JP2012157118A - Power conversion apparatus - Google Patents

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Takeshi Ariyoshi
剛 有吉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion apparatus that can prevent supply of overvoltage to load while supplying power ensuing insulation between a power supply and the load.SOLUTION: A power conversion apparatus 101 includes: a voltage division circuit 11 for dividing input voltage to generate divided voltages; a voltage boost circuit 12 for converting one divided voltage to first DC voltage; a voltage boost circuit 13 for converting the other divided voltage to second DC voltage; and a power transmitting insulation circuit 14 for supplying the first and second DC voltages to load 202. The power transmitting insulation circuit 14 includes: a capacitor C5; an input switch section 21 including switch elements Q3, Q4 and supplying the first DC voltage to the capacitor C5; an input switch section 22 including switch elements Q5, Q6 and supplying the second DC voltage to the capacitor C5; and an output switch section 23 including switch elements Q7, Q8 and outputting power stored in the capacitor C5.

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に出力電圧調整機能を有する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device having an output voltage adjustment function.

一般家庭の交流電力を用いて電気自動車(EV:Electric Vehicle)およびプラグイン方式のハイブリッドカー(HV:Hybrid Vehicle)等の駆動用の主電池を充電するための電力変換装置が開発されている。   2. Description of the Related Art Power converters for charging driving main batteries such as electric vehicles (EV) and plug-in hybrid vehicles (HV) using ordinary household AC power have been developed.

すなわち、電気自動車およびプラグイン方式のハイブリッドカーの特長の一つは、家庭用コンセント等の外部電源を用いて主電池である車載バッテリを充電できることである。そして、AC100VまたはAC200Vの家庭用コンセントを用いて車載バッテリを充電するには、交流電圧(AC)をバッテリ用の直流電圧(DC)に変換するためのAC/DCコンバータが必要となる。   That is, one of the features of an electric vehicle and a plug-in hybrid car is that an in-vehicle battery as a main battery can be charged using an external power source such as a household outlet. In order to charge a vehicle-mounted battery using an AC outlet of 100 V AC or 200 V AC, an AC / DC converter for converting AC voltage (AC) into DC voltage (DC) for the battery is required.

下記特許文献1には、スイッチングによりデューティ比を変えることで、出力する直流電圧の昇圧が可能なAC/DCコンバータが開示されている。当該AC/DCコンバータによれば、昇圧回路において、AC入力に対して全波整流を行った後、スイッチングによる昇圧チョッパ制御によってリアクトルに蓄積されたエネルギーの放出をオンオフすることで、昇圧されたDC出力を得る。また、このオンオフの制御により、リアクトルに流れる電流の波形を入力電圧の波形と相似形となるように制御すれば、当該AC/DCコンバータの電力変換時における力率の改善を行うことができる。   Patent Document 1 below discloses an AC / DC converter capable of boosting a DC voltage to be output by changing a duty ratio by switching. According to the AC / DC converter, after full-wave rectification is performed on the AC input in the booster circuit, the boosted chopper control by switching is used to turn on and off the release of energy stored in the reactor, thereby boosting the DC Get the output. Further, if the waveform of the current flowing through the reactor is controlled to be similar to the waveform of the input voltage by this on / off control, the power factor at the time of power conversion of the AC / DC converter can be improved.

また、下記特許文献2には、AC/DCコンバータに用いられる電源装置用絶縁回路が開示されている。当該電源装置用絶縁回路は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、上記整流回路から供給される直流電流に残存する脈流成分を低減する第1のコンデンサと、上記第1のコンデンサから供給される直流電流のプラス側およびマイナス側を同時に開閉する第1のスイッチ回路と、上記第1のスイッチ回路から供給される電流を蓄積する第2のコンデンサと、上記第2のコンデンサから供給される直流電流のプラス側およびマイナス側を同時に開閉する第2のスイッチ回路と、上記第2のスイッチ回路から供給される電流を保持するとともに負荷側に放出する第3のコンデンサとを備える。また、オンとなる時間がオフとなる時間よりも短く設定された方形波によって構成されるコントロール信号φ1、および上記コントロール信号φ1と相補的にオンするとともにオフ時間がオフ時間よりも短く設定されたコントロール信号φ2を生成するゲートコントロール回路を備える。上記コントロール信号φ1により上記第1のスイッチ回路の開閉を行い、上記コントロール信号φ2により上記第2のスイッチ回路の開閉を行なう。このような構成により、大きな容積を占める電源トランスを使用することなく交流電圧を直流電圧に変換し、かつ交流電源側と負荷側とを電気的に絶縁することができる。   Patent Document 2 below discloses an insulating circuit for a power supply device used for an AC / DC converter. The insulation circuit for a power supply device includes a rectifier circuit that converts an AC voltage into a DC voltage, a first capacitor that reduces a pulsating current component remaining in a DC current supplied from the rectifier circuit, and the first capacitor. A first switch circuit that simultaneously opens and closes a positive side and a negative side of a supplied direct current, a second capacitor that accumulates a current supplied from the first switch circuit, and a second capacitor that is supplied from the second capacitor A second switch circuit that simultaneously opens and closes the positive side and the negative side of the direct current, and a third capacitor that holds the current supplied from the second switch circuit and discharges it to the load side. Further, the control signal φ1 constituted by a square wave set to be shorter than the time to turn off, and the control signal φ1 are turned on complementarily and the off time is set to be shorter than the off time. A gate control circuit for generating the control signal φ2 is provided. The first switch circuit is opened and closed by the control signal φ1, and the second switch circuit is opened and closed by the control signal φ2. With such a configuration, an AC voltage can be converted to a DC voltage without using a power transformer that occupies a large volume, and the AC power supply side and the load side can be electrically insulated.

特開平10−304670号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-304670 特許第3595329号公報Japanese Patent No. 3595329

上記特許文献1に開示されたAC/DCコンバータでは、入力された交流電圧を昇圧チョッパ回路によって昇圧し、昇圧された直流電圧として負荷に出力する。よって、この直流電圧は入力された交流電圧のピーク電圧より高い値となり、交流電圧の大きさによっては、負荷に大きすぎる電圧が印加されてしまうことがあった。   In the AC / DC converter disclosed in Patent Document 1, an input AC voltage is boosted by a boost chopper circuit and output as a boosted DC voltage to a load. Therefore, this DC voltage has a value higher than the peak voltage of the input AC voltage, and depending on the AC voltage, an excessively large voltage may be applied to the load.

また、上記特許文献2に開示された電源装置用絶縁回路を用いれば、電源側と負荷側との絶縁を行いつつ、電源側から負荷側へ直流電力の伝送を行うことができる。しかし、当該電源装置用絶縁回路によって昇圧回路が昇圧した直流電力を伝達したとしても、電源側の電圧と負荷側の電圧とは同じ電圧値となるので、昇圧回路が大きすぎる電圧を出力した場合は、負荷に大きすぎる電圧が印加されてしまう。   Further, by using the power supply device isolation circuit disclosed in Patent Document 2, it is possible to transmit DC power from the power supply side to the load side while insulating the power supply side from the load side. However, even if the DC power boosted by the booster circuit is transmitted by the power supply device isolation circuit, the voltage on the power supply side and the voltage on the load side have the same voltage value, so the booster circuit outputs a voltage that is too large In other words, a voltage that is too large is applied to the load.

本発明は、かかる事情に鑑みて成されたものであり、電力入力側と負荷との絶縁を確保しながら負荷に直流電力の供給を行いつつ、負荷に高すぎる電圧が供給されることを防ぐことが可能な電力変換装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and while supplying DC power to the load while ensuring insulation between the power input side and the load, it is possible to prevent an excessively high voltage from being supplied to the load. An object of the present invention is to obtain a power conversion device that can handle the above.

本発明の第1の態様に係る電力変換装置は、入力電力を直流電力に変換して負荷に供給するための電力変換装置であって、入力電圧を分圧して第1の分圧電圧および第2の分圧電圧を生成する分圧回路と、前記第1の分圧電圧を第1の直流電圧に変換する第1変換部と、前記第2の分圧電圧を第2の直流電圧に変換する第2変換部と、前記第1変換部および前記第2変換部と、前記負荷とを絶縁しながら、前記第1の直流電圧および前記第2の直流電圧を前記負荷に供給する電力伝達用絶縁回路と、を備え、前記電力伝達用絶縁回路は、第1端および第2端を有する蓄電素子と、前記第1変換部と前記蓄電素子の第1端との間に接続された第1のスイッチ素子、および前記第1変換部と前記蓄電素子の第2端との間に接続された第2のスイッチ素子を含み、前記第1の直流電圧を前記蓄電素子に供給するための第1入力スイッチ部と、前記第2変換部と前記蓄電素子の第1端との間に接続された第3のスイッチ素子、および前記第2変換部と前記蓄電素子の第2端との間に接続された第4のスイッチ素子を含み、前記第2の直流電圧を前記蓄電素子に供給するための第2入力スイッチ部と、前記蓄電素子の第1端と前記負荷との間に接続された第5のスイッチ素子、および前記蓄電素子の第2端と前記負荷との間に接続された第6のスイッチ素子を含み、前記蓄電素子に蓄えられた電力を前記負荷に供給するための出力スイッチ部と、を含むことを特徴とする。   A power conversion device according to a first aspect of the present invention is a power conversion device for converting input power to DC power and supplying the load to a load, and divides the input voltage to provide the first divided voltage and the first voltage. A voltage dividing circuit for generating a divided voltage of 2; a first converter for converting the first divided voltage into a first DC voltage; and converting the second divided voltage into a second DC voltage. The second converter, the first converter and the second converter, and the load, while supplying the first DC voltage and the second DC voltage to the load while insulating the load An insulating circuit, wherein the power transmission insulating circuit is connected between a power storage element having a first end and a second end, and between the first conversion unit and a first end of the power storage element. And a second switch connected between the first converter and the second end of the power storage element. And a third switch connected between the second conversion unit and the first end of the power storage device, the device including a first power supply switch for supplying the first DC voltage to the power storage device And a second input switch for supplying the second DC voltage to the power storage element, including a fourth switch element connected between the second conversion unit and the second end of the power storage element. A fifth switch element connected between the first end of the power storage element and the load, and a sixth switch element connected between the second end of the power storage element and the load And an output switch unit for supplying electric power stored in the power storage element to the load.

