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JP7611746B2 - Power Supplies - Google Patents
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JP7611746B2 - Power Supplies - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device.

従来、直流電源の出力電圧を制御し、異なる電圧の直流電力貯蔵機器との間で電力の授受を行う双方向型のDC/DCコンバータが広く使用されている。このようなDC/DCコンバータにおいては、通常、直流電源と直流電力貯蔵機器のそれぞれが個別のリアクトルを要するが、単一のリアクトルを用いて同様の機能を実現するフライングキャパシタ型のDC/DCコンバータが報告されている(例えば、非特許文献1を参照。)。 Conventionally, bidirectional DC/DC converters that control the output voltage of a DC power source and exchange power with a DC power storage device of a different voltage have been widely used. In such DC/DC converters, the DC power source and the DC power storage device each normally require separate reactors, but a flying capacitor type DC/DC converter that achieves a similar function using a single reactor has been reported (see, for example, Non-Patent Document 1).

宮下他、「電流不連続モードを適用したフライングキャパシタ型DC-DCコンバータによるバッテリマネジメントシステムの動作検証」、電気学会研究会資料.SPC、半導体電力変換研究会、2019年Miyashita et al., "Verification of Battery Management System Operation Using Flying Capacitor Type DC-DC Converter with Discontinuous Current Mode," Institute of Electrical Engineers Study Group Materials. SPC, Semiconductor Power Conversion Study Group, 2019

ここで、太陽光電池のような、所定の条件によって出力電圧や負荷容量が変化する電源では、DC/DCコンバータとバッテリやコンデンサ等のエネルギー蓄積機器とを接続して使用する場合がある。また、家電等の多くの負荷機器は単相交流で稼働するものがあり、直流電源からインバータを用いて交流に変換している。従って、出力電圧が変動する直流電源を用いて交流電源とする場合は、DC/DCコンバータとインバータ装置とを接続して使用する場合があった。
上述したようなフライングキャパシタ型のDC/DCコンバータとインバータ装置とを接続して使用する場合、多数の電力変換用スイッチング素子とリアクトルで構成されているため、非常用電源としては、装置全体の小型化、高効率化や低コスト化に対して課題を有している。
Here, in the case of a power source such as a solar cell whose output voltage and load capacity change depending on certain conditions, a DC/DC converter may be connected to an energy storage device such as a battery or a capacitor. In addition, many load devices such as home appliances run on single-phase AC, and an inverter is used to convert the DC power source to AC. Therefore, when using a DC power source whose output voltage fluctuates to make an AC power source, a DC/DC converter may be connected to an inverter device.
When a flying capacitor type DC/DC converter as described above is connected to an inverter device and used, the device is composed of a large number of power conversion switching elements and reactors, and as an emergency power source, there are challenges in terms of miniaturizing the entire device, increasing efficiency, and reducing cost.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、低コストで直流電源を交流電源に変換可能な電源装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a power supply device that can convert DC power to AC power at low cost.

本発明の一態様に係る電源装置は、Hブリッジ回路を備える単相インバータ回路と、前記Hブリッジ回路の高電位側に接続される第1電源線と、前記Hブリッジ回路の低電位側に接続される第2電源線との間に接続される入力コンデンサと、前記第1電源線又は前記第2電源線と第1接続点との間に直列接続される第1直流電源と、リアクトルとを備える第1電源部と、前記第1接続点と第2接続点との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する第1スイッチと、前記第1接続点と第3接続点との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する第2スイッチと、前記第2接続点に一端が接続され、前記第3接続点に他端が接続される第2直流電源とを備える第2電源部と、前記第3接続点と前記第2電源線との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御し、又は前記第1電源線と前記第2接続点との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する第3スイッチと、前記第1電源線と前記第2接続点との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御し、又は前記第3接続点と前記第2電源線との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する第4スイッチと、前記単相インバータ回路に入力される電圧を、前記単相インバータ回路が出力する周波数の2倍の周波数で脈動させる制御部と、前記入力コンデンサの両端の電圧を検出する第1電圧検出部と、前記第2直流電源の出力電圧を検出する第2電圧検出部と、を備え、前記制御部は、取得した前記入力コンデンサの両端の電圧と、前記第2直流電源の出力電圧とに基づき、前記入力コンデンサの両端の電圧が、前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれの出力電圧よりも大きくなるよう前記第1スイッチ、前記第2スイッチ又は前記第3スイッチのうち少なくともいずれかの導通状態を制御する A power supply device according to one aspect of the present invention includes a single-phase inverter circuit having an H-bridge circuit, an input capacitor connected between a first power line connected to a high potential side of the H-bridge circuit and a second power line connected to a low potential side of the H-bridge circuit, a first DC power source connected in series between the first power line or the second power line and a first connection point, and a reactor, a first switch that controls a current flowing between the first connection point and a second connection point to a conductive state or a non-conductive state, a second switch that controls a current flowing between the first connection point and a third connection point to a conductive state or a non-conductive state, and a second DC power source having one end connected to the second connection point and the other end connected to the third connection point, and a second power supply unit that controls a current flowing between the third connection point and the second power line to a conductive state or a non-conductive state, a third switch that controls a current flowing between the first power supply line and the second connection point to a conductive state or a non-conductive state, a fourth switch that controls a current flowing between the third connection point and the second power supply line to a conductive state or a non-conductive state, a control unit that pulsates a voltage input to the single-phase inverter circuit at a frequency that is twice the frequency output by the single-phase inverter circuit , a first voltage detection unit that detects a voltage across the input capacitor, and a second voltage detection unit that detects an output voltage of the second DC power supply, and the control unit controls the conductive state of at least any of the first switch, the second switch, and the third switch based on the acquired voltage across the input capacitor and the output voltage of the second DC power supply so that the voltage across the input capacitor is greater than both of the output voltages of the first DC power supply and the second DC power supply .

本発明の一態様に係る電源装置において、前記入力コンデンサの両端の電圧は、前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれの出力電圧よりも大きい。 In one aspect of the power supply device of the present invention, the voltage across the input capacitor is greater than the output voltage of both the first DC power supply and the second DC power supply.

本発明の一態様に係る電源装置において、前記第4スイッチとは、前記第2接続点にアノードが接続され、前記第1電源線にカソードが接続されたダイオード、又は前記第2電源線にアノードが接続され前記第3接続点にカソードが接続されたダイオードであってもよい。 In a power supply device according to one aspect of the present invention, the fourth switch may be a diode having an anode connected to the second connection point and a cathode connected to the first power line, or a diode having an anode connected to the second power line and a cathode connected to the third connection point.

本発明の一態様に係る電源装置において、前記制御部は、前記入力コンデンサの両端の電圧が、前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれの出力電圧よりも大きくなるよう前記第1スイッチ、前記第2スイッチ又は前記第3スイッチのうち少なくともいずれかの導通状態を制御する。 In a power supply device according to one aspect of the present invention, the control unit controls the conductive state of at least one of the first switch, the second switch, and the third switch so that the voltage across the input capacitor is greater than the output voltage of either the first DC power source or the second DC power source.

本発明によれば、低コストで直流電源を交流電源に変換可能な電源装置を提供することができる。 The present invention provides a power supply device that can convert DC power to AC power at low cost.

