JP2006033923A - DC-DC converter device - Google Patents
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Abstract
【課題】 入力直流電源電圧範囲が広い場合でもスイッチング素子に流れる電流のピーク値の過剰な上昇を抑制しつつ、高効率かつ低ノイズで広範囲な電力制御を行なうことができるDC−DCコンバータ装置を提供する。
【解決手段】 V−Fテーブル13は、直流電源1の電圧が大きいほどスイッチング周波数が高くなるように、各直流電源の電圧に対応するスイッチング周波数を定める。スイッチング周波数特定部16は、V−Fテーブル13を参照して検出した直流電源1の電圧に対応するスイッチング周波数を特定する。調整部15は、インダクタンス7を流れる電流が不連続となるように、IGBT3d,3cのスイッチングのタイミングの対となるIGBT3a,3bのスイッチングのタイミングに対する位相シフト量を調整する。信号制御部17は、スイッチング周波数と位相シフト量とに基づいて、ゲート信号の活性化を制御する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC-DC converter device capable of performing a wide range of power control with high efficiency and low noise while suppressing an excessive increase in a peak value of a current flowing through a switching element even when an input DC power supply voltage range is wide. provide.
A VF table 13 determines a switching frequency corresponding to the voltage of each DC power supply so that the switching frequency increases as the voltage of the DC power supply 1 increases. The switching frequency specifying unit 16 specifies a switching frequency corresponding to the voltage of the DC power supply 1 detected with reference to the VF table 13. The adjustment unit 15 adjusts the phase shift amount with respect to the switching timing of the IGBTs 3a and 3b which are the pair of switching timings of the IGBTs 3d and 3c so that the current flowing through the inductance 7 becomes discontinuous. The signal control unit 17 controls activation of the gate signal based on the switching frequency and the phase shift amount.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、DC−DCコンバータ装置に関し、特に、変圧器の1次側にフルブリッジインバータを接続し、変圧器の2次側に整流回路を接続して構成されるDCーDCコンバータ装置に関する。 The present invention relates to a DC-DC converter device, and more particularly, to a DC-DC converter device configured by connecting a full bridge inverter to a primary side of a transformer and connecting a rectifier circuit to a secondary side of the transformer.
近年、電子機器より発生する電磁誘導ノイズを抑制するため、スイッチング素子をゼロ電圧スイッチング(ZVS)またはゼロ電流スイッチング(ZCS)させるソフトスイッチング技術を適用した低ノイズ化の研究が行なわれている。DC−DCコンバータにおいても、ソフトスイッチング技術を適用して、その特性の改善化が行なわれている。また、ソフトスイッチングによってノイズの低減だけでなく、スイッチング素子のスイッチング損失も大幅に低減することができ、変換の高効率化が図られる。 In recent years, in order to suppress electromagnetic induction noise generated from electronic equipment, research on noise reduction using soft switching technology that switches a switching element to zero voltage switching (ZVS) or zero current switching (ZCS) has been performed. Also in the DC-DC converter, the characteristic is improved by applying a soft switching technique. Moreover, not only the noise can be reduced by soft switching, but also the switching loss of the switching element can be greatly reduced, and the conversion efficiency can be improved.
ソフトスイッチングを適用したDC−DCコンバータの回路方式の例として、位相シフトPMW(Pulse Width Modulator)制御方式がある。図8は、ソフトスイッチングを適用した位相シフトPMW制御DC−DCコンバータの従来例を示す。このような従来例は、たとえば、特許文献1に開示されている。
As an example of a circuit system of a DC-DC converter to which soft switching is applied, there is a phase shift PMW (Pulse Width Modulator) control system. FIG. 8 shows a conventional example of a phase shift PMW control DC-DC converter to which soft switching is applied. Such a conventional example is disclosed in
図8を参照して、従来のDC−DCコンバータは、高周波トランス2を備え、1次側に直流電源1およびフルブリッジインバータ29を備え、2次側にリアクトル7、整流回路30、出力コンデンサ8、および負荷抵抗RLを備える。
Referring to FIG. 8, the conventional DC-DC converter includes a high-
フルブリッジインバータ29は、直流電源1を入力して位相シフト制御方式によって交流出力に変換するもので、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)3a,3b,3c,3dと、逆導通ダイオード4a,4b,4c,4dと、スナバコンデンサ5a,5b,5c,5dとを含む。
The full-
IGBT3aとIGBT3bとは、基準相(進み相)レグを構成する。IGBT3cとIGBT3dとは、制御相(遅れ相)レグを構成する。逆導通ダイオード4a,4b,4c,4dは、IBGT3a,3b,3c,3dに並列に接続される。スナバコンデンサ5a,5b,5c,5dは、IGBT3a,3b,3c,3dに並列に接続される。
高周波トランス2は、フルブリッジインバータ29の交流出力を受ける。
The
リアクトル7は、高周波トランス7の2次側に直列接続される。
The
整流回路30は、整流用ダイオード6a,6b,6c,6dを含み、高周波トランス7の2次側に接続し、交流を直流に整流する。
The
リアクトル7は、整流回路30に接続し、出力コンデンサ8は、リアクトル7に接続する。リアクトル7および出力コンデンサ8は、フィルタ回路を構成し、負荷抵抗8に直流電圧を与える。
図9は、従来のDC−DCコンバータの動作を説明するための図である。同図を参照して、Tsはスイッチング周期、fsはスイッチング周波数を示す。 FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of a conventional DC-DC converter. Referring to the figure, Ts indicates a switching period and fs indicates a switching frequency.
IGBT3a,3b,3c,3dは、固定のスイッチング周期Ts(=1/fs)にしたがって、オン/オフのスイッチングが制御される。IGBT3a,3b,3c,3dのオンとなる時間は、それぞれ同じで、Sonとする。
The
基準相レグを構成するIGBT3aとIGBT3bは、ほぼ180°の幅の時間で相補的にオンする。同様に、制御相レグを構成するIGBT3cとIGBT3dは、ほぼ180°の幅の時間で相補的にオンする。
The
IGBT3aとIGBT3bのオンの切り替り時に、固定値のデッドタイムtdが設けられる。同様に、IGBT3cとIGBT3dのオンの切り替り時に、固定値のデッドタイムtdが設けられる。
A fixed dead time td is provided when the
基準相レグを構成するIGBT3aと制御相レグを構成するIGBT3dとは、対を構成する。対を構成するIGBT3aとIGBT3dとが同時にオンとなる時間を重なり時間といい、tonで表わす。同様に、基準相レグを構成するIGBT3bと制御相レグを構成するIGBT3cとは対を構成する。対を構成するIGBT3bとIGBT3cとが同時にオンとなる時間を重なり時間といい、tonで表わす。
The
リアクトル7に流れる電流(以下、リアクトル電流という)は、図8に示すように連続して変化する。このように、リアクトル電流が連続して変化するモードを連続モードという。 The current flowing through the reactor 7 (hereinafter referred to as the reactor current) changes continuously as shown in FIG. Thus, a mode in which the reactor current continuously changes is called a continuous mode.
