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JP7503766B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description

本発明は、DC/DCコンバータを備える電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device equipped with a DC/DC converter.

太陽電池、蓄電池、燃料電池などに接続されるパワーコンディショナでは、DC/DCコンバータとインバータが使用される。DC/DCコンバータとインバータは、高効率・小型・低コストが望まれる。それを実現するためのDC/DCコンバータとして、リアクトルの後段に、スイッチトキャパシタ回路(直列接続された4つのスイッチング素子と、直列接続された2つのキャパシタを負荷に対して並列接続して構成される)を接続した電力変換装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 DC/DC converters and inverters are used in power conditioners connected to solar cells, storage batteries, fuel cells, etc. DC/DC converters and inverters are desired to be highly efficient, compact, and low cost. As a DC/DC converter to achieve this, a power conversion device has been disclosed in which a switched capacitor circuit (composed of four switching elements connected in series and two capacitors connected in series connected in parallel to the load) is connected to the rear of a reactor (see, for example, Patent Document 1).

この電力変換装置では、パワーデバイスに印加される電圧を負荷電圧の半分にすることで、スイッチング素子の耐圧を下げることができ、低オン抵抗のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)や、低飽和電圧VsatのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の採用を可能としている。これらのスイッチング素子を採用した場合、高効率化につながる。 In this power conversion device, the voltage applied to the power device is half the load voltage, which allows the withstand voltage of the switching elements to be lowered, making it possible to use low on-resistance metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) and insulated gate bipolar transistors (IGBTs) with a low saturation voltage Vsat . The use of these switching elements leads to high efficiency.

特開2010-4726号公報JP 2010-4726 A

しかしながら、例えば、電力系統に接続されるパワーコンディショナにおいては、漏洩電流を抑制することが法規的に定められている。またコモンモードノイズの低減も必要になる。上述した電力変換装置では、スイッチトキャパシタ回路内の2つのキャパシタを充電するスイッチングパターンの時に、漏洩電流やコモンモードノイズが発生しやすい。 However, for example, in power conditioners connected to a power grid, it is required by law to suppress leakage current. It is also necessary to reduce common mode noise. In the power conversion device described above, leakage current and common mode noise are likely to occur during the switching pattern in which the two capacitors in the switched capacitor circuit are charged.

そこで、漏洩電流やコモンモードノイズが発生しにくいような、回路構成やスイッチングパターンが望まれる。漏洩電流やコモンモードノイズを低減できれば、それらを抑制する対策部品を減らすことができるため、高効率・小型・低コストにつながる。 Therefore, it is desirable to have a circuit configuration and switching pattern that is less likely to generate leakage current and common mode noise. If leakage current and common mode noise can be reduced, the number of countermeasure components required to suppress them can be reduced, leading to high efficiency, compact size, and low cost.

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、高効率・小型・低コストな電力変換装置を提供することにある。 This disclosure has been made in light of these circumstances, and its purpose is to provide a highly efficient, compact, and low-cost power conversion device.

上記課題を解決するために、本開示のある態様の電力変換装置は、高圧側直流部と並列に直列接続された第1フライングキャパシタ回路及び第2フライングキャパシタ回路と、低圧側直流部の正側端子と、前記第1フライングキャパシタ回路の中点間に接続された第1リアクトルと、前記低圧側直流部の負側端子と、前記第2フライングキャパシタ回路の中点間に接続された第2リアクトルと、を備える。前記第1フライングキャパシタ回路と前記第2フライングキャパシタ回路との間の接続点は、前記高圧側直流部の中間電位点に接続される。 In order to solve the above problem, a power conversion device according to one aspect of the present disclosure includes a first flying capacitor circuit and a second flying capacitor circuit connected in series in parallel with a high-voltage side DC section, a positive terminal of a low-voltage side DC section and a first reactor connected between the midpoints of the first flying capacitor circuit, and a negative terminal of the low-voltage side DC section and a second reactor connected between the midpoints of the second flying capacitor circuit. The connection point between the first flying capacitor circuit and the second flying capacitor circuit is connected to the intermediate potential point of the high-voltage side DC section.

本開示によれば、高効率・小型・低コストな電力変換装置を実現することができる。 This disclosure makes it possible to realize a highly efficient, compact, and low-cost power conversion device.

実施の形態1に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。1 is a diagram for explaining a configuration of a power conversion device according to a first embodiment; 実施の形態1に係る電力変換装置の第1スイッチング素子-第8スイッチング素子のスイッチングパターンをまとめた図である。11 is a diagram summarizing switching patterns of the first switching element to the eighth switching element of the power conversion device according to the first embodiment. FIG. 図3(a)-(d)は、昇圧動作時の各スイッチングパターンの電流経路を示す回路図である。3(a) to 3(d) are circuit diagrams showing current paths for each switching pattern during boost operation. 図4(a)-(d)は、降圧動作時の各スイッチングパターンの電流経路を示す回路図である。4(a) to 4(d) are circuit diagrams showing current paths for each switching pattern during step-down operation. 昇圧比が2倍より大きい場合の第1スイッチング素子-第8スイッチング素子のスイッチングパターンの一例を示すタイミングチャートである。11 is a timing chart showing an example of a switching pattern of a first switching element-an eighth switching element when a boost ratio is greater than two. 昇圧比が2倍より小さい場合の第1スイッチング素子-第8スイッチング素子のスイッチングパターンの一例を示すタイミングチャートである。11 is a timing chart showing an example of a switching pattern of a first switching element-an eighth switching element when a boost ratio is smaller than two. 実施の形態1の応用例に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。1 is a diagram for explaining a configuration of a power conversion device according to an application example of the first embodiment. FIG. 実施の形態2に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of a power conversion device according to a second embodiment. 実施の形態2の応用例に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。13 is a diagram for explaining the configuration of a power conversion device according to an application example of embodiment 2. FIG. 図10(a)-(c)は、フライングキャパシタ回路の構成例を示す図である。10A to 10C are diagrams showing configuration examples of flying capacitor circuits. N(Nは自然数)段のフライングキャパシタ回路を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a flying capacitor circuit having N stages (N is a natural number). 変形例1に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration of a power conversion device according to a first modified example. 変形例2に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of a power conversion device according to Modification 2.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置3の構成を説明するための図である。実施の形態1に係る電力変換装置3は、双方向の昇降圧DC/DCコンバータである。電力変換装置3は、第2直流電源2から供給される直流電力を昇圧して第1直流電源1に供給することができる。また電力変換装置3は、第1直流電源1から供給される直流電力を降圧して第2直流電源2に供給することができる。本明細書では、第2直流電源2が第1直流電源1より低圧な電源であることを前提とする。
(Embodiment 1)
1 is a diagram for explaining the configuration of a power conversion device 3 according to the first embodiment. The power conversion device 3 according to the first embodiment is a bidirectional step-up/step-down DC/DC converter. The power conversion device 3 can step up the DC power supplied from the second DC power source 2 and supply it to the first DC power source 1. The power conversion device 3 can also step down the DC power supplied from the first DC power source 1 and supply it to the second DC power source 2. In this specification, it is assumed that the second DC power source 2 is a power source with a lower voltage than the first DC power source 1.

第2直流電源2は例えば、蓄電池、電気二重層コンデンサなどが該当する。第1直流電源1は例えば、双方向DC/ACインバータが接続された直流バスなどが該当する。当該双方向DC/ACインバータの交流側は、蓄電システムの用途では商用電力系統と交流負荷に接続される。電気自動車の用途ではモータ(回生機能あり)に接続される。蓄電システムの用途では当該直流バスに、太陽電池用のDC/DCコンバータや、他の蓄電池用のDC/DCコンバータがさらに接続されていてもよい。 The second DC power source 2 may be, for example, a storage battery or an electric double-layer capacitor. The first DC power source 1 may be, for example, a DC bus to which a bidirectional DC/AC inverter is connected. In a power storage system application, the AC side of the bidirectional DC/AC inverter is connected to a commercial power system and an AC load. In an electric vehicle application, it is connected to a motor (with regenerative function). In a power storage system application, a DC/DC converter for a solar cell or a DC/DC converter for another storage battery may be further connected to the DC bus.

第2直流電源2の正側ラインとアースとの間に第1のYコンデンサC6が接続され、第2直流電源2の負側ラインとアースとの間に第2のYコンデンサC7が接続される。第1のYコンデンサC6及び第2のYコンデンサC7は、コモンモードノイズをアースに流して、コモンモードノイズを低減する作用を有する。なお第2直流電源2の中には太陽光パネルのように、対地間に寄生容量を持つものもあり、当該寄生容量もコモンモードノイズを低減する作用を有する。 A first Y capacitor C6 is connected between the positive line of the second DC power supply 2 and the earth, and a second Y capacitor C7 is connected between the negative line of the second DC power supply 2 and the earth. The first Y capacitor C6 and the second Y capacitor C7 have the effect of reducing common mode noise by passing the common mode noise to the earth. Note that some second DC power supplies 2, such as solar panels, have parasitic capacitance to the earth, and this parasitic capacitance also has the effect of reducing common mode noise.

実施の形態1に係る電力変換装置3は、DC/DC変換部30及び制御部40を備える。DC/DC変換部30は、入力コンデンサC5、第1リアクトルL1、第2リアクトルL2、第1フライングキャパシタ回路31、第2フライングキャパシタ回路32、第1分割コンデンサC3及び第2分割コンデンサC4を含む。 The power conversion device 3 according to the first embodiment includes a DC/DC conversion unit 30 and a control unit 40. The DC/DC conversion unit 30 includes an input capacitor C5, a first reactor L1, a second reactor L2, a first flying capacitor circuit 31, a second flying capacitor circuit 32, a first dividing capacitor C3, and a second dividing capacitor C4.

