JP5308682B2 - Bidirectional DC / DC converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、双方向DC/DCコンバータ に関し、特に、広い入力電圧範囲で所定出力電圧への変圧(降圧または昇圧)を可能にした双方向DC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a bidirectional DC / DC converter, and more particularly to a bidirectional DC / DC converter that enables voltage transformation (step-down or step-up) to a predetermined output voltage over a wide input voltage range.
通常、DC/DCコンバータは、一方向に、すなわち高圧側電圧から低圧側電圧に降圧、あるいは低圧側電圧から高圧側電圧に昇圧する構成となっている。
しかしながら、車両においては、各々異なる電圧値(高圧側電圧及び低圧側電圧)を有するバッテリを用いる2つの直流電源系を有しているものがある。
Usually, the DC / DC converter is configured to step down in one direction, that is, from a high voltage to a low voltage or from a low voltage to a high voltage.
However, some vehicles have two DC power supply systems that use batteries having different voltage values (high voltage side voltage and low voltage side voltage).
そのため、高効率を求める車両において、2つの直流電源系間、すなわち低圧から高圧、あるいは高圧側電圧から低圧側電圧への電圧変換を相互に行い、限られたエネルギーを効率的に利用する動きが高まってきている。
ここで、相互に電力を融通し合う場合、一般的に、直流電源系間に直流昇圧回路と直流降圧回路とを並列に配設し、それらを適宜使用する双方向のDC/DCコンバータの構成が採用されている(例えば、特許文献1参照)。
Here, when power is interchanged, generally, a configuration of a bidirectional DC / DC converter in which a direct current booster circuit and a direct current voltage stepdown circuit are arranged in parallel between direct current power supply systems and used appropriately. Is adopted (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に示す双方向DC/DCコンバータにあっては、トランスの1次側と2次側との巻数比により、双方向の変換電圧、特に降圧動作の際に、昇圧側電圧の電圧値により、降圧電圧の上限が制限されてしまうという問題がある。
従来例のDC/DCコンバータにおいては、例えば、100V−200Vの入力電圧を10V−20Vに降圧する構成、すなわち降圧に対応した巻数比とすると、逆に昇圧する際に10Vから200Vを超える電圧を生成することができない。
逆に、10V−20Vの入力電圧を100V−200Vに昇圧する構成、すなわち昇圧に対応した巻数比とすると、逆に昇圧する際に100Vから10Vを超える電圧を生成することができない。
そのため、従来例においては、昇圧する比率に設定した巻数比を用いて降圧する場合、所望の降圧した電圧を得るため、別に並列に昇圧回路を形成する必要があり、部品点数が増加し、かつ回路規模が大きくなるという問題がある。
However, in the bidirectional DC / DC converter disclosed in
In the conventional DC / DC converter, for example, when the input voltage of 100V-200V is stepped down to 10V-20V, that is, the turn ratio corresponding to the step-down, a voltage exceeding 10V to 200V is increased when boosting. Cannot be generated.
Conversely, if the input voltage of 10V-20V is boosted to 100V-200V, that is, the turn ratio corresponding to boosting, a voltage exceeding 100V to 10V cannot be generated when boosting.
Therefore, in the conventional example, when stepping down using the turn ratio set to the boosting ratio, in order to obtain a desired stepped down voltage, it is necessary to separately form a boosting circuit in parallel, increasing the number of parts, and There is a problem that the circuit scale becomes large.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、昇圧動作に対応して設定された巻線比を設定したにも、降圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な、また、降圧動作に対応して設定された巻線比を設定したにも、昇圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な、降圧電圧または昇圧電圧の電圧値の上限値及び下限値を巻線比にて制限されずに広く設定することができ、かつ部品点数を従来に比して削減することができ、コンバータ回路の小型化を容易とする双方向DC/DCコンバータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to output a step-down voltage as a set voltage value even when a winding ratio set corresponding to a boost operation is set. In addition, even when the winding ratio set for the step-down operation is set, the upper limit value and the lower limit value of the step-down voltage or the boost voltage can be output as the set voltage value. Provided is a bidirectional DC / DC converter that can be widely set without being limited by the winding ratio, can reduce the number of parts compared to the conventional one, and can easily reduce the size of the converter circuit. For the purpose.
本発明の双方向DC/DCコンバータは、第1の電圧と第2の電圧との相互間にて、電圧変換動作を行う双方向DC/DCコンバータであり、1次巻線及び2次巻線からなるトランスと、前記1次巻線の一端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第1のスイッチ手段と、 前記1次巻線の前記一端及び前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第2のスイッチ手段と、前記1次巻線の他端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第3のスイッチ手段と、 前記1次巻線の前記他端と前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第4のスイッチ手段と、前記2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、該チョークコイルの一端及び前記第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、前記2次巻線の一端及び前記チョークコイルの他端間に介挿された第7のスイッチ手段と、前記2次巻線の前記一端及び前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、前記2次巻線の他端及び前記チョークコイルの前記他端間に介挿された第9のスイッチ手段と、前記2次巻線の前記他端及び前記第1の電圧の−側端子間に介挿された第10のスイッチ手段とを有する。 The bidirectional DC / DC converter of the present invention is a bidirectional DC / DC converter that performs a voltage conversion operation between a first voltage and a second voltage, and includes a primary winding and a secondary winding. A transformer comprising: a first switch means interposed between one end of the primary winding and the + side terminal of the second voltage; the one end of the primary winding and the second voltage A second switch means interposed between a negative side terminal, a third switch means interposed between the other end of the primary winding and the positive side terminal of the second voltage, and the primary A fourth switch means interposed between the other end of the winding and the negative terminal of the second voltage; and provided between one end of the secondary winding and the positive terminal of the first voltage. Choke coil and fifth switch means interposed between one end of the choke coil and the positive terminal of the first voltage; Sixth switch means interposed between the one end of the choke coil and the negative terminal of the first voltage, and a seventh switch interposed between one end of the secondary winding and the other end of the choke coil. Switch means, an eighth switch means interposed between the one end of the secondary winding and the negative terminal of the first voltage, the other end of the secondary winding and the choke coil And a tenth switch means interposed between the other end of the secondary winding and the negative terminal of the first voltage. .
本発明の双方向DC/DCコンバータは、前記第1から第4のスイッチ手段を制御する第1の制御回路と、前記第7から第10のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記2次巻線に接続された第1の整流回路とをさらに有し、昇圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、前記第1の制御回路が、前記第1及び第3のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記第2の電圧の+側端子との接続を制御し、また、前記第2及び第4のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第2の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記2次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、この際、降圧電圧が予め設定された電圧に達しない場合、前記第1の整流回路から出力される第1の整流電圧を、前記第6のスイッチ手段をオンオフ制御させることで、前記チョークコイルにて前記第1の整流電圧の昇圧動作を行い、昇圧された電圧を昇圧電圧として出力することを特徴とする。 The bidirectional DC / DC converter according to the present invention comprises a first control circuit for controlling the first to fourth switch means, and a diode connected in parallel to each of the seventh to tenth switch means. A first rectifier circuit connected to the secondary winding, and in the step-up operation, when the first voltage is a high voltage and the second voltage is a low voltage, the first control circuit Is configured to periodically control the first and third switch means to control connection between one end or the other end of the primary winding and the + side terminal of the second voltage, Further, the second and fourth switch means are periodically controlled to connect either one end or the other end of the primary winding to the negative terminal of the second voltage, and for each period. Push-pull operation so that the direction of the current flowing through the secondary winding is reversed. In this case, when the step-down voltage does not reach a preset voltage, the choke coil is controlled by turning on and off the sixth switch means with the first rectified voltage output from the first rectifier circuit. The step of boosting the first rectified voltage is performed, and the boosted voltage is output as a boosted voltage.
本発明の双方向DC/DCコンバータは、昇圧動作において、前記第1の制御回路が、前記第1及び3のスイッチ手段と、第2及び第4のスイッチ手段の各スイッチのオンオフのタイミングを位相及びパルス幅制御のいずれか一方あるいは双方により制御し、前記昇圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする。 In the bidirectional DC / DC converter according to the present invention, in the step-up operation, the first control circuit sets the on / off timing of the switches of the first and third switch means and the second and fourth switch means in phase. And the pulse width control, and the boosted voltage is controlled to be a preset voltage.
本発明の双方向DC/DCコンバータは、前記第7から第10のスイッチ手段を制御する第2の制御回路と、前記第1から第4のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記1次巻線に接続された第2の整流回路とをさらに有し、降圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、前記第2の制御回路が、前記第7及び第9のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記チョークコイルの前記他端との接続を制御し、また、前記第8及び第10のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第1の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記1次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、前記第2の整流回路から出力される整流電圧を平滑化して降圧電圧として出力することを特徴とする The bidirectional DC / DC converter of the present invention comprises the second control circuit for controlling the seventh to tenth switch means and the diode connected in parallel to each of the first to fourth switch means. And a second rectifier circuit connected to the primary winding, and in the step-down operation, when the first voltage is a high voltage and the second voltage is a low voltage, the second control circuit Is configured to periodically control the seventh and ninth switch means to control connection between one end or the other end of the secondary winding and the other end of the choke coil, and The eighth and tenth switch means are periodically controlled to connect either one end or the other end of the secondary winding to the negative terminal of the first voltage, and for each period Push-pull so that the direction of current flowing through the primary winding is reversed Is created, the rectified voltage output from the second rectifier circuit and outputs a reduced voltage by smoothing
本発明の双方向DC/DCコンバータは、降圧動作において、降圧動作中、前記チョークコイルに同一方向に継続的に電流を流すよう第7、第8、第9及び第10のスイッチング手段を制御することを特徴とする。 The bidirectional DC / DC converter according to the present invention controls the seventh, eighth, ninth and tenth switching means so that a current continuously flows through the choke coil in the same direction during the step-down operation. It is characterized by that.
