JP7056581B2 - 電源回路および電動車両 - Google Patents
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Description
ハイサイド側の第1のスイッチング素子とローサイド側の第2のスイッチング素子とを有する第1のスイッチング素子対と、
ハイサイド側の第3のスイッチング素子とローサイド側の第4のスイッチング素子とを有する第2のスイッチング素子対と、
第1、第2のスイッチング素子対における各スイッチング素子を相補的に駆動する制御部とを有し、
制御部は、
第1の動作モードにおける昇降圧比と第2の動作モードにおける昇降圧比とが連続的に変化するように第3の動作モードにおける昇降圧比を設定し、第3の動作モードにおける昇降圧比に基づいて、第1のスイッチング素子対のスイッチングデューティと第2のスイッチング素子対のスイッチングデューティとを設定する
電源回路である。
上述した電源回路を含む電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両でもよい。
<1.一実施形態>
<2.変形例>
<3.応用例>
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
[電源回路の構成例]
図1は、一実施形態に係る電源回路(電源回路1)の構成例を示す回路図である。電源回路1は、例えば入力電圧を昇降圧可能なコンバータであり、概略的には、スイッチング素子の一例であるN型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)Q1とMOSFETQ2とが直列接続されたハーフブリッジ回路10Aと、MOSFETQ3とMOSFETQ4とが直列接続されたハーフブリッジ回路10Bとが結合されて構成されている。MOSFETQ1、Q2により第1のスイッチング素子対が構成され、MOSFETQ3、Q4により第2のスイッチング素子対が構成される。
次に、電源回路1の動作例について説明する。入力端子INに印加された入力電圧Vinが出力端子OUTから出力される出力電圧Voutよりも高い場合には、電源回路1は降圧コンバータとして動作する。なお、電源回路1が降圧コンバータとして動作するモードを降圧モード(第1の動作モード)と適宜、称する。降圧モードでは、コントローラ2は、MOSFETQ1、Q2を交互にオン/オフし、MOSFETQ3を常にオンし、MOSFETQ4を常にオフする制御を実行する。
(1-Din)/(1-Dout) ・・・(1)
具体的な数値を示しつつ、図3Aおよび図3Bを参照して電源回路1の動作例を説明する。図3A、図3Bの記載(縦軸、横軸の記載や各ラインLNに示される内容)は、上述した図2A、図2Bと同様である。本例では、降圧モードから昇降圧モードに動作モードが切り替わる例および昇降圧モードから降圧モードに動作モードが切り替わる例について説明する。もちろん、下記の説明における数値は一例であり、本開示の内容が当該数値に限定されるものではない。
・降圧モードと昇降圧モードおよび昇圧モードと昇降圧モードの動作モードの切り替えを、電源回路の出力変動を起こさずに、換言すれば、昇降圧比が連続的に変化するようにして、スムーズに行うことが可能となる。
・また、動作モードの切り替えに対して十分なヒステリシスを持たせることにより、動作モードが頻繁に切り替わるような不安定な動作が行われることを防止することができる。
・動作モードとしては、例えば、降圧、昇降圧、昇圧の3つのモードだけなので、回路構成や制御のためのプログラムを簡素化することができる。
以上、本開示の一実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
(1)
ハイサイド側の第1のスイッチング素子とローサイド側の第2のスイッチング素子とを有する第1のスイッチング素子対と、
ハイサイド側の第3のスイッチング素子とローサイド側の第4のスイッチング素子とを有する第2のスイッチング素子対と、
前記第1、第2のスイッチング素子対における各スイッチング素子を相補的に駆動する制御部とを有し、
前記制御部は、
第1の動作モードにおける昇降圧比と第2の動作モードにおける昇降圧比とが連続的に変化するように第3の動作モードにおける昇降圧比を設定し、前記第3の動作モードにおける昇降圧比に基づいて、前記第1のスイッチング素子対のスイッチングデューティと前記第2のスイッチング素子対のスイッチングデューティとを設定する
電源回路。
(2)
前記第1の動作モードは入力電圧を降圧する動作モードであり、前記第2の動作モードは入力電圧を昇圧する動作モードであり、前記第3の動作モードは入力電圧を昇降圧する動作モードである
(1)に記載の電源回路。
(3)
前記制御部は、
前記第1の動作モードにおいて前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを駆動し、
前記第2の動作モードにおいて前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子とを駆動し、
前記第3の動作モードにおいて前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを駆動しつつ、前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子とを駆動する
(2)に記載の電源回路。
(4)
前記制御部は、電源回路からの出力に基づいて生成されるフィードバック信号に応じて前記動作モードを切り替える
(1)~(3)のいずれかに記載の電源回路。
(5)
前記フィードバック信号の値が第1の範囲内において、前記第1の動作モードおよび前記第3の動作モードのうち選択された動作モードで動作することが可能とされ、
前記フィードバック信号の値が第2の範囲内において、前記第2の動作モードおよび前記第3の動作モードのうち選択された動作モードで動作することが可能とされている
(4)に記載の電源回路。
(6)
前記フィードバック信号の値が前記第1の範囲内における第1の値の場合に前記第1の動作モードから前記第3の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、前記フィードバック信号の値が前記第1の範囲内における前記第1の値とは異なる第2の値の場合に前記第3の動作モードから前記第1の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、
前記フィードバック信号の値が前記第2の範囲内における第3の値の場合に前記第2の動作モードから前記第3の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、前記フィードバック信号の値が前記第2の範囲内における前記第3の値とは異なる第4の値の場合に前記第3の動作モードから前記第2の動作モードに動作モードが切り替わるように設定されている
(5)に記載の電源回路。
(7)
前記第1の値は、前記第1の範囲内における最大値であり、前記第2の値は、前記第1の範囲内における最小値であり、
前記第3の値は、前記第2の範囲内における最大値であり、前記第4の値は、前記第2の範囲内における最小値である
(6)に記載の電源回路。
(8)
前記第3の動作モードにおける前記第2のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第1の動作モードにおける前記第2のスイッチング素子のオンデューティの変化率に比して小さく設定され、
前記第3の動作モードにおける前記第4のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第2の動作モードにおける前記第4のスイッチング素子のオンデューティの変化率に比して小さく設定される
