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JP7614073B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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JP7614073B2 JP2021182598A JP2021182598A JP7614073B2 JP 7614073 B2 JP7614073 B2 JP 7614073B2 JP 2021182598 A JP2021182598 A JP 2021182598A JP 2021182598 A JP2021182598 A JP 2021182598A JP 7614073 B2 JP7614073 B2 JP 7614073B2
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Description

本発明は、入力端子から入力された電圧を変圧して出力端子から出力する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that transforms a voltage input from an input terminal and outputs it from an output terminal.

この種の電力変換装置としては、特許文献1に記載されているように、LC共振を利用して昇圧比を1.5とする昇圧コンバータが知られている。詳しくは、特許文献1の図5に記載の昇圧コンバータは、4つのスイッチと、4つのダイオードと、2つのリアクトルと、5つのコンデンサとを備えている。 As described in Patent Document 1, a known example of this type of power conversion device is a boost converter that uses LC resonance to achieve a boost ratio of 1.5. In more detail, the boost converter described in Figure 5 of Patent Document 1 includes four switches, four diodes, two reactors, and five capacitors.

米国特許第10637352号明細書U.S. Pat. No. 1,063,7352

電力変換装置の搭載先における搭載スペースの制約上、電力変換装置には小型化が要求されている。このため、リアクトルを含む受動素子や、スイッチを含む半導体素子の数を削減することが望まれている。 Due to space limitations in the installation location of the power conversion device, there is a demand for miniaturization of the power conversion device. For this reason, it is desirable to reduce the number of passive elements, including reactors, and semiconductor elements, including switches.

本発明は、構成部品を削減できる電力変換装置を提供することを主たる目的とする。 The main objective of the present invention is to provide a power conversion device that can reduce the number of components.

本発明は、入力端子から入力された電圧を変圧して出力端子から出力する電力変換装置において、
上アーム第1半導体部及び上アーム第2半導体部の直列接続体と、
中間アーム第1スイッチ部及び中間アーム第2スイッチ部の直列接続体と、
下アーム第1半導体部及び下アーム第2半導体部の直列接続体と、
前記上アーム第1半導体部及び前記上アーム第2半導体部の接続点と、前記中間アーム第2スイッチ部及び前記下アーム第1半導体部の接続点とを接続するリアクトル及び第1中間コンデンサの直列接続体と、
前記中間アーム第1スイッチ部及び前記中間アーム第2スイッチ部の接続点と、前記下アーム第1半導体部及び前記下アーム第2半導体部の接続点とを接続する電気経路に設けられた第2中間コンデンサと、を備える。
The present invention relates to a power conversion device that transforms a voltage input from an input terminal and outputs the transformed voltage from an output terminal,
a series connection of an upper arm first semiconductor portion and an upper arm second semiconductor portion;
a series connection of an intermediate arm first switch portion and an intermediate arm second switch portion;
a series connection of a lower arm first semiconductor portion and a lower arm second semiconductor portion;
a series connection of a reactor and a first intermediate capacitor connecting a connection point between the upper arm first semiconductor portion and the upper arm second semiconductor portion and a connection point between the intermediate arm second switch portion and the lower arm first semiconductor portion;
The intermediate arm switch portion includes a first intermediate capacitor and a second intermediate capacitor provided in an electrical path connecting a connection point between the intermediate arm first switch portion and the intermediate arm second switch portion and a connection point between the lower arm first semiconductor portion and the lower arm second semiconductor portion.

本発明は、昇圧機能を有する電力変換装置として、例えば以下のように具体化できる。 The present invention can be embodied as a power conversion device with a boost function, for example, as follows:

前記入力端子としての高電位側入力端子及び低電位側入力端子から入力された電圧を昇圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子及び低電位側出力端子から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第1半導体部は、上アーム第1ダイオード部であり、
前記上アーム第2半導体部は、上アーム第2ダイオード部であり、
前記下アーム第1半導体部は、下アーム第1スイッチ部であり、
前記下アーム第2半導体部は、下アーム第2スイッチ部であり、
前記上アーム第1ダイオード部のカソードに、前記高電位側出力端子が接続され、
前記上アーム第2ダイオード部のアノードに、前記中間アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第2ダイオード部及び前記中間アーム第1スイッチ部の接続点に前記高電位側入力端子が接続されている。
A power conversion device that boosts a voltage input from a high potential side input terminal and a low potential side input terminal as the input terminals and outputs the boosted voltage from a high potential side output terminal and a low potential side output terminal as the output terminals,
the upper arm first semiconductor portion is an upper arm first diode portion,
the upper arm second semiconductor portion is an upper arm second diode portion,
the lower arm first semiconductor portion is a lower arm first switch portion,
the lower arm second semiconductor unit is a lower arm second switch unit,
the high potential side output terminal is connected to the cathode of the upper arm first diode portion,
a high potential side of both ends of the intermediate arm first switch section is connected to an anode of the upper arm second diode section;
a high potential side of each of both ends of the lower arm first switch section is connected to a low potential side of each of both ends of the intermediate arm second switch section,
the low potential side output terminal and the low potential side input terminal are connected to the low potential side of both ends of the lower arm second switch section,
The high potential side input terminal is connected to a connection point between the upper arm second diode portion and the intermediate arm first switch portion.

また、本発明は、昇圧機能を有する電力変換装置として、例えば以下のように具体化できる。 The present invention can also be embodied as a power conversion device with a boost function, for example, as follows:

前記入力端子及び前記出力端子として、第1高電位側端子、第1低電位側端子、第2高電位側端子及び第2低電位側端子が設けられ、
前記上アーム第1半導体部は、上アーム第1スイッチ部であり、
前記上アーム第2半導体部は、上アーム第2スイッチ部であり、
前記下アーム第1半導体部は、下アーム第1スイッチ部であり、
前記下アーム第2半導体部は、下アーム第2スイッチ部であり、
前記上アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記第2高電位側端子が接続され、
前記上アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記第2低電位側端子及び前記第1低電位側端子が接続され、
前記上アーム第2スイッチ部及び前記中間アーム第1スイッチ部の接続点に前記第1高電位側端子が接続されている。
a first high potential side terminal, a first low potential side terminal, a second high potential side terminal, and a second low potential side terminal are provided as the input terminal and the output terminal;
the upper arm first semiconductor portion is an upper arm first switch portion,
the upper arm second semiconductor portion is an upper arm second switch portion,
the lower arm first semiconductor portion is a lower arm first switch portion,
the lower arm second semiconductor unit is a lower arm second switch unit,
the second high potential side terminal is connected to a high potential side of both ends of the upper arm first switch section,
a high potential side of each of both ends of the intermediate arm first switch section is connected to a low potential side of each of both ends of the upper arm second switch section,
a high potential side of each of both ends of the lower arm first switch section is connected to a low potential side of each of both ends of the intermediate arm second switch section,
the second low potential side terminal and the first low potential side terminal are connected to a low potential side of both ends of the lower arm second switch section,
The first high potential side terminal is connected to a connection point between the upper arm second switch portion and the intermediate arm first switch portion.

また、本発明は、降圧機能を有する電力変換装置として、例えば以下のように具体化できる。
前記入力端子としての高電位側入力端子及び低電位側入力端子から入力された電圧を降圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子及び低電位側出力端子から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第1半導体部は、上アーム第1スイッチ部であり、
前記上アーム第2半導体部は、上アーム第2スイッチ部であり、
前記下アーム第1半導体部は、下アーム第1ダイオード部であり、
前記下アーム第2半導体部は、下アーム第2ダイオード部であり、
前記上アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記高電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第1ダイオード部のカソードが接続され、
前記下アーム第2ダイオード部のアノードに、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第2スイッチ部及び前記中間アーム第1スイッチ部の接続点に前記高電位側出力端子が接続されている。
Moreover, the present invention can be embodied as a power conversion device having a step-down function, for example, as follows.
A power conversion device that steps down a voltage input from a high potential side input terminal and a low potential side input terminal as the input terminals, and outputs the voltage from a high potential side output terminal and a low potential side output terminal as the output terminals,
the upper arm first semiconductor portion is an upper arm first switch portion,
the upper arm second semiconductor portion is an upper arm second switch portion,
the lower arm first semiconductor portion is a lower arm first diode portion,
the lower arm second semiconductor portion is a lower arm second diode portion,
the high potential side input terminal is connected to a high potential side of both ends of the upper arm first switch section,
a high potential side of each of both ends of the intermediate arm first switch section is connected to a low potential side of each of both ends of the upper arm second switch section,
a cathode of the lower arm first diode section is connected to a lower potential side of both ends of the intermediate arm second switch section,
the low potential side output terminal and the low potential side input terminal are connected to an anode of the lower arm second diode section,
The high potential side output terminal is connected to a connection point between the upper arm second switch portion and the intermediate arm first switch portion.

本発明によれば、電力変換装置の構成部品の中で体格が比較的大きいリアクトル及びコンデンサの数を削減することができ、電力変換装置の小型化を図ることができる。 The present invention makes it possible to reduce the number of reactors and capacitors, which are relatively large components of a power conversion device, and to miniaturize the power conversion device.

