[go: up one dir, main page]

JP2018182783A - Power supply - Google Patents

Power supply Download PDF

Info

Publication number
JP2018182783A
JP2018182783A JP2017073776A JP2017073776A JP2018182783A JP 2018182783 A JP2018182783 A JP 2018182783A JP 2017073776 A JP2017073776 A JP 2017073776A JP 2017073776 A JP2017073776 A JP 2017073776A JP 2018182783 A JP2018182783 A JP 2018182783A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
battery
gate signal
battery circuit
circuit module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017073776A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6825460B2 (en
Inventor
成晶 後藤
Shigeaki Goto
成晶 後藤
修二 戸村
Shuji Tomura
修二 戸村
直樹 柳沢
Naoki Yanagisawa
直樹 柳沢
恭佑 種村
Kyosuke TANEMURA
恭佑 種村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2017073776A priority Critical patent/JP6825460B2/en
Publication of JP2018182783A publication Critical patent/JP2018182783A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6825460B2 publication Critical patent/JP6825460B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

【課題】電源装置の構成が簡素であり、所望の出力電圧に応じて容易に対応する。【解決手段】電源装置は、直列接続された複数の電源回路ユニット1を含み、各電源回路ユニット1に対し、デューティー比の異なるゲート信号が入力可能である。各電源回路ユニット1は、電池Bを正側端子と負側端子に接続し電池からの電力を出力する接続状態と、電池を正側端子または負側端子から切り離し正側端子と負側端子を短絡するスルー状態とが、ゲート信号によって切り換えられる電池回路モジュール10と、各電池回路モジュール10に対応して設けられ、ゲート信号を一定時間ずつ遅延させて伝達する複数の遅延回路13を含み、各電池回路モジュール10に対してゲート信号を一定時間ずつずらせて供給する、制御回路11と、を含む。【選択図】図6PROBLEM TO BE SOLVED: To easily configure a power supply device according to a desired output voltage. A power supply device includes a plurality of power supply circuit units 1 connected in series, and gate signals having different duty ratios can be input to each power supply circuit unit 1. Each power supply circuit unit 1 has a connection state in which the battery B is connected to the positive terminal and the negative terminal to output power from the battery, and the battery is separated from the positive terminal or the negative terminal to connect the positive terminal and the negative terminal. A short-circuited through state includes a battery circuit module 10 that is switched by a gate signal, and a plurality of delay circuits 13 that are provided corresponding to each battery circuit module 10 and transmit the gate signal with a delay of a certain period of time. It includes a control circuit 11 that supplies a gate signal to the battery circuit module 10 by shifting it by a fixed period of time. [Selection diagram] Fig. 6

Description

本発明は、複数の電池回路モジュールを備えた電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device provided with a plurality of battery circuit modules.

様々な電源装置が知られており、例えば、ハイブリッド車両や電動車両における走行モータの駆動に用いられる電源装置では、電池の電圧を昇圧コンバータで昇圧してインバータに入力している。   Various power supply devices are known. For example, in a power supply device used to drive a traveling motor in a hybrid vehicle or an electric vehicle, a battery voltage is boosted by a boost converter and input to an inverter.

特に、特許文献1には、バッテリ等の電池からの直流電圧をスイッチング素子のスイッチングによりDC/DC変換して、走行モータに出力するDC/DCコンバータと、DC/DCコンバータの損失特性に基づいてスイッチング素子のスイッチング周波数を設定する周波数設定手段と、この設定された周波数に基づきスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段とを備えた電源装置が記載されている。この電源装置によれば、DC/DCコンバータの損失を小さくするスイッチング周波数を設定することにより、DC/DCコンバータを効率良く駆動することができる。   In particular, Patent Document 1 discloses a DC / DC converter that converts DC voltage from a battery such as a battery by DC / DC conversion of a switching element and outputs the DC voltage to a traveling motor, and loss characteristics of the DC / DC converter. A power supply apparatus is described which includes frequency setting means for setting a switching frequency of a switching element, and control means for switching control of the switching element based on the set frequency. According to this power supply device, the DC / DC converter can be efficiently driven by setting the switching frequency that reduces the loss of the DC / DC converter.

特開2003−116280号公報JP 2003-116280 A

特許文献1に記載の電源装置において、スイッチング素子やDC/DCコンバータに用いられる昇圧用リアクトルは、必要とされる電流容量や出力電圧に応じて設計される。また、それを収納する筐体も、使用する部品の大きさに応じて設計される。このため、スイッチング素子や昇圧用リアクトル、また、これらに関係する周辺部品等は、必要とされる電流容量や出力電圧に基づいて毎回、設計する必要がある。   In the power supply device described in Patent Document 1, a boosting reactor used for a switching element or a DC / DC converter is designed in accordance with the required current capacity and output voltage. Moreover, the housing which accommodates it is also designed according to the size of the parts to be used. Therefore, it is necessary to design the switching element, the boost reactor, peripheral parts related to these, and the like each time based on the required current capacity and output voltage.

すなわち、電源装置は、求められる仕様(必要とされる電流容量や出力電圧)に基づいて毎回新たに設計する必要があり汎用性が低かった。また、昇圧のためのDC/DCコンバータが必要である。   That is, the power supply device needs to be newly designed each time based on the required specifications (the required current capacity and output voltage), and the versatility is low. In addition, a DC / DC converter for boosting is required.

本発明は、直列接続された複数の電源回路ユニットを含み、各電源回路ユニットに対し、デューティー比の異なるゲート信号が入力可能な電源装置であって、各電源回路ユニットは、電池を正側端子と負側端子に接続し電池からの電力を出力する接続状態と、電池を正側端子または負側端子から切り離し正側端子と負側端子を短絡するスルー状態とが、ゲート信号によって切り換えられる電池回路モジュールを、正側端子および負側端子を介して複数直列接続した電池回路モジュール群と、各電池回路モジュールに対応して設けられ、ゲート信号を一定時間ずつ遅延させて伝達する複数の遅延回路を含み、各電池回路モジュールに対してゲート信号を一定時間ずつずらせて供給する制御回路と、を含む。   The present invention is a power supply device including a plurality of power supply circuit units connected in series, to which gate signals having different duty ratios can be input to each power supply circuit unit, wherein each power supply circuit unit has a battery on the positive side. The battery is connected by the gate signal between the positive and negative terminals connected to output power from the battery, and the through state where the battery is disconnected from the positive or negative terminal and the positive and negative terminals are shorted. A plurality of battery circuit module groups in which a plurality of circuit modules are connected in series via positive and negative terminals, and a plurality of delay circuits provided corresponding to the respective battery circuit modules and delaying and transmitting gate signals for a predetermined time And a control circuit for supplying a gate signal to each battery circuit module with a predetermined time offset.

また、複数の電源回路ユニットに入力するゲート信号のうち、いずれかのゲート信号のデューティー比が100%に設定されている動作モードを有するとよい。   Further, it is preferable to have an operation mode in which the duty ratio of one of the gate signals input to the plurality of power supply circuit units is set to 100%.

また、複数の電源回路ユニットに入力するゲート信号のデューティー比および周期が等しい動作モードを有するとよい。   In addition, it is preferable to have an operation mode in which the duty ratio and the period of the gate signal input to the plurality of power supply circuit units are equal.

本発明によれば、構成が簡素であり、所望の出力電圧に容易に対応することができ、汎用性が高い電源装置を得ることができる。そして、電源回路ブロックに供給するゲート信号のデューティー比を返納することで各種の動作モードが可能となる。   According to the present invention, the configuration is simple, a desired output voltage can be easily coped with, and a power supply device with high versatility can be obtained. And various operation modes become possible by returning the duty ratio of the gate signal supplied to a power supply circuit block.

