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JP6792971B2 - Bidirectional DC-DC converter device and its control method - Google Patents
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JP6792971B2 - Bidirectional DC-DC converter device and its control method - Google Patents

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Description

本発明は、小型で高変換効率な双方向DC‐DCコンバータ装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a small-sized bidirectional DC-DC converter device having high conversion efficiency and a control method thereof.

近年、例えば太陽光発電システムには、双方向で電力変換が可能であり、且つ変換効率を向上させた双方向DC‐DCコンバータ装置が搭載されている。この双方向DC‐DCコンバータ装置では、一般的に小型・高変換効率を具現するため、スイッチング特性の速いスイッチング素子を用いることが効果的である。 In recent years, for example, a photovoltaic power generation system is equipped with a bidirectional DC-DC converter device capable of bidirectional power conversion and improved conversion efficiency. In this bidirectional DC-DC converter device, it is generally effective to use a switching element having a fast switching characteristic in order to realize small size and high conversion efficiency.

ところが、電圧の高い直流電源と電力とを授受し、且つ小型・高変換効率とするためのスイッチング素子として、例えば高耐圧MOSFETを用いても、MOSFETに接続されるボディダイオードの逆回復特性がMOSFETのスイッチング特性と比べて遅いため、小型・高変換効率化の障害となっている。 However, even if a high withstand voltage MOSFET is used as a switching element for exchanging high voltage DC power supply and power and achieving compactness and high conversion efficiency, the reverse recovery characteristic of the body diode connected to the MOSFET is the MOSFET. Since it is slower than the switching characteristics of, it is an obstacle to compactness and high conversion efficiency.

そこで、MOSFETに接続されるボディダイオードの逆回復特性が悪い点を改善した周知技術として、小型・高効率な絶縁型の「双方向DC‐DCコンバータ及びその制御方法」(特許文献1参照)が挙げられる。 Therefore, as a well-known technique for improving the poor reverse recovery characteristics of the body diode connected to the MOSFET, a compact and highly efficient insulated "bidirectional DC-DC converter and its control method" (see Patent Document 1). Can be mentioned.

特許第4643695号公報Japanese Patent No. 4643695

上述した特許文献1に係る技術は、双方向DC‐DCコンバータにおける第1の直流電源(例えば高圧側直流電源とみなす)とこれに接続される第1のスイッチング回路の直流端子との間にカソードが第1の直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及びこのダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るDCリンクスイッチを介在させ、制御手段によって、第1の直流電源から第2の直流電源(例えば低圧側直流電源とみなす)へ電力を供給するとき(充電動作の降圧時)にはDCリンクスイッチをオン状態に保ち、第2の直流電源から第1の直流電源へ電力を供給するとき(放電動作の昇圧時)にはDCリンクスイッチをオフ状態に保ち、第1のスイッチング回路における第1の直流電源からの電力の逆流を防ぐように制御を行うものである。 The technique according to Patent Document 1 described above is a cathode between a first DC power supply in a bidirectional DC-DC converter (for example, regarded as a high-voltage side DC power supply) and a DC terminal of a first switching circuit connected thereto. A DC link switch consisting of a diode inserted in series so as to face the positive current of the first DC power supply and a switching element connected in parallel to the diode is interposed, and the first DC power supply to the second DC by a control means. When supplying power to a power source (for example, regarded as a low-voltage side DC power source) (when the charging operation is stepped down), the DC link switch is kept on, and power is supplied from the second DC power source to the first DC power source. At times (during boosting of the discharge operation), the DC link switch is kept in an off state, and control is performed so as to prevent backflow of power from the first DC power source in the first switching circuit.

しかしながら、特許文献1に係る双方向DC‐DCコンバータの場合、放電動作の昇圧時にはDCリンクスイッチをオフにすることで第2の直流電源から第1の直流電源へ流れる電流がパルス状となって第1のスイッチング回路におけるMOSFET(例えばNチャネルMOSFET)に接続されるボディダイオードの影響を抑制できるものの、第2のスイッチング回路におけるMOSFET(例えばNチャネルMOSFET)に接続されるボディダイオードの影響による損失が大きく、またDCリンクスイッチのスイッチング素子(例えばNPNトランジスタ)に接続されるダイオード(例えばファーストリカバリダイオード)による損失が発生してしまうため、変換効率がさほど向上されているとは言えないのが実情である。 However, in the case of the bidirectional DC-DC converter according to Patent Document 1, the current flowing from the second DC power supply to the first DC power supply becomes a pulse shape by turning off the DC link switch at the time of boosting the discharge operation. Although the influence of the body diode connected to the MOSFET (for example, N-channel MOSFET) in the first switching circuit can be suppressed, the loss due to the influence of the body diode connected to the MOSFET (for example, N-channel MOSFET) in the second switching circuit can be suppressed. The fact is that the conversion efficiency is not so improved because it is large and a diode (for example, a fast recovery diode) connected to the switching element (for example, NPN transistor) of the DC link switch causes a loss. is there.

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、低圧側直流電源から高圧側直流電源へ電力を供給する放電動作の昇圧時における変換効率が極力向上される双方向DC‐DCコンバータ装置及びその制御方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and the technical problem is that the conversion efficiency at the time of boosting the discharge operation of supplying power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply is improved as much as possible. A bidirectional DC-DC converter device and a control method thereof.

上記技術的課題を解決するため、本発明の第1の形態は、高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第1のスイッチング回路と、前記高圧側直流電源と前記第1のスイッチング回路の直流端子との間に介在されると共に、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及び当該ダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るDCリンクスイッチと、低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第2のスイッチング回路と、前記第1のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された1次巻線と前記第2のスイッチング回路の交流端子間に接続された2次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、前記第1のスイッチング回路及び前記第2のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記DCリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向DC‐DCコンバータ装置において、前記DCリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、前記第1のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、前記第2のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が0Vになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えることを特徴とする。 In order to solve the above technical problem, in the first embodiment of the present invention, the rectification process is performed according to the switching operation of a plurality of switching elements with body diodes connected in parallel to the high-voltage side DC power supply. a switching circuit, while being interposed between the DC terminal of the said high-voltage DC power supply first switching circuit and a cathode serially inserted diode and the diode so as to face the positive electrode of the high voltage DC power supply Rectification processing according to the switching operation of a DC link switch consisting of switching elements connected in parallel and a switching element with multiple body diodes including a smoothing capacitor connected in parallel with a smoothing inductor interposed in the low-voltage side DC power supply. a second switching circuit for performing, connected between AC terminals of the first primary winding and said second switching circuit connected with intervening resonance choke coil between the AC terminals of the switching circuits 2 and a transformer that magnetically couples the following winding, to control the switching operation in said first switching circuit and said second switching circuit, a control unit for performing on-off control of the switching element of the DC link switch In a bidirectional DC-DC converter device including, the DC link switch includes a high-pressure side zero-th switching element as the switching element, and the first switching circuit is the switching element with a plurality of body diodes. The high-pressure side first switching element and the high-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally, and the high-pressure side first switching element, which is the other pair of switching elements arranged diagonally. The second switching circuit includes two switching elements and a third switching element on the high pressure side, and the second switching circuit is a low pressure side which is one pair of switching elements arranged diagonally as the switching elements with a plurality of body diodes. The first switching element and the fourth switching element on the low pressure side, the second switching element on the low pressure side and the third switching element on the low pressure side, which are the other pair of switching elements arranged diagonally, were connected to the smoothing capacitor. A low-pressure side zero-switching element is provided, and the control unit comprises the high-pressure side first switching element and the high-pressure side fourth switching at the time of boosting power from the low-pressure side DC power supply to the high-pressure side DC power supply. The element and the zeroth switching element on the low pressure side are The high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side first switching element, the low voltage side second switching element, the low voltage side third switching element, and the low voltage side fourth. From the state where the switching element is on, the voltage of the low voltage side zero switching element becomes 0V, and the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side After switching the third switching element off, the high voltage side zero switching element is switched on at the first timing of switching the high voltage side first switching element and the high voltage side fourth switching element on. To do.

また、上記技術的課題を解決するため、本発明の第2の形態は、高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第1のスイッチング回路と、前記高圧側直流電源と前記第1のスイッチング回路の直流端子との間に介在されるDCリンクスイッチと、低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第2のスイッチング回路と、前記第1のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された1次巻線と前記第2のスイッチング回路の交流端子間に接続された2次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、前記第1のスイッチング回路及び前記第2のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記DCリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向DC-DCコンバータ装置において、前記DCリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、前記第1のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、前記第2のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が0Vになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えることを特徴とする。 Further, in order to solve the above technical problem, in the second embodiment of the present invention, rectification processing is performed according to the switching operation of a plurality of switching elements with body diodes connected in parallel to the high-voltage side DC power supply. 1 of the switching circuit, a D C link switch that will be interposed between the DC terminal of the said high-voltage DC power supply first switching circuit, connected in parallel with intervening smooth inductor relative low voltage DC power supply connected plurality of the second switching circuit for performing rectification in accordance with the switching operation of the body diode with a switching element, between the AC terminals of the first switching circuit by interposing the resonance choke coil comprising a smoothing capacitor which is and a transformer that magnetically coupled primary winding and a secondary winding connected between AC terminals of the second switching circuit, the first of the switching in the switching circuit and the second switching circuit controls the operation, in the bidirectional DC-DC converter apparatus and a control unit for performing on-off control of the switching element of the DC link switch, the DC link switch, the cathode of the high voltage DC power supply positive The first diode inserted in series so as to face the first diode, the first zero switching element on the high pressure side connected in parallel to the first diode, and the second one inserted in series so that the cathode faces the positive electrode of the DC power supply on the high pressure side. A diode and a high-voltage side second zero switching element connected in parallel to the second diode are provided, and the first switching circuit is arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. High-voltage side first switching element and high-voltage side fourth switching element, which are a pair of switching elements, and the other pair of switching elements, high-voltage side second switching element and high-voltage side third switching element, which are arranged diagonally. The second switching circuit comprises, as the plurality of switching elements with body diodes, one pair of switching elements arranged diagonally, a low-voltage side first switching element and a low-voltage side fourth switching. A low-voltage side second switching element and a low-voltage side third switching element, which are the other pair of switching elements arranged diagonally, and a low-voltage side first zero switching element connected in parallel to the smoothing capacitor. And a low-voltage side second zero switching element, and the control unit is the low-voltage side DC power supply. At the time of boosting to supply power to the high-voltage side DC power supply, the high-voltage side second switching element, the high-voltage side third switching element, the low-voltage side first switching element, the low-voltage side second switching element, and the low-voltage side. The third switching element, the low voltage side fourth switching element is on, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first zero switching element, and the low voltage side second zero switching element. From the off state, the voltage of the low voltage side second zero switching element becomes 0V, the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side first. (3) After switching the switching element off, the high voltage side second switching element, the high voltage side fourth switching element, and the low voltage side second zero switching element are switched on at the first timing. It is characterized by switching the zero switching element on .

更に、上記技術的課題を解決するため、本発明の第3の形態は、上記第1の形態に係る構成の双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、前記DCリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、前記第1のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、前記第2のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が0Vになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むことを特徴とする。 Further, in order to solve the above technical problem, the third embodiment of the present invention is the control method of the bidirectional DC-DC converter device having the configuration according to the first embodiment, wherein the DC link switch is the switching element. The high-voltage side first switching element is provided as a high-voltage side zero switching element, and the first switching circuit is one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of body diode-equipped switching elements. The second switching circuit includes a fourth switching element on the high voltage side and a second switching element on the high voltage side and a third switching element on the high voltage side, which are the other pair of switching elements arranged diagonally. As the switching elements with a plurality of body diodes, one pair of switching elements arranged diagonally, the first switching element on the low voltage side and the fourth switching element on the low voltage side, and the other pair arranged diagonally. The low-voltage side second switching element and the low-voltage side third switching element, which are the switching elements of the above, and the low-voltage side zero-th switching element connected to the smoothing capacitor, and the control unit is said to be from the low-voltage side DC power supply. At the time of boosting to supply power to the high-voltage side DC power supply, the high-voltage side first switching element, the high-voltage side fourth switching element, and the low-voltage side zero-switching element are off, and the high-voltage side second switching element, From the state in which the high-voltage side third switching element, the low-voltage side first switching element, the low-voltage side second switching element, the low-voltage side third switching element, and the low-voltage side fourth switching element are on, the low-voltage side After the voltage of the zeroth switching element becomes 0V and the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element are switched off, the above It is characterized by including a step of switching the high-voltage side zero-th switching element on at the first timing of switching the high-voltage side first switching element and the high-voltage side fourth switching element on .

加えて、上記技術的課題を解決するため、本発明の第4の形態は、上記第2の形態に係る構成の双方向DC-DCコンバータ装置の制御方法において、前記DCリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、前記第1のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、前記第2のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が0Vになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むことを特徴とする。 In addition, in order to solve the above technical problem, in the fourth embodiment of the present invention, in the control method of the bidirectional DC-DC converter device having the configuration according to the second embodiment, the DC link switch has a cathode. The first diode inserted in series so as to face the positive voltage of the high-voltage side DC power supply, the high-voltage side first zero switching element connected in parallel to the first diode, and the cathode so as to face the positive voltage of the high-voltage side DC power supply. A second diode inserted in series with the second diode and a second zero switching element on the high voltage side connected in parallel to the second diode are provided, and the first switching circuit is paired as the switching element with a plurality of body diodes. The high-voltage side first switching element and the high-voltage side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged in the angular direction, and the high-voltage side second switching element, which is the other pair of switching elements arranged in the diagonal direction. The second switching circuit includes the third switching element on the high voltage side and the third switching element on the low voltage side, which is one pair of switching elements arranged diagonally as the switching element with a plurality of body diodes. The low-voltage side fourth switching element and the low-voltage side fourth switching element, and the other pair of switching elements arranged diagonally, the low-voltage side second switching element and the low-voltage side third switching element, are connected in parallel to the smoothing capacitor. The first zero switching element on the side and the second zero switching element on the low voltage side are provided, and when the control unit supplies power from the low voltage side DC power supply to the high voltage side DC power supply, the high voltage side first Two switching elements, the high voltage side third switching element, the low voltage side first switching element, the low voltage side second switching element, the low voltage side third switching element, the low voltage side fourth switching element are on, the high voltage side first. From the state where the switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first zero switching element and the low voltage side second zero switching element are off, the voltage of the low voltage side second zero switching element is 0V. After switching off the high-voltage side second switching element, the high-voltage side third switching element, the low-voltage side second switching element, and the low-voltage side third switching element, the high-voltage side first switching element, said. At the first timing of switching on the high voltage side fourth switching element and the low voltage side second zero switching element, the high voltage It is characterized by including a step of switching on the side second zero switching element .

