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JP7548072B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents

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JP7548072B2
JP7548072B2 JP2021037776A JP2021037776A JP7548072B2 JP 7548072 B2 JP7548072 B2 JP 7548072B2 JP 2021037776 A JP2021037776 A JP 2021037776A JP 2021037776 A JP2021037776 A JP 2021037776A JP 7548072 B2 JP7548072 B2 JP 7548072B2
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Description

本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.

従来から、1次側巻線及び2次側巻線を有するトランスを備えた電力変換装置が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載の電力変換装置は、複数の1次側スイッチング素子を有する1次側フルブリッジ回路と、複数の2次側スイッチング素子を有する2次側フルブリッジ回路と、各スイッチング素子を制御する制御回路と、を備えている。 Conventionally, power conversion devices equipped with a transformer having a primary winding and a secondary winding have been known (see, for example, Patent Document 1). The power conversion device described in Patent Document 1 includes a primary full-bridge circuit having a plurality of primary switching elements, a secondary full-bridge circuit having a plurality of secondary switching elements, and a control circuit that controls each switching element.

特開2018-26961号公報JP 2018-26961 A

ここで、例えば電力変換装置が適用される対象や状況に応じて、1次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧と、2次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧との大小関係が変化する場合がある。この場合、上記大小関係に応じて、各スイッチング素子を制御する制御モードを変更すると、制御が煩雑になるおそれがある。 Here, for example, depending on the object or situation to which the power conversion device is applied, the magnitude relationship between the input voltage input to the primary side full bridge circuit and the output voltage output from the secondary side full bridge circuit may change. In this case, if the control mode for controlling each switching element is changed depending on the magnitude relationship, the control may become complicated.

上記目的を達成する電力変換装置は、1次側巻線及び2次側巻線を有するトランスと、前記1次側巻線に接続された回路であって、複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の1次側スイッチング素子に並列接続された複数の1次側コンデンサを有する1次側フルブリッジ回路と、前記2次側巻線に接続された回路であって、複数の2次側スイッチング素子、及び、前記複数の2次側スイッチング素子に並列接続され且つ前記1次側コンデンサとは異なる容量の複数の2次側コンデンサを有する2次側フルブリッジ回路と、前記各スイッチング素子を制御することにより、前記1次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧を、前記2次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧に変換する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記各スイッチング素子を周期的に制御する制御モードとして、前記1次側巻線に入力される1次側電圧が正、負、又は0に切り替わり、且つ、前記2次側巻線に入力される2次側電圧が正、負、又は0に切り替わる両側PWM制御モードを備え、前記両側PWM制御モードは、前記1次側電圧と前記2次側電圧との極性が反転している反転期間を含み、前記制御回路は、前記両側PWM制御モードでは、前記反転期間の開始タイミングにおいて前記1次側巻線に流れる1次側電流の大きさが1次側閾値以上となり、且つ、前記反転期間の終了タイミングにおいて前記2次側巻線に流れる2次側電流の大きさが、前記1次側閾値とは異なる2次側閾値以上となるように、前記各スイッチング素子を制御するものである。 A power conversion device that achieves the above object includes a transformer having a primary winding and a secondary winding, a primary full bridge circuit that is connected to the primary winding and has a plurality of primary switching elements and a plurality of primary capacitors connected in parallel to the plurality of primary switching elements, a secondary full bridge circuit that is connected to the secondary winding and has a plurality of secondary switching elements and a plurality of secondary capacitors that are connected in parallel to the plurality of secondary switching elements and have a different capacity from the primary capacitors, and a control circuit that converts an input voltage input to the primary full bridge circuit into an output voltage output from the secondary full bridge circuit by controlling each of the switching elements, and the control circuit The circuit has a double-sided PWM control mode in which the primary side voltage input to the primary winding is switched to positive, negative, or 0, and the secondary side voltage input to the secondary winding is switched to positive, negative, or 0, as a control mode for periodically controlling each of the switching elements, and the double-sided PWM control mode includes an inversion period in which the polarity of the primary side voltage and the secondary side voltage are inverted, and the control circuit controls each of the switching elements in the double-sided PWM control mode so that the magnitude of the primary side current flowing through the primary side winding at the start timing of the inversion period is equal to or greater than a primary side threshold, and the magnitude of the secondary side current flowing through the secondary side winding at the end timing of the inversion period is equal to or greater than a secondary side threshold different from the primary side threshold.

かかる構成によれば、制御モードとして両側PWM制御モードを採用することにより、入力電圧と出力電圧との大小関係に関わらず、電圧変換を行うことができる。これにより、入力電圧と出力電圧との大小関係に応じて異なる制御モードを切り替える必要がないため、入力電圧と出力電圧との大小関係の変化に伴う制御の煩雑さを低減できる。 According to this configuration, by adopting the double-sided PWM control mode as the control mode, voltage conversion can be performed regardless of the magnitude relationship between the input voltage and the output voltage. This eliminates the need to switch between different control modes depending on the magnitude relationship between the input voltage and the output voltage, reducing the complexity of control that accompanies changes in the magnitude relationship between the input voltage and the output voltage.

また、1次側コンデンサの容量と2次側コンデンサの容量とが異なることに対応させて1次側閾値と2次側閾値とが異なっている。そして、制御回路が、反転期間の開始タイミングにおいて1次側巻線に流れる1次側電流の大きさが1次側閾値以上となり、且つ、反転期間の終了タイミングにおいて2次側巻線に流れる2次側電流の大きさが2次側閾値以上となるように各スイッチング素子を制御することにより、ソフトスイッチングが行われる。これにより、1次側コンデンサの容量と2次側コンデンサの容量とが異なる条件下での両側PWM制御モードにおいてソフトスイッチングを行うことができる。 The primary side threshold and secondary side threshold are different in response to the difference in capacitance between the primary side capacitor and the secondary side capacitor. The control circuit controls each switching element so that the magnitude of the primary side current flowing through the primary side winding at the start timing of the inversion period is equal to or greater than the primary side threshold, and the magnitude of the secondary side current flowing through the secondary side winding at the end timing of the inversion period is equal to or greater than the secondary side threshold, thereby performing soft switching. This allows soft switching to be performed in the double-sided PWM control mode under conditions where the capacitance of the primary side capacitor and the capacitance of the secondary side capacitor are different.

上記電力変換装置について、前記1次側コンデンサの容量は、前記2次側コンデンサの容量よりも大きく、前記1次側閾値は、前記2次側閾値よりも大きいとよい。
かかる構成によれば、1次側コンデンサの容量が2次側コンデンサの容量よりも大きいことに対応させて、1次側閾値が2次側閾値よりも大きくなっている。これにより、反転期間の開始タイミングにおいて1次側コンデンサの充放電を行うことができる1次側電流を確保することができるため、ソフトスイッチングを実現できる。
In the above power conversion device, it is preferable that a capacitance of the primary side capacitor is larger than a capacitance of the secondary side capacitor, and the primary side threshold value is larger than the secondary side threshold value.
According to this configuration, the primary side threshold is larger than the secondary side threshold in correspondence with the fact that the capacitance of the primary side capacitor is larger than the capacitance of the secondary side capacitor, so that a primary side current capable of charging and discharging the primary side capacitor can be secured at the start timing of the inversion period, thereby realizing soft switching.

上記電力変換装置について、前記制御回路は、前記1次側閾値が前記2次側閾値よりも大きい場合には、前記1次側電圧のデューティ比を制御することにより、前記1次側閾値に対応する前記反転期間に設定するとよい。 For the above power conversion device, when the primary side threshold is greater than the secondary side threshold, the control circuit may set the inversion period to a value corresponding to the primary side threshold by controlling the duty ratio of the primary side voltage.

かかる構成によれば、1次側電圧のデューティ比を制御することにより、1次側閾値に対応する反転期間が設定される。これにより、反転期間の開始タイミングにおける1次側電流の大きさを1次側閾値以上にすることができる。したがって、上述した効果を得ることができる。 According to this configuration, the duty ratio of the primary voltage is controlled to set an inversion period corresponding to the primary threshold. This allows the magnitude of the primary current at the start timing of the inversion period to be equal to or greater than the primary threshold. Therefore, the above-mentioned effects can be obtained.

上記電力変換装置について、前記2次側コンデンサの容量は、前記1次側コンデンサの容量よりも大きく、前記2次側閾値は、前記1次側閾値よりも大きいとよい。
かかる構成によれば、2次側コンデンサの容量が1次側コンデンサの容量よりも大きいことに対応させて、2次側閾値が1次側閾値よりも大きくなっている。これにより、反転期間の終了タイミングにおいて2次側コンデンサの充放電を行うことができる2次側電流を確保することができるため、ソフトスイッチングを実現できる。
In the above power conversion device, it is preferable that a capacitance of the secondary side capacitor is larger than a capacitance of the primary side capacitor, and the secondary side threshold value is larger than the primary side threshold value.
According to this configuration, the secondary side threshold is larger than the primary side threshold in correspondence with the fact that the capacitance of the secondary side capacitor is larger than the capacitance of the primary side capacitor, so that a secondary side current capable of charging and discharging the secondary side capacitor at the end timing of the inversion period can be secured, thereby realizing soft switching.

上記電力変換装置について、前記制御回路は、前記2次側閾値が前記1次側閾値よりも大きい場合には、前記2次側電圧のデューティ比を制御することにより、前記2次側閾値に対応する前記反転期間に設定するとよい。 For the above power conversion device, when the secondary side threshold is greater than the primary side threshold, the control circuit may set the inversion period to a value corresponding to the secondary side threshold by controlling the duty ratio of the secondary side voltage.

かかる構成によれば、2次側電圧のデューティ比を制御することにより、2次側閾値に対応する反転期間が設定される。これにより、反転期間の終了タイミングにおける2次側電流の大きさを2次側閾値以上にすることができる。したがって、上述した効果を得ることができる。 According to this configuration, the duty ratio of the secondary voltage is controlled to set an inversion period corresponding to the secondary threshold. This allows the magnitude of the secondary current at the end timing of the inversion period to be equal to or greater than the secondary threshold. Therefore, the above-mentioned effects can be obtained.

