JP2012085447A - Ac-dc converter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AC-DC converter which simplifies a circuit configuration while allowing the use of a plurality of kinds of input power sources.SOLUTION: When an effective value of an input voltage Vin is high, a relay circuit Ryl sets a winding ratio RN of a transformer Tc to a low value, thereby lowering an induced electromotive force and an output voltage Vout generated by the induced electromotive force. On the other hand, when the effective value of the input voltage Vin is low, the relay circuit Ryl switches the winding ratio RN of the transformer Tc to a high value, thereby raising the induced electromotive force and the output voltage Vout generated by the induced electromotive force. That is, the output voltage Vout when the effective value of the input voltage Vin is high, and the output voltage Vout when the effective value of the input voltage Vin is low are controlled by operation of the relay circuit Ryl so as to reduce a difference between the output voltages.

Description

本発明は、AC−DCコンバータに関し、特に、電気自動車等に搭載される車載用充電装置として用いる際に好適のものである。   The present invention relates to an AC-DC converter, and is particularly suitable for use as an in-vehicle charging device mounted on an electric vehicle or the like.

近年、バッテリ容量に関する技術の進歩に伴い、高電力及び長時間の使用に耐え得るバッテリの製品化が進められている。これを受けて、例えば、自動車業界にあっては、かかるバッテリ製品を利用することにより、電動モータを用いた長距離走行を実現させ、この開発成果として、HEV(Hybrid Electric Vehicle)及びEV(Electric
Vehicle)を商品化させるに至っている。
In recent years, with the advance of technology relating to battery capacity, commercialization of a battery that can withstand high power and long-term use has been promoted. In response, for example, in the automobile industry, by using such a battery product, long-distance traveling using an electric motor is realized. As a result of this development, HEV (Hybrid Electric Vehicle) and EV (Electric
Vehicle) has been commercialized.

EV(Electric Vehicle)は、走行用の電動モータと車載バッテリと車載用充電装置と電力供給用コネクタとが設けられている。車載用充電装置は、商用電力用のプラグ又は急速充電用のプラグが電力供給用コネクタに接続されると、入力される電力を変換させ車載バッテリを充電させるための供給電力を制御する。そして、車載バッテリでは、前段の車載用充電装置から電力が供給され、充電が行われることとなる。   An EV (Electric Vehicle) is provided with an electric motor for traveling, an in-vehicle battery, an in-vehicle charging device, and a power supply connector. When the commercial power plug or the quick charging plug is connected to the power supply connector, the in-vehicle charging device converts the input power and controls the supplied power for charging the in-vehicle battery. And in an in-vehicle battery, electric power will be supplied from the vehicle-mounted charging device of the front | former stage, and charging will be performed.

一方、HEV(Hybrid Electric Vehicle)にあっても、EVと同様な充電システムを搭載させ、商用電力等から車載バッテリを充電させるものが製品化されている。かかるHEV(Hybrid Electric Vehicle)は、更に、内燃機関による動力系統を備え、電動モータから駆動力を得る場合には車載バッテリの電気エネルギーを消費させ、内燃機関から駆動力を得る場合には化石燃料による熱エネルギーを利用し、これら双方の駆動系の利点を活かすことにより、低燃費走行を実現させている。   On the other hand, even in HEVs (Hybrid Electric Vehicles), products that are equipped with a charging system similar to EVs and charge on-vehicle batteries from commercial power or the like have been commercialized. Such a HEV (Hybrid Electric Vehicle) further includes a power system by an internal combustion engine. When driving power is obtained from an electric motor, the electric energy of the vehicle-mounted battery is consumed, and when driving power is obtained from the internal combustion engine, fossil fuel is used. By using the thermal energy generated by the vehicle and taking advantage of the advantages of both of these drive systems, low fuel consumption driving is realized.

以下、上述したEV(Electric Vehicle)又はHEV(Hybrid Electric Vehicle)のように、商用電力を車体に接続させて車載バッテリを充電させるシステムをプラグイン式充電システムと呼ぶこととする。また、当該プラグイン式充電システムを搭載させた車両をプラグイン式電気自動車と呼ぶこととする。   Hereinafter, a system that connects commercial power to a vehicle body and charges an in-vehicle battery, such as the above-described EV (Electric Vehicle) or HEV (Hybrid Electric Vehicle), will be referred to as a plug-in charging system. A vehicle equipped with the plug-in charging system is referred to as a plug-in electric vehicle.

特開平11−356043号公報(特許文献1)では、回路構成が上述した充電装置に類似するスイッチング電源装置について紹介されている。図13に示す如く、スイッチング電源装置BCS0は、単相交流電源ACmに接続されるACコネクタtinと、単相の交流電圧を整流化させる単相ダイオードブリッジDbr0と、単相ダイオードブリッジDbr0の後段に接続される平滑コンデンサC1と、一次コイル側に中間タップtsを設けたトランスTcと、トランスTcの中間タップts及び第1の端点taに接続され電力の供給経路を切換えるスイッチ回路Rc(特許請求の範囲における切換回路)と、第2の端点tbに接続されたスイッチング素子T5を備え一次コイルL1に流れる一次電流を変動させるドライブ回路Drと、二次コイルT2での誘導起電力を平滑させる平滑回路Sfと、入力電圧Vinの検出信号Svinに基づいてスイッチ回路Rcを切換える電圧判定回路CNTrと、出力電圧Voutの検出信号Svに基づいてドライブ回路を制御させる制御回路CNTdとから構成される。   Japanese Patent Laid-Open No. 11-356043 (Patent Document 1) introduces a switching power supply device having a circuit configuration similar to the above-described charging device. As shown in FIG. 13, the switching power supply BCS0 includes an AC connector tin connected to a single-phase AC power supply ACm, a single-phase diode bridge Dbr0 that rectifies a single-phase AC voltage, and a single-stage diode bridge Dbr0. A smoothing capacitor C1 to be connected, a transformer Tc provided with an intermediate tap ts on the primary coil side, and a switch circuit Rc connected to the intermediate tap ts and the first end point ta of the transformer Tc for switching a power supply path (claims) Switching circuit in the range), a drive circuit Dr that includes the switching element T5 connected to the second end point tb, and that varies the primary current flowing through the primary coil L1, and a smoothing circuit that smoothes the induced electromotive force in the secondary coil T2. Voltage determination for switching the switch circuit Rc based on Sf and the detection signal Svin of the input voltage Vin And road CNTR, composed of a control circuit CNTd for controlling the drive circuit based on the detection signal Sv output voltage Vout.

スイッチング電源装置BCS0は、単相ダイオードブリッジDrb0の直後に平滑コンデンサC1が設けられるところ、所謂、コンデンサ・インプット式の回路構成を成すものである。当該スイッチング電源装置BCS0は、単相交流電源ACmが接続されると、単相ダイオードブリッジDbr0にて単相の交流電圧を全波整流波Vdへ変換させ(図14a参照)、後段の平滑回路C1で電荷を蓄積させることにより安定した入力電圧Vinを得る(図14b参照)。この入力電圧Vinは、スイッチ回路Rcを介してトランスTcの一次コイルL1に印加される。   The switching power supply device BCS0 has a so-called capacitor input type circuit configuration in which a smoothing capacitor C1 is provided immediately after the single-phase diode bridge Drb0. When the single-phase AC power supply ACm is connected, the switching power supply BCS0 converts the single-phase AC voltage to the full-wave rectified wave Vd by the single-phase diode bridge Dbr0 (see FIG. 14a), and the subsequent smoothing circuit C1. A stable input voltage Vin is obtained by accumulating charges in (see FIG. 14b). This input voltage Vin is applied to the primary coil L1 of the transformer Tc via the switch circuit Rc.

ドライブ回路Drは、制御回路CNTdによって駆動されると、一次コイルL1に流れる一次電流を断続的に発生させる。このとき、二次コイルL2は、一次電流の変動に応じて鉄心の磁束が変動するため、この変動に応じて誘導起電力を発生させる。この誘導起電力は、一次電流の通電又は遮断に応じて発生するところ、其の波形は交流又は発振状態とされる。   When driven by the control circuit CNTd, the drive circuit Dr intermittently generates a primary current that flows through the primary coil L1. At this time, since the magnetic flux of the iron core fluctuates according to the fluctuation of the primary current, the secondary coil L2 generates an induced electromotive force according to the fluctuation. The induced electromotive force is generated in response to energization or interruption of the primary current, and its waveform is set to an alternating current or oscillation state.

平滑回路Sfは、ダイオードブリッジD1〜D4,及び、リアクトルL3,平滑コンデンサC2,ダイオードD5から構成されている。当該平滑回路Sfは、発振状態の誘導起電力を全波整流させ、その後、直流状態の電力へと変換する。平滑回路Sfから出力される出力電圧Voutは、制御回路CNTdで其の電圧値が認識され、当該制御回路CNTdがドライブ回路Drの動作を制御することにより、出力電圧Voutの電圧値が適宜に調整されることとなる。   The smoothing circuit Sf includes diode bridges D1 to D4, a reactor L3, a smoothing capacitor C2, and a diode D5. The smoothing circuit Sf performs full-wave rectification of the induced electromotive force in the oscillation state, and then converts it into DC state power. The output voltage Vout output from the smoothing circuit Sf is recognized by the control circuit CNTd, and the control circuit CNTd controls the operation of the drive circuit Dr, so that the voltage value of the output voltage Vout is appropriately adjusted. Will be.

また、特許文献1に係るスイッチング電源装置BCS0は、ACコネクタtinへ供給される電力が異なる場合、以下の如くスイッチ回路Rcを機能させて、双方の出力電圧Voutに違いが生じないよう制御する。   In addition, when the power supplied to the AC connector tin is different, the switching power supply device BCS0 according to Patent Document 1 controls the switch circuit Rc to function as follows so that no difference occurs between the output voltages Vout.

例えば、ACコネクタtinに商用電源(AC100〔V〕)が接続される場合、電圧判定回路CNTrでは、検出回路(図示なし)を介して入力電圧Vinを認識し、AC100〔V〕が印加されている旨の信号Srを出力させる。このとき、スイッチ回路Rcでは、信号Srに基づいてスイッチを端子taに導通させる。従って、一次コイルL1では、端子ta〜端子tbの区間に一次電流が流れることとなる。尚、AC100〔V〕を整流化させた場合、入力電圧Vinは140〔V〕とされる。   For example, when a commercial power supply (AC100 [V]) is connected to the AC connector tin, the voltage determination circuit CNTr recognizes the input voltage Vin via a detection circuit (not shown) and AC100 [V] is applied. A signal Sr indicating that the data is present is output. At this time, the switch circuit Rc conducts the switch to the terminal ta based on the signal Sr. Therefore, in the primary coil L1, the primary current flows in the section from the terminal ta to the terminal tb. When AC100 [V] is rectified, the input voltage Vin is 140 [V].

これに対し、ACコネクタtinに車載バッテリ(DC14〔V〕)が接続される場合、電圧判定回路CNTrでは、DC14〔V〕が印加されている旨の信号Srを出力させる。このとき、スイッチ回路Rcでは、信号Srに基づいてスイッチを中間タップtsに導通させる。この中間タップtsは、一次電流の流れる区間をts〜tbの間に設定するものであり、区間ts〜tbにおける一次コイルL1の巻数は、区間ta〜tbにおける一次コイルの巻数の1/10程度に設定されている。   On the other hand, when the in-vehicle battery (DC14 [V]) is connected to the AC connector tin, the voltage determination circuit CNTr outputs a signal Sr indicating that DC14 [V] is applied. At this time, the switch circuit Rc conducts the switch to the intermediate tap ts based on the signal Sr. The intermediate tap ts sets a section through which the primary current flows between ts and tb, and the number of turns of the primary coil L1 in the sections ts to tb is about 1/10 of the number of turns of the primary coil in the sections ta to tb. Is set to

従って、DC14〔V〕が入力される場合の巻線比RN2(二次巻線N2/一次巻線N1)はAC100〔V〕時の巻線比RN1の10倍程度となるため、スイッチング電源装置BCS0から出力される出力電圧Voutは、DC14〔V〕又はAC100〔V〕の何の電力が与えられても、略同値若しくは同様の状態に制御される。   Therefore, since the winding ratio RN2 (secondary winding N2 / primary winding N1) when DC14 [V] is input is about 10 times the winding ratio RN1 at AC 100 [V], the switching power supply device The output voltage Vout output from the BCS0 is controlled to be substantially the same value or the same state regardless of the power of DC14 [V] or AC100 [V].