本発明の双方向DC/DCコンバータは、降圧動作において、前記第2の制御回路が、前記第5のスイッチ手段をオンオフするパルスのデューティ比を制御することにより、前記降圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする。 In the bidirectional DC / DC converter according to the present invention, in the step-down operation, the step-down voltage is preset by the second control circuit controlling a duty ratio of a pulse for turning on and off the fifth switch means. It is characterized by controlling to be a voltage.
本発明の双方向DC/DCコンバータは、前記第1から第4及び第7から第10のスイッチ手段をMOSトランジスタとし、各並列に接続されたダイオードを前記MOSトランジスタの寄生ダイオードを使用し、第1及び第2の整流回路を構成することを特徴とする。 In the bidirectional DC / DC converter according to the present invention, the first to fourth and seventh to tenth switching means are MOS transistors, and diodes connected in parallel are parasitic diodes of the MOS transistors. The first and second rectifier circuits are configured.
本発明の双方向DC/DCコンバータは、第1の電圧、と第2の電圧との相互間にて、電圧変換動作を行う双方向DC/DCコンバータであり、第1の1次巻線及び第1の2次巻線からなる第1のトランスと、第2の1次巻線及び第2の2次巻線からなる第2のトランスと、第3の1次巻線及び第3の2次巻線からなる第3のトランスと、前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第1のスイッチ手段と、前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第2のスイッチ手段と、前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第3のスイッチ手段と、前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第4のスイッチ手段と、前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第11のスイッチ手段と、前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第12のスイッチ手段と、前記各2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、該チョークコイルの一端及び第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第7のスイッチ手段と、前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第9のスイッチ手段と、前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第10のスイッチ手段と、前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第11のスイッチ手段と、前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第12のスイッチ手段とを有することを特徴とする。
The bidirectional DC / DC converter of the present invention is a bidirectional DC / DC converter that performs a voltage conversion operation between a first voltage and a second voltage, and includes a first primary winding and A first transformer comprising a first secondary winding, a second transformer comprising a second primary winding and a second secondary winding, a third primary winding and a third 2 A third transformer composed of a secondary winding, an end of the second primary winding, an end of the third primary winding, and a positive terminal of the second voltage. Inserted between the other end of the second primary winding and the other end of the third primary winding and the negative terminal of the second voltage. A third switch interposed between the second switch means, the other end of the first primary winding and the one end of the second primary winding, and a positive terminal of the second voltage; Before the switch means A fourth switch means interposed between the other end of the first primary winding and one end of the second primary winding and the negative terminal of the second voltage; and the third Eleventh switch means interposed between the other end of the primary winding and one end of the first primary winding and the + side terminal of the second voltage, and the third 1 A twelfth switch means interposed between the other end of the secondary winding and one end of the first primary winding and the negative terminal of the second voltage; and A choke coil provided between one end and the + side terminal of the first voltage; a fifth switch means interposed between the one end of the choke coil and the + side terminal of the first voltage; and the choke coil. A sixth switch means interposed between the one end of the first voltage and the negative terminal of the first voltage, one end of the first secondary winding and the other end of the third primary winding. Seventh switch means inserted between the other end of the choke coil, one end of the first secondary winding and the other end of the third primary winding, and the first voltage An eighth switch means interposed between the negative terminal and the negative terminal;
Ninth switch means interposed between the other end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding and the other end of the choke coil; and the first 2 A tenth switch means interposed between the other end of the secondary winding and one end of the second secondary winding and the negative terminal of the first voltage; and the second secondary winding. An eleventh switch means interposed between the other end of the wire and one end of the third secondary winding and the other end of the choke coil; the other end of the second secondary winding; It has a twelfth switch means interposed between one end of the third secondary winding and the negative terminal of the first voltage.
以上説明したように、本発明の双方向DC/DCコンバータによれば、低電圧側から高電圧側における昇圧動作に対応してコイルの巻線比を設定し、高電圧から低電圧への降圧動作において、必要な電圧値が得られない場合、チョークコイルを用いて昇圧動作を行うことが可能なため、昇圧電圧及び降圧電圧双方の生成範囲を従来例に比較して、昇圧及び降圧電圧により生成される電圧値の上限値及び下限値を巻線比にて制限されずに広く設定することができる。 As described above, according to the bidirectional DC / DC converter of the present invention, the winding ratio of the coil is set corresponding to the step-up operation from the low voltage side to the high voltage side, and the step-down from the high voltage to the low voltage is performed. In the operation, if the required voltage value cannot be obtained, it is possible to perform a boost operation using a choke coil, so that the generation range of both the boost voltage and the step-down voltage is compared with the conventional example by the boost and step-down voltage. The upper limit value and lower limit value of the generated voltage value can be set widely without being limited by the winding ratio.
すなわち、本発明のDC/DCコンバータによれば、上述したように、降圧された電圧が設定電圧に満たない場合、降圧電圧を昇圧して所望の設定電圧を得る構成であるため、従来のように巻線比では対応できない降圧電圧に対応するため、別の降圧回路を設ける必要が無くなくなり、従来例に比較して昇圧電圧を広範囲に制御することができ、かつ従来例に比較して部品点数を抑制し、小型化及び低コスト化を実現することができるという効果が得られる。 That is, according to the DC / DC converter of the present invention, as described above, when the stepped down voltage is less than the set voltage, the stepped down voltage is boosted to obtain a desired set voltage. Therefore, it is not necessary to provide a separate step-down circuit to deal with the step-down voltage that cannot be handled by the winding ratio. There is an effect that the number of points can be suppressed, and the reduction in size and cost can be realized.
以下、本発明の一実施形態による双方向DC/DCコンバータを図面を参照して説明する。図1は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
本発明は、図1に示すように、低電圧VoLのバッテリB1と、高電圧VoHのバッテリB2との間にて、電圧値が低下した一方に対して、他方からエネルギを補完して電圧値の低下を抑制するために用いるDC/DCコンバータである。
この図において、本実施形態による双方向DC/DCコンバータは、トランス1と、1次側直交変換部2、2次側直交変換部3、昇圧回路4を有している。
Hereinafter, a bidirectional DC / DC converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the embodiment.
In the present invention, as shown in FIG. 1, the voltage value decreases between one of the battery B1 having the low voltage VoL and the battery B2 having the high voltage VoH, while supplementing the energy from the other. It is a DC / DC converter used for suppressing a decrease in the power.
In this figure, the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment includes a
上述した構成により、本実施形態による双方向DC/DCコンバータは、降圧処理の電圧変換(エネルギー変換)において、2次側直交変換部3がバッテリB2における直流の高電圧VoHを、一端、単相矩形波交流電圧に変換し、1次側直交変換部2がその単相矩形波交流電圧を整流して直流の低電圧VoLに変換する。
一方、上記双方向DC/DCインバータは、降圧処理のエネルギー変換において、1次側直交変換部3がバッテリB1における直流の低電圧VoLを、一端、単相矩形波交流電圧に変換し、2次側直交変換部3がその単相矩形波交流電圧を整流して直流の高電圧VoHに変換する。実施形態におけるスイッチ手段は、MOSトランジスタを用いている。各直交変換部における整流に用いるダイオードとして、MOSトランジスタの寄生ダイオードでなく、各MOSトランジスタに並列に接続したダイオード素子を用いても良い。
With the above-described configuration, in the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment, in the voltage conversion (energy conversion) in the step-down process, the secondary side
On the other hand, in the bidirectional DC / DC inverter, in the energy conversion of the step-down process, the primary side
上記図1において、1次側直交変換部2は、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q1、Q2、Q3、Q4と、第1の制御回路5から構成され、インバータ構成となっている。
トランジスタQ1及びQ3各々は、ドレインが高電圧バッテリB1の+側端子TVoLに接続されている。
一方、トランジスタQ2及びQ4各々は、ソースが高電圧バッテリB1の−側端子TVoLLに接続されている。
トランジスタQ1のソースはトランジスタQ2のドレインと接続点K1にて接続され、トランジスタQ3のソースはトランジスタQ4のドレインと接続点K2にて接続されている。
In FIG. 1, the primary side
The drains of the transistors Q1 and Q3 are connected to the + side terminal TVoL of the high voltage battery B1.
On the other hand, each of the transistors Q2 and Q4 has a source connected to the negative terminal TVoLL of the high voltage battery B1.
The source of the transistor Q1 is connected to the drain of the transistor Q2 at the connection point K1, and the source of the transistor Q3 is connected to the drain of the transistor Q4 at the connection point K2.