本発明によれば、上記構成、処理プロセスにより、低圧側直流電源から高圧側直流電源へ電力を供給する放電動作の昇圧時における変換効率が極力向上されるようになる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, the conversion efficiency at the time of boosting the discharge operation of supplying power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply can be improved as much as possible by the above configuration and processing process. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

本発明に係る双方向DC‐DCコンバータ装置の基本構成を示した概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which showed the basic structure of the bidirectional DC-DC converter apparatus which concerns on this invention. 本発明の実施例1に係る双方向DC‐DCコンバータ装置における要部の回路構成並びに主機能制御に伴う電流の流れを示した概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which showed the circuit structure of the main part in the bidirectional DC-DC converter apparatus which concerns on Example 1 of this invention, and the flow of the electric current accompanying the main function control. 図2に示す双方向DC‐DCコンバータ装置における要部の回路構成並びに他の主機能制御に伴う電流の流れを示した概略ブロック図である。FIG. 5 is a schematic block diagram showing a circuit configuration of a main part in the bidirectional DC-DC converter device shown in FIG. 2 and a current flow associated with other main function controls. 図2又は図3に示す双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子に対するスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子の電圧の波形を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing a waveform of a switching operation control signal for each switching element and a waveform of a voltage of each switching element at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device shown in FIG. 2 or FIG. 図2又は図3に示す双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧の波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the waveform of the current of each switching element, and the waveform of the current and voltage in each device at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter apparatus shown in FIG. 2 or FIG. 本発明の実施例2に係る双方向DC‐DCコンバータ装置における要部の回路構成を示した概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which showed the circuit structure of the main part in the bidirectional DC-DC converter apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 図5に示す双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子に対するスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子の電圧の波形を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing a waveform of a switching operation control signal for each switching element and a waveform of a voltage of each switching element at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device shown in FIG. 図5に示す双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧の波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the waveform of the current of each switching element, and the waveform of the current and voltage in each device at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter apparatus shown in FIG. 図6−1中に示す期間t1での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t1 shown in FIG. 6-1. 図6−1中に示す期間t2での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t2 shown in FIG. 6-1. 図6−1中に示す期間t3での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t3 shown in FIG. 6-1. 図6−1中に示す期間t4での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit structure of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t4 shown in FIG. 6-1. 図6−1中に示す期間t5での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t5 shown in FIG. 6-1. 図6−1中に示す期間t6での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t6 shown in FIG. 6-1. 図5に示す双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子に対する周知技術に係るスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子の電圧の波形を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing a waveform of a switching operation control signal and a waveform of a voltage of each switching element according to a well-known technique for each switching element at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device shown in FIG. 図5に示す双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における図8−1でのスイッチング動作制御信号を適用した場合の各スイッチング素子の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧の波形を示すタイミングチャートである。The current waveform of each switching element and the current and voltage waveforms of each device when the switching operation control signal shown in FIG. 8-1 is applied at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device shown in FIG. It is a timing chart shown. 図8−1中に示す期間t1での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t1 shown in FIG. 8-1. 図8−1中に示す期間t2での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit structure of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t2 shown in FIG. 8-1. 図8−1中に示す期間t3での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t3 shown in FIG. 8-1. 図8−1中に示す期間t4での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t4 shown in FIG. 8-1. 図8−1中に示す期間t5での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。It is a figure which showed the current flow in the circuit composition of the main part of the bidirectional DC-DC converter apparatus in the period t5 shown in FIG. 8-1.

以下に、本発明の双方向DC‐DCコンバータ装置及びその制御方法について、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the bidirectional DC-DC converter device of the present invention and its control method will be described in detail with reference to the drawings with reference to some examples.

最初に、本発明の双方向DC‐DCコンバータ装置の基本構成について、図1に示す概略ブロック図を参照して簡単に説明する。 First, the basic configuration of the bidirectional DC-DC converter device of the present invention will be briefly described with reference to the schematic block diagram shown in FIG.

図1を参照すれば、本発明の双方向DC‐DCコンバータ装置は、基本構成として、高圧側直流電源(HV)1に対して並列に接続された後述する複数のボディダイオード付きスイッチング素子(NチャネルMOSFET)H1〜H4(以下、単にスイッチング素子H1〜H4とする)のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第1のスイッチング回路3と、高圧側直流電源(HV)1と第1のスイッチング回路3の直流端子との間に介在されると共に、カソードが高圧側直流電源(HV)1の正極を向くように直列挿入されたダイオード(ファーストリカバリダイオード)D及びダイオードDに並列接続されたスイッチング素子(NPNトランジスタ)H0から成るDCリンクスイッチ5と、低圧側直流電源(LV)2に対して後述する平滑インダクタLを介在させて並列に接続された平滑コンデンサCcを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子(NチャネルMOSFET)S0〜S4(以下、単にスイッチング素子S0〜S4とする)のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第2のスイッチング回路4と、第1のスイッチング回路3の交流端子間に後述する共振チョークコイルLrを介在させて接続された1次巻線と第2のスイッチング回路4の交流端子間に接続された2次巻線とを磁気結合する絶縁トランスTと、基本動作上で第1のスイッチング回路3及び第2のスイッチング回路4でのスイッチング動作を制御すると共に、高圧側直流電源(HV)1から低圧側直流電源(LV)2へ電力を供給する平滑コンデンサCcに対する充電動作の降圧時にはDCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0をオン状態に保ち、低圧側直流電源(LV)2から高圧側直流電源(HV)1へ電力を供給する平滑コンデンサCcからの放電動作の昇圧時にはDCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0をオフ状態に保つ制御を行う制御部6と、を備える。尚、ここでの制御部6は、切替制御で放電動作を行わせるための放電動作切替部(昇圧時)6aと、切替制御で充電動作を行わせるための充電動作切替部(降圧時)6bと、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0、第1のスイッチング回路3のスイッチング素子H1〜H4、及び第2のスイッチング回路4のスイッチング素子S0〜S4をパルス幅変調(PWM)して生成したスイッチング動作制御信号によりスイッチング動作を行わせるためのパルス幅変調(PWM)部6cと、を有している。 Referring to FIG. 1, the bidirectional DC-DC converter device of the present invention has a plurality of switching elements (N) with body diodes, which will be described later, connected in parallel to the high-voltage side DC power supply (HV) 1 as a basic configuration. Channel MOSFET) A first switching circuit 3 that performs rectification processing according to the switching operation of H1 to H4 (hereinafter, simply referred to as switching elements H1 to H4), and a high-voltage side DC power supply (HV) 1 and a first switching circuit. A switching element connected in parallel to the diode (fast recovery diode) D and the diode D, which are interposed between the DC terminals of 3 and inserted in series so that the cathode faces the positive electrode of the high-voltage side DC power supply (HV) 1. A switching element with a plurality of body diodes including a DC link switch 5 composed of (NPN transistor) H0 and a smoothing capacitor Cc connected in parallel to a low-voltage side DC power supply (LV) 2 with a smoothing inductor L described later interposed interposed therebetween. (N channel MOSFET) S0 to S4 (hereinafter, simply referred to as switching elements S0 to S4) between the second switching circuit 4 that performs rectification processing according to the switching operation and the AC terminal of the first switching circuit 3 will be described later. An insulating transformer T that magnetically couples the primary winding connected with the resonant choke coil Lr interposed therebetween and the secondary winding connected between the AC terminals of the second switching circuit 4 and the first in basic operation. A charging operation for the smoothing capacitor Cc that controls the switching operation in the switching circuit 3 and the second switching circuit 4 of 1 and supplies power from the high-voltage side DC power supply (HV) 1 to the low-voltage side DC power supply (LV) 2. When stepping down, the switching element H0 of the DC link switch 5 is kept on, and when the DC link is boosted, the discharge operation from the smoothing capacitor Cc that supplies power from the low-voltage side DC power supply (LV) 2 to the high-voltage side DC power supply (HV) 1 A control unit 6 for controlling the switching element H0 of the switch 5 to be kept in an off state is provided. The control unit 6 here is a discharge operation switching unit (during boosting) 6a for performing a discharging operation by switching control and a charging operation switching unit (during stepping down) 6b for performing a charging operation by switching control. A switching operation generated by pulse width modulation (PWM) of the switching elements H0 of the DC link switch 5, the switching elements H1 to H4 of the first switching circuit 3, and the switching elements S0 to S4 of the second switching circuit 4. It has a pulse width modulation (PWM) unit 6c for performing a switching operation by a control signal.

図1に示す双方向DC‐DCコンバータ装置は、基本構成上において特許文献1記載の双方向DC‐DCコンバータと概ね同様な構成とみなせるが、本願発明では制御部6によって、低圧側直流電源(LV)2から高圧側直流電源(HV)1へ電力を供給する放電動作の昇圧時における変換効率を極力向上させるため、以下の各実施例で説明するような双方向DC‐DCコンバータ装置に対する制御手法として、低圧側直流電源(LV)2側の第2のスイッチング回路4での損失を低減する損失低減化制御処理、高圧側直流電源(HV)1側の第1のスイッチング回路3での変換効率を向上させる変換効率向上化制御処理を行う。 The bidirectional DC-DC converter device shown in FIG. 1 can be regarded as having substantially the same configuration as the bidirectional DC-DC converter described in Patent Document 1 in terms of basic configuration, but in the present invention, the control unit 6 provides a low-voltage side DC power supply ( Control for a bidirectional DC-DC converter device as described in each of the following examples in order to improve the conversion efficiency at the time of boosting the discharge operation of supplying power from the LV) 2 to the high-voltage side DC power supply (HV) 1 as much as possible. As a method, loss reduction control processing for reducing the loss in the second switching circuit 4 on the low-voltage side DC power supply (LV) 2 side, and conversion in the first switching circuit 3 on the high-voltage side DC power supply (HV) 1 side. Performs conversion efficiency improvement control processing that improves efficiency.

図2は、本発明の実施例1に係る双方向DC‐DCコンバータ装置における要部の回路構成並びに主機能制御に伴う電流の流れを示した概略ブロック図である。 FIG. 2 is a schematic block diagram showing a circuit configuration of a main part of the bidirectional DC-DC converter device according to the first embodiment of the present invention and a current flow associated with main function control.

図2を参照すれば、ここでの双方向DC‐DCコンバータ装置は、図1に示した制御部6を略図した双方向DC‐DCコンバータ部分の回路及び電流の流れを示している。DCリンクスイッチ5では、スイッチング素子H0のコレクタ端子側が高圧側直流電源(HV)1の正極側に接続され、エミッタ端子側が第1のスイッチング回路3におけるスイッチング素子H1、H3のドレイン端子側に接続され、スイッチング素子H1、H3のソース端子側がスイッチング素子H2、H4のドレイン端子側に接続されている。また、第1のスイッチング回路3では、スイッチング素子H2、H4のソース端子側が高圧側直流電源(HV)1の負極側に接続され、スイッチング素子H1のソース端子側とスイッチング素子H2のドレイン端子側との間からの引き出し線が共振チョークコイルLrを介在させて絶縁トランスTの1次巻線に接続され、その終端がスイッチング素子H4のドレイン端子側に接続されている。第2のスイッチング回路4では、スイッチング素子S0のソース端子側が平滑インダクタLを介して低圧側直流電源(LV)2の正極側に接続され、ドレイン端子側が平滑コンデンサCcを介して低圧側直流電源(LV)2の負極側に接続されている。更に、第2のスイッチング回路4では、スイッチング素子S1、S3のドレイン端子側が平滑インダクタLに接続され、ソース端子側がスイッチング素子S2、S4のドレイン端子側に接続されている。加えて、スイッチング素子S2、S4のソース端子側が平滑コンデンサCc及び低圧側直流電源(LV)2の負極側に接続されている。その他、スイッチング素子S1のソース端子側とスイッチング素子S2のドレイン端子側との間からの引き出し線が絶縁トランスTの2次巻線に接続され、その終端がスイッチング素子S4のドレイン端子側に接続されている。 Referring to FIG. 2, the bidirectional DC-DC converter device here shows a circuit and a current flow of a bidirectional DC-DC converter portion which is a schematic representation of the control unit 6 shown in FIG. In the DC link switch 5, the collector terminal side of the switching element H0 is connected to the positive side of the high-voltage side DC power supply (HV) 1, and the emitter terminal side is connected to the drain terminal side of the switching elements H1 and H3 in the first switching circuit 3. , The source terminal side of the switching elements H1 and H3 is connected to the drain terminal side of the switching elements H2 and H4. Further, in the first switching circuit 3, the source terminal side of the switching elements H2 and H4 is connected to the negative side of the high-voltage side DC power supply (HV) 1, and the source terminal side of the switching element H1 and the drain terminal side of the switching element H2. A lead wire from between is connected to the primary winding of the isolation transformer T with a resonance choke coil Lr interposed therebetween, and its end is connected to the drain terminal side of the switching element H4. In the second switching circuit 4, the source terminal side of the switching element S0 is connected to the positive side of the low voltage side DC power supply (LV) 2 via the smoothing inductor L, and the drain terminal side is connected to the low voltage side DC power supply (LV) via the smoothing capacitor Cc. It is connected to the negative side of LV) 2. Further, in the second switching circuit 4, the drain terminal side of the switching elements S1 and S3 is connected to the smooth inductor L, and the source terminal side is connected to the drain terminal side of the switching elements S2 and S4. In addition, the source terminal side of the switching elements S2 and S4 is connected to the smoothing capacitor Cc and the negative electrode side of the low voltage side DC power supply (LV) 2. In addition, a lead wire from between the source terminal side of the switching element S1 and the drain terminal side of the switching element S2 is connected to the secondary winding of the isolation transformer T, and its end is connected to the drain terminal side of the switching element S4. ing.

図2を参照して制御部6の主機能制御を具体的に説明すれば、放電動作の昇圧時において、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0を所定時間オンにすると共に、第1のスイッチング回路3における各スイッチング素子H1〜H4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子H1、H4をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子H2、H4をオフにして共振チョークコイルLrから絶縁トランスTの1次巻線及び高圧側直流電源(HV)1を経由してDCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0へ向かう方向(太矢印で示す)に逆流電流を流し、且つ第2のスイッチング回路4における平滑コンデンサCcに接続されたスイッチング素子S0をオフ、各スイッチング素子H1〜H4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S4をオフにしての整流処理中に第1のスイッチング回路3における逆流電流の発生に応じて電流が流れる方向(太矢印で示す)とは逆向きの弱電流(細矢印で示す)を流して打消し合いを生じさせることで第2のスイッチング回路4におけるスイッチング損失を低減する制御を行うものである。具体的には、第2のスイッチング回路4におけるスイッチング素子S1、S4のスイッチング損失を低減する効果がある。この制御部6による制御機能は、双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、損失低減化制御処理ステップで実行されるものとみなせる。因みに、この第1のスイッチング回路3における逆流電流は、制御部6によって、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0をオフにするタイミングを持たせることにより制御することができる。 To specifically explain the main function control of the control unit 6 with reference to FIG. 2, the switching element H0 of the DC link switch 5 is turned on for a predetermined time at the time of boosting the discharge operation, and the first switching circuit 3 The resonance choke coil is turned on by turning on one pair of switching elements H1 and H4 arranged diagonally of each switching element H1 to H4 in the above, and turning off the other pair of switching elements H2 and H4 arranged diagonally. A backflow current is passed from Lr to the switching element H0 of the DC link switch 5 via the primary winding of the insulating transformer T and the high-voltage side DC power supply (HV) 1 (indicated by a thick arrow), and the second The switching element S0 connected to the smoothing capacitor Cc in the switching circuit 4 is turned off, and one pair of switching elements S1 and S4 arranged diagonally of the switching elements H1 to H4 are turned on and arranged diagonally. A weak current (indicated by a thick arrow) in the direction opposite to the direction in which the current flows according to the generation of the backflow current in the first switching circuit 3 during the rectification process with the other pair of switching elements S2 and S4 turned off. Control is performed to reduce the switching loss in the second switching circuit 4 by flowing (indicated by a thin arrow) to cause cancellation. Specifically, it has the effect of reducing the switching loss of the switching elements S1 and S4 in the second switching circuit 4. The control function by the control unit 6 can be regarded as being executed in the loss reduction control processing step in the control method of the bidirectional DC-DC converter device. Incidentally, the backflow current in the first switching circuit 3 can be controlled by the control unit 6 by giving a timing to turn off the switching element H0 of the DC link switch 5.

