JP7824191B2 - DC/DC converter and charging device - Google Patents
DC/DC converter and charging deviceInfo
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Description
本発明は、3相LLC方式(3相CLLC方式を含む。)のDC/DCコンバータおよび充電装置に関する。 The present invention relates to a three-phase LLC (including three-phase CLLC) DC/DC converter and charging device.
近年、電気自動車に搭載されるバッテリーの大容量化に伴い、急速充電器の大容量化が進み、現在の急速充電器の主流は50[kW]から200[kW]程度になっている。急速充電器の電源部は複数の電源ユニットで構成され、各電源ユニットも12.5[kW]から30[kW]程度の出力が要望され、さらに、小型化、高効率化、低コスト化が要望されている。 In recent years, as the capacity of batteries installed in electric vehicles has increased, the capacity of quick chargers has also increased, with the mainstream quick charger now ranging from 50 kW to 200 kW. The power supply section of a quick charger consists of multiple power supply units, each of which is required to have an output of approximately 12.5 kW to 30 kW. Furthermore, there is a demand for compactness, high efficiency, and low cost.
電源ユニットは、例えば、AC/DCコンバータ、DC/DCコンバータおよび出力フィルタで構成される。AC/DCコンバータはDC/DCコンバータの前段に設けられ、出力フィルタはDC/DCコンバータの後段に設けられる。また、DC/DCコンバータには、入力電圧や出力電圧の変動、および出力先の負荷の変動に対する制御の複雑さにもかかわらず、小型化、高効率化、低コスト化に対応できる電流共振型のDC/DCコンバータが使用されている。 A power supply unit may consist of, for example, an AC/DC converter, a DC/DC converter, and an output filter. The AC/DC converter is placed before the DC/DC converter, and the output filter is placed after the DC/DC converter. Furthermore, the DC/DC converter is a current-resonant DC/DC converter, which can be made smaller, more efficient, and less expensive, despite the complexity of controlling fluctuations in input and output voltages, and fluctuations in the load at the output end.
電流共振型のDC/DCコンバータとしては、3相駆動の3相LLC方式のDC/DCコンバータが知られている(例えば、特許文献1参照)。3相LLC方式のDC/DCコンバータは、3相駆動になるため部品点数が増加するものの、電流が3相に分散されるため、単相フルブリッジ方式に比べて高出力化に向いている。また、出力波形のリップルが単相フルブリッジ方式に比べて1/10程度に抑えられるので、後段の出力フィルタを構成する部品(電解コンデンサやフィルムコンデンサ、チョークコイル等の大型部品)の小型・軽量・低コスト化が可能となる。さらに、電力変換効率も向上するため注目されている。 A known current-resonant DC/DC converter is a three-phase LLC DC/DC converter with three-phase drive (see, for example, Patent Document 1). Although a three-phase LLC DC/DC converter requires a greater number of components due to its three-phase drive, it is more suited to higher output than a single-phase full-bridge converter because the current is distributed across three phases. Furthermore, the ripple in the output waveform is reduced to about one-tenth of that of a single-phase full-bridge converter, enabling the components that make up the output filter in the subsequent stage (large components such as electrolytic capacitors, film capacitors, and choke coils) to be smaller, lighter, and less expensive. Furthermore, it is attracting attention because it also improves power conversion efficiency.
図9に、従来の一般的な3相LLC方式のDC/DCコンバータ30Aの主回路を示す。DC/DCコンバータ30Aの主回路は、高周波絶縁トランス(以下、トランス)T10~T30と、スイッチング素子Q1~Q6を含む1次側スイッチング回路と、整流ダイオードD1~D6および平滑コンデンサCoを含む2次側整流回路と、1次側共振回路とで構成される。 Figure 9 shows the main circuit of a conventional three-phase LLC DC/DC converter 30A. The main circuit of DC/DC converter 30A is composed of high-frequency isolation transformers (hereinafter referred to as "transformers") T10 to T30, a primary-side switching circuit including switching elements Q1 to Q6, a secondary-side rectifier circuit including rectifier diodes D1 to D6 and a smoothing capacitor Co, and a primary-side resonant circuit.
1次側共振回路は、共振コイルL1~L3、トランスT10~T30の励磁コイル(図示せず)およびトランスT10~T30の1次側コイル、共振コンデンサC1~C3により、3相のLLC共振回路を構成する。トランスT10~T30の1次側コイルはY結線(スター結線)接続され、1次側コイルの他端はP点で中性点による平衡結線接続がされている。同様に、トランスT10~T30の2次側コイルはY結線接続され、2次側コイルの他端はS点で中性点による平衡結線接続がされている。 The primary resonant circuit comprises a three-phase LLC resonant circuit consisting of resonant coils L1 to L3, the excitation coils (not shown) of transformers T10 to T30, the primary coils of transformers T10 to T30, and resonant capacitors C1 to C3. The primary coils of transformers T10 to T30 are connected in a Y-connection (star connection), with the other end of the primary coils connected in a balanced connection with the neutral point at point P. Similarly, the secondary coils of transformers T10 to T30 are connected in a Y-connection, with the other end of the secondary coils connected in a balanced connection with the neutral point at point S.
DC/DCコンバータ30Aは、3相で電力を分担するため容易に高出力化できるが、一方で、共振に寄与する上記3つの部品(共振コイルL1~L3、トランスT10~T30、共振コンデンサC1~C3)の特性のばらつきにより、各相の共振電流が不平衡状態になる。共振電流が不平衡状態になると、例えば、3波の共振電流の波高値に高低差が生じて、特定の共振コイルやトランスが発熱したり、2次側整流回路から出力される出力波形のリップルが大きくなるという問題が生じる。 The DC/DC converter 30A can easily achieve high output because it shares power among three phases. However, variations in the characteristics of the three components that contribute to resonance (resonant coils L1-L3, transformers T10-T30, and resonant capacitors C1-C3) can cause the resonant currents of each phase to become unbalanced. When the resonant currents become unbalanced, for example, differences in the peak values of the three resonant currents can occur, causing problems such as heat generation in certain resonant coils or transformers or increased ripple in the output waveform output from the secondary-side rectifier circuit.
また、DC/DCコンバータ30Aの小型化のためには、スイッチング素子Q1~Q6の駆動周波数を上げることが有効であるが、スイッチング素子Q1~Q6のスイッチング損失や、トランスT10~T30や共振コイルL1~L3のコア損失(鉄損)および巻き線の表皮効果と近接効果による損失(銅損)の影響を考慮する必要がある。スイッチング素子Q1~Q6については、スイッチング時間が短く、低オン損失であるSiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)等のワイドバンドギャップ半導体を使用することができる。一方で、トランスT10~T30や共振コイルL1~L3等の磁気部品については、スイッチング素子Q1~Q6の駆動周波数を100[kHz]程度以上に上げるとコア損失が大きくなり、発熱の問題が生じる。また、巻き線の銅損に対応するために高価なリッツ線を使用する必要が生じるが、効果は限定的である。このため、むやみに駆動周波数を上げることができない。 Increasing the drive frequency of switching elements Q1-Q6 is an effective way to reduce the size of DC/DC converter 30A. However, consideration must be given to the switching losses of switching elements Q1-Q6, core losses (iron losses) of transformers T10-T30 and resonant coils L1-L3, and losses due to the skin effect and proximity effect of the windings (copper losses). Wide-bandgap semiconductors such as SiC (silicon carbide) and GaN (gallium nitride), which have short switching times and low on-state losses, can be used for switching elements Q1-Q6. On the other hand, for magnetic components such as transformers T10-T30 and resonant coils L1-L3, increasing the drive frequency of switching elements Q1-Q6 above 100 kHz increases core loss, resulting in heat generation problems. Furthermore, while it becomes necessary to use expensive Litz wire to address copper loss in the windings, this approach only provides limited benefits. For this reason, the drive frequency cannot be increased indiscriminately.
上記のとおり、DC/DCコンバータ30Aの小型化は、トランスT10~T30や共振コイルL1~L3等の磁気部品による制約を受ける。特に、DC/DCコンバータ30Aの出力が10[kW]を超える場合、図9に示すように各相のトランスT10~T30を各1個のトランスで構成すると、他の部品に比べてトランスT10~T30の体積が大きく、重量が重くなり、それに伴い製品サイズが大きくなり、コスト的にも高価なものになるという問題が生じる。 As mentioned above, miniaturization of the DC/DC converter 30A is limited by magnetic components such as the transformers T10-T30 and the resonant coils L1-L3. In particular, if the output of the DC/DC converter 30A exceeds 10 kW, and each phase's transformers T10-T30 are configured with a single transformer, as shown in Figure 9, the volume and weight of the transformers T10-T30 will be larger than the other components, resulting in a larger product size and higher costs.
図10に、各相のトランスを2個のトランス(T11とT12、T21とT22、T31とT32)で構成した3相LLC方式のDC/DCコンバータ30Bを示す。各相のトランスを並列化することで、トランスに流れる電流を抑えてトランスを小型化することができ、DC/DCコンバータ30Bでは、部品高さを抑えて製品サイズを小型化することができる。 Figure 10 shows a three-phase LLC DC/DC converter 30B in which each phase is composed of two transformers (T11 and T12, T21 and T22, T31 and T32). Paralleling the transformers for each phase reduces the current flowing through the transformer, making it possible to miniaturize the transformer. This reduces the component height of DC/DC converter 30B, allowing for a more compact product.
DC/DCコンバータ30Bでは、トランスT11~T32の1次側コイルを並列接続し、2次側コイルを直列接続している。トランスT11~T32の2次側コイルを直列接続することで、トランスT11~T32の2次側電流が均一化される(同一になる)ため、共振に寄与する部品(共振コイルL1~L3、トランスT11~T32、共振コンデンサC1~C3)の特性にばらつきがあっても、DC/DCコンバータ30Bの出力波形のリップルを低減することができる。しかしながら、DC/DCコンバータ30Bでは、図9の構成と比較すると、トランスT11~T32の2次側電流が2倍に増加し、トランスT11~T32の発熱量が増加するため、高出力化の実現が難しいという問題が生じる。 In DC/DC converter 30B, the primary coils of transformers T11 to T32 are connected in parallel, and the secondary coils are connected in series. By connecting the secondary coils of transformers T11 to T32 in series, the secondary currents of transformers T11 to T32 are equalized (made identical). This reduces ripple in the output waveform of DC/DC converter 30B, even if there is variation in the characteristics of the components that contribute to resonance (resonance coils L1 to L3, transformers T11 to T32, and resonant capacitors C1 to C3). However, compared to the configuration in Figure 9, DC/DC converter 30B doubles the secondary current of transformers T11 to T32, increasing the amount of heat generated by transformers T11 to T32, making it difficult to achieve high output.
図11に、トランスT11~T32の1次側コイルを並列接続し、2次側コイルも並列接続した3相LLC方式のDC/DCコンバータ30Cを示す。トランスT11~T32の2次側コイルを並列接続することで、トランスT11~T32の1次側に加え2次側電流は低減するが、共振に寄与する部品の特性にばらつきがあると、その影響がそのまま出力に反映されるため、出力波形のリップルが大きくなってしまうという課題が生じる。 Figure 11 shows a three-phase LLC DC/DC converter 30C in which the primary coils of transformers T11 to T32 are connected in parallel, and the secondary coils are also connected in parallel. Connecting the secondary coils of transformers T11 to T32 in parallel reduces the current on both the primary and secondary sides of transformers T11 to T32, but if there is variation in the characteristics of the components that contribute to resonance, this effect is directly reflected in the output, resulting in the problem of larger ripples in the output waveform.
非特許文献1では、3相LLC方式のDC/DCコンバータにおいて、各相の駆動周波数は同じで、1次側スイッチング回路からLLC共振回路に入力される各相の入力電圧の位相差を120°から変化させることで、各相の共振電流を均一化し、出力波形のリップルを低減する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、各相の共振電流を検出する電流センサが必要になるため、部品点数の増加により高コスト化を招くという問題や、DC/DCコンバータの動作状態に応じて各相の入力電圧の位相差を変化させる必要があるため、制御の複雑化を招くという問題が生じる。 Non-Patent Document 1 proposes a method for a three-phase LLC DC/DC converter in which the drive frequency of each phase is the same, but the phase difference between the input voltages of each phase input from the primary switching circuit to the LLC resonant circuit is changed from 120° to equalize the resonant current of each phase and reduce ripple in the output waveform. However, this method requires current sensors to detect the resonant current of each phase, which increases the number of parts and leads to higher costs, and the need to change the phase difference between the input voltages of each phase depending on the operating state of the DC/DC converter, which leads to problems such as complicated control.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、高出力化に対応可能で、かつ高コスト化や制御の複雑化を招くことなく出力波形のリップルを低減することが可能な3相LLC方式のDC/DCコンバータおよび充電装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its objective is to provide a three-phase LLC DC/DC converter and charging device that can handle high output and reduce output waveform ripple without increasing costs or complicating control.
上記課題を解決するために、本発明の第1態様に係るDC/DCコンバータは、
第1トランス部、第2トランス部および第3トランス部を含み、各トランス部がN個のトランス(Nは2以上の整数)で構成されたトランス回路と、
並列接続された第1レグ、第2レグおよび第3レグを含み、各レグが直列接続された1組のスイッチング素子を含み、前記トランス回路の1次側に設けられた1次側スイッチング回路と、
前記第1レグと前記第1トランス部との間に設けられた第1共振部、前記第2レグと前記第2トランス部との間に設けられた第2共振部、および前記第3レグと前記第3トランス部との間に設けられた第3共振部を含み、各共振部が共振コイルおよび共振コンデンサを含む1次側共振回路と、
複数の整流素子を含み、前記トランス回路の2次側に設けられた2次側整流回路と、
前記第1レグ、前記第2レグおよび前記第3レグ間に所定の位相差を設けて所定の駆動周波数で駆動させて電流共振を生じさせる制御部と、
を備える3相LLC方式のDC/DCコンバータであって、
前記トランス回路は、N個のトランス群を形成し、
前記N個のトランス群の各トランス群は、前記各トランス部の各1個のトランスを1組として形成されたものであり、1次側コイルが平衡結線接続され、かつ2次側コイルが平衡結線接続されたものであることを特徴とする。
In order to solve the above problem, a DC/DC converter according to a first aspect of the present invention comprises:
a transformer circuit including a first transformer unit, a second transformer unit, and a third transformer unit, each of which is configured with N transformers (N is an integer of 2 or more);
a primary-side switching circuit provided on a primary side of the transformer circuit, the primary-side switching circuit including a first leg, a second leg, and a third leg connected in parallel, each leg including a set of switching elements connected in series;
a primary-side resonant circuit including a first resonant unit provided between the first leg and the first transformer unit, a second resonant unit provided between the second leg and the second transformer unit, and a third resonant unit provided between the third leg and the third transformer unit, each resonant unit including a resonant coil and a resonant capacitor;
a secondary-side rectifier circuit including a plurality of rectifier elements and provided on the secondary side of the transformer circuit;
a control unit that provides a predetermined phase difference between the first leg, the second leg, and the third leg and drives the first leg at a predetermined drive frequency to generate current resonance;
A three-phase LLC DC/DC converter comprising:
The transformer circuit forms N transformer groups,
Each of the N transformer groups is formed as a group consisting of one transformer from each of the transformer sections, and is characterized in that the primary coils are connected in a balanced connection and the secondary coils are connected in a balanced connection.
前記DC/DCコンバータにおいて、
前記制御部は、記憶部を含み、
前記記憶部には、
前記位相差に関する第1位相差と、
前記位相差に関し、前記第1位相差とは異なる第2位相差と、
前記2次側整流回路から出力される出力電流および/または出力電力の出力値に関する第1閾値と、が記憶されており、
前記制御部は、
前記出力値と前記第1閾値とを比較し、前記出力値が前記第1閾値未満の場合は前記位相差を前記第1位相差に設定する一方、前記出力値が前記第1閾値以上の場合は前記位相差を前記第2位相差に設定するよう構成できる。
In the DC/DC converter,
the control unit includes a storage unit,
The storage unit includes:
a first phase difference related to the phase difference;
With respect to the phase difference, a second phase difference different from the first phase difference;
a first threshold value related to an output value of an output current and/or an output power output from the secondary-side rectifier circuit,
The control unit
The output value can be compared with the first threshold value, and if the output value is less than the first threshold value, the phase difference is set to the first phase difference, while if the output value is equal to or greater than the first threshold value, the phase difference is set to the second phase difference.