トランス1の一方の端子TA1が接続点K1に接続され、トランス1の他方の端子TA2が接続点K2に接続されている。
また、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4各々は、それぞれのゲートに対して、上記第1の制御回路5から制御信号S1、S2、S3、S4それぞれが入力されている。
上記第1の制御回路5は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス1の1次巻線1Aに流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス1の1次巻線1Aに対して単相矩形波交流電圧が印加される。
One terminal TA1 of the
The transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 receive the control signals S1, S2, S3, and S4 from the
The
2次側直交変換部4は、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q7、Q8、Q9、Q10と、第2の制御回路6から構成されている。
トランジスタQ7は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P1に接続されている。
トランジスタQ9は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P2に接続されている。
トランジスタQ8は、ドレインが接続点P1に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
トランジスタQ10は、ドレインが接続点P2に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
The secondary side
The transistor Q7 has a drain connected to the terminal Tc1 of the
The transistor Q9 has a drain connected to the terminal Tc1 of the
The transistor Q8 has a drain connected to the connection point P1, and a source connected to the negative terminal TvoHL of the low voltage battery B2.
The transistor Q10 has a drain connected to the connection point P2, and a source connected to the negative terminal TvoHL of the low voltage battery B2.
接続点P1はトランス1の2次巻線1Bの一方の端子TB1に接続され、接続点P2はトランス1の2次巻線1Bの他方の端子TB2に接続されている。
また、トランジスタQ7、Q8、Q9、Q10各々は、それぞれのゲートに対して、上記第2の制御回路6から制御信号S7、S8、S9、S10それぞれが入力されている。
上記第2の制御回路6は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス1の2次巻線1Bに流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス1の2次巻線1Bに対して単相矩形波交流電圧が印加される。
The connection point P1 is connected to one terminal TB1 of the secondary winding 1B of the
In addition, control signals S7, S8, S9, and S10 are input to the gates of the transistors Q7, Q8, Q9, and Q10 from the
The
また、昇圧回路4は、上記チョークコイル7及びnチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q6から構成されている。
チョークコイル7は、一方の端子Tc1がトランジスタQ7及びQ9のドレインに接続され、他方の端子Tc2がトランジスタQ6のドレインに接続されている。
上記トランジスタQ6のソースは高電圧バッテリB2の−側端子TvoHLに接続されている。
昇圧回路4の出力端子、すなわちチョークコイル7の端子Tc2は、nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q5のソースが接続されている。
上記トランジスタQ5は、ドレインが高電圧バッテリB2の+側端子TvoHに接続されている。
The
The
The source of the transistor Q6 is connected to the negative terminal TvoHL of the high voltage battery B2.
The output terminal of the
The drain of the transistor Q5 is connected to the positive terminal TvoH of the high voltage battery B2.
上述したように、1次側直交変換部2において、トランジスタQ1〜Q4からなる複合スイッチの構造は1つの単相矩形波交流電圧を生成するインバータ構成となっている。
昇圧動作において、上記単相矩形波交流電圧に対応し、2次側直交変換部3は、1次巻線1Aに流れる電流により、2次巻線1Bに逆相にて誘起される電圧を単相全波整流を行い高電圧VoHの生成を行う。
この2次側直交変換部3は、上述したトランジスタQ7及びQ9の寄生ダイオードD7及びD9による両波整流により、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、降圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ1〜Q4の上述したスイッチングに同期して、第2の制御回路6は、トランジスタQ7〜Q10のオンオフを行う同期整流により、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
As described above, in the primary side
At elevated pressure operation, corresponding to the single-phase rectangular wave alternating voltage, the secondary side orthogonal transforming
The secondary side
Here, in the step-down operation, instead of performing the two-wave rectification using the diode as described above, the
上述した昇圧動作において、第1の制御回路5は、制御により接続点K2に対応するトランジスタQ3及びQ4のゲートに印加する制御信号S3及びS4の位相に対して、接続点K1に対応するトランジスタQ1及びQ2のゲートに印加する制御信号S1及びS2の位相とを変化させることにより、昇圧される高電圧の電圧値を制御する。ここで、制御信号S3及びS4と、制御信号S1及びS2との「H」レベル及び「L」レベルとなる周期は同一の長さである。
また、上述した位相制御ではなく、制御信号S1、S2、S3、S4のパルス幅を調整し、トランジスタQ1〜Q4のオン/オフ時間を制御して、降圧電圧の電圧値を制御するPWM(Pulse Width Modulation)制御を用いてもよい。
In the boosting operation described above, the
Also, instead of the above-described phase control, the pulse width of the control signals S1, S2, S3, and S4 is adjusted, the on / off time of the transistors Q1 to Q4 is controlled, and the PWM (Pulse) that controls the voltage value of the step-down voltage is controlled. Width Modulation control may be used.
このとき、トランス1の巻数比の1:n(1次巻線数:2次巻線数)が高電圧(2次側)からら低電圧(1次側)への昇圧に対応して設定されている場合、例えば低圧側が10V〜20Vであり、高圧側が100V〜200Vである範囲にて使用する場合、高電圧が100Vの際に10Vまで降圧可能とするため、巻数比が1:10となる。
逆に、低電圧から高電圧に降圧動作を行うと、低電圧の10Vから上記巻数比1:10の場合、100Vにしかならず、200Vとして設定された電圧が生成されない。
このため、本実施形態においては、降圧動作において、1次側直交変換回路2における位相制御により、昇圧電圧を最大値とする制御(位相制御及びPWM制御など)を行っても、2次側直交変換回路3から出力される昇圧電圧が設定された電圧に到達しない場合、2次側直交変換回路3から出力される昇圧電圧を、上記昇圧回路4により昇圧し、予め設定された電圧の昇圧電圧を生成する。
At this time, the turns ratio 1: n (the number of primary windings: the number of secondary windings) of the
On the contrary, when the step-down operation is performed from the low voltage to the high voltage, when the turn ratio is 1:10 from the low voltage of 10V, the voltage is only 100V, and the voltage set as 200V is not generated.
For this reason, in this embodiment, even if control (phase control, PWM control, or the like) is performed so that the boosted voltage becomes the maximum value by phase control in the primary side
一方、2次側直交変換部3において、トランジスタQ7〜Q10からなる複合スイッチの構造は1つの単相矩形波交流電圧を生成するインバータ構成となっている。
降圧動作において、上記単相矩形波交流電圧に対応し、1次側直交変換部2は、2次巻線1Bに流れる電流により、1次巻線1Aに逆相にて誘起される電圧を単相全波整流を行い低電圧VoLの生成を行う。
この1次側直交変換部2は、上述したトランジスタQ1及びQ3の寄生ダイオードD1及びD3による両波整流により、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ7〜Q10の上述したスイッチングに同期して、第1の制御回路5は、トランジスタQ1〜Q4のオンオフを行う同期整流により、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
On the other hand, in the secondary side
In the step-down operation, corresponding to the single-phase rectangular wave AC voltage, the primary side
The primary side
Here, in the boosting operation, instead of performing the two-wave rectification using the diode as described above, the
上述した降圧動作において、第2の制御回路6は、制御によりトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5のディユーティ比を変化させ、チョークコイル7に供給する電気エネルギの量を調整することにより、降圧される低電圧の電圧値を制御する。ここで、制御信号S7、S8、S9及びS10の「H」レベル及び「L」レベルとなる周期は同一の長さである(ディーティ比が一対一)。
本実施形態における降圧動作でのトランジスタQ7〜Q10のオン/オフ制御を行う制御信号S7、S8、S9、S10のタイミングの説明についての詳細は後述する。
In the step-down operation described above, the
Details of the timing of the control signals S7, S8, S9, and S10 for performing on / off control of the transistors Q7 to Q10 in the step-down operation in the present embodiment will be described later.
次に、図2及び図3を用いて、本実施形態による双方向DC/DCコンバータによる昇圧動作を説明する。図3は本実施形態による双方向DC/DCコンバータによる低電圧から高電圧への昇圧動作を説明するタイミングチャートである。ここで、低電圧から高電圧への昇圧処理とは、例えば10V程度の電圧から数100V程度の電圧への変換処理をいう。1次側直行変換部2において位相制御の昇圧処理を行い、2次側直行変換部3において、1次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧に対する両波整流が行われ、高電圧が生成される。このとき、第2の制御回路6は、トランジスタQ7〜Q10に対して「L」レベルの制御信号S7〜S10を出力している。このため、トランジスタQ7〜Q10は全てオフ状態となっている。また、トランジスタQ5のゲートにも「L」レベルの制御信号S5が入力され、トランジスタQ5がオフとなっている。
Next, the step-up operation by the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a timing chart for explaining a step-up operation from a low voltage to a high voltage by the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment. Here, the step-up process from a low voltage to a high voltage refers to a conversion process from a voltage of about 10 V to a voltage of about several hundred volts, for example. The primary-side
なお、図2は昇圧動作を行うためバッテリB2に替えて負荷を+側端子TVoHと−側端子TVoHLとの間に介挿した構成であり、エネルギを補完する低電圧VoLのバッテリB1が1次側変換部2に接続されている。
以下の説明において、整流動作は、ダイオードD7〜D10の両波整流構成にて、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧の両波整流を行う。また上述したように、同期整流にて2次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧に対する整流を行う方式にて整流動作を行っても良い。ここで、1次巻線数:2次巻線数=1:Nとする。
以下の説明に用いる図3のタイミングチャートにおいて、トランジスタQ1及びQ4をオン/オフするスイッチング周期を周期T1とし、トランジスタQ3及びQ2とをオン/オフするスイッチング周期を周期T2とし、この周期T1と周期T2との位相のずれをΔTとする。
Note that FIG. 2 shows a configuration in which a load is inserted between the + side terminal TVoH and the − side terminal TVoHL instead of the battery B2 in order to perform a boosting operation, and the battery B1 having a low voltage VoL that complements the energy is primary. It is connected to the
In the following description, the rectification operation performs both-wave rectification of the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the secondary winding 1B in the double-wave rectification configuration of the diodes D7 to D10. Further, as described above, the rectification operation may be performed by a method of rectifying the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the secondary winding 1A by synchronous rectification. Here, the number of primary windings: the number of secondary windings = 1: N.