第1の実施形態に係る電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration of a power supply device according to a first embodiment; 第1の実施形態に係る電源装置が備える入力コンデンサの両端の電圧変動範囲の一例を示す図である。4 is a diagram showing an example of a voltage fluctuation range across an input capacitor included in the power supply device according to the first embodiment; FIG. 第1の実施形態に係る電源装置を、電流不連続モードを用いて、第1直流電源と第2直流電源との間の電力の授受をさせる場合におけるリアクトルに流れる電流値の時間変化の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a change over time in the value of a current flowing through a reactor when the power supply device according to the first embodiment is used in a discontinuous current mode to exchange power between a first DC power supply and a second DC power supply. 第1の実施形態に係る電源装置を、電流連続モードを用いて、第1直流電源と第2直流電源との間の電力の授受をさせる場合におけるリアクトルに流れる電流値の時間変化の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a change over time in the value of a current flowing through a reactor when the power supply device according to the first embodiment is used in a current continuous mode to exchange power between a first DC power supply and a second DC power supply. 第1の実施形態に係る電源装置を用いて、第1直流電源と単相インバータとの間の電力の授受をさせる場合におけるリアクトルに流れる電流値の時間変化の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a change over time in a current value flowing through a reactor when power is exchanged between a first DC power source and a single-phase inverter using the power supply device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る電源装置を用いて、第2直流電源と単相インバータとの間の電力の授受をさせる場合におけるリアクトルに流れる電流値の時間変化の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a change over time in a current value flowing through a reactor when power is exchanged between a second DC power source and a single-phase inverter using the power supply device according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration of a power supply device according to a second embodiment. 従来技術によるフライングキャパシタ型コンバータ回路と単相インバータ回路とを組み合わせた場合における回路図の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit diagram in which a flying capacitor type converter circuit and a single-phase inverter circuit according to a conventional technique are combined;

[従来技術]
図8は、従来技術によるフライングキャパシタ型コンバータ回路と単相インバータ回路とを組み合わせた場合における回路図の一例を示す図である。同図を参照しながら、従来技術による問題点について説明する。
回路90は、従来技術によるフライングキャパシタ型コンバータ回路91と、従来技術による単相インバータ回路92とを組み合わせた回路である。
[Prior Art]
8 is a diagram showing an example of a circuit diagram in which a conventional flying capacitor type converter circuit and a single-phase inverter circuit are combined. Problems in the conventional technology will be described with reference to the diagram.
The circuit 90 is a combination of a conventional flying capacitor type converter circuit 91 and a conventional single-phase inverter circuit 92 .

フライングキャパシタ型コンバータ回路91は、バッテリ911と、リアクトル912と、太陽電池913と、スイッチ914と、スイッチ915と、スイッチ916と、スイッチ917とを備える。フライングキャパシタ型コンバータ回路91は、スイッチ914と、スイッチ915と、スイッチ916と、スイッチ917とを所定のタイミングでスイッチング動作させることにより、バッテリ911及び太陽電池913間における電力の授受を行う。なお、バッテリ911及び太陽電池913は、電力を送受電可能な装置であればよい。 The flying capacitor type converter circuit 91 includes a battery 911, a reactor 912, a solar cell 913, a switch 914, a switch 915, a switch 916, and a switch 917. The flying capacitor type converter circuit 91 transmits and receives power between the battery 911 and the solar cell 913 by switching the switches 914, 915, 916, and 917 at a predetermined timing. Note that the battery 911 and the solar cell 913 may be any device capable of transmitting and receiving power.

単相インバータ回路92は、スイッチ923、スイッチ924、スイッチ925及びスイッチ926により構成されるHブリッジと、リアクトル921と負荷922とを備える。単相インバータ回路92は、Hブリッジを制御することにより、フライングキャパシタ型コンバータ回路91から供給される直流電力を単相交流電力に変換する。 The single-phase inverter circuit 92 includes an H-bridge formed of switches 923, 924, 925, and 926, a reactor 921, and a load 922. The single-phase inverter circuit 92 controls the H-bridge to convert the DC power supplied from the flying capacitor type converter circuit 91 into single-phase AC power.

単相インバータ回路92は、入力コンデンサとして、コンデンサ927を備える。通常、単相インバータ回路の入力コンデンサには、大容量の電解コンデンサが用いられる。電解コンデンサは装置自体が大型であり、更に寿命が短いといった欠点がある。単相インバータ回路92に備えられるコンデンサ927は、当該欠点を補うべく、小容量のフィルムコンデンサが用いられる。そのため、コンデンサ927に与えられる電圧を高くし、単相インバータ回路92の入力電圧に、電源周波数(すなわち、単相インバータ回路30が出力する電力の周波数)の2倍の脈動を与えることを要する。 The single-phase inverter circuit 92 includes a capacitor 927 as an input capacitor. Typically, a large-capacity electrolytic capacitor is used as the input capacitor of a single-phase inverter circuit. The electrolytic capacitor has the disadvantage that the device itself is large and has a short lifespan. To compensate for this disadvantage, a small-capacity film capacitor is used as the capacitor 927 provided in the single-phase inverter circuit 92. Therefore, it is necessary to increase the voltage applied to the capacitor 927 and give the input voltage of the single-phase inverter circuit 92 a pulsation that is twice the power supply frequency (i.e., the frequency of the power output by the single-phase inverter circuit 30).

回路90は、フライングキャパシタ型コンバータ回路91と単相インバータ回路92との接続において、リアクトル93と、スイッチ94と、スイッチ95とを備える。回路90は、スイッチ94と、スイッチ95とを所定のタイミングでスイッチング動作させることにより、リアクトル93に流れる電流を制御し、単相インバータ回路92の入力電圧として与えられる電圧を制御する。 The circuit 90 includes a reactor 93, a switch 94, and a switch 95 in the connection between the flying capacitor type converter circuit 91 and the single-phase inverter circuit 92. The circuit 90 controls the current flowing through the reactor 93 by switching the switches 94 and 95 at a predetermined timing, thereby controlling the voltage provided as the input voltage to the single-phase inverter circuit 92.

上述したように、従来技術によれば、フライングキャパシタ型コンバータ回路91と単相インバータ回路92との接続に、リアクトル93と、スイッチ94と、スイッチ95とを要する。したがって、リアクトル93、スイッチ94、及びスイッチ95が増える分だけ装置が大型化し、高コスト化してしまうといった問題があった。 As described above, according to the conventional technology, the reactor 93, the switch 94, and the switch 95 are required to connect the flying capacitor type converter circuit 91 and the single-phase inverter circuit 92. Therefore, there is a problem that the device becomes larger and more expensive as the reactor 93, the switch 94, and the switch 95 are increased.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、第1の実施形態に係る電源装置1の回路構成の一例について説明する。
[First embodiment]
1 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration of a power supply device according to a first embodiment. With reference to the diagram, an example of the circuit configuration of a power supply device 1 according to the first embodiment will be described.

[電源装置の回路構成]
電源装置1は、第1直流電源11と、リアクトル12と、第1スイッチS1と、第2スイッチS2と、第3スイッチS3と、第4スイッチS4と、第2直流電源21と、単相インバータ回路30と、入力コンデンサ40と、制御部50とを備える。第1直流電源11と、リアクトル12とを第1電源部10とも記載し、第1スイッチS1と、第2スイッチS2と、第2直流電源21とを第2電源部20とも記載する。
[Circuit configuration of power supply device]
The power supply device 1 includes a first DC power supply 11, a reactor 12, a first switch S1, a second switch S2, a third switch S3, a fourth switch S4, a second DC power supply 21, a single-phase inverter circuit 30, an input capacitor 40, and a control unit 50. The first DC power supply 11 and the reactor 12 are also referred to as a first power supply unit 10, and the first switch S1, the second switch S2, and the second DC power supply 21 are also referred to as a second power supply unit 20.

単相インバータ回路30は、リアクトル31と、負荷32とを備える。また、単相インバータ回路30は、スイッチ33と、スイッチ34と、スイッチ35と、スイッチ36とを含んで構成されるHブリッジ回路を備える。
入力コンデンサ40は、Hブリッジ回路の高電位側に接続される第1電源線PL1と、Hブリッジ回路の低電位側に接続される第2電源線PL2との間に接続される。入力コンデンサ40は、小容量のフィルムコンデンサある。ここで、小容量とは、例えば88μF(マイクロファラド)程度であってもよい。
入力コンデンサ40の両端の電圧は、第1直流電源11の出力電圧よりも大きく、第2直流電源21の出力電圧よりも大きい。入力コンデンサ40の容量は、具体的には、入力コンデンサ40の両端の電圧が第1直流電源11及び第2直流電源21のいずれの出力電圧よりも大きくなるよう設定される。
The single-phase inverter circuit 30 includes a reactor 31 and a load 32. The single-phase inverter circuit 30 also includes an H-bridge circuit including a switch 33, a switch 34, a switch 35, and a switch 36.
The input capacitor 40 is connected between a first power supply line PL1 connected to the high potential side of the H-bridge circuit and a second power supply line PL2 connected to the low potential side of the H-bridge circuit. The input capacitor 40 is a small-capacity film capacitor. Here, the small capacity may be, for example, about 88 μF (microfarads).
The voltage across the input capacitor 40 is greater than the output voltage of the first DC power supply 11 and greater than the output voltage of the second DC power supply 21. Specifically, the capacitance of the input capacitor 40 is set so that the voltage across the input capacitor 40 is greater than the output voltage of both the first DC power supply 11 and the second DC power supply 21.