上記課題を解決するために、本発明の第2態様に係るDC/DCコンバータは、
第1トランス部、第2トランス部および第3トランス部を含み、各トランス部がN個のトランス(Nは2以上の整数)で構成されたトランス回路と、
並列接続された第1レグ、第2レグおよび第3レグを含み、各レグが直列接続された1組のスイッチング素子を含み、前記トランス回路の1次側に設けられた1次側スイッチング回路と、
並列接続された第4レグ、第5レグおよび第6レグを含み、各レグが直列接続された1組のスイッチング素子を含み、前記トランス回路の2次側に設けられた2次側スイッチング回路と、
前記第1トランス部を介して前記第1レグと前記第4レグとの間に設けられた第1共振部、前記第2トランス部を介して前記第2レグと前記第5レグとの間に設けられた第2共振部、および前記第3トランス部を介して前記第3レグと前記第6レグとの間に設けられた第3共振部を含み、各共振部が前記各トランス部の1次側および2次側の双方に設けられた共振コイルおよび共振コンデンサを含む共振回路と、
前記1次側スイッチング回路から前記2次側スイッチング回路への電力伝送を行わせる順方向制御と、前記2次側スイッチング回路から前記1次側スイッチング回路への電力伝送を行わせる逆方向制御とを行う制御部と、
を備える3相CLLC方式のDC/DCコンバータであって、
前記制御部は、
前記順方向制御において、前記第1レグ、前記第2レグおよび前記第3レグ間に所定の位相差を設けて所定の駆動周波数で駆動させて電流共振を生じさせ、
前記逆方向制御において、前記第4レグ、前記第5レグおよび前記第6レグ間に所定の位相差を設けて所定の駆動周波数で駆動させて電流共振を生じさせ、
前記トランス回路は、N個のトランス群を形成し、
前記N個のトランス群の各トランス群は、前記各トランス部の各1個のトランスを1組として形成されたものであり、1次側コイルが平衡結線接続され、かつ2次側コイルが平衡結線接続されたものであることを特徴とする。
In order to solve the above problem, a DC/DC converter according to a second aspect of the present invention comprises:
a transformer circuit including a first transformer unit, a second transformer unit, and a third transformer unit, each of which is configured with N transformers (N is an integer of 2 or more);
a primary-side switching circuit provided on a primary side of the transformer circuit, the primary-side switching circuit including a first leg, a second leg, and a third leg connected in parallel, each leg including a set of switching elements connected in series;
a secondary-side switching circuit provided on a secondary side of the transformer circuit, the secondary-side switching circuit including a fourth leg, a fifth leg, and a sixth leg connected in parallel, each leg including a set of switching elements connected in series;
a resonant circuit including a first resonant unit provided between the first leg and the fourth leg via the first transformer unit, a second resonant unit provided between the second leg and the fifth leg via the second transformer unit, and a third resonant unit provided between the third leg and the sixth leg via the third transformer unit, each resonant unit including a resonant coil and a resonant capacitor provided on both the primary side and the secondary side of each transformer unit;
a control unit that performs forward control to transfer power from the primary side switching circuit to the secondary side switching circuit and reverse control to transfer power from the secondary side switching circuit to the primary side switching circuit;
A three-phase CLLC DC/DC converter comprising:
The control unit
In the forward control, a predetermined phase difference is provided between the first leg, the second leg, and the third leg, and the first leg, the second leg, and the third leg are driven at a predetermined drive frequency to generate current resonance;
In the reverse control, a predetermined phase difference is provided between the fourth leg, the fifth leg, and the sixth leg, and the fourth leg, the fifth leg, and the sixth leg are driven at a predetermined drive frequency to generate current resonance;
The transformer circuit forms N transformer groups,
Each of the N transformer groups is formed as a group consisting of one transformer from each of the transformer sections, and is characterized in that the primary coils are connected in a balanced connection and the secondary coils are connected in a balanced connection.
前記DC/DCコンバータにおいて、
前記制御部は、記憶部を含み、
前記記憶部には、
前記順方向制御時の前記位相差に関する第1位相差と、
前記順方向制御時の前記位相差に関し、前記第1位相差とは異なる第2位相差と、
前記順方向制御時において、前記2次側スイッチング回路から出力される出力電流および/または出力電力の第1出力値に関する第1閾値と、
前記逆方向制御時の前記位相差に関する第3位相差と、
前記逆方向制御時の前記位相差に関し、前記第3位相差とは異なる第4位相差と、
前記逆方向制御時において、前記1次側スイッチング回路から出力される出力電流および/または出力電力の第2出力値に関する第2閾値と、が記憶されており、
前記制御部は、
前記順方向制御時において、前記第1出力値と前記第1閾値とを比較し、前記第1出力値が前記第1閾値未満の場合は前記位相差を前記第1位相差に設定する一方、前記第1出力値が前記第1閾値以上の場合は前記位相差を前記第2位相差に設定し、
前記逆方向制御時において、前記第2出力値と前記第2閾値とを比較し、前記第2出力値が前記第2閾値未満の場合は前記位相差を前記第3位相差に設定する一方、前記第2出力値が前記第2閾値以上の場合は前記位相差を前記第4位相差に設定するよう構成できる。
In the DC/DC converter,
the control unit includes a storage unit,
The storage unit includes:
a first phase difference related to the phase difference during the forward control;
With regard to the phase difference during the forward control, a second phase difference different from the first phase difference;
a first threshold value related to a first output value of an output current and/or an output power output from the secondary-side switching circuit during the forward control;
a third phase difference related to the phase difference during the reverse direction control;
With regard to the phase difference during the reverse direction control, a fourth phase difference different from the third phase difference;
a second threshold value related to a second output value of the output current and/or the output power output from the primary side switching circuit during the reverse direction control,
The control unit
During the forward direction control, the first output value is compared with the first threshold value, and if the first output value is less than the first threshold value, the phase difference is set to the first phase difference, whereas if the first output value is equal to or greater than the first threshold value, the phase difference is set to the second phase difference;
During the reverse direction control, the second output value is compared with the second threshold value, and if the second output value is less than the second threshold value, the phase difference is set to the third phase difference, while if the second output value is equal to or greater than the second threshold value, the phase difference is set to the fourth phase difference.
上記課題を解決するために、本発明に係る充電装置は、
前記いずれかのDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの前段に設けられたAC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの後段に設けられた出力フィルタと、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problem, a charging device according to the present invention includes:
any one of the DC/DC converters described above;
an AC/DC converter provided in a stage preceding the DC/DC converter;
and an output filter provided in a subsequent stage of the DC/DC converter.
本発明によれば、高出力化に対応可能で、かつ高コスト化や制御の複雑化を招くことなく出力波形のリップルを低減することが可能な3相LLC方式のDC/DCコンバータおよび充電装置を提供することができる。 This invention provides a three-phase LLC DC/DC converter and charging device that can handle high output and reduce output waveform ripple without increasing costs or complicating control.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る3相LLC方式(3相CLLC方式を含む。)のDC/DCコンバータおよび充電装置の実施形態について説明する。 Embodiments of a three-phase LLC (including three-phase CLLC) DC/DC converter and charging device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1実施形態]
図1(A)に、本発明の第1実施形態に係る充電装置1Aを示し、図1(B)に、本発明の第1実施形態に係る3相LLC方式のDC/DCコンバータ10Aを示す。
[First embodiment]
FIG. 1A shows a charging device 1A according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a three-phase LLC DC/DC converter 10A according to the first embodiment of the present invention.
充電装置1Aは、AC/DCコンバータ2、DC/DCコンバータ10Aおよび出力フィルタ3で構成される電源ユニットと、電源ユニットを制御する制御ユニット4とを備える。充電装置1Aは、例えば、電気自動車やプラグインハイブリッド車等の電動車の充電を行う急速充電器である。なお、図1(A)では、1つの電源ユニットのみを示しているが、充電装置1Aは、並列接続された複数の電源ユニットを備えていてもよい。 The charging device 1A includes a power supply unit consisting of an AC/DC converter 2, a DC/DC converter 10A, and an output filter 3, and a control unit 4 that controls the power supply unit. The charging device 1A is a rapid charger that charges electric vehicles, plug-in hybrid vehicles, and other electrically powered vehicles. Note that while FIG. 1(A) shows only one power supply unit, the charging device 1A may also include multiple power supply units connected in parallel.
AC/DCコンバータ2は、交流電源5から入力された交流電力の力率を改善しつつ、当該交流電力を直流電力に変換してDC/DCコンバータ10Aに出力する。DC/DCコンバータ10Aは、AC/DCコンバータ2から入力された直流電力を所望の直流電力に変換し、出力フィルタ3を介してバッテリー6に供給する。バッテリー6は、例えば、電動車の車載バッテリーである。なお、説明上AC/DCコンバータ2、DC/DCコンバータ10A、出力フィルタ3の3つの部分に分けて説明するが、3つの部分は機能上の分類であり、1体となった基板構成でもよい。 AC/DC converter 2 converts AC power input from AC power source 5 into DC power while improving the power factor of the AC power, and outputs the converted power to DC/DC converter 10A. DC/DC converter 10A converts the DC power input from AC/DC converter 2 into the desired DC power and supplies it to battery 6 via output filter 3. Battery 6 is, for example, an on-board battery for an electric vehicle. For the purpose of explanation, the system will be divided into three parts: AC/DC converter 2, DC/DC converter 10A, and output filter 3; however, these three parts are merely functional classifications, and the system may be configured as a single board.
出力フィルタ3は、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、チョークコイル等の部品で構成されるノイズフィルタである。出力フィルタ3は、DC/DCコンバータ10Aの出力波形のリップルを低減するためのものであるが、DC/DCコンバータ10Aにおいてリップルを低減することができれば、出力フィルタ3の上記部品の小型・軽量・低コスト化が可能となる。 The output filter 3 is a noise filter composed of components such as electrolytic capacitors, film capacitors, and choke coils. The output filter 3 is designed to reduce ripple in the output waveform of the DC/DC converter 10A. If ripple can be reduced in the DC/DC converter 10A, the above components of the output filter 3 can be made smaller, lighter, and less expensive.
図1(B)に示すように、DC/DCコンバータ10Aは、端子T1~T4と、1次側スイッチング回路11と、2次側整流回路12と、トランス回路13と、1次側共振回路14と、制御部15と、を備える3相LLC方式のDC/DCコンバータである。 As shown in Figure 1(B), the DC/DC converter 10A is a three-phase LLC DC/DC converter that includes terminals T1 to T4, a primary-side switching circuit 11, a secondary-side rectifier circuit 12, a transformer circuit 13, a primary-side resonant circuit 14, and a control unit 15.
端子T1、T2は、AC/DCコンバータ2の直流端に接続され、端子T3、T4は、出力フィルタ3を介してバッテリー6に接続される。端子T1、T2には、直流の入力電圧V1が印加され、端子T3、T4からは、直流の出力電圧V2(または出力電圧V2に対応する直流電流)が出力される。 Terminals T1 and T2 are connected to the DC end of the AC/DC converter 2, and terminals T3 and T4 are connected to the battery 6 via the output filter 3. A DC input voltage V1 is applied to terminals T1 and T2, and a DC output voltage V2 (or a DC current corresponding to the output voltage V2) is output from terminals T3 and T4.
1次側スイッチング回路11は、並列接続された第1レグ、第2レグおよび第3レグを含む。第1レグは直列接続された1組のスイッチング素子Q1、Q2を含み、第2レグは直列接続された1組のスイッチング素子Q3、Q4を含み、第3レグは直列接続された1組のスイッチング素子Q5、Q6を含む。ここで、各組を構成するスイッチング素子Q1~Q6は1個のスイッチング素子でもよいが、電流分散のため2個以上の並列接続されたスイッチング素子で構成するのが好ましい。例えば、図1(C)に示すように、スイッチング素子Q1を2個の並列接続されたスイッチング素子Q11とQ12で構成し、スイッチング素子Q2を2個の並列接続されたスイッチング素子Q21とQ22で構成してもよい。スイッチング素子Q3~Q6についても同様である。 The primary-side switching circuit 11 includes a first leg, a second leg, and a third leg connected in parallel. The first leg includes a pair of switching elements Q1 and Q2 connected in series, the second leg includes a pair of switching elements Q3 and Q4 connected in series, and the third leg includes a pair of switching elements Q5 and Q6 connected in series. Each pair of switching elements Q1 to Q6 may consist of a single switching element, but it is preferable to configure each pair of switching elements Q1 to Q6 with two or more switching elements connected in parallel for current distribution. For example, as shown in Figure 1(C), switching element Q1 may consist of two switching elements Q11 and Q12 connected in parallel, and switching element Q2 may consist of two switching elements Q21 and Q22 connected in parallel. The same applies to switching elements Q3 to Q6.
スイッチング素子Q1~Q6の各電流路にはダイオードが逆方向に並列接続されている。また、スイッチング素子Q1~Q6として、例えば、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を使用したMOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)などのパワー半導体を用いることができる。なお、スイッチング素子Q1~Q6の逆並列ダイオードはスイッチング素子の内蔵ダイオードでも個別ダイオードでもよい。また、各スイッチング素子Q1~Q6に並列に部分共振コンデンサを設けてもよく、各スイッチング素子Q1~Q6の寄生容量を利用してもよい。 A diode is connected in parallel in the reverse direction to each current path of switching elements Q1 to Q6. Furthermore, power semiconductors such as IGBTs (insulated gate bipolar transistors) and MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors) using SiC (silicon carbide) or GaN (gallium nitride) can be used as switching elements Q1 to Q6. The anti-parallel diodes of switching elements Q1 to Q6 can be built-in diodes of the switching elements or individual diodes. Furthermore, partial resonant capacitors can be connected in parallel to each switching element Q1 to Q6, or the parasitic capacitance of each switching element Q1 to Q6 can be utilized.
2次側整流回路12は、並列接続された第4レグ、第5レグおよび第6レグと、平滑コンデンサCoとを含む。第4レグは直列接続された2個の整流ダイオードD1、D2を含み、第5レグは直列接続された2個の整流ダイオードD3、D4を含み、第6レグは直列接続された2個の整流ダイオードD5、D6を含む。整流ダイオードD1~D6は、本発明の整流素子に相当する。平滑コンデンサCoは、出力リップル除去用のコンデンサであり、端子T3、T4間に接続される。なお、各整流ダイオードは電流分散のため複数のダイオードで構成してもよい。たとえば、整流ダイオードD1を2個の並列接続したダイオードで構成し、整流ダイオードD2を2個の並列接続したダイオードで構成してもよい。他の整流ダイオードD3~D6についても同様である。 The secondary-side rectifier circuit 12 includes a fourth leg, a fifth leg, and a sixth leg connected in parallel, and a smoothing capacitor Co. The fourth leg includes two rectifier diodes D1 and D2 connected in series, the fifth leg includes two rectifier diodes D3 and D4 connected in series, and the sixth leg includes two rectifier diodes D5 and D6 connected in series. The rectifier diodes D1 to D6 correspond to the rectifier elements of the present invention. The smoothing capacitor Co is a capacitor for removing output ripple and is connected between terminals T3 and T4. Note that each rectifier diode may be configured with multiple diodes for current distribution. For example, the rectifier diode D1 may be configured with two diodes connected in parallel, and the rectifier diode D2 may be configured with two diodes connected in parallel. The same applies to the other rectifier diodes D3 to D6.
