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JP2012120269A - Power inverter circuit - Google Patents

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JP2012120269A
JP2012120269A JP2010265544A JP2010265544A JP2012120269A JP 2012120269 A JP2012120269 A JP 2012120269A JP 2010265544 A JP2010265544 A JP 2010265544A JP 2010265544 A JP2010265544 A JP 2010265544A JP 2012120269 A JP2012120269 A JP 2012120269A
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Yuki Makita
祐樹 牧田
Toshiyuki Hirata
俊之 平田
Masaaki Konofuji
正明 甲野藤
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power inverter circuit capable of reducing power loss which accompanies passing through a chopper circuit that is not used, although a multistep chopper circuit is utilized.SOLUTION: The power inverter circuit includes a plurality of chopper circuits between a first end and a second end, for performing a first transmission operation which boosts the power inputted in the first end and then outputs it from the second end, as well as a second transmission operation which steps down the power inputted in the second end and outputs it from the first end. The plurality of chopper circuits include a first circuit which is so formed as to step up/down operation in both directions, and a second circuit formed to perform step-up operation. At the time of first transmission operation, the first circuit and the second circuit perform a step-up operation advancing from the first end to the second end. At the time of second transmission operation, the first circuit and the second circuit perform step-down operation advancing from the second end to the first end. At least one of the second circuits performs substantially no step-down operation by itself.

Description

本発明は、電圧を変換する電力変換回路に関し、特に、双方向に電力を伝送するものに関する。   The present invention relates to a power conversion circuit that converts a voltage, and more particularly to a circuit that transmits power bidirectionally.

近年、負荷を蓄電池に接続して利用するケースが増えてきている。例えば、負荷や系統(商用電源を供給するライン)を蓄電池に接続させるケースや、HEV、PHEV、EVで使用される蓄電池を、電動モータに接続させるケースが増えてきている。   In recent years, cases in which a load is connected to a storage battery for use are increasing. For example, cases in which loads and systems (lines for supplying commercial power) are connected to storage batteries, and storage batteries used in HEV, PHEV, and EV are connected to electric motors are increasing.

また蓄電池と負荷側における電圧の違いに対応するため、これらの間には、電圧を変換するコンバータ(電力変換回路)が設けられる。このようなコンバータの一例として、特許文献1には、昇降圧チョッパ回路を用いた昇降圧チョッパ装置が開示されている。   Moreover, in order to respond | correspond to the difference in the voltage in a storage battery and a load side, the converter (power conversion circuit) which converts a voltage is provided between these. As an example of such a converter, Patent Document 1 discloses a buck-boost chopper device using a buck-boost chopper circuit.

この昇降圧チョッパ装置によれば、低電圧側から高電圧側へ電力を伝送するときは昇圧がなされ、高電圧側から低電圧側へ電力を伝送するときは降圧がなされる。これにより、双方向への電力伝送が適切に行われるようになっている。なお昇降圧チョッパ回路によれば、昇圧比や降圧比は、スイッチング素子の通流率(デューティ比=スイッチ(スイッチング素子を含む)ONの時間/(スイッチONの時間+スイッチOFFの時間))を通じて制御することが可能である。   According to this step-up / step-down chopper device, boosting is performed when power is transmitted from the low voltage side to the high voltage side, and stepping down is performed when power is transmitted from the high voltage side to the low voltage side. Thus, bidirectional power transmission is appropriately performed. According to the step-up / step-down chopper circuit, the step-up ratio and the step-down ratio are determined through the conduction ratio of the switching element (duty ratio = switch (including the switching element) ON time / (switch ON time + switch OFF time)). It is possible to control.

特開2007−267582号公報JP 2007-267582 A

ところで昇降圧チョッパ回路において、昇圧比をR1、降圧比をR2とすると、これらは次の式で表される。
R1=1/(1−α)
R2=α
但しαは、スイッチング素子のデューティ比を示す。また昇圧時におけるデューティ比と昇圧比の関係を表すグラフ、および降圧時におけるデューティ比と降圧比の関係を表すグラフを、図17に示す。
In the step-up / step-down chopper circuit, if the step-up ratio is R1 and the step-down ratio is R2, these are expressed by the following equations.
R1 = 1 / (1-α)
R2 = α
However, (alpha) shows the duty ratio of a switching element. FIG. 17 shows a graph representing the relationship between the duty ratio and the step-up ratio during boosting, and a graph representing the relationship between the duty ratio and the step-down ratio during step-down.

上式および図17から明らかな通り、昇圧比R1の増分とデューティ比αの増分との比(図17に示したグラフにおける、傾きに相当する)は、デューティ比が大きくなるに連れて著しく増大する。ここで高電圧側と低電圧側との電位差が大きい場合、低電圧側から高電圧側へ電力を伝送するにあたっては、昇圧比を高くする必要がある。しかし昇圧比を高くするために、デューティ比をあまりに大きくすると、例えばデューティ比αに対する昇圧比の変動幅が大きくなるため、αのズレに対する昇圧比の変動が大きくなり、昇圧動作の制御精度の低下を招くおそれがある。   As is apparent from the above equation and FIG. 17, the ratio of the step-up ratio R1 increment to the duty ratio α increment (corresponding to the slope in the graph shown in FIG. 17) increases remarkably as the duty ratio increases. To do. Here, when the potential difference between the high voltage side and the low voltage side is large, it is necessary to increase the step-up ratio when transmitting power from the low voltage side to the high voltage side. However, if the duty ratio is increased too much in order to increase the boost ratio, for example, the fluctuation range of the boost ratio with respect to the duty ratio α increases, so the fluctuation of the boost ratio with respect to the deviation of α increases, and the control accuracy of the boost operation decreases. May be incurred.

なお高い昇圧比を確保するための方策としては、例えば、トランスを用いたフライバック方式、フォワード方式、もしくはプッシュプル方式を採用することが考えられる。しかし何れの場合にも、素子耐圧などの観点から、双方向への電力伝送は容易ではない。   As a measure for ensuring a high step-up ratio, for example, a flyback method using a transformer, a forward method, or a push-pull method may be employed. However, in any case, bi-directional power transmission is not easy from the viewpoint of device breakdown voltage.

そこで高い昇圧比を確保するための別の方策として、昇降圧チョッパ回路に、別の昇圧チョッパ回路を直列に接続したもの(便宜的に、「多段チョッパ回路」と称する)を利用することが考えられる。これにより、複数のチョッパ回路の各々をαの小さい領域で動作させることが出来、全体として、高い昇圧比での制御において制御精度の改善をする事が出来る。   Therefore, as another measure for securing a high step-up ratio, it is considered to use a step-up / step-down chopper circuit in which another step-up chopper circuit is connected in series (referred to as a “multistage chopper circuit” for convenience). It is done. Accordingly, each of the plurality of chopper circuits can be operated in a region where α is small, and as a whole, control accuracy can be improved in control at a high step-up ratio.

なお降圧比R2の増分とデューティ比αの増分との比については、デューティ比の大きさに関わらずほぼ一定である。そのため、上述した多段チョッパ回路を利用する場合であっても、多くの場合は一部のチョッパ回路に降圧を行わせるだけで、降圧動作の制御精度を良好に維持することが可能である。   The ratio of the step-down ratio R2 increment to the duty ratio α increment is substantially constant regardless of the duty ratio. Therefore, even when the above-described multistage chopper circuit is used, in many cases, it is possible to maintain good control accuracy of the step-down operation only by causing some chopper circuits to perform step-down.

しかし多段チョッパ回路を利用する場合、高電圧側から低電圧側への電力伝送にあたっては、不使用(本願では、降圧チョッパ回路として実質的に動作させないという意)のチョッパ回路をも電力が通ることになり、その分の無駄な電力損失が発生する。電力の伝送効率の観点から、このような電力損失は出来るだけ低減されることが望ましい。   However, when using a multi-stage chopper circuit, the power must pass through a chopper circuit that is not used (in this application, it is not allowed to operate substantially as a step-down chopper circuit) when transmitting power from the high voltage side to the low voltage side. As a result, unnecessary power loss occurs. From the viewpoint of power transmission efficiency, it is desirable to reduce such power loss as much as possible.

本発明は上述した問題に鑑み、双方向回路での電力損失を低減させることが可能となる電力変換回路の提供を目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a power conversion circuit that can reduce power loss in a bidirectional circuit.

上記目的を達成するため、本発明に係る電力変換回路は、第1端と第2端の間に複数のチョッパ回路を備えており、第1端に入力された電力を昇圧させた上で第2端から出力する第1伝送動作、および、第2端に入力された電力を降圧させた上で第1端から出力する第2伝送動作、を行う電力変換回路であって、前記複数のチョッパ回路は、第1端から第2端へ向かう方向への昇圧動作、および、第2端から第1端へ向かう方向への降圧動作をするよう形成された第1回路と、第1端から第2端へ向かう方向への昇圧動作をするよう形成された第2回路と、の各々を少なくとも一つずつ含み、第1伝送動作を行うときは、前記第1回路および前記第2回路が、第1端から第2端へ向かう方向への前記昇圧動作を行い、第2伝送動作を行うときは、前記第1回路および前記第2回路が第2端から第1端へ向かう方向への前記降圧動作を行い、少なくとも前記第2回路の一つは、前記第2回路のみでは実質的に降圧動作を行わない構成とする。   In order to achieve the above object, a power conversion circuit according to the present invention includes a plurality of chopper circuits between a first end and a second end, and boosts the power input to the first end. A power conversion circuit that performs a first transmission operation output from two ends and a second transmission operation output from the first end after stepping down power input to the second end, the plurality of choppers The circuit includes a first circuit formed to perform a step-up operation in a direction from the first end to the second end, and a step-down operation in a direction from the second end to the first end. And at least one second circuit formed to perform a boost operation in a direction toward the two ends, and when performing the first transmission operation, the first circuit and the second circuit are When performing the step-up operation in the direction from the first end to the second end and performing the second transmission operation The first circuit and the second circuit perform the step-down operation in a direction from the second end toward the first end, and at least one of the second circuits is substantially step-down operation only with the second circuit. It is set as the structure which does not perform.

本構成によれば、第2伝送動作を行うときに、第2回路を降圧回路として実質的に動作させないことで、電力損失を低減させることが可能となる。   According to this configuration, when performing the second transmission operation, it is possible to reduce power loss by not causing the second circuit to substantially operate as a step-down circuit.

ここで「実質的に降圧動作を行わない」とは、降圧動作した場合の出力を出力しないという意味である。この形態としては、例えば、(1)降圧回路をバイパスすることで降圧回路の入出力をショートさせる形態(形式的な降圧動作(スイッチング動作等)がなされていても、ショートされているために降圧動作とはならない場合を含む)、(2)降圧回路のスイッチング素子を常時オンとする(導通状態に固定する)形態、および(3)降圧動作する回路部を含まない形態などが挙げられる。回路が降圧動作した場合の出力を出力しない場合、その回路における降圧のためのスイッチング動作による電力損失が回避される。   Here, “substantially no step-down operation” means that no output is output when the step-down operation is performed. As this form, for example, (1) Even if a form in which the input / output of the step-down circuit is short-circuited by bypassing the step-down circuit (formal step-down operation (switching operation, etc.)), the step-down circuit (2) a mode in which the switching element of the step-down circuit is always turned on (fixed to a conductive state), and (3) a mode not including a circuit unit that performs the step-down operation. When the output when the circuit performs the step-down operation is not output, power loss due to the switching operation for step-down in the circuit is avoided.

また昇圧動作をするよう形成されたチョッパ回路としては、昇圧チョッパ回路が挙げられる。昇圧チョッパ回路は、昇圧用スイッチング素子、および昇圧用スイッチング素子のチョッピングによってエネルギーの蓄積と放出を行うコイルを有し、少なくとも、一方向への昇圧動作が可能で、例えば双方向昇降圧が可能に形成されたチョッパ回路であってもよい。また「昇圧動作」は、昇圧用スイッチング素子のチョッピングによってコイルにエネルギーの蓄積と放出を繰り返させ、入力された電力を昇圧させた上で出力することである。このような基本構成を有する限り、様々な形態の回路が昇圧チョッパ回路に含まれるものとする。   An example of a chopper circuit formed so as to perform a boosting operation is a boosting chopper circuit. The step-up chopper circuit has a step-up switching element and a coil that stores and discharges energy by chopping the step-up switching element, and can perform step-up operation in at least one direction. It may be a formed chopper circuit. In addition, the “boost operation” is to output the electric power after boosting the input power by causing the coil to repeatedly store and release energy by chopping the boosting switching element. As long as having such a basic configuration, various types of circuits are included in the boost chopper circuit.