例えば、第1直流電源11の出力電圧が、入力コンデンサ40の両端の電圧よりも大きくなった場合、第1直流電源11に蓄えられた電力は、第1スイッチS1が有する寄生ダイオード成分と、第4スイッチS4が有する寄生ダイオード成分とを介して、入力コンデンサ40に流れる。したがって、第1直流電源11の出力電圧と、入力コンデンサ40の両端の電圧とは、略同一となる。ここで、略同一の範囲とは、リアクトル12、第1スイッチS1が有する寄生ダイオード成分及び第4スイッチS4が有する寄生ダイオード成分による電圧降下を考慮した範囲である。 For example, when the output voltage of the first DC power supply 11 becomes larger than the voltage across the input capacitor 40, the power stored in the first DC power supply 11 flows to the input capacitor 40 via the parasitic diode component of the first switch S1 and the parasitic diode component of the fourth switch S4. Therefore, the output voltage of the first DC power supply 11 and the voltage across the input capacitor 40 become approximately the same. Here, the "approximately the same" range is a range that takes into account the voltage drop due to the reactor 12, the parasitic diode component of the first switch S1, and the parasitic diode component of the fourth switch S4.

同様に、第2直流電源21の出力電圧が、入力コンデンサ40の両端の電圧よりも大きくなった場合、第2直流電源21に蓄えられた電力は、第4スイッチS4が有する寄生ダイオード成分と、第3スイッチS3が有する寄生ダイオード成分とを介して、入力コンデンサ40に流れる。したがって、第2直流電源21の出力電圧と、入力コンデンサ40の両端の電圧とは、略同一となる。ここで、略同一の範囲とは、第4スイッチS4が有する寄生ダイオード成分及び第3スイッチS3が有する寄生ダイオード成分による電圧降下を考慮した範囲である。 Similarly, when the output voltage of the second DC power supply 21 becomes larger than the voltage across the input capacitor 40, the power stored in the second DC power supply 21 flows to the input capacitor 40 via the parasitic diode component of the fourth switch S4 and the parasitic diode component of the third switch S3. Therefore, the output voltage of the second DC power supply 21 and the voltage across the input capacitor 40 become substantially the same. Here, the "substantially the same" range is a range that takes into account the voltage drop due to the parasitic diode component of the fourth switch S4 and the parasitic diode component of the third switch S3.

第1直流電源11は、直流電力を出力可能な電源である。第1直流電源11は、太陽光電池のようなパワーフローが単一方向である電源であってもよく、バッテリのようにパワーフローが双方向である電源であってもよい。なお、本実施形態において、第1直流電源11は、直流負荷に置き換えることもできる。
リアクトル12は、第1直流電源11に直列接続される。図1には、第1直流電源11の正極端子側にリアクトル12が直列接続される場合の一例について示す。リアクトル12は、第1直流電源11の負極端子側に直列接続されてもよい。
直列接続された第1直流電源11とリアクトル12とは、一端が第1接続点P1に接続され、他端が第2電源線PL2に接続される。すなわち、第1直流電源11と、リアクトル12とは、第2電源線PL2と第1接続点P1との間に直列接続される。
The first DC power supply 11 is a power supply capable of outputting DC power. The first DC power supply 11 may be a power supply with a unidirectional power flow such as a solar cell, or may be a power supply with a bidirectional power flow such as a battery. In this embodiment, the first DC power supply 11 may be replaced with a DC load.
The reactor 12 is connected in series to the first DC power supply 11. Fig. 1 shows an example of a case where the reactor 12 is connected in series to the positive terminal side of the first DC power supply 11. The reactor 12 may be connected in series to the negative terminal side of the first DC power supply 11.
The first DC power supply 11 and the reactor 12 connected in series have one end connected to the first connection point P1 and the other end connected to the second power supply line PL2. That is, the first DC power supply 11 and the reactor 12 are connected in series between the second power supply line PL2 and the first connection point P1.

第1スイッチS1は、第1接続点P1と第2接続点P2との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する。
第2スイッチS2は、第1接続点P1と第3接続点P3との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する。
第1スイッチS1及び第2スイッチS2は、例えば、FET(Field effect transistor)であってもよい。第1スイッチS1及び第2スイッチS2がFETである場合、第1スイッチS1及び第2スイッチS2は、制御部50によりゲート電圧を制御されることにより、コレクタ-エミッタ間に流れる電流値を制御される。
The first switch S1 controls the current flowing between the first connection point P1 and the second connection point P2 to be in a conductive state or a non-conductive state.
The second switch S2 controls the current flowing between the first connection point P1 and the third connection point P3 to a conductive state or a non-conductive state.
The first switch S1 and the second switch S2 may be, for example, a field effect transistor (FET). When the first switch S1 and the second switch S2 are FETs, the control unit 50 controls the gate voltage of the first switch S1 and the second switch S2, thereby controlling the value of a current flowing between the collector and the emitter.

第2直流電源21は、第2接続点P2に一端が接続され、第3接続点P3に他端が接続される。第2直流電源21は、太陽光電池のようなパワーフローが単一方向である電源であってもよく、バッテリのようにパワーフローが双方向である電源であってもよい。なお、本実施形態において、第2直流電源21は、直流負荷に置き換えることもできる。 The second DC power supply 21 has one end connected to the second connection point P2 and the other end connected to the third connection point P3. The second DC power supply 21 may be a power supply with a unidirectional power flow such as a solar cell, or a power supply with a bidirectional power flow such as a battery. In this embodiment, the second DC power supply 21 can also be replaced with a DC load.

第3スイッチS3は、第3接続点P3と第2電源線PL2との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する。
第4スイッチS4は、第2接続点P2と第1電源線PL1との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する。
第3スイッチS3及び第4スイッチS4は、例えば、FETであってもよい。第3スイッチS3及び第4スイッチS4がFETである場合、第3スイッチS3及び第4スイッチS4は、制御部50によりゲート電圧を制御されることにより、コレクタ-エミッタ間に流れる電流値を制御される。
The third switch S3 controls the current flowing between the third connection point P3 and the second power line PL2 to a conductive state or a non-conductive state.
The fourth switch S4 controls the current flowing between the second connection point P2 and the first power line PL1 to a conductive state or a non-conductive state.
The third switch S3 and the fourth switch S4 may be, for example, FETs. When the third switch S3 and the fourth switch S4 are FETs, the control unit 50 controls the gate voltage of the third switch S3 and the fourth switch S4, thereby controlling the value of a current flowing between the collector and the emitter.

第4スイッチS4は、例えば、ダイオードであってもよい。第4スイッチS4がダイオードである場合、第2接続点P2にアノードが接続され第1電源線PL1にカソードが接続される。図1に示す一例においては、FETである第4スイッチS4の有する寄生ダイオード成分を用いることにより、電流制御されてもよい。 The fourth switch S4 may be, for example, a diode. When the fourth switch S4 is a diode, the anode is connected to the second connection point P2 and the cathode is connected to the first power line PL1. In the example shown in FIG. 1, the current may be controlled by using a parasitic diode component of the fourth switch S4, which is an FET.