実施形態における電源回路ユニットの概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the power supply circuit unit in an embodiment. 電池回路モジュールの概略構成図である。It is a schematic block diagram of a battery circuit module. 電池回路モジュールの動作を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining operation of a battery circuit module. 電池回路モジュールの動作説明図であり、(a)は第1のスイッチング素子がON、第2のスイッチング素子がOFFした状態を示し、(b)は第1のスイッチング素子がOFF、第2のスイッチング素子がONした状態を示す。It is operation | movement explanatory drawing of a battery circuit module, (a) shows the state which 1st switching element turned ON, 2nd switching element turned off, (b) 1st switching element is OFF, 2nd switching Indicates the state in which the element is turned on. 電源回路ユニット全体の動作を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining operation of the whole power supply circuit unit. 電源回路ユニットを複数設けた電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply device which provided multiple power supply circuit units. 電源回路ユニットを複数設けた電源装置の操作を説明する図である。It is a figure explaining operation of the power supply device which provided multiple power supply circuit units. 電池回路モジュールの変形例を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining the modification of a battery circuit module. 電池回路モジュールへのゲート信号の供給経路の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the supply path of the gate signal to a battery circuit module.

「電源回路ユニットの構成」
実施形態における電源装置は、複数の電源回路ユニット1を含んでいる。そこで、まず電源回路ユニット1の構成について説明する。図1は、電源回路ユニット1のブロック図を示している。図1に示すように、電源回路ユニット1は、複数の電池回路モジュール10(10a,10b,10c,・・・,10e)と、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eにゲート信号を出力して電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eをONOFF駆動する制御回路11とを備えている。
"Configuration of power supply circuit unit"
The power supply device in the embodiment includes a plurality of power supply circuit units 1. First, the configuration of the power supply circuit unit 1 will be described. FIG. 1 shows a block diagram of the power supply circuit unit 1. As shown in FIG. 1, the power supply circuit unit 1 has a plurality of battery circuit modules 10 (10a, 10b, 10c,..., 10e) and gate circuits for the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. The control circuit 11 outputs a signal to turn on and off the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e.

電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eは、その正側端子+OTが負側端子−OTに順次接続されることで直列接続されており、電池回路モジュール群100を構成している。最上流側の電池回路モジュール10aの正側端子+OTが、電池回路モジュール群100の正側出力端子+OUTに接続され、最下流側の電池回路モジュール10eの負側端子−OTが電池回路モジュール群100の負側出力端子−OUTに接続されている。   The battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are connected in series by sequentially connecting their positive terminals + OT to the negative terminal -OT, and constitute the battery circuit module group 100. . The positive terminal + OT of the battery circuit module 10a on the most upstream side is connected to the positive output terminal + OUT of the battery circuit module group 100, and the negative terminal -OT of the battery circuit module 10e on the most downstream side is the battery circuit module group 100 Are connected to the negative side output terminal -OUT.

電池回路モジュール10は、複数の電池セルが直列接続された電池Bを有する。電池Bの正極は、チョークコイルL、第2のスイッチング素子S2を介し、正側端子+OTに接続されており、電池Bの負極は負側端子−OTに接続されている。正側端子+OTと負側端子−OTの間には第1のスイッチング素子S1が配置されている。また、チョークコイルLと第2のスイッチング素子S2との接続点と電池Bの陰極との間にはコンデンサCが配置されている。   The battery circuit module 10 has a battery B in which a plurality of battery cells are connected in series. The positive electrode of the battery B is connected to the positive terminal + OT via the choke coil L and the second switching element S2, and the negative electrode of the battery B is connected to the negative terminal -OT. A first switching element S1 is disposed between the positive terminal + OT and the negative terminal -OT. Further, a capacitor C is disposed between the connection point of the choke coil L and the second switching element S2 and the cathode of the battery B.

従って、第2のスイッチング素子S2をON、第1のスイッチング素子S1をOFFにすると、正側端子+OTと、負側端子−OTの間に、電池Bとコンデンサの両方が並列接続された直流電源となる(接続状態)。一方、第2のスイッチング素子S2をOFF、第1のスイッチング素子S1をONにすると、電池Bが切り離され正側端子+OTと、負側端子−OTが短絡され、この電池回路モジュール10は、スルー状態になる。なお、電池B、チョークコイルLおよびコンデンサCによってRLCフィルタを形成して電流の平準化を図り、電池Bの劣化を抑制している。   Therefore, when the second switching element S2 is turned on and the first switching element S1 is turned off, both the battery B and the capacitor are connected in parallel between the positive terminal + OT and the negative terminal -OT. It becomes (connection state). On the other hand, when the second switching element S2 is turned off and the first switching element S1 is turned on, the battery B is cut off and the positive terminal + OT and the negative terminal -OT are shorted. It will be in the state. The RLC filter is formed by the battery B, the choke coil L and the capacitor C to level the current, thereby suppressing the deterioration of the battery B.

第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2は、電界効果トランジスタとしてのMOS−FETである。第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2は、制御回路11からのゲート信号によってスイッチング動作される。なお、スイッチング動作可能な素子であれば、MOS−FET以外のスイッチング素子を使用することもできる。   The first switching element S1 and the second switching element S2 are MOS-FETs as field effect transistors. The first switching element S1 and the second switching element S2 are switched by a gate signal from the control circuit 11. Note that switching elements other than MOS-FETs can be used as long as the elements can perform switching operation.

電池回路モジュール10には、制御回路11が接続されており、制御回路11から出力されるゲート信号が各電池回路モジュール10に供給される。このゲート信号は、各電池回路モジュール10において、第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2の一方をオン、他方をオフする。   A control circuit 11 is connected to the battery circuit module 10, and a gate signal output from the control circuit 11 is supplied to each battery circuit module 10. The gate signal turns on one of the first switching element S1 and the second switching element S2 in each of the battery circuit modules 10 and turns off the other.

制御回路11は、コントローラ12を有しており、このコントローラ12が最上流側の電池回路モジュール10aに供給するためのゲート信号を出力する。制御回路11は、各電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eに対応して、遅延回路13(13a,13b,13c,・・・,13e)を有しており、各遅延回路13a,13b,13c,・・・13eによって遅延したゲート信号が、対応する電池回路モジュール10b,10c,・・・,10eに供給される。   The control circuit 11 has a controller 12, and the controller 12 outputs a gate signal to be supplied to the most upstream battery circuit module 10a. The control circuit 11 has delay circuits 13 (13a, 13b, 13c,..., 13e) corresponding to the respective battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. The gate signals delayed by 13a, 13b, 13c, ... 13e are supplied to the corresponding battery circuit modules 10b, 10c, ..., 10e.

従って、各電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eにおける、第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2のスイッチングのタイミングは、遅延回路13a,13b,13c,・・・の遅延時間ずつ遅れることになる。   Therefore, the switching timings of the first switching element S1 and the second switching element S2 in each of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e are different from those of the delay circuits 13a, 13b, 13c, ... Each delay time will be delayed.

そして、最下流側の遅延回路13eから出力されたゲート信号は、コントローラ12に入力されるようになっている。従って、コントローラ12は、自己の出力したゲート信号がすべての遅延回路13によって遅延された合計の遅延時間を把握することができ、これに基づいて、次のゲート信号を出力することができる。また、遅延時間の合計をゲート信号の周期に容易に一致させることができる。   The gate signal output from the delay circuit 13e on the most downstream side is input to the controller 12. Therefore, the controller 12 can grasp the total delay time in which the gate signal output from the controller 12 is delayed by all the delay circuits 13. Based on this, the controller 12 can output the next gate signal. Also, the sum of delay times can be easily made to coincide with the period of the gate signal.