第2直流電源2と並列に入力コンデンサC5が接続される。第1直流電源1の正側バスと負側バスの間に、第1分割コンデンサC3及び第2分割コンデンサC4が直列に接続される。第1分割コンデンサC3及び第2分割コンデンサC4は、第1直流電源1の電圧Eを1/2に分圧する作用、DC/DC変換部30内で発生するサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサとしての作用を有する。本明細書では、入力コンデンサC5より前段の構成を低圧直流部と呼び、第1分割コンデンサC3及び第2分割コンデンサC4より後段の構成を高圧直流部と呼ぶ。 An input capacitor C5 is connected in parallel with the second DC power supply 2. A first dividing capacitor C3 and a second dividing capacitor C4 are connected in series between the positive bus and the negative bus of the first DC power supply 1. The first dividing capacitor C3 and the second dividing capacitor C4 divide the voltage E of the first DC power supply 1 in half and act as snubber capacitors to suppress surge voltages generated within the DC/DC conversion unit 30. In this specification, the configuration preceding the input capacitor C5 is called the low-voltage DC section, and the configuration following the first dividing capacitor C3 and the second dividing capacitor C4 is called the high-voltage DC section.

第1フライングキャパシタ回路31及び第2フライングキャパシタ回路32は、高圧側直流部と並列に直列接続される。第1リアクトルL1は、低圧側直流部の正側端子と、第1フライングキャパシタ回路31の中点間に直列に接続される。第2リアクトルL2は、低圧側直流部の負側端子と、第2フライングキャパシタ回路32の中点間に直列に接続される。本実施の形態では、第1リアクトルL1と第2リアクトルL2に、同一仕様のリアクトルを使用する。第1フライングキャパシタ回路31と第2フライングキャパシタ回路32との間の接続点は、高圧側直流部の中間電位点M(第1分割コンデンサC3と第2分割コンデンサC4の分圧点)に接続される。 The first flying capacitor circuit 31 and the second flying capacitor circuit 32 are connected in series in parallel with the high-voltage side DC section. The first reactor L1 is connected in series between the positive terminal of the low-voltage side DC section and the midpoint of the first flying capacitor circuit 31. The second reactor L2 is connected in series between the negative terminal of the low-voltage side DC section and the midpoint of the second flying capacitor circuit 32. In this embodiment, reactors of the same specifications are used for the first reactor L1 and the second reactor L2. The connection point between the first flying capacitor circuit 31 and the second flying capacitor circuit 32 is connected to the intermediate potential point M of the high-voltage side DC section (the voltage division point of the first dividing capacitor C3 and the second dividing capacitor C4).

第1フライングキャパシタ回路31は、第1スイッチング素子S1、第2スイッチング素子S2、第3スイッチング素子S3、第4スイッチング素子S4及び第1フライングキャパシタC1を含む。第1スイッチング素子S1、第2スイッチング素子S2、第3スイッチング素子S3及び第4スイッチング素子S4は直列接続され、高圧直流部の正側バスと中間電位点Mの間に接続される。第1フライングキャパシタC1は、第1スイッチング素子S1と第2スイッチング素子S2との接続点と、第3スイッチング素子S3と第4スイッチング素子S4との接続点との間に接続され、第1スイッチング素子S1-第4スイッチング素子S4により充放電される。 The first flying capacitor circuit 31 includes a first switching element S1, a second switching element S2, a third switching element S3, a fourth switching element S4, and a first flying capacitor C1. The first switching element S1, the second switching element S2, the third switching element S3, and the fourth switching element S4 are connected in series and connected between the positive side bus of the high voltage DC section and the intermediate potential point M. The first flying capacitor C1 is connected between the connection point between the first switching element S1 and the second switching element S2 and the connection point between the third switching element S3 and the fourth switching element S4, and is charged and discharged by the first switching element S1-fourth switching element S4.

第1フライングキャパシタ回路31の中点には、第1スイッチング素子S1の上側端子に印加される第1直流電源1の電圧E[V]と、第4スイッチング素子S4の下側端子に印加される1/2E[V]の間の範囲の電位が生成される。第1フライングキャパシタC1は1/4E[V]の電圧になるように初期充電(プリチャージ)され、1/4E[V]の電圧を中心として充放電が繰り返される。従って、第1フライングキャパシタ回路31の中点には、概ね、E[V]、3/4E[V]、1/2E[V]の3レベルの電位が生成される。 At the midpoint of the first flying capacitor circuit 31, a potential is generated in the range between the voltage E [V] of the first DC power supply 1 applied to the upper terminal of the first switching element S1 and 1/2E [V] applied to the lower terminal of the fourth switching element S4. The first flying capacitor C1 is initially charged (precharged) to a voltage of 1/4E [V], and charging and discharging are repeated with the voltage of 1/4E [V] at the center. Therefore, three levels of potential, roughly E [V], 3/4E [V], and 1/2E [V], are generated at the midpoint of the first flying capacitor circuit 31.

第2フライングキャパシタ回路32は、第5スイッチング素子S5、第6スイッチング素子S6、第7スイッチング素子S7、第8スイッチング素子S8及び第2フライングキャパシタC2を含む。第5スイッチング素子S5、第6スイッチング素子S6、第7スイッチング素子S7及び第8スイッチング素子S8は直列接続され、高圧直流部の中間電位点Mと負側バスの間に接続される。第2フライングキャパシタC2は、第5スイッチング素子S5と第6スイッチング素子S6との接続点と、第7スイッチング素子S7と第8スイッチング素子S8との接続点との間に接続され、第5スイッチング素子S5-第8スイッチング素子S8により充放電される。 The second flying capacitor circuit 32 includes a fifth switching element S5, a sixth switching element S6, a seventh switching element S7, an eighth switching element S8, and a second flying capacitor C2. The fifth switching element S5, the sixth switching element S6, the seventh switching element S7, and the eighth switching element S8 are connected in series and connected between the intermediate potential point M of the high voltage DC section and the negative bus. The second flying capacitor C2 is connected between the connection point between the fifth switching element S5 and the sixth switching element S6 and the connection point between the seventh switching element S7 and the eighth switching element S8, and is charged and discharged by the fifth switching element S5-eighth switching element S8.

第2フライングキャパシタ回路32の中点には、第5スイッチング素子S5の上側端子に印加される1/2E[V]と、第8スイッチング素子S8の下側端子に印加される0[V]の間の範囲の電位が生成される。第2フライングキャパシタC2は1/4E[V]の電圧になるように初期充電(プリチャージ)され、1/4E[V]の電圧を中心として充放電が繰り返される。従って、第2フライングキャパシタ回路32の中点には、概ね、1/2E[V]、1/4E[V]、0[V]の3レベルの電位が生成される。 At the midpoint of the second flying capacitor circuit 32, a potential is generated in the range between 1/2E [V] applied to the upper terminal of the fifth switching element S5 and 0 [V] applied to the lower terminal of the eighth switching element S8. The second flying capacitor C2 is initially charged (precharged) to a voltage of 1/4E [V], and charging and discharging are repeated with the voltage of 1/4E [V] at the center. Therefore, three levels of potential, roughly 1/2E [V], 1/4E [V], and 0 [V], are generated at the midpoint of the second flying capacitor circuit 32.

第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8にはそれぞれ、第1ダイオードD1-第8ダイオードD8が逆並列に形成/接続される。 The first diode D1 to the eighth diode D8 are formed/connected in anti-parallel to the first switching element S1 to the eighth switching element S8, respectively.

第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8には、第1直流電源1及び第2直流電源2の電圧より低い耐圧のスイッチング素子が使用されることが好ましい。以下、本実施の形態では第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8に、150V耐圧のNチャネルMOSFETを使用する例を想定する。NチャネルMOSFETでは、ソースからドレイン方向に寄生ダイオードが形成される。 For the first switching element S1 to the eighth switching element S8, it is preferable to use switching elements with a lower withstand voltage than the voltage of the first DC power supply 1 and the second DC power supply 2. In the following embodiment, an example is assumed in which an N-channel MOSFET with a withstand voltage of 150 V is used for the first switching element S1 to the eighth switching element S8. In an N-channel MOSFET, a parasitic diode is formed from the source to the drain.

なお、第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8にIGBTやバイポーラトランジスタを使用してもよい。その場合、第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8に寄生ダイオードは形成されず、第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8にそれぞれ外付けダイオードが逆並列に接続される。 Note that IGBTs or bipolar transistors may be used for the first switching element S1 to the eighth switching element S8. In that case, no parasitic diodes are formed in the first switching element S1 to the eighth switching element S8, and external diodes are connected in inverse parallel to the first switching element S1 to the eighth switching element S8, respectively.

図1には示していないが、低圧直流部の両端電圧を検出する第1電圧センサ、第1リアクトルL1又は第2リアクトルL2に流れる電流を検出する電流センサ、及び高圧直流部の両端電圧を検出する第2電圧センサが設けられ、それぞれの計測値が制御部40に出力される。 Although not shown in FIG. 1, a first voltage sensor that detects the voltage across the low-voltage DC section, a current sensor that detects the current flowing through the first reactor L1 or the second reactor L2, and a second voltage sensor that detects the voltage across the high-voltage DC section are provided, and the respective measured values are output to the control unit 40.

制御部40は、第1フライングキャパシタ回路31及び第2フライングキャパシタ回路32を制御して、低圧側直流部から高圧側直流部へ昇圧動作で直流電力を伝送することができる。また高圧側直流部から低圧側直流部へ降圧動作で直流電力を伝送することができる。より具体的には制御部40は、第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8のゲート端子に駆動信号(PWM(Pulse Width Modulation)信号)を供給することにより、第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8をオン/オフ制御して、昇圧動作または降圧動作で、双方向に電力を伝送することができる。 The control unit 40 controls the first flying capacitor circuit 31 and the second flying capacitor circuit 32 to transmit DC power from the low-voltage side DC section to the high-voltage side DC section by step-up operation. It can also transmit DC power from the high-voltage side DC section to the low-voltage side DC section by step-down operation. More specifically, the control unit 40 supplies a drive signal (PWM (Pulse Width Modulation) signal) to the gate terminals of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 to control the on/off of the first switching element S1 to the eighth switching element S8, thereby transmitting power in both directions by step-up operation or step-down operation.

制御部40の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、又はハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、DSP、ROM、RAM、FPGA、ASIC、その他のLSIを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。 The configuration of the control unit 40 can be realized by a combination of hardware and software resources, or by hardware resources alone. Analog elements, microcomputers, DSPs, ROMs, RAMs, FPGAs, ASICs, and other LSIs can be used as hardware resources. Programs such as firmware can be used as software resources.