2次側整流回路12は、整流回路であればよく、整流ダイオードD1~D6で構成された3相フルブリッジ整流回路の代わりに、複数のスイッチング素子で構成された同期整流回路を用いることができる。同期整流回路は、複数のスイッチング素子を3相フルブリッジ接続したものであり、各スイッチング素子は、例えば、同期整流制御によりオン/オフされる。この場合、各スイッチング素子が本発明の整流素子に相当する。 The secondary-side rectifier circuit 12 may be any rectifier circuit, and instead of a three-phase full-bridge rectifier circuit made up of rectifier diodes D1 to D6, a synchronous rectifier circuit made up of multiple switching elements may be used. A synchronous rectifier circuit has multiple switching elements connected in a three-phase full-bridge configuration, and each switching element is turned on/off, for example, by synchronous rectification control. In this case, each switching element corresponds to a rectifier element in the present invention.
トランス回路13は、高周波絶縁トランス(以下、トランス)T11~T32を含む。トランス回路13では、トランスT11とトランスT12とが並列接続されて第1トランス部を構成し、トランスT21とトランスT22とが並列接続されて第2トランス部を構成し、トランスT31とトランスT32とが並列接続されて第3トランス部を構成する。上記のとおり、各トランス部は、2個のトランスを並列接続した2並列のトランスで構成されているが、3個以上のトランスを並列接続した3並列以上のトランスで構成されていてもよい。 Transformer circuit 13 includes high-frequency isolation transformers (hereinafter referred to as transformers) T11 to T32. In transformer circuit 13, transformers T11 and T12 are connected in parallel to form a first transformer section, transformers T21 and T22 are connected in parallel to form a second transformer section, and transformers T31 and T32 are connected in parallel to form a third transformer section. As described above, each transformer section is composed of two parallel transformers, with two transformers connected in parallel, but it may also be composed of three or more parallel transformers, with three or more transformers connected in parallel.
トランスT11の1次側コイルの一端は、トランスT12の1次側コイルの一端に接続されるとともに、1次側共振回路14の第1共振部(共振コイルL1および共振コンデンサC1)を介してスイッチング素子Q1、Q2の接続点X1に接続される。トランスT21の1次側コイルの一端は、トランスT22の1次側コイルの一端に接続されるとともに、1次側共振回路14の第2共振部(共振コイルL2および共振コンデンサC2)を介してスイッチング素子Q3、Q4の接続点X2に接続される。トランスT31の1次側コイルの一端は、トランスT32の1次側コイルの一端に接続されるとともに、1次側共振回路14の第3共振部(共振コイルL3および共振コンデンサC3)を介してスイッチング素子Q5、Q6の接続点X3に接続される。 One end of the primary coil of transformer T11 is connected to one end of the primary coil of transformer T12 and is connected to the connection point X1 of switching elements Q1 and Q2 via the first resonant section (resonant coil L1 and resonant capacitor C1) of the primary resonant circuit 14. One end of the primary coil of transformer T21 is connected to one end of the primary coil of transformer T22 and is connected to the connection point X2 of switching elements Q3 and Q4 via the second resonant section (resonant coil L2 and resonant capacitor C2) of the primary resonant circuit 14. One end of the primary coil of transformer T31 is connected to one end of the primary coil of transformer T32 and is connected to the connection point X3 of switching elements Q5 and Q6 via the third resonant section (resonant coil L3 and resonant capacitor C3) of the primary resonant circuit 14.
トランスT11、トランスT21およびトランスT31の1次側コイルはY結線(スター結線)接続(平衡結線接続)され、1次側コイルの他端がP1点で中性点接続される。同様に、トランスT12、トランスT22およびトランスT32の1次側コイルはY結線接続(平衡結線接続)され、1次側コイルの他端がP2点で中性点接続される。 The primary coils of transformers T11, T21, and T31 are connected in a Y-connection (star connection) (balanced connection), with the other ends of the primary coils connected to the neutral point at point P1. Similarly, the primary coils of transformers T12, T22, and T32 are connected in a Y-connection (balanced connection), with the other ends of the primary coils connected to the neutral point at point P2.
トランスT11の2次側コイルの一端は、トランスT12の2次側コイルの一端に接続されるとともに、整流ダイオードD1、D2の接続点X4に接続される。トランスT21の2次側コイルの一端は、トランスT22の2次側コイルの一端に接続されるとともに、整流ダイオードD3、D4の接続点X5に接続される。トランスT31の2次側コイルの一端は、トランスT32の2次側コイルの一端に接続されるとともに、整流ダイオードD5、D6の接続点X6に接続される。 One end of the secondary coil of transformer T11 is connected to one end of the secondary coil of transformer T12 and to connection point X4 of rectifier diodes D1 and D2. One end of the secondary coil of transformer T21 is connected to one end of the secondary coil of transformer T22 and to connection point X5 of rectifier diodes D3 and D4. One end of the secondary coil of transformer T31 is connected to one end of the secondary coil of transformer T32 and to connection point X6 of rectifier diodes D5 and D6.
トランスT11、トランスT21およびトランスT31の2次側コイルはY結線接続(平衡結線接続)され、2次側コイルの他端がS1点で中性点接続される。同様に、トランスT12、トランスT22およびトランスT32の2次側コイルはY結線接続(平衡結線接続)され、2次側コイルの他端がS2点で中性点接続される。 The secondary coils of transformers T11, T21, and T31 are connected in a Y-connection (balanced connection), with the other ends of the secondary coils connected to the neutral point at point S1. Similarly, the secondary coils of transformers T12, T22, and T32 are connected in a Y-connection (balanced connection), with the other ends of the secondary coils connected to the neutral point at point S2.
すなわち、トランス回路13では、トランスT11、トランスT21およびトランスT31を1組として第1トランス群が形成され、トランスT12、トランスT22およびトランスT32を別の1組として第2トランス群が形成される。 That is, in the transformer circuit 13, a first transformer group is formed by a group consisting of transformers T11, T21, and T31, and a second transformer group is formed by a separate group consisting of transformers T12, T22, and T32.
本実施形態では、1次側コイルおよび2次側コイルをY結線接続しているが、平衡結線接続であれば、1次側コイルをΔ結線(デルタ結線)接続またはΔ-Cr結線接続してもよく、2次側コイルをΔ結線接続してもよい。Δ-Cr結線とは、例えば、トランスT11、トランスT21およびトランスT31の1次側コイルの他端同士を接続するとともに、共振コンデンサC1をトランスT11の1次側コイルの他端とトランスT21の1次側コイルの他端との間に介装し、共振コンデンサC2をトランスT21の1次側コイルの他端とトランスT31の1次側コイルの他端との間に介装し、共振コンデンサC3をトランスT31の1次側コイルの他端とトランスT11の1次側コイルの他端との間に介装した構成の結線である。トランスT12、トランスT22およびトランスT32の1次側コイルも、同様の構成の結線になる。 In this embodiment, the primary and secondary coils are connected in a Y-connection. However, as long as the primary coils are connected in a balanced manner, they may be connected in a Δ-connection (delta connection) or a Δ-Cr connection, and the secondary coils may be connected in a Δ-connection. A Δ-Cr connection is, for example, a connection in which the other ends of the primary coils of transformers T11, T21, and T31 are connected together, a resonant capacitor C1 is interposed between the other end of the primary coil of transformer T11 and the other end of the primary coil of transformer T21, a resonant capacitor C2 is interposed between the other end of the primary coil of transformer T21 and the other end of the primary coil of transformer T31, and a resonant capacitor C3 is interposed between the other end of the primary coil of transformer T31 and the other end of the primary coil of transformer T11. The primary coils of transformers T12, T22, and T32 are connected in a similar manner.
1次側共振回路14は、第1共振部、第2共振部および第3共振部を含み、トランス回路13とともに3相のLLC共振回路を構成する。具体的には、共振コイルL1、トランスT11、T12の励磁コイルおよび1次側コイル、共振コンデンサC1は、第1のLLC共振回路を構成する。共振コイルL2、トランスT21、T22の励磁コイルおよび1次側コイル、共振コンデンサC2は、第2のLLC共振回路を構成する。共振コイルL3、トランスT31、T32の励磁コイルおよび1次側コイル、共振コンデンサC3は、第3のLLC共振回路を構成する。 The primary resonant circuit 14 includes a first resonant part, a second resonant part, and a third resonant part, and together with the transformer circuit 13, forms a three-phase LLC resonant circuit. Specifically, the resonant coil L1, the excitation coils and primary coils of transformers T11 and T12, and the resonant capacitor C1 form the first LLC resonant circuit. The resonant coil L2, the excitation coils and primary coils of transformers T21 and T22, and the resonant capacitor C2 form the second LLC resonant circuit. The resonant coil L3, the excitation coils and primary coils of transformers T31 and T32, and the resonant capacitor C3 form the third LLC resonant circuit.
なお、トランスT11~T32の励磁コイルはトランスT11~T32に含め、図示は省略している。また、共振コイルL1~L3はトランスT11~T32とは別部品としているが、トランスT11~T32の漏れ磁束だけで構成してもよいし、トランスT11~T32の漏れ磁束と個別のコイルとで構成してもよい。 Note that the excitation coils of transformers T11 to T32 are included in the transformers T11 to T32 and are not shown in the illustration. Also, while resonance coils L1 to L3 are separate components from the transformers T11 to T32, they may be composed of only the leakage magnetic flux of the transformers T11 to T32, or they may be composed of the leakage magnetic flux of the transformers T11 to T32 and individual coils.
制御部15は、スイッチング素子Q1~Q6をオン/オフさせるためのスイッチング素子Q1~Q6の各駆動回路と、各駆動回路に制御信号を送るための制御回路(検出回路を含む)と、後述する共振部品の特性を記憶した記憶部とを含む。制御部15は、アナログ回路で構成されてもよいし、ロジック回路の組み合わせ、マイクロコントローラやDSP等のデジタル回路で構成されてもよいし、アナログ回路とデジタル回路とを組み合わせた回路で構成されてもよい。記憶部は、アナログ回路の場合は、閾値を構成する規定電圧、電流回路でよく、デジタル回路の場合は、上記処理部内のメモリ等で構成されていてもよいし、上記処理部とは別に設けられた不揮発性メモリ等で構成されていてもよい。 The control unit 15 includes drive circuits for the switching elements Q1 to Q6 to turn them on and off, a control circuit (including a detection circuit) to send control signals to each drive circuit, and a memory unit that stores the characteristics of the resonant components described below. The control unit 15 may be composed of an analog circuit, a combination of logic circuits, a digital circuit such as a microcontroller or DSP, or a circuit that combines analog and digital circuits. In the case of an analog circuit, the memory unit may be a specified voltage or current circuit that forms a threshold value. In the case of a digital circuit, the memory unit may be composed of a memory within the processing unit, or a non-volatile memory provided separately from the processing unit.
制御部15は、例えば、図示しない検出器で出力電圧V2および端子T3、T4から出力される出力電流を周期的に(または常時)検出しつつ、出力電流の電流値(以下、出力電流値)が所定の目標電流値と一致するように、スイッチング素子Q1~Q6の駆動周波数を変化させる。 The control unit 15 periodically (or constantly) detects the output voltage V2 and the output current output from terminals T3 and T4 using, for example, a detector not shown, and changes the drive frequency of the switching elements Q1 to Q6 so that the current value of the output current (hereinafter referred to as the output current value) matches a predetermined target current value.
具体的には、制御部15は、第1レグを構成するスイッチング素子Q1、Q2を所定のデッドタイムを設けて180°の位相差で交互にオンオフさせ、第2レグを構成するスイッチング素子Q3、Q4を所定のデッドタイムを設けて180°の位相差で交互にオンオフさせ、第3レグを構成するスイッチング素子Q5、Q6を所定のデッドタイムを設けて180°の位相差で交互にオンオフさせる。スイッチング素子Q1、Q3、Q5のオンデューティは、例えば、50%に設定される。 Specifically, the control unit 15 alternately turns on and off the switching elements Q1 and Q2 that make up the first leg with a 180° phase difference, providing a predetermined dead time; alternately turns on and off the switching elements Q3 and Q4 that make up the second leg with a 180° phase difference, providing a predetermined dead time; and alternately turns on and off the switching elements Q5 and Q6 that make up the third leg with a 180° phase difference, providing a predetermined dead time. The on-duty of the switching elements Q1, Q3, and Q5 is set to, for example, 50%.
また、制御部15は、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間に一定の位相差を設けて、スイッチング素子Q1~Q6を駆動させる(インターリーブ駆動)。例えば、制御部15は、第1レグと第2レグ間の位相差を120°とし、第2レグと第3レグ間の位相差を120°とし、第3レグと第1レグ間の位相差を120°とする。この場合、スイッチング素子Q1、Q3、Q5間のオンタイミングの位相差がそれぞれ120°となり、オフタイミングの位相差もそれぞれ120°となる。同様に、スイッチング素子Q2、Q4、Q6間のオンタイミングの位相差がそれぞれ120°となり、オフタイミングの位相差もそれぞれ120°となる。 The control unit 15 also drives the switching elements Q1 to Q6 by providing a constant phase difference between the first, second, and third legs (interleaved drive). For example, the control unit 15 sets the phase difference between the first and second legs to 120°, the phase difference between the second and third legs to 120°, and the phase difference between the third and first legs to 120°. In this case, the phase difference between the on-timings of the switching elements Q1, Q3, and Q5 is 120°, and the phase difference between the off-timings is also 120°. Similarly, the phase difference between the on-timings of the switching elements Q2, Q4, and Q6 is 120°, and the phase difference between the off-timings is also 120°.
さらに、制御部15は、スイッチング素子Q1~Q6の各駆動周波数を同一の駆動周波数とし、同一の駆動周波数を同時に同程度変化させることで、出力電流値を所定の目標電流値と一致させる(周波数変調制御)。例えば、DC/DCコンバータ10Aの電流ゲイン(=出力電流/端子T1、T2に入力される入力電流)を1より低下させる場合は、共振コイルL1~L3と共振コンデンサC1~C3で決まる第1共振周波数より高い駆動周波数で、スイッチング素子Q1~Q6を駆動させる。一方、電流ゲインを1より増加させる場合は、第1共振周波数より低く、共振コイルL1~L3、トランスT11~T32の励磁コイルおよび共振コンデンサC1~C3で決まる第2共振周波数より高い駆動周波数で、スイッチング素子Q1~Q6を駆動させる。 Furthermore, the control unit 15 sets the drive frequencies of the switching elements Q1 to Q6 to the same drive frequency and simultaneously changes the same drive frequencies to the same extent to match the output current value with a predetermined target current value (frequency modulation control). For example, if the current gain of the DC/DC converter 10A (= output current / input current input to terminals T1 and T2) is to be reduced below 1, the control unit 15 drives the switching elements Q1 to Q6 at a drive frequency higher than a first resonant frequency determined by the resonant coils L1 to L3 and the resonant capacitors C1 to C3. On the other hand, if the current gain is to be increased above 1, the control unit 15 drives the switching elements Q1 to Q6 at a drive frequency lower than the first resonant frequency and higher than a second resonant frequency determined by the resonant coils L1 to L3, the excitation coils of the transformers T11 to T32, and the resonant capacitors C1 to C3.
上記の制御により、第1のLLC共振回路の電流共振により生じた第1共振電流がトランスT11、T12を介して2次側整流回路12に流れ、第2のLLC共振回路の電流共振により生じた第2共振電流がトランスT21、T22を介して2次側整流回路12に流れ、第3のLLC共振回路の電流共振により生じた第3共振電流がトランスT31、T32を介して2次側整流回路12に流れる。2次側整流回路12の出力は、第1共振電流、第2共振電流および第3共振電流の3相の電流が合成された出力となる。 By the above control, the first resonant current generated by the current resonance of the first LLC resonant circuit flows to the secondary side rectifier circuit 12 via transformers T11 and T12, the second resonant current generated by the current resonance of the second LLC resonant circuit flows to the secondary side rectifier circuit 12 via transformers T21 and T22, and the third resonant current generated by the current resonance of the third LLC resonant circuit flows to the secondary side rectifier circuit 12 via transformers T31 and T32. The output of the secondary side rectifier circuit 12 is a composite output of three-phase currents: the first resonant current, the second resonant current, and the third resonant current.
