JP7329971B2 - converter - Google Patents
converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP7329971B2 JP7329971B2 JP2019107525A JP2019107525A JP7329971B2 JP 7329971 B2 JP7329971 B2 JP 7329971B2 JP 2019107525 A JP2019107525 A JP 2019107525A JP 2019107525 A JP2019107525 A JP 2019107525A JP 7329971 B2 JP7329971 B2 JP 7329971B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- converter
- switching elements
- section
- output mode
- side switching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
本発明は、コンバータに関する。 The present invention relates to converters.
近年、電動バイクやEVなどバッテリを備えた様々な電子機器が普及してきており、電動バイクのバッテリ(50Vのバッテリ)とEVのバッテリ(500又は1000Vのバッテリ)のように必要とされる電圧が大きく異なる電子機器に対応可能なコンバータ(電源)が求められている。 In recent years, various electronic devices equipped with batteries such as electric motorcycles and EVs have become popular. There is a demand for converters (power supplies) that are compatible with widely different electronic devices.
しかしながら、入力電圧を所定の出力電圧に変換するコンバータ(コンバータ部)は、出力可能な電圧の範囲が限られている。このため、出力電圧の大きさを元の入力電圧から大きく変えた電圧に変えようとするとコンバータ部の後段に追加のコンバータ部を搭載する等の対応をする必要がある。このようなコンバータとしては、例えば以下のようなコンバータ(従来のコンバータ900)が考えられる。 However, a converter (converter section) that converts an input voltage into a predetermined output voltage has a limited range of output voltage. Therefore, if an attempt is made to change the magnitude of the output voltage from the original input voltage to a voltage that is greatly changed, it is necessary to take measures such as mounting an additional converter section after the converter section. As such a converter, for example, the following converter (conventional converter 900) is conceivable.
図11は、従来のコンバータ900を示す図である。図11中、符号Vinは入力端子を示し、Voutは出力端子を示し、C3は入力コンデンサを示し、C4は出力コンデンサを示す。
従来のコンバータ900は、図11に示すように、1次巻線T1-1及び2次巻線T1-2を有するトランスT1、トランスT1の1次巻線T1-1側に接続され、スイッチング素子Q1、Q2でブリッジ回路が構成されている1次側スイッチ部SW1、及び、1次巻線T1-1と直列に接続されている共振コンデンサC1及び共振インダクタL1を有するコンバータ部910と、コンバータ部910のトランスT1の2次巻線T1-2側に接続され、4つのダイオードD1、D2、D3及びD4でブリッジ回路が構成された整流部930と、整流部930の後段に設けられ、スイッチング素子Q7、ダイオードD5及びインダクタL3で昇圧チョッパ回路を構成する追加のコンバータ部960とを備える。
FIG. 11 is a diagram showing a
As shown in FIG. 11, a
従来のコンバータ900によれば、追加のコンバータ部960を備えるため、追加のコンバータ部960をデューティ制御することにより、出力電圧を入力電圧から大きく変えることができる。
According to the
なお、特許文献1には、追加のコンバータ部として、昇圧チョッパ回路の代わりにコイル及びコンデンサで構成される高圧バッテリ型フィルタ部を備え、当該高圧バッテリ型フィルタ部で昇圧するコンバータが開示されている。
Note that
しかしながら、従来のコンバータ900においては、追加のコンバータ部960を準備する必要があるため、部品が占める面積が大きくなり、コンバータ(電源)を小型化することが難しい、という問題があった。
However, in the
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、広範囲の出力電圧に対応可能でありながら、小型化することが可能なコンバータを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a compact converter capable of handling a wide range of output voltages while solving the above-described problems.
[1]本発明のコンバータは、低電圧出力モードと、中電圧出力モードと、高電圧出力モードとを切り替えて実施することにより所望の出力電圧を出力する絶縁共振型のコンバータであって、1次巻線及び2次巻線を有するトランス、前記トランスの1次巻線側に接続され、1次側スイッチング素子でブリッジ回路が構成されている1次側スイッチ部、及び、前記1次巻線と直列に接続されている共振コンデンサをそれぞれ有し、並列に接続された2つのコンバータ部であって、それぞれの前記2次巻線が互いに直列に接続された第1及び第2のコンバータ部と、前記第1及び第2のコンバータ部の各トランスの前記2次巻線側に接続され、ハイサイドに接続された2つのダイオードとローサイドに接続された2つの2次側スイッチング素子とでブリッジ回路が構成され、直列に接続された2つの前記2次巻線が、前記2つのダイオード、及び、前記2つの2次側スイッチング素子とそれぞれ並列に接続された整流部と、前記中電圧出力モード及び前記高電圧出力モードにおいては、前記第1のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子と、前記第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子とのオンオフタイミングを同期させ、前記低電圧出力モードにおいては、前記第1のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子の制御電圧の位相と、前記第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子の制御電圧の位相との間に位相差が生じるように前記第1及び第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子のオンオフタイミングを制御する1次側制御部と、前記低電圧出力モード及び前記中電圧出力モードにおいては、前記整流部の前記2次側スイッチング素子をオフにし、前記高電圧出力モードにおいては、前記第1及び第2のコンバータ部の1次側スイッチング素子がオンするタイミングに同期して前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子のうちの少なくともいずれかを所定時間オンするように前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子を制御する2次側制御部とを備えることを特徴とする。 [1] A converter of the present invention is an isolated resonant converter that outputs a desired output voltage by switching between a low voltage output mode, a medium voltage output mode, and a high voltage output mode, comprising: A transformer having a primary winding and a secondary winding, a primary side switch unit connected to the primary winding side of the transformer and configured to form a bridge circuit with primary side switching elements, and the primary winding two converter sections connected in parallel, each having a resonant capacitor connected in series with the , a bridge circuit connected to the secondary winding side of each transformer of the first and second converter sections and comprising two diodes connected to the high side and two secondary side switching elements connected to the low side; is configured, and the two secondary windings connected in series are connected in parallel with the two diodes and the two secondary side switching elements respectively; In the high voltage output mode, on/off timings of the primary side switching element of the first converter section and the primary side switching element of the second converter section are synchronized, and in the low voltage output mode, is such that a phase difference occurs between the phase of the control voltage of the primary side switching element of the first converter section and the phase of the control voltage of the primary side switching element of the second converter section. a primary-side control unit for controlling on/off timing of the primary-side switching elements of the first and second converter units; side switching elements are turned off, and in the high voltage output mode, the two secondary side switching elements of the rectifying section are turned on in synchronization with the timing when the primary side switching elements of the first and second converter sections are turned on. a secondary side control section that controls the two secondary side switching elements of the rectifying section so that at least one of them is turned on for a predetermined time.