図2は、実施の形態1に係る電力変換装置3の第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8のスイッチングパターンをまとめた図である。図2に示すスイッチングパターンでは、第1スイッチング素子S1及び第8スイッチング素子S8の組と、第4スイッチング素子S4及び第5スイッチング素子S5の組とが相補関係となる。また第2スイッチング素子S2及び第7スイッチング素子S7の組と、第3スイッチング素子S3及び第6スイッチング素子S6の組とが相補関係となる。 Figure 2 is a diagram summarizing the switching patterns of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 of the power conversion device 3 according to the first embodiment. In the switching patterns shown in Figure 2, the pair of the first switching element S1 and the eighth switching element S8 is complementary to the pair of the fourth switching element S4 and the fifth switching element S5. Also, the pair of the second switching element S2 and the seventh switching element S7 is complementary to the pair of the third switching element S3 and the sixth switching element S6.

制御部40は、4つのモードを使用して昇圧動作または降圧動作を実行する。
モードaでは制御部40は、第2スイッチング素子S2、第4スイッチング素子S4、第5スイッチング素子S5及び第7スイッチング素子S7をオン状態、並びに第1スイッチング素子S1、第3スイッチング素子S3、第6スイッチング素子S6及び第8スイッチング素子S8をオフ状態に制御する。モードaでは、第1フライングキャパシタ回路31の中点と第2フライングキャパシタ回路32の中点間の電圧(即ち、低圧側の入出力電圧V)は1/2Eとなる。
The control unit 40 executes the voltage step-up operation or the voltage step-down operation using four modes.
In mode a, the control unit 40 controls the second switching element S2, the fourth switching element S4, the fifth switching element S5, and the seventh switching element S7 to be in the on state, and the first switching element S1, the third switching element S3, the sixth switching element S6, and the eighth switching element S8 to be in the off state. In mode a, the voltage between the midpoint of the first flying capacitor circuit 31 and the midpoint of the second flying capacitor circuit 32 (i.e., the input/output voltage VL on the low-voltage side) becomes 1/2E.

モードbでは制御部40は、第1スイッチング素子S1、第3スイッチング素子S3、第6スイッチング素子S6及び第8スイッチング素子S8をオン状態 並びに第2スイッチング素子S2、第4スイッチング素子S4、第5スイッチング素子S5及び第7スイッチング素子S7をオフ状態に制御する。モードbでは、第1フライングキャパシタ回路31と第2フライングキャパシタ回路32の低圧側の入出力電圧Vは1/2Eとなる。 In mode b, the control unit 40 controls the first switching element S1, the third switching element S3, the sixth switching element S6, and the eighth switching element S8 to be in the ON state, and the second switching element S2, the fourth switching element S4, the fifth switching element S5, and the seventh switching element S7 to be in the OFF state. In mode b, the input/output voltage VL on the low-voltage side of the first flying capacitor circuit 31 and the second flying capacitor circuit 32 becomes 1/2E.

モードcでは制御部40は、第1スイッチング素子S1、第2スイッチング素子S2、第7スイッチング素子S7及び第8スイッチング素子S8をオン状態 並びに第3スイッチング素子S3、第4スイッチング素子S4、第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6をオフ状態に制御する。モードcでは、第1フライングキャパシタ回路31と第2フライングキャパシタ回路32の低圧側の入出力電圧VはEとなる。 In mode c, the control unit 40 controls the first switching element S1, the second switching element S2, the seventh switching element S7, and the eighth switching element S8 to be in the ON state, and the third switching element S3, the fourth switching element S4, the fifth switching element S5, and the sixth switching element S6 to be in the OFF state. In mode c, the input/output voltage VL on the low-voltage side of the first flying capacitor circuit 31 and the second flying capacitor circuit 32 becomes E.

モードdでは制御部40は、第3スイッチング素子S3、第4スイッチング素子S4、第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6をオン状態 並びに第1スイッチング素子S1、第2スイッチング素子S2、第7スイッチング素子S7及び第8スイッチング素子S8をオフ状態に制御する。モードdでは、第1フライングキャパシタ回路31と第2フライングキャパシタ回路32の低圧側の入出力電圧Vは0となる。 In mode d, the control unit 40 controls the third switching element S3, the fourth switching element S4, the fifth switching element S5, and the sixth switching element S6 to be in the ON state, and the first switching element S1, the second switching element S2, the seventh switching element S7, and the eighth switching element S8 to be in the OFF state. In mode d, the input/output voltage VL on the low-voltage side of the first flying capacitor circuit 31 and the second flying capacitor circuit 32 becomes 0.

図3(a)-(d)は、昇圧動作時の各スイッチングパターンの電流経路を示す回路図である。図4(a)-(d)は、降圧動作時の各スイッチングパターンの電流経路を示す回路図である。なお、図面の簡略化のためMOSFETを単純なスイッチ記号で描いている。 Figures 3(a)-(d) are circuit diagrams showing the current paths of each switching pattern during boost operation. Figures 4(a)-(d) are circuit diagrams showing the current paths of each switching pattern during buck operation. Note that to simplify the drawings, MOSFETs are depicted with simple switch symbols.

図3(a)は昇圧動作時のモードaの電流経路を示し、図3(b)は昇圧動作時のモードbの電流経路を示し、図3(c)は昇圧動作時のモードcの電流経路を示し、図3(d)は昇圧動作時のモードdの電流経路を示している。同様に、図4(a)は降圧動作時のモードaの電流経路を示し、図4(b)は降圧動作時のモードbの電流経路を示し、図4(c)は降圧動作時のモードcの電流経路を示し、図4(d)は降圧動作時のモードdの電流経路を示している。 Figure 3(a) shows the current path in mode a during boost operation, Figure 3(b) shows the current path in mode b during boost operation, Figure 3(c) shows the current path in mode c during boost operation, and Figure 3(d) shows the current path in mode d during boost operation. Similarly, Figure 4(a) shows the current path in mode a during buck operation, Figure 4(b) shows the current path in mode b during buck operation, Figure 4(c) shows the current path in mode c during buck operation, and Figure 4(d) shows the current path in mode d during buck operation.

昇圧動作時と降圧動作時とで電流の向きが反対になる。モードaにおいて、図3(a)に示すように昇圧動作時は第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2が充電動作となるが、図4(a)に示すように降圧動作時は第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2が放電動作となる。モードbにおいて、図3(b)に示すように昇圧動作時は第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2が放電動作となるが、図4(b)に示すように降圧動作時は第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2が充電動作となる。 The direction of the current is opposite during boost operation and step-down operation. In mode a, the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 are charging during boost operation as shown in FIG. 3(a), but the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 are discharging during step-down operation as shown in FIG. 4(a). In mode b, the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 are discharging during boost operation as shown in FIG. 3(b), but the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 are charging during step-down operation as shown in FIG. 4(b).

制御部40は低圧直流部から高圧直流部へ昇圧動作で電力を伝送する場合、正方向の電流指令値を設定し、第1リアクトルL1(第2リアクトルL2でもよい)に流れる電流の計測値が、当該正方向の電流指令値を維持するように第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8のデューティ比(オン時間)を制御する。反対に、制御部40は高圧直流部から低圧直流部へ降圧動作で電力を伝送する場合、負方向の電流指令値を設定し、第1リアクトルL1に流れる電流の計測値が、当該負方向の電流指令値を維持するように第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8のデューティ比(オン時間)を制御する。 When transmitting power from the low voltage DC section to the high voltage DC section by step-up operation, the control unit 40 sets a positive current command value and controls the duty ratio (on time) of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 so that the measured value of the current flowing through the first reactor L1 (which may be the second reactor L2) maintains the positive current command value. Conversely, when transmitting power from the high voltage DC section to the low voltage DC section by step-down operation, the control unit 40 sets a negative current command value and controls the duty ratio (on time) of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 so that the measured value of the current flowing through the first reactor L1 maintains the negative current command value.

また制御部40は、低圧側直流部の電圧と高圧側直流部の電圧との比率(以下、昇圧比で定義する)が設定値より小さい場合、モードa、モードb及びモードcを使用して電力を伝送する。また制御部40は、当該昇圧比が当該設定値より大きい場合、モードa、モードb及びモードdを使用して電力を伝送する。また制御部40は、当該昇圧比が当該設定値と一致する場合、モードa及びモードbを使用して電力を伝送する。 When the ratio between the voltage of the low-voltage side DC section and the voltage of the high-voltage side DC section (hereinafter defined as the step-up ratio) is smaller than a set value, the control unit 40 transmits power using modes a, b, and c. When the step-up ratio is larger than the set value, the control unit 40 transmits power using modes a, b, and d. When the step-up ratio matches the set value, the control unit 40 transmits power using modes a and b.

低圧側直流部の電圧と高圧側直流部の電圧は、それぞれ電圧センサにより計測される。上記設定値は、第1フライングキャパシタC1の電圧と第2フライングキャパシタC2の電圧の合計電圧1/2Eと、第1直流電源1の電圧Eとの比率に応じて設定される。本実施の形態では上記設定値は2に設定される。なお、低圧側直流部の電圧と高圧側直流部の電圧との比率を降圧比で定義する場合、上記設定値は1/2に設定される。 The voltage of the low-voltage side DC section and the voltage of the high-voltage side DC section are measured by voltage sensors. The above set value is set according to the ratio of the total voltage 1/2E of the voltages of the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 to the voltage E of the first DC power source 1. In this embodiment, the above set value is set to 2. Note that when the ratio of the voltage of the low-voltage side DC section and the voltage of the high-voltage side DC section is defined as a step-down ratio, the above set value is set to 1/2.

制御部40は、電流指令値と第1リアクトルL1に流れる電流の計測値とが一致し、かつ第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2の電圧がそれぞれ1/4Eになるようにデューティ比を生成する。具体的には制御部40は、第1リアクトルL1に流れる電流が電流指令値に対して小さいほどデューティ比を上昇させ、大きいほどデューティ比を低下させる。 The control unit 40 generates a duty ratio so that the current command value matches the measured value of the current flowing through the first reactor L1 and the voltages of the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 are each 1/4E. Specifically, the control unit 40 increases the duty ratio as the current flowing through the first reactor L1 is smaller than the current command value, and decreases the duty ratio as the current flowing through the first reactor L1 is larger than the current command value.