図3は、図2に示す双方向DC‐DCコンバータ装置における要部の回路構成並びに他の主機能制御に伴う電流の流れを示した概略ブロック図である。 FIG. 3 is a schematic block diagram showing a circuit configuration of a main part in the bidirectional DC-DC converter device shown in FIG. 2 and a current flow associated with other main function control.

図3を参照すれば、ここでの双方向DC‐DCコンバータ装置についても、図1に示した制御部6を略図した双方向DC‐DCコンバータ部分の回路及び電流の流れを示している。制御部6の他の主機能制御を具体的に説明すれば、放電動作の昇圧時において、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0を所定時間オンにすると共に、第1のスイッチング回路3における各スイッチング素子H1〜H4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子H1、H2をオフ、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子H2、H3をオンに維持して共振チョークコイルLrから絶縁トランスTの1次巻線及びDCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0を経由して高圧側直流電源(HV)1へ向かう方向(太矢印で示す)に電流を流して整流処理を行い、且つ第2のスイッチング回路4における平滑コンデンサCcに接続されたスイッチング素子S0をオン、各スイッチング素子S1〜S4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオフ、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S3をオンに維持して平滑インダクタLから絶縁トランスTの2次巻線を経由して低圧側直流電源(LV)2へ向かう方向(太矢印で示す)に電流を流して整流処理を行うことで変換効率を向上させる制御を行うものである。具体的には、DCリンクスイッチ5におけるダイオードDよりも損失の小さいスイッチング素子H0を電流が流れることで第1のスイッチング回路3での変換効率を向上させることができる。この制御部6による制御機能は、双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、変換効率向上化制御処理ステップで実行されるものとみなせる。 With reference to FIG. 3, regarding the bidirectional DC-DC converter device here as well, the circuit and current flow of the bidirectional DC-DC converter portion, which is a schematic representation of the control unit 6 shown in FIG. 1, are shown. To specifically explain the other main function control of the control unit 6, the switching element H0 of the DC link switch 5 is turned on for a predetermined time at the time of boosting the discharge operation, and each switching element in the first switching circuit 3 is turned on. From the resonance choke coil Lr, one pair of switching elements H1 and H2 arranged diagonally of H1 to H4 are turned off, and the other pair of switching elements H2 and H3 arranged diagonally are kept on. A rectification process is performed by passing a current in the direction (indicated by a thick arrow) toward the high-voltage side DC power supply (HV) 1 via the primary winding of the insulating transformer T and the switching element H0 of the DC link switch 5. The switching element S0 connected to the smoothing capacitor Cc in the switching circuit 4 of 2 is turned on, and one pair of switching elements S1 and S4 arranged diagonally of the switching elements S1 to S4 are turned off and arranged diagonally. The other pair of switching elements S2 and S3 to be turned on is kept on, and the direction from the smoothing inductor L to the low-voltage side DC power supply (LV) 2 via the secondary winding of the insulating transformer T (indicated by a thick arrow). Control is performed to improve the conversion efficiency by performing rectification processing by passing a current through the current. Specifically, the conversion efficiency in the first switching circuit 3 can be improved by allowing a current to flow through the switching element H0, which has a smaller loss than the diode D in the DC link switch 5. The control function by the control unit 6 can be regarded as being executed in the conversion efficiency improvement control processing step in the control method of the bidirectional DC-DC converter device.

ところで、図2や図3を参照して説明した制御部6による損失低減化制御処理や変換効率向上化制御処理は、放電動作の昇圧時において、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0のベースと第1のスイッチング回路3における各スイッチング素子H1〜H4及び第2のスイッチング回路4における各スイッチング素子S0〜S4のゲートとへ送出するスイッチング動作制御信号によるスイッチング動作のオン・オフのタイミングを所定の周期の半分の期間で適宜制御すれば、変換効率の向上効果を高めることができる。 By the way, the loss reduction control process and the conversion efficiency improvement control process by the control unit 6 described with reference to FIGS. 2 and 3 are the base and the second of the switching element H0 of the DC link switch 5 at the time of boosting the discharge operation. The on / off timing of the switching operation by the switching operation control signal sent to the gates of the switching elements H1 to H4 in the switching circuit 3 of 1 and the switching elements S0 to S4 in the second switching circuit 4 has a predetermined cycle. If it is appropriately controlled in half the period, the effect of improving the conversion efficiency can be enhanced.

図4‐1は、上述した双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子H0〜H4、S0〜S4に対するスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子H0〜H4、S0〜S4の電圧の波形を示すタイミングチャートである。図4‐2は、同様にこの双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子H0〜H4、S0〜S4の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧(具体的には平滑インダクタLの電流、絶縁トランスTの電圧、共振チョークコイルLrの電流及び電圧)の波形を示すタイミングチャート(時系列上で図4‐1と共通)である。 FIG. 4-1 shows the waveforms of the switching operation control signals for the switching elements H0 to H4 and S0 to S4 at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device described above, and the switching operation control signals H0 to H4 and S0 to S4. It is a timing chart which shows the waveform of the voltage of. Similarly, FIG. 4-2 shows the current waveforms of the switching elements H0 to H4 and S0 to S4 at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device, and the current and voltage (specifically, smoothing) in each device. It is a timing chart (common with FIG. 4-1 in time series) which shows the waveform of the current of the inductor L, the voltage of the insulating transformer T, the current and voltage of the resonance choke coil Lr).

図4‐1及び図4‐2を参照すれば、各スイッチング素子H0〜H4、S0〜S4に対するスイッチング動作制御信号の波形は、初期的に第2のスイッチング回路4におけるスイッチング素子S1、S4をオンに維持した状態でDCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0をオフからオンに移行してから再びオフにした後にスイッチング素子S1、S4がオフに移行するまでの期間(t1+t2+t3+t4+t5+t6)に該当する上述した所定の周期の半分の期間でオン・オフのタイミングを図示のように制御することを示している。 With reference to FIGS. 4-1 and 4-2, the waveform of the switching operation control signal for each of the switching elements H0 to H4 and S0 to S4 initially turns on the switching elements S1 and S4 in the second switching circuit 4. The predetermined predetermined period (t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6) corresponding to the period (t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6) from when the switching element H0 of the DC link switch 5 is switched from off to on and then turned off again and then when the switching elements S1 and S4 are turned off. It is shown that the on / off timing is controlled as shown in the figure in the half period of the cycle.

具体的に云えば、期間t1では、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0はオフにされ、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオフ、スイッチング素子H2、H3はオンに維持され、共振チョークコイルLrに流れている電流を一定に保つことにより、絶縁トランスTに電流が流れ、スイッチング素子H2→共振チョークコイルLr→絶縁トランスT(1次巻線)→スイッチング素子H3→ダイオードDの向きに電流が流れ、高圧側直流電源(HV)1に供給される。また、第2のスイッチング回路4において、スイッチング素子S0はオフに維持されており、スイッチング素子S1〜S4は全てオンに維持され、平滑インダクタLにエネルギーを蓄えるタイミングに該当する。 Specifically, during the period t1, the switching element H0 of the DC link switch 5 is turned off, the switching elements H1 and H4 are kept off, and the switching elements H2 and H3 are kept on in the first switching circuit 3. By keeping the current flowing in the resonance choke coil Lr constant, the current flows in the insulation transformer T, and the switching element H2 → resonance choke coil Lr → insulation transformer T (primary winding) → switching element H3 → diode D A current flows in the direction and is supplied to the high-voltage side DC power supply (HV) 1. Further, in the second switching circuit 4, the switching element S0 is kept off, and the switching elements S1 to S4 are all kept on, which corresponds to the timing of storing energy in the smooth inductor L.

期間t2では、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0はオンに切り替えられ、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオン、スイッチング素子H2、H3はオフに切り替えられる。また、第2のスイッチング回路4において、スイッチング素子S0はオフに維持され、スイッチング素子S2、S3をオフにする。スイッチング素子S0はオフに維持されて電圧が0Vになるが、ボディダイオードを通して平滑コンデンサCcには電流が流れ込んでいる。 In the period t2, the switching element H0 of the DC link switch 5 is switched on, the switching elements H1 and H4 are switched on, and the switching elements H2 and H3 are switched off in the first switching circuit 3. Further, in the second switching circuit 4, the switching element S0 is kept off, and the switching elements S2 and S3 are turned off. The switching element S0 is kept off and the voltage becomes 0V, but a current flows into the smoothing capacitor Cc through the body diode.

期間t3では、平滑インダクタLに蓄えられたエネルギーを放出しているタイミングに該当し、期間t2のスイッチ設定を持続することにより、第1のスイッチング回路3において、図2を参照して説明したようにスイッチング素子H0→スイッチング素子H1→共振チョークコイルLr→絶縁トランスT(1次巻線)→スイッチング素子H4の向きで逆流電流が流れ、高圧側直流電源(HV)1に供給される。また、第2のスイッチング回路4において、オンに維持されたスイッチング素子S1、S4を経由して絶縁トランスTに電流を流し、図2を参照して説明したように平滑インダクタL→スイッチング素子S1→絶縁トランスT(2次巻線)→スイッチング素子S4の向きで電流が流れ、低圧側直流電源(LV)2に供給される他、スイッチング素子S4からスイッチング素子S3、スイッチング素子S2からスイッチング素子S1へ向かう方向にもボディダイオードを通して電流が流れる。このとき、第2のスイッチング回路4では、第1のスイッチング回路3で共振チョークコイルLrの電流が逆向きとなるために絶縁トランスTを介してエネルギーが送られ、スイッチング素子S1、S4を経由して絶縁トランスT(2次巻線)に流れる電流と逆向きに弱電流が流れようとして打消し合いを生じることにより、スイッチング損失を低減する損失低減化制御処理が行われる。 The period t3 corresponds to the timing at which the energy stored in the smoothing inductor L is released, and by sustaining the switch setting in the period t2, the first switching circuit 3 is described with reference to FIG. A backflow current flows in the direction of switching element H0 → switching element H1 → resonance choke coil Lr → isolation transformer T (primary winding) → switching element H4, and is supplied to the high-voltage side DC power supply (HV) 1. Further, in the second switching circuit 4, a current is passed through the isolation transformer T via the switching elements S1 and S4 kept on, and the smoothing inductor L → the switching element S1 → as described with reference to FIG. Insulation transformer T (secondary winding) → Current flows in the direction of switching element S4 and is supplied to the low-voltage side DC power supply (LV) 2, and from switching element S4 to switching element S3 and from switching element S2 to switching element S1. Current also flows through the body diode in the direction of travel. At this time, in the second switching circuit 4, energy is sent through the isolation transformer T because the current of the resonance choke coil Lr is opposite in the first switching circuit 3, and the energy is sent via the switching elements S1 and S4. A weak current tries to flow in the direction opposite to the current flowing in the isolation transformer T (secondary winding) and cancels each other out, so that a loss reduction control process for reducing the switching loss is performed.

期間t4では、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0がオンに維持され、第1のスイッチング回路3において、スイッチ設定が維持されていることにより、逆流電流が流れ続ける。また、第2のスイッチング回路4において、スイッチング素子S2、S3の電圧が0になったことを受け、スイッチング素子S2、S3をオンにしてそれ以前にスイッチング素子S1、S4を通っていた電流がスイッチング素子S2、S3の方にも通るようにする。このときのスイッチング動作は、ゼロボルトスイッチング(ZVS)で行われるため、スイッチング損失は発生しない。 In the period t4, the switching element H0 of the DC link switch 5 is kept on, and the switch setting is maintained in the first switching circuit 3, so that the backflow current continues to flow. Further, in the second switching circuit 4, in response to the voltage of the switching elements S2 and S3 becoming 0, the switching elements S2 and S3 are turned on and the current passing through the switching elements S1 and S4 before that is switched. It also passes through the elements S2 and S3. Since the switching operation at this time is performed by zero volt switching (ZVS), no switching loss occurs.

期間t5では、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0がオフに切り替えられ、第1のスイッチング回路3において、スイッチ設定が維持されていても逆流電流の流れが止まる。また、第2のスイッチング回路4において、スイッチ設定が維持されてスイッチング素子S1〜S4の全てがオンされていることにより、期間t1の場合と同様に平滑インダクタLにエネルギーが蓄えられる。 In the period t5, the switching element H0 of the DC link switch 5 is switched off, and the backflow current stops flowing in the first switching circuit 3 even if the switch setting is maintained. Further, in the second switching circuit 4, since the switch settings are maintained and all the switching elements S1 to S4 are turned on, energy is stored in the smooth inductor L as in the case of the period t1.

期間t6では、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0がオフに維持され、第1のスイッチング回路3において、スイッチ設定が維持されていても逆流電流の流れが止まった状態が維持される。また、第2のスイッチング回路4において、スイッチ設定が維持されているため、平滑インダクタLにはエネルギーが蓄え続けられる。 In the period t6, the switching element H0 of the DC link switch 5 is kept off, and in the first switching circuit 3, the state in which the backflow current is stopped is maintained even if the switch setting is maintained. Further, since the switch setting is maintained in the second switching circuit 4, energy is continuously stored in the smoothing inductor L.