また双方向で昇降圧動作をするよう形成されたチョッパ回路としては、昇降圧チョッパ回路が挙げられる。昇降圧チョッパ回路は、昇圧チョッパ回路の一形態であり、昇圧用スイッチング素子、降圧用スイッチング素子、およびこれらの何れのスイッチング素子のチョッピングによってもエネルギーの蓄積と放出を行うコイルを有し、一方向へは昇圧動作、その逆方向へは降圧動作が可能に形成されたチョッパ回路である。なお「降圧動作」は、降圧用スイッチング素子のチョッピングによってコイルにエネルギーの蓄積と放出を繰り返させ、入力された電力を降圧させた上で出力することである。このような基本構成を有する限り、様々な形態の回路が昇降圧チョッパ回路に含まれるものとする。   An example of a chopper circuit formed so as to perform a step-up / step-down operation in both directions is a step-up / step-down chopper circuit. A step-up / down chopper circuit is a form of a step-up chopper circuit, and includes a step-up switching element, a step-down switching element, and a coil that stores and discharges energy by chopping any of these switching elements, and is unidirectional Is a chopper circuit formed so that a step-up operation is possible and a step-down operation is possible in the opposite direction. The “step-down operation” is to output the electric power after stepping down the input power by causing the coil to repeatedly store and release energy by chopping the step-down switching element. As long as it has such a basic configuration, various types of circuits are included in the step-up / step-down chopper circuit.

また上記構成において、前記複数のチョッパ回路における全ての前記第2回路からなる回路の部分の、全部または一部と並列に設けられたバイパスを備え、前記第2伝送動作を行うときに、前記電力が前記バイパスを通るようにすることで、前記第2回路が実質的に降圧動作を行わない構成としてもよい。本構成によれば、バイパスによって上記回路の部分の全部または一部をショートさせ、電力損失を大幅に低減させることが可能となる。なお上記「回路の部分」の形態は、第2回路が複数存在する場合に、それぞれの第2回路が連続であるか不連続であるか(第2回路同士の間に、第2回路ではないチョッパ回路が介在しているか否か)を問わない。   Further, in the above configuration, when the second transmission operation is performed, the power supply includes a bypass provided in parallel with all or a part of a part of all the second circuits in the plurality of chopper circuits. By allowing the second circuit to pass through the bypass, the second circuit may not substantially perform the step-down operation. According to this configuration, all or a part of the circuit portion can be short-circuited by bypass, and the power loss can be greatly reduced. The form of the “circuit portion” described above indicates that when there are a plurality of second circuits, each second circuit is continuous or discontinuous (not the second circuit between the second circuits). It does not matter whether or not a chopper circuit is interposed.

また上記構成としてより具体的には、前記第2回路は、昇降圧チョッパ回路として形成されており、前記バイパスは、前記第2回路の降圧用スイッチング素子と並列に設けられた構成としてもよい。   More specifically, the second circuit may be formed as a step-up / step-down chopper circuit, and the bypass may be provided in parallel with the step-down switching element of the second circuit.

また上記構成において、前記バイパスは、該バイパスが降圧用スイッチング素子と並列に設けられている前記第2回路について、コイルとは直列に設けられた構成としてもよい。本構成によれば、電力が当該コイルを通るようにし、出力電流のリップルをより低減させることが可能となる。   In the above configuration, the bypass may be configured in series with the coil in the second circuit in which the bypass is provided in parallel with the step-down switching element. According to this configuration, power can be passed through the coil, and the ripple of the output current can be further reduced.

また上記構成において、前記第2回路は、昇圧チョッパ回路として形成されており、前記バイパスは、前記第2回路の昇圧用整流素子と並列に設けられた構成としてもよい。   In the above configuration, the second circuit may be formed as a boost chopper circuit, and the bypass may be provided in parallel with the boost rectifier element of the second circuit.

また上記構成において、前記バイパスは、該バイパスが昇圧用整流素子と並列に設けられている前記第2回路について、コイルとは直列に設けられた構成としてもよい。本構成によれば、電力が当該コイルを通るようにし、出力電流のリップルをより低減させることが可能となる。   In the above configuration, the bypass may be configured in series with the coil in the second circuit in which the bypass is provided in parallel with the boosting rectifier element. According to this configuration, power can be passed through the coil, and the ripple of the output current can be further reduced.

また上記構成において、前記第2回路は、昇降圧チョッパ回路として形成されており、前記第2伝送動作を行うときに、前記第2回路の降圧用スイッチング素子を導通状態に固定することで、前記第2回路に実質的に降圧動作を行わせないようにする構成としてもよい。本構成によれば、バイパスを設ける必要が無く、簡潔な構成によって電力損失を低減させることが可能となる。   In the above configuration, the second circuit is formed as a step-up / step-down chopper circuit, and when performing the second transmission operation, by fixing the step-down switching element of the second circuit to a conductive state, The second circuit may be configured not to substantially perform the step-down operation. According to this configuration, there is no need to provide a bypass, and power loss can be reduced with a simple configuration.

また上記構成として具体的には、前記複数のチョッパ回路のうち、少なくとも第1端に最も近いものを、前記第2回路とした構成としても良い。本構成によれば、降圧時により多くのコイルが利用されるようにし、出力電流のリップルを低減させることが可能となる。   Specifically, as the above configuration, at least the one closest to the first end among the plurality of chopper circuits may be configured as the second circuit. According to this configuration, it is possible to reduce the ripple of the output current by using more coils at the time of step-down.

また上記構成として具体的には、前記複数のチョッパ回路のうち、少なくとも第2端に最も近いものを、前記第2回路とした構成としても良い。本構成によれば、定格電流の比較的小さいコイルが用いられないようにし、伝送可能な電力の上限値が小さくならないようにすることが可能となる。   Specifically, as the above configuration, at least the one closest to the second end among the plurality of chopper circuits may be configured as the second circuit. According to this configuration, it is possible to prevent a coil having a relatively small rated current from being used and to prevent an upper limit value of power that can be transmitted from being reduced.

上述した通り、本発明に係る電力変換回路によれば、双方向回路での電力損失を低減させることが可能となる。   As described above, the power conversion circuit according to the present invention can reduce power loss in the bidirectional circuit.

本発明の実施形態に係る双方向DCDCコンバータについての、使用形態の一例に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding an example of the type of usage about the bidirectional | two-way DCDC converter which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る双方向DCDCコンバータの構成図である。It is a block diagram of the bidirectional DCDC converter which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る電力伝送部の構成図である。It is a block diagram of the electric power transmission part which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal concerning a 2nd embodiment of the present invention. パルス信号生成回路の構成図である。It is a block diagram of a pulse signal generation circuit. 本発明の第3実施形態に係る双方向DCDCコンバータの構成図である。It is a block diagram of the bidirectional DCDC converter which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る電力伝送部の構成図である。It is a block diagram of the electric power transmission part which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係る電力伝送部の構成図である。It is a block diagram of the electric power transmission part which concerns on 4th Embodiment of this invention. バイパスラインが設けられる形態に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the form in which a bypass line is provided. バイパスラインが設けられる形態に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the form in which a bypass line is provided. バイパスラインが設けられる形態に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the form in which a bypass line is provided. バイパスラインが設けられる形態に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the form in which a bypass line is provided. バイパスラインが設けられる形態に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the form in which a bypass line is provided. バイパスラインが設けられる形態に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the form in which a bypass line is provided. バイパスラインに設けられるスイッチの形態に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the form of the switch provided in a bypass line. 昇降圧チョッパ回路における、デューティ比と昇圧比または降圧比の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between a duty ratio and a step-up ratio or a step-down ratio in a step-up / step-down chopper circuit.

本発明の実施形態について、第1実施形態から第4実施形態の各々を例に挙げて、以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below by taking each of the first to fourth embodiments as an example.

1.第1実施形態
まず第1実施形態について、双方向DCDCコンバータ(以下、「コンバータ1」と略記することがある)を挙げて説明する。コンバータ1は、電圧の異なる装置等の間、すなわち低電圧側と高電圧側の間に設けられて使用される。より具体的にはコンバータ1は、端子T1(第1端)と端子T2(第2端)が設けられており、端子T1が低電圧側に接続され、端子T2が高電圧側に接続される。一例としては、図1に示すように、端子T1が蓄電池に接続され、端子T2が、系統に繋がった双方向ACDCコンバータに接続される。
1. First Embodiment First, a first embodiment will be described with reference to a bidirectional DCDC converter (hereinafter sometimes abbreviated as “converter 1”). The converter 1 is provided between devices having different voltages, that is, between a low voltage side and a high voltage side. More specifically, the converter 1 is provided with a terminal T1 (first end) and a terminal T2 (second end), the terminal T1 is connected to the low voltage side, and the terminal T2 is connected to the high voltage side. . As an example, as shown in FIG. 1, the terminal T1 is connected to a storage battery, and the terminal T2 is connected to a bidirectional ACDC converter connected to the system.

またコンバータ1は、より具体的には他の実施形態として詳細に説明するが、次のような構成となっている。コンバータ1は、端子T1と端子T2の間に複数のチョッパ回路を備えており、端子T1に入力された電力を昇圧させた上で端子T2から出力する第1伝送動作、および、端子T2に入力された電力を降圧させた上で端子T1から出力する第2伝送動作、を行う。   The converter 1 is more specifically described as another embodiment in detail, but has the following configuration. The converter 1 includes a plurality of chopper circuits between the terminal T1 and the terminal T2. The converter 1 boosts the power input to the terminal T1, and then outputs the first transmission operation from the terminal T2, and the input to the terminal T2. The second transmission operation of lowering the generated power and outputting from the terminal T1 is performed.

このように第1伝送動作や第2伝送動作がなされることにより、低電圧側と高電圧側の間で、双方向への電力伝送が適切に行われるようになっている。なおコンバータ1(後述する、主制御部12)は、低電圧側から高電圧側へ電力を伝送すべき期間(第1伝送動作を行うべき期間)の情報、および高電圧側から低電圧側へ電力を伝送すべき期間(第2伝送動作を行うべき期間)の情報を取得するようになっている。   Thus, by performing the first transmission operation and the second transmission operation, bidirectional power transmission is appropriately performed between the low voltage side and the high voltage side. Note that the converter 1 (main control unit 12 to be described later) receives information on a period during which power should be transmitted from the low voltage side to the high voltage side (period during which the first transmission operation should be performed) and from the high voltage side to the low voltage side. Information on a period for transmitting power (a period for performing the second transmission operation) is acquired.

また前記複数のチョッパ回路は、端子T1から端子T2へ向かう方向への昇圧動作、および、端子T2から端子T1へ向かう方向への降圧動作をするよう形成された第1回路と、端子T1から端子T2へ向かう方向への昇圧動作をするよう形成された第2回路と、の各々を少なくとも一つずつ含んでいる。そして第1伝送動作を行うときは、第1回路および第2回路が、第1端から第2端へ向かう方向への前記昇圧動作を行う。また第2伝送動作を行うときは、第1回路および第2回路が第2端から第1端へ向かう方向への前記降圧動作を行い、少なくとも第2回路の一つは、第2回路のみでは実質的に降圧動作を行わない。   The plurality of chopper circuits include a first circuit formed to perform a step-up operation in a direction from the terminal T1 to the terminal T2, and a step-down operation in a direction from the terminal T2 to the terminal T1, and from the terminal T1 to the terminal And at least one of each of the second circuits formed so as to perform the boosting operation in the direction toward T2. When performing the first transmission operation, the first circuit and the second circuit perform the boosting operation in the direction from the first end toward the second end. Also, when performing the second transmission operation, the first circuit and the second circuit perform the step-down operation in the direction from the second end to the first end, and at least one of the second circuits is not the second circuit alone. Substantially no step-down operation is performed.