かかるスイッチング電源装置は、前述したプラグイン式電気自動車の充電装置に適用させることが可能である。この場合の車載用充電装置は、車体の電力供給用コネクタへ異なる電力が供給されても、トランスTcの巻線比RNを適宜に設定することで、何れの場合にも出力電圧Voutに違いを与えずして、車載バッテリBmを好適に充電させることができる。   Such a switching power supply device can be applied to the plug-in type electric vehicle charging device described above. In this case, the in-vehicle charging apparatus can set the winding ratio RN of the transformer Tc as appropriate even if different power is supplied to the power supply connector of the vehicle body. Without giving, the vehicle-mounted battery Bm can be suitably charged.

特開平11−356043号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-356043

しかしながら、特許文献1に係る技術では、図14(c)に示す如く、全波整流波Vdにおけるピーク値の近傍で、平滑コンデンサC1に流れる電流Iinが瞬時的に発生する。このような入力電流Iinは、高調波の発生原因とされ、交流電源Acmに接続される電気機器の動作を不安定にさせるとの問題が生じる。   However, in the technique according to Patent Document 1, as shown in FIG. 14C, a current Iin flowing through the smoothing capacitor C1 is instantaneously generated in the vicinity of the peak value in the full-wave rectified wave Vd. Such an input current Iin is a cause of the generation of harmonics, which causes a problem of destabilizing the operation of the electrical equipment connected to the AC power source Acm.

また、このようなコンデンサ・インプット式の電力変換回路は、入力電流Iinがによって、力率の低下を招くこととなる。このため、当該電力変換回路は、所望の電力を出力させるため、力率低下を補うよう入力電流Iinを大きくさせる回路設計が要求される。従って、ダイオード,スイッチング素子,平滑コンデンサC2として用いられる電解コンデンサ,この他の回路素子について、定格電流の高い素子を選択しなければならず、回路装置の大型化及び高コスト化を招くとの問題が生じる。   In addition, such a capacitor-input type power conversion circuit causes a reduction in power factor due to the input current Iin. For this reason, the power conversion circuit is required to have a circuit design that increases the input current Iin so as to compensate for the power factor decrease in order to output desired power. Therefore, a diode, a switching element, an electrolytic capacitor used as the smoothing capacitor C2, and other circuit elements must be selected from elements having a high rated current, resulting in an increase in size and cost of the circuit device. Occurs.

更に、このような電力変換回路を車載用充電装置として用いる場合、高調波の発生に応じて周辺の車載電装機器へ悪影響を及ぼすことが懸念される。特に、ACコネクタからの供給電源をセンシングしているECU(Elctric Control
Unit)等では、其の悪影響による被害が甚大となり得る。
Furthermore, when such a power conversion circuit is used as a vehicle-mounted charging device, there is a concern that it may adversely affect the surrounding vehicle-mounted electrical equipment according to the generation of harmonics. In particular, ECU (Elctric Control) sensing the power supply from the AC connector
Unit), etc., the damage caused by the adverse effects can be enormous.

このため、高調波による弊害を回避すべく、力率を改善させることを企図した電力変換回路が提案されている。図15は其の一例が示されており、具体的には、単相ダイオードブリッジDbrと平滑コンデンサC1との間に力率改善回路PFCが追加構成される。また、力率改善回路PFCにおけるスイッチング素子Tpの制御を行う制御マイコンCNTpが追加されている。かかる電力変換回路によれば、スイッチング素子Tpの通電電流を適宜に制御させると、入力電圧(全波整流波)と相似形の入力電流Iinが生成されるため、力率が改善され、これにより、周辺の電気機器への悪影響は一定の範囲で改善される。しかし、このような電力変換回路では、力率改善回路PFCを追加構成させなければならないので、回路の複雑化を招き、結局、装置の大型化及び高コスト化を招いてしまう。   For this reason, in order to avoid the harmful effects caused by the harmonics, a power conversion circuit intended to improve the power factor has been proposed. FIG. 15 shows an example thereof. Specifically, a power factor correction circuit PFC is additionally configured between the single-phase diode bridge Dbr and the smoothing capacitor C1. In addition, a control microcomputer CNTp for controlling the switching element Tp in the power factor correction circuit PFC is added. According to such a power conversion circuit, when the energization current of the switching element Tp is appropriately controlled, an input current Iin similar to the input voltage (full wave rectified wave) is generated, so that the power factor is improved. The adverse effects on the surrounding electrical equipment are improved within a certain range. However, in such a power conversion circuit, since the power factor correction circuit PFC must be additionally configured, the circuit becomes complicated, resulting in an increase in size and cost of the apparatus.

更に、図13及び図15の何れの電力変換回路にあっても、平滑コンデンサC1が必ず設けられることとなる。当該平滑コンデンサC1は、入力電圧の大きさに応じてキャパシタンスが設定されるため、一般的には素子体格の大きい電解コンデンサが使用される。従って、車載用充電装置にあっては、数百ボルトオーダーの使用に耐える電解コンデンサを選定しなければならず、これを満たす電解コンデンサを用いれば、素子体格の肥大化を招いて、レイアウト上の困難を極める。   Further, the smoothing capacitor C1 is always provided in any of the power conversion circuits of FIGS. Since the smoothing capacitor C1 has a capacitance set according to the magnitude of the input voltage, an electrolytic capacitor having a large element size is generally used. Therefore, in an in-vehicle charging device, it is necessary to select an electrolytic capacitor that can withstand use in the order of several hundred volts. If an electrolytic capacitor that satisfies this requirement is used, the element size will increase, Extremely difficult.

加えて、昨今の自動車は、複数の国を対象として製造・販売等が行なわれている。この場合、プラグイン式電気自動車の使用が予定されている国A〜Cのうち、商用電源の電圧値が高い国Aに合わせて平滑コンデンサC1(電解コンデンサ)を選定しなければならない。従って、或るプラグイン式電気自動車について言えば、商用電源の電圧値が大きい国Aで使用されないにも関わらず、当該国Aに対応させたスペックの充電装置を搭載させなければならないという問題も生じる。   In addition, recent automobiles are manufactured and sold in multiple countries. In this case, the smoothing capacitor C1 (electrolytic capacitor) must be selected according to the country A where the voltage value of the commercial power source is high among the countries A to C where the use of the plug-in electric vehicle is planned. Therefore, as for a certain plug-in type electric vehicle, there is a problem that a charging device having a specification corresponding to the country A must be mounted even though it is not used in the country A where the voltage value of the commercial power supply is large. Arise.

本発明は上記課題に鑑み、複数種類の入力電源の利用を可能とした上で回路構成の簡素化を実現させるAC−DCコンバータの提供を目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an AC-DC converter that enables the use of a plurality of types of input power supplies and realizes a simplified circuit configuration.

上記課題を解決するため、第1の発明では次のようなAC−DCコンバータの構成とする。即ち、多相交流電圧を整流化させる多相ダイオードブリッジと、異なる3点以上の接点箇所を具備する一次コイル及び当該一次コイルに流れる一次電流の変動に応じて誘導起電力を発生させる二次コイルを具備するトランスと、前記一次電流の通電又は遮断を断続的に制御する第1のスイッチング素子を有し当該第1のスイッチング素子の動作に応じて前記一次電流の電流値を変動させるドライブ回路と、前記3点以上の接点箇所のうち複数の接点箇所に接続され且つ前記複数の接点箇所の何れかを選択的に通電させることにより前記一次電流が前記一次コイルを流れる通電区間を切換える切換回路と、前記誘導起電力を平滑させる平滑回路とを備えることとする。   In order to solve the above problems, the first invention adopts the following AC-DC converter configuration. That is, a multi-phase diode bridge that rectifies a multi-phase AC voltage, a primary coil having three or more different contact points, and a secondary coil that generates an induced electromotive force according to fluctuations in the primary current flowing in the primary coil And a drive circuit that includes a first switching element that intermittently controls energization or interruption of the primary current, and that varies the current value of the primary current according to the operation of the first switching element. A switching circuit that is connected to a plurality of contact points among the three or more contact points and selectively switches the energization section in which the primary current flows through the primary coil by selectively energizing any of the plurality of contact points; And a smoothing circuit for smoothing the induced electromotive force.

また、第2の発明では次のようなAC−DCコンバータの構成としても良い。即ち、多相交流電圧を整流化させる多相ダイオードブリッジと、異なる3点以上の接点箇所を具備する一次コイル及び当該一次コイルに流れる一次電流の変動に応じて誘導起電力を発生させる二次コイルを具備するトランスと、前記3点以上の接点箇所のうち複数の接点箇所に対応して設けられた第2のスイッチング素子を有する切換回路と、前記誘導起電力を平滑させる平滑回路とを備え、
前記切換回路は、前記第2のスイッチング素子の何れかを選択的に駆動させることにより前記一次電流の通電区間を切換え、且つ、前記第2のスイッチング素子のうち選択的に駆動させるスイッチング素子について前記一次電流の通電又は遮断を断続的に制御することとする。
In the second invention, the following AC-DC converter configuration may be used. That is, a multi-phase diode bridge that rectifies a multi-phase AC voltage, a primary coil having three or more different contact points, and a secondary coil that generates an induced electromotive force according to fluctuations in the primary current flowing in the primary coil Including a transformer, a switching circuit having a second switching element provided corresponding to a plurality of contact points among the three or more contact points, and a smoothing circuit for smoothing the induced electromotive force,
The switching circuit switches the energization section of the primary current by selectively driving any of the second switching elements, and the switching element that is selectively driven among the second switching elements. The energization or interruption of the primary current shall be controlled intermittently.

これらの発明について好ましくは、前記切換回路は、実効値の高い第1の多相交流電圧が入力された場面で前記通電区間を長く設定し、実効値の低い第2の多相交流電圧が入力された場面で前記通電区間を短く設定することとする。   Preferably, with respect to these inventions, the switching circuit sets the current-carrying section longer when the first multiphase AC voltage having a high effective value is input, and the second multiphase AC voltage having a low effective value is input. In such a scene, the energization section is set to be short.

より好ましくは、前記第1の多相交流電圧の実効値をV1rmsとし、前記第2の多相交流電圧の実効値をV2rmsとし、前記切換回路によって前記第1の多相交流電圧のために設定された第1の通電区間に巻回される前記一次コイルの巻数をN1aとし、前記切換回路によって前記第2の多相交流電圧のために設定された第2の通電区間に巻回される前記一次コイルの巻数をN1sとすると、これらの値は、V1rms/N1a=V2rms/N1s,の関係を充足することとする。   More preferably, the effective value of the first multiphase AC voltage is set to V1 rms, the effective value of the second multiphase AC voltage is set to V2 rms, and is set for the first multiphase AC voltage by the switching circuit. The number of turns of the primary coil wound in the first current-carrying section is N1a, and the switching circuit is wound in the second current-carrying section set for the second multiphase AC voltage. When the number of turns of the primary coil is N1s, these values satisfy the relationship of V1rms / N1a = V2rms / N1s.

また、前記第1の多相交流電圧の実効値が前記第2の多相交流電圧の実効値の約2倍とされる関係が予定される場合において、
前記トランスの一次コイルは、一端の接点箇所に導通される第1の端点と、他端の接点箇所に導通される第2の端点と、前記第1の端点から前記第2の端点までの巻線を等分させる接点箇所に導通されるセンタータップとを有することとしても良い。
In the case where a relationship is assumed in which the effective value of the first multiphase AC voltage is approximately twice the effective value of the second multiphase AC voltage,
The primary coil of the transformer includes a first end point connected to a contact point at one end, a second end point connected to a contact point at the other end, and a winding from the first end point to the second end point. It is good also as having a center tap connected with the contact location which divides a line equally.

