JP7661844B2 - DAB bidirectional isolated DC/DC converter and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、直流電力をインバータにより交流電力に変換し、トランスを用いて絶縁し、別のインバータで直流に変換するデュアルアクティブブリッジ(DAB)方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータの、一端を直列接続、他端を並列接続接続した回路構成における直列接続側の電圧バランス制御に関する。 This invention relates to voltage balance control on the series-connected side of a dual active bridge (DAB) bidirectional isolated DC/DC converter in which DC power is converted to AC power by an inverter, isolated using a transformer, and converted back to DC by another inverter, in a circuit configuration in which one end is connected in series and the other end is connected in parallel.
図1に本発明で取り扱う回路構成を示す。本回路構成はm台のDAB方式のコンバータからなる。DAB方式のコンバータは入力側と出力側が絶縁されているため、複数台を直並列に接続することができる。並列に接続して大電流の直流電力の変換と絶縁を行うほか、図1に示すように一端を直列に接続することで高圧の電力から低圧大電流の電力へ、あるいはその逆も含む双方向の変換も行うことができる。ここでは、図1の左側の直列接続された方を1次側、右側の並列接続された方を2次側と定義する。 Figure 1 shows the circuit configuration used in this invention. This circuit configuration consists of m DAB converters. Since the input and output sides of DAB converters are insulated, multiple converters can be connected in series or parallel. In addition to converting and isolating high-current DC power by connecting them in parallel, connecting one end in series as shown in Figure 1 also allows for bidirectional conversion from high-voltage power to low-voltage, high-current power, or vice versa. Here, the series-connected side on the left side of Figure 1 is defined as the primary side, and the parallel-connected side on the right side is defined as the secondary side.
その際に問題となるのが、直列接続された1次側のコンデンサ電圧のバランスである。バランスが崩れる原因としては高周波トランスの銅損や鉄損、スイッチング素子の導通損失やスイッチング損失のばらつきがある。損失が大きいユニットは1次側直流コンデンサ電圧が放電されて電圧バランスが崩れ、損失の小さいユニットに電圧責務が集中し、ユニットの過熱やスイッチングサージによる素子の破壊・過電圧による部品の破壊といった問題が生じる。 The problem in this case is the balance of the capacitor voltages on the primary side, which are connected in series. Causes of imbalance include copper loss and iron loss in the high-frequency transformer, and variations in conduction loss and switching loss in the switching elements. In units with large losses, the primary side DC capacitor voltage is discharged, causing the voltage balance to be disrupted, and the voltage burden is concentrated on units with small losses, causing problems such as unit overheating, destruction of elements due to switching surges, and destruction of parts due to overvoltage.
この問題に対し、特許文献1,2は1次側直流コンデンサ電圧のバランスを制御する方式が開示されている。特許文献1は2台構成、特許文献2はそれ以上の台数構成に対応した方式で、1次側直流コンデンサ電圧のアンバランスを検出し、それに応じて各DABユニットの交流出力電圧の位相差を調整することで1次側直流コンデンサ電圧のバランスを維持することができる。また、各ユニットの電流責務も均等になるため、特定ユニットへの電流集中による過熱、破損、寿命低下を防ぐことができる。
In response to this problem,
図11に特許文献1,2で開示されている直列接続された1次側直流コンデンサ電圧のバランス制御ブロックを示す。DABユニットはm台であり、図11では第kユニットの制御ブロックを示す。
Figure 11 shows a block diagram of a balance control for the primary side DC capacitor voltages connected in series as disclosed in
ローパスフィルタLPFは、第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kから基本波の2倍の周波数のリプルやノイズなどを除去する。1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgは1次側直流コンデンサ電圧Vdc11~Vdc1mの合計または1次側直流電圧Vdc1のどちらかをユニットの台数mで割った値である。1次側直流電圧Vdc1に電圧制御が適用される場合は、その指令値をユニットの台数mで割った値としてもよい。 The low-pass filter LPF removes ripples and noise with a frequency twice that of the fundamental wave from the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit. The primary DC capacitor voltage average value Vdc1avg is either the sum of the primary DC capacitor voltages Vdc11 to Vdc1m or the primary DC voltage Vdc1 divided by the number m of units. When voltage control is applied to the primary DC voltage Vdc1, the command value may be divided by the number m of units.
減算器1は、ローパスフィルタLPFを適用した第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kから1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgを減算し、第kユニットの1次側電圧偏差を求める。
アンプ2は、1次側電圧偏差を増幅し第kユニットの位相θkbを出力する。アンプ2は、今回は例として以下の2つを併用する。比例アンプP1は、1次側電圧偏差に比例した値を出力する。ゲイン付き一次遅れフィルタ2aは、1次側電圧偏差の低周波数成分を増幅する。第1加算器2bは、以上2つのアンプ出力を加算し位相θkbを出力する。第2加算器3は、位相θkbに別途与えられる位相指令値θ*を加算し、第kユニットの位相差指令値θkを出力する。
位相指令値θ*は直流側の電流や電圧のフィードバック制御によって与えられる場合もある。また、電力指令値P*と第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1k,第kユニットの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kから計算により求める場合もある。 The phase command value θ* may be given by feedback control of the DC side current or voltage. It may also be calculated from the power command value P*, the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit, and the secondary side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth unit.
ここでは、位相θkb,位相指令値θ*,位相差指令値θkはプラスの時に交流側電圧V1kの位相が交流側電圧V2kの位相に対して進みとなり、電力は1次側から2次側に伝送されるものとする。 Here, when the phase θkb, phase command value θ*, and phase difference command value θk are positive, the phase of the AC side voltage V1k leads the phase of the AC side voltage V2k, and power is transmitted from the primary side to the secondary side.
しかし、図1に示すm個のユニットは、同一設計品であっても、ユニット内のトランスやスイッチング素子等の部品の特性バラツキに起因して、各ユニットの銅損や導通損失に差が生じるケースがある。 However, even if the m units shown in Figure 1 are identically designed, there may be cases where differences in copper loss and conduction loss occur between each unit due to variations in the characteristics of components such as transformers and switching elements within the units.