制御部50は、第1スイッチS1、第2スイッチS2、第3スイッチS3、第4スイッチS4、スイッチ33、スイッチ34、スイッチ35及びスイッチ36(以下、単にスイッチと記載する。)の導通状態を制御する。具体的には、制御部50は、第1直流電源11及び第2直流電源21との間において電力の授受を行うようスイッチの導通状態を制御する。また、制御部50は、スイッチの導通状態を制御することにより第1直流電源11又は第2直流電源21の少なくともいずれかに蓄えられた電力を、単相交流電力に変換する。
また、制御部50は、第1直流電源11及び第2直流電源21の少なくともいずれかと、入力コンデンサ40との間における電力の授受を行うにあたり、入力コンデンサ40の平均電圧Vaveが所定の値になるようスイッチの導通状態を制御する。ここで所定の値とは、単相インバータ回路30の出力電圧の2倍の周波数で脈動する電圧V3の下限の電圧が第1直流電源11の電圧V1又は第2直流電源21の電圧V2の電圧のいずれの電圧よりも高くなるような値とする。
また、制御部50は、入力コンデンサ40の直流電圧をPWM制御によって単相系統電圧に変換する。したがって、制御部50の制御により入力コンデンサ40には、系統の2倍周波数の電圧リプル(ΔV)が発生する。当該電圧リプルは、入力コンデンサ40の容量と、負荷電力によって一義的に決まる。
The control unit 50 controls the conductive states of the first switch S1, the second switch S2, the third switch S3, the fourth switch S4, the switch 33, the switch 34, the switch 35, and the switch 36 (hereinafter simply referred to as switches). Specifically, the control unit 50 controls the conductive states of the switches so as to exchange power between the first DC power source 11 and the second DC power source 21. The control unit 50 also controls the conductive states of the switches to convert the power stored in at least one of the first DC power source 11 or the second DC power source 21 into single-phase AC power.
Furthermore, when power is exchanged between at least one of the first DC power source 11 and the second DC power source 21 and the input capacitor 40, the control unit 50 controls the conductive state of the switch so that the average voltage Vave of the input capacitor 40 becomes a predetermined value. Here, the predetermined value is a value such that the lower limit voltage of the voltage V3 pulsating at a frequency twice the output voltage of the single-phase inverter circuit 30 is higher than either the voltage V1 of the first DC power source 11 or the voltage V2 of the second DC power source 21.
Furthermore, the control unit 50 converts the DC voltage of the input capacitor 40 into a single-phase system voltage by PWM control. Therefore, a voltage ripple (ΔV) having twice the frequency of the system is generated in the input capacitor 40 by the control of the control unit 50. The voltage ripple is uniquely determined by the capacity of the input capacitor 40 and the load power.

図2は、第1の実施形態に係る電源装置が備える入力コンデンサの両端の電圧変動範囲の一例を示す図である。同図を参照しながら、入力コンデンサ40の両端の電圧変動範囲について説明する。以降の説明において、入力コンデンサ40の両端の電圧をv3とも記載する。同図には、電圧V3の時間変化について、縦軸を電圧、横軸を時間として示す。 Figure 2 is a diagram showing an example of the voltage fluctuation range across the input capacitor provided in the power supply device according to the first embodiment. The voltage fluctuation range across the input capacitor 40 will be described with reference to the diagram. In the following description, the voltage across the input capacitor 40 will also be referred to as v3. In the diagram, the time change of the voltage V3 is shown with the vertical axis representing voltage and the horizontal axis representing time.

制御部50は、第1スイッチS1、第2スイッチS2、第3スイッチS3及び第4スイッチS4を制御することにより、電圧V3を、単相インバータ回路30が出力する電源周波数の2倍の周波数で脈動させる。このとき、電圧V3は、下の式(1)で表される。 The control unit 50 controls the first switch S1, the second switch S2, the third switch S3, and the fourth switch S4 to pulsate the voltage V3 at a frequency twice the power frequency output by the single-phase inverter circuit 30. At this time, the voltage V3 is expressed by the following equation (1).

Figure 0007611746000001
Figure 0007611746000001

電圧V3の電圧変動範囲ΔVは、単相インバータ回路30における定数を用いて表されるため、すなわち電圧V3は、下の式(2)で表される。 The voltage fluctuation range ΔV of voltage V3 is expressed using constants in the single-phase inverter circuit 30, so voltage V3 is expressed by the following equation (2).

Figure 0007611746000002
Figure 0007611746000002

このとき、電圧V3の電圧値が下の式(3)で表される最小値を取る場合においても、第2直流電源21の出力電圧よりも大きくなるよう設定される。 At this time, even when the voltage value of voltage V3 is the minimum value expressed by the following equation (3), it is set to be greater than the output voltage of the second DC power source 21.

Figure 0007611746000003
Figure 0007611746000003

すなわち、入力コンデンサの両端の電圧をV3とし、単相インバータ回路の最大電力をPとし、単相インバータ回路の周波数をfとし、入力コンデンサの容量をCとしたときに、入力コンデンサの容量Cは、入力コンデンサ40の両端の電圧V3が上の式(3)式を満たす場合においても、入力コンデンサ40の両端の電圧V3が第2直流電源21の出力電圧よりも大きくなるよう設定される。 In other words, when the voltage across the input capacitor is V3, the maximum power of the single-phase inverter circuit is P, the frequency of the single-phase inverter circuit is f, and the capacitance of the input capacitor is C, the capacitance C of the input capacitor is set so that the voltage V3 across the input capacitor 40 is greater than the output voltage of the second DC power source 21 even when the voltage V3 across the input capacitor 40 satisfies the above formula (3).

上述した一例では、入力コンデンサ40の容量により、入力コンデンサ40の両端の電圧V3が第2直流電源21の出力電圧よりも大きくなるよう制御される場合の一例について説明したが、本実施形態においては、他の方法により電圧V3を第2直流電源21の出力電圧よりも大きくなるよう制御してもよい。 In the above example, an example was described in which the capacitance of the input capacitor 40 controls the voltage V3 across the input capacitor 40 to be greater than the output voltage of the second DC power source 21, but in this embodiment, the voltage V3 may be controlled to be greater than the output voltage of the second DC power source 21 by other methods.

例えば、不図示の第1電圧検出部により、入力コンデンサ40の両端の電圧V3を検出し、不図示の第2電圧検出部により、第2直流電源21の出力電圧を検出し、検出された入力コンデンサ40の両端の電圧V3と、第2直流電源21の出力電圧とに基づき、入力コンデンサ40の両端の電圧V3が、第2直流電源21の出力電圧よりも大きくなるよう第1スイッチS1、第2スイッチS2又は第3スイッチS3のうち少なくともいずれかの導通状態を制御してもよい。 For example, a first voltage detection unit (not shown) detects the voltage V3 across the input capacitor 40, and a second voltage detection unit (not shown) detects the output voltage of the second DC power supply 21. Based on the detected voltage V3 across the input capacitor 40 and the output voltage of the second DC power supply 21, the conductive state of at least one of the first switch S1, the second switch S2, and the third switch S3 may be controlled so that the voltage V3 across the input capacitor 40 is greater than the output voltage of the second DC power supply 21.

[第1直流電源と第2直流電源との間の電力の授受]
図3は、第1の実施形態に係る電源装置を、電流不連続モードを用いて、第1直流電源と第2直流電源との間の電力の授受をさせる場合におけるリアクトルに流れる電流値の時間変化の一例を示す図である。同図を参照しながら、電流不連続モードを用いた場合の、第1直流電源11と第2直流電源21との間の電力の授受の一例について説明する。同図は、リアクトル12に流れる電流値を縦軸とし、その時間変化について、横軸を時間として示す。
[Power transfer between first DC power supply and second DC power supply]
3 is a diagram showing an example of a change in a current value flowing through a reactor over time when the power supply device according to the first embodiment exchanges power between the first DC power supply and the second DC power supply in a discontinuous current mode. With reference to the figure, an example of the exchange of power between the first DC power supply 11 and the second DC power supply 21 in the discontinuous current mode will be described. In the figure, the vertical axis represents the current value flowing through the reactor 12, and the horizontal axis represents the time change.