(1)~(7)のいずれかに記載の電源回路。
(9)
前記第3の動作モードにおける前記第2のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第1の動作モードにおける前記第2のスイッチング素子のオンデューティの変化率の1/2に設定され、
前記第3の動作モードにおける前記第4のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第2の動作モードにおける前記第4のスイッチング素子のオンデューティの変化率の1/2に設定される
(8)に記載の電源回路。
(10)
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間の接続中点と、前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子との間の接続中点とがインダクタを介して接続されている
(1)~(9)のいずれかに記載の電源回路。
(11)
前記第1~第4のスイッチング素子がN型のMOSFETにより構成される
(1)~(10)のいずれかに記載の電源回路。
(12)
入出力を反対にした場合でも動作する双方向性の回路である
(1)~(11)のいずれかに記載の電源回路。
(13)
(1)~(12)のいずれかに記載の電源回路を含む電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、上述した実施形態に係る電源回路を有する電源装置や電源回路により制御されるバッテリユニットとして、本開示を実現することも可能である。さらに、このような電源装置は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。以下、具体的な応用例について説明するが、本開示の内容が以下に説明する応用例に限定されるものではない。
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図4を参照して説明する。図4に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図5を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
2・・・コントローラ
3・・・エラーアンプ
Q1~Q4・・・N型のMOSFET
L1・・・インダクタ
Claims (12)
- ハイサイド側の第1のスイッチング素子とローサイド側の第2のスイッチング素子とを有する第1のスイッチング素子対と、
ハイサイド側の第3のスイッチング素子とローサイド側の第4のスイッチング素子とを有する第2のスイッチング素子対と、
前記第1、第2のスイッチング素子対における各スイッチング素子を相補的に駆動する制御部とを有し、
前記制御部は、
第1の動作モードにおける昇降圧比と第2の動作モードにおける昇降圧比とが連続的に変化するように第3の動作モードにおける昇降圧比を設定し、前記第3の動作モードにおける昇降圧比に基づいて、前記第1のスイッチング素子対のスイッチングデューティと前記第2のスイッチング素子対のスイッチングデューティとを設定する
電源回路。 - 前記第1の動作モードは入力電圧を降圧する動作モードであり、前記第2の動作モードは入力電圧を昇圧する動作モードであり、前記第3の動作モードは入力電圧を昇降圧する動作モードである
請求項1に記載の電源回路。 - 前記制御部は、
前記第1の動作モードにおいて前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを駆動し、
前記第2の動作モードにおいて前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子とを駆動し、
前記第3の動作モードにおいて前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを駆動しつつ、前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子とを駆動する
請求項2に記載の電源回路。 - 前記電源回路からの出力に基づいて生成されるフィードバック信号の値が第1の範囲内において、前記第1の動作モードおよび前記第3の動作モードのうち選択された動作モードで動作することが可能とされ、
前記フィードバック信号の値が第2の範囲内において、前記第2の動作モードおよび前記第3の動作モードのうち選択された動作モードで動作することが可能とされている
請求項1に記載の電源回路。 - 前記フィードバック信号の値が前記第1の範囲内における第1の値の場合に前記第1の動作モードから前記第3の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、前記フィードバック信号の値が前記第1の範囲内における前記第1の値とは異なる第2の値の場合に前記第3の動作モードから前記第1の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、
前記フィードバック信号の値が前記第2の範囲内における第3の値の場合に前記第2の動作モードから前記第3の動作モードに動作モードが切り替わるように設定され、前記フィードバック信号の値が前記第2の範囲内における前記第3の値とは異なる第4の値の場合に前記第3の動作モードから前記第2の動作モードに動作モードが切り替わるように設定されている
請求項4に記載の電源回路。 - 前記第1の値は、前記第1の範囲内における最大値であり、前記第2の値は、前記第1の範囲内における最小値であり、
前記第3の値は、前記第2の範囲内における最大値であり、前記第4の値は、前記第2の範囲内における最小値である
請求項5に記載の電源回路。 - 前記第3の動作モードにおける前記第2のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第1の動作モードにおける前記第2のスイッチング素子のオンデューティの変化率に比して小さく設定され、
前記第3の動作モードにおける前記第4のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第2の動作モードにおける前記第4のスイッチング素子のオンデューティの変化率に比して小さく設定される
請求項1に記載の電源回路。 - 前記第3の動作モードにおける前記第2のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第1の動作モードにおける前記第2のスイッチング素子のオンデューティの変化率の1/2に設定され、
前記第3の動作モードにおける前記第4のスイッチング素子のオンデューティの変化率が前記第2の動作モードにおける前記第4のスイッチング素子のオンデューティの変化率の1/2に設定される
請求項7に記載の電源回路。 - 前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間の接続中点と、前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子との間の接続中点とがインダクタを介して接続されている
請求項1に記載の電源回路。 - 前記第1のスイッチング素子から第4のスイッチング素子までのスイッチング素子がN型のMOSFETにより構成される
請求項1に記載の電源回路。 - 入出力を反対にした場合でも動作する双方向性の回路である
請求項1に記載の電源回路。 - 請求項1に記載の電源回路を含む電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
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