IGBT3dのオンとなるタイミングは、IGBT3aがオンとなるタイミングに対してθだけ遅い位相で制御される。同様に、IGBT3cのオンとなるタイミングは、IGBT3bがオンとなるタイミングに対してθだけ遅い位相で制御される。θを位相シフト量という。
The timing at which the
なお、その他の位相シフト方式の回路例は、特許文献2に開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載の位相シフト制御方式DC−DCコンバータには、リアクトル電流が連続である電流連続モードで動作するため、以下のような問題がある。
However, the phase shift control type DC-DC converter described in
第1に、高周波トランス2の2次側に接続される整流ダイオードのリカバリー損失および電磁誘導ノイズが発生するという問題がある。
First, there is a problem that recovery loss and electromagnetic induction noise of a rectifier diode connected to the secondary side of the high-
第2に、入力直流電源電圧範囲、つまり直流電源1の出力電圧範囲が広い場合に、高周波トランス2の2次側に接続される整流ダイオード6a,6b,6c,6dは耐圧の高いものを選択する必要があり、順方向電圧が増加することによって、効率が低下するという問題がある。
Second, when the input DC power supply voltage range, that is, the output voltage range of the
このような問題を回避するために、リアクトル電流が非連続になる電流非連続モードで動作することが考えられる。 In order to avoid such a problem, it is conceivable to operate in a current discontinuous mode in which the reactor current is discontinuous.
しかしながら、電流非連続モードで動作させても、スイッチング素子IGBT3a,3b,3c,3dのスイッチング周波数が固定されているため、入力直流電源電圧範囲が広い場合に、入力電圧が高いとリアクトル電流のピーク値がかなり高くなる。なぜなら、リアクトル電流の傾きは、入力電圧に比例するからである。
However, even when operated in the current discontinuous mode, the switching frequency of the
リアクトル電流のピーク値が高くなることによってスイッチング素子IGBT3a,3b,3c,3dに流れる電流がスイッチング素子IGBT3a,3b,3c,3dの電流定格を越えないように、位相シフトPMW制御時の位相シフト量θ(導通期間)を制限する必要が生じるが、位相シフト量θを制限すると広範囲な電力制御が困難になるとともに、電流ピーク値が高くなることによって効率が低下するという問題がある。この問題は、電流連続モードで動作させるときよりも電流非連続モードで動作させたときに顕著となる。 Phase shift amount during phase shift PMW control so that the current flowing through switching elements IGBT3a, 3b, 3c, 3d does not exceed the current rating of switching elements IGBT3a, 3b, 3c, 3d due to the high peak value of the reactor current Although it is necessary to limit θ (conduction period), there is a problem that if the phase shift amount θ is limited, it is difficult to control power over a wide range, and efficiency is lowered due to an increase in current peak value. This problem becomes more pronounced when operated in the current discontinuous mode than when operated in the current continuous mode.
それゆえに、本発明の目的は、入力直流電源電圧範囲が広い場合においても、スイッチング素子に流れる電流のピーク値の過剰な上昇を抑制しつつ、高効率かつ低ノイズで広範囲な電力制御を行なうことが可能となるDC−DCコンバータ装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to perform a wide range of power control with high efficiency and low noise while suppressing an excessive increase in the peak value of the current flowing through the switching element even when the input DC power supply voltage range is wide. It is to provide a DC-DC converter device that enables the above.
上記課題を解決するために、本発明のある局面に係るDC−DCコンバータ装置は、直流電源と、直流電源を入力して交流出力に変換する位相シフト制御方式フルブリッジインバータと、フルブリッジインバータの交流出力を1次側で受けるトランスと、トランスの2次側出力を直流に整流して、直流電圧を負荷に出力する整流回路と、トランスの1次側または2次側に直列接続されたインダクタンスと、フルブリッジインバータを制御する制御手段とを備え、フルブリッジインバータは、基準相レグを構成する2個の半導体スイッチング素子と、制御相レグを構成する2個の半導体スイッチング素子と、基準相レグを構成する各半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサとを含み、制御手段は、直流電源の電圧の大きさを検出する入力電圧検出手段と、直流電源の電圧が大きいほどスイッチング周波数が高くなるように、各直流電源の電圧の大きさに対応する半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を定めたテーブルと、テーブルを参照して、検出した直流電源の電圧の大きさに対応する半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を特定するスイッチング周波数特定手段と、インダクタンスを流れる電流が不連続となるように、制御相レグを構成する半導体スイッチング素子のスイッチングのタイミングの基準相レグを構成する対となる半導体素子スイッチング素子のスイッチングのタイミングに対する位相シフト量を調整する調整手段と、スイッチング周波数と位相シフト量とに基づいて、半導体スイッチング素子のゲートに印加するゲート駆動信号の活性化を制御する信号制御手段とを含む。 In order to solve the above problems, a DC-DC converter device according to an aspect of the present invention includes a DC power supply, a phase shift control type full-bridge inverter that inputs a DC power supply and converts the DC power into an AC output, and a full-bridge inverter. A transformer that receives AC output at the primary side, a rectifier circuit that rectifies the secondary output of the transformer to DC and outputs a DC voltage to the load, and an inductance connected in series to the primary or secondary side of the transformer And a control means for controlling the full-bridge inverter, the full-bridge inverter comprising two semiconductor switching elements constituting a reference phase leg, two semiconductor switching elements constituting a control phase leg, and a reference phase leg And a capacitor connected in parallel to each of the semiconductor switching elements constituting the control circuit, wherein the control means detects the magnitude of the voltage of the DC power supply. With reference to the input voltage detection means, a table defining the switching frequency of the semiconductor switching element corresponding to the magnitude of the voltage of each DC power supply, so that the switching frequency becomes higher as the voltage of the DC power supply is larger, Switching frequency specifying means for specifying the switching frequency of the semiconductor switching element corresponding to the detected voltage level of the DC power supply, and switching of the semiconductor switching element constituting the control phase leg so that the current flowing through the inductance is discontinuous And adjusting means for adjusting the phase shift amount with respect to the switching timing of the paired semiconductor element switching elements constituting the reference phase leg of the timing, and applying to the gate of the semiconductor switching element based on the switching frequency and the phase shift amount Active gate drive signal And a signal control means for controlling the reduction.
好ましくは、制御手段は、さらに、インダクタンスを流れる電流の大きさを検出する電流検出手段と、検出した電流の大きさが所定の基準値を超えるときに、スイッチング周波数特定手段で特定されたスイッチング周波数を増加させるスイッチング周波数増加手段とを含み、信号制御手段は、増加後のスイッチング周波数と調整された位相シフト量とに基づいて、半導体スイッチング素子のゲートに印加するゲート駆動信号の活性化を制御する。 Preferably, the control means further includes a current detection means for detecting a magnitude of the current flowing through the inductance, and a switching frequency specified by the switching frequency specifying means when the detected current magnitude exceeds a predetermined reference value. A switching frequency increasing means for increasing the switching frequency, and the signal control means controls activation of a gate drive signal applied to the gate of the semiconductor switching element based on the increased switching frequency and the adjusted phase shift amount. .
