特許ウォッチ

公開番号2025135242
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-18
出願番号2024032980
出願日2024-03-05
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250910BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】要求電力を出力することと、ソフトスイッチングを行うこととの両立を図ること。
【解決手段】3レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第1時刻と2レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる第2時刻との差を第1位相差、第1時刻と3レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第3時刻との差を第2位相差とする。制御部は、要求電力を出力できる第1位相差と、第2位相差と、2レベルの電圧及び3レベルの電圧の周波数との組み合わせであって条件1と条件2を満たす組み合わせとなるように1次側フルブリッジ回路及び2次側フルブリッジ回路の制御を行う。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
１次側巻線と２次側巻線と前記１次側巻線または前記２次側巻線の少なくとも一方に接続されたリアクトルとを有するトランス部と、
前記１次側巻線に接続された回路であって、複数の１次側スイッチング素子を有する１次側フルブリッジ回路と、
前記２次側巻線に接続された回路であって、複数の２次側スイッチング素子を有する２次側フルブリッジ回路と、
前記複数の１次側スイッチング素子及び前記複数の２次側スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、
前記複数の１次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件である条件１は、前記１次側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時に、前記１次側巻線に流れる電流であって、ＯＦＦからＯＮに変わる前記１次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流値である１次側条件電流値が、１次側巻線電流閾値の絶対値以上であり、
前記複数の２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件である条件２は、前記２次側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時に、前記２次側巻線に流れる電流であって、ＯＦＦからＯＮに変わる前記２次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流値である２次側条件電流値が、２次側巻線電流閾値の絶対値以上であり、
前記制御部は、
前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路の一方が２レベルの電圧を前記トランス部に印加するとともに、他方が３レベルの電圧を前記トランス部に印加するように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路を制御し、前記２レベルの電圧と前記３レベルの電圧は位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形であって、
前記３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第１時刻と前記２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる第２時刻との差を第１位相差、前記第１時刻と前記３レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第３時刻との差を第２位相差とした場合、
要求電力を出力できる前記第１位相差と、前記第２位相差と、前記２レベルの電圧及び前記３レベルの電圧の周波数との組み合わせであって前記条件１と前記条件２を満たす前記組み合わせとなるように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路の制御を行う、電力変換装置。
続きを表示（約 420 文字）【請求項２】
前記制御部は、軽負荷モードと、前記軽負荷モードよりも出力電力の最大値が大きい中負荷モードと、前記中負荷モードよりも出力電力の最大値が大きい重負荷モードと、を備え、
前記制御部は、前記軽負荷モード、前記中負荷モード、前記重負荷モードの全てで、前記要求電力を出力できる前記第１位相差と、前記第２位相差と、前記周波数との組み合わせであって前記条件１と前記条件２を満たす前記組み合わせとなるように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路の制御を行う、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記周波数には上限と下限とが設定されており、
前記制御部は、前記上限と前記下限との間で前記周波数を変動させる、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記要求電力が大きいほど前記周波数を低くする、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示の電力変換装置は、トランスと、１次側フルブリッジ回路と、２次側フルブリッジ回路と、制御部と、を備える。トランスは、１次側巻線及び２次側巻線を備える。１次側フルブリッジ回路は、複数の１次側スイッチング素子を備える。２次側フルブリッジ回路は、複数の２次側スイッチング素子を備える。制御部は、１次側巻線に３レベルの１次側電圧が印加されるように１次側フルブリッジ回路を制御する。制御部は、２次側巻線に３レベルの２次側電圧が印加されるように２次側フルブリッジ回路を制御する。