JP2024051940A - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力を変換する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that converts electric power.
電力変換装置には、ブートストラップ動作により駆動信号を生成し、生成した駆動信号を用いてスイッチング回路のスイッチング素子を駆動するものがある。例えば、特許文献１には、バーストモードにおいて、下側のスイッチング素子のスイッチング動作を継続して行わせるとともに、上側のスイッチング素子のスイッチング動作を間欠的に行わせることにより、ブートストラップキャパシタの電圧を維持させる技術が開示されている。
Some power conversion devices generate a drive signal by bootstrap operation and use the generated drive signal to drive the switching elements of a switching circuit. For example,
電力変換装置では、エネルギー損失が低いことが望まれており、さらなるエネルギー損失の低減が期待されている。 In power conversion devices, low energy loss is desirable, and further reductions in energy loss are anticipated.
エネルギー損失を低減することができる電力変換装置を提供することが望ましい。 It is desirable to provide a power conversion device that can reduce energy loss.
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置は、第１の電力端子と、スイッチング回路と、トランスと、整流回路と、平滑回路と、第２の電力端子と、制御回路と、電圧生成回路と、駆動部とを備えている。第１の電力端子は、第１の端子および第２の端子を含むものである。スイッチング回路は、第１の端子および第２の端子を結ぶ経路において接続ノードを介して直列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を有するものである。トランスは、スイッチング回路に接続された第１の巻線と、第２の巻線とを有するものである。整流回路は、第２の巻線に接続されたものである。平滑回路は、整流回路に接続されたものである。第２の電力端子は、平滑回路に接続されたものである。制御回路は、スイッチング回路の動作を制御可能なものである。電圧生成回路は、所定の電圧を生成するものである。駆動部は、電圧生成回路の出力端子に導かれたアノードと、カソードとを有するダイオードと、ダイオードのカソードに導かれた一端と接続ノードに接続された他端とを有するキャパシタと、キャパシタの両端間の電圧を電源電圧として用いることにより、制御回路から供給された制御信号に基づいて第１のスイッチング素子を駆動可能な駆動回路とを有するものである。制御回路は、スイッチング回路の動作状態を、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにオフ状態を維持する第１の動作状態、第１のスイッチング素子がオフ状態を維持し第２のスイッチング素子がスイッチング動作を行う第２の動作状態、および第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにスイッチング動作を行う第３の動作状態の順で繰り返し変化させることが可能なものである。 A power conversion device according to one embodiment of the present invention includes a first power terminal, a switching circuit, a transformer, a rectifier circuit, a smoothing circuit, a second power terminal, a control circuit, a voltage generating circuit, and a drive unit. The first power terminal includes a first terminal and a second terminal. The switching circuit has a first switching element and a second switching element connected in series via a connection node in a path connecting the first terminal and the second terminal. The transformer has a first winding connected to the switching circuit and a second winding. The rectifier circuit is connected to the second winding. The smoothing circuit is connected to the rectifier circuit. The second power terminal is connected to the smoothing circuit. The control circuit is capable of controlling the operation of the switching circuit. The voltage generating circuit generates a predetermined voltage. The driving unit includes a diode having an anode and a cathode connected to the output terminal of the voltage generating circuit, a capacitor having one end connected to the cathode of the diode and the other end connected to the connection node, and a driving circuit capable of driving the first switching element based on a control signal supplied from the control circuit by using the voltage between both ends of the capacitor as a power supply voltage. The control circuit is capable of repeatedly changing the operating state of the switching circuit in the order of a first operating state in which both the first switching element and the second switching element maintain an off state, a second operating state in which the first switching element maintains an off state and the second switching element performs a switching operation, and a third operating state in which both the first switching element and the second switching element perform a switching operation.
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置によれば、エネルギー損失を低減することができる。 The power conversion device according to one embodiment of the present invention can reduce energy loss.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 The following describes in detail the embodiments of the present invention with reference to the drawings.
＜実施の形態＞
［構成例］
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置１の一構成例を表すものである。電力変換装置１は、バッテリＢＨから供給された電圧を降圧することにより、電力を変換し、変換された電力を負荷ＬＤに供給するＤＣ／ＤＣコンバータである。
<Embodiment>
[Configuration example]
1 shows an example of the configuration of a
電力変換装置１は、端子Ｔ１１，Ｔ１２と、電圧生成回路２０と、スイッチング回路１２と、絶縁部３１Ａ，３１Ｃと、駆動部３２Ａ～３２Ｄと、トランス１３と、整流回路１４と、平滑回路１５と、電圧センサ１８と、制御回路１９と、端子Ｔ２１，Ｔ２２とを有している。バッテリＢＨ、電圧生成回路２０、スイッチング回路１２、および駆動部３２Ａ～３２Ｄは、電力変換装置１の１次側回路を構成し、整流回路１４、平滑回路１５、電圧センサ１８、および負荷ＬＤは、電力変換装置１の２次側回路を構成する。
The
端子Ｔ１１，Ｔ１２は、電力変換装置１の電力入力端子である。電力変換装置１内において、端子Ｔ１１は電圧線Ｌ１１に接続され、端子Ｔ１２は基準電圧線Ｌ１２に接続される。
Terminals T11 and T12 are power input terminals of the
電圧生成回路２０は、バッテリＢＨから供給された電力に基づいて、所定の電圧Ｖ２０を生成するように構成される。
The
図２は、電力変換装置１の１次側回路のより具体的な回路構成の一例を表すものである。 電圧生成回路２０は、この例では、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、バッテリＢＨから供給された２００Ｖ～４００Ｖ程度の直流電圧を、１５Ｖ程度の直流電圧である電圧Ｖ２０に変換する。電圧生成回路２０は、トランス２１と、トランジスタ２２と、ダイオード２３と、キャパシタ２４と、電圧制御回路２５とを有している。
Figure 2 shows an example of a more specific circuit configuration of the primary side circuit of the
トランス２１は、巻線２１Ａ，２１Ｂを有している。巻線２１Ａの一端は電圧線Ｌ１１に接続され、他端はトランジスタ２２のドレインに接続される。巻線２１Ｂの一端は基準電圧線Ｌ１２に接続され、他端はダイオード２３のアノードに接続される。
The
トランジスタ２２は、例えばＮ型の電界効果トランジスタを用いて構成される。なお、この例では、Ｎ型の電界効果トランジスタを用いたが、スイッチング素子であればどのようなものを用いてもよい。トランジスタ２２のゲートには電圧制御回路２５から供給された制御信号が供給され、ドレインはトランス２１の巻線２１Ａの他端に接続され、ソースは基準電圧線Ｌ１２に接続される。
ダイオード２３のアノードはトランス２１の巻線２１Ｂの他端に接続され、カソードはノードＮ３に接続される。
The anode of
キャパシタ２４は、電解コンデンサであり、一端はノードＮ３に接続され、他端は基準電圧線Ｌ１２に接続される。
電圧制御回路２５は、ノードＮ３における電圧Ｖ２０に基づいて、トランジスタ２２のスイッチング動作を制御するように構成される。電圧制御回路２５は、ノードＮ３の電圧Ｖ２０が所定の電圧（この例では１５Ｖ）になるように、トランジスタ２２のスイッチング動作を制御するようになっている。
The
なお、この例では、トランス２１を有する絶縁型の降圧コンバータ回路を用いて電圧生成回路２０を構成したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、非絶縁型の降圧コンバータ回路を用いて電圧生成回路２０を構成してもよい。
In this example, the
この構成により、電圧生成回路２０は、直流電圧である電圧Ｖ２０を生成する。そして、電圧生成回路２０は、生成した電圧Ｖ２０を、絶縁部３１Ａ，３１Ｃおよび駆動部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄに供給するようになっている。
With this configuration, the
スイッチング回路１２（図１）は、バッテリＢＨから供給された直流電圧を交流電圧に変換するように構成される。スイッチング回路１２は、フルブリッジ型の回路であり、トランジスタＳＡ～ＳＤを有している。トランジスタＳＡ～ＳＤは、ゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１に基づいてそれぞれスイッチング動作を行うスイッチング素子である。トランジスタＳＡ～ＳＤは、例えばＮ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）を用いて構成される。トランジスタＳＡ～ＳＤは、ボディダイオードＤＡ～ＤＤをそれぞれ有している。例えば、ボディダイオードＤＡのアノードはトランジスタＳＡの本体のソースに接続され、カソードはトランジスタＳＡの本体のドレインに接続される。ボディダイオードＤＢ～ＤＤについても同様である。なお、この例では、Ｎ型の電界効果トランジスタを用いたが、スイッチング素子であればどのようなものを用いてもよい。
The switching circuit 12 (FIG. 1) is configured to convert the DC voltage supplied from the battery BH into an AC voltage. The
トランジスタＳＡは、電圧線Ｌ１１とノードＮ１とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることによりノードＮ１を電圧線Ｌ１１に接続するように構成される。トランジスタＳＡのドレインは電圧線Ｌ１１に接続され、ゲートにはゲート信号ＧＡ１が供給され、ソースはノードＮ１に接続される。トランジスタＳＢは、ノードＮ１と基準電圧線Ｌ１２とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることによりノードＮ１を基準電圧線Ｌ１２に接続するように構成される。トランジスタＳＢのドレインはノードＮ１に接続され、ゲートにはゲート信号ＧＢ１が供給され、ソースは基準電圧線Ｌ１２に接続される。ノードＮ１は、トランジスタＳＡのソースとトランジスタＳＢのドレインとの接続点である。 Transistor SA is provided in a path connecting voltage line L11 and node N1, and is configured to connect node N1 to voltage line L11 when it is turned on. The drain of transistor SA is connected to voltage line L11, its gate is supplied with gate signal GA1, and its source is connected to node N1. Transistor SB is provided in a path connecting node N1 and reference voltage line L12, and is configured to connect node N1 to reference voltage line L12 when it is turned on. The drain of transistor SB is connected to node N1, its gate is supplied with gate signal GB1, and its source is connected to reference voltage line L12. Node N1 is the connection point between the source of transistor SA and the drain of transistor SB.