第1の態様に係る電力変換装置によれば、分圧回路が入力電圧を分圧し、第1の分圧電圧と第2の分圧電圧とを生成する。第1変換部は第1の分圧電圧を第1の直流電圧に変換する。第2変換部は第2の分圧電圧を第2の直流電圧に変換する。電力伝達用絶縁回路においては、第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子は、双方がオンオフすることで第1の直流電圧によって蓄電素子に電力を供給するか、第1変換部と蓄電素子とを絶縁するかを切り替える。また、第3のスイッチ素子および第4のスイッチ素子は、双方がオンオフすることで第2の直流電圧によって蓄電素子に電力を供給するか、第2変換部と蓄電素子とを絶縁するかを切り替える。そして、第5のスイッチ素子および第6のスイッチ素子は、双方がオンオフすることで蓄電素子に蓄えられた電力を負荷に供給するか、蓄電素子と負荷とを絶縁するかを切り替える。つまり、第1変換部の出力および第2変換部の出力を絶縁しながら第1の直流電圧と第2の直流電圧とを共通の蓄電素子に印加することにより、電力を蓄えることができる。よって、蓄電素子から負荷に出力される電圧は分圧回路が分圧した分圧電圧に基づいているため、入力電圧を分圧しない回路に比べ低い電圧となる。したがって、入力電圧が高い場合であっても、負荷に高すぎる電圧が印加されるのを防ぐことが可能となる。さらに、入力電圧を分圧することで、第1変換部、第2変換部、および電力伝達用絶縁回路に印加される電圧が低くなるので、入力電圧の分圧を行わない電力変換装置に比べ装置に用いられる素子に必要な耐圧性能を低くすることができる。   According to the power conversion device of the first aspect, the voltage dividing circuit divides the input voltage, and generates the first divided voltage and the second divided voltage. The first converter converts the first divided voltage into a first DC voltage. The second converter converts the second divided voltage into a second DC voltage. In the power transmission insulating circuit, the first switch element and the second switch element are both turned on and off to supply power to the power storage element by the first DC voltage, or the first conversion unit, the power storage element, Switch between insulating. In addition, the third switch element and the fourth switch element are switched on or off to switch between supplying power to the power storage element with the second DC voltage or insulating the second conversion unit and the power storage element. . Then, the fifth switch element and the sixth switch element are switched on or off to supply power stored in the power storage element to the load or to insulate the power storage element from the load. That is, electric power can be stored by applying the first DC voltage and the second DC voltage to the common power storage element while insulating the output of the first converter and the output of the second converter. Therefore, since the voltage output from the power storage element to the load is based on the divided voltage divided by the voltage dividing circuit, the voltage is lower than that of the circuit that does not divide the input voltage. Therefore, even when the input voltage is high, it is possible to prevent an excessively high voltage from being applied to the load. Furthermore, by dividing the input voltage, the voltage applied to the first conversion unit, the second conversion unit, and the power transmission insulating circuit is reduced, so that the apparatus is compared with a power conversion device that does not perform voltage division of the input voltage. The breakdown voltage performance required for the element used in the above can be lowered.

第2の態様に係る電力変換装置によれば、第1の態様に係る電力変換装置において特に、前記電力伝達用絶縁回路は、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオンであり、かつ前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の双方がオフである状態とした後、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の双方がオンである状態とする第1スイッチ動作と、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオンであり、かつ前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の双方がオフである状態とした後、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の双方がオンである状態とする第2スイッチ動作と、を選択的に行うことを特徴とする。   According to the power conversion device according to the second aspect, particularly in the power conversion device according to the first aspect, in the power transmission insulating circuit, both the first switch element and the second switch element are on. And both the third switch element and the fourth switch element are turned off, and both the fifth switch element and the sixth switch element are turned off, Both the first switch element and the second switch element are off, and both the third switch element and the fourth switch element are off, and the fifth switch element and the second switch element are off. A first switch operation in which both of the six switch elements are turned on; both the first switch element and the second switch element are turned off; and After both the switch element and the fourth switch element are on and both the fifth switch element and the sixth switch element are off, the first switch element and the fourth switch element 2 switch elements are both off, both the third switch element and the fourth switch element are off, and both the fifth switch element and the sixth switch element are on. And a second switch operation for bringing the state into a state is selectively performed.

第2の態様に係る電力変換装置によれば、電力伝達用絶縁回路は、第1スイッチ動作を行うことで、第1変換部と負荷との間を絶縁しながら、第1変換部から入力された電力を負荷に供給することができる。また、第2スイッチ動作を行うことで、第2変換部と負荷との間を絶縁しながら、第2変換部から入力された電力を負荷に供給することができる。そして、第1スイッチ動作と第2スイッチ動作とを選択的に行うことで、第1変換部の出力側と第2変換部の出力側との短絡を防ぎ、第1変換部または第2変換部に電流が逆流するなどの誤作動を防ぐことが可能である。   According to the power conversion device of the second aspect, the power transmission insulating circuit is input from the first conversion unit while performing the first switch operation while insulating the first conversion unit and the load. Power can be supplied to the load. Further, by performing the second switch operation, the power input from the second conversion unit can be supplied to the load while insulating the second conversion unit and the load. Then, by selectively performing the first switch operation and the second switch operation, a short circuit between the output side of the first conversion unit and the output side of the second conversion unit is prevented, and the first conversion unit or the second conversion unit It is possible to prevent malfunction such as reverse current flow.

本発明の第3の態様に係る電力変換装置は、第2の態様に係る電力変換装置において特に、前記電力伝達用絶縁回路は、前記第1スイッチ動作と前記第2スイッチ動作とを交互に行うことを特徴とする。   The power conversion device according to a third aspect of the present invention is the power conversion device according to the second aspect, in particular, the power transmission insulating circuit alternately performs the first switch operation and the second switch operation. It is characterized by that.

第3の態様に係る電力変換装置によれば、第1スイッチ動作と第2スイッチ動作とを交互に行うことで、第1変換部が出力した直流電圧を負荷に出力する動作と第2変換部が出力した直流電圧を負荷に出力する動作とを早い周期で切り替えることができる。よって、各スイッチ素子のスイッチング周波数を高くすることができ、当該装置に用いられる蓄電素子に蓄える電力量が小さくて済む。したがって、電気容量の小さな蓄電素子を用いることで、当該装置の小型化および低コスト化が可能である。   According to the power conversion device according to the third aspect, by alternately performing the first switch operation and the second switch operation, the operation of outputting the DC voltage output by the first converter to the load and the second converter It is possible to switch the operation of outputting the direct current voltage output to the load at an early cycle. Therefore, the switching frequency of each switch element can be increased, and the amount of power stored in the power storage element used in the device can be small. Therefore, by using a power storage element having a small electric capacity, the device can be reduced in size and cost.

本発明の第4の態様に係る電力変換装置は、第1から第3のいずれか一つの態様に係る電力変換装置において特に、前記第1変換部は、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオンである期間に、前記第1の直流電圧を前記第1入力スイッチ部に出力し、前記第2変換部は、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオンである期間に、前記第2の直流電圧を前記第2入力スイッチ部に出力することを特徴とする。   The power conversion device according to a fourth aspect of the present invention is the power conversion device according to any one of the first to third aspects, in particular, the first conversion unit includes the first switch element and the second switch element. The first DC voltage is output to the first input switch unit during a period in which both of the switch elements are on, and the second conversion unit is configured to output the third switch element and the fourth switch element. The second DC voltage is output to the second input switch section while both are on.

第4の態様に係る電力変換装置によれば、第1変換部が第1の直流電圧を出力するときは、第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子はオンであるので、電力伝達用絶縁回路へ第1変換部が出力する電力を蓄える蓄電素子などを用いなくても負荷に電力を供給することができる。また、電力伝達用絶縁回路へ第1変換部が出力する電力を蓄える蓄電素子を用いる場合にも、大きな電気容量の蓄電素子を必要としない。第2変換部が第2の直流電圧を出力するときは、第3のスイッチ素子および第4のスイッチ素子はオンであるので、電力伝達用絶縁回路へ第2変換部が出力する電力を蓄える蓄電素子などを用いなくても負荷に電力を供給することができる。また、電力伝達用絶縁回路へ第2変換部が出力する電力を蓄える蓄電素子を用いる場合にも、大きな電気容量の蓄電素子を必要としない。したがって、電気容量の小さな蓄電素子を用いることで、当該装置の小型化および低コスト化が可能である。   According to the power converter of the fourth aspect, when the first converter outputs the first DC voltage, the first switch element and the second switch element are on, so that the power transmission insulation Electric power can be supplied to the load without using a power storage element that stores electric power output from the first converter to the circuit. Also, when a power storage element that stores the power output from the first converter is used in the power transmission insulating circuit, a power storage element having a large electric capacity is not required. When the second converter outputs the second DC voltage, since the third switch element and the fourth switch element are on, the power storage that stores the power output by the second converter to the power transmission insulating circuit Electric power can be supplied to the load without using an element or the like. Also, when a power storage element that stores the power output from the second conversion unit is used in the power transmission insulating circuit, a power storage element having a large electric capacity is not required. Therefore, by using a power storage element having a small electric capacity, the device can be reduced in size and cost.

本発明の第5の態様に係る電力変換装置は、第1から第4のいずれか一つの態様に係る電力変換装置において特に、前記第1変換部および第2変換部はそれぞれ、前記分圧回路が生成する電圧が印加されるリアクトルと、オンすることで前記リアクトルに流れる電流が前記電力伝達用絶縁回路に供給されないように流れ、オフすることで前記リアクトルに流れる電流が前記電力伝達用絶縁回路に供給されるように流れ、オンからオフに切り替わることで前記リアクトルに誘導電圧を発生させる変換スイッチ素子と、を含み、前記第1変換部が含む前記リアクトルに発生した前記誘導電圧を前記第1の直流電圧とし、前記第2変換部が含む前記リアクトルに発生した前記誘導電圧を前記第2の直流電圧とし、前記第1変換部および前記第2変換部の一方において前記変換スイッチ素子がオフのとき、他方の前記変換スイッチ素子はオンとなることを特徴とする。   The power conversion device according to a fifth aspect of the present invention is the power conversion device according to any one of the first to fourth aspects, in particular, the first conversion unit and the second conversion unit are each the voltage dividing circuit A reactor to which the voltage generated is applied, and a current that flows through the reactor when it is turned on flows so as not to be supplied to the power transmission insulating circuit, and a current that flows through the reactor when it is turned off is the power transmission insulating circuit And a conversion switch element that generates an induced voltage in the reactor by switching from on to off, and the induced voltage generated in the reactor included in the first converter is the first And the induced voltage generated in the reactor included in the second converter is the second DC voltage, and the first converter and the second converter It said conversion switching element at one is off, the other of said conversion switching element is characterized in that turned on.