In the timing chart of FIG. 3 used for the following description, a switching cycle for turning on / off the transistors Q1 and Q4 is defined as a cycle T1, and a switching cycle for turning on / off the transistors Q3 and Q2 is defined as a cycle T2. Let ΔT be the phase shift from T2.
<周期T1と周期T2との位相が180°(=ΔT)ずれている場合:図3(a)>
時刻t1において、第1の制御回路5は、制御信号S1、制御信号S4を「L」レベルから「H」レベルに変化させ、制御信号S2、制御信号S3を「H」レベルから「L」レベルに変化させる。
上述した制御信号の変化によって、トランジスタQ1、トランジスタQ4はオンとなり、一方トランジスタQ2、トランジスタQ3はオフとなる。
これにより、1次側巻線1Aに電流i1F(端子TA1→端子TA2)が流れることにより、巻線1Bの端子TB1−TB2間にN・VoLの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Bに誘起された電圧N・VoLがダイオードD7を介し、チョークコイル7及び、トランジスタQ5の寄生ダイオードD5を介して+側端子TVoHへ出力される。
<When the phases of the period T1 and the period T2 are shifted by 180 ° (= ΔT): FIG. 3A>
At time t1, the
Due to the change in the control signal, the transistors Q1 and Q4 are turned on, while the transistors Q2 and Q3 are turned off.
As a result, a current i1F (terminal TA1 → terminal TA2) flows through the primary winding 1A, thereby inducing a voltage of N · VoL between the terminals TB1 and TB2 of the winding 1B.
Here, the voltage N · VoL induced in the winding 1B is output via the diode D7 to the + side terminal TVoH via the
時刻t2において、第1の制御回路5は、制御信号S1及びS4を「H」レベルから「L」レベルに、また制御信号S2及びS3を「L」レベルから「H」レベルに変化させる。
これにより、トランジスタQ1及びQ4はオフ状態となり、トランジスタQ2及びQ3はオフ状態となる。
そして、1次側巻線1Aに電流i1B(端子TA2→端子TA1)が流れることにより、巻線1Bの端子TB2−TB1間にN・VoLの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Bに誘起された電圧N・VoLがダイオードD9を介し、チョークコイル7及び、トランジスタQ5の寄生ダイオードD5を介して+側端子TVOHへ出力される。
At time t2, the
Thereby, the transistors Q1 and Q4 are turned off, and the transistors Q2 and Q3 are turned off.
When a current i1B (terminal TA2 → terminal TA1) flows through the primary winding 1A, a voltage of N · VoL is induced between the terminals TB2 and TB1 of the winding 1B.
Here, the voltage N · VoL induced in the winding 1B is output via the diode D9 to the positive terminal TVOH via the
上述した時刻t1及びt2の処理が以降繰り返され、昇圧処理が行われる。周期T1と周期T2との位相が180°異なる場合、昇圧電圧としては、トランス1Bには常に電圧が誘起されており、チョークコイル7による平滑後も、トランス1の巻数比から得られる最大電圧値の昇圧電圧としてN・VoLが得られる。
そして、昇圧された高電圧の電源信号は、チョークコイル7及びコンデンサ6から構成された平滑回路により平滑化されて、一定電圧の高電圧VoHとして、+側端子TVoHから出力される。
The above-described processes at times t1 and t2 are repeated thereafter, and the boosting process is performed. When the phases of the period T1 and the period T2 are different from each other by 180 °, the boosted voltage is always induced in the
The boosted high-voltage power supply signal is smoothed by a smoothing circuit composed of the
しかしながら、上述した周期T1及びT2の位相が180°異なる昇圧処理において、予め設定された昇圧電圧に満たない場合、トランジスタQ6をオンオフ制御することにより、チョークコイル7を用いた昇圧動作を行い、2次側直行変換部3のダイオードD7及びD9により整流された電圧を昇圧して、昇圧した電圧を昇圧電圧としてダイオードD5を介して+側端子TVoHへ出力する。
第2の制御回路6は、制御信号S6を「H」レベルとして、トランジスタQ6をオン状態とさせるタイミングを、第1の制御回路5が制御信号S1及びS4と、制御信号S2及びS3とが各々「H」レベルとするタイミングに同期させる。
However, in the above-described boosting process in which the phases of the periods T1 and T2 are different from each other by 180 °, when the preset boosted voltage is not reached, the transistor Q6 is turned on / off to perform a boosting operation using the
The
この昇圧された昇圧電圧の電圧値は、第2の制御回路6により、トランジスタQ6をオンオフ制御する制御信号S6のデューティを調整するか、あるいはデューテイを固定(昇圧電圧が最大に昇圧される幅に固定)することで行う。
また、第1の制御回路5が1次側直交変換部2を制御する制御信号S1〜S4の周期T1及びT2の周期の位相を、後述するように調整して、昇圧される昇圧電圧があらかじめ設定された電圧となるよう調整してもよい。
The voltage value of the boosted boost voltage, the
Further, the
<周期T1と周期T2との位相が90°(=ΔT)ずれている場合:図3(b)>
時刻t1において、第1の制御回路5は、制御信号S1、制御信号S4を「L」レベルから「H」レベルに変化させ、制御信号S2、制御信号S3を「L」レベルのままで維持する。
そして、トランジスタQ1及びQ4がオフからオンに状態が移行し、トランジスタQ2及びQ3はオフのままとなる。
これにより、トランス1の1次巻線1Aには電流i1Fが流れ、2次巻線1Bの端子TB1−TB2間にN・VoLの電圧が誘起される。
<When the phases of the period T1 and the period T2 are shifted by 90 ° (= ΔT): FIG. 3B>
At time t1, the
Then, the transistors Q1 and Q4 change from off to on, and the transistors Q2 and Q3 remain off.
As a result, a current i1F flows in the primary winding 1A of the
次に、時刻t12において、第1の制御回路5は、制御信号S1及びS4を「H」レベルのままとし、制御信号S2及びS3を「L」レベルから「H」レベルに変化させる。
これにより、トランジスタQ1からQ4の全てがオン状態となり、接続点K1及びK2が「L」レベルとなり、トランス1の1次巻線1Aの端子TA1及びTA2が同電位となり、電流が流れないため、2次巻線1Bに電圧は誘起されない。
Next, at time t12, the
As a result, all of the transistors Q1 to Q4 are turned on, the connection points K1 and K2 are set to the “L” level, the terminals TA1 and TA2 of the primary winding 1A of the
次に、時刻t2において、第1の制御回路5は、制御信号S1及びS4を「H」レベルから「L」レベルに変化させ、制御信号S2及びS3を「H」レベルのまま維持する。
そして、トランジスタQ1及びQ4がオンからオフに移行し、トランジスタQ2及びQ3はオン状態のままとなる。
これにより、トランス1の1次巻線1Aに電流i1Bが流れ、2次巻線1Bの端子TB2−TB1間にN・VoLの電圧が誘起される。
Next, at time t2, the
Then, the transistors Q1 and Q4 shift from on to off, and the transistors Q2 and Q3 remain on.
As a result, a current i1B flows through the primary winding 1A of the
次に、時刻t22において、第1の制御回路5は、制御信号S1及びS4を「L」レベルのままとし、制御信号S2及びS3を「H」レベルから「L」レベルに変化させる。
これにより、トランジスタQ1〜Q4の全てがオフ状態となり、接続点K1及びK2がフローティング(電気的にいずれにも接続されずに浮いた状態)となり、トランス1の1次巻線1Aの端子TA1及びTA2が同電位となり、電流が流れないため、2次巻線1Bに電圧は誘起されない。
Next, at time t22, the
As a result, all of the transistors Q1 to Q4 are turned off, the connection points K1 and K2 are in a floating state (a state in which they are floated without being electrically connected to any of them), and the terminal TA1 of the primary winding 1A of the
以降、時刻t4以降において、上述したt1〜t22の処理が繰り返される。
そして、上述した周期T1及びT2の周期が90°ずれている場合、周期T1及びT2の位相が180°ずれている場合に比較して、半分の期間において、トランス1の2次巻線1BにN・VoLの電圧が生成される。
デューテイ50%の上記N・VoLが単相矩形波交流電圧としてチョークコイル7へ入力されると、チョークコイル7によりこの入力される単相矩形波交流電圧が平滑化され、所定の降圧電圧として、ダイオードD5を介して+側端子TVoHへ出力される。
したがって、周期T1及びT2との位相を制御することにより、+側端子TVoHへ出力される昇圧電圧の電圧値が調整される。
上述したように、トランス1におけるプッシュプル動作により、低電圧から高電圧に電圧を昇圧させる処理が行われる。
Thereafter, the processes from t1 to t22 described above are repeated after time t4.