「電池回路モジュール10の動作」
次に、電池回路モジュール10の動作について図2、3を参照して説明する。図2は、電池回路モジュール10の概略構成図を、図3は電池回路モジュール10の動作に関するタイムチャートをそれぞれ示している。また、図3において、符号D1は、電池回路モジュール10aを駆動するゲート信号の矩形波を、符号D2は、第1のスイッチング素子S1のONOFF状態を示す矩形波を、符号D3は、第2のスイッチング素子S2のONOFF状態を示す矩形波を、符号D4は、電池回路モジュール10aにより出力される電圧Vmodの特性をそれぞれ示している。
"Operation of battery circuit module 10"
Next, the operation of the battery circuit module 10 will be described with reference to FIGS. 2 shows a schematic configuration diagram of the battery circuit module 10, and FIG. 3 shows a time chart regarding the operation of the battery circuit module 10. As shown in FIG. Further, in FIG. 3, the code D1 represents a rectangular wave of the gate signal for driving the battery circuit module 10a, the code D2 represents a rectangular wave indicating the ON / OFF state of the first switching element S1, and the code D3 represents a second wave. The symbol D4 indicates the characteristics of the voltage V mod output from the battery circuit module 10a. The rectangular wave indicates the ON / OFF state of the switching element S2.

電池回路モジュール10の初期状態、すなわち、ゲート信号が出力されていない状態(ゲート信号がOFFの状態)では、第1のスイッチング素子S1はON状態、第2のスイッチング素子S2はOFF状態となっている。そして、制御回路11からゲート信号が電池回路モジュール10aに入力されると、電池回路モジュール10はPWM制御によってスイッチング動作する。このスイッチング動作は、第1のスイッチング素子S1と第2のスイッチング素子S2とが交互にONOFFすることによって行われる。   In the initial state of the battery circuit module 10, that is, in the state where the gate signal is not output (the gate signal is OFF), the first switching element S1 is in the ON state, and the second switching element S2 is in the OFF state. There is. When a gate signal is input from the control circuit 11 to the battery circuit module 10a, the battery circuit module 10 performs switching operation by PWM control. This switching operation is performed by alternately turning on and off the first switching element S1 and the second switching element S2.

図3の符号D1で示すように、制御回路11からゲート信号が出力されると、このゲート信号に応じて、電池回路モジュール10aの第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2が駆動される。第1のスイッチング素子S1は、ゲート信号の立ち上がりに応じて、ON状態からOFF状態に切り替わる。また、第1のスイッチング素子S1は、ゲート信号の立ち下がりから僅かな時間(デッドタイムdt)遅れて、OFF状態からON状態に切り替わる(符号D2参照)。   As shown by symbol D1 in FIG. 3, when the gate signal is output from the control circuit 11, the first switching element S1 and the second switching element S2 of the battery circuit module 10a are driven according to the gate signal. Ru. The first switching element S1 switches from the ON state to the OFF state in response to the rise of the gate signal. In addition, the first switching element S1 switches from the OFF state to the ON state with a slight delay (dead time dt) from the fall of the gate signal (see D2).

一方、第2のスイッチング素子S2は、ゲート信号の立ち上がりから僅かな時間(デッドタイムdt)遅れて、OFF状態からON状態に切り替わる。また、第2のスイッチング素子S2は、ゲート信号の立ち下がりと同時に、ON状態からOFF状態に切り替わる(符号D3参照)。このように、第1のスイッチング素子S1と第2のスイッチング素子S2とは交互にONOFF動作する。   On the other hand, the second switching element S2 switches from the OFF state to the ON state with a slight time delay (dead time dt) from the rise of the gate signal. The second switching element S2 switches from the ON state to the OFF state at the same time as the fall of the gate signal (see D3). Thus, the first switching element S1 and the second switching element S2 alternately turn on and off.

なお、第1のスイッチング素子S1がゲート信号の立ち下がり時に僅かな時間(デッドタイムdt)遅れて動作することと、第2のスイッチング素子S2がゲート信号の立ち上がり時に僅かな時間(デッドタイムdt)遅れて動作することは、第1のスイッチング素子S1と第2のスイッチング素子S2とが同時に動作することを防止するためである。すなわち、第1のスイッチング素子S1と第2のスイッチング素子S2とが同時にONして短絡することを防止している。この動作を遅らせているデッドタイムdtは、例えば、100nsに設定しているが、適宜設定することができる。なお、デッドタイムdt中はダイオードを還流し、その還流したダイオードと並列にあるスイッチング素子がONしたときと同じ状態になる。   The first switching element S1 operates with a slight delay (dead time dt) when the gate signal falls and the second switching element S2 operates with a slight delay (dead time dt) when the gate signal rises. The delayed operation is to prevent the first switching element S1 and the second switching element S2 from operating at the same time. That is, the first switching element S1 and the second switching element S2 are prevented from being simultaneously turned on and shorting. The dead time dt delaying this operation is set to, for example, 100 ns, but can be set as appropriate. During the dead time dt, the diode is returned, and the state is the same as when the switching element in parallel with the returned diode is turned on.

そして、この動作によって、電池回路モジュール10は、図3の符号D4で示すように、ゲート信号がOFF時(すなわち、第1のスイッチング素子S1がON、第2のスイッチング素子S2がOFF)では、コンデンサCが電池回路モジュール10aの正側端子+OTから切り離されて正側端子+OTには電圧が出力されない。この状態を、図4(a)に示す。図4(a)に示すように、電池回路モジュール10の電池B(コンデンサC)をバイパス(スルー状態)している。   By this operation, the battery circuit module 10 is turned off when the gate signal is OFF (that is, when the first switching element S1 is ON and the second switching element S2 is OFF), as indicated by symbol D4 in FIG. The capacitor C is disconnected from the positive terminal + OT of the battery circuit module 10a, and no voltage is output to the positive terminal + OT. This state is shown in FIG. 4 (a). As shown to Fig.4 (a), the battery B (capacitor | condenser C) of the battery circuit module 10 is bypassed (through state).

また、ゲート信号がON時(すなわち、第1のスイッチング素子S1がOFF、第2のスイッチング素子S2がON)では、コンデンサCが電池回路モジュール10の正側端子+OTに接続されて正側端子+OTに電圧が出力される。この状態を、図4(b)に示す。図4(b)に示すように、電池回路モジュール10におけるコンデンサCを介して電圧Vmodが正側端子+OTに出力されている。 In addition, when the gate signal is ON (that is, the first switching element S1 is OFF and the second switching element S2 is ON), the capacitor C is connected to the positive terminal + OT of the battery circuit module 10 and the positive terminal + OT Voltage is output. This state is shown in FIG. 4 (b). As shown in FIG. 4B, the voltage V mod is output to the positive terminal + OT via the capacitor C in the battery circuit module 10.

ここで、ゲート信号のデューティー比は、電源回路ユニット1に対する出力電圧要求によって決定され、決定されたデューティー比のゲート信号が生成される。出力電圧要求は電源回路ユニット1から電力を使用するシステム側からの要求である。   Here, the duty ratio of the gate signal is determined by the output voltage request to the power supply circuit unit 1, and a gate signal of the determined duty ratio is generated. The output voltage demand is a demand from the system side using power from the power supply circuit unit 1.

「制御回路11の動作」
図1に戻り、制御回路11による電源回路ユニット1の制御について説明する。制御回路11は、電池回路モジュール群100の全体を制御する。すなわち、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの動作をそれぞれ制御して電源回路ユニット1としての出力電圧を制御する。
"Operation of control circuit 11"
Returning to FIG. 1, control of the power supply circuit unit 1 by the control circuit 11 will be described. The control circuit 11 controls the entire battery circuit module group 100. That is, the operation of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e is controlled to control the output voltage as the power supply circuit unit 1.

