JP2014103752A - Switching power supply device - Google Patents

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智 渡邊
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply device capable of achieving a charging function by configuring a switching circuit for charging on only one winding side of a transformer.SOLUTION: The switching power supply device includes a switching circuit 30 for charging and a two-way DC-DC converter 40 as a switching circuit for boosting. The switching circuit 30 for charging is connected between a system power supply 50 and a first winding 21 of a transformer 20 and, when a power supply battery 60 is charged with the system power supply 50, supplies a current with a single polarity to the first winding 21 of the transformer 20. The two-way DC-DC converter 40 boosts a DC voltage of the power supply battery 60 by using a second winding 22 of the transformer 20 as a reactor for boosting.

Description

本発明は、スイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply apparatus.

特許文献1に開示された電圧変換装置においては、トランスが電源バッテリと系統電源とを電気的絶縁状態で接続される。第1のブリッジ回路は電源バッテリとトランスとの間に接続される。昇圧回路は、トランスの第1巻線を昇圧用コイルとして使用する。第2のブリッジ回路はトランスの第2巻線に接続される。第1のブリッジ回路の各スイッチング素子および第2のブリッジ回路の各スイッチング素子を、昇圧回路で電源バッテリの直流電圧を昇圧する際は、系統電源用接続部へ電力が供給されないように制御し、系統電源用接続部を系統電源に接続して電源バッテリを充電する際は、昇圧回路が機能しないように制御する。   In the voltage conversion device disclosed in Patent Document 1, a transformer connects a power supply battery and a system power supply in an electrically insulated state. The first bridge circuit is connected between the power battery and the transformer. The booster circuit uses the first winding of the transformer as a booster coil. The second bridge circuit is connected to the second winding of the transformer. When the DC voltage of the power supply battery is boosted by the booster circuit, the switching elements of the first bridge circuit and the switching elements of the second bridge circuit are controlled so that power is not supplied to the system power supply connection part, When charging the power battery by connecting the system power supply connection section to the system power supply, control is performed so that the booster circuit does not function.

特開2008−312394号公報JP 2008-31394 A

特許文献1においては昇圧および充電機能を持つ回路において昇圧リアクトルと充電トランスを統合し1つにすることで小型化・低コスト化が実現できる。この際、充電機能を持たせるためには、トランスにおける各巻線に接続された各ブリッジ回路を同期制御する必要がある。   In Patent Document 1, it is possible to realize a reduction in size and cost by integrating a boosting reactor and a charging transformer into one in a circuit having a boosting and charging function. At this time, in order to provide a charging function, it is necessary to synchronously control each bridge circuit connected to each winding in the transformer.

本発明の目的は、トランスの一方の巻線側だけで充電用スイッチング回路を構成して充電機能を持たせることができるスイッチング電源装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a switching power supply device that can have a charging function by forming a charging switching circuit only on one winding side of a transformer.

請求項1に記載の発明では、第1巻線が系統電源と接続されるとともに第2巻線が電源バッテリに接続され、前記電源バッテリと前記系統電源とを電気的絶縁状態で接続するトランスと、前記系統電源と前記トランスの第1巻線との間に接続され、前記系統電源により前記電源バッテリを充電する際において単一極性の電流を前記トランスの第1巻線に供給する充電用スイッチング回路と、前記トランスの第2巻線を昇圧用リアクトルとして使用して前記電源バッテリの直流電圧を昇圧する昇圧用スイッチング回路と、を備えたことを要旨とする。   In the first aspect of the present invention, the first winding is connected to the system power supply, the second winding is connected to the power supply battery, and the transformer connects the power supply battery and the system power supply in an electrically insulated state. The charging switching is connected between the system power supply and the first winding of the transformer, and supplies a single polarity current to the first winding of the transformer when the power supply battery is charged by the system power supply. The present invention includes a circuit and a boosting switching circuit that boosts a DC voltage of the power supply battery using the second winding of the transformer as a boosting reactor.

請求項1に記載の発明によれば、充電用スイッチング回路において、系統電源により電源バッテリを充電する際において単一極性の電流がトランスの第1巻線に供給される。これにより、系統電源により電源バッテリが充電される。また、昇圧用スイッチング回路において、トランスの第2巻線を昇圧用リアクトルとして使用して電源バッテリの直流電圧が昇圧される。   According to the first aspect of the present invention, when the power supply battery is charged by the system power supply in the charging switching circuit, a single polarity current is supplied to the first winding of the transformer. As a result, the power supply battery is charged by the system power supply. In the step-up switching circuit, the DC voltage of the power supply battery is stepped up using the second winding of the transformer as the step-up reactor.

よって、充電機能を持たせるためにトランスにおける各巻線にそれぞれブリッジ回路を設けて各ブリッジ回路を同期制御する必要がなく、トランスの一方の巻線側だけで充電用スイッチング回路を構成して充電機能を持たせることができる。   Therefore, it is not necessary to provide a bridge circuit for each winding in the transformer to control the bridge circuit in order to provide a charging function, and only one of the windings of the transformer constitutes a charging switching circuit. Can be given.