[2]本発明のコンバータにおいては、前記低電圧出力モードにおいて、前記1次側制御部は、前記第1のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子の制御電圧の位相と前記第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子の制御電圧の位相との間の位相差を調整することにより前記出力電圧を制御することが好ましい。 [2] In the converter of the present invention, in the low voltage output mode, the primary side control section controls the phase of the control voltage of the primary side switching element of the first converter section and the phase of the control voltage of the primary side switching element of the second converter section. Preferably, the output voltage is controlled by adjusting the phase difference between the phase of the control voltage of the primary side switching element and the phase of the control voltage of the primary side switching element.
[3]本発明のコンバータにおいては、前記高電圧出力モードにおいて、前記2次側制御部は、前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子のうちの少なくともいずれかをオンする時間を調整することにより前記出力電圧を制御することが好ましい。 [3] In the converter of the present invention, in the high voltage output mode, the secondary side control section adjusts the time to turn on at least one of the two secondary side switching elements of the rectifying section. Preferably, the output voltage is controlled by:
[4]本発明のコンバータにおいては、前記高電圧出力モードにおいて、前記2次側制御部は、前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子が同期して所定時間オンするように前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子を制御することが好ましい。 [4] In the converter of the present invention, in the high voltage output mode, the secondary side control section controls the rectification section so that the two secondary side switching elements of the rectification section are synchronously turned on for a predetermined period of time. Preferably, the two secondary side switching elements of are controlled.
[5]本発明のコンバータにおいては、前記高電圧出力モードにおいて、前記2次側制御部は、前記第1及び第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子がオンするタイミングに同期して前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子のうちの一方をオンさせ、所定時間オン状態にするとともに、前記第1及び第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子に同期して前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子のうちの他方をオンし、これを交互に繰り返すように前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子を制御することが好ましい。 [5] In the converter of the present invention, in the high-voltage output mode, the secondary-side control section controls the above-described One of the two secondary side switching elements of the rectifying section is turned on and kept on for a predetermined time, and the rectifying section is synchronized with the primary side switching elements of the first and second converter sections. It is preferable to turn on the other of the two secondary side switching elements of the rectifying section and control the two secondary side switching elements of the rectifying section so as to alternately repeat this.
[6]本発明のコンバータにおいては、前記1次側スイッチ部においては、前記1次側スイッチング素子でハーフブリッジ回路が構成されていることが好ましい。 [6] In the converter of the present invention, it is preferable that the primary side switching elements form a half bridge circuit in the primary side switch section.
[7]本発明のコンバータにおいては、前記1次側スイッチ部においては、前記1次側スイッチング素子でフルブリッジ回路が構成されていることが好ましい。 [7] In the converter of the present invention, it is preferable that the primary side switching elements form a full bridge circuit in the primary side switch section.
[8]本発明のコンバータにおいて、前記第1及び第2のコンバータ部は、前記1次巻線と直列に接続されているインダクタをさらに有し、前記第1及び第2のコンバータ部においては、前記インダクタ、前記共振コンデンサ及び前記1次巻線で共振回路を構成することが好ましい。 [8] In the converter of the present invention, the first and second converter sections further include an inductor connected in series with the primary winding, and the first and second converter sections each include: It is preferable that the inductor, the resonant capacitor and the primary winding form a resonant circuit.
[9]本発明のコンバータにおいては、前記第1及び第2のコンバータ部において、寄生インダクタ、前記共振コンデンサ及び前記1次巻線で共振回路を構成することが好ましい。 [9] In the converter of the present invention, it is preferable that the parasitic inductor, the resonant capacitor and the primary winding form a resonant circuit in the first and second converter sections.
本発明のコンバータによれば、中電圧出力モードにおいて、1次側制御部は、第1及び第2のコンバータ部の入力側スイッチング素子のオンオフタイミングを同期させ、2次側制御部は、整流部の出力側スイッチング素子をオフにするため、従来の電流共振型のコンバータ900と同様に、出力可能な電圧の範囲において周波数制御を行うことで所定の出力範囲内で所望の出力電圧を出力することができる。
According to the converter of the present invention, in the medium voltage output mode, the primary side control section synchronizes the on/off timings of the input side switching elements of the first and second converter sections, and the secondary side control section synchronizes the rectification section. In order to turn off the switching element on the output side, a desired output voltage is output within a predetermined output range by performing frequency control within the range of voltage that can be output, as in the conventional current
また、本発明のコンバータによれば、低電圧出力モードにおいて、1次側制御部は、第1のコンバータ部の入力側スイッチング素子の制御電圧の位相と、第2のコンバータ部の入力側スイッチング素子の制御電圧の位相との間に位相差が生じるように第1及び第2のコンバータ部の入力側スイッチング素子のオンオフタイミングを制御し、2次側制御部は、整流部の出力側スイッチング素子をオフにするため、第1及び第2のコンバータ部の各トランスの2次巻線において逆電圧区間を発生させて出力電圧を低くすることができる。その結果、比較的低電圧の出力電圧を出力することができる。 Further, according to the converter of the present invention, in the low voltage output mode, the primary side control section controls the phase of the control voltage of the input side switching element of the first converter section and the phase of the control voltage of the input side switching element of the second converter section. The on/off timing of the input-side switching elements of the first and second converter units is controlled so that a phase difference occurs between the phase of the control voltage of the secondary-side control unit and the output-side switching element of the rectifier unit. For turning off, a reverse voltage section can be generated in the secondary winding of each transformer of the first and second converter sections to lower the output voltage. As a result, a relatively low output voltage can be output.
また、本発明のコンバータによれば、高電圧出力モードにおいて、1次側制御部は、第1及び第2のコンバータ部の入力側スイッチング素子のオンオフタイミングを同期させ、2次側制御部は、第1及び第2のコンバータ部の入力側スイッチング素子がオンするタイミングに同期して整流部の2つの出力側スイッチング素子のうちの少なくともいずれかを所定時間オンするように整流部の2つの出力側スイッチング素子を制御するため、当該所定期間のみ、整流部が昇圧チョッパ動作を行うことができ、出力電圧を高くすることができる。その結果、比較的高電圧において所望の出力電圧を出力することができる。 Further, according to the converter of the present invention, in the high voltage output mode, the primary side control section synchronizes the on/off timings of the input side switching elements of the first and second converter sections, and the secondary side control section: The two output sides of the rectifying section so that at least one of the two output side switching elements of the rectifying section is turned on for a predetermined time in synchronization with the timing when the input side switching elements of the first and second converter sections are turned on. Since the switching element is controlled, the rectifying section can perform the boost chopper operation only for the predetermined period, and the output voltage can be increased. As a result, a desired output voltage can be output at a relatively high voltage.
従って、本発明のコンバータによれば、上記した構成とすることにより、低電圧出力モードと、中電圧出力モードと、高電圧出力モードとを切り替えて実施することができるため、広範囲の出力電圧に対応可能なコンバータとなる。 Therefore, according to the converter of the present invention, by adopting the configuration described above, it is possible to switch between the low voltage output mode, the medium voltage output mode, and the high voltage output mode. A compatible converter.
