピークの波形とを、互いに重なるように近づけることができる。   Therefore, the control circuit 50 has a control function for changing the phase of the switching waveform in the power conversion circuit unit among a plurality of power supply circuits in order to reduce the ripple current flowing in the capacitor connected to each input / output port. Yes. Thereby, for example, the waveform of the positive current peak generated by the power conversion circuit unit of the first power supply circuit among the plurality of power supply circuits and the power conversion circuit unit of the second power supply circuit among the plurality of power supply circuits The waveform of the negative current peak generated by can be brought close to each other so as to overlap each other.

その結果、第1の電源回路及び第2の電源回路が共に接続されるキャパシタには、互いに逆向きの電流が相殺されるように流れる。これにより、キャパシタに流れるリプル電流を低減できるため、キャパシタを容易に小型化できる。また、リプル電流の低減によって、例えば、キャパシタが接続される入出力ポートに発生するノイズも低減でき、入出力ポートの出力の精度も向上できる。   As a result, currents flowing in opposite directions flow through the capacitors to which the first power supply circuit and the second power supply circuit are connected together. As a result, the ripple current flowing through the capacitor can be reduced, so that the capacitor can be easily downsized. Further, by reducing the ripple current, for example, noise generated in the input / output port to which the capacitor is connected can be reduced, and the output accuracy of the input / output port can be improved.

例えば、電力変換回路10は、電源回路11,12が共に接続された4つの入出力ポートPA,PB,PC,PDのうち、任意の2つのポート間で電力を変換することが可能である。そのため、第1入出力ポートPAに接続されるキャパシタC1に流れるリプル電流を低減できるだけでなく、第1入出力ポートPA以外の入出力ポートPB,PC,PDに接続されるキャパシタC2,C3,C4に流れるリプル電流も低減できる。また、各リプル電流の低減によって、キャパシタC1,C2,C3,C4を容易に小型化でき、入出力ポートPA,PB,PC,PDに発生するノイズも低減でき、入出力ポートPA,PB,PC,PDの出力の精度も向上できる。   For example, the power conversion circuit 10 can convert power between any two of the four input / output ports PA, PB, PC, and PD to which the power supply circuits 11 and 12 are connected. Therefore, not only can the ripple current flowing in the capacitor C1 connected to the first input / output port PA be reduced, but also the capacitors C2, C3, C4 connected to the input / output ports PB, PC, PD other than the first input / output port PA. The ripple current flowing in the can also be reduced. Further, by reducing each ripple current, the capacitors C1, C2, C3, and C4 can be easily downsized, noise generated at the input / output ports PA, PB, PC, and PD can be reduced, and the input / output ports PA, PB, and PC can be reduced. , PD output accuracy can be improved.

制御回路50は、電源回路11により発生する正の電流ピークの波形と電源回路12により発生する負の電流ピークの波形とが重なるように、電源回路11と電源回路12との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングを位相差ε異ならせる制御を実行する。位相差εは、電源回路11と電源回路12との間で同じ相の電力変換回路部間でのスイッチングタイミングのずれ(タイムラグ)である。   The control circuit 50 has the same phase between the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12 so that the waveform of the positive current peak generated by the power supply circuit 11 and the waveform of the negative current peak generated by the power supply circuit 12 overlap. Control is performed to vary the switching timing between the power conversion circuit units by the phase difference ε. The phase difference ε is a switching timing shift (time lag) between the power conversion circuit units of the same phase between the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12.

例えば、制御回路50は、互いに同相の電源回路11の1次側第1アーム回路207のスイッチングタイミングと電源回路12の1次側第1アーム回路207のスイッチングタイミングとをずらす制御を実行する。同様に、制御回路50は、電源回路11,12それぞれの1次側第2アーム回路211のスイッチングタイミングを互いにずらし、電源回路11,12それぞれの2次側第1アーム回路307のスイッチングタイミングを互いにずらし、電源回路11,12それぞれの2次側第2アーム回路311のスイッチングタイミングを互いにずらす。   For example, the control circuit 50 performs control to shift the switching timing of the primary side first arm circuit 207 of the power supply circuit 11 in phase with the switching timing of the primary side first arm circuit 207 of the power supply circuit 12. Similarly, the control circuit 50 shifts the switching timing of the primary side second arm circuit 211 of each of the power supply circuits 11 and 12 from each other, and sets the switching timing of the secondary side first arm circuit 307 of each of the power supply circuits 11 and 12 to each other. The switching timing of the secondary side second arm circuit 311 of each of the power supply circuits 11 and 12 is shifted from each other.

