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JP7614017B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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JP7614017B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents

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Description

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

従来、例えば特許文献1に記載されているように、送電コイル及び受電コイルを有するトランスと、送電コイルに接続された送電端子を有する送電回路と、受電コイルに接続された受電端子を有する受電回路とを備える電力変換装置が知られている。ここで、送電コイル及び受電コイルは互いに磁気結合されている。電力変換装置は、送電端子から入力される直流電圧を交流電圧に変換して送電コイルに供給すべく、送電回路が有する送電スイッチのスイッチング制御を行う。また、電力変換装置は、受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して受電端子に供給すべく、受電回路が有する受電スイッチのスイッチング制御を行う。 Conventionally, as described in, for example, Patent Document 1, a power conversion device is known that includes a transformer having a power transmission coil and a power receiving coil, a power transmission circuit having a power transmission terminal connected to the power transmission coil, and a power receiving circuit having a power receiving terminal connected to the power receiving coil. Here, the power transmission coil and the power receiving coil are magnetically coupled to each other. The power conversion device performs switching control of a power transmission switch of the power transmission circuit to convert a DC voltage input from the power transmission terminal into an AC voltage and supply it to the power transmission coil. The power conversion device also performs switching control of a power receiving switch of the power receiving circuit to convert an AC voltage output from the power receiving coil into a DC voltage and supply it to the power receiving terminal.

特開2016-152687号公報JP 2016-152687 A

上述した電力変換装置のスイッチング制御の実行中において、スイッチング損失が増大してしまう場合がある。 When performing switching control of the above-mentioned power conversion device, switching losses may increase.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、スイッチング損失を低減することができる電力変換装置を提供することである。 The present invention was made in consideration of the above problems, and its main objective is to provide a power conversion device that can reduce switching losses.

手段1は、互いに磁気結合する送電コイル及び受電コイルを有するトランスと、送電スイッチ、及び該送電スイッチを介して前記送電コイルに接続された送電端子を有する送電回路と、受電スイッチ、及び該受電スイッチを介して前記受電コイルに接続された受電端子を有する受電回路と、前記送電端子から入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給すべく前記送電スイッチのスイッチング制御を実行するとともに、前記受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記受電端子に供給すべく前記受電スイッチのスイッチング制御を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記送電スイッチ及び前記受電スイッチそれぞれのスイッチング制御の実行中において、前記送電コイル及び前記受電コイルそれぞれの単位巻き数あたりの電圧を互いに近づける制御を行う。 Means 1 includes a transformer having a power transmission coil and a power receiving coil that are magnetically coupled to each other, a power transmission circuit having a power transmission switch and a power transmission terminal connected to the power transmission coil via the power transmission switch, a power receiving circuit having a power receiving switch and a power receiving terminal connected to the power receiving coil via the power receiving switch, and a control unit that executes switching control of the power transmission switch to convert a DC voltage input from the power transmission terminal into an AC voltage and supply it to the power transmission coil, and executes switching control of the power receiving switch to convert an AC voltage output from the power receiving coil into a DC voltage and supply it to the power receiving terminal, and the control unit controls the voltages per unit number of turns of the power transmission coil and the power receiving coil to approach each other while executing switching control of the power transmission switch and the power receiving switch, respectively.

本願発明者は、送電コイル及び受電コイルそれぞれの単位巻き数あたりの電圧が互いに異なる場合、送電回路及び受電回路のうち、単位巻き数あたりの電圧が低いコイルに接続された回路において、スイッチング損失が増大してしまうことに着目した。 The inventors of the present application have noticed that when the voltages per unit number of turns of the power transmitting coil and the power receiving coil are different from each other, switching losses increase in the power transmitting circuit and the power receiving circuit that are connected to the coil with the lower voltage per unit number of turns.

そこで、手段1では、送電スイッチ及び受電スイッチそれぞれのスイッチング制御の実行中において、送電コイル及び受電コイルそれぞれの単位巻き数あたりの電圧が互いに近づけられる。これにより、送電回路及び受電回路それぞれのスイッチング損失を低減することができる。 Therefore, in the first method, while the switching control of the power transmitting switch and the power receiving switch is being executed, the voltages per unit number of turns of the power transmitting coil and the power receiving coil are brought closer to each other. This makes it possible to reduce the switching loss of each of the power transmitting circuit and the power receiving circuit.

手段2は、互いに磁気結合する送電コイル及び複数の受電コイルを有するトランスと、送電スイッチ、及び該送電スイッチを介して前記送電コイルに接続された送電端子を有する送電回路と、前記各受電コイルに対応して設けられ、受電スイッチ、及び該受電スイッチを介して前記受電コイルに接続された受電端子を有する受電回路と、前記送電端子から入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給すべく前記送電スイッチのスイッチング制御を実行するとともに、前記受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記受電端子に供給すべく前記受電スイッチのスイッチング制御を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記スイッチング制御の実行中において、前記送電コイル及び前記各受電コイルのうち、一部のコイルである特定コイルの単位巻き数あたりの電圧を、残りのコイルの単位巻き数あたりの電圧よりも高くする制御を行う。 Means 2 includes a transformer having a power transmission coil and a plurality of power receiving coils that are magnetically coupled to each other, a power transmission circuit having a power transmission switch and a power transmission terminal connected to the power transmission coil via the power transmission switch, a power receiving circuit provided corresponding to each of the power receiving coils and having a power receiving switch and a power receiving terminal connected to the power receiving coil via the power receiving switch, and a control unit that executes switching control of the power transmission switch to convert a DC voltage input from the power transmission terminal into an AC voltage and supply it to the power transmission coil, and executes switching control of the power receiving switch to convert an AC voltage output from the power receiving coil into a DC voltage and supply it to the power receiving terminal, and the control unit controls the voltage per unit turn of a specific coil, which is a part of the power transmission coil and each of the power receiving coils, to be higher than the voltage per unit turn of the remaining coils during the execution of the switching control.

手段2では、送電スイッチ及び受電スイッチそれぞれのスイッチング制御の実行中において、送電コイル及び各受電コイルのうち、一部のコイルである特定コイルの単位巻き数あたりの電圧が、残りのコイルの単位巻き数あたりの電圧よりも高くされる。これにより、送電回路及び受電回路のうち、特定コイルに接続された回路のスイッチング損失を優先的に低減することができる。 In the second method, during switching control of the power transmitting switch and the power receiving switch, the voltage per unit number of turns of a specific coil, which is a part of the power transmitting coil and each of the power receiving coils, is made higher than the voltage per unit number of turns of the remaining coils. This makes it possible to preferentially reduce the switching loss of the power transmitting circuit and the power receiving circuit, which are connected to the specific coil.

第1実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図。1 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a first embodiment; 比較例の制御を示すタイムチャート。4 is a time chart showing a control of a comparative example. 第1期間の電流経路を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a current path in a first period. 第1期間後のデッドタイムの電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path during a dead time after a first period. 第2期間の電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path in a second period. 第3期間の電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path in a third period. 第3期間後のデッドタイムの電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path during the dead time after the third period. 第4期間の電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path in a fourth period. 制御の一例を示すタイムチャート。4 is a time chart showing an example of control. 第5期間の電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path in a fifth period. 第5期間後のデッドタイムの電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path during the dead time after the fifth period. 第6期間の電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path in a sixth period. 第7期間の電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path in a seventh period. 第7期間後のデッドタイムの電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path during the dead time after the seventh period. 第8期間の電流経路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current path in an eighth period. 制御部が実行する処理の手順を示すフローチャート。5 is a flowchart showing the procedure of a process executed by a control unit. スイッチング損失の低減効果を示す図。FIG. 13 is a graph showing the effect of reducing switching loss. 第2実施形態に係る制御の一例を示すタイムチャート。10 is a time chart showing an example of control according to the second embodiment; 第3実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a third embodiment. 制御の一例を示す図。FIG. 第4実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a fourth embodiment.

<第1実施形態>
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の電力変換装置は、マルチポート型のものであり、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)等の電動化車両に搭載されている。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of a power conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The power conversion device of the present embodiment is a multi-port type, and is mounted on an electric vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) or an electric vehicle (EV).

図1に示すように、電源システムは、外部電源10、第1蓄電池20、第2蓄電池30及び電力変換装置40を備えている。外部電源10は、例えば100Vの単相交流の商用電源や200Vの三相交流の商用電源等である。外部電源10は、電力変換装置40の第1高電位側端子CH1及び第1低電位側端子CL1に接続されている。各蓄電池20,30は、充放電可能な2次電池である。第1蓄電池20は、例えばリチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池であり、第2蓄電池30は、例えば鉛蓄電池である。 As shown in FIG. 1, the power supply system includes an external power supply 10, a first storage battery 20, a second storage battery 30, and a power conversion device 40. The external power supply 10 is, for example, a 100V single-phase AC commercial power supply or a 200V three-phase AC commercial power supply. The external power supply 10 is connected to a first high potential side terminal CH1 and a first low potential side terminal CL1 of the power conversion device 40. Each storage battery 20, 30 is a secondary battery that can be charged and discharged. The first storage battery 20 is, for example, a lithium ion storage battery or a nickel metal hydride storage battery, and the second storage battery 30 is, for example, a lead storage battery.

電力変換装置40は、外部電源10から供給される交流電力を直流電力に変換するAC‐DCコンバータ11を備えている。AC‐DCコンバータ11は、電力変換装置40の第1高電位側端子CH1及び第2高電位側端子CH2を介して、外部電源10に接続されている。本実施形態において、AC‐DCコンバータ11から出力される定格電圧(例えば400V)は、第1蓄電池20の定格電圧(例えば300V)よりも高く、第1蓄電池20の定格電圧は第2蓄電池30の定格電圧(例えば14V)よりも高い。 The power conversion device 40 includes an AC-DC converter 11 that converts AC power supplied from an external power source 10 into DC power. The AC-DC converter 11 is connected to the external power source 10 via a first high potential side terminal CH1 and a second high potential side terminal CH2 of the power conversion device 40. In this embodiment, the rated voltage (e.g., 400 V) output from the AC-DC converter 11 is higher than the rated voltage (e.g., 300 V) of the first storage battery 20, which is higher than the rated voltage (e.g., 14 V) of the second storage battery 30.

電力変換装置40は、第1フルブリッジ回路50及び第1コンデンサ51を備えている。第1フルブリッジ回路50は、第1~第4スイッチQ1~Q4を備えている。本実施形態において、第1~第4スイッチQ1~Q4は、NチャネルMOSFETであり、第1~第4ボディダイオードD1~D4を有している。第1スイッチQ1及び第3スイッチQ3のドレインには、AC‐DCコンバータ11の正極端子が接続されている。第1スイッチQ1のソースには、第2スイッチQ2のドレインが接続され、第3スイッチQ3のソースには、第4スイッチQ4のドレインが接続されている。第2スイッチQ2及び第4スイッチQ4のソースには、AC‐DCコンバータ11の負極端子が接続されている。第1コンデンサ51の第1端は、AC‐DCコンバータ11の正極端子に接続され、第1コンデンサ51の第2端は、AC‐DCコンバータ11の負極端子に接続されている。なお、第1コンデンサ51は、第1フルブリッジ回路50の内部に設けられていてもよい。 The power conversion device 40 includes a first full-bridge circuit 50 and a first capacitor 51. The first full-bridge circuit 50 includes first to fourth switches Q1 to Q4. In this embodiment, the first to fourth switches Q1 to Q4 are N-channel MOSFETs and include first to fourth body diodes D1 to D4. The drains of the first switch Q1 and the third switch Q3 are connected to the positive terminal of the AC-DC converter 11. The drain of the second switch Q2 is connected to the source of the first switch Q1, and the drain of the fourth switch Q4 is connected to the source of the third switch Q3. The sources of the second switch Q2 and the fourth switch Q4 are connected to the negative terminal of the AC-DC converter 11. The first end of the first capacitor 51 is connected to the positive terminal of the AC-DC converter 11, and the second end of the first capacitor 51 is connected to the negative terminal of the AC-DC converter 11. The first capacitor 51 may be provided inside the first full-bridge circuit 50.

本実施形態において、第1~第4スイッチQ1~Q4は、SiC(シリコンカーバイド)系材料や、GaN(窒化ガリウム)系材料などによって構成されており、Siで構成されたNチャネルMOSFETよりもスイッチング速度が速いという特性を有している。スイッチング速度とは、例えば、スイッチのオフ時を例に説明すると、ゲート電圧が下降し始めてからゲート電圧が閾値電圧Vth未満となるまでに要する時間のことである。 In this embodiment, the first to fourth switches Q1 to Q4 are made of materials such as SiC (silicon carbide)-based materials and GaN (gallium nitride)-based materials, and have the characteristic of having a faster switching speed than an N-channel MOSFET made of Si. For example, when the switch is turned off, the switching speed refers to the time it takes for the gate voltage to fall below the threshold voltage Vth after it starts to drop.

電力変換装置40は、第2フルブリッジ回路60及び第2コンデンサ61を備えている。第2フルブリッジ回路60は、第5~第8スイッチQ5~Q8を備えている。本実施形態において、第5~第8スイッチQ5~Q8は、SiC系材料やGaN系材料などによって構成されたNチャネルMOSFETであり、第5~第8ボディダイオードD5~D8を有している。 The power conversion device 40 includes a second full-bridge circuit 60 and a second capacitor 61. The second full-bridge circuit 60 includes fifth to eighth switches Q5 to Q8. In this embodiment, the fifth to eighth switches Q5 to Q8 are N-channel MOSFETs made of SiC-based material, GaN-based material, or the like, and include fifth to eighth body diodes D5 to D8.