上述した全ての発明について好ましくは、商用電力の入力が可能なプラグイン式電気自動車に搭載され、前記商用電力に基づいて車載バッテリを充電する車載用充電装置として用いられることとする。このとき、前記商用電力は3相交流電源から供給されることとするのが良い。   All the above-described inventions are preferably mounted on a plug-in electric vehicle capable of inputting commercial power and used as a vehicle-mounted charging device that charges a vehicle-mounted battery based on the commercial power. At this time, the commercial power is preferably supplied from a three-phase AC power source.

本発明に係るAC−DCコンバータは、3相交流電源から電力を取得し、各相電圧を全波整流させることで入力電圧に平滑作用を与え、入力側での平滑コンデンサを省略可能とさせ、以って、回路構成の簡素化・装置の低コスト化が図られるという利点を利用するものである。   The AC-DC converter according to the present invention obtains electric power from a three-phase AC power supply, smoothes the input voltage by full-wave rectifying each phase voltage, and allows the smoothing capacitor on the input side to be omitted. Thus, the advantage of simplifying the circuit configuration and reducing the cost of the apparatus is utilized.

そして、このような平滑作用をワン・コンバータ方式の電力変換回路で実現させ、併せて、入力電圧の値に応じてトランスの巻線比を切換える機能を付加させている。これにより、異なる値の入力電源に対して使用可能なAC−DCコンバータは、ワン・コンバータ方式の回路を採用することで、力率改善回路を用いずして高調波を解消させる効果、及び、回路構成を簡素化させる効果、の双方の効果が奏されることとなる。また、当該AC−DCコンバータは、回路構成の簡素化が図られることにより、装置の小型化及び低コスト化に資するものとなる。   Such a smoothing action is realized by a one-converter type power conversion circuit, and a function for switching the winding ratio of the transformer in accordance with the value of the input voltage is added. As a result, the AC-DC converter that can be used for input power of different values adopts a one-converter circuit, thereby eliminating harmonics without using a power factor correction circuit, and Both effects of simplifying the circuit configuration are exhibited. In addition, the AC-DC converter contributes to downsizing and cost reduction of the device by simplifying the circuit configuration.

特に、AC−DCコンバータが車載用充電装置とされ、当該装置を搭載させるプラグイン式電気自動車の使用予定国が複数国に跨り且つ各国での商用電源の値が異なる条件であっても、先に説明したように、本発明に係る車載用充電装置は、入力側の平滑コンデンサが省略されることとなるため、商用電源の電圧値(入力値)に影響されることなく、当該装置の体格を自由に設計することが可能となる。また、かかる車載用充電装置にあっては、高調波の発生を解消させているので、プラグイン式電気自動車へ搭載されている車載電装機器・ECU等の安定動作を保障することとなる。   In particular, even if the AC-DC converter is an in-vehicle charging device, the plug-in electric vehicle on which the device is to be mounted has multiple countries, and the commercial power supply value in each country is different. As described above, in the in-vehicle charging device according to the present invention, the smoothing capacitor on the input side is omitted, so that the physique of the device is not affected by the voltage value (input value) of the commercial power supply. Can be designed freely. In addition, in such an in-vehicle charging apparatus, since the generation of harmonics is eliminated, stable operation of the in-vehicle electrical equipment / ECU and the like mounted on the plug-in type electric vehicle is ensured.

実施の形態に係る車載用充電装置の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of the vehicle-mounted charging device which concerns on embodiment. 3相交流電圧及び其の全波整流後の波形を示すタイムチャート。The time chart which shows the waveform after a three-phase alternating current voltage and its full wave rectification. 入力電圧検出回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of an input voltage detection circuit. 実施の形態に係る車載用充電装置の他の回路構成を示す図。The figure which shows the other circuit structure of the vehicle-mounted charging device which concerns on embodiment. 平滑回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a smoothing circuit. 平滑回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a smoothing circuit. 切換回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a switching circuit. 切換回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a switching circuit. 切換回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a switching circuit. 実施例に係る切換回路及びトランスでの動作を示す図。The figure which shows operation | movement with the switching circuit and transformer which concern on an Example. 実施例に係る切換回路及びトランスでの動作を示す図。The figure which shows operation | movement with the switching circuit and transformer which concern on an Example. 実施例に係る入力電圧と出力電圧との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the input voltage and output voltage which concern on an Example. 従来例に係る車載用充電装置の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of the vehicle-mounted charging device which concerns on a prior art example. 従来例における入力電圧と入力電流とを示すタイムチャート。The time chart which shows the input voltage and input current in a prior art example. 他の従来例に係る車載用充電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the vehicle-mounted charging device which concerns on another prior art example.

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図1に示す如く、本実施の形態に係るAC−DCコンバータBCS1は、以下の如く、ワン・コンバータ方式の電力変換回路が用いられている。具体的には、多相ダイオードブリッジDbrとドライブ回路Drと切換回路RcとトランスTcと平滑回路Sfと電圧検出回路INSvと電流検出回路INSiと信号処理装置CNT1とから構成される。尚、AC−DCコンバータは、本実施の形態においてプラグイン式自動車に搭載される充電装置であるところ、以下、車載用充電装置BCS1と呼ぶこととする。また、当該車載用充電装置BCS1は、入力コネクタtinと出力端子toutとが設けられ、入力コネクタtinには、3相の商用電源ACtを印加させる電源プラグが接続され、出力端子tioutには、車載バッテリBmが接続される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the AC-DC converter BCS1 according to the present embodiment uses a one-converter type power conversion circuit as follows. Specifically, it comprises a multiphase diode bridge Dbr, a drive circuit Dr, a switching circuit Rc, a transformer Tc, a smoothing circuit Sf, a voltage detection circuit INSv, a current detection circuit INSi, and a signal processing device CNT1. The AC-DC converter is a charging device mounted on a plug-in vehicle in the present embodiment, and is hereinafter referred to as an in-vehicle charging device BCS1. In addition, the in-vehicle charging device BCS1 is provided with an input connector tin and an output terminal tout, a power plug for applying a three-phase commercial power supply ACt is connected to the input connector tin, and an in-vehicle charging terminal BCS1 is connected to the output terminal tiout. Battery Bm is connected.

商用電源ACtは、3相の交流電源(r相/s相/t相)が用いられる点で従来技術と異なる。かかる3相の商用電源ACtは、例えば、日本国の場合、AC200〔V〕,AC400〔V〕が供給され、欧州の場合、AC380〔V〕,AC400〔V〕が供給され、その他の国にあっても、各電力会社によって、其の電圧値(多相交流電圧)が多種多様に設定されている。尚、これらの電圧値は実効値を示すものとする。   The commercial power supply ACt differs from the prior art in that a three-phase AC power supply (r phase / s phase / t phase) is used. Such a three-phase commercial power supply ACt is supplied with AC200 [V] and AC400 [V] in the case of Japan, and supplied with AC380 [V] and AC400 [V] in the case of Europe. Even if it exists, each electric power company sets the voltage value (polyphase alternating voltage) variously. These voltage values indicate effective values.

入力コネクタtinは、上述した複数種類の商用電源(3相交流電源)が印加されるよう、複数種類のプラグ形状に対応した端子が形成される。当該入力コネクタtinは、この他、急速充電プラグ用のコネクタを別途設けるようにしても良い。   The input connector tin is formed with terminals corresponding to a plurality of types of plug shapes so that the above-described plurality of types of commercial power (three-phase AC power) are applied. In addition to this, the input connector tin may be provided with a separate connector for a quick charge plug.

出力端子toutは、図示の如く、車載用充電装置BCS1の後段側に設けられ、平滑回路Sfの出力電圧Voutが印加されるように配線されている。かかる出力端子toutは、更に、後段部に電源ラインが接続され、出力電圧Voutが電源ラインを介して車載バッテリBmへ印加されるよう配線されている。以下、車載用充電装置について、車載バッテリBmが接続される方向を出力側と呼び、商用電力ACtが接続される方向を入力側と呼ぶことがある。   As shown in the figure, the output terminal tout is provided on the rear side of the in-vehicle charging device BCS1 and wired so that the output voltage Vout of the smoothing circuit Sf is applied. The output terminal tout is further wired so that the power supply line is connected to the rear stage portion and the output voltage Vout is applied to the in-vehicle battery Bm via the power supply line. Hereinafter, in the in-vehicle charging apparatus, the direction in which the in-vehicle battery Bm is connected may be referred to as an output side, and the direction in which the commercial power ACt is connected may be referred to as an input side.

車載バッテリBmは、リチウムイオン電池等のバッテリセルがバッテリモジュール内に複数配設され、総じて400〔V〕程度の直流電圧を発生させる。車載バッテリBmから出力される電力は、バッテリ電力から3相交流電力を生成させるメインインバータ装置と、車載電装機器及びサブバッテリ(DC12〔V〕程度)へ電力を供給させるDC−DCコンバータとに分配される。そして、インバータ回路では、車載バッテリBmの直流電力を3相交流電力へと変換させ、駆動モータ(3相同期モータ,3相誘導モータ等)へ3相交流電力を供給する。このとき、駆動モータは、入力された電力に応じてトルクを発生させ、駆動輪にトルクを伝えることで、車両の静動または車速のコントロールを適宜に行なう。   The in-vehicle battery Bm includes a plurality of battery cells such as lithium ion batteries disposed in the battery module, and generates a DC voltage of about 400 [V] as a whole. The power output from the in-vehicle battery Bm is distributed to a main inverter device that generates three-phase AC power from the battery power, and a DC-DC converter that supplies power to the in-vehicle electrical equipment and the sub-battery (about DC 12 [V]). Is done. In the inverter circuit, the DC power of the in-vehicle battery Bm is converted into three-phase AC power, and the three-phase AC power is supplied to the drive motor (three-phase synchronous motor, three-phase induction motor, etc.). At this time, the drive motor generates torque in accordance with the input electric power and transmits the torque to the drive wheels, thereby appropriately controlling the static motion of the vehicle or the vehicle speed.

多相ダイオードブリッジDbrは、ダイオードDa〜Dfによってブリッジ状に配線され、これらの構成によって各相電圧(r相電圧/s相電圧/t相電圧)に対応するア−ムが形成される。このアームでは、3相交流電圧Vactが印加されると(図2a参照)、各相に対応する相電圧(Vr/Vs/Vt)を全波整流させる(図2b参照)。従って、多相ダイオードブリッジDrbは、全波整流された各相電圧(Vr/Vs/Vt)を順次出力させるので、これによって現われる出力電圧Vinは、図2(c)に示す如く、一定の範囲ΔVにて変動するに止まり、これにより、平滑作用を受けることとなる。   The multiphase diode bridge Dbr is wired in a bridge shape by the diodes Da to Df, and the arm corresponding to each phase voltage (r phase voltage / s phase voltage / t phase voltage) is formed by these configurations. In this arm, when the three-phase AC voltage Vact is applied (see FIG. 2a), the phase voltage (Vr / Vs / Vt) corresponding to each phase is full-wave rectified (see FIG. 2b). Therefore, since the multiphase diode bridge Drb sequentially outputs the full-wave rectified phase voltages (Vr / Vs / Vt), the output voltage Vin appearing thereby is a certain range as shown in FIG. It will only fluctuate at ΔV, and will receive a smoothing action.

仮に、AC200〔V〕の単相交流電圧が印加される場合について検討すると、単相の場合の出力電圧は、各々の整流波が位相差πとされるので、282〔V〕〜0〔V〕の範囲で変動することとなってしまう。しかし、本実施の形態のように平衡3相交流電源を採用することにより、出力電圧Vinは、変動範囲が282〔V〕〜245〔V〕の範囲内に収まるという効果が奏される。即ち、入力電源が単相から3相へ変更されることで、出力電圧Vinの変動範囲が約13%に抑えられることとなる。また、本実施の形態では入力電源として3相交流電源を取り扱っているが、これに限らず、更に多相の電源を用いることにより、此処に説明した平滑作用がより顕著なものとなる。   Considering a case where a single-phase AC voltage of AC 200 [V] is applied, the output voltage in the case of a single phase is 282 [V] to 0 [V] because each rectified wave has a phase difference π. ] In the range of]. However, by adopting a balanced three-phase AC power supply as in this embodiment, the output voltage Vin has an effect that the fluctuation range falls within the range of 282 [V] to 245 [V]. That is, by changing the input power source from single phase to three phases, the fluctuation range of the output voltage Vin is suppressed to about 13%. In this embodiment, a three-phase AC power source is used as an input power source. However, the present invention is not limited to this, and the smoothing action described here becomes more remarkable by using a multi-phase power source.