請求項2に記載のように、請求項1に記載のスイッチング電源装置において、前記充電用スイッチング回路は、リアクトルとコンデンサとスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子のオン・オフにより前記リアクトルを介して前記コンデンサを充電するとともに前記リアクトルに流れる電流がゼロになったときに前記コンデンサを放電して前記リアクトルを介して前記トランスを通電して前記リアクトルに流れる電流がゼロになったときに再び前記リアクトルを介して前記コンデンサを充電するとよい。   As described in claim 2, in the switching power supply device according to claim 1, the switching circuit for charging includes a reactor, a capacitor, and a switching element, and the switching element is turned on and off through the reactor. The capacitor is charged and when the current flowing through the reactor becomes zero, the capacitor is discharged, and the transformer is energized through the reactor, and when the current flowing through the reactor becomes zero, the reactor is turned on again. It is preferable to charge the capacitor.

請求項3に記載のように、請求項2に記載のスイッチング電源装置において、前記スイッチング素子は、直列接続された第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子、直列接続された第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子を含み、前記コンデンサは、一端が前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間に接続されるとともに他端が前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子との間に接続され、前記リアクトルは、一端が前記第1のスイッチング素子および前記第3のスイッチング素子に接続されるとともに他端が前記トランスの第1巻線に接続されているとよい。   3. The switching power supply device according to claim 2, wherein the switching element includes a first switching element and a second switching element connected in series, and a third switching element connected in series. The capacitor includes one end connected between the first switching element and the second switching element, and the other end connected to the third switching element and the fourth switching element. One end of the reactor is connected to the first switching element and the third switching element, and the other end is connected to the first winding of the transformer. .

本発明によれば、トランスの一方の巻線側だけで充電用スイッチング回路を構成して充電機能を持たせることができる。   According to the present invention, it is possible to configure a charging switching circuit only on one winding side of the transformer to have a charging function.

実施形態におけるスイッチング電源装置の回路図。The circuit diagram of the switching power supply device in an embodiment. 系統電源により電源バッテリを充電する際のタイムチャート。The time chart at the time of charging a power supply battery with a system power supply. 系統電源により電源バッテリを充電する際の動作説明のための回路図。The circuit diagram for operation | movement explanation at the time of charging a power supply battery with a system power supply. 系統電源により電源バッテリを充電する際の動作説明のための回路図。The circuit diagram for operation | movement explanation at the time of charging a power supply battery with a system power supply.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、スイッチング電源装置10は、プラグイン・ハイブリッド車用の電源装置である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the switching power supply device 10 is a power supply device for a plug-in hybrid vehicle.

スイッチング電源装置10は、トランス20と、充電用スイッチング回路30と、昇圧用スイッチング回路としての双方向DC/DCコンバータ40を備えている。
トランス20は、第1巻線21と第2巻線22を有する。トランス20は、第1巻線21が充電用スイッチング回路30およびAC/DC変換回路80を介して系統電源50と接続されるとともに、第2巻線22が電源バッテリ60に接続され、電源バッテリ60と系統電源50とを電気的絶縁状態で接続している。
The switching power supply device 10 includes a transformer 20, a charging switching circuit 30, and a bidirectional DC / DC converter 40 as a boosting switching circuit.
The transformer 20 has a first winding 21 and a second winding 22. In the transformer 20, the first winding 21 is connected to the system power supply 50 via the charging switching circuit 30 and the AC / DC conversion circuit 80, and the second winding 22 is connected to the power supply battery 60. And the system power supply 50 are connected in an electrically insulated state.

充電用スイッチング回路30は、リアクトル31とコンデンサ32とスイッチング素子S1,S2,S3,S4と電流センサ33を備えている。スイッチング素子S1,S2,S3,S4としてパワー素子、例えば、IGBTやMOSFETが用いられる。   The charging switching circuit 30 includes a reactor 31, a capacitor 32, switching elements S1, S2, S3, S4, and a current sensor 33. As the switching elements S1, S2, S3, and S4, power elements such as IGBTs and MOSFETs are used.

第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2は、直列接続されている。また、第3のスイッチング素子S3および第4のスイッチング素子S4が直列接続されている。コンデンサ32は、一端が第1のスイッチング素子S1と第2のスイッチング素子S2との間に接続されるとともに他端が第3のスイッチング素子S3と第4のスイッチング素子S4との間に接続されている。リアクトル31の一端が第1のスイッチング素子S1および第3のスイッチング素子S3に接続されるとともに、リアクトル31の他端がトランス20の第1巻線21の一端に接続されている。   The first switching element S1 and the second switching element S2 are connected in series. Further, the third switching element S3 and the fourth switching element S4 are connected in series. The capacitor 32 has one end connected between the first switching element S1 and the second switching element S2 and the other end connected between the third switching element S3 and the fourth switching element S4. Yes. One end of the reactor 31 is connected to the first switching element S 1 and the third switching element S 3, and the other end of the reactor 31 is connected to one end of the first winding 21 of the transformer 20.