第1実施形態に係る電力変換装置の構成図。1 is a configuration diagram of a power conversion device according to a first embodiment. スイッチの駆動状態、電流及び電圧等の推移を示すタイムチャート。4 is a time chart showing the driving state of a switch and transitions of current, voltage, etc. Mode1における電流の流通状態を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a current flow state in Mode 1. Mode2における電流の流通状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current flow state in Mode 2. Mode3における電流の流通状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current flow state in Mode 3. 体格低減効果を示す図。FIG. 第2実施形態に係る電力変換装置の構成図。FIG. 11 is a configuration diagram of a power conversion device according to a second embodiment. スイッチの駆動状態、電流及び電圧等の推移を示すタイムチャート。4 is a time chart showing the transition of the switch drive state, current, voltage, etc. Mode1における電流の流通状態を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a current flow state in Mode 1. Mode2における電流の流通状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current flow state in Mode 2. Mode3における電流の流通状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current flow state in Mode 3. 第3実施形態に係る電力変換装置の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of a power conversion device according to a third embodiment. 昇圧制御におけるスイッチの駆動状態、電流及び電圧等の推移を示すタイムチャート。4 is a time chart showing the transition of the switch drive state, current, voltage, etc. in boost control. Mode1における電流の流通状態を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a current flow state in Mode 1. Mode2における電流の流通状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current flow state in Mode 2. Mode3における電流の流通状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current flow state in Mode 3. 昇圧制御におけるスイッチの駆動状態、電流及び電圧等の推移を示すタイムチャート。4 is a time chart showing the transition of the switch drive state, current, voltage, etc. in boost control. Mode1における電流の流通状態を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a current flow state in Mode 1. Mode2における電流の流通状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current flow state in Mode 2. Mode3における電流の流通状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a current flow state in Mode 3. その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of a power conversion device according to another embodiment. その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of a power conversion device according to another embodiment. その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of a power conversion device according to another 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。電力変換装置は、例えば、車両、航空機又は船舶等の移動体に搭載される。車両は、例えば、回転電機及びエンジンを備えるハイブリッド車、又は回転電機及びエンジンのうち回転電機のみを備える電気自動車である。
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 is mounted on a moving object such as a vehicle, an aircraft, or a ship. The vehicle is, for example, a hybrid vehicle equipped with a rotating electric machine and an engine, or an electric vehicle equipped with only the rotating electric machine of the rotating electric machine and the engine.

図1に示すように、電力変換装置10は、第1コンデンサ21、中間アーム第1スイッチQM1(「中間アーム第1スイッチ部」に相当)、中間アーム第2スイッチQM2(「中間アーム第2スイッチ部」に相当)、下アーム第1スイッチQL1(「下アーム第1スイッチ部」に相当)及び下アーム第2スイッチQL2(「下アーム第2スイッチ部」に相当)を備えている。本実施形態において、各スイッチQM1,QM2,QL1,QL2は、ボディダイオードを有するNチャネルMOSFETである。 As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 includes a first capacitor 21, an intermediate arm first switch QM1 (corresponding to the "intermediate arm first switch section"), an intermediate arm second switch QM2 (corresponding to the "intermediate arm second switch section"), a lower arm first switch QL1 (corresponding to the "lower arm first switch section"), and a lower arm second switch QL2 (corresponding to the "lower arm second switch section"). In this embodiment, each of the switches QM1, QM2, QL1, and QL2 is an N-channel MOSFET having a body diode.

電力変換装置10の第1高電位側端子TH1(「高電位側入力端子」に相当)には、第1コンデンサ21の第1端と、中間アーム第1スイッチQM1のドレインが接続されている。中間アーム第1スイッチQM1のソースには、中間アーム第2スイッチQM2のドレインが接続され、中間アーム第2スイッチQM2のソースには、下アーム第1スイッチQL1のドレインが接続されている。下アーム第1スイッチQL1のソースには、下アーム第2スイッチQL2のドレインが接続されている。下アーム第2スイッチQL2のソースには、第1コンデンサ21の第2端と、電力変換装置10の第1低電位側端子TL1(「低電位側入力端子」に相当)とが接続されている。なお、各端子TH1,TL1には、例えば、ACDCコンバータの直流側端子、又は2次電池が接続される。2次電池は、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。 The first end of the first capacitor 21 and the drain of the intermediate arm first switch QM1 are connected to the first high potential side terminal TH1 (corresponding to the "high potential side input terminal") of the power conversion device 10. The drain of the intermediate arm second switch QM2 is connected to the source of the intermediate arm first switch QM1, and the drain of the lower arm first switch QL1 is connected to the source of the intermediate arm second switch QM2. The drain of the lower arm second switch QL2 is connected to the source of the lower arm first switch QL1. The second end of the first capacitor 21 and the first low potential side terminal TL1 (corresponding to the "low potential side input terminal") of the power conversion device 10 are connected to the source of the lower arm second switch QL2. Each terminal TH1, TL1 is connected to, for example, a DC side terminal of an AC-DC converter or a secondary battery. The secondary battery is, for example, a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery.

電力変換装置10は、上アーム第1ダイオードDH1(「上アーム第1ダイオード部」に相当)、上アーム第2ダイオードDH2(「上アーム第2ダイオード部」に相当)及び第2コンデンサ22を備えている。上アーム第1ダイオードDH1のカソードには、電力変換装置10の第2高電位側端子TH2(「高電位側出力端子」に相当)と、第2コンデンサ22の第1端とが接続されている。第2コンデンサ22の第2端には、電力変換装置10の第2低電位側端子TL2(「低電位側出力端子」に相当)と、下アーム第2スイッチQL2のソースとが接続されている。上アーム第1ダイオードDH1のアノードには、上アーム第2ダイオードDH2のカソードが接続されている。上アーム第2ダイオードDH2のアノードには、中間アーム第1スイッチQM1のドレインが接続されている。なお、各端子TH2,TL2には、例えば、ACDCコンバータの直流側端子、又は2次電池が接続される。2次電池は、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。本実施形態において、第2高電位側端子TH2及び第2低電位側端子TL2に接続されるACDCコンバータの直流側端子又は2次電池の定格電圧(例えば450V)は、第1高電位側端子TH1及び第1低電位側端子TL1に接続されるACDCコンバータの直流側端子又は2次電池の定格電圧(例えば300V)よりも高い。 The power conversion device 10 includes an upper arm first diode DH1 (corresponding to the "upper arm first diode section"), an upper arm second diode DH2 (corresponding to the "upper arm second diode section"), and a second capacitor 22. The cathode of the upper arm first diode DH1 is connected to the second high potential side terminal TH2 (corresponding to the "high potential side output terminal") of the power conversion device 10 and the first end of the second capacitor 22. The second end of the second capacitor 22 is connected to the second low potential side terminal TL2 (corresponding to the "low potential side output terminal") of the power conversion device 10 and the source of the lower arm second switch QL2. The anode of the upper arm first diode DH1 is connected to the cathode of the upper arm second diode DH2. The anode of the upper arm second diode DH2 is connected to the drain of the intermediate arm first switch QM1. Each terminal TH2, TL2 is connected to, for example, a DC side terminal of an ACDC converter or a secondary battery. The secondary battery is, for example, a lithium ion battery or a nickel-metal hydride battery. In this embodiment, the rated voltage (e.g., 450 V) of the DC side terminal of the ACDC converter or the secondary battery connected to the second high potential side terminal TH2 and the second low potential side terminal TL2 is higher than the rated voltage (e.g., 300 V) of the DC side terminal of the ACDC converter or the secondary battery connected to the first high potential side terminal TH1 and the first low potential side terminal TL1.

電力変換装置10は、リアクトル30、第1中間コンデンサ31及び第2中間コンデンサ32を備えている。リアクトル30の第1端には、上アーム第1ダイオードDH1のアノード及び上アーム第2ダイオードDH2のカソードが接続されている。リアクトル30の第2端には、第1中間コンデンサ31の第1端が接続されている。第1中間コンデンサ31の第2端には、中間アーム第2スイッチQM2のソース及び下アーム第1スイッチQL1のドレインが接続されている。第2中間コンデンサ32の第1端には、中間アーム第1スイッチQM1のソース及び中間アーム第2スイッチQM2のドレインが接続されている。第2中間コンデンサ32の第2端には、下アーム第1スイッチQL1のソース及び下アーム第2スイッチQL2のドレインが接続されている。 The power conversion device 10 includes a reactor 30, a first intermediate capacitor 31, and a second intermediate capacitor 32. The first end of the reactor 30 is connected to the anode of the upper arm first diode DH1 and the cathode of the upper arm second diode DH2. The second end of the reactor 30 is connected to the first end of the first intermediate capacitor 31. The second end of the first intermediate capacitor 31 is connected to the source of the intermediate arm second switch QM2 and the drain of the lower arm first switch QL1. The first end of the second intermediate capacitor 32 is connected to the source of the intermediate arm first switch QM1 and the drain of the intermediate arm second switch QM2. The second end of the second intermediate capacitor 32 is connected to the source of the lower arm first switch QL1 and the drain of the lower arm second switch QL2.

電力変換装置10は、第1電圧センサ51及び第2電圧センサ52を備えている。第1電圧センサ51は、第1コンデンサ21の端子間電圧を検出し、第2電圧センサ52は、第2コンデンサ22の端子間電圧を検出する。各電圧センサ51,52の検出値は、電力変換装置10が備える制御装置60に入力される。 The power conversion device 10 includes a first voltage sensor 51 and a second voltage sensor 52. The first voltage sensor 51 detects the voltage between the terminals of the first capacitor 21, and the second voltage sensor 52 detects the voltage between the terminals of the second capacitor 22. The detection values of the voltage sensors 51 and 52 are input to a control device 60 included in the power conversion device 10.

制御装置60は、中間アーム第1スイッチQM1、中間アーム第2スイッチQM2、下アーム第1スイッチQL1及び下アーム第2スイッチQL2のスイッチング制御を行うことにより、第1高電位側端子TH1(「高電位側入力端子」に相当)及び第1低電位側端子TL1(「低電位側入力端子」に相当)から入力された電圧を昇圧して、第2高電位側端子TH2(「高電位側出力端子」に相当)及び第2低電位側端子TL2(「低電位側出力端子」に相当)から出力する電力変換処理を行う。なお、制御装置60が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。 The control device 60 performs power conversion processing by controlling the switching of the intermediate arm first switch QM1, the intermediate arm second switch QM2, the lower arm first switch QL1, and the lower arm second switch QL2, thereby boosting the voltage input from the first high potential side terminal TH1 (corresponding to the "high potential side input terminal") and the first low potential side terminal TL1 (corresponding to the "low potential side input terminal") and outputting it from the second high potential side terminal TH2 (corresponding to the "high potential side output terminal") and the second low potential side terminal TL2 (corresponding to the "low potential side output terminal"). The functions provided by the control device 60 can be provided, for example, by software recorded in a physical memory device and a computer that executes the software, hardware, or a combination of these.