上記電力変換装置について、前記制御回路は、前記両側PWM制御モードにおいて、前記反転期間の開始タイミングにおける前記1次側電流の大きさが前記1次側閾値以上となり、且つ、前記反転期間の終了タイミングにおける前記2次側電流の大きさが前記2次側閾値以上となる範囲内で、前記反転期間を制御することにより、前記2次側フルブリッジ回路からの出力電流を制御するとよい。 In the above power conversion device, the control circuit may control the output current from the secondary full bridge circuit by controlling the inversion period within a range in which the magnitude of the primary side current at the start timing of the inversion period is equal to or greater than the primary side threshold value, and the magnitude of the secondary side current at the end timing of the inversion period is equal to or greater than the secondary side threshold value, in the double-sided PWM control mode.

かかる構成によれば、ソフトスイッチングを行いつつ出力電流を制御できる。 This configuration allows the output current to be controlled while performing soft switching.

この発明によれば、入力電圧と出力電圧との大小関係の変化に伴う制御の煩雑さを低減できる。 This invention reduces the complexity of control that accompanies changes in the magnitude relationship between the input voltage and the output voltage.

電力変換装置及び電源システムの電気的構成を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing the electrical configuration of the power conversion device and the power supply system. (a)1次側電圧を示すグラフ、(b)2次側電圧を示すグラフ。1A is a graph showing a primary side voltage, and FIG. 1B is a graph showing a secondary side voltage. 両側PWM制御モードにおける各スイッチング素子のスイッチングパターンを示す図。FIG. 4 is a diagram showing switching patterns of each switching element in a double-sided PWM control mode. 両側PWM制御モード処理を示すフローチャート。4 is a flowchart showing a double-sided PWM control mode process. (a)1次側電圧を示すグラフ、(b)2次側電圧を示すグラフ、(c)1次側電流及び2次側電流を示すグラフ、(d)出力電流を示すグラフ。1A is a graph showing a primary voltage; FIG. 1B is a graph showing a secondary voltage; FIG. 1C is a graph showing a primary current and a secondary current; and FIG. (a)1次側電圧を示すグラフ、(b)2次側電圧を示すグラフ、(c)1次側電流及び2次側電流を示すグラフ、(d)出力電流を示すグラフ。1A is a graph showing a primary voltage; FIG. 1B is a graph showing a secondary voltage; FIG. 1C is a graph showing a primary current and a secondary current; and FIG.

以下、電力変換装置及び当該電力変換装置を備えた電源システムの一実施形態について説明する。
図1に示すように、電源システム100は、直流電源110と、負荷120と、電力変換装置10と、を備える。直流電源110は、直流電圧を出力する電圧源である。負荷120は、例えば、直流電力を充放電可能な蓄電装置であり、一例としては二次電池である。二次電池とは、例えば、リチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池である。
Hereinafter, an embodiment of a power conversion device and a power supply system including the power conversion device will be described.
1, the power supply system 100 includes a DC power supply 110, a load 120, and a power conversion device 10. The DC power supply 110 is a voltage source that outputs a DC voltage. The load 120 is, for example, a power storage device that can charge and discharge DC power, and one example of the load 120 is a secondary battery. The secondary battery is, for example, a lithium ion battery or a lead storage battery.

本実施形態の電力変換装置10は、いわゆるデュアルアクティブブリッジ方式のDC/DCコンバータである。電力変換装置10は、直流電源110と負荷120との間に設けられている。電力変換装置10は、直流電源110の電力を変換して負荷120に出力可能である。また、電力変換装置10は、負荷120の電力を変換して直流電源110に出力可能である。以下の説明では、1次側を入力、2次側を出力として取り扱う。すなわち、電力変換装置10は、直流電源110から入力された直流電圧を変換して負荷120に出力するものとする。 The power conversion device 10 of this embodiment is a so-called dual active bridge type DC/DC converter. The power conversion device 10 is provided between a DC power source 110 and a load 120. The power conversion device 10 can convert the power of the DC power source 110 and output it to the load 120. The power conversion device 10 can also convert the power of the load 120 and output it to the DC power source 110. In the following description, the primary side is treated as the input and the secondary side is treated as the output. In other words, the power conversion device 10 converts the DC voltage input from the DC power source 110 and outputs it to the load 120.

電力変換装置10は、トランス20と、1次側フルブリッジ回路30と、2次側フルブリッジ回路40と、制御回路50と、を備える。
トランス20は、磁性体のコア21と、コア21に巻きつけられた1次側巻線22及び2次側巻線23と、を有する。すなわち、トランス20は、所謂絶縁型である。トランス20は、リアクトルLを有する。リアクトルLは、チョークコイルなどの素子であってもよいし、1次側巻線22及び2次側巻線23の漏れインダクタンスであってもよい。
The power conversion device 10 includes a transformer 20 , a primary side full bridge circuit 30 , a secondary side full bridge circuit 40 , and a control circuit 50 .
The transformer 20 has a magnetic core 21, and a primary winding 22 and a secondary winding 23 wound around the core 21. That is, the transformer 20 is a so-called insulated type. The transformer 20 has a reactor L. The reactor L may be an element such as a choke coil, or may be a leakage inductance of the primary winding 22 and the secondary winding 23.

1次側フルブリッジ回路30は、複数の1次側スイッチング素子として、第1スイッチング素子Q1と、第2スイッチング素子Q2と、第3スイッチング素子Q3と、第4スイッチング素子Q4と、を有する。また、1次側フルブリッジ回路30は、複数の1次側ダイオードD1~D4と、複数の1次側コンデンサC1~C4と、を有する。 The primary-side full-bridge circuit 30 has a plurality of primary-side switching elements, namely, a first switching element Q1, a second switching element Q2, a third switching element Q3, and a fourth switching element Q4. The primary-side full-bridge circuit 30 also has a plurality of primary-side diodes D1 to D4, and a plurality of primary-side capacitors C1 to C4.

本実施形態では、1次側スイッチング素子Q1~Q4としてn型のMOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorが用いられている。ただし、これに限られず、p型のMOSFETやIGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor等の他のスイッチング素子を用いてもよい。 In this embodiment, n-type MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are used as the primary side switching elements Q1 to Q4. However, this is not limited to this, and other switching elements such as p-type MOSFETs and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) may also be used.

4つの1次側スイッチング素子Q1~Q4は、第1レグ31と、第2レグ32とを構成する。第1レグ31は、第1スイッチング素子Q1のソースと第2スイッチング素子Q2のドレインとを第1接続線33で接続した直列接続体である。第2レグ32は、第3スイッチング素子Q3のソースと第4スイッチング素子Q4のドレインとを第2接続線34で接続した直列接続体である。第1レグ31及び第2レグ32は、互いに並列に接続されるように1次側端子35,36に接続されている。すなわち、1次側フルブリッジ回路30は、1次側端子35,36に接続されているといえる。このとき、第1スイッチング素子Q1及び第3スイッチング素子Q3が上アームを構成し、第2スイッチング素子Q2及び第4スイッチング素子Q4が下アームを構成する。 The four primary side switching elements Q1 to Q4 constitute a first leg 31 and a second leg 32. The first leg 31 is a series connection in which the source of the first switching element Q1 and the drain of the second switching element Q2 are connected by a first connection line 33. The second leg 32 is a series connection in which the source of the third switching element Q3 and the drain of the fourth switching element Q4 are connected by a second connection line 34. The first leg 31 and the second leg 32 are connected to the primary side terminals 35, 36 so as to be connected in parallel with each other. In other words, it can be said that the primary side full bridge circuit 30 is connected to the primary side terminals 35, 36. At this time, the first switching element Q1 and the third switching element Q3 constitute the upper arm, and the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4 constitute the lower arm.

1次側ダイオードD1~D4及び1次側コンデンサC1~C4は、それぞれ1次側スイッチング素子Q1~Q4に並列接続されている。1次側ダイオードD1~D4は、寄生ダイオードであってもよいし、素子であってもよい。1次側ダイオードD1~D4は、1次側スイッチング素子Q1~Q4に対して逆接続されている。1次側コンデンサC1~C4は、寄生容量、素子、あるいは寄生容量と素子の組み合わせであってもよい。 The primary side diodes D1 to D4 and the primary side capacitors C1 to C4 are connected in parallel with the primary side switching elements Q1 to Q4, respectively. The primary side diodes D1 to D4 may be parasitic diodes or elements. The primary side diodes D1 to D4 are connected in reverse to the primary side switching elements Q1 to Q4. The primary side capacitors C1 to C4 may be parasitic capacitance, elements, or a combination of parasitic capacitance and elements.

1次側フルブリッジ回路30は、トランス20の1次側巻線22に接続されている。詳細には、1次側フルブリッジ回路30の第1接続線33及び第2接続線34は、それぞれ1次側巻線22に接続されている。そのため、1次側巻線22には、第2接続線34と第1接続線33との電位差と等しい電圧V1がかかる。以下の説明では、1次側巻線22に印加される電圧V1を「1次側電圧V1」と称することがある。なお、1次側電圧V1は、第1接続線33の電位が第2接続線34の電位より高い場合を正とする。 The primary full bridge circuit 30 is connected to the primary winding 22 of the transformer 20. In particular, the first connection line 33 and the second connection line 34 of the primary full bridge circuit 30 are each connected to the primary winding 22. Therefore, a voltage V1 equal to the potential difference between the second connection line 34 and the first connection line 33 is applied to the primary winding 22. In the following description, the voltage V1 applied to the primary winding 22 may be referred to as the "primary voltage V1." Note that the primary voltage V1 is positive when the potential of the first connection line 33 is higher than the potential of the second connection line 34.

なお、直流電源110は、1次側端子35,36に接続されている。したがって、1次側フルブリッジ回路30は、1次側端子35,36を介して直流電源110に接続される。 The DC power supply 110 is connected to the primary terminals 35 and 36. Therefore, the primary full bridge circuit 30 is connected to the DC power supply 110 via the primary terminals 35 and 36.

1次側電圧センサ37は、1次側フルブリッジ回路30に入力される入力電圧Vinを測定するための電圧計である。1次側電圧センサ37は、1次側フルブリッジ回路30に対して並列となるように1次側端子35,36に接続されている。 The primary voltage sensor 37 is a voltmeter for measuring the input voltage Vin input to the primary full bridge circuit 30. The primary voltage sensor 37 is connected to the primary terminals 35 and 36 in parallel with the primary full bridge circuit 30.