好ましくは、トランスは、リーケージトランスであり、トランスの1次側または2次側に直列接続されたインダクタンスの代りに、リーケージトランスの漏れインダクタンスを用いる。 Preferably, the transformer is a leakage transformer, and the leakage inductance of the leakage transformer is used instead of the inductance connected in series to the primary side or the secondary side of the transformer.
好ましくは、半導体スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、基準相レグを構成する各半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサを電界効果トランジスタの寄生容量で代用する。 Preferably, the semiconductor switching element is a field effect transistor, and a capacitor connected in parallel to each semiconductor switching element constituting the reference phase leg is substituted with the parasitic capacitance of the field effect transistor.
好ましくは、制御手段は、さらに、出力電圧の大きさを検出する出力電圧検出手段を含み、調整手段は、出力電圧の大きさが一定値となるように、インダクタンスを流れる電流が不連続となる範囲で、特定されたスイッチング周波数および/または位相シフト量を調整し、信号制御手段は、調整後のスイッチング周波数と位相シフト量とに基づいて、半導体スイッチング素子のゲートに印加するゲート駆動信号の活性化を制御する。 Preferably, the control means further includes an output voltage detection means for detecting the magnitude of the output voltage, and the adjustment means has a discontinuous current flowing through the inductance so that the magnitude of the output voltage becomes a constant value. The signal control means adjusts the specified switching frequency and / or phase shift amount within the range, and the signal control means activates the gate drive signal applied to the gate of the semiconductor switching element based on the adjusted switching frequency and phase shift amount. Control.
好ましくは、制御手段は、さらに、直流電源から出力される入力電流の大きさを検出する電流検出手段を含み、調整手段は、検出した入力電流の大きさと入力電圧検出手段で検出した電圧の大きさに基づいて入力電力を算出し、入力電力が最大となるように、インダクタンスを流れる電流が不連続となる範囲で、スイッチング周波数および/または位相シフト量を調整し、信号制御手段は、調整後のスイッチング周波数と位相シフト量とに基づいて、半導体スイッチング素子のゲートに印加するゲート駆動信号の活性化を制御する。 Preferably, the control means further includes a current detection means for detecting the magnitude of the input current output from the DC power supply, and the adjustment means is the magnitude of the detected input current and the voltage detected by the input voltage detection means. The input power is calculated on the basis of this, and the switching frequency and / or the phase shift amount is adjusted in a range where the current flowing through the inductance is discontinuous so that the input power becomes maximum. The activation of the gate drive signal applied to the gate of the semiconductor switching element is controlled based on the switching frequency and the phase shift amount.
好ましくは、テーブルは、直流電源の各電圧において、インダクタンスを流れる電流が連続して変化する連続モードと、インダクタンスを流れる電流が不連続に変化する不連続モードとの境界の状態である臨界モードとなるときに、インダクタンスに流れる電流のピーク値が、直流電源の電圧を変化させてもほぼ同一となるように、各直流電源の電圧の大きさに対応するスイッチング周波数を定めている。 Preferably, the table includes a critical mode which is a boundary state between a continuous mode in which the current flowing through the inductance continuously changes and a discontinuous mode in which the current flowing through the inductance changes discontinuously at each voltage of the DC power supply. Therefore, the switching frequency corresponding to the magnitude of the voltage of each DC power supply is determined so that the peak value of the current flowing through the inductance becomes substantially the same even if the voltage of the DC power supply is changed.
本発明に係るDC−DCコンバータ装置によれば、入力直流電源電圧範囲が広い場合においても、スイッチング素子に流れる電流のピーク値の過剰な上昇を抑制しつつ、高効率かつ低ノイズで広範囲な電力制御を行なうことが可能となる。 According to the DC-DC converter device of the present invention, even when the input DC power supply voltage range is wide, a wide range of power with high efficiency and low noise is suppressed while suppressing an excessive increase in the peak value of the current flowing through the switching element. Control can be performed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
(構成)
図1は、第1の実施形態に係るDC−DCコンバータの構成を示す図である。同図を参照して、このDC−DCコンバータは、高周波トランス2を備え、1次側に直流電源1およびフルブリッジインバータ20を備え、2次側にリアクトル7、整流回路30、出力コンデンサ8、および負荷抵抗RLを備える。
[First Embodiment]
(Constitution)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a DC-DC converter according to the first embodiment. Referring to the figure, this DC-DC converter includes a high-
フルブリッジインバータ20は、直流電源1を入力して位相シフト制御方式によって交流出力に変換するもので、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)3a,3b,3c,3dと、逆導通ダイオード4a,4b,4c,4dと、スナバコンデンサ5a,5bとを含む。
The
IGBT3aとIGBT3bとは、基準相(進み相)レグを構成する。IGBT3cとIGBT3dとは、制御相(遅れ相)レグを構成する。逆導通ダイオード4a,4b,4c,4dは、IBGT3a,3b,3c,3dに並列に接続される。スナバコンデンサ5a,5bは、IGBT3a,3bに並列に接続される。
高周波トランス2は、フルブリッジインバータ20の交流出力を受ける。
The
リアクトル7は、高周波トランス7の2次側に直列接続される。
The
整流回路30は、整流用ダイオード6a,6b,6c,6dを含み、リアクトル7と接続し、交流を直流に整流して直流電圧を負荷抵抗RLに出力する。
The
出力コンデンサ8は、整流回路30と接続する。
The
図2は、第1の実施形態に係るDC−DCコンバータの動作を説明するための図である。同図を参照して、Tsはスイッチング周期、fsはスイッチング周波数を示す。 FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the DC-DC converter according to the first embodiment. Referring to the figure, Ts indicates a switching period and fs indicates a switching frequency.
IGBT3a,3b,3c,3dは、可変のスイッチング周期Ts(=1/fs)にしたがって、オン/オフのスイッチングが制御される。IGBT3a,3b,3c,3dのオンとなる時間は、それぞれ同じで、Sonとする。
The
基準相レグを構成するIGBT3aとIGBT3bは、ほぼ180°の幅の時間で相補的にオンする。同様に、制御相レグを構成するIGBT3cとIGBT3dは、ほぼ180°の幅の時間で相補的にオンする。
The
IGBT3aとIGBT3bのオンの切り替り時に、固定のデッドタイムtdが設けられる。同様に、IGBT3cとIGBT3dのオンの切り替り時に、固定のデッドタイムtdが設けられる。
A fixed dead time td is provided when the
Sonとtdとは、次の関係式(1)を満たす。 Son and td satisfy the following relational expression (1).
