JP6729196B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device.

M個の電源の電力を負荷に供給する電力システムとして、2つのストリングを含むシステムが知られている(特許文献1)。この電力システムにおいて、2つのストリングは、M個(Mは1より大きい整数)の電源と、M個の電源に電気的に接続された各スイッチング回路とを含んでいる。スイッチング回路はDCDC変換器で構成されている。各DCDC変換器は直列に接続されている。また、負荷に接続される共通DCバスと2つのストリングとの間に、ストリングオプティマイザが接続されている。 A system including two strings is known as a power system that supplies power from M power sources to a load (Patent Document 1). In this power system, the two strings include M power sources (M is an integer greater than 1) and switching circuits electrically connected to the M power sources. The switching circuit is composed of a DCDC converter. Each DCDC converter is connected in series. A string optimizer is connected between the common DC bus connected to the load and the two strings.

特表2013−536512号公報Special table 2013-536512 gazette

しかしながら、上記の電力システムでは、昇圧比を高めるためにストリングオプティマイザを追加した分、損失が大きくなるという問題があった。 However, in the above power system, there is a problem that the loss is increased due to the addition of the string optimizer in order to increase the boost ratio.

本発明が解決しようとする課題は、損失を抑制した電力変換装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a power conversion device that suppresses loss.

本発明は、入力ポートを有する1次側回路と、複数の出力ポート及び複数の2次側変換回路を有する2次側回路とを備え、複数の出力ポートを直列に接続し、1次側回路と2次側回路の間を絶縁し、電源からの入力電力を増加するように電源の動作点を制御する。そして本発明は、動作点で動作するときの電源の入力電力を、複数の2次側変換回路にそれぞれ出力することで、上記課題を解決する。 The present invention includes a primary side circuit having an input port and a secondary side circuit having a plurality of output ports and a plurality of secondary side conversion circuits, and a plurality of output ports are connected in series to form a primary side circuit. And the secondary side circuit are insulated, and the operating point of the power supply is controlled so as to increase the input power from the power supply. Then, the present invention solves the above problem by outputting the input power of the power supply when operating at the operating point to each of the plurality of secondary side conversion circuits.

本発明によれば、損失を抑制しつつ電力変換できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that power can be converted while suppressing loss.

図1は、本実施形態に係る電力変換システムの回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a power conversion system according to this embodiment. 図2は、図1で示した電源の電圧、電流特性のグラフである。FIG. 2 is a graph of voltage-current characteristics of the power supply shown in FIG. 図3は、図1の電力変換システムの回路構成のうち、1段目のDCDCコンバータの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of the first-stage DCDC converter in the circuit configuration of the power conversion system of FIG. 図4は、図3で示したDCDCコンバータにおける電流特性及び電圧特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing current characteristics and voltage characteristics in the DCDC converter shown in FIG. 図5は、図3で示したDCDCコンバータにおける、位相差、励磁時間、整流器の出力(Vref、Iref)及び2次側変換回路の出力電圧(Vout)の特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the phase difference, the excitation time, the outputs (V ref , I ref ) of the rectifier and the output voltage (V out ) of the secondary side conversion circuit in the DCDC converter shown in FIG. 図6は、本実施形態に係る電力変換システムの回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of the power conversion system according to the present embodiment. 図7は、本発明の他の実施形態に係る電力変換システムのうち、電源と出力ポートとの間の回路図を示す。FIG. 7 shows a circuit diagram between a power supply and an output port in a power conversion system according to another embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

《第1実施形態》
本実施形態に係る電力変換装置を、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る電力変換装置200を含む電力変換システムの回路図である。本実施形態に係る電力変換装置200は、電源から入力される電力を変換し、変換された電力を負荷に供給する。電力変換装置は、例えば、車両に搭載される充電システムに用いられる。なお、以下の説明では、電源を太陽電池とし、負荷を二次電池とした上で、実施形態を説明する。電源は、太陽電池に限らず他の電源であってもよい。負荷は二次電池に限らず、エアコンなどの装置であってもよい。また、電力変換装置は、必ずしも車両に搭載される必要はなく、車両以外の他の装置に搭載されてもよい。
<<1st Embodiment>>
The power conversion device according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram of a power conversion system including a power conversion device 200 according to this embodiment. The power conversion device 200 according to the present embodiment converts the power input from the power supply and supplies the converted power to the load. The power converter is used, for example, in a charging system mounted on a vehicle. Note that, in the following description, the embodiment will be described with a power source being a solar cell and a load being a secondary battery. The power source is not limited to the solar cell and may be another power source. The load is not limited to the secondary battery, but may be a device such as an air conditioner. The power conversion device does not necessarily have to be mounted on the vehicle, and may be mounted on a device other than the vehicle.

図1に示すように、本実施形態に係る電力変換システムは、複数の電源1、2、負荷3及び電力変換装置200を備えている。電源1、2は太陽電池である。電源1、2は太陽電池であるため、電源1、2の出力可能電力(発電電力)は、電池1、2に当たる光の強さ(日照量)によって異なる。電源1及び電源2は、一対の電源ラインにより、電力変換装置200の入力側にそれぞれ接続されている。すなわち、電源1と電力変換装置200の入力との間を接続する電源ラインと、電源2と電力変換装置の入力との間を接続する電源ラインは、それぞれ独立している。そのため、電源1は、電源2の出力可能電力に依存することなく、電源1の出力可能電力を出力できる。電源2は、電源1の出力可能電力に依存することなく、電源2の出力可能電力を出力できる。 As shown in FIG. 1, the power conversion system according to this embodiment includes a plurality of power sources 1, 2, a load 3, and a power conversion device 200. The power sources 1 and 2 are solar cells. Since the power sources 1 and 2 are solar cells, the power that can be output (generated power) from the power sources 1 and 2 differs depending on the intensity of the light that strikes the batteries 1 and 2 (sunlight amount). The power supply 1 and the power supply 2 are respectively connected to the input side of the power conversion device 200 by a pair of power supply lines. That is, the power supply line connecting between the power supply 1 and the input of the power conversion device 200 and the power supply line connecting between the power supply 2 and the input of the power conversion device are independent from each other. Therefore, the power supply 1 can output the outputtable power of the power supply 1 without depending on the outputtable power of the power supply 2. The power supply 2 can output the outputtable power of the power supply 2 without depending on the outputtable power of the power supply 1.

ここで、本実施形態とは異なり、電源1と電源2が直列に接続されている場合について説明する。例えば、電池1の一部が陰になることで、電源1に当たる光の強さが、電源2に当たる光の強さより小さくなった場合には、電源1の出力可能電力は、電源2の出力可能電力よりも小さくなる。太陽電池の特性として、出力可能電力が小さくなるほど、電源1、2の出力電圧は低くなる。出力可能電力の高い電源2は、出力可能電力の低い電源1に直列に接続されているため、電源2の出力電流は、電源1の出力電流に抑えられてしまう。ゆえに、電源1、2全体の出力可能電力は大幅に低下する。一方、本実施形態は、電源1と電源2とを直列に接続することなく、電源1と電源2を別々の電源ラインで電力変換装置に接続しているため、電源1と電源2は、互いに依存することなく、それぞれ出力可能電力を出力できる。 Here, unlike the present embodiment, a case where the power source 1 and the power source 2 are connected in series will be described. For example, when a part of the battery 1 is shaded so that the intensity of light hitting the power source 1 becomes smaller than the intensity of light hitting the power source 2, the power that can be output by the power source 1 can be output by the power source 2. Less than power. As a characteristic of the solar cell, the output voltage of the power supplies 1 and 2 becomes lower as the available output power becomes smaller. Since the power source 2 having high outputtable power is connected in series to the power source 1 having low outputtable power, the output current of the power source 2 is suppressed to the output current of the power source 1. Therefore, the outputtable electric power of the power supplies 1 and 2 as a whole is significantly reduced. On the other hand, in the present embodiment, since the power source 1 and the power source 2 are connected to the power conversion device by separate power source lines without connecting the power source 1 and the power source 2 in series, the power source 1 and the power source 2 are mutually connected. Outputtable power can be output independently of each other.

負荷3は、バッテリ等の負荷である。電力変換装置200は、電源1、2を高出力電力となる動作点で動作するように電源1、2を制御しつつ、1回の昇圧機能をもったDCDC変換装置である。 The load 3 is a load such as a battery. The power conversion device 200 is a DCDC conversion device having a one-time boosting function while controlling the power supplies 1 and 2 so that the power supplies 1 and 2 operate at an operating point where high output power is obtained.

電力変換装置200は、1次側回路10及び2次側回路30を備えている。1次側回路10はDCDC変換回路(DCDCコンバータ)の1次側の回路であり、2次側回路30はDCDCコンバータの2次側の回路である。1次側回路10は、電源1、2から入力される直流を交流に変換する。そして、1次側回路10と2次側回路30との間には、トランスが設けられることで、1次側回路10と2次側回路の間は絶縁されている。また、このトランスが昇圧機能を発揮する。2次側回路30は、昇圧された交流を直流に整流し、負荷3に供給する。1次側回路10のうち、DCAC変換回路が、後述する1次側変換回路11〜14に相当し、2次側回路30のうちACDC変換回路が、後述する2次側変換回路61〜64に相当する。 The power conversion device 200 includes a primary circuit 10 and a secondary circuit 30. The primary side circuit 10 is a primary side circuit of a DCDC conversion circuit (DCDC converter), and the secondary side circuit 30 is a secondary side circuit of a DCDC converter. The primary side circuit 10 converts direct current input from the power supplies 1 and 2 into alternating current. A transformer is provided between the primary circuit 10 and the secondary circuit 30 so that the primary circuit 10 and the secondary circuit are insulated from each other. Also, this transformer exerts a boosting function. The secondary circuit 30 rectifies the boosted AC into DC and supplies the DC to the load 3. Of the primary side circuit 10, DCAC conversion circuits correspond to primary side conversion circuits 11 to 14 described later, and ACDC conversion circuits of the secondary side circuit 30 correspond to secondary side conversion circuits 61 to 64 described later. Equivalent to.

1次側の回路構成を説明する。1次側回路10は、1次側変換回路11〜14、1次巻線15〜18、入力ポート19、20及び平滑コンデンサ21、22を備えている。 The circuit configuration on the primary side will be described. The primary side circuit 10 includes primary side conversion circuits 11 to 14, primary windings 15 to 18, input ports 19 and 20, and smoothing capacitors 21 and 22.

1次側変換回路11〜14は、スイッチング素子S1〜S4をフルブリッジ状に接続したフルブリッジ回路であり、電源1、2から入力される直流の入力電圧を交流電圧に変換する。スイッチング素子S〜Sにおいて、トランジスタの導通方向と還流ダイオードの導通方向が互いに逆向きになるように、トランジスタと還流ダイオードは並列にそれぞれ接続されている。トランジスタには、IGBT、MOSFET等が用いられる。還流ダイオードは、整流素子又はMOSFETの寄生ダイオードである。スイッチング素子Sとスイッチング素子Sは、一対の電源ライン間で直列に接続され、スイッチング素子Sとスイッチング素子Sは、同じ電源ラインの間で直列に接続されている。スイッチング素子Sとスイッチング素子Sの直列回路は、スイッチング動作により電源1、2の直流電圧を交流電圧に変換し、スイッチング素子Sとスイッチング素子Sとの間の接続点Oから交流電圧を出力する。同様に、スイッチング素子Sとスイッチング素子Sとの間の直列回路は、スイッチング動作により電源1、2の直流電圧を交流電圧に変換し、スイッチング素子Sとスイッチング素子Sの接続点Oから交流電圧を出力する。すなわち、接続点Oは一方の交流電圧の出力端子であり、接続点Oは他方の交流電圧の出力端子である。 The primary side conversion circuits 11 to 14 are full bridge circuits in which switching elements S1 to S4 are connected in a full bridge shape, and convert the DC input voltage input from the power sources 1 and 2 into an AC voltage. In the switching device S 1 to S 4, as conduction direction of the conduction direction and a reflux diode of the transistor are opposite to each other, the transistor and the reflux diode are connected in parallel. IGBT, MOSFET, etc. are used for a transistor. The free wheeling diode is a rectifying element or a parasitic diode of a MOSFET. The switching element S 1 and the switching element S 2 are connected in series between a pair of power supply lines, and the switching element S 3 and the switching element S 4 are connected in series between the same power supply lines. A series circuit of switching element S 1 and switching element S 2 converts the DC voltage of the power supply 1 into an AC voltage by a switching operation, alternating current from the connecting point O 1 between the switching element S 1 and switching element S 2 Output voltage. Similarly, a series circuit between the switching element S 3 and the switching element S 4 converts the DC voltage of the power supply 1 into an AC voltage by a switching operation, the connection point of the switching elements S 3 and the switching element S 4 O The AC voltage is output from 2 . That is, the connection point O 1 is an output terminal for one AC voltage, and the connection point O 2 is an output terminal for the other AC voltage.

1次側変換回路11の入力は電源1に並列に接続されている。1次側変換回路11の出力は1次巻線15に接続されている。1次側変換回路12の入力は電源1に並列に接続されている。1次側変換回路12の出力は1次巻線16に接続されている。すなわち、複数の1次側変換回路11、12が同じ電源1に対して並列に接続されている。 The input of the primary side conversion circuit 11 is connected to the power supply 1 in parallel. The output of the primary side conversion circuit 11 is connected to the primary winding 15. The input of the primary side conversion circuit 12 is connected to the power supply 1 in parallel. The output of the primary side conversion circuit 12 is connected to the primary winding 16. That is, the plurality of primary side conversion circuits 11 and 12 are connected in parallel to the same power supply 1.

1次側変換回路13の入力は電源2に並列に接続されている。1次側変換回路13の出力は1次巻線17に接続されている。1次側変換回路13の入力は電源2に並列に接続されている。1次側変換回路13の出力は1次巻線18に接続されている。すなわち、複数の1次側変換回路13、14が同じ電源2に対して並列に接続されている。また複数の1次側変換回路11、12と複数の1次側変換回路13、14の間は、直接接続されていない。 The input of the primary side conversion circuit 13 is connected to the power supply 2 in parallel. The output of the primary side conversion circuit 13 is connected to the primary winding 17. The input of the primary side conversion circuit 13 is connected to the power supply 2 in parallel. The output of the primary side conversion circuit 13 is connected to the primary winding 18. That is, the plurality of primary side conversion circuits 13 and 14 are connected in parallel to the same power supply 2. Further, the plurality of primary side conversion circuits 11 and 12 and the plurality of primary side conversion circuits 13 and 14 are not directly connected.