また、本実施の形態にあっては、ワン・コンバータ方式の電力変換回路が採用されているので、コンデンサ・インプット方式で用いられる入力側の平滑回路が省略される。従って、装置自体の小型化が図られ、また、高調波の発生も解消される。   In this embodiment, since the one-converter type power conversion circuit is employed, the input side smoothing circuit used in the capacitor input method is omitted. Therefore, the device itself can be miniaturized and the generation of higher harmonics can be eliminated.

車載用充電装置BCS1には、入力電圧Vinを検出する電圧検出回路(図示なし)が設けられる。当該電圧検出回路は、図2(a)に示す如く、抵抗Rm及びRnから成る分圧抵抗とし、分圧点から入力電圧Vinに関する検出信号Svinを出力するようにしても良い。また、図2(b)に示す如く、入力コネクタtinと多相ダイオードブリッジDbrとの間にセンサ回路SCN2を設け、各々の電源ラインから相電圧に関する検出信号Svin(r),Svin(s),Svin(t)を出力させるようにしても良い。尚、入力電圧Vinを検出するための回路については、同図では単に一例として挙げているに過ぎず、現時点において公知の技術を適宜利用することが可能である。   The in-vehicle charging device BCS1 is provided with a voltage detection circuit (not shown) that detects the input voltage Vin. As shown in FIG. 2A, the voltage detection circuit may be a voltage dividing resistor composed of resistors Rm and Rn, and may output a detection signal Svin related to the input voltage Vin from the voltage dividing point. Further, as shown in FIG. 2B, a sensor circuit SCN2 is provided between the input connector tin and the multiphase diode bridge Dbr, and detection signals Svin (r), Svin (s), Svin (t) may be output. Note that the circuit for detecting the input voltage Vin is merely shown as an example in the drawing, and a currently known technique can be used as appropriate.

トランスTcは、鉄心を具備し、当該鉄心について一次コイルL1と二次コイルL2とが巻回されている。このうち、本実施の形態に係る一次コイルL1は、端点ta及び中間タップts及び端点tbを具備している。中間タップtsは、一次コイルL1のワイヤー線の途中の接点箇所へ電気的に接続されている端子であって、端点ta〜中間タップts,又は,端点tb〜中間タップtsの巻線Nを決定するものである。また、端点ta及び端点tbは、一次コイルL1の各端部における接点箇所に導通される。一方、二次コイルL2は、本実施の形態の場合、中間タップを具備しない通常のコイルが用いられる。かかるトランスTcでは、一次コイルL1に流れる一次電流が変動すると、鉄心を貫通する磁束が変動する。このとき、二次コイルL2では、磁束変化に応じて誘導起電力を発生させることとなる。先に説明したように、ドライブ回路Drから印加される電圧は交流状態とされるので、一次電流及び誘導起電力についても、時間経過に応じて其の極性が変化することとなる。   The transformer Tc includes an iron core, and a primary coil L1 and a secondary coil L2 are wound around the iron core. Among these, the primary coil L1 according to the present embodiment includes an end point ta, an intermediate tap ts, and an end point tb. The intermediate tap ts is a terminal electrically connected to a contact point in the middle of the wire of the primary coil L1, and determines the winding N of the end point ta to the intermediate tap ts or the end point tb to the intermediate tap ts. To do. In addition, the end point ta and the end point tb are electrically connected to contact points at each end of the primary coil L1. On the other hand, as the secondary coil L2, in the case of the present embodiment, a normal coil that does not include an intermediate tap is used. In such a transformer Tc, when the primary current flowing through the primary coil L1 varies, the magnetic flux penetrating the iron core varies. At this time, in the secondary coil L2, an induced electromotive force is generated according to a change in magnetic flux. As described above, since the voltage applied from the drive circuit Dr is in an AC state, the polarity of the primary current and the induced electromotive force also changes with time.

ここで、一次コイルL1における区間ta〜tsまでの巻数をN1aとし、一次コイルにおける全区間ta〜tbの巻数(全巻数)をN1bとし、二次コイルL2にける全巻数をN2とする。このとき、区間ta〜tsにのみ一次電流が流れる場合、トランスTcの巻線比RNaは、RNa=N2/N1a,で現される。一方、全区間ta〜tbに一次電流が流れる場合、このときの巻線比RN2は、RN2=N2/N1bで現される。   Here, the number of turns from the section ta to ts in the primary coil L1 is N1a, the number of turns (total number of turns) in all sections ta to tb in the primary coil is N1b, and the total number of turns in the secondary coil L2 is N2. At this time, when the primary current flows only in the section ta to ts, the winding ratio RNa of the transformer Tc is expressed by RNa = N2 / N1a. On the other hand, when the primary current flows in all the sections ta to tb, the winding ratio RN2 at this time is expressed by RN2 = N2 / N1b.

切換回路Rcは、入力端子と第1の出力端子と第2の出力端子とスイッチ手段とを備えている。本実施の形態の場合、入力端子はドライブ回路Drの一方のアームに接続され、第1の出力端子は一次コイルL1の端点taに接続され、第2の出力端子は一次コイルL1の中間タップtsに接続される。そして、切換回路Rcは、スイッチ手段によって、第1の出力端子又は第2の出力端子の何れか一方を選択し、選択された方の出力端子を入力端子に導通させ、これにより、電力の供給ルートを切換える。   The switching circuit Rc includes an input terminal, a first output terminal, a second output terminal, and switch means. In the present embodiment, the input terminal is connected to one arm of the drive circuit Dr, the first output terminal is connected to the end point ta of the primary coil L1, and the second output terminal is the intermediate tap ts of the primary coil L1. Connected to. Then, the switching circuit Rc selects either the first output terminal or the second output terminal by the switch means, and conducts the selected output terminal to the input terminal, thereby supplying power. Switch routes.

かかる切換回路Rcは、一方の出力端子が端点taに接続され他方の出力端子が中間タップtsに接続されているので、スイッチ手段によって電力の供給ルートを変更させると、一次コイルL1における一次電流の通電区間は、区間ta〜ts,又は,区間ta〜tb,の何れかに切換えられることとなる。即ち、切換回路Rcは、入力端子に導通させる出力端子を切換えることで、一次電流の通電区間を適宜に切換える役割を担う。尚、切換回路Rcに設けられるスイッチ手段については、その形態が種々改変され得るものであり、その具体例については追って詳述する。   In the switching circuit Rc, one output terminal is connected to the end point ta and the other output terminal is connected to the intermediate tap ts. Therefore, when the power supply route is changed by the switch means, the primary current in the primary coil L1 is changed. The energization section is switched to any one of the sections ta to ts or the sections ta to tb. That is, the switching circuit Rc plays a role of appropriately switching the energization section of the primary current by switching the output terminal to be conducted to the input terminal. The switch means provided in the switching circuit Rc can be variously modified, and specific examples thereof will be described in detail later.

本実施の形態で用いられるドライブ回路Drは、パワートランジスタT1〜T4(特許請求の範囲における第1のスイッチング素子)から成るフルブリッジ回路が採用されている。かかるドライブ回路Drは、両サイドの電源ラインを介して多相ダイオードブリッジDbrに接続されている。また、パワートランジスタT1及びT2の接点は、切換回路Rcの入力端子に接続され、パワートランジスタT3及びT4の接点は、トランスTcの端点tbに接続されている。また、各々のトランジスタT1〜T4は、ゲート部が信号処理装置CNT1に接続され、当該信号処理装置CNT1から出力される駆動信号Sdによって、各々がON/OFF制御される。従って、当該ドライブ回路Drは、信号処理装置CNT1から駆動信号Sdを受信すると、各々のパワートランジスタが所定のデューティ比にて駆動され、切換回路Rcと端点tbとの間に断続的な電圧を印加させる。   The drive circuit Dr used in the present embodiment employs a full bridge circuit composed of power transistors T1 to T4 (first switching elements in the claims). The drive circuit Dr is connected to the multiphase diode bridge Dbr via the power supply lines on both sides. The contacts of the power transistors T1 and T2 are connected to the input terminal of the switching circuit Rc, and the contacts of the power transistors T3 and T4 are connected to the end point tb of the transformer Tc. In addition, each of the transistors T1 to T4 has a gate connected to the signal processing device CNT1, and each transistor is ON / OFF controlled by a drive signal Sd output from the signal processing device CNT1. Therefore, when the drive circuit Dr receives the drive signal Sd from the signal processing device CNT1, each power transistor is driven at a predetermined duty ratio, and intermittent voltage is applied between the switching circuit Rc and the end point tb. Let

この断続的に発生する電圧は、切換回路Rcを介して一次コイルL1へ印加されるので、切換回路Rcによって選択された一次コイルL1の通電区間では、其の区間において、高い周波数で一次電流の通電又は遮断が繰返される。即ち、パワートランジスタT1〜T4が駆動されると、この動作に応じて一次電流の電流値が変動することとなる。従って、トランスTcでは、このような断続的な制御により一次電流の電流値が変動し、これにより、誘導起電力V2を発生させている。   Since this intermittently generated voltage is applied to the primary coil L1 via the switching circuit Rc, in the energizing section of the primary coil L1 selected by the switching circuit Rc, the primary current is generated at a high frequency in that section. Energization or interruption is repeated. That is, when the power transistors T1 to T4 are driven, the current value of the primary current varies according to this operation. Therefore, in the transformer Tc, the current value of the primary current fluctuates by such intermittent control, thereby generating the induced electromotive force V2.

尚、図1に示す如く、フルブリッジ回路の端部にシャント抵抗Rkを設け、信号処理装置CNT1にてドライブ回路Drの電流値Skを監視するようにしても良い。この場合、パワートランジスタT1〜T4の動作異常を検知することが可能となる。   As shown in FIG. 1, a shunt resistor Rk may be provided at the end of the full bridge circuit, and the signal processor CNT1 may monitor the current value Sk of the drive circuit Dr. In this case, abnormal operation of the power transistors T1 to T4 can be detected.

また、図1のドライブ回路Drはフルブリッジ回路が採用されているが、当該ドライブ回路Drは、かかる形態に限定されるものではない。例えば、図4に示す如く、単体のパワートランジスタT5(特許請求の範囲における第1のスイッチング素子)によってドライブ回路Drを構成させても良い。同図でのパワートランジスタT5は、端点tbと多相ダイオードブリッジ回路Dbrとの間に介挿され、信号処理装置CNT1から受けた駆動信号Sdに応じて通電/遮断を繰返し、これにより、一次コイルL1に一次電流を発生させる。また、当該ドライブ回路Drは端点ta側に接続させても良い。この場合、切換回路Rcは、入力端子が他方側の電源ラインに接続され、出力端子の各々は、中間タップts及び端点tbへ接続されることとなる。   1 employs a full bridge circuit, the drive circuit Dr is not limited to such a configuration. For example, as shown in FIG. 4, the drive circuit Dr may be configured by a single power transistor T5 (first switching element in claims). The power transistor T5 in the figure is inserted between the end point tb and the multiphase diode bridge circuit Dbr, and is repeatedly energized / interrupted in accordance with the drive signal Sd received from the signal processing device CNT1, thereby the primary coil. A primary current is generated in L1. The drive circuit Dr may be connected to the end point ta. In this case, the switching circuit Rc has an input terminal connected to the power supply line on the other side, and each of the output terminals is connected to the intermediate tap ts and the end point tb.

平滑回路Sfは、トランスTcの二次コイルL2へ接続され、当該二次コイルから出力された誘導起電力V2を平滑させ、直流状態に変換された出力電圧Voutを後段の出力端子Voutへ印加する。   The smoothing circuit Sf is connected to the secondary coil L2 of the transformer Tc, smoothes the induced electromotive force V2 output from the secondary coil, and applies the output voltage Vout converted to the DC state to the output terminal Vout at the subsequent stage. .