SWの期間、制御部50は、第1スイッチS1を非導通状態に、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を導通状態に制御する。第1直流電源11の正極側端子から、リアクトル12を介し、第1直流電源11の負極側端子に電流が流れる。すなわち、DSWの期間、リアクトル12に流れる電流は増加する。
SWの期間、制御部50は、第2スイッチS2を非導通状態に、第1スイッチS1及び第3スイッチS3を導通状態に制御する。第1直流電源11の電力に加え、リアクトル12に蓄えられた電力が、第2直流電源21に電力が供給される。すなわち、DSWの期間、リアクトル12に流れる電流は減少する。
During the D1TSW period, the control unit 50 controls the first switch S1 to a non-conducting state and the second switch S2 and the third switch S3 to a conducting state. A current flows from the positive terminal of the first DC power supply 11 through the reactor 12 to the negative terminal of the first DC power supply 11. That is, during the D1TSW period, the current flowing through the reactor 12 increases.
During the D2T SW period, the control unit 50 controls the second switch S2 to be in a non-conductive state and the first switch S1 and the third switch S3 to be in a conductive state. In addition to the power of the first DC power supply 11, the power stored in the reactor 12 is supplied to the second DC power supply 21. That is, during the D2T SW period, the current flowing through the reactor 12 decreases.

電流不連続モードにおいては、リアクトル12に流れる電流がゼロとなる期間(すなわち、DSW)が存在する。具体的には、リアクトル12に流れる電流値の時間変化は、リアクトル12のリアクタンスに依存するため、リアクトル12によっては誤差が生じる場合がある。したがって、電流不連続モードにおいては、リアクトル12に流れる電流がゼロとなる期間を設けることにより、リアクトル12に流れる電流が衝突することを抑止する。DSWの期間は、理論的にはゼロであってもよい。 In the discontinuous current mode, there is a period in which the current flowing through the reactor 12 is zero (i.e., D3TSW ). Specifically, the change over time in the value of the current flowing through the reactor 12 depends on the reactance of the reactor 12, and therefore an error may occur depending on the reactor 12. Therefore, in the discontinuous current mode, a period in which the current flowing through the reactor 12 is zero is provided to prevent the currents flowing through the reactor 12 from colliding. Theoretically, the period of D3TSW may be zero.

SWの期間と、DSWの期間とを入れ替えることにより、第2直流電源21の電力を第1直流電源11に供給することができる。 By interchanging the period of D 1 T SW and the period of D 2 T SW , it is possible to supply power from the second DC power supply 21 to the first DC power supply 11 .

なお、周期TSWは固定であってもよく、毎周期ごとに変化(すなわち周波数変調:PFM)させてもよい。 The period T SW may be fixed, or may be changed every period (that is, PFM: frequency modulation).

図4は、第1の実施形態に係る電源装置を、電流連続モードを用いて、第1直流電源と第2直流電源との間の電力の授受をさせる場合におけるリアクトルに流れる電流値の時間変化の一例を示す図である。同図を参照しながら、電流連続モードを用いた場合の、第1直流電源11と第2直流電源21との間の電力の授受の一例について説明する。同図は、リアクトル12に流れる電流値を縦軸とし、その時間変化について、横軸を時間として示す。 Figure 4 is a diagram showing an example of the change over time in the value of the current flowing through the reactor when the power supply device according to the first embodiment is used in the current continuous mode to exchange power between the first DC power supply and the second DC power supply. With reference to the figure, an example of the exchange of power between the first DC power supply 11 and the second DC power supply 21 when the current continuous mode is used will be described. In the figure, the vertical axis represents the value of the current flowing through the reactor 12, and the horizontal axis represents the time change.

電流連続モードにおいては、リアクトル12に流れる電流がゼロとなる期間(すなわち、DSW)が存在しない点において、上述した電流不連続モードとは異なる。電流不連続モードの説明において、既に説明した内容については、説明を省略する場合がある。 The continuous current mode differs from the discontinuous current mode described above in that there is no period (i.e., D3TSW ) during which the current flowing through the reactor 12 is zero. In the explanation of the discontinuous current mode, the contents already explained may be omitted.

電流連続モードにおいては、期間DSWを設けないため、リアクトル12に流れる電流がゼロとならず、電流変化が少ない。したがって、電流連続モードにおいては、電流変化が少ないため、ノイズが少なくなるメリットがある。一方、電流不連続モードでは、リアクトル12に流れる電流変化が大きいため、ノイズが大きくなるデメリットがある。 In the continuous current mode, the period D3TSW is not provided , so the current flowing through the reactor 12 does not become zero and the current change is small. Therefore, the continuous current mode has the advantage of reducing noise because the current change is small. On the other hand, the discontinuous current mode has the disadvantage of increasing noise because the current change through the reactor 12 is large.

また、電流連続モードにおいては、リアクトル12に流れる電流を検出することを要し、制御が複雑となるデメリットがある。一方、電流不連続モードでは、リアクトル12に流れる電流を検出することを要しないため、制御が容易となるメリットがある。 In addition, the continuous current mode requires the detection of the current flowing through the reactor 12, which has the disadvantage of making the control more complex. On the other hand, the discontinuous current mode does not require the detection of the current flowing through the reactor 12, which has the advantage of making the control easier.

また、電流連続モードにおいては、リアクトル12に流れる電流変化が小さいため、第1直流電源11の電圧を昇圧させるために、より大きいリアクタンスを有するリアクトル12を用いることを要するデメリットがある。一方、電流不連続モードでは、リアクトル12に流れる電流変化が大きいため、第1直流電源11の電圧を昇圧させるために、より小さいリアクタンスを有するリアクトル12を用いることができるというメリットがある。 In addition, in the continuous current mode, the change in the current flowing through the reactor 12 is small, so there is a disadvantage in that a reactor 12 with a larger reactance must be used to boost the voltage of the first DC power source 11. On the other hand, in the discontinuous current mode, the change in the current flowing through the reactor 12 is large, so there is an advantage in that a reactor 12 with a smaller reactance can be used to boost the voltage of the first DC power source 11.

[第1直流電源又は第2直流電源と単相インバータとの間の電力の授受]
図5は、第1の実施形態に係る電源装置を用いて、第1直流電源と単相インバータとの間の電力の授受をさせる場合におけるリアクトルに流れる電流値の時間変化の一例を示す図である。同図を参照しながら、第1直流電源11と単相インバータ回路30との間の電力の授受の一例について説明する。同図は、リアクトル12に流れる電流値を縦軸とし、その時間変化について、横軸を時間として示す。
[Power transfer between the first DC power supply or the second DC power supply and the single-phase inverter]
5 is a diagram showing an example of a change in a current value flowing through a reactor over time when power is exchanged between a first DC power source and a single-phase inverter using the power supply device according to the first embodiment. With reference to the figure, an example of power exchange between the first DC power source 11 and a single-phase inverter circuit 30 will be described. In the figure, the vertical axis represents the current value flowing through the reactor 12, and the horizontal axis represents the time change.

SWの期間、制御部50は、第1スイッチS1を非導通状態に、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を導通状態に制御する。第1直流電源11の正極側端子から、リアクトル12を介し、第1直流電源11の負極側端子に電流が流れる。すなわち、DSWの期間、リアクトル12に流れる電流は増加する。
SWの期間、制御部50は、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を非導通状態に、第1スイッチS1及び第4スイッチS4を導通状態に制御する。第1直流電源11の電力に加え、リアクトル12に蓄えられた電力が、単相インバータ回路30に電力が供給される。すなわち、DSWの期間、リアクトル12に流れる電流は減少する。
During the D1TSW period, the control unit 50 controls the first switch S1 to a non-conducting state and the second switch S2 and the third switch S3 to a conducting state. A current flows from the positive terminal of the first DC power supply 11 through the reactor 12 to the negative terminal of the first DC power supply 11. That is, during the D1TSW period, the current flowing through the reactor 12 increases.
During the D2T SW period, the control unit 50 controls the second switch S2 and the third switch S3 to a non-conducting state and the first switch S1 and the fourth switch S4 to a conducting state. In addition to the power of the first DC power source 11, the power stored in the reactor 12 is supplied to the single-phase inverter circuit 30. That is, during the D2T SW period, the current flowing through the reactor 12 decreases.