図10は、電源回路11の1次側第1上アームU1及び電源回路12の1次側第1上アームU1のオンオフのスイッチング波形を示したタイミングチャートである。図10に示されるように、制御回路50は、電源回路11の1次側第1上アームU1と電源回路12の1次側第1上アームU1の両スイッチング波形に位相差εが生じるように、これらの両アームをスイッチングさせる。制御回路50は、他のアーム/U1,V1,/V1,U2,/U2,V2,/V2のスイッチング波形についても、電源回路11と電源回路12との間で、アームU1と同じ位相差εが生じるように、各アームをスイッチングさせる。   FIG. 10 is a timing chart showing ON / OFF switching waveforms of the primary first upper arm U1 of the power supply circuit 11 and the primary first upper arm U1 of the power supply circuit 12. As shown in FIG. 10, the control circuit 50 causes the phase difference ε to occur in both switching waveforms of the primary first upper arm U1 of the power supply circuit 11 and the primary first upper arm U1 of the power supply circuit 12. These two arms are switched. For the switching waveforms of the other arms / U1, V1, / V1, U2, / U2, V2, and / V2, the control circuit 50 also has the same phase difference ε between the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12 as that of the arm U1. Each arm is switched so that.

なお、制御回路50は、一方の電源回路のスイッチング波形の位相を他方の電源回路のスイッチング波形に対して進めてもよいし、遅らせてもよい。   The control circuit 50 may advance or delay the phase of the switching waveform of one power supply circuit relative to the switching waveform of the other power supply circuit.

制御回路50は、電源回路11と電源回路12との間の位相差εを零よりも大きな所定の範囲内の値になるように、電源回路11,12の各スイッチング波形の位相を制御する。例えば、制御回路50は、電源回路11と電源回路12との間の位相差εが70°以上110°以下、好ましくは80°以上100°以下の値になるように、電源回路11,12の各スイッチング波形の位相を制御する。位相差εがこのような範囲内の値に制御されることにより、各入出力ポートに接続されるキャパシタに流れるリプル電流を効果的に低減でき、当該キャパシタを容易に小型化できる。   The control circuit 50 controls the phase of each switching waveform of the power supply circuits 11 and 12 so that the phase difference ε between the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12 becomes a value within a predetermined range larger than zero. For example, the control circuit 50 adjusts the phase of the power supply circuits 11 and 12 so that the phase difference ε between the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12 is 70 ° to 110 °, preferably 80 ° to 100 °. Control the phase of each switching waveform. By controlling the phase difference ε to a value within such a range, the ripple current flowing through the capacitor connected to each input / output port can be effectively reduced, and the capacitor can be easily downsized.

図11は、電源回路11と電源回路12との間の位相差εが零のときに、キャパシタC1に流れるリプル電流のシミュレーション波形である。図12は、電源回路11と電源回路12との間の位相差εが90°のときに、キャパシタC1に流れるリプル電流のシミュレーション波形である。このように、制御回路50は位相差εが90°になるように各アームをスイッチング制御することによって、リプル電流の実効値(RMS)をaからbに70%低減できる。   FIG. 11 is a simulation waveform of the ripple current flowing in the capacitor C1 when the phase difference ε between the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12 is zero. FIG. 12 is a simulation waveform of the ripple current flowing in the capacitor C1 when the phase difference ε between the power supply circuit 11 and the power supply circuit 12 is 90 °. In this way, the control circuit 50 can reduce the effective value (RMS) of the ripple current by 70% from a to b by performing switching control of each arm so that the phase difference ε becomes 90 °.

以上、電源回路及び電源回路の制御方法を実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。   As described above, the power supply circuit and the control method of the power supply circuit have been described in the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with part or all of other example embodiments, are possible within the scope of the present invention.

例えば、上述の実施形態では、スイッチング素子の一例として、オンオフ動作する半導体素子であるMOSFETを挙げた。しかしながら、スイッチング素子は、例えば、IGBT、MOSFETなどの絶縁ゲートによる電圧制御型パワー素子でもよいし、バイポーラトランジスタでもよい。   For example, in the above-described embodiment, as an example of the switching element, a MOSFET that is a semiconductor element that performs an on / off operation is described. However, the switching element may be, for example, a voltage-controlled power element using an insulated gate such as IGBT or MOSFET, or a bipolar transistor.

また、第1入出力ポートPAに電源が接続されてもよいし、第4入出力ポートPDに電源が接続されてもよい。また、第2入出力ポートPCに電源が接続されなくてもよいし、第3入出力ポートPBに電源が接続されなくてもよい。   In addition, a power source may be connected to the first input / output port PA, or a power source may be connected to the fourth input / output port PD. Further, the power source may not be connected to the second input / output port PC, and the power source may not be connected to the third input / output port PB.

また、ポートに設けられるキャパシタは、フィルムコンデンサ以外のキャパシタでもよく、例えば、アルミニウム電解コンデンサでもよいし、固体高分子コンデンサでもよい。   The capacitor provided in the port may be a capacitor other than a film capacitor, for example, an aluminum electrolytic capacitor or a solid polymer capacitor.

また、電源回路の並列数は、3つ以上でもよい。   Further, the number of power supply circuits in parallel may be three or more.