1次側電流センサ38は、直流電源110から1次側フルブリッジ回路30への入力電流Iinを測定するための電流計である。1次側電流センサ38としては、シャント抵抗、ホール素子など任意の形態を採用することができる。 The primary side current sensor 38 is an ammeter for measuring the input current Iin from the DC power supply 110 to the primary side full bridge circuit 30. The primary side current sensor 38 can be of any type, such as a shunt resistor or a Hall element.

2次側フルブリッジ回路40は、複数の2次側スイッチング素子として、第5スイッチング素子Q5と、第6スイッチング素子Q6と、第7スイッチング素子Q7と、第8スイッチング素子Q8と、を有する。また、2次側フルブリッジ回路40は、複数の2次側ダイオードD5~D8と、複数の2次側コンデンサC5~C8と、を有する。 The secondary full bridge circuit 40 has a plurality of secondary switching elements, namely a fifth switching element Q5, a sixth switching element Q6, a seventh switching element Q7, and an eighth switching element Q8. The secondary full bridge circuit 40 also has a plurality of secondary diodes D5 to D8, and a plurality of secondary capacitors C5 to C8.

本実施形態では、2次側スイッチング素子Q5~Q8としてn型のMOSFETが用いられているが、p型のMOSFETやIGBT等の他のスイッチング素子を用いてもよい。 In this embodiment, n-type MOSFETs are used as the secondary side switching elements Q5 to Q8, but other switching elements such as p-type MOSFETs or IGBTs may also be used.

4つの2次側スイッチング素子Q5~Q8は、第3レグ41と、第4レグ42とを構成する。第3レグ41は、第5スイッチング素子Q5のソースと第6スイッチング素子Q6のドレインとを第3接続線43で接続した直列接続体である。第4レグ42は、第7スイッチング素子Q7のソースと第8スイッチング素子Q8のドレインとを第4接続線44で接続した直列接続体である。第3レグ41及び第4レグ42は、互いに並列に接続されるように2次側端子45,46に接続されている。すなわち、2次側フルブリッジ回路40は、2次側端子45,46に接続されているといえる。このとき、第5スイッチング素子Q5及び第7スイッチング素子Q7が上アームを構成し、第6スイッチング素子Q6及び第8スイッチング素子Q8が下アームを構成する。 The four secondary side switching elements Q5 to Q8 constitute a third leg 41 and a fourth leg 42. The third leg 41 is a series connection in which the source of the fifth switching element Q5 and the drain of the sixth switching element Q6 are connected by a third connection line 43. The fourth leg 42 is a series connection in which the source of the seventh switching element Q7 and the drain of the eighth switching element Q8 are connected by a fourth connection line 44. The third leg 41 and the fourth leg 42 are connected to the secondary side terminals 45, 46 so as to be connected in parallel with each other. In other words, it can be said that the secondary side full bridge circuit 40 is connected to the secondary side terminals 45, 46. At this time, the fifth switching element Q5 and the seventh switching element Q7 constitute the upper arm, and the sixth switching element Q6 and the eighth switching element Q8 constitute the lower arm.

2次側ダイオードD5~D8及び2次側コンデンサC5~C8は、それぞれ2次側スイッチング素子Q5~Q8に並列接続されている。2次側ダイオードD5~D8は、寄生ダイオードであってもよいし、素子であってもよい。2次側ダイオードD5~D8は、2次側スイッチング素子Q5~Q8に対して逆接続されている。2次側コンデンサC5~C8は、寄生容量、素子、あるいは寄生容量と素子の組み合わせであってもよい。すなわち、複数のコンデンサC1~C8は、それぞれ、複数の1次側スイッチング素子Q1~Q4及び複数の2次側スイッチング素子Q5~Q8に対して並列に接続されている。 The secondary side diodes D5 to D8 and the secondary side capacitors C5 to C8 are connected in parallel to the secondary side switching elements Q5 to Q8, respectively. The secondary side diodes D5 to D8 may be parasitic diodes or elements. The secondary side diodes D5 to D8 are connected in reverse to the secondary side switching elements Q5 to Q8. The secondary side capacitors C5 to C8 may be parasitic capacitance, elements, or a combination of parasitic capacitance and elements. That is, the multiple capacitors C1 to C8 are connected in parallel to the multiple primary side switching elements Q1 to Q4 and the multiple secondary side switching elements Q5 to Q8, respectively.

ここで、本実施形態では、1次側コンデンサC1~C4の容量と、2次側コンデンサC5~C8の容量とが異なっている。例えば、1次側コンデンサC1~C4の容量は、2次側コンデンサC5~C8の容量よりも大きくてもよい。また、これに代えて、2次側コンデンサC5~C8の容量は、1次側コンデンサC1~C4の容量よりも大きくてもよい。 In this embodiment, the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4 is different from the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8. For example, the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4 may be greater than the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8. Alternatively, the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8 may be greater than the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4.

1次側コンデンサC1~C4の容量と、2次側コンデンサC5~C8の容量とが異なる要因の一例について説明する。例えばトランス20の巻数比が1以外である場合、1次側フルブリッジ回路30に流れる電流と、2次側フルブリッジ回路40に流れる電流とが異なる場合が生じ得る。この場合、当該巻数比に対応させて、1次側スイッチング素子Q1~Q4と2次側スイッチング素子Q5~Q8とで、異なる仕様の素子を採用する場合があり得る。すると、1次側コンデンサC1~C4の容量と、2次側コンデンサC5~C8の容量とが異なる場合が生じ得る。なお、異なる仕様とは、例えば1次側スイッチング素子Q1~Q4と2次側スイッチング素子Q5~Q8とで定格電流が異なるといったことが考えられる。 An example of a factor that causes the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4 to differ from the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8 will be described. For example, if the turns ratio of the transformer 20 is other than 1, the current flowing through the primary side full bridge circuit 30 may differ from the current flowing through the secondary side full bridge circuit 40. In this case, elements with different specifications may be used for the primary side switching elements Q1 to Q4 and the secondary side switching elements Q5 to Q8 to correspond to the turns ratio. Then, the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4 may differ from the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8. Note that the different specifications may be, for example, different rated currents for the primary side switching elements Q1 to Q4 and the secondary side switching elements Q5 to Q8.

2次側フルブリッジ回路40の第3接続線43及び第4接続線44は、それぞれ2次側巻線23に接続されている。そのため、2次側巻線23には、第3接続線43と第4接続線44との電位差と等しい電圧V2がかかる。以下の説明では、2次側巻線23に印加される電圧V2を「2次側電圧V2」と称することがある。なお、2次側電圧V2は、第3接続線43の電位が第4接続線44の電位より高い場合を正とする。 The third connection line 43 and the fourth connection line 44 of the secondary full bridge circuit 40 are each connected to the secondary winding 23. Therefore, a voltage V2 equal to the potential difference between the third connection line 43 and the fourth connection line 44 is applied to the secondary winding 23. In the following description, the voltage V2 applied to the secondary winding 23 may be referred to as the "secondary voltage V2." Note that the secondary voltage V2 is positive when the potential of the third connection line 43 is higher than the potential of the fourth connection line 44.

2次側端子45,46は、電力変換装置10と負荷120とを接続するのに用いられる。負荷120が2次側端子45,46に接続されることにより、2次側フルブリッジ回路40が2次側端子45,46を介して負荷120に接続される。なお、電力変換装置10は、負荷120と接続可能であればよい。ただし、これに限らず、電力変換装置10が負荷120を備える構成でもよい。 The secondary side terminals 45, 46 are used to connect the power conversion device 10 and the load 120. When the load 120 is connected to the secondary side terminals 45, 46, the secondary side full bridge circuit 40 is connected to the load 120 via the secondary side terminals 45, 46. Note that the power conversion device 10 only needs to be connectable to the load 120. However, this is not limited, and the power conversion device 10 may also be configured to include the load 120.

2次側電圧センサ47は、2次側フルブリッジ回路40から出力される出力電圧Voutを測定するための電圧計である。2次側電圧センサ47は、2次側フルブリッジ回路40に対して並列となるように2次側端子45,46に接続されている。 The secondary voltage sensor 47 is a voltmeter for measuring the output voltage Vout output from the secondary full bridge circuit 40. The secondary voltage sensor 47 is connected to the secondary terminals 45 and 46 in parallel with the secondary full bridge circuit 40.

なお、負荷120が蓄電装置である場合、負荷120が2次側端子45,46に接続されると、2次側電圧センサ47によって、出力電圧Voutとして負荷120の電圧が検出される。 When the load 120 is a power storage device, when the load 120 is connected to the secondary terminals 45, 46, the secondary voltage sensor 47 detects the voltage of the load 120 as the output voltage Vout.

2次側電流センサ48は、2次側フルブリッジ回路40から出力される出力電流Ioutを測定するための電流計である。2次側電流センサ48としては、シャント抵抗、ホール素子など任意の形態を採用することができる。 The secondary current sensor 48 is an ammeter for measuring the output current Iout output from the secondary full bridge circuit 40. The secondary current sensor 48 can be of any type, such as a shunt resistor or a Hall element.

制御回路50は、両電圧センサ37,47と接続されているとともに、両電流センサ38,48と接続されている。制御回路50は、1次側電圧センサ37から入力電圧Vinを、2次側電圧センサ47から出力電圧Voutを、それぞれ取得する。制御回路50は、1次側電流センサ38から入力電流Iinを、2次側電流センサ48から出力電流Ioutを、それぞれ取得する。 The control circuit 50 is connected to both voltage sensors 37, 47 and to both current sensors 38, 48. The control circuit 50 obtains the input voltage Vin from the primary voltage sensor 37 and the output voltage Vout from the secondary voltage sensor 47. The control circuit 50 obtains the input current Iin from the primary current sensor 38 and the output current Iout from the secondary current sensor 48.