このような構成となっているため、コンバータ1において、第2回路が双方向で昇降圧動作するように形成されている場合は、第2伝送動作を行うときに、第2回路に実質的に降圧動作を行わせない。そのため、第2回路は降圧動作した場合の出力を出力しないので、当該回路における降圧のためのスイッチング動作等による電力損失が回避され、その結果、コンバータ1は電力損失を低減させることが可能となっている。また、第2回路が端子T1から端子T2への単方向の昇圧動作をするように構成されている場合は、第1伝送動作を行うときに、効率改善が図られる場合がある。   With this configuration, in the converter 1, when the second circuit is formed so as to perform a step-up / step-down operation in both directions, when the second transmission operation is performed, the second circuit is substantially Does not perform step-down operation. Therefore, since the second circuit does not output the output when the step-down operation is performed, the power loss due to the switching operation for the step-down in the circuit is avoided, and as a result, the converter 1 can reduce the power loss. ing. In addition, when the second circuit is configured to perform a unidirectional boost operation from the terminal T1 to the terminal T2, efficiency may be improved when performing the first transmission operation.

第2回路に実質的に降圧動作を行わせないようにする形態の例は、後述する第2から第4実施形態の説明にて明らかとなる。なお第2および第4実施形態では、降圧回路をバイパスすることで降圧回路の入出力をショートさせる形態(形式的な降圧動作(スイッチング動作等)がなされていても、ショートされているために降圧動作とはならない場合を含む)が採用されている。また第3実施形態では、降圧回路のスイッチング素子を常時オンとする形態が採用されている。   An example of a mode in which the step-down operation is not substantially performed in the second circuit will be apparent from the description of the second to fourth embodiments to be described later. In the second and fourth embodiments, the input / output of the step-down circuit is short-circuited by bypassing the step-down circuit (even if a formal step-down operation (switching operation or the like) is performed) Including the case where it does not work). In the third embodiment, a mode in which the switching element of the step-down circuit is always turned on is employed.

2.第2実施形態
次に本発明の第2実施形態について、以下に説明する。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described below.

[双方向DCDCコンバータの構成等について]
図2は、コンバータ1の構成に関するブロック図である。本図に示すようにコンバータ1は、電力伝送部11、主制御部12、第1信号生成部13a、および第2信号生成部13bを備えている。また図3は、電力伝送部11の構成図(回路図)である。
[Bidirectional DCDC converter configuration]
FIG. 2 is a block diagram regarding the configuration of the converter 1. As shown in the figure, the converter 1 includes a power transmission unit 11, a main control unit 12, a first signal generation unit 13a, and a second signal generation unit 13b. FIG. 3 is a configuration diagram (circuit diagram) of the power transmission unit 11.

電力伝送部11は、低電圧側に接続される端子T1と、高電圧側に接続される端子T2が設けられており、これらの端子間において、双方向に電力の伝送が可能となっている。また電力伝送部11においては、図3に示すように、複数個(ここでは一例として、2個とする)の昇降圧チョッパ回路(11a、11b)が直列に接続されている。   The power transmission unit 11 is provided with a terminal T1 connected to the low voltage side and a terminal T2 connected to the high voltage side, and power can be transmitted bidirectionally between these terminals. . In the power transmission unit 11, a plurality of step-up / step-down chopper circuits (11a, 11b) are connected in series as shown in FIG.

昇降圧チョッパ回路11aは、コイルL1、スイッチング素子(IGBT)Q1、スイッチング素子(IGBT)Q3、およびコンデンサC2が、それぞれ適切に接続されて形成されている。   The step-up / step-down chopper circuit 11a is formed by appropriately connecting a coil L1, a switching element (IGBT) Q1, a switching element (IGBT) Q3, and a capacitor C2.

より具体的には、コイルL1の一端は、スイッチング素子Q1のコレクタとスイッチング素子Q3のエミッタに接続されている。またスイッチング素子Q3のコレクタは、コンデンサC2の一端に接続されている。またスイッチング素子Q1のエミッタとコンデンサC2の他端は、グランドラインGND(通常、0Vに設定される)に接続されている。なお各スイッチング素子(Q1、Q3)におけるエミッタとコレクタは、ダイオード(アノードがエミッタ側となっている)を介して接続されている。なお、コイルL1の他端は端子T1に接続されている。   More specifically, one end of the coil L1 is connected to the collector of the switching element Q1 and the emitter of the switching element Q3. The collector of the switching element Q3 is connected to one end of the capacitor C2. The emitter of the switching element Q1 and the other end of the capacitor C2 are connected to a ground line GND (usually set to 0V). The emitter and collector of each switching element (Q1, Q3) are connected via a diode (the anode is on the emitter side). The other end of the coil L1 is connected to the terminal T1.

またスイッチング素子Q1のON/OFF(コレクタ−エミッタ間における導通と非導通)の切替は、後述する信号S1によって制御される。またスイッチング素子Q3のON/OFFの切替は、後述する信号S2によって制御される。   Further, switching of the switching element Q1 ON / OFF (conduction and non-conduction between collector and emitter) is controlled by a signal S1 described later. The switching of the switching element Q3 is controlled by a signal S2 described later.

昇降圧チョッパ回路11aは、スイッチング素子Q3がOFFにされ、スイッチング素子Q1によるチョッピング(ON/OFFの高速切替による、電力の導通と遮断の繰返し)が行われるとき、コイルL1においてエネルギーの蓄積と放出を繰り返す。その結果、昇降圧チョッパ回路11aは、一端(端子T1の側)に入力された電力を昇圧させた上で、他端(昇降圧チョッパ回路11bの側)から出力する動作(昇圧動作)を行う。   The step-up / step-down chopper circuit 11a stores and releases energy in the coil L1 when the switching element Q3 is turned off and chopping by the switching element Q1 (repetition of power conduction and interruption by high-speed ON / OFF switching) is performed. repeat. As a result, the step-up / step-down chopper circuit 11a performs an operation (step-up operation) of boosting the electric power input to one end (terminal T1 side) and then outputting from the other end (step-up / step-down chopper circuit 11b side). .

一方、昇降圧チョッパ回路11aは、スイッチング素子Q1がOFFにされ、スイッチング素子Q3によるチョッピングが行われるとき、コイルL1においてエネルギーの蓄積と放出を繰り返す。その結果、昇降圧チョッパ回路11aは、一端(昇降圧チョッパ回路11bの側)に入力された電力を降圧させた上で、他端(端子T1の側)から出力する動作(降圧動作)を行う。   On the other hand, the step-up / step-down chopper circuit 11a repeats accumulation and release of energy in the coil L1 when the switching element Q1 is turned off and chopping is performed by the switching element Q3. As a result, the step-up / step-down chopper circuit 11a performs an operation (step-down operation) in which the power input to one end (step-up / step-down chopper circuit 11b side) is stepped down and then output from the other end (terminal T1 side). .

上述の説明から明らかなように、スイッチング素子Q1は昇圧用スイッチング素子に、スイッチング素子Q3は降圧用スイッチング素子に、それぞれ該当している。なお昇降圧チョッパ回路において、昇圧動作および降圧動作が可能であることは公知であるため、この点に関するより詳細な説明については省略する。   As is clear from the above description, the switching element Q1 corresponds to a step-up switching element, and the switching element Q3 corresponds to a step-down switching element. Since it is well known that the step-up / step-down chopper circuit can perform a step-up operation and a step-down operation, a more detailed description on this point is omitted.

また昇降圧チョッパ回路11bは、コイルL2、スイッチング素子(IGBT)Q2、スイッチング素子(IGBT)Q4、およびコンデンサC3が、それぞれ適切に接続されて形成されている。   The step-up / step-down chopper circuit 11b is formed by appropriately connecting a coil L2, a switching element (IGBT) Q2, a switching element (IGBT) Q4, and a capacitor C3.

より具体的には、コイルL2の一端は、スイッチング素子Q2のコレクタとスイッチング素子Q4のエミッタに接続されている。またスイッチング素子Q4のコレクタは、コンデンサC3の一端に接続されている。またスイッチング素子Q2のエミッタとコンデンサC3の他端は、グランドラインGNDに接続されている。なお各スイッチング素子(Q2、Q4)におけるエミッタとコレクタは、ダイオード(アノードがエミッタ側となっている)を介して接続されている。なお、コイルL2の他端はスイッチング素子Q3のコレクタに接続され、スイッチング素子Q4のコレクタは端子T2にも接続されている。   More specifically, one end of the coil L2 is connected to the collector of the switching element Q2 and the emitter of the switching element Q4. The collector of the switching element Q4 is connected to one end of the capacitor C3. The emitter of the switching element Q2 and the other end of the capacitor C3 are connected to the ground line GND. The emitter and collector of each switching element (Q2, Q4) are connected via a diode (the anode is on the emitter side). The other end of the coil L2 is connected to the collector of the switching element Q3, and the collector of the switching element Q4 is also connected to the terminal T2.

なおスイッチング素子Q2のON/OFFの切替は、後述する信号S1’によって制御される。またスイッチング素子Q4のON/OFFの切替は、後述する信号S2’によって制御される。   The ON / OFF switching of the switching element Q2 is controlled by a signal S1 'described later. The switching of the switching element Q4 is controlled by a signal S2 'described later.

昇降圧チョッパ回路11bは、スイッチング素子Q4がOFFにされ、スイッチング素子Q2によるチョッピングが行われるとき、コイルL2においてエネルギーの蓄積と放出を繰り返す。その結果、昇降圧チョッパ回路11bは、一端(昇降圧チョッパ回路11aの側)に入力された電力を昇圧させた上で、他端(端子T2の側)から出力する動作(昇圧動作)を行う。上述の説明から明らかなように、スイッチング素子Q2は昇圧用スイッチング素子に該当している。   The step-up / step-down chopper circuit 11b repeats accumulation and release of energy in the coil L2 when the switching element Q4 is turned OFF and chopping is performed by the switching element Q2. As a result, the step-up / step-down chopper circuit 11b performs an operation (step-up operation) of boosting the electric power input to one end (step-up / step-down chopper circuit 11a side) and then outputting from the other end (terminal T2 side). . As is apparent from the above description, the switching element Q2 corresponds to a boosting switching element.

そして更に、端子T1はコンデンサC1の一端に接続されており、コンデンサC1の他端はグランドラインGNDに接続されている。また端子T2とスイッチング素子Q4との間、およびコイルL2とスイッチング素子Q3との間には、それぞれ、バイパスラインBYPの一端と他端が接続されている。   Further, the terminal T1 is connected to one end of the capacitor C1, and the other end of the capacitor C1 is connected to the ground line GND. One end and the other end of the bypass line BYP are connected between the terminal T2 and the switching element Q4 and between the coil L2 and the switching element Q3, respectively.

すなわち昇降圧チョッパ回路11bと並列になるように、バイパスラインBYPが設けられている。バイパスラインBYPは、バイパスラインBYPの開閉を切替えるスイッチSWが設けられており、スイッチSWが閉じられたとき、両端間が導通した状態となる。   That is, the bypass line BYP is provided so as to be in parallel with the step-up / step-down chopper circuit 11b. The bypass line BYP is provided with a switch SW for switching opening and closing of the bypass line BYP. When the switch SW is closed, both ends are in a conductive state.

なおバイパスラインBYPは、電力の通過に伴う電力損失が極力小さくなるように配慮されている。バイパスラインBYPを電力が通過するときの電力損失は、昇降圧チョッパ回路11bを電力が通過するときの電力損失に比べて、大幅に小さくなっている。なおスイッチSWの開閉は、後述する信号S0によって制御される。   Note that the bypass line BYP is designed so that the power loss accompanying the passage of power is minimized. The power loss when power passes through the bypass line BYP is significantly smaller than the power loss when power passes through the step-up / step-down chopper circuit 11b. The opening / closing of the switch SW is controlled by a signal S0 described later.