第5の態様に係る電力変換装置によれば、第1変換部および第2変換部は、変換スイッチ素子のオンとオフとを切り替えることで、リアクトルに誘導電圧を発生させ、当該誘導電圧に基づいた電圧を、第1の直流電圧または第2の直流電圧として出力することができる。そして、第1変換部と第2変換部とが有する変換スイッチ素子は、一方がオンのとき他方がオフとなるため、同時にオンとはならない。よって、第1変換部と第2変換部とには、リアクトルに誘導電圧を発生させるための電流が増加する時期がずれるので、当該電力変換装置に入力される電流の脈動成分が大きくなるのを抑制することができ、当該電力変換装置で発生する損失を低減し、かつ力率を改善することが可能となる。   According to the power conversion device according to the fifth aspect, the first conversion unit and the second conversion unit generate an induced voltage in the reactor by switching the conversion switch element on and off, and based on the induced voltage. Can be output as the first DC voltage or the second DC voltage. The conversion switch elements included in the first conversion unit and the second conversion unit are not turned on at the same time because one of them is turned off when the other is turned on. Therefore, since the time for increasing the current for generating the induced voltage in the reactor is shifted between the first conversion unit and the second conversion unit, the pulsation component of the current input to the power conversion device is increased. It is possible to suppress the loss that occurs in the power converter, and to improve the power factor.

本発明によれば、電源と負荷との絶縁を確保しながら負荷に直流電力の供給を行いつつ、負荷に高すぎる電圧が供給されることを防ぐことが可能な電力変換装置を得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device which can prevent supplying too high voltage to a load can be obtained, supplying DC power to a load, ensuring the insulation of a power supply and load. .

本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed schematically the structure of the power converter device which concerns on embodiment of this invention. 分圧回路と各昇圧回路とに入力される電流および電圧の向きを表した図である。It is a figure showing the direction of the electric current and voltage input into a voltage dividing circuit and each booster circuit. 各スイッチ素子の状態と各昇圧回路の動作との関係を示したタイムチャートである。3 is a time chart showing the relationship between the state of each switch element and the operation of each booster circuit. 各入力スイッチ部の動作を交互に行わない例を示したタイムチャートである。It is the time chart which showed the example which does not perform operation | movement of each input switch part alternately. 各スイッチ素子の状態と各昇圧回路の動作との関係の変形例を示したタイムチャートである。10 is a time chart showing a modification of the relationship between the state of each switch element and the operation of each booster circuit. 本発明の変形例に係る電力変換装置の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the structure of the power converter device which concerns on the modification of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一または相応する要素を示すものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the element which attached | subjected the same code | symbol in different drawing shall show the same or corresponding element.

図1は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置101の構成を概略的に示した図である。電力変換装置101は、整流回路10、分圧回路11、昇圧回路12,13、電力伝達用絶縁回路14、およびキャパシタC3,C4,C6を備える。分圧回路11は、キャパシタC1、およびキャパシタC2を含む。昇圧回路12は、巻線L1、スイッチ素子Q1、およびダイオードD1を含む。昇圧回路13は、巻線L2、スイッチ素子Q2、およびダイオードD2を含む。電力伝達用絶縁回路14は、入力スイッチ部21,22、出力スイッチ部23、およびキャパシタC5を含む。入力スイッチ部21は、スイッチ素子Q3,Q4、およびダイオードD3,D4を含む。入力スイッチ部22は、スイッチ素子Q5,Q6、およびダイオードD5,D6を含む。出力スイッチ部23は、スイッチ素子Q7,Q8、およびダイオードD7,D8を含む。スイッチ素子Q1〜Q8は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a power conversion device 101 according to an embodiment of the present invention. The power conversion device 101 includes a rectifier circuit 10, a voltage divider circuit 11, booster circuits 12 and 13, a power transmission insulating circuit 14, and capacitors C3, C4, and C6. The voltage dividing circuit 11 includes a capacitor C1 and a capacitor C2. Boost circuit 12 includes winding L1, switching element Q1, and diode D1. Booster circuit 13 includes winding L2, switching element Q2, and diode D2. The power transmission insulating circuit 14 includes input switch units 21 and 22, an output switch unit 23, and a capacitor C5. Input switch unit 21 includes switch elements Q3 and Q4 and diodes D3 and D4. Input switch unit 22 includes switch elements Q5 and Q6 and diodes D5 and D6. Output switch unit 23 includes switch elements Q7 and Q8 and diodes D7 and D8. The switch elements Q1 to Q8 are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).

電力変換装置101は、交流電源201から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷202に供給する。負荷202は、例えば、EVおよびプラグイン方式のHV等の駆動用のバッテリである。   The power conversion device 101 converts AC power supplied from the AC power source 201 into DC power and supplies the DC power to the load 202. The load 202 is a battery for driving such as EV and plug-in type HV, for example.

整流回路10は、例えば、ダイオードブリッジを含み、交流電源201から受けた交流電力を全波整流して分圧回路11へ出力する。   The rectifier circuit 10 includes, for example, a diode bridge, and full-wave rectifies the AC power received from the AC power supply 201 and outputs it to the voltage divider circuit 11.

図2は、分圧回路11と昇圧回路12,13とに入力される電流および電圧の向きを表した図である。分圧回路11は、整流回路10が整流した入力電圧V0を受け、直列に接続されたキャパシタC1とキャパシタC2とに電力を蓄積させつつ、入力電圧をキャパシタC1の両端電圧V1とキャパシタC2の両端電圧V2とに分圧する。整流回路10から出力された電流I0は、巻線L1に流れる電流I1と、巻線L2に流れる電流I2とに分かれて昇圧回路12,13に流れる。   FIG. 2 is a diagram showing the directions of current and voltage input to the voltage dividing circuit 11 and the boosting circuits 12 and 13. The voltage divider circuit 11 receives the input voltage V0 rectified by the rectifier circuit 10 and accumulates electric power in the capacitor C1 and the capacitor C2 connected in series, while the input voltage is changed between the voltage V1 across the capacitor C1 and the voltage across the capacitor C2. The voltage is divided to the voltage V2. The current I0 output from the rectifier circuit 10 is divided into a current I1 flowing through the winding L1 and a current I2 flowing through the winding L2, and flows into the booster circuits 12 and 13.

分圧回路11によって分圧された電圧を直流電圧に変換する変換部である昇圧回路12および昇圧回路13は、いわゆる昇圧チョッパ回路である。巻線L1は、キャパシタC1の第1端とスイッチ素子Q1のコレクタの間に接続される。スイッチ素子Q1は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、巻線L1、およびダイオードD1を介してキャパシタC3の第1端に接続されたコレクタと、キャパシタC1の第2端およびキャパシタC3の第2端に接続されたエミッタとを有する。   The booster circuit 12 and the booster circuit 13 which are conversion units that convert the voltage divided by the voltage divider circuit 11 into a DC voltage are so-called boost chopper circuits. Winding L1 is connected between the first end of capacitor C1 and the collector of switch element Q1. Switch element Q1 includes a gate that receives a control signal from control unit 15, a collector connected to the first end of capacitor C3 via winding L1 and diode D1, a second end of capacitor C1, and a capacitor C3. And an emitter connected to the second end.

そして、昇圧回路12は、制御部15からの制御信号を受け、スイッチ素子Q1がオンである状態とオフである状態とを切り替えることで、キャパシタC1の両端電圧V1に基づいた昇圧を行い、電力伝達用絶縁回路14の入力スイッチ部21およびキャパシタC3に昇圧された電圧を出力する。このとき、ダイオードD1は、電流がキャパシタC3から巻線L1に逆流することを防ぐ。   Then, the booster circuit 12 receives the control signal from the control unit 15 and performs a boost based on the voltage V1 across the capacitor C1 by switching between a state in which the switch element Q1 is on and a state in which the switch element Q1 is off. The boosted voltage is output to the input switch section 21 and the capacitor C3 of the transmission insulating circuit 14. At this time, the diode D1 prevents a current from flowing backward from the capacitor C3 to the winding L1.

また、巻線L2は、キャパシタC2の第1端とスイッチ素子Q2のコレクタの間に接続される。スイッチ素子Q2は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、巻線L2、およびダイオードD2を介してキャパシタC4の第1端に接続されたコレクタと、キャパシタC2の第2端およびキャパシタC4の第2端に接続されたエミッタとを有する。   The winding L2 is connected between the first end of the capacitor C2 and the collector of the switch element Q2. Switch element Q2 includes a gate that receives a control signal from control unit 15, a collector connected to a first end of capacitor C4 via winding L2 and diode D2, a second end of capacitor C2, and a capacitor C4. And an emitter connected to the second end.

昇圧回路13は、制御部15からの制御信号を受け、スイッチ素子Q2がオンである状態とオフである状態とを切り替えることで、キャパシタC2の両端電圧V2に基づいた昇圧を行い、電力伝達用絶縁回路14の入力スイッチ部22およびキャパシタC4に昇圧された電圧を出力する。このとき、ダイオードD2は、電流がキャパシタC4から巻線L2に逆流することを防ぐ。   The booster circuit 13 receives a control signal from the control unit 15 and switches between a state in which the switch element Q2 is turned on and a state in which the switch element Q2 is turned off, thereby boosting the voltage based on the voltage V2 across the capacitor C2 and The boosted voltage is output to the input switch unit 22 and the capacitor C4 of the insulating circuit 14. At this time, the diode D2 prevents the current from flowing backward from the capacitor C4 to the winding L2.

入力スイッチ部21は、スイッチ素子Q3とスイッチ素子Q4とによって昇圧回路12が昇圧した電圧を受ける。スイッチ素子Q3は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、昇圧回路12に接続されるコレクタと、キャパシタC5の第1端に接続されるエミッタとを有している。ダイオードD3は、スイッチ素子Q3と並列に接続されており、ダイオードD3のアノードはスイッチ素子Q3のエミッタに接続され、ダイオードD3のカソードはスイッチ素子Q3のコレクタに接続される。スイッチ素子Q4は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、キャパシタC5の第2端に接続されるコレクタと、昇圧回路12に接続されるエミッタとを有している。ダイオードD4は、スイッチ素子Q4と並列に接続されており、ダイオードD4のアノードはスイッチ素子Q4のエミッタに接続され、ダイオードD4のカソードはスイッチ素子Q4のコレクタに接続される。   Input switch unit 21 receives a voltage boosted by booster circuit 12 by switch element Q3 and switch element Q4. Switch element Q3 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to booster circuit 12, and an emitter connected to the first end of capacitor C5. The diode D3 is connected in parallel with the switch element Q3, the anode of the diode D3 is connected to the emitter of the switch element Q3, and the cathode of the diode D3 is connected to the collector of the switch element Q3. Switch element Q4 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to the second end of capacitor C5, and an emitter connected to booster circuit 12. The diode D4 is connected in parallel with the switch element Q4, the anode of the diode D4 is connected to the emitter of the switch element Q4, and the cathode of the diode D4 is connected to the collector of the switch element Q4.