制御回路50は、複数の1次側スイッチング素子Q1~Q4及び複数の2次側スイッチング素子Q5~Q8を周期的に制御することにより、入力電圧Vinを出力電圧Voutに変換するものである。本実施形態では、1次側スイッチング素子Q1~Q4及び2次側スイッチング素子Q5~Q8は、ともに所定の周期Tでスイッチング制御される。 The control circuit 50 converts the input voltage Vin into an output voltage Vout by periodically controlling the multiple primary side switching elements Q1 to Q4 and the multiple secondary side switching elements Q5 to Q8. In this embodiment, the primary side switching elements Q1 to Q4 and the secondary side switching elements Q5 to Q8 are both switched and controlled at a predetermined period T.

なお、制御回路50の具体的なハードウェア構成は任意である。例えば、制御回路50は、スイッチング制御を行うための専用のハードェア回路を有する構成でもよい。例えば、制御回路50は、スイッチング制御を行うための制御プログラムや必要な情報が記憶されたメモリと、制御プログラムに基づいてスイッチング制御を行うCPUとを有する構成でもよい。 The specific hardware configuration of the control circuit 50 is arbitrary. For example, the control circuit 50 may be configured to have a dedicated hardware circuit for performing switching control. For example, the control circuit 50 may be configured to have a memory that stores a control program and necessary information for performing switching control, and a CPU that performs switching control based on the control program.

次に、1次側スイッチング素子Q1~Q4及び2次側スイッチング素子Q5~Q8を制御する制御モードについて説明する。以下の説明では、各ダイオードD1~D8をそれぞれ「第nダイオードDn」と、各コンデンサC1~C8をそれぞれ「第nコンデンサCn」と称することがある。なお、nは1~8の自然数である。 Next, we will explain the control modes that control the primary side switching elements Q1 to Q4 and the secondary side switching elements Q5 to Q8. In the following explanation, each diode D1 to D8 may be referred to as the "nth diode Dn" and each capacitor C1 to C8 may be referred to as the "nth capacitor Cn." Note that n is a natural number from 1 to 8.

本実施形態の制御回路50は、各スイッチング素子Q1~Q8を制御する制御モードとして、両側PWM制御モードを備えている。両側PWM制御モードについて説明する。
図2(a)及び図2(b)に示すように、両側PWM制御モードは、1次側電圧V1及び2次側電圧V2の双方が正、負、又は「0」に切り替わるモードである。この場合、1次側電圧V1及び2次側電圧V2は、所定のデューティ比で、正、負又は0に周期的に切り替わっているといえる。
The control circuit 50 of this embodiment has a double-sided PWM control mode as a control mode for controlling the switching elements Q1 to Q8. The double-sided PWM control mode will be described.
2(a) and 2(b), the double-sided PWM control mode is a mode in which both the primary side voltage V1 and the secondary side voltage V2 are switched to positive, negative, or 0. In this case, it can be said that the primary side voltage V1 and the secondary side voltage V2 are periodically switched to positive, negative, or 0 with a predetermined duty ratio.

ちなみに、2次側電圧V2が「0」である場合、出力電流Ioutが「0」となる。したがって、両側PWM制御モードは、1周期内において出力電流Ioutが「0」となる期間を有する制御モードの一種であるともいえる。 When the secondary voltage V2 is "0", the output current Iout is "0". Therefore, the double-sided PWM control mode can be said to be a type of control mode that has a period during which the output current Iout is "0" within one cycle.

図3に示すように、両側PWM制御モードでは、各スイッチング素子Q1~Q8のスイッチングパターンとして、例えば、第1パターンP1、第2パターンP2、第3パターンP3、第4パターンP4、第5パターンP5、第6パターンP6、第7パターンP7、第8パターンP8が設定されている。なお、以下の説明では、各スイッチング素子Q1~Q8のスイッチングパターンを単に「スイッチングパターン」と称することがある。 As shown in FIG. 3, in the double-sided PWM control mode, for example, a first pattern P1, a second pattern P2, a third pattern P3, a fourth pattern P4, a fifth pattern P5, a sixth pattern P6, a seventh pattern P7, and an eighth pattern P8 are set as the switching patterns of each of the switching elements Q1 to Q8. Note that in the following description, the switching patterns of each of the switching elements Q1 to Q8 may be simply referred to as "switching patterns."

図3に示すように、第1パターンP1は、スイッチング素子Q1,Q4,Q6,Q7がON状態であり、スイッチング素子Q2,Q3,Q5,Q8がOFF状態のスイッチングパターンである。この場合、図2に示すように、1次側電圧V1が正となり、2次側電圧V2が負となる。 As shown in FIG. 3, the first pattern P1 is a switching pattern in which the switching elements Q1, Q4, Q6, and Q7 are in the ON state, and the switching elements Q2, Q3, Q5, and Q8 are in the OFF state. In this case, as shown in FIG. 2, the primary voltage V1 is positive and the secondary voltage V2 is negative.

図3に示すように、第2パターンP2は、スイッチング素子Q1,Q4,Q6,Q8がON状態であり、スイッチング素子Q2,Q3,Q5,Q7がOFF状態のスイッチングパターンである。この場合、図2に示すように、1次側電圧V1が正となり、2次側電圧V2が「0」となる。 As shown in FIG. 3, the second pattern P2 is a switching pattern in which the switching elements Q1, Q4, Q6, and Q8 are in the ON state, and the switching elements Q2, Q3, Q5, and Q7 are in the OFF state. In this case, as shown in FIG. 2, the primary voltage V1 is positive, and the secondary voltage V2 is "0".

図3に示すように、第3パターンP3は、スイッチング素子Q1,Q4,Q5,Q8がON状態であり、スイッチング素子Q2,Q3,Q6,Q7がOFF状態のスイッチングパターンである。この場合、図2に示すように、1次側電圧V1が正となり、2次側電圧V2が正となる。 As shown in FIG. 3, the third pattern P3 is a switching pattern in which switching elements Q1, Q4, Q5, and Q8 are in the ON state, and switching elements Q2, Q3, Q6, and Q7 are in the OFF state. In this case, as shown in FIG. 2, the primary voltage V1 is positive, and the secondary voltage V2 is positive.

図3に示すように、第4パターンP4は、スイッチング素子Q1,Q3,Q5,Q8がON状態であり、スイッチング素子Q2,Q4,Q6,Q7がOFF状態のスイッチングパターンである。この場合、図2に示すように、1次側電圧V1が「0」となり、2次側電圧V2が正となる。 As shown in FIG. 3, the fourth pattern P4 is a switching pattern in which switching elements Q1, Q3, Q5, and Q8 are in the ON state, and switching elements Q2, Q4, Q6, and Q7 are in the OFF state. In this case, as shown in FIG. 2, the primary voltage V1 is "0" and the secondary voltage V2 is positive.

図3に示すように、第5パターンP5は、スイッチング素子Q2,Q3,Q5,Q8がON状態であり、スイッチング素子Q1,Q4,Q6,Q7がOFF状態のスイッチングパターンである。この場合、図2に示すように、1次側電圧V1が負となり、2次側電圧V2が正となる。 As shown in FIG. 3, the fifth pattern P5 is a switching pattern in which switching elements Q2, Q3, Q5, and Q8 are in the ON state, and switching elements Q1, Q4, Q6, and Q7 are in the OFF state. In this case, as shown in FIG. 2, the primary voltage V1 is negative and the secondary voltage V2 is positive.

図3に示すように、第6パターンP6は、スイッチング素子Q2,Q3,Q5,Q7がON状態であり、スイッチング素子Q1,Q4,Q6,Q8がOFF状態のスイッチングパターンである。この場合、図2に示すように、1次側電圧V1が負となり、2次側電圧V2が「0」となる。 As shown in FIG. 3, the sixth pattern P6 is a switching pattern in which the switching elements Q2, Q3, Q5, and Q7 are in the ON state, and the switching elements Q1, Q4, Q6, and Q8 are in the OFF state. In this case, as shown in FIG. 2, the primary voltage V1 is negative, and the secondary voltage V2 is "0".

図3に示すように、第7パターンP7は、スイッチング素子Q2,Q3,Q6,Q7がON状態であり、スイッチング素子Q1,Q4,Q5,Q8がOFF状態のスイッチングパターンである。この場合、図2に示すように、1次側電圧V1が負となり、2次側電圧V2が負となる。 As shown in FIG. 3, the seventh pattern P7 is a switching pattern in which switching elements Q2, Q3, Q6, and Q7 are in the ON state, and switching elements Q1, Q4, Q5, and Q8 are in the OFF state. In this case, as shown in FIG. 2, the primary voltage V1 is negative, and the secondary voltage V2 is negative.

図3に示すように、第8パターンP8は、スイッチング素子Q2,Q4,Q6,Q7がON状態であり、スイッチング素子Q1,Q3,Q5,Q8がOFF状態のスイッチングパターンである。この場合、図2に示すように、1次側電圧V1が「0」となり、2次側電圧V2が負となる。 As shown in FIG. 3, the eighth pattern P8 is a switching pattern in which the switching elements Q2, Q4, Q6, and Q7 are in the ON state, and the switching elements Q1, Q3, Q5, and Q8 are in the OFF state. In this case, as shown in FIG. 2, the primary voltage V1 is "0" and the secondary voltage V2 is negative.

制御回路50は、両側PWM制御モードにおいて、スイッチングパターンを、P1→P2→P3→P4→P5→P6→P7→P8の順に順次切り替える動作を1単位として、その単位動作を周期Tで繰り返し実行する。これにより、1次側電圧V1と2次側電圧V2とが所定の位相差で順次変化し、電圧変換(換言すれば電力変換)が行われる。この場合、制御回路50は、位相差を設けた状態で1次側フルブリッジ回路30と2次側フルブリッジ回路40とを制御するものともいえる。 In the double-sided PWM control mode, the control circuit 50 repeats a unit operation of sequentially switching the switching pattern in the order of P1→P2→P3→P4→P5→P6→P7→P8 in a cycle T. This causes the primary voltage V1 and the secondary voltage V2 to change sequentially with a predetermined phase difference, and voltage conversion (in other words, power conversion) is performed. In this case, the control circuit 50 can be said to control the primary full bridge circuit 30 and the secondary full bridge circuit 40 with a phase difference.