DC/DCコンバータ10Aは、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間に一定の位相差を設けて駆動する3相LLC方式であるため、単相フルブリッジ方式に比べて出力波形のリップルを低減することができる。さらに、DC/DCコンバータ10Aでは、トランスT11、トランスT21およびトランスT31を1組として第1トランス群が形成され、トランスT12、トランスT22およびトランスT32を別の1組として第2トランス群が形成され、各トランス群の1次側コイルの他端および2次側コイルの他端がそれぞれY結線接続により中性点接続(平衡結線接続)される。 The DC/DC converter 10A is a three-phase LLC system that operates with a fixed phase difference between the first, second, and third legs, which allows for reduced ripple in the output waveform compared to a single-phase full-bridge system. Furthermore, in the DC/DC converter 10A, transformers T11, T21, and T31 form a first transformer group, and transformers T12, T22, and T32 form another group to form a second transformer group, with the other ends of the primary and secondary coils of each transformer group connected to the neutral point via a Y-connection (balanced connection).
このため、DC/DCコンバータ10Aでは、共振コイルL1~L3、共振コンデンサC1~C3、トランスT11~T32の1次側コイルおよび2次側コイル等の共振に寄与する部品(以下、共振部品)の特性にばらつきがあっても、第1共振電流、第2共振電流および第3共振電流の不平衡状態を緩和し、DC/DCコンバータ10Aの出力波形のリップルを低減することができる。 As a result, even if there is variation in the characteristics of components that contribute to resonance (hereinafter referred to as resonant components), such as the resonant coils L1 to L3, resonant capacitors C1 to C3, and the primary and secondary coils of the transformers T11 to T32, the DC/DC converter 10A can mitigate imbalances in the first resonant current, second resonant current, and third resonant current, thereby reducing ripple in the output waveform of the DC/DC converter 10A.
表1に、DC/DCコンバータ10Aにおいて、共振コイルL1~L3、トランスT11~T32の励磁コイル、1次側コイルおよび2次側コイルの特性にばらつきがない場合の数値の例を示し、表2に、上記特性にばらつきがある場合の数値の例を示す。 Table 1 shows example values for the DC/DC converter 10A when there is no variation in the characteristics of the resonant coils L1 to L3, the excitation coils of the transformers T11 to T32, the primary coils, and the secondary coils. Table 2 shows example values when there is variation in the above characteristics.
表1および表2において、第1のLLC共振回路のL、Lm1、Lm2、Lp1、Lp2、Ls1、Ls2は、それぞれ共振コイルL1、トランスT11の励磁コイル、トランスT12の励磁コイル、トランスT11の1次側コイル、トランスT12の1次側コイル、トランスT11の2次側コイル、トランスT12の2次側コイルの各インダクタンスである。第2のLLC共振回路のL、Lm1、Lm2、Lp1、Lp2、Ls1、Ls2は、それぞれ共振コイルL2、トランスT21の励磁コイル、トランスT22の励磁コイル、トランスT21の1次側コイル、トランスT22の1次側コイル、トランスT21の2次側コイル、トランスT22の2次側コイルの各インダクタンスである。同様に、第3のLLC共振回路のL、Lm1、Lm2、Lp1、Lp2、Ls1、Ls2は、それぞれ共振コイルL3、トランスT31の励磁コイル、トランスT32の励磁コイル、トランスT31の1次側コイル、トランスT32の1次側コイル、トランスT31の2次側コイル、トランスT32の2次側コイルの各インダクタンスである。共振コンデンサC1~C3のキャパシタンス(静電容量)は、いずれも264[nF]としている。 In Tables 1 and 2, L, Lm1, Lm2, Lp1, Lp2, Ls1, and Ls2 of the first LLC resonant circuit are the inductances of the resonant coil L1, the excitation coil of transformer T11, the excitation coil of transformer T12, the primary coil of transformer T11, the primary coil of transformer T12, the secondary coil of transformer T11, and the secondary coil of transformer T12, respectively. In the second LLC resonant circuit, L, Lm1, Lm2, Lp1, Lp2, Ls1, and Ls2 are the inductances of the resonant coil L2, the excitation coil of transformer T21, the excitation coil of transformer T22, the primary coil of transformer T21, the primary coil of transformer T22, the secondary coil of transformer T21, and the secondary coil of transformer T22, respectively. Similarly, L, Lm1, Lm2, Lp1, Lp2, Ls1, and Ls2 of the third LLC resonant circuit are the inductances of the resonant coil L3, the excitation coil of transformer T31, the excitation coil of transformer T32, the primary coil of transformer T31, the primary coil of transformer T32, the secondary coil of transformer T31, and the secondary coil of transformer T32, respectively. The capacitance (electrostatic capacity) of each of the resonant capacitors C1 to C3 is 264 nF.
なお、表2では、共振部品の特性ばらつきを一般的な製造管理ばらつきを考慮して設定した例である。具体的には、共振コイルL1~L3およびトランスT11~T32の1次側コイルおよび2次側コイルの特性(インダクタンス)のばらつきを7%程度に設定し、トランスT11~T32の励磁コイルの特性のばらつきを20%程度に設定している。共振コンデンサC1~C3の特性(キャパシタンス)については、一般に5%程度のばらつきがあるが、ここでは考慮せず、ばらつきがないものとする。 Note that Table 2 shows an example where the characteristic variations of the resonant components have been set taking into account typical manufacturing control variations. Specifically, the characteristic (inductance) variations of the resonant coils L1 to L3 and the primary and secondary coils of the transformers T11 to T32 are set to approximately 7%, and the characteristic variation of the excitation coils of the transformers T11 to T32 is set to approximately 20%. The characteristic (capacitance) of the resonant capacitors C1 to C3 generally varies by approximately 5%, but this is not taken into account here and is assumed to be zero.
表3に、表2の特性のばらつきがある場合であって、トランスT11~T32の構成(1次側コイルおよび2次側コイルの接続態様)を変えた場合における、第1共振電流、第2共振電流、第3共振電流およびその平均値のシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、スイッチング素子Q1~Q6の駆動周波数を、共振コイルL1~L3、トランスT11~T32の励磁コイルおよび1次側コイル、共振コンデンサC1~C3で決まる第2共振周波数より高い周波数付近の値に設定している。 Table 3 shows simulation results for the first resonant current, second resonant current, and third resonant current, as well as their average values, when the configuration of transformers T11 to T32 (connection of the primary and secondary coils) is changed when there is variation in the characteristics shown in Table 2. In the simulation, the drive frequency of switching elements Q1 to Q6 is set to a value near a frequency higher than the second resonant frequency determined by resonant coils L1 to L3, the excitation coils and primary coils of transformers T11 to T32, and resonant capacitors C1 to C3.
表3において、Aは、本実施形態のトランス回路13の構成である。Bは、1次側コイルが図11に示すように6個まとめてY結線接続され、2次側コイルがトランス回路13のように3個ずつを1組としてY結線接続された構成である。Cは、1次側コイルのみがトランス回路13のように3個ずつを1組としてY結線接続され、2次側コイルは6個まとめてY結線接続された構成である。Dは、1次側コイルおよび2次側コイルの双方が6個まとめてY結線接続された図11の従来のトランス回路の構成である。 In Table 3, A is the configuration of the transformer circuit 13 of this embodiment. B is a configuration in which six primary coils are connected together in a Y-connection as shown in Figure 11, and the secondary coils are connected in a Y-connection in groups of three, as in transformer circuit 13. C is a configuration in which only the primary coils are connected in a Y-connection in groups of three, as in transformer circuit 13, and the secondary coils are connected in a Y-connection in groups of six. D is the configuration of the conventional transformer circuit of Figure 11, in which both the primary coils and secondary coils are connected in a Y-connection in groups of six.
表3において、第1共振電流、第2共振電流および第3共振電流の割合は、2次側整流回路12で整流された後(平滑コンデンサCoを通過する前)の電流の最大値に対する最小値の割合である。例えば、第1共振電流の割合=(第1共振電流の最小値/第1共振電流の最大値)×100[%]である。平均値は、第1共振電流の割合、第2共振電流の割合および第3共振電流の割合の平均値である。 In Table 3, the ratios of the first resonant current, second resonant current, and third resonant current are the ratios of the minimum value to the maximum value of the current after rectification by the secondary side rectifier circuit 12 (before passing through the smoothing capacitor Co). For example, the ratio of the first resonant current = (minimum value of the first resonant current / maximum value of the first resonant current) x 100 [%]. The average value is the average of the ratios of the first resonant current, the second resonant current, and the third resonant current.
表3の結果から、Dの従来の構成(図11)が出力電流の最小値と最大値の差が最も大きくなり、Cの構成、Bの構成の順に、出力電流の最小値と最大値の差が徐々に小さくなり、本実施形態のトランス回路13の構成であるAの構成が、出力電流の最小値と最大値の差が最も小さくなることが分かる。すなわち、本実施形態のDC/DCコンバータ10Aは、トランス回路13の構成により、各相の電流不平衡を緩和する特別な制御をすることなく第1共振電流、第2共振電流および第3共振電流の不平衡状態を緩和し、出力波形のリップルを低減できることが分かる。 The results in Table 3 show that the conventional configuration D (Figure 11) has the largest difference between the minimum and maximum values of the output current, and that the difference between the minimum and maximum values of the output current gradually decreases in the order of configuration C and configuration B, and that configuration A, which is the configuration of the transformer circuit 13 of this embodiment, has the smallest difference between the minimum and maximum values of the output current. In other words, it can be seen that the DC/DC converter 10A of this embodiment, thanks to the configuration of the transformer circuit 13, can alleviate the imbalance state of the first resonant current, second resonant current, and third resonant current without special control to alleviate the current imbalance of each phase, and reduce ripple in the output waveform.
ところで、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡の影響は、出力電流または出力電力の状況によって変わり、出力電流または出力電力が最大となる時に、一番問題となることが知られている。例えば、1次側共振回路14やトランス回路13に大きな共振電流が流れている状態で、特定の相の共振電流が想定以上に大きくなると、共振コイルL1~L3やトランスT11~T32で異常発熱が発生し、インダクタンス等の特性が急激に変化する。その結果、共振電流がさらに大きくなり、最悪の場合、DC/DCコンバータ10Aを構成する部品が損傷するおそれがある。 The impact of imbalance in resonant current due to variations in the characteristics of resonant components varies depending on the output current or output power, and is known to be most problematic when the output current or output power is at its maximum. For example, if a large resonant current flows through the primary-side resonant circuit 14 or transformer circuit 13 and the resonant current of a specific phase becomes larger than expected, abnormal heat generation occurs in the resonant coils L1 to L3 and transformers T11 to T32, causing sudden changes in characteristics such as inductance. As a result, the resonant current increases even further, and in the worst case scenario, the components that make up the DC/DC converter 10A may be damaged.
上記問題の対策について、図2を用いて説明する。図2は、共振部品の特性にばらつきがある場合の、入力電圧ベクトルおよび出力電流ベクトルを示す図である。 We will explain how to address the above problem using Figure 2. Figure 2 shows the input voltage vector and output current vector when there is variation in the characteristics of the resonant components.
図2(A)に、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間に120°の位相差を設けて駆動した場合の接続点X1、X2、X3における入力電圧ベクトルv1、v2、v3を示す。入力電圧ベクトルv1、v2、v3は大きさが等しく、入力電圧ベクトルv1と入力電圧ベクトルv2の位相差θ11、入力電圧ベクトルv2と入力電圧ベクトルv3の位相差θ21、および入力電圧ベクトルv3と入力電圧ベクトルv1の位相差θ31は、いずれも120°である。 Figure 2(A) shows the input voltage vectors v1, v2, and v3 at connection points X1, X2, and X3 when driven with a phase difference of 120° between the first, second, and third legs. The input voltage vectors v1, v2, and v3 are equal in magnitude, and the phase difference θ11 between input voltage vector v1 and input voltage vector v2, the phase difference θ21 between input voltage vector v2 and input voltage vector v3, and the phase difference θ31 between input voltage vector v3 and input voltage vector v1 are all 120°.
図2(B)に、図2(A)の場合に2次側整流回路12で整流された後(平滑コンデンサCoを通過する前)の各共振電流に対応する出力電流ベクトルi1、i2、i3を示す。共振部品の特性にばらつきがあるため、出力電流ベクトルi1、i3が大きくなる一方、出力電流ベクトルi2が小さくなり、出力電流ベクトルi1、i2、i3は不平衡状態になっている。出力電流ベクトルi1、i2、i3間の位相差φ11、φ21、φ31は、120°からずれている。 Figure 2(B) shows the output current vectors i1, i2, and i3 corresponding to each resonant current after being rectified by the secondary-side rectifier circuit 12 (before passing through the smoothing capacitor Co) in the case of Figure 2(A). Due to variations in the characteristics of the resonant components, the output current vectors i1 and i3 increase while the output current vector i2 decreases, resulting in an unbalanced state between the output current vectors i1, i2, and i3. The phase differences φ11, φ21, and φ31 between the output current vectors i1, i2, and i3 are offset from 120°.
ここで、共振部品の特性は、部品単位で容易に測定することができる。コイルやトランスの特性は検査等で予め判明している場合も多い。また、コンデンサの特性は、コイルやトランスの特性に比べてばらつきが小さく、製造ロットによってばらつきの偏りに一定の傾向があるため、容易に測定することができる。一方、既に知られているように、3相LLC方式の出力電流に不平衡がある場合、各相の位相を120°からずらすことで、出力電流を平衡化できることが知られている(非特許文献1)。このため、シミュレーションまたは実回路(実際のDC/DCコンバータ)を用いて、出力電流または出力電力が最大となる状態で、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差を120°から徐々に変化させることにより、出力電流ベクトルi1、i2、i3が平衡状態になる時の位相差を求めることができる。 The characteristics of resonant components can be easily measured on a component-by-component basis. The characteristics of coils and transformers are often known in advance through testing. Furthermore, capacitor characteristics vary less than those of coils and transformers, and there is a consistent tendency for variation across production lots, making them easy to measure. Meanwhile, it is known that if there is an imbalance in the output current of a three-phase LLC system, the output current can be balanced by shifting the phase of each phase from 120° (Non-Patent Document 1). Therefore, using simulation or a real circuit (an actual DC/DC converter), the phase difference between the first, second, and third legs can be gradually changed from 120° while the output current or output power is at its maximum, and the phase difference at which the output current vectors i1, i2, and i3 are balanced can be determined.
図2(C)に、出力電流ベクトルi1、i2、i3が平衡状態になる接続点X1、X2、X3における入力電圧ベクトルv1、v2、v3を示す。図2(C)では、位相差θ12を120°よりαだけ広げる一方、位相差θ32を120°よりβだけ狭くしている。位相差θ22は、θ22=120°-α+βとなる。α、βは、0°よりも大きく、120°よりも小さい角度である。 Figure 2(C) shows the input voltage vectors v1, v2, and v3 at connection points X1, X2, and X3 where the output current vectors i1, i2, and i3 are in equilibrium. In Figure 2(C), the phase difference θ12 is wider than 120° by α, while the phase difference θ32 is narrower than 120° by β. The phase difference θ22 is θ22 = 120° - α + β. α and β are angles greater than 0° and less than 120°.