期間t6後の所定の周期の残り半分の期間では、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0をオンに切り替えてから再びオフに切り替える。このとき、第1のスイッチング回路3では、スイッチング素子H1、H4をオフ、スイッチング素子H2、H3をオンに切り替えて維持する。また、第2のスイッチング回路4では、平滑コンデンサCcに接続されたスイッチング素子S0をオンに切り替えてから再びオフに切り替え、スイッチング素子S1、S4をオフに切り替えてから再びオンに切り替え、スイッチング素子S2、S3をオンに切り替えて維持する。ここで、DCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0がオンにあり、第1のスイッチング回路3におけるスイッチング素子H1、H4がオフ、スイッチング素子H2、H3がオンにあり、第2のスイッチング回路4におけるスイッチング素子S0がオン、スイッチング素子S1、S4がオフ、スイッチング素子S2、S3がオンにあるとき、図3を参照して説明したように第1のスイッチング回路3ではスイッチング素子H2→共振チョークコイルLr→絶縁トランスT(1次巻線)→スイッチング素子H3→スイッチング素子H0から高圧側直流電源(HV)1へ向かって巡回する経路で電流が流れて整流処理が行われ、第2のスイッチング回路4では平滑インダクタL→スイッチング素子S3→絶縁トランスT(2次巻線)→スイッチング素子S2から低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路で電流が流れて整流処理が行われる。因みに、第2のスイッチング回路4における整流処理では平滑コンデンサCcとスイッチング素子S0との間に双方向で電流が流れる。 In the other half of the predetermined cycle after the period t6, the switching element H0 of the DC link switch 5 is switched on and then turned off again. At this time, in the first switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are switched off and the switching elements H2 and H3 are switched on and maintained. Further, in the second switching circuit 4, the switching element S0 connected to the smoothing capacitor Cc is switched on and then turned off again, the switching elements S1 and S4 are switched off and then turned on again, and the switching element S2 is switched on. , S3 is switched on and maintained. Here, the switching element H0 of the DC link switch 5 is on, the switching elements H1 and H4 in the first switching circuit 3 are off, the switching elements H2 and H3 are on, and the switching element in the second switching circuit 4 is on. When S0 is on, switching elements S1 and S4 are off, and switching elements S2 and S3 are on, in the first switching circuit 3, the switching element H2 → resonance choke coil Lr → insulation as described with reference to FIG. A current flows in a path that circulates from the transformer T (primary winding) → switching element H3 → switching element H0 to the high-voltage side DC power supply (HV) 1, and rectification processing is performed, and smoothing is performed in the second switching circuit 4. The current flows through the path that circulates from the inductor L → the switching element S3 → the insulated transformer T (secondary winding) → the switching element S2 to the low-voltage side DC power supply (LV) 2, and the rectification process is performed. Incidentally, in the rectification process in the second switching circuit 4, a current flows in both directions between the smoothing capacitor Cc and the switching element S0.

即ち、実施例1に係る双方向DC‐DCコンバータ装置では、制御部6によって、放電動作の昇圧時において、所定の周期でDCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0をオフからオン、オンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すと共に、第1のスイッチング回路3における各スイッチング素子H1〜H4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子H1、H4をオフからオン、オンからオフ、オフからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子H2、H3をオンからオフ、オフからオンにする動作を繰り返し、更に、第2のスイッチング回路4における平滑コンデンサCcに接続されたスイッチング素子S0をオフに維持した後に一旦オンにしてからオフに維持し、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S3をオンからオフ、オフからオンにする動作を繰り返すことによって、上述した損失低減化制御処理や変換効率向上化制御処理を整流処理中に含めて実施することができる。この結果、図4‐2に示される平滑インダクタL電流や共振チョークコイルLr電流は従来のDCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0をオフにしたまま行う放電動作の昇圧時の場合と比べて小さな値に抑制される。また、スイッチング動作制御信号の制御タイミングを適宜変更すれば、変換効率を常に最適な状態(最高効率に近い状態)にすることが可能である。 That is, in the bidirectional DC-DC converter device according to the first embodiment, the control unit 6 turns the switching element H0 of the DC link switch 5 from off to on, from on to off, and off at a predetermined cycle when the discharge operation is boosted. While repeating the operation of turning on and on and off, one pair of switching elements H1 and H4 arranged diagonally of the switching elements H1 to H4 in the first switching circuit 3 is turned from off to on and from on to on. The operation of turning off and off to on, and turning the other pair of switching elements H2 and H3 arranged diagonally from on to off and off to on is repeated, and further, the smoothing capacitor Cc in the second switching circuit 4 is used. The connected switching elements S0 are kept off and then turned on and then turned off, and one pair of diagonally arranged switching elements S1 and S4 are kept on and then turned off and then turned on. By repeating the operation of turning the other pair of switching elements S2 and S3 arranged diagonally from on to off and off to on, the above-mentioned loss reduction control process and conversion efficiency improvement control process are rectified. It can be included in the process. As a result, the smoothing inductor L current and the resonant choke coil Lr current shown in FIG. 4-2 are smaller than those in the case of boosting the discharge operation performed with the switching element H0 of the conventional DC link switch 5 turned off. It is suppressed. Further, by appropriately changing the control timing of the switching operation control signal, it is possible to always keep the conversion efficiency in the optimum state (a state close to the maximum efficiency).

そこで、実際に放電動作を2.2kWで実施した場合の2.2kW時の損失をシュミレーション結果で比較したところ、従来のDCリンクスイッチ5のスイッチング素子H0をオフにしたまま行う放電動作では116Wの損失があったのに対し、実施例1に係る損失低減化制御処理や変換効率向上化制御処理を含む整流処理を実施すると103Wの損失に改善できることが判った。 Therefore, when the loss at 2.2 kW when the discharge operation was actually performed at 2.2 kW was compared with the simulation results, the discharge operation performed with the switching element H0 of the conventional DC link switch 5 turned off was 116 W. Although there was a loss, it was found that a loss of 103 W could be improved by performing a rectification process including the loss reduction control process and the conversion efficiency improvement control process according to the first embodiment.

図5は、本発明の実施例2に係る双方向DC‐DCコンバータ装置における要部の回路構成を示した概略ブロック図である。 FIG. 5 is a schematic block diagram showing a circuit configuration of a main part in the bidirectional DC-DC converter device according to the second embodiment of the present invention.

図5を参照すれば、ここでの双方向DC‐DCコンバータ装置についても、図1に示した制御部6を略図した双方向DC‐DCコンバータ部分の回路を示している。実施例2に係る双方向DC‐DCコンバータ装置の場合、DCリンクスイッチ50は、カソードが高圧側直流電源(HV)1の正極を向くように直列挿入された第1のダイオードD1及びこれに並列接続された高圧側第1のスイッチング素子H0−1と、カソードが高圧側直流電源(HV)1の正極を向くように直列挿入された第2のダイオードD2及びこれに並列接続された高圧側第2のスイッチング素子H0−2と、を含む熱分散用に2並列構成となっている他、第2のスイッチング回路4′において、平滑インダクタLからの引き出し線と平滑コンデンサCcとの間に並列接続された低圧側第1のスイッチング素子S0−1と低圧側第2のスイッチング素子S0−2とを含む構成となっている。また、制御部6は、放電動作の昇圧時において、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1をオフ、高圧側第2のスイッチング素子H0−2を所定時間オンにすると共に、第1のスイッチング回路3における各スイッチング素子H1〜H4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子H1、H4をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子H2、H3をオフにして共振チョークコイルLrから絶縁トランスTの1次巻線及び高圧側直流電源(HL)1を経由してDCリンクスイッチ50の高圧側第2のスイッチング素子H0−2へ向かう方向に逆流電流を流し、且つ第2のスイッチング回路4′における低圧側第1のスイッチング素子S0−1を及び低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオフし、各スイッチング素子S1〜S4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S4をオンにしての整流処理中に第1のスイッチング回路3における逆流電流の発生に応じて電流が流れる方向とは逆向きの弱電流を流して打消し合いを生じさせることでスイッチング損失を低減する制御を行う。具体的には、第2のスイッチング回路4′におけるスイッチング素子S1〜S4の全部のスイッチング損失を低減する効果がある。この制御部6による制御機能は、双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、損失低減化制御処理ステップで実行されるものとみなせる。因みに、この第1のスイッチング回路3における逆流電流は、制御部6によって、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1及び高圧側第2のスイッチング素子H0−2をオフにするタイミングを持たせることにより制御することができる。 With reference to FIG. 5, the bidirectional DC-DC converter device here also shows the circuit of the bidirectional DC-DC converter portion which is a schematic diagram of the control unit 6 shown in FIG. In the case of the bidirectional DC-DC converter device according to the second embodiment, the DC link switch 50 is a first diode D1 inserted in series so that the cathode faces the positive electrode of the high-voltage side DC power supply (HV) 1 and parallel to the first diode D1. The high-voltage side first switching element H0-1 connected, the second diode D2 inserted in series so that the cathode faces the positive electrode of the high-voltage side DC power supply (HV) 1, and the high-voltage side second diode connected in parallel to the second diode D2. In addition to having a two-parallel configuration for thermal dispersion including the switching element H0-2 of 2, in the second switching circuit 4', the lead wire from the smoothing diode L and the smoothing capacitor Cc are connected in parallel. The configuration includes the low-voltage side first switching element S0-1 and the low-voltage side second switching element S0-2. Further, the control unit 6 turns off the first switching element H0-1 on the high voltage side of the DC link switch 50 and turns on the second switching element H0-2 on the high voltage side for a predetermined time at the time of boosting the discharge operation. One pair of switching elements H1 and H4 arranged diagonally of each switching element H1 to H4 in the first switching circuit 3 is turned on, and the other pair of switching elements H2 and H3 arranged diagonally are turned on. Turn off and the backflow current from the resonance choke coil Lr toward the second switching element H0-2 on the high voltage side of the DC link switch 50 via the primary winding of the insulating transformer T and the high voltage side DC power supply (HL) 1. The first switching element S0-1 on the low voltage side and the second switching element S0-2 on the low voltage side in the second switching circuit 4'are turned off, and the switching elements S1 to S4 are arranged diagonally. Generation of backflow current in the first switching circuit 3 during rectification processing with one pair of switching elements S1 and S4 turned on and the other pair of switching elements S2 and S4 arranged diagonally turned on. Control is performed to reduce the switching loss by causing a weak current flowing in the direction opposite to the direction in which the current flows to cause cancellation. Specifically, it has the effect of reducing the total switching loss of the switching elements S1 to S4 in the second switching circuit 4'. The control function by the control unit 6 can be regarded as being executed in the loss reduction control processing step in the control method of the bidirectional DC-DC converter device. Incidentally, the backflow current in the first switching circuit 3 is the timing at which the control unit 6 turns off the first switching element H0-1 on the high voltage side and the second switching element H0-2 on the high voltage side of the DC link switch 50. It can be controlled by having.

また、制御部6は、放電動作の昇圧時において、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1をオフ、高圧側第2のスイッチング素子H0−2を所定時間オンにすると共に、第1のスイッチング回路3における各スイッチング素子H1〜H4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子H1、H4をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子H2、H3をオフに維持して絶縁トランスTの1次巻線及び共振チョークコイルLrを経由して高圧側直流電源(HV)1へ向かう方向に電流を流して整流処理を行い、且つ第2のスイッチング回路4′における平滑コンデンサCcに接続された低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオフに維持し、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオンにし、各スイッチング素子S1〜S4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S3をオフに維持して平滑インダクタLから絶縁トランスTの2次巻線を経由して低圧側直流電源(LV)2へ向かう方向に電流を流して整流処理を行うことで変換効率を向上させる制御を行う。具体的には、DCリンクスイッチ50における第2のダイオードD2よりも損失の小さい高圧側第2のスイッチング素子H0−2を電流が流れることで第1のスイッチング回路3での変換効率を向上させることができる。この制御部6による制御機能は、双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、変換効率向上化制御処理ステップで実行されるものとみなせる。 Further, the control unit 6 turns off the first switching element H0-1 on the high voltage side of the DC link switch 50 and turns on the second switching element H0-2 on the high voltage side for a predetermined time at the time of boosting the discharge operation. One pair of switching elements H1 and H4 arranged diagonally of each switching element H1 to H4 in the first switching circuit 3 is turned on, and the other pair of switching elements H2 and H3 arranged diagonally are turned on. Keeping it off, a current is passed in the direction toward the high-voltage side DC power supply (HV) 1 via the primary winding of the insulating transformer T and the resonant choke coil Lr to perform rectification processing, and the second switching circuit 4 The first switching element S0-1 on the low voltage side connected to the smoothing capacitor Cc in ′ is kept off, the second switching element S0-2 on the low voltage side is turned on, and the switching elements S1 to S4 are diagonally oriented. Keeping one pair of arranged switching elements S1 and S4 on and the other pair of diagonally arranged switching elements S2 and S3 off to draw the secondary winding of the isolated transformer T from the smoothing inductor L. Control is performed to improve the conversion efficiency by performing rectification processing by passing a current in the direction toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2 via the transformer. Specifically, the conversion efficiency in the first switching circuit 3 is improved by allowing a current to flow through the second switching element H0-2 on the high voltage side, which has a smaller loss than the second diode D2 in the DC link switch 50. Can be done. The control function by the control unit 6 can be regarded as being executed in the conversion efficiency improvement control processing step in the control method of the bidirectional DC-DC converter device.

図6−1は、実施例2に係る双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4に対するスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4の電圧の波形を示すタイミングチャートである。図6‐2は、同様にこの双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧(具体的には平滑インダクタLの電流、絶縁トランスTの電圧、共振チョークコイルLrの電流及び電圧)の波形を示すタイミングチャート(時系列上で図6‐1と共通)である。また、図7‐1〜図7‐6は、図6−1中に示す期間t1〜t6での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。 FIG. 6-1 shows the switching elements H0-1, H0-2, H1 to H4, S0-1, S0-2, and S1 to each switching element during boosting of the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device according to the second embodiment. It is a timing chart which shows the waveform of the switching operation control signal with respect to S4, and the waveform of the voltage of each switching element H0-1, H0-2, H1 to H4, S0-1, S0-2, S1 to S4. Similarly, FIG. 6-2 shows the switching elements H0-1, H0-2, H1 to H4, S0-1, S0-2, and S1 to S4 at the time of boosting the discharge operation of this bidirectional DC-DC converter device. Timing chart showing the current waveform and the current and voltage (specifically, the current of the smoothing inductor L, the voltage of the insulating transformer T, the current and voltage of the resonant choke coil Lr) in each device (FIG. 6- on the time series). 1). Further, FIGS. 7-1 to 7-6 are diagrams showing the current flow in the circuit configuration of the main part of the bidirectional DC-DC converter device during the periods t1 to t6 shown in FIG. 6-1.

図6‐1及び図6‐2を参照すれば、各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4に対するスイッチング動作制御信号の波形は、初期的に第2のスイッチング回路4′におけるスイッチング素子S1、S4をオンに維持した状態でDCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1をオフ、その期間内で高圧側第2のスイッチング素子H0−2を所定時間オンにしてからオフに移行した後にスイッチング素子S1、S4がオフされるまでの期間(t1+t2+t3+t4+t5+t6)に該当する上述した所定の周期の半分の期間でオン・オフのタイミングを図示のように制御することを示している。 With reference to FIGS. 6-1 and 6-2, the waveforms of the switching operation control signals for the switching elements H0-1, H0-2, H1 to H4, S0-1, S0-2, and S1 to S4 are initially set. The first switching element H0-1 on the high voltage side of the DC link switch 50 is turned off while the switching elements S1 and S4 in the second switching circuit 4'are kept on, and the second switching on the high voltage side is performed within that period. The on / off timing is set for half the period of the above-mentioned predetermined cycle corresponding to the period (t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6) from when the element H0-2 is turned on for a predetermined time to when the switching elements S1 and S4 are turned off. It is shown to control as shown in the figure.