特に、両側PWM制御モードでは、各スイッチング素子Q1~Q8を制御することにより、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの大小関係に関わらず、電圧変換を行うことができる。すなわち、両側PWM制御モードは、昇降圧が可能な制御モードである。 In particular, in the double-sided PWM control mode, by controlling each switching element Q1 to Q8, voltage conversion can be performed regardless of the magnitude relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout. In other words, the double-sided PWM control mode is a control mode that allows voltage increase and decrease.

ここで、両側PWM制御モードでは、パターンP1~P4までが半周期(T/2)であり、パターンP5~P8までが半周期(T/2)である。そして、パターンP1~P4とパターンP5~P8とは、極性が反転している点を除いて同一態様となっている。このため、以下では、パターンP1~P4について詳細に説明し、パターンP5~P8の具体的な制御態様については説明を省略する。 Here, in the double-sided PWM control mode, patterns P1 to P4 are a half cycle (T/2), and patterns P5 to P8 are a half cycle (T/2). Patterns P1 to P4 and patterns P5 to P8 are the same except for the polarity being reversed. For this reason, patterns P1 to P4 will be described in detail below, and the specific control modes of patterns P5 to P8 will not be described.

図2に示すように、両側PWM制御モードは、1次側電圧V1と2次側電圧V2との極性が反転している反転期間Φを含む。詳細には、両側PWM制御モードは、反転期間Φと伝送期間Wとによって構成されている。伝送期間Wは、半周期における反転期間Φ以外の期間である。本実施形態では、反転期間Φは、第1パターンP1が設定されている期間であり、伝送期間Wは、パターンP2~P4が設定されている期間である。 As shown in FIG. 2, the double-sided PWM control mode includes an inversion period Φ during which the polarity of the primary side voltage V1 and the secondary side voltage V2 is inverted. In detail, the double-sided PWM control mode is composed of an inversion period Φ and a transmission period W. The transmission period W is a period other than the inversion period Φ in a half cycle. In this embodiment, the inversion period Φ is a period during which the first pattern P1 is set, and the transmission period W is a period during which the patterns P2 to P4 are set.

伝送期間Wは、1次側電圧V1が正となっている入力期間T1と、2次側電圧V2が正となっている出力期間T2とを含む。入力期間T1は、パターンP2,P3が設定されている期間であり、出力期間T2は、パターンP3,P4が設定されている期間である。つまり、第3パターンP3が設定されている期間は、入力期間T1及び出力期間T2の双方に含まれる。 The transmission period W includes an input period T1 during which the primary voltage V1 is positive, and an output period T2 during which the secondary voltage V2 is positive. The input period T1 is the period during which patterns P2 and P3 are set, and the output period T2 is the period during which patterns P3 and P4 are set. In other words, the period during which the third pattern P3 is set is included in both the input period T1 and the output period T2.

両側PWM制御モードにおいて、出力電流Ioutは、反転期間Φと、両期間T1,T2とに依存する。このため、制御回路50は、反転期間Φ及び両期間T1,T2を制御することにより、出力電流Ioutを制御することができる。反転期間Φ及び両期間T1,T2は、例えば、1次側フルブリッジ回路30及び2次側フルブリッジ回路40の位相差(換言すれば1次側電圧V1と2次側電圧V2との位相差)、1次側スイッチング素子Q1~Q4のデューティ比、及び2次側スイッチング素子Q5~Q8のデューティ比に依存する。したがって、制御回路50は、例えば上記パラメータを制御することによって反転期間Φ及び両期間T1,T2を制御し、それを通じて出力電流Ioutを制御してもよい。なお、反転期間Φ及び両期間T1,T2を制御するパラメータは、上記に限られず、例えば第1レグ31及び第2レグ32間の位相差、又は、第3レグ41及び第4レグ42間の位相差でもよい。 In the double-sided PWM control mode, the output current Iout depends on the inversion period Φ and both periods T1 and T2. Therefore, the control circuit 50 can control the output current Iout by controlling the inversion period Φ and both periods T1 and T2. The inversion period Φ and both periods T1 and T2 depend, for example, on the phase difference between the primary full bridge circuit 30 and the secondary full bridge circuit 40 (in other words, the phase difference between the primary voltage V1 and the secondary voltage V2), the duty ratio of the primary switching elements Q1 to Q4, and the duty ratio of the secondary switching elements Q5 to Q8. Therefore, the control circuit 50 may control the inversion period Φ and both periods T1 and T2 by controlling, for example, the above parameters, thereby controlling the output current Iout. The parameters for controlling the inversion period Φ and both periods T1 and T2 are not limited to those described above, and may be, for example, the phase difference between the first leg 31 and the second leg 32, or the phase difference between the third leg 41 and the fourth leg 42.

なお、パターンP5~P8における反転期間Φは、第5パターンP5が設定されている期間であり、伝送期間Wは、パターンP6~P8が設定されている期間である。そして、パターンP1~P4とパターンP5~P8とは極性が反転しているため、パターンP5~P8において、入力期間T1は、1次側電圧V1が負となっている期間であり、出力期間T2は、2次側電圧V2が負となっている期間である。 The inversion period Φ in patterns P5 to P8 is the period in which the fifth pattern P5 is set, and the transmission period W is the period in which patterns P6 to P8 are set. Since the polarity of patterns P1 to P4 and patterns P5 to P8 are inverted, in patterns P5 to P8, the input period T1 is the period in which the primary voltage V1 is negative, and the output period T2 is the period in which the secondary voltage V2 is negative.

図1に示すように、制御回路50は、負荷120を制御する負荷制御装置121と通信可能に構成されている。制御回路50は、負荷制御装置121から要求電力Prを受信した場合に、両側PWM制御モードにおいて要求電力Prを負荷120に供給できるように両側PWM制御モード処理を実行する。 As shown in FIG. 1, the control circuit 50 is configured to be able to communicate with a load control device 121 that controls the load 120. When the control circuit 50 receives the required power Pr from the load control device 121, it executes a double-sided PWM control mode process so that the required power Pr can be supplied to the load 120 in the double-sided PWM control mode.

図4を用いて両側PWM制御モード処理について説明する。
図4に示すように、制御回路50は、ステップS101にて、要求電力Pr及び2次側電圧センサ47の検出結果に基づいて、目標電流Itを設定する。その後、制御回路50は、ステップS102にて、目標電流Itとソフトスイッチング条件を満たす反転期間Φ及び両期間T1,T2を導出する。
The double-sided PWM control mode process will be described with reference to FIG.
4, in step S101, the control circuit 50 sets a target current It based on the required power Pr and the detection result of the secondary voltage sensor 47. Then, in step S102, the control circuit 50 derives the target current It and the inversion period Φ and both periods T1 and T2 that satisfy the soft switching condition.

ここで、図5を用いてソフトスイッチング条件について説明する。図5(a)は1次側電圧V1の波形を示し、図5(b)は2次側電圧V2の波形を示し、図5(c)は1次側電流IL及び2次側電流ISの波形を示し、図5(d)は出力電流Ioutの波形を示す。1次側電流ILは1次側巻線22に流れる電流であり、2次側電流ISは2次側巻線23に流れる電流である。本実施形態では、説明の便宜上、1次側電流ILと2次側電流ISとが同一であるとする。 Now, the soft switching conditions will be explained using FIG. 5. FIG. 5(a) shows the waveform of the primary voltage V1, FIG. 5(b) shows the waveform of the secondary voltage V2, FIG. 5(c) shows the waveforms of the primary current IL and the secondary current IS, and FIG. 5(d) shows the waveform of the output current Iout. The primary current IL is the current flowing through the primary winding 22, and the secondary current IS is the current flowing through the secondary winding 23. In this embodiment, for convenience of explanation, it is assumed that the primary current IL and the secondary current IS are the same.

図5(c)に示すように、両側PWM制御モードにおけるソフトスイッチング条件は、(A)反転期間Φの開始タイミングにおいて1次側電流ILの大きさが1次側閾値ILmin以上となることを含む。換言すれば、ソフトスイッチング条件は、1次側電流ILの大きさが1次側閾値ILmin以上となっている状態で、スイッチングパターンが第8パターンP8から第1パターンP1に切り替わることを含む。1次側閾値ILminは、例えば1次側コンデンサC1~C4の容量に基づいて設定されるものであり、例えば1次側電流ILを用いて1次側コンデンサC1~C4の充放電を行うために必要な電流の大きさである。なお、反転期間Φの開始タイミングにおいて1次側電流ILは負であるため、(A)の条件は、1次側電流ILが-ILmin以下となることともいえる。 As shown in FIG. 5(c), the soft switching conditions in the double-sided PWM control mode include (A) the magnitude of the primary side current IL being equal to or greater than the primary side threshold ILmin at the start timing of the inversion period Φ. In other words, the soft switching conditions include the switching pattern switching from the eighth pattern P8 to the first pattern P1 when the magnitude of the primary side current IL is equal to or greater than the primary side threshold ILmin. The primary side threshold ILmin is set, for example, based on the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4, and is the magnitude of the current required to charge and discharge the primary side capacitors C1 to C4 using the primary side current IL. Note that since the primary side current IL is negative at the start timing of the inversion period Φ, the condition (A) can also be said to be the primary side current IL being equal to or less than -ILmin.

両側PWM制御モードにおけるソフトスイッチング条件は、(B)反転期間Φの終了タイミングにおいて2次側電流ISの大きさが2次側閾値ISmin以上となることを含む。換言すれば、ソフトスイッチング条件は、2次側電流ISの大きさが2次側閾値ISmin以上となっている状態で、スイッチングパターンが第1パターンP1から第2パターンP2に切り替わることを含む。2次側閾値ISminは、例えば2次側コンデンサC5~C8の容量に基づいて設定されるものであり、例えば2次側電流ISを用いて2次側コンデンサC5~C8の充放電を行うために必要な電流の大きさである。なお、反転期間Φの終了タイミングにおいて2次側電流ISは正であるため、(B)の条件は、2次側電流ISが2次側閾値ISmin以上となることともいえる。 The soft switching condition in the double-sided PWM control mode includes (B) the magnitude of the secondary-side current IS being equal to or greater than the secondary-side threshold ISmin at the end of the inversion period Φ. In other words, the soft switching condition includes the switching pattern switching from the first pattern P1 to the second pattern P2 when the magnitude of the secondary-side current IS is equal to or greater than the secondary-side threshold ISmin. The secondary-side threshold ISmin is set, for example, based on the capacitance of the secondary-side capacitors C5 to C8, and is the magnitude of the current required to charge and discharge the secondary-side capacitors C5 to C8 using the secondary-side current IS. Note that since the secondary-side current IS is positive at the end of the inversion period Φ, the condition (B) can also be said to be the secondary-side current IS being equal to or greater than the secondary-side threshold ISmin.