図2に戻り、主制御部12は、第1伝送動作を行うべき期間および第2伝送動作を行うべき期間の、何れの期間であるかに応じて、コンバータ1の各部を制御する。より具体的には、主制御部12は、信号S0を出力してスイッチSWの開閉を制御するとともに、各信号を生成させるように、第1信号生成回路13aおよび第2信号生成回路13bを制御する。   Returning to FIG. 2, the main control unit 12 controls each unit of the converter 1 according to which period of the period for performing the first transmission operation and the period for performing the second transmission operation. More specifically, the main control unit 12 controls the first signal generation circuit 13a and the second signal generation circuit 13b to output the signal S0 and control the opening and closing of the switch SW and to generate each signal. To do.

第1信号生成部13aは、主制御部12の指示に応じて信号S1および信号S1’を生成し、スイッチング素子Q1に信号S1を、スイッチング素子Q2に信号S1’を、それぞれ出力する。また第2信号生成部13bは、主制御部12の指示に応じて信号S2および信号S2’を生成し、スイッチング素子Q3に信号S2を、スイッチング素子Q4に信号S2’を、それぞれ出力する。各信号の状態については、改めて説明する。なお信号S1’は信号S1と同じであっても良い。また信号S2’は信号S2と同じであっても良い。   The first signal generator 13a generates a signal S1 and a signal S1 'in response to an instruction from the main controller 12, and outputs a signal S1 to the switching element Q1 and a signal S1' to the switching element Q2. The second signal generator 13b generates a signal S2 and a signal S2 'in response to an instruction from the main controller 12, and outputs a signal S2 to the switching element Q3 and a signal S2' to the switching element Q4. The state of each signal will be described again. The signal S1 'may be the same as the signal S1. Further, the signal S2 'may be the same as the signal S2.

[双方向DCDCコンバータの動作等について]
次に、コンバータ1の動作についてより詳細に説明する。図4は、信号S0、信号S1および信号S2のタイミングチャートを表している。なお当該タイミングチャート(図8のものも同様)において、縦軸は電圧を表し、横軸は時間を表している。また信号S1’および信号S2’のタイミングチャートについては、それぞれ信号S1および信号S2のものと同等(デューティ比等は異なっていても構わない)であるため、ここでは省略する。本図に示すように第1信号生成部13aは、第1伝送動作を行うべき期間において、Hレベルの期間をON期間(スイッチング素子をONにする期間)としたパルス信号を、信号S1(デューティ比をα1とする)および信号S1’(デューティ比をα1’とする)として生成する。また第1信号生成部13aは、第2伝送動作を行うべき期間において、Lレベルに固定された信号を、信号S1および信号S1’として生成する。
[Bidirectional DCDC converter operation]
Next, the operation of converter 1 will be described in more detail. FIG. 4 shows a timing chart of the signal S0, the signal S1, and the signal S2. In the timing chart (same for FIG. 8), the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. Further, the timing charts of the signal S1 ′ and the signal S2 ′ are the same as those of the signal S1 and the signal S2, respectively (duty ratios and the like may be different), and thus are omitted here. As shown in the figure, the first signal generation unit 13a generates a pulse signal having an H level period as an ON period (a period during which the switching element is turned on) as a signal S1 (duty duty) in the period in which the first transmission operation is to be performed. And a signal S1 ′ (with a duty ratio of α1 ′). In addition, the first signal generation unit 13a generates signals fixed at the L level as the signal S1 and the signal S1 ′ during the period in which the second transmission operation is to be performed.

一方、第2信号生成部13bは、第1伝送動作を行うべき期間において、Lレベルに固定された信号を、信号S2および信号S2’として生成する。また第2信号生成部13bは、第2伝送動作を行うべき期間において、Hレベルの期間をON期間としたパルス信号を、信号S2(デューティ比をα2とする)および信号S2’(デューティ比をα2’とする)として生成する。   On the other hand, the second signal generation unit 13b generates a signal fixed at the L level as the signal S2 and the signal S2 'in the period in which the first transmission operation is to be performed. Further, the second signal generation unit 13b generates a pulse signal having an H level period as an ON period in a period in which the second transmission operation is to be performed, as a signal S2 (with a duty ratio of α2) and a signal S2 ′ (with a duty ratio of α2 ′).

また主制御部12は、第1伝送動作を行うべき期間においてはスイッチSWが開くように、第2伝送動作を行うべき期間においてはスイッチSWが閉じるように、信号S0を生成する。このように生成された各信号(S0、S1、S1’、S2、S2’)を受け、電力伝送部11は次のように動作する。   Further, the main control unit 12 generates the signal S0 so that the switch SW is opened during the period in which the first transmission operation is to be performed and the switch SW is closed during the period in which the second transmission operation is to be performed. Receiving each signal (S0, S1, S1 ', S2, S2') generated in this way, the power transmission unit 11 operates as follows.

まず第1伝送動作を行うべき期間において、昇降圧チョッパ回路11aは、端子T1に入力された電力を昇降圧チョッパ回路11bへ伝送する昇圧動作を行う。また昇降圧チョッパ回路11bは、昇降圧チョッパ回路11aから入力された電力を端子T2へ伝送する昇圧動作を行う。なおこのとき、スイッチSWは開いているため、電力はバイパスラインBYPを通らない。これらの昇圧動作が並行してなされる結果、第1伝送動作が達成される。   First, in a period in which the first transmission operation is to be performed, the step-up / step-down chopper circuit 11a performs a step-up operation for transmitting the power input to the terminal T1 to the step-up / step-down chopper circuit 11b. The step-up / step-down chopper circuit 11b performs a step-up operation for transmitting the electric power input from the step-up / step-down chopper circuit 11a to the terminal T2. At this time, since the switch SW is open, power does not pass through the bypass line BYP. As a result of these boosting operations being performed in parallel, the first transmission operation is achieved.

第1伝送動作における昇圧比は、各昇降圧チョッパ回路(11a、11b)の昇圧動作における昇圧比の積で表される。なお第1伝送動作の実行時においては、端子T2から出力される出力電圧が目標電圧(例えば、系統の標準電圧)に近づくように、デューティ比α1およびα1’(昇圧比を決める要素)が調節される。   The step-up ratio in the first transmission operation is represented by the product of the step-up ratios in the step-up / step-down chopper circuits (11a, 11b). During the execution of the first transmission operation, the duty ratios α1 and α1 ′ (elements that determine the boost ratio) are adjusted so that the output voltage output from the terminal T2 approaches the target voltage (for example, the standard voltage of the system). Is done.

次に第2伝送動作を行うべき期間において、バイパスラインBYPは導通状態となるため、端子T2に入力された電力は、バイパスラインBYPを通って、昇降圧チョッパ回路11aへ伝送される。その結果、端子T2から昇降圧チョッパ回路11aへ電力を伝送するにあたり、当該電力が昇降圧チョッパ回路11bを通ると仮定した場合に比べ、電力の損失は大幅に低減される。   Next, in the period in which the second transmission operation is to be performed, the bypass line BYP is in a conductive state, so that the power input to the terminal T2 is transmitted to the step-up / down chopper circuit 11a through the bypass line BYP. As a result, when transmitting power from the terminal T2 to the step-up / step-down chopper circuit 11a, the power loss is significantly reduced as compared with the case where it is assumed that the power passes through the step-up / step-down chopper circuit 11b.

また昇降圧チョッパ回路11aは、バイパスラインBYPから入力された電力を端子T1へ伝送する降圧動作を行う。その結果、第2伝送動作が達成される。第2伝送動作の実行時においては、端子T1から出力する出力電圧が目標電圧(例えば、蓄電池の標準電圧)に近づくように、デューティ比α2(降圧比を決める要素)が調節される。   Further, the step-up / step-down chopper circuit 11a performs a step-down operation for transmitting the electric power input from the bypass line BYP to the terminal T1. As a result, the second transmission operation is achieved. When the second transmission operation is performed, the duty ratio α2 (an element that determines the step-down ratio) is adjusted so that the output voltage output from the terminal T1 approaches the target voltage (for example, the standard voltage of the storage battery).

なお、出力電圧が目標電圧に近づくようにデューティ比を調節する手段としては、種々の手段が採用され得る。一例としては、図5に示すようなパルス信号生成回路20を設けることによって、上述したデューティ比の調整が可能となる。   Various means can be adopted as means for adjusting the duty ratio so that the output voltage approaches the target voltage. As an example, by providing the pulse signal generation circuit 20 as shown in FIG. 5, the above-described duty ratio can be adjusted.

図5に示すように、パルス信号生成回路20は、減算回路21、アンプ22、コンパレータ23、三角波生成回路24、およびドライバ25を備えている。減算回路21は、出力電圧が反転入力端子に、目標電圧が非反転入力端子に、それぞれ入力されるようになっている。   As shown in FIG. 5, the pulse signal generation circuit 20 includes a subtraction circuit 21, an amplifier 22, a comparator 23, a triangular wave generation circuit 24, and a driver 25. In the subtracting circuit 21, the output voltage is input to the inverting input terminal, and the target voltage is input to the non-inverting input terminal.

減算回路21から出力された信号はアンプ22によって増幅され、コンパレータ23の非反転入力端子に入力される。またコンパレータ23の反転入力端子には、三角波生成回路24によって生成された三角波が入力される。ドライバ25は、コンパレータ23から出力された信号に応じて、スイッチング素子を駆動するパルス信号を生成して出力する。   The signal output from the subtraction circuit 21 is amplified by the amplifier 22 and input to the non-inverting input terminal of the comparator 23. The triangular wave generated by the triangular wave generation circuit 24 is input to the inverting input terminal of the comparator 23. The driver 25 generates and outputs a pulse signal for driving the switching element in accordance with the signal output from the comparator 23.

パルス信号生成回路20によれば、出力電圧が目標電圧より小さいときはデューティ比を増やすように、出力電圧が目標電圧より大きいときはデューティ比を減らすように、パルス信号が生成される。その結果、第1伝送動作の実行時(昇圧動作がなされるとき)、および第2伝送動作の実行時(降圧動作がなされるとき)において、出力電圧が目標電圧に近づくようにデューティ比を調節することが可能となる。   According to the pulse signal generation circuit 20, the pulse signal is generated so as to increase the duty ratio when the output voltage is lower than the target voltage, and to decrease the duty ratio when the output voltage is higher than the target voltage. As a result, the duty ratio is adjusted so that the output voltage approaches the target voltage when the first transmission operation is performed (when the step-up operation is performed) and when the second transmission operation is performed (when the step-down operation is performed). It becomes possible to do.

なおデューティ比の調整手法としては、その他の様々な形態を採用することが可能であり、例えば、三角波の代わりに鋸波が使用されるようにしても構わない。   It should be noted that various other forms can be adopted as the duty ratio adjustment method. For example, a sawtooth wave may be used instead of a triangular wave.

[各チョッパ回路の役割について]
上述したように電力伝送部11には、チョッパ回路として、昇降圧チョッパ回路11aおよび昇降圧チョッパ回路11bが用いられている。そして昇降圧チョッパ回路11aは、第1実施形態の説明において言及した第1回路としての役割を果している。一方、昇降圧チョッパ回路11bは、第1実施形態の説明において言及した第2回路としての役割を果している。
[About the role of each chopper circuit]
As described above, the power transmission unit 11 uses the step-up / step-down chopper circuit 11a and the step-up / step-down chopper circuit 11b as chopper circuits. The step-up / step-down chopper circuit 11a serves as the first circuit referred to in the description of the first embodiment. On the other hand, the step-up / step-down chopper circuit 11b plays a role as the second circuit mentioned in the description of the first embodiment.

コンバータ1は、第1伝送動作の実行時には、第1回路と第2回路の両方に昇圧動作を行わせる。そのためコンバータ1によれば、全体として高い昇圧比を確保しつつも、各回路のデューティ比の増大が出来るだけ抑えられ、昇圧動作の制御精度を良好に維持することが可能となっている。   The converter 1 causes both the first circuit and the second circuit to perform a boost operation when the first transmission operation is performed. Therefore, according to the converter 1, it is possible to suppress the increase in the duty ratio of each circuit as much as possible while ensuring a high boosting ratio as a whole, and to maintain good control accuracy of the boosting operation.

