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公開番号2025109166
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024102950
出願日2024-06-26
発明の名称電力変換装置および電力変換システム
出願人TDK株式会社
代理人弁理士法人つばさ国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250716BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】アバランシェ降伏を回避することができる電力変換装置を得る。
【解決手段】本開示の一実施の形態に係る電力変換装置は、第1の電力端子と、スイッチング回路と、トランスと、整流回路と、第1のインダクタと第1のキャパシタを含む平滑回路と、電力回生回路と、制御回路と、第2の電力端子とを備える。電力回生回路は、整流回路に接続されたアノードと、第1のノードに接続されたカソードとを有する第1のダイオードと、第1のノードに接続された一端と、基準ノードに接続された他端とを有する第2のキャパシタと、第1のノードに接続された一端と第2のノードに接続された他端とを有する第1の回生スイッチング素子と、第2のノードに接続された一端と基準ノードに接続された他端とを有する第2の回生スイッチング素子と、第2のノードと第1のキャパシタの一端とを結ぶ経路に設けられた第2のインダクタおよび第2のダイオードとを有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１の電力端子と、
前記第１の電力端子に接続されたスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に導かれた第１の巻線と、第２の巻線とを有するトランスと、
前記第２の巻線に接続され、１または複数の整流スイッチング素子を有する整流回路と、
一端および他端を有する第１のインダクタと、前記第１のインダクタの前記他端に接続された一端および基準ノードに接続された他端とを有する第１のキャパシタとを含む平滑回路と、
前記整流回路に接続され、電力を前記第１のキャパシタに回生可能な電力回生回路と、
前記スイッチング回路、前記整流回路、および前記電力回生回路の動作を制御可能な制御回路と、
前記第１のインダクタの前記他端および前記第１のキャパシタの前記一端に接続された第１の接続端子と、前記基準ノードに接続された第２の接続端子とを有する第２の電力端子と
を備え、
前記電力回生回路は、
前記整流回路に接続されたアノードと、第１のノードに接続されたカソードとを有する第１のダイオードと、
前記第１のノードに接続された一端と、前記基準ノードに接続された他端とを有する第２のキャパシタと、
前記第１のノードに接続された一端と第２のノードに接続された他端とを有する第１の回生スイッチング素子と、
前記第２のノードに接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第２の回生スイッチング素子と、
前記第２のノードと前記第１のキャパシタの前記一端とを結ぶ経路に設けられた第２のインダクタおよび第２のダイオードと
を有し、
前記制御回路は、前記第２のキャパシタにおける電圧に基づいて、前記第１の回生スイッチング素子および前記第２の回生スイッチング素子の動作を制御可能である
電力変換装置。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
前記第２の巻線は、前記第１のインダクタの前記一端に接続された一端と、他端とを有し、
前記１または複数の整流スイッチング素子は、前記第２の巻線の前記他端に接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第１の整流スイッチング素子と、前記第２の巻線の前記一端に接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第２の整流スイッチング素子とを含み、
前記第１のダイオードの前記アノードは前記第１の整流スイッチング素子の前記一端に接続され、
前記電力回生回路は、前記第２の整流スイッチング素子の前記一端に接続されたアノードと、前記第１のノードに接続されたカソードとを有する第３のダイオードをさらに有する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記第１の電力端子から前記第２の電力端子に向かって電力を供給する期間の前の所定の期間において、前記第２の電力端子から前記第１の電力端子に向かって電力を供給するように、前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能であり、
前記所定の期間において、前記第１の整流スイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させることが可能であり、
前記電力回生回路は、前記所定の期間における、前記第１の整流スイッチング素子がオフ状態に変化した後の第１の期間において、前記第１のインダクタ、前記第２の巻線、前記第１のダイオード、前記第２のキャパシタの順に電流を流すことにより、前記第２のキャパシタを充電可能である
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記第１の電力端子から前記第２の電力端子に向かって電力を供給する期間の前の所定の期間において、前記第２の電力端子から前記第１の電力端子に向かって電力を供給するように、前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能であり、