具体的に云えば、期間t1では、図7−1を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2は何れもオフにされ、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオフ、スイッチング素子H2、H3はオンに維持され、共振チョークコイルLrに流れている電流により絶縁トランスTの1次巻線に電流が流れ、共振チョークコイルLrからスイッチング素子H1、H3へ向かって共振チョークコイルLrに戻る流れとスイッチング素子H2、H4へ向かって共振チョークコイルLrに戻る流れとに分岐して電流が流れるが、高圧側直流電源(HV)1には供給されない。このとき、共振チョークコイルLrはほぼ一定に保たれる。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1、低圧側第2のスイッチング素子S0−2は何れもオフに維持されており、スイッチング素子S1〜S4は全てオンに維持され、平滑インダクタLにエネルギーを蓄えるタイミングとなる。第2のスイッチング回路4′では、平滑インダクタLからスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2を経由して低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路と平滑インダクタLからスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4を経由して低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路とスイッチング素子S1から分岐して絶縁トランスTの2次巻線を経由してスイッチング素子S4を通って低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路で電流が流れる。尚、各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4については、以降も同様であるが、ボディダイオードを省略して表記する。 Specifically, in the period t1, referring to FIG. 7-1, both the high-voltage side first switching element H0-1 and the high-voltage side second switching element H0-2 of the DC link switch 50 are turned off. In the first switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are kept off, the switching elements H2 and H3 are kept on, and the current flowing through the resonance choke coil Lr causes a current to flow in the primary winding of the insulating transformer T. The current flows by branching from the resonance choke coil Lr to the flow returning to the resonance choke coil Lr toward the switching elements H1 and H3 and the flow returning to the resonance choke coil Lr toward the switching elements H2 and H4, but on the high pressure side. It is not supplied to the DC power supply (HV) 1. At this time, the resonant choke coil Lr is kept substantially constant. Further, in the second switching circuit 4', the low-voltage side first switching element S0-1 and the low-voltage side second switching element S0-2 are both kept off, and the switching elements S1 to S4 are all on. It is the timing to store energy in the smoothing inductor L. In the second switching circuit 4', the path circulating from the smoothing inductor L to the low-voltage side DC power supply (LV) 2 via the switching element S1 and the switching element S2, and the smoothing inductor L to the switching element S3 and the switching element S4 The low-voltage side DC power supply (LV) that circulates toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2 via the circuit and branches from the switching element S1 and passes through the switching element S4 via the secondary winding of the insulating transformer T. ) Current flows along the path that circulates toward 2. The same applies to the switching elements H0-1, H0-2, H1 to H4, S0-1, S0-2, and S1 to S4, but the body diode is omitted.

期間t2では、図7−2を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2は何れもオフに維持され、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオフ、スイッチング素子H2、H3もオフにされ、各スイッチング素子H1〜H4が全てオフとなるが、ボディダイオードを介して期間t1の場合と逆向きに電流が流れ、共振チョークコイルLrからスイッチング素子H1を通って分岐し、高圧側第1のスイッチング素子H0−1及び高圧側第2のスイッチング素子H0−2と高圧側直流電源(HV)1を経由してスイッチング素子H4から絶縁トランスTの1次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1、低圧側第2のスイッチング素子S0−2及びスイッチング素子S1、S4をオンに維持し、スイッチング素子S2、S3をオフにして平滑インダクタLに蓄えられたエネルギーを放出するタイミングとなるが、ボディダイオードを介して平滑コンデンサCcには電流が流れ込む。第2のスイッチング回路4′では、平滑インダクタLからスイッチング素子S1を通って絶縁トランスTの2次巻線及びスイッチング素子S4を経由して低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路と平滑インダクタLから低圧側第1のスイッチング素子S0−1及び低圧側第2のスイッチング素子S0−2を通って平滑コンデンサCcを経由して低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。因みに、期間t2では、低圧側第2のスイッチング素子S0−2の電圧が0Vになる。 In the period t2, referring to FIG. 7-2, both the high-pressure side first switching element H0-1 and the high-pressure side second switching element H0-2 of the DC link switch 50 are kept off, and the first one. In the switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are turned off, the switching elements H2 and H3 are also turned off, and the switching elements H1 to H4 are all turned off, but the current is opposite to the case of the period t1 via the body diode. Flows, branches from the resonance choke coil Lr through the switching element H1, passes through the high-pressure side first switching element H0-1, the high-pressure side second switching element H0-2, and the high-pressure side DC power supply (HV) 1. A current flows through a path that circulates from the switching element H4 toward the primary winding of the insulating transformer T. Further, in the second switching circuit 4', the first switching element S0-1 on the low voltage side, the second switching element S0-2 on the low voltage side, and the switching elements S1 and S4 are kept on, and the switching elements S2 and S3 are moved. It is time to turn it off and release the energy stored in the smoothing inductor L, but a current flows into the smoothing capacitor Cc via the body diode. In the second switching circuit 4', the path is circulated from the smoothing inductor L through the switching element S1 to the secondary winding of the insulating transformer T and the switching element S4 toward the low voltage side DC power supply (LV) 2. A path that circulates from the smoothing inductor L through the low-voltage side first switching element S0-1 and the low-voltage side second switching element S0-2, through the smoothing capacitor Cc, and toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2. Current flows at. Incidentally, in the period t2, the voltage of the second switching element S0-2 on the low voltage side becomes 0V.

期間t3では、図7−3を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1はオフ、高圧側第2のスイッチング素子H0−2はオンに切り替えられ、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオンに切り替えられ、スイッチング素子H2、H3はオフに維持され、共振チョークコイルLrからスイッチング素子H1を通って高圧側第2のスイッチング素子H0−2及び高圧側直流電源(HV)1を経由してスイッチング素子H4から絶縁トランスTの1次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。このときの電流はDCリンクスイッチ50における高圧側第2のスイッチング素子H0−2のボディダイオードでなく、高圧側第2のスイッチング素子H0−2自体に流れるため、変換効率向上化制御処理が行われることになる。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオフ、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオンに切り替え、スイッチング素子S1、S4をオンに維持し、スイッチング素子S2、S3をオフに維持する。低圧側第2のスイッチング素子S0−2をソフトスイッチングによりオンにすると、低圧側第1のスイッチング素子S0−1及び低圧側第2のスイッチング素子S0−2のボディダイオードに流れていた電流が全て低圧側第2のスイッチング素子S0−2に流れ込み、平滑コンデンサCcに流れる電流は所定の傾きで減少して0になり、低圧側第2のスイッチング素子S0−2に流れ込む電流は逆向きとなってスイッチング素子S1の電流をアシストする。この結果、第2のスイッチング回路4′では平滑インダクタLからスイッチング素子S1を通って絶縁トランスTの2次巻線及びスイッチング素子S4を通って低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路と平滑インダクタLから低圧側第2のスイッチング素子S0−2を通って平滑コンデンサCcを経由して低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。因みに、第2のスイッチング回路4′における整流処理では平滑コンデンサCcと低圧側第2のスイッチング素子S0−2との間で逆方向にも電流が流れる。 In the period t3, referring to FIG. 7-3, the first switching element H0-1 on the high pressure side of the DC link switch 50 is switched off, the second switching element H0-2 on the high pressure side is switched on, and the first In the switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are switched on, the switching elements H2 and H3 are kept off, and the resonance choke coil Lr passes through the switching element H1 to the second switching element H0-2 on the high pressure side and the high pressure. A current flows through a path that circulates from the switching element H4 to the primary winding of the insulated transformer T via the side DC power supply (HV) 1. Since the current at this time flows not to the body diode of the second switching element H0-2 on the high voltage side of the DC link switch 50 but to the second switching element H0-2 itself on the high voltage side, the conversion efficiency improvement control process is performed. It will be. Further, in the second switching circuit 4', the first switching element S0-1 on the low voltage side is turned off, the second switching element S0-2 on the low voltage side is switched on, and the switching elements S1 and S4 are kept on. The switching elements S2 and S3 are kept off. When the second switching element S0-2 on the low voltage side is turned on by soft switching, all the current flowing through the body diodes of the first switching element S0-1 on the low voltage side and the second switching element S0-2 on the low voltage side is low voltage. The current that flows into the second switching element S0-2 on the side and flows through the smoothing capacitor Cc decreases with a predetermined inclination to 0, and the current that flows into the second switching element S0-2 on the low voltage side reverses and switches. Assists the current of element S1. As a result, in the second switching circuit 4', the path that circulates from the smoothing inductor L through the switching element S1 to the secondary winding of the insulating transformer T and the switching element S4 toward the low voltage side DC power supply (LV) 2. A current flows through the smoothing inductor L, the second switching element S0-2 on the low voltage side, the smoothing capacitor Cc, and the path circulating toward the low voltage side DC power supply (LV) 2. Incidentally, in the rectification process in the second switching circuit 4', a current flows in the opposite direction between the smoothing capacitor Cc and the second switching element S0-2 on the low voltage side.

期間t4では、図7−4を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1はオフ、高圧側第2のスイッチング素子H0−2はオンに維持し、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオンに維持し、スイッチング素子H2、H3はオフに維持し、期間t3の場合と同様に共振チョークコイルLrからスイッチング素子H1を通って高圧側第2のスイッチング素子H0−2及び高圧側直流電源(HV)1を経由してスイッチング素子H4から絶縁トランスTの1次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。このときの共振チョークコイルLrの電流は急変されない。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオフ、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオフに切り替え、スイッチング素子S1、S4をオンに維持し、スイッチング素子S2、S3をオフに維持する。ここでは平滑コンデンサCcを流れていた電流が行き場を無くしてスイッチング素子S2、S3のボディダイオードを通り、やがては0になり、スイッチング素子S2、S3の電圧も0になる。第2のスイッチング回路4′では平滑インダクタLからスイッチング素子S1を通って絶縁トランスTの2次巻線からスイッチング素子S3を通ってスイッチング素子S1へ向かって戻る経路と絶縁トランスTの2次巻線からスイッチング素子S4を通って低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路と絶縁トランスTの2次巻線からスイッチング素子S4を通って絶縁トランスTの2次巻線へ戻る経路とで電流が流れる。 In the period t4, referring to FIG. 7-4, the first switching element H0-1 on the high pressure side of the DC link switch 50 is kept off, the second switching element H0-2 on the high pressure side is kept on, and the first one. In the switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are kept on, the switching elements H2 and H3 are kept off, and the resonance choke coil Lr passes through the switching element H1 to the second high-voltage side as in the case of the period t3. A current flows through a path that circulates from the switching element H4 to the primary winding of the insulating transformer T via the switching element H0-2 and the high-voltage side DC power supply (HV) 1. The current of the resonant choke coil Lr at this time is not suddenly changed. Further, in the second switching circuit 4', the first switching element S0-1 on the low voltage side is switched off, the second switching element S0-2 on the low voltage side is switched off, and the switching elements S1 and S4 are kept on. The switching elements S2 and S3 are kept off. Here, the current flowing through the smoothing capacitor Cc has no place to go, passes through the body diodes of the switching elements S2 and S3, and eventually becomes 0, and the voltage of the switching elements S2 and S3 also becomes 0. In the second switching circuit 4', the path from the smoothing inductor L through the switching element S1 to the secondary winding of the isolation transformer T through the switching element S3 to the switching element S1 and the secondary winding of the isolation transformer T. A path that circulates from the switching element S4 to the low-voltage side DC power supply (LV) 2 and a path that returns from the secondary winding of the isolation transformer T to the secondary winding of the isolation transformer T through the switching element S4. Current flows.

期間t5では、図7−5を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1はオフ、高圧側第2のスイッチング素子H0−2はオンに維持され、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオンに維持され、スイッチング素子H2、H3もオフに維持され、高圧側直流電源(HV)1から高圧側第2のスイッチング素子H0−2及びスイッチング素子H1を通ってスイッチング素子H3へ向かって巡回する経路とスイッチング素子H1から共振チョークコイルLr及び絶縁トランスTの1次巻線を経由してスイッチング素子H4を通って分岐し、スイッチング素子H2を経由して共振チョークコイルLrに戻るように巡回する経路とスイッチング素子H4から高圧側直流電源(HV)1に向かって巡回する経路とで逆流電流が流れる。また、第2のスイッチング回路4′において、スイッチング素子S2、S3の電圧が0になったことを受け、スイッチング素子S2、S3をオンにしてそれ以前にスイッチング素子S1、S4を通っていた電流がスイッチング素子S2、S3の方にも通るようにする。このときのスイッチング動作は、ゼロボルトスイッチング(ZVS)で行われるため、スイッチング損失は発生しない。この結果、第2のスイッチング回路4′では平滑インダクタLからスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2を通って低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路と平滑インダクタLからスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4を通って低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路とで電流が流れる。このとき、第2のスイッチング回路4′では、第1のスイッチング回路3で共振チョークコイルLrの電流が逆向きとなるために絶縁トランスTを介してエネルギーが送られ、スイッチング素子S1、S4を経由して絶縁トランスT(2次巻線)に流れる電流と逆向きに弱電流が流れようとして打消し合いを生じることにより、スイッチング損失を低減する損失低減化制御処理が行われる。 In the period t5, referring to FIG. 7-5, the high-voltage side first switching element H0-1 of the DC link switch 50 is kept off, the high-voltage side second switching element H0-2 is kept on, and the first In the switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are kept on, the switching elements H2 and H3 are also kept off, and the high-voltage side DC power supply (HV) 1 to the high-voltage side second switching element H0-2 and the switching element H1 are kept on. A path that circulates through the switching element H3 and a branch from the switching element H1 through the switching element H4 via the primary winding of the resonance choke coil Lr and the insulating transformer T, and via the switching element H2. A backflow current flows in a path that circulates back to the resonant choke coil Lr and a path that circulates from the switching element H4 toward the high-voltage side DC power supply (HV) 1. Further, in the second switching circuit 4', in response to the voltage of the switching elements S2 and S3 becoming 0, the switching elements S2 and S3 are turned on and the current passing through the switching elements S1 and S4 before that is turned on. It is also passed through the switching elements S2 and S3. Since the switching operation at this time is performed by zero volt switching (ZVS), no switching loss occurs. As a result, in the second switching circuit 4', the path traveling from the smoothing inductor L through the switching element S1 and the switching element S2 toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2 and the smoothing inductor L through the switching element S3 and the switching element A current flows through a path that circulates toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2 through S4. At this time, in the second switching circuit 4', since the current of the resonance choke coil Lr is opposite in the first switching circuit 3, energy is sent through the isolation transformer T and passes through the switching elements S1 and S4. Then, a weak current tries to flow in the direction opposite to the current flowing in the isolation transformer T (secondary winding) and cancels each other out, so that a loss reduction control process for reducing the switching loss is performed.