特許文献1,2の技術は、電圧責務や電流責務の均等化の観点からは有効である。しかし、銅損や導通損失の大きなユニットにもほぼ同じ大きさの電流を通過させることになる。効率の観点からは、損失の小さいユニットに大きな電流を通過させる方が望ましい。銅損や導通損失の大きなユニットでは発熱も大きくなる。損失の大きいユニットに流れる電流を小さくすることで、熱責務も均等に近づけることができる。
The technologies in
以上示したようなことから、一端が直列接続、他端が並列接続されたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて、装置全体の効率を改善することが課題となる。 As described above, the challenge for a DAB bidirectional isolated DC/DC converter, in which one end is connected in series and the other end is connected in parallel, is to improve the efficiency of the entire device.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、1次側直流電源と、2次側直流電源と、前記1次側直流電源と前記2次側直流電源との間に接続された第1ユニット~第m(m:2以上の整数)ユニットと、を備えたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータであって、前記1次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの1次側直流コンデンサと、前記2次側直流電源の正極と負極との間に並列接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの2次側直流コンデンサと、前記第1ユニット~前記第mユニットの前記1次側直流コンデンサにそれぞれ接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの第1インバータと、前記第1ユニット~前記第mユニットの前記2次側直流コンデンサにそれぞれ接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの第2インバータと、前記第1ユニット~前記第mユニットの前記第1インバータの交流側にそれぞれ1次巻線が接続され、前記第1ユニット~前記第mユニットの前記第2インバータの交流側にそれぞれ2次巻線が接続された前記第1ユニット~前記第mユニットのトランスと、前記1次側直流コンデンサの電圧バランスを制御するバランス制御部と、を備え、前記バランス制御部は、各ユニットの1次側直流コンデンサ電圧を均等にせず偏差が発生するように制御することを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems in the related art, and one aspect thereof is a DAB-type bidirectional isolated DC/DC converter comprising a primary side DC power supply, a secondary side DC power supply, and a first unit to an mth unit (m: an integer of 2 or more) connected between the primary side DC power supply and the secondary side DC power supply, the first unit to the mth unit being connected in series between the positive and negative poles of the primary side DC power supply, the secondary side DC capacitors of the first unit to the mth unit being connected in parallel between the positive and negative poles of the secondary side DC power supply, and the first unit to the mth unit being connected to the primary side DC capacitors of the first unit to the mth unit, respectively. The system includes a first inverter of the mth unit, second inverters of the first unit to the mth unit connected to the secondary DC capacitors of the first unit to the mth unit, transformers of the first unit to the mth unit having primary windings connected to the AC sides of the first inverters of the first unit to the mth unit and secondary windings connected to the AC sides of the second inverters of the first unit to the mth unit, and a balance control unit that controls the voltage balance of the primary DC capacitors, and the balance control unit controls the primary DC capacitor voltages of each unit so that they are not equal but a deviation occurs.
また、その一態様として、前記バランス制御部は、第k(k=1~mの整数)ユニットの損失がユニット損失平均値よりも大きければ第kユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧を1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも小さく、第kユニットの損失が前記ユニット損失平均値よりも小さければ第kユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧を前記1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも大きくなるよう制御することを特徴とする。 In one aspect, the balance control unit controls the primary side DC capacitor voltage of the kth unit (k=an integer from 1 to m) to be smaller than the primary side DC capacitor voltage average value if the loss of the kth unit is larger than the unit loss average value, and controls the primary side DC capacitor voltage of the kth unit to be larger than the primary side DC capacitor voltage average value if the loss of the kth unit is smaller than the unit loss average value.
また、他の態様として、前記バランス制御部は、第k(k=1~mの整数)ユニットの温度検出値がユニット温度平均値よりも高ければ第kユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧を1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも小さく、第kユニットの前記温度検出値が前記ユニット温度平均値よりも低ければ第kユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧を前記1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも大きくなるように制御することを特徴とする。 In another aspect, the balance control unit controls the primary side DC capacitor voltage of the kth unit (k=an integer from 1 to m) to be smaller than the primary side DC capacitor voltage average value if the temperature detection value of the kth unit is higher than the unit temperature average value, and controls the primary side DC capacitor voltage of the kth unit to be larger than the primary side DC capacitor voltage average value if the temperature detection value of the kth unit is lower than the unit temperature average value.
また、他の態様として、前記バランス制御部は、第k(k=1~mの整数)ユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧の直流成分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力から1次側直流コンデンサ電圧平均値を減算して第kユニットの1次側電圧偏差として出力する第1減算器と、第kユニットの前記1次側電圧偏差から第kユニットのアンバランス電圧指令値を減算する第2減算器と、前記第2減算器の出力を増幅して第kユニットの位相として出力する第1アンプと、第kユニットの前記位相に位相指令値を加算して第kユニットの位相差指令値として出力する第2加算器と、を備えたことを特徴とする。 In another aspect, the balance control unit includes a low-pass filter that extracts the DC component of the primary DC capacitor voltage of the kth unit (k = an integer from 1 to m), a first subtractor that subtracts the primary DC capacitor voltage average value from the output of the low-pass filter and outputs it as the primary voltage deviation of the kth unit, a second subtractor that subtracts the unbalance voltage command value of the kth unit from the primary voltage deviation of the kth unit, a first amplifier that amplifies the output of the second subtractor and outputs it as the phase of the kth unit, and a second adder that adds a phase command value to the phase of the kth unit and outputs it as the phase difference command value of the kth unit.
また、その一態様として、前記バランス制御部は、各ユニットの前記アンバランス電圧指令値を、各ユニットの損失に応じて予め決定された固定値とすることを特徴とする。 In one aspect, the balance control unit sets the unbalance voltage command value of each unit to a fixed value that is determined in advance according to the loss of each unit.
また、他の態様として、前記バランス制御部は、第kユニットの前記アンバランス電圧指令値を、ユニット温度平均値から第kユニットの温度検出値を減算した値を増幅した値とすることを特徴とする。 In another aspect, the balance control unit sets the unbalance voltage command value for the kth unit to an amplified value obtained by subtracting the temperature detection value of the kth unit from the unit temperature average value.
また、他の態様として、前記バランス制御部は、第kユニットの前記アンバランス電圧指令値を、第kユニットの前記位相に基づいて決定された値とすることを特徴とする。 In another aspect, the balance control unit is characterized in that the unbalance voltage command value of the kth unit is a value determined based on the phase of the kth unit.