またコンバータ1は、第2伝送動作の実行時には、電力が第2回路と並列であるバイパスラインBYPを通るようにしつつ、第1回路に降圧動作を行わせる。そのためコンバータ1によれば、第2回路をショートさせて電力の損失を低減させることが可能となっている。   In addition, when the second transmission operation is performed, the converter 1 causes the first circuit to perform a step-down operation while allowing power to pass through the bypass line BYP that is parallel to the second circuit. Therefore, according to the converter 1, it is possible to reduce the power loss by short-circuiting the second circuit.

また第1回路および第2回路の何れについても昇降圧チョッパ回路を用いる場合、コンバータ1の製造に際して、第1回路と第2回路の部品を共通化することが可能であり、製造効率の観点から有利となる。但し、第2回路として、降圧動作の機能を有していない一般的な昇圧チョッパ回路を用いても構わない。   Further, when using the step-up / step-down chopper circuit for both the first circuit and the second circuit, it is possible to share the parts of the first circuit and the second circuit when manufacturing the converter 1, and from the viewpoint of manufacturing efficiency. It will be advantageous. However, a general step-up chopper circuit that does not have a step-down operation function may be used as the second circuit.

3.第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお第3実施形態の説明にあたっては、第2実施形態と異なる点に重点を置き、第2実施形態と同等の点については、説明を省略することがある。
3. Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the description of the third embodiment, emphasis is placed on differences from the second embodiment, and description of points that are equivalent to the second embodiment may be omitted.

図6は、コンバータ1の構成に関するブロック図である。本図に示すようにコンバータ1は、電力伝送部11、主制御部12、第1信号生成部13a、第2信号生成部13b、および第3信号生成部13cを備えている。また図7は、電力伝送部11の構成図である。   FIG. 6 is a block diagram regarding the configuration of the converter 1. As shown in the figure, the converter 1 includes a power transmission unit 11, a main control unit 12, a first signal generation unit 13a, a second signal generation unit 13b, and a third signal generation unit 13c. FIG. 7 is a configuration diagram of the power transmission unit 11.

電力伝送部11は、低電圧側に設けられた端子T1と、高電圧側に設けられた端子T2が設けられており、これらの端子間において、双方向に電力の伝送が可能となっている。また電力伝送部11においては、複数個(ここでは一例として、2個とする)の昇降圧チョッパ回路(11a、11b)が直列に接続されている。これらの点は、第2実施形態の場合と同様である。但し本実施形態では、スイッチング素子Q4のON/OFFの切替は、後述する信号S3によって制御される。また第2実施形態では設けられていたバイパスラインBYPは、本実施形態では設けられていない。   The power transmission unit 11 is provided with a terminal T1 provided on the low voltage side and a terminal T2 provided on the high voltage side, and power can be transmitted bidirectionally between these terminals. . In the power transmission unit 11, a plurality of step-up / step-down chopper circuits (11a, 11b) (here, two as an example) are connected in series. These points are the same as in the case of the second embodiment. However, in this embodiment, the switching of the switching element Q4 is controlled by a signal S3 described later. Further, the bypass line BYP provided in the second embodiment is not provided in the present embodiment.

主制御部12は、第1伝送動作を行うべき期間および第2伝送動作を行うべき期間の何れの期間であるかに応じて、各信号を生成させるように、第1信号生成回路13a、第2信号生成回路13b、および第3信号生成回路13cを制御する。   The main control unit 12 generates the first signal generation circuit 13a, the first signal generation circuit 13a, and the second signal generation circuit 13a so as to generate each signal according to which period of the first transmission operation is to be performed and which of the second transmission operation is to be performed. The two-signal generation circuit 13b and the third signal generation circuit 13c are controlled.

第1信号生成部13aは、主制御部12の指示に応じて信号S1および信号S1’を生成し、信号S1をスイッチング素子Q1に、信号S1’をスイッチング素子Q2にそれぞれ出力する。また第2信号生成部13bは、主制御部12の指示に応じて信号S2を生成し、スイッチング素子Q3に出力する。また第3信号生成部13cは、主制御部12の指示に応じて信号S3を生成し、スイッチング素子Q4に出力する。   The first signal generator 13a generates a signal S1 and a signal S1 'in response to an instruction from the main controller 12, and outputs the signal S1 to the switching element Q1 and the signal S1' to the switching element Q2. The second signal generator 13b generates a signal S2 in response to an instruction from the main controller 12, and outputs the signal S2 to the switching element Q3. The third signal generator 13c generates a signal S3 in response to an instruction from the main controller 12, and outputs the signal S3 to the switching element Q4.

次に、コンバータ1の動作についてより詳細に説明する。図8は、信号S1(信号S1’も同様)、信号S2および信号S3のタイミングチャートを表している。本図に示すように第1信号生成部13aは、第1伝送動作を行うべき期間において、Hレベルの期間をON期間としたパルス信号を、信号S1(デューティ比をα1とする)および信号S1’(デューティ比をα1’とする)として生成する。また第1信号生成部13aは、第2伝送動作を行うべき期間において、Lレベルに固定された信号を、信号S1および信号S1’として生成する。   Next, the operation of converter 1 will be described in more detail. FIG. 8 shows a timing chart of the signal S1 (the same applies to the signal S1 '), the signal S2, and the signal S3. As shown in the figure, the first signal generation unit 13a uses a signal S1 (with a duty ratio α1) and a signal S1 as pulse signals having an H level period as an ON period in a period in which the first transmission operation is to be performed. It is generated as “(the duty ratio is α1”). In addition, the first signal generation unit 13a generates signals fixed at the L level as the signal S1 and the signal S1 'during the period in which the second transmission operation is to be performed.

第2信号生成部13bは、第1伝送動作を行うべき期間において、Lレベルに固定された信号を、信号S2として生成する。また第2信号生成部13bは、第2伝送動作を行うべき期間において、Hレベルの期間をON期間としたパルス信号(デューティ比をα2とする)を、信号S2として生成する。   The second signal generation unit 13b generates a signal fixed at the L level as the signal S2 during the period in which the first transmission operation is to be performed. Further, the second signal generation unit 13b generates a pulse signal (with a duty ratio α2) having the H level period as the ON period as the signal S2 in the period in which the second transmission operation is to be performed.

第3信号生成部13cは、第1伝送動作を行うべき期間において、Lレベルに固定された信号を、信号S3として生成する。また第3信号生成部13cは、第2伝送動作を行うべき期間において、Hレベルに固定された信号を、信号S3として生成する。このように生成された各信号(S1、S1’、S2、S3)を受け、電力伝送部11は次のように動作する。   The third signal generation unit 13c generates a signal fixed at the L level as the signal S3 in the period in which the first transmission operation is to be performed. The third signal generator 13c generates a signal fixed at the H level as the signal S3 during the period in which the second transmission operation is to be performed. Receiving each signal (S1, S1 ', S2, S3) generated in this way, the power transmission unit 11 operates as follows.

まず第1伝送動作を行うべき期間において、昇降圧チョッパ回路11aは、端子T1に入力された電力を昇降圧チョッパ回路11bへ伝送する昇圧動作を行う。また昇降圧チョッパ回路11bは、昇降圧チョッパ回路11aから入力された電力を端子T2へ伝送する昇圧動作を行う。これらの昇圧動作が並行してなされる結果、第1伝送動作が達成される。   First, in a period in which the first transmission operation is to be performed, the step-up / step-down chopper circuit 11a performs a step-up operation for transmitting the power input to the terminal T1 to the step-up / step-down chopper circuit 11b. The step-up / step-down chopper circuit 11b performs a step-up operation for transmitting the electric power input from the step-up / step-down chopper circuit 11a to the terminal T2. As a result of these boosting operations being performed in parallel, the first transmission operation is achieved.

第1伝送動作における昇圧比は、各昇降圧チョッパ回路(11a、11b)の昇圧動作における昇圧比の積で表される。なお第1伝送動作の実行時においては、端子T2から出力する出力電圧が目標電圧に近づくように、デューティ比α1およびα1’が調節される。   The step-up ratio in the first transmission operation is represented by the product of the step-up ratios in the step-up / step-down chopper circuits (11a, 11b). During the execution of the first transmission operation, the duty ratios α1 and α1 ′ are adjusted so that the output voltage output from the terminal T2 approaches the target voltage.

次に第2伝送動作を行うべき期間において、信号S3はHレベルに固定されるため、スイッチング素子Q4はONに固定される。この状態では、端子T2に入力された電力は、スイッチング素子Q4とコイルL2を通って、昇降圧チョッパ回路11aへ伝送される。   Next, in the period in which the second transmission operation is to be performed, since the signal S3 is fixed at the H level, the switching element Q4 is fixed at ON. In this state, the electric power input to the terminal T2 is transmitted to the step-up / step-down chopper circuit 11a through the switching element Q4 and the coil L2.

なおこのとき、スイッチング素子Q4はONに固定されるため、スイッチング損失による電力損失は発生しない。そのため、端子T2から昇降圧チョッパ回路11aへ電力を伝送するにあたり、スイッチング素子Q4がスイッチングを行うと仮定した場合に比べ、電力の損失は低減される。   At this time, since the switching element Q4 is fixed to ON, power loss due to switching loss does not occur. Therefore, in transmitting power from the terminal T2 to the step-up / step-down chopper circuit 11a, power loss is reduced compared to the case where the switching element Q4 is assumed to perform switching.

また昇降圧チョッパ回路11aは、昇降圧チョッパ回路11bから入力された電力を端子T1へ伝送する降圧動作を行う。その結果、第2伝送動作が達成される。第2伝送動作の実行時においては、端子T1から出力する出力電圧が目標電圧に近づくように、デューティ比α2が調節される。   Further, the step-up / step-down chopper circuit 11a performs a step-down operation of transmitting the electric power input from the step-up / step-down chopper circuit 11b to the terminal T1. As a result, the second transmission operation is achieved. During the execution of the second transmission operation, the duty ratio α2 is adjusted so that the output voltage output from the terminal T1 approaches the target voltage.

また以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、昇降圧チョッパ回路11aが第1回路としての役割を果しており、昇降圧チョッパ回路11bが第2回路としての役割を果している。また本実施形態のコンバータ1は、第2伝送動作の実行時において、第2回路の降圧用スイッチング素子をONに固定しつつ、第1回路に降圧動作を行わせる。そのため、第2回路のスイッチング動作に伴う電力の損失を低減させることが可能となっている。   Further, as is clear from the above description, in the present embodiment, the step-up / step-down chopper circuit 11a plays a role as the first circuit, and the step-up / down chopper circuit 11b plays a role as the second circuit. In addition, the converter 1 of the present embodiment causes the first circuit to perform the step-down operation while fixing the step-down switching element of the second circuit to ON during the execution of the second transmission operation. Therefore, it is possible to reduce the power loss accompanying the switching operation of the second circuit.

なお本実施形態のコンバータ1は、第2実施形態のものに比べ、バイパスラインBYPを設ける必要が無いために、より簡潔な構成とすることが可能である。また必要に応じて信号S2と信号S3の出力先を変更することにより、昇降圧チョッパ回路11aを第2回路に変更することや、昇降圧チョッパ回路11bを第1回路に変更することも可能である。   Note that the converter 1 according to the present embodiment does not need to be provided with the bypass line BYP as compared with that according to the second embodiment, and thus can have a simpler configuration. Further, by changing the output destination of the signal S2 and the signal S3 as necessary, the step-up / step-down chopper circuit 11a can be changed to the second circuit, or the step-up / step-down chopper circuit 11b can be changed to the first circuit. is there.

4.第4実施形態
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお第4実施形態の説明にあたっては、第2実施形態と異なる点に重点を置き、第2実施形態と同等の点については、説明を省略することがある。
4). Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the description of the fourth embodiment, emphasis is placed on differences from the second embodiment, and description of points that are equivalent to the second embodiment may be omitted.

図9は、電力伝送部11の構成図である。本図に示すように電力伝送部11においては、複数個(ここでは一例として3個とするが、2個または4個以上であってもよい)の昇降圧チョッパ回路(11a、11b、11c)が直列に接続されている。なお昇降圧チョッパ回路(11a、11b)の構成については、第2実施形態の場合と同等である。但し本実施形態では、昇降圧チョッパ回路(11a、11b)は第2回路としての役割を果たす。   FIG. 9 is a configuration diagram of the power transmission unit 11. As shown in this figure, in the power transmission unit 11, a plurality of step-up / step-down chopper circuits (11a, 11b, 11c) (three as an example here, but may be two or four or more) may be used. Are connected in series. The configuration of the step-up / step-down chopper circuits (11a, 11b) is the same as that in the second embodiment. However, in this embodiment, the step-up / step-down chopper circuits (11a, 11b) serve as a second circuit.