1次巻線15〜18は、変圧器の1次側のコイルである。1次巻線15、16は、電源1の出力可能電力を2次側に供給するためのコイルであって、電源1及び1次側変換回路11、12に対応している。また、1次巻線17、18は、電源2の出力可能電力を2次側に供給するためのコイルであって、電源1及び1次側変換回路13、14に対応している。1次巻線15の一端は、1次側変換回路11の出力端子(接続点Q)に接続されており、1次巻線15の他端は、1次側変換回路11の出力端子(接続点Q)に接続されている。1次巻線16の一端は、1次側変換回路12の出力端子(接続点Q)に接続されており、1次巻線16の他端は、1次側変換回路12の出力端子(接続点Q)に接続されている。 The primary windings 15 to 18 are coils on the primary side of the transformer. The primary windings 15 and 16 are coils for supplying the power that can be output from the power source 1 to the secondary side, and correspond to the power source 1 and the primary side conversion circuits 11 and 12. The primary windings 17 and 18 are coils for supplying the power that can be output from the power source 2 to the secondary side, and correspond to the power source 1 and the primary side conversion circuits 13 and 14. One end of the primary winding 15 is connected to the output terminal (connection point Q 1 ) of the primary side conversion circuit 11, and the other end of the primary winding 15 is the output terminal of the primary side conversion circuit 11 ( It is connected to the connection point Q 2 ). One end of the primary winding 16 is connected to the output terminal (connection point Q 1 ) of the primary side conversion circuit 12, and the other end of the primary winding 16 is the output terminal of the primary side conversion circuit 12 ( It is connected to the connection point Q 2 ).

1次巻線17と1次側変換回路13との間の接続、及び、1次巻線18と1次側変換回路14との間の接続は、1次巻線15と1次側変換回路11との接続と同じあるため、説明を省略する。 The connection between the primary winding 17 and the primary side conversion circuit 13 and the connection between the primary winding 18 and the primary side conversion circuit 14 are the primary winding 15 and the primary side conversion circuit. Since it is the same as the connection with 11, the description is omitted.

入力ポート19は、電源1を1次側回路10に接続するための端子である。入力ポート20は、電源2を1次側回路10に接続するための端子である。入力ポート19は、一対の端子19а、19bを有しており、端子19а電源1の正極側に接続され、端子19b電源1の負極側に接続されている。入力ポート20は、入力ポート19と同様に、正極用の端子20аと負極用の端子20bを有している。端子19b及び端子20bは共通のグランドに接続されている。これにより、1次側変換回路11〜14の各基準電位は共通電位となり、入力ポート19、20の各基準電位も共通電位となっている。 The input port 19 is a terminal for connecting the power supply 1 to the primary side circuit 10. The input port 20 is a terminal for connecting the power supply 2 to the primary side circuit 10. The input port 19 has a pair of terminals 19a and 19b, and is connected to the positive side of the terminal 19a power supply 1 and to the negative side of the terminal 19b power supply 1. Like the input port 19, the input port 20 has a positive electrode terminal 20a and a negative electrode terminal 20b. The terminals 19b and 20b are connected to a common ground. As a result, the reference potentials of the primary side conversion circuits 11 to 14 become common potentials, and the reference potentials of the input ports 19 and 20 also become common potentials.

入力ポート19に接続された一対の電源ライン(正極側ライン及び負極側ライン)は、1次側変換回路11、12の入力側で分岐し、分岐された各ラインが1次側変換回路11と1次側変換回路12にそれぞれ接続されている。入力ポート20に接続された一対の電源ラインも同様に分岐しつつ、1次側変換回路13、14に接続されている。 A pair of power supply lines (a positive side line and a negative side line) connected to the input port 19 are branched at the input side of the primary side conversion circuits 11 and 12, and each branched line is connected to the primary side conversion circuit 11. Each is connected to the primary side conversion circuit 12. The pair of power supply lines connected to the input port 20 are also branched and similarly connected to the primary side conversion circuits 13 and 14.

平滑コンデンサ21、22は、電源1、2から入力される電圧を平滑する。平滑コンデンサ21は電源1に並列に接続され、平滑コンデンサ22は電源2に並列に接続されている。 The smoothing capacitors 21 and 22 smooth the voltage input from the power sources 1 and 2. The smoothing capacitor 21 is connected to the power supply 1 in parallel, and the smoothing capacitor 22 is connected to the power supply 2 in parallel.

2次側の回路構成を説明する。2次側回路30は、2次巻線31〜34、整流器35〜38、LCフィルタ39〜42、バイパス回路43〜46、出力ポート47〜50及び電流遮断素子71を備えている。なお、2次側回路30のうち、整流器35及びLCフィルタ39が2次側変換回路61に相当し、整流器36及びLCフィルタ40が2次側変換回路62に相当し、整流器37及びLCフィルタ41が2次側変換回路63に相当し、整流器38及びLCフィルタ42が2次側変換回路64に相当する。また、2次側変換回路61は1次側変換回路11と対応しており、2次側変換回路62は1次側変換回路12と対応しており、2次側変換回路63は1次側変換回路13と対応しており、2次側変換回路64は1次側変換回路14と対応している。 The circuit configuration on the secondary side will be described. The secondary side circuit 30 includes secondary windings 31 to 34, rectifiers 35 to 38, LC filters 39 to 42, bypass circuits 43 to 46, output ports 47 to 50, and a current cutoff element 71. In the secondary circuit 30, the rectifier 35 and the LC filter 39 correspond to the secondary conversion circuit 61, the rectifier 36 and the LC filter 40 correspond to the secondary conversion circuit 62, and the rectifier 37 and the LC filter 41. Corresponds to the secondary side conversion circuit 63, and the rectifier 38 and the LC filter 42 correspond to the secondary side conversion circuit 64. The secondary side conversion circuit 61 corresponds to the primary side conversion circuit 11, the secondary side conversion circuit 62 corresponds to the primary side conversion circuit 12, and the secondary side conversion circuit 63 corresponds to the primary side. The conversion circuit 13 corresponds, and the secondary conversion circuit 64 corresponds to the primary conversion circuit 14.

2次巻線31〜34は、変圧器の2次側のコイルである。2次巻線31は、1次巻線15と磁気的に結合している。2次巻線31〜34の巻線比は、1次巻線15〜18の巻線比よりも多い。2次巻線31は、2つの巻線31а、31bを直列に接続した回路で形成されている。巻線31аの一端及び巻線31bの一端は、整流器35に含まれる各ダイオードのアノードにそれぞれ接続されている。巻線31аと巻線31bの他端同士が接続されており、他端同士の接続点はLCフィルタ39の負極側に接続されている。 The secondary windings 31 to 34 are coils on the secondary side of the transformer. The secondary winding 31 is magnetically coupled to the primary winding 15. The winding ratio of the secondary windings 31 to 34 is higher than that of the primary windings 15 to 18. The secondary winding 31 is formed of a circuit in which two windings 31a and 31b are connected in series. One end of the winding 31a and one end of the winding 31b are connected to the anodes of the diodes included in the rectifier 35, respectively. The other ends of the winding 31a and the winding 31b are connected to each other, and the connection point between the other ends is connected to the negative side of the LC filter 39.

2次巻線32は1次巻線16と磁気的に結合し、2次巻線33は1次巻線17と磁気的に結合し、2次巻線34は1次巻線18と磁気的に結合している。2次巻線32は2つの巻線32а、32bを有し、2次巻線33は2つの巻線33а、33bを有し、2次巻線34は2つの巻線34а、34bを有する。 The secondary winding 32 is magnetically coupled to the primary winding 16, the secondary winding 33 is magnetically coupled to the primary winding 17, and the secondary winding 34 is magnetically coupled to the primary winding 18. Are bound to. The secondary winding 32 has two windings 32a and 32b, the secondary winding 33 has two windings 33a and 33b, and the secondary winding 34 has two windings 34a and 34b.

整流器35は、2次巻線31により励磁された交流電圧を直流電圧に整流する回路であって、ダイオードブリッジで構成されている。整流器35は、センタータップ型のダイオード整流器である。整流器35は2次巻線31とLCフィルタ39との間に接続されている。整流器36は2次巻線32により励磁された交流電圧を整流し、整流器37は2次巻線33により励磁された交流電圧を整流し、整流器38は2次巻線34により励磁された交流電圧を整流する。整流器36〜38は、整流器35と同様に、ダイオードブリッジで構成されている。なお、整流器36〜38の回路構成はダイオードフルブリッジやカレントダブラ方式でもよく、ダイオードと並列に動機整流スイッチを備えていてもよい。 The rectifier 35 is a circuit that rectifies an AC voltage excited by the secondary winding 31 into a DC voltage, and is composed of a diode bridge. The rectifier 35 is a center tap type diode rectifier. The rectifier 35 is connected between the secondary winding 31 and the LC filter 39. The rectifier 36 rectifies the AC voltage excited by the secondary winding 32, the rectifier 37 rectifies the AC voltage excited by the secondary winding 33, and the rectifier 38 the AC voltage excited by the secondary winding 34. Rectify. Like the rectifier 35, the rectifiers 36 to 38 are diode bridges. The circuit configuration of the rectifiers 36 to 38 may be a diode full bridge or a current doubler type, and a motive commutation switch may be provided in parallel with the diode.

LCフィルタ39は、コイル39а及びコンデンサ39bを接続したフィルタ回路である。コイル39аは正極側のラインに直列に接続されている。コンデンサ39bは、端子47а、47bに接続された一対の電源ライン間に接続されている。LCフィルタ39は、整流器35とバイパス回路43との間に接続されている。LCフィルタ40はコイル40а及びコンデンサ40bを有しており、LCフィルタ41はコイル41а及びコンデンサ41bを有しており、LCフィルタ42はコイル42а及びコンデンサ42bを有している。LCフィルタ40〜42の回路構成は、LCフィルタ41と同様である。 The LC filter 39 is a filter circuit in which a coil 39a and a capacitor 39b are connected. The coil 39a is connected in series to the line on the positive electrode side. The capacitor 39b is connected between a pair of power supply lines connected to the terminals 47a and 47b. The LC filter 39 is connected between the rectifier 35 and the bypass circuit 43. The LC filter 40 has a coil 40a and a capacitor 40b, the LC filter 41 has a coil 41a and a capacitor 41b, and the LC filter 42 has a coil 42a and a capacitor 42b. The circuit configuration of the LC filters 40 to 42 is the same as that of the LC filter 41.

バイパス回路43は、端子47аと端子47bとの間をバイパスする。バイパス回路43は、リレースイッチで構成されている。なお、バイパス回路43は、半導体素子を用いた双方向スイッチでもよい。バイパス回路43は、コンデンサ39bに並列に接続され、LCフィルタ39と出力ポート47との間に接続されている。リレースイッチがオフ状態になることで、バイパス回路43は遮断された状態となる。バイパス回路43は、2次側変換回路61を介して2次巻線31の両端をバイパスしているため、バイパス回路43が遮断状態になった場合には、2次側変換回路61で変換された電圧が出力ポート47から出力される。すなわち、バイパス回路43が遮断状態になっている場合に、出力ポート47から出力は、電源1の電力に寄与した電力となる。一方、リレースイッチがオン状態になることで、バイパス回路43は導通された状態となった場合には、2次側変換回路61で変換された電圧が出力ポート47から出力されない。 The bypass circuit 43 bypasses between the terminal 47a and the terminal 47b. The bypass circuit 43 is composed of a relay switch. The bypass circuit 43 may be a bidirectional switch using a semiconductor element. The bypass circuit 43 is connected in parallel with the capacitor 39b and is connected between the LC filter 39 and the output port 47. When the relay switch is turned off, the bypass circuit 43 is cut off. Since the bypass circuit 43 bypasses both ends of the secondary winding 31 via the secondary side conversion circuit 61, when the bypass circuit 43 is in the cutoff state, it is converted by the secondary side conversion circuit 61. Output voltage is output from the output port 47. That is, when the bypass circuit 43 is in the cutoff state, the output from the output port 47 becomes the electric power that contributes to the electric power of the power supply 1. On the other hand, when the relay switch is turned on and the bypass circuit 43 is turned on, the voltage converted by the secondary side conversion circuit 61 is not output from the output port 47.

バイパス回路44は、端子48аと端子48bとの間をバイパスする。バイパス回路45は、端子49аと端子49bとの間をバイパスする。バイパス回路46は、端子50аと端子50bとの間をバイパスする。バイパス回路44〜46の各回路構成及び各回路動作は、バイパス回路43と同様である。 The bypass circuit 44 bypasses between the terminal 48a and the terminal 48b. The bypass circuit 45 bypasses between the terminals 49a and 49b. The bypass circuit 46 bypasses between the terminal 50a and the terminal 50b. Each circuit configuration and each circuit operation of the bypass circuits 44 to 46 is similar to that of the bypass circuit 43.

2次巻線32と2次側変換回路62とバイパス回路44と出力ポート48とを接続する回路構成、2次巻線33と2次側変換回路63とバイパス回路45と出力ポート49とを接続する回路構成、及び、2次巻線34と2次側変換回路64とバイパス回路46と出力ポート50とを接続する回路構成は、2次巻線31と2次側変換回路61とバイパス回路43と出力ポート47とを接続する回路構成と同様である。 Circuit configuration for connecting the secondary winding 32, the secondary conversion circuit 62, the bypass circuit 44, and the output port 48, and connecting the secondary winding 33, the secondary conversion circuit 63, the bypass circuit 45, and the output port 49. The circuit configuration for connecting the secondary winding 34, the secondary side conversion circuit 64, the bypass circuit 46, and the output port 50 is the secondary winding 31, the secondary side conversion circuit 61, and the bypass circuit 43. And the output port 47 are connected.

出力ポート47、出力ポート48、出力ポート49及び出力ポート40は直列に接続されている。端子47bと端子48аが配線で接続されており、端子48bと端子49аが配線で接続されており、端子49bと端子50аが配線で接続されている。端子47аは、高電位側の電源ラインで負荷3に接続されており、端子50bは低電位側の電源ラインで負荷に接続されている。出力ポート47〜50の各端子のうち、端子47а、50b以外の端子は、負荷3に直接接続されていない。 The output port 47, the output port 48, the output port 49, and the output port 40 are connected in series. The terminal 47b and the terminal 48a are connected by wiring, the terminal 48b and the terminal 49a are connected by wiring, and the terminal 49b and the terminal 50a are connected by wiring. The terminal 47a is connected to the load 3 by the power line on the high potential side, and the terminal 50b is connected to the load by the power line on the low potential side. Of the terminals of the output ports 47 to 50, the terminals other than the terminals 47a and 50b are not directly connected to the load 3.