また、その一態様として、前記バランス制御部は、第kユニットの前記位相から第kユニットの前記アンバランス電圧指令値を決定する際に用いるパラメータを電力指令値または位相指令値に基づいて可変とすることを特徴とする。 In one aspect, the balance control unit varies a parameter used when determining the unbalance voltage command value of the kth unit from the phase of the kth unit based on a power command value or a phase command value.
本発明によれば、一端が直列接続、他端が並列接続されたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて、装置全体の効率を改善することが可能となる。 The present invention makes it possible to improve the efficiency of the entire device in a DAB bidirectional isolated DC/DC converter in which one end is connected in series and the other end is connected in parallel.
以下、本願発明におけるDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの実施形態1~4を図1~図10に基づいて詳述する。 Below, the first to fourth embodiments of the DAB bidirectional isolated DC/DC converter of the present invention will be described in detail with reference to Figs. 1 to 10.
[実施形態1]
本発明は図1の回路に適用することを前提とする。図1の左側を1次側、右側を2次側としてm台のDABユニットの1次側を直列接続、2次側を並列接続した構成である。1次側直流電源DC1と2次側直流電源DC2の間には第1~第mユニットが接続される。
[Embodiment 1]
The present invention is premised on being applied to the circuit shown in Fig. 1. With the left side of Fig. 1 being the primary side and the right side being the secondary side, the primary sides of m DAB units are connected in series and the secondary sides are connected in parallel. The first to m-th units are connected between the primary side DC power supply DC1 and the secondary side DC2.
1次側直流電源DC1の両端間には、第1~第mユニットの1次側直流コンデンサC1が直列接続される。各ユニットの1次側直流コンデンサC1の両端間には、それぞれ第1,第2スイッチング素子S1,S2が直列接続される。また、各ユニットの1次側直流コンデンサC1の両端間には、第3,第4スイッチング素子S3,S4が直列接続される。第1~第4スイッチング素子S1~S4を第1インバータとする。 The primary side DC capacitors C1 of the first to mth units are connected in series between both ends of the primary side DC power supply DC1. The first and second switching elements S1 and S2 are connected in series between both ends of the primary side DC capacitor C1 of each unit. In addition, the third and fourth switching elements S3 and S4 are connected in series between both ends of the primary side DC capacitor C1 of each unit. The first to fourth switching elements S1 to S4 form a first inverter.
2次側直流電源DC2の両端間には、第1~第mユニットの2次側直流コンデンサC2が並列接続される。各ユニットの2次側直流コンデンサC2の両端間には、それぞれ第5,第6スイッチング素子S5,S6が直列接続される。また、各ユニットの2次側直流コンデンサC2の両端間には、第7,第8スイッチング素子S7,S8が直列接続される。第5~第8スイッチング素子S5~S8を第2インバータとする。 The secondary DC capacitors C2 of the first to mth units are connected in parallel across the secondary DC power supply DC2. The fifth and sixth switching elements S5 and S6 are connected in series across the secondary DC capacitor C2 of each unit. The seventh and eighth switching elements S7 and S8 are connected in series across the secondary DC capacitor C2 of each unit. The fifth to eighth switching elements S5 to S8 form a second inverter.
第1,第2スイッチング素子S1,S2の接続点にはリアクトルL1の一端が接続される。第3,第4スイッチング素子S3,S4の接続点にはリアクトルL2の一端が接続される。第5,第6スイッチング素子S5,S6の接続点にはリアクトルL3の一端が接続される。第7,第8スイッチング素子S7,S8の接続点にはリアクトルL4の一端が接続される。 One end of reactor L1 is connected to the connection point of the first and second switching elements S1 and S2. One end of reactor L2 is connected to the connection point of the third and fourth switching elements S3 and S4. One end of reactor L3 is connected to the connection point of the fifth and sixth switching elements S5 and S6. One end of reactor L4 is connected to the connection point of the seventh and eighth switching elements S7 and S8.
リアクトルL1の他端とリアクトルL2の他端との間にはトランスTrの1次巻線が接続される。リアクトルL3の他端とリアクトルL4の他端との間にはトランスTrの2次巻線が接続される。第1インバータ、第2インバータ、トランスTrで1つのユニットとする。本実施形態1では、第1~第m(m:2以上の整数)ユニットを備えるものとする。
The primary winding of the transformer Tr is connected between the other end of the reactor L1 and the other end of the reactor L2. The secondary winding of the transformer Tr is connected between the other end of the reactor L3 and the other end of the reactor L4. The first inverter, the second inverter, and the transformer Tr form one unit. In this
図1では、第1インバータ,第2インバータとトランスTrとの間に直列にリアクトルL1~L4を接続しているが、リアクトルL1~L4の代わりにトランスTrの漏れインダクタンスとしてもよい。また、リアクトルL1~L4とトランスTrの漏れインダクタンスの両方としてもよい。 In FIG. 1, reactors L1 to L4 are connected in series between the first inverter, the second inverter and the transformer Tr, but the leakage inductance of the transformer Tr may be used instead of the reactors L1 to L4. Also, both the reactors L1 to L4 and the leakage inductance of the transformer Tr may be used.
なお、1次側直流電源DC1の電圧をVdc1,2次側直流電源DC2の電圧をVdc2,第1~第mユニットの1次側直流コンデンサC1の1次側直流コンデンサ電圧をVdc11~Vdc1m,第1~第mユニットの2次側直流コンデンサC2の2次側直流コンデンサ電圧をVdc21~Vdc2m,第kユニットの1次側交流電圧をV1k、第kユニットの2次側交流電圧をV2k、第kユニットの1次側交流電流をi1k、第kユニットの2次側交流電流をi2kとする。ここで、k=1~mの整数とする。 The voltage of the primary DC power supply DC1 is Vdc1, the voltage of the secondary DC power supply DC2 is Vdc2, the primary DC capacitor voltages of the primary DC capacitor C1 of the 1st to mth units are Vdc11 to Vdc1m, the secondary DC capacitor voltages of the secondary DC capacitor C2 of the 1st to mth units are Vdc21 to Vdc2m, the primary AC voltage of the kth unit is V1k, the secondary AC voltage of the kth unit is V2k, the primary AC current of the kth unit is i1k, and the secondary AC current of the kth unit is i2k. Here, k is an integer from 1 to m.