また、本発明のコンバータによれば、上記した構成とすることにより、絶縁型コンバータの後段に非絶縁チョッパ回路を搭載することなく、低電圧出力モードと、中電圧出力モードと、高電圧出力モードとを切り替えて実施することができるため、広範囲の出力電圧に対応可能なコンバータでありながら、小型化することが可能なコンバータとなる。 Further, according to the converter of the present invention, with the configuration described above, the low-voltage output mode, the medium-voltage output mode, and the high-voltage output mode can be achieved without mounting a non-isolated chopper circuit in the subsequent stage of the isolated converter. and can be implemented by switching between them, the converter can be downsized while being compatible with a wide range of output voltages.
以下、本発明のコンバータについて、図に示す実施形態に基づいて説明する。以下に説明する各実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。各実施形態においては、基本的な構成、特徴、機能等が同じ構成、要素については、実施形態をまたいで同じ符号を使用するとともに再度の説明を省略することがある。 Hereinafter, the converter of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. Each embodiment described below does not limit the invention according to the scope of claims. Also, not all of the elements and their combinations described in each embodiment are essential to the solution of the present invention. In each embodiment, the same reference numerals may be used across the embodiments for configurations and elements having the same basic configuration, features, functions, etc., and repetitive descriptions may be omitted.
[実施形態1]
1.実施形態1に係るコンバータ1の構成
図1は、実施形態1に係るコンバータ1の回路図を示す図である。
実施形態1に係るコンバータ1は、低電圧出力モードと、中電圧出力モードと、高電圧出力モードとを切り替えて実施することにより所望の出力電圧を出力する絶縁共振型のコンバータである。
実施形態1に係るコンバータ1は、図1に示すように、第1のコンバータ部10と、第2のコンバータ部20と、整流部30と、1次側制御部40と、2次側制御部50とを備える。
[Embodiment 1]
1. Configuration of
FIG. 1 is a diagram showing a circuit diagram of a
The
As shown in FIG. 1, the
第1のコンバータ部10は、1次巻線T1-1及び2次巻線T1-2を有するトランスT1、トランスT1の1次巻線T1-1側に接続され、スイッチング素子(1次側スイッチング素子)Q1、Q2でハーフブリッジ回路が構成されている1次側スイッチ部SW1、及び、1次巻線T1-1と直列に接続されている共振コンデンサC1及び共振インダクタL1を有する電流共振型のコンバータ部である。1次巻線T1-1、共振コンデンサC1及び共振インダクタL1でLLC方式の共振回路が構成されている。なお、1次巻線T1-1、共振コンデンサC1及び共振インダクタL1の順序は任意である。
The
第2のコンバータ部20は、1次巻線T2-1及び2次巻線T2-2を有するトランスT2、トランスT2の1次巻線T2-1側に接続され、スイッチング素子(1次側スイッチング素子)Q3、Q4でハーフブリッジ回路が構成されている1次側スイッチ部SW2、及び、1次巻線T2-1と直列に接続されている共振コンデンサC2及び共振インダクタL2を有する電流共振型のコンバータ部である。1次巻線T2-1、共振コンデンサC2及び共振インダクタL2でLLC方式の共振回路が構成されている。なお、1次巻線T2-1、共振コンデンサC2及び共振インダクタL2の順序は任意である。
The
第1のコンバータ部10及び第2のコンバータ部20は、入力端子Vinに対して並列に接続されており、1次側スイッチ部SW1、SW2が入力端子Vinと接続されている。入力端子Vin側に入力コンデンサC3が接続されている。また、それぞれの2次巻線T1-2、T2-2が互いに直列に接続されている。
なお、実施形態1において、スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4、Q5及びQ6は、MOSFETを用いるが、IGBT等その他適宜のスイッチング素子を用いてもよい。
The
In the first embodiment, the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 and Q6 use MOSFETs, but other suitable switching elements such as IGBTs may be used.
整流部30は、第1のコンバータ部10及び第2のコンバータ部20の各トランスT1、T2の2次巻線T1-2、T2-2側に接続され、ハイサイドに接続された2つのダイオードD1、D2とローサイドに接続された2つのスイッチング素子(2次側スイッチング素子)Q5、Q6とでブリッジ回路が構成され、直列に接続された2つの2次巻線T1-2、T2-2が、2つのダイオードD1、D2、及び、2つのスイッチング素子Q5、Q6とそれぞれ並列に接続されている。2つのダイオードD1、D2のカソード電極間においては出力端子Vout(以下、出力電圧をVoutということもある)と接続されており、2つのスイッチング素子Q5、Q6間においては接地(接地端子と接続)されている。出力端子Voutと出力側の他方の端子(例えば、接地端子)との間においては、出力コンデンサC4が接続されている。
The rectifying
整流部30は、2つのスイッチング素子Q5、Q6がオフのときには、フルブリッジの整流回路として機能し、2つのスイッチング素子Q5、Q6がオンのときには昇圧チョッパ回路及び整流回路として機能する。
The rectifying
1次側制御部40は、第1のコンバータ部10のスイッチング素子Q1、Q2、及び、第2のコンバータ部20のスイッチング素子Q3、Q4のオンオフを制御する。具体的には、中電圧出力モード及び高電圧出力モードにおいては、スイッチング素子Q1(Q2)と、スイッチング素子Q3(Q4)を同期させ(位相差0で同時にオンオフさせ)、低電圧出力モードにおいては、スイッチング素子Q1(Q2)の位相と、スイッチング素子Q3(Q4)の位相との間に位相差が生じるようスイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4のオンオフを制御する。
The primary-
2次側制御部50は、整流部30のスイッチング素子Q5、Q6のオンオフを制御する。具体的には、低電圧出力モード及び中電圧出力モードにおいては、スイッチング素子Q5、Q6をオフにし、高電圧出力モードにおいては、スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4がオンするタイミングに同期して2つのスイッチング素子Q5、Q6の両方を所定時間オンするように制御する。
The secondary
2.実施形態1に係るコンバータ1の動作
次に、実施形態1に係るコンバータ1の動作について説明する。実施形態1に係るコンバータ1は、出力端子と接続される対象物によって低電圧出力モードと、中電圧出力モードと、高電圧出力モードとを切り替えて実施する(例えばバッテリが必要な電圧によって各出力モードを切り替えて実施する)。
2. Operation of
(1)中電圧出力モード(同相モード)
まず、中電圧出力モード(同相モード)について説明する。
図2は、実施形態1における中電圧出力モード(同相モード)の波形図である。図2において、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6はスイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6のゲート電圧波形を示し、VT1はトランスT1の2次巻線T1-2の電圧を示し、VT2はトランスT2の2次巻線T2-2の電圧を示し、VT1+VT2は2次巻線T1-2の電圧と2次巻線T2-2の電圧を足し合わせた電圧を示し、Voutは出力電圧を示す(以下、図4、6、7、10において同じ)。
また、時刻t1、t9はスイッチング素子Q2がオフになるタイミングを示し、時刻t2、t10はスイッチング素子Q1がオンになるタイミングを示し、時刻t5、t13はスイッチング素子Q1がオフになるタイミングを示し、時刻t6、t14はスイッチング素子Q2がオンになるタイミングを示す(以下、図4、6、7、10において同じ)。
図3は、実施形態1における中電圧出力モード(同相モード)を説明するために示す回路図である。図3(a)はスイッチング素子Q1、Q3がオン、Q2、Q4がオフのときの負荷電流及び励磁電流を説明するために示す回路図であり、図3(b)はスイッチング素子Q1、Q3がオフ、Q2、Q4がオンのときの負荷電流及び励磁電流を説明するために示す回路図である。
(1) Medium voltage output mode (common mode)
First, the middle voltage output mode (common mode) will be described.