図5は、昇圧比が2倍より大きい場合の第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8のスイッチングパターンの一例を示すタイミングチャートである。図6は、昇圧比が2倍より小さい場合の第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8のスイッチングパターンの一例を示すタイミングチャートである。図5及び図6に示す制御例は、ダブルキャリア駆動方式を使用した制御例を示している。ダブルキャリア駆動方式では、180°位相がずれた2つのキャリア信号(図5及び図6では三角波)を使用する。デューティ比dutyは2つのキャリア信号と比較される閾値となる。昇圧比が2倍より大きい場合、デューティ比dutyは0.5~1.0の範囲の値をとり、昇圧比が2倍より小さい場合、デューティ比dutyは0.0~0.5の範囲の値をとる。 Figure 5 is a timing chart showing an example of the switching pattern of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 when the step-up ratio is greater than 2. Figure 6 is a timing chart showing an example of the switching pattern of the first switching element S1 to the eighth switching element S8 when the step-up ratio is less than 2. The control examples shown in Figures 5 and 6 show a control example using a double carrier drive method. In the double carrier drive method, two carrier signals (triangular waves in Figures 5 and 6) that are 180 degrees out of phase with each other are used. The duty ratio duty is a threshold value that is compared with the two carrier signals. When the step-up ratio is greater than 2, the duty ratio duty takes a value in the range of 0.5 to 1.0, and when the step-up ratio is less than 2, the duty ratio duty takes a value in the range of 0.0 to 0.5.

太線のキャリア信号とデューティ比dutyの比較結果により、第1スイッチング素子S1及び第8スイッチング素子S8に供給する第1ゲート信号と、第4スイッチング素子S4及び第5スイッチング素子S5に供給する第4ゲート信号を生成する。具体的には太線のキャリア信号がデューティ比dutyより高い領域では、第1ゲート信号がオン及び第4ゲート信号がオフになる。太線のキャリア信号がデューティ比dutyより低い領域では、第1ゲート信号がオフ及び第4ゲート信号がオンになる。第1ゲート信号と第4ゲート信号は相補関係にある。なお、第1ゲート信号と第4ゲート信号のオン/オフが切り替わる際に、第1ゲート信号と第4ゲート信号が同時にオフになるデッドタイム期間が設定されている。 The first gate signal to be supplied to the first switching element S1 and the eighth switching element S8, and the fourth gate signal to be supplied to the fourth switching element S4 and the fifth switching element S5 are generated based on the result of comparing the thick carrier signal with the duty ratio (duty). Specifically, in the region where the thick carrier signal is higher than the duty ratio (duty), the first gate signal is on and the fourth gate signal is off. In the region where the thick carrier signal is lower than the duty ratio (duty), the first gate signal is off and the fourth gate signal is on. The first gate signal and the fourth gate signal are complementary. Note that when the first gate signal and the fourth gate signal switch on/off, a dead time period is set during which the first gate signal and the fourth gate signal are simultaneously off.

細線のキャリア信号とデューティ比dutyの比較結果により、第2スイッチング素子S2及び第7スイッチング素子S7に供給する第2ゲート信号と、第3スイッチング素子S3及び第6スイッチング素子S6に供給する第3ゲート信号を生成する。具体的には細線のキャリア信号がデューティ比dutyより高い領域では、第2ゲート信号がオン及び第3ゲート信号がオフになる。細線のキャリア信号がデューティ比dutyより低い領域では、第2ゲート信号がオフ及び第3ゲート信号がオンになる。第2ゲート信号と第3ゲート信号は相補関係にある。なお、第2ゲート信号と第3ゲート信号のオン/オフが切り替わる際に、第2ゲート信号と第3ゲート信号が同時にオフになるデッドタイム期間が設定されている。 Based on the comparison result between the carrier signal of the thin line and the duty ratio (duty), a second gate signal to be supplied to the second switching element S2 and the seventh switching element S7, and a third gate signal to be supplied to the third switching element S3 and the sixth switching element S6 are generated. Specifically, in an area where the carrier signal of the thin line is higher than the duty ratio (duty), the second gate signal is on and the third gate signal is off. In an area where the carrier signal of the thin line is lower than the duty ratio (duty), the second gate signal is off and the third gate signal is on. The second gate signal and the third gate signal are complementary. Note that when the second gate signal and the third gate signal are switched on/off, a dead time period is set during which the second gate signal and the third gate signal are simultaneously off.

昇圧比が2倍より大きい場合、制御部40はモードaとモードbを交互に切り替え、両者を切り替える間にモードdを挿入する。即ち制御部40は、モードa→モードd→モードb→モードd→モードa→モードd→モードb→モードd・・・の順にモードを切り替える。デューティ比dutyが変化しない間は、モードaとモードbの期間が等しくなり、第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2の電圧がそれぞれ1/4Eに保たれる。昇圧比が2倍より大きい場合、デューティ比dutyが上昇するほど、モードa及びモードbの期間に対するモードdの期間が長くなり、伝達されるエネルギー量が増大する。 When the boost ratio is greater than 2, the control unit 40 alternates between modes a and b, inserting mode d between the two. That is, the control unit 40 switches between modes in the following order: mode a → mode d → mode b → mode d → mode a → mode d → mode b → mode d... While the duty ratio does not change, the periods of mode a and mode b are equal, and the voltages of the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 are each maintained at 1/4E. When the boost ratio is greater than 2, the higher the duty ratio, the longer the period of mode d relative to the periods of mode a and mode b, and the amount of energy transmitted increases.

昇圧比が2倍より小さい場合、制御部40はモードaとモードbを交互に切り替え、両者を切り替える間にモードcを挿入する。即ち制御部40は、モードa→モードc→モードb→モードc→モードa→モードc→モードb→モードc・・・の順にモードを切り替える。デューティ比dutyが変化しない間は、モードaとモードbの期間が等しくなり、第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2の電圧がそれぞれ1/4Eに保たれる。昇圧比が2倍より小さい場合、デューティ比dutyが上昇するほど、モードa及びモードbの期間に対するモードcの期間が短くなり、伝達されるエネルギー量が増大する。 When the boost ratio is less than 2, the control unit 40 alternates between modes a and b, inserting mode c between the two. That is, the control unit 40 switches between modes in the following order: mode a → mode c → mode b → mode c → mode a → mode c → mode b → mode c... While the duty ratio (duty) does not change, the periods of mode a and mode b are equal, and the voltages of the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 are each maintained at 1/4E. When the boost ratio is less than 2, the higher the duty ratio (duty), the shorter the period of mode c relative to the periods of mode a and mode b, and the greater the amount of energy transmitted.

昇圧比が理想的に2倍を維持し、第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2の電圧がそれぞれ理想的に1/4Eを維持すれば、デューティ比dutyは0.5を維持する。 If the boost ratio is ideally maintained at 2x and the voltages of the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2 are ideally maintained at 1/4E, respectively, the duty ratio duty will be maintained at 0.5.

制御部40は、第1フライングキャパシタC1の電圧と第2フライングキャパシタC2の電圧の合計電圧が1/2Eを下回ると、モードa及びモードbの内、充電する方のモードの時間を増やして当該合計電圧を1/2Eに近づける。反対に制御部40は、第1フライングキャパシタC1の電圧と第2フライングキャパシタC2の電圧の合計電圧が1/2Eを上回ると、モードa及びモードbの内、放電する方のモードの時間を増やして当該合計電圧を1/2Eに近づける。 When the total voltage of the voltage of the first flying capacitor C1 and the voltage of the second flying capacitor C2 falls below 1/2E, the control unit 40 increases the time of the charging mode of mode a or mode b to bring the total voltage closer to 1/2E. Conversely, when the total voltage of the voltage of the first flying capacitor C1 and the voltage of the second flying capacitor C2 exceeds 1/2E, the control unit 40 increases the time of the discharging mode of mode a or mode b to bring the total voltage closer to 1/2E.

なお制御部40は、第1フライングキャパシタC1及び第2フライングキャパシタC2を使用せずに、モードcとモードdを交互に切り替えることにより、DC/DC変換部30に、通常の昇圧チョッパの動作をさせることも可能である。この場合、昇圧比による動作モードの切り替えは発生しない。 The control unit 40 can also cause the DC/DC conversion unit 30 to operate as a normal boost chopper by alternately switching between mode c and mode d without using the first flying capacitor C1 and the second flying capacitor C2. In this case, the operation mode is not switched according to the boost ratio.

図7は、実施の形態1の応用例に係る電力変換装置3の構成を説明するための図である。実施の形態1の応用例では、第1リアクトルL1と第2リアクトルL2を、コアを共通にした第1磁気結合リアクトルLc1で構成している。第1リアクトルL1と第2リアクトルL2の通電時に、相互に磁束を強め合う方向に閉磁路が形成されるように、第1リアクトルL1と第2リアクトルL2が共通のコアに設置される。図3(a)-(d)に示した昇圧動作時または図4(a)-(d)に示した降圧動作時に、第1リアクトルL1に流れる電流と第2リアクトルL2に流れる電流によって、相互に磁束を強め合うように相互インダクタンスが発生する。 Figure 7 is a diagram for explaining the configuration of the power conversion device 3 according to an application example of the first embodiment. In the application example of the first embodiment, the first reactor L1 and the second reactor L2 are configured as the first magnetic coupling reactor Lc1 with a common core. The first reactor L1 and the second reactor L2 are installed on a common core so that a closed magnetic circuit is formed in a direction in which the magnetic fluxes are mutually strengthened when the first reactor L1 and the second reactor L2 are energized. During the step-up operation shown in Figures 3(a)-(d) or the step-down operation shown in Figures 4(a)-(d), the current flowing through the first reactor L1 and the current flowing through the second reactor L2 generate mutual inductance so as to mutually strengthen the magnetic fluxes.