本実施形態の制御回路50は、ステップS102では、(A)及び(B)の条件を満たしつつ目標電流Itを実現することができる反転期間Φ及び両期間T1,T2を導出する。詳細には、制御回路50は、(A)及び(B)の条件を満たす範囲内で目標電流Itに対応する反転期間Φを導出することにより、出力電流Ioutが目標電流Itとなるように制御する。すなわち、制御回路50は、(A)及び(B)の条件を満たす範囲内で反転期間Φを制御することにより出力電流Ioutを制御しているといえる。 In step S102, the control circuit 50 of this embodiment derives the inversion period Φ and both periods T1 and T2 that can realize the target current It while satisfying the conditions (A) and (B). In detail, the control circuit 50 controls the output current Iout to be the target current It by deriving the inversion period Φ that corresponds to the target current It within a range that satisfies the conditions (A) and (B). In other words, it can be said that the control circuit 50 controls the output current Iout by controlling the inversion period Φ within a range that satisfies the conditions (A) and (B).

なお、反転期間Φ及び両期間T1,T2の具体的な導出態様は任意であり、例えば目標電流Itと、反転期間Φ及び両期間T1,T2とが対応付けられたテーブルを参照することによって導出する構成でもよいし、計算によって導出する構成でもよい。 The specific manner in which the inversion period Φ and both periods T1 and T2 are derived is arbitrary. For example, they may be derived by referring to a table in which the target current It is associated with the inversion period Φ and both periods T1 and T2, or they may be derived by calculation.

図4に示すように、制御回路50は、ステップS102の処理の実行後、ステップS103に進み、ステップS102にて導出された反転期間Φ及び両期間T1,T2に基づいて、各スイッチング素子Q1~Q8のスイッチング態様を決定する。詳細には、制御回路50は、ステップS102にて導出された反転期間Φ及び両期間T1,T2となるように、両フルブリッジ回路30,40間の位相差と、両スイッチング素子Q1~Q4,Q5~Q8のデューティ比とを決定する。なお、制御回路50は、ステップS102にて導出された反転期間Φ及び両期間T1,T2となるように各スイッチングパターンの設定期間を決定しているとも言える。 As shown in FIG. 4, after executing the process of step S102, the control circuit 50 proceeds to step S103, where it determines the switching mode of each switching element Q1 to Q8 based on the inversion period Φ and both periods T1 and T2 derived in step S102. In detail, the control circuit 50 determines the phase difference between the two full bridge circuits 30, 40 and the duty ratio of both switching elements Q1 to Q4 and Q5 to Q8 so that the inversion period Φ and both periods T1 and T2 derived in step S102 are obtained. It can also be said that the control circuit 50 determines the set period of each switching pattern so that the inversion period Φ and both periods T1 and T2 derived in step S102 are obtained.

そして、制御回路50は、ステップS104にて、決定されたスイッチング態様で各スイッチング素子Q1~Q8のスイッチング制御を行う。
次に図5及び図6を用いて本実施形態の作用について説明する。
Then, in step S104, the control circuit 50 performs switching control of each of the switching elements Q1 to Q8 in the determined switching mode.
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. 5 and FIG.

まず、図5を用いて、1次側コンデンサC1~C4の容量が2次側コンデンサC5~C8の容量よりも大きい場合について説明する。図5は、1次側コンデンサC1~C4の容量が2次側コンデンサC5~C8の容量よりも大きい状況下における各電圧V1,V2及び各電流IL,IS,Ioutの一例を示すグラフである。なお、図5の二点鎖線は、比較対象として1次側閾値ILminが2次側閾値ISminと同一である場合の各電圧V1,V2及び各電流IL,IS,Ioutの波形を示す。 First, a case where the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4 is greater than the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8 will be described using Figure 5. Figure 5 is a graph showing an example of the voltages V1, V2 and the currents IL, IS, and Iout when the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4 is greater than the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8. Note that the two-dot chain line in Figure 5 shows the waveforms of the voltages V1, V2 and the currents IL, IS, and Iout when the primary side threshold ILmin is the same as the secondary side threshold ISmin for comparison.

図5に示すように、1次側コンデンサC1~C4の容量が2次側コンデンサC5~C8の容量よりも大きい場合、1次側閾値ILminの大きさは2次側閾値ISminの大きさよりも大きくなる。かかる構成においては、(A)及び(B)の条件を満たす反転期間Φとなるように各スイッチング素子Q1~Q8が制御される。これにより、(A)及び(B)の条件を満たす。この場合、反転期間Φの開始タイミングの1次側電流ILの大きさが、反転期間Φの終了タイミングの2次側電流ISの大きさよりも大きくなる。 As shown in FIG. 5, when the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4 is greater than the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8, the magnitude of the primary side threshold ILmin is greater than the magnitude of the secondary side threshold ISmin. In this configuration, each switching element Q1 to Q8 is controlled so that the inversion period Φ satisfies the conditions (A) and (B). This satisfies the conditions (A) and (B). In this case, the magnitude of the primary side current IL at the start timing of the inversion period Φ is greater than the magnitude of the secondary side current IS at the end timing of the inversion period Φ.

ここで、図5の実線及び二点鎖線に示すように、1次側閾値ILminが2次側閾値ISminと同一である場合と比較して、反転期間Φが大きくなっており、当該反転期間Φに対応させて1次側電圧V1の波形(詳細にはデューティ比)が変化している。 Here, as shown by the solid line and the two-dot chain line in Figure 5, the inversion period Φ is larger than when the primary threshold ILmin is the same as the secondary threshold ISmin, and the waveform of the primary voltage V1 (more specifically, the duty ratio) changes in response to the inversion period Φ.

すなわち、本実施形態の制御回路50は、1次側閾値ILminが2次側閾値ISminよりも大きい場合、両閾値ILmin,ISminの違いに対応させて1次側電圧V1のデューティ比を制御することにより、1次側閾値ILminに対応する反転期間Φに設定しているといえる。詳細には、制御回路50は、(A)及び(B)の条件を満たす反転期間Φとなるように、両閾値ILmin,ISminの違いに対応させて1次側電圧V1のデューティ比を制御している。なお、1次側電圧V1のデューティ比は、上述したとおり、各スイッチング素子Q1~Q8のデューティ比、各レグ31,32間の位相差又は各41,42間の位相差などによって制御されるパラメータである。 In other words, when the primary threshold ILmin is greater than the secondary threshold ISmin, the control circuit 50 of this embodiment controls the duty ratio of the primary voltage V1 in accordance with the difference between the two thresholds ILmin and ISmin, thereby setting the inversion period Φ corresponding to the primary threshold ILmin. In detail, the control circuit 50 controls the duty ratio of the primary voltage V1 in accordance with the difference between the two thresholds ILmin and ISmin so that the inversion period Φ satisfies the conditions (A) and (B). As described above, the duty ratio of the primary voltage V1 is a parameter controlled by the duty ratio of each switching element Q1 to Q8, the phase difference between each leg 31, 32, or the phase difference between each leg 41, 42, etc.

次に図6を用いて、2次側コンデンサC5~C8の容量が1次側コンデンサC1~C4の容量よりも大きい場合について説明する。図6は、2次側コンデンサC5~C8の容量が1次側コンデンサC1~C4の容量よりも大きい状況下における各電圧V1,V2及び各電流IL,IS,Ioutの一例を示すグラフである。詳細には、図6(a)は1次側電圧V1の波形を示し、図6(b)は2次側電圧V2の波形を示し、図6(c)は1次側電流IL及び2次側電流ISの波形を示し、図6(d)は出力電流Ioutの波形を示す。なお、図6の二点鎖線は、比較対象として2次側閾値ISminが1次側閾値ILminと同一である場合の各電圧V1,V2及び各電流IL,IS,Ioutの波形を示す。 Next, a case where the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8 is greater than that of the primary side capacitors C1 to C4 will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a graph showing an example of the voltages V1, V2 and the currents IL, IS, and Iout when the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8 is greater than that of the primary side capacitors C1 to C4. In detail, FIG. 6(a) shows the waveform of the primary side voltage V1, FIG. 6(b) shows the waveform of the secondary side voltage V2, FIG. 6(c) shows the waveforms of the primary side current IL and the secondary side current IS, and FIG. 6(d) shows the waveform of the output current Iout. The two-dot chain lines in FIG. 6 show the waveforms of the voltages V1, V2 and the currents IL, IS, and Iout when the secondary side threshold ISmin is the same as the primary side threshold ILmin for comparison.

図6に示すように、2次側コンデンサC5~C8の容量が1次側コンデンサC1~C4の容量よりも大きい場合、2次側閾値ISminの大きさは1次側閾値ILminの大きさよりも大きくなる。かかる構成においては、(A)及び(B)の条件を満たす反転期間Φとなるように各スイッチング素子Q1~Q8が制御される。これにより、(A)及び(B)の条件を満たす。例えば、反転期間Φの終了タイミングの2次側電流ISの大きさが、反転期間Φの開始タイミングの1次側電流ILの大きさよりも大きくなる。 As shown in FIG. 6, when the capacitance of the secondary capacitors C5 to C8 is greater than the capacitance of the primary capacitors C1 to C4, the magnitude of the secondary threshold ISmin is greater than the magnitude of the primary threshold ILmin. In this configuration, each switching element Q1 to Q8 is controlled so that the inversion period Φ satisfies the conditions (A) and (B). This satisfies the conditions (A) and (B). For example, the magnitude of the secondary current IS at the end timing of the inversion period Φ is greater than the magnitude of the primary current IL at the start timing of the inversion period Φ.