10 電力変換回路(電源装置の一例)
11,12 電源回路(第1の電源回路及び第2の電源回路の一例)
20 1次側変換回路
30 2次側変換回路
50 制御回路
70 センサ回路
101 電力変換回路システム
200 1次側フルブリッジ回路
202 1次側コイル
204 1次側磁気結合リアクトル
207 1次側第1アーム回路
211 1次側第2アーム回路
207m,211m 中点
298 1次側正極母線
299 1次側負極母線
300 2次側フルブリッジ回路
302 2次側コイル
304 2次側磁気結合リアクトル
307 2次側第1アーム回路
311 2次側第2アーム回路
307m,311m 中点
398 2次側正極母線
399 2次側負極母線
400 変圧器
PA 第1入出力ポート
PB 第3入出力ポート
PC 第2入出力ポート
PD 第4入出力ポート
U*,V* 上アーム
/U*,/V* 下アーム
10 Power conversion circuit (an example of a power supply device)
11, 12 power supply circuit (an example of a first power supply circuit and a second power supply circuit)
20 Primary side conversion circuit 30 Secondary side conversion circuit 50 Control circuit 70 Sensor circuit 101 Power conversion circuit system 200 Primary side full bridge circuit 202 Primary side coil 204 Primary side magnetic coupling reactor 207 Primary side first arm circuit 211 Primary side second arm circuit 207m, 211m Middle point 298 Primary side positive electrode bus 299 Primary side negative electrode bus 300 Secondary side full bridge circuit 302 Secondary side coil 304 Secondary side magnetic coupling reactor 307 Secondary side first Arm circuit 311 Secondary side second arm circuit 307m, 311m Middle point 398 Secondary side positive bus 399 Secondary side negative bus 400 Transformer PA First input / output port PB Third input / output port PC Second input / output port PD First 4 I / O ports U *, V * Upper arm / U *, / V * Lower arm

Claims (4)

1次側回路と、前記1次側回路と変圧器で磁気結合する2次側回路とを有し、前記1次側回路の第1及び第2のポートと前記2次側回路の第3及び第4のポートとを合わせた4つのポートのうち、任意の2つのポート間で、前記1次側回路及び前記2次側回路それぞれに構成される電力変換部でのスイッチングによって電力を変換することが可能な、電源回路を並列に備えるとともに、前記4つのポートに設けられるキャパシタを備えた、電源装置であって、
前記電力変換部でのスイッチング波形の位相が前記電源回路間で異なることを特徴とする、電源装置。
A primary side circuit; a secondary side circuit magnetically coupled to the primary side circuit by a transformer; and first and second ports of the primary side circuit and third and second sides of the secondary side circuit. Of the four ports including the fourth port, power is converted between any two ports by switching in a power conversion unit configured in each of the primary circuit and the secondary circuit. A power supply device including a power supply circuit in parallel and a capacitor provided in the four ports,
The power supply device, wherein a phase of a switching waveform in the power converter is different between the power supply circuits.
前記電源回路のうちの第1の電源回路によって前記キャパシタに流れる正の電流ピークと、前記電源回路のうちの第2の電源回路によって前記キャパシタに流れる負の電流ピークとが近づくように、前記位相が制御される、請求項1に記載の電源装置。   The phase is such that a positive current peak flowing in the capacitor by the first power supply circuit of the power supply circuit and a negative current peak flowing in the capacitor by the second power supply circuit of the power supply circuit approach each other. The power supply device according to claim 1, wherein 前記電源回路間における前記位相の差が、70°以上110°以下である、請求項1又は2に記載の電源装置。   The power supply device according to claim 1 or 2, wherein the phase difference between the power supply circuits is 70 ° or more and 110 ° or less. 1次側回路と、前記1次側回路と変圧器で磁気結合する2次側回路とを有し、前記1次側回路の第1及び第2のポートと前記2次側回路の第3及び第4のポートとを合わせた4つのポートのうち、任意の2つのポート間で、前記1次側回路及び前記2次側回路それぞれに構成される電力変換部でのスイッチングによって電力を変換することが可能な、電源回路を並列に備えるとともに、前記4つのポートに設けられたキャパシタを備えた、電源装置の制御方法であって、
前記電力変換部でのスイッチング波形の位相を前記電源回路間で異ならせることを特徴とする、電源装置の制御方法。
A primary side circuit; a secondary side circuit magnetically coupled to the primary side circuit by a transformer; and first and second ports of the primary side circuit and third and second sides of the secondary side circuit. Of the four ports including the fourth port, power is converted between any two ports by switching in a power conversion unit configured in each of the primary circuit and the secondary circuit. A power supply device control method comprising a power supply circuit in parallel and a capacitor provided in the four ports,
A method for controlling a power supply apparatus, wherein the phase of a switching waveform in the power conversion unit is made different between the power supply circuits.
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