入力スイッチ部21のスイッチ素子Q3,Q4は、制御部15が出力する制御信号に従い、双方がオンである状態と双方がオフである状態とが切り替えられる。そして、スイッチ素子Q3およびスイッチ素子Q4の双方がオン状態であるとき、入力スイッチ部21は、昇圧回路12が出力する電力およびキャパシタC3が蓄えた電力をキャパシタC5に供給する。また、スイッチ素子Q3およびスイッチ素子Q4の双方がオフ状態であるとき、昇圧回路12およびキャパシタC3と、キャパシタC5とを絶縁する。   The switch elements Q3 and Q4 of the input switch unit 21 are switched between a state in which both are on and a state in which both are off in accordance with a control signal output by the control unit 15. When both the switch element Q3 and the switch element Q4 are in the on state, the input switch unit 21 supplies the power output from the booster circuit 12 and the power stored in the capacitor C3 to the capacitor C5. Further, when both the switch element Q3 and the switch element Q4 are in the OFF state, the booster circuit 12, the capacitor C3, and the capacitor C5 are insulated.

そして、ダイオードD3はスイッチ素子Q3のスイッチングにより発生する逆流電流からスイッチ素子Q3を保護している。ダイオードD4はスイッチ素子Q4のスイッチングにより発生する逆流電流からスイッチ素子Q4を保護している。   The diode D3 protects the switch element Q3 from a reverse current generated by switching of the switch element Q3. The diode D4 protects the switch element Q4 from a reverse current generated by switching of the switch element Q4.

入力スイッチ部22は、スイッチ素子Q5とスイッチ素子Q6とによって昇圧回路13が昇圧した電圧を受ける。スイッチ素子Q5は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、昇圧回路13に接続されるコレクタと、キャパシタC5の第1端に接続されるエミッタとを有している。ダイオードD5は、スイッチ素子Q5と並列に接続されており、ダイオードD5のアノードはスイッチ素子Q5のエミッタに接続され、ダイオードD5のカソードはスイッチ素子Q5のコレクタに接続される。スイッチ素子Q6は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、キャパシタC5の第2端に接続されるコレクタと、昇圧回路13に接続されるエミッタとを有している。ダイオードD6は、スイッチ素子Q6と並列に接続されており、ダイオードD6のアノードはスイッチ素子Q6のエミッタに接続され、ダイオードD6のカソードはスイッチ素子Q6のコレクタに接続される。   The input switch unit 22 receives the voltage boosted by the booster circuit 13 by the switch element Q5 and the switch element Q6. Switch element Q5 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to booster circuit 13, and an emitter connected to the first end of capacitor C5. The diode D5 is connected in parallel with the switch element Q5, the anode of the diode D5 is connected to the emitter of the switch element Q5, and the cathode of the diode D5 is connected to the collector of the switch element Q5. Switch element Q6 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to the second end of capacitor C5, and an emitter connected to booster circuit 13. The diode D6 is connected in parallel with the switch element Q6, the anode of the diode D6 is connected to the emitter of the switch element Q6, and the cathode of the diode D6 is connected to the collector of the switch element Q6.

入力スイッチ部22のスイッチ素子Q5,Q6は、制御部15が出力する制御信号に従い、双方がオンである状態と双方がオフである状態とが切り替えられる。そして、スイッチ素子Q5およびスイッチ素子Q6の双方がオン状態であるとき、入力スイッチ部22は、昇圧回路13が出力する電力およびキャパシタC4が蓄えた電力をキャパシタC5に供給する。また、スイッチ素子Q5およびスイッチ素子Q6の双方がオフ状態であるとき、昇圧回路13およびキャパシタC4と、キャパシタC5とを絶縁する。   The switch elements Q5 and Q6 of the input switch unit 22 are switched between a state in which both are on and a state in which both are off in accordance with a control signal output by the control unit 15. When both the switch element Q5 and the switch element Q6 are in the on state, the input switch unit 22 supplies the power output from the booster circuit 13 and the power stored in the capacitor C4 to the capacitor C5. Further, when both the switch element Q5 and the switch element Q6 are in the off state, the booster circuit 13, the capacitor C4, and the capacitor C5 are insulated.

そして、ダイオードD5はスイッチ素子Q5のスイッチングにより発生する逆流電流からスイッチ素子Q5を保護している。ダイオードD6はスイッチ素子Q6のスイッチングにより発生する逆流電流からスイッチ素子Q6を保護している。   The diode D5 protects the switch element Q5 from a reverse current generated by switching of the switch element Q5. The diode D6 protects the switch element Q6 from a reverse current generated by switching of the switch element Q6.

出力スイッチ部23は、キャパシタC5に蓄えられた電力を負荷202に供給するか否かを切り替える。出力スイッチ部23において、スイッチ素子Q7は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、キャパシタC5の第1端に接続されるコレクタと、キャパシタC6の第1端に接続されるエミッタとを有している。ダイオードD7は、スイッチ素子Q7と並列に接続されており、ダイオードD7のアノードはスイッチ素子Q7のエミッタに接続され、ダイオードD7のカソードはスイッチ素子Q7のコレクタに接続される。スイッチ素子Q8は、制御部15からの制御信号を受けるゲートと、キャパシタC6の第2端に接続されるコレクタと、キャパシタC5の第2端に接続されるエミッタとを有している。ダイオードD8は、スイッチ素子Q8と並列に接続されており、ダイオードD8のアノードはスイッチ素子Q8のエミッタに接続され、ダイオードD8のカソードはスイッチ素子Q8のコレクタに接続される。   The output switch unit 23 switches whether to supply the power stored in the capacitor C5 to the load 202. In output switch unit 23, switch element Q7 has a gate that receives a control signal from control unit 15, a collector connected to the first end of capacitor C5, and an emitter connected to the first end of capacitor C6. is doing. The diode D7 is connected in parallel with the switch element Q7, the anode of the diode D7 is connected to the emitter of the switch element Q7, and the cathode of the diode D7 is connected to the collector of the switch element Q7. Switch element Q8 has a gate for receiving a control signal from control unit 15, a collector connected to the second end of capacitor C6, and an emitter connected to the second end of capacitor C5. The diode D8 is connected in parallel with the switch element Q8, the anode of the diode D8 is connected to the emitter of the switch element Q8, and the cathode of the diode D8 is connected to the collector of the switch element Q8.

出力スイッチ部23のスイッチ素子Q7,Q8は、制御部15が出力する制御信号に従い、双方がオンである状態と双方がオフである状態とが切り替えられる。そして、スイッチ素子Q7およびスイッチ素子Q8の双方がオン状態であるとき、出力スイッチ部23は、キャパシタC5が蓄えた電力をキャパシタC6ならびに負荷202に供給する。また、スイッチ素子Q7およびスイッチ素子Q8の双方がオフ状態であるとき、入力スイッチ部21ならびに入力スイッチ部22、およびキャパシタC5と、キャパシタC6および負荷202とを絶縁する。   The switch elements Q7 and Q8 of the output switch unit 23 are switched between a state in which both are on and a state in which both are off in accordance with a control signal output by the control unit 15. When both the switch element Q7 and the switch element Q8 are on, the output switch unit 23 supplies the power stored in the capacitor C5 to the capacitor C6 and the load 202. Further, when both switch element Q7 and switch element Q8 are in the OFF state, input switch unit 21, input switch unit 22, capacitor C5, capacitor C6 and load 202 are insulated.

そして、ダイオードD7はスイッチ素子Q7のスイッチングにより発生する逆流電流からスイッチ素子Q7を保護している。ダイオードD8はスイッチ素子Q8のスイッチングにより発生する逆流電流からスイッチ素子Q8を保護している。   The diode D7 protects the switch element Q7 from a reverse current generated by switching of the switch element Q7. The diode D8 protects the switch element Q8 from a reverse current generated by switching of the switch element Q8.

図3は、各スイッチ素子の状態と昇圧回路12,13の動作との関係を示したタイムチャートである。電圧V0は、交流電源201から入力された交流電圧が整流回路10によって整流された電圧であるので、全波整流波である。電圧V1および電圧V2は、分圧回路11によって電圧V0を分圧した電圧であるので、電圧V0の増減に応じて変動している。キャパシタC1およびキャパシタC2に同じ諸元のキャパシタを用いた場合、電圧V1および電圧V2は、電圧V0の半分の値となる。   FIG. 3 is a time chart showing the relationship between the state of each switch element and the operation of the booster circuits 12 and 13. The voltage V0 is a full-wave rectified wave because the AC voltage input from the AC power supply 201 is rectified by the rectifier circuit 10. Since the voltage V1 and the voltage V2 are voltages obtained by dividing the voltage V0 by the voltage dividing circuit 11, the voltage V1 and the voltage V2 fluctuate according to the increase or decrease of the voltage V0. When capacitors having the same specifications are used for the capacitor C1 and the capacitor C2, the voltage V1 and the voltage V2 are half of the voltage V0.

そして、電圧V1が昇圧回路12に印加されることによって、巻線L1に流れる電流である電流I1が発生する。スイッチ素子Q1がオン状態のとき、電流I1は巻線L1、およびスイッチ素子Q1を介する経路に流れる。このとき、電流I1により巻線L1に磁束が発生し、巻線L1に磁気エネルギーが蓄積される。   Then, when the voltage V1 is applied to the booster circuit 12, a current I1 that is a current flowing through the winding L1 is generated. When the switch element Q1 is in the on state, the current I1 flows through the winding L1 and a path through the switch element Q1. At this time, a magnetic flux is generated in the winding L1 by the current I1, and magnetic energy is accumulated in the winding L1.

スイッチ素子Q1がオフ状態のとき、巻線L1に蓄積された磁気エネルギーによって巻線L1に誘導電圧が発生する。この誘導電圧により昇圧回路12は、出力電圧を昇圧して出力する。このとき、電流I1は、コンデンサC3と入力スイッチ部21とに供給される。コンデンサC3によって昇圧回路12の出力電圧は平滑化され、入力スイッチ部21に、昇圧された直流電圧が出力される。   When the switch element Q1 is in the OFF state, an induced voltage is generated in the winding L1 by the magnetic energy accumulated in the winding L1. With this induced voltage, the booster circuit 12 boosts and outputs the output voltage. At this time, the current I1 is supplied to the capacitor C3 and the input switch unit 21. The output voltage of the booster circuit 12 is smoothed by the capacitor C3, and the boosted DC voltage is output to the input switch unit 21.