第5スイッチQ5及び第7スイッチQ7のドレインには、電力変換装置40の第2高電位側端子CH2が接続されている。第5スイッチQ5のソースには、第6スイッチQ6のドレインが接続され、第7スイッチQ7のソースには、第8スイッチQ8のドレインが接続されている。第6スイッチQ6及び第8スイッチQ8のソースには、電力変換装置40の第2低電位側端子CL2が接続されている。第2コンデンサ61の第1端は、第2高電位側端子CH2を介して第1蓄電池20の正極端子に接続され、第2コンデンサ61の第2端は、第2低電位側端子CL2を介して第1蓄電池20の負極端子に接続されている。なお、第2コンデンサ61は、第2フルブリッジ回路60の内部に設けられていてもよい。 The drains of the fifth switch Q5 and the seventh switch Q7 are connected to the second high potential side terminal CH2 of the power conversion device 40. The drain of the sixth switch Q6 is connected to the source of the fifth switch Q5, and the drain of the eighth switch Q8 is connected to the source of the seventh switch Q7. The second low potential side terminal CL2 of the power conversion device 40 is connected to the sources of the sixth switch Q6 and the eighth switch Q8. The first end of the second capacitor 61 is connected to the positive terminal of the first storage battery 20 via the second high potential side terminal CH2, and the second end of the second capacitor 61 is connected to the negative terminal of the first storage battery 20 via the second low potential side terminal CL2. The second capacitor 61 may be provided inside the second full bridge circuit 60.

電力変換装置40は、第3フルブリッジ回路70及び第3コンデンサ71を備えている。第3フルブリッジ回路70は、第9~第12スイッチQ9~Q12を備えている。本実施形態において、第9~第12スイッチQ9~Q12は、SiC系材料やGaN系材料などによって構成されたNチャネルMOSFETであり、第9~第12ボディダイオードD9~D12を有している。 The power conversion device 40 includes a third full-bridge circuit 70 and a third capacitor 71. The third full-bridge circuit 70 includes ninth to twelfth switches Q9 to Q12. In this embodiment, the ninth to twelfth switches Q9 to Q12 are N-channel MOSFETs made of SiC-based material, GaN-based material, or the like, and include ninth to twelfth body diodes D9 to D12.

第9スイッチQ9及び第11スイッチQ11のドレインには、電力変換装置40の第3高電位側端子CH3が接続されている。第9スイッチQ9のソースには、第10スイッチQ10のドレインが接続され、第11スイッチQ11のソースには、第12スイッチQ12のドレインが接続されている。第10スイッチQ10及び第12スイッチQ12のソースには、電力変換装置40の第3低電位側端子CL3が接続されている。第3コンデンサ71の第1端は、第3高電位側端子CH3に接続され、第3コンデンサ71の第2端は、第3低電位側端子CL3に接続されている。第3高電位側端子CH3及び第3低電位側端子CL3間の電圧は、所定の電圧範囲(例えば40~48V)に収まるように制御される。なお、第3コンデンサ71は、第3フルブリッジ回路70の内部に設けられていてもよい。 The drains of the ninth switch Q9 and the eleventh switch Q11 are connected to the third high potential side terminal CH3 of the power conversion device 40. The source of the ninth switch Q9 is connected to the drain of the tenth switch Q10, and the source of the eleventh switch Q11 is connected to the drain of the twelfth switch Q12. The sources of the tenth switch Q10 and the twelfth switch Q12 are connected to the third low potential side terminal CL3 of the power conversion device 40. The first end of the third capacitor 71 is connected to the third high potential side terminal CH3, and the second end of the third capacitor 71 is connected to the third low potential side terminal CL3. The voltage between the third high potential side terminal CH3 and the third low potential side terminal CL3 is controlled to be within a predetermined voltage range (for example, 40 to 48 V). The third capacitor 71 may be provided inside the third full bridge circuit 70.

電力変換装置40は、降圧チョッパ回路72を備えている。降圧チョッパ回路72は、第1変圧スイッチSW1、第2変圧スイッチSW2、リアクトル73及び第4コンデンサ74を備えている。本実施形態において、第1変圧スイッチSW1及び第2変圧スイッチSW2は、NチャネルMOSFETであり、第1,第2整流ダイオードDi1,Di2を有している。第1変圧スイッチSW1のドレインには、電力変換装置40の第3高電位側端子CH3が接続されている。第1変圧スイッチSW1のソースには、リアクトル73の第1端及び第2変圧スイッチSW2のドレインが接続されている。リアクトル73の第2端には、第4コンデンサ74の第1端及び電力変換装置40の第4高電位側端子CH4が接続されている。第2変圧スイッチSW2のソースには、電力変換装置40の第3,4低電位側端子CL3,CL4及び第4コンデンサ74の第2端が接続されている。第4高電位側端子CH4には、第2蓄電池30の正極端子が接続され、第4低電位側端子CL4には、第2蓄電池30の負極端子が接続されている。 The power conversion device 40 includes a step-down chopper circuit 72. The step-down chopper circuit 72 includes a first transformer switch SW1, a second transformer switch SW2, a reactor 73, and a fourth capacitor 74. In this embodiment, the first transformer switch SW1 and the second transformer switch SW2 are N-channel MOSFETs and include first and second rectifier diodes Di1 and Di2. The drain of the first transformer switch SW1 is connected to the third high-potential side terminal CH3 of the power conversion device 40. The source of the first transformer switch SW1 is connected to the first end of the reactor 73 and the drain of the second transformer switch SW2. The second end of the reactor 73 is connected to the first end of the fourth capacitor 74 and the fourth high-potential side terminal CH4 of the power conversion device 40. The source of the second transformer switch SW2 is connected to the third and fourth low-potential side terminals CL3 and CL4 of the power conversion device 40 and the second end of the fourth capacitor 74. The fourth high potential terminal CH4 is connected to the positive electrode terminal of the second storage battery 30, and the fourth low potential terminal CL4 is connected to the negative electrode terminal of the second storage battery 30.

電力変換装置40は、第1コイル81、第2コイル82及び第3コイル83を有するトランス80を備えている。第1コイル81の第1端には、第1スイッチQ1のソース及び第2スイッチQ2のドレインが接続され、第1コイル81の第2端には、第3スイッチQ3のソース及び第4スイッチQ4のドレインが接続されている。第2コイル82の第1端には、第5スイッチQ5のソース及び第6スイッチQ6のドレインが接続され、第2コイル82の第2端には、第7スイッチQ7のソース及び第8スイッチQ8のドレインが接続されている。第3コイル83の第1端には、第9スイッチQ9のソース及び第10スイッチQ10のドレインが接続され、第3コイル83の第2端には、第11スイッチQ11のソース及び第12スイッチQ12のドレインが接続されている。 The power conversion device 40 includes a transformer 80 having a first coil 81, a second coil 82, and a third coil 83. The first end of the first coil 81 is connected to the source of the first switch Q1 and the drain of the second switch Q2, and the second end of the first coil 81 is connected to the source of the third switch Q3 and the drain of the fourth switch Q4. The first end of the second coil 82 is connected to the source of the fifth switch Q5 and the drain of the sixth switch Q6, and the second end of the second coil 82 is connected to the source of the seventh switch Q7 and the drain of the eighth switch Q8. The first end of the third coil 83 is connected to the source of the ninth switch Q9 and the drain of the tenth switch Q10, and the second end of the third coil 83 is connected to the source of the eleventh switch Q11 and the drain of the twelfth switch Q12.

本実施形態において、第1コイル81の巻き数N1は8ターンであり、第2コイル82の巻き数N2は7ターンであり、第3コイル83の巻き数N3は1ターンである。なお、各コイル81~83の巻き数N1~N3は、電力変換装置40に要求される仕様により変更してよい。 In this embodiment, the number of turns N1 of the first coil 81 is 8 turns, the number of turns N2 of the second coil 82 is 7 turns, and the number of turns N3 of the third coil 83 is 1 turn. Note that the number of turns N1 to N3 of each of the coils 81 to 83 may be changed depending on the specifications required for the power conversion device 40.

第1コイル81、第2コイル82及び第3コイル83は、例えばトランス80が備えるコアを介して、互いに磁気結合する。第1コイル81の第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第2コイル82及び第3コイル83それぞれには、その第2端よりも第1端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。一方、第1コイル81の第1端に対する第2端の電位が高くなる場合、第2コイル82及び第3コイル83それぞれには、その第1端よりも第2端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。 The first coil 81, the second coil 82, and the third coil 83 are magnetically coupled to each other, for example, via a core provided in the transformer 80. When the potential of the first end of the first coil 81 becomes higher relative to the second end, an induced voltage is generated in each of the second coil 82 and the third coil 83 such that the potential of the first end is higher than that of the second end. On the other hand, when the potential of the second end of the first coil 81 becomes higher relative to the first end, an induced voltage is generated in each of the second coil 82 and the third coil 83 such that the potential of the second end is higher than that of the first end.

第1コイル81の第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第1コイル81の電圧Vt1の極性を正極性と定義し、第1コイル81の第1端から第2端へと流れる電流IL1の向きを正と定義する。第2コイル82の第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第2コイル82の電圧Vt2の極性を正極性と定義し、第2コイル82の第1端から第2端へと流れる電流IL2の向きを正と定義する。第3コイル83の第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第3コイル83の電圧Vt3の極性を正極性と定義し、第3コイル83の第1端から第2端へと流れる電流IL3の向きを正と定義する。 When the potential of the first end relative to the second end of the first coil 81 increases, the polarity of the voltage Vt1 of the first coil 81 is defined as positive, and the direction of the current IL1 flowing from the first end to the second end of the first coil 81 is defined as positive. When the potential of the first end relative to the second end of the second coil 82 increases, the polarity of the voltage Vt2 of the second coil 82 is defined as positive, and the direction of the current IL2 flowing from the first end to the second end of the second coil 82 is defined as positive. When the potential of the first end relative to the second end of the third coil 83 increases, the polarity of the voltage Vt3 of the third coil 83 is defined as positive, and the direction of the current IL3 flowing from the first end to the second end of the third coil 83 is defined as positive.

電力変換装置40は、第1~第3電圧センサ91~93を備えている。第1電圧センサ91は、第1コンデンサ51の端子電圧である第1電圧を検出し、第2電圧センサ92は、第2コンデンサ61の端子電圧である第2電圧を検出し、第3電圧センサ93は、第3コンデンサ71の端子電圧である第3電圧を検出する。 The power conversion device 40 is equipped with first to third voltage sensors 91 to 93. The first voltage sensor 91 detects a first voltage which is the terminal voltage of the first capacitor 51, the second voltage sensor 92 detects a second voltage which is the terminal voltage of the second capacitor 61, and the third voltage sensor 93 detects a third voltage which is the terminal voltage of the third capacitor 71.

第1~第3電圧センサ91~93により検出された第1~第3電圧の検出値V1r~V3rは、電力変換装置40が備える制御部100に入力される。制御部100は、第1~第3電圧V1r~V3rに基づいて、指令値を設定する。ここで、指令値には、第1~第3電圧V1r~V3rの指令値及び各コイル81~83の電圧Vt1~Vt3の指令値が含まれる。制御部100は、設定した指令値に基づいて、第1~第12スイッチQ1~Q12及び第1,第2変圧スイッチSW1,SW2をオンオフする。なお、指令値の設定方法については後述する。 The detected values V1r to V3r of the first to third voltages detected by the first to third voltage sensors 91 to 93 are input to a control unit 100 provided in the power conversion device 40. The control unit 100 sets command values based on the first to third voltages V1r to V3r. Here, the command values include command values for the first to third voltages V1r to V3r and command values for the voltages Vt1 to Vt3 of the coils 81 to 83. The control unit 100 turns on and off the first to twelfth switches Q1 to Q12 and the first and second transformer switches SW1 and SW2 based on the set command values. The method of setting the command values will be described later.

以下、第1~第12スイッチQ1~Q12、第1,第2変圧スイッチSW1,SW2の駆動態様について説明する。 The driving modes of the first to twelfth switches Q1 to Q12 and the first and second transformer switches SW1 and SW2 are explained below.

第1スイッチQ1と第2スイッチQ2とはデッドタイムTDを挟みつつ交互にオンされ、第3スイッチQ3と第4スイッチQ4とはデッドタイムTDを挟みつつ交互にオンされる。第1スイッチQ1及び第4スイッチQ4がオンされ、第2スイッチQ2及び第3スイッチQ3がオフされている場合、第1コイル81の電圧Vt1の極性は、正極性となる。また、第1スイッチQ1及び第4スイッチQ4がオフされ、第2スイッチQ2及び第3スイッチQ3がオンされている場合、第1コイル81の電圧Vt1の極性は、負極性となる。 The first switch Q1 and the second switch Q2 are alternately turned on with a dead time TD in between, and the third switch Q3 and the fourth switch Q4 are alternately turned on with a dead time TD in between. When the first switch Q1 and the fourth switch Q4 are turned on and the second switch Q2 and the third switch Q3 are turned off, the polarity of the voltage Vt1 of the first coil 81 is positive. When the first switch Q1 and the fourth switch Q4 are turned off and the second switch Q2 and the third switch Q3 are turned on, the polarity of the voltage Vt1 of the first coil 81 is negative.

第5スイッチQ5と第6スイッチQ6とはデッドタイムTDを挟みつつ交互にオンされ、第7スイッチQ7と第8スイッチQ8とはデッドタイムTDを挟みつつ交互にオンされる。第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンされ、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオフされている場合、第2コイル82の電圧Vt2の極性は、正極性となる。また、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオフされ、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオンされている場合、第2コイル82の電圧Vt2の極性は、負極性となる。 The fifth switch Q5 and the sixth switch Q6 are alternately turned on with a dead time TD in between, and the seventh switch Q7 and the eighth switch Q8 are alternately turned on with a dead time TD in between. When the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are turned on and the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are turned off, the polarity of the voltage Vt2 of the second coil 82 is positive. When the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are turned off and the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are turned on, the polarity of the voltage Vt2 of the second coil 82 is negative.