ここで、図6の実線及び二点鎖線に示すように、2次側閾値ISminが1次側閾値ILminと同一である場合と比較して、反転期間Φが大きくなっており、当該反転期間Φに対応させて2次側電圧V2の波形(詳細にはデューティ比)が変化している。 Here, as shown by the solid line and the two-dot chain line in FIG. 6, the inversion period Φ is larger than when the secondary threshold ISmin is the same as the primary threshold ILmin, and the waveform of the secondary voltage V2 (more specifically, the duty ratio) changes in response to the inversion period Φ.

すなわち、本実施形態の制御回路50は、2次側閾値ISminが1次側閾値ILminよりも大きい場合、両閾値ILmin,ISminの違いに対応させて2次側電圧V2のデューティ比を制御することにより、2次側閾値ISminに対応する反転期間Φに設定しているといえる。詳細には、制御回路50は、(A)及び(B)の条件を満たす反転期間Φとなるように、両閾値ILmin,ISminの違いに対応させて2次側電圧V2のデューティ比を制御している。なお、2次側電圧V2のデューティ比は、上述したとおり、各スイッチング素子Q1~Q8のデューティ比、各レグ31,32間の位相差又は各41,42間の位相差などによって制御されるパラメータである。 In other words, when the secondary threshold ISmin is greater than the primary threshold ILmin, the control circuit 50 of this embodiment controls the duty ratio of the secondary voltage V2 in response to the difference between the two thresholds ILmin and ISmin, thereby setting the inversion period Φ corresponding to the secondary threshold ISmin. In detail, the control circuit 50 controls the duty ratio of the secondary voltage V2 in response to the difference between the two thresholds ILmin and ISmin so that the inversion period Φ satisfies the conditions (A) and (B). Note that, as described above, the duty ratio of the secondary voltage V2 is a parameter controlled by the duty ratio of each switching element Q1 to Q8, the phase difference between each leg 31, 32, or the phase difference between each leg 41, 42, etc.

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
(1)電力変換装置10は、1次側巻線22及び2次側巻線23を有するトランス20と、1次側フルブリッジ回路30と、2次側フルブリッジ回路40と、制御回路50と、を備えている。
The present embodiment described above in detail provides the following advantages.
(1) The power conversion device 10 includes a transformer 20 having a primary winding 22 and a secondary winding 23 , a primary full-bridge circuit 30 , a secondary full-bridge circuit 40 , and a control circuit 50 .

1次側フルブリッジ回路30は、1次側巻線22に接続されている。1次側フルブリッジ回路30は、複数の1次側スイッチング素子Q1~Q4と、1次側スイッチング素子Q1~Q4に並列接続された1次側コンデンサC1~C4と、を備えている。 The primary full bridge circuit 30 is connected to the primary winding 22. The primary full bridge circuit 30 includes a plurality of primary switching elements Q1 to Q4 and primary capacitors C1 to C4 connected in parallel to the primary switching elements Q1 to Q4.

2次側フルブリッジ回路40は、2次側巻線23に接続されている。2次側フルブリッジ回路40は、複数の2次側スイッチング素子Q5~Q8と、2次側スイッチング素子Q5~Q8に並列接続された2次側コンデンサC5~C8と、を備えている。 The secondary full bridge circuit 40 is connected to the secondary winding 23. The secondary full bridge circuit 40 includes a plurality of secondary switching elements Q5 to Q8 and secondary capacitors C5 to C8 connected in parallel to the secondary switching elements Q5 to Q8.

制御回路50は、各スイッチング素子Q1~Q8を周期的に制御する制御モードとして両側PWM制御モードを備えている。両側PWM制御モードは、1次側巻線22に入力される1次側電圧V1が正、負、又は0に切り替わり、且つ、2次側巻線23に入力される2次側電圧V2が正、負、又は0に切り替わるモードである。両側PWM制御モードは、1次側電圧V1と2次側電圧V2との極性が反転している反転期間Φを含む。 The control circuit 50 has a double-sided PWM control mode as a control mode for periodically controlling each of the switching elements Q1 to Q8. The double-sided PWM control mode is a mode in which the primary voltage V1 input to the primary winding 22 switches between positive, negative, or zero, and the secondary voltage V2 input to the secondary winding 23 switches between positive, negative, or zero. The double-sided PWM control mode includes an inversion period Φ during which the polarities of the primary voltage V1 and the secondary voltage V2 are inverted.

1次側コンデンサC1~C4の容量と2次側コンデンサC5~C8の容量とは異なっている。これに対応させて、1次側閾値ILminと2次側閾値ISminとは異なっている。そして、制御回路50は、両側PWM制御モードでは、(A)及び(B)の条件を満たすように各スイッチング素子Q1~Q8を制御する。(A)の条件は、反転期間Φの開始タイミングにおいて1次側巻線22に流れる1次側電流ILの大きさが1次側閾値ILmin以上であり、(B)の条件は、反転期間Φの終了タイミングにおいて2次側巻線23に流れる2次側電流ISの大きさが2次側閾値ISmin以上である。 The capacitance of the primary capacitors C1 to C4 is different from that of the secondary capacitors C5 to C8. Correspondingly, the primary threshold ILmin is different from the secondary threshold ISmin. In the double-sided PWM control mode, the control circuit 50 controls each switching element Q1 to Q8 to satisfy conditions (A) and (B). Condition (A) is that the magnitude of the primary current IL flowing through the primary winding 22 at the start timing of the inversion period Φ is equal to or greater than the primary threshold ILmin, and condition (B) is that the magnitude of the secondary current IS flowing through the secondary winding 23 at the end timing of the inversion period Φ is equal to or greater than the secondary threshold ISmin.

かかる構成によれば、制御モードとして両側PWM制御モードを採用することにより、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの大小関係に関わらず、電圧変換を行うことができる。これにより、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの大小関係に応じて異なる制御モードを切り替える必要がないため、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの大小関係の変化に伴う制御の煩雑さを低減できる。 According to this configuration, by adopting the double-sided PWM control mode as the control mode, voltage conversion can be performed regardless of the magnitude relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout. This eliminates the need to switch between different control modes depending on the magnitude relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout, reducing the complexity of control associated with changes in the magnitude relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout.

また、1次側コンデンサC1~C4の容量と2次側コンデンサC5~C8の容量とが異なることに対応させて1次側閾値ILminと2次側閾値ISminとが異なっている。そして、制御回路50が(A)及び(B)の条件を満たすように各スイッチング素子Q1~Q8を制御することにより、1次側コンデンサC1~C4の容量と2次側コンデンサC5~C8の容量が異なる場合であってもソフトスイッチングが行われる。これにより、1次側コンデンサC1~C4の容量と2次側コンデンサC5~C8の容量とが異なる条件下での両側PWM制御モードにおいてソフトスイッチングを行うことができる。 The primary side threshold ILmin and secondary side threshold ISmin are different in response to the difference in capacitance between the primary side capacitors C1 to C4 and the secondary side capacitors C5 to C8. Then, by the control circuit 50 controlling each switching element Q1 to Q8 so as to satisfy conditions (A) and (B), soft switching is performed even when the capacitance between the primary side capacitors C1 to C4 and the secondary side capacitors C5 to C8 are different. This allows soft switching to be performed in the double-sided PWM control mode under conditions where the capacitance between the primary side capacitors C1 to C4 and the secondary side capacitors C5 to C8 are different.

(2)1次側コンデンサC1~C4の容量は、2次側コンデンサC5~C8の容量よりも大きい。1次側閾値ILminは、2次側閾値ISminよりも大きい。
かかる構成によれば、1次側コンデンサC1~C4の容量が2次側コンデンサC5~C8の容量よりも大きいことに対応させて、1次側閾値ILminが2次側閾値ISminよりも大きくなっている。これにより、反転期間Φの開始タイミングにおいて1次側コンデンサC1~C4の充放電を行うことができる1次側電流ILを確保することができるため、ソフトスイッチングを実現できる。
(2) The capacitance of the primary-side capacitors C1 to C4 is greater than the capacitance of the secondary-side capacitors C5 to C8, and the primary-side threshold value ILmin is greater than the secondary-side threshold value ISmin.
According to this configuration, the primary side threshold ILmin is larger than the secondary side threshold ISmin in correspondence with the fact that the capacitance of the primary side capacitors C1 to C4 is larger than the capacitance of the secondary side capacitors C5 to C8. This makes it possible to secure the primary side current IL that can charge and discharge the primary side capacitors C1 to C4 at the start timing of the inversion period Φ, thereby realizing soft switching.

(3)制御回路50は、1次側閾値ILminが2次側閾値ISminよりも大きい場合には、1次側電圧V1のデューティ比を制御することにより、1次側閾値ILminに対応する反転期間Φに設定する。 (3) When the primary side threshold ILmin is greater than the secondary side threshold ISmin, the control circuit 50 controls the duty ratio of the primary side voltage V1 to set the inversion period Φ corresponding to the primary side threshold ILmin.

かかる構成によれば、1次側電圧V1のデューティ比を制御することにより、1次側閾値ILminに対応する反転期間Φが設定される。これにより、反転期間Φの開始タイミングにおける1次側電流ILの大きさを1次側閾値ILmin以上にすることができる。したがって、(2)の効果を得ることができる。 According to this configuration, the duty ratio of the primary voltage V1 is controlled to set the inversion period Φ corresponding to the primary threshold ILmin. This allows the magnitude of the primary current IL at the start timing of the inversion period Φ to be equal to or greater than the primary threshold ILmin. Therefore, the effect of (2) can be obtained.

(4)2次側コンデンサC5~C8の容量は、1次側コンデンサC1~C4の容量よりも大きい。2次側閾値ISminは、1次側閾値ILminよりも大きい。
かかる構成によれば、2次側コンデンサC5~C8の容量が1次側コンデンサC1~C4の容量よりも大きいことに対応させて、2次側閾値ISminが1次側閾値ILminよりも大きくなっている。これにより、反転期間Φの終了タイミングにおいて2次側コンデンサC5~C8の充放電を行うことができる2次側電流ISを確保することができるため、ソフトスイッチングを実現できる。
(4) The capacitances of the secondary-side capacitors C5 to C8 are greater than the capacitances of the primary-side capacitors C1 to C4. The secondary-side threshold ISmin is greater than the primary-side threshold ILmin.
According to this configuration, the secondary threshold value ISmin is set to be larger than the primary threshold value ILmin in response to the fact that the capacitances of the secondary capacitors C5 to C8 are larger than the capacitances of the primary capacitors C1 to C4. This makes it possible to ensure the secondary current IS that can charge and discharge the secondary capacitors C5 to C8 at the end timing of the inversion period Φ, thereby achieving soft switching.