つまり、昇圧回路12は、スイッチ素子Q1のオンオフが切り替わることで、いわゆる昇圧チョッパ回路として動作し、昇圧された直流電圧を出力する。この直流電圧の昇圧率は、スイッチ素子Q1のデューティ比によって制御される。また、昇圧回路12が動作する際、電流I1は電圧V1の増減に追随しつつ、スイッチ素子Q1がオン状態である期間で増加し、オフ状態である期間で減少する波形となる。このときのスイッチ素子Q1におけるスイッチングの周波数は、例えば数kHzから数十kHzである。   That is, the booster circuit 12 operates as a so-called boost chopper circuit by switching on and off of the switch element Q1, and outputs a boosted DC voltage. The step-up rate of the DC voltage is controlled by the duty ratio of the switch element Q1. Further, when the booster circuit 12 operates, the current I1 has a waveform that increases and decreases during the period in which the switch element Q1 is in the OFF state while following the increase and decrease of the voltage V1. At this time, the switching frequency in the switch element Q1 is, for example, several kHz to several tens kHz.

また、昇圧回路13は昇圧回路12と同様に、いわゆる昇圧チョッパ回路として動作することで、入力スイッチ部22に昇圧された直流電圧を出力する。この直流電圧の昇圧率は、スイッチ素子Q2のデューティ比によって制御される。また、昇圧回路13が動作する際、電流I2は電圧V2の増減に追随しつつ、スイッチ素子Q2がオン状態である期間で増加し、オフ状態である期間で減少する波形となる。このときのスイッチ素子Q2におけるスイッチングの周波数は、例えば数kHzから数十kHzである。   Similarly to the booster circuit 12, the booster circuit 13 operates as a so-called booster chopper circuit, and outputs a boosted DC voltage to the input switch unit 22. The step-up rate of the DC voltage is controlled by the duty ratio of the switch element Q2. Further, when the booster circuit 13 operates, the current I2 has a waveform that increases and decreases during the period in which the switch element Q2 is in the OFF state while following the increase and decrease of the voltage V2. At this time, the switching frequency of the switch element Q2 is, for example, several kHz to several tens of kHz.

そして、電流I0は、電流I1および電流I2とキャパシタC1およびキャパシタC2を充電する電流との和であるので、キャパシタC1およびキャパシタC2を充電する電流が十分に小さければ、電流I0の波形は電圧V0の増減に追随するような波形となる。図3に示したように、スイッチ素子Q1がオン状態である期間とスイッチ素子Q2がオン状態である期間とをずらせば、電流I1の脈動成分のピークと電流I2の脈動成分のピークがずれるので、電流I0の脈動成分は抑制される。   Since current I0 is the sum of current I1 and current I2 and the current charging capacitor C1 and capacitor C2, if the current charging capacitor C1 and capacitor C2 is sufficiently small, the waveform of current I0 is voltage V0. The waveform follows the increase / decrease. As shown in FIG. 3, if the period in which the switch element Q1 is on and the period in which the switch element Q2 is on are shifted, the peak of the pulsating component of the current I1 and the peak of the pulsating component of the current I2 are shifted. The pulsating component of the current I0 is suppressed.

図3を参照して、制御部15は、スイッチ素子Q3,Q4の双方をオン状態、かつスイッチ素子Q5〜Q8の全てをオフ状態とし、入力スイッチ部21によって昇圧回路12が出力する電力およびキャパシタC3に蓄えられた電力をキャパシタC5に供給する第1入力スイッチ制御を行う。そして次に、制御部15は、スイッチ素子Q7,Q8の双方をオン状態、かつスイッチ素子Q3〜Q6の全てをオフ状態とし、キャパシタC5に蓄えられた電力を、出力スイッチ部23によってキャパシタC6および負荷202に供給する出力スイッチ制御を行う。このように、電力伝達用絶縁回路14は、第1入力スイッチ制御と出力スイッチ制御とを切り替えることで各スイッチ素子を動作させ、昇圧回路12と負荷202との間を絶縁しながら、昇圧回路12が出力した電力を負荷202に伝達する。   Referring to FIG. 3, control unit 15 turns on both switch elements Q3 and Q4 and turns off all of switch elements Q5 to Q8, and outputs power and capacitor output from booster circuit 12 by input switch unit 21. The first input switch control is performed to supply the power stored in C3 to the capacitor C5. Then, the control unit 15 turns on both the switch elements Q7 and Q8 and turns off all the switch elements Q3 to Q6, and the power stored in the capacitor C5 is supplied to the capacitors C6 and C6 by the output switch unit 23. The output switch supplied to the load 202 is controlled. As described above, the power transfer insulating circuit 14 operates each switch element by switching between the first input switch control and the output switch control, and insulates the boost circuit 12 and the load 202 from each other, while boosting the boost circuit 12. Is transmitted to the load 202.

図3に示したスイッチ動作においては、スイッチ素子Q1がオフ状態に切り替わったとき、スイッチ素子Q3,Q4の双方がオン状態に切り替わっている。昇圧回路12は、いわゆる昇圧チョッパ回路であるので、スイッチ素子Q1がオン状態からオフ状態に切り替わった直後が最も出力する電流が大きくなる。よって、昇圧回路12から直流電圧が出力され、その出力電流が大きいときに、スイッチ素子Q3,Q4の双方がオン状態となるので、キャパシタC3に蓄える必要のある電力の量は小さくなる。   In the switch operation shown in FIG. 3, when the switch element Q1 is switched to the off state, both the switch elements Q3 and Q4 are switched to the on state. Since the booster circuit 12 is a so-called boost chopper circuit, the most output current immediately after the switching element Q1 is switched from the on state to the off state. Therefore, when a DC voltage is output from the booster circuit 12 and the output current is large, both the switch elements Q3 and Q4 are turned on, so that the amount of power that needs to be stored in the capacitor C3 is reduced.

また、制御部15は、スイッチ素子Q5,Q6の双方をオン状態、かつスイッチ素子Q3,Q4およびスイッチ素子Q7,Q8の全てをオフ状態とし、入力スイッチ部22によって昇圧回路13が出力する電力およびキャパシタC4に蓄えられた電力をキャパシタC5に供給する第2入力スイッチ制御を行う。そして次に、制御部15は、スイッチ素子Q7,Q8の双方をオン状態、かつスイッチ素子Q3〜Q6の全てをオフ状態とし、キャパシタC5に蓄えられた電力を、出力スイッチ部23によってキャパシタC6および負荷202に供給する出力スイッチ制御を行う。このように、電力伝達用絶縁回路14は、第2入力スイッチ制御と出力スイッチ制御とを切り替えることで各スイッチ素子を動作させ、昇圧回路13と負荷202との間を絶縁しながら、昇圧回路13が出力した電力を負荷202に伝達する。   Control unit 15 turns on both switch elements Q5 and Q6 and turns off all of switch elements Q3 and Q4 and switch elements Q7 and Q8, and the power output from booster circuit 13 by input switch unit 22 and The second input switch control is performed to supply the power stored in the capacitor C4 to the capacitor C5. Then, the control unit 15 turns on both the switch elements Q7 and Q8 and turns off all the switch elements Q3 to Q6, and the power stored in the capacitor C5 is supplied to the capacitors C6 and C6 by the output switch unit 23. The output switch supplied to the load 202 is controlled. As described above, the power transmission insulating circuit 14 operates each switch element by switching between the second input switch control and the output switch control, and insulates the boost circuit 13 and the load 202 from each other, and Is transmitted to the load 202.

図3に示したスイッチ動作においては、スイッチ素子Q2がオフ状態に切り替わったとき、スイッチ素子Q5,Q6の双方がオン状態に切り替わっている。昇圧回路13は、いわゆる昇圧チョッパ回路であるので、スイッチ素子Q2がオン状態からオフ状態に切り替わった直後が最も出力する電流が大きくなる。よって、昇圧回路13から直流電圧が出力され、その出力電流が大きいときに、スイッチ素子Q5,Q6の双方がオン状態となるので、キャパシタC4に蓄える必要のある電力の量は小さくなる。   In the switch operation shown in FIG. 3, when the switch element Q2 is switched to the off state, both the switch elements Q5 and Q6 are switched to the on state. Since the booster circuit 13 is a so-called boost chopper circuit, the most output current immediately after the switch element Q2 is switched from the on state to the off state. Therefore, when a DC voltage is output from the booster circuit 13 and the output current is large, both the switch elements Q5 and Q6 are turned on, so that the amount of power that needs to be stored in the capacitor C4 is reduced.

そして、電力伝達用絶縁回路14において電力の伝達を行うとき、スイッチ素子Q3およびスイッチ素子Q4の双方がオンである期間と、スイッチ素子Q5およびスイッチ素子Q6の双方がオンである期間は重複しないように、制御部15は各スイッチを制御する。つまり、昇圧回路12が出力する電力を負荷202に伝達する動作と昇圧回路13が出力する電力を負荷202に伝達する動作とは選択的に行われる。   When power is transmitted in the power transmission insulating circuit 14, the period in which both the switch element Q3 and the switch element Q4 are on does not overlap with the period in which both the switch element Q5 and the switch element Q6 are on. In addition, the control unit 15 controls each switch. That is, the operation of transmitting the power output from the booster circuit 12 to the load 202 and the operation of transmitting the power output from the booster circuit 13 to the load 202 are selectively performed.

また、第1入力スイッチ制御を行う期間TA、第2入力スイッチ制御を行う第2の期間TB、および出力スイッチ制御を行う期間TCの間には、それぞれスイッチ素子Q3〜Q8の全てがオフである期間TDを設ける。よって、各スイッチ素子のオン状態とオフ状態との切り替えが瞬時に行われない場合であっても、昇圧回路12、昇圧回路13、および負荷202の間の絶縁が確保される。   Further, all of the switch elements Q3 to Q8 are OFF during the period TA for performing the first input switch control, the second period TB for performing the second input switch control, and the period TC for performing the output switch control. A period TD is provided. Therefore, even when switching between the ON state and the OFF state of each switch element is not performed instantaneously, insulation between the booster circuit 12, the booster circuit 13, and the load 202 is ensured.

以上のように、電力変換回路101は、入力電圧を分圧回路11によって分圧し、分圧した電圧を昇圧回路12,13によって直流電圧に変換する。そして、電力伝達用絶縁回路14が、昇圧回路12,13と負荷202との間を絶縁しながら、昇圧回路12,13が出力した電力を負荷202に伝達することができる。   As described above, the power conversion circuit 101 divides the input voltage by the voltage dividing circuit 11 and converts the divided voltage into a DC voltage by the boosting circuits 12 and 13. The power transmission insulating circuit 14 can transmit the power output from the booster circuits 12 and 13 to the load 202 while insulating the booster circuits 12 and 13 from the load 202.