第9スイッチQ9と第10スイッチQ10とはデッドタイムTDを挟みつつ交互にオンされ、第11スイッチQ11と第12スイッチQ12とはデッドタイムTDを挟みつつ交互にオンされる。第9スイッチQ9及び第12スイッチQ12がオンされ、第10スイッチQ10及び第11スイッチQ11がオフされている場合、第3コイル83の電圧Vt3の極性は、正極性となる。また、第9スイッチQ9及び第12スイッチQ12がオフされ、第10スイッチQ10及び第11スイッチQ11がオンされている場合、第3コイル83の電圧Vt3の極性は、負極性となる。なお、本実施形態において、第1~第12スイッチQ1~Q12のスイッチング周期は、互いに同じである。 The ninth switch Q9 and the tenth switch Q10 are alternately turned on with a dead time TD therebetween, and the eleventh switch Q11 and the twelfth switch Q12 are alternately turned on with a dead time TD therebetween. When the ninth switch Q9 and the twelfth switch Q12 are turned on and the tenth switch Q10 and the eleventh switch Q11 are turned off, the polarity of the voltage Vt3 of the third coil 83 is positive. When the ninth switch Q9 and the twelfth switch Q12 are turned off and the tenth switch Q10 and the eleventh switch Q11 are turned on, the polarity of the voltage Vt3 of the third coil 83 is negative. In this embodiment, the switching periods of the first to twelfth switches Q1 to Q12 are the same.

各コイル81~83の間で伝達される電力は、各スイッチQ1~Q12のオンへの切り替えタイミングにより制御される。例えば、第1スイッチQ1のオンへの切り替えタイミングを基準タイミングとし、この基準タイミングに対して、第5スイッチQ5のオンへの切り替えタイミングを遅らせることにより、第1コイル81及び第2コイル82の間で伝達される電力が制御される。また、例えば、第1スイッチQ1のオンへの切り替えタイミングを基準タイミングとし、この基準タイミングに対して、第9スイッチQ9のオンへの切り替えタイミングを遅らせることにより、第1コイル81及び第3コイル83の間で伝達される電力が制御される。 The power transmitted between each of the coils 81 to 83 is controlled by the timing at which each of the switches Q1 to Q12 is switched on. For example, the timing at which the first switch Q1 is switched on is set as a reference timing, and the timing at which the fifth switch Q5 is switched on is delayed with respect to this reference timing, thereby controlling the power transmitted between the first coil 81 and the second coil 82. Also, for example, the timing at which the first switch Q1 is switched on is set as a reference timing, and the timing at which the ninth switch Q9 is switched on is delayed with respect to this reference timing, thereby controlling the power transmitted between the first coil 81 and the third coil 83.

第1変圧スイッチSW1と第2変圧スイッチSW2とは交互にオンされる。制御部100は、第3電圧V3rを目標電圧に降圧し、降圧した電圧を第2蓄電池30に供給すべく、第1変圧スイッチSW1及び第2変圧スイッチSW2のオンオフ比であるデューティ比を制御する。 The first transformer switch SW1 and the second transformer switch SW2 are alternately turned on. The control unit 100 controls the duty ratio, which is the on/off ratio of the first transformer switch SW1 and the second transformer switch SW2, to step down the third voltage V3r to a target voltage and supply the stepped-down voltage to the second storage battery 30.

次に、本実施形態とは異なる比較例を用いて、各フルブリッジ回路50,60,70のスイッチング損失が増大してしまう場合について説明する。ここでは、第1コイル81から第2,第3コイル83へと電力を伝達する場合に、第2フルブリッジ回路60のスイッチング損失が増大してしまう比較例について説明する。 Next, a comparative example different from this embodiment will be used to explain a case where the switching loss of each full bridge circuit 50, 60, 70 increases. Here, a comparative example will be explained in which the switching loss of the second full bridge circuit 60 increases when power is transmitted from the first coil 81 to the second and third coils 83.

図2は、比較例の制御を示すタイムチャートである。図2において、(a)~(c)は各コイル81~83の電圧Vt1~Vt3の推移を示し、(d)~(f)は各コイル81~83に流れる電流IL1~IL3の推移を示し、(g)は第5スイッチQ5に流れる電流IQ5の推移を示し、(h)は第5スイッチQ5のソースドレイン間の電圧VQ5の推移を示し、(i)は第5スイッチQ5の操作状態を示す。 Figure 2 is a time chart showing the control of the comparative example. In Figure 2, (a) to (c) show the changes in the voltages Vt1 to Vt3 of the coils 81 to 83, (d) to (f) show the changes in the currents IL1 to IL3 flowing through the coils 81 to 83, (g) shows the change in the current IQ5 flowing through the fifth switch Q5, (h) shows the change in the voltage VQ5 between the source and drain of the fifth switch Q5, and (i) shows the operating state of the fifth switch Q5.

比較例では、第1コイル81から第2,第3コイル82,83へと電力が伝達される。また、第1電圧V1rが400Vとされ、第2電圧V2rが290Vとされ、第3電圧V3rが50Vとされる。 In the comparative example, power is transmitted from the first coil 81 to the second and third coils 82 and 83. The first voltage V1r is set to 400 V, the second voltage V2r is set to 290 V, and the third voltage V3r is set to 50 V.

第1期間T1は第5スイッチQ5がオンからオフへ切り替えられる直前の期間であり、第2期間T2は第5スイッチQ5がオンからオフへ切り替えられた直後の期間である。第1期間T1及び第2期間T2の間には、第5~第8スイッチQ5~Q8がオフされるデッドタイムTDが存在する。 The first period T1 is the period immediately before the fifth switch Q5 is switched from on to off, and the second period T2 is the period immediately after the fifth switch Q5 is switched from on to off. Between the first period T1 and the second period T2, there is a dead time TD during which the fifth to eighth switches Q5 to Q8 are turned off.

図3~5は、第1期間T1、第1期間T1後のデッドタイムTD及び第2期間T2の電流経路を示す図である。なお、図3~5において、先の図1に示した構成については、便宜上、同一の符号を付している。また、第3フルブリッジ回路70、第3コンデンサ71及び第3コイル83等の図示は省略している。 Figures 3 to 5 are diagrams showing the current paths during the first period T1, the dead time TD after the first period T1, and the second period T2. Note that in Figures 3 to 5, the components shown in Figure 1 above are given the same reference numerals for convenience. Also, the third full-bridge circuit 70, the third capacitor 71, the third coil 83, etc. are not shown.

図3に、第1期間T1の電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第1コンデンサ51→第2スイッチQ2→第1コイル81→第3スイッチQ3→第1コンデンサ51となる。第1コイル81に流れる電流IL1の符号は正である。一方、第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第8スイッチQ8及び第8ボディダイオードD8→第2コイル82→第5スイッチQ5及び第5ボディダイオードD5→第2コンデンサ61となる。第2コイル82に流れる電流IL2の符号は負である。第6,第7スイッチQ6,Q7のソースドレイン間に形成される寄生容量には、ソース側よりもドレイン側の電位が高くなるように電荷が蓄積される。 Figure 3 shows the current path during the first period T1. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the first capacitor 51 → the second switch Q2 → the first coil 81 → the third switch Q3 → the first capacitor 51. The sign of the current IL1 flowing through the first coil 81 is positive. On the other hand, the current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the eighth switch Q8 and the eighth body diode D8 → the second coil 82 → the fifth switch Q5 and the fifth body diode D5 → the second capacitor 61. The sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is negative. Charge is accumulated in the parasitic capacitance formed between the source and drain of the sixth and seventh switches Q6 and Q7 so that the potential on the drain side is higher than that on the source side.

図4に、第1期間T1後におけるデッドタイムTDの電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第1期間T1と同じである。一方、第2フルブリッジ回路60においては、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオフに切り替えられる。第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第8ボディダイオードD8→第2コイル82→第5ボディダイオードD5→第2コンデンサ61となる。この場合では、第2コイル82に流れる電流IL2の符号が負となる向きに、第5,第8ボディダイオードD5,D8を介して電流が還流する。 Figure 4 shows the current path of the dead time TD after the first period T1. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the same as that in the first period T1. On the other hand, in the second full bridge circuit 60, the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are switched off. The current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the eighth body diode D8 → the second coil 82 → the fifth body diode D5 → the second capacitor 61. In this case, the current flows back through the fifth and eighth body diodes D5 and D8 in a direction in which the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is negative.

図5に、第2期間T2の電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第1期間T1後のデッドタイムTDと同じである。一方、第2フルブリッジ回路60においては、第7スイッチQ7及び第6スイッチQ6がオンに切り替えられる。第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第7スイッチQ7→第2コイル82→第6スイッチQ6→第2コンデンサ61となる。この場合、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオンされることに伴い発生するスイッチング損失が増大する。 Figure 5 shows the current path during the second period T2. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the same as the dead time TD after the first period T1. On the other hand, in the second full bridge circuit 60, the seventh switch Q7 and the sixth switch Q6 are switched on. The current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the seventh switch Q7 → the second coil 82 → the sixth switch Q6 → the second capacitor 61. In this case, the switching loss that occurs when the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are turned on increases.

詳しくは、第5ボディダイオードD5及び第8ボディダイオードD8にリカバリ電流が流れる。また、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7の寄生容量に蓄積された電荷が放電される。これにより、第2フルブリッジ回路60に一時的に大きな電流が流れる。このため、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオンされる際のスイッチング損失が増大する。 More specifically, a recovery current flows through the fifth body diode D5 and the eighth body diode D8. In addition, the charge stored in the parasitic capacitance of the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 is discharged. This causes a large current to temporarily flow through the second full-bridge circuit 60. This increases the switching loss when the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are turned on.

図2の説明に戻り、第3期間T3は第5スイッチQ5がオフからオンへ切り替えられる直前の期間であり、第4期間T4は第5スイッチQ5がオフからオンへ切り替えられた直後の期間である。第3期間T3及び第4期間T4の間には、第5~第8スイッチQ5~Q8がオフされるデッドタイムTDが存在する。 Returning to the explanation of FIG. 2, the third period T3 is the period immediately before the fifth switch Q5 is switched from off to on, and the fourth period T4 is the period immediately after the fifth switch Q5 is switched from off to on. Between the third period T3 and the fourth period T4, there is a dead time TD during which the fifth to eighth switches Q5 to Q8 are turned off.

図6~8は、第3期間T3、第3期間T3後のデッドタイムTD及び第4期間T4の電流経路を示す図である。なお、図6~8において、先の図1に示した構成については、便宜上、同一の符号を付している。また、第3フルブリッジ回路70、第3コンデンサ71及び第3コイル83等の図示は省略している。 Figures 6 to 8 are diagrams showing the current paths during the third period T3, the dead time TD after the third period T3, and the fourth period T4. Note that in Figures 6 to 8, the components shown in Figure 1 above are given the same reference numerals for convenience. Also, the third full-bridge circuit 70, the third capacitor 71, the third coil 83, etc. are not shown.

図6に、第3期間T3の電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第1コンデンサ51→第4スイッチQ4→第1コイル81→第1スイッチQ1→第1コンデンサ51となる。第1コイル81に流れる電流IL1の符号は負である。一方、第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第6スイッチQ6及び第6ボディダイオードD6→第2コイル82→第7スイッチQ7及び第7ボディダイオードD7→第2コンデンサ61となる。第2コイル82に流れる電流IL2の符号は正である。第5,第8スイッチQ5,Q8のソースドレイン間に形成される寄生容量には、ソース側よりもドレイン側の電位が高くなるように電荷が蓄積される。 Figure 6 shows the current path in the third period T3. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the first capacitor 51 → the fourth switch Q4 → the first coil 81 → the first switch Q1 → the first capacitor 51. The sign of the current IL1 flowing through the first coil 81 is negative. On the other hand, the current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the sixth switch Q6 and the sixth body diode D6 → the second coil 82 → the seventh switch Q7 and the seventh body diode D7 → the second capacitor 61. The sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is positive. Charge is accumulated in the parasitic capacitance formed between the source and drain of the fifth and eighth switches Q5 and Q8 so that the potential on the drain side is higher than that on the source side.

図7に、第3期間T3後におけるデッドタイムTDの電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第3期間T3と同じである。一方、第2フルブリッジ回路60においては、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオフに切り替えられる。第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第6ボディダイオードD6→第2コイル82→第7ボディダイオードD7→第2コンデンサ61となる。この場合では、第2コイル82に流れる電流IL2の符号が正となる向きに、第6,第7ボディダイオードD6,D7を介して電流が還流する。 Figure 7 shows the current path of the dead time TD after the third period T3. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the same as that in the third period T3. On the other hand, in the second full bridge circuit 60, the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are switched off. The current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → sixth body diode D6 → second coil 82 → seventh body diode D7 → second capacitor 61. In this case, the current flows back through the sixth and seventh body diodes D6 and D7 in a direction in which the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is positive.

図8に、第4期間T4の電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第3期間T3後のデッドタイムTDと同じである。一方、第2フルブリッジ回路60においては、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンに切り替えられる。第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第5スイッチQ5→第2コイル82→第8スイッチQ8→第2コンデンサ61となる。この場合、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンされることに伴い発生するスイッチング損失が増大する。 Figure 8 shows the current path during the fourth period T4. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the same as the dead time TD after the third period T3. On the other hand, in the second full bridge circuit 60, the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are switched on. The current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the fifth switch Q5 → the second coil 82 → the eighth switch Q8 → the second capacitor 61. In this case, the switching loss that occurs when the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are turned on increases.