Son+td=Ts/2
=1/(2×fs) ・・・(1)
基準相レグを構成するIGBT3aと制御相レグを構成するIGBT3dとは、対を構成する。対を構成するIGBT3aとIGBT3dとが同時にオンとなる時間を重なり時間といい、tonで表わす。同様に、基準相レグを構成するIGBT3bと制御相レグを構成するIGBT3cとは対を構成する。対を構成するIGBT3bとIGBT3cとが同時にオンとなる時間を重なり時間といい、tonで表わす。重なり時間tonは、次の式(2)で表わされる。
Son + td = Ts / 2
= 1 / (2 × fs) (1)
The
ton=D×(Ts/2)
=D/(2×fs) ・・・(2)
ここで、Dはデュ−ティという。
ton = D × (Ts / 2)
= D / (2 × fs) (2)
Here, D is called a duty.
デューティDが所定値α(図2では、約0.5)を超えるときに、図9に示すようにリアクトル電流が連続して変化する連続モードとなり、デューティDが所定値α未満のときには、図2に示すようにリアクトル電流が不連続に変化する不連続モードとなる。また、デューティDが所定値αのときには、連続モードと不連続モードの境界の状態である臨界モードとなる。 When the duty D exceeds a predetermined value α (about 0.5 in FIG. 2), the reactor current continuously changes as shown in FIG. 9, and when the duty D is less than the predetermined value α, 2, the discontinuous mode in which the reactor current changes discontinuously. Further, when the duty D is a predetermined value α, a critical mode that is a boundary state between the continuous mode and the discontinuous mode is set.
IGBT3aとIGBT3dとが同時にオンとなる重なり時間tonおよびIGBT3bとIGBT3cとが同時にオンとなる重なり時間tonの期間には、リアクトル電流の大きさは、線形に上昇する。一方、上記重なり時間ton以外の期間には、リアクトル電流の大きさは、線形に減少する。重なり時間tonが長いほど、リアクトル電流のピーク値が大きくなる。
During the overlap time ton when the
また、直流電源1の電圧、すなわち入力電圧Vinが大きくなれば、図2に示すリアクトル電流の変化の傾きKvが大きくなる。
Further, when the voltage of the
リアクトル電流のピーク値Iは、以下の式(3)で表わされる。 The peak value I of the reactor current is expressed by the following formula (3).
I=Kv×ton
=Kv×D×(Ts/2)
=Kv×D/(2×fs) ・・・(3)
また、フルブリッジインバータ20の電力量はリアクトル電流に比例する(DC−DCコンバータの出力電圧が一定値と仮定しているため)ので、フルブリッジインバータ20の単位時間当たりの電力量Pは、図2のリアクトル電流の波形のうちの2つの三角形の面積をスイッチング周期Tsで除算した結果の定数倍となり、以下の式(4)で表わされる。
I = Kv × ton
= Kv × D × (Ts / 2)
= Kv × D / (2 × fs) (3)
Moreover, since the electric energy of the
P=a×(Kv×ton×2×ton)/Ts
=a×(2×Kv×ton2)/Ts
=a×(Kv×D2×Ts)/2
=a×(Kv×D2)/(2×fs) ・・・(4)
ここで、aは定数である。
P = a × (Kv × ton × 2 × ton) / Ts
= A x (2 x Kv x ton 2 ) / Ts
= A x (Kv x D 2 x Ts) / 2
= A × (Kv × D 2 ) / (2 × fs) (4)
Here, a is a constant.
式(4)から明らかなように、デューティDが大きいほど、単位時間当たりの電力量Pは大きくなり、スイッチング周波数fsが大きいほど、単位時間当たりの電力量Pは小さくなり、入力電圧Vinが大きいほど、Kvが大きくなり単位時間当たりの電力量Pは大きくなる。 As apparent from the equation (4), the larger the duty D, the larger the electric energy P per unit time, and the higher the switching frequency fs, the smaller the electric energy P per unit time and the larger the input voltage Vin. As Kv increases, the amount of power P per unit time increases.
IGBT3dのオンとなるタイミングは、IGBT3aがオンとなるタイミングに対して位相シフト量θだけ遅い位相で制御される。同様に、IGBT3cのオンとなるタイミングは、IGBT3bがオンとなるタイミングに対して位相シフト量θだけ遅い位相で制御される。
The timing at which the
位相シフト量θは、次の式(5)で表わされる。 The phase shift amount θ is expressed by the following equation (5).
θ=Son−ton=(Ts/2)−td−D×(Ts/2)
=(1−D)×(Ts/2)−td
=(1−D)/(2×fs)−td ・・・(5)
進み位相である基準相レグを構成するIGBT3a,3bは、スナバコンデンサ5a,5bによって、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)される。
θ = Son−ton = (Ts / 2) −td−D × (Ts / 2)
= (1-D) * (Ts / 2) -td
= (1-D) / (2 * fs) -td (5)
The
一方、制御相レグを構成するIGBT3c,3dは、ゼロ電流スイッチング(ZCS)される。なぜなら、図2に示すリアクトル電流の波形は、高周波トランス2に1次側に流れる電流、すなわち、IGBT3c,3dに流れる電流の波形と、ほぼ同様となるからである。このようにIBGT3c,3dは、ゼロ電流スイッチング(ZCS)されるため、IGBT3c,3dに対しては、並列のスナバコンデンサを設けない。
On the other hand, the
以上のように、スイッチング素子IGBT3a,3b,3c,3dは、すべてソフトスイッチングされ、低ノイズ、かつ低スイッチング損失が達成される。 As described above, the switching elements IGBT3a, 3b, 3c, and 3d are all soft-switched to achieve low noise and low switching loss.
また、2次側の整流ダイオード6a,6b,6c,6dについても、リアクトル電流が図2に示されるように緩やかにゼロまで下がる。そして、リアクトル電流がゼロになった後、ダイオードに逆電圧がかかり、ゼロ電流でターンオフするため、リカバリー損失の発生を大幅に抑制することができるとともに、ダイオードのリカバリー時のダイオード電圧サージ、およびそのリンギングが小さくなりスイッチングノイズ(電磁誘導ノイズおよび伝導ノイズ)も大幅に抑制することができる。
In addition, as for the secondary
再び、図1を参照して、DC−DCコンバータは、さらに制御回路12を備える。制御回路12は、入力電圧検出部9と、入力電流検出部11と、出力電圧検出部10と、V−Fテーブル13と、スイッチング周波数特定部16と、スイッチング周波数増加部14と、調整部15と、信号制御部17とを含む。
Referring to FIG. 1 again, the DC-DC converter further includes a
入力電圧検出部9は、直流電源1の入力電圧Vinを検出して、入力電圧Vinの値を表わす電圧検出信号をスイッチング周波数特定部16に出力する。
The
入力電流検出部11は、直流電源1から出力される入力電流Iinを検出して、入力電流Iinの値を表わす電流検出信号をスイッチング周波数増加部14に出力する。
The input current detection unit 11 detects the input current Iin output from the
出力電圧検出部10は、負荷抵抗RLにかかる出力電圧Voutを検出して、出力電圧Voutの値の表わす電圧検出信号を調整部15に出力する。
The output
V−Fテーブル13は、入力電圧Vinに対応するスイッチング下限周波数fs0を保持する。 The VF table 13 holds a switching lower limit frequency fs0 corresponding to the input voltage Vin.