SWの期間、リアクトル12に流れる電流がゼロとなる。リアクトル12に流れる電流がゼロとなる期間を設けることにより、リアクトル12に流れる電流が衝突することを抑止する。DSWの期間は、理論的にはゼロであってもよい。 During the D3T SW period, the current flowing through the reactor 12 becomes zero. By providing a period during which the current flowing through the reactor 12 becomes zero, it is possible to prevent the currents flowing through the reactor 12 from colliding with each other. Theoretically, the D3T SW period may be zero.

なお、DSWの期間と、DSWの期間とを入れ替えることにより、リアクトル12に流れる電流は負となり、単相インバータ回路30から第1直流電源11に電力が供給される。 By interchanging the period of D 2 T SW and the period of D 1 T SW , the current flowing through the reactor 12 becomes negative, and power is supplied from the single-phase inverter circuit 30 to the first DC power source 11 .

SWの期間、制御部50は、第1スイッチS1を非導通状態に、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を導通状態に制御する。第1直流電源11の正極側端子から、リアクトル12を介し、第1直流電源11の負極側端子に電流が流れる。すなわち、DSWの期間、リアクトル12に流れる電流は増加する。
SWの期間、制御部50は、第1スイッチS1及び第3スイッチS3を非導通状態に、第2スイッチS2及び第4スイッチS4を導通状態に制御する。第1直流電源11の電力と、第2直流電源21と、リアクトル12に蓄えられた電力とが、単相インバータ回路30に電力が供給される。すなわち、DSWの期間、リアクトル12に流れる電流は減少する。
During the D4T SW period, the control unit 50 controls the first switch S1 to a non-conducting state and the second switch S2 and the third switch S3 to a conducting state. A current flows from the positive terminal of the first DC power supply 11 through the reactor 12 to the negative terminal of the first DC power supply 11. That is, during the D4T SW period, the current flowing through the reactor 12 increases.
During the D5T SW period, the control unit 50 controls the first switch S1 and the third switch S3 to a non-conducting state and the second switch S2 and the fourth switch S4 to a conducting state. Power from the first DC power source 11, the second DC power source 21, and the power stored in the reactor 12 are supplied to the single-phase inverter circuit 30. That is, during the D5T SW period, the current flowing through the reactor 12 decreases.

SWの期間、リアクトル12に流れる電流がゼロとなる。リアクトル12に流れる電流がゼロとなる期間を設けることにより、リアクトル12に流れる電流が衝突することを抑止する。DSWの期間は、理論的にはゼロであってもよい。 During the D6T SW period, the current flowing through the reactor 12 becomes zero. By providing a period during which the current flowing through the reactor 12 becomes zero, it is possible to prevent the currents flowing through the reactor 12 from colliding with each other. Theoretically, the D6T SW period may be zero.

なお、DSWの期間と、DSWの期間とを入れ替えることにより、リアクトル12に流れる電流は負となり、単相インバータ回路30及び第2直流電源21から第1直流電源11に電力が供給される。 By interchanging the period of D 4 T SW and the period of D 5 T SW , the current flowing through the reactor 12 becomes negative, and power is supplied from the single-phase inverter circuit 30 and the second DC power supply 21 to the first DC power supply 11 .

なお、周期TSWは固定であってもよく、毎周期ごとに変化(すなわち周波数変調:PFM)させてもよい。 The period T SW may be fixed, or may be changed every period (that is, PFM: frequency modulation).

図6は、第1の実施形態に係る電源装置を用いて、第2直流電源と単相インバータとの間の電力の授受をさせる場合におけるリアクトルに流れる電流値の時間変化の一例を示す図である。同図を参照しながら、第2直流電源21と単相インバータ回路30との間の電力の授受の一例について説明する。同図は、リアクトル12に流れる電流値を縦軸とし、その時間変化について、横軸を時間として示す。 Figure 6 is a diagram showing an example of the change over time in the value of the current flowing through the reactor when power is exchanged between the second DC power source and the single-phase inverter using the power supply device according to the first embodiment. With reference to the figure, an example of the exchange of power between the second DC power source 21 and the single-phase inverter circuit 30 will be described. In the figure, the vertical axis represents the value of the current flowing through the reactor 12, and the horizontal axis represents the time change.

SWの期間、制御部50は、第1スイッチS1を非導通状態に、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を導通状態に制御する。第1直流電源11の正極側端子から、リアクトル12を介し、第1直流電源11の負極側端子に電流が流れる。すなわち、DSWの期間、リアクトル12に流れる電流は増加する。
SWの期間、制御部50は、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を非導通状態に、第1スイッチS1及び第4スイッチS4を導通状態に制御する。第1直流電源11の電力に加え、リアクトル12に蓄えられた電力が、単相インバータ回路30に電力が供給される。すなわち、DSWの期間、リアクトル12に流れる電流は減少する。
このとき、第1直流電源11は、直前の周期TSWにおいて第2直流電源21から受けた電力を放出する。
During the D1TSW period, the control unit 50 controls the first switch S1 to a non-conducting state and the second switch S2 and the third switch S3 to a conducting state. A current flows from the positive terminal of the first DC power supply 11 through the reactor 12 to the negative terminal of the first DC power supply 11. That is, during the D1TSW period, the current flowing through the reactor 12 increases.
During the D2T SW period, the control unit 50 controls the second switch S2 and the third switch S3 to a non-conducting state and the first switch S1 and the fourth switch S4 to a conducting state. In addition to the power of the first DC power source 11, the power stored in the reactor 12 is supplied to the single-phase inverter circuit 30. That is, during the D2T SW period, the current flowing through the reactor 12 decreases.
At this time, the first DC power supply 11 discharges the power received from the second DC power supply 21 in the immediately preceding period T SW .

SWの期間、リアクトル12に流れる電流がゼロとなる。リアクトル12に流れる電流がゼロとなる期間を設けることにより、リアクトル12に流れる電流が衝突することを抑止する。DSWの期間は、理論的にはゼロであってもよい。 During the D3T SW period, the current flowing through the reactor 12 becomes zero. By providing a period during which the current flowing through the reactor 12 becomes zero, it is possible to prevent the currents flowing through the reactor 12 from colliding with each other. Theoretically, the D3T SW period may be zero.

SWの期間、制御部50は、第2スイッチS2及び第4スイッチS4を非導通状態に、第1スイッチS1及び第3スイッチS3を導通状態に制御する。第2直流電源21の電力が、第1直流電源11に供給されつつ、リアクトル12には電力が蓄積される。すなわち、DSWの期間、リアクトル12には、負の電流が流れる。
SWの期間、制御部50は、第1スイッチS1を非導通状態に、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を導通状態に制御する。リアクトル12に蓄えられた電力が、第1直流電源11に移動する。すなわち、DSWの期間、リアクトル12には、正の電流が流れる。
During the D5T SW period, the control unit 50 controls the second switch S2 and the fourth switch S4 to a non-conducting state and the first switch S1 and the third switch S3 to a conducting state. While the power of the second DC power source 21 is supplied to the first DC power source 11, power is stored in the reactor 12. That is, during the D5T SW period, a negative current flows in the reactor 12.
During the D4T SW period, the control unit 50 controls the first switch S1 to be in a non-conductive state and the second switch S2 and the third switch S3 to be in a conductive state. The power stored in the reactor 12 is transferred to the first DC power source 11. That is, during the D4T SW period, a positive current flows in the reactor 12.