図5は、平滑回路Sfの構成例が示されている。例えば、図5(a)に示される平滑回路Sfは、ダイオードDp及びDqとリアクトルL3と平滑コンデンサC2とから構成される。ダイオードDp及びDqのアノードは、各々が二次コイルL2の端点に接続される。また、双方のダイオードDp及びDqは、カソード側が互いに接続され、其の接点は、リアクトルL3の入力側に接続されている。かかるリアクトルL3は、電源ラインに介挿されるように配線される。そして、平滑コンデンサC2は、リアクトルL3の後段にて、二次コイルL2に対して並列接続される。かかる平滑コンデンサC2は、数百Vオーダーの電圧を出力させることが要求されるところ、一般には電解コンデンサ等が用いられる。   FIG. 5 shows a configuration example of the smoothing circuit Sf. For example, the smoothing circuit Sf shown in FIG. 5A includes diodes Dp and Dq, a reactor L3, and a smoothing capacitor C2. The anodes of the diodes Dp and Dq are each connected to the end point of the secondary coil L2. Moreover, both the diodes Dp and Dq are connected to each other on the cathode side, and their contact points are connected to the input side of the reactor L3. The reactor L3 is wired so as to be inserted into the power supply line. The smoothing capacitor C2 is connected in parallel to the secondary coil L2 after the reactor L3. Such a smoothing capacitor C2 is required to output a voltage of the order of several hundred volts, but generally an electrolytic capacitor or the like is used.

また、図5(b)に示されるような平滑回路Sfとしても良い。この場合、二次コイルL2にセンタータップが設けられる。そして、当該二次コイルL2の端点にダイオードDp及びDqのカソードが各々接続され、当該ダイオードDp及びDqのアノードは、互いに接続される。この接点は、平滑コンデンサC2の陰極側に接続される。また、平滑コンデンサC2の陽極側は、リアクトルL3を介して二次コイルL2のセンタータップに接続される。   Further, a smoothing circuit Sf as shown in FIG. In this case, a center tap is provided on the secondary coil L2. Then, the cathodes of the diodes Dp and Dq are respectively connected to the end points of the secondary coil L2, and the anodes of the diodes Dp and Dq are connected to each other. This contact is connected to the cathode side of the smoothing capacitor C2. Moreover, the anode side of the smoothing capacitor C2 is connected to the center tap of the secondary coil L2 via the reactor L3.

これらの平滑回路Sfは、共に、極性が素早く変動するような交流状態の誘導起電力V2が印加されると、これに応じて生じる電荷を平滑コンデンサC2へ蓄積させ、力流電力を発生させる。但し、このような平滑回路については、既に周知の技術とされているため、動作等の説明を省略することとする。   In both of these smoothing circuits Sf, when an induced electromotive force V2 in an alternating state whose polarity changes rapidly is applied, the electric charge generated in response thereto is accumulated in the smoothing capacitor C2 to generate a force flow power. However, since such a smoothing circuit is already a well-known technique, description of operations and the like will be omitted.

図6は、平滑回路の他の構成例が示されている。図6(a)の平滑回路Sfは、ダイオードDh〜DkとパワートランジスタTj及びTkとリアクトルL3と平滑回路C2とから構成される。ダイオードDh〜Dkはブリッジ状に配線され、併せて、図示の如く、パワートランジスタTj及びTkが接続されている。かかる平滑回路Sfは、パワートランジスタTj及びTkが制御されることで、平滑コンデンサC2へ流れる電流の制限が行なわれる。先に説明したドライブ回路Drにあっても、パワートランジスタの駆動デューティを調整することにより、出力電圧Voutを所望の値に調整することは可能である。但し、このような機能を平滑回路Sfに追加させることで、より正確に出力電圧Voutを調整させることが可能となる。また、例えば、ドライブ回路Dr側の駆動デューティを固定値とし、平滑回路Sf側の駆動デューティを制御することにより、出力電圧Voutを調整するようにしても良い。   FIG. 6 shows another configuration example of the smoothing circuit. The smoothing circuit Sf in FIG. 6A includes diodes Dh to Dk, power transistors Tj and Tk, a reactor L3, and a smoothing circuit C2. The diodes Dh to Dk are wired in a bridge shape, and are connected to power transistors Tj and Tk as illustrated. In the smoothing circuit Sf, the current flowing to the smoothing capacitor C2 is limited by controlling the power transistors Tj and Tk. Even in the drive circuit Dr described above, the output voltage Vout can be adjusted to a desired value by adjusting the drive duty of the power transistor. However, by adding such a function to the smoothing circuit Sf, the output voltage Vout can be adjusted more accurately. For example, the output voltage Vout may be adjusted by setting the drive duty on the drive circuit Dr side to a fixed value and controlling the drive duty on the smoothing circuit Sf side.

図6(b)の平滑回路Sfは、上述したダイオードブリッジDh〜DkがパワートランジスタTh〜Tkへ置換えられている。一般に、ダイオードでの電圧降下と比較してトランジスタでの電圧降下は低く抑えられるので、かかる構成とした場合、出力効率の向上が図られる。尚、ここに紹介した平滑回路Sfは、例示的なものに過ぎず、この他、現時点における公知の技術を適宜取入れることが可能である。   In the smoothing circuit Sf of FIG. 6B, the above-described diode bridges Dh to Dk are replaced with power transistors Th to Tk. In general, since the voltage drop at the transistor can be suppressed lower than the voltage drop at the diode, the output efficiency can be improved in such a configuration. It should be noted that the smoothing circuit Sf introduced here is merely an example, and other well-known techniques at the present time can be appropriately adopted.

電圧検出回路INSvは、例えば、分圧抵抗R1及びR2によって構成され、この回路の分圧点から出力電圧Voutに関する検出信号Svを出力させる。   The voltage detection circuit INSv includes, for example, voltage dividing resistors R1 and R2, and outputs a detection signal Sv related to the output voltage Vout from the voltage dividing point of this circuit.

電流検出回路INSiは、例えば、シャント抵抗R3及びオペアンプAMPとから構成され、シャント抵抗R3で検出した電流値に比例する検出信号Siを出力させる。   The current detection circuit INSi is composed of, for example, a shunt resistor R3 and an operational amplifier AMP, and outputs a detection signal Si that is proportional to the current value detected by the shunt resistor R3.

信号処理装置CNT1は、図1に示す如く、第1の制御回路CNTdと第2の制御回路CNTrとから構成される。当該信号処理装置CNT1は、CPU及びメモリ回路及びAD変換回路,この他、所定の信号を生成・出力させるために必要な回路が構成される。尚、信号処理装置CNT1については、ワンチップされているか否か又はCPUの数など、その回路構成を問うものではない。かかる信号処理装置CNT1には、入力電圧Vinを示すSvin,出力電圧Voutを示す検出信号Sv,充電装置内の二次側の電源ラインを流れる電流値を示す検出信号Siが入力される。そして、第1の制御回路CNTdでは、検出信号Si及び検出信号Svに基づいてパワートランジスタT1〜T4の駆動デューティを規定し、これに即した駆動信号を各々出力させる。かかる制御回路CNTdは、充電装置の出力電力が定電圧または定電流となるように適宜にモードを設定し、これにより、充電装置の出力電圧Vout又は出力電流を制御する。   As shown in FIG. 1, the signal processing device CNT1 includes a first control circuit CNTd and a second control circuit CNTr. The signal processing device CNT1 includes a CPU, a memory circuit, an AD conversion circuit, and other circuits necessary for generating and outputting a predetermined signal. The signal processing device CNT1 does not ask the circuit configuration such as whether it is one-chip or the number of CPUs. The signal processing device CNT1 receives Svin indicating the input voltage Vin, a detection signal Sv indicating the output voltage Vout, and a detection signal Si indicating the value of the current flowing through the secondary power line in the charging device. Then, the first control circuit CNTd defines the drive duty of the power transistors T1 to T4 based on the detection signal Si and the detection signal Sv, and outputs a drive signal corresponding to this. The control circuit CNTd appropriately sets a mode so that the output power of the charging device becomes a constant voltage or a constant current, and thereby controls the output voltage Vout or the output current of the charging device.

一方、第2の制御回路CNTrは、入力電圧Vinの値に基づいて切換信号Srを出力させる。具体的に説明すると、入力電圧Vinを示すSvinが所定の閾値より高い場合、入力電圧Vinが高い旨の信号(以下、切換信号Sraと呼ぶ)を出力させる。これに対し、入力電圧Vinを示すSvinが所定の閾値より低い場合、入力電圧Vinが低い旨の信号(以下、切換信号Srbと呼ぶ)を出力させる。   On the other hand, the second control circuit CNTr outputs a switching signal Sr based on the value of the input voltage Vin. More specifically, when Svin indicating the input voltage Vin is higher than a predetermined threshold, a signal indicating that the input voltage Vin is high (hereinafter referred to as a switching signal Sra) is output. On the other hand, when Svin indicating the input voltage Vin is lower than a predetermined threshold, a signal indicating that the input voltage Vin is low (hereinafter referred to as a switching signal Srb) is output.

図7(a)は、切換回路Rcの一形態とされるリレー回路Rylが示されている。当該リレー回路Rylは、入力端子teと第1の出力端子t1と第2の出力端子t2とが設けられ、スイッチ機構SW及びソレノイドコイルCoから成るスイッチ手段を備えている。スイッチ機構は、従動端子を備え、ソレノイドコイルCoの極性に応じて動作する。ソレノイドコイルCoは、切換信号Sraが入力されると、従動端子へ斥力を与え、入力端子teと第1の出力端子t1とを導通させる。また、切換信号Srbが入力されると、従動端子を引き寄せ、入力端子teと第2の出力端子t2とを導通させる。   FIG. 7A shows a relay circuit Ryl that is an embodiment of the switching circuit Rc. The relay circuit Ryl is provided with an input terminal te, a first output terminal t1, and a second output terminal t2, and includes switch means including a switch mechanism SW and a solenoid coil Co. The switch mechanism includes a driven terminal and operates according to the polarity of the solenoid coil Co. When the switching signal Sra is input, the solenoid coil Co applies a repulsive force to the driven terminal and makes the input terminal te and the first output terminal t1 conductive. Further, when the switching signal Srb is input, the driven terminal is drawn and the input terminal te and the second output terminal t2 are brought into conduction.

従って、充電装置BCS1へ閾値より高い多相交流電源が接続されると、リレー回路Rylは、信号処理装置CNT1から切換信号Sraを受け、これにより、入力端子teと第1の出力端子taとを導通させる。この場合、ドライブ回路Drからの印加電圧は通電区間ta〜tbに加えられることとなり、当該リレー回路Rylは、一次電流を流す通電区間を長く設定することとなる。   Therefore, when a multiphase AC power source that is higher than the threshold value is connected to the charging device BCS1, the relay circuit Ryl receives the switching signal Sra from the signal processing device CNT1, thereby connecting the input terminal te and the first output terminal ta. Conduct. In this case, the applied voltage from the drive circuit Dr is applied to the energization sections ta to tb, and the relay circuit Ryl sets a long energization section for passing the primary current.

また、充電装置BCS1へ閾値より低い多相交流電源が接続されると、リレー回路Rylは、信号処理装置CNT1から切換信号Srbを受け、これにより、入力端子teと第2の出力端子tsとを導通させる。この場合、ドライブ回路Drからの印加電圧は通電区間ts〜tbに加えられることとなり、当該リレー回路Rylは、一次電流を流す通電区間を短く設定することとなる。   When a multiphase AC power source lower than the threshold value is connected to the charging device BCS1, the relay circuit Ryl receives the switching signal Srb from the signal processing device CNT1, thereby causing the input terminal te and the second output terminal ts to be connected. Conduct. In this case, the applied voltage from the drive circuit Dr is applied to the energization intervals ts to tb, and the relay circuit Ryl sets the energization interval for flowing the primary current to be short.