図2は、図1の回路構成の第kユニットの1次側直流コンデンサの電圧バランサを制御するバランス制御部を示す。図2も図11同様、第kユニットの位相差指令値θkを演算する。 Figure 2 shows a balance control unit that controls the voltage balancer of the primary side DC capacitor of the kth unit in the circuit configuration of Figure 1. As with Figure 11, Figure 2 also calculates the phase difference command value θk of the kth unit.
ローパスフィルタLPFは、第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kから基本波の2倍の周波数のリプルやノイズなどを除去する。1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgは1次側直流コンデンサ電圧Vdc11~Vdc1mの合計または1次側直流電圧Vdc1のどちらかをユニットの台数mで割った値である。1次側直流電圧Vdc1に電圧制御が適用される場合は、その指令値をユニットの台数mで割った値としてもよい。 The low-pass filter LPF removes ripples and noise with a frequency twice that of the fundamental wave from the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit. The primary DC capacitor voltage average value Vdc1avg is either the sum of the primary DC capacitor voltages Vdc11 to Vdc1m or the primary DC voltage Vdc1 divided by the number m of units. When voltage control is applied to the primary DC voltage Vdc1, the command value may be divided by the number m of units.
減算器1は、ローパスフィルタLPFを適用した第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kから1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgを減算し、第kユニットの1次側電圧偏差を求める。
第2減算器4は、第kユニットの1次側電圧偏差から第kユニットの1次側直流コンデンサのアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*を減算する。本実施形態1では、アンバランス電圧指令値ΔVdc1k*を固定値とする。第2減算器4の出力をアンプ2に入力する。
The
アンプ2は、第2減算器4の出力を増幅し第kユニットの交流側出力電圧の位相θkbを出力する。アンプ2は、今回は例として以下の2つを併用する。比例アンプP1は、第2減算器4の出力に比例した値を出力する。ゲイン付き一次遅れフィルタ2aは、第2減算器4の出力の低周波数成分を増幅する。第1加算器2bは、以上2つのアンプ出力を加算し第kユニットの位相θkbを出力する。第2加算器3は、位相θkbに別途与えられる位相指令値θ*を加算し、第kユニットの位相差指令値θkを出力する。
The
位相指令値θ*は直流側の電流や電圧のフィードバック制御によって与えられる場合もある。また、電力指令値P*と第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1k,第kユニットの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kから計算により求める場合もある。 The phase command value θ* may be given by feedback control of the DC side current or voltage. It may also be calculated from the power command value P*, the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit, and the secondary side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth unit.
ここでは、位相θkb,位相指令値θ*,位相差指令値θkはプラスの時に交流側電圧V1kの位相が交流側電圧V2kの位相に対して進みとなり、電力は1次側から2次側に伝送されるものとする。 Here, when the phase θkb, phase command value θ*, and phase difference command value θk are positive, the phase of the AC side voltage V1k leads the phase of the AC side voltage V2k, and power is transmitted from the primary side to the secondary side.
本発明では、各ユニットの1次側直流コンデンサ電圧を均等にせず偏差を発生されることで各ユニットを通過する電力に差を設ける。まずはその動作を説明する。 In this invention, the primary side DC capacitor voltage of each unit is not made equal, but a deviation is generated, creating a difference in the power passing through each unit. First, we will explain how it works.
図3は、図1の回路から直列側(1次側)を抽出したものである。第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが過剰、第mユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mが不足している場合を考える。このとき各ユニットは直列接続であるため、1次側直流電源DC1から各ユニットに流れる電流は等しい。よって、第kユニットが1次側直流電源DC1とやりとりする電力は他のユニットの電力よりも大きく、第mユニットが1次側直流電源DC1とやりとりする電力は他のユニットの電力よりも小さくなる。 Figure 3 shows the series side (primary side) extracted from the circuit in Figure 1. Consider the case where the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit is excessive, and the primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth unit is insufficient. In this case, since each unit is connected in series, the current flowing from the primary side DC power supply DC1 to each unit is equal. Therefore, the power exchanged between the kth unit and the primary side DC power supply DC1 is greater than the power of the other units, and the power exchanged between the mth unit and the primary side DC power supply DC1 is less than the power of the other units.
ここで、コンデンサ電圧バランス制御が正常に動作し1次側直流コンデンサ電圧は一定を維持していることを想定する。コンデンサ電圧が一定であるためには、各ユニットが1次側直流電源DC1から電力を受け取る場合は受け取った電力がそのまま2次側へ伝送され、各ユニットが1次側直流電源DC1へ電力を送る場合は同じ大きさの電力を2次側から受け取ることになる。そのため、コンデンサ電圧バランス制御の働きにより第kユニットは他のユニットよりも通過電力が大きくなり、第mユニットの通過電力は他のユニットよりも小さくなる。 Here, we assume that the capacitor voltage balance control is operating normally and the primary side DC capacitor voltage remains constant. In order for the capacitor voltage to be constant, when each unit receives power from the primary side DC power supply DC1, the received power is transmitted as is to the secondary side, and when each unit sends power to the primary side DC power supply DC1, it receives the same amount of power from the secondary side. Therefore, due to the function of the capacitor voltage balance control, the kth unit has a higher passing power than the other units, and the mth unit has a lower passing power than the other units.
以上より、コンデンサ電圧バランス制御が動作しているのであれば、1次側直流コンデンサ電圧を高くすることでそのユニットの通過電力を大きく、1次側直流コンデンサ電圧を低くすることでそのユニットの通過電力を小さくすることができる。 From the above, if the capacitor voltage balance control is operating, the passing power of the unit can be increased by increasing the primary side DC capacitor voltage, and the passing power of the unit can be decreased by decreasing the primary side DC capacitor voltage.
本実施形態1では、1次側直流コンデンサ電圧にバランス制御を適用することで電圧一定を維持しつつ、バランス制御にアンバランス電圧指令値を与え、偏差を発生させる。
In this
あるユニットの損失がユニット損失平均値よりも大きければそのユニットの1次側直流コンデンサ電圧を1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも小さく、あるユニットの損失がユニット損失平均値よりも小さければそのユニットの1次側直流コンデンサ電圧を1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも大きくなるよう制御する。ユニット損失平均値は、各ユニットの損失の合計をユニット台数mで割った値とする。 If the loss of a unit is greater than the unit loss average value, the primary DC capacitor voltage of that unit is controlled to be less than the primary DC capacitor voltage average value, and if the loss of a unit is less than the unit loss average value, the primary DC capacitor voltage of that unit is controlled to be greater than the primary DC capacitor voltage average value. The unit loss average value is calculated by dividing the total loss of each unit by the number of units m.