図2(D)に、図2(C)の場合に2次側整流回路12で整流された後(平滑コンデンサCoを通過する前)の各共振電流に対応する出力電流ベクトルi1、i2、i3を示す。図2(B)と比較すると、出力電流ベクトルi1、i3が小さくなり、出力電流ベクトルi2が大きくなって、出力電流ベクトルi1、i2、i3は平衡状態になっている。また、出力電流ベクトルi1、i2、i3の位相差φ12、φ22、φ32は、いずれも120°となっている。 Figure 2(D) shows the output current vectors i1, i2, and i3 corresponding to each resonant current after being rectified by the secondary-side rectifier circuit 12 (before passing through the smoothing capacitor Co) in the case of Figure 2(C). Compared to Figure 2(B), output current vectors i1 and i3 are smaller, output current vector i2 is larger, and output current vectors i1, i2, and i3 are in a balanced state. In addition, the phase differences φ12, φ22, and φ32 between output current vectors i1, i2, and i3 are all 120°.
次に、図3の制御フローを参照して、制御部15によるスイッチング素子Q1~Q6の制御方法について説明する。制御部15は、第1位相差、第2位相差、第1閾値(電流閾値および電力閾値)を予め記憶しているものとする。 Next, with reference to the control flow in Figure 3, we will explain how the control unit 15 controls the switching elements Q1 to Q6. The control unit 15 is assumed to have stored in advance the first phase difference, the second phase difference, and the first threshold value (current threshold value and power threshold value).
第1位相差は、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡の影響が比較的小さい低中出力領域(低中出力電流領域かつ低中出力電力領域)における、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差である。本実施形態では、第1位相差を、図2(A)に示す入力電圧ベクトルv1、v2、v3の位相差(θ11、θ21、θ31)とし、θ11=θ21=θ31=120°とする。 The first phase difference is the phase difference between the first leg, second leg, and third leg in the low-medium output range (low-medium output current range and low-medium output power range) where the impact of imbalance in the resonant current due to variations in the characteristics of the resonant components is relatively small. In this embodiment, the first phase difference is the phase difference (θ11, θ21, θ31) between the input voltage vectors v1, v2, and v3 shown in Figure 2(A), where θ11 = θ21 = θ31 = 120°.
第2位相差は、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡の影響が比較的大きい高出力領域(高出力電流領域または高出力電力領域)における、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差である。本実施形態では、第2位相差を、図2(C)に示す入力電圧ベクトルv1、v2、v3の位相差(θ12、θ22、θ32)とし、θ12=120°+α、θ22=120°-α+β、θ32=120°-βとする。 The second phase difference is the phase difference between the first leg, second leg, and third leg in the high output region (high output current region or high output power region) where the impact of imbalance in the resonant current due to variations in the characteristics of the resonant components is relatively large. In this embodiment, the second phase difference is defined as the phase difference (θ12, θ22, θ32) between the input voltage vectors v1, v2, and v3 shown in Figure 2(C), where θ12 = 120° + α, θ22 = 120° - α + β, and θ32 = 120° - β.
電流閾値は、制御部15が低中出力電流領域か高出力電流領域かを判別するための閾値である。電力閾値は、制御部15が低中出力電力領域か高出力電力領域かを判別するための閾値である。電流閾値および電力閾値は、適宜設定することができ、例えば、DC/DCコンバータ10Aの定格出力値を閾値に設定してもよい。 The current threshold is a threshold used by the control unit 15 to determine whether it is in the low-medium output current region or the high output current region. The power threshold is a threshold used by the control unit 15 to determine whether it is in the low-medium output power region or the high output power region. The current threshold and power threshold can be set as appropriate; for example, the rated output value of the DC/DC converter 10A may be set as the threshold.
制御を開始した制御部15は、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差を第1位相差(θ11、θ21、θ31)に設定する(S1)。制御部15は、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差が第1位相差(θ11、θ21、θ31)となるように、スイッチング素子Q1~Q6を同一の駆動周波数でオンオフさせ、かつ出力電流値が所定の目標電流値と一致するように、スイッチング素子Q1~Q6の駆動周波数を制御する。 After starting control, the control unit 15 sets the phase difference between the first leg, second leg, and third leg to the first phase difference (θ11, θ21, θ31) (S1). The control unit 15 turns the switching elements Q1 to Q6 on and off at the same drive frequency so that the phase difference between the first leg, second leg, and third leg becomes the first phase difference (θ11, θ21, θ31), and controls the drive frequency of the switching elements Q1 to Q6 so that the output current value matches a predetermined target current value.
スイッチング素子Q1、Q3、Q5間のオンオフタイミングの位相差はそれぞれ120°となり、スイッチング素子Q2、Q4、Q6間のオンオフタイミングの位相差もそれぞれ120°となる。また、スイッチング素子Q1、Q2はデッドタイムを設けた180°の位相差で交互にオンオフし、スイッチング素子Q3、Q4およびスイッチング素子Q5、Q6もデッドタイムを設けた180°の位相差で交互にオンオフする。スイッチング素子Q1、Q3、Q5のオンデューティは、例えば、50%に設定される。 The phase difference in the on/off timing between switching elements Q1, Q3, and Q5 is 120°, and the phase difference in the on/off timing between switching elements Q2, Q4, and Q6 is also 120°. Furthermore, switching elements Q1 and Q2 alternately turn on and off with a 180° phase difference, with dead time provided, and switching elements Q3, Q4 and switching elements Q5, Q6 also alternately turn on and off with a 180° phase difference, with dead time provided. The on-duty of switching elements Q1, Q3, and Q5 is set to, for example, 50%.
スイッチング素子Q1~Q6の駆動を開始した制御部15は、図示しない検出器から、出力電流値および出力電圧V2の電圧値を取得し、端子T3、T4から出力される出力電力の電力値(以下、出力電力値)を算出して取得する(S2)。 After starting to drive the switching elements Q1 to Q6, the control unit 15 acquires the output current value and the voltage value of the output voltage V2 from a detector (not shown), and calculates and acquires the power value of the output power (hereinafter referred to as the output power value) output from terminals T3 and T4 (S2).
次いで、制御部15は、ステップS2で取得した出力電流値と、記憶部に予め記憶されている電流閾値との比較を行う(S3)。出力電流値が電流閾値以上の場合(S3でYES)、制御部15は、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差を第2位相差(θ12、θ22、θ32)に設定する(S4)。 Next, the control unit 15 compares the output current value acquired in step S2 with the current threshold value pre-stored in the memory unit (S3). If the output current value is equal to or greater than the current threshold value (YES in S3), the control unit 15 sets the phase differences between the first leg, second leg, and third leg to the second phase differences (θ12, θ22, θ32) (S4).
位相差を第2位相差(θ12、θ22、θ32)に設定した制御部15は、第1レグと第2レグ間の位相差がθ12=120°+α、第2レグと第3レグ間の位相差がθ22=120°-α+β、第3レグと第1レグ間の位相差がθ32=120°-βとなるように、スイッチング素子Q1~Q6を同一の駆動周波数でオンオフさせ、かつ出力電流値が所定の目標電流値と一致するように、スイッチング素子Q1~Q6の駆動周波数を制御する。 The control unit 15 sets the phase difference to the second phase difference (θ12, θ22, θ32). It turns on and off switching elements Q1 to Q6 at the same drive frequency so that the phase difference between the first leg and second leg is θ12 = 120° + α, the phase difference between the second leg and third leg is θ22 = 120° - α + β, and the phase difference between the third leg and the first leg is θ32 = 120° - β, and controls the drive frequency of switching elements Q1 to Q6 so that the output current value matches a predetermined target current value.
ステップS3の比較において、出力電流値が電流閾値未満の場合(S3でNO)、制御部15は、ステップS2で取得した出力電力値と、記憶部に予め記憶されている電力閾値との比較を行う(S5)。出力電力値が電力閾値以上の場合(S5でYES)、制御部15は、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差を第2位相差(θ12、θ22、θ32)に設定する(S4)。一方、出力電力値が電力閾値未満の場合(S5でNO)、制御部15は、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差を第1位相差(θ11、θ21、θ31)に設定する(S6)。 In the comparison of step S3, if the output current value is less than the current threshold (NO in S3), the control unit 15 compares the output power value acquired in step S2 with the power threshold pre-stored in the memory unit (S5). If the output power value is equal to or greater than the power threshold (YES in S5), the control unit 15 sets the phase differences between the first leg, second leg, and third leg to the second phase differences (θ12, θ22, θ32) (S4). On the other hand, if the output power value is less than the power threshold (NO in S5), the control unit 15 sets the phase differences between the first leg, second leg, and third leg to the first phase differences (θ11, θ21, θ31) (S6).
次いで、制御部15は、制御継続か否かの判断を行う(S7)。制御部15は、上位系(例えば、図1(A)に示す制御ユニット4)からの処理終了指示に基づいて、ステップS7の判断を行う。制御部15は、処理終了指示を受信していない場合に制御を継続すると判断して(S7でYES)、ステップS2の処理に移行する一方、処理終了指示を受信した場合に制御を継続しないと判断して(S7でNO)、制御を終了させる。 The control unit 15 then determines whether or not to continue control (S7). The control unit 15 makes the determination in step S7 based on a processing end instruction from a higher-level system (for example, the control unit 4 shown in Figure 1 (A)). If the control unit 15 has not received a processing end instruction, it determines to continue control (YES in S7) and proceeds to processing in step S2. However, if the control unit 15 has received a processing end instruction, it determines not to continue control (NO in S7) and ends control.
上記のとおり、制御部15は、低中出力領域では各レグ間の位相差を第1位相差(θ11、θ21、θ31)に設定する一方、高出力領域では各レグ間の位相差を第2位相差(θ12、θ22、θ32)に設定する。第2位相差(θ12、θ22、θ32)は、共振部品の特性のばらつきがあっても各共振電流に対応する出力電流ベクトルの不平衡状態を緩和する位相差である。 As described above, the control unit 15 sets the phase difference between each leg to the first phase difference (θ11, θ21, θ31) in the low and medium output range, and sets the phase difference between each leg to the second phase difference (θ12, θ22, θ32) in the high output range. The second phase difference (θ12, θ22, θ32) is a phase difference that mitigates the imbalance state of the output current vectors corresponding to each resonant current, even if there is variation in the characteristics of the resonant components.
このため、DC/DCコンバータ10Aは、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡の影響が比較的大きい高出力領域であっても、共振電流の不平衡状態を緩和し、出力波形のリップルを低減することができる。また、非特許文献1の方法(各相の共振電流を検出しつつ、DC/DCコンバータの動作状態に応じて各相の入力電圧の位相差を変化させる方法)と比較すると、部品点数を削減でき、制御の複雑化を回避できる。なお、各相の共振電流あるいは負荷電流を検出し、各相の位相は変えずに、各相個別に駆動周波数を調整して、共振電流の不平衡状態を緩和する方法と比較しても同様である。 As a result, DC/DC converter 10A can mitigate the imbalance in the resonant current and reduce ripple in the output waveform, even in the high-output range where the impact of the imbalance in the resonant current due to variations in the characteristics of the resonant components is relatively large. Furthermore, compared to the method described in Non-Patent Document 1 (which detects the resonant current of each phase and changes the phase difference between the input voltages of each phase depending on the operating state of the DC/DC converter), the number of components can be reduced and control complexity can be avoided. This is also true when compared to a method that detects the resonant current or load current of each phase and adjusts the drive frequency of each phase individually without changing the phase of each phase to mitigate the imbalance in the resonant current.
すなわち、DC/DCコンバータ10Aによれば、トランスT11~T32の並列化による高出力化に対応可能で、かつ高コスト化や制御の複雑化を招くことなく、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡状態を緩和して出力波形のリップルを低減することできる。 In other words, DC/DC converter 10A can accommodate higher output by paralleling transformers T11 to T32, and can reduce ripple in the output waveform by mitigating imbalances in the resonant current caused by variations in the characteristics of the resonant components, without increasing costs or complicating control.
本実施形態では、第1位相差(θ11、θ21、θ31)をθ11=θ21=θ31=120°としたが、120°以外の角度に設定してもよい。例えば、第2位相差と同様に、シミュレーションまたは実回路を用いて、出力電流および出力電力が低中出力領域に含まれる状態で、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間の位相差を120°から徐々に変化させることにより、各共振電流に対応する出力電流ベクトルが平衡状態になる位相差を求め、求めた位相差を第1位相差としてもよい。 In this embodiment, the first phase difference (θ11, θ21, θ31) is set to θ11 = θ21 = θ31 = 120°, but it may also be set to an angle other than 120°. For example, as with the second phase difference, using a simulation or an actual circuit, the phase difference between the first leg, second leg, and third leg can be gradually changed from 120° while the output current and output power are in the low-medium output range, to determine the phase difference at which the output current vectors corresponding to each resonant current are in a balanced state, and the determined phase difference can be used as the first phase difference.
本実施形態では、制御部15は、低中出力領域における第1位相差と、高出力領域における第2位相差との2つの領域の2つ位相差を記憶して、制御を行ったが、3つ以上の領域に分けて、3つ以上の位相差を記憶して制御を行ってもよい。例えば、制御部15は、低出力領域における第1の第1位相差(第1位相差A)と、中出力領域における第2の第1位相差(第1位相差B)と、高出力領域における第2位相差とを記憶して制御を行ってもよい。あるいは、制御部15は、低中出力領域における第1位相差と、高出力電流領域における第1の第2位相差(第2位相差A)と、高出力電力領域における第2の第2位相差(第2位相差B)とを記憶して制御を行ってもよい。 In this embodiment, the control unit 15 stores two phase differences for two regions: a first phase difference in the low-medium output region and a second phase difference in the high output region, and performs control. However, control may be performed by storing three or more phase differences for three or more regions. For example, the control unit 15 may store a first first phase difference (first phase difference A) in the low output region, a second first phase difference (first phase difference B) in the medium output region, and a second phase difference in the high output region, and perform control. Alternatively, the control unit 15 may store a first phase difference in the low-medium output region, a first second phase difference (second phase difference A) in the high output current region, and a second second phase difference (second phase difference B) in the high output power region, and perform control.
また、制御部15は、バッテリー6の種類や制御目的に応じて、出力電流値の比較(図3のS3)または出力電力値の比較(図3のS5)の一方だけの処理を行い、各レグ間の位相差を設定してもよい。 Furthermore, the control unit 15 may perform only one of the comparison of output current values (S3 in Figure 3) or the comparison of output power values (S5 in Figure 3) depending on the type of battery 6 and the control purpose, and set the phase difference between each leg.
[第1実施形態の第1変形例]
図4に、第1変形例に係る3相LLC方式のDC/DCコンバータ10Bを示す。DC/DCコンバータ10Bは、1次側共振回路14Bを除いて、第1実施形態のDC/DCコンバータ10Aと同じ構成である。
[First Modification of First Embodiment]
4 shows a three-phase LLC DC/DC converter 10B according to a first modification. The DC/DC converter 10B has the same configuration as the DC/DC converter 10A of the first embodiment, except for a primary-side resonant circuit 14B.
1次側共振回路14Bでは、第1共振部の共振コイルが、トランスT11の1次側コイルに接続された共振コイルL11とトランスT12の1次側コイルに接続された共振コイルL12とで構成され、第2共振部の共振コイルが、トランスT21の1次側コイルに接続された共振コイルL21とトランスT22の1次側コイルに接続された共振コイルL22とで構成され、第3共振部の共振コイルが、トランスT31の1次側コイルに接続された共振コイルL31とトランスT32の1次側コイルに接続された共振コイルL32とで構成される。 In the primary side resonant circuit 14B, the resonant coil of the first resonant section is composed of a resonant coil L11 connected to the primary side coil of the transformer T11 and a resonant coil L12 connected to the primary side coil of the transformer T12, the resonant coil of the second resonant section is composed of a resonant coil L21 connected to the primary side coil of the transformer T21 and a resonant coil L22 connected to the primary side coil of the transformer T22, and the resonant coil of the third resonant section is composed of a resonant coil L31 connected to the primary side coil of the transformer T31 and a resonant coil L32 connected to the primary side coil of the transformer T32.
上記構成によれば、第1実施形態と比較して、各共振コイルL11~L32に流れる共振電流を低減することができるため、共振コイルL11~L32の小型・軽量・低コスト化が可能となる。さらに、共振コイルL11~L32の発熱量を低減することもできる。 With the above configuration, the resonant current flowing through each of the resonant coils L11 to L32 can be reduced compared to the first embodiment, making it possible to reduce the size, weight, and cost of the resonant coils L11 to L32. Furthermore, the amount of heat generated by the resonant coils L11 to L32 can also be reduced.