次に、図2を用いて、電力変換処理について説明する。図2(a)において、実線は第1電圧センサ51により検出された低圧側電圧VLの推移を示し、破線は第2電圧センサ52により検出された高圧側電圧VHの推移を示す。図2(b)は、上アーム第1ダイオードDH1及び上アーム第2ダイオードDH2の接続点からリアクトル30へと流れる電流iCfの推移を示し、図2(c)は、第1コンデンサ21に流れる電流iLの推移を示す。図2(d)において、実線は中間アーム第1スイッチQM1の駆動状態の推移を示し、破線は中間アーム第2スイッチQM2の駆動状態の推移を示す。図2(e)において、実線は下アーム第1スイッチQL1の駆動状態の推移を示し、破線は下アーム第2スイッチQL2の駆動状態の推移を示す。図2(f)において、実線は上アーム第1ダイオードDH1の端子間電圧VDH1の推移を示し、破線は上アーム第2ダイオードDH2の端子間電圧VDH2の推移を示す。図2(g)において、実線は中間アーム第1スイッチQM1の端子間電圧VQM1(ドレイン及びソース間電圧)の推移を示し、破線は中間アーム第2スイッチQM2の端子間電圧VQM2の推移を示す。図2(h)において、実線は下アーム第1スイッチQL1の端子間電圧VQL1の推移を示し、破線は下アーム第2スイッチQL2の端子間電圧VQL2の推移を示す。図2において、各電流,電圧の符号は、図1に示す矢印の向きを正とする。 Next, the power conversion process will be described with reference to FIG. 2. In FIG. 2(a), the solid line indicates the transition of the low-voltage side voltage VL detected by the first voltage sensor 51, and the dashed line indicates the transition of the high-voltage side voltage VH detected by the second voltage sensor 52. FIG. 2(b) indicates the transition of the current iCf flowing from the connection point of the upper arm first diode DH1 and the upper arm second diode DH2 to the reactor 30, and FIG. 2(c) indicates the transition of the current iL flowing to the first capacitor 21. In FIG. 2(d), the solid line indicates the transition of the drive state of the intermediate arm first switch QM1, and the dashed line indicates the transition of the drive state of the intermediate arm second switch QM2. In FIG. 2(e), the solid line indicates the transition of the drive state of the lower arm first switch QL1, and the dashed line indicates the transition of the drive state of the lower arm second switch QL2. In FIG. 2(f), the solid line indicates the transition of the terminal voltage VDH1 of the upper arm first diode DH1, and the dashed line indicates the transition of the terminal voltage VDH2 of the upper arm second diode DH2. In FIG. 2(g), the solid line indicates the transition of the terminal voltage VQM1 (drain-source voltage) of the intermediate arm first switch QM1, and the dashed line indicates the transition of the terminal voltage VQM2 of the intermediate arm second switch QM2. In FIG. 2(h), the solid line indicates the transition of the terminal voltage VQL1 of the lower arm first switch QL1, and the dashed line indicates the transition of the terminal voltage VQL2 of the lower arm second switch QL2. In FIG. 2, the signs of each current and voltage are positive in the direction of the arrow shown in FIG. 1.

制御装置60は、電力変換処理として、Mode1、Mode2、Mode3及びMode2からなる1サイクルを繰り返す処理を行う。これにより、第1高電位側端子TH1及び第1低電位側端子TL1の入力電圧を約1.5倍して第2高電位側端子TH2及び第2低電位側端子TL2から出力する。Mode1の期間において、中間アーム第2スイッチQM2及び下アーム第2スイッチQL2がオンされ、中間アーム第1スイッチQM1及び下アーム第1スイッチQL1がオフされる。Mode2の期間において、中間アーム第1,第2スイッチQM1,QM2がオンされ、下アーム第1,第2スイッチQL1,QL2がオフされる。Mode3の期間において、中間アーム第1スイッチQM1及び下アーム第1スイッチQL1がオンされ、中間アーム第2スイッチQM2及び下アーム第2スイッチQL2がオフされる。 The control device 60 performs a power conversion process by repeating one cycle consisting of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 2. As a result, the input voltage of the first high potential side terminal TH1 and the first low potential side terminal TL1 is multiplied by approximately 1.5 and output from the second high potential side terminal TH2 and the second low potential side terminal TL2. During the Mode 1 period, the intermediate arm second switch QM2 and the lower arm second switch QL2 are turned on, and the intermediate arm first switch QM1 and the lower arm first switch QL1 are turned off. During the Mode 2 period, the intermediate arm first and second switches QM1 and QM2 are turned on, and the lower arm first and second switches QL1 and QL2 are turned off. During Mode 3, the intermediate arm first switch QM1 and the lower arm first switch QL1 are turned on, and the intermediate arm second switch QM2 and the lower arm second switch QL2 are turned off.

Mode1の期間においては、図3に示すように、上アーム第2ダイオードDH2、リアクトル30、第1中間コンデンサ31、中間アーム第2スイッチQM2、第2中間コンデンサ32、下アーム第2スイッチQL2及び第1コンデンサ21を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1,第2中間コンデンサ31,32とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。 During the period of Mode 1, as shown in FIG. 3, a current flows in a closed circuit including the upper arm second diode DH2, the reactor 30, the first intermediate capacitor 31, the intermediate arm second switch QM2, the second intermediate capacitor 32, the lower arm second switch QL2, and the first capacitor 21. In more detail, LC resonance occurs in this closed circuit due to the reactor 30 and the first and second intermediate capacitors 31 and 32, causing a sinusoidal current to flow.

第1中間コンデンサ31の静電容量をC1とし、第2中間コンデンサ32の静電容量をC2とし、リアクトル30のインダクタンスをLとする場合、Mode1におけるLC共振の共振周期である第1共振周期Tc1は下式(eq1)で表される。 When the capacitance of the first intermediate capacitor 31 is C1, the capacitance of the second intermediate capacitor 32 is C2, and the inductance of the reactor 30 is L, the first resonance period Tc1, which is the resonance period of the LC resonance in Mode 1, is expressed by the following equation (eq1).

Figure 0007614073000001
制御装置60は、Mode1が開始されてから第1共振周期Tc1の半周期(=Tc1×1/2)が経過したタイミングにおいて、中間アーム第1スイッチQM1をオンに切り替え、下アーム第2スイッチQL2をオフに切り替える。これにより、Mode1からMode2に移行する。この際、中間アーム第1スイッチQM1のオンへの切り替えと、下アーム第2スイッチQL2のオフへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。なお、iLが0になるタイミングと、iCfが0になるタイミングとは同じタイミング又は略同じタイミングである。
Figure 0007614073000001
The control device 60 switches the intermediate arm first switch QM1 on and the lower arm second switch QL2 off at a timing when a half cycle (=Tc1×1/2) of the first resonance cycle Tc1 has elapsed since the start of Mode 1. This transitions from Mode 1 to Mode 2. At this time, soft switching of the ZCS can be realized by switching the intermediate arm first switch QM1 on and the lower arm second switch QL2 off, and loss can be reduced. Note that the timing at which iL becomes 0 and the timing at which iCf becomes 0 are the same or approximately the same.

Mode2の期間においては、図4に示すように、中間アーム第1スイッチQM1、中間アーム第2スイッチQM2、第1中間コンデンサ31、リアクトル30、上アーム第1ダイオードDH1、第2コンデンサ22及び第1コンデンサ21を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1中間コンデンサ31とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。 During the period of Mode 2, as shown in FIG. 4, a current flows through a closed circuit including the intermediate arm first switch QM1, the intermediate arm second switch QM2, the first intermediate capacitor 31, the reactor 30, the upper arm first diode DH1, the second capacitor 22, and the first capacitor 21. In detail, LC resonance occurs between the reactor 30 and the first intermediate capacitor 31 in this closed circuit, and a sinusoidal current flows.

Mode2におけるLC共振の共振周期である第2共振周期Tc2は下式(eq2)で表される。 The second resonance period Tc2, which is the resonance period of the LC resonance in Mode 2, is expressed by the following equation (eq2).

Figure 0007614073000002
第2中間コンデンサ32の静電容量C2は、第1中間コンデンサ31の静電容量C1と同等又はC1よりも大きい。本実施形態では、第2中間コンデンサ32の静電容量C2は、第1中間コンデンサ31の静電容量C1よりも十分大きい。これにより、第2共振周期Tc2と第1共振周期Tc1とが同じ又は略等しい周期にされている。
Figure 0007614073000002
The capacitance C2 of the second intermediate capacitor 32 is equal to or larger than the capacitance C1 of the first intermediate capacitor 31. In the present embodiment, the capacitance C2 of the second intermediate capacitor 32 is sufficiently larger than the capacitance C1 of the first intermediate capacitor 31. This makes the second resonant period Tc2 and the first resonant period Tc1 the same or approximately equal to each other.

制御装置60は、Mode2が開始されてから第2共振周期Tc2の半周期(=Tc2×1/2)が経過したタイミングにおいて、中間アーム第2スイッチQM2をオフに切り替え、下アーム第1スイッチQL1をオンに切り替える。これにより、Mode2からMode3に移行する。この際、中間アーム第2スイッチQM2のオフへの切り替えと、下アーム第1スイッチQL1のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 The control device 60 switches the intermediate arm second switch QM2 off and the lower arm first switch QL1 on when half the second resonant period Tc2 (= Tc2 × 1/2) has elapsed since the start of Mode 2. This transitions from Mode 2 to Mode 3. At this time, soft switching of the ZCS can be achieved by switching the intermediate arm second switch QM2 off and the lower arm first switch QL1 on, thereby reducing losses.