出力ポート47は、2次巻線31、バイパス回路43及び2次側変換回路61に対応している。出力ポート48は2次巻線32、バイパス回路44及び2次側変換回路62に対応し、出力ポート49は2次巻線33、バイパス回路45及び2次側変換回路63に対応し、出力ポート50は2次巻線34、バイパス回路46及び2次側変換回路64に対応している。 The output port 47 corresponds to the secondary winding 31, the bypass circuit 43, and the secondary side conversion circuit 61. The output port 48 corresponds to the secondary winding 32, the bypass circuit 44 and the secondary side conversion circuit 62, and the output port 49 corresponds to the secondary winding 33, the bypass circuit 45 and the secondary side conversion circuit 63, and the output port Reference numeral 50 corresponds to the secondary winding 34, the bypass circuit 46, and the secondary side conversion circuit 64.

電流遮断素子71は、端子50bと負荷3の負極との間に接続されている。電流遮断素子71は、電力変換装置200と負荷3との間の電気的な導通状態と遮断状態を切り換えるためのスイッチである。電流遮断素子71は、出力ポート47〜50のうち低電位側の端子に接続されており、負荷3に直列に接続されている。 The current interruption element 71 is connected between the terminal 50b and the negative electrode of the load 3. The current cutoff element 71 is a switch for switching between an electric conduction state and a cutoff state between the power conversion device 200 and the load 3. The current interruption element 71 is connected to the low potential side terminal of the output ports 47 to 50, and is connected in series to the load 3.

コントローラ100は、1次側変換回路11〜14に含まれる各スイッチング素子S〜Sのスイッチング動作を制御する。コントローラ100は、バイパス回路43〜46に含まれるスイッチのオン、オフを切り替え、電流遮断素子71のオン、オフを切り替える。 The controller 100 controls the switching operation of each of the switching elements S 1 to S 4 included in the primary side conversion circuits 11 to 14. The controller 100 switches the switches included in the bypass circuits 43 to 46 on and off, and switches the current cutoff element 71 on and off.

ここで、電源1、2に使用される太陽電池の特性を、図2を用いて説明する。図2は、太陽電池の電圧、電流特性を示す。点線は、出力可能電力を最大とする動作点の特性を示す。太陽電池の出力可能電力は、太陽電池に当たる光の強さによって変化し、光の強さが強いほど、出力可能電力は大きくなる。また、太陽電池の電圧が低くなるほど出力可能電流が増加し、太陽電池の電圧が高くなるほど出力可能電流は減少する。このような特性により、太陽電池には、出力電力を最大値とするための動作点が存在する。例えば、光の強さが所定値のときに、太陽電池の電流電圧特性が、図2のグラフAに示す特性になるとする。このとき、最大電力を出力する動作点(最大動作点)は点Aとなり、太陽電池の出力電圧及び出力電流が動作点Aとなるように、電源1、2の動作点を変化させることで、電源1、2の出力電力は最大となる。 Here, the characteristics of the solar cells used for the power supplies 1 and 2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the voltage and current characteristics of the solar cell. The dotted line shows the characteristic of the operating point that maximizes the outputtable power. The power that can be output by the solar cell changes depending on the intensity of light that hits the solar cell, and the stronger the light, the greater the power that can be output. The outputtable current increases as the voltage of the solar cell decreases, and the outputtable current decreases as the voltage of the solar cell increases. Due to such characteristics, the solar cell has an operating point for maximizing the output power. For example, assume that the current-voltage characteristic of the solar cell becomes the characteristic shown in the graph A of FIG. 2 when the light intensity is a predetermined value. At this time, the operating point of outputting the maximum power (maximum power point) is next to the point A m, so that the output voltage and output current of the solar cell is in an operating point A m, changing the operating point of the power supply 1 and 2 Therefore, the output power of the power supplies 1 and 2 becomes maximum.

本実施形態において、1次側回路10は、電源1、2から入力される電流及び電圧に応じて、電源1、2の動作点を最大電力点とする最大動作点追従機能(MPPT)を有している。1次側回路10は、MPPTで電源1、2を動作するために、交流電圧の時比率(デューティ比)を変化させている。1次側回路10は、交流電圧の時比率(デューティ比)を変化するために、スイッチング素子S〜Sのフルブリッジのコンバータで構成された1次側変換回路11〜14を備えており、ハーフブリッジのスイッチング素子S、Sのスイッチング動作と、ハーフブリッジのスイッチング素子S、Sのスイッチング動作をずらしている。 In the present embodiment, the primary side circuit 10 has a maximum operating point tracking function (MPPT) that sets the operating point of the power sources 1 and 2 as the maximum power point according to the current and voltage input from the power sources 1 and 2. doing. The primary side circuit 10 changes the duty ratio of the AC voltage in order to operate the power supplies 1 and 2 with MPPT. The primary side circuit 10 includes primary side conversion circuits 11 to 14 configured by full-bridge converters of the switching elements S 1 to S 4 in order to change the duty ratio of the AC voltage. , The switching operations of the half-bridge switching elements S 1 and S 2 are deviated from the switching operations of the half-bridge switching elements S 3 and S 4 .

次に、1次側変換回路11の回路動作を含めて、電力変換装置200の回路動作を説明する。電力変換装置200は、直列接続された出力ポート47〜50のポート数と対応するように、DCDCコンバータを有している。図1の例では、電力変換装置200は4つのDCDCコンバータを有している。図3は、4つのDCDCコンバータのうち、1段目のDCDCコンバータの回路構成を示している。なお、以下の説明において、1段目のDCDCコンバータは、入力ポート19と出力ポート47との間の電力変換回路に相当し、2段目のDCDCコンバータは、入力ポート19と出力ポート48との間の電力変換回路に相当する。また、3段目のDCDCコンバータは、入力ポート20と出力ポート49との間の電力変換回路に相当し、4段目のDCDCコンバータは、入力ポート20と出力ポート50との間の電力変換回路に相当する。 Next, the circuit operation of the power conversion device 200 including the circuit operation of the primary side conversion circuit 11 will be described. The power conversion device 200 has a DCDC converter so as to correspond to the number of output ports 47 to 50 connected in series. In the example of FIG. 1, the power conversion device 200 has four DCDC converters. FIG. 3 shows the circuit configuration of the first stage DCDC converter among the four DCDC converters. In the following description, the first-stage DCDC converter corresponds to a power conversion circuit between the input port 19 and the output port 47, and the second-stage DCDC converter includes the input port 19 and the output port 48. Corresponds to the power conversion circuit between. The third-stage DCDC converter corresponds to a power conversion circuit between the input port 20 and the output port 49, and the fourth-stage DCDC converter includes a power conversion circuit between the input port 20 and the output port 50. Equivalent to.

図4は、図3の回路における電流、電圧特性を示すグラフである。図4において、縦軸(V、I)は電圧及び電流の大きさを示し、横軸(t)は時間を示す。なお、2段目から4段目までのDCDCコンバータの回路動作は、以下に説明する1段目のDCDCコンバータの回路動作と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 4 is a graph showing current-voltage characteristics in the circuit of FIG. In FIG. 4, the vertical axis (V, I) represents the magnitude of voltage and current, and the horizontal axis (t) represents time. Note that the circuit operation of the DCDC converters from the second stage to the fourth stage is the same as the circuit operation of the DCDC converter of the first stage described below, so description thereof will be omitted.

電源1から1次側変換回路11に入力される入力電流及び入力電圧をそれぞれIin及びVinとする。一定の強さの光が電源1に当たっている場合に、入力電流Iin及び入力電圧Vinは、1次側変換回路11の回路動作によって、出力可能電力付近の動作点の電圧及び電流となるように推移する。 The input current and the input voltage input from the power supply 1 to the primary side conversion circuit 11 are I in and V in , respectively. When light having a constant intensity is applied to the power supply 1, the input current I in and the input voltage V in become the voltage and current at the operating point near the outputtable power by the circuit operation of the primary side conversion circuit 11. Transition to.

コントローラ100は、入力電流Iin及び入力電圧Vinを、動作点に相当する電流及び電圧とするために、スイッチング素子S、Sのハーブリッジのスイッチング信号Swと、スイッチング素子S、Sのハーブリッジのスイッチング信号Swを生成する。スイッチング信号Swは、一方のハーフブリッジ(スイッチング素子S、Sのハーブリッジ)で方形波形の交流電圧を生成するための信号である。また、スイッチング信号Swは、他方のハーフブリッジ(スイッチング素子S、Sのハーブリッジ)で方形波形の交流電圧を生成するための信号である。 The controller 100 sets the input current I in and the input voltage V in to the current and voltage corresponding to the operating point so that the switching signal Sw 1 of the Harbridge of the switching elements S 1 and S 2 and the switching element S 3 , The switching signal Sw 2 of the Harbridge of S 4 is generated. The switching signal Sw 1 is a signal for generating an AC voltage having a square waveform in one half bridge (a bridge of the switching elements S 1 and S 2 ). In addition, the switching signal Sw 2 is a signal for generating an AC voltage having a square waveform by the other half bridge (Herbridge of the switching elements S 3 and S 4 ).

図4において、Vx1は1次巻線15に入力される電圧(1次側変換回路11の出力電圧)を示し、Ix1は1次巻線15に入力される電流(1次側変換回路11の出力電流)を示す。また、電圧(Vx1)を示したグラフのうち、正側の方形波が、スイッチング素子S、Sのハーブリッジの出力電圧を示し、負側の方形波が、スイッチング素子S、Sのハーブリッジの出力電圧を示す。 In FIG. 4, V x1 indicates the voltage input to the primary winding 15 (the output voltage of the primary conversion circuit 11), and I x1 indicates the current input to the primary winding 15 (the primary conversion circuit 11). 11 output current). In the graph showing the voltage (V x1 ), the square wave on the positive side represents the output voltage of the Herbridge of the switching elements S 1 and S 2 , and the square wave on the negative side is the switching elements S 3 and S 2. 4 shows the output voltage of the Harbridge.

入力電圧Vinは、スイッチング信号Swとスイッチング信号Swとの間の位相差(図4に示す「フェーズシフト量」に相当)に依存する。電池1に当たる光の条件が変わると、動作点が変化するために、入力電圧(Vx1)と入力電流(Ix1)との積である入力電力が変化する。コントローラ100は、電源1の動作点が最大電力点に追従するように、位相差を演算し、位相差に応じたスイッチング信号Sw、Swを生成する。例えば、入力電圧(Vx1)を高める場合には、位相差をより大きくして、スイッチング信号Sw-Swがゼロとなる時間を短くする。これにより、コントローラ100は、電源1が動作点で動作するように、スイッチング素子S、Sのハーブリッジの出力電圧(交流電圧)とスイッチング素子S、Sのハーブリッジの出力電圧(交流電圧)との位相差を調整することで、電源1の出力電力を電源1の出力可能電力とする制御(以下、MPPT制御とも称す)を実行する。 The input voltage V in depends on the phase difference (corresponding to the “phase shift amount” shown in FIG. 4) between the switching signal Sw 1 and the switching signal Sw 2 . When the condition of the light striking the battery 1 changes, the operating point changes, so that the input power that is the product of the input voltage (V x1 ) and the input current (I x1 ) changes. The controller 100 calculates the phase difference so that the operating point of the power supply 1 follows the maximum power point, and generates the switching signals Sw 1 and Sw 2 according to the phase difference. For example, in the case of increasing the input voltage (V x1 ), the phase difference is increased to shorten the time when the switching signals Sw 1 -Sw 2 become zero. As a result, the controller 100 causes the output voltage (AC voltage) of the switching elements S 1 and S 2 and the output voltage of the switching elements S 3 and S 4 so that the power supply 1 operates at the operating point. By adjusting the phase difference with the AC voltage), control (hereinafter, also referred to as MPPT control) in which the output power of the power supply 1 is the outputtable power of the power supply 1 is executed.

スイッチング信号Swとスイッチング信号Swとの間で位相差をもたせて、1次側変換回路11が動作すると、スイッチング素子S、Sのハーブリッジの出力電圧とスイッチング素子S、Sのハーブリッジの出力電圧は、位相差をもった交流電圧となり1次巻線15に印可される。1次巻線15に印可される電圧波形は、各ハーブリッジの出力電圧を合成した波形となり、図4に示すように交流電圧(Vx1)となる。 When the primary side conversion circuit 11 operates with a phase difference between the switching signal Sw 1 and the switching signal Sw 2 , the output voltage of the Harbridge of the switching elements S 1 and S 2 and the switching elements S 3 and S 4 The output voltage of the Harbridge is an AC voltage having a phase difference and is applied to the primary winding 15. The voltage waveform applied to the primary winding 15 is a waveform in which the output voltages of the respective bridges are combined, and is an AC voltage (V x1 ) as shown in FIG.

1次側変換回路11の出力電圧が1次巻線15に印可されると、1次巻線15に接続された漏れインダクタンスと1次巻線15への入力電圧により、1次巻線15の電流(Ix1)が上昇する。漏れインダクタンスは、1次巻線15と等価的に直列接続されるインダクタンスに相当する。なお、図3では漏れインダクタンスを図示していない。 When the output voltage of the primary side conversion circuit 11 is applied to the primary winding 15, the leakage inductance connected to the primary winding 15 and the input voltage to the primary winding 15 cause the primary winding 15 to The current (I x1 ) rises. The leakage inductance corresponds to the inductance equivalently connected in series with the primary winding 15. The leakage inductance is not shown in FIG.

1次巻線15の電流(Ix1)は、時間tから時間tまでの期間に、漏れインダクタンスと入力電圧(Vx1)により上昇する。電流(Ix1)が1次巻線15に流れると、変圧器の2次側である2次巻線31には誘導電流が流れる。誘導電流の大きさは、電流(Ix1)の大きさと変圧器の変圧比(1:n)により決まる。 The current (I x1 ) of the primary winding 15 increases due to the leakage inductance and the input voltage (V x1 ) during the period from time t 1 to time t 2 . When the current (I x1 ) flows through the primary winding 15, an induced current flows through the secondary winding 31, which is the secondary side of the transformer. The magnitude of the induced current is determined by the magnitude of the current (I x1 ) and the transformation ratio (1:n) of the transformer.