期間t6では、図7−6を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1はオフに維持され、高圧側第2のスイッチング素子H0−2はオフに切り替えられ、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオン、スイッチング素子H2、H3はオフに維持され、期間t1の場合と逆向きに電流が流れるが、高圧側直流電源(HV)1には供給されない。また、第2のスイッチング回路4′において、スイッチ設定が維持されているが、逆流電流が流れ込まないため、平滑インダクタLからスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2を通って低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路と平滑インダクタLからスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4を通って低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路とスイッチング素子S3を通って分岐されて絶縁トランスTの2次巻線からスイッチング素子S2を通って低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。 In the period t6, referring to FIG. 7-6, the high-voltage side first switching element H0-1 of the DC link switch 50 is kept off, and the high-voltage side second switching element H0-2 is switched off. In the first switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are kept on, the switching elements H2 and H3 are kept off, and the current flows in the opposite direction to the case of the period t1, but the high voltage side DC power supply (HV) 1 has a current. Not supplied. Further, in the second switching circuit 4', although the switch setting is maintained, the backflow current does not flow, so that the smoothing inductor L passes through the switching element S1 and the switching element S2 to the low voltage side DC power supply (LV) 2. The path that circulates toward and the smoothing inductor L is branched through the switching element S3 and the switching element S3 and the path that circulates toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2 and is branched through the switching element S3. A current flows from the winding path through the switching element S2 to the low-voltage side DC power supply (LV) 2.

期間t6後の所定の周期の残り半分の期間では、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1をオンに切り替えてから再びオフに切り替え、高圧側第2のスイッチング素子H0−2をオフに維持してから再びオンに切り替える。このとき、第1のスイッチング回路3では、スイッチング素子H1、H4をオフに維持してから再びオンに切り替え、スイッチング素子H2、H3をオンに切り替えて維持してから再びオフに切り替える。また、第2のスイッチング回路4′では、平滑コンデンサCcに接続された低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオンに切り替えてから再びオフに切り替え、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオフに維持してから再びオンに切り替える。更に、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S3をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする。 In the other half of the predetermined cycle after the period t6, the first switching element H0-1 on the high voltage side of the DC link switch 50 is switched on and then turned off again, and the second switching element H0-2 on the high voltage side is switched on. Keep off and then switch it on again. At this time, in the first switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are kept off and then switched on again, and the switching elements H2 and H3 are switched on and maintained and then switched off again. Further, in the second switching circuit 4', the low-voltage side first switching element S0-1 connected to the smoothing capacitor Cc is switched on and then turned off again to switch the low-voltage side second switching element S0-2. Keep it off and then switch it on again. Further, one pair of switching elements S1 and S4 arranged diagonally are kept on, then turned off and then turned on, and the other pair of switching elements S2 and S3 arranged diagonally are turned on. From to off, off to on, on to off.

即ち、実施例2に係る双方向DC‐DCコンバータ装置では、制御部6によって、放電動作の昇圧時において、所定の周期でDCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1をオフからオン、オンからオフにし、高圧側第2のスイッチング素子H0−2を高圧側第1のスイッチング素子H0−1のオフ期間内でオフからオン、オンからオフに維持した後、高圧側第1のスイッチング素子H0−1のオフ期間内でオンにする動作を繰り返すと共に、第1のスイッチング回路3における各スイッチング素子H1〜H4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子H1、H4をオフからオン、オンからオフ、オフからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子H2、H3をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返し、更に、第2のスイッチング回路4′における各スイッチング素子S0−1、S0−2、S1〜S4の低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオフに維持してからオン、オンからオフにし、低圧側第2のスイッチング素子S0−2を高圧側第1のスイッチング素子S0−1のオフ期間内でオフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すと共に、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S3をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すことによって、上述した損失低減化制御処理や変換効率向上化制御処理を実施例1の場合と同様に整流処理中に含めて実施することができる。この結果、図6‐2に示される平滑インダクタL電流や共振チョークコイルLr電流は従来のDCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1及び高圧側第2のスイッチング素子H0−2をオフにしたまま行う放電動作の昇圧時の場合と比べて小さな値に抑制される。また、ここでもスイッチング動作制御信号の制御タイミングを適宜変更すれば、変換効率を常に最適な状態(最高効率に近い状態)にすることが可能である。 That is, in the bidirectional DC-DC converter device according to the second embodiment, the control unit 6 turns off the first switching element H0-1 on the high pressure side of the DC link switch 50 at a predetermined cycle when the discharge operation is boosted. After turning on, on to off, and maintaining the high-pressure side second switching element H0-2 from off to on and on to off within the off period of the high-pressure side first switching element H0-1, the high-pressure side first While repeating the operation of turning on the switching element H0-1 within the off period, one pair of switching elements H1 and H4 arranged diagonally of the switching elements H1 to H4 in the first switching circuit 3 is turned off. From on, on to off, from off to on, the other pair of switching elements H2, H3 arranged diagonally are repeated from on to off, off to on, from on to off, and then the second The first switching element S0-1 on the low pressure side of each switching element S0-1, S0-2, S1 to S4 in the switching circuit 4'of the above is kept off, then turned on, turned on to off, and the second on the low pressure side. The operation of turning the switching element S0-2 from off to on and from on to off within the off period of the first switching element S0-1 on the high pressure side is repeated, and one pair of switching elements S1 arranged diagonally. By keeping S4 on, then turning it off and then on, and repeating the operation of turning the other pair of switching elements S2 and S3 arranged diagonally from on to off, off to on, and on to off. The loss reduction control process and the conversion efficiency improvement control process described above can be included in the rectification process as in the case of the first embodiment. As a result, the smoothing inductor L current and the resonance choke coil Lr current shown in FIG. 6-2 are the high-voltage side first switching element H0-1 and the high-voltage side second switching element H0-2 of the conventional DC link switch 50. It is suppressed to a small value as compared with the case of boosting the discharge operation performed while it is turned off. Further, also here, if the control timing of the switching operation control signal is appropriately changed, the conversion efficiency can always be in the optimum state (a state close to the maximum efficiency).

図8−1は、実施例2に係る双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4に対する周知技術に係るスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4の電圧の波形を示すタイミングチャートである。図8‐2は同様にこの双方向DC‐DCコンバータ装置の放電動作の昇圧時における図8−1でのスイッチング動作制御信号を適用した場合の各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧(具体的には平滑インダクタLの電流、絶縁トランスTの電圧、共振チョークコイルLrの電流及び電圧)の波形を示すタイミングチャートである。また、図9−1〜図9−5は図8−1中に示す期間t1〜t5での双方向DC‐DCコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。 FIG. 8-1 shows the switching elements H0-1, H0-2, H1 to H4, S0-1, S0-2, and S1 to each switching element at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device according to the second embodiment. It is a timing chart which shows the waveform of the switching operation control signal which concerns on the well-known technique for S4, and the waveform of the voltage of each switching element H0-1, H0-2, H1-H4, S0-1, S0-2, S1-S4. Similarly, FIG. 8-2 shows the switching elements H0-1, H0-2, and H1 to each other when the switching operation control signal shown in FIG. 8-1 is applied at the time of boosting the discharge operation of the bidirectional DC-DC converter device. Current waveforms of H4, S0-1, S0-2, S1 to S4 and current and voltage in each device (specifically, current of smoothing inductor L, voltage of isolated transformer T, current and voltage of resonant choke coil Lr) It is a timing chart which shows the waveform of. Further, FIGS. 9-1 to 9-5 are diagrams showing the current flow in the circuit configuration of the main part of the bidirectional DC-DC converter device during the periods t1 to t5 shown in FIG. 8-1.

図8‐1及び図8‐2を参照すれば、各スイッチング素子H0−1、H0−2、H1〜H4、S0−1、S0−2、S1〜S4に対するスイッチング動作制御信号の波形は、初期的に第2のスイッチング回路4′におけるスイッチング素子S1、S4をオンに維持した状態でDCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2をオフに維持してスイッチング素子S1、S4がオフされる直前までの期間(t1+t2+t3+t4+t5)に該当する上述した所定の周期の半分の期間でオン・オフのタイミングを図示のように制御することを示している。 With reference to FIGS. 8-1 and 8-2, the waveforms of the switching operation control signals for the switching elements H0-1, H0-2, H1 to H4, S0-1, S0-2, and S1 to S4 are initially set. The first switching element H0-1 on the high-voltage side and the second switching element H0-2 on the high-voltage side of the DC link switch 50 are turned off while the switching elements S1 and S4 in the second switching circuit 4'are kept on. It is shown that the on / off timing is controlled as shown in the figure in a half period of the above-mentioned predetermined cycle corresponding to the period (t1 + t2 + t3 + t4 + t5) until immediately before the switching elements S1 and S4 are turned off. ..

具体的に云えば、期間t1では、図9−1を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2は何れもオフに維持され、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオフ、スイッチング素子H2、H3はオンに維持され、共振チョークコイルLrに流れている電流により絶縁トランスTの1次巻線に電流が流れ、共振チョークコイルLrから絶縁トランスTの1次巻線を通ってスイッチング素子H3を経由して分岐し、高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2のボディダイオードを通って高圧側直流電源(HV)1及びスイッチング素子H2へ向かって共振チョークコイルLrに戻る巡回経路で電流が流れる。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1、低圧側第2のスイッチング素子S0−2は何れもオフに維持されており、スイッチング素子S1〜S4は全てオンに維持され、平滑インダクタLにエネルギーを蓄えるタイミングとなる。第2のスイッチング回路4′では、平滑インダクタLからスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2を通って低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路、平滑インダクタLからスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4を通って低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路、スイッチング素子S3から分岐して絶縁トランスTの2次巻線を経由してスイッチング素子S2を通って低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路で電流が流れる。因みに、第1のスイッチング回路3では、共振チョークコイルLrに流れている電流が徐々に少なくなってやがては0になる。 Specifically, in the period t1, referring to FIG. 9-1, both the high-pressure side first switching element H0-1 and the high-pressure side second switching element H0-2 of the DC link switch 50 are turned off. In the first switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are kept off, the switching elements H2 and H3 are kept on, and the current flowing through the resonant choke coil Lr causes a current in the primary winding of the insulating transformer T. Flows and branches from the resonance choke coil Lr through the primary winding of the insulating transformer T via the switching element H3, and the high-voltage side first switching element H0-1 and the high-voltage side second switching element H0-2. A current flows in a cyclic path returning to the resonance choke coil Lr toward the high-voltage side DC power supply (HV) 1 and the switching element H2 through the body diode of the above. Further, in the second switching circuit 4', the low-voltage side first switching element S0-1 and the low-voltage side second switching element S0-2 are both kept off, and the switching elements S1 to S4 are all on. It is the timing to store energy in the smoothing inductor L. In the second switching circuit 4', the path that circulates from the smoothing inductor L through the switching element S1 and the switching element S2 toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2, and the smoothing inductor L connects the switching element S3 and the switching element S4. A path that circulates toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2 through the circuit, branches from the switching element S3, passes through the secondary winding of the isolation transformer T, passes through the switching element S2, and passes through the low-voltage side DC power supply (LV) 2. A current flows in a path that circulates toward. Incidentally, in the first switching circuit 3, the current flowing through the resonant choke coil Lr gradually decreases and eventually becomes zero.

期間t2では、図9−2を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2は何れもオフに維持され、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオフ、スイッチング素子H2、H3もオフにされ、各スイッチング素子H1〜H4が全てオフとなるが、ボディダイオードを介して期間t1の場合と逆向きに電流が流れ、共振チョークコイルLrからスイッチング素子H1を通って分岐し、高圧側第1のスイッチング素子H0−1及び高圧側第2のスイッチング素子H0−2のボディダイオードと高圧側直流電源(HV)1を経由してスイッチング素子H4から絶縁トランスTの1次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオフに維持し、スイッチング素子S1、S4をオンに維持し、スイッチング素子S2、S3をオフにして平滑インダクタLに蓄えられたエネルギーを放出するタイミングとなるが、ボディダイオードを介して平滑コンデンサCcには電流が流れ込む。第2のスイッチング回路4′では、平滑インダクタLからスイッチング素子S1を通って絶縁トランスTの2次巻線及びスイッチング素子S4を経由して低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路と平滑インダクタLから低圧側第1のスイッチング素子S0−1及び低圧側第2のスイッチング素子S0−2のボディダイオードと平滑コンデンサCcとを通って低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。因みに、期間t2では、低圧側第2のスイッチング素子S0−2の電圧が0Vになる。 In the period t2, referring to FIG. 9-2, both the high-pressure side first switching element H0-1 and the high-pressure side second switching element H0-2 of the DC link switch 50 are kept off, and the first one. In the switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are turned off, the switching elements H2 and H3 are also turned off, and the switching elements H1 to H4 are all turned off, but the current is opposite to the case of the period t1 via the body diode. Flows and branches from the resonance choke coil Lr through the switching element H1, the body diode of the first switching element H0-1 on the high pressure side and the second switching element H0-2 on the high pressure side, and the high pressure side DC power supply (HV) 1. A current flows in a path that circulates from the switching element H4 to the primary winding of the insulating transformer T via the above. Further, in the second switching circuit 4', the first switching element S0-1 on the low voltage side and the second switching element S0-2 on the low voltage side are kept off, the switching elements S1 and S4 are kept on, and switching is performed. It is time to turn off the elements S2 and S3 to release the energy stored in the smoothing inductor L, but a current flows into the smoothing capacitor Cc via the body diode. In the second switching circuit 4', the path is circulated from the smoothing inductor L through the switching element S1 to the secondary winding of the insulating transformer T and the switching element S4 toward the low voltage side DC power supply (LV) 2. A path that circulates from the smoothing inductor L to the low-voltage side DC power supply (LV) 2 through the body diode of the low-voltage side first switching element S0-1 and the low-voltage side second switching element S0-2 and the smoothing capacitor Cc. Current flows with. Incidentally, in the period t2, the voltage of the second switching element S0-2 on the low voltage side becomes 0V.