入力スイッチ部21のスイッチ素子Q3およびスイッチ素子Q4がオン状態であるとき、昇圧回路12が出力する電力およびキャパシタC3が蓄えた電力がキャパシタC5に供給される。このとき、キャパシタC5の電位はキャパシタC3の電位と同じになる。また、入力スイッチ部22のスイッチ素子Q5およびスイッチ素子Q6がオン状態であるとき、昇圧回路13が出力する電力およびキャパシタC4が蓄えた電力がキャパシタC5に供給される。このとき、キャパシタC5の電位はキャパシタC4の電位と同じになる。ここで、キャパシタC3の電位およびキャパシタC4の電位は異なるが、入力スイッチ部21、入力スイッチ部22および出力スイッチ部23により、キャパシタC5の電位はフローティング状態となる。すなわち、キャパシタC5の電位がキャパシタC3の電位と同じになるとき、キャパシタC5の電位は、キャパシタC4および負荷202に対してフローティング状態となる。また、キャパシタC5の電位がキャパシタC4の電位と同じになるとき、キャパシタC5の電位は、キャパシタC3および負荷202に対してフローティング状態となる。したがって、入力スイッチ部21から出力される電圧および入力スイッチ部22から出力される電圧を、キャパシタC5の両端に印加することができる。   When the switch element Q3 and the switch element Q4 of the input switch unit 21 are on, the power output from the booster circuit 12 and the power stored in the capacitor C3 are supplied to the capacitor C5. At this time, the potential of the capacitor C5 is the same as the potential of the capacitor C3. Further, when the switch element Q5 and the switch element Q6 of the input switch unit 22 are in the on state, the power output from the booster circuit 13 and the power stored in the capacitor C4 are supplied to the capacitor C5. At this time, the potential of the capacitor C5 is the same as the potential of the capacitor C4. Here, although the potential of the capacitor C3 and the potential of the capacitor C4 are different, the potential of the capacitor C5 is brought into a floating state by the input switch unit 21, the input switch unit 22, and the output switch unit 23. That is, when the potential of the capacitor C5 becomes the same as the potential of the capacitor C3, the potential of the capacitor C5 is in a floating state with respect to the capacitor C4 and the load 202. When the potential of the capacitor C5 becomes the same as the potential of the capacitor C4, the potential of the capacitor C5 is in a floating state with respect to the capacitor C3 and the load 202. Therefore, the voltage output from the input switch unit 21 and the voltage output from the input switch unit 22 can be applied across the capacitor C5.

また、昇圧回路12,13が昇圧する電圧は分圧回路11によって分圧された電圧である。したがって、分圧を行わず電力の変換を行う回路に比べ出力電圧を低く出力するように制御することができる。例えば、交流電源201が200Vの交流電圧であり、ピーク電圧が約280Vであった場合、分圧回路11により電圧V1と電圧V2とを電圧V0の半分の電圧に分圧した場合、電圧V1と電圧V2のピーク電圧は約140Vとなる。この場合、昇圧回路12,13が出力する電圧は140Vの電圧を昇圧した電圧となり、分圧を行わない昇圧回路が出力する電圧の約半分になる。   The voltage boosted by the booster circuits 12 and 13 is a voltage divided by the voltage divider circuit 11. Therefore, the output voltage can be controlled to be lower than that of a circuit that converts power without performing voltage division. For example, when the AC power supply 201 is an AC voltage of 200V and the peak voltage is about 280V, when the voltage V1 and the voltage V2 are divided into half the voltage V0 by the voltage dividing circuit 11, the voltage V1 The peak voltage of the voltage V2 is about 140V. In this case, the voltage output from the booster circuits 12 and 13 is a voltage obtained by boosting the voltage of 140 V, and is approximately half the voltage output by the booster circuit that does not perform voltage division.

すなわち、キャパシタC5から負荷202に出力される電圧は分圧回路11が分圧した分圧電圧に基づいているため、入力電圧を分圧しない回路に比べ低い電圧となる。したがって、入力電圧が高い場合であっても、負荷に高すぎる電圧が印加されるのを防ぐことが可能となる。さらに、入力される電圧を低くすることで、昇圧回路12,13、および電力伝達用絶縁回路14に印加される電圧が低くなるので、分圧を行わない電力変換装置に比べ装置に用いられる素子に必要な耐圧性能を低くすることが可能である。   That is, since the voltage output from the capacitor C5 to the load 202 is based on the divided voltage divided by the voltage dividing circuit 11, the voltage is lower than that of the circuit that does not divide the input voltage. Therefore, even when the input voltage is high, it is possible to prevent an excessively high voltage from being applied to the load. Furthermore, since the voltage applied to the booster circuits 12 and 13 and the power transmission insulating circuit 14 is reduced by lowering the input voltage, the elements used in the device as compared with the power converter that does not perform voltage division It is possible to reduce the pressure resistance required for the operation.

さらにいえば、出力する電圧を低くする方法として昇圧回路12,13の代わりに降圧チョッパ回路または昇降圧チョッパ回路を用いる方法もあるが、これらの方法を用いると降圧または昇降圧を行うためのスイッチ素子の切り替えにより、入力電流が遮断され回路の力率が悪化する。それに対して、昇圧回路12,13を用いる電力変換装置101においては、入力電流は遮断されず、入力電流は入力電圧の増減に追随するように増減する波形となる。よって、本発明の電力変換装置に昇圧チョッパ回路を用いた場合、出力電圧を低く抑えながら力率の悪化を防ぐことができる。   Further, as a method for lowering the output voltage, there is a method using a step-down chopper circuit or a step-up / step-down chopper circuit instead of the step-up circuits 12 and 13, but when these methods are used, a switch for performing step-down or step-up / step-down is used. By switching the elements, the input current is cut off and the power factor of the circuit is deteriorated. On the other hand, in the power converter 101 using the booster circuits 12 and 13, the input current is not cut off, and the input current has a waveform that increases and decreases to follow the increase and decrease of the input voltage. Therefore, when a boost chopper circuit is used in the power conversion device of the present invention, it is possible to prevent the power factor from deteriorating while keeping the output voltage low.

また、昇圧回路12が出力する電力を負荷202に伝達する動作と昇圧回路13が出力する電力を負荷202に伝達する動作とは選択的に行われるので、昇圧回路12と昇圧回路13との短絡を防ぎ、昇圧回路12または昇圧回路13に電流が逆流するなどの誤作動を防ぐことが可能である。   In addition, since the operation of transmitting the power output from the booster circuit 12 to the load 202 and the operation of transmitting the power output from the booster circuit 13 to the load 202 are selectively performed, a short circuit between the booster circuit 12 and the booster circuit 13 is performed. It is possible to prevent malfunction such as a current flowing backward to the booster circuit 12 or the booster circuit 13.

さらに、昇圧回路12が直流電圧を出力するときに、スイッチ素子Q3およびスイッチ素子Q4の双方がオン状態であれば、キャパシタC3に蓄える必要のある電力の量は小さくなる。また昇圧回路13が直流電圧を出力するときに、スイッチ素子Q5およびスイッチ素子Q6の双方がオン状態であれば、キャパシタC4に蓄える必要のある電力の量は小さくなる。したがって、キャパシタC3およびキャパシタC4に静電容量の小さなキャパシタを用いることで、装置の小型かおよび低コスト化が可能である。   Further, when the booster circuit 12 outputs a DC voltage, if both the switch element Q3 and the switch element Q4 are in the on state, the amount of power that needs to be stored in the capacitor C3 is reduced. When the booster circuit 13 outputs a DC voltage, if both the switch element Q5 and the switch element Q6 are on, the amount of power that needs to be stored in the capacitor C4 is small. Therefore, by using a capacitor having a small capacitance as the capacitor C3 and the capacitor C4, it is possible to reduce the size and cost of the device.

また、スイッチ素子Q1がオフ状態である期間とスイッチ素子Q2がオフ状態である期間とをずらすことで、電力変換装置101に入力される電流の脈動成分を抑制することができる。したがって、電力変換装置101で発生する損失を低減し、かつ力率を改善することが可能である。   Moreover, the pulsation component of the current input to the power conversion device 101 can be suppressed by shifting the period in which the switch element Q1 is in the off state and the period in which the switch element Q2 is in the off state. Therefore, it is possible to reduce the loss generated in the power conversion device 101 and improve the power factor.

なお、図3においては、昇圧回路12が出力する電力を負荷202に伝達する動作と昇圧回路13が出力する電力を負荷202に伝達する動作とを交互に行う例を示したが、本発明はこれらの動作を交互に行う場合に限るものではない。図4は、各入力スイッチ部の動作を交互に行わない例を示したタイムチャートである。   FIG. 3 shows an example in which the operation of transmitting the power output from the booster circuit 12 to the load 202 and the operation of transmitting the power output from the booster circuit 13 to the load 202 are alternately performed. It is not limited to the case where these operations are performed alternately. FIG. 4 is a time chart showing an example in which the operation of each input switch unit is not performed alternately.

図4で示したスイッチ動作においては、入力スイッチ部21が電力を伝達する動作を二回連続で行った後、入力スイッチ部22が電力を伝達する動作を二回連続で行っている。昇圧回路12が出力する電力はキャパシタC3に蓄えられ、昇圧回路13が出力する電力はキャパシタC4に蓄えられるので、電力変換装置101は、昇圧回路12が出力する電力を負荷202に伝達する動作と昇圧回路13が出力する電力を負荷202に伝達する動作とを交互に行わなくても、昇圧回路12および昇圧回路13が出力する電力を負荷202に伝達することができる。   In the switch operation shown in FIG. 4, after the input switch unit 21 performs the operation of transmitting power twice in succession, the input switch unit 22 performs the operation of transmitting power twice in succession. Since the power output from the booster circuit 12 is stored in the capacitor C3 and the power output from the booster circuit 13 is stored in the capacitor C4, the power conversion device 101 operates to transmit the power output from the booster circuit 12 to the load 202. The power output from the booster circuit 12 and the booster circuit 13 can be transmitted to the load 202 without alternately performing the operation of transmitting the power output from the booster circuit 13 to the load 202.

ただし、図3に示すように昇圧回路12が出力する電力を負荷202に伝達する動作と昇圧回路13が出力する電力を負荷202に伝達する動作とを交互に行えば、スイッチ素子Q3およびスイッチ素子Q4の双方がオンである状態と、スイッチ素子Q5およびスイッチ素子Q6の双方がオンである状態とは、図4に示すように上記各動作を交互に行わないときよりも短い周期で切り替わる。よって、キャパシタC3およびキャパシタC4に蓄えられた電力がキャパシタC5を介して負荷202に供給される周期も短くなるので、キャパシタC3およびキャパシタC4に蓄える必要のある電力の量を小さくできる。したがって、キャパシタC3およびキャパシタC4に静電容量の小さなキャパシタを用いることで、装置の当該装置の小型化および低コスト化が可能である。   However, as shown in FIG. 3, if the operation of transmitting the power output from the booster circuit 12 to the load 202 and the operation of transmitting the power output from the booster circuit 13 to the load 202 are alternately performed, the switch element Q3 and the switch element The state in which both Q4 are on and the state in which both switch element Q5 and switch element Q6 are on are switched at a shorter cycle than when the above operations are not performed alternately as shown in FIG. Therefore, the cycle in which the electric power stored in the capacitors C3 and C4 is supplied to the load 202 via the capacitor C5 is also shortened, so that the amount of electric power that needs to be stored in the capacitors C3 and C4 can be reduced. Therefore, by using a capacitor having a small capacitance as the capacitor C3 and the capacitor C4, it is possible to reduce the size and cost of the device.