なお、1次側共振回路14Bにおいて、共振コイルと共振コンデンサを入れ替えてもよい。すなわち、第1共振部の共振コンデンサを、トランスT11の1次側コイルに接続された共振コンデンサC11とトランスT12の1次側コイルに接続された共振コンデンサC12とで構成し、第2共振部の共振コンデンサを、トランスT21の1次側コイルに接続された共振コンデンサC21とトランスT22の1次側コイルに接続された共振コンデンサC22とで構成し、第3共振部の共振コンデンサを、トランスT31の1次側コイルに接続された共振コンデンサC31とトランスT32の1次側コイルに接続された共振コンデンサC32とで構成し、各共振コイルL11~L32を第1実施形態と同様に共振コイルL1~L3で構成してもよい。 In addition, the resonant coils and resonant capacitors in the primary resonant circuit 14B may be interchanged. That is, the resonant capacitors of the first resonant section may be composed of resonant capacitor C11 connected to the primary coil of transformer T11 and resonant capacitor C12 connected to the primary coil of transformer T12, the resonant capacitors of the second resonant section may be composed of resonant capacitor C21 connected to the primary coil of transformer T21 and resonant capacitor C22 connected to the primary coil of transformer T22, and the resonant capacitors of the third resonant section may be composed of resonant capacitor C31 connected to the primary coil of transformer T31 and resonant capacitor C32 connected to the primary coil of transformer T32, and each resonant coil L11 to L32 may be composed of resonant coils L1 to L3, as in the first embodiment.
[第1実施形態の第2変形例]
図5に、第2変形例に係る3相LLC方式のDC/DCコンバータ10Cを示す。DC/DCコンバータ10Cは、1次側共振回路14Cを除いて、第1変形例のDC/DCコンバータ10Bと同じ構成である。
[Second Modification of First Embodiment]
5 shows a three-phase LLC DC/DC converter 10C according to the second modification. The DC/DC converter 10C has the same configuration as the DC/DC converter 10B according to the first modification, except for a primary-side resonant circuit 14C.
1次側共振回路14Cは、第1変形例の1次側共振回路14Bにおいて、第1共振部の共振コンデンサを、共振コイルL11に接続された共振コンデンサC11と共振コイルL12に接続された共振コンデンサC12とで構成し、第2共振部の共振コンデンサを、共振コイルL21に接続された共振コンデンサC21と共振コイルL22に接続された共振コンデンサC22とで構成し、第3共振部の共振コンデンサを、共振コイルL31に接続された共振コンデンサC31と共振コイルL32に接続された共振コンデンサC32とで構成したものである。 The primary-side resonant circuit 14C is the same as the primary-side resonant circuit 14B of the first variant, except that the resonant capacitors of the first resonant section are composed of a resonant capacitor C11 connected to the resonant coil L11 and a resonant capacitor C12 connected to the resonant coil L12, the resonant capacitors of the second resonant section are composed of a resonant capacitor C21 connected to the resonant coil L21 and a resonant capacitor C22 connected to the resonant coil L22, and the resonant capacitors of the third resonant section are composed of a resonant capacitor C31 connected to the resonant coil L31 and a resonant capacitor C32 connected to the resonant coil L32.
上記構成によれば、第1実施形態と比較して、各共振コイルL11~L32および各共振コンデンサC11~C32に流れる共振電流を低減することができるため、共振コイルL11~L32および共振コンデンサC11~C32の小型・軽量・低コスト化が可能となる。さらに、共振コイルL11~L32および共振コンデンサC11~C32の発熱量を低減することもできる。 With the above configuration, the resonant current flowing through each of the resonant coils L11 to L32 and each of the resonant capacitors C11 to C32 can be reduced compared to the first embodiment, making it possible to reduce the size, weight, and cost of the resonant coils L11 to L32 and the resonant capacitors C11 to C32. Furthermore, the amount of heat generated by the resonant coils L11 to L32 and the resonant capacitors C11 to C32 can also be reduced.
[第1実施形態の第3変形例]
図6に、第3変形例に係る3相LLC方式のDC/DCコンバータ10Dを示す。DC/DCコンバータ10Dは、1次側共振回路14Dを除いて、第2変形例のDC/DCコンバータ10Cと同じ構成である。
[Third Modification of First Embodiment]
6 shows a three-phase LLC DC/DC converter 10D according to a third modification. The DC/DC converter 10D has the same configuration as the DC/DC converter 10C according to the second modification, except for a primary-side resonant circuit 14D.
1次側共振回路14Dは、第2変形例の1次側共振回路14Cにおいて、共振コンデンサC11~C32の位置をトランスT11~T32の各1次側コイルの他端側に移動させたものである。共振コンデンサC11、C21、C31は、それぞれトランスT11、T21、T31の各1次側コイルの他端とP1点との間に介装され、共振コンデンサC12、C22、C32は、それぞれトランスT12、T22、T32の各1次側コイルの他端とP2点との間に介装されている。 The primary resonant circuit 14D is the same as the primary resonant circuit 14C of the second modified example, except that the positions of the resonant capacitors C11 to C32 have been moved to the other end of the primary coil of each of the transformers T11 to T32. The resonant capacitors C11, C21, and C31 are inserted between the other end of the primary coil of each of the transformers T11, T21, and T31, respectively, and point P1, and the resonant capacitors C12, C22, and C32 are inserted between the other end of the primary coil of each of the transformers T12, T22, and T32, respectively, and point P2.
なお、第1共振部において、共振コイルL11、L12および共振コンデンサC11、C12の位置は、第1共振部の等価回路が同じになるのであれば、スイッチング素子Q1,Q2の接続点X1からP1、P2点までの間において、任意に変更することができる。第2共振部および第3共振部についても同様である。 In the first resonance section, the positions of the resonance coils L11 and L12 and the resonance capacitors C11 and C12 can be changed as desired between the connection point X1 of the switching elements Q1 and Q2 and points P1 and P2, as long as the equivalent circuit of the first resonance section remains the same. The same applies to the second and third resonance sections.
また、1次側共振回路14Dでは、各共振部の等価回路が同じになるのであれば、共振コイルL11~L32および共振コンデンサC11~C32を分割して配置してもよい。例えば、共振コンデンサC11を2分割して、共振コイルL11の1次側コイルの一端側と他端側に配置してもよい。 Furthermore, in the primary-side resonant circuit 14D, the resonant coils L11 to L32 and the resonant capacitors C11 to C32 may be divided and arranged as long as the equivalent circuits of each resonant section are the same. For example, the resonant capacitor C11 may be divided into two and arranged on one end side and the other end side of the primary-side coil of the resonant coil L11.
[第1実施形態の第4変形例]
図7に、第4変形例に係る3相LLC方式のDC/DCコンバータ10Eを示す。DC/DCコンバータ10Eは、2次側整流回路12Eを除いて、第1実施形態のDC/DCコンバータ10Aと同じ構成である。
[Fourth Modification of the First Embodiment]
7 shows a three-phase LLC DC/DC converter 10E according to a fourth modification. The DC/DC converter 10E has the same configuration as the DC/DC converter 10A of the first embodiment, except for a secondary-side rectifier circuit 12E.
2次側整流回路12Eは、トランス回路13の各トランス部に対応した3個のフルブリッジ整流回路(整流ダイオードD11~D62)を備える。第1トランス部に対応したフルブリッジ整流回路は、整流ダイオードD11~D22で構成され、整流ダイオードD11、D21の接続点X41にトランスT11の2次側コイルの一端が接続され、整流ダイオードD12、D22の接続点X42にトランスT12の2次側コイルの一端が接続される。第2トランス部に対応したフルブリッジ整流回路は、整流ダイオードD31~D42で構成され、整流ダイオードD31、D41の接続点X51にトランスT21の2次側コイルの一端が接続され、整流ダイオードD32、D42の接続点X52にトランスT22の2次側コイルの一端が接続される。第3トランス部に対応したフルブリッジ整流回路は、整流ダイオードD51~D62で構成され、整流ダイオードD51、D61の接続点X61にトランスT31の2次側コイルの一端が接続され、整流ダイオードD52、D62の接続点X62にトランスT32の2次側コイルの一端が接続される。 The secondary rectifier circuit 12E includes three full-bridge rectifier circuits (rectifier diodes D11 to D62) corresponding to each transformer section of the transformer circuit 13. The full-bridge rectifier circuit corresponding to the first transformer section is composed of rectifier diodes D11 to D22, with one end of the secondary coil of the transformer T11 connected to the junction X41 of the rectifier diodes D11 and D21, and one end of the secondary coil of the transformer T12 connected to the junction X42 of the rectifier diodes D12 and D22. The full-bridge rectifier circuit corresponding to the second transformer section is composed of rectifier diodes D31 to D42, with one end of the secondary coil of the transformer T21 connected to the junction X51 of the rectifier diodes D31 and D41, and one end of the secondary coil of the transformer T22 connected to the junction X52 of the rectifier diodes D32 and D42. The full-bridge rectifier circuit corresponding to the third transformer section is composed of rectifier diodes D51 to D62, with one end of the secondary coil of the transformer T31 connected to the connection point X61 between the rectifier diodes D51 and D61, and one end of the secondary coil of the transformer T32 connected to the connection point X62 between the rectifier diodes D52 and D62.
上記構成によれば、第1実施形態と比較して、各整流ダイオードD11~D62に流れる共振電流による負荷電流を低減することができるため、整流ダイオードD11~D62の小型・軽量・低コスト化が可能となる。さらに、整流ダイオードD11~D62の発熱量を低減することもできる。 With the above configuration, compared to the first embodiment, the load current due to the resonant current flowing through each of the rectifier diodes D11 to D62 can be reduced, making the rectifier diodes D11 to D62 smaller, lighter, and less expensive. Furthermore, the amount of heat generated by the rectifier diodes D11 to D62 can also be reduced.
[第2実施形態]
図8に、本発明の第2実施形態に係る3相双方向CLLC方式のDC/DCコンバータ20を示す。DC/DCコンバータ20は、端子T1~T4と、1次側スイッチング回路21と、2次側スイッチング回路22と、トランス回路23と、本発明の「共振回路」に相当する1次側共振回路24および2次側共振回路24’と、制御部25とを備え、双方向の電力伝送を行う。
Second Embodiment
8 shows a three-phase bidirectional CLLC DC/DC converter 20 according to a second embodiment of the present invention. The DC/DC converter 20 includes terminals T1 to T4, a primary-side switching circuit 21, a secondary-side switching circuit 22, a transformer circuit 23, a primary-side resonant circuit 24 and a secondary-side resonant circuit 24', which correspond to the "resonant circuit" of the present invention, and a control unit 25, and performs bidirectional power transmission.
1次側スイッチング回路21は、端子T1、T2間に接続された平滑コンデンサCo1を備える点を除いて、第1実施形態の1次側スイッチング回路11と同じ構成である。 The primary-side switching circuit 21 has the same configuration as the primary-side switching circuit 11 of the first embodiment, except that it includes a smoothing capacitor Co1 connected between terminals T1 and T2.
2次側スイッチング回路22は、並列接続された第4レグ、第5レグおよび第6レグと、端子T3、T4間に接続された平滑コンデンサCo2とを含む。第4レグは直列接続された1組のスイッチング素子Q7、Q8を含み、第5レグは直列接続された1組のスイッチング素子Q9、Q10を含み、第6レグは直列接続された1組のスイッチング素子Q11、Q12を含む。スイッチング素子Q7~Q12の各電流路にはダイオードが逆方向に並列接続されている。すなわち、2次側スイッチング回路22は、1次側スイッチング回路21と同じ回路構成である。 The secondary-side switching circuit 22 includes a fourth leg, a fifth leg, and a sixth leg connected in parallel, and a smoothing capacitor Co2 connected between terminals T3 and T4. The fourth leg includes a set of switching elements Q7 and Q8 connected in series, the fifth leg includes a set of switching elements Q9 and Q10 connected in series, and the sixth leg includes a set of switching elements Q11 and Q12 connected in series. A diode is connected in parallel in the opposite direction to each current path of switching elements Q7 to Q12. In other words, the secondary-side switching circuit 22 has the same circuit configuration as the primary-side switching circuit 21.
トランス回路23は、第1実施形態のトランス回路13と同じ構成であり、1次側共振回路24は、第1実施形態の1次側共振回路14と同じ構成である。 The transformer circuit 23 has the same configuration as the transformer circuit 13 in the first embodiment, and the primary side resonant circuit 24 has the same configuration as the primary side resonant circuit 14 in the first embodiment.
2次側共振回路24’は、1次側共振回路24と同じ構成であり、共振コイルL4および共振コンデンサC4からなる第1共振部と、共振コイルL5および共振コンデンサC5からなる第2共振部と、共振コイルL6および共振コンデンサC6からなる第3共振部とを含む。 The secondary-side resonant circuit 24' has the same configuration as the primary-side resonant circuit 24, and includes a first resonant section consisting of a resonant coil L4 and a resonant capacitor C4, a second resonant section consisting of a resonant coil L5 and a resonant capacitor C5, and a third resonant section consisting of a resonant coil L6 and a resonant capacitor C6.
トランスT11、T12の2次側コイルの一端は、第1共振部(共振コイルL4および共振コンデンサC4)を介して、スイッチング素子Q7、Q8の接続点X4に接続される。トランスT21、T22の2次側コイルの一端は、第2共振部(共振コイルL5および共振コンデンサC5)を介して、スイッチング素子Q9、Q10の接続点X5に接続される。トランスT31、T32の2次側コイルの一端は、第3共振部(共振コイルL6および共振コンデンサC6)を介して、スイッチング素子Q11、Q12の接続点X6に接続される。 One end of the secondary coils of the transformers T11 and T12 is connected to the connection point X4 of the switching elements Q7 and Q8 via a first resonant section (resonant coil L4 and resonant capacitor C4). One end of the secondary coils of the transformers T21 and T22 is connected to the connection point X5 of the switching elements Q9 and Q10 via a second resonant section (resonant coil L5 and resonant capacitor C5). One end of the secondary coils of the transformers T31 and T32 is connected to the connection point X6 of the switching elements Q11 and Q12 via a third resonant section (resonant coil L6 and resonant capacitor C6).
1次側共振回路24および2次側共振回路24’は、トランス回路23とともに3相の双方向CLLC共振回路を構成する。具体的には、共振コンデンサC1、共振コイルL1、トランスT11、T12(励磁コイル、1次側コイルおよび2次側コイル)、共振コイルL4、共振コンデンサC4は、第1のCLLC共振回路を構成する。共振コンデンサC2、共振コイルL2、トランスT21、T22(励磁コイル、1次側コイルおよび2次側コイル)、共振コイルL5、共振コンデンサC5は、第2のCLLC共振回路を構成する。共振コンデンサC3、共振コイルL3、トランスT31、T32(励磁コイル、1次側コイルおよび2次側コイル)、共振コイルL6、共振コンデンサC6は、第3のCLLC共振回路を構成する。 The primary resonant circuit 24 and the secondary resonant circuit 24', together with the transformer circuit 23, form a three-phase bidirectional CLLC resonant circuit. Specifically, the resonant capacitor C1, resonant coil L1, transformers T11 and T12 (excitation coil, primary coil, and secondary coil), resonant coil L4, and resonant capacitor C4 form the first CLLC resonant circuit. The resonant capacitor C2, resonant coil L2, transformers T21 and T22 (excitation coil, primary coil, and secondary coil), resonant coil L5, and resonant capacitor C5 form the second CLLC resonant circuit. The resonant capacitor C3, resonant coil L3, transformers T31 and T32 (excitation coil, primary coil, and secondary coil), resonant coil L6, and resonant capacitor C6 form the third CLLC resonant circuit.