図2を用いてこの動作を説明する。Vdc1k=Vdc1avgで1次側直流コンデンサ電圧がバランスしている状態で、プラスの第kユニットの1次側直流コンデンサのアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*が与えられた場合を考える。 This operation will be explained using Figure 2. Consider the case where the primary side DC capacitor voltage is balanced at Vdc1k = Vdc1avg, and an unbalanced voltage command value ΔVdc1k* is given to the primary side DC capacitor of the positive kth unit.
このとき、アンプ2に入力される値はマイナスとなり、位相θkbもマイナス、1次側の交流電圧は2次側の交流電圧に対して遅れとなり、2次側から1次側へ電力が伝送される。この電力が1次側直流コンデンサC1にチャージされ第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kは上昇する。
At this time, the value input to
この動作は第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kがVdc1avg+ΔVdc1k*に増加するまで続く。よって、図2の制御ブロックにより第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧を1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgよりアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*だけ増加させることができる。 This operation continues until the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit increases to Vdc1avg + ΔVdc1k*. Therefore, the control block in FIG. 2 can increase the primary DC capacitor voltage of the kth unit by the unbalance voltage command value ΔVdc1k* from the primary DC capacitor voltage average value Vdc1avg.
アンバランス電圧指令値ΔVdc1k*の与え方は実施形態によって異なる。本実施形態1ではアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*は固定値である。固定値の決定方法として、効率測定試験やトランスの巻線抵抗の測定を行いユニットの損失を求め、この損失に応じて予め決定する。
The method of giving the unbalance voltage command value ΔVdc1k* varies depending on the embodiment. In this
損失の大きなユニットはアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*をマイナスに設定することで1次側直流コンデンサ電圧を下げ、ユニット通過電力を小さくすることができる。損失の小さなユニットはアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*をプラスに設定することで1次側直流コンデンサ電圧を上げ、ユニット通過電力を大きくする。これにより、装置全体の損失を抑えることができる。 For units with large losses, the unbalance voltage command value ΔVdc1k* can be set to a negative value to lower the primary DC capacitor voltage and reduce the power passing through the unit. For units with small losses, the unbalance voltage command value ΔVdc1k* can be set to a positive value to raise the primary DC capacitor voltage and increase the power passing through the unit. This makes it possible to reduce losses throughout the device.
複数台のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータで一端を直列、もう一端を並列に接続した構成において、本実施形態1により1次側直流コンデンサ電圧のバランスに偏差が生じるが、損失の小さいユニットの1次側直流コンデンサ電圧を大きくすることでそのユニットの通過電力が増加し、損失の大きいユニットの1次側直流コンデンサ電圧を小さくすることでそのユニットの伝送電力が減少する。これにより、損失の小さなユニットに大きな電力を通過させることになり、装置全体の損失を小さくすることができる。
In a configuration in which multiple DAB bidirectional isolated DC/DC converters are connected at one end in series and the other end in parallel, this
本実施形態1では、あらかじめユニットの損失を測定することにより上記の効果を実現する。制御には固定値を使用するため、安定性は最も高い。 In this embodiment, the above effect is achieved by measuring the unit loss in advance. Fixed values are used for control, so stability is the highest.
[実施形態2]
図4に本実施形態2の1次側直流コンデンサの電圧バランスを制御するバランス制御部を示す。図4は図2に対して以下を追加する。
[Embodiment 2]
4 shows a balance control unit for controlling the voltage balance of the primary side DC capacitors according to the
温度検出器5は、第kユニットの温度検出値Tkを検出する。第3減算器6は、各ユニットの温度平均値Tavgから第kユニットの温度検出値Tkを減算しユニット温度の平均との差を求める。温度平均値TavgはT1~Tmの合計を台数mで割った値である。
The
第2比例アンプP2は、第3減算器6の出力を増幅する。第2比例アンプP2の出力が第kユニットの1次側直流コンデンサのアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*となる。
The second proportional amplifier P2 amplifies the output of the
ユニットの温度検出値がユニット温度平均値Tavgよりも高ければ1次側直流コンデンサ電圧を1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgよりも小さく、ユニットの温度検出値がユニット温度平均値Tavgよりも低ければ1次側直流コンデンサ電圧を1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgよりも大きくなるように制御する。 If the unit temperature detection value is higher than the unit temperature average value Tavg, the primary side DC capacitor voltage is controlled to be smaller than the primary side DC capacitor voltage average value Vdc1avg, and if the unit temperature detection value is lower than the unit temperature average value Tavg, the primary side DC capacitor voltage is controlled to be larger than the primary side DC capacitor voltage average value Vdc1avg.
本実施形態2では、ユニットの温度を測定して平均値と比較し、その結果に基づいてアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*を決定する。損失の小さいユニットは周りに比べてユニット温度が低くなり、アンバランス電圧指令値ΔVdc1k*がプラスに設定され、1次側直流コンデンサ電圧が増加、通過電力が大きくなる。損失の大きなユニットはユニット温度が高くなりアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*がマイナスに設定され、1次側直流コンデンサ電圧が減少し、通過電力が小さくなり、発熱が抑制される。 In this second embodiment, the unit temperature is measured and compared with the average value, and the unbalance voltage command value ΔVdc1k* is determined based on the result. A unit with small loss has a lower unit temperature than its surroundings, the unbalance voltage command value ΔVdc1k* is set to positive, the primary DC capacitor voltage increases, and the passing power increases. A unit with large loss has a higher unit temperature, the unbalance voltage command value ΔVdc1k* is set to negative, the primary DC capacitor voltage decreases, the passing power decreases, and heat generation is suppressed.
本実施形態2では、あらかじめユニット損失を測定することなく装置全体の損失を抑えることができる。また、各ユニットの温度を均等にでき、特定ユニットの寿命低下を防ぐことができる。 In this second embodiment, the loss of the entire device can be reduced without measuring the unit loss in advance. In addition, the temperature of each unit can be made uniform, preventing a decrease in the life span of a specific unit.