昇降圧チョッパ回路11cは、コイルL3、スイッチング素子(IGBT)Q5、スイッチング素子(IGBT)Q6、およびコンデンサC4が、それぞれ適切に接続されて形成されている。   The step-up / down chopper circuit 11c is formed by appropriately connecting a coil L3, a switching element (IGBT) Q5, a switching element (IGBT) Q6, and a capacitor C4.

より具体的には、コイルL3の一端は、スイッチング素子Q5のコレクタとスイッチング素子Q6のエミッタに接続されている。またスイッチング素子Q6のコレクタは、コンデンサC4の一端に接続されている。またスイッチング素子Q5のエミッタとコンデンサC4の他端は、グランドラインGNDに接続されている。なお各スイッチング素子(Q5、Q6)におけるエミッタとコレクタは、ダイオード(アノードがエミッタ側となっている)を介して接続されている。なお、コイルL3の他端はスイッチング素子Q4のコレクタに接続され、スイッチング素子Q6のコレクタは端子T2にも接続されている。   More specifically, one end of the coil L3 is connected to the collector of the switching element Q5 and the emitter of the switching element Q6. The collector of the switching element Q6 is connected to one end of the capacitor C4. The emitter of the switching element Q5 and the other end of the capacitor C4 are connected to the ground line GND. The emitter and collector of each switching element (Q5, Q6) are connected via a diode (the anode is on the emitter side). The other end of the coil L3 is connected to the collector of the switching element Q4, and the collector of the switching element Q6 is also connected to the terminal T2.

なおスイッチング素子Q5のON/OFFの切替は、信号S1”によって制御される。またスイッチング素子Q6のON/OFFの切替は、信号S2”によって制御される。信号S1”は、信号S1と同様にして生成される信号であり、信号S2”は、信号S2と同様にして生成される信号である。   The ON / OFF switching of the switching element Q5 is controlled by a signal S1 ". The ON / OFF switching of the switching element Q6 is controlled by a signal S2". The signal S1 ″ is a signal generated in the same manner as the signal S1, and the signal S2 ″ is a signal generated in the same manner as the signal S2.

昇降圧チョッパ回路11cは、スイッチング素子Q6がOFFにされ、スイッチング素子Q5によるチョッピングが行われるとき、コイルL3においてエネルギーの蓄積と放出を繰り返す。その結果、昇降圧チョッパ回路11cは、一端(昇降圧チョッパ回路11bの側)に入力された電力を昇圧させた上で、他端(端子T2の側)から出力する動作(昇圧動作)を行う。   The step-up / step-down chopper circuit 11c repeats accumulation and release of energy in the coil L3 when the switching element Q6 is turned off and chopping is performed by the switching element Q5. As a result, the step-up / step-down chopper circuit 11c boosts the electric power input to one end (step-up / step-down chopper circuit 11b side), and then performs an operation (step-up operation) for outputting from the other end (terminal T2 side). .

一方、昇降圧チョッパ回路11cは、スイッチング素子Q5がOFFにされ、スイッチング素子Q6によるチョッピングが行われるとき、コイルL3においてエネルギーの蓄積と放出を繰り返す。その結果、昇降圧チョッパ回路11cは、一端(端子T2の側)に入力された電力を降圧させた上で、他端(昇降圧チョッパ回路11bの側)から出力する動作(降圧動作)を行う。   On the other hand, the step-up / step-down chopper circuit 11c repeats accumulation and release of energy in the coil L3 when the switching element Q5 is turned off and chopping is performed by the switching element Q6. As a result, the step-up / step-down chopper circuit 11c performs an operation (step-down operation) in which the electric power input to one end (terminal T2 side) is stepped down and then output from the other end (step-up / step-down chopper circuit 11b side). .

上述の説明から明らかなように、スイッチング素子Q5は昇圧用スイッチング素子に、スイッチング素子Q6は降圧用スイッチング素子に、それぞれ該当している。   As is clear from the above description, the switching element Q5 corresponds to the step-up switching element, and the switching element Q6 corresponds to the step-down switching element.

また第2実施形態とは異なり、バイパスラインBYPの一端と他端は、スイッチング素子Q4のコレクタとコイルL3との間、およびスイッチング素子Q3のエミッタとコイルL1との間に、それぞれ接続されている。すなわち昇降圧チョッパ回路11bおよび昇降圧チョッパ回路11a(コイルL1の部分は除く)と並列になるように、バイパスラインBYPが設けられている。なおバイパスラインBYPは、コイルL1とは直列になっている。   Unlike the second embodiment, one end and the other end of the bypass line BYP are connected between the collector of the switching element Q4 and the coil L3, and between the emitter of the switching element Q3 and the coil L1, respectively. . That is, the bypass line BYP is provided so as to be in parallel with the step-up / step-down chopper circuit 11b and the step-up / step-down chopper circuit 11a (excluding the portion of the coil L1). The bypass line BYP is in series with the coil L1.

バイパスラインBYPは、バイパスラインBYPの開閉を切替えるスイッチSWが設けられており、スイッチSWが閉じられたとき、両端間が導通した導通状態となる。スイッチSWの開閉は、信号S0によって制御される。   The bypass line BYP is provided with a switch SW that switches between opening and closing of the bypass line BYP. When the switch SW is closed, the bypass line BYP is in a conductive state between both ends. Opening and closing of the switch SW is controlled by a signal S0.

主制御部12は、第1伝送動作を行うべき期間においてはスイッチSWが開くように、第2伝送動作を行うべき期間においてはスイッチSWが閉じるように、信号S0を生成する。第1信号生成部13aは、主制御部12の指示に応じて信号S1、信号S1’および信号S1”を生成し、スイッチング素子Q1に信号S1を、スイッチング素子Q2に信号S1’を、スイッチング素子Q5に信号S1”を、それぞれ出力する。また第2信号生成部13bは、主制御部12の指示に応じて信号S2、信号S2’および信号S2”を生成し、スイッチング素子Q3に信号S2を、スイッチング素子Q4に信号S2’を、スイッチング素子Q6に信号S2”を、それぞれ出力する。信号S1”および信号S2”のタイミングチャートは、図4に示す信号S1および信号S2のものと同等(デューティ比等は異なっていても構わない)である。このように生成された各信号(S0〜S2、S1’S2’、S1”、S2”)を受け、電力伝送部11は次のように動作する。   The main control unit 12 generates the signal S0 so that the switch SW is opened during the period in which the first transmission operation is to be performed and the switch SW is closed during the period in which the second transmission operation is to be performed. The first signal generation unit 13a generates a signal S1, a signal S1 ′, and a signal S1 ″ according to an instruction from the main control unit 12, a signal S1 for the switching element Q1, a signal S1 ′ for the switching element Q2, and a switching element A signal S1 ″ is output to Q5. The second signal generator 13b generates a signal S2, a signal S2 ′, and a signal S2 ″ according to an instruction from the main controller 12, and switches the signal S2 to the switching element Q3 and the signal S2 ′ to the switching element Q4. A signal S2 ″ is output to the element Q6. The timing chart of the signal S1 ″ and the signal S2 ″ is the same as that of the signal S1 and the signal S2 shown in FIG. 4 (the duty ratio may be different). Receiving each signal (S0 to S2, S1'S2 ', S1 ", S2") generated in this way, the power transmission unit 11 operates as follows.

まず第1伝送動作を行うべき期間において、昇降圧チョッパ回路11aは、端子T1に入力された電力を昇降圧チョッパ回路11bへ伝送する昇圧動作を行う。また昇降圧チョッパ回路11bは、昇降圧チョッパ回路11aから入力された電力を昇降圧チョッパ回路11cへ伝送する昇圧動作を行う。また昇降圧チョッパ回路11cは、昇降圧チョッパ回路11bから入力された電力を端子T2へ伝送する昇圧動作を行う。これらの昇圧動作が並行してなされる結果、第1伝送動作が達成される。   First, in a period in which the first transmission operation is to be performed, the step-up / step-down chopper circuit 11a performs a step-up operation for transmitting the power input to the terminal T1 to the step-up / step-down chopper circuit 11b. The step-up / step-down chopper circuit 11b performs a step-up operation of transmitting the electric power input from the step-up / step-down chopper circuit 11a to the step-up / step-down chopper circuit 11c. Further, the step-up / step-down chopper circuit 11c performs a step-up operation of transmitting the electric power input from the step-up / step-down chopper circuit 11b to the terminal T2. As a result of these boosting operations being performed in parallel, the first transmission operation is achieved.

第1伝送動作における昇圧比は、各昇降圧チョッパ回路(11a〜11c)の昇圧動作における、それぞれの昇圧比の積で表される。なお第1伝送動作の実行時においては、端子T2から出力する出力電圧が目標電圧に近づくように、信号S1、信号S1’および信号S1”のデューティ比が調節される。   The step-up ratio in the first transmission operation is represented by the product of the respective step-up ratios in the step-up / step-down chopper circuits (11a to 11c). During the execution of the first transmission operation, the duty ratios of the signal S1, the signal S1 ', and the signal S1 "are adjusted so that the output voltage output from the terminal T2 approaches the target voltage.

また第2伝送動作を行うべき期間において、昇降圧チョッパ回路11cは、端子T2に入力された電力を昇降圧チョッパ回路11bの側へ伝送する降圧動作を行う。なおこのとき、バイパスラインBYPは導通状態となっている。そのため、昇降圧チョッパ回路11cによる降圧動作のなされた電力は、バイパスラインBYPを通って、スイッチング素子Q3のコレクタとコイルL1との間へ伝送される。   In the period in which the second transmission operation is to be performed, the step-up / step-down chopper circuit 11c performs a step-down operation of transmitting the power input to the terminal T2 to the step-up / step-down chopper circuit 11b side. At this time, the bypass line BYP is in a conductive state. Therefore, the power that has been stepped down by the step-up / step-down chopper circuit 11c is transmitted between the collector of the switching element Q3 and the coil L1 through the bypass line BYP.

その結果、昇降圧チョッパ回路11cからスイッチング素子Q3のコレクタとコイルL1との間へ電力を伝送するにあたり、昇降圧チョッパ回路11bとスイッチング素子Q3を当該電力が通ると仮定した場合に比べ、電力の損失は大幅に低減される。   As a result, in transmitting power from the step-up / step-down chopper circuit 11c to the collector of the switching element Q3 and the coil L1, compared to the case where it is assumed that the power passes through the step-up / down chopper circuit 11b and the switching element Q3, Loss is greatly reduced.

バイパスラインBYPを通ってきた電力は、更にコイルL1を通って、端子T1へ伝送される。その結果、第2伝送動作が達成される。第2伝送動作の実行時においては、端子T1から出力する出力電圧が目標電圧に近づくように、信号S2”のデューティ比が調節される。   The electric power that has passed through the bypass line BYP is further transmitted to the terminal T1 through the coil L1. As a result, the second transmission operation is achieved. At the time of execution of the second transmission operation, the duty ratio of the signal S2 ″ is adjusted so that the output voltage output from the terminal T1 approaches the target voltage.

また以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、昇降圧チョッパ回路11cが第1回路としての役割を果しており、昇降圧チョッパ回路11aと昇降圧チョッパ回路11bは第2回路としての役割を果している。   Further, as is clear from the above description, in the present embodiment, the step-up / step-down chopper circuit 11c serves as the first circuit, and the step-up / step-down chopper circuit 11a and the step-up / down chopper circuit 11b serve as the second circuit. Is fulfilling.

またコンバータ1は、第2伝送動作の実行時には、第2回路(但し、コイルL1の部分を除く)と並列であるバイパスラインBYPを電力が通るようにしつつ、第1回路に降圧動作を行わせる。そのためコンバータ1によれば、第2回路のスイッチング動作に伴う電力の損失を低減させることが可能となっている。   Further, when executing the second transmission operation, the converter 1 causes the first circuit to perform a step-down operation while allowing power to pass through the bypass line BYP that is in parallel with the second circuit (excluding the portion of the coil L1). . Therefore, according to the converter 1, it is possible to reduce the power loss accompanying the switching operation of the second circuit.