なお、トランスT11~T32の励磁コイルはトランスT11~T32に含め、図示は省略している。また、共振コイルL4~L6はトランスT11~T32とは別部品としているが、トランスT11~T32の漏れ磁束だけで構成してもよいし、トランスT11~T32の漏れ磁束と個別のコイルとで構成してもよい。 Note that the excitation coils of transformers T11 to T32 are included in the transformers T11 to T32 and are not shown in the illustration. Also, resonance coils L4 to L6 are separate components from the transformers T11 to T32, but they may be composed of only the leakage magnetic flux of the transformers T11 to T32, or they may be composed of the leakage magnetic flux of the transformers T11 to T32 and individual coils.
制御部25は、スイッチング素子Q1~Q12をオン/オフさせるためのスイッチング素子Q1~Q12の各駆動回路と、各駆動回路に制御信号を送るための制御回路(検出回路を含む)と、共振部品の特性を記憶した記憶部とを含む。各駆動回路、制御回路および記憶部は、第1実施形態と同じ構成を含む。 The control unit 25 includes drive circuits for the switching elements Q1 to Q12 to turn them on and off, a control circuit (including a detection circuit) to send control signals to each drive circuit, and a memory unit that stores the characteristics of the resonant components. Each drive circuit, control circuit, and memory unit has the same configuration as in the first embodiment.
制御部25は、端子T1、T2側から端子T3、T4側への電力伝送を行わせる制御を順方向制御とすれば、当該順方向制御と、端子T3、T4側から端子T1、T2側への電力伝送を行わせる逆方向制御とを行う。 If the control unit 25 refers to the control that transfers power from terminals T1 and T2 to terminals T3 and T4 as forward control, it also performs this forward control and reverse control that transfers power from terminals T3 and T4 to terminals T1 and T2.
順方向制御時の制御部25は、スイッチング素子Q1~Q6については第1実施形態と同様の制御を行い、スイッチング素子Q7~Q12については常時オフさせるダイオードブリッジ整流制御を行うか、または第1共振電流~第3共振電流に同期させてスイッチング素子Q7~Q12をオンオフさせる同期整流制御を行う。以下では、逆方向制御について説明する。 During forward control, the control unit 25 performs the same control as in the first embodiment for the switching elements Q1 to Q6, and performs diode bridge rectification control for the switching elements Q7 to Q12, which are always off, or performs synchronous rectification control, which turns the switching elements Q7 to Q12 on and off in synchronization with the first to third resonant currents. Reverse control is explained below.
逆方向制御時におけるスイッチング素子Q7~Q12の制御は、順方向制御時におけるスイッチング素子Q1~Q6の制御と同じである。逆方向制御時におけるスイッチング素子Q1~Q6の制御は、順方向制御時におけるスイッチング素子Q7~Q12の制御と同じであり、上記のとおりダイオードブリッジ整流制御または同期整流制御である。 The control of switching elements Q7 to Q12 during reverse control is the same as the control of switching elements Q1 to Q6 during forward control. The control of switching elements Q1 to Q6 during reverse control is the same as the control of switching elements Q7 to Q12 during forward control, and is diode bridge rectification control or synchronous rectification control as described above.
逆方向制御時の制御部25は、図示しない検出器で出力電圧V1および端子T1、T2から出力される出力電流を検出しつつ、出力電流値が所定の目標電流値と一致するように、スイッチング素子Q7~Q12の駆動周波数を変化させる。スイッチング素子Q7~Q12の各駆動周波数は、同一の駆動周波数である。 During reverse control, the control unit 25 uses a detector (not shown) to detect the output voltage V1 and the output current output from terminals T1 and T2, and changes the drive frequency of switching elements Q7 to Q12 so that the output current value matches a predetermined target current value. The drive frequencies of switching elements Q7 to Q12 are all the same.
具体的には、制御部25は、第4レグを構成するスイッチング素子Q7、Q8を所定のデッドタイムを設けて180°の位相差で交互にオンオフさせ、第5レグを構成するスイッチング素子Q9、Q10を所定のデッドタイムを設けて180°の位相差で交互にオンオフさせ、第6レグを構成するスイッチング素子Q11、Q12を所定のデッドタイムを設けて180°の位相差で交互にオンオフさせる。スイッチング素子Q7、Q9、Q11のオンデューティは、例えば、50%に設定される。 Specifically, the control unit 25 alternately turns on and off the switching elements Q7 and Q8 that make up the fourth leg with a 180° phase difference, providing a predetermined dead time; alternately turns on and off the switching elements Q9 and Q10 that make up the fifth leg with a 180° phase difference, providing a predetermined dead time; and alternately turns on and off the switching elements Q11 and Q12 that make up the sixth leg with a 180° phase difference, providing a predetermined dead time. The on-duty of the switching elements Q7, Q9, and Q11 is set to, for example, 50%.
また、制御部25は、第4レグ、第5レグおよび第6レグ間に一定の位相差を設けて、スイッチング素子Q7~Q12を駆動する。例えば、制御部25は、第4レグと第5レグ間の位相差を120°とし、第5レグと第6レグ間の位相差を120°とし、第6レグと第4レグ間の位相差を120°とする。この場合、スイッチング素子Q7、Q9、Q11間のオンタイミングの位相差がそれぞれ120°となり、オフタイミングの位相差もそれぞれ120°となる。同様に、スイッチング素子Q8、Q10、Q12間のオンタイミングの位相差がそれぞれ120°となり、オフタイミングの位相差もそれぞれ120°となる。 The control unit 25 also drives the switching elements Q7 to Q12 by providing a constant phase difference between the fourth, fifth, and sixth legs. For example, the control unit 25 sets the phase difference between the fourth and fifth legs to 120°, the phase difference between the fifth and sixth legs to 120°, and the phase difference between the sixth and fourth legs to 120°. In this case, the phase difference between the on-timings of the switching elements Q7, Q9, and Q11 is 120°, and the phase difference between the off-timings is also 120°. Similarly, the phase difference between the on-timings of the switching elements Q8, Q10, and Q12 is 120°, and the phase difference between the off-timings is also 120°.
上記の制御により、第1のCLLC共振回路の電流共振により生じた第1共振電流と、第2のCLLC共振回路の電流共振により生じた第2共振電流と、第3のCLLC共振回路の電流共振により生じた第3共振電流とが、1次側スイッチング回路21に流れる。1次側スイッチング回路21の出力は、第1共振電流、第2共振電流および第3共振電流の3相の電流が合成された出力となる。 By the above control, a first resonant current generated by current resonance of the first LLLC resonant circuit, a second resonant current generated by current resonance of the second LLLC resonant circuit, and a third resonant current generated by current resonance of the third LLLC resonant circuit flow through the primary-side switching circuit 21. The output of the primary-side switching circuit 21 is a composite output of three-phase currents: the first resonant current, the second resonant current, and the third resonant current.
トランスの2次側にある共振コンデンサと共振コイルは、トランスの1次側に等価変換可能で、トランスの1次側にある共振コンデンサと共振コイルは、トランスの2次側に等価変換可能である。このため、本実施形態における2次側共振回路24’および1次側共振回路24の等価回路は、第1実施形態の1次側共振回路14の等価回路と同じになり、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡の影響は、本実施形態と第1実施形態とで共通する。その結果、第1実施形態の表3の結果が本実施形態においても適用され、本実施形態のトランス回路23の構成により、第1共振電流、第2共振電流および第3共振電流の不平衡状態を緩和し、出力波形のリップルを低減できることが分かる。 The resonant capacitor and resonant coil on the secondary side of the transformer can be equivalently converted to the primary side of the transformer, and the resonant capacitor and resonant coil on the primary side of the transformer can be equivalently converted to the secondary side of the transformer. Therefore, the equivalent circuits of the secondary-side resonant circuit 24' and primary-side resonant circuit 24 in this embodiment are the same as the equivalent circuit of the primary-side resonant circuit 14 in the first embodiment, and the impact of imbalance in the resonant current due to variations in the characteristics of the resonant components is common to this embodiment and the first embodiment. As a result, the results in Table 3 for the first embodiment also apply to this embodiment, and it can be seen that the configuration of the transformer circuit 23 in this embodiment can alleviate imbalances in the first, second, and third resonant currents and reduce ripple in the output waveform.
また、逆方向制御時の制御部25は、図3の制御フローと同様の制御フローを実行する。制御部25は、第1位相差、第2位相差、第1閾値に加えて、さらに第3位相差、第4位相差、第2閾値(電流閾値および電力閾値)を予め記憶しているものとする。 Furthermore, during reverse direction control, the control unit 25 executes a control flow similar to the control flow shown in Figure 3. In addition to the first phase difference, second phase difference, and first threshold, the control unit 25 also pre-stores a third phase difference, a fourth phase difference, and a second threshold (current threshold and power threshold).
第3位相差は、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡の影響が比較的小さい低中出力領域(低中出力電流領域かつ低中出力電力領域)における、第4レグ、第5レグおよび第6レグ間の位相差である。本実施形態では、第3位相差を、第4レグ、第5レグおよび第6レグ間に120°の位相差を設けて駆動した場合の接続点X4、X5、X6における入力電圧ベクトルv4、v5、v6の位相差(θ41、θ51、θ61)とし、θ41=θ51=θ61=120°とする。 The third phase difference is the phase difference between the fourth leg, fifth leg, and sixth leg in the low-medium output range (low-medium output current range and low-medium output power range), where the impact of imbalance in the resonant current due to variations in the characteristics of the resonant components is relatively small. In this embodiment, the third phase difference is defined as the phase difference (θ41, θ51, θ61) between the input voltage vectors v4, v5, and v6 at connection points X4, X5, and X6 when driven with a phase difference of 120° between the fourth leg, fifth leg, and sixth leg, where θ41 = θ51 = θ61 = 120°.
第4位相差は、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡の影響が比較的大きい高出力領域(高出力電流領域または高出力電力領域)における、第4レグ、第5レグおよび第6レグ間の位相差である。本実施形態では、第4位相差は、共振部品の特性のばらつきがあっても各共振電流に対応する出力電流ベクトルの不平衡が緩和される入力電圧ベクトルv4、v5、v6の位相差(θ42、θ52、θ62)とし、θ42=120°+α、θ52=120°-α+β、θ62=120°-βとする。α、βは、0°よりも大きく、120°よりも小さい角度である。 The fourth phase difference is the phase difference between the fourth leg, fifth leg, and sixth leg in the high output region (high output current region or high output power region) where the impact of imbalance in the resonant current due to variations in the characteristics of the resonant components is relatively large. In this embodiment, the fourth phase difference is the phase difference (θ42, θ52, θ62) between the input voltage vectors v4, v5, and v6 that mitigates the imbalance in the output current vectors corresponding to each resonant current even if there are variations in the characteristics of the resonant components, where θ42 = 120° + α, θ52 = 120° - α + β, and θ62 = 120° - β. α and β are angles greater than 0° and less than 120°.
電流閾値は、制御部25が低中出力電流領域か高出力電流領域かを判別するための閾値である。電力閾値は、制御部25が低中出力電力領域か高出力電力領域かを判別するための閾値である。電流閾値および電力閾値は、適宜設定することができ、例えば、DC/DCコンバータ20の逆方向制御時の定格出力値を閾値に設定してもよい。 The current threshold is a threshold used by the control unit 25 to determine whether it is in the low-medium output current region or the high output current region. The power threshold is a threshold used by the control unit 25 to determine whether it is in the low-medium output power region or the high output power region. The current threshold and power threshold can be set as appropriate; for example, the rated output value during reverse control of the DC/DC converter 20 may be set as the threshold.
逆方向制御時の制御部25は、低中出力領域では各レグ間の位相差を第3位相差(θ41、θ51、θ61)に設定する一方、高出力領域では各レグ間の位相差を第4位相差(θ42、θ52、θ62)に設定する。このため、DC/DCコンバータ20は、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡の影響が比較的大きい高出力領域であっても、各相の電流不平衡を測定し、緩和する複雑な制御をすることなく共振電流の不平衡状態を緩和し、出力波形のリップルを低減することができる。 During reverse direction control, the control unit 25 sets the phase difference between each leg to the third phase difference (θ41, θ51, θ61) in the low and medium output range, and sets the phase difference between each leg to the fourth phase difference (θ42, θ52, θ62) in the high output range. Therefore, even in the high output range where the impact of resonant current imbalance due to variations in the characteristics of resonant components is relatively large, the DC/DC converter 20 can mitigate the resonant current imbalance and reduce ripple in the output waveform without measuring and performing complex control to mitigate the current imbalance in each phase.
すなわち、DC/DCコンバータ20によれば、トランスT11~T32の並列化による高出力化に対応可能で、かつ高コスト化や制御の複雑化を招くことなく、共振部品の特性のばらつきによる共振電流の不平衡状態を緩和して出力波形のリップルを低減することできる。 In other words, DC/DC converter 20 can accommodate higher output by paralleling transformers T11 to T32, and can reduce ripple in the output waveform by mitigating imbalances in the resonant current caused by variations in the characteristics of the resonant components, without increasing costs or complicating control.
本実施形態では、第3位相差(θ41、θ51、θ61)をθ41=θ51=θ61=120°としたが、120°以外の角度に設定してもよい。例えば、第4位相差と同様に、シミュレーションまたは実回路を用いて、出力電流または出力電力が低中出力領域に含まれる状態で、第4レグ、第5レグおよび第6レグ間の位相差を120°から徐々に変化させることにより、各共振電流に対応する出力電流ベクトルが平衡状態になる位相差を求め、求めた位相差を第3位相差としてもよい。 In this embodiment, the third phase difference (θ41, θ51, θ61) is set to θ41 = θ51 = θ61 = 120°, but it may also be set to an angle other than 120°. For example, as with the fourth phase difference, using a simulation or an actual circuit, the phase difference between the fourth, fifth, and sixth legs can be gradually changed from 120° while the output current or output power is within the low-medium output range, to determine the phase difference at which the output current vectors corresponding to each resonant current are in a balanced state, and the determined phase difference can be used as the third phase difference.
本実施形態では、制御部25は、低中出力領域における第3位相差と、高出力領域における第4位相差との2つの領域の2つ位相差を記憶して、逆方向制御を行ったが、3つ以上の領域に分けて、3つ以上の位相差を記憶して制御を行ってもよい。例えば、制御部25は、低出力領域における第1の第3位相差(第3位相差A)と、中出力領域における第2の第3位相差(第3位相差B)と、高出力領域における第4位相差とを記憶して制御を行ってもよい。あるいは、制御部25は、低中出力領域における第1位相差と、高出力電流領域における第1の第4位相差(第4位相差A)と、高出力電力領域における第2の第4位相差(第4位相差B)とを記憶して制御を行ってもよい。 In this embodiment, the control unit 25 stores two phase differences for two regions: the third phase difference in the low-medium output region and the fourth phase difference in the high output region, and performs reverse control. However, control may be performed by storing three or more phase differences for three or more regions. For example, the control unit 25 may store a first third phase difference (third phase difference A) in the low output region, a second third phase difference (third phase difference B) in the medium output region, and a fourth phase difference in the high output region. Alternatively, the control unit 25 may store a first phase difference in the low-medium output region, a first fourth phase difference (fourth phase difference A) in the high output current region, and a second fourth phase difference (fourth phase difference B) in the high output power region, and perform control.
また、制御部25は、バッテリー6の種類や制御目的に応じて、出力電流値の比較(図3のS3に相当)または出力電力値の比較(図3のS5に相当)の一方だけの処理を行い、各レグ間の位相差を設定してもよい。 Furthermore, the control unit 25 may perform only one of the comparisons of output current values (corresponding to S3 in Figure 3) or output power values (corresponding to S5 in Figure 3) depending on the type of battery 6 and the control purpose, and set the phase difference between each leg.
以上、本発明に係る3相LLC方式のDC/DCコンバータおよび充電装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The above describes embodiments of the three-phase LLC DC/DC converter and charging device according to the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiments.