以上説明したように実施の形態1によれば、直列接続された第1フライングキャパシタ回路31及び第2フライングキャパシタ回路32を使用したDC/DC変換装置において、アース及び中点Mに対して上下対称の回路構成にすることで、漏洩電流とコモンモードノイズを低減できる。さらに、第1リアクトルL1と第2リアクトルL2を同一仕様にすることで、アースに対して第1のYコンデンサC6と第2のYコンデンサC7の電位を同じにすることができ、漏洩電流とコモンモードノイズを低減することができる。これにより、漏洩電流やコモンモードノイズ対策の部品を減らすことができ、DC/DC変換装置の高効率化・小型化・低コスト化を図ることができる。また第1リアクトルL1と第2リアクトルL2を同一仕様にすることで、量産効果が発生し、リアクトルの単価を下げることができる。 As described above, according to the first embodiment, in a DC/DC conversion device using the first flying capacitor circuit 31 and the second flying capacitor circuit 32 connected in series, the circuit configuration is symmetrical above and below with respect to the earth and the midpoint M, thereby reducing leakage current and common mode noise. Furthermore, by making the first reactor L1 and the second reactor L2 the same specifications, the potential of the first Y capacitor C6 and the second Y capacitor C7 with respect to the earth can be made the same, and leakage current and common mode noise can be reduced. This makes it possible to reduce the number of parts for preventing leakage current and common mode noise, and to achieve high efficiency, miniaturization, and cost reduction of the DC/DC conversion device. Furthermore, by making the first reactor L1 and the second reactor L2 the same specifications, mass production effects are generated, and the unit price of the reactor can be reduced.

また第1スイッチング素子S1-第8スイッチング素子S8に低耐圧のスイッチング素子(例えば、150V耐圧のMOSFET)を使用することができるため、スイッチング素子の導通損失を低減することができる。また低耐圧のスイッチング素子を使用することにより発熱が低減され、放熱部品を小型化することができる。また低耐圧のスイッチング素子を使用することにより、低スイッチングロスで高周波化できるため、受動部品も小型化することができる。 In addition, since low-voltage switching elements (e.g., MOSFETs with a voltage resistance of 150V) can be used for the first switching element S1 through the eighth switching element S8, the conduction loss of the switching elements can be reduced. Furthermore, the use of low-voltage switching elements reduces heat generation, allowing the heat dissipation components to be made smaller. Furthermore, the use of low-voltage switching elements allows for high frequencies with low switching loss, and passive components can also be made smaller.

また第1リアクトルL1と第2リアクトルL2を別体で構成せずに、昇圧動作時または降圧動作時に、内部の磁束を強め合うように第1磁気結合リアクトルLc1を構成すれば、リアクトルの小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。 In addition, if the first magnetic coupling reactor Lc1 is configured so that the internal magnetic flux is strengthened during voltage step-up or voltage step-down operation, rather than configuring the first reactor L1 and the second reactor L2 as separate bodies, the reactor can be made smaller, lighter, and less expensive.

(実施の形態2)
図8は、実施の形態2に係る電力変換装置3の構成を説明するための図である。実施の形態2に係る電力変換装置3は、DC/AC変換部35をさらに備える。DC/AC変換部35は、DCバスコンデンサC8、DC/ACインバータ36及び出力フィルタを含む。出力フィルタは、第3リアクトルL3、第4リアクトルL4及び出力コンデンサC9を含むLCフィルタである。
(Embodiment 2)
8 is a diagram for explaining the configuration of the power conversion device 3 according to the second embodiment. The power conversion device 3 according to the second embodiment further includes a DC/AC conversion unit 35. The DC/AC conversion unit 35 includes a DC bus capacitor C8, a DC/AC inverter 36, and an output filter. The output filter is an LC filter including a third reactor L3, a fourth reactor L4, and an output capacitor C9.

DC/AC変換部35の直流側は、直流バスを介してDC/DC変換部30と接続されている。当該直流バスにはDCバスコンデンサC8が接続され、直流バスの電圧が安定化されている。当該直流バスの電圧は、上記の高圧側直流部の電圧Eとなる。 The DC side of the DC/AC conversion unit 35 is connected to the DC/DC conversion unit 30 via a DC bus. A DC bus capacitor C8 is connected to the DC bus, and the voltage of the DC bus is stabilized. The voltage of the DC bus becomes the voltage E of the high-voltage side DC section described above.

DC/AC変換部35の交流側は、第1電圧線(U相)と中性線(O相)と第2電圧線(V相)の3線で単相3線式の系統4と接続されている。中性線(O相)はアースに接続されている。 The AC side of the DC/AC conversion unit 35 is connected to the single-phase three-wire system 4 via three wires: a first voltage wire (U phase), a neutral wire (O phase), and a second voltage wire (V phase). The neutral wire (O phase) is connected to earth.

単相3線式の系統4は、中性線(O相)により第1系統電源4a(例えば、AC100V)と第2系統電源4b(例えば、AC100V)に分圧されている。第1電圧線(U相)と中性線(O相)との間に第3のYコンデンサC10が接続され、中性線(O相)と第2電圧線(V相)との間に第4のYコンデンサC21が接続される。第3のYコンデンサC10及び第4のYコンデンサC20は、コモンモードノイズをアースに流して、コモンモードノイズを低減する作用を有する。 The single-phase three-wire system 4 is divided into a first system power supply 4a (e.g., AC 100V) and a second system power supply 4b (e.g., AC 100V) by the neutral line (O phase). A third Y capacitor C10 is connected between the first voltage line (U phase) and the neutral line (O phase), and a fourth Y capacitor C21 is connected between the neutral line (O phase) and the second voltage line (V phase). The third Y capacitor C10 and the fourth Y capacitor C20 have the effect of reducing common mode noise by passing the common mode noise to earth.

出力フィルタを構成する第3リアクトルL3は第1電圧線(U相)に挿入され、第4リアクトルL4は第2電圧線(V相)に挿入される。出力コンデンサC9は、第1電圧線(U相)と第2電圧線(V相)間に接続される。本実施の形態では、第3リアクトルL3、第4リアクトルL4、第1リアクトルL1及び第2リアクトルL2に同一仕様のリアクトルを使用する。 The third reactor L3 constituting the output filter is inserted in the first voltage line (U phase), and the fourth reactor L4 is inserted in the second voltage line (V phase). The output capacitor C9 is connected between the first voltage line (U phase) and the second voltage line (V phase). In this embodiment, reactors of the same specifications are used for the third reactor L3, the fourth reactor L4, the first reactor L1, and the second reactor L2.

DC/ACインバータ36は双方向インバータであり、DC/DC変換部30から直流バスを介して入力される直流電力を交流電力に変換する。出力フィルタは、DC/ACインバータ36から出力される電圧及び電流の高調波成分を減衰させ、系統4の正弦波に近づけて出力する。またDC/ACインバータ36は、系統4から出力フィルタを介して入力される交流電力を直流電力に変換して直流バスに出力する。 The DC/AC inverter 36 is a bidirectional inverter that converts the DC power input from the DC/DC conversion unit 30 via the DC bus into AC power. The output filter attenuates harmonic components of the voltage and current output from the DC/AC inverter 36, and outputs them closer to the sine wave of system 4. The DC/AC inverter 36 also converts the AC power input from system 4 via the output filter into DC power and outputs it to the DC bus.

図9は、実施の形態2の応用例に係る電力変換装置3の構成を説明するための図である。実施の形態2の応用例では、第3リアクトルL3と第4リアクトルL4を、コアを共通にした第2磁気結合リアクトルLc2で構成している。第3リアクトルL3と第4リアクトルL4の通電時に、相互に磁束を強め合う方向に閉磁路が形成されるように、第3リアクトルL3と第4リアクトルL4が共通のコアに設置される。実施の形態2では、DC/AC変換部35に含まれる第2磁気結合リアクトルLc2と、DC/DC変換部30に含まれる第1磁気結合リアクトルLc1に同一仕様の磁気結合リアクトルを使用する。 Figure 9 is a diagram for explaining the configuration of the power conversion device 3 according to an application example of the second embodiment. In the application example of the second embodiment, the third reactor L3 and the fourth reactor L4 are configured with the second magnetic coupling reactor Lc2 that shares a core. The third reactor L3 and the fourth reactor L4 are installed on a common core so that a closed magnetic circuit is formed in a direction in which the magnetic fluxes are mutually strengthened when the third reactor L3 and the fourth reactor L4 are energized. In the second embodiment, magnetic coupling reactors of the same specifications are used for the second magnetic coupling reactor Lc2 included in the DC/AC conversion unit 35 and the first magnetic coupling reactor Lc1 included in the DC/DC conversion unit 30.

以上説明したように実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、DC/DC変換部30に使用されるリアクトルと、DC/AC変換部35に使用されるリアクトルを共通化することで、量産効果がさらに大きくなり、リアクトルの単価をさらに下げることができる。 As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment are achieved. Furthermore, by standardizing the reactor used in the DC/DC conversion unit 30 and the reactor used in the DC/AC conversion unit 35, mass production efficiency is further increased, and the unit price of the reactor can be further reduced.

以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. The embodiments are merely examples, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible in the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present disclosure.

上記実施の形態1、2では、フライングキャパシタ回路の構成例として、直列接続された4つのスイッチング素子と、1つのフライングキャパシタを使用する1段のフライングキャパシタ回路を例に挙げた。この点、さらに段数を増やしたフライングキャパシタ回路を使用することもできる。 In the above-mentioned first and second embodiments, a one-stage flying capacitor circuit using four switching elements connected in series and one flying capacitor is given as an example of a configuration of a flying capacitor circuit. In this regard, a flying capacitor circuit with more stages can also be used.

図10(a)-(c)は、フライングキャパシタ回路の構成例を示す図である。図10(a)は1段のフライングキャパシタ回路を示す。図10(a)に示すフライングキャパシタ回路は、上記実施の形態1、2で説明した回路構成と同様である。 Figures 10(a)-(c) are diagrams showing configuration examples of a flying capacitor circuit. Figure 10(a) shows a one-stage flying capacitor circuit. The flying capacitor circuit shown in Figure 10(a) has the same circuit configuration as that described in the first and second embodiments above.

図10(b)は2段のフライングキャパシタ回路を示す。2段のフライングキャパシタ回路では、直列接続された6つのスイッチング素子S12、S1、S2、S3、S4、S42と、2つのフライングキャパシタC11、C12を備える。1番内側のフライングキャパシタC11は、2つのスイッチング素子S2、S3に対して並列に接続され、1/6Eの電圧を維持するように制御される。本明細書ではEは、高圧側直流部の電圧を示す。内側から2番目のフライングキャパシタC12は、4つのスイッチング素子S1、S2、S3、S4に対して並列に接続され、1/6Eの電圧を維持するように制御される。 Figure 10(b) shows a two-stage flying capacitor circuit. The two-stage flying capacitor circuit includes six switching elements S12, S1, S2, S3, S4, and S42 connected in series, and two flying capacitors C11 and C12. The innermost flying capacitor C11 is connected in parallel to the two switching elements S2 and S3, and is controlled to maintain a voltage of 1/6E. In this specification, E represents the voltage of the high-voltage side DC section. The second innermost flying capacitor C12 is connected in parallel to the four switching elements S1, S2, S3, and S4, and is controlled to maintain a voltage of 1/6E.