時間tで、1次巻線15の電流(Ix1)に対応する2次側巻き線31の電流(Ix2)がコイル39аに流れる電流(Irec)に到達すると、1次側巻き線の電流(Ix1)の変化量が小さくなる。図4において、電流(Ix1)の変化量は、Ix1で示されるグラフの傾きで表される。2次巻線31に電流が流れると、電流は、整流器35に流れつつLCフィルタ39のコイル39аに流れる。LCフィルタ39のコイル39аは、整流器35の出力電圧(Vrec)とLCフィルタ39の出力電圧(Vout)との差分で励磁される。コイル39аの電流(Irec)は、時間tから時間tまでの期間で、コイル39аの励磁により増加する。時間tから時間tまでの電流の変化量は、電圧(Vrec)と電圧(Vout)との差分をコイル39のインダクタンス(Lrec)で割った関係式((Vrec−Vout)/Lrec)により決まる。そして、コイル39аが励磁している期間(励磁時間:図4の時間tから時間tまでの期間)が、整流器35が電圧(Vrec)を出力している期間となる。 At time t 2, when the primary winding 15 of the current (I x1) to the corresponding secondary winding 31 of the current (I x2) reaches the current flowing through the coil 39а (I rec), 1 primary winding The amount of change in the current (I x1 ) becomes smaller. In FIG. 4, the amount of change in the current (I x1 ) is represented by the slope of the graph indicated by I x1 . When the current flows through the secondary winding 31, the current flows through the coil 39 a of the LC filter 39 while flowing through the rectifier 35. The coil 39a of the LC filter 39 is excited by the difference between the output voltage (V rec ) of the rectifier 35 and the output voltage (V out ) of the LC filter 39. The current (I rec ) in the coil 39a increases due to the excitation of the coil 39a during the period from time t 2 to time t 3 . Variation of the current from the time t 2 to time t 3 is divided by equation voltage (V rec) and voltage (V out) and a difference of coil 39 inductance (L rec) ((V rec -V out )/L rec ). The period during which the coil 39а is excited (excited Time: from time t 2 to time t 3 in FIG. 4), a period in which the rectifier 35 is outputting a voltage (V rec).

整流器35の出力から出力ポート47までの回路は、降圧コンバータと同様の動作をする。励磁時間中には、整流器35の電流(Irec)がコイル39аを流れ、コンデンサ39bが充電され、出力電流(Iout)が流れる。励磁時間の経過後の期間(図4の時間tから時間tまでの期間)には、コイル39аの励磁により蓄積された磁気エネルギーが、LCフィルタ39の出力側に放出され、出力電流(Iout)が流れる。これにより、2次側変換回路61は図4に示す電流(Iout)を出力する。2次側変換回路61の出力電圧(Vout)の大きさは、励磁時間の長さに比例しており、励磁時間が長いほど出力電圧(Vout)は大きくなる。 The circuit from the output of the rectifier 35 to the output port 47 operates similarly to the step-down converter. During the excitation time, the current (I rec ) of the rectifier 35 flows through the coil 39a, the capacitor 39b is charged, and the output current (I out ) flows. The period after the excitation time (from time t 3 in FIG. 4 to time t 4), the magnetic energy stored by the excitation of the coil 39а may be discharged to the output side of the LC filter 39, the output current ( I out ) flows. As a result, the secondary side conversion circuit 61 outputs the current (I out ) shown in FIG. The magnitude of the output voltage ( Vout ) of the secondary side conversion circuit 61 is proportional to the length of the excitation time, and the longer the excitation time, the higher the output voltage ( Vout ).

図5を用いて、位相差、励磁時間、整流器35の出力(Vref、Iref)及び2次側変換回路61の出力電圧(Vout)について説明する。図5は、整流器35の出力(Vref、Iref)の特性を示すグラフである。コントローラ100は、電源1を所定の動作点で制御するために、各ハーフブリッジのスイッチング信号の位相差(ΔP)を演算し、演算された位相差(ΔP)に基づき1次側変換回路11を動作させる。 The phase difference, the excitation time, the output of the rectifier 35 (V ref , I ref ) and the output voltage of the secondary side conversion circuit 61 (V out ) will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the output (V ref , I ref ) of the rectifier 35. The controller 100 calculates the phase difference (ΔP 1 ) of the switching signals of each half bridge in order to control the power supply 1 at a predetermined operating point, and based on the calculated phase difference (ΔP 1 ) the primary side conversion circuit. 11 is operated.

出力ポート47、出力ポート48、出力ポート49及び出力ポート50は直列に接続されている。端子47bと端子48аが配線で接続されており、端子48bと端子49аが配線で接続されており、端子49bと端子50аが配線で接続されている。端子47аは、高電位側の電源ラインで負荷3に接続されており、端子50bは低電位側の電源ラインで負荷に接続されている。出力ポート47〜50の各端子のうち、端子47а、50b以外の端子は、負荷3に直接接続されていない。 The output port 47, the output port 48, the output port 49, and the output port 50 are connected in series. The terminal 47b and the terminal 48a are connected by wiring, the terminal 48b and the terminal 49a are connected by wiring, and the terminal 49b and the terminal 50a are connected by wiring. The terminal 47a is connected to the load 3 by the power line on the high potential side, and the terminal 50b is connected to the load by the power line on the low potential side. Of the terminals of the output ports 47 to 50, the terminals other than the terminals 47a and 50b are not directly connected to the load 3.

これにより、本実施形態において、コントローラ100は、電源1の出力可能電力が動作点に相当する電力になるように位相差(フェーズシフト量)を制御することで、MPPT制御を実行する。 As a result, in the present embodiment, the controller 100 executes the MPPT control by controlling the phase difference (phase shift amount) so that the power that can be output from the power supply 1 becomes the power corresponding to the operating point.

次に、負荷3に対して電圧を出力する際に、2次側変換回路61〜64に割り当てられる出力電圧について、図1及び図3を用いて説明する。 Next, the output voltage assigned to the secondary side conversion circuits 61 to 64 when the voltage is output to the load 3 will be described with reference to FIGS. 1 and 3.

図1に示すように、電力変換装置200の入力側は、入力ポート19、20を介して、互いに独立した電源1、2にそれぞれ接続されている。そして、電源1、2の各動作点が光の当たり具合によって異なる場合もある。そのため、1次側から2次側に供給される電流は、電力変換装置200に含まれるDCDCコンバータ毎で異なっている。 As shown in FIG. 1, the input side of the power conversion device 200 is connected to power sources 1 and 2 independent of each other via input ports 19 and 20, respectively. The operating points of the power sources 1 and 2 may differ depending on how the light hits. Therefore, the current supplied from the primary side to the secondary side is different for each DCDC converter included in the power conversion device 200.

電力変換装置200の出力では、出力ポート47〜50を直列に接続している。2次側回路30の出力電圧は、2次側変換回路61〜64の各出力電圧の合計電圧となり、2次側回路30の出力電流は2次側変換回路61〜64の各出力電流と共通する。そのため、例えば1段目の2次側変換回路61の出力電圧が低下した場合に、2次側回路30の出力電圧を維持するためには、2段目から4段目までの2次側変換回路62〜64の出力電圧を大きくしなければならない。 At the output of the power conversion device 200, the output ports 47 to 50 are connected in series. The output voltage of the secondary side circuit 30 becomes the total voltage of the output voltages of the secondary side conversion circuits 61 to 64, and the output current of the secondary side circuit 30 is common to the output currents of the secondary side conversion circuits 61 to 64. To do. Therefore, in order to maintain the output voltage of the secondary circuit 30 when the output voltage of the secondary conversion circuit 61 of the first stage drops, for example, the secondary conversion of the second to fourth stages is required. The output voltage of circuits 62-64 must be increased.

1段目の2次側変換回路61において、整流器35の出力電圧(Vref)がLCフィルタ39の出力電圧(Vout)より大きい場合を、一例に挙げた上で、2次側変換回路61〜64の出力バランスについて説明する。本実施形態とは異なり、1段目の2次側変換回路61が、他の2次側変換回路62〜64の出力に依存することなく、独立したコンバータであれば、整流器35の出力電圧(Vref)が大きくなると、LCフィルタ39の出力電流(Iout)は大きくなる。本実施形態では、1段目の2次側変換回路61の出力電流は、2段目から4段目までの2次側変換回路62〜64の出力電流と共通している。そのため、2段目から4段目までの2次側変換回路62〜64の出力電流が1段目の2次側変換回路61の出力電流に追従できなければ、1段目の2次側変換回路61の出力電圧(Vout)が大きくなる。 In the secondary conversion circuit 61 of the first stage, the case where the output voltage (V ref ) of the rectifier 35 is larger than the output voltage (V out ) of the LC filter 39 is given as an example, and then the secondary conversion circuit 61. The output balance of .about.64 will be described. Unlike the present embodiment, if the secondary conversion circuit 61 of the first stage is an independent converter without depending on the outputs of the other secondary conversion circuits 62 to 64, the output voltage of the rectifier 35 ( The output current (I out ) of the LC filter 39 increases as V ref ) increases. In the present embodiment, the output current of the secondary conversion circuit 61 of the first stage is common to the output current of the secondary conversion circuits 62 to 64 of the second to fourth stages. Therefore, if the output currents of the secondary conversion circuits 62 to 64 of the second to fourth stages cannot follow the output current of the secondary conversion circuit 61 of the first stage, the secondary conversion of the first stage is performed. The output voltage (V out ) of the circuit 61 increases.

1段目の2次側変換回路61において、整流器35の出力電流(Iref)は、上記のとおり(Vrec−Vout)/Lrecで変化するため、LCフィルタ39のコイル39аの励磁電圧によって決まる。励磁電圧は、整流器35の出力電圧(Vrec)とLCフィルタ39の出力電圧(Vout)との差分である。すなわち、出力電圧(Vout)が大きくなると、励磁電圧(Vrec−Vout)は小さくなるため、1段目の2次側変換回路61の出力電流(Iout)は小さくなる。これにより、2段目から4段目までの2次側変換回路62〜64の出力電流が1段目の2次側変換回路61の出力電流に追従できるようになる。その結果として、コントローラ100がMPPT制御を行えば、2次側変換回路61〜64に出力電圧が、電源1、2の状態に応じて、適切な出力電圧に割り当てられる。 In the secondary conversion circuit 61 of the first stage, the output current (I ref ) of the rectifier 35 changes by (V rec −V out )/L rec as described above, and thus the excitation voltage of the coil 39 a of the LC filter 39. Depends on The excitation voltage is the difference between the output voltage (V rec ) of the rectifier 35 and the output voltage (V out ) of the LC filter 39. That is, when the output voltage ( Vout ) increases, the excitation voltage ( Vrec - Vout ) decreases, so the output current ( Iout ) of the first-stage secondary side conversion circuit 61 decreases. As a result, the output currents of the secondary side conversion circuits 62 to 64 of the second stage to the fourth stage can follow the output current of the secondary side conversion circuit 61 of the first stage. As a result, when the controller 100 performs the MPPT control, the output voltage is assigned to the secondary side conversion circuits 61 to 64 as an appropriate output voltage according to the states of the power supplies 1 and 2.

なお、上記の回路動作において、1段目の2次側変換回路61の出力電流が増加することで、2段目から4段目までの2次側変換回路62〜64の出力電流が不足した場合には、2次側変換回路62〜64の出力側に接続されているコンデンサ40b、41b、42bが放電することで、不足分の電流が補われ、2次側変換回路62〜64の出力電流が1段目の2次側変換回路61の出力電流に追随してもよい。このような場合に、コンデンサ40b、41b、42bの放電によって、2次側変換回路62〜64の出力電圧が低下すると、LCフィルタ40〜42のコイル40a、41a、42aの励磁電圧(Vrec−Vout)が大きくなるため、整流器35の出力電流(Irex)が増加する。そのため、2次側変換回路62〜64の出力電圧(Vout)は、コンデンサ40b、41b、42bの放電による電圧低下が抑制され、2次側変換回路62〜64の出力電圧(Vout)が大きくなる。これにより、本実施形態では、コンデンサ39b、40b、41b、42bの放電により、出力電流(Iout)の低下を抑制しつつ、整流器35〜36の出力電圧(Vrec)、コイル39a、40a、41a、42aの励磁電圧(Vrec−Vout)及び2次側変換回路61〜64の出力電圧(Vout)の電圧バランスを保つことができる。このとき、コントローラ100によるDCDCコンバータの制御は、1次側回路10に対するMPPT制御だけであり、2次側回路20に対する制御は含まれない。すなわち、コントローラ100がMPPT制御を行えば、2次側回路61〜64における各種電圧、電流のバランスが保たれる。 In the above circuit operation, the output current of the secondary conversion circuit 61 of the first stage increases, and thus the output currents of the secondary conversion circuits 62 to 64 of the second to fourth stages become insufficient. In this case, the capacitors 40b, 41b, 42b connected to the output sides of the secondary side conversion circuits 62 to 64 are discharged to compensate for the insufficient current, and the outputs of the secondary side conversion circuits 62 to 64 are supplemented. The current may follow the output current of the first-stage secondary side conversion circuit 61. In such a case, when the output voltages of the secondary side conversion circuits 62 to 64 decrease due to the discharge of the capacitors 40b, 41b and 42b, the excitation voltage (V rec − of the coils 40a, 41a and 42a of the LC filters 40 to 42). Since V out ) increases, the output current (I rex ) of the rectifier 35 increases. Therefore, in the output voltage (V out ) of the secondary side conversion circuits 62 to 64, the voltage drop due to the discharge of the capacitors 40b, 41b, and 42b is suppressed, and the output voltage (V out ) of the secondary side conversion circuits 62 to 64 is reduced. growing. As a result, in the present embodiment, the output voltage (V rec ) of the rectifiers 35 to 36, the coils 39a and 40a, while suppressing the decrease in the output current (I out ) due to the discharge of the capacitors 39b, 40b, 41b, and 42b, The voltage balance between the excitation voltage (V rec −V out ) of 41 a and 42 a and the output voltage (V out ) of the secondary side conversion circuits 61 to 64 can be maintained. At this time, the control of the DCDC converter by the controller 100 is only MPPT control for the primary side circuit 10, and does not include control for the secondary side circuit 20. That is, if the controller 100 performs MPPT control, various voltages and currents in the secondary circuits 61 to 64 are balanced.