トランジスタＳＣは、電圧線Ｌ１１とノードＮ２とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることによりノードＮ２を電圧線Ｌ１１に接続するように構成される。トランジスタＳＣのドレインは電圧線Ｌ１１に接続され、ゲートにはゲート信号ＧＣ１が供給され、ソースはノードＮ２に接続される。トランジスタＳＤは、ノードＮ２と基準電圧線Ｌ１２とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることによりノードＮ２を基準電圧線Ｌ１２に接続するように構成される。トランジスタＳＤのドレインはノードＮ２に接続され、ゲートにはゲート信号ＧＤ１が供給され、ソースは基準電圧線Ｌ１２に接続される。ノードＮ２は、トランジスタＳＣのソースとトランジスタＳＤのドレインとの接続点である。 Transistor SC is provided in a path connecting voltage line L11 and node N2, and is configured to connect node N2 to voltage line L11 when it is turned on. The drain of transistor SC is connected to voltage line L11, the gate is supplied with gate signal GC1, and the source is connected to node N2. Transistor SD is provided in a path connecting node N2 and reference voltage line L12, and is configured to connect node N2 to reference voltage line L12 when it is turned on. The drain of transistor SD is connected to node N2, the gate is supplied with gate signal GD1, and the source is connected to reference voltage line L12. Node N2 is the connection point between the source of transistor SC and the drain of transistor SD.
絶縁部３１Ａは、制御回路１９から供給されたゲート信号ＧＡに基づいて、ゲート信号ＧＡと電気的に絶縁されたゲート信号ＧＡ０を生成するように構成される。絶縁部３１Ａは、例えば、フォトカプラなどの絶縁素子を用いて構成される。なお、これに限定されるものではなく、ゲート信号ＧＡおよびゲート信号ＧＡ０が電気的に絶縁される様々な回路を用いることができる。
The insulating
駆動部３２Ａは、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および絶縁部３１Ａから供給されたゲート信号ＧＡ０に基づいて、ゲート信号ＧＡ１を生成し、このゲート信号ＧＡ１を用いてトランジスタＳＡを駆動するように構成される。
The driving
図２に示したように、駆動部３２Ａは、ダイオード３３と、抵抗素子３４と、キャパシタ３５と、駆動回路３６と、抵抗素子３７とを有している。ダイオード３３のアノードはノードＮ３に接続され、カソードは抵抗素子３４に接続される。このダイオード３３のアノードには、電圧生成回路２０から電圧Ｖ２０が供給される。抵抗素子３４の一端はダイオード３３のカソードに接続され、他端はキャパシタ３５および駆動回路３６の電源端子に接続される。キャパシタ３５の一端は抵抗素子３４の他端および駆動回路３６の電源端子に接続され、他端はノードＮ１に接続される。駆動回路３６の入力端子にはゲート信号ＧＡ０が供給され、出力端子は抵抗素子３７に接続され、電源端子は抵抗素子３４の他端およびキャパシタ３５の一端に接続され、基準電源端子はノードＮ１に接続される。このように、駆動回路３６の電源端子はキャパシタ３５の一端に接続され、基準電源端子はキャパシタ３５の他端に接続されるので、駆動回路３６は、キャパシタ３５の両端間の電圧を電源電圧として用いることにより動作を行う。抵抗素子３７の一端は駆動回路３６の出力端子に接続され、他端はトランジスタＳＡのゲートに接続される。この構成により、駆動部３２Ａは、ブートストラップ動作を行うことにより、トランジスタＳＡを駆動するようになっている。
2, the driving
駆動部３２Ｂ（図１）は、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および制御回路１９から供給されたゲート信号ＧＢに基づいて、ゲート信号ＧＢ１を生成し、このゲート信号ＧＢ１を用いてトランジスタＳＢを駆動するように構成される。
The driving
図２に示したように駆動部３２Ｂは、キャパシタ４５と、駆動回路４６と、抵抗素子４７とを有している。キャパシタ４５の一端はノードＮ３に接続され、他端は基準電圧線Ｌ１２に接続される。このキャパシタ４５の一端には、電圧生成回路２０から電圧Ｖ２０が供給される。駆動回路４６の入力端子にはゲート信号ＧＢが供給され、出力端子は抵抗素子４７に接続され、電源端子はノードＮ３に接続され、基準電源端子は基準電圧線Ｌ１２に接続される。このように、駆動回路４６の電源端子はキャパシタ４５の一端に接続され、基準電源端子はキャパシタ４５の他端に接続されるので、駆動回路４６は、キャパシタ４５の両端間の電圧を電源電圧として用いることにより動作を行う。抵抗素子４７の一端は駆動回路４６の出力端子に接続され、他端はトランジスタＳＢのゲートに接続される。この構成により、駆動部３２Ｂは、トランジスタＳＢを駆動するようになっている。
2, the driving
絶縁部３１Ｃは、絶縁部３１Ａと同様に、制御回路１９から供給されたゲート信号ＧＣに基づいて、ゲート信号ＧＣと電気的に絶縁されたゲート信号ＧＣ０を生成するように構成される。
Like the insulating
駆動部３２Ｃ（図１）は、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および絶縁部３１Ｃから供給されたゲート信号ＧＣ０に基づいて、ゲート信号ＧＣ１を生成し、このゲート信号ＧＣ１を用いてトランジスタＳＣを駆動するように構成される。図２に示したように、駆動部３２Ｃは、駆動部３２Ａと同様に、ダイオード３３と、抵抗素子３４と、キャパシタ３５と、駆動回路３６と、抵抗素子３７とを有している。駆動部３２Ｃの回路構成は、駆動部３２Ａの回路構成と同様である。この構成により、駆動部３２Ｃは、ブートストラップ動作を行うことにより、トランジスタＳＣを駆動するようになっている。
The driving
駆動部３２Ｄ（図１）は、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および制御回路１９から供給されたゲート信号ＧＤに基づいて、ゲート信号ＧＤ１を生成し、このゲート信号ＧＤ１を用いてトランジスタＳＤを駆動するように構成される。図２に示したように、駆動部３２Ｄは、駆動部３２Ｂと同様に、キャパシタ４５と、駆動回路４６と、抵抗素子４７とを有している。駆動部３２Ｄの回路構成は、駆動部３２Ｂの回路構成と同様である。この構成により、駆動部３２Ｄは、トランジスタＳＤを駆動するようになっている。
トランス１３（図１）は、１次側回路と２次側回路とを直流的に絶縁するとともに交流的に接続し、１次側回路から供給された交流電圧を、トランス１３の変成比Ｎで変換し、変換された交流電圧を２次側回路に供給するように構成される。トランス１３は、巻線１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを有している。巻線１３Ａの一端はスイッチング回路１２におけるノードＮ１に接続され、他端はスイッチング回路１２におけるノードＮ２に接続される。巻線１３Ｂの一端は整流回路１４におけるダイオードＤ１（後述）のアノードに接続され、他端は巻線１３Ｃの一端および基準電圧線Ｌ２２に接続される。巻線１３Ｃの一端は巻線１３Ｂの他端および基準電圧線Ｌ２２に接続され、他端は整流回路１４におけるダイオードＤ２（後述）のアノードに接続される。
The transformer 13 (Fig. 1) is configured to insulate the primary circuit and the secondary circuit from a DC point of view and to connect them from an AC point of view, convert the AC voltage supplied from the primary circuit at a transformation ratio N of the
整流回路１４は、トランス１３の巻線１３Ｂ，１３Ｃから出力された交流電圧を整流するように構成される。整流回路１４は、ダイオードＤ１，Ｄ２を有している。ダイオードＤ１のアノードはトランス１３の巻線１３Ｂの一端に接続され、カソードはダイオードＤ２のカソードおよび平滑回路１５のインダクタ１６（後述）に接続される。ダイオードＤ２のアノードはトランス１３の巻線１３Ｃの他端に接続され、カソードはダイオードＤ１のカソードおよび平滑回路１５のインダクタ１６に接続される。
The
平滑回路１５は、整流回路１４から供給された電圧を平滑化するように構成される。平滑回路１５は、インダクタ１６と、キャパシタ１７とを有している。インダクタ１６の一端は整流回路１４のダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに接続され、他端は電圧線Ｌ２１に接続される。キャパシタ１７の一端は電圧線Ｌ２１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ２２に接続される。
The smoothing
電圧センサ１８は、電圧線Ｌ２１における電圧を検出するように構成される。電圧センサ１８の一端は電圧線Ｌ２１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ２２に接続される。電圧センサ１８は、基準電圧線Ｌ２２での電圧を基準とした電圧線Ｌ２１での電圧を、電圧ＶＬとして検出する。そして、電圧センサ１８は、電圧ＶＬの検出結果を制御回路１９に供給するようになっている。
The
制御回路１９は、電圧センサ１８により検出された電圧ＶＬに基づいて、スイッチング回路１２の動作を制御することにより、電力変換装置１の動作を制御するように構成される。具体的には、制御回路１９は、電圧ＶＬに基づいてゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成し、このゲート信号ＧＡ～ＧＤを用いてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うことにより、電力変換装置１の動作を制御するようになっている。
The
端子Ｔ２１，Ｔ２２は、電力変換装置１が生成した電圧を負荷ＬＤに供給するように構成される。電力変換装置１内において、端子Ｔ２１は電圧線Ｌ２１に接続され、端子Ｔ２２は基準電圧線Ｌ２２に接続される。
The terminals T21 and T22 are configured to supply the voltage generated by the
後述するように、電力変換装置１は、負荷が軽い場合には、バーストモードで動作する。このバーストモードでは、４つのトランジスタＳＡ～ＳＤは、間欠的にスイッチング動作を行う。例えば、４つのトランジスタＳＡ～ＳＤがオフ状態である期間が長い場合において、その後にトランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作が開始する場合には、まずトランジスタＳＢ，ＳＤがスイッチング動作を開始することにより、電力変換装置１は、駆動部３２Ａ，３２Ｃにおけるキャパシタ３５を充電する。そして、その後にトランジスタＳＡ，ＳＣのスイッチング動作が開始する。これにより、電力変換装置１では、バーストモードで動作する際に、エネルギー損失を低減することができるようになっている。