上述したように、制御回路11は、矩形波のゲート信号を出力するコントローラ12と、コントローラ12から出力されるゲート信号を、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eに遅延させて順次出力する遅延回路13a,13b,13c,・・・,13eとを備えている。   As described above, the control circuit 11 delays the controller 12 which outputs the gate signal of the rectangular wave and the gate signal output from the controller 12 to the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e. There are provided delay circuits 13a, 13b, 13c,..., 13e which sequentially output.

コントローラ12は、電池回路モジュール群100において直列接続されている電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eのうちの最上流側の電池回路モジュール10aにゲート信号を供給する。   The controller 12 supplies a gate signal to the most upstream battery circuit module 10a among the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e connected in series in the battery circuit module group 100.

遅延回路13a,13b,13c,・・・,13eは、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eに対応してそれぞれ設けられている。遅延回路13aは、コントローラ12からのゲート信号を、一定時間遅延させて隣接する電池回路モジュール10bに出力するとともに、遅延回路13bに出力する。この結果、コントローラ12から出力されたゲート信号は、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eに順次遅延されて供給される。   The delay circuits 13a, 13b, 13c,..., 13e are provided corresponding to the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. The delay circuit 13a delays the gate signal from the controller 12 for a predetermined time, and outputs the gate signal to the adjacent battery circuit module 10b and outputs the gate signal to the delay circuit 13b. As a result, the gate signal output from the controller 12 is sequentially delayed and supplied to the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e.

なお、遅延回路13a,13b,13c,・・・,13eは、電気的な回路構成としては制御回路11に含まれるものであるが、ハード構成としては電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eと一体化して構成することが好ましい。図1において、例えば、一点鎖線Mで示すように、遅延回路13bと電池回路モジュール10bとを一体化(モジュール化)して構成するとよい。   The delay circuits 13a, 13b, 13c,..., 13e are included in the control circuit 11 as the electrical circuit configuration, but the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. · · Preferably integrated with 10e. In FIG. 1, for example, as indicated by a dashed-dotted line M, the delay circuit 13b and the battery circuit module 10b may be integrated (moduleed).

図1において、コントローラ12から最上流側の電池回路モジュール10aにゲート信号を出力すると、電池回路モジュール10aが駆動されて、図4(a)、(b)に示すように、電池回路モジュール10aにおける電圧が正側端子+OTに出力される。また、コントローラ12からのゲート信号は、遅延回路13aに入力されて、一定時間遅延された後、隣接する電池回路モジュール10bに入力される。このゲート信号により電池回路モジュール10bが駆動する。   In FIG. 1, when a gate signal is output from the controller 12 to the battery circuit module 10a on the most upstream side, the battery circuit module 10a is driven and, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), in the battery circuit module 10a. The voltage is output to the positive terminal + OT. Also, the gate signal from the controller 12 is input to the delay circuit 13a, delayed for a predetermined time, and then input to the adjacent battery circuit module 10b. The battery circuit module 10b is driven by the gate signal.

一方、遅延回路13aからのゲート信号は、遅延回路13bにも入力されて、遅延回路13aと同様に、一定時間遅延されて、次に隣接する電池回路モジュール10cに入力される。以下、同様に、ゲート信号は遅延されて下流側の電池回路モジュールにそれぞれ入力される。そして、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eは、順次駆動されて、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの電圧が各正側端子+OTに順次出力される。   On the other hand, the gate signal from the delay circuit 13a is also input to the delay circuit 13b, delayed for a fixed time as in the delay circuit 13a, and then input to the adjacent battery circuit module 10c. Similarly, the gate signals are similarly delayed and input to the downstream battery circuit modules. Then, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e are sequentially driven, and the voltages of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e are sequentially output to the respective positive terminals + OT. .

電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eが順次駆動される状態を図5に示す。図5に示すように、ゲート信号に応じて、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eが、一定の遅延時間を持って上流側から下流側に次々と駆動されている。図5において、符号E1は、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの第1のスイッチング素子S1がOFF、第2のスイッチング素子S2がONして、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eが正側端子+OTから電圧を出力している状態(接続状態)を示している。また、符号E2は、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの第1のスイッチング素子S1がON、第2のスイッチング素子S2がOFFして、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eが正側端子+OTから電圧を出力していない状態(スルー状態)を示す。このように、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eは、一定の遅延時間を持って順次駆動される。   A state in which the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are sequentially driven is shown in FIG. As shown in FIG. 5, in accordance with the gate signal, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are driven one after another from the upstream side to the downstream side with a fixed delay time. In FIG. 5, reference character E1 indicates that the first switching element S1 of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e is OFF and the second switching element S2 is ON, so that the battery circuit modules 10a, 10b, 10c show states (connection states) in which a voltage is outputted from the positive terminal + OT. Further, the code E2 indicates that the first switching element S1 of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e is ON and the second switching element S2 is OFF, and the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, .., 10 e indicates a state (through state) in which no voltage is output from the positive terminal + OT. Thus, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are sequentially driven with a fixed delay time.

図5を参照して、ゲート信号やゲート信号の遅延時間の設定について説明する。ゲート信号の周期Fは、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの遅延時間を合計することによって設定される。このため、遅延時間を長く設定すると、ゲート信号の周波数は低周波になる。逆に、遅延時間を短く設定すると、ゲート信号の周波数は高周波になる。また、ゲート信号を遅延する遅延時間は、電源回路ユニット1に求められる仕様に応じて適宜設定することができる。   The setting of the gate signal and the delay time of the gate signal will be described with reference to FIG. The period F of the gate signal is set by summing up the delay times of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. Therefore, if the delay time is set long, the frequency of the gate signal becomes low. Conversely, when the delay time is set short, the frequency of the gate signal becomes high. Further, the delay time for delaying the gate signal can be appropriately set in accordance with the specification required for the power supply circuit unit 1.

ゲート信号の周期FにおけるON時比率G1、すなわち、周期FのうちのON時間の比率は、電源回路ユニット1の出力電圧/電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの合計電圧(電池回路モジュール電池電圧×電池回路モジュール数)により算出することができる。すなわち、ON時比率G1=電源装置出力電圧/(電池回路モジュール電池電圧×電池回路モジュール数)となる。なお、厳密には、デッドタイムdtだけON時比率がずれてしまうので、チョッパ回路で一般的に行われているようにフィードバックまたはフィードフォワードでON時比率の補正を行う。   The ON ratio G1 in the cycle F of the gate signal, that is, the ratio of the ON time of the cycle F is calculated as follows: output voltage of the power supply circuit unit 1 / total voltage of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. It can be calculated by: battery circuit module battery voltage × number of battery circuit modules). That is, the on-time ratio G1 = power supply device output voltage / (battery circuit module battery voltage × number of battery circuit modules). Strictly speaking, since the on-time ratio deviates by the dead time dt, correction of the on-time ratio is performed by feedback or feedforward as generally performed in a chopper circuit.

電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの合計電圧は、上述したように、電池回路モジュール電池電圧×接続状態の電池回路モジュール数によって表すことができる。電源回路ユニット1の出力電圧が、一つの電池回路モジュール10の電池電圧で割り切れる値であれば、電池回路モジュール10が通過(スルー状態)から接続に切り替わる瞬間に、他の電池回路モジュールが接続から通過(スルー状態)に切り替わるので、電池回路モジュール群100の全体の出力電圧に変動はない。   The total voltage of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e can be represented by the battery circuit module battery voltage × the number of battery circuit modules in the connected state, as described above. If the output voltage of the power supply circuit unit 1 is a value divisible by the battery voltage of one battery circuit module 10, another battery circuit module is connected from the connection at the moment when the battery circuit module 10 switches from passing (through state) to connection. There is no change in the overall output voltage of the battery circuit module group 100 because it is switched to the passing (through state).