FIG. 2 is a waveform diagram of a medium voltage output mode (common mode) in the first embodiment. In FIG. 2, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 represent gate voltage waveforms of switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6, and VT1 represents the voltage of secondary winding T1-2 of transformer T1. V T2 denotes the voltage of the secondary winding T2-2 of the transformer T2, and V T1 +V T2 is the sum of the voltage of the secondary winding T1-2 and the voltage of the secondary winding T2-2. , and Vout indicates the output voltage (the same applies to FIGS. 4, 6, 7, and 10 below).
Further, times t1 and t9 indicate timings at which the switching element Q2 is turned off, times t2 and t10 indicate timings at which the switching element Q1 is turned on, times t5 and t13 indicate timings at which the switching element Q1 is turned off, Times t6 and t14 indicate timings at which the switching element Q2 is turned on (the same applies hereinafter to FIGS. 4, 6, 7, and 10).
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the middle voltage output mode (common mode) in the first embodiment. FIG. 3(a) is a circuit diagram for explaining the load current and excitation current when switching elements Q1 and Q3 are on and Q2 and Q4 are off, and FIG. 3(b) is a circuit diagram showing switching elements Q1 and Q3 FIG. 4 is a circuit diagram for explaining load current and exciting current when Q2 and Q4 are off and on;
中電圧出力モードは、第1のコンバータ部10のスイッチング素子Q1(Q2)と第2のコンバータ部20のスイッチング素子Q3(Q4)とを同期させて周波数制御を行うモードである。
The medium voltage output mode is a mode in which switching element Q1 (Q2) of
(1-1)Q1、Q3オン、Q2、Q4オフの場合
まず、図2に示すように、時刻t1においてスイッチング素子Q2、Q4がオフになり、時刻t2において、スイッチング素子Q1、Q3がオンになったとすると、図3(a)実線に示すように、1次側の第1のコンバータ部10においては、入力端子Vinからスイッチング素子Q1、共振インダクタL1、共振コンデンサC1、1次巻線T1-1を経由して入力端子の接地端子に戻る経路で負荷電流が流れる。これに対応して2次側においては、図3(a)の実線で示すような負荷電流が流れる。このとき、入力コンデンサC3からスイッチング素子Q1、共振インダクタL1、共振コンデンサC1、1次巻線T1-1を経由して入力コンデンサC3に戻る励磁電流が生じる(図3(a)一点鎖線参照。)。
また、第2のコンバータ部20においても同様に、入力端子Vinからスイッチング素子Q2、共振インダクタL2、共振コンデンサC2、1次巻線T2-1を経由して入力端子の接地側端子に戻る経路で負荷電流が流れる(図3(a)実線参照)。これに対応して2次側において、第1のコンバータ部の2次巻線T1-2とT2-2は同じ方向に、負荷電流が流れる(図3(a)実線参照。)。このとき、入力コンデンサC3からスイッチング素子Q3、共振インダクタL2、共振コンデンサC2、1次巻線T2-1を経由して入力コンデンサC3に戻る励磁電流が生じる(図3(a)一点鎖線参照。)。
(1-1) Q1, Q3 ON, Q2, Q4 OFF First, as shown in FIG. 2, switching elements Q2, Q4 are turned off at time t1, and switching elements Q1, Q3 are turned on at time t2 3A, in the
Similarly, in the
(1-2)Q1、Q3オフ、Q2、Q4オンの場合
やがて、LLC共振が終了すると励磁電流(図3(a)一点鎖線参照。)のみが残り、スイッチング素子Q1、Q3をオフにする(時刻t5)と、第1のコンバータ部10においては、共振コンデンサC1、1次巻線T1-1、スイッチング素子Q2の寄生ダイオード、共振インダクタL1を経由して共振コンデンサC1に戻る励磁電流が生じる(図3(b)一点鎖線参照。)。また、第2のコンバータ部20においても、共振コンデンサC2-1次巻線T2-1-スイッチング素子Q4の寄生ダイオード―共振インダクタL2を通って共振コンデンサC2に戻る励磁電流が生じる(図3(b)一点鎖線参照。)。
(1-2) When Q1 and Q3 are off and Q2 and Q4 are on Eventually, when the LLC resonance ends, only the excitation current (see the dashed line in FIG. 3(a)) remains, turning off the switching elements Q1 and Q3 ( At time t5), in the
次に、時刻t6において、スイッチング素子Q2、Q4をオンする。すると、今度は共振コンデンサC1、共振インダクタL1、スイッチング素子Q2、1次巻線T1-1を経由して共振コンデンサC1に流れる負荷電流が流れる(図3(b)実線参照。)。また、第2のコンバータ部20においても、共振コンデンサC2-共振インダクタL2―スイッチング素子Q4-1次巻線T2-1-共振コンデンサC2に流れる負荷電流が流れる(図3(b)実線参照。)。
Next, at time t6, switching elements Q2 and Q4 are turned on. Then, a load current flows through the resonant capacitor C1 through the resonant capacitor C1, the resonant inductor L1, the switching element Q2, and the primary winding T1-1 (see the solid line in FIG. 3(b)). Also in the
これに伴い、2次側において、2次巻線T1-2、T2-2には同じ向き(図2(b)の下側方向)に向かって負荷電流が流れる。 Accordingly, on the secondary side, the load current flows in the same direction (downward direction in FIG. 2B) in the secondary windings T1-2 and T2-2.