As described below, when the load is light, the
ここで、端子Ｔ１１，Ｔ１２は、本開示における「第１の電力端子」の一具体例に対応する。スイッチング回路１２は、本開示における「スイッチング回路」の一具体例に対応する。トランス１３は、本開示における「トランス」の一具体例に対応する。巻線１３Ａは、本開示における「第１の巻線」の一具体例に対応する。巻線１３Ｂ，１３Ｃは、本開示における「第２の巻線」の一具体例に対応する。整流回路１４は、本開示における「整流回路」の一具体例に対応する。平滑回路１５は、ここで、本開示における「平滑回路」の一具体例に対応する。端子Ｔ２１，Ｔ２２は、本開示における「第２の電力端子」の一具体例に対応する。制御回路１９は、本開示における「制御回路」の一具体例に対応する。絶縁部３１Ａおよび駆動部３２Ａは、本開示における「駆動部」の一具体例に対応する。駆動部３２Ａのダイオード３３は、本開示における「ダイオード」の一具体例に対応する。駆動部３２Ａのキャパシタ３５は、本開示における「キャパシタ」の一具体例に対応する。駆動部３２Ａの駆動回路３６は、本開示における「駆動回路」の一具体例に対応する。端子Ｔ２１，Ｔ２２は、本開示における「第２の電力端子」の一具体例に対応する。
Here, the terminals T11 and T12 correspond to a specific example of a "first power terminal" in this disclosure. The switching
［動作および作用］
続いて、本実施の形態の電力変換装置１の動作および作用について説明する。
[Actions and Functions]
Next, the operation and function of the
（全体動作概要）
まず、図１を参照して、電力変換装置１の全体動作概要を説明する。電圧生成回路２０は、バッテリＢＨから供給された電力に基づいて、所定の電圧Ｖ２０を生成し、この電圧Ｖ２０を絶縁部３１Ａ，３１Ｃおよび駆動部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄに供給する。絶縁部３１Ａは、制御回路１９から供給されたゲート信号ＧＡに基づいて、ゲート信号ＧＡと電気的に絶縁されたゲート信号ＧＡ０を生成する。駆動部３２Ａは、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および絶縁部３１Ａから供給されたゲート信号ＧＡ０に基づいて、ゲート信号ＧＡ１を生成し、このゲート信号ＧＡ１を用いてトランジスタＳＡを駆動する。駆動部３２Ｂは、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および制御回路１９から供給されたゲート信号ＧＢに基づいて、ゲート信号ＧＢ１を生成し、このゲート信号ＧＢ１を用いてトランジスタＳＢを駆動する。絶縁部３１Ｃは、制御回路１９から供給されたゲート信号ＧＣに基づいて、ゲート信号ＧＣと電気的に絶縁されたゲート信号ＧＣ０を生成する。駆動部３２Ｃは、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および絶縁部３１Ｃから供給されたゲート信号ＧＣ０に基づいて、ゲート信号ＧＣ１を生成し、このゲート信号ＧＣ１を用いてトランジスタＳＣを駆動する。駆動部３２Ｄは、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および制御回路１９から供給されたゲート信号ＧＤに基づいて、ゲート信号ＧＤ１を生成し、このゲート信号ＧＤ１を用いてトランジスタＳＤを駆動する。トランジスタＳＡ～ＳＤは、ゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１に基づいてそれぞれスイッチング動作を行う。トランス１３は、１次側回路と２次側回路とを直流的に絶縁するとともに交流的に接続し、１次側回路から供給された交流電圧を、トランス１３の変成比Ｎで変換し、変換された交流電圧を２次側回路に供給する。整流回路１４は、トランス１３の巻線１３Ｂ，１３Ｃから出力された交流電圧を整流する。平滑回路１５は、整流回路１４から供給された電圧を平滑化する。電圧センサ１８は、電圧線Ｌ２１における電圧を検出する。制御回路１９は、電圧センサ１８により検出された電圧ＶＬに基づいて、スイッチング回路１２の動作を制御することにより、電力変換装置１の動作を制御する。
(Overall operation overview)
First, an overview of the overall operation of the
（詳細動作）
図３は、電力変換装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）～（Ｄ）はゲート信号ＧＡ～ＧＤの波形をそれぞれ示し、（Ｅ）は電力変換装置１における１次側回路から２次側回路への電力伝送動作を示す。電力変換装置１は、図３（Ｅ）に示した波形が高レベルである期間Ｔにおいて、１次側回路から２次側回路へ電力伝送を行う。
(Detailed operation)
3 shows an example of an operation of the
タイミングｔ１１において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＤを低レベルから高レベルに変化させる（図３（Ｄ））。駆動部３２Ｄは、このゲート信号ＧＤに基づいてゲート信号ＧＤ１を生成し、このゲート信号ＧＤ１を用いてトランジスタＳＤをオフ状態からオン状態に変化させる。
At timing t11, the
次に、タイミングｔ１２において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＢを高レベルから低レベルに変化させる（図３（Ｂ））。駆動部３２Ｂは、このゲート信号ＧＢに基づいてゲート信号ＧＢ１を生成し、このゲート信号ＧＢ１を用いてトランジスタＳＢをオン状態からオフ状態に変化させる。
Next, at timing t12, the
次に、タイミングｔ１３において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡを低レベルから高レベルに変化させる（図３（Ａ））。絶縁部３１Ａは、このゲート信号ＧＡに基づいてゲート信号ＧＡ０を生成する。駆動部３２Ａは、このゲート信号ＧＡ０に基づいてゲート信号ＧＡ１を生成し、このゲート信号ＧＡ１を用いてトランジスタＳＡをオフ状態からオン状態に変化させる。
Next, at timing t13, the
次に、タイミングｔ１４において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＤを高レベルから低レベルに変化させる（図３（Ｄ））。駆動部３２Ｄは、このゲート信号ＧＤに基づいてゲート信号ＧＤ１を生成し、このゲート信号ＧＤ１を用いてトランジスタＳＤをオン状態からオフ状態に変化させる。
Next, at timing t14, the
このようにして、タイミングｔ１３～ｔ１４の期間Ｔにおいて、トランジスタＳＡおよびトランジスタＳＤはともにオン状態になる。この期間Ｔでは、ゲート信号ＧＢ，ＧＣは低レベルであるので、トランジスタＳＢおよびトランジスタＳＣはともにオフ状態である。 In this way, during the period T from timing t13 to t14, transistors SA and SD are both in the on state. During this period T, the gate signals GB and GC are at a low level, so transistors SB and SC are both in the off state.
図４Ａは、タイミングｔ１３～ｔ１４の期間Ｔにおける、あるタイミングでの電力変換装置１の一動作状態を表すものである。図４Ａでは、説明の便宜上、電力変換装置１を簡略化して描いている。また、トランジスタＳＡ～ＳＤを、オンオフ状態を示すスイッチとして描いている。
Figure 4A shows one operating state of the
トランジスタＳＡ，ＳＤがオン状態であるので、電力変換装置１の１次側回路には、電圧線Ｌ１１、トランジスタＳＡ、巻線１３Ａ、トランジスタＳＤ、基準電圧線Ｌ１２の順に、電流Ｉ１が流れ得る。これに応じて、電力変換装置１の２次側回路には、巻線１３Ｂ、ダイオードＤ１、インダクタ１６、キャパシタ１７および負荷ＬＤ、基準電圧線Ｌ２２、巻線１３Ｂの順に、電流Ｉ２が流れ得る。このようにして、電力変換装置１は、タイミングｔ１３～ｔ１４の期間Ｔにおいて、１次側回路から２次側回路へ電力伝送を行う。
Because transistors SA and SD are on, current I1 can flow in the primary circuit of
次に、図３に示したように、タイミングｔ１５において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＣを低レベルから高レベルに変化させる（図３（Ｃ））。絶縁部３１Ｃは、このゲート信号ＧＣに基づいてゲート信号ＧＣ０を生成する。駆動部３２Ｃは、このゲート信号ＧＣ０に基づいてゲート信号ＧＣ１を生成し、このゲート信号ＧＣ１を用いてトランジスタＳＣをオフ状態からオン状態にする。
Next, as shown in FIG. 3, at timing t15, the
次に、タイミングｔ１６において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡを高レベルから低レベルに変化させる（図３（Ａ））。絶縁部３１Ａは、このゲート信号ＧＡに基づいてゲート信号ＧＡ０を生成する。駆動部３２Ａは、このゲート信号ＧＡ０に基づいてゲート信号ＧＡ１を生成し、このゲート信号ＧＡ１を用いてトランジスタＳＡをオン状態からオフ状態に変化させる。
Next, at timing t16, the
次に、タイミングｔ１７において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＢを低レベルから高レベルに変化させる（図３（Ｂ））。駆動部３２Ｂは、このゲート信号ＧＢに基づいてゲート信号ＧＢ１を生成し、このゲート信号ＧＢ１を用いてトランジスタＳＢをオフ状態からオン状態に変化させる。
Next, at timing t17, the
次に、タイミングｔ１８において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＣを高レベルから低レベルに変化させる（図３（Ｃ））。絶縁部３１Ａは、このゲート信号ＧＣに基づいてゲート信号ＧＣ０を生成する。駆動部３２Ｃは、このゲート信号ＧＣ０に基づいてゲート信号ＧＣ１を生成し、このゲート信号ＧＣ１を用いてトランジスタＳＣをオン状態からオフ状態にする。
Next, at timing t18, the
このようにして、タイミングｔ１７～ｔ１８の期間Ｔにおいて、トランジスタＳＢおよびトランジスタＳＣはともにオン状態になる。この期間Ｔでは、ゲート信号ＧＡ，ＧＤは低レベルであるので、トランジスタＳＡおよびトランジスタＳＤはともにオフ状態である。 In this way, during the period T from timing t17 to t18, transistors SB and SC are both in the ON state. During this period T, the gate signals GA and GD are at a low level, so transistors SA and SD are both in the OFF state.