1段目の2次側変換回路61において、整流器35の出力電圧(Vref)がLCフィルタ39の出力電圧(Vout)より小さい場合を、一例に挙げた上で、2次側変換回路61〜64の出力バランスについて説明する。LCフィルタ39の入力電圧(Vref)が出力電圧(Vout)より小さい場合には、1次巻線15から2次巻線31に供給される電流は流れない。一方、2次側変換回路61〜64の出力電流は共通の電流であるため、2次側変換回路61に含まれるコンデンサ39bが放電し、電流を出力する。コンデンサ39bが放電すると、2次側変換回路61の出力電圧(Vout)が低くなる。出力電圧(Vref)が出力電圧(Vout)より大きくなると、LCフィルタ39のコイル39аが励磁できる状態となるため、1次巻線15から2次巻線31に電流を供給可能な状態となる。ゆえに、MPPT制御の下、1次側変換回路61を動作することができ、電源1は動作点で動作できる。 In the secondary conversion circuit 61 of the first stage, the case where the output voltage (V ref ) of the rectifier 35 is smaller than the output voltage (V out ) of the LC filter 39 is given as an example, and then the secondary conversion circuit 61. The output balance of .about.64 will be described. When the input voltage (V ref ) of the LC filter 39 is smaller than the output voltage (V out ), the current supplied from the primary winding 15 to the secondary winding 31 does not flow. On the other hand, since the output currents of the secondary side conversion circuits 61 to 64 are common currents, the capacitor 39b included in the secondary side conversion circuit 61 discharges and outputs a current. When the capacitor 39b is discharged, the output voltage (V out ) of the secondary side conversion circuit 61 becomes low. When the output voltage (V ref ) becomes larger than the output voltage (V out ), the coil 39a of the LC filter 39 is ready to be excited, so that the current can be supplied from the primary winding 15 to the secondary winding 31. Become. Therefore, the primary side conversion circuit 61 can operate under the MPPT control, and the power supply 1 can operate at the operating point.

上記のように、1次側回路10の入力側の電源1、2の出力可能電力が小さい場合には、出力可能電力の小さい電源1、2に対応する2次側変換回路61〜64の出力電圧は低下する。また、1次側回路10の入力側の電源1、2の出力可能電力が大きい場合には、出力可能電力の大きい電源1、2に対応する2次側変換回路61〜64の出力電圧は上昇する。また、コントローラ100がMPPT制御を行えば、2次側変換回路61〜64に出力電圧が、電源1、2の状態に応じて、適切な出力電圧に割り当てられる。 As described above, when the outputtable power of the power supplies 1 and 2 on the input side of the primary side circuit 10 is small, the outputs of the secondary side conversion circuits 61 to 64 corresponding to the power supplies 1 and 2 having a small outputtable power. The voltage drops. Further, when the outputtable power of the power supplies 1 and 2 on the input side of the primary side circuit 10 is large, the output voltages of the secondary side conversion circuits 61 to 64 corresponding to the power supplies 1 and 2 having the large outputtable power rise. To do. Further, when the controller 100 performs MPPT control, the output voltage is assigned to the secondary side conversion circuits 61 to 64 as an appropriate output voltage according to the states of the power supplies 1 and 2.

次に、コントローラ100による動作回路の切り換え制御と、コントローラ100による導通回路の切り替え制御を説明する。コントローラ100は、電力変換回路の昇圧比に応じて、複数の1次側変換回路11〜14のうち、動作する回路と、動作しない回路を切り換える。また、コントローラ100は、電力変換回路の昇圧比に応じて、複数のバイパス回路43〜46のうち、導通する回路と遮断する回路を切り換える。 Next, switching control of the operation circuit by the controller 100 and switching control of the conduction circuit by the controller 100 will be described. The controller 100 switches between a circuit that operates and a circuit that does not operate among the plurality of primary side conversion circuits 11 to 14 according to the step-up ratio of the power conversion circuit. In addition, the controller 100 switches between a circuit that conducts and a circuit that shuts off among the plurality of bypass circuits 43 to 46 according to the boosting ratio of the power conversion circuit.

電力変換装置200は、複数の1次側変換回路11〜14のうち動作回路を切り換えることで、1次側から2次側への電圧の供給を制御する。例えば、電源1に接続された2つの1次側変換回路11、12のうち、1次側変換回路11を動作して、1次側変換回路12を動作しないように制御する。具体的には、コントローラ100は、1次側変換回路11に含まれるスイッチング素子S〜Sのスイッチング動作を行い、1次側変換回路12に含まれるスイッチング素子S〜Sをオフ状態で維持する。1次側変換回路11は動作回路として動作するため、電源1の出力電圧は1段目のDCDCコンバータを介して昇圧される。一方、1次側変換回路12は動作回路として動作しないため、電源1の出力電圧は2段目のDCDCコンバータを介して昇圧されない。そして、2段目のDCDCコンバータが停止している分、全体の昇圧比は、1段目のDCDCコンバータ及び2段目のDCDCコンバータを動作させた時の全体の昇圧比よりも小さくなる。電源1を昇圧させる際の全体の昇圧比は、電源1の出力電圧と、端子47aから端子48bの間の出力電圧との比に相当する。コントローラ100は、電源2に接続された3段目のDCDCコンバータ及び4段目のDCDCコンバータも、全体の昇圧比に応じて、複数の2次側変換回路13、14の動作回路を切り換える。 The power conversion device 200 controls the supply of the voltage from the primary side to the secondary side by switching the operation circuit among the plurality of primary side conversion circuits 11 to 14. For example, of the two primary side conversion circuits 11 and 12 connected to the power source 1, the primary side conversion circuit 11 is operated and the primary side conversion circuit 12 is controlled not to operate. Specifically, the controller 100 performs the switching operation of the switching elements S 1 to S 4 included in the primary side conversion circuit 11 to turn off the switching elements S 1 to S 4 included in the primary side conversion circuit 12. Maintain at. Since the primary side conversion circuit 11 operates as an operation circuit, the output voltage of the power supply 1 is boosted via the DCDC converter of the first stage. On the other hand, since the primary side conversion circuit 12 does not operate as an operation circuit, the output voltage of the power supply 1 is not boosted via the second stage DCDC converter. Since the second-stage DCDC converter is stopped, the overall boost ratio is smaller than the overall boost ratio when the first-stage DCDC converter and the second-stage DCDC converter are operated. The overall boosting ratio when boosting the power supply 1 corresponds to the ratio between the output voltage of the power supply 1 and the output voltage between the terminals 47a and 48b. The controller 100 switches the operation circuits of the plurality of secondary side conversion circuits 13 and 14 also in the third-stage DCDC converter and the fourth-stage DCDC converter connected to the power supply 2 according to the overall boost ratio.

また、動作させる1次側変換回路11〜14と対応して接続されているバイパス回路43〜46は遮断状態となる。動作させない1次側変換回路11〜14と対応して接続されているバイパス回路43〜46は導通状態となる。コントローラ100は、バイパス回路43〜46に含まれるスイッチをオフ状態にすることで、バイパス回路43〜46を遮断状態とする。また、コントローラ100は、バイパス回路43〜46に含まれるスイッチをオン状態にすることで、バイパス回路43〜46を導通状態とする。バイパス回路43〜46が遮断状態である場合には、出力ポート47〜50は、DCDCコンバータで昇圧された電圧を出力する。一方、バイパス回路43〜46が導通状態である場合には、出力ポート47〜50の各端子間は短絡する。 Further, the bypass circuits 43 to 46 connected in correspondence with the primary side conversion circuits 11 to 14 to be operated are in the cutoff state. The bypass circuits 43 to 46 connected in correspondence with the primary side conversion circuits 11 to 14 which are not operated are brought into a conductive state. The controller 100 turns off the switches included in the bypass circuits 43 to 46 to turn off the bypass circuits 43 to 46. Further, the controller 100 turns on the switches included in the bypass circuits 43 to 46 to bring the bypass circuits 43 to 46 into a conductive state. When the bypass circuits 43 to 46 are in the cutoff state, the output ports 47 to 50 output the voltage boosted by the DCDC converter. On the other hand, when the bypass circuits 43 to 46 are conductive, the terminals of the output ports 47 to 50 are short-circuited.

本実施形態において、電力変換装置200が負荷3に電圧を出力するためには、2次側回路30の出力電圧が負荷3の電圧よりも高くならなければならない。電源1、2の出力可能電力が低い場合には電源1、2の出力電圧は低くなり、2次側回路30の出力電圧を高めるためには、DCDCコンバータの昇圧比を高くしなければならない。 In the present embodiment, in order for the power converter 200 to output a voltage to the load 3, the output voltage of the secondary circuit 30 must be higher than the voltage of the load 3. When the outputtable power of the power supplies 1 and 2 is low, the output voltage of the power supplies 1 and 2 is low, and in order to increase the output voltage of the secondary side circuit 30, the step-up ratio of the DCDC converter must be increased.

本実施形態では、出力ポート47〜50は直列に接続されており、各出力ポート47〜50に対して、複数のDCDCコンバータの出力が接続されている。電力変換装置200の全体の昇圧比を高めて、2次側回路30の出力電圧を高めるためには、電源1、2の電圧を複数のDCDCコンバータでそれぞれ昇圧し、昇圧された電圧を、2次側変換回路61〜64からそれぞれ出力すればよい。一方、電力変換装置200の全体の昇圧比が低くてもよい場合には、電源1、2の電圧を複数のDCDCコンバータでそれぞれ昇圧しなくてもよい。 In the present embodiment, the output ports 47 to 50 are connected in series, and the outputs of the plurality of DCDC converters are connected to the output ports 47 to 50. In order to increase the overall boosting ratio of the power conversion device 200 and increase the output voltage of the secondary circuit 30, the voltages of the power supplies 1 and 2 are boosted by a plurality of DCDC converters, and the boosted voltage is increased to 2 The output signals may be output from the secondary conversion circuits 61 to 64, respectively. On the other hand, when the boosting ratio of the entire power converter 200 may be low, the voltages of the power supplies 1 and 2 may not be boosted by the plurality of DCDC converters.

DCDCコンバータの特性として昇圧比が高くなると電力変換装置200の効率は低下する。そのため、1次側変換回路11〜14を動作させる際には、昇圧比の高い状態でDCDCコンバータが動作することを避けつつ、2次側回路30の出力電圧が負荷3の電圧よりも高くなればよい。 As a characteristic of the DCDC converter, the efficiency of the power conversion device 200 decreases as the boost ratio increases. Therefore, when operating the primary side conversion circuits 11 to 14, the output voltage of the secondary side circuit 30 can be higher than the voltage of the load 3 while avoiding the operation of the DCDC converter in a state where the boost ratio is high. Good.

電源1の出力可能電力が高い場合には、DCDCコンバータの全体の昇圧比は低くてもよいため、コントローラ100は、1次側変換回路11及び1次側変換回路12のいずれか一方の回路を動作させて、他方の回路を動作させない。またコントローラ100は、動作された1次側変換回路11、12に対応するバイパス回路43、44を遮断状態とし、動作されない1次側変換回路11、12に対応するバイパス回路43、44を導通状態とする。 When the power that can be output from the power source 1 is high, the overall boost ratio of the DCDC converter may be low, so the controller 100 operates either the primary side conversion circuit 11 or the primary side conversion circuit 12. It operates, and the other circuit does not operate. Further, the controller 100 turns off the bypass circuits 43 and 44 corresponding to the operated primary side conversion circuits 11 and 12, and turns on the bypass circuits 43 and 44 corresponding to the non-operated primary side conversion circuits 11 and 12. And

電源1の出力可能電力が低い場合には、DCDCコンバータ全体の昇圧比を高くするために、コントローラ100は、1次側変換回路11及び1次側変換回路12を両方動作させる。またコントローラ100は、動作された1次側変換回路11、12に対応するバイパス回路43、44を遮断状態とする。 When the power that can be output from the power supply 1 is low, the controller 100 operates both the primary-side conversion circuit 11 and the primary-side conversion circuit 12 in order to increase the boost ratio of the entire DCDC converter. Further, the controller 100 turns off the bypass circuits 43 and 44 corresponding to the operated primary side conversion circuits 11 and 12.

電源1の動作点と電源2の動作点は異なるため、コントローラ100は、電源1の出力可能電力に応じて、1次側変換回路11、12の動作回路の切り替え、及び、1次側変換回路13、14の動作回路の切り替えをそれぞれ制御する。 Since the operating point of the power source 1 and the operating point of the power source 2 are different, the controller 100 switches the operating circuits of the primary side conversion circuits 11 and 12 according to the outputtable power of the power source 1 and the primary side conversion circuit. The switching of the operation circuits 13 and 14 is controlled respectively.

図6は、図1に示した電力変換システムの回路図に対して、電源1、2の電流電圧特性、整流器35〜38の出力電圧(Vrec)特性及び2次側変換回路の出力電流(Iout)特性を示すグラフを加えている。Vin1及びIin1は電源から入力される入力電圧及び入力電流を示し、Vin2及びIin2は電源から入力される入力電圧及び入力電流を示す。なお、図6において、一点鎖線で囲んだ回路は、1次側変換回路11〜14のうち動作していない回路を示している。図6の例では、1次側変換回路12が動作していない。なお、図6において、コントローラ100の図示を省略している。 6 is a circuit diagram of the power conversion system shown in FIG. 1, in which the current-voltage characteristics of the power supplies 1 and 2, the output voltage (V rec ) characteristics of the rectifiers 35 to 38, and the output current of the secondary side conversion circuit ( Iout ) characteristic graph is added. V in1 and I in1 represent an input voltage and an input current input from the power supply 1 , and V in2 and I in2 represent an input voltage and an input current input from the power supply 2 . Note that, in FIG. 6, the circuit surrounded by the alternate long and short dash line shows a circuit that is not operating among the primary side conversion circuits 11 to 14. In the example of FIG. 6, the primary side conversion circuit 12 is not operating. Note that the controller 100 is not shown in FIG.