本実施形態2では、温度検出手段を用いることで実施形態1と同様の効果を実現する。また、事前の損失測定が不要であるほか、各ユニットの温度を均一にでき特定ユニットの寿命低下を防ぐことができる。 In this second embodiment, the same effect as in the first embodiment is achieved by using a temperature detection means. In addition to eliminating the need for prior loss measurement, the temperature of each unit can be made uniform, preventing a reduction in the life span of a particular unit.
[実施形態3]
図5に本実施形態3の1次側直流コンデンサの電圧バランスを制御するバランス制御部を示す。本実施形態3では、アンバランス電圧指令値ΔVdc1k*を位相θkbに基づいて決定された値とする。図5は図2に対して以下を追加する。
[Embodiment 3]
5 shows a balance control unit for controlling the voltage balance of the primary side DC capacitor in the
ゲイン付き一次遅れフィルタ7は、位相θkbの高周波成分をカットし低周波成分を増幅する。ゲイン付き一次遅れフィルタ7は図5に示すように、G2/(1+sT2)とする。ゲイン付き一次遅れフィルタ7の出力が第kユニットの1次側直流コンデンサのアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*となる。
The gain-added first-
前述したとおり、損失の大きなユニットは1次側直流コンデンサが放電され電圧が下がる。このため、バランス制御により位相θkbはマイナスとなり、放電された電荷を補填するため2次側から1次側へ電力伝送が行われる。 As mentioned above, in units with large losses, the primary side DC capacitor is discharged and the voltage drops. As a result, the phase θkb becomes negative due to balance control, and power is transferred from the secondary side to the primary side to compensate for the discharged charge.
本実施形態3ではこの動作を検出して損失の大きなユニットにマイナスのアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*を設定してユニット通過電力を小さくする。 In this third embodiment, this operation is detected and a negative unbalance voltage command value ΔVdc1k* is set for the unit with the large loss, reducing the power passing through the unit.
逆に損失の小さなユニットは1次側直流コンデンサ電圧が増加するため、放電のため位相θkbはプラスとなり1次側から2次側へ電力が伝送される。アンバランス電圧指令値ΔVdc1k*はプラスに設定され、ユニット通過電力を大きくすることができる。 Conversely, in a unit with small losses, the primary side DC capacitor voltage increases, so the phase θkb becomes positive due to discharge and power is transmitted from the primary side to the secondary side. The unbalanced voltage command value ΔVdc1k* is set to positive, allowing the power passing through the unit to be increased.
本実施形態3では温度検出手段を別途用意しなくても、実施形態2と同等の効果を得ることができる。
In this
以上示したように、本実施形態3によれば、実施形態1,2と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態3では、位相θkbを用いて上記効果を実現する。よって、事前の損失測定や温度検出手段が不要である。 As described above, according to the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments are achieved. Furthermore, in the third embodiment, the above effects are achieved using the phase θkb. Therefore, there is no need for prior loss measurement or temperature detection means.
[実施形態4]
図6に本実施形態4の1次側直流コンデンサの電圧バランスを制御するバランス制御部を示す。本実施形態4では、実施形態3の位相θkbからアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*を決定する際に用いるパラメータを電力指令値P*、または、位相指令値θ*に基づいて可変とする。図6は図5に対して以下を追加する。
[Embodiment 4]
Fig. 6 shows a balance control unit for controlling the voltage balance of the primary side DC capacitor in the
ゲイン調整部8は、電力指令値P*に対して一意のプラスの値を出力し、電力指令値P*がプラスであれば小さな値を、電力指令値P*がマイナスであれば大きな値を出力する。電力指令値P*の代わりに位相指令値θ*を用いることもできる。
The
このゲイン調整部8はオフセットとゲインからなる一次関数が考えられる他、二次以上の関数でもテーブルでもよい。このゲイン調整部8の出力が、位相θkbの低周波成分を増幅するゲイン付き一次遅れフィルタ7のパラメータG2/(1+sT2)のゲインG2となる。
This
本実施形態4も実施形態3同様に位相θkbに基づいてアンバランス電圧指令値ΔVdc1k*を決定する。ただし、本実施形態4では電力指令値P*に応じてゲインG2を変化させる。図7,図8を用いてその必要性を説明する。 In the fourth embodiment, as in the third embodiment, the unbalance voltage command value ΔVdc1k* is determined based on the phase θkb. However, in the fourth embodiment, the gain G2 is changed according to the power command value P*. The necessity for this will be explained using Figures 7 and 8.
図7は電力指令値P*がプラスであり、電力が1次側直流電源DC1からユニットに伝送されユニットでは1次側から2次側へ電力を伝送する状態を示している。ここで、第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが他のユニットよりも大きい場合を考える。 Figure 7 shows a state in which the power command value P* is positive, power is transmitted from the primary side DC power source DC1 to the unit, and the unit transmits power from the primary side to the secondary side. Here, consider the case in which the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit is larger than the other units.
1次側直流電源DC1から各ユニットに流れる電流は等しく、第kユニットは他のユニットよりも大きな電力を1次側直流電源DC1から受け取る。このため第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kは増加しやすくなる。第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが増加してしまい、かつバランス制御の応答が間に合わず2次側への電力伝送量を増やせなかった場合は第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが増加し続け、1次側直流コンデンサの電圧バランスは完全に崩壊してしまう。 The current flowing from the primary DC power supply DC1 to each unit is equal, and the kth unit receives more power from the primary DC power supply DC1 than the other units. This makes it easier for the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit to increase. If the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit increases and the balance control does not respond in time to increase the amount of power transmitted to the secondary side, the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit will continue to increase, completely destroying the voltage balance of the primary DC capacitor.
一方、第mユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mが他のユニットよりも小さい場合は第mユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mがさらに減少しやすくなり、バランス制御の応答が間に合わなければ零まで低下してしまう。このように、電力指令値P*がプラスの場合は1次側直流コンデンサの電圧バランスが不安定になりやすい。そのため、本実施形態4では電力指令値P*がプラスの場合においてゲインG2を小さくし、アンバランス電圧指令値を小さくする。
On the other hand, if the primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth unit is smaller than that of the other units, the primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth unit is more likely to decrease, and if the balance control does not respond in time, it will drop to zero. In this way, when the power command value P* is positive, the voltage balance of the primary side DC capacitor is likely to become unstable. Therefore, in this
図8は電力指令値P*がマイナスの状態を示している。電力はユニットの2次側から1次側へ、ユニットから1次側直流電源DC1へ伝送されている。第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが他のユニットよりも大きい場合、1次側直流電源DC1へ伝送される電力も増加するため第kユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kは減少しやすくなる。 Figure 8 shows a state in which the power command value P* is negative. Power is transmitted from the secondary side of the unit to the primary side, and from the unit to the primary side DC power supply DC1. If the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit is larger than that of the other units, the power transmitted to the primary side DC power supply DC1 also increases, so the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth unit is more likely to decrease.