図４Ｂは、タイミングｔ１７～ｔ１８の期間Ｔにおける、あるタイミングでの電力変換装置１の一動作状態を表すものである。トランジスタＳＢ，ＳＣがオン状態であるので、電力変換装置１の１次側回路には、電圧線Ｌ１１、トランジスタＳＣ、巻線１３Ａ、トランジスタＳＢ、基準電圧線Ｌ１２の順に、電流Ｉ１が流れ得る。これに応じて、電力変換装置１の２次側回路には、巻線１３Ｃ、ダイオードＤ２、インダクタ１６、キャパシタ１７および負荷ＬＤ、基準電圧線Ｌ２２、巻線１３Ｂの順に、電流Ｉ２が流れ得る。このようにして、電力変換装置１は、タイミングｔ１７～ｔ１８の期間Ｔにおいて、１次側回路から２次側回路へ電力伝送を行う。
Figure 4B shows one operating state of the
このようにして、電力変換装置１は、タイミングｔ１３～ｔ１４の期間Ｔ、およびタイミングｔ１７～ｔ１８の期間Ｔにおいて、１次側回路から２次側回路へ電力伝送を行う。
In this way, the
制御回路１９は、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬに基づいて、例えば、ゲート信号ＧＡ～ＧＤのスイッチング周期に対応する周期期間Ｔswにおける、電力伝送が行われる２つの期間Ｔの時間長の割合（デューティ比ＤＴ）を決定する。そして、制御回路１９は、このデューティ比ＤＴに基づいて、ゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成する。例えば、電圧ＶＬが目標電圧よりも低い場合には、制御回路１９は、デューティ比ＤＴを大きくすることにより、電圧ＶＬを高くしようとする。例えば、電圧ＶＬが目標電圧よりも高い場合には、制御回路１９は、デューティ比ＤＴを小さくすることにより、電圧ＶＬを低くしようとする。このようにして、制御回路１９は、電圧ＶＬが目標電圧になるように、フィードバック制御を行う。
The
（ブートストラップ動作について）
図３に示したようにスイッチング回路１２がスイッチング動作を行うことにより、例えば駆動部３２Ａ（図２）では、キャパシタ３５の両端間の電圧が、電圧Ｖ２０よりも、ダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に維持される。駆動回路３６は、キャパシタ３５の両端間の電圧を電源電圧として用いることにより動作を行い、トランジスタＳＡを駆動する。駆動部３２Ｂでは、駆動回路４６は、電圧Ｖ２０を電源電圧として用いることにより動作を行い、トランジスタＳＢを駆動する。以下に、駆動部３２Ａ，３２Ｂの動作について詳細に説明する。
(About bootstrap operation)
As shown in Fig. 3, by the switching
図３に示したように、タイミングｔ１０において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＢを低レベルから高レベルに変化させる（図３（Ｂ））。駆動部３２Ｂの駆動回路４６は、電圧Ｖ２０を電源電圧として用いることにより動作し、ゲート信号ＧＢ１を低レベルから高レベルに変化させる。これにより、トランジスタＳＢがオフ状態からオン状態に変化する。トランジスタＳＢがオン状態になることにより、ノードＮ１は基準電圧線Ｌ１２に接続される。よって、ノードＮ１の電圧は、基準電圧線Ｌ１２の電圧と同じ電圧になる。この期間において、駆動部３２Ａのキャパシタ３５は、電圧生成回路２０からダイオード３３および抵抗素子３４を介して供給された電流により充電される。
As shown in FIG. 3, at timing t10, the
次に、タイミングｔ１２において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＢを高レベルから低レベルに変化させる（図３（Ｂ））。駆動部３２Ｂの駆動回路４６は、電圧Ｖ２０を電源電圧として用いることにより動作し、ゲート信号ＧＢ１を高レベルから低レベルに変化させる。これにより、トランジスタＳＢがオン状態からオフ状態に変化する。トランジスタＳＡおよびトランジスタＳＢはともにオフ状態であるので、ノードＮ１はフローティング状態になり、このノードＮ１の電圧は、例えば、電圧線Ｌ１１の電圧と基準電圧線Ｌ１２の電圧との中間の電圧にまで上昇する。
Next, at timing t12, the
次に、タイミングｔ１３において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡを低レベルから高レベルに変化させる（図３（Ａ））。絶縁部３１Ａは、このゲート信号ＧＡに基づいて、ゲート信号ＧＡ０を低レベルから高レベルに変化させる。駆動部３２Ａの駆動回路３６は、キャパシタ３５の両端間の電圧を電源電圧として用いることにより動作し、ゲート信号ＧＡ１を低レベルから高レベルに変化させる。これにより、トランジスタＳＡがオフ状態からオン状態に変化する。トランジスタＳＡがオン状態になることにより、ノードＮ１は電圧線Ｌ１１と接続される。よって、ノードＮ１の電圧は、電圧線Ｌ１１の電圧にまで上昇する。駆動部３２Ａでは、キャパシタ３５の両端間の電圧は、電圧Ｖ２０よりもダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に維持される。よって、キャパシタ３５の他端に接続されたノードＮ１の電圧が上昇すると、キャパシタ３５の一端の電圧もまた上昇する。よって、ゲート信号ＧＡ１の高レベルの電圧もまた上昇する。よって、トランジスタＳＡはオン状態を維持する。
Next, at timing t13, the
次に、タイミングｔ１６において、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡを高レベルから低レベルに変化させる（図３（Ａ））。絶縁部３１Ａは、このゲート信号ＧＡに基づいて、ゲート信号ＧＡ０を高レベルから低レベルに変化させる。駆動部３２Ａの駆動回路３６は、キャパシタ３５の両端間の電圧を電源電圧として用いることにより動作し、ゲート信号ＧＡ１を高レベルから低レベルに変化させる。これにより、トランジスタＳＡがオン状態からオフ状態に変化する。トランジスタＳＡおよびトランジスタＳＢはともにオフ状態であるので、ノードＮ１はフローティング状態になり、このノードＮ１の電圧は、例えば、電圧線Ｌ１１の電圧と基準電圧線Ｌ１２の電圧との中間の電圧にまで低下する。駆動部３２Ａでは、キャパシタ３５の両端間の電圧は、電圧Ｖ２０よりもダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に維持される。よって、キャパシタ３５の他端に接続されたノードＮ１の電圧が低下すると、キャパシタ３５の一端の電圧もまた低下する。よって、ゲート信号ＧＡ１の低レベルの電圧もまた低下する。よって、トランジスタＳＢはオフ状態を維持する。
Next, at timing t16, the
このようにして、駆動部３２Ａは、ブートストラップ動作を行うことにより、ゲート信号ＧＡ１を生成する。
In this way, the
なお、以上では、駆動部３２Ａ，３２Ｂを例に挙げて動作を説明したが、駆動部３２Ｃ，３２Ｄについても同様である。
Note that, although the above describes the operation of
（起動時の動作について）
電力変換装置１は、起動時において、電圧生成回路２０が生成した電圧Ｖ２０に基づいて、駆動部３２Ａのキャパシタ３５を充電し、キャパシタ３５の電圧を、電圧Ｖ２０よりもダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に設定するとともに、駆動部３２Ｃのキャパシタ３５を充電し、キャパシタ３５の電圧を、電圧Ｖ２０よりもダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に設定する。以下に、この動作について詳細に説明する。
(About startup behavior)
At startup, the
図５，６は、起動時における電力変換装置１の一動作例を表すものである。図６において、（Ａ）～（Ｄ）はゲート信号ＧＡ～ＧＤをそれぞれ示し、（Ｅ）は駆動部３２Ａ，３２Ｃにおけるキャパシタ３５の両端間の電圧（キャパシタ電圧Ｖ３５）の波形を示し、（Ｆ）は電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬの波形を示す。図６（Ａ）～（Ｄ）において、網掛けは、低レベルと高レベルとの間で遷移しているゲート信号を示す。
Figures 5 and 6 show an example of the operation of the
起動時では、電力変換装置１は、まず、タイミングｔ２１において、トランジスタＳＢ，ＳＤのスイッチング動作を開始させ、その後に、タイミングｔ２３において、トランジスタＳＡ，ＳＣのスイッチング動作を開始させる。以下に、この動作について、詳細に説明する。
At startup, the
まず、タイミングｔ２１～ｔ２３の期間Ｔ１において、制御回路１９は、低レベルと高レベルとの間で遷移するゲート信号ＧＢ,ＧＤを生成する。ゲート信号ＧＢ，ＧＤのパルス幅は、所定値である。また、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡ，ＧＣを低レベルに維持する。
First, during period T1 from timing t21 to t23, the
例えば、ゲート信号ＧＢが高レベルである期間では、トランジスタＳＢがオン状態になり、ノードＮ１の電圧は、基準電圧線Ｌ１２の電圧と同じ電圧（０Ｖ）になる。駆動部３２Ａでは、ダイオード３３のアノードに電圧Ｖ２０（例えば１５Ｖ）が供給され、キャパシタ３５の他端に接続されたノードＮ１の電圧は０Ｖであるので、ダイオード３３がオン状態になり、キャパシタ３５は充電される。
For example, during the period when the gate signal GB is at a high level, the transistor SB is turned on and the voltage of the node N1 becomes the same voltage (0 V) as the voltage of the reference voltage line L12. In the
例えば、ゲート信号ＧＢが低レベルである期間では、トランジスタＳＢがオフ状態になり、ノードＮ１の電圧は、例えば、電圧線Ｌ１１の電圧と基準電圧線Ｌ１２の電圧との中間の電圧になる。よって、駆動部３２Ａでは、ダイオード３３はオフ状態になり、キャパシタ３５の充電は停止する。
For example, during the period when the gate signal GB is at a low level, the transistor SB is turned off, and the voltage of the node N1 becomes, for example, an intermediate voltage between the voltage of the voltage line L11 and the voltage of the reference voltage line L12. Therefore, in the
このようにして、駆動部３２Ａでは、ゲート信号ＧＢが高レベルである期間においてキャパシタ３５が充電され、ゲート信号ＧＢが低レベルである期間においてキャパシタ３５の充電が停止することにより、キャパシタ３５の両端間の電圧であるキャパシタ電圧Ｖ３５は、図６（Ｅ）に示したように、徐々に上昇する。そして、タイミングｔ２２において、キャパシタ電圧Ｖ３５が、電圧Ｖ２０よりもダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に到達すると、ゲート信号ＧＢが高レベルである期間においても、ダイオード３３はオン状態にならなくなり、キャパシタ電圧Ｖ３５の上昇は停止する。これにより、キャパシタ電圧Ｖ３５は、これ以降、電圧Ｖ２０よりもダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に維持される。
In this way, in the
同様に、駆動部３２Ｃでは、ゲート信号ＧＤが高レベルである期間においてキャパシタ３５が充電され、ゲート信号ＧＤが低レベルである期間においてキャパシタ３５の充電が停止することにより、キャパシタ３５の両端間の電圧であるキャパシタ電圧Ｖ３５は、図６（Ｅ）に示したように、徐々に上昇する。そして、タイミングｔ２２において、キャパシタ電圧Ｖ３５が、電圧Ｖ２０よりもダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に到達すると、ゲート信号ＧＤが高レベルである期間においても、ダイオード３３はオン状態にならなくなり、キャパシタ電圧Ｖ３５の上昇は停止する。これにより、キャパシタ電圧Ｖ３５は、これ以降、電圧Ｖ２０よりもダイオード３３の順方向電圧の分だけ低い電圧に維持される。
Similarly, in the
タイミングｔ２１～ｔ２３の期間Ｔ１の時間長は、所定の時間長である。この期間Ｔ１の時間長は、駆動部３２Ａ，３２Ｃのキャパシタ３５が充電される時間を推定することにより、予め設定される。
The length of period T1 from timing t21 to t23 is a predetermined length of time. The length of period T1 is set in advance by estimating the time it takes for