またバイパスラインBYPは、昇降圧チョッパ回路11aについて、スイッチング素子Q3(降圧用スイッチング素子)とは並列であるが、コイルL1とは直列に設けられている。そのため第2伝送動作の実行時において、コイルL1は電力の伝送経路に含まれることになる。   The bypass line BYP is provided in series with the switching element Q3 (step-down switching element) but in series with the coil L1 in the step-up / step-down chopper circuit 11a. Therefore, the coil L1 is included in the power transmission path when the second transmission operation is performed.

その結果、本実施形態のコンバータ1によれば、第2伝送動作の実行時において、一つのスイッチング素子Q6の使用に対して、コイルL1とコイルL3の二つのコイルが使用される。これにより、一つのコイルのみが使用される場合(第2実施形態を参照)に比べて、出力電流のリップルを抑制することが可能となっている。   As a result, according to the converter 1 of the present embodiment, when the second transmission operation is performed, two coils of the coil L1 and the coil L3 are used for the use of the single switching element Q6. Thereby, compared with the case where only one coil is used (refer to the second embodiment), it is possible to suppress the ripple of the output current.

5.その他
上述した通り各実施形態のコンバータ1は、端子T1(第1端)と端子T2(第2端)の間に複数のチョッパ回路を備えており、端子T1に入力された電力を昇圧させた上で端子T2から出力する第1伝送動作、および、端子T2に入力された電力を降圧させた上で端子T1から出力する第2伝送動作、を行うようになっている。
5. Others As described above, the converter 1 of each embodiment includes a plurality of chopper circuits between the terminal T1 (first end) and the terminal T2 (second end), and boosts the power input to the terminal T1. A first transmission operation that is output from the terminal T2 and a second transmission operation that is output from the terminal T1 after stepping down the power input to the terminal T2 are performed.

なお複数のチョッパ回路は、第1端から第2端へ向かう方向への昇圧動作、および、第2端から第1端へ向かう方向への降圧動作をするよう形成された第1回路と、第1端から第2端へ向かう方向への昇圧動作をするよう形成された第2回路と、の各々を少なくとも一つずつ含んでいる。そして第1伝送動作を行うときは、第1回路および第2回路が、端子T1から端子T2へ向かう方向への前記昇圧動作を行い、第2伝送動作を行うときは、第1回路および第2回路が端子T2から端子T1へ向かう方向への降圧動作を行い、少なくとも第2回路の一つは、第2回路のみでは実質的に降圧動作を行わないようになっている。   The plurality of chopper circuits include a first circuit formed to perform a step-up operation in a direction from the first end to the second end and a step-down operation in a direction from the second end to the first end, And at least one of each of the second circuits formed to perform a boosting operation in a direction from the first end toward the second end. When performing the first transmission operation, the first circuit and the second circuit perform the boosting operation in the direction from the terminal T1 to the terminal T2, and when performing the second transmission operation, the first circuit and the second circuit The circuit performs a step-down operation in a direction from the terminal T2 toward the terminal T1, and at least one of the second circuits is not substantially subjected to the step-down operation only by the second circuit.

なお第2実施形態および第4実施形態のコンバータ1は、複数のチョッパ回路における第2回路からなる回路の部分の全部または一部と並列に設けられたバイパスラインBYP(バイパス)を備え、第2伝送動作を行うときに、電力がバイパスラインBYPを通るようにすることで、第2回路が実質的に降圧動作を行わないようになっている。   The converter 1 of the second embodiment and the fourth embodiment includes a bypass line BYP (bypass) provided in parallel with all or part of the circuit portion including the second circuit in the plurality of chopper circuits. When the transmission operation is performed, the power is allowed to pass through the bypass line BYP so that the second circuit does not substantially perform the step-down operation.

なお、バイパスラインBYPが、第2回路からなる回路の部分の全部または一部と並列に設けられる形態としては、既に図3や図9に示したものの他、様々な形態が考えられる。例えば当該形態には、図10から図15に示すものも含まれる。   As the form in which the bypass line BYP is provided in parallel with all or part of the circuit portion including the second circuit, various forms other than those already shown in FIGS. 3 and 9 are conceivable. For example, the forms include those shown in FIGS.

なお図10に示す回路は、第2実施形態のコンバータ1(図3を参照)において、昇降圧チョッパ回路11bを第1回路とし、昇降圧チョッパ回路11aを第2回路とし、バイパスラインBYPが第2回路と並列になるように改変したものである。すなわち当該回路は、第1回路と第2回路の位置が入れ替わった点を除き、図3に示す回路と同等の回路である。また図11に示す回路は、図10に示す回路において、バイパスラインBYPが第2回路のコイルと直列になるように改変したものである。また図12に示す回路は、図11に示す回路において、バイパスラインBYPが第1回路のコイルと並列になるように改変したものである。   In the circuit shown in FIG. 10, in the converter 1 of the second embodiment (see FIG. 3), the step-up / step-down chopper circuit 11b is the first circuit, the step-up / step-down chopper circuit 11a is the second circuit, and the bypass line BYP is the first circuit. It is modified to be in parallel with two circuits. That is, the circuit is equivalent to the circuit shown in FIG. 3 except that the positions of the first circuit and the second circuit are interchanged. Further, the circuit shown in FIG. 11 is modified from the circuit shown in FIG. 10 so that the bypass line BYP is in series with the coil of the second circuit. Further, the circuit shown in FIG. 12 is modified from the circuit shown in FIG. 11 so that the bypass line BYP is in parallel with the coil of the first circuit.

また図13〜図15に示す回路は、それぞれ、図10〜図12に示した回路において、第2回路を降圧機能を有しない昇圧チョッパ回路11d(昇降圧チョッパ回路11aについて、スイッチング素子Q3を省略したものに相当)に改変したものである。図13〜図15に示す回路では、バイパスラインBYPは、第2回路が有しているダイオードD1(昇圧動作時に整流を行う、昇圧用整流素子)と並列になっている。図10〜図15の何れの回路においても、昇降圧チョッパ回路11bが第1回路であり、昇降圧チョッパ回路11a(または昇圧チョッパ回路11d)が第2回路である点は変わらない。   Further, the circuits shown in FIGS. 13 to 15 are the same as those shown in FIGS. 10 to 12, but the step-up chopper circuit 11d that does not have the step-down function of the second circuit (the switching element Q3 is omitted for the step-up / step-down chopper circuit 11a). Equivalent to the above). In the circuits shown in FIGS. 13 to 15, the bypass line BYP is in parallel with a diode D <b> 1 (a boosting rectifier that performs rectification during the boosting operation) included in the second circuit. 10 to 15, the step-up / step-down chopper circuit 11b is the first circuit, and the step-up / step-down chopper circuit 11a (or the step-up chopper circuit 11d) is the second circuit.

図3、図10、および図13に示した回路は、バイパスラインBYPが、全ての第2回路からなる回路の部分の全部と並列に設けられた例といえる。また図9、図11、図12、図14、および図15に示した回路は、バイパスラインBYPが、全ての第2回路からなる回路の部分の一部と並列に設けられた例といえる。なお図9、図11、図12、図14、および図15に示した回路における第2回路(図9での昇降圧チョッパ回路11bを除く)は、第2伝送動作の実行時において、第1回路のスイッチング動作に付随して降圧動作を行う(特にコイルが降圧動作に寄与する)が、第2回路のみでは実質的に降圧動作を行わない。   The circuits shown in FIGS. 3, 10, and 13 can be said to be an example in which the bypass line BYP is provided in parallel with all the circuit portions including all the second circuits. In addition, the circuits shown in FIGS. 9, 11, 12, 14, and 15 can be said to be examples in which the bypass line BYP is provided in parallel with a part of the circuit portion including all the second circuits. 9, 11, 12, 14, and 15, the second circuit (except for the step-up / step-down chopper circuit 11 b in FIG. 9) is the first circuit during the execution of the second transmission operation. Although the step-down operation is performed accompanying the switching operation of the circuit (particularly, the coil contributes to the step-down operation), the step-down operation is not substantially performed only by the second circuit.

また第2実施形態および第4実施形態のコンバータ1(図10〜図12に示した回路を有するものも同様)は、第2回路は昇降圧チョッパ回路として形成されており、バイパスラインBYPは、第2回路の降圧用スイッチング素子と並列に設けられている。特に第4実施形態のコンバータ(図11および図12に示した回路を有するものも同様)では、バイパスラインBYPは、このバイパスラインBYPが降圧用スイッチング素子と並列に設けられている第2回路について、コイルとは直列に設けられている。   Further, in the converter 1 of the second embodiment and the fourth embodiment (similar to those having the circuits shown in FIGS. 10 to 12), the second circuit is formed as a step-up / step-down chopper circuit, and the bypass line BYP is It is provided in parallel with the step-down switching element of the second circuit. In particular, in the converter of the fourth embodiment (the same applies to those having the circuits shown in FIGS. 11 and 12), the bypass line BYP is a second circuit in which the bypass line BYP is provided in parallel with the step-down switching element. The coil is provided in series.

またバイパスラインBYPと並列な第2回路は、コンバータ1が有する複数のチョッパ回路の一部として、任意の位置に任意の個数だけ設けることが可能である。そしてこのような第2回路を複数設ける場合、これらの第2回路は連続(隣り合う状態)であっても良く、非連続であっても良い。なお非連続とする場合、スイッチSWを有するバイパスラインBYPは複数存在することになる。   Further, any number of second circuits parallel to the bypass line BYP can be provided at any position as a part of a plurality of chopper circuits included in the converter 1. When a plurality of such second circuits are provided, these second circuits may be continuous (adjacent state) or discontinuous. When discontinuous, there are a plurality of bypass lines BYP having the switch SW.

また第3実施形態のコンバータにおいては、第2回路は昇降圧チョッパ回路として形成されており、第2伝送動作を行うときに、第2回路の降圧用スイッチング素子を導通状態に固定することで、第2回路に実質的に降圧動作を行わせないようにしている。   Further, in the converter of the third embodiment, the second circuit is formed as a step-up / step-down chopper circuit, and when the second transmission operation is performed, by fixing the step-down switching element of the second circuit to a conductive state, The second circuit is substantially prevented from performing the step-down operation.

また第3実施形態では、導通状態に固定する降圧用スイッチング素子として、スイッチング素子Q4を選択しているが、これは一例であって、他のスイッチング素子を選択することも可能である。   In the third embodiment, the switching element Q4 is selected as the step-down switching element that is fixed in the conductive state. However, this is merely an example, and other switching elements can be selected.

また降圧用スイッチング素子を導通状態に固定する第2回路は、コンバータ1が有する複数のチョッパ回路の一部として、任意の位置に任意の個数だけ設けることが可能である。そしてこのような第2回路を複数設ける場合、これらの第2回路は連続(隣り合う状態)であっても良く、非連続であっても良い。またこのような第2回路を複数設ける場合は、導通状態に固定される降圧用スイッチング素子は複数存在することになる。   In addition, the second circuit that fixes the step-down switching element to the conductive state can be provided in an arbitrary number at any position as a part of the plurality of chopper circuits included in the converter 1. When a plurality of such second circuits are provided, these second circuits may be continuous (adjacent state) or discontinuous. When a plurality of such second circuits are provided, there are a plurality of step-down switching elements that are fixed in a conductive state.

また本発明の実施形態について以上の通り説明したが、上述したものはその一例に過ぎない。本発明はその主旨を逸脱しない範囲において、様々な形態で実施され得る。当該実施形態に関する変形例としては、例えば次のようなものが挙げられる。   Moreover, although embodiment of this invention was described as mentioned above, what was mentioned above is only the example. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof. Examples of modifications relating to the embodiment include the following.