制御部は、１次側電圧と２次側電圧との位相差を制御することによって、１次側スイッチング素子及び２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／００３７１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換装置には、要求電力を出力することと、ソフトスイッチングを行うこととの両立が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する電力変換装置は、１次側巻線と２次側巻線と前記１次側巻線または前記２次側巻線の少なくとも一方に接続されたリアクトルとを有するトランス部と、前記１次側巻線に接続された回路であって、複数の１次側スイッチング素子を有する１次側フルブリッジ回路と、前記２次側巻線に接続された回路であって、複数の２次側スイッチング素子を有する２次側フルブリッジ回路と、前記複数の１次側スイッチング素子及び前記複数の２次側スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記複数の１次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件である条件１は、前記１次側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時に、前記１次側巻線に流れる電流であって、ＯＦＦからＯＮに変わる前記１次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流値である１次側条件電流値が、１次側巻線電流閾値の絶対値以上であり、前記複数の２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件である条件２は、前記２次側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時に、前記２次側巻線に流れる電流であって、ＯＦＦからＯＮに変わる前記２次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流値である２次側条件電流値が、２次側巻線電流閾値の絶対値以上であり、前記制御部は、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路の一方が２レベルの電圧を前記トランス部に印加するとともに、他方が３レベルの電圧を前記トランス部に印加するように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路を制御し、前記２レベルの電圧と前記３レベルの電圧は位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形であって、前記３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第１時刻と前記２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる第２時刻との差を第１位相差、前記第１時刻と前記３レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第３時刻との差を第２位相差とした場合、要求電力を出力できる前記第１位相差と、前記第２位相差と、前記２レベルの電圧及び前記３レベルの電圧の周波数との組み合わせであって前記条件１と前記条件２を満たす前記組み合わせとなるように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路の制御を行う。
【０００６】
制御部は、第１位相差と、第２位相差と、２レベルの電圧及び３レベルの電圧の周波数との組み合わせが条件１と条件２を満たすように、１次側フルブリッジ回路及び２次側フルブリッジ回路を制御する。条件１と条件２を満たすことで、１次側スイッチング素子及び２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うことができる。また、２レベルの電圧及び３レベルの電圧の周波数と出力電力には相関があり、当該周波数を低くするほど出力電力を大きくすることができる。また、当該周波数を高くして第１位相差と第２位相差を調整し、出力電力を大きくすることも出来る。従って、第１位相差と、第２位相差と、２レベルの電圧及び３レベルの電圧の周波数とを制御することによって、要求電力を出力することと、ソフトスイッチングを行うこととの両立を図ることができる。
【０００７】
上記電力変換装置について、前記制御部は、軽負荷モードと、前記軽負荷モードよりも出力電力の最大値が大きい中負荷モードと、前記中負荷モードよりも出力電力の最大値が大きい重負荷モードと、を備え、前記制御部は、前記軽負荷モード、前記中負荷モード、前記重負荷モードの全てで、前記要求電力を出力できる前記第１位相差と、前記第２位相差と、前記周波数との組み合わせであって前記条件１と前記条件２を満たす前記組み合わせとなるように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路の制御を行ってもよい。
【０００８】
上記電力変換装置について、前記周波数には上限と下限とが設定されており、前記制御部は、前記上限と前記下限との間で前記周波数を変動させてもよい。
上記電力変換装置について、前記制御部は、前記要求電力が大きいほど前記周波数を低くしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、要求電力を出力することと、ソフトスイッチングを行うこととの両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は第１実施形態の電力変換装置の回路図である。
図２は等価電圧比と負荷モードとの関係を示す図である。
図３は第１降圧遅れ位相モードにおける１次側電圧及び２次側電圧と１次側電流及び２次側電流との関係を示す図である。
図４は第１降圧同位相モードにおける１次側電圧及び２次側電圧と１次側電流及び２次側電流との関係を示す図である。
図５は第１降圧進み位相モードにおける１次側電圧及び２次側電圧と１次側電流及び２次側電流との関係を示す図である。
図６は出力制御を示すフローチャートである。
図７は要求電力と周波数および各位相差との関係を示す図である。
図８は第２降圧遅れ位相モードにおける１次側電圧及び２次側電圧を示す図である。
図９は第２降圧同位相モードにおける１次側電圧及び２次側電圧を示す図である。
図１０は第２降圧進み位相モードにおける１次側電圧及び２次側電圧を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許