そして、タイミングｔ２３～ｔ２４の期間Ｔ２において、制御回路１９は、低レベルと高レベルとの間で遷移するゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成する。この期間Ｔ２では、制御回路１９は、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬに基づいてデューティ比ＤＴを決定し、このデューティ比ＤＴに基づいてゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成する。例えば、電圧ＶＬが目標電圧Ｖtargetよりも低い場合には、制御回路１９は、デューティ比ＤＴを大きくすることにより、電圧ＶＬを高くしようとする。例えば、電圧ＶＬが目標電圧Ｖtargetよりも高い場合には、制御回路１９は、デューティ比ＤＴを小さくすることにより、電圧ＶＬを低くしようとする。このようにして、制御回路１９は、電圧ＶＬが目標電圧Ｖtargetになるように、フィードバック制御を行う。この例では、タイミングｔ２４において、電圧ＶＬは目的電圧Ｖtargetになり、これ以降、この目標電圧Ｖtargetを維持するように制御される。
Then, during the period T2 from timing t23 to t24, the
（バーストモードにおける動作について）
電力変換装置１は、負荷が軽い場合には、バーストモードで動作する。このバーストモードでは、４つのトランジスタＳＡ～ＳＤは、間欠的にスイッチング動作を行う。
(Burst mode operation)
When the load is light, the
図７は、バーストモードにおける電力変換装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）～（Ｄ）はゲート信号ＧＡ～ＧＤの波形をそれぞれ示し、（Ｅ）は電力変換装置１における１次側回路から２次側回路への電力伝送動作を示す。
Figure 7 shows an example of the operation of the
この図７では、最初は、制御回路１９は、低レベルと高レベルとの間で遷移するゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成している（図７（Ａ）～（Ｄ））。絶縁部３１Ａ，３１Ｃおよび駆動部３２Ａ～３２Ｄは、このゲート信号ＧＡ～ＧＤに基づいてゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１を生成し、スイッチング回路１２は、このゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１に基づいてスイッチング動作を行う。この例では、電力変換装置１の負荷が軽くなることに応じて、デューティ比ＤＴが徐々に小さくなり、電力伝送を行う期間Ｔの時間幅が徐々に短くなる（図７（Ｅ））。
In FIG. 7, initially, the
そして、その後に、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡ～ＧＤを低レベルにする（図７（Ａ）～（Ｄ））。絶縁部３１Ａ，３１Ｃおよび駆動部３２Ａ～３２Ｄは、このゲート信号ＧＡ～ＧＤに基づいて低レベルのゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１を生成するので、スイッチング回路１２は、スイッチング動作を停止する。
Then, the
このようにスイッチング動作が停止すると、電力変換装置１は、１次側回路から２次側回路に電力を伝送しないので、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬは徐々に低下する。制御回路１９は、電圧ＶＬがある電圧（後述するしきい値ＶＬth1）を下回ると、低レベルと高レベルとの間で遷移するゲート信号ＧＡ～ＧＤを、再度生成し始める（図７（Ａ）～（Ｄ））。駆動部３２Ａ～３２Ｄは、このゲート信号ＧＡ～ＧＤに基づいてゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１を生成し、スイッチング回路１２は、このゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１に基づいてスイッチング動作を行う。
When the switching operation stops in this way, the
これ以降、電力変換装置１は、負荷が軽い状態が維持される限り、このような動作を繰り返す。電力変換装置１は、バーストモードにおいて、このように、４つのトランジスタＳＡ～ＳＤを間欠的に動作させる。
Then, the
図８は、電力変換装置１におけるバーストモードの一動作例を表すものである。
Figure 8 shows an example of the operation of the
まず、制御回路１９は、デューティ比ＤＴが所定のしきい値ＤＴth1より低いかどうかを確認する（ステップＳ１０１）。デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth1より低くない場合（ステップＳ１０１において“Ｎ”）には、制御回路１９は、デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth1より低くなるまで、このステップＳ１０１の処理を繰り返す。
First, the
ステップＳ１０１において、デューティ比ＤＴが所定のしきい値ＤＴth1より低い場合（ステップＳ１０１において“Ｙ”）には、制御回路１９は、トランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作を停止させる（ステップＳ１０２）。具体的には、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡ～ＧＤを低レベルにする。絶縁部３１Ａ，３１Ｃおよび駆動部３２Ａ～３２Ｄは、このゲート信号ＧＡ～ＧＤに基づいて低レベルのゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１を生成する。これにより、トランジスタＳＡ～ＳＤはオフ状態になり、スイッチング回路１２は、スイッチング動作を停止する。
If, in step S101, the duty ratio DT is lower than a predetermined threshold value DTth1 ("Y" in step S101), the
次に、制御回路１９は、スイッチング動作を停止している期間の長さをカウントするカウント動作を開始する（ステップＳ１０３）。制御回路１９は、例えば、スイッチング周期の周期期間Ｔsw（図３）の数をカウントし、カウント値ＣＮＴを更新する。
Next, the
スイッチング動作を停止している期間では、電力変換装置１は、１次側回路から２次側回路に電力を伝送しないので、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬは徐々に低下する。また、トランジスタＳＢ，ＳＤがオン状態にならないので、駆動部３２Ａ，３２Ｃにおけるキャパシタ３５は充電されない。よって、キャパシタ３５は、時間の経過に応じて徐々に自然放電され、キャパシタ３５の両端間の電圧が低下する。
During the period when the switching operation is stopped, the
次に、制御回路１９は、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬが所定のしきい値ＶＬth1よりも低いかどうかを確認する（ステップＳ１０４）。電圧ＶＬがしきい値ＶＬth1よりも低くない場合（ステップＳ１０４において“Ｎ”）には、制御回路１９は、電圧ＶＬがしきい値ＶＬth1よりも低くなるまで、このステップＳ１０４の処理を繰り返す。
Next, the
ステップＳ１０４において、電圧ＶＬがしきい値ＶＬth1よりも低い場合（ステップＳ１０４において“Ｙ”）には、カウント動作のカウント値ＣＮＴが所定のしきい値ＣＮＴthより小さいかどうかを確認する（ステップＳ１０５）。 In step S104, if the voltage VL is lower than the threshold value VLth1 ("Y" in step S104), it is checked whether the count value CNT of the counting operation is smaller than a predetermined threshold value CNTth (step S105).
ステップＳ１０５において、カウント値ＣＮＴが所定のしきい値ＣＮＴthより小さい場合（ステップＳ１０５において“Ｙ”）には、制御回路１９は、トランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作を開始させ、フィードバック制御を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、制御回路１９は、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬに基づいてデューティ比ＤＴを決定し、このデューティ比ＤＴに基づいてゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成する。絶縁部３１Ａ，３１Ｃおよび駆動部３２Ａ～３２Ｄは、このゲート信号ＧＡ～ＧＤに基づいてゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１を生成する。これにより、スイッチング回路１２のトランジスタＳＡ～ＳＤは、スイッチング動作を開始する。電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬは、目標電圧Ｖtargetになるように制御される。これにより、電圧ＶＬは、目標電圧Ｖtargetに向かって上昇する。また、トランジスタＳＢがオン状態になると、駆動部３２Ａのキャパシタ３５が充電され、トランジスタＳＤがオン状態になると、駆動部３２Ｃのキャパシタ３５が充電される。これにより、キャパシタ３５の両端間の電圧が上昇する。そして、処理はステップＳ１１０に進む。
In step S105, if the count value CNT is smaller than the predetermined threshold value CNTth ("Y" in step S105), the
ステップＳ１０５において、カウント値ＣＮＴが所定のしきい値ＣＮＴthより小さくない場合（ステップＳ１０５において“Ｎ”）には、制御回路１９は、トランジスタＳＢ，ＳＤのスイッチング動作を開始させる（ステップＳ１０７）。具体的には、制御回路１９は、所定のパルス幅を有するゲート信号ＧＢ，ＧＤを生成するとともに、ゲート信号ＧＡ，ＧＣを低レベルに維持する。絶縁部３１Ａ，３１Ｃおよび駆動部３２Ａ～３２Ｄは、このゲート信号ＧＡ～ＧＤに基づいてゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１を生成する。これにより、スイッチング回路１２のトランジスタＳＢ，ＳＤは、スイッチング動作を開始する。
If the count value CNT is not smaller than the predetermined threshold value CNTth in step S105 ("N" in step S105), the
次に、制御回路１９は、所定時間待つ（ステップＳ１０８）。
Next, the
トランジスタＳＢ，ＳＤはスイッチング動作を行っている期間では、トランジスタＳＢがオン状態になると、駆動部３２Ａのキャパシタ３５が充電され、トランジスタＳＤがオン状態になると、駆動部３２Ｃのキャパシタ３５が充電される。これにより、キャパシタ３５の両端間の電圧が上昇する。
When transistors SB and SD are performing switching operations, when transistor SB is turned on,
次に、制御回路１９は、トランジスタＳＡ，ＳＣのスイッチング動作を開始させ、フィードバック制御を行う（ステップＳ１０９）。具体的には、制御回路１９は、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬに基づいてデューティ比ＤＴを決定し、このデューティ比ＤＴに基づいてゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成する。絶縁部３１Ａ，３１Ｃおよび駆動部３２Ａ～３２Ｄは、このゲート信号ＧＡ～ＧＤに基づいてゲート信号ＧＡ１～ＧＤ１を生成する。これにより、スイッチング回路１２のトランジスタＳＡ～ＳＤは、スイッチング動作を開始する。電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬは、目標電圧Ｖtargetになるように制御される。これにより、電圧ＶＬは、目標電圧Ｖtargetに向かって上昇する。
Next, the
次に、制御回路１９は、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬが所定のしきい値ＶＬth2よりも高いかどうかを確認する（ステップＳ１１０）。電圧ＶＬがしきい値ＶＬth2よりも高くない場合（ステップＳ１１０において“Ｎ”）には、制御回路１９は、電圧ＶＬがしきい値ＶＬth2よりも高くなるまで、このステップＳ１１０の処理を繰り返す。
Next, the
次に、制御回路１９は、デューティ比ＤＴが所定のしきい値ＤＴth2より大きいかどうかを確認する（ステップＳ１１１）。デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth2より大きくない場合（ステップＳ１１１において“Ｎ”）には、処理はステップＳ１０２に戻り、制御回路１９は、デューティ比ＤＴが所定のしきい値ＤＴth2より大きくなるまで、ステップＳ１０２～Ｓ１１０の処理を繰り返す。
Next, the
ステップＳ１１１において、デューティ比ＤＴが所定のしきい値ＤＴth2より大きい場合（ステップＳ１１１において“Ｙ”）には、この処理は終了する。 In step S111, if the duty ratio DT is greater than the predetermined threshold value DTth2 ("Y" in step S111), this process ends.