このような制御が行われると、リレー回路Rylは、入力電圧Vinの実効値が高いときにトランスTcの巻線比RNを低値に設定させ、誘導起電力及びこれによって生成される出力電圧Voutを低減させる。一方、入力電圧Voutの実効値が低いときにトランスTcの巻線比RNを高値に切換え、誘導起電力及びこれによって生成される出力電圧Voutを上昇させる。即ち、入力電圧Vinの実効値が高いときの出力電圧Voutと低いときの出力電圧Voutは、リレー回路Rylの動作によって其の電圧値の差が低減されるように制御される。   When such control is performed, the relay circuit Ryl causes the winding ratio RN of the transformer Tc to be set to a low value when the effective value of the input voltage Vin is high, and the induced electromotive force and the output voltage Vout generated thereby. Reduce. On the other hand, when the effective value of the input voltage Vout is low, the winding ratio RN of the transformer Tc is switched to a high value to increase the induced electromotive force and the output voltage Vout generated thereby. That is, the output voltage Vout when the effective value of the input voltage Vin is high and the output voltage Vout when it is low are controlled so that the difference between the voltage values is reduced by the operation of the relay circuit Ryl.

本実施の形態では、車載用充電装置BCS1に2種類の商用電源が接続されるものとし、このうち、一方の商用電源ACt1が接続された場合、このときの電圧(第1の多相交流電圧)の実効値をV1rmsとする。また、他方の商用電源ACt2が接続された場合、このときの電圧(第2の多相交流電圧)の実効値をV2rmsとする。但し、実効値V1rms>実効値V2rms,とする。   In the present embodiment, two types of commercial power sources are connected to the in-vehicle charging device BCS1, and when one of the commercial power sources ACt1 is connected, the voltage at this time (first multiphase AC voltage) ) Is assumed to be V1rms. When the other commercial power supply ACt2 is connected, the effective value of the voltage (second multiphase AC voltage) at this time is V2rms. However, effective value V1rms> effective value V2rms.

また、一次コイルL1における通電区間ta〜tb(全区間)は、商用電源ACt1が接続されたときに設定される区間であって、当該区間における巻数はN1aとする。また、一次コイルL1における通電区間ts〜tb(一部区間)は、商用電源ACt2が接続されたときに設定される区間であって、当該区間における巻数はN1sとする。   The energization sections ta to tb (all sections) in the primary coil L1 are sections set when the commercial power source ACt1 is connected, and the number of turns in the section is N1a. The energization sections ts to tb (partial sections) in the primary coil L1 are sections that are set when the commercial power source ACt2 is connected, and the number of turns in the section is N1s.

本実施の形態に係る一次コイルL1は、中間タップtsが,V1rms/N1a=V2rms/N1s,の関係を充足するように、当該中間タップtsとの接点箇所が設定されている。このため、商用電源ACt1を接続した場合の誘導起電力V2(1)は、二次コイルL2の巻数をN2とすると、V2(1)=(N2/N1a)・V1rms,と表現される。一方、商用電源ACt2を接続した場合の誘導起電力V2(2)は、V2(1)=(N2/N1s)・V2rms,と表現される。従って、双方の場合の誘導起電力は、「V1rms/N1a=V2rms/N1s」の関係を有するところ、共に、同じ電圧値とされる。然るに、平滑回路Sfからの出力電圧Voutは、商用電源ACt1又は商用電源ACt2の何れが接続されても同一の電圧値を出力させることとなる。   In the primary coil L1 according to the present embodiment, the contact point with the intermediate tap ts is set so that the intermediate tap ts satisfies the relationship of V1rms / N1a = V2rms / N1s. Therefore, the induced electromotive force V2 (1) when the commercial power supply ACt1 is connected is expressed as V2 (1) = (N2 / N1a) · V1rms, where N2 is the number of turns of the secondary coil L2. On the other hand, the induced electromotive force V2 (2) when the commercial power source ACt2 is connected is expressed as V2 (1) = (N2 / N1s) · V2rms. Therefore, the induced electromotive force in both cases has a relationship of “V1 rms / N1a = V2 rms / N1s”, and both have the same voltage value. However, the output voltage Vout from the smoothing circuit Sf outputs the same voltage value regardless of whether the commercial power source ACt1 or the commercial power source ACt2 is connected.

故に、後段の車載バッテリBmは、商用電源ACt1又は商用電源ACt2の何れが接続されても、其の接続される電源に関わり無く、同じ電圧値で充電されることとなる。従って、かかる充電装置によると、充電時における詳細な制御、例えば、過充電保護に関する制御の実効が図られることとなる。   Therefore, regardless of whether the commercial power source ACt1 or the commercial power source ACt2 is connected, the in-vehicle battery Bm in the subsequent stage is charged with the same voltage value regardless of the connected power source. Therefore, according to such a charging device, detailed control at the time of charging, for example, control regarding overcharge protection is effective.

上述の如く、本実施の形態に係る車載用充電装置BCS1は、3相交流電源から電力を取得し、各相電圧を全波整流させることで入力電圧に平滑作用を与え、入力側での平滑コンデンサを省略可能とさせ、以って、回路構成の簡素化・装置の低コスト化が図られるという利点を利用するものである。   As described above, the in-vehicle charging device BCS1 according to the present embodiment obtains electric power from the three-phase AC power supply, and applies a smoothing action to the input voltage by full-wave rectifying each phase voltage, thereby smoothing the input side. The advantage is that the capacitor can be omitted, thereby simplifying the circuit configuration and reducing the cost of the device.

そして、このような平滑作用をワン・コンバータ方式の電力変換回路で実現させ、併せて、入力電圧の値に応じてトランスTcの巻線比RNを切換える機能を付加させている。これにより、異なる値の入力電源に対して使用可能な車載用充電装置BCS1は、ワン・コンバータ方式の回路を採用することで、力率改善回路を用いずして高調波を解消させる効果、及び、回路構成を簡素化させる効果、の双方の効果が奏されることとなる。また、当該AC−DCコンバータは、回路構成の簡素化が図られることにより、装置の小型化及び低コスト化に資するものとなる。   Such a smoothing action is realized by a one-converter type power conversion circuit, and a function of switching the winding ratio RN of the transformer Tc according to the value of the input voltage is added. As a result, the in-vehicle charging device BCS1 that can be used for different values of the input power supply adopts a one-converter circuit, thereby eliminating the harmonics without using the power factor correction circuit, and Both effects of simplifying the circuit configuration are exhibited. In addition, the AC-DC converter contributes to downsizing and cost reduction of the device by simplifying the circuit configuration.

また、かかる車載用充電装置にあっては、高調波の発生を解消させているので、プラグイン式電気自動車へ搭載されている車載電装機器・ECU等の安定動作を保障することとなる。   In addition, in such an in-vehicle charging apparatus, since the generation of harmonics is eliminated, stable operation of the in-vehicle electrical equipment / ECU and the like mounted on the plug-in type electric vehicle is ensured.

尚、リレー回路Rylは、其の配線方法が上述した態様に限定されるものでない。例えば、図7(b)に示す如く、ドライブ回路Drのもう一方の電源ラインに入力端子teを接続させ、第1の出力端子t1を中間タップに接続させ、第2の出力端子t2を端点tbに接続させても良い。このような態様でリレー回路Rylを切換制御させても、上述同様の効果が得られる。   Note that the relay circuit Ryl is not limited to the above-described aspect of the wiring method. For example, as shown in FIG. 7B, the input terminal te is connected to the other power supply line of the drive circuit Dr, the first output terminal t1 is connected to the intermediate tap, and the second output terminal t2 is connected to the end point tb. You may connect to. Even if the relay circuit Ryl is controlled to be switched in such a manner, the same effect as described above can be obtained.

また、図8(a)は、切換回路の更なる改変例が示されている。当該切換回路Sc1は、2つのサイリスタ(特許請求の範囲における第2のスイッチング素子)によって構成され、双方のサイリスタのアノード側は入力端子teへ接続される。また、一方のカソード側は第1の出力端子t1へ接続され、他方のカソード側は第2の出力端子t2へ接続される。そして、各々のゲートには、信号処理装置CNT1から駆動信号Sr1及びSr2が送られる。かかる切換回路Sc1は、第1の出力端子t1に接続されるサイリスタを通電状態にさせることで、一次コイルL1での通電区間をta〜tbの全区間に設定する。一方、第2の出力端子t2に接続されるサイリスタを通電状態にさせることで、通電区間をts〜tbの区間に設定する。即ち、同図の切換回路Sc1は、通電状態とさせるサイリスタを選択することで、電力の供給ルートを変更させ、通電区間の設定動作を行なう。   FIG. 8A shows a further modification of the switching circuit. The switching circuit Sc1 is constituted by two thyristors (second switching element in claims), and the anode sides of both thyristors are connected to the input terminal te. One cathode side is connected to the first output terminal t1, and the other cathode side is connected to the second output terminal t2. Then, drive signals Sr1 and Sr2 are sent to each gate from the signal processing device CNT1. The switching circuit Sc1 sets the energization section in the primary coil L1 to all sections ta to tb by energizing the thyristor connected to the first output terminal t1. On the other hand, by setting the thyristor connected to the second output terminal t2 in the energized state, the energized section is set to the section from ts to tb. That is, the switching circuit Sc1 shown in the figure selects the thyristor to be energized, thereby changing the power supply route and performing the energization section setting operation.

ここでの駆動信号Sr1及びSr2は、サイリスタが自己消弧できないため、通電指令(点弧)と遮断指令(消弧)との双方をゲートへ与える必要がある。尚、これらのサイリスタの替わりに、自己消弧可能なスイッチング素子へ置き換えることも可能である。かかるスイッチング素子は、IGBTまたはMOFET等のパワートランジスタが好ましい。また、此処でのスイッチング素子に限らず、本明細書で記される全てのスイッチング素子について、このようなパワートランジスタが使用可能であることは言うまでもない。   Since the drive signals Sr1 and Sr2 here cannot self-extinguish the thyristor, it is necessary to give both an energization command (ignition) and a cut-off command (extinction) to the gate. Note that these thyristors can be replaced with switching elements capable of self-extinguishing. Such a switching element is preferably a power transistor such as IGBT or MOFET. It goes without saying that such power transistors can be used not only for the switching elements here but also for all the switching elements described in this specification.

図8(b)は、切換回路の更なる改変例が示されている。当該切換回路Sc2は、2つのスイッチング素子Ty及びTz(特許請求の範囲における第2のスイッチング素子)によって構成され、スイッチング素子Tyは、出力端子t1へ接続され、通電区間を区間ta〜ts(一部区間)に設定する機能を担う。また、スイッチング素子Tzは、出力端子t2へ接続され、通電区間を区間ta〜tb(全区間)に設定する機能を担う。   FIG. 8B shows a further modification of the switching circuit. The switching circuit Sc2 is configured by two switching elements Ty and Tz (second switching element in the claims), and the switching element Ty is connected to the output terminal t1, and the energization section is divided into sections ta to ts (one It is responsible for the function set in the section). Further, the switching element Tz is connected to the output terminal t2 and has a function of setting the energization section to sections ta to tb (all sections).

従って、切換回路Sc2についても、スイッチング素子Ty又はTzの何れかを選択的に駆動させ、一次電流の通電区間を切換える。また、同図における切換回路Sc2にあっては、選択されたスイッチング素子について、一次電流の通電又は遮断を断続的させる制御が行われる。このスイッチング素子の動作は、信号処理装置CNT1から送られる駆動信号Sr1又はSr2が高周波パルスとされ、これにより実現されるものである。そして、駆動対象としてスイッチング素子Tyが選択される場合、信号処理装置CNT1から駆動信号Sr1が入力され、スイッチング素子Tyは、通電区間ta〜tsについて、断続的な一次電流を発生させる。また、駆動対象としてスイッチング素子Tzが選択される場合、駆動信号Sr2が入力され、スイッチング素子Tzは、通電区間ta〜tbについて、断続的な一次電流を発生させる。   Therefore, the switching circuit Sc2 also selectively drives either the switching element Ty or Tz to switch the energization section of the primary current. Further, in the switching circuit Sc2 in the figure, control for intermittently energizing or interrupting the primary current is performed for the selected switching element. The operation of the switching element is realized by the drive signal Sr1 or Sr2 sent from the signal processing device CNT1 as a high frequency pulse. When the switching element Ty is selected as the driving target, the driving signal Sr1 is input from the signal processing device CNT1, and the switching element Ty generates an intermittent primary current for the energization sections ta to ts. In addition, when the switching element Tz is selected as the driving target, the driving signal Sr2 is input, and the switching element Tz generates an intermittent primary current for the energization sections ta to tb.