本発明に係るDC/DCコンバータは、第1トランス部、第2トランス部および第3トランス部を含み、各トランス部がN個のトランス(Nは2以上の整数)で構成されたトランス回路と、並列接続された第1レグ、第2レグおよび第3レグを含み、各レグが直列接続された1組のスイッチング素子を含み、トランス回路の1次側に設けられた1次側スイッチング回路と、第1レグと第1トランス部との間に設けられた第1共振部、第2レグと第2トランス部との間に設けられた第2共振部、および第3レグと第3トランス部との間に設けられた第3共振部を含み、各共振部が共振コイルおよび共振コンデンサを含む1次側共振回路と、複数の整流素子を含み、トランス回路の2次側に設けられた2次側整流回路と、第1レグ、第2レグおよび第3レグ間に所定の位相差を設けて所定の駆動周波数で駆動させて電流共振を生じさせる制御部と、を備える3相LLC方式のDC/DCコンバータであって、トランス回路は、N個のトランス群を形成し、N個のトランス群の各トランス群は、各トランス部の各1個のトランスを1組として形成されたものであり、1次側コイルが平衡結線接続され、かつ2次側コイルが平衡結線接続されているのであれば、適宜構成を変更することができる。 The DC/DC converter according to the present invention comprises a transformer circuit including a first transformer section, a second transformer section, and a third transformer section, each of which is composed of N transformers (N is an integer of 2 or greater), a first leg, a second leg, and a third leg connected in parallel, each of which includes a set of switching elements connected in series, a primary-side switching circuit provided on the primary side of the transformer circuit, a first resonant section provided between the first leg and the first transformer section, a second resonant section provided between the second leg and the second transformer section, and a third resonant section provided between the third leg and the third transformer section, each of which includes a resonant coil and A three-phase LLC DC/DC converter comprising a primary-side resonant circuit including a resonant capacitor, a secondary-side rectifier circuit including multiple rectifier elements and provided on the secondary side of the transformer circuit, and a control unit that sets a predetermined phase difference between the first leg, second leg, and third leg and drives them at a predetermined drive frequency to generate current resonance. The transformer circuit forms N transformer groups, each of which is formed with one transformer from each transformer unit as a group. The configuration can be changed as needed as long as the primary coil is connected in a balanced connection and the secondary coil is connected in a balanced connection.
例えば、第2実施形態の1次側共振回路24および2次側共振回路24’に対して、第1実施形態の第1変形例~第3変形例の構成を適用することができる。 For example, the configurations of the first to third modifications of the first embodiment can be applied to the primary side resonant circuit 24 and secondary side resonant circuit 24' of the second embodiment.
1A 充電装置
2 AC/DCコンバータ
3 出力フィルタ
4 制御ユニット
5 交流電源
6 バッテリー
10A~10E DC/DCコンバータ
11 1次側スイッチング回路
12、12E 1次側整流回路
13 トランス回路
14、14B~14D 1次側共振回路
15 制御部
20 DC/DCコンバータ
21 1次側スイッチング回路
22 2次側スイッチング回路
23 トランス回路
24 1次側共振回路
24’ 2次側共振回路
25 制御部
1A Charging device 2 AC/DC converter 3 Output filter 4 Control unit 5 AC power supply 6 Batteries 10A to 10E DC/DC converter 11 Primary side switching circuit 12, 12E Primary side rectifier circuit 13 Transformer circuits 14, 14B to 14D Primary side resonant circuit 15 Control unit 20 DC/DC converter 21 Primary side switching circuit 22 Secondary side switching circuit 23 Transformer circuit 24 Primary side resonant circuit 24' Secondary side resonant circuit 25 Control unit
Claims (5)
並列接続された第1レグ、第2レグおよび第3レグを含み、各レグが直列接続された1組のスイッチング素子を含み、前記トランス回路の1次側に設けられた1次側スイッチング回路と、
前記第1レグと前記第1トランス部との間に設けられた第1共振部、前記第2レグと前記第2トランス部との間に設けられた第2共振部、および前記第3レグと前記第3トランス部との間に設けられた第3共振部を含み、各共振部が共振コイルおよび共振コンデンサを含む1次側共振回路と、
複数の整流素子を含み、前記トランス回路の2次側に設けられた2次側整流回路と、
前記第1レグ、前記第2レグおよび前記第3レグ間に所定の位相差を設けて所定の駆動周波数で駆動させて電流共振を生じさせる制御部と、
を備える3相LLC方式のDC/DCコンバータであって、
前記トランス回路は、N個のトランス群を形成し、
前記N個のトランス群の各トランス群は、前記各トランス部の各1個のトランスを1組として形成されたものであり、1次側コイルが平衡結線接続され、かつ2次側コイルが平衡結線接続されたものである
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。 a transformer circuit including a first transformer unit, a second transformer unit, and a third transformer unit, each of which is configured with N transformers (N is an integer of 2 or more);
a primary-side switching circuit provided on a primary side of the transformer circuit, the primary-side switching circuit including a first leg, a second leg, and a third leg connected in parallel, each leg including a set of switching elements connected in series;
a primary-side resonant circuit including a first resonant unit provided between the first leg and the first transformer unit, a second resonant unit provided between the second leg and the second transformer unit, and a third resonant unit provided between the third leg and the third transformer unit, each resonant unit including a resonant coil and a resonant capacitor;
a secondary-side rectifier circuit including a plurality of rectifier elements and provided on the secondary side of the transformer circuit;
a control unit that provides a predetermined phase difference between the first leg, the second leg, and the third leg and drives the first leg at a predetermined drive frequency to generate current resonance;
A three-phase LLC DC/DC converter comprising:
The transformer circuit forms N transformer groups,
A DC/DC converter characterized in that each of the N transformer groups is formed as a group consisting of one transformer from each of the transformer units, and the primary coils are connected in a balanced connection and the secondary coils are connected in a balanced connection.
前記記憶部には、
前記位相差に関する第1位相差と、
前記位相差に関し、前記第1位相差とは異なる第2位相差と、
前記2次側整流回路から出力される出力電流の出力値に関する第1電流閾値と、
前記2次側整流回路から出力される出力電力の出力値に関する第1電力閾値と、が記憶されており、
前記制御部は、
前記出力電流の出力値と前記第1電流閾値とを比較し、かつ、前記出力電力の出力値と前記第1電力閾値とを比較し、
前記出力電流の出力値が前記第1電流閾値未満、かつ、前記出力電力の出力値が前記第1電力閾値未満の場合、前記位相差を前記第1位相差に設定する一方、
前記出力電流の出力値が前記第1電流閾値以上、または、前記出力電力の出力値が前記第1電力閾値以上の場合、前記位相差を前記第2位相差に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。 the control unit includes a storage unit,
The storage unit includes:
a first phase difference related to the phase difference;
With respect to the phase difference, a second phase difference different from the first phase difference;
a first current threshold value related to an output value of an output current output from the secondary side rectifier circuit;
a first power threshold value related to an output value of the output power output from the secondary-side rectifier circuit ,
The control unit
comparing an output value of the output current with the first current threshold and comparing an output value of the output power with the first power threshold;
When the output value of the output current is less than the first current threshold and the output value of the output power is less than the first power threshold, the phase difference is set to the first phase difference;
2. The DC/DC converter according to claim 1, wherein the phase difference is set to the second phase difference when the output value of the output current is equal to or greater than the first current threshold or when the output value of the output power is equal to or greater than the first power threshold.
並列接続された第1レグ、第2レグおよび第3レグを含み、各レグが直列接続された1組のスイッチング素子を含み、前記トランス回路の1次側に設けられた1次側スイッチング回路と、
並列接続された第4レグ、第5レグおよび第6レグを含み、各レグが直列接続された1組のスイッチング素子を含み、前記トランス回路の2次側に設けられた2次側スイッチング回路と、
前記第1トランス部を介して前記第1レグと前記第4レグとの間に設けられた第1共振部、前記第2トランス部を介して前記第2レグと前記第5レグとの間に設けられた第2共振部、および前記第3トランス部を介して前記第3レグと前記第6レグとの間に設けられた第3共振部を含み、各共振部が前記各トランス部の1次側および2次側の双方に設けられた共振コイルおよび共振コンデンサを含む共振回路と、
前記1次側スイッチング回路から前記2次側スイッチング回路への電力伝送を行わせる順方向制御と、前記2次側スイッチング回路から前記1次側スイッチング回路への電力伝送を行わせる逆方向制御とを行う制御部と、
を備える3相CLLC方式のDC/DCコンバータであって、
前記制御部は、
前記順方向制御において、前記第1レグ、前記第2レグおよび前記第3レグ間に所定の位相差を設けて所定の駆動周波数で駆動させて電流共振を生じさせ、
前記逆方向制御において、前記第4レグ、前記第5レグおよび前記第6レグ間に所定の位相差を設けて所定の駆動周波数で駆動させて電流共振を生じさせ、
前記トランス回路は、N個のトランス群を形成し、
前記N個のトランス群の各トランス群は、前記各トランス部の各1個のトランスを1組として形成されたものであり、1次側コイルが平衡結線接続され、かつ2次側コイルが平衡結線接続されたものである
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。 a transformer circuit including a first transformer unit, a second transformer unit, and a third transformer unit, each of which is configured with N transformers (N is an integer of 2 or more);
a primary-side switching circuit provided on a primary side of the transformer circuit, the primary-side switching circuit including a first leg, a second leg, and a third leg connected in parallel, each leg including a set of switching elements connected in series;
a secondary-side switching circuit provided on a secondary side of the transformer circuit, the secondary-side switching circuit including a fourth leg, a fifth leg, and a sixth leg connected in parallel, each leg including a set of switching elements connected in series;
a resonant circuit including a first resonant unit provided between the first leg and the fourth leg via the first transformer unit, a second resonant unit provided between the second leg and the fifth leg via the second transformer unit, and a third resonant unit provided between the third leg and the sixth leg via the third transformer unit, each resonant unit including a resonant coil and a resonant capacitor provided on both the primary side and the secondary side of each transformer unit;
a control unit that performs forward control to transfer power from the primary side switching circuit to the secondary side switching circuit and reverse control to transfer power from the secondary side switching circuit to the primary side switching circuit;
A three-phase CLLC DC/DC converter comprising:
The control unit
In the forward control, a predetermined phase difference is provided between the first leg, the second leg, and the third leg, and the first leg, the second leg, and the third leg are driven at a predetermined drive frequency to generate current resonance;
In the reverse control, a predetermined phase difference is provided between the fourth leg, the fifth leg, and the sixth leg, and the fourth leg, the fifth leg, and the sixth leg are driven at a predetermined drive frequency to generate current resonance;
The transformer circuit forms N transformer groups,
A DC/DC converter characterized in that each of the N transformer groups is formed as a group consisting of one transformer from each of the transformer units, and the primary coils are connected in a balanced connection and the secondary coils are connected in a balanced connection.
前記記憶部には、
前記順方向制御時の前記位相差に関する第1位相差と、
前記順方向制御時の前記位相差に関し、前記第1位相差とは異なる第2位相差と、
前記順方向制御時において、前記2次側スイッチング回路から出力される出力電流の第1出力値に関する第1電流閾値、および、前記2次側スイッチング回路から出力される出力電力の第1出力値に関する第1電力閾値と、
前記逆方向制御時の前記位相差に関する第3位相差と、
前記逆方向制御時の前記位相差に関し、前記第3位相差とは異なる第4位相差と、
前記逆方向制御時において、前記1次側スイッチング回路から出力される出力電流の第2出力値に関する第2電流閾値、および、前記1次側スイッチング回路から出力される出力電力の第2出力値に関する第2電力閾値と、が記憶されており、
前記制御部は、
前記順方向制御時において、
前記出力電流の第1出力値と前記第1電流閾値とを比較し、かつ、前記出力電力の第1出力値と前記第1電力閾値とを比較し、
前記出力電流の第1出力値が前記第1電流閾値未満、かつ、前記出力電力の第1出力値が前記第1電力閾値未満の場合、前記位相差を前記第1位相差に設定する一方、
前記出力電流の第1出力値が前記第1電流閾値以上、または、前記出力電力の第1出力値が前記第1電力閾値以上の場合、前記位相差を前記第2位相差に設定し、
前記逆方向制御時において、
前記出力電流の第2出力値と前記第2電流閾値とを比較し、かつ、前記出力電力の第2出力値と前記第2電力閾値とを比較し、
前記出力電流の第2出力値が前記第2電流閾値未満、かつ、前記出力電力の第2出力値が前記第2電力閾値未満の場合、前記位相差を前記第3位相差に設定する一方、
前記出力電流の第2出力値が前記第2電流閾値以上、または、前記出力電力の第2出力値が前記第2電力閾値以上の場合、前記位相差を前記第4位相差に設定する
ことを特徴とする請求項3に記載のDC/DCコンバータ。 the control unit includes a storage unit,
The storage unit includes:
a first phase difference related to the phase difference during the forward control;
With regard to the phase difference during the forward control, a second phase difference different from the first phase difference;
a first current threshold value related to a first output value of an output current output from the secondary-side switching circuit during the forward control, and a first power threshold value related to a first output value of an output power output from the secondary-side switching circuit;
a third phase difference related to the phase difference during the reverse direction control;
With regard to the phase difference during the reverse direction control, a fourth phase difference different from the third phase difference;
a second current threshold value related to a second output value of an output current output from the primary side switching circuit and a second power threshold value related to a second output value of an output power output from the primary side switching circuit during the reverse direction control are stored;
The control unit
During the forward control,
comparing a first output value of the output current with the first current threshold and comparing a first output value of the output power with the first power threshold;
When the first output value of the output current is less than the first current threshold and the first output value of the output power is less than the first power threshold, the phase difference is set to the first phase difference;
When the first output value of the output current is equal to or greater than the first current threshold or the first output value of the output power is equal to or greater than the first power threshold, the phase difference is set to the second phase difference;
During the reverse direction control,
comparing a second output value of the output current with the second current threshold and comparing a second output value of the output power with the second power threshold;
When the second output value of the output current is less than the second current threshold and the second output value of the output power is less than the second power threshold, the phase difference is set to the third phase difference;
4. The DC/DC converter according to claim 3, wherein the phase difference is set to the fourth phase difference when a second output value of the output current is equal to or greater than the second current threshold or when a second output value of the output power is equal to or greater than the second power threshold.
前記DC/DCコンバータの前段に設けられたAC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの後段に設けられた出力フィルタと、を備える
ことを特徴とする充電装置。 A DC/DC converter according to any one of claims 1 to 4;
an AC/DC converter provided in a stage preceding the DC/DC converter;
an output filter provided in a subsequent stage of the DC/DC converter.
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|---|---|---|---|---|
| CN109286330A (en) | 2018-11-28 | 2019-01-29 | 深圳市优优绿能电气有限公司 | A kind of high-power power inverter of high current |
| JP2020108236A (en) | 2018-12-27 | 2020-07-09 | 矢崎総業株式会社 | Power converter |
| JP2021522770A (en) | 2018-04-26 | 2021-08-30 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | DCDC converters, in-vehicle chargers and electric vehicles |
| US20210281182A1 (en) | 2016-10-26 | 2021-09-09 | Korea Electric Power Corporation | Phase current control device for dab converter, and method therefor |
| JP2022017179A (en) | 2020-07-13 | 2022-01-25 | 台達電子工業股▲ふん▼有限公司 | Isolated resonant converter and control method of the same |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210281182A1 (en) | 2016-10-26 | 2021-09-09 | Korea Electric Power Corporation | Phase current control device for dab converter, and method therefor |
| JP2021522770A (en) | 2018-04-26 | 2021-08-30 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | DCDC converters, in-vehicle chargers and electric vehicles |
| CN109286330A (en) | 2018-11-28 | 2019-01-29 | 深圳市优优绿能电气有限公司 | A kind of high-power power inverter of high current |
| JP2020108236A (en) | 2018-12-27 | 2020-07-09 | 矢崎総業株式会社 | Power converter |
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