しかし、電源回路ユニット1の出力電圧が、電池回路モジュール10aの電池電圧で割り切れない値であれば、電源回路ユニット1の出力電圧と、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの合計電圧とは整合しない。換言すると、電源回路ユニット1の出力電圧(電池回路モジュール群100の全体の出力電圧)が変動してしまう。ただし、このときの変動振幅は1つの電池回路モジュール分の電圧であり、また、この変動周期は、ゲート信号の周期F/電池回路モジュール数となる。ここでは、数十個の電池回路モジュールを直列接続しているので、電池回路モジュール全体の寄生インダクタンスは大きな値となっており、この電圧変動はフィルタされて結果的には電源回路ユニット1の出力電圧を得ることができる。   However, if the output voltage of the power supply circuit unit 1 is an indivisible value by the battery voltage of the battery circuit module 10a, the output voltage of the power supply circuit unit 1 and the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. It does not match the total voltage. In other words, the output voltage of the power supply circuit unit 1 (the entire output voltage of the battery circuit module group 100) fluctuates. However, the fluctuation amplitude at this time is a voltage of one battery circuit module, and the fluctuation period is the cycle F of the gate signal / the number of battery circuit modules. Here, since dozens of battery circuit modules are connected in series, the parasitic inductance of the entire battery circuit module has a large value, and this voltage fluctuation is filtered and, as a result, the output of power supply circuit unit 1 You can get the voltage.

「具体例」
次に、具体例について説明する。図5において、例えば、電源回路ユニット1としての所望の出力電圧が400V、電池回路モジュール10の電池電圧が15V、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10e数が40個、遅延時間が200nsであるとする。なお、この場合は、電源回路ユニット1の出力電圧(400V)が、電池回路モジュール10の電池電圧(15V)で割り切れない場合に相当する。
"Concrete example"
Next, specific examples will be described. In FIG. 5, for example, the desired output voltage as the power supply circuit unit 1 is 400 V, the battery voltage of the battery circuit module 10 is 15 V, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. Is 200 ns. This case corresponds to the case where the output voltage (400 V) of the power supply circuit unit 1 can not be divided by the battery voltage (15 V) of the battery circuit module 10.

これらの数値に基づくと、ゲート信号の周期Fは、遅延時間×電池回路モジュール数により算出されるので、200ns×40個=8μsとなり、ゲート信号は125kHz相当の矩形波になる。また、ゲート信号のON時比率G1は、電源装置出力電圧/(電池回路モジュール電池電圧×電池回路モジュール数)により算出されるので、ON時比率G1は、400V/(15V×40個)≒0.67となる。   Based on these numerical values, the period F of the gate signal is calculated by delay time × the number of battery circuit modules, so that 200 ns × 40 = 8 μs, and the gate signal becomes a square wave equivalent to 125 kHz. Further, since the on-time ratio G1 of the gate signal is calculated by: power supply device output voltage / (battery circuit module battery voltage × number of battery circuit modules), the on-time ratio G1 is 400 V / (15 V × 40) ≒ 0 It becomes .67.

これらの数値に基づいて、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eを順次駆動すると、電源回路ユニット1として、図5中、符号H1で示す矩形波状の出力特性が得られる。この出力特性は、390Vと405Vとの間で変動する電圧出力特性となる。すなわち、ゲート信号の周期F/電池回路モジュール数により算出される周期で変動する出力特性となり、8μs/40個=200ns(5MHz相当)で変動する出力特性となる。この変動は、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの配線による寄生インダクタンスでフィルタリングされるので、符号H2で示すように、電源回路ユニット1としては、400Vの電圧が出力される。   When the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are sequentially driven based on these numerical values, rectangular wave-like output characteristics indicated by a symbol H1 in FIG. 5 can be obtained as the power supply circuit unit 1. This output characteristic is a voltage output characteristic that fluctuates between 390 V and 405 V. That is, the output characteristic fluctuates in a cycle calculated by the cycle F of the gate signal / the number of battery circuit modules, and the output characteristic fluctuates in 8 μs / 40 = 200 ns (equivalent to 5 MHz). This variation is filtered by the parasitic inductance due to the wiring of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e, so that a voltage of 400 V is output as the power supply circuit unit 1 as indicated by the symbol H2. .

そして、最上流側の電池回路モジュール10aのコンデンサCには、接続状態の場合に電流が流れるため、図5中符号J1で示すように、コンデンサ電流波形は矩形波になる。
電池BとコンデンサCはRLCフィルタを形成しているので、電源回路ユニット1にはフィルタリングされて平準化された電流が出力される(図5中、符号J2参照)。
Then, since a current flows in the capacitor C of the battery circuit module 10a on the most upstream side in the connection state, the capacitor current waveform becomes a rectangular wave as indicated by a symbol J1 in FIG.
The battery B and the capacitor C form an RLC filter, so the filtered and leveled current is output to the power supply circuit unit 1 (see the reference J2 in FIG. 5).

このように、全ての電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eにおいて電流波形は同様であり、また、全ての電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eから均等に電流を出力することができる。   Thus, the current waveforms are the same in all the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e, and the current from all the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,. Can be output.

「電源装置の構成」
図6に実施形態に係る電源装置の構成を示す。このように、電源装置は、複数の電源回路ユニット1を有している。図においては、電源回路ユニット1を2つのみ示し、最上流側の電源回路ユニット1の正側端子+OTが電源装置の正側出力端子+OUTとなる。また、最下流側の電源回路ユニット1の負側端子−OTが電源回路ユニット1の負側出力端子−OUTとなる。
"Power supply configuration"
The structure of the power supply device which concerns on FIG. 6 at embodiment is shown. As described above, the power supply device includes the plurality of power supply circuit units 1. In the figure, only two power supply circuit units 1 are shown, and the positive terminal + OT of the most upstream power supply circuit unit 1 is the positive output terminal + OUT of the power supply device. Further, the negative side terminal -OT of the power supply circuit unit 1 on the most downstream side becomes the negative side output terminal -OUT of the power supply circuit unit 1.

そして、電源装置は、全体動作を制御する統括制御回路200を有している。統括制御回路200には、各電源回路ユニット1のコントローラ12が接続されており、ここにゲート制御信号が供給される。各コントローラ12は、統括制御回路200からのゲート制御信号に基づいて、ゲート信号の出力を制御する。すなわち、受け取ったゲート制御信号に応じて出力するゲート信号の出力タイミングおよびデューティー比を制御する。従って、統括制御回路200は、各電源回路ユニット1の動作を総合的に制御することができる。なお、ゲート制御信号は、所定のデューティー比に設定され、所定のタイミングで出力されるゲート信号であることが好適である。   And a power supply device has general control circuit 200 which controls the whole operation. The controller 12 of each power supply circuit unit 1 is connected to the general control circuit 200, and a gate control signal is supplied thereto. Each controller 12 controls the output of the gate signal based on the gate control signal from the general control circuit 200. That is, it controls the output timing and duty ratio of the gate signal to be output according to the received gate control signal. Therefore, the general control circuit 200 can comprehensively control the operation of each power supply circuit unit 1. The gate control signal is preferably a gate signal that is set to a predetermined duty ratio and output at a predetermined timing.

「電源装置の動作」
本実施形態における動作について、図7に基づいて説明する。この例では、4つの電源回路ユニット1(ユニットA〜D)を有する構成としている。そして、動作モードとして、(i)非PWM制御モード、(ii)PWM制御モードの2つを有する。
"Power supply operation"
The operation in the present embodiment will be described based on FIG. In this example, four power supply circuit units 1 (units A to D) are provided. Then, there are two operation modes: (i) non-PWM control mode; and (ii) PWM control mode.