Mode3の期間においては、図5に示すように、中間アーム第1スイッチQM1、上アーム第2ダイオードDH2、リアクトル30、第1中間コンデンサ31、下アーム第1スイッチQL1及び第2中間コンデンサ32を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1,第2中間コンデンサ31,32とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このLC共振の共振周期は、上記第1共振周期Tc1である。 During the period of Mode 3, as shown in FIG. 5, a current flows in a closed circuit including the intermediate arm first switch QM1, the upper arm second diode DH2, the reactor 30, the first intermediate capacitor 31, the lower arm first switch QL1, and the second intermediate capacitor 32. In more detail, LC resonance occurs in this closed circuit due to the reactor 30 and the first and second intermediate capacitors 31 and 32, causing a sinusoidal current to flow. The resonance period of this LC resonance is the above-mentioned first resonance period Tc1.

制御装置60は、Mode3が開始されてから第1共振周期Tc1の半周期が経過したタイミングにおいて、中間アーム第2スイッチQM2をオンに切り替え、下アーム第1スイッチQL1をオフに切り替える。これにより、Mode3からMode2に移行する。この際、中間アーム第2スイッチQM2のオンへの切り替えと、下アーム第1スイッチQL1のオフへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 The control device 60 switches the intermediate arm second switch QM2 on and the lower arm first switch QL1 off at a timing when half a cycle of the first resonance cycle Tc1 has elapsed since the start of Mode 3. This transitions from Mode 3 to Mode 2. At this time, soft switching of the ZCS can be realized by switching the intermediate arm second switch QM2 on and the lower arm first switch QL1 off, thereby reducing losses.

制御装置60は、Mode2が開始されてから第2共振周期Tc2の半周期が経過したタイミングにおいて、中間アーム第1スイッチQM1をオフに切り替え、下アーム第2スイッチQL2をオンに切り替える。これにより、Mode2からMode1に移行し、Mode1、Mode2、Mode3及びMode2からなる1サイクルが終了する。この際、中間アーム第1スイッチQM1のオフへの切り替えと、下アーム第2スイッチQL2のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 The control device 60 switches the intermediate arm first switch QM1 off and the lower arm second switch QL2 on when half a cycle of the second resonance cycle Tc2 has elapsed since the start of Mode 2. This transitions from Mode 2 to Mode 1, and one cycle consisting of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 2 ends. At this time, soft switching of the ZCS can be realized by switching the intermediate arm first switch QM1 off and the lower arm second switch QL2 on, thereby reducing losses.

図6に、比較例と本実施形態との体格の違いを示す。比較例は、上記特許文献1の図5の電力変換装置である。比較例ではスイッチ及びその駆動回路が4つ必要であるのに対し、本実施形態でも4つ必要である。一方、比較例ではダイオードが4つ必要であるのに対し、本実施形態では2つ必要である。また、比較例ではリアクトルが2つ必要であるのに対し、本実施形態では1つ必要であり、特に、リアクトルのインダクタンスを比較例の1/4にできている。また、比較例では、コンデンサが5つ必要であるのに対し、本実施形態では4つ必要であり、特に、コンデンサの静電容量を比較例の2/5にできている。比較例及び本実施形態において、ダイオード等の各構成の数を足し合わせた値を体格の大小とみなす場合、比較例の体格が19であるのに対し、本実施形態の体格は12.5である。つまり、本実施形態では、電力変換装置10の体格が約34%低減されている。 Figure 6 shows the difference in size between the comparative example and this embodiment. The comparative example is the power conversion device of Figure 5 of Patent Document 1. The comparative example requires four switches and their drive circuits, while the present embodiment also requires four. On the other hand, the comparative example requires four diodes, while the present embodiment requires two. Also, the comparative example requires two reactors, while the present embodiment requires one, and in particular, the inductance of the reactor is 1/4 of that of the comparative example. Also, the comparative example requires five capacitors, while the present embodiment requires four, and in particular, the capacitance of the capacitor is 2/5 of that of the comparative example. In the comparative example and this embodiment, if the sum of the numbers of each component such as diodes is considered to be the size, the size of the comparative example is 19, while the size of this embodiment is 12.5. In other words, in this embodiment, the size of the power conversion device 10 is reduced by about 34%.

特に、コンデンサやリアクトルといった受動部品は体格が大きくなりやすいため、コンデンサやリアクトルの数を減らすことのできる本実施形態によれば、電力変換装置の小型化を好適に図ることができる。 In particular, passive components such as capacitors and reactors tend to be large in size, so this embodiment, which can reduce the number of capacitors and reactors, can ideally reduce the size of the power conversion device.

図2に示すように、各スイッチQM1,QM2,QL1,QL2のスイッチング周波数の2倍の周波数で電流iCfが変動する。これにより、各スイッチQM1,QM2,QL1,QL2のスイッチング周波数を過度に高くすることなく、リアクトル30及び各中間コンデンサ31,32の印加電圧の周波数を高めることができる。その結果、各スイッチQM1,QM2,QL1,QL2のスイッチング周波数を過度に高くすることなく、リアクトル30及び各中間コンデンサ31,32の小型化を図ることができる。 As shown in FIG. 2, the current iCf fluctuates at twice the switching frequency of each switch QM1, QM2, QL1, and QL2. This allows the frequency of the applied voltage to the reactor 30 and each intermediate capacitor 31, 32 to be increased without excessively increasing the switching frequency of each switch QM1, QM2, QL1, and QL2. As a result, the reactor 30 and each intermediate capacitor 31, 32 can be made smaller without excessively increasing the switching frequency of each switch QM1, QM2, QL1, and QL2.

これに対し、上記比較例では、リアクトル及びコンデンサの印加電圧の周波数が、スイッチのスイッチング周波数と同じ周波数となる。このため、比較例では、リアクトル及びコンデンサを小型化する場合、スイッチのスイッチング周波数を高める必要がある。 In contrast, in the above comparative example, the frequency of the voltage applied to the reactor and capacitor is the same as the switching frequency of the switch. Therefore, in the comparative example, if the reactor and capacitor are to be made smaller, it is necessary to increase the switching frequency of the switch.

<第1実施形態の変形例>
・Mode1~3のうち、あるModeから別のModeへの切り替えタイミングは、電流iL,iCfが0になるタイミングに限らず、電流iL,iCfが0付近になるタイミングであってもよい。電流iL,iCfが0付近になるタイミングは、例えば、電流iL、iCfが、0よりも大きくてかつ電流iL,iCfのピーク値が取り得る最大値の1/10,1/20若しくは1/40以下の値となるタイミングである。電流iL,iCfが0になるタイミング、及び電流iL,iCfが0付近になるタイミングを合わせた概念が、電流iL,iCfが0近傍になるタイミングである。
<Modification of the First Embodiment>
The timing of switching from one Mode to another among Modes 1 to 3 is not limited to the timing when the currents iL and iCf become 0, but may be the timing when the currents iL and iCf become close to 0. The timing when the currents iL and iCf become close to 0 is, for example, the timing when the currents iL and iCf are greater than 0 and are equal to or less than 1/10, 1/20, or 1/40 of the maximum value that the peak values of the currents iL and iCf can take. The timing when the currents iL and iCf become close to 0 is a combination of the timing when the currents iL and iCf become 0 and the timing when the currents iL and iCf become close to 0.

・リアクトル30は、上アーム第1,第2ダイオードDH1,DH2の接続点と第1中間コンデンサ31との間に限らず、第1中間コンデンサ31と、中間アーム第2スイッチQM2及び下アーム第1スイッチQL1の接続点との間に設けられていてもよい。 - The reactor 30 is not limited to being provided between the connection point of the upper arm first and second diodes DH1 and DH2 and the first intermediate capacitor 31, but may also be provided between the first intermediate capacitor 31 and the connection point of the intermediate arm second switch QM2 and the lower arm first switch QL1.

<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、図7に示すように、上アーム第1,第2ダイオードDH1,DH2に代えて、上アーム第1,第2スイッチQH1,QH2が設けられ、下アーム第1,第2スイッチQL1,QL2に代えて、下アーム第1,第2ダイオードDL1,DL2(「下アーム第1,第2ダイオード部」に相当)が設けられている。本実施形態において、上アーム第1,第2スイッチQH1,QH2はNチャネルMOSFETである。なお、図7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。
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, as shown in Fig. 7, instead of the upper arm first and second diodes DH1 and DH2, upper arm first and second switches QH1 and QH2 are provided, and instead of the lower arm first and second switches QL1 and QL2, lower arm first and second diodes DL1 and DL2 (corresponding to "lower arm first and second diode section") are provided. In this embodiment, the upper arm first and second switches QH1 and QH2 are N-channel MOSFETs. In Fig. 7, the same components as those shown in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals for convenience.

上アーム第1スイッチQH1のドレインには、第2コンデンサ22の第1端と、第2高電位側端子TH2とが接続されている。上アーム第1スイッチQH1のソースには、上アーム第2スイッチQH2のドレインが接続されている。上アーム第2スイッチQH2のソースには、中間アーム第1スイッチQM1のドレインが接続されている。 The drain of the upper arm first switch QH1 is connected to the first end of the second capacitor 22 and the second high potential side terminal TH2. The source of the upper arm first switch QH1 is connected to the drain of the upper arm second switch QH2. The source of the upper arm second switch QH2 is connected to the drain of the intermediate arm first switch QM1.

中間アーム第2スイッチQM2のソースには、下アーム第1ダイオードDL1のカソードが接続され、下アーム第1ダイオードDL1のアノードには、下アーム第2ダイオードDL2のカソードが接続されている。下アーム第2ダイオードDL2のアノードには、第1コンデンサ21及び第2コンデンサ22の第2端が接続されている。 The cathode of the lower arm first diode DL1 is connected to the source of the intermediate arm second switch QM2, and the cathode of the lower arm second diode DL2 is connected to the anode of the lower arm first diode DL1. The second ends of the first capacitor 21 and the second capacitor 22 are connected to the anode of the lower arm second diode DL2.