詳しくは、第6ボディダイオードD6及び第7ボディダイオードD7にリカバリ電流が流れる。また、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8の寄生容量に蓄積された電荷が放電される。これにより、第2フルブリッジ回路60に一時的に大きな電流が流れる。このため、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンされる際のスイッチング損失が増大する。 More specifically, a recovery current flows through the sixth body diode D6 and the seventh body diode D7. In addition, the charge stored in the parasitic capacitance of the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 is discharged. This causes a large current to temporarily flow through the second full-bridge circuit 60. This increases the switching loss when the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are turned on.

ここで、比較例の制御において、スイッチング損失が増大するのは、第1期間T1において第2コイル82に流れる電流IL2の符号が負とされるためであり、第3期間T3において第2コイル82に流れる電流IL2の符号が正とされるためである。 Here, in the control of the comparative example, the switching loss increases because the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is negative in the first period T1, and the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is positive in the third period T3.

本願発明者は、比較例の制御において、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rが、第1,第3コイル81,83の単位巻き数あたりの第1,第3電圧V1r,V3rよりも低い場合、上述した電流IL2の符号の状態でスイッチのオンオフが行われる可能性が高いことに着目した。なお、本実施形態において、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rとはV1r/N1であり、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rとはV2r/N2であり、第3コイル83の単位巻き数あたりの第3電圧とはV3r/N3である。比較例の制御では、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rは50Vであり、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rは41.43Vであり、第3コイル83の単位巻き数あたりの第3電圧は50Vである。 The inventor of the present application has noticed that in the control of the comparative example, when the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is lower than the first and third voltages V1r and V3r per unit turn of the first and third coils 81 and 83, the switch is likely to be turned on and off in the state of the sign of the current IL2 described above. In this embodiment, the first voltage V1r per unit turn of the first coil 81 is V1r/N1, the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is V2r/N2, and the third voltage per unit turn of the third coil 83 is V3r/N3. In the control of the comparative example, the first voltage V1r per unit turn of the first coil 81 is 50V, the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is 41.43V, and the third voltage per unit turn of the third coil 83 is 50V.

詳しくは、比較例の制御では、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rが、第1,第3コイル81,83の単位巻き数あたりの第1,第3電圧V1r,V3rよりも低いことに起因して、第1制御期間TAにおいて、第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量が負となる。ここで、第1制御期間TAとは、オンされるスイッチがQ1,Q4,Q5,Q8,Q9,Q12であり、オフされるスイッチがQ2,Q3,Q6,Q7,Q10,Q11である期間である。この場合、第2コイル82に流れる電流IL2が負側に増大するため、第1期間T1において、第2コイル82に流れる電流IL2の符号が負となり易い。 In detail, in the control of the comparative example, the second voltage V2r per unit number of turns of the second coil 82 is lower than the first and third voltages V1r and V3r per unit number of turns of the first and third coils 81 and 83, and therefore the time change amount of the current IL2 flowing through the second coil 82 becomes negative during the first control period TA. Here, the first control period TA is the period during which the switches that are turned on are Q1, Q4, Q5, Q8, Q9, and Q12, and the switches that are turned off are Q2, Q3, Q6, Q7, Q10, and Q11. In this case, the current IL2 flowing through the second coil 82 increases to the negative side, and therefore the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 tends to become negative during the first period T1.

また、比較例の制御では、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rが、第1,第3コイル81,83の単位巻き数あたりの第1,第3電圧V1r,V3rよりも低いことに起因して、第2制御期間TBにおいて、第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量が正となる。ここで、第2制御期間TBとは、オンされるスイッチがQ2,Q3,Q6,Q7,Q10,Q11である期間であり、オフされるスイッチがQ1,Q4,Q5,Q8,Q9,Q12である期間である。この場合、第2コイル82に流れる電流IL2が正側に増大するため、第3期間T3において、第2コイル82に流れる電流IL2の符号が正となり易い。 In the control of the comparative example, the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is lower than the first and third voltages V1r and V3r per unit turn of the first and third coils 81 and 83, and therefore the time change amount of the current IL2 flowing through the second coil 82 becomes positive during the second control period TB. Here, the second control period TB is the period in which the switches Q2, Q3, Q6, Q7, Q10, and Q11 are turned on, and the switches Q1, Q4, Q5, Q8, Q9, and Q12 are turned off. In this case, the current IL2 flowing through the second coil 82 increases to the positive side, so that the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is likely to become positive during the third period T3.

なお、各制御期間TA,TBにおける第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量について、補助的に説明する。ここでは、第1~第3コイル81~83の関係を、第1~第3等価コイルがΔ結線された等価回路と考える。ここで、第1等価コイルは、第1コイル81及び第2コイル82の関係を表すものであり、第2等価コイルは、第1コイル81及び第3コイル83の関係を表すものであり、第3等価コイルは、第2コイル82及び第3コイル83の関係を表すものである。この場合、第2コイル82に流れる電流IL2は、第1等価コイルを流れる電流と、第3等価コイルを流れる電流の和となる。 The amount of change over time of the current IL2 flowing through the second coil 82 during each control period TA, TB will now be explained as an additional explanation. Here, the relationship between the first to third coils 81 to 83 is considered as an equivalent circuit in which the first to third equivalent coils are Δ-connected. Here, the first equivalent coil represents the relationship between the first coil 81 and the second coil 82, the second equivalent coil represents the relationship between the first coil 81 and the third coil 83, and the third equivalent coil represents the relationship between the second coil 82 and the third coil 83. In this case, the current IL2 flowing through the second coil 82 is the sum of the current flowing through the first equivalent coil and the current flowing through the third equivalent coil.

第1制御期間TAにおいて、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rが、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rよりも低い場合、第1等価コイルを流れる電流の時間変化量が負となる。第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rが、第3コイル83の単位巻き数あたりの第3電圧V3rよりも低い場合、第3等価コイルを流れる電流の時間変化量が負となる。このため、第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量が負となる。 During the first control period TA, if the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is lower than the first voltage V1r per unit turn of the first coil 81, the amount of change over time of the current flowing through the first equivalent coil becomes negative. If the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is lower than the third voltage V3r per unit turn of the third coil 83, the amount of change over time of the current flowing through the third equivalent coil becomes negative. Therefore, the amount of change over time of the current IL2 flowing through the second coil 82 becomes negative.

また、第2制御期間TBにおいて、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rが、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rよりも低い場合、第1等価コイルを流れる電流の時間変化量が正となる。第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rが、第3コイル83の単位巻き数あたりの第3電圧V3rよりも低い場合、第3等価コイルを流れる電流の時間変化量が正となる。このため、第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量が正となる。 In addition, during the second control period TB, if the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is lower than the first voltage V1r per unit turn of the first coil 81, the amount of change over time of the current flowing through the first equivalent coil is positive. If the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is lower than the third voltage V3r per unit turn of the third coil 83, the amount of change over time of the current flowing through the third equivalent coil is positive. Therefore, the amount of change over time of the current IL2 flowing through the second coil 82 is positive.

詳しくは、各制御期間TA,TBにおける第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量は、第1~第3コイル81~83の電圧Vt1~Vt3を用いて、下式(c1)で表される。 More specifically, the amount of change over time of the current IL2 flowing through the second coil 82 during each control period TA and TB is expressed by the following formula (c1) using the voltages Vt1 to Vt3 of the first to third coils 81 to 83.

Figure 0007614017000001
ここで、L21は第1等価コイルの相互インダクタンスであり、L23は第3等価コイルの相互インダクタンスである。本実施形態において、各相互インダクタンスL21,L23は同じ値とされる。上式(c1)の右辺において、第1項は第1等価コイルを流れる電流の時間変化量を示し、第2項は第3等価コイルを流れる電流の時間変化量を示す。なお、相互インダクタンスL21,L23は互いに異なる値とされてもよい。
Figure 0007614017000001
Here, L21 is the mutual inductance of the first equivalent coil, and L23 is the mutual inductance of the third equivalent coil. In this embodiment, the mutual inductances L21 and L23 are the same value. In the right side of the above formula (c1), the first term indicates the amount of change in the current flowing through the first equivalent coil, and the second term indicates the amount of change in the current flowing through the third equivalent coil. Note that the mutual inductances L21 and L23 may be different values.

比較例の制御において、第1制御期間TAでは、第1コイル81の電圧Vt1が400Vとされ、第2コイル82の電圧Vt2が290Vとされ、第3コイル83の電圧Vt3が50Vとされる。このため、上式(c1)において、第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量が負となる。 In the control of the comparative example, in the first control period TA, the voltage Vt1 of the first coil 81 is set to 400 V, the voltage Vt2 of the second coil 82 is set to 290 V, and the voltage Vt3 of the third coil 83 is set to 50 V. Therefore, in the above formula (c1), the amount of change over time of the current IL2 flowing through the second coil 82 becomes negative.

比較例の制御において、第2制御期間TBでは、第1コイル81の電圧Vt1が-400Vとされ、第2コイル82の電圧Vt2が-290Vとされ、第3コイル83の電圧Vt3が-50Vとされる。このため、上式(c1)において、第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量が正となる。 In the control of the comparative example, during the second control period TB, the voltage Vt1 of the first coil 81 is set to -400 V, the voltage Vt2 of the second coil 82 is set to -290 V, and the voltage Vt3 of the third coil 83 is set to -50 V. Therefore, in the above equation (c1), the amount of change over time of the current IL2 flowing through the second coil 82 becomes positive.

上述したように、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rが、第1,第3コイル81,83の単位巻き数あたりの第1,第3電圧V1r,V3rよりも低い場合、第2フルブリッジ回路60でスイッチング損失が増大してしまうことが懸念される。 As described above, if the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 is lower than the first and third voltages V1r and V3r per unit turn of the first and third coils 81 and 83, there is a concern that switching losses will increase in the second full bridge circuit 60.

そこで、本実施形態では、各コイル81~83の単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに近づけられる。本実施形態では、第1電圧V1rが400Vに代えて330Vとされ、第3電圧V3rが50Vに代えて40Vとされる。この場合、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rは41.25Vであり、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rは41.43Vであり、第3コイル83の単位巻き数あたりの第3電圧V3rは40Vである。これにより、第2,第3コイル82,83の単位巻き数あたりの第2,第3電圧V2r,V3rが比較例よりも低減され、比較例の制御と比べて、各コイル81~83の単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに近づけられる。この場合、各制御期間TA,TBにおける第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量は略0とされる。 Therefore, in this embodiment, the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil 81 to 83 are brought closer to each other. In this embodiment, the first voltage V1r is set to 330V instead of 400V, and the third voltage V3r is set to 40V instead of 50V. In this case, the first voltage V1r per unit number of turns of the first coil 81 is 41.25V, the second voltage V2r per unit number of turns of the second coil 82 is 41.43V, and the third voltage V3r per unit number of turns of the third coil 83 is 40V. As a result, the second and third voltages V2r and V3r per unit number of turns of the second and third coils 82 and 83 are reduced more than in the comparative example, and the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil 81 to 83 are brought closer to each other than in the control of the comparative example. In this case, the amount of change over time of the current IL2 flowing through the second coil 82 during each control period TA and TB is set to approximately zero.

なお、各コイル81~83の単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rを互いに近づけるとは、例えば以下のようにすることである。第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rをV1aとし、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rをV2aとし、第3コイル83の単位巻き数あたりの第3電圧V3rをV3aとする。V1a,V2a,V3aのうち、最も小さい値をVmとする。この場合において、V1a/Vm,V2a/Vm,V3a/Vmが所定範囲の場合をV1a,V2a,V3aが互いに近い場合とする。所定範囲は、例えば、1~1.1であり、望ましくは1~1.06であり、より望ましくは1~1.03である。 Note that bringing the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil 81 to 83 closer to each other means, for example, doing the following. The first voltage V1r per unit number of turns of the first coil 81 is V1a, the second voltage V2r per unit number of turns of the second coil 82 is V2a, and the third voltage V3r per unit number of turns of the third coil 83 is V3a. The smallest value of V1a, V2a, and V3a is Vm. In this case, when V1a/Vm, V2a/Vm, and V3a/Vm are within a specified range, it is considered that V1a, V2a, and V3a are close to each other. The specified range is, for example, 1 to 1.1, preferably 1 to 1.06, and more preferably 1 to 1.03.

図9は、本実施形態の制御の一例を示すタイムチャートであり、各制御期間TA,TBにおける第2コイル82に流れる電流IL2の時間変化量が略0とされる制御の一例である。図9において、(a)~(i)は、図2の(a)~(i)に対応している。本実施形態でも、第1コイル81から第2,第3コイル82,83へと電力が伝達される。 Figure 9 is a time chart showing an example of control in this embodiment, in which the time change amount of the current IL2 flowing through the second coil 82 in each control period TA, TB is set to approximately zero. In Figure 9, (a) to (i) correspond to (a) to (i) in Figure 2. In this embodiment, power is also transmitted from the first coil 81 to the second and third coils 82, 83.

第5期間T5は第5スイッチQ5がオンからオフへ切り替えられる直前の期間であり、第6期間T6は第5スイッチQ5がオンからオフへ切り替えられた直後の期間である。第5期間T5及び第6期間T6の間には、第5~第8スイッチQ5~Q8がオフされるデッドタイムTDが存在する。 The fifth period T5 is the period immediately before the fifth switch Q5 is switched from on to off, and the sixth period T6 is the period immediately after the fifth switch Q5 is switched from on to off. Between the fifth period T5 and the sixth period T6, there is a dead time TD during which the fifth to eighth switches Q5 to Q8 are turned off.

図10~12は、第5期間T5、第5期間T5後のデッドタイムTD及び第6期間T6の電流経路を示す図である。なお、図10~12において、先の図1に示した構成については、便宜上、同一の符号を付している。また、第3フルブリッジ回路70、第3コンデンサ71及び第3コイル83等の図示は省略している。 Figures 10 to 12 are diagrams showing the current paths during the fifth period T5, the dead time TD after the fifth period T5, and the sixth period T6. Note that in Figures 10 to 12, the components shown in Figure 1 above are given the same reference numerals for convenience. Also, the third full-bridge circuit 70, the third capacitor 71, the third coil 83, etc. are not shown.