電力伝送部11において直列に接続される複数のチョッパ回路において、第1回路や第2回路の個数(直列数)については、特に限定されない。コンバータ1の設計方針などに応じて、任意の個数とすることが可能である。   In the plurality of chopper circuits connected in series in the power transmission unit 11, the number of first circuits and second circuits (the number of series) is not particularly limited. The number can be arbitrarily set according to the design policy of the converter 1.

また、バイパスラインBYPに設けられるスイッチSWは、種々の形態とすることが可能である。例えばスイッチSWとしては、リレースイッチを用いても良く、IGBTやFETといった半導体素子を用いても良い。但し半導体素子を用いる場合は、第1伝送動作が阻害されないよう、例えば図16に示すように、複数の半導体素子を向きを変えて接続する必要がある。また各スイッチング素子(Q1〜Q6)について、IGBTの代わりにFETなどが用いられても構わない。   Further, the switch SW provided in the bypass line BYP can have various forms. For example, as the switch SW, a relay switch may be used, or a semiconductor element such as IGBT or FET may be used. However, when using a semiconductor element, it is necessary to connect a plurality of semiconductor elements in different directions as shown in FIG. 16, for example, so that the first transmission operation is not hindered. For each switching element (Q1 to Q6), an FET or the like may be used instead of the IGBT.

また電力伝送部11において直列に接続される複数のチョッパ回路において、第1回路および第2回路をどの位置に(どのような順番で)配置するかについても、特に限定されない。但し、コンバータ1の設計方針によっては、以下に示す形態を採用することが考えられる。   Further, in the plurality of chopper circuits connected in series in the power transmission unit 11, there is no particular limitation as to where (in what order) the first circuit and the second circuit are arranged. However, depending on the design policy of the converter 1, it is conceivable to adopt the following form.

まず各コイル(L1〜L3)については、一般的に、低電圧側に近いほど、定格電流の大きなものが用いられる(逆に言えば、高電圧側に近いほど定格電流の小さなものが用いられる)ことになる。また例えば第2実施形態では、第2回路のコイルは、第2伝送動作の実行時においてバイパスされるため、電力を通さずに済む。そのため、大きな電力を伝送可能とすることを重視する場合は、複数のチョッパ回路のうち、少なくとも端子T2に最も近いものを第2回路とするのが望ましい。これにより、定格電流の比較的小さいコイルが用いられないようにし、伝送可能な電力の上限値が小さくならないようにすることが可能となる。   First, for each coil (L1 to L3), generally, the closer to the low voltage side, the larger the rated current is used (in other words, the closer to the high voltage side, the smaller the rated current is used). ) Further, for example, in the second embodiment, the coil of the second circuit is bypassed when the second transmission operation is performed, so that it is not necessary to pass power. For this reason, when importance is attached to enabling transmission of large power, it is desirable that at least the one closest to the terminal T2 among the plurality of chopper circuits be the second circuit. As a result, a coil having a relatively small rated current is not used, and the upper limit value of the transmittable power can be prevented from becoming small.

また例えば第3実施形態では、仮に昇降圧チョッパ回路11a(端子T1に近い方)を第2回路とすると、コイルL1とコイルL2の両方を、降圧の動作に利用することが可能となる。そのため、昇降圧チョッパ回路11bを第2回路とした場合(コイルL1のみが降圧の動作に利用される)に比べ、出力電流のリップルを低減させることが可能となる。このようなことから、リップルの低減を重視する場合は、複数のチョッパ回路のうち、少なくとも端子T1に最も近いものを第2回路とするのが望ましい。   For example, in the third embodiment, if the step-up / step-down chopper circuit 11a (the one closer to the terminal T1) is the second circuit, both the coil L1 and the coil L2 can be used for the step-down operation. Therefore, compared to the case where the step-up / step-down chopper circuit 11b is the second circuit (only the coil L1 is used for the step-down operation), the ripple of the output current can be reduced. For this reason, when importance is attached to ripple reduction, it is desirable that at least the one closest to the terminal T1 among the plurality of chopper circuits be the second circuit.

なお、第2回路に実質的に降圧動作を行わせないため、バイパスラインBYPを用いる実施形態において、少なくとも端子T1に最も近いものを第2回路とする場合、バイパスラインBYPは、少なくとも端子T1に最も近い第2回路と並列に設けられる。また少なくとも端子T2に最も近いものを第2回路とする場合、バイパスラインBYPは、少なくとも端子T2に最も近い第2回路と並列に設けられる。   In order to prevent the second circuit from performing a step-down operation, in the embodiment using the bypass line BYP, when the second circuit is at least closest to the terminal T1, the bypass line BYP is at least connected to the terminal T1. It is provided in parallel with the nearest second circuit. In addition, when the second circuit is at least closest to the terminal T2, the bypass line BYP is provided in parallel with at least the second circuit closest to the terminal T2.

また、第2回路に実質的に降圧動作を行わせないため、降圧用スイッチング素子を導通状態に固定する実施形態において、少なくとも端子T1に最も近いものを第2回路とする場合、少なくとも端子T1に最も近い第2回路の降圧用スイッチング素子が、導通状態に固定される。また少なくとも端子T2に最も近いものを第2回路とする場合、少なくとも端子T2に最も近い第2回路の降圧用スイッチング素子が、導通状態に固定される。   Further, since the step-down operation is not substantially performed in the second circuit, in the embodiment in which the step-down switching element is fixed in the conductive state, when the second circuit is at least closest to the terminal T1, The closest step-down switching element of the second circuit is fixed to the conductive state. When at least the one closest to the terminal T2 is the second circuit, at least the step-down switching element of the second circuit closest to the terminal T2 is fixed in the conductive state.

また本発明の利用分野は、これまでに挙げた実施形態には限定されない。本発明は、電圧を変換して双方向に電力を伝送する、様々な用途に利用することが可能である。特に、電圧の異なる装置や部品間において双方向に電力を伝送するための回路として、本発明は好適に利用される。   Further, the field of use of the present invention is not limited to the embodiments described above. The present invention can be used in various applications that convert voltage and transmit power bidirectionally. In particular, the present invention is suitably used as a circuit for transmitting power bidirectionally between devices and components having different voltages.

本発明は、電圧を変換する電力変換回路に利用することができる。   The present invention can be used in a power conversion circuit that converts a voltage.

1 双方向DCDCコンバータ(電力変換回路)
11 電力伝送部
11a〜11c 昇降圧チョッパ回路
11d 昇圧チョッパ回路
12 主制御部
13a 第1信号生成部
13b 第2信号生成部
13c 第3信号生成部
BYP バイパスライン
C1〜C4 コンデンサ
D1 ダイオード(昇圧用整流素子)
GND グランドライン
L1〜L3 コイル
Q1〜Q6 スイッチング素子
S0〜S2、S1’、S2’、S1”、S2” 信号
SW スイッチ
T1 第1端(端子)
T2 第2端(端子)
1 Bidirectional DCDC converter (power conversion circuit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Power transmission part 11a-11c Buck-boost chopper circuit 11d Boost chopper circuit 12 Main control part 13a 1st signal generation part 13b 2nd signal generation part 13c 3rd signal generation part BYP bypass line C1-C4 capacitor | condenser D1 diode (rectification for pressure | voltage rise) element)
GND ground line L1 to L3 Coil Q1 to Q6 Switching element S0 to S2, S1 ′, S2 ′, S1 ″, S2 ″ Signal SW switch T1 First end (terminal)
T2 Second end (terminal)

Claims (9)

第1端と第2端の間に複数のチョッパ回路を備えており、
第1端に入力された電力を昇圧させた上で第2端から出力する第1伝送動作、および、第2端に入力された電力を降圧させた上で第1端から出力する第2伝送動作、を行う電力変換回路であって、
前記複数のチョッパ回路は、
第1端から第2端へ向かう方向への昇圧動作、および、第2端から第1端へ向かう方向への降圧動作をするよう形成された第1回路と、
第1端から第2端へ向かう方向への昇圧動作をするよう形成された第2回路と、の各々を少なくとも一つずつ含み、
第1伝送動作を行うときは、
前記第1回路および前記第2回路が、第1端から第2端へ向かう方向への前記昇圧動作を行い、
第2伝送動作を行うときは、
前記第1回路および前記第2回路が第2端から第1端へ向かう方向への前記降圧動作を行い、少なくとも前記第2回路の一つは、前記第2回路のみでは実質的に降圧動作を行わないことを特徴とする電力変換回路。
A plurality of chopper circuits are provided between the first end and the second end,
A first transmission operation in which the power input to the first end is boosted and then output from the second end, and a second transmission in which the power input to the second end is stepped down and output from the first end A power conversion circuit for performing operation,
The plurality of chopper circuits are:
A first circuit formed to perform a step-up operation in a direction from the first end toward the second end and a step-down operation in a direction from the second end toward the first end;
Each including at least one second circuit formed to perform a boosting operation in a direction from the first end toward the second end,
When performing the first transmission operation,
The first circuit and the second circuit perform the boosting operation in a direction from the first end toward the second end;
When performing the second transmission operation,
The first circuit and the second circuit perform the step-down operation in a direction from the second end toward the first end, and at least one of the second circuits substantially performs the step-down operation only with the second circuit. A power conversion circuit that is not performed.
前記複数のチョッパ回路における全ての前記第2回路からなる回路の部分の、全部または一部と並列に設けられたバイパスを備え、
前記第2伝送動作を行うときに、前記電力が前記バイパスを通るようにすることで、前記第2回路が実質的に降圧動作を行わないことを特徴とする請求項1に記載の電力変換回路。
A bypass provided in parallel with all or a part of the circuit portion of all the second circuits in the plurality of chopper circuits;
2. The power conversion circuit according to claim 1, wherein when the second transmission operation is performed, the second circuit does not substantially perform a step-down operation by allowing the power to pass through the bypass. .
前記第2回路は、昇降圧チョッパ回路として形成されており、
前記バイパスは、
前記第2回路の降圧用スイッチング素子と並列に設けられたことを特徴とする請求項2に記載の電力変換回路。
The second circuit is formed as a buck-boost chopper circuit,
The bypass is
The power conversion circuit according to claim 2, wherein the power conversion circuit is provided in parallel with the step-down switching element of the second circuit.
前記バイパスは、
該バイパスが降圧用スイッチング素子と並列に設けられている前記第2回路について、コイルとは直列に設けられたことを特徴とする請求項3に記載の電力変換回路。
The bypass is
4. The power conversion circuit according to claim 3, wherein the second circuit in which the bypass is provided in parallel with the step-down switching element is provided in series with the coil. 5.
前記第2回路は、昇圧チョッパ回路として形成されており、
前記バイパスは、
前記第2回路の昇圧用整流素子と並列に設けられたことを特徴とする請求項2に記載の電力変換回路。
The second circuit is formed as a boost chopper circuit,
The bypass is
The power conversion circuit according to claim 2, wherein the power conversion circuit is provided in parallel with the boosting rectifier element of the second circuit.
前記バイパスは、
該バイパスが昇圧用整流素子と並列に設けられている前記第2回路について、コイルとは直列に設けられたことを特徴とする請求項5に記載の電力変換回路。
The bypass is
The power conversion circuit according to claim 5, wherein the second circuit in which the bypass is provided in parallel with the boosting rectifier element is provided in series with the coil.
前記第2回路は、昇降圧チョッパ回路として形成されており、
前記第2伝送動作を行うときに、前記第2回路の降圧用スイッチング素子を導通状態に固定することで、前記第2回路に実質的に降圧動作を行わせないようにすることを特徴とする請求項1に記載の電力変換回路。
The second circuit is formed as a buck-boost chopper circuit,
When the second transmission operation is performed, the step-down switching element of the second circuit is fixed to a conductive state so that the second circuit is not substantially subjected to the step-down operation. The power conversion circuit according to claim 1.
前記複数のチョッパ回路のうち、少なくとも第1端に最も近いものを、前記第2回路としたことを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載の電力変換回路。   8. The power conversion circuit according to claim 1, wherein at least one of the plurality of chopper circuits that is closest to the first end is the second circuit. 9. 前記複数のチョッパ回路のうち、少なくとも第2端に最も近いものを、前記第2回路としたことを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載の電力変換回路。   8. The power conversion circuit according to claim 1, wherein at least one of the plurality of chopper circuits that is closest to the second end is the second circuit. 9.
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