すなわち、上記(1-1)及び(1-2)からわかるように、2つのコンバータ部10、20の両方によって2次側に同じ方向に電流が流れるような電圧が発生するため、ダイオードD1に印加される電圧は、第1のコンバータ部10の2次巻線T1-2の電圧VT1と、第2のコンバータ部20の2次巻線T2-2の電圧VT2とを足し合わせた値となる。
That is, as can be seen from (1-1) and (1-2) above, both the two
中電圧出力モードにおいては第1のコンバータ部10と第2のコンバータ部20とを並列に接続させた他は従来の電流共振コンバータと同様の動作をする。従って、周波数制御を行うことにより所定の範囲内で所望の出力電圧(例えば、所定の電圧V0)を出力することができる。
In the middle voltage output mode, the operation is similar to that of the conventional current resonance converter except that the
(2)低電圧出力モード(位相シフトモード)
低電力出力モードは、第1のコンバータ部10と第2のコンバータ部20との間に位相差を設け、トランスの2次巻線側で逆電圧期間を設けることで、出力電圧を低く出力するモードである。まずは、説明を容易にするために第1のコンバータ部10と第2のコンバータ部20の位相差が90°である場合について説明する。
(2) Low voltage output mode (phase shift mode)
In the low power output mode, a phase difference is provided between the
図4は、実施形態1における低電圧出力モード(位相シフトモード)においてスイッチング素子Q1とQ3(Q2とQ4)の位相差が90°の場合の波形図である。図4において、時刻t3、t12はスイッチング素子Q4がオフになるタイミングを示し、時刻t4、t13はスイッチング素子Q3がオンになるタイミングを示し、時刻t7、t15はスイッチング素子Q3がオフになるタイミングを示し、時刻t8、t16はスイッチング素子Q4がオンになるタイミングを示す。
図5は、実施形態1における低電圧出力モード(位相シフトモード)において位相差が90°の場合を説明するために示す回路図である。図5(a)はスイッチング素子Q1、Q4がオン、Q2、Q3がオフのときの負荷電流及び励磁電流を説明するために示す回路図であり、図5(b)はスイッチング素子Q1、Q4がオフ、Q2、Q3がオンのときの負荷電流及び励磁電流を説明するために示す回路図である。
FIG. 4 is a waveform diagram when the phase difference between the switching elements Q1 and Q3 (Q2 and Q4) is 90° in the low voltage output mode (phase shift mode) in the first embodiment. In FIG. 4, times t3 and t12 indicate timings at which the switching element Q4 is turned off, times t4 and t13 indicate timings at which the switching element Q3 is turned on, and times t7 and t15 indicate timings at which the switching element Q3 is turned off. , and times t8 and t16 indicate the timings at which the switching element Q4 is turned on.
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a case where the phase difference is 90° in the low voltage output mode (phase shift mode) according to the first embodiment. FIG. 5(a) is a circuit diagram showing the load current and excitation current when switching elements Q1 and Q4 are on and Q2 and Q3 are off, and FIG. 5(b) is a circuit diagram showing switching elements Q1 and Q4 FIG. 4 is a circuit diagram for explaining load current and exciting current when Q2 and Q3 are off and Q3 is on;
(2-1)時刻t2~t3
時刻t1において、スイッチング素子Q2がオフになり、時刻t2において、スイッチング素子Q1がオンすると、図5(a)実線に示すように、1次側の第1のコンバータ部10においては、入力端子Vinからスイッチング素子Q1、共振インダクタL1、共振コンデンサC1、1次巻線T1-1を経由して入力端子の接地端子に戻る経路で負荷電流が流れる。これに対応して2次側においては、図5(a)の実線で示すような負荷電流が流れる。このとき、入力コンデンサC3からスイッチング素子Q1、共振インダクタL1、共振コンデンサC1、1次巻線T1-1を経由して入力コンデンサC3に戻る励磁電流が生じる(図5(a)一点鎖線参照。)。
(2-1) Time t2-t3
At time t1, the switching element Q2 is turned off, and at time t2, when the switching element Q1 is turned on, as shown by the solid line in FIG. A load current flows through the switching element Q1, the resonance inductor L1, the resonance capacitor C1, the primary winding T1-1, and back to the ground terminal of the input terminal. Correspondingly, on the secondary side, a load current flows as indicated by the solid line in FIG. 5(a). At this time, an exciting current is generated from the input capacitor C3 that returns to the input capacitor C3 via the switching element Q1, the resonant inductor L1, the resonant capacitor C1, and the primary winding T1-1 (see the dashed line in FIG. 5(a)). .
一方、第2のコンバータ部20においては、第1のコンバータ部10とは位相差があるため、スイッチング素子Q3がオフ、スイッチング素子Q4がオンであり、共振コンデンサC2-1次巻線T2-1―スイッチング素子Q4-共振インダクタL2-共振コンデンサC2に流れる負荷電流が流れる(図5(a)実線参照。)。これに伴い、第2のコンバータ部20の2次側において、2次巻線T2-2は、第1のコンバータ部10における2次巻線T1-2とは逆向き(図5(a)の下側方向。破線矢印参照。)に向かって負荷電流が流れる。
On the other hand, in the
従って、2次巻線T1-2と2次巻線T2-2とでは負荷電流が流れる向きが逆になるため、逆電圧区間を発生させることとなり、打ち消しあって出力電圧を低くすることができる(図4のVout参照。)。なお、出力電圧Voutは整流され、直流変換されて出力されており、所定の電圧V0よりも低い電圧を出力する。
そして、時刻t3において、スイッチング素子Q4をオフにする。
Therefore, since the load currents flow in the secondary winding T1-2 and the secondary winding T2-2 in opposite directions, a reverse voltage section is generated, and the output voltage can be lowered by canceling each other. (See Vout in FIG. 4). It should be noted that the output voltage Vout is rectified, DC-converted and output, and a voltage lower than the predetermined voltage V0 is output.
Then, at time t3, the switching element Q4 is turned off.
(2-2)時刻t4~t5
次に、時刻t4において、スイッチング素子Q1、Q2をそのままに(Q1:オン、Q2:オフ)、スイッチング素子Q3をオンにすると(Q4はオフ)、上記した中電圧出力モードの(1-1)の場合と同様の動作を行う(図3(a)参照。)。そして、時刻t5において、スイッチング素子Q1をオフにする。
(2-2) Time t4-t5
Next, at time t4, switching elements Q1 and Q2 are left unchanged (Q1: ON, Q2: OFF), and switching element Q3 is turned ON (Q4 is OFF). (See FIG. 3(a).). Then, at time t5, the switching element Q1 is turned off.
(2-3)時刻t6~t7
次に、時刻t6において、スイッチング素子Q2をオンすると、第1のコンバータ部10において、コンデンサC1-1次巻線T1-1―スイッチング素子Q2-共振インダクタL1-コンデンサC1の経路で負荷電流が流れる(図5(b)参照。)。これに伴い、第1のコンバータ部10の2次側において、2次巻線T1-2には、T2-2と逆向き(図5(b)の上側方向。破線矢印参照。)に向かって負荷電流が流れる。
従って、2次巻線T1-2と2次巻線T2-2とでは負荷電流が流れる向きが逆になるため、逆電圧区間を発生させて出力電圧を低くすることができる(図4のVoutのグラフ参照。)。そして、時刻t7において、スイッチング素子Q3をオフにする。
(2-3) Time t6-t7
Next, at time t6, when the switching element Q2 is turned on, in the
Therefore, since the direction of load current flow is opposite between the secondary winding T1-2 and the secondary winding T2-2, a reverse voltage section can be generated to lower the output voltage (Vout in FIG. 4). See the graph in ). Then, at time t7, the switching element Q3 is turned off.