図10に、第5期間T5の電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第1コンデンサ51→第3スイッチQ3→第1コイル81→第2スイッチQ2→第1コンデンサ51となる。第1コイル81に流れる電流IL1の符号は負である。一方、第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第5スイッチQ5→第2コイル82→第8スイッチQ8→第2コンデンサ61となる。第2コイル82に流れる電流IL2の符号は正である。第6,第7スイッチQ6,Q7のソースドレイン間に形成される寄生容量には、ソース側よりもドレイン側の電位が高くなるように電荷が蓄積される。 Figure 10 shows the current path in the fifth period T5. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the first capacitor 51 → the third switch Q3 → the first coil 81 → the second switch Q2 → the first capacitor 51. The sign of the current IL1 flowing through the first coil 81 is negative. On the other hand, the current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the fifth switch Q5 → the second coil 82 → the eighth switch Q8 → the second capacitor 61. The sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is positive. Charge is accumulated in the parasitic capacitance formed between the source and drain of the sixth and seventh switches Q6 and Q7 so that the potential on the drain side is higher than that on the source side.

図11に、第5期間T5後におけるデッドタイムTDの電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第5期間T5と同じである。一方、第2フルブリッジ回路60においては、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオフに切り替えられる。第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第6スイッチQ6→第2コイル82→第7スイッチQ7→第2コンデンサ61となる。この場合、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオフされることに伴いスイッチング損失が発生する。ただし、このスイッチング損失は、第2フルブリッジ回路60に流れる電流が比較的小さいため、比較例の制御において、各スイッチQ5~Q8がオンされることに伴い発生するスイッチング損失に比べて小さくなる。 Figure 11 shows the current path of the dead time TD after the fifth period T5. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the same as that in the fifth period T5. On the other hand, in the second full bridge circuit 60, the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are switched off. The current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the sixth switch Q6 → the second coil 82 → the seventh switch Q7 → the second capacitor 61. In this case, switching loss occurs when the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are turned off. However, this switching loss is smaller than the switching loss that occurs when the switches Q5 to Q8 are turned on in the control of the comparative example, because the current flowing through the second full bridge circuit 60 is relatively small.

第5期間後のデッドタイムTDでは、第2コイル82に流れる電流IL2の符号が正となる向きに、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7の寄生容量に蓄積された電荷が放電される。本実施形態では、第5期間後のデッドタイムTDとして、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7の寄生容量に蓄積された電荷が放電されるのに十分な期間が設定される。 During the dead time TD after the fifth period, the charge stored in the parasitic capacitance of the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 is discharged in a direction in which the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 becomes positive. In this embodiment, the dead time TD after the fifth period is set to a period sufficient for the charge stored in the parasitic capacitance of the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 to be discharged.

図12に、第6期間T6の電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第5期間T5後のデッドタイムTDと同じである。一方、第2フルブリッジ回路60においては、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオンに切り替えられる。第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第6スイッチQ6→第2コイル82→第7スイッチQ7→第2コンデンサ61となる。この場合、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7の寄生容量に蓄積された電荷が放電された状態で、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオンされる。また、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオンされても、対向アームの第5,第8ボディダイオードD5,D8にリカバリ電流が流れない。そのため、第2フルブリッジ回路60を流れる電流が低減された状態で、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオンされる。その結果、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオンされることに伴うスイッチング損失を低減することができる。 Figure 12 shows the current path of the sixth period T6. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the same as the dead time TD after the fifth period T5. On the other hand, in the second full bridge circuit 60, the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are switched on. The current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the sixth switch Q6 → the second coil 82 → the seventh switch Q7 → the second capacitor 61. In this case, the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are turned on in a state in which the charge accumulated in the parasitic capacitance of the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 is discharged. In addition, even if the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are turned on, no recovery current flows through the fifth and eighth body diodes D5 and D8 of the opposing arm. Therefore, the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are turned on in a state in which the current flowing through the second full bridge circuit 60 is reduced. As a result, the switching loss caused by the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 being turned on can be reduced.

第7期間T7は第5スイッチQ5がオフからオンへ切り替えられる直前の期間であり、第8期間T8は第5スイッチQ5がオフからオンへ切り替えられた直後の期間である。第7期間T7及び第8期間T8の間には、第5~第8スイッチQ5~Q8がオフされるデッドタイムTDが存在する。 The seventh period T7 is the period immediately before the fifth switch Q5 is switched from off to on, and the eighth period T8 is the period immediately after the fifth switch Q5 is switched from off to on. Between the seventh period T7 and the eighth period T8, there is a dead time TD during which the fifth to eighth switches Q5 to Q8 are turned off.

図13~15は、第7期間T7、デッドタイムTD及び第8期間T8の電流経路を示す図である。なお、図13~15において、先の図1に示した構成については、便宜上、同一の符号を付している。また、第3フルブリッジ回路70、第3コンデンサ71及び第3コイル83等の図示は省略している。 Figures 13 to 15 are diagrams showing the current paths during the seventh period T7, the dead time TD, and the eighth period T8. Note that in Figures 13 to 15, the components shown in Figure 1 above are given the same reference numerals for convenience. Also, the third full-bridge circuit 70, the third capacitor 71, the third coil 83, etc. are not shown.

図13に、第7期間T7の電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第1コンデンサ51→第1スイッチQ1→第1コイル81→第4スイッチQ4→第1コンデンサ51となる。第1コイル81に流れる電流IL1の符号は正である。一方、第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第7スイッチQ7→第2コイル82→第6スイッチQ6→第2コンデンサ61となる。第2コイル82に流れる電流IL2の符号は負である。第5,第8スイッチQ5,Q8のソースドレイン間に形成される寄生容量には、ソース側よりもドレイン側の電位が高くなるように電荷が蓄積される。 Figure 13 shows the current path in the seventh period T7. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the first capacitor 51 → the first switch Q1 → the first coil 81 → the fourth switch Q4 → the first capacitor 51. The sign of the current IL1 flowing through the first coil 81 is positive. On the other hand, the current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the seventh switch Q7 → the second coil 82 → the sixth switch Q6 → the second capacitor 61. The sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is negative. Charge is stored in the parasitic capacitance formed between the source and drain of the fifth and eighth switches Q5 and Q8 so that the potential on the drain side is higher than that on the source side.

図14に、第7期間T7後におけるデッドタイムTDの電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第7期間T7と同じである。一方、第2フルブリッジ回路60においては、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオフに切り替えられる。第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第8スイッチQ8→第2コイル82→第5スイッチQ5→第2コンデンサ61となる。この場合、第6スイッチQ6及び第7スイッチQ7がオフされることに伴いスイッチング損失が発生する。このスイッチング損失は、第2フルブリッジ回路60に流れる電流が比較的小さいため、比較例の制御において、各スイッチQ5~Q8がオンされることに伴い発生するスイッチング損失よりも小さくなる。 Figure 14 shows the current path of the dead time TD after the seventh period T7. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the same as that in the seventh period T7. On the other hand, in the second full bridge circuit 60, the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are switched off. The current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the eighth switch Q8 → the second coil 82 → the fifth switch Q5 → the second capacitor 61. In this case, switching loss occurs when the sixth switch Q6 and the seventh switch Q7 are turned off. This switching loss is smaller than the switching loss that occurs when the switches Q5 to Q8 are turned on in the control of the comparative example, because the current flowing through the second full bridge circuit 60 is relatively small.

第7期間T7後のデッドタイムTDでは、第2コイル82に流れる電流IL2の符号が負となる向きに、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8の寄生容量に蓄積された電荷が放電される。本実施形態では、第5期間後のデッドタイムTDとして、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8の寄生容量に蓄積された電荷が放電されるのに十分な期間が設定される。 During the dead time TD after the seventh period T7, the charge stored in the parasitic capacitance of the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 is discharged in a direction in which the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 becomes negative. In this embodiment, the dead time TD after the fifth period is set to a period sufficient for the charge stored in the parasitic capacitance of the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 to be discharged.

図15に、第8期間T8の電流経路を示す。第1フルブリッジ回路50側の電流経路は、第7期間T7後のデッドタイムTDと同じである。一方、第2フルブリッジ回路60においては、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンに切り替えられる。第2フルブリッジ回路60側の電流経路は、第2コンデンサ61→第8スイッチQ8→第2コイル82→第5スイッチQ5→第2コンデンサ61となる。この場合、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8の寄生容量に蓄積された電荷が放電された状態で、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンされる。また、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンされても、対向アームの第6,第7ボディダイオードD6,D7にリカバリ電流が流れない。そのため、第2フルブリッジ回路60を流れる電流が低減された状態で、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンされる。その結果、第5スイッチQ5及び第8スイッチQ8がオンされることに伴うスイッチング損失を低減することができる。 Figure 15 shows the current path of the eighth period T8. The current path on the first full bridge circuit 50 side is the same as the dead time TD after the seventh period T7. On the other hand, in the second full bridge circuit 60, the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are switched on. The current path on the second full bridge circuit 60 side is the second capacitor 61 → the eighth switch Q8 → the second coil 82 → the fifth switch Q5 → the second capacitor 61. In this case, the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are turned on in a state in which the charges stored in the parasitic capacitances of the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are discharged. In addition, even if the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are turned on, no recovery current flows through the sixth and seventh body diodes D6 and D7 of the opposing arms. Therefore, the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 are turned on in a state in which the current flowing through the second full bridge circuit 60 is reduced. As a result, the switching loss caused by the fifth switch Q5 and the eighth switch Q8 being turned on can be reduced.

図9~15では、第2フルブリッジ回路60において、スイッチング損失が低減されることを説明した。本実施形態では、各コイル81~83単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに近づけられるため、第1,第3フルブリッジ回路50,70においても、第2フルブリッジ回路60と同様の理由により、スイッチング損失を低減することができる。 In Figures 9 to 15, it has been described that switching losses are reduced in the second full bridge circuit 60. In this embodiment, the voltages V1r to V3r per unit turn of each coil 81 to 83 are brought closer to each other, so that switching losses can be reduced in the first and third full bridge circuits 50 and 70 for the same reason as in the second full bridge circuit 60.

続いて、制御部100が行う制御について説明する。 Next, we will explain the control performed by the control unit 100.

制御部100は、第1~第3電圧センサ91~93により検出された第1~第3電圧V1r~V3rを取得する。制御部100は、取得した第1~第3電圧V1r~V3rに基づいて、第1~第3電圧V1r~V3rの指令値を設定する。 The control unit 100 acquires the first to third voltages V1r to V3r detected by the first to third voltage sensors 91 to 93. The control unit 100 sets command values for the first to third voltages V1r to V3r based on the acquired first to third voltages V1r to V3r.

本実施形態では、制御部100は、各コイル81~83の単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに近づくように、第1~第3電圧V1r~V3rの指令値を設定する。具体的には、制御部100は、第1電圧V1rの第1指令値を330Vとし、第2電圧V2rの第2指令値を290Vとし、第3電圧V3rの第3指令値を40Vとする。 In this embodiment, the control unit 100 sets the command values of the first to third voltages V1r to V3r so that the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil 81 to 83 approach each other. Specifically, the control unit 100 sets the first command value of the first voltage V1r to 330 V, the second command value of the second voltage V2r to 290 V, and the third command value of the third voltage V3r to 40 V.

制御部100は、第1~第3電圧センサ91~93により検出される第1~第3電圧の検出値V1r~V3rが、設定された第1~第3指令値になるように、スイッチング制御を行う。例えば、制御部100は、AC‐DCコンバータ11の出力電圧を制御することにより、第1電圧V1rを第1指令値に制御する。また、例えば、制御部100は、第9~第12スイッチQ9~Q12のスイッチング制御を行うことにより、第3電圧V3rを第3指令値に制御する。 The control unit 100 performs switching control so that the first to third voltage detection values V1r to V3r detected by the first to third voltage sensors 91 to 93 become the set first to third command values. For example, the control unit 100 controls the first voltage V1r to the first command value by controlling the output voltage of the AC-DC converter 11. Also, for example, the control unit 100 controls the third voltage V3r to the third command value by performing switching control of the ninth to twelfth switches Q9 to Q12.

図16に、制御部100が所定周期で繰り返し実行する処理の手順を示す。 Figure 16 shows the procedure for the process that the control unit 100 repeatedly executes at a predetermined interval.

ステップS10では、電力変換装置40の駆動要求があるか否かを判定する。ステップS10において否定判定した場合、ステップS11に進み、電力変換装置40を待機モードに設定する。ステップS12では、第1~第12スイッチQ1~Q12及び第1,第2変圧スイッチSW1,SW2をオフする。 In step S10, it is determined whether or not there is a request to drive the power conversion device 40. If the determination in step S10 is negative, the process proceeds to step S11, where the power conversion device 40 is set to standby mode. In step S12, the first to twelfth switches Q1 to Q12 and the first and second transformer switches SW1 and SW2 are turned off.

ステップS10において肯定判定した場合、ステップS13に進み、動作モードに設定する。この場合、第1~第3フルブリッジ回路50,60,70の中から、電力供給源となる送電回路、電力供給源から給電される受電回路を選択する。また、第1~第3フルブリッジ回路50,60,70の中から損失低減対象を選択する。損失低減対象とは、第1~第3フルブリッジ回路50,60,70のうち、スイッチング損失の低減対象となる回路である。本実施形態では、第1フルブリッジ回路50を送電回路として選択し、第2,第3フルブリッジ回路60,70を受電回路として選択する。また、第1~第3フルブリッジ回路50,60,70を損失低減対象として選択する。 If the determination in step S10 is positive, the process proceeds to step S13, where the operation mode is set. In this case, a power transmission circuit that serves as a power supply source and a power receiving circuit that is fed from the power supply source are selected from the first to third full bridge circuits 50, 60, 70. A loss reduction target is selected from the first to third full bridge circuits 50, 60, 70. A loss reduction target is a circuit that is a target for reducing switching loss among the first to third full bridge circuits 50, 60, 70. In this embodiment, the first full bridge circuit 50 is selected as the power transmission circuit, and the second and third full bridge circuits 60, 70 are selected as the power receiving circuits. Also, the first to third full bridge circuits 50, 60, 70 are selected as the loss reduction targets.