トランス20の第1巻線21の他端は第4のスイッチング素子S4およびAC/DC変換回路80と接続されている。AC/DC変換回路80は第1のスイッチング素子S1および第4のスイッチング素子S4と接続されている。AC/DC変換回路80には車両外部の系統電源50が接続される。系統電源50とは、プラグやコンセントによりAC/DC変換回路80と接続され、AC/DC変換回路80において交流が直流に変換されて充電用スイッチング回路30に供給される。   The other end of the first winding 21 of the transformer 20 is connected to the fourth switching element S4 and the AC / DC conversion circuit 80. The AC / DC conversion circuit 80 is connected to the first switching element S1 and the fourth switching element S4. A system power supply 50 outside the vehicle is connected to the AC / DC conversion circuit 80. The system power supply 50 is connected to the AC / DC conversion circuit 80 by a plug or an outlet, and the AC / DC conversion circuit 80 converts alternating current into direct current and supplies it to the charging switching circuit 30.

電流センサ33は、リアクトル31に流れる電流を検出する。リアクトル31の一端とトランス20の第1巻線21との間、および、第1巻線21の他端とスイッチング素子S4(およびAC/DC変換回路80)との間にはスイッチSWが配置されている。スイッチSWを閉じることにより、トランス20の第1巻線21と充電用スイッチング回路30とが接続される。   The current sensor 33 detects the current flowing through the reactor 31. Switches SW are arranged between one end of the reactor 31 and the first winding 21 of the transformer 20 and between the other end of the first winding 21 and the switching element S4 (and the AC / DC conversion circuit 80). ing. By closing the switch SW, the first winding 21 of the transformer 20 and the charging switching circuit 30 are connected.

昇圧用スイッチング回路としての双方向DC/DCコンバータ40は、スイッチング素子としてのパワートランジスタ(IGBT)Q1,Q2とコンデンサ41を備えている。なお、パワートランジスタQ1,Q2として、IGBTに代わりMOSFET等を用いてもよい。   A bidirectional DC / DC converter 40 as a boosting switching circuit includes power transistors (IGBTs) Q1 and Q2 and a capacitor 41 as switching elements. As the power transistors Q1 and Q2, MOSFETs or the like may be used instead of the IGBTs.

パワートランジスタ(IGBT)Q1,Q2が直列接続されている。トランス20の第2巻線22の一端がパワートランジスタ(IGBT)Q1,Q2間に接続されている。トランス20の第2巻線22の他端は電源バッテリ60の正極端子に接続されている。また、直列接続されたパワートランジスタ(IGBT)Q1,Q2に対しコンデンサ41が並列接続されている。電源バッテリ60の負極端子がパワートランジスタQ2とコンデンサ41の間に接続されている。パワートランジスタQ1に対しダイオードD1が逆並列接続されている。また、パワートランジスタQ2に対しダイオードD2が逆並列接続されている。直列接続されたパワートランジスタ(IGBT)Q1,Q2に対しインバータ90を介してモータジェネレータ(走行モータ)91が接続されている。   Power transistors (IGBT) Q1, Q2 are connected in series. One end of the second winding 22 of the transformer 20 is connected between power transistors (IGBT) Q1 and Q2. The other end of the second winding 22 of the transformer 20 is connected to the positive terminal of the power battery 60. A capacitor 41 is connected in parallel to the power transistors (IGBTs) Q1, Q2 connected in series. The negative terminal of the power battery 60 is connected between the power transistor Q2 and the capacitor 41. A diode D1 is connected in antiparallel to the power transistor Q1. A diode D2 is connected in antiparallel to the power transistor Q2. A motor generator (travel motor) 91 is connected to the power transistors (IGBTs) Q1, Q2 connected in series via an inverter 90.

電源バッテリ60は200ボルト仕様である。つまり、電源バッテリ60は、出力電圧が、車両の走行モータを駆動する電圧(例えば、600ボルト)より低く、車両の補機を駆動する電圧(例えば、12ボルトあるいは42ボルト)より高い電圧のもの、具体的には、200ボルトのものが使用されている。また、電源バッテリ60に対し平滑コンデンサ61が並列接続されている。   The power battery 60 is 200 volt specification. That is, the power supply battery 60 has an output voltage that is lower than a voltage (for example, 600 volts) for driving a vehicle running motor and higher than a voltage (for example, 12 volts or 42 volts) for driving an auxiliary machine of the vehicle. Specifically, a 200-volt type is used. A smoothing capacitor 61 is connected in parallel to the power battery 60.

そして、双方向DC/DCコンバータ40は、トランス20の第2巻線22を昇圧用リアクトルとして使用して電源バッテリ60の直流電圧を昇圧する。また、双方向DC/DCコンバータ40は、インバータ90からの直流電圧を降圧する。   Then, bidirectional DC / DC converter 40 boosts the DC voltage of power supply battery 60 using second winding 22 of transformer 20 as a boosting reactor. Bidirectional DC / DC converter 40 steps down the DC voltage from inverter 90.

インバータ90は、双方向DC/DCコンバータ40から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ91に供給する。また、インバータ90は、モータジェネレータ91の回生制動に伴いモータジェネレータ91において発生した交流電圧、あるいはモータジェネレータ91がエンジンによって駆動されて発電機として機能した際に発生した交流電圧を、双方向DC/DCコンバータ40を介して電源バッテリ60側に印加(供給)する。このとき双方向DC/DCコンバータ40は降圧回路として動作(機能)する。   Inverter 90 converts the DC voltage output from bidirectional DC / DC converter 40 into an AC voltage and supplies the AC voltage to motor generator 91. Further, the inverter 90 converts the alternating voltage generated in the motor generator 91 with the regenerative braking of the motor generator 91 or the alternating voltage generated when the motor generator 91 is driven by the engine and functions as a generator into a bidirectional DC / DC. It is applied (supplied) to the power battery 60 side through the DC converter 40. At this time, the bidirectional DC / DC converter 40 operates (functions) as a step-down circuit.