なお、第1直流電源11の電力授受は、DSW及びDSWの期間に移行する電力と、DSW及びDSWの期間に移行する電力との収支により決定される。具体的には、DSW及びDSWの期間に移行する電力が、DSW及びDSWの期間に移行する電力より大きい場合には力行動作となり、DSW及びDSWの期間に移行する電力が、DSW及びDSWの期間に移行する電力より小さい場合には回生動作となる。また、DSW及びDSWの期間に移行する電力と、DSW及びDSWの期間に移行する電力とが等しい場合には、第1直流電源11は電力を授受しない。 The power transfer of the first DC power supply 11 is determined by the balance between the power transferred during the periods of D1TSW and D2TSW and the power transferred during the periods of D4TSW and D5TSW . Specifically, when the power transferred during the periods of D1TSW and D2TSW is greater than the power transferred during the periods of D4TSW and D5TSW , the powering operation is performed, and when the power transferred during the periods of D1TSW and D2TSW is less than the power transferred during the periods of D4TSW and D5TSW , the regenerative operation is performed. Furthermore, when the power transferred during the periods of D 1 T SW and D 2 T SW is equal to the power transferred during the periods of D 4 T SW and D 5 T SW , the first DC power supply 11 does not supply or receive power.

なお、周期TSWは固定であってもよく、毎周期ごとに変化(すなわち周波数変調:PFM)させてもよい。 The period T SW may be fixed, or may be changed every period (that is, PFM: frequency modulation).

[第2の実施形態]
図7は、第2の実施形態に係る電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、第1の実施形態に係る電源装置1Aの回路構成の一例について説明する。電源装置1Aは、電源装置1と等価な回路である。電源装置1Aの説明において、電源装置1と同様の構成については、同様の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。
Second Embodiment
7 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of a power supply device according to the second embodiment. With reference to the same figure, an example of the circuit configuration of the power supply device 1A according to the first embodiment will be described. The power supply device 1A is a circuit equivalent to the power supply device 1. In the description of the power supply device 1A, the same components as those of the power supply device 1 are denoted by the same reference numerals, and the description may be omitted.

電源装置1Aは、第1直流電源11Aと、リアクトル12Aと、第1スイッチS1Aと、第2スイッチS2Aと、第3スイッチS3Aと、第4スイッチS4Aと、第2直流電源21Aと、単相インバータ回路30と、入力コンデンサ40と、制御部50Aとを備える。第1直流電源11Aと、リアクトル12Aとを第1電源部10Aとも記載し、第1スイッチS1Aと、第2スイッチS2Aと、第2直流電源21Aとを第2電源部20Aとも記載する。 The power supply device 1A includes a first DC power supply 11A, a reactor 12A, a first switch S1A, a second switch S2A, a third switch S3A, a fourth switch S4A, a second DC power supply 21A, a single-phase inverter circuit 30, an input capacitor 40, and a control unit 50A. The first DC power supply 11A and the reactor 12A are also referred to as the first power supply unit 10A, and the first switch S1A, the second switch S2A, and the second DC power supply 21A are also referred to as the second power supply unit 20A.

電源装置1Aは、第1直流電源11に代えて第1直流電源11Aを備え、リアクトル12に代えてリアクトル12Aを備える。電源装置1Aは、第1直流電源11Aの負極端子側にリアクトル12Aが接続される点において、電源装置1とは異なる。直列接続された第1直流電源11Aとリアクトル12Aとは、一端が第1接続点P1Aに接続され、他端が第1電源線PL1に接続される。すなわち、第1直流電源11と、リアクトル12とは、第1電源線PL1と第1接続点との間に直列接続される。 The power supply unit 1A includes a first DC power supply 11A instead of the first DC power supply 11, and a reactor 12A instead of the reactor 12. The power supply unit 1A differs from the power supply unit 1 in that the reactor 12A is connected to the negative terminal side of the first DC power supply 11A. The first DC power supply 11A and the reactor 12A are connected in series, with one end connected to the first connection point P1A and the other end connected to the first power supply line PL1. That is, the first DC power supply 11 and the reactor 12 are connected in series between the first power supply line PL1 and the first connection point.

第1スイッチS1Aは、第1接続点P1Aと第3接続点P3Aとの間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する。第2スイッチS2Aは、第1接続点P1Aと第2接続点P2Aとの間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する。
第2直流電源21Aは、第2接続点P2Aに一端が接続され、第3接続点P3Aに他端が接続される。
The first switch S1A controls the current flowing between the first connection point P1A and the third connection point P3A to a conductive state or a non-conductive state. The second switch S2A controls the current flowing between the first connection point P1A and the second connection point P2A to a conductive state or a non-conductive state.
The second DC power supply 21A has one end connected to the second connection point P2A and the other end connected to the third connection point P3A.

第3スイッチS3Aは、第1電源線PL1Aと第2接続点P2Aとの間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する。第4スイッチS4Aは、第2電源線PL2Aと第3接続点P3Aとの間に流れる電流を制御する。第4スイッチS4Aは、例えば、ダイオードであってもよい。第4スイッチS4Aがダイオードである場合、第2電源線PL2Aにアノードが接続され第3接続点P3Aにカソードが接続される。 The third switch S3A controls the current flowing between the first power line PL1A and the second connection point P2A to a conductive or non-conductive state. The fourth switch S4A controls the current flowing between the second power line PL2A and the third connection point P3A. The fourth switch S4A may be, for example, a diode. When the fourth switch S4A is a diode, the anode is connected to the second power line PL2A and the cathode is connected to the third connection point P3A.

制御部50Aは、第1スイッチS1A、第2スイッチS2A、第3スイッチS3A、第4スイッチS4A、スイッチ33、スイッチ34、スイッチ35及びスイッチ36(以下、単にスイッチと記載する。)の導通状態を制御する。具体的には、制御部50は、第1直流電源11A及び第2直流電源21Aとの間において電力の授受を行うようスイッチの導通状態を制御する。また、制御部50Aは、スイッチの導通状態を制御することにより第1直流電源11A又は第2直流電源21Aの少なくともいずれかに蓄えられた電力を、単相交流電力に変換する。 The control unit 50A controls the conductive states of the first switch S1A, the second switch S2A, the third switch S3A, the fourth switch S4A, the switch 33, the switch 34, the switch 35, and the switch 36 (hereinafter simply referred to as switches). Specifically, the control unit 50 controls the conductive states of the switches to exchange power between the first DC power source 11A and the second DC power source 21A. In addition, the control unit 50A converts the power stored in at least one of the first DC power source 11A or the second DC power source 21A into single-phase AC power by controlling the conductive states of the switches.

[実施形態のまとめ]
以上説明したように、電源装置1は、第1電源部10と、第2電源部20と、単相インバータ回路30と、入力コンデンサ40と、制御部50とを備えることにより、単相インバータ回路30に入力される電圧を、単相インバータ回路30が出力する周波数の2倍の周波数で脈動させる。よって、本実施形態によれば、入力コンデンサ40として小容量のフィルムコンデンサを用いることができるため、装置を低コストかつ小型化することができる。
また、本実施形態によれば、上述したような制御を行うことにより、従来技術では必要としていたリアクタンスやスイッチング素子等の素子を削減することができるため、低コストで直流電源を交流電源に変換可能な電源装置1を提供することができる。また、本実施形態によれば、装置を小型化することができる。
[Summary of the embodiment]
As described above, the power supply device 1 includes the first power supply unit 10, the second power supply unit 20, the single-phase inverter circuit 30, the input capacitor 40, and the control unit 50, and thereby causes the voltage input to the single-phase inverter circuit 30 to pulsate at a frequency twice the frequency output by the single-phase inverter circuit 30. Therefore, according to this embodiment, a small-capacity film capacitor can be used as the input capacitor 40, and therefore the device can be made low-cost and compact.
Furthermore, according to this embodiment, by performing the above-described control, it is possible to reduce elements such as reactance and switching elements that were necessary in the prior art, and therefore it is possible to provide a power supply device 1 that can convert DC power to AC power at low cost. Also, according to this embodiment, it is possible to reduce the size of the device.