図10(c)は3段のフライングキャパシタ回路を示す。3段のフライングキャパシタ回路では、直列接続された6つのスイッチング素子S13、S12、S1、S2、S3、S4、S42、S43と、3つのフライングキャパシタC11、C12、C13を備える。1番内側のフライングキャパシタC11は、2つのスイッチング素子S2、S3に対して並列に接続され、1/8Eの電圧を維持するように制御される。内側から2番目のフライングキャパシタC12は、4つのスイッチング素子S1、S2、S3、S4に対して並列に接続され、2/8Eの電圧を維持するように制御される。内側から3番目のフライングキャパシタC13は、6つのスイッチング素子S12、S1、S2、S3、S4、S42に対して並列に接続され、3/8Eの電圧を維持するように制御される。 Figure 10(c) shows a three-stage flying capacitor circuit. The three-stage flying capacitor circuit includes six switching elements S13, S12, S1, S2, S3, S4, S42, and S43 connected in series, and three flying capacitors C11, C12, and C13. The innermost flying capacitor C11 is connected in parallel to the two switching elements S2 and S3, and is controlled to maintain a voltage of 1/8E. The second innermost flying capacitor C12 is connected in parallel to the four switching elements S1, S2, S3, and S4, and is controlled to maintain a voltage of 2/8E. The third innermost flying capacitor C13 is connected in parallel to the six switching elements S12, S1, S2, S3, S4, and S42, and is controlled to maintain a voltage of 3/8E.

図11は、N(Nは自然数)段のフライングキャパシタ回路を示す。N段のフライングキャパシタ回路では、直列接続された(2N+2)個のスイッチング素子S1n、・・・、S13、S12、S1、S2、S3、S4、S42、S43、・・・、S4nと、N個のフライングキャパシタC11、C12、C13、・・・、C1nを備える。1番内側のフライングキャパシタC11は、2つのスイッチング素子S2、S3に対して並列に接続され、1/(2N+2)Eの電圧を維持するように制御される。内側から2番目のフライングキャパシタC12は、4つのスイッチング素子S1、S2、S3、S4に対して並列に接続され、2/(2N+2)Eの電圧を維持するように制御される。内側から3番目のフライングキャパシタC13は、6つのスイッチング素子S12、S1、S2、S3、S4、S42に対して並列に接続され、3/(2N+2)Eの電圧を維持するように制御される。最も外側のフライングキャパシタC1nは、2N個のS1(n-1)、・・・、S13、S12、S1、S2、S3、S4、S42、S43、・・・、S4(n-1)に対して並列に接続され、N/(2N+2)Eの電圧を維持するように制御される。 Figure 11 shows an N-stage (N is a natural number) flying capacitor circuit. The N-stage flying capacitor circuit includes (2N+2) switching elements S1n, ..., S13, S12, S1, S2, S3, S4, S42, S43, ..., S4n connected in series, and N flying capacitors C11, C12, C13, ..., C1n. The innermost flying capacitor C11 is connected in parallel to the two switching elements S2 and S3, and is controlled to maintain a voltage of 1/(2N+2)E. The second innermost flying capacitor C12 is connected in parallel to the four switching elements S1, S2, S3, and S4, and is controlled to maintain a voltage of 2/(2N+2)E. The third innermost flying capacitor C13 is connected in parallel to the six switching elements S12, S1, S2, S3, S4, and S42, and is controlled to maintain a voltage of 3/(2N+2)E. The outermost flying capacitor C1n is connected in parallel to 2N switching elements S1(n-1), ..., S13, S12, S1, S2, S3, S4, S42, S43, ..., S4(n-1), and is controlled to maintain a voltage of N/(2N+2)E.

図1、図7-図9に示した第1フライングキャパシタ回路31及び第2フライングキャパシタ回路32では、図10(a)に示した1段のフライングキャパシタ回路を使用している。1段のフライングキャパシタ回路を使用すると、第1フライングキャパシタ回路31の中点と第2フライングキャパシタ回路32の中点との間に3レベル(E、1/2E、0)の電圧を発生させることが可能となる。図10(b)に示した2段のフライングキャパシタ回路を使用すると、第1フライングキャパシタ回路31の中点と第2フライングキャパシタ回路32の中点との間に5レベル(E、2/3E、1/2E、1/3E、0)の電圧を発生させることが可能となる。図10(c)に示した3段のフライングキャパシタ回路を使用すると、第1フライングキャパシタ回路31の中点と第2フライングキャパシタ回路32の中点との間に7レベル(E、3/4E、5/8E、1/2E、3/8E、1/4E、0)の電圧を発生させることが可能となる。図11に示したN段のフライングキャパシタ回路を使用すると、第1フライングキャパシタ回路31の中点と第2フライングキャパシタ回路32の中点との間に(2N+1)レベルの電圧を発生させることが可能となる。 The first flying capacitor circuit 31 and the second flying capacitor circuit 32 shown in FIG. 1, FIG. 7-FIG. 9 use a one-stage flying capacitor circuit shown in FIG. 10(a). When a one-stage flying capacitor circuit is used, it is possible to generate a voltage of three levels (E, 1/2E, 0) between the midpoint of the first flying capacitor circuit 31 and the midpoint of the second flying capacitor circuit 32. When a two-stage flying capacitor circuit shown in FIG. 10(b) is used, it is possible to generate a voltage of five levels (E, 2/3E, 1/2E, 1/3E, 0) between the midpoint of the first flying capacitor circuit 31 and the midpoint of the second flying capacitor circuit 32. When a three-stage flying capacitor circuit shown in FIG. 10(c) is used, it is possible to generate a voltage of seven levels (E, 3/4E, 5/8E, 1/2E, 3/8E, 1/4E, 0) between the midpoint of the first flying capacitor circuit 31 and the midpoint of the second flying capacitor circuit 32. By using the N-stage flying capacitor circuit shown in FIG. 11, it is possible to generate (2N+1) levels of voltage between the midpoint of the first flying capacitor circuit 31 and the midpoint of the second flying capacitor circuit 32.

フライングキャパシタ回路の段数を増やすほど、安価で耐圧が低いスイッチング素子を使用することができる一方、使用するスイッチング素子の数が増大する。従って設計者は、トータルのコストとトータルの変換効率を考慮して、フライングキャパシタ回路の最適な段数を決定すればよい。また、高圧側直流部の電圧が1000Vを超えるアプリケーションや、10000Vを超えるアプリケーションでは、各スイッチング素子の耐圧を下げるために、フライングキャパシタ回路の段数を増やすことが有効である。 Increasing the number of stages in a flying capacitor circuit allows the use of cheaper switching elements with lower voltage resistance, but it also increases the number of switching elements used. Therefore, designers need only consider the total cost and total conversion efficiency when determining the optimal number of stages in the flying capacitor circuit. In addition, in applications where the voltage of the high-voltage side DC section exceeds 1000V or exceeds 10,000V, it is effective to increase the number of stages in the flying capacitor circuit in order to reduce the voltage resistance of each switching element.

図12は、変形例1に係る電力変換装置3の構成を説明するための図である。変形例1に係る電力変換装置3は、単方向の降圧DC/DCコンバータであり、低圧側直流部から高圧側直流部へは電力を伝送することができない。変形例1に係る電力変換装置3では、第3スイッチング素子S3、第4スイッチング素子S4、第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6の代わりに、4つのダイオード素子(第3ダイオードD3、第4ダイオードD4、第5ダイオードD5及び第6ダイオードD6)が使用される。これにより、スイッチング素子とドライバの数を減らすことができ、コストを削減することができる。変形例1に係る電力変換装置3は例えば、第1直流電源1から基準電圧(例えば、DC12V、DC24V、DC48V)を生成する降圧回路として使用可能である。 Figure 12 is a diagram for explaining the configuration of the power conversion device 3 according to the first modification. The power conversion device 3 according to the first modification is a unidirectional step-down DC/DC converter, and cannot transmit power from the low-voltage side DC section to the high-voltage side DC section. In the power conversion device 3 according to the first modification, four diode elements (the third diode D3, the fourth diode D4, the fifth diode D5, and the sixth diode D6) are used instead of the third switching element S3, the fourth switching element S4, the fifth switching element S5, and the sixth switching element S6. This allows the number of switching elements and drivers to be reduced, and costs to be reduced. The power conversion device 3 according to the first modification can be used, for example, as a step-down circuit that generates a reference voltage (e.g., DC 12V, DC 24V, DC 48V) from the first DC power source 1.

図13は、変形例2に係る電力変換装置3の構成を説明するための図である。変形例2に係る電力変換装置3は、単方向の昇圧DC/DCコンバータであり、高圧側直流部から低圧側直流部へは電力を伝送することができない。変形例2に係る電力変換装置3では、第1スイッチング素子S1、第2スイッチング素子S2、第7スイッチング素子S7及び第8スイッチング素子S8の代わりに、4つのダイオード素子(第1ダイオードD1、第2ダイオードD2、第7ダイオードD7及び第8ダイオードD8)が使用される。これにより、スイッチング素子とドライバの数を減らすことができ、コストを削減することができる。変形例2に係る電力変換装置3は例えば、太陽電池用の昇圧回路として使用可能である。 Figure 13 is a diagram for explaining the configuration of the power conversion device 3 according to the modified example 2. The power conversion device 3 according to the modified example 2 is a unidirectional step-up DC/DC converter, and cannot transmit power from the high-voltage side DC section to the low-voltage side DC section. In the power conversion device 3 according to the modified example 2, four diode elements (first diode D1, second diode D2, seventh diode D7, and eighth diode D8) are used instead of the first switching element S1, the second switching element S2, the seventh switching element S7, and the eighth switching element S8. This allows the number of switching elements and drivers to be reduced, and costs to be reduced. The power conversion device 3 according to the modified example 2 can be used, for example, as a step-up circuit for a solar cell.