次に、電力変換装置１の動作について、図８に示したフローチャートと対応付けて、いくつか例を挙げて詳細に説明する。
Next, the operation of the
図９は、電力変換装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）は電力変換装置１の負荷電流ＩＬの波形を示し、（Ｂ）～（Ｅ）はゲート信号ＧＡ～ＧＤの波形をそれぞれ示し、（Ｆ）は駆動部３２Ａ，３２Ｃにおけるキャパシタ３５の両端間の電圧（キャパシタ電圧Ｖ３５）の波形を示し、（Ｇ）電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬの波形を示す。
Figure 9 shows an example of the operation of the
タイミングｔ２１より前において、電力変換装置１の負荷電流ＩＬが減少する（図９（Ａ））。これにより、電力変換装置１では、デューティ比ＤＴが低下する。
Before timing t21, the load current IL of the
タイミングｔ２１において、制御回路１９は、デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth1よりも小さいことを確認する（ステップＳ１０１において“Ｙ”）。そして、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡ～ＧＤを低レベルにすることにより、トランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作を停止させる（図９（Ｂ）～（Ｅ）、ステップＳ１０２）。このようにスイッチング動作が停止すると、電力変換装置１は、１次側回路から２次側回路に電力を伝送しないので、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬは徐々に低下する（図９（Ｇ））。また、トランジスタＳＢ，ＳＤがオン状態にならないので、駆動部３２Ａ，３２Ｃにおけるキャパシタ３５は充電されない。よって、キャパシタ３５は、時間の経過に応じて徐々に自然放電され、キャパシタ３５の両端間の電圧が低下する（図９（Ｆ））。
At timing t21, the
次に、タイミングｔ２２において、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬがしきい値ＶＬth1よりも低くなる（図９（Ｇ）、ステップＳ１０４において“Ｙ”）。この例では、タイミングｔ２１～ｔ２２の時間長に対応するカウント値ＣＮＴは、しきい値ＣＮＴthよりも小さい（ステップＳ１０５において“Ｙ”）。これにより、制御回路１９は、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬに基づいてデューティ比ＤＴを決定し、このデューティ比ＤＴに基づいてゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成することにより、トランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作を開始させる（図９（Ｂ）～（Ｅ）、ステップＳ１０６）。制御回路１９は、フィードバック制御を行うことにより、デューティ比ＤＴを決定するので、電圧ＶＬは、目標電圧Ｖtargetになるように制御される。その結果、電圧ＶＬは徐々に上昇する（図９（Ｇ））。また、トランジスタＳＢがオン状態になると、駆動部３２Ａのキャパシタ３５が充電され、トランジスタＳＤがオン状態になると、駆動部３２Ｃのキャパシタ３５が充電される。これにより、キャパシタ３５の両端間の電圧が上昇する（図９（Ｆ））。
Next, at timing t22, the voltage VL, which is the output voltage of the
次に、タイミングｔ２３において、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬがしきい値ＶＬth2よりも高くなる（図９（Ｇ）、ステップＳ１１０において“Ｙ”）。この例では、負荷電流ＩＬはまだ小さいので、デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth2よりも大きくない（ステップＳ１１１において“Ｎ”）。よって、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡ～ＧＤを低レベルにすることにより、トランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作を停止させる（図９（Ｂ）～（Ｅ）、ステップＳ１０２）。これにより、電圧ＶＬは徐々に低下し（図９（Ｇ））、キャパシタ３５の両端間の電圧もまた徐々に低下する（図９（Ｆ））。
Next, at timing t23, voltage VL, which is the output voltage of
これ以降、電力変換装置１は、この動作を繰り返す。
The
そして、タイミングｔ２４より前において、電力変換装置１の負荷電流ＩＬが増加する（図９（Ａ））。これにより、電力変換装置１では、デューティ比ＤＴが上昇する。タイミングｔ２４において、制御回路１９は、デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth2より大きいことを確認する（ステップＳ１１１において“Ｙ”）。これにより、バーストモードの動作は終了する。
Then, before timing t24, the load current IL of the
図１０は、電力変換装置１の他の一動作例を表すものであり、（Ａ）は電力変換装置１の負荷電流ＩＬの波形を示し、（Ｂ）～（Ｅ）はゲート信号ＧＡ～ＧＤの波形をそれぞれ示し、（Ｆ）は駆動部３２Ａ，３２Ｃにおけるキャパシタ３５の両端間の電圧（キャパシタ電圧Ｖ３５）の波形を示し、（Ｇ）電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬの波形を示す。
Figure 10 shows another example of the operation of the
タイミングｔ３１より前において、電力変換装置１の負荷電流ＩＬが減少する（図１０（Ａ））。負荷電流ＩＬの電流量は、図９の場合に比べてさらに小さい。これにより、電力変換装置１では、デューティ比ＤＴが低下する。
Before timing t31, the load current IL of the
タイミングｔ３１において、制御回路１９は、デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth1よりも小さいことを確認する（ステップＳ１０１において“Ｙ”）。そして、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡ～ＧＤを低レベルにすることにより、トランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作を停止する（図１０（Ｂ）～（Ｅ）、ステップＳ１０２）。このようにスイッチング動作が停止すると、電力変換装置１は、１次側回路から２次側回路に電力を伝送しないので、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬは徐々に低下する（図１０（Ｇ））。また、トランジスタＳＢ，ＳＤがオン状態にならないので、駆動部３２Ａ，３２Ｃにおけるキャパシタ３５は充電されない。よって、キャパシタ３５は、時間の経過に応じて徐々に自然放電され、キャパシタ３５の両端間の電圧が低下する（図１０（Ｆ））。
At timing t31, the
次に、タイミングｔ３２において、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬがしきい値ＶＬth1よりも低くなる（図１０（Ｇ）、ステップＳ１０４において“Ｙ”）。この例では、タイミングｔ３１～ｔ３２の時間長に対応するカウント値ＣＮＴは、しきい値ＣＮＴthよりも大きい（ステップＳ１０５において“Ｎ”）。すなわち、この例では、負荷電流ＩＬの電流量は、図９の場合に比べてさらに小さいので、電圧ＶＬの変化度合いが図９の例よりも緩やかであり、その結果、タイミングｔ３１～ｔ３２の時間長は、図９におけるタイミングｔ２１～ｔ２２の時間長よりも長い。これにより、制御回路１９は、所定のパルス幅を有するゲート信号ＧＢ，ＧＤを生成することにより、トランジスタＳＢ，ＳＤのスイッチング動作を開始する（図１０（Ｃ），（Ｅ）、ステップＳ１０７）。トランジスタＳＢがオン状態になると、駆動部３２Ａのキャパシタ３５が充電され、トランジスタＳＤがオン状態になると、駆動部３２Ｃのキャパシタ３５が充電される。これにより、キャパシタ３５の両端間の電圧が上昇する（図１０（Ｆ））。
Next, at timing t32, the voltage VL, which is the output voltage of the
次に、タイミングｔ３２から所定の時間が経過したタイミングｔ３３において、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬに基づいてデューティ比ＤＴを決定し、このデューティ比ＤＴに基づいてゲート信号ＧＡ～ＧＤを生成することにより、トランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作を開始させる（図１０（Ｂ）～（Ｅ）、ステップＳ１０９）。制御回路１９は、フィードバック制御を行うことにより、デューティ比ＤＴを決定するので、電圧ＶＬは、目標電圧Ｖtargetになるように制御される。その結果、電圧ＶＬは徐々に上昇する（図１０（Ｇ））。
Next, at timing t33, a predetermined time after timing t32, the duty ratio DT is determined based on the voltage VL, which is the output voltage of the
次に、タイミングｔ３４において、電力変換装置１の出力電圧である電圧ＶＬがしきい値ＶＬth2よりも高くなる（図１０（Ｇ）、ステップＳ１１０において“Ｙ”）。この例では、負荷電流ＩＬはまだ小さいので、デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth2よりも大きくない（ステップＳ１１１において“Ｎ”）。よって、制御回路１９は、ゲート信号ＧＡ～ＧＤを低レベルにすることにより、トランジスタＳＡ～ＳＤのスイッチング動作を停止させる（図１０（Ｂ）～（Ｅ）、ステップＳ１０２）。これにより、電圧ＶＬは徐々に低下し（図１０（Ｇ））、キャパシタ３５の両端間の電圧もまた徐々に低下する（図１０（Ｆ））。
Next, at timing t34, voltage VL, which is the output voltage of
これ以降、電力変換装置１は、この動作を繰り返す。
The
そして、タイミングｔ３５より前において、電力変換装置１の負荷電流ＩＬが増加する（図１０（Ａ））。これにより、電力変換装置１では、デューティ比ＤＴが上昇する。タイミングｔ３５において、制御回路１９は、デューティ比ＤＴがしきい値ＤＴth2より大きいことを確認する（ステップＳ１１１において“Ｙ”）。これにより、バーストモードの動作は終了する。
Then, before timing t35, the load current IL of the
ここで、しきい値ＶＬth1は、本開示における「第１のしきい電圧」の一具体例に対応する。しきい値ＶＬth2は、本開示における「第２のしきい電圧」の一具体例に対応する。 Here, threshold value VLth1 corresponds to a specific example of a "first threshold voltage" in this disclosure. Threshold value VLth2 corresponds to a specific example of a "second threshold voltage" in this disclosure.