スイッチング電源装置10にはコントローラ70が備えられている。コントローラ70は、充電用スイッチング回路30のスイッチング素子S1,S2,S3,S4をオン・オフ制御する。また、コントローラ70は、電流センサ33からリアクトル31に流れる電流の検出結果を入力する。これにより、コントローラ70は、リアクトル31に流れる電流がゼロになったか否か検知することができる。コントローラ70は、スイッチSWを開閉制御する。具体的には、コントローラ70は、系統電源50により電源バッテリ60を充電する際にはスイッチSWを閉じる。   The switching power supply device 10 includes a controller 70. The controller 70 controls on / off of the switching elements S1, S2, S3, and S4 of the charging switching circuit 30. Further, the controller 70 inputs a detection result of the current flowing from the current sensor 33 to the reactor 31. Thereby, the controller 70 can detect whether or not the current flowing through the reactor 31 has become zero. The controller 70 controls opening / closing of the switch SW. Specifically, the controller 70 closes the switch SW when the system battery 50 charges the power battery 60.

また、コントローラ70は、双方向DC/DCコンバータ40のパワートランジスタ(IGBT)Q1,Q2をオン・オフ制御する。これにより、双方向DC/DCコンバータ40において昇圧動作や降圧動作が行われる。   Further, the controller 70 controls on / off of the power transistors (IGBTs) Q1, Q2 of the bidirectional DC / DC converter 40. As a result, the bidirectional DC / DC converter 40 performs a step-up operation or a step-down operation.

コントローラ70は、図示しない主制御装置、モータジェネレータ91の回転速度を検出するセンサ等と接続されている。そして、コントローラ70は、主制御装置から車両の運転状態に関する情報を入手するとともに、その情報およびセンサ信号に基づいてモータジェネレータ91を駆動制御する。このとき、双方向DC/DCコンバータ40を昇圧回路として機能させる。コントローラ70は、主制御装置からの情報、センサ信号に基づき、モータジェネレータ91を発電機として制御する。このとき、双方向DC/DCコンバータ40を降圧回路として機能させる。   The controller 70 is connected to a main control device (not shown), a sensor that detects the rotational speed of the motor generator 91, and the like. Controller 70 obtains information on the driving state of the vehicle from the main control device, and drives and controls motor generator 91 based on the information and sensor signal. At this time, the bidirectional DC / DC converter 40 is caused to function as a booster circuit. The controller 70 controls the motor generator 91 as a generator based on information from the main control device and sensor signals. At this time, the bidirectional DC / DC converter 40 is caused to function as a step-down circuit.

コントローラ70は、モータジェネレータ91の駆動停止状態において、充電用スイッチング回路30が系統電源50で電源バッテリ60を充電するように制御する。
次に、このように構成したスイッチング電源装置10の作用について、図2,3,4を用いて説明する。
The controller 70 controls the charging switching circuit 30 to charge the power supply battery 60 with the system power supply 50 in the drive stop state of the motor generator 91.
Next, the operation of the switching power supply device 10 configured as described above will be described with reference to FIGS.

まず、系統電源50を電源として電源バッテリ60を充電する場合について説明する。
プラグを系統電源50のコンセント(例えば、家庭の100ボルトのコンセント)に接続する。そして、系統電源50からプラグを介してAC/DC変換回路80に交流電圧が供給される。AC/DC変換回路80は、供給された交流電圧を直流電圧に変換する。変換された直流電圧が充電用スイッチング回路30に供給される。
First, the case where the power supply battery 60 is charged using the system power supply 50 as a power supply will be described.
The plug is connected to an outlet of the system power supply 50 (for example, a household 100 volt outlet). Then, an AC voltage is supplied from the system power supply 50 to the AC / DC conversion circuit 80 via a plug. The AC / DC conversion circuit 80 converts the supplied AC voltage into a DC voltage. The converted DC voltage is supplied to the charging switching circuit 30.

充電用スイッチング回路30の各スイッチング素子S1〜S4が、コントローラ70からの制御信号によってスイッチングされることにより、トランス20の第2巻線22に誘起された電流で電源バッテリ60が充電される。   The switching elements S <b> 1 to S <b> 4 of the charging switching circuit 30 are switched by a control signal from the controller 70, whereby the power supply battery 60 is charged with the current induced in the second winding 22 of the transformer 20.