期間t3では、図9‐3を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2は何れもオフに維持され、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオンに切り替えられ、スイッチング素子H2、H3はオフに維持され、期間t2の場合と同様に共振チョークコイルLrからスイッチング素子H1を通って分岐し、高圧側第1のスイッチング素子H0−1及び高圧側第2のスイッチング素子H0−2と高圧側直流電源(HV)1を経由してスイッチング素子H4から絶縁トランスTの1次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。このときの電流はDCリンクスイッチ50における高圧側第1のスイッチング素子H0−1及び高圧側第2のスイッチング素子H0−2のボディダイオードに流れるため、変換効率は低下されることになる。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオフ、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオンに切り替え、スイッチング素子S1、S4をオンに維持し、スイッチング素子S2、S3をオフに維持する。低圧側第2のスイッチング素子S0−2をソフトスイッチングによりオンにすると、低圧側第1のスイッチング素子S0−1及び低圧側第2のスイッチング素子S0−2のボディダイオードに流れていた電流が全て低圧側第2のスイッチング素子S0−2に流れ込み、平滑コンデンサCcに流れる電流は所定の傾きで減少して0になり、低圧側第2のスイッチング素子S0−2に流れ込む電流は逆向きとなってスイッチング素子S1の電流をアシストする。第2のスイッチング回路4′では平滑インダクタLからスイッチング素子S1を通って絶縁トランスTの2次巻線及びスイッチング素子S4を通って低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路と平滑インダクタLから低圧側第2のスイッチング素子S0−2を通って平滑コンデンサCcを経由して低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。因みに、第2のスイッチング回路4′における整流処理では平滑コンデンサCcと低圧側第2のスイッチング素子S0−2との間で逆方向にも電流が流れる。 In the period t3, referring to FIG. 9-3, both the high-voltage side first switching element H0-1 and the high-voltage side second switching element H0-2 of the DC link switch 50 are kept off, and the first one. In the switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are switched on, the switching elements H2 and H3 are kept off, and the resonance choke coil Lr branches through the switching element H1 as in the case of the period t2, and the high voltage side. A path that circulates from the switching element H4 to the primary winding of the insulated transformer T via the first switching element H0-1, the second switching element H0-2 on the high voltage side, and the DC power supply (HV) 1 on the high voltage side. Current flows at. Since the current at this time flows through the body diodes of the high-voltage side first switching element H0-1 and the high-voltage side second switching element H0-2 in the DC link switch 50, the conversion efficiency is lowered. Further, in the second switching circuit 4', the first switching element S0-1 on the low voltage side is turned off, the second switching element S0-2 on the low voltage side is switched on, and the switching elements S1 and S4 are kept on. The switching elements S2 and S3 are kept off. When the second switching element S0-2 on the low voltage side is turned on by soft switching, all the current flowing through the body diodes of the first switching element S0-1 on the low voltage side and the second switching element S0-2 on the low voltage side is low voltage. The current that flows into the second switching element S0-2 on the side and flows through the smoothing capacitor Cc decreases with a predetermined inclination to 0, and the current that flows into the second switching element S0-2 on the low voltage side reverses and switches. Assists the current of element S1. In the second switching circuit 4', a path and a smoothing inductor that circulate from the smoothing inductor L through the switching element S1 to the secondary winding of the insulating transformer T and the switching element S4 toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2. A current flows from L through the second switching element S0-2 on the low voltage side, through the smoothing capacitor Cc, and on the path that circulates toward the DC power supply (LV) 2 on the low voltage side. Incidentally, in the rectification process in the second switching circuit 4', a current flows in the opposite direction between the smoothing capacitor Cc and the second switching element S0-2 on the low voltage side.

期間t4では、図9‐4を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2は何れもオフに維持し、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオンに維持し、スイッチング素子H2、H3はオフに維持し、期間t2の場合と同様に期間t2の場合と同様に共振チョークコイルLrからスイッチング素子H1を通って分岐し、高圧側第1のスイッチング素子H0−1及び高圧側第2のスイッチング素子H0−2と高圧側直流電源(HV)1を経由してスイッチング素子H4から絶縁トランスTの1次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。このときの共振チョークコイルLrの電流は急変されない。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオフ、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオフに切り替え、スイッチング素子S1、S4をオンに維持し、スイッチング素子S2、S3をオフに維持する。ここでは平滑コンデンサCcを流れていた電流が行き場を無くしてスイッチング素子S2、S3のボディダイオードを通り、やがては0になり、スイッチング素子S2、S3の電圧も0になる。第2のスイッチング回路4′では平滑インダクタLからスイッチング素子S1を通って絶縁トランスTの2次巻線からスイッチング素子S4を経由して低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路で電流が流れる。 In the period t4, referring to FIG. 9-4, both the high-pressure side first switching element H0-1 and the high-pressure side second switching element H0-2 of the DC link switch 50 are kept off, and the first one. In the switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are kept on, the switching elements H2 and H3 are kept off, and the switching element H1 is transferred from the resonance choke coil Lr as in the case of the period t2 as in the case of the period t2. The primary winding of the isolated transformer T from the switching element H4 via the high-pressure side first switching element H0-1, the high-pressure side second switching element H0-2, and the high-pressure side DC power supply (HV) 1. Current flows along a path that circulates toward the line. The current of the resonant choke coil Lr at this time is not suddenly changed. Further, in the second switching circuit 4', the first switching element S0-1 on the low voltage side is switched off, the second switching element S0-2 on the low voltage side is switched off, and the switching elements S1 and S4 are kept on. The switching elements S2 and S3 are kept off. Here, the current flowing through the smoothing capacitor Cc has no place to go, passes through the body diodes of the switching elements S2 and S3, and eventually becomes 0, and the voltage of the switching elements S2 and S3 also becomes 0. In the second switching circuit 4', the current circulates from the smoothing inductor L through the switching element S1 from the secondary winding of the isolation transformer T to the low voltage side DC power supply (LV) 2 via the switching element S4. Flows.

期間t5では、図9−5を参照すれば、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2は何れもオフに維持し、第1のスイッチング回路3において、スイッチング素子H1、H4はオンに維持し、スイッチング素子H2、H3はオフに維持し、期間t2の場合と同様に期間t2の場合と同様に共振チョークコイルLrからスイッチング素子H1を通って分岐し、高圧側第1のスイッチング素子H0−1及び高圧側第2のスイッチング素子H0−2と高圧側直流電源(HV)1を経由してスイッチング素子H4から絶縁トランスTの1次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。また、第2のスイッチング回路4′において、低圧側第1のスイッチング素子S0−1、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオフに維持し、スイッチング素子S1、S4をオンに維持し、スイッチング素子S2、S3をオンに切り替える。第2のスイッチング回路4′では、スイッチング素子S2、S3の電圧が0になったことを受け、スイッチング素子S2、S3をオンにしてそれ以前にスイッチング素子S1、S4を通っていた電流がスイッチング素子S2、S3の方にも通るようにする。このときのスイッチング動作は、ゼロボルトスイッチング(ZVS)で行われるため、スイッチング損失は発生しない。この結果、第2のスイッチング回路4′では平滑インダクタLからスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2を通って低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路と平滑インダクタLからスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4を通って低圧側直流電源(LV)2へ向かって巡回する経路と平滑インダクタLからスイッチング素子S1を通って絶縁トランスTの2次巻線及びスイッチング素子S4を経由して低圧側直流電源(LV)2に向かって巡回する経路とで電流が流れる。 In the period t5, referring to FIG. 9-5, both the high-pressure side first switching element H0-1 and the high-pressure side second switching element H0-2 of the DC link switch 50 are kept off, and the first one. In the switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are kept on, the switching elements H2 and H3 are kept off, and the switching element H1 is transferred from the resonance choke coil Lr as in the case of the period t2 as in the case of the period t2. The primary winding of the isolated transformer T from the switching element H4 via the high-pressure side first switching element H0-1, the high-pressure side second switching element H0-2, and the high-pressure side DC power supply (HV) 1. Current flows along a path that circulates toward the line. Further, in the second switching circuit 4', the first switching element S0-1 on the low voltage side and the second switching element S0-2 on the low voltage side are kept off, the switching elements S1 and S4 are kept on, and switching is performed. The elements S2 and S3 are switched on. In the second switching circuit 4', in response to the voltage of the switching elements S2 and S3 becoming 0, the switching elements S2 and S3 are turned on and the current passing through the switching elements S1 and S4 before that is turned on. Make sure that it also passes through S2 and S3. Since the switching operation at this time is performed by zero volt switching (ZVS), no switching loss occurs. As a result, in the second switching circuit 4', the path traveling from the smoothing inductor L through the switching element S1 and the switching element S2 toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2 and the smoothing inductor L through the switching element S3 and the switching element A low-voltage side DC power supply (a path that circulates through S4 toward the low-voltage side DC power supply (LV) 2 and a smoothing inductor L through the switching element S1 and the secondary winding of the insulating transformer T and the switching element S4. A current flows along the path that circulates toward LV) 2.

期間t5後の所定の周期の残り半分の期間では、DCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2をオフに維持し続ける。このとき、第1のスイッチング回路3では、スイッチング素子H1、H4をオンからオフに切り替えて維持してから再びオンに切り替え、スイッチング素子H2、H3をオフからオンに切り替えて維持してから再びオフに切り替える。また、第2のスイッチング回路4′では、平滑コンデンサCcに接続された低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオンに切り替えてから再びオフに切り替え、低圧側第2のスイッチング素子S0−2をオフに維持してから再びオンに切り替える。更に、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S3をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする。 During the other half of the predetermined period after the period t5, the high-voltage side first switching element H0-1 and the high-voltage side second switching element H0-2 of the DC link switch 50 are kept off. At this time, in the first switching circuit 3, the switching elements H1 and H4 are switched from on to off and maintained, and then switched on again, and the switching elements H2 and H3 are switched from off to on and maintained, and then turned off again. Switch to. Further, in the second switching circuit 4', the low-voltage side first switching element S0-1 connected to the smoothing capacitor Cc is switched on and then turned off again to switch the low-voltage side second switching element S0-2. Keep it off and then switch it on again. Further, one pair of switching elements S1 and S4 arranged diagonally are kept on, then turned off and then turned on, and the other pair of switching elements S2 and S3 arranged diagonally are turned on. From to off, off to on, on to off.

即ち、周知技術のスイッチング動作制御信号を適用した双方向DC‐DCコンバータ装置では、制御部6によって、放電動作の昇圧時において、所定の周期でDCリンクスイッチ50の高圧側第1のスイッチング素子H0−1、高圧側第2のスイッチング素子H0−2を高圧側第1のスイッチング素子H0−1をオフに維持し、第1のスイッチング回路3における各スイッチング素子H1〜H4の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子H1、H4をオフからオン、オンからオフ、オフからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子H2、H3をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返し、更に、第2のスイッチング回路4′における各スイッチング素子S0−1、S0−2、S1〜S4の低圧側第1のスイッチング素子S0−1をオフに維持してからオン、オンからオフにし、低圧側第2のスイッチング素子S0−2を高圧側第1のスイッチング素子S0−1のオフ期間内でオフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すと共に、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子S1、S4をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子S2、S3をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すことによって、整流処理を実施するものである。この結果、図8‐2に示される平滑インダクタL電流や共振チョークコイルLr電流は図6‐2に示した実施例2の場合と比べて大きな値となっている。こうした状態では、スイッチング動作制御信号の制御タイミングを適宜変更しても、変換効率を常に最適な状態(最高効率に近い状態)にすることは不可能である。 That is, in the bidirectional DC-DC converter device to which the switching operation control signal of the well-known technique is applied, the control unit 6 controls the first switching element H0 on the high pressure side of the DC link switch 50 at a predetermined cycle when the discharge operation is boosted. -1, The second switching element H0-2 on the high pressure side is kept off of the first switching element H0-1 on the high pressure side, and the second switching elements H0-2 on the high pressure side are arranged diagonally to each of the switching elements H1 to H4 in the first switching circuit 3. One pair of switching elements H1 and H4 are turned from off to on, on to off, off to on, and the other pair of switching elements H2 and H3 arranged diagonally are turned from on to off, off to on and on. After repeating the operation of turning off from, and further keeping the first switching element S0-1 on the low pressure side of each switching element S0-1, S0-2, S1 to S4 in the second switching circuit 4'off. The operation of turning the second switching element S0-2 on the low pressure side from on to off and turning the second switching element S0-2 on the low pressure side from off to on and from on to off within the off period of the first switching element S0-1 on the high pressure side is repeated and diagonally. One pair of switching elements S1 and S4 arranged in the above are kept on, then turned off and then turned on, and the other pair of switching elements S2 and S3 arranged diagonally from on to off and off. The rectification process is performed by repeating the operation of turning on and on to off. As a result, the smoothing inductor L current and the resonant choke coil Lr current shown in FIG. 8-2 are larger than those in the second embodiment shown in FIG. 6-2. In such a state, even if the control timing of the switching operation control signal is appropriately changed, it is impossible to always obtain the optimum conversion efficiency (a state close to the maximum efficiency).

尚、上述した各実施例では、双方向DC‐DCコンバータ装置における高圧側直流電源(HV)1に接続されるDCリンクスイッチ5、50を第1のスイッチング回路3とは別回路として説明したが、機能構成上では第1のスイッチング回路3に含まれるとみなして良いものである。 In each of the above-described embodiments, the DC link switches 5 and 50 connected to the high-voltage side DC power supply (HV) 1 in the bidirectional DC-DC converter device have been described as separate circuits from the first switching circuit 3. In terms of functional configuration, it may be considered to be included in the first switching circuit 3.

1 高圧側直流電源(HV)
2 低圧側直流電源(LV)
3、4、4′ スイッチング回路
5、50 DCリンクスイッチ
6 制御部
6a 放電動作切替部
6b 充電動作切替部
6c パルス幅変調(PWM)部
Cc 平滑コンデンサ
D ダイオード(ファーストリカバリダイオード)
L 平滑インダクタ
Lr 共振チョークコイル
H0、H0−1、H0−2、H1〜H4、S0、S0−1、S0−2、S1〜S4 スイッチング素子
T 絶縁トランス
1 High-voltage side DC power supply (HV)
2 Low voltage side DC power supply (LV)
3, 4, 4'Switching circuit 5, 50 DC link switch 6 Control unit 6a Discharge operation switching unit 6b Charging operation switching unit 6c Pulse width modulation (PWM) unit Cc Smoothing capacitor D diode (fast recovery diode)
L Smoothing Inductor Lr Resonant Choke Coil H0, H0-1, H0-2, H1 to H4, S0, S0-1, S0-2, S1 to S4 Switching Element T Isolation Transformer

Claims (12)