図3は、V−Fテーブル13に格納されている入力電圧Vinと、スイッチング下限周波数fs0との関係を示す図である。図3を参照して、スイッチング下限周波数fs0は、下限値f_minと上限値f_maxとの間で、入力電圧Vinに比例して増加する。ここで、下限値f_minを設けたのは、スイッチング下限周波数fs0に基づいて設定されたスイッチング周波数fsが、スイッチング素子IGBT3a,3b,3c,3dのスイッチング速度を超えるようなスイッチング周波数とならないようにするためである。また、上限値f_maxを設けたのは、高周波トランス2のコアが飽和しないようにするとともに、設定されたスイッチング周波数fsが可聴帯域に入らないようにするためである。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the input voltage Vin stored in the VF table 13 and the switching lower limit frequency fs0. Referring to FIG. 3, switching lower limit frequency fs0 increases in proportion to input voltage Vin between lower limit value f_min and upper limit value f_max. Here, the lower limit value f_min is provided so that the switching frequency fs set based on the switching lower limit frequency fs0 does not exceed the switching speed of the switching elements IGBT3a, 3b, 3c, 3d. Because. The reason why the upper limit value f_max is provided is to prevent the core of the high-
また、図3の比例部分における各入力電圧Vinに対するスイッチング下限周波数fs0の設定方法の例について説明する。各入力電圧Vinにおいて臨界モードとなるとき、つまり、デューティDが所定値αとなるときに、式(3)に示すリアクトル電流のピーク値Iが入力電圧Vinを変化させても同一となるように、各入力電圧Vinに対するスイッチング周波数を特定し、これを各入力電圧Vinに対するスイッチング下限周波数fs0とする。 An example of a method for setting the switching lower limit frequency fs0 for each input voltage Vin in the proportional portion of FIG. 3 will be described. When the critical mode is set for each input voltage Vin, that is, when the duty D becomes a predetermined value α, the peak value I of the reactor current shown in the equation (3) is the same even if the input voltage Vin is changed. The switching frequency for each input voltage Vin is specified, and this is set as the switching lower limit frequency fs0 for each input voltage Vin.
これにより、各入力電圧Vinに対応させてスイッチング下限周波数fs0を変化させても、デューティDが同一であれば、ほぼ同等の電力が供給できるので、制御の連続性を保ちやすくなる。 As a result, even if the switching lower limit frequency fs0 is changed in correspondence with each input voltage Vin, if the duty D is the same, substantially the same power can be supplied, so that it is easy to maintain control continuity.
ただし、スイッチング下限周波数fs0が変化しても、デッドタイムtdは一定なので、厳密には、デューティDに微調整が必要となる。 However, since the dead time td is constant even if the switching lower limit frequency fs0 changes, strictly speaking, the duty D needs to be finely adjusted.
再び、図1を参照して、スイッチング周波数特定部16は、入力電圧検出部9から入力電圧Vinを表わす電圧検出信号を受けて、V−Fテーブル13を参照して、入力電圧Vinに対応するスイッチング下限周波数fs0を特定して、スイッチング周波数増加部14に出力する。
Referring again to FIG. 1, switching
スイッチング周波数増加部14は、スイッチング標準周波数特定部16からスイッチング下限周波数fs0を受け、電流検出部11から入力電流Iinの値を表わす電流検出信号を受ける。スイッチング周波数増加部14は、入力電流Iinのピーク値が所定のレベルを超えていないときには、スイッチング下限周波数fs0の値をそのままスイッチング周波数fs1として出力する。スイッチング周波数増加部14は、入力電流Iinのピーク値が所定のレベルを超えるとき、すなわち入力電流Iinの値に比例するリアクトル電流の値があるレベルを超えるときには、リアクトル電流を低下させるため、出力するスイッチング周波数fs1の値をスイッチング下限周波数fs0の値から所定の上限値になるまで徐々に増加させる。ここで、徐々に増加させるのは、不要にスイッチング周波数fs1の値を上げすぎないようにするためである。また、所定の上限値を設けたのは、スイッチング素子IGBT3a,3b,3c,3dのスイッチング速度には物理的な限界があるからである。
Switching
このように、V−Fテーブル13およびスイッチング周波数特定部16によって、入力電圧Vinの増加に対してスイッチング下限周波数fsが増加させられ、その結果、スイッチング素子IGBT3a,3b,3c,3dのスイッチング周波数fsが増加するが、スイッチング周波数fsを増加させる理由を以下に説明する。
As described above, the switching lower limit frequency fs is increased with respect to the increase of the input voltage Vin by the VF table 13 and the switching
まず、仮に、スイッチング周波数fsが固定であった場合について説明する。 First, a case where the switching frequency fs is fixed will be described.
入力電圧Vinが増加すると、式(3)に示すようにリアクトル電流のピーク値Iが増加する。式(4)で示されるフルブリッジインバータ20の単位時間当りの電力Pを一定に保とうとすれば、Kv×D2が一定となるようにデューティDを小さくすることが必要となる。これにより、単位時間当りの電力Pが一定に保たれるが、Kv×Dは一定に保たれず、式(3)に示すリアクトル電流のピーク値Iは、それほど減少しない。したがって、スイッチング素子IGBT3a,3b,3c,3dの定格により、リアクトル電流のピーク値が増加することを許容できない場合には、さらにデューティDを小さくしなければならなくなり、デューティDが極度に小さくなると、所望の電力を供給できなくなる問題が生じる。
When the input voltage Vin increases, the peak value I of the reactor current increases as shown in Expression (3). If the power P per unit time of the
また、ある程度のリアクトル電流のピーク値の増加が許容できる場合においても、回路の導通の損失は、電流値の2乗に比例するので、効率の低下という問題も生じる。 In addition, even when a certain increase in the peak value of the reactor current can be tolerated, the loss of circuit conduction is proportional to the square of the current value, which causes a problem of reduced efficiency.
これに対して、本実施の形態では、式(4)で示されるフルブリッジインバータ20の単位時間当りの電力Pを一定に保つために、Kv/fsが一定となるようにスイッチング周波数fsを大きくする。これにより、単位時間当りの電力Pが一定に保たれるとともに、式(3)に示すリアクトル電流のピーク値Iも一定に保たれる。
On the other hand, in the present embodiment, in order to keep constant the power P per unit time of the
ただし、スイッチング周波数fsを高くすると、デッドタイムtdの占める割合が増加して電力が減少するので、同一の電力を得るためには、リアクトル電流のピーク値を若干増加させる必要がある。しかし、本実施の形態のDC−DCコンバータ装置では、スイッチング素子は、ソフトスイッチングされるため、スイッチング周波数fsが増加したとしても、スイッチング損失の増加は限定的であり、顕著な効率低下を起こさない。 However, if the switching frequency fs is increased, the proportion of the dead time td increases and the power decreases. Therefore, in order to obtain the same power, it is necessary to slightly increase the peak value of the reactor current. However, in the DC-DC converter device of the present embodiment, since the switching element is soft-switched, even if the switching frequency fs is increased, the increase in switching loss is limited and does not cause a significant reduction in efficiency. .