図2,3,4は、系統電源50により電源バッテリ60を充電する場合の作用を説明するための図である。
図2のタイムチャートにおいて、上から順に、スイッチング素子S1,S3のオン・オフ状態、スイッチング素子S1,S3の両端子間に加わる電圧、スイッチング素子S2,S4のオン・オフ状態、スイッチング素子S2,S4の両端子間に加わる電圧を示す。さらにその下に、コンデンサ32の電圧、リアクトル31に流れる電流、トランス20の第1巻線21の両端子間の電圧、トランス20の第2巻線22の両端子間の電圧、電源バッテリ60への充電電流を示す。
2, 3, and 4 are diagrams for explaining the operation when the power battery 60 is charged by the system power supply 50.
In the time chart of FIG. 2, in order from the top, the switching elements S1, S3 are turned on / off, the voltage applied between both terminals of the switching elements S1, S3, the switching elements S2, S4 are turned on / off, the switching elements S2, The voltage applied between both terminals of S4 is shown. Further below that, the voltage of the capacitor 32, the current flowing through the reactor 31, the voltage between both terminals of the first winding 21 of the transformer 20, the voltage between both terminals of the second winding 22 of the transformer 20, to the power battery 60 The charging current is shown.

図2において、スイッチング素子S1,S3は、t1のタイミングからt2のタイミングまでオンする。また、スイッチング素子S2,S4は、t2のタイミングからt3のタイミングまでオンする。   In FIG. 2, the switching elements S1 and S3 are turned on from the timing t1 to the timing t2. The switching elements S2 and S4 are turned on from the timing t2 to the timing t3.

スイッチング素子S1,S3がオンする第1のオン期間T1においては、スイッチング素子S1,S3の両端子間電圧はゼロとなる。また、スイッチング素子S2,S4がオンする第2のオン期間T2においては、スイッチング素子S2,S4の両端子間電圧はゼロとなる。   In the first on-period T1 in which the switching elements S1 and S3 are turned on, the voltage between both terminals of the switching elements S1 and S3 is zero. Further, in the second on period T2 in which the switching elements S2 and S4 are turned on, the voltage between both terminals of the switching elements S2 and S4 becomes zero.

図2のスイッチング素子S1,S3がオンする第1のオン期間T1においては、図3に符号I5で示すように、AC/DC変換回路80から、スイッチング素子S1→コンデンサ32→スイッチング素子S3→リアクトル31→トランス20の第1巻線21→AC/DC変換回路80の経路で電流が流れる。この通電によりコンデンサ32が充電され、徐々に電圧が上昇する。また、トランス20の第2巻線22およびダイオードD2を通して符号I6で示すように電源バッテリ60に電流が流れる。   In the first on-period T1 in which the switching elements S1 and S3 in FIG. 2 are turned on, the switching element S1 → the capacitor 32 → the switching element S3 → the reactor from the AC / DC conversion circuit 80, as indicated by reference numeral I5 in FIG. A current flows through a path 31 → the first winding 21 of the transformer 20 → the AC / DC conversion circuit 80. The capacitor 32 is charged by this energization, and the voltage gradually increases. Further, a current flows through the power supply battery 60 through the second winding 22 of the transformer 20 and the diode D2 as indicated by reference numeral I6.

そして、リアクトル31に流れる電流がゼロとなると(図2のt2のタイミング)、コントローラ70はコンデンサ32の充電が完了したとして、スイッチング素子S2,S4をオンする。この第2のオン期間T2においては、図4に符号I7で示すように、コンデンサ32から、スイッチング素子S2→リアクトル31→トランス20の第1巻線21→スイッチング素子S4→コンデンサ32の経路で電流が流れる。このようにして、コンデンサ32が放電され、リアクトル31およびトランス20の第1巻線21が通電される。また、トランス20の第2巻線22およびダイオードD2を通して符号I8で示すように電源バッテリ60に充電電流が流れる。これによって、系統電源50により電源バッテリ60が充電される。   When the current flowing through the reactor 31 becomes zero (timing t2 in FIG. 2), the controller 70 turns on the switching elements S2 and S4, assuming that the capacitor 32 has been charged. In the second on-period T2, as indicated by a symbol I7 in FIG. 4, the current flows from the capacitor 32 through the path of the switching element S2, the reactor 31, the first winding 21 of the transformer 20, the switching element S4, and the capacitor 32. Flows. In this way, the capacitor 32 is discharged, and the reactor 31 and the first winding 21 of the transformer 20 are energized. Further, a charging current flows through the power supply battery 60 through the second winding 22 of the transformer 20 and the diode D2 as indicated by reference numeral I8. As a result, the power supply battery 60 is charged by the system power supply 50.

そして、リアクトル31に流れる電流がゼロとなると(図2のt3のタイミング)、コントローラ70はコンデンサ32の放電が完了したとしてスイッチング素子S1,S3をオンする。   When the current flowing through the reactor 31 becomes zero (timing t3 in FIG. 2), the controller 70 turns on the switching elements S1 and S3 on the assumption that the discharge of the capacitor 32 is completed.

これを繰り返し、リアクトル31に流れる電流として単一極性の電流(正の半波電流)を通電する。つまり、トランス20の第2巻線22に誘起された単一極性の電流(正の半波電流)により電源バッテリ60を充電する。   This is repeated, and a single polarity current (positive half-wave current) is applied as a current flowing through the reactor 31. That is, the power supply battery 60 is charged with a single polarity current (positive half-wave current) induced in the second winding 22 of the transformer 20.