上アーム第1スイッチQH1及び上アーム第2スイッチQH2の接続点には、リアクトル30の第1端が接続されている。中間アーム第2スイッチQM2及び下アーム第1ダイオードDL1の接続点には、第1中間コンデンサ31の第2端が接続されている。中間アーム第1スイッチQM1及び中間アーム第2スイッチQM2の接続点と、下アーム第1ダイオードDL1及び下アーム第2ダイオードDL2の接続点とは、第2中間コンデンサ32により接続されている。 A first end of the reactor 30 is connected to the connection point of the upper arm first switch QH1 and the upper arm second switch QH2. A second end of the first intermediate capacitor 31 is connected to the connection point of the intermediate arm second switch QM2 and the lower arm first diode DL1. The connection point of the intermediate arm first switch QM1 and the intermediate arm second switch QM2 and the connection point of the lower arm first diode DL1 and the lower arm second diode DL2 are connected by a second intermediate capacitor 32.

制御装置60は、上アーム第1スイッチQH1、上アーム第2スイッチQH2、中間アーム第1スイッチQM1及び中間アーム第2スイッチQM2のスイッチング制御を行うことにより、第2高電位側端子TH2(「高電位側入力端子」に相当)及び第2低電位側端子TL2(「低電位側入力端子」に相当)から入力された電圧を降圧して第1高電位側端子TH1(「高電位側出力端子」に相当)及び第1低電位側端子TL1(「低電位側出力端子」に相当)から出力する電力変換処理を行う。図8を用いて、この電力変換処理について説明する。図8(a)~(c)は、図2(a)~(c)に対応している。図8(d)において、実線は上アーム第1スイッチQH1の駆動状態の推移を示し、破線は上アーム第2スイッチQH2の駆動状態の推移を示す。図8(e)において、実線は中間アーム第1スイッチQM1の駆動状態の推移を示し、破線は中間アーム第2スイッチQM2の駆動状態の推移を示す。図8(f)において、実線は上アーム第1スイッチQH1の端子間電圧VQH1の推移を示し、破線は上アーム第2スイッチQH2の端子間電圧VQL2の推移を示す。図8(g)において、実線は中間アーム第1スイッチQM1の端子間電圧VQM1の推移を示し、破線は中間アーム第2スイッチQM2の端子間電圧VQM2の推移を示す。図8(h)において、実線は下アーム第1ダイオードDL1の端子間電圧VDL1の推移を示し、破線は下アーム第2ダイオードDL2の端子間電圧VDL2の推移を示す。図8において、各電流,電圧の符号は、図7に示す矢印の向きを正とする。 The control device 60 performs switching control of the upper arm first switch QH1, the upper arm second switch QH2, the intermediate arm first switch QM1, and the intermediate arm second switch QM2 to perform power conversion processing in which the voltage input from the second high potential side terminal TH2 (corresponding to the "high potential side input terminal") and the second low potential side terminal TL2 (corresponding to the "low potential side input terminal") is stepped down and output from the first high potential side terminal TH1 (corresponding to the "high potential side output terminal") and the first low potential side terminal TL1 (corresponding to the "low potential side output terminal"). This power conversion processing will be explained using Figure 8. Figures 8(a) to (c) correspond to Figures 2(a) to (c). In Figure 8(d), the solid line indicates the transition of the drive state of the upper arm first switch QH1, and the dashed line indicates the transition of the drive state of the upper arm second switch QH2. In FIG. 8(e), the solid line indicates the transition of the driving state of the intermediate arm first switch QM1, and the dashed line indicates the transition of the driving state of the intermediate arm second switch QM2. In FIG. 8(f), the solid line indicates the transition of the terminal voltage VQH1 of the upper arm first switch QH1, and the dashed line indicates the transition of the terminal voltage VQL2 of the upper arm second switch QH2. In FIG. 8(g), the solid line indicates the transition of the terminal voltage VQM1 of the intermediate arm first switch QM1, and the dashed line indicates the transition of the terminal voltage VQM2 of the intermediate arm second switch QM2. In FIG. 8(h), the solid line indicates the transition of the terminal voltage VDL1 of the lower arm first diode DL1, and the dashed line indicates the transition of the terminal voltage VDL2 of the lower arm second diode DL2. In FIG. 8, the signs of each current and voltage are positive in the direction of the arrow shown in FIG. 7.

制御装置60は、電力変換処理として、Mode1、Mode2、Mode3及びMode2からなる1サイクルを繰り返す処理を行う。これにより、第2高電位側端子TH2及び第2低電位側端子TL2の入力電圧を約0.67倍(2/3倍)して第1高電位側端子TH1及び第1低電位側端子TL1から出力する。Mode1の期間において、上アーム第2スイッチQH2及び中間アーム第2スイッチQM2がオンされ、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第1スイッチQM1がオフされる。Mode2の期間において、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第1,第2スイッチQM1,QM2がオンされ、上アーム第2スイッチQH2がオフされる。Mode3の期間において、上アーム第2スイッチQH2及び中間アーム第1スイッチQM1がオンされ、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第2スイッチQM2がオフされる。なお、本実施形態の各Modeは、第1実施形態の各Modeとは異なる。 The control device 60 performs a power conversion process by repeating one cycle consisting of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 2. As a result, the input voltage of the second high potential side terminal TH2 and the second low potential side terminal TL2 is multiplied by approximately 0.67 (2/3) and output from the first high potential side terminal TH1 and the first low potential side terminal TL1. During the Mode 1 period, the upper arm second switch QH2 and the intermediate arm second switch QM2 are turned on, and the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm first switch QM1 are turned off. During the Mode 2 period, the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm first and second switches QM1 and QM2 are turned on, and the upper arm second switch QH2 is turned off. During Mode 3, the upper arm second switch QH2 and the intermediate arm first switch QM1 are turned on, and the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm second switch QM2 are turned off. Note that each mode of this embodiment is different from each mode of the first embodiment.

Mode1の期間においては、図9に示すように、上アーム第2スイッチQH2、第1コンデンサ21、下アーム第2ダイオードDL2、第2中間コンデンサ32、中間アーム第2スイッチQM2、第1中間コンデンサ31及びリアクトル30を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1,第2中間コンデンサ31,32とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このLC共振の共振周期は、上記第1共振周期Tc1である。 During the period of Mode 1, as shown in FIG. 9, a current flows in a closed circuit including the upper arm second switch QH2, the first capacitor 21, the lower arm second diode DL2, the second intermediate capacitor 32, the intermediate arm second switch QM2, the first intermediate capacitor 31, and the reactor 30. In more detail, LC resonance occurs in this closed circuit due to the reactor 30 and the first and second intermediate capacitors 31 and 32, causing a sinusoidal current to flow. The resonance period of this LC resonance is the above-mentioned first resonance period Tc1.

制御装置60は、Mode1が開始されてから第1共振周期Tc1の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第2スイッチQH2をオフに切り替え、上アーム第1スイッチQH1をオンに切り替える。また、制御装置60は、中間アーム第1スイッチQM1をオンに切り替える。これにより、Mode1からMode2に移行する。この際、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第1スイッチQM1のオンへの切り替えと、上アーム第2スイッチQH2のオフへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 When half a cycle of the first resonance period Tc1 has elapsed since Mode 1 was started, the control device 60 switches the upper arm second switch QH2 off and switches the upper arm first switch QH1 on. The control device 60 also switches the intermediate arm first switch QM1 on. This transitions from Mode 1 to Mode 2. At this time, soft switching of the ZCS can be achieved by switching on the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm first switch QM1 and switching off the upper arm second switch QH2, thereby reducing losses.

Mode2の期間においては、図10に示すように、第1コンデンサ21、第2コンデンサ22、上アーム第1スイッチQH1、リアクトル30と、第1中間コンデンサ31、中間アーム第2スイッチQM2及び中間アーム第1スイッチQM1を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1中間コンデンサ31とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このLC共振の共振周期は、上記第2共振周期Tc2である。 During the period of Mode 2, as shown in FIG. 10, a current flows through a closed circuit including the first capacitor 21, the second capacitor 22, the upper arm first switch QH1, the reactor 30, the first intermediate capacitor 31, the intermediate arm second switch QM2, and the intermediate arm first switch QM1. In more detail, LC resonance occurs between the reactor 30 and the first intermediate capacitor 31, and a sinusoidal current flows through this closed circuit. The resonance period of this LC resonance is the second resonance period Tc2.

制御装置60は、Mode2が開始されてから第2共振周期Tc2の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第1スイッチQH1をオフに切り替え、上アーム第2スイッチQH2をオンに切り替える。また、制御装置60は、中間アーム第2スイッチQM2をオフに切り替える。これにより、Mode2からMode3に移行する。この際、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第2スイッチQM2のオフへの切り替えと、上アーム第2スイッチQH2のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 The control device 60 switches the upper arm first switch QH1 off and the upper arm second switch QH2 on when half a cycle of the second resonance cycle Tc2 has elapsed since the start of Mode 2. The control device 60 also switches the intermediate arm second switch QM2 off. This transitions from Mode 2 to Mode 3. At this time, soft switching of the ZCS can be achieved by switching off the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm second switch QM2 and switching on the upper arm second switch QH2, thereby reducing losses.

Mode3の期間においては、図11に示すように、上アーム第2スイッチQH2、中間アーム第1スイッチQM1、第2中間コンデンサ32、下アーム第1ダイオードDL1、第1中間コンデンサ31及びリアクトル30を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1,第2中間コンデンサ31,32とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このLC共振の共振周期は、上記第1共振周期Tc1である。 During the period of Mode 3, as shown in FIG. 11, a current flows through a closed circuit including the upper arm second switch QH2, the intermediate arm first switch QM1, the second intermediate capacitor 32, the lower arm first diode DL1, the first intermediate capacitor 31, and the reactor 30. In more detail, LC resonance occurs in this closed circuit due to the reactor 30 and the first and second intermediate capacitors 31 and 32, causing a sinusoidal current to flow. The resonance period of this LC resonance is the above-mentioned first resonance period Tc1.

制御装置60は、Mode3が開始されてから第1共振周期Tc1の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第2スイッチQH2をオフに切り替え、上アーム第1スイッチQH1をオンに切り替える。また、制御装置60は、中間アーム第2スイッチQM2をオンに切り替える。これにより、Mode3からMode2に移行する。この際、上アーム第2スイッチQH2のオフへの切り替えと、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第2スイッチQM2のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 When half a cycle of the first resonance cycle Tc1 has elapsed since Mode 3 was started, the control device 60 switches the upper arm second switch QH2 off and switches the upper arm first switch QH1 on. The control device 60 also switches the intermediate arm second switch QM2 on. This transitions from Mode 3 to Mode 2. At this time, soft switching of the ZCS can be achieved by switching the upper arm second switch QH2 off and switching the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm second switch QM2 on, thereby reducing losses.