And when the period of the period T1 and T2 mentioned above has shifted | deviated 90 degree | times, compared with the case where the phase of the period T1 and T2 has shifted | deviated 180 degree | times, in the secondary winding 1B of the
When the N · VoL with a duty of 50% is input to the
Therefore, the voltage value of the boosted voltage output to the + side terminal TVoH is adjusted by controlling the phase with the periods T1 and T2.
As described above, the process of boosting the voltage from the low voltage to the high voltage is performed by the push-pull operation in the
図3(a)及び図3(b)にて説明したように、制御信号S1及び制御信号S4の信号レベルの変化の位相に対し、制御信号S2及び制御信号S3の信号レベルの変化の位相のずれを変化(調整)させることにより、電流が1次側巻線1Aに流れる期間を制御し、2次巻線1Bに誘起される単相矩形波交流電圧のパルス幅を制御し、高電圧VoHの電圧値を任意に制御することができる。
また、1次側直交変換部2において、位相制御によって電流が1次側巻線1Aに流れる期間を制御するのではなく、制御信号S1〜S4のパルス幅を調整、すなわち、トランジスタQ1〜Q4各々をオン状態とするパルス幅を制御するPWM制御を行うことにより、1次巻線1Aに電流の流れる期間を制御し、誘起される単相矩形波交流電圧のパルス幅を制御するようにしても良い。
As described in FIGS. 3A and 3B, the phase of the change in the signal level of the control signal S2 and the control signal S3 is different from the phase of the change in the signal level of the control signal S1 and the control signal S4. By changing (adjusting) the deviation, the period during which current flows in the primary winding 1A is controlled, the pulse width of the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the secondary winding 1B is controlled, and the high voltage VoH Can be arbitrarily controlled.
Further, in the primary side orthogonal transforming
次に、図4及び図17を用いて、本実施形態による双方向DC/DCコンバータによる降圧動作を説明する。図4は降圧動作を説明するための本実施形態の構成例を示すブロック図である。図17は本実施形態による双方向DC/DCコンバータによる高電圧から低電圧への降圧動作を説明するタイミングチャートである。ここで、高電圧から低電圧への降圧処理とは、例えば100〜200V程度の電圧から10数V程度の電圧への変換処理をいう。2次側直行変換部3において位相制御の降圧処理を行い、1次側直行変換部2において、2次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧に対する両波整流が行われ、低電圧が生成される。
Next, with reference to FIGS. 4 and 17, for explaining the step-down operation by the bi-directional DC / DC converter according to the present embodiment. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the present embodiment for explaining the step-down operation. 17 is a timing chart for explaining the descending pressure operation of the high voltage to low voltage by the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment. Here, the buck process from a high voltage to a low voltage, for example, refers to the conversion from voltage of about 100~200V to 10 number V voltage of about. In the secondary side
このとき、第1の制御回路5は、トランジスタQ1〜Q4に対して「L」レベルの制御信号S1〜S4を出力している。このため、トランジスタQ1〜Q4は全てオフ状態となっている。一方、第2の制御回路6は、制御信号S6を「L」レベルにて出力している。これにより、ゲートに「L」レベルの制御信号S6が印加されるため、トランジスタQ6がオフとなっている。また、第2の制御回路6は、トランジスタQ5のゲートに周期パルスの「H」レベルの制御信号S5を出力している。このパルスのデューティを変更することにより、チョークコイル7に供給する電気エネルギを制御し、降圧電圧を調整する。
At this time, the
なお、図4は降圧動作を行うためバッテリB1に替えて負荷を+側端子TVoHと−側端子TVoHLとの間に介挿した構成であり、エネルギを補完する低電圧VoLのバッテリB2が2次側変換部3に接続されている。
以下の説明において、整流動作は、ダイオードD1〜D4の両波整流構成にて、1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧の両波整流を行う。また上述したように、同期整流にて1次巻線1Aに誘起される単相矩形波交流電圧に対する整流を行う方式にて整流動作を行っても良い。ここで、1次巻線数:2次巻線数=1:Nとする。
以下の降圧動作の説明に用いる図5〜図16において、トランジスタQ7,Q8,Q9及びQ10をオン/オフするスイッチング周期は図17のタイミングチャートに示す。
4 shows a configuration in which a load is inserted between the + side terminal TVoH and the − side terminal TVoHL instead of the battery B1 in order to perform the step-down operation, and the battery B2 having a low voltage VoL that supplements energy is secondary. It is connected to the
In the following description, the rectification operation performs both-wave rectification of the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the primary winding 1A in the double-wave rectification configuration of the diodes D1 to D4. Further, as described above, the rectification operation may be performed by a method of rectifying the single-phase rectangular wave AC voltage induced in the primary winding 1A by synchronous rectification. Here, the number of primary windings: the number of secondary windings = 1: N.
In FIG. 5 to FIG. 16 used for the following description of the step-down operation, the switching cycle for turning on / off the transistors Q7, Q8, Q9 and Q10 is shown in the timing chart of FIG.
図5は初期状態を示し、トランジスタQ7,Q10がオン状態にあり、トランジスタQ5,Q6,Q8及びQ9がオフ状態から開始され、ここで、第2の制御回路6がトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5を「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ5がオン状態となる。
これにより、トランジスタQ5,Q7を介して2次巻線1Bに電流i2F(端子TB1→端子TB2)が流れ、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD4及びD1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
FIG. 5 shows an initial state, in which the transistors Q7 and Q10 are in the on state, and the transistors Q5, Q6, Q8 and Q9 are started from the off state, where the
As a result, a current i2F (terminal TB1 → terminal TB2) flows through the secondary winding 1B through the transistors Q5 and Q7, and a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA1 and TA2 of the winding 1A. The
Here, the voltage (1 / N) · VoH induced in the winding 1A is output to the positive terminal TVoL of the battery B1 via the diodes D4 and D1.
次に、図6において、第2の制御回路6がトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5を「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ5がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ7、2次巻線1B、トランジスタQ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2FがダイオードD6を介して流れる状態となる。
この時点においても、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD4、D1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 6, the
Even at this time, a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA1 and TA2 of the winding 1A, and this voltage (1 / N) · VoH is connected to the positive side of the battery B1 via the diodes D4 and D1. Output to terminal TVoL.
次に、図7において、第2の制御回路6がトランジスタQ9のゲートに印加する制御信号S9を、「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ9がオン状態となる。これにより、トランジスタQ7及びQ9の並列接続、2次巻線1B、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2FがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点においても、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD4、D1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 7, the control signal S9 applied to the gate of the transistor Q9 by the
Even at this time, a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA1 and TA2 of the winding 1A, and this voltage (1 / N) · VoH is connected to the positive side of the battery B1 via the diodes D4 and D1. Output to terminal TVoL.
次に、図8において、第2の制御回路6がトランジスタQ7のゲートに印加する制御信号S7を、「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ7がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ9、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2FがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA1−TA2間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
Next, in FIG. 8, the control signal S7 applied to the gate of the transistor Q7 by the
At this time, since no current flows through the winding 1A, no voltage is induced between the terminals TA1 and TA2, and no voltage for charging is output to the positive terminal TVoL of the battery B1.
次に、図9において、第2の制御回路6がトランジスタQ8のゲートに印加する制御信号S8を、「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ8がオン状態となる。しかしながら、トランジスタQ8に流れ込む電流の経路が生じないため、トランジスタQ9、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2FがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA1−TA2間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
Next, in FIG. 9, the control signal S8 applied to the gate of the transistor Q8 by the
At this time, since no current flows through the winding 1A, no voltage is induced between the terminals TA1 and TA2, and no voltage for charging is output to the positive terminal TVoL of the battery B1.
次に、図10において、第2の制御回路6がトランジスタQ10のゲートに印加する制御信号S10を、「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ10がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ9、トランジスタQ8を介して2次巻線1Bに電流i2B(端子TB2→端子TB1)が流れ、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD2及びD3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 10, the control signal S10 applied to the gate of the transistor Q10 by the
Here, the voltage (1 / N) · VoH induced in the winding 1A is output to the positive terminal TVoL of the battery B1 via the diodes D2 and D3.
次に、図11において、第2の制御回路6がトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5を「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ5がオン状態となる。
これにより、トランジスタQ5,Q9及びQ8を介して2次巻線1Bに電流i2B(端子TB2→端子TB1)が流れ、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD2及びD3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 11, the
As a result, a current i2B (terminal TB2 → terminal TB1) flows through the secondary winding 1B via the transistors Q5, Q9 and Q8, and a voltage of (1 / N) · VoH is applied between the terminals TA2 and TA1 of the winding 1A. Induced.
Here, the voltage (1 / N) · VoH induced in the winding 1A is output to the positive terminal TVoL of the battery B1 via the diodes D2 and D3.
次に、図12において、第2の制御回路6がトランジスタQ5のゲートに印加する制御信号S5を「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ5がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ10、2次巻線1B、トランジスタQ8を介してチョークコイル7に流れる電流i2BがダイオードD6を介して流れる状態となる。
この時点においても、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD2、D3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 12, the
Even at this time, a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA2 and TA1 of the winding 1A, and this voltage (1 / N) · VoH is connected to the positive side of the battery B1 via the diodes D2 and D3. Output to terminal TVoL.