高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第1のスイッチング回路と、
前記高圧側直流電源と前記第1のスイッチング回路の直流端子との間に介在されると共に、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及び当該ダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るDCリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第2のスイッチング回路と、
前記第1のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された1次巻線と前記第2のスイッチング回路の交流端子間に接続された2次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第1のスイッチング回路及び前記第2のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記DCリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向DC‐DCコンバータ装置において、
前記DCリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、
前記第1のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第2のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、
前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が0Vになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置。
A first switching circuit that performs rectification processing according to the switching operation of a plurality of switching elements with body diodes connected in parallel to the high-voltage side DC power supply.
It is interposed between the high-voltage side DC power supply and the DC terminal of the first switching circuit, and is connected in parallel to the diode and the diode inserted in series so that the cathode faces the positive electrode of the high-voltage side DC power supply. A DC link switch consisting of a switching element and
A second switching circuit that performs rectification processing according to the switching operation of multiple switching elements with body diodes including smoothing capacitors connected in parallel with a smoothing inductor interposed in the low-voltage side DC power supply.
Insulation that magnetically couples the primary winding connected by interposing a resonance choke coil between the AC terminals of the first switching circuit and the secondary winding connected between the AC terminals of the second switching circuit. With a transformer
A bidirectional DC-DC converter device including a control unit that controls the switching operation in the first switching circuit and the second switching circuit, and also controls on / off of the switching element of the DC link switch. In
The DC link switch includes a high-voltage side zeroth switching element as the switching element.
The first switching circuit is diagonal to the high-pressure side first switching element and the high-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. A high-pressure side second switching element and a high-pressure side third switching element, which are the other pair of switching elements arranged in the direction, are provided.
The second switching circuit is diagonal to the low-pressure side first switching element and the low-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. A low-voltage side second switching element and a low-voltage side third switching element, which are the other pair of switching elements arranged in the direction, and a low-voltage side zero-th switching element connected to the smoothing capacitor are provided.
At the time of boosting, the control unit supplies power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply.
The high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, and the low voltage side zero switching element are off, and the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, and the low voltage side first. From the state where the switching element, the low voltage side second switching element, the low voltage side third switching element, and the low voltage side fourth switching element are on.
The voltage of the low voltage side zero switching element became 0V, and the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element were switched off. rear,
A bidirectional DC-DC converter device characterized in that the high-voltage side zero-th switching element is switched on at the first timing for switching the high-voltage side first switching element and the high-voltage side fourth switching element on.
請求項1記載の双方向DC‐DCコンバータ装置において、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフである状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子および前記低圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置。
In the bidirectional DC-DC converter device according to claim 1,
When the control unit supplies power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply, the control unit further
After the first timing, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first switching element, the low voltage side second switching element, the low voltage side third switching element, and the low voltage side. From the state where the fourth switching element is on, the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, and the low voltage side zero switching element are off.
After switching off the high-voltage side first switching element, the high-voltage side fourth switching element, the low-voltage side first switching element, and the low-voltage side fourth switching element,
Bidirectionally characterized in that the high-voltage side zero switching element and the low-voltage side zero switching element are switched on at the second timing of switching the high-voltage side second switching element and the high-voltage side third switching element on. DC-DC converter device.
請求項2記載の双方向DC‐DCコンバータ装置において、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子がオフである状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が0Vになったことを受け、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替えた後、前記高圧側第零スイッチング素子をオフに切り替えること
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置。
In the bidirectional DC-DC converter device according to claim 2.
When the control unit supplies power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply, the control unit further
After the first timing Before the second timing, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first switching element, and the low voltage side fourth switching element are on, and the high voltage side first. (Ii) From a state in which the switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side zero switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element are off.
In response to the voltage of the low voltage side second switching element and the low voltage side third switching element becoming 0V, after switching on the low voltage side second switching element and the low voltage side third switching element, the high voltage A bidirectional DC-DC converter device characterized by switching the side zeroth switching element off.
高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第1のスイッチング回路と、
前記高圧側直流電源と前記第1のスイッチング回路の直流端子との間に介在されるDCリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第2のスイッチング回路と、
前記第1のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された1次巻線と前記第2のスイッチング回路の交流端子間に接続された2次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第1のスイッチング回路及び前記第2のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記DCリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向DC‐DCコンバータ装置において、
前記DCリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記第1のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第2のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が0Vになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置。
A first switching circuit that performs rectification processing according to the switching operation of a plurality of switching elements with body diodes connected in parallel to the high-voltage side DC power supply.
A DC link switch interposed between the high-voltage side DC power supply and the DC terminal of the first switching circuit,
A second switching circuit that performs rectification processing according to the switching operation of multiple switching elements with body diodes including smoothing capacitors connected in parallel with a smoothing inductor interposed in the low-voltage side DC power supply.
Insulation that magnetically couples the primary winding connected by interposing a resonance choke coil between the AC terminals of the first switching circuit and the secondary winding connected between the AC terminals of the second switching circuit. With a transformer
A bidirectional DC-DC converter device including a control unit that controls the switching operation in the first switching circuit and the second switching circuit, and also controls on / off of the switching element of the DC link switch. In
The DC link switch includes a first diode inserted in series so that the cathode faces the positive electrode of the high-voltage side DC power supply, a high-voltage side first zero switching element connected in parallel to the first diode, and a high-voltage cathode. A second diode inserted in series so as to face the positive electrode of the side DC power supply and a high-voltage side second zero switching element connected in parallel to the second diode are provided.
The first switching circuit is diagonal to the high-pressure side first switching element and the high-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. A high-pressure side second switching element and a high-pressure side third switching element, which are the other pair of switching elements arranged in the direction, are provided.
The second switching circuit is diagonal to a low-pressure side first switching element and a low-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. The other pair of switching elements arranged in the direction, the low pressure side second switching element and the low pressure side third switching element, and the low pressure side first zero switching element and the low pressure side second connected in parallel to the smoothing capacitor. Equipped with a zeroth switching element
At the time of boosting, the control unit supplies power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply.
The high-voltage side second switching element, the high-voltage side third switching element, the low-voltage side first switching element, the low-voltage side second switching element, the low-voltage side third switching element, and the low-voltage side fourth switching element are turned on. From the state where the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first zero switching element, and the low voltage side second zero switching element are off.
The voltage of the low voltage side second zero switching element becomes 0V, and the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element are turned off. After switching
The feature is that the high-voltage side second zero switching element is switched on at the first timing of switching the high-voltage side first switching element, the high-voltage side fourth switching element, and the low-voltage side second zero switching element on. Bidirectional DC-DC converter device.
請求項4記載の双方向DC‐DCコンバータ装置において、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一第零スイッチング素子、前記高圧側第二第零スイッチング素子、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子および前記低圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置。
In the bidirectional DC-DC converter device according to claim 4,
When the control unit supplies power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply, the control unit further
After the first timing, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first switching element, the low voltage side second switching element, the low voltage side third switching element, the low voltage side first. (Iv) The switching element is on, the high voltage side first zero switching element, the high voltage side second zero switching element, the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side first zero switching. From the state where the element and the second zero switching element on the low voltage side are off
After switching off the high-voltage side first switching element, the high-voltage side fourth switching element, the low-voltage side first switching element, and the low-voltage side fourth switching element,
The feature is that the high-voltage side first zero switching element is switched on at the second timing at which the high-voltage side second switching element, the high-voltage side third switching element, and the low-voltage side first zero switching element are switched on. Bidirectional DC-DC converter device.
請求項5記載の双方向DC‐DCコンバータ装置において、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第二第零スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が0Vになったことを受け、前記低圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替え、続いて前記高圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えること
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置。
In the bidirectional DC-DC converter device according to claim 5,
When the control unit supplies power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply, the control unit further
After the first timing Before the second timing, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side second zero switching element, the low voltage side first switching element, the low voltage side fourth A state in which the switching element is on, the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side first zero switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element are off. From
In response to the voltage of the low voltage side second switching element and the low voltage side third switching element becoming 0V, after switching the low voltage side second zero switching element off, the low voltage side second switching element and the low voltage side second switching element and A bidirectional DC-DC converter device characterized in that the low-voltage side third switching element is switched on and then the high-voltage side second zero switching element is switched off.
高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第1のスイッチング回路と、
前記高圧側直流電源と前記第1のスイッチング回路の直流端子との間に介在されると共に、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及び当該ダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るDCリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第2のスイッチング回路と、
前記第1のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された1次巻線と前記第2のスイッチング回路の交流端子間に接続された2次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第1のスイッチング回路及び前記第2のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記DCリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、
前記DCリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、
前記第1のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第2のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、
前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が0Vになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法。
A first switching circuit that performs rectification processing according to the switching operation of a plurality of switching elements with body diodes connected in parallel to the high-voltage side DC power supply.
It is interposed between the high-voltage side DC power supply and the DC terminal of the first switching circuit, and is connected in parallel to the diode and the diode inserted in series so that the cathode faces the positive electrode of the high-voltage side DC power supply. A DC link switch consisting of a switching element and
A second switching circuit that performs rectification processing according to the switching operation of multiple switching elements with body diodes including smoothing capacitors connected in parallel with a smoothing inductor interposed in the low-voltage side DC power supply.
Insulation that magnetically couples the primary winding connected by interposing a resonance choke coil between the AC terminals of the first switching circuit and the secondary winding connected between the AC terminals of the second switching circuit. With a transformer
A bidirectional DC-DC converter device including a control unit that controls the switching operation in the first switching circuit and the second switching circuit, and also controls on / off of the switching element of the DC link switch. In the control method of
The DC link switch includes a high-voltage side zeroth switching element as the switching element.
The first switching circuit is diagonal to the high-pressure side first switching element and the high-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. A high-pressure side second switching element and a high-pressure side third switching element, which are the other pair of switching elements arranged in the direction, are provided.
The second switching circuit is diagonal to the low-pressure side first switching element and the low-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. A low-voltage side second switching element and a low-voltage side third switching element, which are the other pair of switching elements arranged in the direction, and a low-voltage side zero-th switching element connected to the smoothing capacitor are provided.
When the control unit boosts power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply,
The high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, and the low voltage side zero switching element are off, and the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, and the low voltage side first. From the state where the switching element, the low voltage side second switching element, the low voltage side third switching element, and the low voltage side fourth switching element are on.
The voltage of the low voltage side zero switching element became 0V, and the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element were switched off. rear,
A bidirectional DC-DC converter device including a step of turning on the high-voltage side zero-th switching element at the first timing of turning on the high-voltage side first switching element and the high-voltage side fourth switching element. Control method.
請求項7記載の双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフである状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子および前記低圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法。
In the control method of the bidirectional DC-DC converter device according to claim 7.
When the control unit boosts power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply, further
After the first timing, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first switching element, the low voltage side second switching element, the low voltage side third switching element, and the low voltage side. From the state where the fourth switching element is on, the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, and the low voltage side zero switching element are off.
After switching off the high-voltage side first switching element, the high-voltage side fourth switching element, the low-voltage side first switching element, and the low-voltage side fourth switching element,
It is characterized by including a step of switching on the high-voltage side zero switching element and the low-voltage side zero switching element at the second timing of switching the high-voltage side second switching element and the high-voltage side third switching element on. A method of controlling a bidirectional DC-DC converter device.
請求項8記載の請求項1記載の双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子がオフである状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が0Vになったことを受け、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替えた後、前記高圧側第零スイッチング素子をオフに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法。
The control method for the bidirectional DC-DC converter device according to claim 1, according to claim 8.
When the control unit boosts power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply, further
After the first timing Before the second timing, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first switching element, and the low voltage side fourth switching element are on, and the high voltage side first. (Ii) From a state in which the switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side zero switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element are off.
In response to the voltage of the low voltage side second switching element and the low voltage side third switching element becoming 0V, after switching on the low voltage side second switching element and the low voltage side third switching element, the high voltage A control method for a bidirectional DC-DC converter device, comprising the step of switching the side zeroth switching element off.
高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第1のスイッチング回路と、
前記高圧側直流電源と前記第1のスイッチング回路の直流端子との間に介在されるDCリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第2のスイッチング回路と、
前記第1のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された1次巻線と前記第2のスイッチング回路の交流端子間に接続された2次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第1のスイッチング回路及び前記第2のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記DCリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、
前記DCリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記第1のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第2のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が0Vになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法。
A first switching circuit that performs rectification processing according to the switching operation of a plurality of switching elements with body diodes connected in parallel to the high-voltage side DC power supply.
A DC link switch interposed between the high-voltage side DC power supply and the DC terminal of the first switching circuit,
A second switching circuit that performs rectification processing according to the switching operation of multiple switching elements with body diodes including smoothing capacitors connected in parallel with a smoothing inductor interposed in the low-voltage side DC power supply.
Insulation that magnetically couples the primary winding connected by interposing a resonance choke coil between the AC terminals of the first switching circuit and the secondary winding connected between the AC terminals of the second switching circuit. With a transformer
A bidirectional DC-DC converter device including a control unit that controls the switching operation in the first switching circuit and the second switching circuit, and also controls on / off of the switching element of the DC link switch. In the control method of
The DC link switch includes a first diode inserted in series so that the cathode faces the positive electrode of the high-voltage side DC power supply, a high-voltage side first zero switching element connected in parallel to the first diode, and a high-voltage cathode. A second diode inserted in series so as to face the positive electrode of the side DC power supply and a high-voltage side second zero switching element connected in parallel to the second diode are provided.
The first switching circuit is diagonal to the high-pressure side first switching element and the high-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. A high-pressure side second switching element and a high-pressure side third switching element, which are the other pair of switching elements arranged in the direction, are provided.
The second switching circuit is diagonal to a low-pressure side first switching element and a low-pressure side fourth switching element, which are one pair of switching elements arranged diagonally as the plurality of switching elements with body diodes. The other pair of switching elements arranged in the direction, the low pressure side second switching element and the low pressure side third switching element, and the low pressure side first zero switching element and the low pressure side second connected in parallel to the smoothing capacitor. Equipped with a zeroth switching element
When the control unit boosts power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply,
The high-voltage side second switching element, the high-voltage side third switching element, the low-voltage side first switching element, the low-voltage side second switching element, the low-voltage side third switching element, and the low-voltage side fourth switching element are turned on. From the state where the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element , the low voltage side first zero switching element, and the low voltage side second zero switching element are off.
The voltage of the low voltage side second zero switching element becomes 0V, and the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element are turned off. After switching
The step includes a step of turning on the high-voltage side second zero switching element at the first timing of switching the high-voltage side first switching element, the high-voltage side fourth switching element, and the low-voltage side second zero switching element on. A control method for a bidirectional DC-DC converter device, characterized in that.
請求項10記載の双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一第零スイッチング素子、前記高圧側第二第零スイッチング素子、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子および前記低圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法。
In the control method of the bidirectional DC-DC converter device according to claim 10.
When the control unit boosts power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply, further
After the first timing, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side first switching element, the low voltage side second switching element, the low voltage side third switching element, the low voltage side first. (Iv) The switching element is on, the high voltage side first zero switching element, the high voltage side second zero switching element, the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side first zero switching. From the state where the element and the second zero switching element on the low voltage side are off
After switching off the high-voltage side first switching element, the high-voltage side fourth switching element, the low-voltage side first switching element, and the low-voltage side fourth switching element,
The step includes a step of turning on the high-voltage side first zero switching element at the second timing of switching the high-voltage side second switching element, the high-voltage side third switching element, and the low-voltage side first zero switching element on. A control method for a bidirectional DC-DC converter device, characterized in that.
請求項11記載の双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法において、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第二第零スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が0Vになったことを受け、前記低圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替え、続いて前記高圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向DC‐DCコンバータ装置の制御方法。
In the control method of the bidirectional DC-DC converter device according to claim 11,
When the control unit boosts power from the low-voltage side DC power supply to the high-voltage side DC power supply,
After the first timing Before the second timing, the high voltage side first switching element, the high voltage side fourth switching element, the low voltage side second zero switching element, the low voltage side first switching element, the low voltage side fourth A state in which the switching element is on, the high voltage side second switching element, the high voltage side third switching element, the low voltage side first zero switching element, the low voltage side second switching element, and the low voltage side third switching element are off. From
In response to the voltage of the low voltage side second switching element and the low voltage side third switching element becoming 0V, after switching the low voltage side second zero switching element off, the low voltage side second switching element and the low voltage side second switching element and A method for controlling a bidirectional DC-DC converter device, comprising a step of switching the low-voltage side third switching element on and then switching the high-voltage side second zero switching element off.
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JP5575731B2 (en) * 2011-11-17 2014-08-20 株式会社日立情報通信エンジニアリング Power supply device and control method of power supply device
JP6111970B2 (en) * 2013-10-11 2017-04-12 株式会社デンソー Power converter control method
EP2924863A1 (en) * 2014-03-27 2015-09-30 Kone Corporation A bidirectional switched mode power supply

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