再び、図1を参照して、調整部15は、出力電圧検出部10から出力電圧Voutの値を表わす電圧検出信号を受け、入力電圧検出部9から入力電圧Vinの値を表わす電圧検出信号を受け、入力電流検出部11から入力電流Iinの値を表わす電流検出信号を受け、スイッチング周波数増加部14からスイッチング周波数fs1を受けて、これらに基づいて、スイッチング周波数fsおよび位相シフト量θを調整する。
Referring to FIG. 1 again,
調整部15は、通常時には、デューティDが不連続モードを表わす値となる範囲(つまり、所定値α未満)で、スイッチング周波数fsおよび/または位相シフト量θを調整して出力する。
The
調整部15は、出力電圧Voutが一定値になるように制御(出力電圧一定制御)する場合には、出力電圧Voutの大きさが一定値とするように、デューティDが不連続モードを表わす値となる範囲で、スイッチング周波数fsおよび/または位相シフト量θを調整して出力する。スイッチング周波数fsの初期値は、たとえばスイッチング周波数増加部14から受けたスイッチング周波数fs1とし、位相シフト量θの初期値は、たとえばD=0.45、fs=fs1としたときに式(5)で定まるθとする。この制御は、たとえば、通常の比例(P)制御で行なってもよいし、あるいは比例積分(PI)制御でおこなってもよい。
When the output voltage Vout is controlled to be a constant value (constant output voltage control), the
調整部15は、直流電源1が太陽電池である場合に、最大電力追従制御が必要となる場合には、入力電圧Vinと入力電流Iinから入力電力を算出し、入力電力が最大となるように、デューティDが不連続モードを表わす値となる範囲で、スイッチング周波数fsおよび/または位相シフト量θを調整して出力する。スイッチング周波数fsの初期値は、たとえばスイッチング周波数増加部14から受けたスイッチング周波数fs1とし、位相シフト量θの初期値は、たとえばD=0.45、fs=fs1としたときに式(5)で定まるθとする。この制御は、たとえば最大電力追従(MPPT)制御で行なうものとしてもよい。
The
信号制御部17は、調整部15からスイッチング周波数fsと位相シフト量θとを受けて、これらに基づいてIGBT3a,3b,3c,3dのスイッチングを制御するゲート駆動信号Ga,Gb,Gc,Gdの活性化のタイミングを制御する。ゲート駆動信号Ga,Gb,Gc,Gdが「H」に活性化されると、IGBT3a,3b,3c,3dがオンとなり、ゲート駆動信号Ga,Gb,Gc,Gdが「L」に不活性化されると、IGBT3a,3b,3c,3dがオフとなる。
The
以上のように、本実施の形態に係るDC−DCコンバータ装置によれば、リアクトル電流が不連続に変化する電流不連続モードで動作するとともに、入力直流電流電源電圧の大きさに応じてスイッチング周波数を可変制御することによって、入力直流電源電圧範囲が広い場合においても、スイッチング素子に流れる電流のピーク値の過剰な上昇を抑制しつつ、高効率かつ低ノイズで広範囲な電力制御を行なうことができる。 As described above, the DC-DC converter device according to the present embodiment operates in the current discontinuous mode in which the reactor current changes discontinuously, and the switching frequency according to the magnitude of the input DC current power supply voltage. By controlling the voltage variably, it is possible to perform a wide range of power control with high efficiency and low noise while suppressing an excessive increase in the peak value of the current flowing through the switching element even when the input DC power supply voltage range is wide. .
[第2の実施形態]
(構成)
図4は、第2の実施形態に係るDC−DCコンバータの構成を示す図である。同図を参照して、このDC−DCコンバータが、図1に示す第1の実施形態に係るDC−DCコンバータと相違する点は、以下である。
[Second Embodiment]
(Constitution)
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a DC-DC converter according to the second embodiment. With reference to the figure, the DC-DC converter is different from the DC-DC converter according to the first embodiment shown in FIG. 1 as follows.
第1の実施形態では、リアクトル7が高周波トランス2の2次側に接続されていたのに対して、第2の実施形態では、リアクトル7が高周波トランス2の1次側に接続されている。
In the first embodiment, the
(動作)
第2の実施形態に係るDC−DCコンバータの動作は、第1の実施形態のDC−DCコンバータの動作と同様である。したがって、動作の説明を繰返さない。
(Operation)
The operation of the DC-DC converter according to the second embodiment is the same as the operation of the DC-DC converter of the first embodiment. Therefore, description of the operation will not be repeated.
[第3の実施形態]
(構成)
図5は、第3の実施形態に係るDC−DCコンバータの構成を示す図である。同図を参照して、このDC−DCコンバータが、図1に示す第1の実施形態に係るDC−DCコンバータと相違する点は、以下である。
[Third Embodiment]
(Constitution)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a DC-DC converter according to the third embodiment. With reference to the figure, the DC-DC converter is different from the DC-DC converter according to the first embodiment shown in FIG. 1 as follows.
第1の実施形態では、リアクトル7が高周波トランス2の2次側に接続されていたのに対して、第3の実施形態では、リアクトル7が高周波トランス2の1次側に接続されている。
In the first embodiment, the
また、第1の実施形態では、整流回路30は、整流用ダイオード6a,6b,6c,6dにより構成されていたのに対して、第3の実施形態では、整流回路31は、全波形倍電圧整流回路であって、整流用ダイオード6a,6bと、倍電圧用コンデンサ16a,16bにより構成されている。このような整流回路31は、倍電圧整流する。
In the first embodiment, the
(動作)
第3の実施形態に係るDC−DCコンバータの動作は、倍電圧整流されること以外は、第1の実施形態のDC−DCコンバータの動作と同様である。したがって、動作の説明を繰返さない。
(Operation)
The operation of the DC-DC converter according to the third embodiment is the same as the operation of the DC-DC converter of the first embodiment except that voltage doubler rectification is performed. Therefore, description of the operation will not be repeated.
[第4の実施形態]
(構成)
図6は、第4の実施形態に係るDC−DCコンバータの構成を示す図である。同図を参照して、このDC−DCコンバータが、図1に示す第1の実施形態に係るDC−DCコンバータと相違する点は、以下である。
[Fourth Embodiment]
(Constitution)
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a DC-DC converter according to the fourth embodiment. With reference to the figure, the DC-DC converter is different from the DC-DC converter according to the first embodiment shown in FIG. 1 as follows.