また、本実施形態によれば、入力コンデンサ40の両端の電圧は、第2直流電源21の出力電圧よりも大きい。すなわち、単相インバータ回路30に入力される電圧が一番小さくなった場合においても、第2直流電源21の電圧値を下回ることがない。したがって、本実施形態によれば、入力コンデンサ40として小容量のフィルムコンデンサを用いることができるため、装置を低コストかつ小型化することができる。 In addition, according to this embodiment, the voltage across the input capacitor 40 is greater than the output voltage of the second DC power source 21. In other words, even when the voltage input to the single-phase inverter circuit 30 is at its lowest, it does not fall below the voltage value of the second DC power source 21. Therefore, according to this embodiment, a small-capacity film capacitor can be used as the input capacitor 40, making it possible to reduce the cost and size of the device.

また、本実施形態によれば、入力コンデンサ40の容量は、入力コンデンサ40の両端の電圧が第2直流電源21の出力電圧よりも大きくなるよう設定される。すなわち、本実施形態によれば、コンデンサ容量を適切な値に設定することにより、制御部50が複雑な制御をすることなく、入力コンデンサ40の両端の電圧が、第2直流電源21の出力電圧を下回らない。したがって、本実施形態によれば、容易に直流電源を交流電源に変換することができる。 In addition, according to this embodiment, the capacitance of the input capacitor 40 is set so that the voltage across the input capacitor 40 is greater than the output voltage of the second DC power source 21. In other words, according to this embodiment, by setting the capacitor capacitance to an appropriate value, the voltage across the input capacitor 40 does not fall below the output voltage of the second DC power source 21 without the control unit 50 performing complex control. Therefore, according to this embodiment, DC power can be easily converted into AC power.

また、本実施形態によれば、電源装置1は、第1電圧検出部を備えることにより入力コンデンサ40の両端の電圧を検出し、第2電圧検出部を備えることにより第2直流電源21の出力電圧を検出する。制御部50は、入力コンデンサ40の両端の電圧が、第2直流電源21の出力電圧よりも大きくなるよう各スイッチを制御する。よって、本実施形態によれば、入力コンデンサ40の両端の電圧が、第2直流電源21の出力電圧よりも小さくなることはない。 Furthermore, according to this embodiment, the power supply device 1 includes a first voltage detection unit to detect the voltage across the input capacitor 40, and a second voltage detection unit to detect the output voltage of the second DC power supply 21. The control unit 50 controls each switch so that the voltage across the input capacitor 40 is greater than the output voltage of the second DC power supply 21. Therefore, according to this embodiment, the voltage across the input capacitor 40 will never be less than the output voltage of the second DC power supply 21.

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、具体的な構成が上述した実施形態に限られるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更等も含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to the above-described embodiment, and includes design modifications and the like that do not deviate from the gist of the present invention.

1…電源装置、10…第1電源部、11…第1直流電源、12…リアクトル、20…第2電源部、21…第2直流電源、30…単相インバータ回路、31…リアクトル、32…負荷、33、34、35、36…スイッチ、40…入力コンデンサ、50…制御部、S1…第1スイッチ、S2…第2スイッチ、S3…第3スイッチ、S4…第4スイッチ、PL1…第1電源線、PL2…第2電源線、P1…第1接続点、P2…第2接続点、P3…第3接続点、91…フライングキャパシタ型コンバータ回路、92…単相インバータ回路 1...power supply device, 10...first power supply unit, 11...first DC power supply, 12...reactor, 20...second power supply unit, 21...second DC power supply, 30...single-phase inverter circuit, 31...reactor, 32...load, 33, 34, 35, 36...switch, 40...input capacitor, 50...control unit, S1...first switch, S2...second switch, S3...third switch, S4...fourth switch, PL1...first power supply line, PL2...second power supply line, P1...first connection point, P2...second connection point, P3...third connection point, 91...flying capacitor type converter circuit, 92...single-phase inverter circuit

Claims (4)

Hブリッジ回路を備える単相インバータ回路と、
前記Hブリッジ回路の高電位側に接続される第1電源線と、前記Hブリッジ回路の低電位側に接続される第2電源線との間に接続される入力コンデンサと、
前記第1電源線又は前記第2電源線と第1接続点との間に直列接続される第1直流電源と、リアクトルとを備える第1電源部と、
前記第1接続点と第2接続点との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する第1スイッチと、前記第1接続点と第3接続点との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する第2スイッチと、前記第2接続点に一端が接続され、前記第3接続点に他端が接続される第2直流電源とを備える第2電源部と、
前記第3接続点と前記第2電源線との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御し、又は前記第1電源線と前記第2接続点との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する第3スイッチと、
前記第1電源線と前記第2接続点との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御し、又は前記第3接続点と前記第2電源線との間に流れる電流を導通状態又は非導通状態に制御する第4スイッチと、
前記単相インバータ回路に入力される電圧を、前記単相インバータ回路が出力する周波数の2倍の周波数で脈動させる制御部と
前記入力コンデンサの両端の電圧を検出する第1電圧検出部と、
前記第2直流電源の出力電圧を検出する第2電圧検出部と、
を備え、
前記制御部は、取得した前記入力コンデンサの両端の電圧と、前記第2直流電源の出力電圧とに基づき、前記入力コンデンサの両端の電圧が、前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれの出力電圧よりも大きくなるよう前記第1スイッチ、前記第2スイッチ又は前記第3スイッチのうち少なくともいずれかの導通状態を制御する、
電源装置。
A single-phase inverter circuit including an H-bridge circuit;
an input capacitor connected between a first power supply line connected to a high potential side of the H-bridge circuit and a second power supply line connected to a low potential side of the H-bridge circuit;
a first power supply unit including a first DC power supply connected in series between the first power supply line or the second power supply line and a first connection point, and a reactor;
a second power supply unit including a first switch that controls a current flowing between the first connection point and the second connection point to a conductive state or a non-conductive state, a second switch that controls a current flowing between the first connection point and a third connection point to a conductive state or a non-conductive state, and a second DC power supply having one end connected to the second connection point and the other end connected to the third connection point;
a third switch that controls a current flowing between the third connection point and the second power line to a conductive state or a non-conductive state, or controls a current flowing between the first power line and the second connection point to a conductive state or a non-conductive state;
a fourth switch that controls a current flowing between the first power supply line and the second connection point to a conductive state or a non-conductive state, or controls a current flowing between the third connection point and the second power supply line to a conductive state or a non-conductive state;
a control unit that pulsates a voltage input to the single-phase inverter circuit at a frequency that is twice the frequency of an output from the single-phase inverter circuit ;
a first voltage detection unit that detects a voltage across the input capacitor;
a second voltage detection unit that detects an output voltage of the second DC power supply;
Equipped with
the control unit controls a conductive state of at least one of the first switch, the second switch, and the third switch based on the acquired voltage across the input capacitor and the output voltage of the second DC power source so that the voltage across the input capacitor is greater than the output voltages of the first DC power source and the second DC power source.
Power supply.
前記入力コンデンサの両端の電圧は、前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれの出力電圧よりも大きい
請求項1に記載の電源装置。
2. The power supply device according to claim 1, wherein the voltage across the input capacitor is greater than the output voltage of both the first DC power supply and the second DC power supply.
前記第4スイッチとは、前記第2接続点にアノードが接続され、前記第1電源線にカソードが接続されたダイオード、又は前記第2電源線にアノードが接続され前記第3接続点にカソードが接続されたダイオードである
請求項1又は請求項2に記載の電源装置。
3. The power supply device according to claim 1, wherein the fourth switch is a diode having an anode connected to the second connection point and a cathode connected to the first power supply line, or a diode having an anode connected to the second power supply line and a cathode connected to the third connection point.
前記制御部は、前記入力コンデンサの両端の電圧が、前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれの出力電圧よりも大きくなるよう前記第1スイッチ、前記第2スイッチ又は前記第3スイッチのうち少なくともいずれかの導通状態を制御する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電源装置。
4. The power supply device according to claim 1, wherein the control unit controls a conductive state of at least one of the first switch, the second switch, and the third switch so that a voltage across the input capacitor becomes larger than an output voltage of either the first DC power supply or the second DC power supply.
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