このようにして、充電用スイッチング回路30のスイッチング素子S1,S2,S3,S4がオン・オフされる。この動作に伴い、リアクトル31を介してコンデンサ32が充電されるとともにリアクトル31に流れる電流がゼロになったときにコンデンサ32が放電されてリアクトル31を介してトランス20が通電されてリアクトル31に流れる電流がゼロになったときに再びリアクトル31を介してコンデンサ32が充電される。これにより、トランス20の第1巻線21側だけで充電用スイッチング回路を構成し、単一極性の電流(正の半波電流)を発生して電源バッテリ60を充電することができる。また、トランス20の第1巻線21で充電電流を制御できるため、電源バッテリ60側での制御が不要となる。このように、トランスにおける一方の巻線側である電源バッテリ60側のブリッジ回路、および、トランスの他方の巻線側の回路との同期制御が不要となるため、低コスト化が達成できる。   In this way, the switching elements S1, S2, S3, S4 of the charging switching circuit 30 are turned on / off. With this operation, the capacitor 32 is charged via the reactor 31 and when the current flowing through the reactor 31 becomes zero, the capacitor 32 is discharged and the transformer 20 is energized via the reactor 31 and flows into the reactor 31. When the current becomes zero, the capacitor 32 is charged again via the reactor 31. As a result, a charging switching circuit can be configured only on the first winding 21 side of the transformer 20, and a single polarity current (positive half-wave current) can be generated to charge the power supply battery 60. In addition, since the charging current can be controlled by the first winding 21 of the transformer 20, control on the power source battery 60 side is not necessary. In this way, synchronous control with the bridge circuit on the power supply battery 60 side, which is one winding side of the transformer, and the circuit on the other winding side of the transformer is not required, so that cost reduction can be achieved.

次に、モータジェネレータ91が走行モータとして駆動される力行モード時、つまり、トランス20の第2巻線22を昇圧用リアクトルとして使用して電源バッテリ60の直流電圧を昇圧してインバータ90に供給する場合について説明する。   Next, in the powering mode in which the motor generator 91 is driven as a travel motor, that is, the DC voltage of the power supply battery 60 is boosted and supplied to the inverter 90 using the second winding 22 of the transformer 20 as a boosting reactor. The case will be described.

コントローラ70により双方向DC/DCコンバータ40のパワートランジスタQ1,Q2が制御される。そして、双方向DC/DCコンバータ40は、電源バッテリ60の出力電圧(200ボルト)をモータジェネレータ91の駆動電圧(600ボルト)に昇圧する。   The controller 70 controls the power transistors Q1 and Q2 of the bidirectional DC / DC converter 40. Bidirectional DC / DC converter 40 boosts the output voltage (200 volts) of power supply battery 60 to the drive voltage (600 volts) of motor generator 91.

具体的には、図1のコントローラ70は、昇圧用スイッチング回路としての双方向DC/DCコンバータ40のパワートランジスタQ1をオフしたままパワートランジスタQ2をスイッチングさせてオン・オフに伴い昇圧する。このとき、コントローラ70はパワートランジスタQ2をデューティ制御して電圧を調整する(合わせる)。   Specifically, the controller 70 in FIG. 1 switches the power transistor Q2 with the power transistor Q1 of the bidirectional DC / DC converter 40 serving as a boosting switching circuit turned off, and boosts the voltage with the on / off. At this time, the controller 70 performs duty control on the power transistor Q2 to adjust (match) the voltage.

より詳しくは、トランス20の第2巻線22、パワートランジスタQ2を通るように電流が流れて第2巻線22にエネルギーが蓄えられる。次に、パワートランジスタQ2がオフになると、第2巻線22に蓄えられていたエネルギーが加えられた状態でダイオードD1を通るように電流が流れてインバータ90へ供給される。即ち、パワートランジスタQ2のオン・オフ制御に伴い、パワートランジスタQ2がオンからオフにスイッチングされたときに昇圧された電力がインバータ90に供給される。このとき、トランス20の第2巻線22が昇圧回路の昇圧用リアクトルとして使用される。   More specifically, current flows through the second winding 22 of the transformer 20 and the power transistor Q2, and energy is stored in the second winding 22. Next, when the power transistor Q <b> 2 is turned off, a current flows through the diode D <b> 1 with the energy stored in the second winding 22 being applied, and is supplied to the inverter 90. That is, with the on / off control of the power transistor Q2, the boosted power is supplied to the inverter 90 when the power transistor Q2 is switched from on to off. At this time, the second winding 22 of the transformer 20 is used as a boosting reactor of the boosting circuit.

この昇圧した電圧がインバータ90に供給され、インバータ90により交流に変換されてモータジェネレータ91が駆動される。つまり、インバータ90は、双方向DC/DCコンバータ40から供給される昇圧された直流電圧を、モータジェネレータ91を目的の速度で駆動する周波数の交流に変換して出力する。そして、モータジェネレータ91が駆動され、目的の車速で車両が走行する。   The boosted voltage is supplied to the inverter 90, converted into alternating current by the inverter 90, and the motor generator 91 is driven. That is, the inverter 90 converts the boosted DC voltage supplied from the bidirectional DC / DC converter 40 into AC having a frequency for driving the motor generator 91 at a target speed, and outputs the AC voltage. Then, the motor generator 91 is driven, and the vehicle travels at the target vehicle speed.