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 The embodiment may be specified by the following:

[項目1]
高圧側直流部と並列に直列接続された第1フライングキャパシタ回路(31)及び第2フライングキャパシタ回路(32)と、
低圧側直流部の正側端子と、前記第1フライングキャパシタ回路(31)の中点間に接続された第1リアクトル(L1)と、
前記低圧側直流部の負側端子と、前記第2フライングキャパシタ回路(32)の中点間に接続された第2リアクトル(L2)と、を備え、
前記第1フライングキャパシタ回路(31)と前記第2フライングキャパシタ回路(32)との間の接続点は、前記高圧側直流部の中間電位点に接続されることを特徴とする電力変換装置(3)。
中点に対して上下対称の回路構成にすることで、漏洩電流とコモンモードノイズを低減することができる。
[項目2]
前記第1フライングキャパシタ回路(31)及び前記第2フライングキャパシタ回路(32)を制御して、前記低圧側直流部から前記高圧側直流部へ昇圧動作で電力伝送、及び前記高圧側直流部から前記低圧側直流部へ降圧動作で電力伝送の少なくとも一方を実行可能な制御部(40)をさらに備えることを特徴とする項目1に記載の電力変換装置(3)。
これによれば、双方向に電力を伝送することができる。
[項目3]
前記第1フライングキャパシタ回路(31)は、
直列接続された第1スイッチング素子(S1)、第2スイッチング素子(S2)、第3スイッチング素子(S3)及び第4スイッチング素子(S4)と、
前記第1スイッチング素子(S1)と第2スイッチング素子(S2)との接続点と、第3スイッチング素子(S3)と第4スイッチング素子(S4)との接続点との間に接続された第1フライングキャパシタ(C1)と、を含み、
前記第2フライングキャパシタ回路(32)は、
直列接続された第5スイッチング素子(S5)、第6スイッチング素子(S6)、第7スイッチング素子(S7)及び第8スイッチング素子(S8)と、
前記第5スイッチング素子(S5)と第6スイッチング素子(S6)との接続点と、第7スイッチング素子(S7)と第8スイッチング素子(S8)との接続点との間に接続された第2フライングキャパシタ(C2)と、を含むことを特徴とする項目2に記載の電力変換装置(3)。
高圧直流部と並列に、8個のスイッチング素子(S1-S8)を直列接続することにより、従来より低耐圧のスイッチング素子を使用することが可能となる。
[項目4]
前記制御部(40)は、
前記第2スイッチング素子(S2)、前記第4スイッチング素子(S4)、前記第5スイッチング素子(S5)及び前記第7スイッチング素子(S7)をオン状態、並びに前記第1スイッチング素子(S1)、前記第3スイッチング素子(S3)、前記第6スイッチング素子(S6)及び前記第8スイッチング素子(S8)をオフ状態に制御する第1モード、
前記第1スイッチング素子(S1)、前記第3スイッチング素子(S3)、前記第6スイッチング素子(S6)及び前記第8スイッチング素子(S8)をオン状態 並びに前記第2スイッチング素子(S2)、前記第4スイッチング素子(S4)、前記第5スイッチング素子(S5)及び前記第7スイッチング素子(S7)をオフ状態に制御する第2モード、
前記第1スイッチング素子(S1)、前記第2スイッチング素子(S2)、前記第7スイッチング素子(S7)及び前記第8スイッチング素子(S8)をオン状態 並びに前記第3スイッチング素子(S3)、前記第4スイッチング素子(S4)、前記第5スイッチング素子(S5)及び前記第6スイッチング素子(S6)をオフ状態に制御する第3モード、
前記第3スイッチング素子(S3)、前記第4スイッチング素子(S4)、前記第5スイッチング素子(S5)及び前記第6スイッチング素子(S6)をオン状態 並びに前記第1スイッチング素子(S1)、前記第2スイッチング素子(S2)、前記第7スイッチング素子(S7)及び前記第8スイッチング素子(S8)をオフ状態に制御する第4モード、
の4つのモードを使用して前記昇圧動作または前記降圧動作を実行することを特徴とする項目3に記載の電力変換装置(3)。
4つのモードを組み合わせて使用することにより、種々の制御が可能となる。
[項目5]
前記制御部(40)は、
前記低圧側直流部の電圧と前記高圧側直流部の電圧との比率が設定値より小さい場合、前記第1モード、前記第2モード及び前記第3モードを使用し、前記比率が前記設定値より大きい場合、前記第1モード、前記第2モード及び前記第4モードを使用することを特徴とする項目4に記載の電力変換装置(3)。
当該比率に応じてモードを切り替えることにより、リアクトル(L1、L2)に蓄積するエネルギー量を変えることができる。
[項目6]
前記第1リアクトル(L1)と前記第2リアクトル(L2)が同一仕様のリアクトルであることを特徴とする項目1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置(3)。
これによれば、上下の対称性を確保することができ、漏洩電流とコモンモードノイズを低減することができる。
[項目7]
前記第1リアクトル(L1)と前記第2リアクトル(L2)は、磁気結合リアクトル(Lc1)を形成し、前記低圧側直流部から前記高圧側直流部へ電力伝送するための昇圧動作または前記高圧側直流部から前記低圧側直流部への電力伝送するための降圧動作時に、相互に磁束を強め合うことを特徴とする項目1から6のいずれか1項に記載の電力変換装置(3)。
これによれば、小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。
[項目8]
前記高圧側直流部の電圧は、直流電力を交流電力に変換するDC/ACインバータ(36)の直流端子に接続された直流バスの電圧であり、
前記DC/ACインバータ(36)と単相3線式の系統(4)との間の第1電圧線に第3リアクトル(L3)が挿入され、第2電圧線に第4リアクトル(L4)が挿入され、
前記第1リアクトル(L1)、前記第2リアクトル(L2)、前記第3リアクトル(L3)及び前記第4リアクトル(L4)が同一仕様のリアクトルであることを特徴とする項目1から7のいずれか1項に記載の電力変換装置(3)。
これによれば、リアクトル(L1-L4)の量産効果を高めることができる。
[項目9]
前記第1リアクトル(L1)と前記第2リアクトル(L2)により形成される磁気結合リアクトル(Lc1)と、 前記第3リアクトル(L3)と前記第4リアクトル(L4)により形成される磁気結合リアクトル(Lc2)が同一仕様の磁気結合リアクトルであることを特徴とする項目8に記載の電力変換装置(3)。
これによれば、小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。
[Item 1]
a first flying capacitor circuit (31) and a second flying capacitor circuit (32) connected in series in parallel with the high voltage side DC section;
a first reactor (L1) connected between a positive terminal of the low-voltage side DC unit and a midpoint of the first flying capacitor circuit (31);
a second reactor (L2) connected between a negative terminal of the low voltage side DC unit and a midpoint of the second flying capacitor circuit (32);
A power conversion device (3) characterized in that a connection point between the first flying capacitor circuit (31) and the second flying capacitor circuit (32) is connected to an intermediate potential point of the high voltage side DC section.
By configuring the circuit symmetrically above and below the midpoint, leakage current and common mode noise can be reduced.
[Item 2]
2. The power conversion device (3) according to claim 1, further comprising a control unit (40) capable of controlling the first flying capacitor circuit (31) and the second flying capacitor circuit (32) to perform at least one of power transmission from the low-voltage side DC section to the high-voltage side DC section by a step-up operation and power transmission from the high-voltage side DC section to the low-voltage side DC section by a step-down operation.
This allows power to be transmitted in both directions.
[Item 3]
The first flying capacitor circuit (31) comprises:
a first switching element (S1), a second switching element (S2), a third switching element (S3) and a fourth switching element (S4) connected in series;
a first flying capacitor (C1) connected between a connection point between the first switching element (S1) and the second switching element (S2) and a connection point between the third switching element (S3) and the fourth switching element (S4);
The second flying capacitor circuit (32) comprises:
a fifth switching element (S5), a sixth switching element (S6), a seventh switching element (S7) and an eighth switching element (S8) connected in series;
The power conversion device (3) described in item 2, further comprising: a second flying capacitor (C2) connected between a connection point between the fifth switching element (S5) and the sixth switching element (S6) and a connection point between the seventh switching element (S7) and the eighth switching element (S8).
By connecting eight switching elements (S1-S8) in series in parallel with the high voltage DC section, it becomes possible to use switching elements with lower withstand voltage than before.
[Item 4]
The control unit (40)
a first mode in which the second switching element (S2), the fourth switching element (S4), the fifth switching element (S5), and the seventh switching element (S7) are controlled to an on state, and the first switching element (S1), the third switching element (S3), the sixth switching element (S6), and the eighth switching element (S8) are controlled to an off state;
a second mode in which the first switching element (S1), the third switching element (S3), the sixth switching element (S6), and the eighth switching element (S8) are controlled to an ON state and the second switching element (S2), the fourth switching element (S4), the fifth switching element (S5), and the seventh switching element (S7) are controlled to an OFF state;
a third mode in which the first switching element (S1), the second switching element (S2), the seventh switching element (S7), and the eighth switching element (S8) are controlled to an ON state, and the third switching element (S3), the fourth switching element (S4), the fifth switching element (S5), and the sixth switching element (S6) are controlled to an OFF state;
a fourth mode in which the third switching element (S3), the fourth switching element (S4), the fifth switching element (S5), and the sixth switching element (S6) are controlled to an ON state, and the first switching element (S1), the second switching element (S2), the seventh switching element (S7), and the eighth switching element (S8) are controlled to an OFF state;
The power conversion device (3) according to item 3, characterized in that the step-up operation or the step-down operation is performed using four modes.
By using the four modes in combination, various controls are possible.
[Item 5]
The control unit (40)
5. The power conversion device (3) according to item 4, characterized in that when a ratio between a voltage of the low-voltage side DC section and a voltage of the high-voltage side DC section is smaller than a set value, the first mode, the second mode, and the third mode are used, and when the ratio is larger than the set value, the first mode, the second mode, and the fourth mode are used.
By switching the mode according to this ratio, the amount of energy stored in the reactors (L1, L2) can be changed.
[Item 6]
The power conversion device (3) according to any one of items 1 to 5, characterized in that the first reactor (L1) and the second reactor (L2) are reactors of the same specifications.
This ensures symmetry between the top and bottom, and reduces leakage current and common mode noise.
[Item 7]
The power conversion device (3) according to any one of items 1 to 6, characterized in that the first reactor (L1) and the second reactor (L2) form a magnetic coupling reactor (Lc1), and mutually strengthen magnetic fluxes during a voltage step-up operation for transmitting power from the low-voltage side DC section to the high-voltage side DC section or during a voltage step-down operation for transmitting power from the high-voltage side DC section to the low-voltage side DC section.
This allows for size reduction, weight reduction, and cost reduction.
[Item 8]
The voltage of the high-voltage side DC section is the voltage of a DC bus connected to a DC terminal of a DC/AC inverter (36) that converts DC power into AC power,
a third reactor (L3) is inserted in a first voltage line between the DC/AC inverter (36) and a single-phase three-wire system (4), and a fourth reactor (L4) is inserted in a second voltage line;
The power conversion device (3) according to any one of items 1 to 7, characterized in that the first reactor (L1), the second reactor (L2), the third reactor (L3), and the fourth reactor (L4) are reactors of the same specification.
This can improve the efficiency of mass production of the reactors (L1-L4).
[Item 9]
9. The power conversion device (3) according to item 8, characterized in that a magnetic coupling reactor (Lc1) formed by the first reactor (L1) and the second reactor (L2), and a magnetic coupling reactor (Lc2) formed by the third reactor (L3) and the fourth reactor (L4) are magnetic coupling reactors of the same specification.
This allows for size reduction, weight reduction, and cost reduction.