次に、図13において、第2の制御回路6がトランジスタQ10のゲートに印加する制御信号S10を、「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ10がオン状態となる。これにより、トランジスタQ8及びQ10の並列接続、2次巻線1B、トランジスタ9を介してチョークコイル7に流れる電流i2BがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点においても、巻線1Aの端子TA2−TA1間に(1/N)・VoHの電圧が誘起され、この電圧(1/N)・VoHがダイオードD2、D3を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 13, the control signal S10 applied to the gate of the transistor Q10 by the
Even at this time, a voltage of (1 / N) · VoH is induced between the terminals TA2 and TA1 of the winding 1A, and this voltage (1 / N) · VoH is connected to the positive side of the battery B1 via the diodes D2 and D3. Output to terminal TVoL.
次に、図14において、第2の制御回路6がトランジスタQ8のゲートに印加する制御信号S8を、「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ8がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ9、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2BがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子TA2−TA1間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
Next, in FIG. 14, the control signal S8 applied to the gate of the transistor Q8 by the
At this time, since no current flows through the winding 1A, no voltage is induced between the terminals TA2 and TA1, and no voltage for charging is output to the positive terminal TVoL of the battery B1.
次に、図15において、第2の制御回路6がトランジスタQ7のゲートに印加する制御信号S7を、「L」レベルから「H」レベルに変化させることにより、トランジスタQ7がオン状態となる。しかしながら、トランジスタQ7に流れ込む電流の経路が生じないため、トランジスタQ9、トランジスタ10を介してチョークコイル7に流れる電流i2BがダイオードD6を介して流れる状態が継続される。
この時点において、巻線1Aに流れる電流が無くなるため、端子A2−TA1間に電圧が誘起されず、バッテリB1の+側端子TVoLへ充電のための電圧は出力されない。
Next, in FIG. 15, the control signal S7 applied to the gate of the transistor Q7 by the
At this time, since no current flows through the winding 1A, no voltage is induced between the terminals A2 and TA1, and no voltage for charging is output to the positive terminal TVoL of the battery B1.
次に、図16において、第2の制御回路6がトランジスタQ9のゲートに印加する制御信号S9を、「H」レベルから「L」レベルに変化させることにより、トランジスタQ9がオフ状態となる。これにより、トランジスタQ7、トランジスタQ10を介して2次巻線1Bに電流i2F(端子TB1→端子TB2)が流れ、巻線1Aの端子TA1−TA2間に(1/N)・VoHの電圧が誘起される。
ここで、巻線1Aに誘起された電圧(1/N)・VoHがダイオードD4及びD1を介し、バッテリB1の+側端子TVoLへ出力される。
Next, in FIG. 16, the control signal S9 applied to the gate of the transistor Q9 by the
Here, the voltage (1 / N) · VoH induced in the winding 1A is output to the positive terminal TVoL of the battery B1 via the diodes D4 and D1.
そして、図5の状態に戻り、図5から図16の処理が繰り返され、降圧処理が行われる。上述したように、本実施形態の基本的な動作は、降圧処理を行っている間、チョークコイル7に継続的に、同一方向の電流(チョークコイル7の端子Tc2から端子Tc1方向)を流すように各トランジスタのゲートを制御し、チョークコイル7にて高圧を生じさせないようにし、降圧電圧の制御が精度良く行われるようにする。
すなわち、図17のタイミングチャートに示す時刻t0〜t11各々において、図5〜図16それぞれの動作が行われ、所望の低電圧VoLがバッテリB1に対して出力される。
And it returns to the state of FIG. 5, the process of FIGS. 5-16 is repeated, and pressure | voltage reduction processing is performed. As described above, the basic operation of the present embodiment is such that current in the same direction (in the direction from the terminal Tc2 to the terminal Tc1 of the choke coil 7) flows through the
That is, at times t0 to t11 shown in the timing chart of FIG. 17, the operations of FIGS. 5 to 16 are performed, and a desired low voltage VoL is output to the battery B1.
また、上記実施形態においては、降圧動作に対応して設定された巻線比を設定した際にも、昇圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な構成として、第1の電圧のバッテリ(バッテリB2)を高電圧、第2の電圧のバッテリ(バッテリB1)を、第1の電圧より低い低電圧として説明した。
しかしながら、昇圧動作に対応して設定された巻線比を設定した際に、降圧電圧が設定された電圧値として出力することが可能な構成として、バッテリB2の第1の電圧を低電圧とし、バッテリB1の第2の電圧を高電圧として構成してもよい。
この場合、設定した電圧に達しない低電圧の電圧値が、昇圧回路4により昇圧されることにより、設定した電圧値の低電圧として出力されることになる。
Further, in the above-described embodiment, when the winding ratio set corresponding to the step-down operation is set, the boost voltage can be output as the set voltage value as the first voltage of the first voltage. The battery (battery B2) has been described as a high voltage, and the second voltage battery (battery B1) as a low voltage lower than the first voltage.
However, when the winding ratio set corresponding to the boost operation is set, the first voltage of the battery B2 is set to a low voltage as a configuration capable of outputting the step-down voltage as the set voltage value. The second voltage of the battery B1 may be configured as a high voltage.
In this case, a voltage value of a low voltage that does not reach the set voltage is boosted by the
次に、本発明の他の実施形態として、1次側直交変換部2及び2次側直交変換部3のトランジスタの接続構成が、3相ブリッジ構成のDC/DCコンバータを図18に示す。
この図において、本実施形態による双方向DC/DCコンバータは、すでに述べた一実施形態のトランス1に代え、トランス11,12、13と、1次側直交変換部2、2次側直交変換部3、昇圧回路4を有している。
上述した構成により、この他の実施形態による双方向DC/DCコンバータは、すでに述べた一実施形態と同様に、昇圧処理の電圧変換(エネルギー変換)において、2次側直交変換部3がバッテリB1における直流の低電圧VoHを、一端、3相矩形波交流電圧に変換し、1次側直交変換部2がその3相矩形波交流電圧を整流して直流の高電圧VoH(バッテリB2)に変換する。
一方、上記双方向DC/DCコンバータは、降圧処理のエネルギー変換において、1次側直交変換部3がバッテリB2における直流の高電圧VoHを、一端、3相矩形波交流電圧に変換し、2次側直交変換部3がその3相矩形波交流電圧を整流して直流の低電圧VoL(バッテリB1)に変換する。
Next, as another embodiment of the present invention, FIG. 18 shows a DC / DC converter in which the transistors in the primary side
In this figure, the bidirectional DC / DC converter according to the present embodiment replaces the
With the above-described configuration, the bidirectional DC / DC converter according to the other embodiment is similar to the above-described embodiment in that the secondary side
On the other hand, in the bidirectional DC / DC converter , in the energy conversion of the step-down process, the primary side
上記図6において、1次側直交変換部2は、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q1、Q2、Q3、Q4、Q11及びQ12と、第1の制御回路5から構成され、インバータ構成となっている。
トランジスタQ1、Q3及びQ11各々は、ドレインが低電圧バッテリB1の+側端子TVoLに接続されている。
一方、トランジスタQ2、Q4及びQ12各々は、ソースが低電圧バッテリB1の−側端子TVoLLに接続されている。
トランジスタQ1のソースはトランジスタQ2のドレインと接続点K1にて接続され、トランジスタQ3のソースはトランジスタQ4のドレインと接続点K2にて接続され、トランジスタQ11のソースはトランジスタQ12のドレインと接続点K3にて接続されている。
In FIG. 6, the primary-side
The drains of the transistors Q1, Q3, and Q11 are connected to the + side terminal TVoL of the low voltage battery B1.
On the other hand, the sources of the transistors Q2, Q4 and Q12 are connected to the negative terminal TVoLL of the low voltage battery B1.
The source of transistor Q1 is connected to the drain of transistor Q2 at connection point K1, the source of transistor Q3 is connected to the drain of transistor Q4 at connection point K2, and the source of transistor Q11 is connected to the drain of transistor Q12 and connection point K3. Connected.
トランス13における1次巻線13Aの一方の端子及びトランス12における1次巻線12Aの他方の端子が接続点K1に接続され、トランス12における1次巻線12Aの一方の端子及びトランス11における1次巻線11Aの他方の端子が接続点K2に接続され、トランス11における1次巻線11Aの一方の端子及びトランス13における1次巻線13Aの他方の端子が接続点K3に接続されている。
また、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4、Q11、Q12各々は、それぞれのゲートに対して、上記第1の制御回路5から制御信号S1、S2、S3、S4、S11、S12それぞれが入力されている。
上記第1の制御回路5は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に対して単相矩形波交流電圧が印加される。
One terminal of the primary winding 13A in the
In addition, the transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q11, and Q12 receive the control signals S1, S2, S3, S4, S11, and S12 from the
The
2次側直交変換部4は、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタ)Q7、Q8、Q9、Q10、Q13、Q14と、第2の制御回路6から構成されている。
トランジスタQ7は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P1に接続されている。
トランジスタQ9は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P2に接続されている。
トランジスタQ13は、ドレインがチョークコイル7の端子Tc1に接続され、ソースが接続点P3に接続されている。
トランジスタQ8は、ドレインが接続点P1に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
トランジスタQ10は、ドレインが接続点P2に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
トランジスタQ14は、ドレインが接続点P3に接続され、ソースが低電圧バッテリB2の−側端子TvoLLに接続されている。
The secondary side
The transistor Q7 has a drain connected to the terminal Tc1 of the
The transistor Q9 has a drain connected to the terminal Tc1 of the
The transistor Q13 has a drain connected to the terminal Tc1 of the
The transistor Q8 has a drain connected to the connection point P1, and a source connected to the negative terminal TvoLL of the low voltage battery B2.