図5は、各スイッチ素子の状態と昇圧回路12,13の動作との関係の変形例を示したタイムチャートである。   FIG. 5 is a time chart showing a modified example of the relationship between the state of each switch element and the operation of the booster circuits 12 and 13.

図5に示すように、昇圧回路12,13の動作と、入力スイッチ部21,22および出力スイッチ部23における各スイッチ素子の駆動周波数およびタイミングとは、同期等の整合をとらない構成であってもよい。   As shown in FIG. 5, the operation of the booster circuits 12 and 13 and the drive frequencies and timings of the switch elements in the input switch units 21 and 22 and the output switch unit 23 are configured so as not to be synchronized. Also good.

〈変形例〉
図6は、本発明の変形例に係る電力変換装置102の構成を概略的に示した図である。電力変換装置102は、整流回路10、分圧回路11、昇圧回路12,13、電力伝達用絶縁回路16、およびキャパシタC3,C4,C6を備える。分圧回路11は、キャパシタC1、およびキャパシタC2を含む。昇圧回路12は、巻線L1、スイッチ素子Q1、およびダイオードD1を含む。昇圧回路13は、巻線L2、スイッチ素子Q2、およびダイオードD2を含む。電力伝達用絶縁回路16は、入力スイッチ部21,22、出力スイッチ部23,24、およびキャパシタC5,C7を含む。入力スイッチ部21は、スイッチ素子Q3,Q4、およびダイオードD3,D4を含む。入力スイッチ部22は、スイッチ素子Q5,Q6、およびダイオードD5,D6を含む。出力スイッチ部23は、スイッチ素子Q7,Q8、およびダイオードD7,D8を含む。出力スイッチ部24は、スイッチ素子Q9,Q10、およびダイオードD9,D10を含む。スイッチ素子Q1〜Q10は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。
<Modification>
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the power conversion device 102 according to a modification of the present invention. The power conversion device 102 includes a rectifier circuit 10, a voltage dividing circuit 11, boosting circuits 12, 13, a power transmission insulating circuit 16, and capacitors C3, C4, C6. The voltage dividing circuit 11 includes a capacitor C1 and a capacitor C2. Boost circuit 12 includes winding L1, switching element Q1, and diode D1. Booster circuit 13 includes winding L2, switching element Q2, and diode D2. The power transmission insulating circuit 16 includes input switch units 21 and 22, output switch units 23 and 24, and capacitors C5 and C7. Input switch unit 21 includes switch elements Q3 and Q4 and diodes D3 and D4. Input switch unit 22 includes switch elements Q5 and Q6 and diodes D5 and D6. Output switch unit 23 includes switch elements Q7 and Q8 and diodes D7 and D8. The output switch unit 24 includes switch elements Q9 and Q10 and diodes D9 and D10. The switch elements Q1 to Q10 are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).

本発明の変形例に係る電力変換装置102は、本発明の実施の形態において説明した電力変換装置101と同様に、交流電源201から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷202に供給する。負荷202は、例えば、EVおよびプラグイン方式のHV等の駆動用のバッテリである。   The power conversion device 102 according to the modification of the present invention converts the AC power supplied from the AC power supply 201 into DC power and supplies it to the load 202 in the same manner as the power conversion device 101 described in the embodiment of the present invention. To do. The load 202 is a battery for driving such as EV and plug-in type HV, for example.

そして、本発明の変形例に係る電力変換装置102においては、本発明の実施の形態において説明した電力変換装置101と同様に、整流回路10が、交流電源201から受けた交流電力を全波整流する。分圧回路11は全波整流された入力電圧を分圧し、昇圧回路12,13に分圧した電圧を出力する。昇圧回路12は、分圧された電圧に基づいて昇圧を行い、昇圧された直流電圧を電力伝達用絶縁回路16の入力スイッチ部21に出力する。昇圧回路13は、分圧された電圧に基づいて昇圧を行い、昇圧された直流電圧を電力伝達用絶縁回路16の入力スイッチ部22に出力する。   And in power converter device 102 concerning the modification of the present invention, like power converter device 101 explained in the embodiment of the present invention, rectifier circuit 10 carries out full-wave rectification of the AC power received from AC power supply 201. To do. The voltage dividing circuit 11 divides the input voltage subjected to full-wave rectification, and outputs the divided voltage to the boosting circuits 12 and 13. The booster circuit 12 boosts the voltage based on the divided voltage, and outputs the boosted DC voltage to the input switch unit 21 of the power transmission insulating circuit 16. The booster circuit 13 boosts the voltage based on the divided voltage, and outputs the boosted DC voltage to the input switch unit 22 of the power transmission insulating circuit 16.

入力スイッチ部21のスイッチ素子Q3,Q4は、制御部15が出力する制御信号に従い、双方がオンである状態と双方がオフである状態とが切り替えられる。そして、スイッチ素子Q3およびスイッチ素子Q4の双方がオン状態であるとき、入力スイッチ部21は、昇圧回路12が出力する電力およびキャパシタC3が蓄えた電力をキャパシタC5に供給する。また、スイッチ素子Q3およびスイッチ素子Q4の双方がオフ状態であるとき、昇圧回路12およびキャパシタC3と、キャパシタC5とを絶縁する。   The switch elements Q3 and Q4 of the input switch unit 21 are switched between a state in which both are on and a state in which both are off in accordance with a control signal output by the control unit 15. When both the switch element Q3 and the switch element Q4 are in the on state, the input switch unit 21 supplies the power output from the booster circuit 12 and the power stored in the capacitor C3 to the capacitor C5. Further, when both the switch element Q3 and the switch element Q4 are in the OFF state, the booster circuit 12, the capacitor C3, and the capacitor C5 are insulated.

入力スイッチ部22のスイッチ素子Q5,Q6は、制御部15が出力する制御信号に従い、双方がオンである状態と双方がオフである状態とが切り替えられる。そして、スイッチ素子Q5およびスイッチ素子Q6の双方がオン状態であるとき、入力スイッチ部22は、昇圧回路13が出力する電力およびキャパシタC4が蓄えた電力をキャパシタC7に供給する。また、スイッチ素子Q5およびスイッチ素子Q6の双方がオフ状態であるとき、昇圧回路13およびキャパシタC4と、キャパシタC7とを絶縁する。   The switch elements Q5 and Q6 of the input switch unit 22 are switched between a state in which both are on and a state in which both are off in accordance with a control signal output by the control unit 15. When both the switch element Q5 and the switch element Q6 are in the on state, the input switch unit 22 supplies the power output from the booster circuit 13 and the power stored in the capacitor C4 to the capacitor C7. Further, when both the switch element Q5 and the switch element Q6 are in the OFF state, the booster circuit 13, the capacitor C4, and the capacitor C7 are insulated.

出力スイッチ部23は、キャパシタC5に蓄えられた電力を負荷202に供給するか否かを切り替える。出力スイッチ部23のスイッチ素子Q7,Q8は、制御部15が出力する制御信号に従い、双方がオンである状態と双方がオフである状態とが切り替えられる。そして、スイッチ素子Q7およびスイッチ素子Q8の双方がオン状態であるとき、出力スイッチ部23は、キャパシタC5が蓄えた電力をキャパシタC6および負荷202に供給する。また、スイッチ素子Q7およびスイッチ素子Q8の双方がオフ状態であるとき、入力スイッチ部21およびキャパシタC5と、キャパシタC6および負荷202とを絶縁する。   The output switch unit 23 switches whether to supply the power stored in the capacitor C5 to the load 202. The switch elements Q7 and Q8 of the output switch unit 23 are switched between a state in which both are on and a state in which both are off in accordance with a control signal output by the control unit 15. When both the switch element Q7 and the switch element Q8 are on, the output switch unit 23 supplies the power stored in the capacitor C5 to the capacitor C6 and the load 202. Further, when both the switch element Q7 and the switch element Q8 are in the OFF state, the input switch unit 21 and the capacitor C5 are insulated from the capacitor C6 and the load 202.

出力スイッチ部24は、キャパシタC7に蓄えられた電力を負荷202に供給するか否かを切り替える。出力スイッチ部24のスイッチ素子Q9,Q10は、制御部15が出力する制御信号に従い、双方がオンである状態と双方がオフである状態とが切り替えられる。そして、スイッチ素子Q9およびスイッチ素子Q10の双方がオン状態であるとき、出力スイッチ部24は、キャパシタC7が蓄えた電力をキャパシタC6および負荷202に供給する。また、スイッチ素子Q9およびスイッチ素子Q10の双方がオフ状態であるとき、入力スイッチ部22およびキャパシタC7と、キャパシタC6および負荷202とを絶縁する。   The output switch unit 24 switches whether to supply the power stored in the capacitor C7 to the load 202. The switch elements Q9 and Q10 of the output switch unit 24 are switched between a state in which both are on and a state in which both are off in accordance with a control signal output by the control unit 15. When both the switch element Q9 and the switch element Q10 are in the ON state, the output switch unit 24 supplies the power stored in the capacitor C7 to the capacitor C6 and the load 202. Further, when both the switch element Q9 and the switch element Q10 are in the OFF state, the input switch unit 22 and the capacitor C7 are insulated from the capacitor C6 and the load 202.

そして、出力スイッチ部23および出力スイッチ部24が出力した電力は、キャパシタC6に蓄えられることで平滑化され、負荷202には直流電圧が出力される。   The electric power output from the output switch unit 23 and the output switch unit 24 is smoothed by being stored in the capacitor C6, and a DC voltage is output to the load 202.