1 第1直流電源、 2 第2直流電源、 3 電力変換装置、 4 系統、 4a 第1系統電源、 4b 第2系統電源、 30 DC/DC変換部、 31,32 フライングキャパシタ回路、 35 DC/AC変換部、 36 DC/ACインバータ、 40 制御部、 S1-S8 スイッチング素子、 D1-D8 ダイオード、 C1,C2 フライングキャパシタ、 C3,C4 分割コンデンサ、 C5 入力コンデンサ、 C6,C7,C10,C20 Yコンデンサ、 C8 DCバスコンデンサ、 C9 出力コンデンサ、 L1-L4 リアクトル、 Lc1,Lc2 磁気結合リアクトル。 1 First DC power source, 2 Second DC power source, 3 Power conversion device, 4 System, 4a First system power source, 4b Second system power source, 30 DC/DC conversion unit, 31, 32 Flying capacitor circuit, 35 DC/AC conversion unit, 36 DC/AC inverter, 40 Control unit, S1-S8 Switching elements, D1-D8 Diodes, C1, C2 Flying capacitors, C3, C4 Split capacitors, C5 Input capacitors, C6, C7, C10, C20 Y capacitors, C8 DC bus capacitors, C9 Output capacitors, L1-L4 Reactors, Lc1, Lc2 Magnetic coupling reactors.

Claims (6)

高圧側直流部と並列に直列接続された第1フライングキャパシタ回路及び第2フライングキャパシタ回路と、
低圧側直流部の正側端子と、前記第1フライングキャパシタ回路の中点間に接続された第1リアクトルと、
前記低圧側直流部の負側端子と、前記第2フライングキャパシタ回路の中点間に接続された第2リアクトルと、
前記第1フライングキャパシタ回路及び前記第2フライングキャパシタ回路を制御して、前記低圧側直流部から前記高圧側直流部へ昇圧動作で電力伝送、及び前記高圧側直流部から前記低圧側直流部へ降圧動作で電力伝送の少なくとも一方を実行可能な制御部と、を備え、
前記第1フライングキャパシタ回路と前記第2フライングキャパシタ回路との間の接続点は、前記高圧側直流部の中間電位点に接続され
前記第1フライングキャパシタ回路は、
直列接続された第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との接続点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子との接続点との間に接続された第1フライングキャパシタと、を含み、
前記第2フライングキャパシタ回路は、
直列接続された第5スイッチング素子、第6スイッチング素子、第7スイッチング素子及び第8スイッチング素子と、
前記第5スイッチング素子と第6スイッチング素子との接続点と、第7スイッチング素子と第8スイッチング素子との接続点との間に接続された第2フライングキャパシタと、を含み、
前記制御部は、
前記第2スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、前記第5スイッチング素子及び前記第7スイッチング素子をオン状態、並びに前記第1スイッチング素子、前記第3スイッチング素子、前記第6スイッチング素子及び前記第8スイッチング素子をオフ状態に制御する第1モード、
前記第1スイッチング素子、前記第3スイッチング素子、前記第6スイッチング素子及び前記第8スイッチング素子をオン状態 並びに前記第2スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、前記第5スイッチング素子及び前記第7スイッチング素子をオフ状態に制御する第2モード、
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第7スイッチング素子及び前記第8スイッチング素子をオン状態 並びに前記第3スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、前記第5スイッチング素子及び前記第6スイッチング素子をオフ状態に制御する第3モード、
前記第3スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、前記第5スイッチング素子及び前記第6スイッチング素子をオン状態 並びに前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第7スイッチング素子及び前記第8スイッチング素子をオフ状態に制御する第4モード、
の4つのモードを使用して前記昇圧動作または前記降圧動作を実行することを特徴とする電力変換装置。
a first flying capacitor circuit and a second flying capacitor circuit connected in series in parallel with the high voltage side DC unit;
a first reactor connected between a positive terminal of a low-voltage side DC unit and a midpoint of the first flying capacitor circuit;
a second reactor connected between a negative terminal of the low voltage side DC unit and a midpoint of the second flying capacitor circuit;
a control unit capable of controlling the first flying capacitor circuit and the second flying capacitor circuit to perform at least one of power transfer from the low-voltage side DC unit to the high-voltage side DC unit by a step-up operation and power transfer from the high-voltage side DC unit to the low-voltage side DC unit by a step-down operation,
a connection point between the first flying capacitor circuit and the second flying capacitor circuit is connected to an intermediate potential point of the high voltage side DC section ;
The first flying capacitor circuit includes:
a first switching element, a second switching element, a third switching element and a fourth switching element connected in series;
a first flying capacitor connected between a connection point between the first switching element and the second switching element and a connection point between the third switching element and the fourth switching element,
The second flying capacitor circuit includes:
a fifth switching element, a sixth switching element, a seventh switching element, and an eighth switching element connected in series;
a second flying capacitor connected between a connection point between the fifth switching element and the sixth switching element and a connection point between the seventh switching element and the eighth switching element,
The control unit is
a first mode in which the second switching element, the fourth switching element, the fifth switching element, and the seventh switching element are controlled to an on state, and the first switching element, the third switching element, the sixth switching element, and the eighth switching element are controlled to an off state;
a second mode in which the first switching element, the third switching element, the sixth switching element, and the eighth switching element are controlled to an ON state and the second switching element, the fourth switching element, the fifth switching element, and the seventh switching element are controlled to an OFF state;
a third mode in which the first switching element, the second switching element, the seventh switching element, and the eighth switching element are controlled to be in an on state and the third switching element, the fourth switching element, the fifth switching element, and the sixth switching element are controlled to be in an off state;
a fourth mode in which the third switching element, the fourth switching element, the fifth switching element, and the sixth switching element are controlled to an on state and the first switching element, the second switching element, the seventh switching element, and the eighth switching element are controlled to an off state;
The power conversion device performs the voltage step-up operation or the voltage step-down operation using four modes .
前記制御部は、
前記低圧側直流部の電圧と前記高圧側直流部の電圧との比率が設定値より小さい場合、前記第1モード、前記第2モード及び前記第3モードを使用し、前記比率が前記設定値より大きい場合、前記第1モード、前記第2モード及び前記第4モードを使用することを特徴とする請求項に記載の電力変換装置。
The control unit is
2. The power conversion device according to claim 1, wherein when a ratio between a voltage of the low-voltage side DC section and a voltage of the high-voltage side DC section is smaller than a set value, the first mode, the second mode, and the third mode are used, and when the ratio is larger than the set value, the first mode, the second mode, and the fourth mode are used.
前記第1リアクトルと前記第2リアクトルが同一仕様のリアクトルであることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 3. The power conversion device according to claim 1, wherein the first reactor and the second reactor are reactors of the same specification. 前記第1リアクトルと前記第2リアクトルは、磁気結合リアクトルを形成し、前記低圧側直流部から前記高圧側直流部へ電力伝送するための昇圧動作または前記高圧側直流部から前記低圧側直流部へ電力伝送するための降圧動作時に、相互に磁束を強め合うことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の電力変換装置。 4. The power conversion device according to claim 1, wherein the first reactor and the second reactor form a magnetic coupling reactor, and mutually strengthen magnetic fluxes during a voltage step-up operation for transmitting power from the low-voltage side DC section to the high-voltage side DC section or during a voltage step-down operation for transmitting power from the high-voltage side DC section to the low- voltage side DC section. 前記高圧側直流部の電圧は、直流電力を交流電力に変換するDC/ACインバータの直流端子に接続された直流バスの電圧であり、
前記DC/ACインバータと単相3線式の系統との間の第1電圧線に第3リアクトルが挿入され、第2電圧線に第4リアクトルが挿入され、
前記第1リアクトル、前記第2リアクトル、前記第3リアクトル及び前記第4リアクトルが同一仕様のリアクトルであることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の電力変換装置。
the voltage of the high-voltage side DC section is a voltage of a DC bus connected to a DC terminal of a DC/AC inverter that converts DC power into AC power;
a third reactor is inserted in a first voltage line between the DC/AC inverter and a single-phase three-wire system, and a fourth reactor is inserted in a second voltage line;
5. The power conversion device according to claim 1, wherein the first reactor, the second reactor, the third reactor, and the fourth reactor are reactors of the same specification.
前記第1リアクトルと前記第2リアクトルにより形成される磁気結合リアクトルと、 前記第3リアクトルと前記第4リアクトルにより形成される磁気結合リアクトルが同一仕様の磁気結合リアクトルであることを特徴とする請求項に記載の電力変換装置。 6. The power conversion device according to claim 5, wherein a magnetic coupling reactor formed by the first reactor and the second reactor, and a magnetic coupling reactor formed by the third reactor and the fourth reactor are magnetic coupling reactors of the same specification.
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