The transistor Q10 has a drain connected to the connection point P2, and a source connected to the negative terminal TvoLL of the low voltage battery B2.
The transistor Q14 has a drain connected to the connection point P3 and a source connected to the negative terminal TvoLL of the low voltage battery B2.
接続点P1はトランス11における2次巻線11Bの一方の端子及びトランス13における2次巻線13Bの他方の端子に接続され、接続点P2はトランス11における2次巻線11Bの他方の端子及びトランス12における2次巻線12Bの一方の端子に接続され、接続点P3はトランス12における2次巻線12Bの他方及びトランス13における2次巻線13Bの一方に接続されている。
また、トランジスタQ7、Q8、Q9、Q10、Q13、Q14各々は、それぞれのゲートに対して、上記第2の制御回路6から制御信号S7、S8、S9、S10、S13、S14それぞれが入力されている。
上記第2の制御回路6は、各制御信号を「H」レベルまたは「L」レベルにて出力し、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に流れる電流の向きを、一定の周期にて逆相となるよう制御する。これにより、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に対して単相矩形波交流電圧が印加される。
昇圧回路4は、すでに述べた一実施形態と同様のため説明を省略する。
The connection point P1 is connected to one terminal of the secondary winding 11B in the
The transistors Q7, Q8, Q9, Q10, Q13, and Q14 are supplied with control signals S7, S8, S9, S10, S13, and S14, respectively, from the
The
Since the
上述したように、1次側直交変換部2において、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12からなる複合スイッチの構造は3相矩形波交流電圧を生成するインバータ構成となっている。
昇圧動作において、上記3相矩形波交流電圧に対応し、2次側直交変換部3は、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に流れる電流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に逆相にて誘起される電圧を3相ブリッジ整流を行い高電圧VoHの生成を行う。
この2次側直交変換部3は、上述したトランジスタQ7、Q9及びQ13の寄生ダイオードD7、D9及びD13によるブリッジ整流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いた両波整流を行うのではなく、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12の上述したスイッチングに同期して、第2の制御回路6は、トランジスタQ7〜Q10、Q13、Q14のオンオフを行う同期整流により、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
As described above, in the primary side
In the step-up operation, corresponding to the three-phase rectangular wave AC voltage, the secondary side
The secondary side
Here, in the step-up operation, the
上述した昇圧動作において、第1の制御回路5は、制御により接続点K2に対応するトランジスタQ3及びQ4のゲートに印加する制御信号S3及びS4の位相に対して、接続点K1に対応するトランジスタQ1及びQ2のゲートに印加する制御信号S1及びS2の位相と、接続点K3に対応するトランジスタQ11及びQ12のゲートに印加する制御信号S11及びS12の位相とを変化させることにより、降圧される低電圧の電圧値を制御する。ここで、制御信号S3及びS4と、制御信号S1及びS2と、制御電圧S11及びS12の「H」レベル及び「L」レベルとなる周期は同一の長さである。
また、上述した位相制御ではなく、制御信号S1、S2、S3、S4、S11、S12のパルス幅を調整し、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12のオン/オフ時間を制御して、昇圧電圧の電圧値を制御するPWM制御を用いてもよい。
In the boosting operation described above, the
Also, instead of the phase control described above, the pulse widths of the control signals S1, S2, S3, S4, S11, and S12 are adjusted, and the on / off times of the transistors Q1 to Q4, Q11, and Q12 are controlled to control the boost voltage. You may use PWM control which controls a voltage value.
一方、2次側直交変換部3において、トランジスタQ7〜Q10、Q13、Q14からなる複合スイッチの構造は1つの3相矩形波交流電圧を生成するインバータ構成となっている。
降圧動作において、上記3相矩形波交流電圧に対応し、1次側直交変換部2は、トランス11の2次巻線11B、トランス12の2次巻線12及びトランス13の2次巻線13B各々に流れる電流により、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に逆相にて誘起される電圧を3相ブリッジ整流を行い低電圧VoHの生成を行う。
On the other hand, in the secondary side
In the step-down operation, corresponding to the three-phase rectangular wave AC voltage, the primary side
この1次側直交変換部2は、上述したトランジスタQ1、Q3及びQ11の寄生ダイオードD1、D3及びD11によるブリッジ整流により、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行う。
ここで、昇圧動作において、上述したようダイオードを用いたブリッジ整流を行うのではなく、トランジスタQ7〜Q10、Q13、Q14の上述したスイッチングに同期して、第1の制御回路5は、トランジスタQ1〜Q4、Q11、Q12のオンオフを行う同期整流により、トランス11の1次巻線11A、トランス12の1次巻線12A、トランス13の1次巻線13A各々に誘起される単相矩形波交流電圧の整流動作を行っても良い。
The primary side
Here, in the step-up operation, the
上述した降圧動作において、第2の制御回路6は、すでに説明した一実施形態と同様に、トランジスタQ5をオンオフする制御信号S5の「H」レベルと「L」レベルとのデューティを変化させ、チョークコイル7に対して供給する電気エネルギを調整することにより、降圧電圧の電圧値の制御を行う。
また、昇圧及び降圧動作については、各トランジスタのスイッチングが一実施形態と同様のため省略する。
In the step-down operation described above, the
The step-up and step-down operations are omitted because the switching of each transistor is the same as in the embodiment.
1…トランス
1A…1次巻線
1B…2次巻線
2…1次側直交変換部
3…2次側直交変換部
4…昇圧回路
5…第1の制御回路
6…第2の制御回路
7…チョークコイル
8、9…コンデンサ
B1,B2…バッテリ
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10…ダイオード
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q9,Q10…トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
1次巻線及び当該1巻線より巻数が多い2次巻線からなるトランスと、
前記1次巻線の一端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第1のスイッチ手段と、
前記1次巻線の前記一端及び前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第2のスイッチ手段と、
前記1次巻線の他端及び前記第2の電圧の+側端子間に介挿された第3のスイッチ手段と、
前記1次巻線の前記他端と前記第2の電圧の−側端子間に介挿された第4のスイッチ手段と、
前記2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、
該チョークコイルの一端及び前記第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、
前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、
前記2次巻線の一端及び前記チョークコイルの他端間に介挿された第7のスイッチ手段と、
前記2次巻線の前記一端及び前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、
前記2次巻線の他端及び前記チョークコイルの前記他端間に介挿された第9のスイッチ手段と、
前記2次巻線の前記他端及び前記第1の電圧の−側端子間に介挿された第10のスイッチ手段と
を有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは昇圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより当該昇圧電圧の昇圧処理に用い、一方、前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは降圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより前記第1の電圧の降圧処理を行った後、前記トランスにより前記降圧電圧への降圧を行い、
前記第7から第10のスイッチ手段を制御する第2の制御回路と、
前記第1から第4のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記1次巻線に接続された第2の整流回路と
をさらに有し、
降圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、
前記第2の制御回路が、前記第7及び第9のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記チョークコイルの前記他端との接続を制御し、また、前記第8及び第10のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第1の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記1次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、
前記第2の整流回路から出力される整流電圧を平滑化して降圧電圧として出力する
ことを特徴とする双方向DC/DCコンバータ。 A bidirectional DC / DC converter that performs a voltage conversion operation between the first voltage and a second voltage having a voltage value lower than the first voltage;
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding having more turns than the primary winding;
First switch means interposed between one end of the primary winding and the + side terminal of the second voltage;
Second switch means interposed between the one end of the primary winding and the negative terminal of the second voltage;
A third switch means interposed between the other end of the primary winding and the + side terminal of the second voltage;
A fourth switch means interposed between the other end of the primary winding and a negative terminal of the second voltage;
A choke coil provided between one end of the secondary winding and the positive terminal of the first voltage;
Fifth switch means interposed between one end of the choke coil and the positive terminal of the first voltage;
A sixth switch means interposed between the one end of the choke coil and a negative terminal of the first voltage;
A seventh switch means interposed between one end of the secondary winding and the other end of the choke coil;
An eighth switch means interposed between the one end of the secondary winding and the negative terminal of the first voltage;
Ninth switch means interposed between the other end of the secondary winding and the other end of the choke coil;
A tenth switch means interposed between the other end of the secondary winding and a negative terminal of the first voltage;
When converting the second voltage to the first voltage, if the boost voltage does not reach the set voltage only by the turn ratio between the first winding and the second winding, the choke coil A voltage that is used for boosting the boosted voltage, and on the other hand, when the second voltage is converted to the first voltage, the step-down voltage is set only by the turn ratio between the first winding and the second winding. If not reached, after antihypertensive treatment of the first voltage by the choke coil, have rows buck to the step-down voltage by the transformer,
A second control circuit for controlling the seventh to tenth switch means;
A second rectifier circuit connected to the primary winding comprising a diode connected in parallel to each of the first to fourth switch means;
Further comprising
In the step-down operation, when the first voltage is a high voltage and the second voltage is a low voltage,
The second control circuit periodically controls the seventh and ninth switch means to connect one end or the other end of the secondary winding to the other end of the choke coil. And controlling the eighth and tenth switch means periodically to connect one end or the other end of the secondary winding to the negative terminal of the first voltage. The push-pull operation is performed so that the direction of the current flowing through the primary winding is reversed every cycle.