<非PWM制御モード>
上述したように、本実施形態では、統括制御回路200からのゲート制御信号に基づいて、各電源回路ユニット1毎にデューティー比を設定できる。例えば、図7の下図の左端のように、ユニットAおよびBをデューティー比100%、ユニットCおよびDをデューティー比0%とすると、ユニットAおよびBに含まれる電池回路モジュール群100をすべて直列接続した電圧が出力として得られる。この動作モードでは、離散的な電圧しか出力できないが、PWM制御しないためスイッチング損失が発生しない。
<Non-PWM control mode>
As described above, in the present embodiment, the duty ratio can be set for each power supply circuit unit 1 based on the gate control signal from the general control circuit 200. For example, assuming that units A and B have a duty ratio of 100% and units C and D have a duty ratio of 0%, all battery circuit module groups 100 included in units A and B are connected in series as shown at the left end of the lower diagram in FIG. Voltage is obtained as an output. In this operation mode, only discrete voltages can be output, but no switching loss occurs because PWM control is not performed.

<PWM制御モード>
図6において、もし各電源回路ユニット1が、電池出力(強電系)だけでなく、制御回路11の遅延回路13も直列接続しているならば、図1の回路と全く同じ構成になる。すなわち、4つの電源回路ユニット1が1つの電源回路ユニット1として動作する。
<PWM control mode>
In FIG. 6, if each power supply circuit unit 1 connects not only the battery output (high power system) but also the delay circuit 13 of the control circuit 11 in series, the configuration is exactly the same as that of the circuit of FIG. That is, four power supply circuit units 1 operate as one power supply circuit unit 1.

この場合、統括制御回路200により、遅延回路を直列接続していた場合に入力されるべきゲート信号を生成して各電源回路ユニット1に供給し、コントローラ12が受け取ったタイミングで最上流側の電池回路モジュール10および遅延回路13に入力すればよい。なお、統括制御回路200からのゲート制御信号に応じてコントローラ12が適切なゲート信号を発生してもよい。   In this case, the integrated control circuit 200 generates gate signals to be input when the delay circuits are connected in series, supplies them to the respective power supply circuit units 1, and the battery on the most upstream side at the timing received by the controller 12 It may be input to the circuit module 10 and the delay circuit 13. The controller 12 may generate an appropriate gate signal in response to the gate control signal from the general control circuit 200.

具体的には、各電源回路ユニット1において、同じデューティー比であって同じ周波数(周期)のゲート信号を発生する。ただし、各ゲート信号には各ユニットの遅延時間合計に依存した時間差(位相差)を与える必要がある。例えば、ユニットA→B→C→Dの順にゲート信号が伝播する動作を真似る場合、ユニットAとBのゲート信号の時間差を、ユニットAの遅延時間合計と一致させる。ユニットBとCのゲート信号の時間差をユニットBの遅延時間合計と一致させ、以降も同様とする。そして、ユニットA〜Dにおける全遅延時間をゲート信号の周期と一致させることで、電源装置の出力電圧をデューティー比に応じたものに設定することができる。   Specifically, in each power supply circuit unit 1, gate signals having the same duty ratio and the same frequency (period) are generated. However, it is necessary to give each gate signal a time difference (phase difference) depending on the total delay time of each unit. For example, when imitating the operation of propagating gate signals in the order of units A → B → C → D, the time difference between the gate signals of units A and B is made equal to the total delay time of unit A. The time difference between the gate signals of units B and C is made equal to the total delay time of unit B, and so on. Then, by making the total delay time in units A to D coincide with the cycle of the gate signal, it is possible to set the output voltage of the power supply device according to the duty ratio.

簡素な例として、図7のような4ユニット構成で、各電源回路ユニット1の遅延時間合計が同じである場合は、各電源回路ユニット1の先頭には全遅延時間の1/4の時間差、すなわち90度の位相差を与えればよい。この動作によれば、任意の電圧を出力できるがスイッチング損失が発生する。   As a simple example, in the 4-unit configuration as shown in FIG. 7, when the total delay time of each power supply circuit unit 1 is the same, at the beginning of each power supply circuit unit 1, a time difference of 1⁄4 of the total delay time That is, it is sufficient to give a phase difference of 90 degrees. According to this operation, an arbitrary voltage can be output but switching loss occurs.

<モード切り換え>
図7では、非PWM制御モードにおいて、デューティー比100%指令を与えるモジュール群を切り替えるシーケンスの例を示している。すなわち、ユニットAおよびBを全接続している状態から、ユニットCのみを全接続している状態に切り換える場合、これを瞬時に行ってしまうと、出力電圧が突然1/2になる。従って、電源装置から電力供給を受けている負荷に接続されている容量成分(コンデンサなど)から突入電流が流れて電源装置が故障するおそれがある。
<Mode switching>
FIG. 7 shows an example of the sequence of switching the module group to which the duty ratio 100% command is given in the non-PWM control mode. That is, when switching from a state in which units A and B are fully connected to a state in which only unit C is fully connected, the output voltage suddenly becomes 1⁄2 if this is instantaneously performed. Therefore, inrush current may flow from a capacitive component (such as a capacitor) connected to a load receiving power supply from the power supply device, and the power supply device may be damaged.

このために、非PWM制御モードの2つの状態の間に、PWM制御モードを挿入し、ここで出力電圧を徐々に変更する。すなわち、ユニットAおよびBを全接続する状態では、ユニットA〜Dのデューティー比が100,100,0,0であるが、これをPWM制御モードとして、ユニットA〜Dのデューティー比を50%に設定する。この場合、全体として、1つの電源回路ユニット1として動作する必要があり、例えば、ゲート信号の位相(最上流側の電池回路モジュール10に入力されるゲート信号の位相)を、各ユニットでそれぞれ0、90、180、270度とする。なお、各ユニット毎に供給されるゲート信号の位相の順番は入れ換えてもよい。例えば、上から180、0、270、90度の位相差を持ったゲート信号を与えても、出力電圧は同じである。   For this purpose, the PWM control mode is inserted between the two states of the non-PWM control mode, where the output voltage is gradually changed. That is, in a state in which units A and B are fully connected, the duty ratio of units A to D is 100, 100, 0, 0. However, with this as the PWM control mode, the duty ratio of units A to D is 50%. Set In this case, it is necessary to operate as one power supply circuit unit 1 as a whole. For example, the phase of the gate signal (the phase of the gate signal input to the most upstream battery circuit module 10) is 0 for each unit. 90, 180, 270 degrees. The order of the phases of the gate signals supplied to each unit may be changed. For example, even if a gate signal having a phase difference of 180, 0, 270, 90 degrees from the top is given, the output voltage is the same.

そして、ゲート信号のデューティー比を徐々に小さくして、25%にした後、非PWM制御モードとして、1つのユニット(この例ではユニットC)のデューティー比を100%、他のユニットのデューティー比を0%とする。このモード切り換え時における出力電圧の変化はなく、切り換えに問題はない。   Then, after gradually reducing the duty ratio of the gate signal to 25%, the duty ratio of one unit (unit C in this example) is 100%, and the duty ratios of the other units are set as a non-PWM control mode. It will be 0%. There is no change in the output voltage at this mode switching, and there is no problem in switching.

このようにして、スイッチング損失の少ない非PWM制御モードを用いつつ、その切り換え時にPWM制御モードを介在させることで、適切な出力電圧の変更が行える。なお、非PWM制御モードの状態は数秒以上継続することが好適であり、また過渡的なPWM制御モードは数ミリ秒程度が好適である。   Thus, while using the non-PWM control mode with small switching loss, by interposing the PWM control mode at the time of switching thereof, it is possible to change the output voltage appropriately. The state of the non-PWM control mode is preferably continued for several seconds or more, and the transient PWM control mode is preferably about several milliseconds.