即ち、切換回路Sc2は、通電経路を切換える本来的な機能を担うと共に、上述したドライブ回路DrのようなトランスTcを駆動させる機能を併せて備える回路である。このため、切換回路Sc2を有する車載用充電装置BCSは、ドライブ回路を別途設ける必要がないため、回路構成が非常に簡素化される。   That is, the switching circuit Sc2 is a circuit having an original function of switching the energization path and a function of driving the transformer Tc such as the drive circuit Dr described above. For this reason, the vehicle-mounted charging device BCS having the switching circuit Sc2 does not require a separate drive circuit, and thus the circuit configuration is greatly simplified.

図9(a)は、切換回路の更なる変更例が示されている。当該切換回路Rc3は、複数のスイッチング手段Sw1〜Sw4が組み込まれ、1つの入力端子teと複数の出力端子t1〜t4とが設けられている。このうち、スイッチ手段Sw1は入力端子teと出力端子t1との間に介挿され、スイッチ手段Sw2は入力端子teと出力端子t2との間に介挿され、その他のスイッチング手段についても同様な配線が施される。かかる切換回路Rc3は、駆動信号Sr1〜Sr4に応じて、電力の導通経路を複数の種類(te〜t1,te〜t2,te〜t3,te〜t4)に切換えることが可能となる。   FIG. 9A shows a further modification of the switching circuit. The switching circuit Rc3 includes a plurality of switching means Sw1 to Sw4, and is provided with one input terminal te and a plurality of output terminals t1 to t4. Among these, the switch means Sw1 is inserted between the input terminal te and the output terminal t1, the switch means Sw2 is inserted between the input terminal te and the output terminal t2, and the same wiring is also applied to the other switching means. Is given. The switching circuit Rc3 can switch the power conduction path to a plurality of types (te to t1, te to t2, te to t3, te to t4) according to the drive signals Sr1 to Sr4.

トランスTcの一次コイルL1は、中間タップts1〜ts3が設けられ、総じて5箇所の接点箇所を備えている。同図の一次コイルL1は、端点taが第1の出力端子t1に接続され、中間タップts1が第2の出力端子t2に接続され、中間タップts2が第3の出力端子t3に接続され、中間タップts3が第4の出力端子t4に接続され、端点tbがドライブ回路drに接続される。   The primary coil L1 of the transformer Tc is provided with intermediate taps ts1 to ts3, and generally includes five contact points. The primary coil L1 in FIG. 1 has an end point ta connected to the first output terminal t1, an intermediate tap ts1 connected to the second output terminal t2, an intermediate tap ts2 connected to the third output terminal t3, The tap ts3 is connected to the fourth output terminal t4, and the end point tb is connected to the drive circuit dr.

同図における車載用充電装置BCSは、電力供給ルートが切換回路Rc3によって複数のルートに選択され得るので、その電力供給ルートの数に応じて、一次電流の通電区間を複数設定することが可能となる。従って、このような構成を備える車載用充電装置BCSは、2種類に限らず更に多くの種類の商用電源の使用が予定されていても、中間タップts1〜ts3で設定される巻数が其の入力電源の実効値に対応していれば、当該充電装置からの出力電圧Voutを同値とする制御が可能となり、車載バッテリを好適に充電させることが可能となる。   In the in-vehicle charging device BCS in FIG. 6, since the power supply route can be selected from a plurality of routes by the switching circuit Rc3, it is possible to set a plurality of primary current energization sections according to the number of power supply routes. Become. Therefore, the in-vehicle charging device BCS having such a configuration is not limited to two types, and even if more types of commercial power sources are planned to be used, the number of turns set by the intermediate taps ts1 to ts3 is input. If it corresponds to the effective value of the power supply, it becomes possible to control the output voltage Vout from the charging device to have the same value, and it is possible to charge the vehicle-mounted battery suitably.

図9(b)は、切換回路の更なる変更例が示されている。当該切換回路Rc4は、複数の入力端子t1〜t4が設けられ、この入力端子の各々に対応してスイッチ手段Sw1〜Sw4が接続されている。当該スイッチ手段Sw1〜Sw4は、入力端子t1〜t4を介して一次コイルL1の中間タップts1〜ts3,端点tbに適宜に接続される。   FIG. 9B shows a further modification of the switching circuit. The switching circuit Rc4 is provided with a plurality of input terminals t1 to t4, and switch means Sw1 to Sw4 are connected to each of the input terminals. The switch means Sw1 to Sw4 are appropriately connected to the intermediate taps ts1 to ts3 and the end point tb of the primary coil L1 via the input terminals t1 to t4.

かかる構成を具備する車載用充電装置BCSは、図9(a)と同様、3種類以上の異なる入力電源が用いられる各場面において、車載バッテリを好適に充電させることが可能となる。また、図9(b)における切換回路Rc4は、一次電流の通電区間を設定する機能と、トランスTcを駆動させる機能とを並存させているため、車載用充電装置BCSの回路構成を簡素化させ得る。   The in-vehicle charging device BCS having such a configuration can charge the in-vehicle battery in each scene where three or more different input power sources are used, as in FIG. 9A. In addition, the switching circuit Rc4 in FIG. 9B simplifies the circuit configuration of the on-vehicle charging device BCS because the switching circuit Rc4 has a function of setting the primary current supply section and a function of driving the transformer Tc. obtain.

尚、ここで示されるスイッチ手段Sw1〜Sw4は、先にも説明したように、リレー回路のような機構的な装置であっても良く、パワートランジスタ等の半導体素子を用いても良い。また、これら切換回路は、図7(a)及び(b)で説明したように、その接続位置及び配線について適宜変更が成されることを予定している。   Note that the switch means Sw1 to Sw4 shown here may be a mechanical device such as a relay circuit as described above, or may use a semiconductor element such as a power transistor. In addition, as described with reference to FIGS. 7A and 7B, these switching circuits are expected to be appropriately changed in connection positions and wiring.

以下、車載用充電装置BCS1の使用例について具体的に説明する。本実施例では、プラグイン式電気自動車が日本国又は欧州の何れかで使用されることが予定されているものとする。また、プラグイン式電気自動車の充電装置BCS1には、日本で使用する場合、3相のAC200〔V〕によって商用電力が供給され、欧州で使用する場合、3相のAC400〔V〕によって商用電力が供給されるものとする。   Hereinafter, a usage example of the in-vehicle charging device BCS1 will be specifically described. In this embodiment, it is assumed that the plug-in electric vehicle is planned to be used in either Japan or Europe. The plug-in electric vehicle charging device BCS1 is supplied with commercial power by a three-phase AC200 [V] when used in Japan, and by three-phase AC400 [V] when used in Europe. Shall be supplied.

本実施例の場合、トランスTcの一次コイルL1は、コイルの巻数を等分させる接点箇所に、センタータップtgが接続されている。また、一次コイルL1の一端側の接点箇所は端点ta(第1の端点)に導通され、他端側の接点箇所は端点tb(第2の端点)に接続されている。かかるトランスTcは、リレー回路Rylの切換動作に応じて、巻線比RNが100%または50%の何れか一方に切換られる。   In the present embodiment, the center coil tg of the primary coil L1 of the transformer Tc is connected to a contact point that equally divides the number of turns of the coil. Further, the contact point on one end side of the primary coil L1 is electrically connected to the end point ta (first end point), and the contact point on the other end side is connected to the end point tb (second end point). The transformer Tc is switched to either the winding ratio RN of 100% or 50% in accordance with the switching operation of the relay circuit Ryl.

先ず、プラグイン式電気自動車が欧州で使用される場合、車載用充電装置BCS1の入力コネクタtinへは、AC400〔V〕の商用電源プラグが接続される(図10参照)。この場合、図12(a1)に示す如く、商用電源ACt1の印加電圧は、ブリッジ回路Drbによって平滑され、入力電圧Vinを得る。この場合の入力電圧Vinは、約564〔V〕〜490〔V〕の範囲内で変動することとなる。以下、同図における入力電圧Vinの実効値をV1rmsとする。   First, when a plug-in electric vehicle is used in Europe, a commercial power plug of AC 400 [V] is connected to the input connector tin of the in-vehicle charging device BCS1 (see FIG. 10). In this case, as shown in FIG. 12 (a1), the applied voltage of the commercial power supply ACt1 is smoothed by the bridge circuit Drb to obtain the input voltage Vin. In this case, the input voltage Vin varies within a range of about 564 [V] to 490 [V]. Hereinafter, the effective value of the input voltage Vin in FIG.

この場合、信号処理装置CNT1では、ドライブ回路Drを所定のモードで駆動させると共に、AC400〔V〕に係る入力電圧Vinを認識し、リレー回路Rylの通電経路を出力端子t1の方へ切換える。従って、一次コイルL1では、通電区間がta〜tbの全区間に設定され、これにより、トランスTcでは、巻線比RNが50%に設定される。そして、車載用充電装置BCS1は、直流電圧V1rms及び巻線比RN=50%の条件に応じて、出力端子toutから400〔V〕の充電電圧(出力電圧Vout)を出力させる(図12−a2参照)。   In this case, the signal processing device CNT1 drives the drive circuit Dr in a predetermined mode, recognizes the input voltage Vin related to AC400 [V], and switches the energization path of the relay circuit Ryl toward the output terminal t1. Accordingly, in the primary coil L1, the energization section is set to all sections ta to tb, and thereby the winding ratio RN is set to 50% in the transformer Tc. Then, the in-vehicle charging device BCS1 outputs a charging voltage (output voltage Vout) of 400 [V] from the output terminal tout according to the conditions of the DC voltage V1rms and the winding ratio RN = 50% (FIG. 12-a2). reference).

これに対し、プラグイン式電気自動車が日本国で使用される場合、車載用充電装置BCS1の入力コネクタtinへは、AC200〔V〕の商用電源プラグが接続される(図11参照)。この場合、図12(b1)に示す如く、商用電源ACt2の印加電圧は、約282〔V〕〜245〔V〕で変動する入力電圧Vinへと平滑される。以下、同図における入力電圧Vinの実効値をV2rmsとする。   On the other hand, when the plug-in electric vehicle is used in Japan, a commercial power plug of AC 200 [V] is connected to the input connector tin of the in-vehicle charging device BCS1 (see FIG. 11). In this case, as shown in FIG. 12 (b1), the applied voltage of the commercial power supply ACt2 is smoothed to the input voltage Vin that varies between about 282 [V] and 245 [V]. Hereinafter, the effective value of the input voltage Vin in FIG.

この場合、信号処理装置CNT1では、ドライブ回路Drを所定のモードで駆動させると共に、AC200〔V〕に係る入力電圧Vinを認識し、リレー回路Rylの通電経路を出力端子t2の方へ切換える。従って、一次コイルL1では、通電区間が巻線を半分にさせる区間(ts〜tb)に設定され、これにより、トランスTcでは、巻線比RNが100%に設定される。そして、車載用充電装置BCS1は、直流電圧V2rms及び巻線比RN=100%の条件に応じて、充電電圧(出力電圧Vout)を出力させる。かかる充電電圧は、入力電圧Vinの実効値に比例し且つ巻線比RNに反比例するところ、其の出力電圧Voutについても400〔V〕に制御されることとなる(図12−b2参照)。   In this case, the signal processing device CNT1 drives the drive circuit Dr in a predetermined mode, recognizes the input voltage Vin related to AC200 [V], and switches the energization path of the relay circuit Ryl toward the output terminal t2. Accordingly, in the primary coil L1, the energizing section is set to a section (ts to tb) in which the winding is halved, whereby the winding ratio RN is set to 100% in the transformer Tc. The in-vehicle charging device BCS1 outputs a charging voltage (output voltage Vout) according to the conditions of the DC voltage V2rms and the winding ratio RN = 100%. The charging voltage is proportional to the effective value of the input voltage Vin and inversely proportional to the winding ratio RN, and the output voltage Vout is also controlled to 400 [V] (see FIG. 12-b2).