また、第mユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mが他のユニットよりも小さい場合、1次側直流電源DC1へ伝送される電力も減少し第mユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mの減少は抑制される。 In addition, if the primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth unit is smaller than that of the other units, the power transmitted to the primary side DC power supply DC1 also decreases, and the decrease in the primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth unit is suppressed.
そのため、電力指令値P*がマイナスの場合は1次側直流コンデンサの電圧バランスが安定になる。これは、アンバランスを発生させにくくなることを示しており、本発明で目標とする装置全体の損失低減効果が低下してしまう。そこで、本実施形態4では電力指令値P*がマイナスの場合においてゲインG2を大きくし、アンバランスの発生を促す。
Therefore, when the power command value P* is negative, the voltage balance of the primary side DC capacitor becomes stable. This means that it becomes difficult for an imbalance to occur, and the effect of reducing losses in the entire device, which is the goal of this invention, decreases. Therefore, in this
以上示したように、本実施形態4は、実施形態1~3と同様の作用効果を奏する。また、実施形態3で問題となる電力伝送の向きが直列側(1次側)から並列側(2次側)の場合における1次側直流コンデンサ電圧のバランスの不安定性を改善することができる。また、電力伝送の向きが並列側(2次側)から直列側(1次側)の場合における損失削減効果の低下を防ぐことができる。 As described above, the fourth embodiment has the same effects as the first to third embodiments. In addition, it is possible to improve the instability of the primary side DC capacitor voltage balance when the direction of power transmission is from the series side (primary side) to the parallel side (secondary side), which is a problem in the third embodiment. It is also possible to prevent a decrease in the loss reduction effect when the direction of power transmission is from the parallel side (secondary side) to the series side (primary side).
実施形態3の効果をシミュレーションで示す。図9はシミュレーション条件でDABユニット2台の構成である。直列の1次側から並列の2次側へ電力を伝送し、第1ユニットは高周波トランスの銅損を増加させている。 The effect of the third embodiment is shown by a simulation. Figure 9 shows a configuration of two DAB units under the simulation conditions. Power is transmitted from the primary side in series to the secondary side in parallel, and the first unit increases the copper loss of the high-frequency transformer.
図10にシミュレーション波形を示す。この波形では、DAB交流側の動作周波数のリプルをフィルタで除去している。時刻0秒において実施形態3を有効にした。時刻0秒より前はVdc11=Vdc12となり、1次側直流コンデンサ電圧Vdc11,Vdc12をバランスできている。
Figure 10 shows a simulation waveform. In this waveform, the ripple of the operating frequency on the DAB AC side is removed by a filter. At
実施形態3を有効にすると銅損の小さな第2ユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdc12が増加するが、偏差は一定を維持しており安定である。2次側直流電流Idc21,Idc22は、時刻0秒より前からIdc22の方が大きいが、実施形態3を有効にすることによりIdc22がさらに増加、通過電力を損失の小さいユニットに集中させることができる。
When
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 The present invention has been described in detail above only with respect to the specific examples described. However, it will be clear to those skilled in the art that various modifications and alterations are possible within the scope of the technical concept of the present invention, and it goes without saying that such modifications and alterations fall within the scope of the claims.
LPF…ローパスフィルタ
1…第1減算器
2…アンプ
2a…ゲイン付き一次遅れフィルタ
2b…第1加算器
P1…第1比例アンプ
3…第2加算器
4…第2減算器
5…温度検出器
6…第3減算期
P2…第2比例アンプ
7…ゲイン付き一次遅れフィルタ
8…ゲイン調整部
LPF: low pass filter 1: first subtractor 2:
Claims (9)
前記1次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの1次側直流コンデンサと、
前記2次側直流電源の正極と負極との間に並列接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの2次側直流コンデンサと、
前記第1ユニット~前記第mユニットの前記1次側直流コンデンサにそれぞれ接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの第1インバータと、
前記第1ユニット~前記第mユニットの前記2次側直流コンデンサにそれぞれ接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの第2インバータと、
前記第1ユニット~前記第mユニットの前記第1インバータの交流側にそれぞれ1次巻線が接続され、前記第1ユニット~前記第mユニットの前記第2インバータの交流側にそれぞれ2次巻線が接続された前記第1ユニット~前記第mユニットのトランスと、
前記1次側直流コンデンサの電圧バランスを制御するバランス制御部と、
を備え、
前記バランス制御部は、
各ユニットの1次側直流コンデンサ電圧を、1次側直流コンデンサ電圧平均値に各ユニットのアンバランス電圧指令値を加算した値に制御することを特徴とするDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 A DAB bidirectional isolated DC/DC converter including a primary side DC power supply, a secondary side DC power supply, and first to m-th units (m: an integer of 2 or more) connected between the primary side DC power supply and the secondary side DC power supply,
primary side DC capacitors of the first unit to the mth unit connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the primary side DC power supply;
secondary-side DC capacitors of the first unit to the mth unit connected in parallel between a positive electrode and a negative electrode of the secondary-side DC power supply;
First inverters of the first unit to the m unit connected to the primary side DC capacitors of the first unit to the m unit, respectively;
second inverters of the first unit to the m unit connected to the secondary side DC capacitors of the first unit to the m unit, respectively;
Transformers of the first unit to the m unit, each having a primary winding connected to an AC side of the first inverter of the first unit to the m unit, and a secondary winding connected to an AC side of the second inverter of the first unit to the m unit,
a balance control unit for controlling a voltage balance of the primary side DC capacitor;
Equipped with
The balance control unit is
A DAB bidirectional isolated DC/DC converter, characterized in that the primary side DC capacitor voltage of each unit is controlled to a value obtained by adding an unbalance voltage command value of each unit to an average primary side DC capacitor voltage value .