例えば、電源1の出力可能電力が低く、電源2の出力可能電力が高い場合には、コントローラ100は、1次側変換回路11を動作させ、1次側変換回路12を動作させず、1次側変換回路13及び1次側変換回路14を動作させる。すなわち、昇圧比が低くてもよい場合には、1段目及び2段目のDCDCコンバータのうち、2段目のDCDCコンバータの動作を停止することで、損失を抑制できる。また、高い昇圧比が要求される場合には、3段目及び4段目のDCDCコンバータをそれぞれ動作させて、出力電圧を高める。これにより、損失を抑制しつつ、全体の昇圧比を高めることができる。 For example, when the outputtable power of the power supply 1 is low and the outputtable power of the power supply 2 is high, the controller 100 operates the primary-side conversion circuit 11 and does not operate the primary-side conversion circuit 12, and The side conversion circuit 13 and the primary side conversion circuit 14 are operated. That is, when the step-up ratio may be low, the loss can be suppressed by stopping the operation of the second-stage DCDC converter among the first-stage and second-stage DCDC converters. When a high step-up ratio is required, the DCDC converters in the third and fourth stages are operated to increase the output voltage. As a result, the overall boost ratio can be increased while suppressing the loss.

コントローラ100は、複数のDCDCコンバータに対して要求される各昇圧比に応じて、上記のような1次側変換回路11〜14の動作回路の切り換えを行う。コントローラ100は、電源1、2の動作点に対応する出力可能電圧を演算する。コントローラ100は、負荷に対して要求される出力電圧と、演算された出力可能電圧から全体の昇圧比を演算する。コントローラ100は、2次側回路30の出力電圧が負荷の電圧よりも高くなるように、全体の昇圧比と複数のDCDCコンバータの損失に応じて、電源1の出力電圧に対する第1昇圧比、及び、電源2の出力電圧に対する第2昇圧比を演算する。コントローラ100は、第1昇圧比と所定の閾値とを比較し、第2昇圧比と所定の閾値とを比較する。所定の閾値は、DCDCコンバータの損失に応じて決まる閾値であって、各電源1、2に接続されたコンバータのうち、どれだけの数のコンバータを動作させることで効率がよくなるかを表している。そして、第1昇圧比が所定の閾値より高い場合には、コントローラ100は、1次側変換回路11及び1次側変換回路12のうち、いずれか一方の変換回路を動作回路として選択し、他方の変換回路を動作回路して選択しない。一方、第1昇圧比が所定の閾値以下である場合には、コントローラ100は、1次側変換回路11及び1次側変換回路12の両回路を動作回路として選択する。コントローラは、1次側変換回路13、14についても、第2昇圧比と所定の閾値との比較結果に応じて、動作させる変換回路と動作させない変換回路を選択する。また、コントローラ100は、動作される1次側変換回路11〜14に対応するバイパス回路43〜46を遮断状態とし、動作されない1次側変換回路11〜14に対応するバイパス回路43〜46を導通状態とする。これにより、電力変換装置200の損失を抑制しつつ、全体の昇圧比を高めることができる。 The controller 100 switches the operation circuits of the primary side conversion circuits 11 to 14 as described above according to each step-up ratio required for the plurality of DCDC converters. The controller 100 calculates the outputtable voltage corresponding to the operating points of the power supplies 1 and 2. The controller 100 calculates the overall boosting ratio from the output voltage required for the load and the calculated outputtable voltage. The controller 100 sets the first step-up ratio to the output voltage of the power source 1 according to the overall step-up ratio and the losses of the plurality of DCDC converters so that the output voltage of the secondary side circuit 30 becomes higher than the voltage of the load, and , A second step-up ratio for the output voltage of the power supply 2 is calculated. The controller 100 compares the first boost ratio with a predetermined threshold value, and compares the second boost ratio with a predetermined threshold value. The predetermined threshold is a threshold determined according to the loss of the DCDC converter, and represents how many converters among the converters connected to the power sources 1 and 2 operate to improve efficiency. .. Then, when the first boost ratio is higher than the predetermined threshold value, the controller 100 selects either one of the primary side conversion circuit 11 and the primary side conversion circuit 12 as the operation circuit, and the other one. Do not select the conversion circuit as the operation circuit. On the other hand, when the first boost ratio is less than or equal to the predetermined threshold value, the controller 100 selects both the primary side conversion circuit 11 and the primary side conversion circuit 12 as operation circuits. Regarding the primary side conversion circuits 13 and 14, the controller also selects a conversion circuit to be operated and a conversion circuit to not be operated according to the comparison result of the second boost ratio and the predetermined threshold value. Further, the controller 100 puts the bypass circuits 43 to 46 corresponding to the operated primary side conversion circuits 11 to 14 into the cutoff state, and brings the bypass circuits 43 to 46 corresponding to the unoperated primary side conversion circuits 11 to 14 into conduction. State. As a result, the overall boost ratio can be increased while suppressing the loss of the power conversion device 200.

また電源1、2の出力可能電力が高く、かつ、負荷3の電圧が低い状態で、DCDCコンバータの入力と出力との間の電圧差が大きい場合には、DCDCDCコンバータの降圧比が高くなる。降圧比が高くなると、フェーズシフト量(スイッチング信号のデューティ比)が低くなり、フルブリッジを還流する電流が大きくなる。そのため、電力変換装置200の効率が低下する。本実施形態では、DCDCDCコンバータの降圧動作を行う場合にも、コントローラ100は、上記と同様に、全体の損失が低くなるように、1次側変換回路11〜14の中で、動作させる回路を切り換えつつ、バイパス回路43〜47の導通、遮断を切り換える。言い換えると、コントローラは、4段のDCDCコンバータのうち、動作させるDCDCコンバータの数、停止させるDCDCコンバータの数を制御する。これにより、DCDCコンバータを降圧動作する際も、フルブリッジを還流する電流量を抑え、損失を抑制できる。すなわち、本実施形態は、電力変換装置200の損失を抑制しつつ、入力電圧に対する出力電圧の電圧範囲を広げることができる。 When the outputtable power of the power supplies 1 and 2 is high and the voltage of the load 3 is low and the voltage difference between the input and output of the DCDC converter is large, the step-down ratio of the DCDCDC converter becomes high. As the step-down ratio becomes higher, the phase shift amount (duty ratio of the switching signal) becomes lower and the current flowing through the full bridge becomes larger. Therefore, the efficiency of the power conversion device 200 is reduced. In this embodiment, even when the step-down operation of the DCDCDC converter is performed, the controller 100 operates the circuits in the primary side conversion circuits 11 to 14 so as to reduce the overall loss, similarly to the above. While switching, the bypass circuits 43 to 47 are switched on and off. In other words, the controller controls the number of DCDC converters to operate and the number of DCDC converters to stop among the four-stage DCDC converters. Accordingly, even when the DCDC converter is stepped down, the amount of current flowing back through the full bridge can be suppressed and the loss can be suppressed. That is, the present embodiment can widen the voltage range of the output voltage with respect to the input voltage while suppressing the loss of the power conversion device 200.

次に、電流遮断素子71の制御について説明する。電源1、2の出力可能電力の合計値が、電力変換装置の全体の消費電力よりも小さい場合には、コントローラ100は、電流遮断素子71をオフ状態にする。また、コントローラ100は、電流遮断素子71をオフ状態にしつつ1次側変換回路11〜14に含まれるスイッチング素子S〜Sのスイッチング動作を停止することで、1次側から2次側への電力供給を禁止する。 Next, the control of the current interruption element 71 will be described. When the total value of the power that can be output from the power sources 1 and 2 is smaller than the total power consumption of the power conversion device, the controller 100 turns off the current interruption element 71. In addition, the controller 100 stops the switching operation of the switching elements S 1 to S 4 included in the primary side conversion circuits 11 to 14 while turning off the current cut-off element 71, so that the primary side changes to the secondary side. Ban power supply.

また、電源1、2の出力可能電力の合計値が電力変換装置の全体の消費電力より大きく、かつ、電源1、2の電力に基づき2次側回路30の出力可能電圧が負荷3の電圧より低い場合には、コントローラ100は、以下のような制御で、コンデンサ39b、40b、41b、42bを充電してもよい。コントローラ100は、電流遮断素子71をオフ状態にし、1次側変換回路11〜14に含まれるスイッチング素子S〜Sのスイッチング動作を行う。 Further, the total value of the power that can be output from the power sources 1 and 2 is larger than the total power consumption of the power conversion device, and the output voltage of the secondary circuit 30 is higher than the voltage of the load 3 based on the power of the power sources 1 and 2. When it is low, the controller 100 may charge the capacitors 39b, 40b, 41b, 42b by the following control. The controller 100 turns off the current interruption element 71 and performs the switching operation of the switching elements S 1 to S 4 included in the primary side conversion circuits 11 to 14.

上記のように、本実施形態において、電力変換装置200は、入力ポート19、20を有する1次側回路と、複数の出力ポート47〜50、及び、複数の出力ポート47〜50に対応して接続された複数の2次側変換回路61〜64を有する2次側回路とを備えている。1次側回路10と2次側回路30の間は絶縁されている。1次側回路10は、電源1、2から入力される入力電流及び電源1、2から入力される入力電圧に応じて前記電源の動作点を制御することで、電源1、2の入力電力を増加させる。複数の出力ポート47〜50は直列に接続されている。電源1,2が所定の動作点で動作するときに、電源1,2の入力電力は、複数の2次側変換回路61〜64にそれぞれ出力される。これにより、損失を抑制しつつ電力変換を行うことができる。また、入力ポート19,20に接続される電源1、2の電力を高めつつ、昇圧比を高めることができる。 As described above, in the present embodiment, the power conversion device 200 corresponds to the primary side circuit having the input ports 19 and 20, the plurality of output ports 47 to 50, and the plurality of output ports 47 to 50. And a secondary side circuit having a plurality of connected secondary side conversion circuits 61 to 64. The primary side circuit 10 and the secondary side circuit 30 are insulated from each other. The primary-side circuit 10 controls the operating point of the power sources according to the input currents input from the power sources 1 and 2 and the input voltage input from the power sources 1 and 2 to reduce the input power of the power sources 1 and 2. increase. The plurality of output ports 47 to 50 are connected in series. When the power supplies 1 and 2 operate at a predetermined operating point, the input power of the power supplies 1 and 2 is output to the plurality of secondary side conversion circuits 61 to 64, respectively. Thereby, power conversion can be performed while suppressing loss. Further, the boosting ratio can be increased while increasing the power of the power supplies 1 and 2 connected to the input ports 19 and 20.

ところで、本実施形態に係るシステムは、太陽電池発電システムのように、出力可能な電力が変動する電源の電力を負荷供給するシステムに適用される。このようなシステムでは電源電圧を昇圧して負荷電圧に供給するが、その昇圧比が高くなると電力変換装置の効率が悪化する。 By the way, the system according to the present embodiment is applied to a system that supplies a load of electric power of a power source whose outputtable power fluctuates, such as a solar cell power generation system. In such a system, the power supply voltage is boosted and supplied to the load voltage, but if the boosting ratio becomes high, the efficiency of the power conversion device deteriorates.

そのため、コンバータの昇圧比を抑制する方法として、複数の電源を直列接続して、複数の電源を昇圧比の低い電力変換装置に接続する方法が考えられる。例えば家庭用の太陽光発電システムでは多数の太陽光発電セルを直列に接続している。 Therefore, as a method of suppressing the step-up ratio of the converter, a method of connecting a plurality of power sources in series and connecting the plurality of power sources to a power conversion device having a low step-up ratio can be considered. For example, in a solar power generation system for home use, many solar power generation cells are connected in series.

しかしながら、複数の電源を直列接続すると、全ての電源の電流が共通となる。例えば太陽光発電システムの場合に、直列接続される太陽光発電セルの一部に影がかかり、影にあるセルが供給可能な電流が低下した場合は、他のセルに電力供給能力があったとしても、電源が直列に接続されているため、他のセルは、影のあるセルの電流しか流せないため、出力可能なエネルギーが大幅に減少するという課題がある。 However, when a plurality of power supplies are connected in series, the currents of all the power supplies are common. For example, in the case of a photovoltaic power generation system, if a part of the photovoltaic cells connected in series is shaded and the current that can be supplied to the shaded cells drops, the other cells have power supply capability. Even so, since the power supplies are connected in series, other cells can only flow the current of the shaded cells, which causes a problem that the energy that can be output is significantly reduced.

このような課題を解決するための方法として、例えば特許文献(特表2011−522313)では、電力変換回路を分散させ、直列接続される電源数を削減する。そして、各々の電力変換回路に接続される電源群の発電電力を最大化するよう制御し、それらの出力を直列に接続して高い昇圧比を得ながら、発電エネルギーを増加させるというシステムが知られている。しかしながら、直列接続される電力変換回路が非絶縁型であるため、回路電位を複数生成する電源が必要であるだけでなく、電源群の基準電圧が高電圧化するという課題があった。また、制御が複雑になるという課題があった。 As a method for solving such a problem, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2011-522313, the power conversion circuits are dispersed to reduce the number of power supplies connected in series. A system is known in which power generation is controlled by maximizing the generated power of a power supply group connected to each power conversion circuit, and the outputs are connected in series to obtain a high boost ratio while increasing the generated power energy. ing. However, since the power conversion circuits connected in series are non-insulating types, there is a problem that not only a power supply that generates a plurality of circuit potentials is required but also the reference voltage of the power supply group becomes high. In addition, there is a problem that control becomes complicated.

本実施形態では、1次側回路と2次側回路との間を絶縁しているため、1次側動作回路の基準電位の数を抑制しつつ、基準電位の低電位かを実現できる。また、複数のDCDCコンバータの回路構成がシンプルで、1次側の変換回路を制御することでDCDCコンバータの全体を制御することができる。 In this embodiment, since the primary side circuit and the secondary side circuit are insulated from each other, it is possible to realize a low reference potential while suppressing the number of reference potentials in the primary side operation circuit. Further, the circuit configurations of the plurality of DCDC converters are simple, and the entire DCDC converter can be controlled by controlling the conversion circuit on the primary side.

また本実施形態において、出力ポート47〜50は、一対の端子47a〜50a、47b〜50bを有し、一対の端子47a〜50a、47b〜50bにコンデンサ39b〜42bを接続する。これにより、電源1、2の出力が短時間低下した場合に、電力変換装置200は一定の出力を維持できる。 Moreover, in this embodiment, the output ports 47-50 have a pair of terminals 47a-50a, 47b-50b, and connect the capacitors 39b-42b to a pair of terminals 47a-50a, 47b-50b. This allows the power conversion device 200 to maintain a constant output when the outputs of the power supplies 1 and 2 drop for a short time.