「実施形態の効果」
以上説明したように、電池回路モジュール群100を駆動する場合、最上流側の電池回路モジュール10aに出力したゲート信号を、下流側の電池回路モジュール10bに一定時間遅延して出力して、さらに、このゲート信号を一定時間遅延して下流側の電池回路モジュールに順次伝達するので、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eは、一定時間遅延しながら、接続状態の期間において順次電圧をそれぞれ出力する。そして、これらの電圧が合計されることによって、電源回路ユニット1としての電圧が出力されることになり、所望の電圧を得ることができる。このため、昇圧回路が必要なくなり、電源回路ユニット1の構成を簡素化することができ、小型化、低コスト化することができる。また、構成が簡素化されるので、損失が発生する部分が減少して昇圧効率が向上する。さらに、複数の電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eから略均等に電圧を出力しているので、特定の電池回路モジュールに駆動が集中することもなく、電源回路ユニット1の内部抵抗損失を低減することができる。
"Effect of the embodiment"
As described above, when driving the battery circuit module group 100, the gate signal output to the most upstream battery circuit module 10a is delayed for a fixed time and output to the downstream battery circuit module 10b, and Since this gate signal is delayed for a predetermined time and sequentially transmitted to the battery circuit modules on the downstream side, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e are sequentially voltage-connected during the connection state while being delayed for a predetermined time. Output each Then, by summing these voltages, the voltage as the power supply circuit unit 1 is output, and a desired voltage can be obtained. Therefore, no booster circuit is required, the configuration of the power supply circuit unit 1 can be simplified, and miniaturization and cost reduction can be achieved. In addition, since the configuration is simplified, the portion where the loss occurs is reduced and the boosting efficiency is improved. Furthermore, since voltages are output substantially equally from the plurality of battery circuit modules 10a, 10b, 10c,... 10e, the drive does not concentrate on a specific battery circuit module, and the inside of the power supply circuit unit 1 Resistance loss can be reduced.

また、ON時比率G1を調整することによって、所望の電圧に容易に対応することができ、電源回路ユニット1としての汎用性を向上することができる。特に、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eに故障が発生して、使用困難な電池回路モジュールが発生した場合でも、その故障した電池回路モジュールをスルー状態に固定することで除外して、正常な電池回路モジュールを使用して、ゲート信号の周期F、ON時比率G1、遅延時間を再設定することによって、所望の電圧を得ることができる。すなわち、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eに故障が発生しても所望の電圧の出力を継続することができる。   Further, by adjusting the ON ratio G1, a desired voltage can be easily coped with, and the versatility as the power supply circuit unit 1 can be improved. In particular, even if a battery circuit module is generated which is difficult to use due to a failure occurring in the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e, the battery circuit module is excluded by fixing the failed battery circuit module in a through state. Then, the desired voltage can be obtained by resetting the cycle F of the gate signal, the on-time ratio G1, and the delay time using a normal battery circuit module. That is, even if a failure occurs in the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e, output of a desired voltage can be continued.

さらに、ゲート信号を遅延する遅延時間を長く設定することによって、ゲート信号の周波数が低周波になるので、第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2のスイッチング周波数も低くなり、スイッチング損失を低減することができ、電力変換効率を向上することができる。逆に、ゲート信号を遅延する遅延時間を短くすることによって、ゲート信号の周波数が高周波になるので、電圧変動の周波数が高くなり、フィルタリングが容易になって、安定した電圧を得ることができる。また、電流変動をRLCフィルタによって平準化することも容易になる。このように、ゲート信号を遅延する遅延時間を調整することによって、求められる仕様、性能に応じた電源回路ユニット1を提供することができる。   Furthermore, by setting the delay time for delaying the gate signal to be long, the frequency of the gate signal becomes a low frequency, so the switching frequency of the first switching element S1 and the second switching element S2 also becomes low, and the switching loss The power conversion efficiency can be improved. On the contrary, by shortening the delay time for delaying the gate signal, the frequency of the gate signal becomes high frequency, the frequency of the voltage fluctuation becomes high, filtering becomes easy, and a stable voltage can be obtained. In addition, it becomes easy to equalize the current fluctuation by the RLC filter. Thus, the power supply circuit unit 1 can be provided according to the required specifications and performance by adjusting the delay time for delaying the gate signal.

本実施形態では、電源回路ユニット1毎に、全接続/全スルー(非PWMモード)を選択することができる。これによって、PWM制御せずに出力電圧を調整でき、スイッチング損失が発生しない。この非PWMモードでは、出力できる電圧が離散的になる。切り換えの際のPWMモードを利用することで、出力電圧を徐々に変更することが可能であり、出力電圧の急激な変化に起因する突入電流の発生を抑制することができる。   In the present embodiment, all connection / all through (non-PWM mode) can be selected for each power supply circuit unit 1. Thus, the output voltage can be adjusted without PWM control, and no switching loss occurs. In this non-PWM mode, the voltage that can be output is discrete. By utilizing the PWM mode at the time of switching, it is possible to gradually change the output voltage, and it is possible to suppress the generation of inrush current caused by the rapid change of the output voltage.

「変形例」
次に、電池回路モジュール10の構成の変形例について説明する。図8に示すように、電池回路モジュール10の構成として、図1に示す電池回路モジュール10のチョークコイルLと電池Bとの配置位置(接続位置)を入れ替えてもよい。また、第2のスイッチング素子S2を、第1のスイッチング素子S1に対して正側端子+OTの反対側に配置してもよい。すなわち、第1のスイッチング素子S1と第2のスイッチング素子S2とのスイッチング動作により電池B(コンデンサC)の電圧を正側端子+OTに出力できるのであれば、電池回路モジュール10における各素子、電気部品の配置を適宜変更することができる。
"Modification"
Next, a modification of the configuration of the battery circuit module 10 will be described. As shown in FIG. 8, as the configuration of the battery circuit module 10, the arrangement positions (connection positions) of the choke coil L and the battery B of the battery circuit module 10 shown in FIG. 1 may be interchanged. In addition, the second switching element S2 may be disposed on the opposite side of the positive terminal + OT to the first switching element S1. That is, if it is possible to output the voltage of the battery B (capacitor C) to the positive terminal + OT by the switching operation of the first switching element S1 and the second switching element S2, each element in the battery circuit module 10, an electrical component The arrangement of can be changed as appropriate.

また、電池Bの電圧出力特性が優れている場合、すなわち、電源電流がコンデンサ電流と一致して、出力波形が矩形波となっても電源回路において問題がないときには、RLCフィルタを省略してもよい。また、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eの配線による寄生インダクタンスを利用していたが、配線による寄生インダクタンスを利用する代わりに、必要なインダクタンス値を担保するためにインダクタンス部品を実装してもよい。   When the voltage output characteristic of battery B is excellent, that is, the power supply circuit matches the capacitor current, and there is no problem in the power supply circuit even if the output waveform becomes a rectangular wave, the RLC filter may be omitted. Good. In addition, although the parasitic inductance by the wiring of the battery circuit modules 10a, 10b, 10c, ..., 10e was used, instead of utilizing the parasitic inductance by the wiring, in order to secure a necessary inductance value, It may be implemented.