第k(k=1~mの整数)ユニットの損失がユニット損失平均値よりも大きければ第kユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧を前記1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも小さく、第kユニットの損失が前記ユニット損失平均値よりも小さければ第kユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧を前記1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも大きくなるよう制御することを特徴とする請求項1記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The balance control unit is
2. The DAB type bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 1, characterized in that if the loss of the kth unit (k=an integer from 1 to m) is larger than the unit loss average value, the primary side DC capacitor voltage of the kth unit is controlled to be smaller than the primary side DC capacitor voltage average value, and if the loss of the kth unit is smaller than the unit loss average value, the primary side DC capacitor voltage of the kth unit is controlled to be larger than the primary side DC capacitor voltage average value.
第k(k=1~mの整数)ユニットの温度検出値がユニット温度平均値よりも高ければ第kユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧を前記1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも小さく、第kユニットの前記温度検出値が前記ユニット温度平均値よりも低ければ第kユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧を前記1次側直流コンデンサ電圧平均値よりも大きくなるように制御することを特徴とする請求項1記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The balance control unit is
2. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 1, characterized in that if the temperature detection value of the kth unit (k=an integer from 1 to m) is higher than the unit temperature average value, the primary side DC capacitor voltage of the kth unit is controlled to be smaller than the primary side DC capacitor voltage average value, and if the temperature detection value of the kth unit is lower than the unit temperature average value, the primary side DC capacitor voltage of the kth unit is controlled to be larger than the primary side DC capacitor voltage average value.
第k(k=1~mの整数)ユニットの前記1次側直流コンデンサ電圧の直流成分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力から前記1次側直流コンデンサ電圧平均値を減算して第kユニットの1次側電圧偏差として出力する第1減算器と、
第kユニットの前記1次側電圧偏差から第kユニットの前記アンバランス電圧指令値を減算する第2減算器と、
前記第2減算器の出力を増幅して第kユニットの位相として出力する第1アンプと、
第kユニットの前記位相に位相指令値を加算して第kユニットの位相差指令値として出力する第2加算器と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The balance control unit is
a low-pass filter that extracts a DC component of the primary-side DC capacitor voltage of the kth unit (k=an integer from 1 to m);
a first subtractor that subtracts the primary side DC capacitor voltage average value from an output of the low pass filter and outputs the result as a primary side voltage deviation of the kth unit;
a second subtractor that subtracts the unbalanced voltage command value of the k-th unit from the primary side voltage deviation of the k-th unit;
a first amplifier that amplifies the output of the second subtractor and outputs the amplified output as a phase of the kth unit;
a second adder that adds a phase command value to the phase of the kth unit and outputs the result as a phase difference command value of the kth unit;
2. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 1, further comprising:
各ユニットの前記アンバランス電圧指令値を、各ユニットの損失に応じて予め決定された固定値とすることを特徴とする請求項4記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The balance control unit is
5. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 4, wherein the unbalanced voltage command value of each unit is a fixed value determined in advance in accordance with the loss of each unit.
第kユニットの前記アンバランス電圧指令値を、ユニット温度平均値から第kユニットの温度検出値を減算した値を増幅した値とすることを特徴とする請求項4記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The balance control unit is
5. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 4, wherein the unbalance voltage command value of the kth unit is an amplified value obtained by subtracting the temperature detection value of the kth unit from the unit temperature average value.
第kユニットの前記アンバランス電圧指令値を、第kユニットの前記位相に基づいて決定された値とすることを特徴とする請求項4記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The balance control unit is
5. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 4, wherein the unbalanced voltage command value of the kth unit is a value determined based on the phase of the kth unit.
第kユニットの前記位相から第kユニットの前記アンバランス電圧指令値を決定する際に用いるパラメータを電力指令値または位相指令値に基づいて可変とすることを特徴とする請求項7記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The balance control unit is
8. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 7, wherein a parameter used when determining the unbalanced voltage command value of the kth unit from the phase of the kth unit is made variable based on a power command value or a phase command value.
前記1次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの1次側直流コンデンサと、
前記2次側直流電源の正極と負極との間に並列接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの2次側直流コンデンサと、
前記第1ユニット~前記第mユニットの前記1次側直流コンデンサにそれぞれ接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの第1インバータと、
前記第1ユニット~前記第mユニットの前記2次側直流コンデンサにそれぞれ接続された前記第1ユニット~前記第mユニットの第2インバータと、
前記第1ユニット~前記第mユニットの前記第1インバータの交流側にそれぞれ1次巻線が接続され、前記第1ユニット~前記第mユニットの前記第2インバータの交流側にそれぞれ2次巻線が接続された前記第1ユニット~前記第mユニットのトランスと、
前記1次側直流コンデンサの電圧バランスを制御するバランス制御部と、
を備えたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御方法であって、
前記バランス制御部は、
各ユニットの1次側直流コンデンサ電圧を、1次側直流コンデンサ電圧平均値に各ユニットのアンバランス電圧指令値を加算した値に制御することを特徴とするDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御方法。 a primary side DC power supply, a secondary side DC power supply, and first to m-th units (m: an integer of 2 or more) connected between the primary side DC power supply and the secondary side DC power supplies;
primary side DC capacitors of the first unit to the mth unit connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the primary side DC power supply;
secondary-side DC capacitors of the first unit to the mth unit connected in parallel between a positive electrode and a negative electrode of the secondary-side DC power supply;
First inverters of the first unit to the m unit connected to the primary side DC capacitors of the first unit to the m unit, respectively;
second inverters of the first unit to the m unit connected to the secondary side DC capacitors of the first unit to the m unit, respectively;
Transformers of the first unit to the m unit, each having a primary winding connected to an AC side of the first inverter of the first unit to the m unit, and a secondary winding connected to an AC side of the second inverter of the first unit to the m unit,
a balance control unit for controlling a voltage balance of the primary side DC capacitor;
A control method for a DAB bidirectional isolated DC/DC converter comprising:
The balance control unit is
A control method for a DAB type bidirectional isolated DC/DC converter, characterized in that the primary side DC capacitor voltage of each unit is controlled to a value obtained by adding an unbalance voltage command value of each unit to an average primary side DC capacitor voltage value.
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| Shiya Kazuma,Bi-Directional High Converter with Input-Series and Output-parallel System Based on Dual Active Bridge,2018 IEEE Power and Energy Conference at Illinois(PECI),米国,IEEE,2018年04月12日,https://ieeexplore.ieee.org/document/8334971 |
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