このように、電力変換装置１では、第１の端子（端子Ｔ１１）および第２の端子（端子Ｔ１２）を結ぶ経路において接続ノードを介して直列に接続された第１のスイッチング素子（例えばトランジスタＳＡ）および第２のスイッチング素子（例えばトランジスタＳＢ）を有するスイッチング回路１２と、電圧生成回路２０の出力端子に導かれたアノードと、カソードとを有するダイオード３３と、ダイオード３３のカソードに導かれた一端とノードＮ１に接続された他端とを有するキャパシタ３５と、キャパシタ３５の両端間の電圧を電源電圧として用いることにより、制御回路１９から供給された制御信号（ゲート信号ＧＡ）に基づいて第１のスイッチング素子を駆動可能な駆動回路３６とを有する駆動部（例えば絶縁部３１Ａおよび駆動部３２Ａ）と設けるようにした。そして、制御回路１９は、スイッチング回路１２の動作状態を、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにオフ状態を維持する第１の動作状態、第１のスイッチング素子がオフ状態を維持し第２のスイッチング素子がスイッチング動作を行う第２の動作状態、および第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにスイッチング動作を行う第３の動作状態の順で繰り返し変化させるようにした。これにより、電力変換装置１では、エネルギー損失を低減することができる。
In this way, the
すなわち、例えば、特許文献１に記載の技術のように、バーストモードにおいて、下側のスイッチング素子のスイッチング動作を継続して行わせるとともに、上側のスイッチング素子のスイッチング動作を間欠的に行わせる場合には、下側のスイッチング素子のドライブ損失が生じるので、エネルギー損失が増加してしまう。一方、電力変換装置１では、例えば図１０において、タイミングｔ３１～ｔ３２の期間において、第２のスイッチング素子（例えばトランジスタＳＢ）のスイッチング動作を停止させ、タイミングｔ３２～ｔ３３の期間において、第２のスイッチング素子のスイッチング動作を行わせる。このタイミングｔ３２～ｔ３３の期間の時間長は、駆動部３２Ａのキャパシタ３５を充電可能な短い時間に設定することができる。これにより、トランジスタＳＢのドライブ損失を低減することができるので、エネルギー損失を低減することができる。
That is, for example, as in the technology described in
また、電力変換装置１では、図１０に示したように、制御回路１９は、スイッチング回路１２の動作状態を第１の動作状態にしてから、第２の電力端子（端子Ｔ２１，Ｔ２２）における電圧が第１のしきい電圧（しきい値ＶＬth1）より低くなるまでの時間が第２の所定時間より長い場合に、スイッチング回路１２の動作状態を、第１の動作状態、第２の動作状態、および第３の動作状態の順で変化させるようにした。すなわち、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにオフ状態を維持する第１の動作状態の期間が長い場合には、例えば駆動部３２Ａのキャパシタ３５の両端間の電圧の低下量が大きい。よって、このような場合には、制御回路１９は、スイッチング回路１２の動作状態を、第１のスイッチング素子がオフ状態を維持し第２のスイッチング素子がスイッチング動作を行う第２の動作状態にした後に、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにスイッチング動作を行う第３の動作状態にする。制御回路１９は、スイッチング回路１２の動作状態を第２の動作状態にすることにより、駆動部３２Ａのキャパシタ３５を充電することができる。これにより、電力変換装置１では、効果的にエネルギー損失を低減しつつ、キャパシタ３５を充電することができる。
In addition, in the
また、電力変換装置１では、図９に示したように、制御回路１９は、スイッチング回路１２の動作状態を第１の動作状態にしてから、第２の電力端子（端子Ｔ２１，Ｔ２２）における電圧が第１のしきい電圧（しきい値ＶＬth1）より低くなるまでの時間が第２の所定時間より短い場合に、スイッチング回路１２の動作状態を、第１の動作状態、および第３の動作状態の順で変化させるようにした。すなわち、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにオフ状態を維持する第１の動作状態の期間が短い場合には、例えば駆動部３２Ａのキャパシタ３５の両端間の電圧の低下量が小さい。よって、このような場合には、制御回路１９は、スイッチング回路１２の動作状態を、第１のスイッチング素子がオフ状態を維持し第２のスイッチング素子がスイッチング動作を行う第２の動作状態にせずに、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにスイッチング動作を行う第３の動作状態にする。これにより、電力変換装置１では、効果的にエネルギー損失を低減することができる。
In addition, in the
［効果］
以上のように本実施の形態では、第１の端子および第２の端子を結ぶ経路において接続ノードを介して直列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、電圧生成回路の出力端子に導かれたアノードと、カソードとを有するダイオードと、ダイオードのカソードに導かれた一端と接続ノードに接続された他端とを有するキャパシタと、キャパシタの両端間の電圧を電源電圧として用いることにより、制御回路から供給された制御信号に基づいて第１のスイッチング素子を駆動可能な駆動回路とを有する駆動部と設けるようにした。そして、制御回路は、スイッチング回路の動作状態を、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにオフ状態を維持する第１の動作状態、第１のスイッチング素子がオフ状態を維持し第２のスイッチング素子がスイッチング動作を行う第２の動作状態、および第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子がともにスイッチング動作を行う第３の動作状態の順で繰り返し変化させるようにした。これにより、エネルギー損失を低減することができる。
[effect]
As described above, in this embodiment, a driving unit is provided that includes a switching circuit having a first switching element and a second switching element connected in series via a connection node in a path connecting a first terminal and a second terminal, a diode having an anode and a cathode connected to an output terminal of a voltage generating circuit, a capacitor having one end connected to the cathode of the diode and the other end connected to the connection node, and a driving circuit capable of driving the first switching element based on a control signal supplied from a control circuit by using the voltage between both ends of the capacitor as a power supply voltage.Then, the control circuit repeatedly changes the operating state of the switching circuit in the order of a first operating state in which both the first switching element and the second switching element maintain an off state, a second operating state in which the first switching element maintains an off state and the second switching element performs a switching operation, and a third operating state in which both the first switching element and the second switching element perform a switching operation.This makes it possible to reduce energy loss.
本実施の形態では、制御回路は、スイッチング回路の動作状態を第１の動作状態にしてから、第２の電力端子における電圧が第１のしきい電圧より低くなるまでの時間が第２の所定時間より長い場合に、スイッチング回路の動作状態を、第１の動作状態、第２の動作状態、および第３の動作状態の順で変化させるようにしたので、効果的にエネルギー損失を低減しつつ、キャパシタ３５を充電することができる。
In this embodiment, if the time from when the switching circuit is changed to the first operating state until the voltage at the second power terminal becomes lower than the first threshold voltage is longer than a second predetermined time, the control circuit changes the switching circuit's operating state in the order of the first operating state, the second operating state, and the third operating state, so that the
また、電力変換装置１では、図９に示したように、制御回路１９は、スイッチング回路１２の動作状態を第１の動作状態にしてから、第２の電力端子における電圧が第１のしきい電圧より低くなるまでの時間が第２の所定時間より短い場合に、スイッチング回路１２の動作状態を、第１の動作状態、および第３の動作状態の順で変化させるようにしたので、電力変換装置１では、効果的にエネルギー損失を低減することができる。
In addition, as shown in FIG. 9, in the
［変形例］
上記実施の形態では、スイッチング回路１２は、４つのトランジスタＳＡ～ＳＤを有するようにしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図１１に示す電力変換装置１Ａのように、２つのトランジスタを有するようにしてもよい。電力変換装置１Ａは、電力変換装置１は、端子Ｔ１１，Ｔ１２と、電圧生成回路２０と、スイッチング回路１２Ａと、絶縁部３１Ａと、駆動部３２Ａ，３２Ｂと、キャパシタ５１，５２と、トランス１３と、整流回路１４と、平滑回路１５と、電圧センサ１８と、制御回路１９Ａと、端子Ｔ２１，Ｔ２２とを有している。スイッチング回路１２は、ハーフブリッジ型の回路であり、トランジスタＳＡ，ＳＢを有している。絶縁部３１Ａは、制御回路１９Ａから供給されたゲート信号ＧＡに基づいて、ゲート信号ＧＡと電気的に絶縁されたゲート信号ＧＡ０を生成するように構成される。駆動部３２Ａは、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および絶縁部３１Ａから供給されたゲート信号ＧＡ０に基づいて、ゲート信号ＧＡ１を生成し、このゲート信号ＧＡ１を用いてトランジスタＳＡを駆動するように構成される。駆動部３２Ｂは、電圧生成回路２０から供給された電圧Ｖ２０、および制御回路１９Ａから供給されたゲート信号ＧＢに基づいて、ゲート信号ＧＢ１を生成し、このゲート信号ＧＢ１を用いてトランジスタＳＢを駆動するように構成される。キャパシタ５１の一端は電圧線Ｌ１１に接続され、他端はノードＮ２に接続される。キャパシタ５２の一端はノードＮ２に接続され、他端は基準電圧線Ｌ１２に接続される。制御回路１９Ａは、電圧センサ１８により検出された電圧ＶＬに基づいて、スイッチング回路１２Ａの動作を制御することにより、電力変換装置１Ａの動作を制御するように構成される。
[Modification]
In the above embodiment, the switching
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。 The present invention has been described above using embodiments and modifications, but the present invention is not limited to these embodiments and can be modified in various ways.
例えば、上記実施の形態では、電力変換動作において、降圧動作を行うようにしたが、これに限定されるものではなく、昇圧動作を行うようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, a step-down operation is performed in the power conversion operation, but this is not limited to this, and a step-up operation may also be performed.
また、例えば、上記の実施の形態等における電圧生成回路２０の回路構成、スイッチング回路１２の回路構成、整流回路１４の回路構成、ゲート信号の動作波形などは、一例であり、適宜変更してもよい。
In addition, for example, the circuit configuration of the
本明細書中に記載された効果はあくまで例示であり、本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本開示に関して、他の効果が得られてもよい。 The effects described in this specification are merely examples, and the effects of the present disclosure are not limited to the effects described in this specification. Therefore, other effects may be obtained with respect to the present disclosure.
さらに、本開示は、以下の態様を取り得る。 Furthermore, the present disclosure may take the following forms:
（１）
第１の端子および第２の端子を含む第１の電力端子と、
前記第１の端子および前記第２の端子を結ぶ経路において接続ノードを介して直列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された第１の巻線と、第２の巻線とを有するトランスと、
前記第２の巻線に接続された整流回路と、
前記整流回路に接続された平滑回路と、
前記平滑回路に接続された第２の電力端子と、
前記スイッチング回路の動作を制御可能な制御回路と、
所定の電圧を生成する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路の出力端子に導かれたアノードと、カソードとを有するダイオードと、前記ダイオードのカソードに導かれた一端と前記接続ノードに接続された他端とを有するキャパシタと、前記キャパシタの両端間の電圧を電源電圧として用いることにより、前記制御回路から供給された制御信号に基づいて前記第１のスイッチング素子を駆動可能な駆動回路とを有する駆動部と
を備え、
前記制御回路は、前記スイッチング回路の動作状態を、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子がともにオフ状態を維持する第１の動作状態、前記第１のスイッチング素子がオフ状態を維持し前記第２のスイッチング素子がスイッチング動作を行う第２の動作状態、および前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子がともにスイッチング動作を行う第３の動作状態の順で繰り返し変化させることが可能である
電力変換装置。
（２）
前記制御回路は、
前記第２の電力端子における電圧が第１のしきい電圧より低くなった場合に、前記スイッチング回路の前記動作状態を前記第１の動作状態から前記第２の動作状態に変化させることが可能であり、
前記第２の電力端子における電圧が第２のしきい電圧より高くなった場合に、前記スイッチング回路の前記動作状態を前記第３の動作状態から前記第１の動作状態に変化させることが可能である
前記（１）に記載の電力変換装置。
（３）
前記制御回路は、前記スイッチング回路の前記動作状態を前記第１の動作状態から前記第２の動作状態に変化させた後、第１の所定時間が経過した場合に、前記スイッチング回路の前記動作状態を前記第２の動作状態から前記第３の動作状態に変化させることが可能である
前記（２）に記載の電力変換装置。
（４）
前記制御回路は、前記スイッチング回路の前記動作状態が前記第２の動作状態である場合には、所定のパルス幅を有する前記制御信号を前記駆動部に供給することにより、前記駆動部に前記第２のスイッチング素子を駆動させることが可能である
前記（１）から（３）のいずれかに記載の電力変換装置。
（５）
前記制御回路は、前記スイッチング回路の前記動作状態を前記第１の動作状態にしてから、前記第２の電力端子における電圧が第１のしきい電圧より低くなるまでの時間が第２の所定時間より長い場合に、前記スイッチング回路の前記動作状態を、前記第１の動作状態、前記第２の動作状態、および前記第３の動作状態の順で変化させることが可能である
前記（１）から（４）のいずれかに記載の電力変換装置。
（６）
前記制御回路は、前記スイッチング回路の前記動作状態を前記第１の動作状態にしてから、前記第２の電力端子における電圧が前記第１のしきい電圧より低くなるまでの時間が前記第２の所定時間より短い場合に、前記スイッチング回路の前記動作状態を、前記第１の動作状態、および前記第３の動作状態の順で変化させることが可能である
前記（５）に記載の電力変換装置。
（７）
前記制御回路は、前記電力変換装置の負荷が軽い場合に、前記スイッチング回路の前記動作状態を、前記第１の動作状態、前記第２の動作状態、および前記第３の動作状態の順で繰り返し変化させることが可能である
前記（１）から（６）のいずれかに記載の電力変換装置。
(1)
a first power terminal including a first terminal and a second terminal;
a switching circuit including a first switching element and a second switching element connected in series via a connection node in a path connecting the first terminal and the second terminal;
a transformer having a first winding and a second winding connected to the switching circuit;
a rectifier circuit connected to the second winding;
a smoothing circuit connected to the rectifier circuit;
a second power terminal connected to the smoothing circuit;
A control circuit capable of controlling an operation of the switching circuit;
A voltage generating circuit for generating a predetermined voltage;
a drive unit including a diode having an anode and a cathode connected to an output terminal of the voltage generating circuit, a capacitor having one end connected to the cathode of the diode and the other end connected to the connection node, and a drive circuit capable of driving the first switching element based on a control signal supplied from the control circuit by using a voltage between both ends of the capacitor as a power supply voltage,
The control circuit is capable of repeatedly changing the operating state of the switching circuit in the order of a first operating state in which the first switching element and the second switching element both maintain their off states, a second operating state in which the first switching element maintains its off state and the second switching element performs a switching operation, and a third operating state in which the first switching element and the second switching element both perform a switching operation.