制御装置60は、Mode2が開始されてから第2共振周期Tc2の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第1スイッチQH1をオフに切り替え、上アーム第2スイッチQH2をオンに切り替える。また、制御装置60は、中間アーム第1スイッチQM1をオフに切り替える。これにより、Mode2からMode1に移行し、Mode1、Mode2、Mode3及びMode2からなる1サイクルが終了する。この際、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第1スイッチQM1のオフへの切り替えと、上アーム第2スイッチQH2及び中間アーム第2スイッチQM2のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 The control device 60 switches the upper arm first switch QH1 off and the upper arm second switch QH2 on at the timing when half a cycle of the second resonance cycle Tc2 has elapsed since the start of Mode 2. The control device 60 also switches the intermediate arm first switch QM1 off. This transitions from Mode 2 to Mode 1, and one cycle consisting of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 2 ends. At this time, soft switching of the ZCS can be realized by switching off the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm first switch QM1 and switching on the upper arm second switch QH2 and the intermediate arm second switch QM2, thereby reducing losses.

以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、降圧機能を有する電力変換装置10の部品数を削減することができる。 According to the present embodiment described above, the number of components in the power conversion device 10 having a step-down function can be reduced, similar to the first embodiment.

<第2実施形態の変形例>
・Mode1~3のうち、あるModeから別のModeへの切り替えタイミングは、第1実施形態の変形例と同様に、電流iL,iCfが0になるタイミングに限らず、電流iL,iCfが0付近になるタイミングであってもよい。
<Modification of the second embodiment>
Among Modes 1 to 3, the timing of switching from one Mode to another is not limited to the timing when the currents iL and iCf become 0, as in the modified example of the first embodiment, but may be the timing when the currents iL and iCf become close to 0.

<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第1,第2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12に示すように、先の図7の構成における下アーム第1,第2ダイオードDL1,DL2に代えて、下アーム第1,第2スイッチQL1,QL2が設けられている。なお、図12において、先の図1及び図7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。
Third Embodiment
The third embodiment will be described below with reference to the drawings, focusing on the differences from the first and second embodiments. In this embodiment, as shown in Fig. 12, lower arm first and second switches QL1 and QL2 are provided instead of the lower arm first and second diodes DL1 and DL2 in the configuration shown in Fig. 7. In Fig. 12, the same components as those shown in Figs. 1 and 7 are denoted by the same reference numerals for convenience.

制御装置60は、電力変換処理として、昇圧制御及び降圧制御のうちいずれかを選択して実行する。 The control device 60 selects and executes either step-up control or step-down control as the power conversion process.

まず、図13を用いて、昇圧制御について説明する。図13(a)~(f),(h),(i)は、先の図8(a)~(g)に対応し、図13(g),(j)は、先の図2(e),(h)に対応している。 First, the boost control will be explained using Figure 13. Figures 13(a)-(f), (h), and (i) correspond to Figures 8(a)-(g), and Figures 13(g) and (j) correspond to Figures 2(e) and (h).

制御装置60は、Mode1、Mode2、Mode3及びMode2からなる1サイクルを繰り返す降圧制御を行う。なお、本実施形態の各Modeは、第1,第2実施形態の各Modeとは異なる。 The control device 60 performs step-down control by repeating one cycle consisting of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 2. Note that each mode of this embodiment is different from each mode of the first and second embodiments.

Mode1の期間においては、上アーム第2スイッチQH2、中間アーム第2スイッチQM2及び下アーム第2スイッチQL2がオンされ、上アーム第1スイッチQH1、中間アーム第1スイッチQM1及び下アーム第1スイッチQL1がオフされる。これにより、図14に示すように、上アーム第2スイッチQH2、リアクトル30、第1中間コンデンサ31、中間アーム第2スイッチQM2、第2中間コンデンサ32、下アーム第2スイッチQL2及び第1コンデンサ21を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1,第2中間コンデンサ31,32とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このLC共振の共振周期は、上記第1共振周期Tc1である。 During the period of Mode 1, the upper arm second switch QH2, the intermediate arm second switch QM2, and the lower arm second switch QL2 are turned on, and the upper arm first switch QH1, the intermediate arm first switch QM1, and the lower arm first switch QL1 are turned off. As a result, as shown in FIG. 14, a current flows in a closed circuit including the upper arm second switch QH2, the reactor 30, the first intermediate capacitor 31, the intermediate arm second switch QM2, the second intermediate capacitor 32, the lower arm second switch QL2, and the first capacitor 21. In detail, LC resonance occurs in this closed circuit by the reactor 30 and the first and second intermediate capacitors 31 and 32, and a sinusoidal current flows. The resonance period of this LC resonance is the above-mentioned first resonance period Tc1.

制御装置60は、Mode1が開始されてから第1共振周期Tc1の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第2スイッチQH2及び下アーム第2スイッチQL2をオフに切り替え、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第1スイッチQM1をオンに切り替える。これにより、Mode1からMode2に移行する。この際、上アーム第2スイッチQH2及び下アーム第2スイッチQL2のオフへの切り替えと、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第1スイッチQM1のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 When half a cycle of the first resonance cycle Tc1 has elapsed since Mode 1 was started, the control device 60 switches the upper arm second switch QH2 and the lower arm second switch QL2 off and switches the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm first switch QM1 on. This transitions from Mode 1 to Mode 2. At this time, soft switching of the ZCS can be achieved by switching the upper arm second switch QH2 and the lower arm second switch QL2 off and the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm first switch QM1 on, thereby reducing losses.

Mode2の期間においては、図15に示すように、中間アーム第1スイッチQM1、中間アーム第2スイッチQM2、第1中間コンデンサ31、リアクトル30、上アーム第1スイッチQH1、第2コンデンサ22及び第1コンデンサ21を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1中間コンデンサ31とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このLC共振の共振周期は、上記第2共振周期Tc2である。 During the period of Mode 2, as shown in FIG. 15, a current flows in a closed circuit including the intermediate arm first switch QM1, the intermediate arm second switch QM2, the first intermediate capacitor 31, the reactor 30, the upper arm first switch QH1, the second capacitor 22, and the first capacitor 21. In detail, LC resonance occurs in this closed circuit due to the reactor 30 and the first intermediate capacitor 31, and a sinusoidal current flows. The resonance period of this LC resonance is the above-mentioned second resonance period Tc2.

制御装置60は、Mode2が開始されてから第2共振周期Tc2の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第2スイッチQM2をオフに切り替え、上アーム第2スイッチQH2及び下アーム第1スイッチQL1をオンに切り替える。これにより、Mode2からMode3に移行する。この際、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第2スイッチQM2のオフへの切り替えと、上アーム第2スイッチQH2及び下アーム第1スイッチQL1のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 When half a cycle of the second resonance cycle Tc2 has elapsed since Mode 2 was started, the control device 60 switches the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm second switch QM2 off and switches the upper arm second switch QH2 and the lower arm first switch QL1 on. This transitions from Mode 2 to Mode 3. At this time, soft switching of the ZCS can be realized by switching the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm second switch QM2 off and switching the upper arm second switch QH2 and the lower arm first switch QL1 on, thereby reducing losses.

Mode3の期間においては、図16に示すように、中間アーム第1スイッチQM1、上アーム第2スイッチQH2、リアクトル30、第1中間コンデンサ31、下アーム第1スイッチQL1及び第2中間コンデンサ32を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル30と、第1,第2中間コンデンサ31,32とによるLC共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このLC共振の共振周期は、上記第1共振周期Tc1である。 During the period of Mode 3, as shown in FIG. 16, a current flows in a closed circuit including the intermediate arm first switch QM1, the upper arm second switch QH2, the reactor 30, the first intermediate capacitor 31, the lower arm first switch QL1, and the second intermediate capacitor 32. In detail, LC resonance occurs in this closed circuit due to the reactor 30 and the first and second intermediate capacitors 31 and 32, and a sinusoidal current flows. The resonance period of this LC resonance is the above-mentioned first resonance period Tc1.

制御装置60は、Mode3が開始されてから第1共振周期Tc1の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第2スイッチQH2及び下アーム第1スイッチQL1をオフに切り替え、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第2スイッチQM2をオンに切り替える。これにより、Mode3からMode2に移行する。この際、上アーム第2スイッチQH2及び下アーム第1スイッチQL1のオフへの切り替えと、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第2スイッチQM2のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 When half a cycle of the first resonance cycle Tc1 has elapsed since Mode 3 was started, the control device 60 switches the upper arm second switch QH2 and the lower arm first switch QL1 off and switches the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm second switch QM2 on. This transitions from Mode 3 to Mode 2. At this time, soft switching of the ZCS can be realized by switching the upper arm second switch QH2 and the lower arm first switch QL1 off and switching the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm second switch QM2 on, thereby reducing losses.

制御装置60は、Mode2が開始されてから第2共振周期Tc2の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第1スイッチQM1をオフに切り替え、上アーム第2スイッチQH2及び下アーム第2スイッチQL2をオンに切り替える。これにより、Mode2からMode1に移行し、Mode1、Mode2、Mode3及びMode2からなる1サイクルが終了する。この際、上アーム第1スイッチQH1及び中間アーム第1スイッチQM1のオフへの切り替えと、上アーム第2スイッチQH2及び下アーム第2スイッチQL2のオンへの切り替えとにおいてZCSのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。 When half a cycle of the second resonance cycle Tc2 has elapsed since Mode 2 was started, the control device 60 switches the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm first switch QM1 off and switches the upper arm second switch QH2 and the lower arm second switch QL2 on. This transitions from Mode 2 to Mode 1, and one cycle consisting of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 2 ends. At this time, soft switching of the ZCS can be realized by switching the upper arm first switch QH1 and the intermediate arm first switch QM1 off and switching the upper arm second switch QH2 and the lower arm second switch QL2 on, thereby reducing losses.