このように、プラグイン式電気自動車が欧州及び日本国の双方で使用される可能性がある場合、トランスTcにセンタータップTgを設けることで、プラグイン式電気自動車をこの何れの国でも充電することが可能となる。   Thus, when there is a possibility that the plug-in electric vehicle is used in both Europe and Japan, the plug-in electric vehicle is charged in any of these countries by providing the center tap Tg in the transformer Tc. It becomes possible.

また、世界各国では3相の交流電力を供給する電力会社が数多く存在するところ、本実施例のように、3相整流ブリッジを配する車載用充電装置BCS1は、各国での使用にあたり、非常に実用性の高いものとなる。   In addition, there are many electric power companies that supply three-phase AC power in various countries around the world. As in this embodiment, the in-vehicle charging device BCS1 with a three-phase rectifier bridge is very useful in each country. It becomes highly practical.

更に、従来技術にあっては、コンデンサ・インプット方式の回路構成を採用する場合、AC400〔V〕及びAC200〔V〕の双方の商用電源を入力できるように設計するためには、入力側の平滑コンデンサをAC400〔V〕に合わせて選択しなければならず、装置の大型化を招き、コストの高騰を招来させていた。   Further, in the case of adopting a capacitor input type circuit configuration in the prior art, in order to design so that commercial power of both AC 400 [V] and AC 200 [V] can be input, smoothing of the input side is required. The capacitor had to be selected according to AC400 [V], leading to an increase in the size of the device and an increase in cost.

これに対し、本実施例に係る車載用充電装置BCS1によると、ワン・コンバータ方式の回路構成の採用により、入力側の平滑コンデンサが省略されることとなる。従って、AC400〔V〕及びAC200〔V〕の双方の商用電源を入力できるように設計する場合であっても、商用電源の電圧値(入力値)に影響されることなく、当該装置の体格を自由に設計することが可能となる。即ち、本実施例に係る車載用充電装置は、かかる技術的側面からも、装置の小型化が可能と成り、コストを低く抑えることが可能となる。また、入力側の平滑コンデンサが省略されるので、高調波の問題が解消され、力率改善回路又はアクティブフィルタ等の複雑な回路構成が不要となる。   On the other hand, according to the in-vehicle charging device BCS1 according to the present embodiment, the smoothing capacitor on the input side is omitted by adopting the one-converter circuit configuration. Therefore, even if it is designed to be able to input both AC400 [V] and AC200 [V] commercial power supplies, the physique of the device is not affected by the commercial power supply voltage value (input value). It becomes possible to design freely. That is, the in-vehicle charging apparatus according to the present embodiment can be downsized from the technical aspect, and the cost can be kept low. Further, since the smoothing capacitor on the input side is omitted, the harmonic problem is solved, and a complicated circuit configuration such as a power factor correction circuit or an active filter becomes unnecessary.

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記された技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、上述した車載用充電装置では、一次コイルL1の巻線数を正確に定めることにより、異なる入力電源に対して同一の充電電圧Voutを得るようにしている。しかし、この一次コイルL1の巻数を厳格に定めなくとも、一方の入力電源から変換される充電電圧Vout1と他方の入力電源から変換される充電電圧Vout2とが所定の範囲まで近づくように制御されれば足りる。但し、このような場合、ドライブ回路Dr等による補完的な制御が必要とされ、これにより、車載用充電装置では、双方の出力電圧Vout1及びVout2を一致させ、商用電源の種類に影響されない充電制御を実現させる。   Although the embodiment according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims. It is. For example, in the on-vehicle charging device described above, the same charging voltage Vout is obtained for different input power sources by accurately determining the number of windings of the primary coil L1. However, even if the number of turns of the primary coil L1 is not strictly determined, the charging voltage Vout1 converted from one input power supply and the charging voltage Vout2 converted from the other input power supply are controlled to approach a predetermined range. It's enough. However, in such a case, complementary control by the drive circuit Dr or the like is required, so that in the in-vehicle charging device, both output voltages Vout1 and Vout2 are made coincident and charging control that is not affected by the type of commercial power supply Is realized.

また、本明細書では、AC−DCコンバータの代表例として車載用充電装置を詳細に説明してきたが、特許請求の範囲に記されるAC−DCコンバータは、当該充電装置に限定されるものでなく、種々の技術分野において適宜形態を変えて広く適用され得るものである。   Moreover, in this specification, although the vehicle-mounted charging device has been described in detail as a representative example of the AC-DC converter, the AC-DC converter described in the claims is limited to the charging device. However, the present invention can be widely applied in various technical fields by appropriately changing the form.

最後に、本発明の旨とするところは、従来技術では回路構成が複雑化されていた課題について、切換可能なトランスをワン・コンバータ方式に適用させ、かかる簡潔な構成にして、高調波又は装置のサイズ等の問題を一挙に解決へ導くところにある。即ち、その技術的思想は、ここで用いられるトランス及びワン・コンバータ方式の回路構成を単に組合せた内容に止まるものでなく、当業者の想定を超える内容に企及する。   Finally, the gist of the present invention is to apply a switchable transformer to the one-converter system to solve the problem that the circuit configuration is complicated in the prior art, and to make such a simple configuration a harmonic or device. It is the place that leads to the solution of the problem of size etc. at once. In other words, the technical idea is not limited to the combination of the transformer and the one-converter circuit configuration used here, but is intended to exceed the assumptions of those skilled in the art.

BCS1,BCS2 車載用充電装置(AC−DCコンバータ)
Dbr 多相ダイオードブリッジ
Tc トランス
L1 一次コイル
L2 二次コイル
Dr ドライブ回路
T1〜T4,T5 第1のスイッチング素子
Rc(Ryl,Sc1,Sc2) 切換回路
Ty,Tz 第2のスイッチング素子
Sf 平滑回路
BCS1, BCS2 On-vehicle charger (AC-DC converter)
Dbr polyphase diode bridge Tc transformer L1 primary coil L2 secondary coil Dr drive circuit T1 to T4, T5 first switching element Rc (Ryl, Sc1, Sc2) switching circuit Ty, Tz second switching element Sf smoothing circuit

Claims (7)

多相交流電圧を整流化させる多相ダイオードブリッジと、異なる3点以上の接点箇所を具備する一次コイル及び当該一次コイルに流れる一次電流の変動に応じて誘導起電力を発生させる二次コイルを具備するトランスと、前記一次電流の通電又は遮断を断続的に制御する第1のスイッチング素子を有し当該第1のスイッチング素子の動作に応じて前記一次電流の電流値を変動させるドライブ回路と、前記3点以上の接点箇所のうち複数の接点箇所に接続され且つ前記複数の接点箇所の何れかを選択的に通電させることにより前記一次電流が前記一次コイルを流れる通電区間を切換える切換回路と、前記誘導起電力を平滑させる平滑回路とを備えることを特徴とするAC−DCコンバータ。   A multi-phase diode bridge that rectifies a multi-phase AC voltage, a primary coil having three or more different contact points, and a secondary coil that generates an induced electromotive force in accordance with fluctuations in the primary current flowing through the primary coil. A drive circuit that has a first switching element that intermittently controls energization or interruption of the primary current, and that varies the current value of the primary current according to the operation of the first switching element, A switching circuit that is connected to a plurality of contact points out of three or more contact points and selectively switches energization of any one of the plurality of contact points, thereby switching an energization section in which the primary current flows through the primary coil; and An AC-DC converter comprising a smoothing circuit for smoothing an induced electromotive force. 多相交流電圧を整流化させる多相ダイオードブリッジと、異なる3点以上の接点箇所を具備する一次コイル及び当該一次コイルに流れる一次電流の変動に応じて誘導起電力を発生させる二次コイルを具備するトランスと、前記3点以上の接点箇所のうち複数の接点箇所に対応して設けられた第2のスイッチング素子を有する切換回路と、前記誘導起電力を平滑させる平滑回路とを備え、
前記切換回路は、
前記第2のスイッチング素子の何れかを選択的に駆動させることにより前記一次電流の通電区間を切換え、且つ、前記第2のスイッチング素子のうち選択的に駆動させるスイッチング素子について前記一次電流の通電又は遮断を断続的に制御することを特徴とするAC−DCコンバータ。
A multi-phase diode bridge that rectifies a multi-phase AC voltage, a primary coil having three or more different contact points, and a secondary coil that generates an induced electromotive force in accordance with fluctuations in the primary current flowing through the primary coil. A transformer, a switching circuit having a second switching element provided corresponding to a plurality of contact points among the three or more contact points, and a smoothing circuit for smoothing the induced electromotive force,
The switching circuit is
By selectively driving any one of the second switching elements, the energization section of the primary current is switched, and the primary current is applied to the switching elements that are selectively driven among the second switching elements. An AC-DC converter characterized by intermittently controlling interruption.
前記切換回路は、実効値の高い第1の多相交流電圧が入力された場面で前記通電区間を長く設定し、実効値の低い第2の多相交流電圧が入力された場面で前記通電区間を短く設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のAC−DCコンバータ。   The switching circuit sets the energization section long in a scene where a first multiphase AC voltage having a high effective value is input, and the energization section in a scene where a second multiphase AC voltage having a low effective value is input. The AC-DC converter according to claim 1, wherein the AC-DC converter is set to be short. 前記第1の多相交流電圧の実効値をV1rmsとし、前記第2の多相交流電圧の実効値をV2rmsとし、前記切換回路によって前記第1の多相交流電圧のために設定された第1の通電区間に巻回される前記一次コイルの巻数をN1aとし、前記切換回路によって前記第2の多相交流電圧のために設定された第2の通電区間に巻回される前記一次コイルの巻数をN1sとすると、
これらの値は、V1rms/N1a=V2rms/N1s,の関係を充足することを特徴とする請求項3に記載のAC−DCコンバータ。
The effective value of the first multiphase AC voltage is V1rms, the effective value of the second multiphase AC voltage is V2rms, and the first multiphase AC voltage is set for the first multiphase AC voltage by the switching circuit. N1a is the number of turns of the primary coil wound in the current-carrying section, and the number of turns of the primary coil that is wound in the second current-carrying section set for the second multiphase AC voltage by the switching circuit. Is N1s,
The AC-DC converter according to claim 3, wherein these values satisfy a relationship of V1rms / N1a = V2rms / N1s.
前記第1の多相交流電圧の実効値が前記第2の多相交流電圧の実効値の約2倍とされる関係が予定される場合において、
前記トランスの一次コイルは、一端の接点箇所に導通される第1の端点と、他端の接点箇所に導通される第2の端点と、前記第1の端点から前記第2の端点までの巻線を等分させる接点箇所に導通されるセンタータップとを有することを特徴とする請求項3に記載のAC−DCコンバータ。
In a case where a relationship is assumed in which the effective value of the first multiphase AC voltage is approximately twice the effective value of the second multiphase AC voltage,
The primary coil of the transformer includes a first end point connected to a contact point at one end, a second end point connected to a contact point at the other end, and a winding from the first end point to the second end point. The AC-DC converter according to claim 3, further comprising a center tap that is electrically connected to a contact point that equally divides the line.
商用電力の入力が可能なプラグイン式電気自動車に搭載され、前記商用電力に基づいて車載バッテリを充電する車載用充電装置として用いられることを特徴とする請求項1乃至請求項5に記載のAC−DCコンバータ。   6. The AC according to claim 1, wherein the AC is mounted on a plug-in electric vehicle capable of inputting commercial power, and is used as a vehicle-mounted charging device that charges a vehicle-mounted battery based on the commercial power. DC converter. 前記商用電力は3相交流電源から供給されることを特徴とする請求項6に記載のAC−DCコンバータ。   The AC-DC converter according to claim 6, wherein the commercial power is supplied from a three-phase AC power source.
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