なお、本実施形態では、第1高電位側端子CH1及び第1低電位側端子CL1が「送電端子」に相当し、第1コイル81が「送電コイル」に相当する。第2,第3高電位側端子CH2,CH3及び第2,第3低電位側端子CL2,CL3が「受電端子」に相当し、第2,第3コイル82,83が「受電コイル」に相当する。第1,第3スイッチQ1,Q3が「上アーム送電スイッチ」に相当し、第2,第4スイッチQ2,Q4が「下アーム送電スイッチ」に相当し、第5,第7,第9,第11スイッチQ5,Q7,Q9,Q11が「上アーム受電スイッチ」に相当し、第6,第8,第10,第12スイッチQ6,Q8,Q10,Q12が「下アーム受電スイッチ」に相当する。 In this embodiment, the first high potential side terminal CH1 and the first low potential side terminal CL1 correspond to the "power transmission terminals", and the first coil 81 corresponds to the "power transmission coil". The second and third high potential side terminals CH2, CH3 and the second and third low potential side terminals CL2, CL3 correspond to the "power receiving terminals", and the second and third coils 82, 83 correspond to the "power receiving coils". The first and third switches Q1, Q3 correspond to the "upper arm power transmission switch", the second and fourth switches Q2, Q4 correspond to the "lower arm power transmission switch", the fifth, seventh, ninth and eleventh switches Q5, Q7, Q9, Q11 correspond to the "upper arm power receiving switch", and the sixth, eighth, tenth and twelfth switches Q6, Q8, Q10, Q12 correspond to the "lower arm power receiving switch".

ステップS14では、第1~第3電圧センサ91~93により検出された第1~第3電圧の検出値V1r~V3rを取得する。ステップS15では、取得した第1~第3電圧V1r~V3rに基づいて、第1~第3指令値を設定する。本実施形態では、各コイル81~83の単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに近づくように、第1~第3指令値を設定する。ステップS16では、取得した第1~第3電圧V1r~V3rが、設定した第1~第3指令値になるようにスイッチング制御を行う。 In step S14, the detection values V1r to V3r of the first to third voltages detected by the first to third voltage sensors 91 to 93 are acquired. In step S15, the first to third command values are set based on the acquired first to third voltages V1r to V3r. In this embodiment, the first to third command values are set so that the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil 81 to 83 approach each other. In step S16, switching control is performed so that the acquired first to third voltages V1r to V3r become the set first to third command values.

図17は、本実施形態に係る制御と、比較例の制御とで、第2フルブリッジ回路60で発生するスイッチング損失を比較した図である。図17では、第1コイル81側から第2,第3コイル82,83側へと電力が伝達される場合のスイッチング損失を示す。条件Aでは、第1コイル81側から第2コイル82側へと伝達される電力Pout1が1.6kWとされ、第1コイル81側から第3コイル83側へと伝達される電力Pout2が0.6kWとされる。条件Bでは、電力Pout1が1.6kWとされ、電力Pout2が1.2kWとされる。条件Cでは、電力Pout1が1.6kWとされ、電力Pout2が1.8kWとされる。各条件A~Cにおいて、比較例のスイッチン損失に比べて、本実施形態ではスイッチング損失を9割ほど低減できることが確かめられた。 Figure 17 is a diagram comparing the switching loss generated in the second full bridge circuit 60 in the control according to this embodiment and the control according to the comparative example. Figure 17 shows the switching loss when power is transmitted from the first coil 81 side to the second and third coils 82 and 83 sides. In condition A, the power Pout1 transmitted from the first coil 81 side to the second coil 82 side is set to 1.6 kW, and the power Pout2 transmitted from the first coil 81 side to the third coil 83 side is set to 0.6 kW. In condition B, the power Pout1 is set to 1.6 kW, and the power Pout2 is set to 1.2 kW. In condition C, the power Pout1 is set to 1.6 kW, and the power Pout2 is set to 1.8 kW. In each of conditions A to C, it was confirmed that the switching loss in this embodiment can be reduced by about 90% compared to the switching loss in the comparative example.

<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、各コイル81~83の単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに近づくように、第1~第3指令値が設定されることに加えて、1スイッチング周期内に還流期間が設けられる。
Second Embodiment
The second embodiment will be described below with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. In this embodiment, the first to third command values are set so that the voltages V1r to V3r per unit number of turns of the coils 81 to 83 approach each other, and a reflux period is provided within one switching period.

図18は、本実施形態の制御の一例を示すタイムチャートであり、各スイッチQ1~Q4の1スイッチング周期内に、第1還流期間TC1及び第2還流期間TC2が設けられる制御の一例である。図18において、(a)~(i)は、図9の(a)~(i)に対応している。本実施形態でも、第1コイル81から第2,第3コイル82,83へと電力が伝達される。 Figure 18 is a time chart showing an example of control in this embodiment, in which a first freewheeling period TC1 and a second freewheeling period TC2 are provided within one switching period of each of the switches Q1 to Q4. In Figure 18, (a) to (i) correspond to (a) to (i) in Figure 9. In this embodiment, power is also transmitted from the first coil 81 to the second and third coils 82 and 83.

第1還流期間TC1及び第2還流期間TC2は、第1コイル81の第1端及び第2端が短絡される期間である。具体的には、第1還流期間TC1では、第1フルブリッジ回路50において、第1,第3スイッチQ1,Q3がオンされ、第2,第4スイッチQ2,Q4がオフされる。また、第2還流期間TC2では、第1フルブリッジ回路50において、第2,第4スイッチQ2,Q4がオンされ、第1,第3スイッチQ1,Q3がオフされる。 The first and second free-wheeling periods TC1 and TC2 are periods during which the first and second ends of the first coil 81 are short-circuited. Specifically, during the first free-wheeling period TC1, in the first full-bridge circuit 50, the first and third switches Q1 and Q3 are turned on, and the second and fourth switches Q2 and Q4 are turned off. During the second free-wheeling period TC2, in the first full-bridge circuit 50, the second and fourth switches Q2 and Q4 are turned on, and the first and third switches Q1 and Q3 are turned off.

なお、第1還流期間TC1において、第2,第4スイッチQ2,Q4がオンされ、第1,第3スイッチQ1,Q3がオフされてもよい。また、第2還流期間TC2において、第1,第3スイッチQ1,Q3がオンされ、第2,第4スイッチQ2,Q4がオフされてもよい。 In addition, during the first reflux period TC1, the second and fourth switches Q2 and Q4 may be turned on, and the first and third switches Q1 and Q3 may be turned off. Also, during the second reflux period TC2, the first and third switches Q1 and Q3 may be turned on, and the second and fourth switches Q2 and Q4 may be turned off.

1スイッチング周期内に第1還流期間TC1及び第2還流期間TC2が設けられることにより、第1コイル81の電圧Vt1が0Vとなる期間が生じる。1スイッチング周期内における第1還流期間TC1及び第2還流期間TC2の割合が大きいほど、第1コイル81の電圧Vt1の実効値が低減される。この場合でも、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rを低減するのと同じ効果を得ることができる。そのため、例えば第1電圧V1rの第1指令値の設定範囲に制約等があり、第1指令値を低減できない場合でも、第1,第2還流期間TC1,TC2を設けることにより、スイッチング損失の低減を図ることができる。 By providing the first freewheeling period TC1 and the second freewheeling period TC2 within one switching period, a period occurs during which the voltage Vt1 of the first coil 81 is 0 V. The greater the proportion of the first freewheeling period TC1 and the second freewheeling period TC2 within one switching period, the greater the reduction in the effective value of the voltage Vt1 of the first coil 81. Even in this case, the same effect as reducing the first voltage V1r per unit number of turns of the first coil 81 can be obtained. Therefore, even if there is a restriction on the setting range of the first command value of the first voltage V1r and the first command value cannot be reduced, for example, by providing the first and second freewheeling periods TC1 and TC2, it is possible to reduce switching losses.

そこで、制御部100は、第1電圧V1rの第1指令値を低減することに加えて、第1還流期間TC1及び第2還流期間TC2を設ける。本実施形態では、制御部100は、第1電圧V1rの第1指令値を330Vとすることに代えて、第1電圧V1rの第1指令値を350Vとするとともに、第1還流期間TC1及び第2還流期間TC2を設ける。この場合でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 Therefore, in addition to reducing the first command value of the first voltage V1r, the control unit 100 provides a first reflux period TC1 and a second reflux period TC2. In this embodiment, instead of setting the first command value of the first voltage V1r to 330V, the control unit 100 sets the first command value of the first voltage V1r to 350V and provides a first reflux period TC1 and a second reflux period TC2. Even in this case, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、第1~第3指令値の設定方法を変更する。
Third Embodiment
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. In this embodiment, the method of setting the first to third command values is changed.

第1~第3指令値の設定範囲の制約等に起因して、各コイル81~83の単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rを互いに近づけることができない場合がある。この場合、第1~第3フルブリッジ回路50,60,70のうち一部の回路では、スイッチング損失が増大してしまう。 Due to restrictions on the setting range of the first to third command values, it may not be possible to bring the voltages V1r to V3r per unit number of turns of the coils 81 to 83 close to each other. In this case, switching losses increase in some of the first to third full bridge circuits 50, 60, and 70.

そこで、本実施形態では、第1~第3フルブリッジ回路50,60,70のうち、優先的にスイッチング損失を低減すべき回路が損失低減対象として選択される。本実施形態では、スイッチング損失が増大し易い回路として、スイッチング速度が低いスイッチで構成されたフルブリッジ回路や、伝達電力が大きくなり易い送電回路が損失低減対象として選択される。 In this embodiment, therefore, of the first to third full bridge circuits 50, 60, and 70, the circuit in which the switching loss should be reduced is selected as the target for loss reduction. In this embodiment, the full bridge circuit configured with switches having a low switching speed and the power transmission circuit in which the transmitted power is likely to be large are selected as the target for loss reduction, as they are circuits in which switching loss is likely to increase.

本実施形態では、第1~第3コイル81~83のうち、損失低減対象であるフルブリッジ回路に接続されたコイルが特定コイルとされ、特定コイルの単位巻き数あたりの電圧が、残りのコイルの単位巻き数あたりの電圧よりも高くされる。 In this embodiment, of the first to third coils 81 to 83, the coil connected to the full bridge circuit that is the target of loss reduction is designated as a specific coil, and the voltage per unit number of turns of the specific coil is made higher than the voltage per unit number of turns of the remaining coils.

以下、本実施形態に係る電力変換装置40の構成について、図19を用いて説明する。第3フルブリッジ回路70は、第9,第10,第11,第12スイッチQ9,Q10,Q11,Q12に代えて、第13,第14,第15,第16スイッチQ13,Q14,Q15,Q16を備えている。第13~第16スイッチQ13~Q16は、Siで構成されたIGBTである。各スイッチQ13~Q16には、フリーホイールダイオードとしての第13~第16ダイオードD13~D16が逆並列接続されている。第13~第16スイッチQ13~Q16のスイッチング速度は、第1~第8スイッチQ1~Q8のスイッチング速度よりも低い。なお、本実施形態において、第3フルブリッジ回路70が「特定受電回路」に相当する。 The configuration of the power conversion device 40 according to this embodiment will be described below with reference to FIG. 19. The third full-bridge circuit 70 includes thirteenth, fourteenth, fifteenth, and sixteenth switches Q13, Q14, Q15, and Q16 instead of the ninth, tenth, eleventh, and twelfth switches Q9, Q10, Q11, and Q12. The thirteenth to sixteenth switches Q13 to Q16 are IGBTs made of Si. Thirteenth to sixteenth diodes D13 to D16 are connected in reverse parallel to the switches Q13 to Q16 as freewheel diodes. The switching speed of the thirteenth to sixteenth switches Q13 to Q16 is lower than the switching speed of the first to eighth switches Q1 to Q8. In this embodiment, the third full-bridge circuit 70 corresponds to a "specific power receiving circuit."

次に、制御部100が所定周期で繰り返し実行する処理について、図16を用いて説明する。本実施形態では、ステップS13において、第2フルブリッジ回路60を送電回路として選択し、第1,第3フルブリッジ回路50,70を受電回路として選択する。スイッチング速度が低いスイッチで構成された第3フルブリッジ回路70と、送電回路である第2フルブリッジ回路60とを損失低減対象として選択する。 Next, the process that the control unit 100 repeatedly executes at a predetermined cycle will be described with reference to FIG. 16. In this embodiment, in step S13, the second full bridge circuit 60 is selected as the power transmission circuit, and the first and third full bridge circuits 50 and 70 are selected as the power receiving circuits. The third full bridge circuit 70, which is composed of switches with a low switching speed, and the second full bridge circuit 60, which is the power transmission circuit, are selected as targets for loss reduction.

なお、本実施形態において、第2高電位側端子CH2及び第2低電位側端子CL2が「送電端子」に相当し、第2コイル82が「送電コイル」に相当し、第5~第8スイッチQ5~Q8が「送電スイッチ」に相当する。第1高電位側端子CH1及び第1低電位側端子CL1が「受電端子」に相当し、第1~第4スイッチQ1~Q4が「受電スイッチ」に相当し、第13~第16スイッチQ13~Q16が「特定受電スイッチ」に相当する。 In this embodiment, the second high potential side terminal CH2 and the second low potential side terminal CL2 correspond to the "power transmission terminals", the second coil 82 corresponds to the "power transmission coil", and the fifth to eighth switches Q5 to Q8 correspond to the "power transmission switches". The first high potential side terminal CH1 and the first low potential side terminal CL1 correspond to the "power receiving terminals", the first to fourth switches Q1 to Q4 correspond to the "power receiving switches", and the thirteenth to sixteenth switches Q13 to Q16 correspond to the "specific power receiving switches".