続いて、図17を用いて、降圧制御について説明する。図17(a)~(j)は、先の図13(a)~(j)に対応している。 Next, we will explain the step-down control using Figure 17. Figures 17(a) to (j) correspond to Figures 13(a) to (j) above.

制御装置60は、Mode1、Mode2、Mode3及びMode2からなる1サイクルを繰り返す降圧制御を行う。つまり、本実施形態において、降圧制御のスイッチング制御は、昇圧制御のスイッチング制御と同じである。降圧制御のMode1~3における電流の流通態様を図18~図20に示す。 The control device 60 performs step-down control that repeats one cycle consisting of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 2. That is, in this embodiment, the switching control of the step-down control is the same as the switching control of the step-up control. The current flow patterns in Modes 1 to 3 of the step-down control are shown in Figures 18 to 20.

以上説明したように、本実施形態では、昇圧制御及び降圧制御におけるスイッチング制御態様が同じである。このため、スイッチング制御態様が切り替えられることなく、昇圧制御及び降圧制御のうち、一方の制御から他方の制御へとシームレスに切り替えることができる。 As described above, in this embodiment, the switching control modes are the same for the step-up control and the step-down control. Therefore, the step-up control and the step-down control can be seamlessly switched from one control to the other without switching the switching control mode.

<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3実施形態において、Mode1~3のうち、あるModeから別のModeへの切り替えタイミングは、第1実施形態の変形例と同様に、電流iL,iCfが0になるタイミングに限らず、電流iL,iCfが0付近になるタイミングであってもよい。 - In the third embodiment, the timing of switching from one of Modes 1 to 3 to another Mode is not limited to the timing when the currents iL and iCf become 0, as in the modified example of the first embodiment, but may be the timing when the currents iL and iCf become close to 0.

・電力変換装置10が備えるスイッチ部は、1つの半導体スイッチに限らず、複数の半導体スイッチの直列接続体であってもよいし、電力変換装置10が備えるダイオード部は、1つのダイオードに限らず、複数のダイオードの直列接続体であってもよい。図21には、図1に示す構成において、上アーム第1,第2ダイオードDH1,DH2が2つのダイオードの直列接続体で構成され、各スイッチQM1,QM2,QL1,QL2が2つのNチャネルMOSFETの直列接続体で構成される例を示す。これにより、各スイッチ及び各ダイオードを低耐圧の素子とすることができる。 - The switch section of the power conversion device 10 is not limited to one semiconductor switch, but may be a series connection of multiple semiconductor switches, and the diode section of the power conversion device 10 is not limited to one diode, but may be a series connection of multiple diodes. Figure 21 shows an example in which the upper arm first and second diodes DH1 and DH2 in the configuration shown in Figure 1 are composed of two diodes connected in series, and each switch QM1, QM2, QL1, and QL2 is composed of two N-channel MOSFETs connected in series. This allows each switch and each diode to be a low-voltage element.

・電力変換装置10が備えるスイッチ部は、複数のスイッチの並列接続体であってもよいし、電力変換装置10が備えるダイオード部は、複数のダイオードの並列接続体であってもよい。図22には、図1に示す構成において、上アーム第1,第2ダイオードDH1,DH2が2つのダイオードの並列接続体で構成され、各スイッチQM1,QM2,QL1,QL2が2つのNチャネルMOSFETの並列接続体で構成される例を示す。これにより、各スイッチ及び各ダイオードを低電流容量の素子とすることができる。 - The switch section of the power conversion device 10 may be a parallel connection of multiple switches, and the diode section of the power conversion device 10 may be a parallel connection of multiple diodes. Figure 22 shows an example in which, in the configuration shown in Figure 1, the upper arm first and second diodes DH1 and DH2 are configured as a parallel connection of two diodes, and each switch QM1, QM2, QL1, and QL2 is configured as a parallel connection of two N-channel MOSFETs. This allows each switch and each diode to be a low current capacity element.

・図23に示すように、第2中間コンデンサが電力変換装置10に複数備えられていてもよい。図23に示す例では、電力変換装置10は、第2A中間コンデンサ32Aと、第2B中間コンデンサ32Bとを備えている。電力変換装置10は、第1切替スイッチSA及び第2切替スイッチSBを備えている。図23において、各切替スイッチSA,SBは、ドレイン同士が接続された2つのNチャネルMOSFETで構成されている。第1切替スイッチSA及び第2A中間コンデンサ32Aは直列接続され、第2切替スイッチSB及び第2B中間コンデンサ32Bは直列接続されている。なお、各切替スイッチSA,SBは、ソース同士が接続された2つのNチャネルMOSFETで構成されていてもよい。 - As shown in FIG. 23, the power conversion device 10 may be provided with a plurality of second intermediate capacitors. In the example shown in FIG. 23, the power conversion device 10 includes a second A intermediate capacitor 32A and a second B intermediate capacitor 32B. The power conversion device 10 includes a first changeover switch SA and a second changeover switch SB. In FIG. 23, each changeover switch SA, SB is configured with two N-channel MOSFETs with their drains connected to each other. The first changeover switch SA and the second A intermediate capacitor 32A are connected in series, and the second changeover switch SB and the second B intermediate capacitor 32B are connected in series. Note that each changeover switch SA, SB may be configured with two N-channel MOSFETs with their sources connected to each other.

第2A中間コンデンサ32Aの静電容量と、第2B中間コンデンサ32Bの静電容量とは異なっている。このため、第1切替スイッチSA及び第2切替スイッチSBの少なくとも一方が制御装置60によりオンされることにより、第1共振周期Tc1を変更することができる。 The capacitance of the second A intermediate capacitor 32A is different from the capacitance of the second B intermediate capacitor 32B. Therefore, the first resonance period Tc1 can be changed by turning on at least one of the first changeover switch SA and the second changeover switch SB by the control device 60.

・電力変換装置10が備えるスイッチとしては、NチャネルMOSFETに限らず、例えば、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されたIGBTであってもよい。 - The switches provided in the power conversion device 10 are not limited to N-channel MOSFETs, but may be, for example, IGBTs with freewheel diodes connected in inverse parallel.

10…電力変換装置、30…リアクトル、31,32…第1,第2中間コンデンサ、DH1,DH2…上アーム第1,第2ダイオード、QM1,QM2…中間アーム第1,第2スイッチ、QL1,QL2…下アーム第1,第2スイッチ、60…制御装置。 10...power conversion device, 30...reactor, 31, 32...first and second intermediate capacitors, DH1, DH2...upper arm first and second diodes, QM1, QM2...intermediate arm first and second switches, QL1, QL2...lower arm first and second switches, 60...control device.

Claims (10)