第1の実施形態では、リアクトル7が高周波トランス2の2次側に接続されていたのに対して、第4の実施形態では、リアクトル7が高周波トランス2の1次側に接続されている。
In the first embodiment, the
また、第1の実施形態では、整流回路30は、整流用ダイオード6a,6b,6c,6dにより構成されていたのに対して、第4の実施形態では、整流回路32は、半波形倍電圧整流回路であって、整流用ダイオード6a,6bと、倍電圧用コンデンサ16aにより構成されている。このような整流回路32は、倍電圧整流する。
In the first embodiment, the
(動作)
第4の実施形態に係るDC−DCコンバータの動作は、倍電圧整流されること以外は、第1の実施形態のDC−DCコンバータの動作と同様である。したがって、動作の説明を繰返さない。
(Operation)
The operation of the DC-DC converter according to the fourth embodiment is the same as the operation of the DC-DC converter of the first embodiment except that voltage doubler rectification is performed. Therefore, description of the operation will not be repeated.
[第5の実施形態]
(構成)
図7は、第5の実施形態に係るDC−DCコンバータの構成を示す図である。同図を参照して、このDC−DCコンバータが、図6に示す第4の実施形態に係るDC−DCコンバータと相違する点は、以下である。
[Fifth Embodiment]
(Constitution)
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a DC-DC converter according to the fifth embodiment. With reference to the figure, the DC-DC converter is different from the DC-DC converter according to the fourth embodiment shown in FIG. 6 as follows.
第4の実施形態のフルブリッジインバータ20は、半導体スイッチング素子としてIGBT3a,3b,3c,3dを含んでいたのに対して、第5の実施形態のフルブリッジインバータ21は、半導体スイッチング素子として、FET(Field Effect Transistor;電界効果トランジスタ))18a,18b,18c,18dを含む。
The
また、第4の実施形態のフルブリッジインバータ20は、スナバコンデンサ5a,5bを含んでいたのに対して、第5の実施形態のフルブリッジインバータ21は、スナバコンデンサ5a,5bを含まない。これは、フルブリッジインバータ21内のFET18a,18bの寄生容量によって、スナバコンデンサ5a,5bを代替できるからである。これによって、第5の実施形態では、第4の実施形態よりも回路の部品点数を少なくすることができる。
Further, the
また、第4の実施形態のDC−DCコンバータは、高周波トランス2を含んでいたのに対して、第5の実施形態のDC−DCコンバータは、リーケージトランス18を含む。リーケージトランス18は、1次巻き線と2次巻き線との間に、意図的に漏れインタクタンスを設けたものである。
The DC-DC converter according to the fourth embodiment includes the high-
また、第4の実施形態のDC−DCコンバータは、リアクトル7を含んでいたのに対して、第5の実施形態のDC−DCコンバータは、リアクトル7を含まない。これは、リーケージトランス18の漏れインダクタンスによって、リアクトル7を代替できるからである。これによって、第5の実施形態では、第4の実施形態よりも回路の部品点数を少なくすることができる。
Further, the DC-DC converter of the fourth embodiment includes the
(動作)
第5の実施形態に係るDC−DCコンバータの動作は、第4の実施形態のDC−DCコンバータの動作と同様である。したがって、動作の説明を繰返さない。
(Operation)
The operation of the DC-DC converter according to the fifth embodiment is the same as the operation of the DC-DC converter of the fourth embodiment. Therefore, description of the operation will not be repeated.
(変形例)
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、たとえば、以下のような変形例も含まれる。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and includes, for example, the following modifications.
(1) スイッチング下限周波数fs0
本発明の実施形態では、スイッチング下限周波数fs0は、下限値f_minと上限値f_maxとの間で、入力電圧Vinに比例して増加するものとしたが、比例して増加することに限定するものではない。スイッチング下限周波数fs0は、下限値f_minと上限値f_maxとの間で、入力電圧Vinに対して単調増加するものであればよい。
(1) Switching lower limit frequency fs0
In the embodiment of the present invention, the switching lower limit frequency fs0 is increased in proportion to the input voltage Vin between the lower limit value f_min and the upper limit value f_max, but is not limited to increase in proportion. Absent. The switching lower limit frequency fs0 only needs to be monotonically increased with respect to the input voltage Vin between the lower limit value f_min and the upper limit value f_max.
(2) スイッチング周波数の増加
本発明の実施形態では、入力電流Iinのピーク値が所定のレベルを超えると、スイッチング周波数fs1をスイッチング下限周波数fs0の値から増加させたが、これに限定するものではなく、入力電流Iinのピーク値が所定のレベル以下のときでも、スイッチング周波数fs1をスイッチング下限周波数fs0の値から増加させるものとしてもよい。また、上述のいずれを用いるかは切換え可能とし、DC−DCコンバータ装置の変換効率がよくなる方の条件を予め定めておき、実際の使用時に、変換効率がよい方に切換えるものとしてもよい。
(2) Increase in switching frequency In the embodiment of the present invention, when the peak value of the input current Iin exceeds a predetermined level, the switching frequency fs1 is increased from the value of the switching lower limit frequency fs0. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, even when the peak value of the input current Iin is equal to or lower than a predetermined level, the switching frequency fs1 may be increased from the value of the switching lower limit frequency fs0. Further, which one of the above is used can be switched, and a condition for improving the conversion efficiency of the DC-DC converter device may be determined in advance, and may be switched to the one having the higher conversion efficiency in actual use.
また、当然のことではあるが、入力電流Iinのピーク値の大きさに係らず、スイッチング周波数fs1の値をスイッチング下限周波数fsのままにしてもよい。 Of course, the value of the switching frequency fs1 may be left as the switching lower limit frequency fs regardless of the peak value of the input current Iin.