ここで、電力変換装置101と同様に、出力スイッチ部23のスイッチ素子Q7およびスイッチ素子Q8がオン状態であるとき、キャパシタC5が蓄えた電力がキャパシタC6に供給される。このとき、キャパシタC6の電位はキャパシタC5の電位と同じになる。また、出力スイッチ部24のスイッチ素子Q9およびスイッチ素子Q10がオン状態であるとき、キャパシタC7が蓄えた電力がキャパシタC6に供給される。このとき、キャパシタC6の電位はキャパシタC7の電位と同じになる。ここで、キャパシタC5の電位およびキャパシタC7の電位は異なるが、出力スイッチ部23および出力スイッチ部24により、キャパシタC6の電位はフローティング状態となる。すなわち、キャパシタC6の電位がキャパシタC5の電位と同じになるとき、キャパシタC6の電位は、キャパシタC7に対してフローティング状態となる。また、キャパシタC6の電位がキャパシタC7の電位と同じになるとき、キャパシタC6の電位は、キャパシタC5に対してフローティング状態となる。したがって、出力スイッチ部23から出力される電圧および出力スイッチ部24から出力される電圧を、キャパシタC6の両端に印加することができる。よって、電力伝達用絶縁回路16は、昇圧回路12,13と負荷202との間を絶縁しながら、昇圧回路12,13が出力した電力を負荷202に伝達することができる。   Here, similarly to the power converter 101, when the switch element Q7 and the switch element Q8 of the output switch unit 23 are in the on state, the power stored in the capacitor C5 is supplied to the capacitor C6. At this time, the potential of the capacitor C6 is the same as the potential of the capacitor C5. Further, when the switch element Q9 and the switch element Q10 of the output switch unit 24 are in the on state, the power stored in the capacitor C7 is supplied to the capacitor C6. At this time, the potential of the capacitor C6 is the same as the potential of the capacitor C7. Here, although the potential of the capacitor C5 and the potential of the capacitor C7 are different, the output switch unit 23 and the output switch unit 24 cause the potential of the capacitor C6 to be in a floating state. That is, when the potential of the capacitor C6 becomes the same as the potential of the capacitor C5, the potential of the capacitor C6 is in a floating state with respect to the capacitor C7. When the potential of the capacitor C6 becomes the same as the potential of the capacitor C7, the potential of the capacitor C6 is in a floating state with respect to the capacitor C5. Therefore, the voltage output from the output switch unit 23 and the voltage output from the output switch unit 24 can be applied to both ends of the capacitor C6. Therefore, the power transmission insulating circuit 16 can transmit the power output from the booster circuits 12 and 13 to the load 202 while insulating the booster circuits 12 and 13 from the load 202.

以上のように、制御部15によって、スイッチ素子Q1〜Q10のオンオフを制御することで、電力変換装置102は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置101と同様の効果を得ることができる。   As described above, by controlling on / off of switch elements Q1 to Q10 by control unit 15, power conversion device 102 can obtain the same effects as power conversion device 101 according to the embodiment of the present invention. .

なお、本発明の実施の形態において、分圧回路11によって分圧された電圧を直流電圧に変換する変換部に、昇圧チョッパ回路を用いる例を説明したが、本発明において、当該変換部は昇圧チョッパ回路に限るものではない。例えば、昇降圧チョッパ回路または降圧チョッパ回路など、分圧された電圧を受け負荷202に印加すべき電圧レベルの直流電圧を出力できる他の回路であってもよい。   In the embodiment of the present invention, the example in which the step-up chopper circuit is used for the conversion unit that converts the voltage divided by the voltage dividing circuit 11 into the direct-current voltage has been described. It is not limited to chopper circuits. For example, another circuit capable of receiving a divided voltage and outputting a DC voltage at a voltage level to be applied to the load 202, such as a step-up / step-down chopper circuit or a step-down chopper circuit, may be used.

また、本発明の実施の形態において、分圧回路11が入力された電圧を2つに分圧する例で説明したが、本発明において、分圧回路11は電圧を2つに分圧する回路に限るものではない。本発明に用いられる分圧回路は入力された電圧を3つ以上に分圧する回路であってもよい。その場合の電力変換装置において、3つ以上に分圧された分圧電圧を各変換部によって直流電圧に変換し、電力伝達用絶縁回路によって各変換部が出力した直流電圧をキャパシタC5等の共通の回路へ出力可能なものであればよい。   In the embodiment of the present invention, the example in which the voltage dividing circuit 11 divides the input voltage into two has been described. However, in the present invention, the voltage dividing circuit 11 is limited to a circuit that divides the voltage into two. It is not a thing. The voltage dividing circuit used in the present invention may be a circuit that divides an input voltage into three or more. In the power conversion device in that case, the divided voltage divided into three or more is converted into a DC voltage by each conversion unit, and the DC voltage output by each conversion unit by the power transmission insulating circuit is shared by the capacitors C5 and the like. Any device can be used as long as it can output to this circuit.

また、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the meanings described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10 整流回路
11 分圧回路
12,13 昇圧回路
14 電力伝達用絶縁回路
15 制御部
21,22 入力スイッチ部
23,24 出力スイッチ部
C1〜C7 キャパシタ
D1〜D10 ダイオード
Q1〜Q10 スイッチ素子
101,102 電力変換装置
201 交流電源
202 負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rectifier circuit 11 Voltage divider circuit 12, 13 Booster circuit 14 Power transmission insulation circuit 15 Control part 21,22 Input switch part 23,24 Output switch part C1-C7 Capacitor D1-D10 Diode Q1-Q10 Switch element 101,102 Power Converter 201 AC power supply 202 Load

Claims (5)

入力電力を直流電力に変換して負荷に供給するための電力変換装置であって、
入力電圧を分圧して第1の分圧電圧および第2の分圧電圧を生成する分圧回路と、
前記第1の分圧電圧を第1の直流電圧に変換する第1変換部と、
前記第2の分圧電圧を第2の直流電圧に変換する第2変換部と、
前記第1変換部および前記第2変換部と、前記負荷とを絶縁しながら、前記第1の直流電圧および前記第2の直流電圧を前記負荷に供給する電力伝達用絶縁回路と、
を備え、
前記電力伝達用絶縁回路は、
第1端および第2端を有する蓄電素子と、
前記第1変換部と前記蓄電素子の第1端との間に接続された第1のスイッチ素子、および前記第1変換部と前記蓄電素子の第2端との間に接続された第2のスイッチ素子を含み、前記第1の直流電圧を前記蓄電素子に供給するための第1入力スイッチ部と、
前記第2変換部と前記蓄電素子の第1端との間に接続された第3のスイッチ素子、および前記第2変換部と前記蓄電素子の第2端との間に接続された第4のスイッチ素子を含み、前記第2の直流電圧を前記蓄電素子に供給するための第2入力スイッチ部と、
前記蓄電素子の第1端と前記負荷との間に接続された第5のスイッチ素子、および前記蓄電素子の第2端と前記負荷との間に接続された第6のスイッチ素子を含み、前記蓄電素子に蓄えられた電力を前記負荷に供給するための出力スイッチ部と、
を含む、電力変換装置。
A power conversion device for converting input power to DC power and supplying it to a load,
A voltage dividing circuit that divides an input voltage to generate a first divided voltage and a second divided voltage;
A first converter that converts the first divided voltage into a first DC voltage;
A second converter for converting the second divided voltage into a second DC voltage;
An insulating circuit for power transmission that supplies the first DC voltage and the second DC voltage to the load while insulating the first converter and the second converter from the load;
With
The power transmission insulating circuit is:
A power storage element having a first end and a second end;
A first switch element connected between the first converter and the first end of the electricity storage element; and a second switch element connected between the first converter and the second end of the electricity storage element. A first input switch unit including a switch element for supplying the first DC voltage to the storage element;
A third switch element connected between the second conversion part and the first end of the electricity storage element; and a fourth switch element connected between the second conversion part and the second end of the electricity storage element. A second input switch unit including a switch element for supplying the second DC voltage to the storage element;
A fifth switch element connected between the first end of the electricity storage element and the load; and a sixth switch element connected between the second end of the electricity storage element and the load; An output switch unit for supplying power stored in the storage element to the load;
Including a power conversion device.
前記電力伝達用絶縁回路は、
前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオンであり、かつ前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の双方がオフである状態とした後、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の双方がオンである状態とする第1スイッチ動作と、
前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオンであり、かつ前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の双方がオフである状態とした後、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオフであり、かつ前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の双方がオンである状態とする第2スイッチ動作と、
を選択的に行う、請求項1に記載の電力変換装置。
The power transmission insulating circuit is:
Both the first switch element and the second switch element are on, and both the third switch element and the fourth switch element are off, and the fifth switch element and the After both of the sixth switch elements are in the off state, both the first switch element and the second switch element are off, and the third switch element and the fourth switch element A first switch operation in which both of the fifth switch element and the sixth switch element are turned on,
Both the first switch element and the second switch element are off, and both the third switch element and the fourth switch element are on, and the fifth switch element and the After both of the sixth switch elements are in the off state, both the first switch element and the second switch element are off, and the third switch element and the fourth switch element And a second switch operation in which both of the fifth switch element and the sixth switch element are on,
The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is selectively performed.
前記電力伝達用絶縁回路は、前記第1スイッチ動作と前記第2スイッチ動作とを交互に行う、請求項2に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 2, wherein the power transmission insulating circuit alternately performs the first switch operation and the second switch operation. 前記第1変換部は、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の双方がオンである期間に、前記第1の直流電圧を前記第1入力スイッチ部に出力し、
前記第2変換部は、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の双方がオンである期間に、前記第2の直流電圧を前記第2入力スイッチ部に出力する、請求項1から3のいずれか一つに記載の電力変換装置。
The first conversion unit outputs the first DC voltage to the first input switch unit during a period in which both the first switch element and the second switch element are on,
The second conversion unit outputs the second DC voltage to the second input switch unit during a period in which both the third switch element and the fourth switch element are on. 4. The power conversion device according to any one of 3.
前記第1変換部および第2変換部はそれぞれ、
前記分圧回路が生成する電圧が印加されるリアクトルと、
オンすることで前記リアクトルに流れる電流が前記電力伝達用絶縁回路に供給されないように流れ、オフすることで前記リアクトルに流れる電流が前記電力伝達用絶縁回路に供給されるように流れ、オンからオフに切り替わることで前記リアクトルに誘導電圧を発生させる変換スイッチ素子と、
を含み、
前記第1変換部が含む前記リアクトルに発生した前記誘導電圧を前記第1の直流電圧とし、
前記第2変換部が含む前記リアクトルに発生した前記誘導電圧を前記第2の直流電圧とし、
前記第1変換部および前記第2変換部の一方において前記変換スイッチ素子がオフのとき、他方の前記変換スイッチ素子はオンとなる、請求項1から4のいずれか一つに記載の電力変換装置。
The first conversion unit and the second conversion unit are respectively
A reactor to which a voltage generated by the voltage dividing circuit is applied;
When turned on, the current flowing through the reactor flows so as not to be supplied to the power transmission insulating circuit, and when the power is turned off, the current flowing through the reactor flows so as to be supplied to the power transmission insulating circuit. A conversion switch element that generates an induced voltage in the reactor by switching to
Including
The induced voltage generated in the reactor included in the first converter is the first DC voltage,
The induced voltage generated in the reactor included in the second converter is the second DC voltage,
5. The power conversion device according to claim 1, wherein when one of the first conversion unit and the second conversion unit is turned off, the other conversion switch device is turned on. 6. .
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