本実施形態では、ステップS15において、特定コイルである第2,第3コイル82,83の単位巻き数あたりの第2,第3電圧V2r,V3rを、残りのコイルである第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rよりも高くする。具体的には、制御部100は、第1指令値を320Vとし、第2指令値を300Vとし、第3指令値を55Vとする。この場合、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rは40Vであり、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rは43Vであり、第3コイル83の単位巻き数あたりの第3電圧V3rは55Vである。これにより、単位巻き数あたりの各コイル81~83の各電圧V1r~V3rが高いのは、高い方から順に第3コイル83、第2コイル82及び第1コイル81となる。ここで、第3コイル83の単位巻き数あたりの第3電圧V3rを、第2コイル82の単位巻き数あたりの第2電圧V2rよりも高くしたのは、スイッチング速度が低いスイッチを有するフルブリッジ回路のスイッチング損失低減を、送電回路のスイッチング損失低減よりも優先したためである。 In this embodiment, in step S15, the second and third voltages V2r and V3r per unit number of turns of the second and third coils 82 and 83, which are specific coils, are made higher than the first voltage V1r per unit number of turns of the first coil 81, which is the remaining coil. Specifically, the control unit 100 sets the first command value to 320 V, the second command value to 300 V, and the third command value to 55 V. In this case, the first voltage V1r per unit number of turns of the first coil 81 is 40 V, the second voltage V2r per unit number of turns of the second coil 82 is 43 V, and the third voltage V3r per unit number of turns of the third coil 83 is 55 V. As a result, the voltages V1r to V3r of each of the coils 81 to 83 per unit number of turns are higher in the order from the highest to the lowest, that is, the third coil 83, the second coil 82, and the first coil 81. Here, the third voltage V3r per unit turn of the third coil 83 is made higher than the second voltage V2r per unit turn of the second coil 82 because reducing the switching loss of the full bridge circuit, which has switches with low switching speeds, is given priority over reducing the switching loss of the power transmission circuit.

図20は、本実施形態の制御の一例を示すタイムチャートであり、第2,第3フルブリッジ回路60,70のスイッチング損失が優先的に低減される制御の一例である。図20において、(a)~(f)は、図9の(a)~(f)に対応している。 Figure 20 is a time chart showing an example of the control of this embodiment, which is an example of the control in which the switching losses of the second and third full bridge circuits 60 and 70 are preferentially reduced. In Figure 20, (a) to (f) correspond to (a) to (f) in Figure 9.

時刻t1において、第5,第8スイッチQ5,Q8がオフされ、第6,第7スイッチQ6,Q7がオンされる。ここで、第2コイル82に流れる電流IL2の符号が正とされる。そのため、第2フルブリッジ回路60のスイッチング損失を低減することができる。 At time t1, the fifth and eighth switches Q5 and Q8 are turned off, and the sixth and seventh switches Q6 and Q7 are turned on. Here, the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is set to positive. Therefore, the switching loss of the second full bridge circuit 60 can be reduced.

時刻t2において、第13,第16スイッチQ13,Q16がオフされ、第14,第15スイッチQ14,Q15がオンされる。ここで、第3コイル83に流れる電流IL3の符号が正とされる。そのため、第3フルブリッジ回路70のスイッチング損失を低減することができる。 At time t2, the thirteenth and sixteenth switches Q13 and Q16 are turned off, and the fourteenth and fifteenth switches Q14 and Q15 are turned on. Here, the sign of the current IL3 flowing through the third coil 83 is made positive. Therefore, the switching loss of the third full bridge circuit 70 can be reduced.

時刻t3において、第6,第7スイッチQ6,Q7がオフされ、第5,第8スイッチQ5,Q8がオンされる。ここで、第2コイル82に流れる電流IL2の符号が負とされる。そのため、第2フルブリッジ回路60のスイッチング損失を低減することができる。 At time t3, the sixth and seventh switches Q6 and Q7 are turned off, and the fifth and eighth switches Q5 and Q8 are turned on. Here, the sign of the current IL2 flowing through the second coil 82 is made negative. Therefore, the switching loss of the second full bridge circuit 60 can be reduced.

時刻t4において、第14,第15スイッチQ14,Q15がオフされ、第13,第16スイッチQ13,Q16がオンされる。ここで、第3コイル83に流れる電流IL3の符号が負とされる。そのため、第3フルブリッジ回路70のスイッチング損失を低減することができる。 At time t4, the fourteenth and fifteenth switches Q14 and Q15 are turned off, and the thirteenth and sixteenth switches Q13 and Q16 are turned on. Here, the sign of the current IL3 flowing through the third coil 83 is made negative. Therefore, the switching loss of the third full bridge circuit 70 can be reduced.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 The present embodiment described above provides the following advantages:

各フルブリッジ回路50,60,70のうち、第3フルブリッジ回路70が損失低減対象として設定される。ここで、スイッチのスイッチング速度が低いほど、スイッチング損失が大きくなり易い。そのため、スイッチング速度が低い第13~第16スイッチQ13~Q16を有する第3フルブリッジ回路70において、スイッチング損失を低減することができる。 Of the full bridge circuits 50, 60, and 70, the third full bridge circuit 70 is set as the target for loss reduction. Here, the slower the switching speed of the switches, the greater the switching loss is likely to be. Therefore, in the third full bridge circuit 70, which has the thirteenth to sixteenth switches Q13 to Q16 with low switching speeds, it is possible to reduce switching loss.

各フルブリッジ回路50,60,70のうち、送電回路である第2フルブリッジ回路60が損失低減対象として設定される。ここで、送電回路では伝達される電力が増大し易いため、スイッチング損失が大きくなり易い。そのため、スイッチング損失が大きくなり易い第2フルブリッジ回路60において、スイッチング損失を低減することができる。 Of the full bridge circuits 50, 60, and 70, the second full bridge circuit 60, which is a power transmission circuit, is set as the target for loss reduction. Here, since the power transmitted in the power transmission circuit is likely to increase, switching loss is likely to increase. Therefore, it is possible to reduce switching loss in the second full bridge circuit 60, which is likely to have large switching loss.

単位巻き数あたりの第3コイル83の電圧Vt3が、単位巻き数あたりの第2コイル82の電圧Vt2よりも高くされる。これにより、スイッチング損失低減の優先度が高い第3フルブリッジ回路70において、スイッチング損失を的確に低減することができる。 The voltage Vt3 of the third coil 83 per unit turn is set higher than the voltage Vt2 of the second coil 82 per unit turn. This allows switching losses to be accurately reduced in the third full-bridge circuit 70, where reducing switching losses is a high priority.

<第4実施形態>
以下、第4実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図21に示すように、電力変換装置40が第4フルブリッジ回路110及び第5コンデンサ111を備えている。図21において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
Fourth Embodiment
The fourth embodiment will be described below with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. In this embodiment, as shown in Fig. 21, a power conversion device 40 includes a fourth full-bridge circuit 110 and a fifth capacitor 111. In Fig. 21, the same components as those shown in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals for convenience.

第4フルブリッジ回路110は、第17~第20スイッチQ17~Q20を備えている。本実施形態において、Siで構成された第17~第20スイッチQ17~Q20は、NチャネルMOSFETである。第17スイッチQ17及び第19スイッチQ19のドレインには、電力変換装置40の第5高電位側端子CH5が接続されている。第17スイッチQ17のソースには、第18スイッチQ18のドレインが接続され、第19スイッチQ19のソースには、第20スイッチQ20のドレインが接続されている。第18スイッチQ18及び第20スイッチQ20のソースには、電力変換装置40の第5低電位側端子CL5が接続されている。第5高電位側端子CH5には、第5コンデンサ111の第1端と、電気負荷32の第1端とが接続され、第5低電位側端子CL5には、第5コンデンサ111の第2端と、電気負荷32の第2端とが接続されている。なお、第5コンデンサ111は、第4フルブリッジ回路110の内部に設けられていてもよい。 The fourth full-bridge circuit 110 includes 17th to 20th switches Q17 to Q20. In this embodiment, the 17th to 20th switches Q17 to Q20 are N-channel MOSFETs made of Si. The drains of the 17th switch Q17 and the 19th switch Q19 are connected to the fifth high-potential side terminal CH5 of the power conversion device 40. The source of the 17th switch Q17 is connected to the drain of the 18th switch Q18, and the source of the 19th switch Q19 is connected to the drain of the 20th switch Q20. The sources of the 18th switch Q18 and the 20th switch Q20 are connected to the fifth low-potential side terminal CL5 of the power conversion device 40. The fifth high-potential side terminal CH5 is connected to the first end of the fifth capacitor 111 and the first end of the electric load 32, and the fifth low-potential side terminal CL5 is connected to the second end of the fifth capacitor 111 and the second end of the electric load 32. The fifth capacitor 111 may be provided inside the fourth full-bridge circuit 110.

なお、第17~第20スイッチQ17~Q20は、SiC系材料やGaN系材料などによって構成されたNチャネルMOSFETであってもよい。また、電気負荷32には、供給電圧が一定であること、または供給電圧の変動が所定範囲内となることが要求される定電圧負荷が含まれる。定電圧負荷の具体例としては、ナビゲーション装置や、オーディオ装置、メータ装置及び各種ECUが挙げられる。 The seventeenth to twentieth switches Q17 to Q20 may be N-channel MOSFETs made of SiC-based or GaN-based materials. The electrical load 32 includes constant-voltage loads that require a constant supply voltage or that require the supply voltage to vary within a specified range. Specific examples of constant-voltage loads include navigation devices, audio devices, meter devices, and various ECUs.

トランス80は、第4コイル84をさらに備えている。第4コイル84の第1端には、第17スイッチQ17のソース及び第18スイッチQ18のドレインが接続され、第4コイル84の第2端には、第19スイッチQ19のソース及び第20スイッチQ20のドレインが接続されている。第4コイル84は、例えばコアを介して、第1~第3コイル81~83と互いに磁気結合する。第1コイル81の第2端に対する第1端の電位が高くなる場合、第4コイル84には、その第2端よりも第1端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。 The transformer 80 further includes a fourth coil 84. A first end of the fourth coil 84 is connected to the source of the seventeenth switch Q17 and the drain of the eighteenth switch Q18, and a second end of the fourth coil 84 is connected to the source of the nineteenth switch Q19 and the drain of the twentieth switch Q20. The fourth coil 84 is magnetically coupled to the first to third coils 81 to 83, for example, via a core. When the potential of the first end of the first coil 81 is higher than the second end, an induced voltage is generated in the fourth coil 84 such that the potential of the first end is higher than the second end.

電力変換装置40は、第4電圧センサ94を備えている。第4電圧センサ94は、第5コンデンサ111の端子電圧である第4電圧V4rを検出する。検出された第4電圧V4rは、制御部100に入力される。制御部100は、第1~第12,第17~第20スイッチQ1~Q12,Q17~Q20、第1変圧スイッチSW1及び第2変圧スイッチSW2をオンオフする。 The power conversion device 40 is equipped with a fourth voltage sensor 94. The fourth voltage sensor 94 detects a fourth voltage V4r, which is the terminal voltage of the fifth capacitor 111. The detected fourth voltage V4r is input to the control unit 100. The control unit 100 turns on and off the first to twelfth and seventeenth to twentieth switches Q1 to Q12 and Q17 to Q20, the first transformer switch SW1, and the second transformer switch SW2.

なお、本実施形態において、第5高電位側端子CH5及び第5低電位側端子CL5は「受電端子」に相当し、第4コイル84は「受電コイル」に相当し、第4フルブリッジ回路110は「受電回路」に相当し、第17~第20スイッチQ17~Q20は「受電スイッチ」に相当する。 In this embodiment, the fifth high potential terminal CH5 and the fifth low potential terminal CL5 correspond to the "power receiving terminals", the fourth coil 84 corresponds to the "power receiving coil", the fourth full bridge circuit 110 corresponds to the "power receiving circuit", and the seventeenth to twentieth switches Q17 to Q20 correspond to the "power receiving switches".

<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・第1実施形態において、ステップS15の処理に先立ち、各コイルの単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに異なるか否かを判定する処理を行ってもよい。ここで、各コイルの単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rの算出には、ステップS14で取得した第1~第3電圧V1r~V3rを用いればよい。 - In the first embodiment, prior to the processing of step S15, a process may be performed to determine whether the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil are different from each other. Here, the first to third voltages V1r to V3r obtained in step S14 may be used to calculate the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil.

例えば、各コイルの単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに異なるか否かの判定には、例えば、上述したV1a/Vm,V2a/Vm,V3a/Vmを用いればよい。この場合、例えば、V1a,V2a,V3aのうち最も小さい値であるVmを選択する処理と、V1a,V2a,V3aをVmで除算する処理とを行う。V1a/Vm,V2a/Vm,V3a/Vmが上記所定範囲を外れる場合、各コイルの単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに異なると判定すればよい。 For example, to determine whether the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil are different from one another, the above-mentioned V1a/Vm, V2a/Vm, and V3a/Vm may be used. In this case, for example, a process of selecting Vm, which is the smallest value among V1a, V2a, and V3a, and a process of dividing V1a, V2a, and V3a by Vm are performed. If V1a/Vm, V2a/Vm, and V3a/Vm are outside the above-mentioned predetermined range, it may be determined that the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil are different from one another.