また本実施形態において、2次側回路30は、一対の端子47a〜50a、47b〜50b間をバイパスするバイパス回路43〜46を有する。これにより、ある電源1,2からの入力電力が小さい場合に、出力ポート47〜50を短絡させることで、電流が流れる回路素子数を減少させることができる。その結果として、DCDCコンバータのおける抵抗損失が減少するため、効率を高めることができる。 In addition, in the present embodiment, the secondary circuit 30 has bypass circuits 43 to 46 that bypass between the pair of terminals 47a to 50a and 47b to 50b. As a result, when the input power from one of the power supplies 1 and 2 is small, the number of circuit elements through which current flows can be reduced by short-circuiting the output ports 47 to 50. As a result, the resistance loss in the DCDC converter is reduced, and the efficiency can be improved.

また本実施形態において、コントローラ100は、昇圧比に応じて、複数のバイパス回路43〜46の中で導通回路として導通する回路を切り換える。これにより、電源電圧と負荷電圧に適した昇圧比に調整することができ、電力変換回路の出力範囲を広げることができる。 In addition, in the present embodiment, the controller 100 switches a circuit that conducts as a conduction circuit among the plurality of bypass circuits 43 to 46 according to the boost ratio. With this, it is possible to adjust the boost ratio suitable for the power supply voltage and the load voltage, and it is possible to widen the output range of the power conversion circuit.

また本実施形態において、コントローラ100は、電源1、2から入力される最大入力電力に応じて、バイパス回路43〜46の導通回路を切り換える。これにより、電源1、2の出力可能電力に適した昇圧比に調整することができ、電力変換回路の出力範囲を広げることができる。 In addition, in the present embodiment, the controller 100 switches the conduction circuits of the bypass circuits 43 to 46 according to the maximum input power input from the power sources 1 and 2. As a result, it is possible to adjust to a boost ratio suitable for the power that can be output by the power supplies 1 and 2, and it is possible to widen the output range of the power conversion circuit.

また本実施形態において、コントローラ100は、複数の出力ポート47〜50から負荷3に出力される電圧が負荷3の出力電圧より高くなるように、バイパス回路43〜46の導通回路を切り換える。これにより、負荷電圧に適した昇圧比に調整することができ、電力変換回路の出力範囲を広げることができる。 Further, in the present embodiment, the controller 100 switches the conduction circuits of the bypass circuits 43 to 46 so that the voltage output from the plurality of output ports 47 to 50 to the load 3 becomes higher than the output voltage of the load 3. As a result, it is possible to adjust the boost ratio suitable for the load voltage, and it is possible to widen the output range of the power conversion circuit.

また本実施形態において、1次側回路10は1次巻線15〜18を有し、2次側回路30は、複数の2次巻線31〜34を有し、複数の2次巻線31〜34は、複数の2次側変換回路61〜64に対応して接続されており、複数のバイパス回路43〜46は、2次巻線31〜34の両端の端子間に接続されたスイッチをそれぞれ有し、コントローラ100は、複数のバイパス回路のうち、導通回路に含まれるスイッチをオン状態にし、導通回路に含まれないスイッチをオフ状態にする。これにより、損失を抑制しつつ、昇圧比の設定範囲を広げることができる。また少ないスイッチによって、DCDCコンバータの出力を切り替えることができるため、回路を小型化できる。 Further, in the present embodiment, the primary side circuit 10 has primary windings 15 to 18, the secondary side circuit 30 has a plurality of secondary windings 31 to 34, and a plurality of secondary windings 31. To 34 are connected corresponding to the plurality of secondary side conversion circuits 61 to 64, and the plurality of bypass circuits 43 to 46 are switches connected between terminals at both ends of the secondary windings 31 to 34. Of the plurality of bypass circuits, the controller 100 turns on the switches included in the conduction circuit and turns off the switches not included in the conduction circuit among the plurality of bypass circuits. Thereby, the setting range of the boost ratio can be expanded while suppressing the loss. Further, since the output of the DCDC converter can be switched with a small number of switches, the circuit can be downsized.

また本実施形態において、1次側回路10は、電源1、2に並列に接続された複数の1次側変換回路11〜14を有する。コントローラ100は、複数の1次側変換回路11〜14の中で動作回路として動作する回路を、昇圧比に応じて切り換える。これにより、損失を抑制しつつ、昇圧比の設定範囲を広げることができる。また、1次側回路の制御のみで、動作させるDCDCコンバータを切り替えられるため、制御を容易にできる。 Further, in the present embodiment, the primary side circuit 10 has a plurality of primary side conversion circuits 11 to 14 connected in parallel to the power sources 1 and 2. The controller 100 switches the circuit operating as an operation circuit among the plurality of primary side conversion circuits 11 to 14 according to the boost ratio. Thereby, the setting range of the boost ratio can be expanded while suppressing the loss. Further, since the DCDC converter to be operated can be switched only by controlling the primary side circuit, control can be facilitated.

また本実施形態において、コントローラ100は、複数の出力ポート47〜50から負荷3に出力される電圧が負荷3の出力電圧より高くなるように、1次側変換回路11〜14を動作させる回路を切り換える。これにより、負荷電圧に適した昇圧比に調整することができ、電力変換装置200の出力範囲を広げることができる。 Further, in the present embodiment, the controller 100 includes circuits for operating the primary side conversion circuits 11 to 14 so that the voltage output from the plurality of output ports 47 to 50 to the load 3 becomes higher than the output voltage of the load 3. Switch. As a result, it is possible to adjust the boost ratio suitable for the load voltage, and it is possible to widen the output range of the power conversion device 200.

また本実施形態において、電源1、2から入力される最大入力電力に応じて、1次側変換回路11〜14を動作させる回路を切り換える。これにより、電源1、2の出力可能電力に適した昇圧比に調整することができ、電力変換装置200の出力範囲を広げることができる。 Further, in the present embodiment, the circuits for operating the primary side conversion circuits 11 to 14 are switched according to the maximum input power input from the power sources 1 and 2. This makes it possible to adjust to a boost ratio suitable for the power that can be output by the power supplies 1 and 2, and the output range of the power conversion device 200 can be expanded.

また本実施形態において、コントローラ100は、記複数の1次側変換回路11〜14に含まれる複数のスイッチング素子S〜Sのうち、動作回路に含まれるスイッチング素子S〜Sのスイッチング動作を実行し、動作回路の含まれないスイッチング素子S〜Sをオフ状態にする。これにより、損失を抑制しつつ、昇圧比の設定範囲を広げることができる。また、通常用いられる制御信号によって動作回路の切り替えが可能となるため、制御信号線を削減できる。 In the present embodiment, the controller 100 includes a plurality of switching elements S 1 to S 4 included in the serial plurality of primary conversion circuit 11 to 14, the switching of the switching elements S 1 to S 4 included in the operation circuit The operation is performed and the switching elements S 1 to S 4 not including the operation circuit are turned off. Thereby, the setting range of the boost ratio can be expanded while suppressing the loss. Further, since the operation circuit can be switched by the control signal which is normally used, the control signal line can be reduced.

また本実施形態において、1次側変換回路11〜14は、第1交流電圧を出力する第1出力端子(スイッチング素子Sとスイッチング素子Sとの接続点に相当)と第2交流電圧を出力する第2出力端子(スイッチング素子Sとスイッチング素子Sとの接続点に相当)とを有し、電源1、2の入力電圧を第1交流電圧に変換し、電源1、2の入力電圧を第2交流電圧に変換し、第1出力端子と第2出力端子は同一の1次巻線15、16、17、18に接続されており、第1交流電圧の位相と第2交流電圧の位相が異なる。これにより、変圧器にかかる電圧に偏りが生じないため、変圧器の発熱を抑えることができる。その結果として、変圧器を小型化できる。 Further, in the present embodiment, the primary side conversion circuits 11 to 14 output the first AC voltage to the first output terminal (corresponding to the connection point between the switching element S 1 and the switching element S 2 ) and the second AC voltage. It has a second output terminal (corresponding to a connection point between the switching element S 3 and the switching element S 4 ) for outputting, converts the input voltage of the power sources 1 and 2 into a first AC voltage, and inputs the power sources 1 and 2. Voltage is converted into a second AC voltage, and the first output terminal and the second output terminal are connected to the same primary windings 15, 16, 17, and 18, and the phase of the first AC voltage and the second AC voltage Are out of phase. As a result, the voltage applied to the transformer is not biased, and the heat generation of the transformer can be suppressed. As a result, the transformer can be downsized.

また本実施形態において、コントローラ100は、電源1、2の動作点が電源1、2から入力される最大入力電力となるように、第1交流電圧と第2交流電圧との間の位相差を制御する。これにより、位相差のみを制御することで電源1、2の入力電力を最大化できるため、コントローラ100における演算負荷が低減できる。 Further, in the present embodiment, the controller 100 adjusts the phase difference between the first AC voltage and the second AC voltage so that the operating points of the power sources 1 and 2 become the maximum input power input from the power sources 1 and 2. Control. As a result, since the input power of the power supplies 1 and 2 can be maximized by controlling only the phase difference, the calculation load on the controller 100 can be reduced.

また本実施形態において、1次側回路10に含まれる複数の入力ポートは19,20は、複数の電源1、2に対応してそれぞれ接続されており、複数の入力ポート19、20の基準電位は共通電位である。これにより、動作回路でとなる1次側変換回路11〜14の電源電位を共通にできるため、1次側変換回路11〜14を小型化できる。 Further, in the present embodiment, the plurality of input ports 19 and 20 included in the primary side circuit 10 are respectively connected to the plurality of power sources 1 and 2, and the reference potentials of the plurality of input ports 19 and 20 are connected. Is a common potential. As a result, since the power supply potentials of the primary side conversion circuits 11 to 14 which are the operation circuits can be made common, the primary side conversion circuits 11 to 14 can be downsized.

また本実施形態において、コントローラ100は、電源1,2の出力可能電力が1次側回路10の動作電力より低い場合には、1次側回路10から2次側回路30への電力供給を禁止する。これにより、電力変換装置200を含むシステムの全体の効率を向上させることができる。 Further, in the present embodiment, the controller 100 prohibits the power supply from the primary side circuit 10 to the secondary side circuit 30 when the outputtable power of the power sources 1 and 2 is lower than the operating power of the primary side circuit 10. To do. As a result, the overall efficiency of the system including the power conversion device 200 can be improved.

また本実施形態において、2次側回路30は、整流素子及び受動素子により構成されている。これにより、2次側は動作回路で構成する必要がないため、回路の小型化を実現できる。 In addition, in the present embodiment, the secondary circuit 30 is composed of a rectifying element and a passive element. As a result, the secondary side does not need to be configured by the operation circuit, and thus the circuit can be downsized.

また本実施形態において、電力変換装置は、複数の出力ポート47〜50から負荷3に流れる電流を遮断する電流遮断素子71を備え、電流遮断素子71は複数の出力ポート47〜50に直列に接続されている。これにより、1つのスイッチのオンオフの切り換えにより、負荷3への電力伝送を停止できるため、メンテナンス性を向上できる。 Further, in the present embodiment, the power conversion device includes a current interruption element 71 that interrupts the current flowing from the plurality of output ports 47 to 50 to the load 3, and the current interruption element 71 is connected to the plurality of output ports 47 to 50 in series. Has been done. As a result, the power transmission to the load 3 can be stopped by switching one switch on and off, which improves maintainability.

複数の出力ポート47〜50から負荷3に出力される電圧が、負荷3の出力電圧より低い場合に、電流遮断素子71はオフになる。これにより、電力変換装置の出力電圧が負荷電圧より小さくなった場合に、電力の逆流を防ぐことができる。各出力ポートの電圧の分担比が均一化することを防止できる。 When the voltage output from the plurality of output ports 47 to 50 to the load 3 is lower than the output voltage of the load 3, the current cutoff element 71 is turned off. Thereby, when the output voltage of the power converter becomes smaller than the load voltage, it is possible to prevent the backflow of power. It is possible to prevent the voltage sharing ratio of each output port from becoming uniform.

また本実施形態では、電流遮断素子71は、複数の出力ポート47〜50のうち最も電位の低い出力ポート50に接続されている。これにより、安全性を高めることができる。 Further, in the present embodiment, the current cutoff element 71 is connected to the output port 50 having the lowest potential among the plurality of output ports 47 to 50. Thereby, safety can be improved.

なお、本実施形態において、出力ポート47〜50に、静電容量素子としてコンデンサを接続したが、電気二重層キャパシタ等を接続してもよい。 Although capacitors are connected to the output ports 47 to 50 as capacitance elements in the present embodiment, electric double layer capacitors or the like may be connected.

《第2実施形態》
図7は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置200のうち、電源1と出力ポート47、48との間の回路図を示す。本例では上述した第1実施形態に対して、1次側回路10の構成が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、その記載を援用する。
<<Second Embodiment>>
FIG. 7 shows a circuit diagram between the power supply 1 and the output ports 47 and 48 of the power conversion device 200 according to another embodiment of the invention. In this example, the configuration of the primary side circuit 10 is different from that of the above-described first embodiment. The configuration other than this is the same as that of the first embodiment described above, and the description thereof is incorporated.

図7に示すように、1次側回路の10に含まれる1次巻線15は、2つの2次巻線31、32を磁気的に結合されている。1次巻線15と2次巻線31との巻線比は1:n(nは1より大きい整数)であり、1次巻線15と2次巻線32との巻線比は1:n(nは1より大きい整数)である。2次巻線31は2次側変換回路61を介して出力ポート47に接続されており、2次巻線32は2次側変換回路62を介して出力ポート47に接続されている。 As shown in FIG. 7, the primary winding 15 included in the primary side circuit 10 has two secondary windings 31 and 32 magnetically coupled. The winding ratio between the primary winding 15 and the secondary winding 31 is 1:n (n is an integer greater than 1), and the winding ratio between the primary winding 15 and the secondary winding 32 is 1:. n (n is an integer greater than 1). The secondary winding 31 is connected to the output port 47 via the secondary conversion circuit 61, and the secondary winding 32 is connected to the output port 47 via the secondary conversion circuit 62.