前記所定の期間において、前記第２のキャパシタにおける電圧が所定のしきい値電圧に到達した後に、前記第１の回生スイッチング素子をオフ状態からオン状態に変化させることが可能であり、
前記電力回生回路は、前記所定の期間における、前記第１の回生スイッチング素子がオン状態に変化した後の第２の期間において、前記第２のキャパシタから、前記第１の回生スイッチング素子、前記第２のインダクタ、前記第２のダイオード、前記第１のキャパシタの順に電流を流すことにより、前記第１のキャパシタを充電可能である
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記第１の電力端子から前記第２の電力端子に向かって電力を供給する期間の前の所定の期間において、前記第２の電力端子から前記第１の電力端子に向かって電力を供給するように、前記スイッチング回路および前記整流回路の動作を制御可能であり、
前記所定の期間における第３の期間において、前記第１の回生スイッチング素子をオフ状態にするとともに前記第２の回生スイッチング素子をオン状態にすることが可能であり、
前記電力回生回路は、前記第３の期間において、前記第２のインダクタ、前記第２のダイオード、前記第１のキャパシタ、前記第２の回生スイッチング素子の順に電流を流すことにより、前記第１のキャパシタを充電可能である
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
第１の端子および第２の端子を有する第１のバッテリと、
第１の端子および第２の端子を有するキャパシタと、
前記第１のバッテリの前記第１の端子と前記キャパシタの前記第１の端子とを結ぶ経路に設けられた第１のスイッチと、
前記第１のバッテリの前記第２の端子と前記キャパシタの前記第２の端子とを結ぶ経路に設けられた第２のスイッチと、
電力変換装置と、
第２のバッテリと
を備え、
前記電力変換装置は、
前記キャパシタに接続された第１の電力端子と、
前記第１の電力端子に接続されたスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に導かれた第１の巻線と、第２の巻線とを有するトランスと、
前記第２の巻線に接続され、１または複数の整流スイッチング素子を有する整流回路と、
一端および他端を有する第１のインダクタと、前記第１のインダクタの前記他端に接続された一端および基準ノードに接続された他端とを有する第１のキャパシタを含む平滑回路と、
前記整流回路に接続され、電力を前記第１のキャパシタに回生可能な電力回生回路と、
前記スイッチング回路、前記整流回路、および前記電力回生回路の動作を制御可能な制御回路と、
前記第１のインダクタの前記他端および前記第１のキャパシタの前記一端に接続された第１の接続端子と、前記基準ノードに接続された第２の接続端子とを有し、前記第２のバッテリに接続された第２の電力端子と
を備え、
前記電力回生回路は、
前記整流回路に接続されたアノードと、第１のノードに接続されたカソードとを有する第１のダイオードと、
前記第１のノードに接続された一端と、前記基準ノードに接続された他端とを有する第２のキャパシタと、
前記第１のノードに接続された一端と第２のノードに接続された他端とを有する第１の回生スイッチング素子と、
前記第２のノードに接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第２の回生スイッチング素子と、
前記第２のノードと前記第１のキャパシタの前記一端とを結ぶ経路に設けられた第２のインダクタおよび第２のダイオードと
を有し、
前記制御回路は、前記第２のキャパシタにおける電圧に基づいて、前記第１の回生スイッチング素子および前記第２の回生スイッチング素子の動作を制御可能である
電力変換システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を変換する電力変換装置および電力変換システムに関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換装置には、スイッチング素子の劣化や破損の抑制を図るものがある。例えば、特許文献１には、アバランシェ降伏による回路の劣化や破損の抑制を図ることができる電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－６１３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換装置では、アバランシェ降伏を回避できることが望まれており、アバランシェ降伏を効果的に回避できることが期待されている。
【０００５】
アバランシェ降伏を効果的に回避することができる電力変換装置および電力変換システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置は、第１の電力端子と、スイッチング回路と、トランスと、整流回路と、平滑回路と、電力回生回路と、制御回路と、第２の電力端子とを備えている。スイッチング回路は、第１の電力端子に接続されたものである。トランスは、スイッチング回路に導かれた第１の巻線と、第２の巻線とを有するものである。整流回路は、第２の巻線に接続され、１または複数の整流スイッチング素子を有するものである。平滑回路は、一端および他端を有する第１のインダクタと、第１のインダクタの他端に接続された一端および基準ノードに接続された他端とを有する第１のキャパシタとを含むものである。電力回生回路は、整流回路に接続され、電力を第１のキャパシタに回生可能なものである。制御回路は、スイッチング回路、整流回路、および電力回生回路の動作を制御可能なものである。第２の電力端子は、第１のインダクタの他端および第１のキャパシタの一端に接続された第１の接続端子と、基準ノードに接続された第２の接続端子とを有するものである。電力回生回路は、第１のダイオードと、第２のキャパシタと、第１の回生スイッチング素子と、第２の回生スイッチング素子と、第２のインダクタと、第２のダイオードとを有している。第１のダイオードは、整流回路に接続されたアノードと、第１のノードに接続されたカソードとを有するものである。第２のキャパシタは、第１のノードに接続された一端と、基準ノードに接続された他端とを有するものである。第１の回生スイッチング素子は、第１のノードに接続された一端と第２のノードに接続された他端とを有するものである。第２の回生スイッチング素子は、第２のノードに接続された一端と基準ノードに接続された他端とを有するものである。第２のインダクタおよび第２のダイオードは、第２のノードと第１のキャパシタの一端とを結ぶ経路に設けられたものである。制御回路は、第２のキャパシタにおける電圧に基づいて、第１の回生スイッチング素子および第２の回生スイッチング素子の動作を制御可能である。