各コイルの単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに異なると判定した場合、ステップS15に進めばよい。一方、各コイルの単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rが互いに異なると判定しない場合、前回の制御周期での第1~第3指令値を維持したまま、ステップS16に進めばよい。 If it is determined that the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil are different from each other, proceed to step S15. On the other hand, if it is not determined that the voltages V1r to V3r per unit number of turns of each coil are different from each other, proceed to step S16 while maintaining the first to third command values from the previous control cycle.

・第3実施形態において、ステップS15の処理に先立ち、第2,第3コイル82,83の単位巻き数あたりの第2,第3電圧V2r,V3rが、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1r以下であるかを判定する処理を行ってもよい。ここで、各コイルの単位巻き数あたりの各電圧V1r~V3rの算出には、ステップS14で取得した第1~第3電圧V1r~V3rを用いればよい。 - In the third embodiment, prior to the processing of step S15, a process may be performed to determine whether the second and third voltages V2r, V3r per unit number of turns of the second and third coils 82, 83 are equal to or less than the first voltage V1r per unit number of turns of the first coil 81. Here, the first to third voltages V1r to V3r obtained in step S14 may be used to calculate each voltage V1r to V3r per unit number of turns of each coil.

第2,第3コイル82,83の単位巻き数あたりの第2,第3電圧V2r,V3rが、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1r以下であると判定した場合、ステップS15に進めばよい。一方、第2,第3コイル82,83の単位巻き数あたりの第2,第3電圧V2r,V3rが、第1コイル81の単位巻き数あたりの第1電圧V1rよりも高いと判定した場合、前回の制御周期での第1~第3指令値を維持したまま、ステップS16に進めばよい。 If it is determined that the second and third voltages V2r, V3r per unit number of turns of the second and third coils 82, 83 are equal to or less than the first voltage V1r per unit number of turns of the first coil 81, proceed to step S15. On the other hand, if it is determined that the second and third voltages V2r, V3r per unit number of turns of the second and third coils 82, 83 are higher than the first voltage V1r per unit number of turns of the first coil 81, proceed to step S16 while maintaining the first to third command values from the previous control cycle.

・第2実施形態において、送電側である第1~第4スイッチQ1~Q4の1スイッチング周期内に、第1還流期間TC1及び第2還流期間TC2が設けられるとしたが、これに限られない。受電側である第9~第12スイッチQ9~Q12の1スイッチング周期内に、還流期間が設けられてもよい。 - In the second embodiment, the first freewheeling period TC1 and the second freewheeling period TC2 are provided within one switching period of the first to fourth switches Q1 to Q4 on the power transmitting side, but this is not limited to this. A freewheeling period may be provided within one switching period of the ninth to twelfth switches Q9 to Q12 on the power receiving side.

・第3実施形態において、制御部100は、第2,第3フルブリッジ回路60,70を損失低減対象として設定することに代えて、第3フルブリッジ回路70のみを損失低減対象として設定してもよい。この場合、制御部100は、特定コイルである第3コイル83の単位巻き数あたりの電圧を、残りのコイルである第1,第2コイル81,82の単位巻き数あたりの電圧よりも高くすればよい。 - In the third embodiment, instead of setting the second and third full bridge circuits 60, 70 as loss reduction targets, the control unit 100 may set only the third full bridge circuit 70 as the loss reduction target. In this case, the control unit 100 may set the voltage per unit turn of the third coil 83, which is a specific coil, higher than the voltage per unit turn of the first and second coils 81, 82, which are the remaining coils.

・電力変換装置40は、AC‐DCコンバータ11を備えていなくてもよい。この場合、第1高電位側端子CH1には第3蓄電池12の正極端子が接続され、第1低電位側端子CL1には第3蓄電池12の負極端子が接続されていればよい。第3蓄電池は、充放電可能な2次電池である。第3蓄電池は、例えば、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池である。第3蓄電池の定格電圧(例えば400V)は、第1蓄電池20の定格電圧及び第2蓄電池30の定格電圧よりも高い。 - The power conversion device 40 does not need to include an AC-DC converter 11. In this case, it is sufficient that the positive terminal of the third storage battery 12 is connected to the first high potential side terminal CH1, and the negative terminal of the third storage battery 12 is connected to the first low potential side terminal CL1. The third storage battery is a secondary battery that can be charged and discharged. The third storage battery is, for example, a lithium ion storage battery or a nickel metal hydride storage battery. The rated voltage of the third storage battery (for example, 400 V) is higher than the rated voltage of the first storage battery 20 and the rated voltage of the second storage battery 30.

・電力変換装置40は、各フルブリッジ回路50,60,70,110に代えて、ハーフブリッジ回路を備えていてもよい。 - The power conversion device 40 may be equipped with a half-bridge circuit instead of each full-bridge circuit 50, 60, 70, and 110.

80…トランス、81~84…第1~第4コイル、50,60,70,110…第1~第4フルブリッジ回路、100…制御部、CH1~CH5…第1~第5高電位側端子、CL1~CL5…第1~第5低電位側端子、Q1~Q20…第1~第20スイッチ。 80... transformer, 81-84... first to fourth coils, 50, 60, 70, 110... first to fourth full bridge circuits, 100... control unit, CH1-CH5... first to fifth high potential terminals, CL1-CL5... first to fifth low potential terminals, Q1-Q20... first to twentieth switches.

Claims (7)

互いに磁気結合する送電コイル(82)及び複数の受電コイル(81,83,84)を有するトランス(80)と、
送電スイッチ(Q5~Q8)、及び該送電スイッチを介して前記送電コイルに接続された送電端子(CH2,CL2)を有する送電回路(60)と、
前記各受電コイルに対応して設けられ、受電スイッチ(Q1~Q4,Q9~Q20)、及び該受電スイッチを介して前記受電コイルに接続された受電端子(CH1,CH3,CH5,CL1,CL3,CL5)を有する受電回路(50,70,110)と、
前記送電端子から入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給すべく前記送電スイッチのスイッチング制御を実行するとともに、前記受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記受電端子に供給すべく前記受電スイッチのスイッチング制御を実行する制御部(100)と、を備え、
前記制御部は、前記スイッチング制御の実行中において、前記送電コイル及び前記各受電コイルのうち、一部のコイルである特定コイルの単位巻き数あたりの電圧を、残りのコイルの単位巻き数あたりの電圧よりも高くする制御を行う、電力変換装置。
a transformer (80) having a power transmission coil (82) and a plurality of power receiving coils (81, 83, 84) that are magnetically coupled to each other;
a power transmitting circuit (60) having power transmitting switches (Q5 to Q8) and power transmitting terminals (CH2, CL2) connected to the power transmitting coil via the power transmitting switches;
a receiving circuit (50, 70, 110) provided corresponding to each of the receiving coils and having a receiving switch (Q1 to Q4, Q9 to Q20) and a receiving terminal (CH1, CH3, CH5, CL1, CL3, CL5) connected to the receiving coil via the receiving switch;
a control unit (100) that executes switching control of the power transmitting switch to convert a DC voltage input from the power transmitting terminal into an AC voltage and supply the AC voltage to the power transmitting coil, and executes switching control of the power receiving switch to convert an AC voltage output from the power receiving coil into a DC voltage and supply the DC voltage to the power receiving terminal,
The control unit, during execution of the switching control, controls the voltage per unit number of turns of a specific coil, which is a portion of the transmitting coil and each of the receiving coils, to be higher than the voltage per unit number of turns of the remaining coils.
前記各受電回路のうち、一部の受電回路である特定受電回路(70)は、残りの受電回路が有する前記受電スイッチ、及び前記送電スイッチのそれぞれよりもスイッチング速度が低い低速スイッチ(Q13~Q16)を有しており、
前記特定コイルは、前記各受電コイルのうち、前記特定受電回路に接続されたコイルである、請求項に記載の電力変換装置。
Among the power receiving circuits, a specific power receiving circuit (70) that is a part of the power receiving circuits has low-speed switches (Q13 to Q16) whose switching speed is slower than the power receiving switches and the power transmitting switches of the remaining power receiving circuits,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the specific coil is one of the power receiving coils that is connected to the specific power receiving circuit.
前記特定コイルは、前記送電コイルである、請求項1又は2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 , wherein the specific coil is the power transmission coil. 前記送電回路は、前記送電スイッチとして、上アーム送電スイッチ及び下アーム送電スイッチの直列接続体を有するブリッジ回路であり、
前記受電回路は、前記受電スイッチとして、上アーム受電スイッチ及び下アーム受電スイッチの直列接続体を有するブリッジ回路であり、
前記制御部は、前記スイッチング制御において、
前記送電コイルに正の電圧が印加される期間と前記送電コイルに負の電圧が印加される期間とを設けるように、前記上アーム送電スイッチ及び前記下アーム送電スイッチをオンオフし、
前記受電コイルに正の電圧が印加される期間と前記受電コイルに負の電圧が印加される期間とを設けるように、前記上アーム電スイッチ及び前記下アーム電スイッチをオンオフする請求項1~3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
the power transmitting circuit is a bridge circuit having a series connection of an upper arm power transmitting switch and a lower arm power transmitting switch as the power transmitting switch,
the power receiving circuit is a bridge circuit having a series connection of an upper arm power receiving switch and a lower arm power receiving switch as the power receiving switch,
The control unit, in the switching control,
turning on and off the upper arm power transmitting switch and the lower arm power transmitting switch so as to provide a period in which a positive voltage is applied to the power transmitting coil and a period in which a negative voltage is applied to the power transmitting coil;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the upper arm receiving switch and the lower arm receiving switch are turned on and off so as to provide a period in which a positive voltage is applied to the receiving coil and a period in which a negative voltage is applied to the receiving coil.
前記制御部は、前記スイッチング制御において、前記送電コイル及び前記受電コイルのうち少なくとも1つが短絡される期間を設ける請求項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4 , wherein the control unit provides a period during which at least one of the power transmitting coil and the power receiving coil is short-circuited in the switching control. 互いに磁気結合する送電コイル(81)及び受電コイル(82~84)を有するトランス(80)と、
送電スイッチ(Q1~Q4)、及び該送電スイッチを介して前記送電コイルに接続された送電端子(CH1,CL1)を有する送電回路(50)と、
受電スイッチ(Q5~Q20)、及び該受電スイッチを介して前記受電コイルに接続された受電端子(CH2,CH3,CH5,CL2,CL3,CL5)を有する受電回路(60,70,110)と、
前記送電端子から入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給すべく前記送電スイッチのスイッチング制御を実行するとともに、前記受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記受電端子に供給すべく前記受電スイッチのスイッチング制御を実行する制御部(100)と、を備え、
前記送電回路は、前記送電スイッチとして、上アーム送電スイッチ及び下アーム送電スイッチの直列接続体を有するブリッジ回路であり、
前記受電回路は、前記受電スイッチとして、上アーム受電スイッチ及び下アーム受電スイッチの直列接続体を有するブリッジ回路であり、
前記制御部は、
前記送電スイッチのスイッチング制御において、前記送電コイルに正の電圧が印加される期間と前記送電コイルに負の電圧が印加される期間とを設けるように、前記上アーム送電スイッチ及び前記下アーム送電スイッチをオンオフし、
前記受電スイッチのスイッチング制御において、前記受電コイルに正の電圧が印加される期間と前記受電コイルに負の電圧が印加される期間とを設けるように、前記上アーム受電スイッチ及び前記下アーム受電スイッチをオンオフし、
前記送電スイッチ及び前記受電スイッチそれぞれのスイッチング制御において、前記送電コイル及び前記受電コイルのうち少なくとも1つが短絡される期間を設け、
前記送電スイッチ及び前記受電スイッチそれぞれのスイッチング制御の実行中において、前記送電コイル及び前記受電コイルそれぞれの単位巻き数あたりの電圧を互いに近づける制御を行う、電力変換装置。
A transformer (80) having a power transmission coil (81) and a power receiving coil (82-84) that are magnetically coupled to each other;
a power transmission circuit (50) having power transmission switches (Q1 to Q4) and power transmission terminals (CH1, CL1) connected to the power transmission coil via the power transmission switches;
a receiving circuit (60, 70, 110) having a receiving switch (Q5 to Q20) and receiving terminals (CH2, CH3, CH5, CL2, CL3, CL5) connected to the receiving coil via the receiving switch;
a control unit (100) that executes switching control of the power transmitting switch to convert a DC voltage input from the power transmitting terminal into an AC voltage and supply the AC voltage to the power transmitting coil, and executes switching control of the power receiving switch to convert an AC voltage output from the power receiving coil into a DC voltage and supply the DC voltage to the power receiving terminal,
the power transmitting circuit is a bridge circuit having a series connection of an upper arm power transmitting switch and a lower arm power transmitting switch as the power transmitting switch,
the power receiving circuit is a bridge circuit having a series connection of an upper arm power receiving switch and a lower arm power receiving switch as the power receiving switch,
The control unit is
In the switching control of the power transmitting switch, the upper arm power transmitting switch and the lower arm power transmitting switch are turned on and off so as to provide a period in which a positive voltage is applied to the power transmitting coil and a period in which a negative voltage is applied to the power transmitting coil;
In the switching control of the power receiving switch, the upper arm power receiving switch and the lower arm power receiving switch are turned on and off so as to provide a period in which a positive voltage is applied to the power receiving coil and a period in which a negative voltage is applied to the power receiving coil;
In the switching control of the power transmitting switch and the power receiving switch, a period is provided in which at least one of the power transmitting coil and the power receiving coil is short-circuited;
A power conversion device that performs control so that voltages per unit number of turns of the power transmitting coil and the power receiving coil approach each other while switching control of the power transmitting switch and the power receiving switch is being executed.
前記制御部は、前記スイッチング制御の駆動態様を変更することにより、前記送電コイル及び前記受電コイルそれぞれの単位巻き数あたりの電圧を制御する、請求項1~6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit controls the voltage per unit number of turns of the transmitting coil and the receiving coil by changing the driving mode of the switching control.
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