電流が1次巻線15に流れた場合に、誘導電流は、2次巻線31及び2次巻線32にそれぞれ流れる。そして、2次巻線31に流れる誘導電流によって発生する電圧、及び、2次巻線32に流れる誘導電流によって発生する電圧は、1次巻線15の電圧に対して、それぞれn倍、昇圧された電圧である。そして、2次巻線31の交流電圧は2次側変換回路61に供給され、2次巻線32の交流電圧は2次側変換回路62に供給される。そして、2次側変換回路61及び2次側変換回路62で変換された電圧が、直列接続された出力ポート47、48により合算される。 When the current flows through the primary winding 15, the induced current flows through the secondary winding 31 and the secondary winding 32, respectively. The voltage generated by the induced current flowing in the secondary winding 31 and the voltage generated by the induced current flowing in the secondary winding 32 are boosted by n times the voltage of the primary winding 15. Voltage. Then, the AC voltage of the secondary winding 31 is supplied to the secondary conversion circuit 61, and the AC voltage of the secondary winding 32 is supplied to the secondary conversion circuit 62. Then, the voltages converted by the secondary side conversion circuit 61 and the secondary side conversion circuit 62 are summed by the output ports 47 and 48 connected in series.

これにより、電源1が動作点で動作するときの入力電力が、複数の2次側変換回路61、62にそれぞれ出力される。これにより、損失を抑制しつつ電力変換を行うことができる。また、入力ポート19に接続される電源1の電力を高めつつ、昇圧比を高めることができる。 As a result, the input power when the power supply 1 operates at the operating point is output to the plurality of secondary side conversion circuits 61 and 62, respectively. Thereby, power conversion can be performed while suppressing loss. Further, the boosting ratio can be increased while increasing the power of the power supply 1 connected to the input port 19.

なお、図7に示す回路構成は、電源1に接続されるDCDCコンバータに限らず、電源2に接続されるDCDCコンバータに用いてもよい。 The circuit configuration shown in FIG. 7 is not limited to the DCDC converter connected to the power supply 1 and may be used for the DCDC converter connected to the power supply 2.

1、2…電源
3…負荷
10…1次側回路
11〜14…1次側変換回路
15〜18…1次巻線
19、20…入力ポート
21、22…平滑回路
30…2次側回路
31〜34…2次巻線
35〜38…整流器
39〜42…フィルタ
39а、40а、41а、42а…コイル
39b、40b、41b、42b…コンデンサ
43〜46…バイパス回路
47〜50…出力ポート
61〜64…2次側変換回路
71…電流遮断素子
100…コントローラ
1, 2... Power source 3... Load 10... Primary side circuits 11-14... Primary side conversion circuits 15-18... Primary windings 19, 20... Input ports 21, 22... Smoothing circuit 30... Secondary side circuit 31 -34... Secondary windings 35-38... Rectifiers 39-42... Filters 39a, 40a, 41a, 42a... Coils 39b, 40b, 41b, 42b... Capacitors 43-46... Bypass circuits 47-50... Output ports 61-64 ... Secondary side conversion circuit 71 ... Current interruption element 100 ... Controller

Claims (19)

電源から入力される入力電力を変換し、変換された電力を負荷に供給する電力変換装置において、
前記電源に接続される入力ポートを有する1次側回路と
前記負荷に接続され、一対の端子をそれぞれ有する複数の出力ポート、記複数の出力ポートに対応して接続された複数の2次側変換回路、及び前記一対の端子それぞれの間をバイパスする複数のバイパス回路を有する2次側回路と
前記複数のバイパス回路を制御するコントローラとを備え、
前記1次側回路と前記2次側回路の間は絶縁されており、
前記1次側回路は、前記電源から入力される入力電流及び前記電源から入力される入力電圧に応じて前記電源の動作点を制御することで、前記入力電力を増加させる回路であり、
前記複数の出力ポートは直列に接続され、
前記電源が前記動作点で動作するときの前記入力電力は、前記複数の2次側変換回路にそれぞれ出力され
前記コントローラは、電力変換装置の損失が低くなるように、前記複数のバイパス回路の中でバイパスさせる回路を切り替える電力変換装置。
In the power converter that converts the input power input from the power supply and supplies the converted power to the load,
Connected to the load and the primary circuit having an input port connected to the power source, a plurality of output ports, prior Symbol plurality of secondary side that are connected corresponding to a plurality of output ports each having a pair of terminals A secondary circuit having a conversion circuit and a plurality of bypass circuits for bypassing between the pair of terminals ,
A controller for controlling the plurality of bypass circuits ,
The primary side circuit and the secondary side circuit are insulated from each other,
The primary side circuit is a circuit that increases the input power by controlling an operating point of the power supply according to an input current input from the power supply and an input voltage input from the power supply,
The plurality of output ports are connected in series,
The input power when the power supply operates at the operating point is output to each of the plurality of secondary side conversion circuits ,
The controller is a power converter that switches a circuit to be bypassed among the plurality of bypass circuits so that a loss of the power converter is low .
記2次側回路は、前記一対の端子間に接続された静電容量素子を有する
請求項1に記載の電力変換装置。
Before SL secondary circuit, the power conversion apparatus according to claim 1 having a connected capacitive elements between the pair of terminals.
記コントローラは、昇圧比に応じて、複数の前記バイパス回路の中で導通回路として導通する回路を切り換える
請求項記載の電力変換装置。
Before SL controller, depending on the boosting ratio, a plurality of power converter according to claim 2, wherein switching the circuitry to conduct a conductive circuit in the bypass circuit.
記コントローラは、前記複数の出力ポートから前記負荷に出力される電圧が前記負荷の出力電圧より高くなるように、前記導通回路を切り換える
請求項記載の電力変換装置。
Before SL controller, such that the voltage output to the load from the plurality of output ports is higher than the output voltage of the load, the power converter according to claim 3, wherein switching the conduction circuit.
前記コントローラは、前記電源から入力される最大入力電力に応じて前記導通回路を切り換える
請求項又は記載の電力変換装置。
Wherein the controller, the power converter according to claim 3 or 4, wherein switching the conducting circuits according to the maximum input power input from the power supply.
前記1次側回路は1次巻線を有し、
前記2次側回路は、前記1次巻線と磁気的に結合する複数の2次巻線を有し、
前記複数の2次巻線は、前記複数の2次側変換回路に対応して接続されており、
前記複数のバイパス回路は、前記2次巻線の両端の端子間に接続されたスイッチをそれぞれ有し、
前記コントローラは、
前記複数のバイパス回路のうち、前記導通回路に含まれる前記スイッチをオン状態にし、前記導通回路に含まれない前記スイッチをオフ状態にする
請求項のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The primary side circuit has a primary winding,
The secondary circuit has a plurality of secondary windings magnetically coupled to the primary winding,
The plurality of secondary windings are connected to correspond to the plurality of secondary side conversion circuits,
Each of the plurality of bypass circuits has a switch connected between terminals of both ends of the secondary winding,
The controller is
Among the plurality of bypass circuits, to the switch-on condition included in the conductive circuit, power conversion according to any one of claims 3-5 to turn off the switch that is not included in the conducting circuit apparatus.
前記1次側回路を制御するコントローラを備え
前記1次側回路は、前記電源に並列に接続され、前記2次側変換回路に電力を供給する複数の1次側変換回路を有し、
前記複数の1次側変換回路と前記複数の2次側変換回路は、それぞれ対応しており、
前記コントローラは、
昇圧比に応じて、前記複数の1次側変換回路の中で動作回路として動作する回路を切り換える
請求項1〜のいずれか一項に記載の電力変換装置。
A controller for controlling the primary side circuit is provided, and the primary side circuit has a plurality of primary side conversion circuits that are connected in parallel to the power supply and supply electric power to the secondary side conversion circuit,
The plurality of primary side conversion circuits and the plurality of secondary side conversion circuits respectively correspond to each other,
The controller is
Depending on the step-up ratio, power converter according to any one of claims 1 to 6, switching circuits that operate as an operation circuit among the plurality of primary conversion circuit.
前記コントローラは、前記複数の出力ポートから前記負荷に出力される電圧が前記負荷の出力電圧より高くなるように、前記動作回路を切り換える
請求項記載の電力変換装置。
The power conversion device according to claim 7 , wherein the controller switches the operation circuit so that a voltage output from the plurality of output ports to the load becomes higher than an output voltage of the load.
前記コントローラは、前記電源から入力される最大入力電力に応じて前記動作回路を切り換える
請求項又は記載の電力変換装置。
Wherein the controller, the power converter according to claim 7 or 8, wherein switching the operation circuit according to the maximum input power input from the power supply.
前記1次側回路を制御するコントローラを備え、
前記複数の1次側変換回路はスイッチング素子をそれぞれ有し、
前記コントローラは、前記複数の1次側変換回路に含まれる複数のスイッチング素子のうち、前記動作回路に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を実行し、前記動作回路の含まれないスイッチング素子をオフ状態にする
請求項のいずれか一項に記載の電力変換装置。
A controller for controlling the primary side circuit,
Each of the plurality of primary side conversion circuits has a switching element,
The controller performs a switching operation of a switching element included in the operation circuit among a plurality of switching elements included in the plurality of primary side conversion circuits, and turns off a switching element not included in the operation circuit. power converter according to any one of claims 7 to 9.
前記1次側回路は、1次巻線及び1次側変換回路を有し、
前記2次側回路は、前記1次巻線と磁気的に結合する2次巻線を有し、
前記1次側変換回路は、第1交流電圧を出力する第1出力端子と第2交流電圧を出力する第2出力端子とを有し、前記入力電圧を前記第1交流電圧に変換し、前記入力電圧を第2交流電圧に変換し、
前記第1出力端子と前記第2出力端子は同一の前記1次巻線に接続されており、
前記第1交流電圧の位相と前記第2交流電圧の位相が異なる
請求項1〜10のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The primary side circuit has a primary winding and a primary side conversion circuit,
The secondary circuit has a secondary winding magnetically coupled to the primary winding,
The primary side conversion circuit has a first output terminal that outputs a first AC voltage and a second output terminal that outputs a second AC voltage, converts the input voltage to the first AC voltage, and Convert the input voltage to the second AC voltage,
The first output terminal and the second output terminal are connected to the same primary winding,
The phase of the said 1st alternating voltage and the phase of the said 2nd alternating voltage differ, The power converter device as described in any one of Claims 1-10 .
前記1次側回路を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、前記動作点が前記電源から入力される電力が最大となるように、前記第1交流電圧と前記第2交流電圧との間の位相差を制御する
請求項11記載の電力変換装置。
A controller for controlling the primary side circuit,
The power conversion device according to claim 11 , wherein the controller controls the phase difference between the first AC voltage and the second AC voltage so that the electric power input from the power source becomes maximum at the operating point. ..
前記1次側回路に含まれる複数の前記入力ポートは、複数の前記電源に対応してそれぞれ接続されており、
前記複数の入力ポートの基準電位は共通電位である
請求項1〜11のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The plurality of input ports included in the primary side circuit are respectively connected to the plurality of power sources,
Wherein the plurality of reference potential at the input ports A power converter according to any one of claims 1 to 11, which is a common potential.
前記1次側回路を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、前記電源の出力可能電力が前記電力変換装置の消費電力より低い場合には、前記1次側回路から前記2次側回路への電力供給を禁止する
請求項1〜13のいずれか一項に記載の電力変換装置。
A controller for controlling the primary side circuit,
It said controller, when the output electric power of the power supply is lower than the power consumption of the power converter, either from the primary circuit of claim 1 to 13 for inhibiting the supply of power to the secondary circuit The power converter according to claim 1.
前記2次側回路は、整流素子及び受動素子により構成されている
請求項1〜14のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The secondary circuit includes a power converter according to any one of claims 1 to 14 configured by the rectifier element and a passive element.
前記出力ポートに直列に接続され、前記複数の出力ポートから前記負荷に流れる電流を遮断する電流遮断素子を備えている
請求項1〜15のいずれか一項に記載の電力変換装置。
It said output port being connected in series, the power conversion device according to any one of the plurality of claims 1 to 15 which has a current cut-off device for interrupting the current flowing through the load from the output port.
前記複数の出力ポートから前記負荷に出力される電圧が、前記負荷の出力電圧より低い場合に、前記電流遮断素子はオフになる
請求項16記載の電力変換装置。
The power converter according to claim 16 , wherein the current cutoff element is turned off when the voltage output from the plurality of output ports to the load is lower than the output voltage of the load.
前記電流遮断素子は、前記複数の出力ポートのうち最も電位の低い前記出力ポートに接続される
請求項16又は17記載の電力変換装置。
The power converter according to claim 16 or 17 , wherein the current interruption element is connected to the output port having the lowest potential among the plurality of output ports.
前記電源が太陽電池である
請求項1〜18のいずれか一項に記載の電力変換装置。
Power converter according to any one of claims 1 to 18, wherein the power supply is a solar cell.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110445384A (en) * 2019-07-29 2019-11-12 上海联影医疗科技有限公司 Export more level pulse circuit and square-waves, device and control method
JP2024060825A (en) * 2022-10-20 2024-05-07 株式会社小松製作所 Voltage conversion system, earthmoving machine system, control method and program

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4416102B2 (en) * 2001-05-31 2010-02-17 パナソニック電工株式会社 Booster and fuel cell system using the booster
JP2003105535A (en) * 2001-09-28 2003-04-09 Shibaura Mechatronics Corp Power source device for sputtering
JP4393296B2 (en) * 2004-07-13 2010-01-06 シャープ株式会社 DC-DC converter device
TW201013361A (en) * 2008-05-14 2010-04-01 Nat Semiconductor Corp System and method for integrating local maximum power point tracking into an energy generating system having centralized maximum power point tracking
JP2010213466A (en) * 2009-03-11 2010-09-24 Oki Power Tech Co Ltd Voltage converter
US20100301676A1 (en) * 2009-05-28 2010-12-02 General Electric Company Solar power generation system including weatherable units including photovoltaic modules and isolated power converters
JP2011193685A (en) * 2010-03-16 2011-09-29 Tokyo Electric Power Co Inc:The Power conditioner
US9035626B2 (en) * 2010-08-18 2015-05-19 Volterra Semiconductor Corporation Switching circuits for extracting power from an electric power source and associated methods
US9627889B2 (en) * 2011-05-12 2017-04-18 Alencon Acquisition Co., Llc. High voltage energy harvesting and conversion renewable energy utility size electric power systems and visual monitoring and control systems
JP2014212580A (en) * 2011-08-31 2014-11-13 三洋電機株式会社 Power linkage system

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