さらに、上記実施形態では、図9(a)に示すように、コントローラ12からのゲート信号を、遅延回路13に出力する前に、電池回路モジュール10に出力していたが、図9(b)に示すように、ゲート信号を、遅延回路13で遅延した後に電池回路モジュール10に出力してもよい。この場合、遅延回路13から出力される遅延されたゲート信号が、電池回路モジュール10aおよび遅延回路13bにそれぞれ出力される。遅延回路13b,13c,・・・13eにおいても同様の制御を行う。この制御によっても、電池回路モジュール10a,10b,10c,・・・,10eを一定時間遅延しながら順次駆動することができ、コントローラ12において、合計の遅延時間を把握して、次のゲート信号を出力することができる。   Furthermore, in the above embodiment, as shown in FIG. 9A, the gate signal from the controller 12 is output to the battery circuit module 10 before being output to the delay circuit 13. However, FIG. The gate signal may be output to the battery circuit module 10 after being delayed by the delay circuit 13 as shown in FIG. In this case, the delayed gate signal output from the delay circuit 13 is output to the battery circuit module 10a and the delay circuit 13b. The same control is performed in the delay circuits 13b, 13c,. Also by this control, the battery circuit modules 10a, 10b, 10c,..., 10e can be sequentially driven while being delayed for a predetermined time, and the controller 12 grasps the total delay time to start the next gate signal. It can be output.

1 電源回路ユニット、10(10a,10b,10c,・・・,10e) 電池回路モジュール、11 制御回路、12 コントローラ、13(13a,13b,13c,・・・,13e) 遅延回路、100 電池回路モジュール群、200 統括制御回路、B 電池、C コンデンサ、L チョークコイル、+OT 正側端子、−OT 負側端子、S1 第1のスイッチング素子、S2 第2のスイッチング素子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply circuit unit, 10 (10a, 10b, 10c, ..., 10e) Battery circuit module, 11 control circuit, 12 controller, 13 (13a, 13b, 13c, ..., 13e) Delay circuit, 100 battery circuit Module group, 200 general control circuit, B battery, C capacitor, L choke coil, + OT positive side terminal,-OT negative side terminal, S1 first switching element, S2 second switching element.

Claims (3)

直列接続された複数の電源回路ユニットを含み、各電源回路ユニットに対し、デューティー比の異なるゲート信号が入力可能な電源装置であって、
各電源回路ユニットは、
電池を正側端子と負側端子に接続し電池からの電力を出力する接続状態と、電池を正側端子または負側端子から切り離し正側端子と負側端子を短絡するスルー状態とが、ゲート信号によって切り換えられる電池回路モジュールを、正側端子および負側端子を介して複数直列接続した電池回路モジュール群と、
各電池回路モジュールに対応して設けられ、ゲート信号を一定時間ずつ遅延させて伝達する複数の遅延回路を含み、各電池回路モジュールに対してゲート信号を一定時間ずつずらせて供給する、制御回路と、
を含む、
電源装置。
A power supply device including a plurality of power supply circuit units connected in series, to which gate signals having different duty ratios can be input to each power supply circuit unit,
Each power supply circuit unit is
Connect the battery to the positive terminal and the negative terminal and output the power from the battery, and the through state that disconnects the battery from the positive terminal or negative terminal and shorts the positive terminal and the negative terminal. A battery circuit module group in which a plurality of battery circuit modules switched by a signal are connected in series via a positive terminal and a negative terminal;
A control circuit provided corresponding to each battery circuit module, including a plurality of delay circuits delaying and transmitting the gate signal for each fixed time, and supplying the gate signal to each battery circuit module while shifting for each fixed time ,
including,
Power supply.
請求項1に記載の電源装置であって、
複数の電源回路ユニットに入力するゲート信号のうち、いずれかのゲート信号のデューティー比が100%に設定されている動作モードを有する、
電源装置。
The power supply device according to claim 1,
Among the gate signals input to the plurality of power supply circuit units, it has an operation mode in which the duty ratio of one of the gate signals is set to 100%.
Power supply.
請求項1に記載の電源装置であって、
複数の電源回路ユニットに入力するゲート信号のデューティー比および周期が等しい動作モードを有する、
電源装置。
The power supply device according to claim 1,
It has an operation mode in which the duty ratio and period of gate signals input to a plurality of power supply circuit units are equal,
Power supply.
JP2017073776A 2017-04-03 2017-04-03 Power supply Active JP6825460B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017073776A JP6825460B2 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Power supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017073776A JP6825460B2 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Power supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018182783A true JP2018182783A (en) 2018-11-15
JP6825460B2 JP6825460B2 (en) 2021-02-03

Family

ID=64276291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017073776A Active JP6825460B2 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Power supply

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6825460B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113036833A (en) * 2019-12-25 2021-06-25 丰田自动车株式会社 Power supply device
JPWO2023182052A1 (en) * 2022-03-24 2023-09-28

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007110954A1 (en) * 2006-03-29 2007-10-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power supply apparatus
JP2015146711A (en) * 2014-02-04 2015-08-13 リコー電子デバイス株式会社 Multi-phase dc/dc converter
JP2016197994A (en) * 2016-08-18 2016-11-24 エーエムピーティー, エルエルシー High-efficiency interleaving solar power supply system
JP2016214061A (en) * 2015-04-28 2016-12-15 トヨタ自動車株式会社 Solar cells connected in series or operation point control circuit device for the other power source

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007110954A1 (en) * 2006-03-29 2007-10-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power supply apparatus
JP2015146711A (en) * 2014-02-04 2015-08-13 リコー電子デバイス株式会社 Multi-phase dc/dc converter
JP2016214061A (en) * 2015-04-28 2016-12-15 トヨタ自動車株式会社 Solar cells connected in series or operation point control circuit device for the other power source
JP2016197994A (en) * 2016-08-18 2016-11-24 エーエムピーティー, エルエルシー High-efficiency interleaving solar power supply system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
清水 敏久: "太陽電池発電システムの発電動作点制御回路", FBテクニカルニュース, JPN6020005529, 1 November 2000 (2000-11-01), pages 22 - 27, ISSN: 0004408628 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113036833A (en) * 2019-12-25 2021-06-25 丰田自动车株式会社 Power supply device
JP2021103918A (en) * 2019-12-25 2021-07-15 株式会社豊田中央研究所 Power source device
US11218013B2 (en) 2019-12-25 2022-01-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power supply system
JP7079236B2 (en) 2019-12-25 2022-06-01 株式会社豊田中央研究所 Power supply
JPWO2023182052A1 (en) * 2022-03-24 2023-09-28
WO2023182052A1 (en) * 2022-03-24 2023-09-28 株式会社村田製作所 Scale expansion type scalable power supply system
JP7775990B2 (en) 2022-03-24 2025-11-26 株式会社村田製作所 Expandable scalable power supply system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6825460B2 (en) 2021-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11451140B2 (en) Power supply device and control method for power supply device
JP6812889B2 (en) Power supply
US9570987B2 (en) Method and apparatus for a voltage converter having bidirectional power conversion cells
KR20140140108A (en) Battery system, motor vehicle having a battery system, and method for starting up a battery system
KR102271514B1 (en) Power supply system
JP6805933B2 (en) Power supply
JP2020072549A (en) Power supply device
JP6960898B2 (en) Power supply
JP6960897B2 (en) Power supply
JP6825460B2 (en) Power supply
CN113315357B (en) High-power inverter power supply phase-dislocation control system and method
JP2019126205A (en) Power supply device and control method of power supply device
JP7046776B2 (en) Power supply
CN118381320B (en) A multi-phase hybrid converter
JP6266400B2 (en) Booster
JP7141308B2 (en) power supply
CN108599592B (en) A modular isolated large-capacity high-gain rectifier
CN119834588A (en) Fast load response phased array equipment power supply system of transfer bus architecture
CN117639490A (en) DC-DC converter
KR101356385B1 (en) Power converting apparatus and control method for power converter
JP2006014545A (en) Step-up device
CN113556023A (en) Converter device for power electronics, electrical system having a converter device, and method for operating a converter device
JP2020129948A (en) Power supply
JP2018130001A (en) Power inverter circuit and control method thereof
JP2017216798A (en) Voltage conversion circuit and control method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200304

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201216

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201228

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6825460

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250