(2-4)時刻t8~t9
次に、時刻t8において、スイッチング素子Q4をオンにすると、上記した中電圧出力モードの(1-2)の場合と同様の動作を行う(図3(b)参照。)。
そして、時刻t9において、スイッチング素子Q2をオフにする。
(2-4) Time t8-t9
Next, at time t8, when the switching element Q4 is turned on, the same operation as in the case of (1-2) of the middle voltage output mode is performed (see FIG. 3(b)).
Then, at time t9, the switching element Q2 is turned off.
以後、これを繰り返す。 After that, this process is repeated.
なお、低電圧出力モードにおいては、1次側制御部40によって第1のコンバータ部10のスイッチング素子Q1(Q2)の制御電圧の位相と第2のコンバータ部20のスイッチング素子Q3(Q4)の制御電圧の位相との間の位相差を調整することにより所望の出力電圧を出力するように制御する。
図6は、実施形態1における低電圧出力モード(位相シフトモード)においてスイッチング素子Q1とQ3(Q2とQ4)とのオンオフタイミングの位相差が180°(逆位相)の場合の波形図である。
例えば、当該位相差が180°(逆位相)の場合には、逆電圧区間が発生する期間が長く続くため、出力電圧をかなり低くすることができる(図6参照。)。なお、出力電圧をトランスT1、T2の巻線比を変える等で調整することもできる。
In the low voltage output mode, the phase of the control voltage of the switching element Q1 (Q2) of the
FIG. 6 is a waveform diagram when the phase difference between the on/off timings of the switching elements Q1 and Q3 (Q2 and Q4) is 180° (opposite phase) in the low voltage output mode (phase shift mode) according to the first embodiment.
For example, when the phase difference is 180° (opposite phase), the period in which the reverse voltage section occurs continues for a long time, so the output voltage can be considerably lowered (see FIG. 6). The output voltage can also be adjusted by changing the winding ratio of the transformers T1 and T2.
(3)高電圧出力モード(昇圧モード)
高電圧出力モードは、所定期間のみ、整流部30が昇圧チョッパ動作を行い出力電圧を高くするモードである。
図7は、実施形態1における高電圧出力モード(昇圧モード)のときの波形図である。なお、図7において、Q’Idは、スイッチング素子Q1~Q4のいずれかのドレイン電流を示し、時刻t3、t7、t11、t15はスイッチング素子Q5、Q6がオフになるタイミングを示し、時刻t4、t8、t12は、Q’Idが0になるタイミングを示す。なお、Q’Idの実線はスイッチング素子Q1,Q3のドレイン電流を示し、Q’Idの破線はスイッチング素子Q2,Q4のドレイン電流を示す。
図8は、実施形態1における高電圧出力モード(昇圧モード)を説明するために示す回路図である。図8(a)はスイッチング素子Q1、Q3がオン、Q2、Q4がオフ、Q5、Q6がオンのとき(時刻t2~t3)の負荷電流及び励磁電流を説明するために示す回路図であり、図8(b)はスイッチング素子Q1、Q3がオン、Q2、Q4がオフ、Q5、Q6がオフのとき(時刻t3~t4)の負荷電流及び励磁電流を説明するために示す回路図である。
図9は、実施形態1における高電圧出力モード(昇圧モード)を説明するために示す回路図である。図9(a)はスイッチング素子Q1、Q3がオフ、Q2、Q4がオン、Q5、Q6がオンのとき(時刻t6~t7)の負荷電流及び励磁電流を説明するために示す回路図であり、図8(b)はスイッチング素子Q1、Q3がオフ、Q2、Q4がオン、Q5、Q6がオフのとき(時刻t7~t8)の負荷電流及び励磁電流を説明するために示す回路図である。
(3) High voltage output mode (boost mode)
The high voltage output mode is a mode in which the
FIG. 7 is a waveform diagram in the high voltage output mode (boost mode) according to the first embodiment. In FIG. 7, Q'Id indicates the drain current of one of the switching elements Q1 to Q4, times t3, t7, t11, and t15 indicate timings when the switching elements Q5 and Q6 are turned off, and times t4, t8 and t12 indicate timings when Q'Id becomes 0. The solid line of Q'Id indicates the drain currents of the switching elements Q1 and Q3, and the broken line of Q'Id indicates the drain currents of the switching elements Q2 and Q4.
FIG. 8 is a circuit diagram for explaining the high voltage output mode (boost mode) in the first embodiment. FIG. 8(a) is a circuit diagram for explaining the load current and the excitation current when the switching elements Q1 and Q3 are on, Q2 and Q4 are off, and Q5 and Q6 are on (time t2 to t3). FIG. 8(b) is a circuit diagram for explaining the load current and excitation current when switching elements Q1 and Q3 are on, Q2 and Q4 are off, and Q5 and Q6 are off (time t3-t4).
FIG. 9 is a circuit diagram for explaining the high voltage output mode (boost mode) in the first embodiment. FIG. 9(a) is a circuit diagram for explaining load current and excitation current when switching elements Q1 and Q3 are off, Q2 and Q4 are on, and Q5 and Q6 are on (time t6 to t7). FIG. 8(b) is a circuit diagram for explaining the load current and excitation current when switching elements Q1 and Q3 are off, Q2 and Q4 are on, and Q5 and Q6 are off (time t7-t8).