【０００７】
本発明の一実施の形態に係る電力変換システムは、第１のバッテリと、キャパシタと、第１のスイッチと、第２のスイッチと、電力変換装置と、第２のバッテリとを備えている。第１のバッテリは、第１の端子および第２の端子を有するものである。キャパシタは、第１の端子および第２の端子を有するものである。第１のスイッチは、第１のバッテリの第１の端子とキャパシタの第１の端子とを結ぶ経路に設けられたものである。第２のスイッチは、第１のバッテリの第２の端子とキャパシタの第２の端子とを結ぶ経路に設けられたものである。電力変換装置は、第１の電力端子と、スイッチング回路と、トランスと、整流回路と、平滑回路と、電力回生回路と、制御回路と、第２の電力端子とを備えている。第１の電力端子は、キャパシタに接続されたものである。スイッチング回路は、第１の電力端子に接続されたものである。トランスは、スイッチング回路に導かれた第１の巻線と、第２の巻線とを有するものである。整流回路は、第２の巻線に接続され、１または複数の整流スイッチング素子を有するものである。平滑回路は、一端および他端を有する第１のインダクタと、第１のインダクタの他端に接続された一端および基準ノードに接続された他端とを有する第１のキャパシタを含むものである。電力回生回路は、整流回路に接続され、電力を第１のキャパシタに回生可能なものである。制御回路は、スイッチング回路、整流回路、および電力回生回路の動作を制御可能なものである。第２の電力端子は、第１のインダクタの他端および第１のキャパシタの一端に接続された第１の接続端子と、基準ノードに接続された第２の接続端子とを有し、第２のバッテリに接続されたものである。電力回生回路は、第１のダイオードと、第２のキャパシタと、第１の回生スイッチング素子と、第２の回生スイッチング素子と、第２のインダクタと、第２のダイオードとを有している。第１のダイオードは、整流回路に接続されたアノードと、第１のノードに接続されたカソードとを有するものである。第２のキャパシタは、第１のノードに接続された一端と、基準ノードに接続された他端とを有するものである。第１の回生スイッチング素子は、第１のノードに接続された一端と第２のノードに接続された他端とを有するものである。第２の回生スイッチング素子は、第２のノードに接続された一端と基準ノードに接続された他端とを有するものである。第２のインダクタおよび第２のダイオードは、第２のノードと第１のキャパシタの一端とを結ぶ経路に設けられたものである。制御回路は、第２のキャパシタにおける電圧に基づいて、第１の回生スイッチング素子および第２の回生スイッチング素子の動作を制御可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置および電力変換システムによれば、アバランシェ降伏を効果的に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
図２は、図１に示した電力回生回路の一構成例を表す回路図である。
図３は、図１に示した電力変換システムの電力変換動作の一例を表すタイミング波形図である。
図４は、図１に示した制御回路の一動作例を表す説明図である。
図５は、図１に示した電力変換システムのプリチャージ動作の一例を表すタイミング波形図である。
図６Ａは、図２に示した電力回生回路のプリチャージ期間における一動作状態を表す説明図である。
図６Ｂは、図２に示した電力回生回路のプリチャージ期間における他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ｃは、図２に示した電力回生回路のプリチャージ期間における他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ｄは、図２に示した電力回生回路のプリチャージ期間における他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ｅは、図２に示した電力回生回路のプリチャージ期間における他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ｆは、図２に示した電力回生回路のプリチャージ期間における他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ｇは、図２に示した電力回生回路のプリチャージ期間における他の一動作状態を表す説明図である。
図７は、変形例に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
図８は、図７に示した電力回生回路の一構成例を表す回路図である。
図９は、変形例に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
図１０は、図９に示した電力回生回路の一構成例を表す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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