次に、モータジェネレータ91が発電機として駆動される発電モード時あるいは回生モード時について説明する。
図1のコントローラ70においてモータジェネレータ91を発電機として使用してモータジェネレータ91の電力や回生によって発電した電力を電源バッテリ60に充電させる。
Next, a description will be given of a power generation mode or a regeneration mode in which the motor generator 91 is driven as a generator.
In the controller 70 of FIG. 1, the motor generator 91 is used as a generator to charge the power battery 60 with the electric power of the motor generator 91 or the electric power generated by regeneration.

図1のコントローラ70はパワートランジスタQ2をオフし、パワートランジスタQ1をスイッチングさせてオン・オフに伴う降圧動作により回生エネルギーを電源バッテリ60に戻す。このとき、コントローラ70はパワートランジスタQ1をデューティ制御して電圧を調整する(合わせる)。   The controller 70 in FIG. 1 turns off the power transistor Q2, switches the power transistor Q1, and returns the regenerative energy to the power supply battery 60 by the step-down operation accompanying on / off. At this time, the controller 70 adjusts (adjusts) the voltage by duty-controlling the power transistor Q1.

詳しくは、コントローラ70からの指令信号に基づいてインバータ90は、モータジェネレータ91から出力される交流電圧を直流電圧に変換するように制御され、直流電圧がインバータ90から双方向DC/DCコンバータ40に出力される。また、双方向DC/DCコンバータ40において、パワートランジスタQ1、トランス20の第2巻線22を通るように電流が流れて第2巻線22にエネルギーが蓄えられる。次に、パワートランジスタQ1がオフになると、第2巻線22に蓄えられていたエネルギーが加えられた状態でダイオードD2を通るように電流が流れて電源バッテリ60へ供給される。即ち、パワートランジスタQ1のオン・オフ制御に伴い、パワートランジスタQ1がオンからオフにスイッチングされたときに電力が電源バッテリ60に供給される。   Specifically, based on a command signal from controller 70, inverter 90 is controlled to convert an AC voltage output from motor generator 91 into a DC voltage, and the DC voltage is transferred from inverter 90 to bidirectional DC / DC converter 40. Is output. In the bidirectional DC / DC converter 40, a current flows through the power transistor Q1 and the second winding 22 of the transformer 20, and energy is stored in the second winding 22. Next, when the power transistor Q1 is turned off, a current flows through the diode D2 in a state where the energy stored in the second winding 22 is applied and is supplied to the power battery 60. That is, according to the on / off control of the power transistor Q1, power is supplied to the power supply battery 60 when the power transistor Q1 is switched from on to off.

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)スイッチング電源装置10の構成として、充電用スイッチング回路30と、昇圧用スイッチング回路としての双方向DC/DCコンバータ40を備える。充電用スイッチング回路30は、系統電源50とトランス20の第1巻線21との間に接続され、系統電源50により電源バッテリ60を充電する際において単一極性の電流をトランス20の第1巻線21に供給する。また、昇圧用スイッチング回路としての双方向DC/DCコンバータ40は、トランス20の第2巻線22を昇圧用リアクトルとして使用して電源バッテリ60の直流電圧を昇圧する。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The switching power supply device 10 includes a charging switching circuit 30 and a bidirectional DC / DC converter 40 as a boosting switching circuit. The charging switching circuit 30 is connected between the system power supply 50 and the first winding 21 of the transformer 20. When the power supply battery 60 is charged by the system power supply 50, a single polarity current is supplied to the first winding of the transformer 20. Supply to line 21. The bidirectional DC / DC converter 40 as a boosting switching circuit boosts the DC voltage of the power supply battery 60 using the second winding 22 of the transformer 20 as a boosting reactor.

よって、充電機能を持たせるためにトランス20における各巻線21,22にそれぞれブリッジ回路を設けて各ブリッジ回路を同期制御する必要がなく、トランス20の一方の巻線21側だけで充電用スイッチング回路を構成して充電機能を持たせることができる。   Therefore, it is not necessary to provide a bridge circuit for each of the windings 21 and 22 in the transformer 20 in order to provide a charging function, so that each bridge circuit does not need to be controlled synchronously, and only one winding 21 side of the transformer 20 is charged. Can be provided with a charging function.

(2)具体的には、充電用スイッチング回路30は、リアクトル31とコンデンサ32とスイッチング素子S1,S2,S3,S4を備える。スイッチング素子S1,S2,S3,S4のオン・オフによりリアクトル31を介してコンデンサ32を充電するとともにリアクトル31に流れる電流がゼロになったときにコンデンサ32を放電してリアクトル31を介してトランス20を通電してリアクトル31に流れる電流がゼロになったときに再びリアクトル31を介してコンデンサ32を充電する。このように、リアクトル31とコンデンサ32とスイッチング素子S1,S2,S3,S4を用いて充電用スイッチング回路30を構成することができる。   (2) Specifically, the charging switching circuit 30 includes a reactor 31, a capacitor 32, and switching elements S1, S2, S3, and S4. When the switching elements S1, S2, S3, and S4 are turned on / off, the capacitor 32 is charged via the reactor 31, and when the current flowing through the reactor 31 becomes zero, the capacitor 32 is discharged and the transformer 20 passes through the reactor 31. And the capacitor 32 is charged again via the reactor 31 when the current flowing through the reactor 31 becomes zero. As described above, the charging switching circuit 30 can be configured using the reactor 31, the capacitor 32, and the switching elements S1, S2, S3, and S4.