A bidirectional DC / DC converter characterized in that the rectified voltage output from the second rectifier circuit is smoothed and output as a step-down voltage .
前記第7から第10のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記2次巻線に接続された第1の整流回路と
をさらに有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧への昇圧動作において、
前記第1の制御回路が、前記第1及び第3のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記第2の電圧の+側端子との接続を制御し、また、前記第2及び第4のスイッチ手段を周期的に制御し、前記1次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第2の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記2次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、
この際、降圧電圧が予め設定された電圧に達しない場合、
前記第1の整流回路から出力される第1の整流電圧を、前記第6のスイッチ手段をオンオフ制御させることで、前記チョークコイルにて前記第1の整流電圧の昇圧動作を行い、昇圧された電圧を昇圧電圧として出力することを特徴とする請求項1に記載の双方向DC/DCコンバータ。 A first control circuit for controlling the first to fourth switch means;
A first rectifier circuit connected to the secondary winding consisting of a diode connected in parallel to each of the seventh to tenth switch means;
In the step-up operation from the second voltage to the first voltage,
The first control circuit periodically controls the first and third switch means, and either one end or the other end of the primary winding, and a positive side terminal of the second voltage, And controlling the second and fourth switch means periodically to connect one end or the other end of the primary winding and the negative terminal of the second voltage. Connected, and push-pull operation so that the direction of the current flowing in the secondary winding is reversed every cycle,
At this time, if the step-down voltage does not reach the preset voltage,
The first rectified voltage output from the first rectifier circuit is boosted by performing the step-up operation of the first rectified voltage in the choke coil by controlling the sixth switch means on and off. The bidirectional DC / DC converter according to claim 1, wherein the voltage is output as a boosted voltage.
前記第1の制御回路が、前記第1及び3のスイッチ手段と、第2及び第4のスイッチ手段の各スイッチのオンオフのタイミングを位相及びパルス幅制御のいずれか一方あるいは双方により制御し、前記昇圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする請求項2に記載の双方向DC/DCコンバータ。 In step-up operation,
The first control circuit controls the on / off timing of each of the first and third switch means and the second and fourth switch means by one or both of phase and pulse width control, and The bidirectional DC / DC converter according to claim 2, wherein the boosted voltage is controlled to be a preset voltage.
前記第2の制御回路が、前記第5のスイッチ手段をオンオフするパルスのデューティ比を制御することにより、前記降圧電圧が予め設定された電圧となるよう制御することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の双方向DC/DCコンバータ。 In step-down operation,
It said second control circuit, by controlling the duty ratio of a pulse for turning on and off the fifth switch means of claims 1, wherein the reduced voltage is controlled to be preset voltage The bidirectional DC / DC converter according to claim 3 .
第1の1次巻線及び当該第1の1次巻線より巻数が多い第1の2次巻線からなる第1のトランスと、
第2の1次巻線及び当該第2の1次巻線より巻数が多い第2の2次巻線からなる第2のトランスと、
第3の1次巻線及び当該第3の1次巻線より巻数が多い第3の2次巻線からなる第3のトランスと、
前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第1のスイッチ手段と、
前記第2の1次巻線の他端及び前記第3の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第2のスイッチ手段と、
前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第3のスイッチ手段と、
前記第1の1次巻線の他端及び前記第2の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第4のスイッチ手段と、
前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の+側端子との間に介挿された第11のスイッチ手段と、
前記第3の1次巻線の他端及び前記第1の1次巻線の一端と、前記第2の電圧の−側端子との間に介挿された第12のスイッチ手段と、
前記各2次巻線の一端及び前記第1の電圧の+側端子間に設けられたチョークコイルと、
該チョークコイルの一端及び第1の電圧の+側端子間に介挿された第5のスイッチ手段と、
前記チョークコイルの前記一端及び第1の電圧の−側端子間に介挿された第6のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第7のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の一端及び前記第3の1次巻線の他端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第8のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第9のスイッチ手段と、
前記第1の2次巻線の他端及び前記第2の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第10のスイッチ手段と、
前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記チョークコイルの他端との間に介挿された第13のスイッチ手段と、
前記第2の2次巻線の他端及び前記第3の2次巻線の一端と、前記第1の電圧の−側端子との間に介挿された第14のスイッチ手段と、
を有し、
前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは昇圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより当該昇圧電圧の昇圧処理に用い、一方、前記第2の電圧から前記第1の電圧に変換する際、前記第1巻線と前記第2巻線との巻数比のみでは降圧電圧が設定された電圧に達しない場合、前記チョークコイルにより前記第1の電圧の降圧処理を行った後、前記トランスにより前記降圧電圧への降圧を行い、
前記第7から第10及び第13並びに第14のスイッチ手段を制御する第2の制御回路と、
前記第1から第4及び第11並びに第12のスイッチ手段各々に並列に接続されたダイオードからなる前記1次巻線に接続された第2の整流回路と
をさらに有し、
降圧動作において、第1の電圧が高電圧であり、第2の電圧が低電圧である場合、
前記第2の制御回路が、前記第7、第9、及び第13のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか一方と、前記チョークコイルの前記他端との接続を制御し、また、前記第8、第10、及び第14のスイッチ手段を周期的に制御し、前記2次巻線の一端あるいは他端のいずれか他方と、第1の電圧の−側端子とを接続し、前記周期毎に前記1次側巻線に流れる電流の方向が逆となるようプッシュプル動作させ、前記第2の整流回路から出力される整流電圧を平滑化して降圧電圧として出力する
ことを特徴とする双方向DC/DCコンバータ。 A bidirectional DC / DC converter that performs a voltage conversion operation between a first voltage and a second voltage having a voltage value lower than the first voltage;
A first transformer comprising a first primary winding and a first secondary winding having a larger number of turns than the first primary winding;
A second transformer comprising a second primary winding and a second secondary winding having a larger number of turns than the second primary winding;
A third transformer comprising a third primary winding and a third secondary winding having a larger number of turns than the third primary winding;
First switch means interposed between the other end of the second primary winding and one end of the third primary winding, and a positive terminal of the second voltage;
Second switch means interposed between the other end of the second primary winding and one end of the third primary winding, and a negative terminal of the second voltage;
Third switch means interposed between the other end of the first primary winding and one end of the second primary winding, and a positive terminal of the second voltage;
A fourth switch means interposed between the other end of the first primary winding and one end of the second primary winding, and a negative terminal of the second voltage;
Eleventh switching means interposed between the other end of the third primary winding and one end of the first primary winding, and the positive terminal of the second voltage;
A twelfth switch means interposed between the other end of the third primary winding and one end of the first primary winding and a negative terminal of the second voltage;
A choke coil provided between one end of each secondary winding and the positive terminal of the first voltage;
Fifth switch means interposed between one end of the choke coil and the positive terminal of the first voltage;
A sixth switch means interposed between the one end of the choke coil and a negative terminal of the first voltage;
Seventh switch means interposed between one end of the first secondary winding and the other end of the third primary winding and the other end of the choke coil;
An eighth switch means interposed between one end of the first secondary winding and the other end of the third primary winding, and a negative terminal of the first voltage;
Ninth switch means interposed between the other end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding and the other end of the choke coil;
A tenth switch means interposed between the other end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding and the negative terminal of the first voltage;
A thirteenth switch means interposed between the other end of the second secondary winding and one end of the third secondary winding and the other end of the choke coil;
Fourteenth switch means interposed between the other end of the second secondary winding and one end of the third secondary winding, and a negative terminal of the first voltage;
Have
When converting the second voltage to the first voltage, if the boost voltage does not reach the set voltage only by the turn ratio between the first winding and the second winding, the choke coil A voltage that is used for boosting the boosted voltage, and on the other hand, when the second voltage is converted to the first voltage, the step-down voltage is set only by the turn ratio between the first winding and the second winding. If not reached, after antihypertensive treatment of the first voltage by the choke coil, have rows buck to the step-down voltage by the transformer,
A second control circuit for controlling the seventh to tenth, thirteenth and fourteenth switch means;
A second rectifier circuit connected to the primary winding comprising a diode connected in parallel to each of the first to fourth and eleventh and twelfth switch means;
Further comprising
In the step-down operation, when the first voltage is a high voltage and the second voltage is a low voltage,
The second control circuit periodically controls the seventh, ninth, and thirteenth switch means, and either one end or the other end of the secondary winding and the other of the choke coil Control the connection to the end, and periodically control the eighth, tenth, and fourteenth switch means, and either the one end or the other end of the secondary winding and the first voltage And a push-pull operation so that the direction of the current flowing through the primary winding is reversed every cycle, and the rectified voltage output from the second rectifier circuit is smoothed. A bidirectional DC / DC converter characterized by being output as a step-down voltage .
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