高電圧出力モードにおいては、スイッチング素子Q1とQ3、Q2とQ4が同期するようにスイッチング素子のオンオフを制御する。従って、スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4の波形は中電圧出力モード(同相モード)と同様であるが(図2参照。)、2次側制御部50によって、スイッチング素子Q1とQ3又はQ2とQ4がオンするタイミングに同期して整流部30の2つのスイッチング素子Q5、Q6の両方を所定時間オンするように2つのスイッチング素子Q5、Q6を制御する。言い換えると、スイッチング素子Q1とQ3、又はQ2とQ4をオンする機関の内、オン開始後の所定時間のみスイッチング素子Q5,Q6をオンさせる。
In the high voltage output mode, the on/off of the switching elements is controlled so that the switching elements Q1 and Q3, Q2 and Q4 are synchronized. Therefore, the waveforms of the switching elements Q1, Q2, Q3 and Q4 are the same as in the medium voltage output mode (common mode) (see FIG. 2). The two switching elements Q5 and Q6 are controlled so that both of the two switching elements Q5 and Q6 of the rectifying
(3-1)時刻t2~t3
図7に示すように、時刻t2において、スイッチング素子Q1、Q3がオンとなり、スイッチング素子Q2、Q4がオフになったとすると、1次側の第1のコンバータ部10においては、入力端子Vinからスイッチング素子Q1、共振インダクタL1、共振コンデンサC1、1次巻線T1-1を経由して入力端子の接地端子に戻る経路で負荷電流が流れる(図8(a)実線参照。)。これに対応して2次側においては、図8(a)の実線で示すような負荷電流が流れる。このとき、入力コンデンサC3からスイッチング素子Q1、共振インダクタL1、共振コンデンサC1、1次巻線T1-1を経由して入力コンデンサC3に戻る励磁電流が生じる(図8(a)一点鎖線参照。)。
また、第2のコンバータ部20においても同様に、入力端子Vinからスイッチング素子Q2、共振インダクタL2、共振コンデンサC2、1次巻線T2-1を経由して入力端子の接地側端子に戻る経路で負荷電流が流れる(図8(a)実線参照。)。これに対応して2次側においては、第1コンバータ部の2次巻線T1-2とT2-2は同じ方向に、負荷電流が流れる(図8(a)破線参照。)。このとき、入力コンデンサC3からスイッチング素子Q2、共振インダクタL2、共振コンデンサC2、1次巻線T2-1を経由して入力コンデンサC3に戻る励磁電流が生じる(図8(a)一点鎖線参照。)。
(3-1) Time t2-t3
As shown in FIG. 7, at time t2, switching elements Q1 and Q3 are turned on and switching elements Q2 and Q4 are turned off. A load current flows through the path returning to the ground terminal of the input terminal via the element Q1, the resonant inductor L1, the resonant capacitor C1, and the primary winding T1-1 (see the solid line in FIG. 8(a)). Correspondingly, on the secondary side, a load current flows as indicated by the solid line in FIG. 8(a). At this time, an exciting current is generated from the input capacitor C3 that returns to the input capacitor C3 via the switching element Q1, the resonant inductor L1, the resonant capacitor C1, and the primary winding T1-1 (see the dashed line in FIG. 8A). .
Similarly, in the
時刻t2~t3においては、整流部30の2つのスイッチング素子Q5、Q6をオンさせる。これにより、トランスT1、T2の2次巻線T1-2、T2-2を短絡させる(図8(a)実線参照。)。このとき、共振インダクタL1、L2に昇圧用のエネルギーが蓄積される。また、スイッチング素子Q1、Q3には、昇圧された電圧に対する負荷電流に対応して誘導された電流成分が流れる(図7のQ’Id実線参照)。
Between times t2 and t3, the two switching elements Q5 and Q6 of the rectifying
(3-2)時刻t3~t4
次に、時刻t3において、スイッチング素子Q5、Q6をオフにする(開放する)ことで、図8(b)の実線に示すような電流が流れる。
このように時刻t2~t4においては、トランスT1、T2の2次巻線T1-2、T2-2を部分的に短絡させたのち、開放することにより、整流部30において昇圧チョッパ動作を行うこととなり、出力電圧Voutを昇圧させることができる。
そして、時刻t4において、スイッチング素子Q1、Q3の電流成分Q’Idが0になる。
(3-2) Time t3-t4
Next, at time t3, the switching elements Q5 and Q6 are turned off (opened), so that a current flows as indicated by the solid line in FIG. 8(b).
In this way, between times t2 and t4, the secondary windings T1-2 and T2-2 of the transformers T1 and T2 are partially short-circuited and then opened, so that the boost chopper operation is performed in the rectifying
Then, at time t4, the current components Q'Id of the switching elements Q1 and Q3 become zero.
やがて、LLC共振が終了すると励磁電流(図8(b)一点鎖線参照。)のみが残り、スイッチング素子Q1、Q3をオフにすると(時刻t5)、第1のコンバータ部10においては、共振コンデンサC1-1次巻線T1-1-スイッチング素子Q2の寄生ダイオード―共振インダクタL1を通って共振コンデンサC1に戻る励磁電流が生じる(図9(a)一点鎖線参照。)。また、第2のコンバータ部20においても、共振コンデンサC2-1次巻線T2-1-スイッチング素子Q4の寄生ダイオード―共振インダクタL2を通って共振コンデンサC2に戻る励磁電流が生じる(図9(a)一点鎖線参照。)。
Eventually, when the LLC resonance ends, only the excitation current (see one-dot chain line in FIG. 8B) remains, and when switching elements Q1 and Q3 are turned off (time t5), resonance capacitor C1 - Primary winding T1-1 - Parasitic diode of switching element Q2 - An exciting current is generated that returns to resonant capacitor C1 through resonant inductor L1 (see dashed line in FIG. 9(a)). Also in the
(3-3)時刻t6~t7
次に、時刻t6において、スイッチング素子Q2、Q4をオンする。すると、今度は共振コンデンサC1-共振インダクタL1―スイッチング素子Q2-1次巻線T1-1-共振コンデンサC1に流れる負荷電流が流れる(図9(a)実線参照。)。また、第2のコンバータ部20においても、共振コンデンサC2-共振インダクタL2―スイッチング素子Q4-1次巻線T2-1-共振コンデンサC2に流れる負荷電流が流れる(図9(a)実線参照。)。
(3-3) Time t6-t7
Next, at time t6, switching elements Q2 and Q4 are turned on. Then, a load current flows through resonance capacitor C1-resonance inductor L1-switching element Q2-primary winding T1-1-resonance capacitor C1 (see solid line in FIG. 9A). Also in the
時刻t6~t7においては、整流部30の2つのスイッチング素子Q5、Q6をオンさせる。これにより、トランスT1、T2の2次巻線T1-2、T2-2を部分的に短絡させる(図9(a)実線参照。)。このとき、共振インダクタL1、L2に昇圧用のエネルギーが蓄積される。また、スイッチング素子Q2、Q4には、昇圧された負荷電流に対応して誘導された電流成分が流れる(図7のQ’Id破線参照)。
Between times t6 and t7, the two switching elements Q5 and Q6 of the rectifying
(3-4)時刻t7~t8
次に、時刻t7において、スイッチング素子Q5、Q6をオフにする(開放する)ことで図9(b)の実線に示すような電流が流れる。
このように時刻t6~t8においては、整流部30において昇圧チョッパ動作を行うこととなり、出力電圧Voutを昇圧させることができる。
そして、時刻t8において、スイッチング素子Q2、Q4の電流成分Q’Idが0になる。
(3-4) Time t7-t8
Next, at time t7, the switching elements Q5 and Q6 are turned off (opened) to allow current to flow as indicated by the solid line in FIG. 9(b).