(2)
The control circuit includes:
the operating state of the switching circuit is changeable from the first operating state to the second operating state when a voltage at the second power terminal falls below a first threshold voltage;
The power conversion device according to (1), wherein the operating state of the switching circuit is capable of being changed from the third operating state to the first operating state when the voltage at the second power terminal becomes higher than a second threshold voltage.
(3)
The power conversion device described in (2), wherein the control circuit is capable of changing the operating state of the switching circuit from the second operating state to the third operating state when a first predetermined time has elapsed after changing the operating state of the switching circuit from the first operating state to the second operating state.
(4)
The power conversion device according to any one of (1) to (3), wherein when the operating state of the switching circuit is the second operating state, the control circuit is capable of causing the drive unit to drive the second switching element by supplying the control signal having a predetermined pulse width to the drive unit.
(5)
The control circuit is capable of changing the operating state of the switching circuit in the order of the first operating state, the second operating state, and the third operating state when a time period from when the operating state of the switching circuit is changed to the first operating state until the voltage at the second power terminal becomes lower than a first threshold voltage is longer than a second predetermined time. The power conversion device described in any of (1) to (4).
(6)
The power conversion device described in (5), wherein the control circuit is capable of changing the operating state of the switching circuit in the order of the first operating state and then the third operating state when the time from when the operating state of the switching circuit is changed to the first operating state to when the voltage at the second power terminal becomes lower than the first threshold voltage is shorter than the second predetermined time.
(7)
The power conversion device according to any one of (1) to (6), wherein the control circuit is capable of repeatedly changing the operating state of the switching circuit in the order of the first operating state, the second operating state, and the third operating state when a load on the power conversion device is light.
１，１Ａ…電力変換装置、１２，１２Ａ…スイッチング回路、１３…トランス、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…巻線、１４…整流回路、１５…平滑回路、１６…インダクタ、１７…キャパシタ、１８…電圧センサ、１９，１９Ａ…制御回路、２０…電圧生成回路、２１…トランス、２１Ａ，２１Ｂ…巻線、２２…トランジスタ、２３…ダイオード、２４…キャパシタ、２５…電圧制御回路、３２Ａ～３２Ｄ…駆動部、３３…ダイオード、３４…抵抗素子、３５…キャパシタ、３６…駆動回路、３７…抵抗素子、４５…キャパシタ、４６…駆動回路、４７…抵抗素子、ＢＨ…バッテリ、ＣＮＴ…カウント値、ＣＮＴth…しきい値、ＤＡ～ＤＤ…ボディダイオード、ＤＴ…デューティ比、ＤＴth1，ＤＴth2…しきい値、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、ＧＡ～ＧＤ１，ＧＡ１～ＧＤ１…ゲート信号、Ｌ１１，Ｌ２１…電圧線、Ｌ１２，Ｌ２２…基準電圧線、ＬＤ…負荷、Ｎ１～Ｎ３…ノード、ＳＡ～ＳＤ…トランジスタ、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２…期間、Ｔsw…周期期間、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２…端子、ＶＬ…電圧、ＶＬth1，ＶＬth2…しきい値、Ｖtarget…目標電圧、Ｖ２０…電圧、Ｖ３５…キャパシタ電圧。
1, 1A...power conversion device, 12, 12A...switching circuit, 13...transformer, 13A, 13B, 13C...winding, 14...rectifier circuit, 15...smoothing circuit, 16...inductor, 17...capacitor, 18...voltage sensor, 19, 19A...control circuit, 20...voltage generation circuit, 21...transformer, 21A, 21B...winding, 22...transistor, 23...diode, 24...capacitor, 25...voltage control circuit, 32A to 32D...drive unit, 33...diode, 34...resistance element, 35...capacitor, 36...drive circuit, 37...resistance element, 45...capacitor, 46...drive circuit, 47...resistance element, BH...battery, CNT...count value, CNTth...threshold value, DA to DD...body diodes, DT...duty ratio, DTth1, DTth2...threshold value, D1, D2...diodes, GA to GD1, GA1 to GD1...gate signal, L11, L21...voltage line, L12, L22...reference voltage line, LD...load, N1 to N3...nodes, SA to SD...transistors, T, T1, T2...period, Tsw...cycle period, T11, T12, T21, T22...terminals, VL...voltage, VLth1, VLth2...threshold value, Vtarget...target voltage, V20...voltage, V35...capacitor voltage.
Claims (7)
前記第１の端子および前記第２の端子を結ぶ経路において接続ノードを介して直列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された第１の巻線と、第２の巻線とを有するトランスと、
前記第２の巻線に接続された整流回路と、
前記整流回路に接続された平滑回路と、
前記平滑回路に接続された第２の電力端子と、
前記スイッチング回路の動作を制御可能な制御回路と、
所定の電圧を生成する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路の出力端子に導かれたアノードと、カソードとを有するダイオードと、前記ダイオードのカソードに導かれた一端と前記接続ノードに接続された他端とを有するキャパシタと、前記キャパシタの両端間の電圧を電源電圧として用いることにより、前記制御回路から供給された制御信号に基づいて前記第１のスイッチング素子を駆動可能な駆動回路とを有する駆動部と
を備え、
前記制御回路は、前記スイッチング回路の動作状態を、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子がともにオフ状態を維持する第１の動作状態、前記第１のスイッチング素子がオフ状態を維持し前記第２のスイッチング素子がスイッチング動作を行う第２の動作状態、および前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子がともにスイッチング動作を行う第３の動作状態の順で繰り返し変化させることが可能である
電力変換装置。 a first power terminal including a first terminal and a second terminal;
a switching circuit including a first switching element and a second switching element connected in series via a connection node in a path connecting the first terminal and the second terminal;
a transformer having a first winding and a second winding connected to the switching circuit;
a rectifier circuit connected to the second winding;
a smoothing circuit connected to the rectifier circuit;
a second power terminal connected to the smoothing circuit;
A control circuit capable of controlling an operation of the switching circuit;
A voltage generating circuit for generating a predetermined voltage;
a drive unit including a diode having an anode and a cathode connected to an output terminal of the voltage generating circuit, a capacitor having one end connected to the cathode of the diode and the other end connected to the connection node, and a drive circuit capable of driving the first switching element based on a control signal supplied from the control circuit by using a voltage between both ends of the capacitor as a power supply voltage,
The control circuit is capable of repeatedly changing the operating state of the switching circuit in the order of a first operating state in which the first switching element and the second switching element both maintain their off states, a second operating state in which the first switching element maintains its off state and the second switching element performs a switching operation, and a third operating state in which the first switching element and the second switching element both perform a switching operation.
前記第２の電力端子における電圧が第１のしきい電圧より低くなった場合に、前記スイッチング回路の前記動作状態を前記第１の動作状態から前記第２の動作状態に変化させることが可能であり、
前記第２の電力端子における電圧が第２のしきい電圧より高くなった場合に、前記スイッチング回路の前記動作状態を前記第３の動作状態から前記第１の動作状態に変化させることが可能である
請求項１に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
the operating state of the switching circuit is changeable from the first operating state to the second operating state when a voltage at the second power terminal falls below a first threshold voltage;
2. The power conversion device according to claim 1, wherein the operating state of the switching circuit is capable of changing from the third operating state to the first operating state when the voltage at the second power terminal becomes higher than a second threshold voltage.
請求項２に記載の電力変換装置。 3. The power conversion device according to claim 2, wherein the control circuit is capable of changing the operating state of the switching circuit from the second operating state to the third operating state when a first predetermined time has elapsed after changing the operating state of the switching circuit from the first operating state to the second operating state.
請求項１に記載の電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1, wherein when the operating state of the switching circuit is the second operating state, the control circuit is capable of causing the drive unit to drive the second switching element by supplying the control signal having a predetermined pulse width to the drive unit.
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。 5. The power conversion device according to claim 1 , wherein the control circuit is capable of changing the operating state of the switching circuit in the order of the first operating state, the second operating state, and the third operating state when a time period from when the operating state of the switching circuit is changed to the first operating state until the voltage at the second power terminal becomes lower than a first threshold voltage is longer than a second predetermined time period.
請求項５に記載の電力変換装置。 6. The power conversion device according to claim 5, wherein the control circuit is capable of changing the operating state of the switching circuit in the order of the first operating state and then the third operating state when a time from when the operating state of the switching circuit is changed to the first operating state until the voltage at the second power terminal becomes lower than the first threshold voltage is shorter than the second predetermined time.
請求項１に記載の電力変換装置。
2. The power conversion device according to claim 1, wherein the control circuit is capable of repeatedly changing the operating state of the switching circuit in the order of the first operating state, the second operating state, and the third operating state when a load of the power conversion device is light.
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