(3)より詳しくは、スイッチング素子は、直列接続された第1のスイッチング素子S1および第2のスイッチング素子S2、直列接続された第3のスイッチング素子S3および第4のスイッチング素子S4を含んでいる。コンデンサ32は、一端が第1のスイッチング素子S1と第2のスイッチング素子S2との間に接続されるとともに他端が第3のスイッチング素子S3と第4のスイッチング素子S4との間に接続されている。リアクトル31は、一端が第1のスイッチング素子S1および第3のスイッチング素子S3に接続されるとともに他端がトランス20の第1巻線21に接続されている。   (3) More specifically, the switching element includes a first switching element S1 and a second switching element S2 connected in series, and a third switching element S3 and a fourth switching element S4 connected in series. . The capacitor 32 has one end connected between the first switching element S1 and the second switching element S2 and the other end connected between the third switching element S3 and the fourth switching element S4. Yes. Reactor 31 has one end connected to first switching element S1 and third switching element S3 and the other end connected to first winding 21 of transformer 20.

よって、コンデンサ32の充放電により単一極性の電流をトランス20の第1巻線21に供給することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
Therefore, a single polarity current can be supplied to the first winding 21 of the transformer 20 by charging and discharging the capacitor 32.
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.

・昇圧用スイッチング回路としての双方向DC/DCコンバータ40を用いたが、単に昇圧を行う昇圧用スイッチング回路であってもよい。
・車両用電源装置に具体化したが、これに限るものではない。
Although the bidirectional DC / DC converter 40 is used as a boosting switching circuit, it may be a boosting switching circuit that simply boosts.
-Although embodied in a vehicle power supply device, it is not limited to this.

10…スイッチング電源装置、21…第1巻線、22…第2巻線、20…トランス、30…充電用スイッチング回路、31…リアクトル、32…コンデンサ、40…昇圧用スイッチング回路としての双方向DC/DCコンバータ、50…系統電源、60…電源バッテリ、S1…スイッチング素子、S2…スイッチング素子、S3…スイッチング素子、S4…スイッチング素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Switching power supply device, 21 ... 1st winding, 22 ... 2nd winding, 20 ... Transformer, 30 ... Charging switching circuit, 31 ... Reactor, 32 ... Capacitor, 40 ... Bidirectional DC as boosting switching circuit / DC converter, 50 ... system power supply, 60 ... power battery, S1 ... switching element, S2 ... switching element, S3 ... switching element, S4 ... switching element.

Claims (3)

第1巻線が系統電源と接続されるとともに第2巻線が電源バッテリに接続され、前記電源バッテリと前記系統電源とを電気的絶縁状態で接続するトランスと、
前記系統電源と前記トランスの第1巻線との間に接続され、前記系統電源により前記電源バッテリを充電する際において単一極性の電流を前記トランスの第1巻線に供給する充電用スイッチング回路と、
前記トランスの第2巻線を昇圧用リアクトルとして使用して前記電源バッテリの直流電圧を昇圧する昇圧用スイッチング回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
A transformer having a first winding connected to a system power supply and a second winding connected to a power supply battery, and connecting the power supply battery and the system power supply in an electrically insulated state;
A charging switching circuit which is connected between the system power supply and the first winding of the transformer and supplies a single polarity current to the first winding of the transformer when the power supply battery is charged by the system power supply. When,
A boosting switching circuit that boosts the DC voltage of the power battery using the second winding of the transformer as a boosting reactor;
A switching power supply device comprising:
前記充電用スイッチング回路は、リアクトルとコンデンサとスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子のオン・オフにより前記リアクトルを介して前記コンデンサを充電するとともに前記リアクトルに流れる電流がゼロになったときに前記コンデンサを放電して前記リアクトルを介して前記トランスを通電して前記リアクトルに流れる電流がゼロになったときに再び前記リアクトルを介して前記コンデンサを充電する
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
The charging switching circuit includes a reactor, a capacitor, and a switching element. When the switching element is turned on / off, the charging circuit is charged via the reactor, and the capacitor is turned on when a current flowing through the reactor becomes zero. 2. The switching power supply according to claim 1, wherein the capacitor is charged again through the reactor when the transformer is discharged and the transformer is energized and the current flowing through the reactor becomes zero. apparatus.
前記スイッチング素子は、
直列接続された第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子、直列接続された第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子を含み、
前記コンデンサは、
一端が前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間に接続されるとともに他端が前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子との間に接続され、
前記リアクトルは、
一端が前記第1のスイッチング素子および前記第3のスイッチング素子に接続されるとともに他端が前記トランスの第1巻線に接続されている
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。
The switching element is
A first switching element and a second switching element connected in series; a third switching element and a fourth switching element connected in series;
The capacitor is
One end is connected between the first switching element and the second switching element and the other end is connected between the third switching element and the fourth switching element.
The reactor is
The switching power supply according to claim 2, wherein one end is connected to the first switching element and the third switching element, and the other end is connected to the first winding of the transformer.
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