(3) 調整部
調整部15は、デューティDが不連続モードを表わす値となる範囲で、スイッチング周波数fsおよび/または位相シフト量θを調整したが、スイッチング周波数fsは、スイッチング周波数増加部14から受けたスイッチング周波数fs1以上となるような条件を付加するものとしてもよい。
(3) Adjustment Unit The
(4) 制御回路
制御回路12は、プログラムを保持し、保持しているプログラムを実行するマイコン、またはDSPなどで構成してもよい。
(4) Control Circuit The
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 直流電源、2 高周波トランス、7 リアクトル、8 出力コンデンサ、9 入力電圧検出部、10 出力電圧検出部、11 入力電流検出部、12 制御回路、13 V−Fテーブル、14 スイッチング周波数増加部、15 調整部、16 スイッチング周波数特定部、17 信号制御部、18 リーケージトランス、20,21,29 フルブリッジインバータ、30,31,32 整流回路、3a,3b,3c,3d IGBT、4a,4b,4c,4d 逆導通ダイオード、5a,5b スナバコンデンサ、6a,6b,6c,6d 整流用ダイオード、16a,16b 倍電圧用コンデンサ、18a,18b,18c,18d FET、RL 負荷抵抗。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記直流電源を入力して交流出力に変換する位相シフト制御方式フルブリッジインバータと、
前記フルブリッジインバータの交流出力を1次側で受けるトランスと、
前記トランスの2次側出力を直流に整流して、直流電圧を負荷に出力する整流回路と、
前記トランスの1次側または2次側に直列接続されたインダクタンスと、
前記フルブリッジインバータを制御する制御手段とを備え、
前記フルブリッジインバータは、
基準相レグを構成する2個の半導体スイッチング素子と、
制御相レグを構成する2個の半導体スイッチング素子と、
前記基準相レグを構成する各半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサとを含み、
前記制御手段は、
前記直流電源の電圧の大きさを検出する入力電圧検出手段と、
前記直流電源の電圧が大きいほど前記スイッチング周波数が高くなるように、前記各直流電源の電圧の大きさに対応する前記半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を定めたテーブルと、
前記テーブルを参照して、前記検出した直流電源の電圧の大きさに対応する前記半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を特定するスイッチング周波数特定手段と、
前記インダクタンスを流れる電流が不連続となるように、前記制御相レグを構成する半導体スイッチング素子のスイッチングのタイミングの前記基準相レグを構成する対となる半導体素子スイッチング素子のスイッチングのタイミングに対する位相シフト量を調整する調整手段と、
前記スイッチング周波数と前記位相シフト量とに基づいて、前記半導体スイッチング素子のゲートに印加するゲート駆動信号の活性化を制御する信号制御手段とを含む、DC−DCコンバータ装置。 DC power supply,
A phase shift control type full-bridge inverter that inputs the DC power source and converts it into an AC output;
A transformer that receives the AC output of the full-bridge inverter on the primary side;
A rectifier circuit that rectifies the secondary output of the transformer to direct current and outputs a direct current voltage to a load;
An inductance connected in series to the primary or secondary side of the transformer;
Control means for controlling the full-bridge inverter,
The full bridge inverter is
Two semiconductor switching elements constituting a reference phase leg;
Two semiconductor switching elements constituting a control phase leg;
A capacitor connected in parallel to each semiconductor switching element constituting the reference phase leg,
The control means includes
Input voltage detecting means for detecting the magnitude of the voltage of the DC power supply;
A table that defines the switching frequency of the semiconductor switching element corresponding to the magnitude of the voltage of each DC power supply so that the switching frequency becomes higher as the voltage of the DC power supply is larger;
With reference to the table, switching frequency specifying means for specifying the switching frequency of the semiconductor switching element corresponding to the detected magnitude of the voltage of the DC power supply,
A phase shift amount of the switching timing of the semiconductor switching elements constituting the control phase leg with respect to the switching timing of the paired semiconductor element switching elements constituting the reference phase leg so that the current flowing through the inductance becomes discontinuous Adjusting means for adjusting
A DC-DC converter device comprising: signal control means for controlling activation of a gate drive signal applied to the gate of the semiconductor switching element based on the switching frequency and the phase shift amount.
前記インダクタンスを流れる電流の大きさを検出する電流検出手段と、
前記検出した電流の大きさが所定の基準値を超えるときに、前記スイッチング周波数特定手段で特定されたスイッチング周波数を増加させるスイッチング周波数増加手段とを含み、
前記信号制御手段は、前記増加後のスイッチング周波数と前記調整された位相シフト量とに基づいて、前記半導体スイッチング素子のゲートに印加するゲート駆動信号の活性化を制御する、請求項1記載のDC−DCコンバータ装置。 The control means further includes
Current detection means for detecting the magnitude of the current flowing through the inductance;
Switching frequency increasing means for increasing the switching frequency specified by the switching frequency specifying means when the magnitude of the detected current exceeds a predetermined reference value;
2. The DC according to claim 1, wherein the signal control unit controls activation of a gate drive signal to be applied to a gate of the semiconductor switching element based on the increased switching frequency and the adjusted phase shift amount. -DC converter device.
前記トランスの1次側または2次側に直列接続されたインダクタンスの代りに、前記リーケージトランスの漏れインダクタンスを用いる、請求項1記載のDC−DCコンバータ装置。 The transformer is a leakage transformer,
The DC-DC converter device according to claim 1, wherein a leakage inductance of the leakage transformer is used instead of the inductance connected in series to the primary side or the secondary side of the transformer.
前記基準相レグを構成する各半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサを前記電界効果トランジスタの寄生容量で代用する、請求項1記載のDC−DCコンバータ装置。 The semiconductor switching element is a field effect transistor,
2. The DC-DC converter device according to claim 1, wherein a capacitor connected in parallel to each semiconductor switching element constituting the reference phase leg is substituted with a parasitic capacitance of the field effect transistor.
出力電圧の大きさを検出する出力電圧検出手段を含み、
前記調整手段は、前記出力電圧の大きさが一定値となるように、前記インダクタンスを流れる電流が不連続となる範囲で、前記特定されたスイッチング周波数および/または前記位相シフト量を調整し、
前記信号制御手段は、前記調整後の前記スイッチング周波数と前記位相シフト量とに基づいて、前記半導体スイッチング素子のゲートに印加するゲート駆動信号の活性化を制御する、請求項1記載のDC−DCコンバータ装置。 The control means further includes
Output voltage detection means for detecting the magnitude of the output voltage,
The adjusting means adjusts the specified switching frequency and / or the phase shift amount in a range where the current flowing through the inductance is discontinuous so that the magnitude of the output voltage becomes a constant value,
2. The DC-DC according to claim 1, wherein the signal control unit controls activation of a gate drive signal applied to a gate of the semiconductor switching element based on the adjusted switching frequency and the phase shift amount. Converter device.
前記直流電源から出力される入力電流の大きさを検出する電流検出手段を含み、
前記調整手段は、前記検出した入力電流の大きさと前記入力電圧検出手段で検出した電圧の大きさに基づいて入力電力を算出し、前記入力電力が最大となるように、前記インダクタンスを流れる電流が不連続となる範囲で、前記スイッチング周波数および/または前記位相シフト量を調整し、
前記信号制御手段は、前記調整後の前記スイッチング周波数と前記位相シフト量とに基づいて、前記半導体スイッチング素子のゲートに印加するゲート駆動信号の活性化を制御する、請求項1記載のDC−DCコンバータ装置。 The control means further includes
Current detection means for detecting the magnitude of the input current output from the DC power supply,
The adjustment means calculates input power based on the magnitude of the detected input current and the voltage detected by the input voltage detection means, and the current flowing through the inductance is such that the input power is maximized. Adjust the switching frequency and / or the phase shift amount in a discontinuous range,
2. The DC-DC according to claim 1, wherein the signal control unit controls activation of a gate drive signal applied to a gate of the semiconductor switching element based on the adjusted switching frequency and the phase shift amount. Converter device.
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