(5)制御回路50は、2次側閾値ISminが1次側閾値ILminよりも大きい場合には、2次側電圧V2のデューティ比を制御することにより、2次側閾値ISminに対応する反転期間Φに設定する。 (5) When the secondary threshold ISmin is greater than the primary threshold ILmin, the control circuit 50 controls the duty ratio of the secondary voltage V2 to set the inversion period Φ corresponding to the secondary threshold ISmin.

かかる構成によれば、2次側電圧V2のデューティ比を制御することにより、2次側閾値ISminに対応する反転期間Φが設定される。これにより、反転期間Φの終了タイミングにおける2次側電流ISの大きさを2次側閾値ISmin以上にすることができる。したがって、(4)の効果を得ることができる。 According to this configuration, the duty ratio of the secondary voltage V2 is controlled to set the inversion period Φ corresponding to the secondary threshold ISmin. This allows the magnitude of the secondary current IS at the end timing of the inversion period Φ to be equal to or greater than the secondary threshold ISmin. Therefore, the effect of (4) can be obtained.

(6)制御回路50は、(A)及び(B)の条件を満たす範囲内で反転期間Φを制御することにより出力電流Ioutを制御する。
かかる構成によれば、ソフトスイッチングを行いつつ出力電流Ioutを制御できる。これにより、目標電流Itを出力することができる。
(6) The control circuit 50 controls the inversion period Φ within a range that satisfies the conditions (A) and (B) to thereby control the output current Iout.
According to this configuration, the output current Iout can be controlled while performing soft switching, thereby making it possible to output the target current It.

上記実施形態は以下のように変更してもよい。なお、上記実施形態及び以下の各別例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせてもよい。
○ 電力変換装置10は、双方向の電圧変換を行ってもよい。この場合、2次側フルブリッジ回路40に入力される電圧を入力電圧Vin、1次側フルブリッジ回路30から出力される電圧を出力電圧Voutとしてもよい。このとき、例えば、パターンP1~P8として、1次側スイッチング素子Q1~Q4と2次側スイッチング素子Q5~Q8とを入れ替えたものを用いればよい。
The above embodiment may be modified as follows: The above embodiment and each of the following modifications may be combined with each other within a range where no technical contradiction occurs.
The power conversion device 10 may perform bidirectional voltage conversion. In this case, the voltage input to the secondary full bridge circuit 40 may be the input voltage Vin, and the voltage output from the primary full bridge circuit 30 may be the output voltage Vout. In this case, for example, patterns P1 to P8 may be used in which the primary switching elements Q1 to Q4 and the secondary switching elements Q5 to Q8 are interchanged.

○ 負荷120は、蓄電装置に限られず任意であり、例えば目標電圧で駆動する駆動装置でもよい。この場合、負荷制御装置121は、要求電流と要求電圧とを制御回路50に送信する。制御回路50は、出力電圧Voutが要求電圧となり且つ出力電流Ioutが要求電流となる範囲内でソフトスイッチング条件を満たすように各スイッチング素子Q1~Q8を制御するとよい。 ○ The load 120 is not limited to a power storage device and may be any device, for example a drive device that is driven at a target voltage. In this case, the load control device 121 transmits the required current and the required voltage to the control circuit 50. The control circuit 50 may control each of the switching elements Q1 to Q8 so as to satisfy the soft switching conditions within a range in which the output voltage Vout becomes the required voltage and the output current Iout becomes the required current.

10…電力変換装置、20…トランス、22…1次側巻線、23…2次側巻線、30…1次側フルブリッジ回路、40…2次側フルブリッジ回路、50…制御回路、V1…1次側電圧、V2…2次側電圧、IL…1次側電流、ILmin…1次側閾値、ISmin…2次側閾値、IS…2次側電流、Iout…出力電流、Q1~Q4…1次側スイッチング素子、Q5~Q8…2次側スイッチング素子、C1~C4…1次側コンデンサ、C5~C8…2次側コンデンサ、W…伝送期間、T1…入力期間、T2…出力期間、Φ…反転期間、Vin…入力電圧、Vout…出力電圧。 10...power conversion device, 20...transformer, 22...primary winding, 23...secondary winding, 30...primary full bridge circuit, 40...secondary full bridge circuit, 50...control circuit, V1...primary voltage, V2...secondary voltage, IL...primary current, ILmin...primary threshold, ISmin...secondary threshold, IS...secondary current, Iout...output current, Q1-Q4...primary switching elements, Q5-Q8...secondary switching elements, C1-C4...primary capacitors, C5-C8...secondary capacitors, W...transmission period, T1...input period, T2...output period, Φ...inversion period, Vin...input voltage, Vout...output voltage.

Claims (6)

1次側巻線及び2次側巻線を有するトランスと、
前記1次側巻線に接続された回路であって、複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の1次側スイッチング素子に並列接続された複数の1次側コンデンサを有する1次側フルブリッジ回路と、
前記2次側巻線に接続された回路であって、複数の2次側スイッチング素子、及び、前記複数の2次側スイッチング素子に並列接続され且つ前記複数の前記1次側コンデンサと異なる容量の複数の2次側コンデンサを有する2次側フルブリッジ回路と、
前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を制御することにより、前記1次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧を、前記2次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧に変換する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を周期的に制御する制御モードとして、前記1次側巻線に印加される1次側電圧が正、負、又は0に切り替わり、且つ、前記2次側巻線に印加される2次側電圧が正、負、又は0に切り替わる両側PWM制御モードを備え、
前記両側PWM制御モードは、前記1次側電圧と前記2次側電圧との極性が反転している反転期間を含み、
前記制御回路は、前記両側PWM制御モードでは、前記反転期間の開始タイミングにおいて前記1次側巻線に流れる1次側電流の大きさが1次側閾値以上となり、且つ、前記反転期間の終了タイミングにおいて前記2次側巻線に流れる2次側電流の大きさが、前記1次側閾値とは異なる2次側閾値以上となるように、前記複数の1次側スイッチング素子及び前記複数の2次側スイッチング素子を制御するものである電力変換装置。
a transformer having a primary winding and a secondary winding;
a primary side full bridge circuit connected to the primary winding, the primary side full bridge circuit having a plurality of primary side switching elements and a plurality of primary side capacitors connected in parallel to the plurality of primary side switching elements;
a secondary side full bridge circuit connected to the secondary winding, the secondary side full bridge circuit having a plurality of secondary side switching elements and a plurality of secondary side capacitors connected in parallel to the plurality of secondary side switching elements and having a capacitance different from that of the plurality of primary side capacitors;
a control circuit for converting an input voltage input to the primary side full bridge circuit into an output voltage output from the secondary side full bridge circuit by controlling the plurality of primary side switching elements and the plurality of secondary side switching elements ,
the control circuit includes a double-sided PWM control mode in which a primary-side voltage applied to the primary winding is switched to a positive, negative, or zero, and a secondary-side voltage applied to the secondary winding is switched to a positive, negative, or zero, as a control mode for periodically controlling the plurality of primary-side switching elements and the plurality of secondary-side switching elements;
the double-sided PWM control mode includes an inversion period in which the polarities of the primary side voltage and the secondary side voltage are inverted,
The control circuit, in the double-sided PWM control mode, controls the multiple primary-side switching elements and the multiple secondary-side switching elements so that the magnitude of the primary-side current flowing through the primary winding at the start timing of the inversion period is equal to or greater than a primary-side threshold, and the magnitude of the secondary-side current flowing through the secondary winding at the end timing of the inversion period is equal to or greater than a secondary-side threshold that is different from the primary-side threshold.
前記複数の1次側コンデンサの容量は、前記複数の2次側コンデンサの容量よりも大きく、
前記1次側閾値は、前記2次側閾値よりも大きい請求項1に記載の電力変換装置。
The capacitance of the plurality of primary side capacitors is greater than the capacitance of the plurality of secondary side capacitors,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the primary side threshold is greater than the secondary side threshold.
前記制御回路は、前記1次側閾値が前記2次側閾値よりも大きい場合には、前記1次側電圧のデューティ比を制御することにより、前記1次側閾値に対応する前記反転期間に設定する請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2, wherein the control circuit controls the duty ratio of the primary side voltage when the primary side threshold is greater than the secondary side threshold to set the inversion period to a value corresponding to the primary side threshold. 前記複数の2次側コンデンサの容量は、前記複数の1次側コンデンサの容量よりも大きく、
前記2次側閾値は、前記1次側閾値よりも大きい請求項1に記載の電力変換装置。
The capacitance of the plurality of secondary side capacitors is greater than the capacitance of the plurality of primary side capacitors,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the secondary side threshold is greater than the primary side threshold.
前記制御回路は、前記2次側閾値が前記1次側閾値よりも大きい場合には、前記2次側電圧のデューティ比を制御することにより、前記2次側閾値に対応する前記反転期間に設定する請求項4に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4, wherein when the secondary side threshold is greater than the primary side threshold, the control circuit controls the duty ratio of the secondary side voltage to set the inversion period to a value corresponding to the secondary side threshold. 前記制御回路は、前記両側PWM制御モードにおいて、前記反転期間の開始タイミングにおける前記1次側電流の大きさが前記1次側閾値以上となり、且つ、前記反転期間の終了タイミングにおける前記2次側電流の大きさが前記2次側閾値以上となる範囲内で、前記反転期間を制御することにより、前記2次側フルブリッジ回路からの出力電流を制御する請求項1~5のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the control circuit controls the output current from the secondary full bridge circuit by controlling the inversion period within a range in which the magnitude of the primary current at the start timing of the inversion period is equal to or greater than the primary threshold value and the magnitude of the secondary current at the end timing of the inversion period is equal to or greater than the secondary threshold value in the double-sided PWM control mode.
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