入力端子(TH1,TH2;TL1,TL2)から入力された電圧を変圧して出力端子(TH2,TH1;TL2,TL1)から出力する電力変換装置(10)において、
上アーム第1半導体部(DH1,QH1)及び上アーム第2半導体部(DH2,QH2)の直列接続体と、
中間アーム第1スイッチ部(QM1)及び中間アーム第2スイッチ部(QM2)の直列接続体と、
下アーム第1半導体部(QL1,DL1)及び下アーム第2半導体部(QL2,DL2)の直列接続体と、
前記上アーム第1半導体部及び前記上アーム第2半導体部の接続点と、前記中間アーム第2スイッチ部及び前記下アーム第1半導体部の接続点とを接続するリアクトル(30)及び第1中間コンデンサ(31)の直列接続体と、
前記中間アーム第1スイッチ部及び前記中間アーム第2スイッチ部の接続点と、前記下アーム第1半導体部及び前記下アーム第2半導体部の接続点とを接続する電気経路に設けられた第2中間コンデンサ(32;32A,32B)と、
を備える、電力変換装置。
In a power conversion device (10) that transforms a voltage inputted from input terminals (TH1, TH2; TL1, TL2) and outputs the transformed voltage from output terminals (TH2, TH1; TL2, TL1),
a series connection of an upper arm first semiconductor portion (DH1, QH1) and an upper arm second semiconductor portion (DH2, QH2);
a series connection of an intermediate arm first switch section (QM1) and an intermediate arm second switch section (QM2);
a series connection of a lower arm first semiconductor portion (QL1, DL1) and a lower arm second semiconductor portion (QL2, DL2);
a series connection of a reactor (30) and a first intermediate capacitor (31) connecting a connection point between the upper arm first semiconductor portion and the upper arm second semiconductor portion and a connection point between the intermediate arm second switch portion and the lower arm first semiconductor portion;
a second intermediate capacitor (32; 32A, 32B) provided in an electrical path connecting a connection point between the intermediate arm first switch section and the intermediate arm second switch section and a connection point between the lower arm first semiconductor section and the lower arm second semiconductor section;
A power conversion device comprising:
前記入力端子としての高電位側入力端子(TH1)及び低電位側入力端子(TL1)から入力された電圧を昇圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子(TH2)及び低電位側出力端子(TL2)から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第1半導体部は、上アーム第1ダイオード部(DH1)であり、
前記上アーム第2半導体部は、上アーム第2ダイオード部(DH2)であり、
前記下アーム第1半導体部は、下アーム第1スイッチ部(QL1)であり、
前記下アーム第2半導体部は、下アーム第2スイッチ部(QL2)であり、
前記上アーム第1ダイオード部のカソードに、前記高電位側出力端子が接続され、
前記上アーム第2ダイオード部のアノードに、前記中間アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第2ダイオード部及び前記中間アーム第1スイッチ部の接続点に前記高電位側入力端子が接続されている、請求項1に記載の電力変換装置。
A power conversion device that boosts a voltage input from a high potential side input terminal (TH1) and a low potential side input terminal (TL1) as the input terminals and outputs the boosted voltage from a high potential side output terminal (TH2) and a low potential side output terminal (TL2) as the output terminals,
the upper arm first semiconductor portion is an upper arm first diode portion (DH1),
the upper arm second semiconductor portion is an upper arm second diode portion (DH2),
the lower arm first semiconductor portion is a lower arm first switch portion (QL1),
the lower arm second semiconductor unit is a lower arm second switch unit (QL2),
the high potential side output terminal is connected to the cathode of the upper arm first diode portion,
a high potential side of both ends of the intermediate arm first switch section is connected to an anode of the upper arm second diode section;
a high potential side of each of both ends of the lower arm first switch section is connected to a low potential side of each of both ends of the intermediate arm second switch section,
the low potential side output terminal and the low potential side input terminal are connected to the low potential side of both ends of the lower arm second switch section,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the high potential side input terminal is connected to a connection point between the upper arm second diode section and the intermediate arm first switch section.
前記中間アーム第1スイッチ部及び前記下アーム第1スイッチ部をオフし、前記中間アーム第2スイッチ部及び前記下アーム第2スイッチ部をオンするMode1、前記中間アーム第1スイッチ部及び前記中間アーム第2スイッチ部をオンし、前記下アーム第1スイッチ部及び前記下アーム第2スイッチ部をオフするMode2、前記中間アーム第1スイッチ部及び前記下アーム第1スイッチ部をオンし、前記中間アーム第2スイッチ部及び前記下アーム第2スイッチ部をオフするMode3、及び前記Mode2をこの順に繰り返す昇圧制御を実行する制御装置(60)を備える、請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2, further comprising a control device (60) that executes boost control by repeating in this order: Mode 1 in which the intermediate arm first switch unit and the lower arm first switch unit are turned off and the intermediate arm second switch unit and the lower arm second switch unit are turned on; Mode 2 in which the intermediate arm first switch unit and the intermediate arm second switch unit are turned on and the lower arm first switch unit and the lower arm second switch unit are turned off; Mode 3 in which the intermediate arm first switch unit and the lower arm first switch unit are turned on and the intermediate arm second switch unit and the lower arm second switch unit are turned off; and Mode 2. 前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流が0近傍となるタイミングにおいて、前記Mode1から前記Mode2への切り替え、前記Mode2から前記Mode3への切り替え、前記Mode3から前記Mode2への切り替え、及び前記Mode2から前記Mode1への切り替えを実行する、請求項3に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 3, wherein the control device executes switching from Mode 1 to Mode 2, switching from Mode 2 to Mode 3, switching from Mode 3 to Mode 2, and switching from Mode 2 to Mode 1 at a timing when the current flowing through the reactor becomes close to zero. 前記入力端子及び前記出力端子として、第1高電位側端子(TH1)、第1低電位側端子(TL1)、第2高電位側端子(TH2)及び第2低電位側端子(TL2)が設けられ、
前記上アーム第1半導体部は、上アーム第1スイッチ部(QH1)であり、
前記上アーム第2半導体部は、上アーム第2スイッチ部(QH2)であり、
前記下アーム第1半導体部は、下アーム第1スイッチ部(QL1)であり、
前記下アーム第2半導体部は、下アーム第2スイッチ部(QL2)であり、
前記上アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記第2高電位側端子が接続され、
前記上アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記第2低電位側端子及び前記第1低電位側端子が接続され、
前記上アーム第2スイッチ部及び前記中間アーム第1スイッチ部の接続点に前記第1高電位側端子が接続されている、請求項1に記載の電力変換装置。
A first high potential side terminal (TH1), a first low potential side terminal (TL1), a second high potential side terminal (TH2), and a second low potential side terminal (TL2) are provided as the input terminal and the output terminal,
the upper arm first semiconductor portion is an upper arm first switch portion (QH1),
the upper arm second semiconductor unit is an upper arm second switch unit (QH2),
the lower arm first semiconductor portion is a lower arm first switch portion (QL1),
the lower arm second semiconductor unit is a lower arm second switch unit (QL2),
the second high potential side terminal is connected to a high potential side of both ends of the upper arm first switch section,
a high potential side of each of both ends of the intermediate arm first switch section is connected to a low potential side of each of both ends of the upper arm second switch section,
a high potential side of each of both ends of the lower arm first switch section is connected to a low potential side of each of both ends of the intermediate arm second switch section,
the second low potential side terminal and the first low potential side terminal are connected to a low potential side of both ends of the lower arm second switch section,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the first high potential side terminal is connected to a connection point between the upper arm second switch section and the intermediate arm first switch section.
前記上アーム第1スイッチ部、前記中間アーム第1スイッチ部及び前記下アーム第1スイッチ部をオフし、前記上アーム第2スイッチ部、前記中間アーム第2スイッチ部及び前記下アーム第2スイッチ部をオンするMode1、前記上アーム第1スイッチ部、前記中間アーム第1スイッチ部及び前記中間アーム第2スイッチ部をオンし、前記上アーム第2スイッチ部、前記下アーム第1スイッチ部及び前記下アーム第2スイッチ部をオフするMode2、前記上アーム第2スイッチ部、前記中間アーム第1スイッチ部及び前記下アーム第1スイッチ部をオンし、前記上アーム第1スイッチ部、前記中間アーム第2スイッチ部及び前記下アーム第2スイッチ部をオフするMode3、及び前記Mode2をこの順に繰り返す制御を実行する制御装置(60)を備える、請求項5に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 5, further comprising a control device (60) that executes control to repeat in this order: Mode 1 in which the upper arm first switch unit, the intermediate arm first switch unit, and the lower arm first switch unit are turned off, and the upper arm second switch unit, the intermediate arm second switch unit, and the lower arm second switch unit are turned on; Mode 2 in which the upper arm first switch unit, the intermediate arm first switch unit, and the intermediate arm second switch unit are turned on, and the upper arm second switch unit, the lower arm first switch unit, and the lower arm second switch unit are turned off; Mode 3 in which the upper arm second switch unit, the intermediate arm first switch unit, and the lower arm first switch unit are turned on, and the upper arm first switch unit, the intermediate arm second switch unit, and the lower arm second switch unit are turned off; and Mode 2. 前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流が0近傍となるタイミングにおいて、前記Mode1から前記Mode2への切り替え、前記Mode2から前記Mode3への切り替え、前記Mode3から前記Mode2への切り替え、及び前記Mode2から前記Mode1への切り替えを実行する、請求項6に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 6, wherein the control device executes switching from Mode 1 to Mode 2, switching from Mode 2 to Mode 3, switching from Mode 3 to Mode 2, and switching from Mode 2 to Mode 1 at a timing when the current flowing through the reactor becomes close to zero. 前記入力端子としての高電位側入力端子(TH2)及び低電位側入力端子(TL2)から入力された電圧を降圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子(TH1)及び低電位側出力端子(TL1)から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第1半導体部は、上アーム第1スイッチ部(QH1)であり、
前記上アーム第2半導体部は、上アーム第2スイッチ部(QH2)であり、
前記下アーム第1半導体部は、下アーム第1ダイオード部(DL1)であり、
前記下アーム第2半導体部は、下アーム第2ダイオード部(DL2)であり、
前記上アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記高電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第1スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第2スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第1ダイオード部のカソードが接続され、
前記下アーム第2ダイオード部のアノードに、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第2スイッチ部及び前記中間アーム第1スイッチ部の接続点に前記高電位側出力端子が接続されている、請求項1に記載の電力変換装置。
A power conversion device that steps down a voltage input from a high potential side input terminal (TH2) and a low potential side input terminal (TL2) as the input terminals, and outputs the voltage from a high potential side output terminal (TH1) and a low potential side output terminal (TL1) as the output terminals,
the upper arm first semiconductor portion is an upper arm first switch portion (QH1),
the upper arm second semiconductor unit is an upper arm second switch unit (QH2),
the lower arm first semiconductor portion is a lower arm first diode portion (DL1),
the lower arm second semiconductor portion is a lower arm second diode portion (DL2),
the high potential side input terminal is connected to a high potential side of both ends of the upper arm first switch section,
a high potential side of each of both ends of the intermediate arm first switch section is connected to a low potential side of each of both ends of the upper arm second switch section,
a cathode of the lower arm first diode section is connected to a lower potential side of both ends of the intermediate arm second switch section,
the low potential side output terminal and the low potential side input terminal are connected to an anode of the lower arm second diode section,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the high potential side output terminal is connected to a connection point between the upper arm second switch section and the intermediate arm first switch section.
前記上アーム第1スイッチ部及び前記中間アーム第1スイッチ部をオフし、前記上アーム第2スイッチ部及び前記中間アーム第2スイッチ部をオンするMode1、前記上アーム第1スイッチ部、前記中間アーム第1スイッチ部及び前記中間アーム第2スイッチ部をオンし、前記上アーム第2スイッチ部をオフするMode2、前記上アーム第2スイッチ部及び前記中間アーム第1スイッチ部をオンし、前記上アーム第1スイッチ部及び前記中間アーム第2スイッチ部をオフするMode3、及び前記Mode2をこの順に繰り返す降圧制御を実行する制御装置(60)を備える、請求項8に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 8, further comprising a control device (60) that executes step-down control by repeating in this order: Mode 1 in which the upper arm first switch unit and the intermediate arm first switch unit are turned off and the upper arm second switch unit and the intermediate arm second switch unit are turned on; Mode 2 in which the upper arm first switch unit, the intermediate arm first switch unit and the intermediate arm second switch unit are turned on and the upper arm second switch unit is turned off; Mode 3 in which the upper arm second switch unit and the intermediate arm first switch unit are turned on and the upper arm first switch unit and the intermediate arm second switch unit are turned off; and Mode 2. 前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流が0近傍となるタイミングにおいて、前記Mode1から前記Mode2への切り替え、前記Mode2から前記Mode3への切り替え、前記Mode3から前記Mode2への切り替え、及び前記Mode2から前記Mode1への切り替えを実行する、請求項9に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 9, wherein the control device executes switching from Mode 1 to Mode 2, switching from Mode 2 to Mode 3, switching from Mode 3 to Mode 2, and switching from Mode 2 to Mode 1 at a timing when the current flowing through the reactor becomes close to zero.
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