In this manner, the boost chopper operation is performed in the rectifying
Then, at time t8, the current components Q'Id of the switching elements Q2 and Q4 become zero.
やがて、LLC共振が終了すると励磁電流(図9(b)一点鎖線参照。)のみが残り、スイッチング素子Q2、Q4をオフにする(時刻t9)と、第1のコンバータ部10においては、入力コンデンサC3からスイッチング素子Q1、共振インダクタL1、共振コンデンサC1、1次巻線T1-1を経由して入力コンデンサC3に戻る励磁電流が生じる(図8(a)一点鎖線参照。)。また、第2のコンバータ部20においても、入力コンデンサC3からスイッチング素子Q2、共振インダクタL2、共振コンデンサC2、1次巻線T2-1を経由して入力コンデンサC3に戻る励磁電流が生じる(図8(a)一点鎖線参照。)。
Eventually, when the LLC resonance ends, only the excitation current (see one-dot chain line in FIG. 9B) remains, and switching elements Q2 and Q4 are turned off (time t9). An exciting current is generated from C3 that returns to the input capacitor C3 via the switching element Q1, the resonant inductor L1, the resonant capacitor C1, and the primary winding T1-1 (see one-dot chain line in FIG. 8(a)). Also in the
次に、時刻t10において、スイッチング素子Q1、Q3をオンする。以下、同様に、繰り返す。 Next, at time t10, the switching elements Q1 and Q3 are turned on. The same is repeated below.
3.実施形態1に係るコンバータ1の効果
実施形態1に係るコンバータ1によれば、中電圧出力モードにおいて、1次側制御部40は、第1及び第2のコンバータ部10、20のスイッチング素子Q1とQ3、Q2とQ4のオンオフタイミングを同期させ、2次側制御部50は、整流部30のスイッチング素子Q5、Q6をオフにするため、一般的な電流共振型のコンバータと同様に、出力可能な電圧の範囲において周波数制御を行うことで所定の出力範囲内で所望の出力電圧を出力することができる。
3. Effects of the
また、実施形態1に係るコンバータ1によれば、低電圧出力モードにおいて、1次側制御部40は、スイッチング素子Q1(Q2)の位相と、スイッチング素子Q3(Q4)の位相との間に位相差(オンオフタイミングの位相差)が生じるようにスイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4のオンオフを制御し、2次側制御部50は、スイッチング素子Q5、Q6をオフにするため、2次巻線T1-2、T2-2において逆電圧区間を発生させて出力電圧を低くすることができる。その結果、比較的低電圧の出力電圧を出力することができる。
Further, according to the
また、実施形態1に係るコンバータ1によれば、高電圧出力モードにおいては、1次側制御部40は、スイッチング素子Q1とQ3、Q2とQ4を同期させ、2次側制御部50は、スイッチング素子Q1とQ3又はQ2とQ4がオンするタイミングに同期して整流部30の2つのスイッチング素子Q5、Q6を所定時間オンするようにスイッチング素子Q5、Q6を制御するため、当該所定期間のみ、整流部30が昇圧チョッパ動作を行うことができ、出力電圧を高くすることができる。その結果、比較的高電圧において所望の出力電圧を出力することができる。
Further, according to the
従って、実施形態1に係るコンバータ1によれば、上記した構成とすることにより、低電圧出力モードと、中電圧出力モードと、高電圧出力モードとを切り替えて実施することができるため、広範囲の出力電圧に対応可能なコンバータとなる。
Therefore, according to the
また、実施形態1に係るコンバータ1によれば、上記した構成とすることにより、絶縁型コンバータの後段に非絶縁チョッパ回路を搭載することなく、低電圧出力モードと、中電圧出力モードと、高電圧出力モードとを切り替えて実施することができるため、広範囲の出力電圧に対応可能なコンバータでありながら、小型化することが可能なコンバータとなる。
Further, according to the
また、実施形態1に係るコンバータ1によれば、低電圧出力モードにおいては、1次側制御部40によって第1のコンバータ部10のスイッチング素子Q1、Q2の位相と第2のコンバータ部20のスイッチング素子Q3、Q4の位相との間の位相差(スイッチング素子Q1とQ3又はQ2とQ4の位相差)を調整することにより出力電圧を制御するため、比較的低電圧において所望の出力電圧を確実に出力することができる。
Further, according to the
また、実施形態1に係るコンバータ1によれば、高電圧出力モードにおいては、2次側制御部50によって整流部30の2つのスイッチング素子Q5、Q6をオンする時間を調整することにより出力電圧を制御するため、比較的高電圧において所望の出力電圧を確実に出力することができる。
Further, according to the
また、実施形態1に係るコンバータ1によれば、1次側スイッチ部SW1、SW2においては、スイッチング素子Q1、Q2及びQ3、Q4でそれぞれハーフブリッジ回路が構成されているため、スイッチング素子Q1~Q4について高耐圧のスイッチング素子を使用しなくても済み、かつ、効率が良いコンバータとなる。
Further, according to the
また、実施形態1に係るコンバータ1によれば、第1及び第2のコンバータ部10、20は、それぞれ1次巻線T1-1、T2-1と直列に接続されている共振インダクタL1、L2を有し、第1及のコンバータ部10(第2のコンバータ部20)においては、共振インダクタL1(L2)、共振コンデンサC1(C2)及び1次巻線T1-1(T2-1)で共振回路を構成するため、比較的簡便な構成でソフトスイッチングを実現することができる。
Further, according to the
[実施形態2]
図10は、実施形態2に係るコンバータにおける高電圧出力モード(昇圧モード)の波形図である。なお、図10において、Q’Idは、スイッチング素子のドレイン電流を示し、時刻t3、t11はスイッチング素子Q6がオフになるタイミングを示し、時刻t7、t15はスイッチング素子Q5がオフになるタイミングを示し、時刻t4、t8、t12はQ’Idが0になるタイミングを示す。
[Embodiment 2]
FIG. 10 is a waveform diagram of the high voltage output mode (boost mode) in the converter according to the second embodiment. In FIG. 10, Q'Id indicates the drain current of the switching element, times t3 and t11 indicate timings at which the switching element Q6 is turned off, and times t7 and t15 indicate timings at which the switching element Q5 is turned off. , t4, t8, and t12 indicate timings when Q'Id becomes zero.
実施形態2に係るコンバータのハードウェア構成回路は、図1に示す実施形態1に係るコンバータ1と同様であるが、高電圧出力モードにおけるスイッチング素子Q5、Q6のオンオフタイミングが実施形態1に係るコンバータ1の場合とは異なる。すなわち、実施形態2に係るコンバータの高電圧出力モードにおいて、2次側制御部50は、スイッチング素子Q1、Q3がオンするタイミング(図10の時刻t2、t10参照。)に同期して整流部のスイッチング素子Q6をオンし、所定時間(時刻t2~t3、t10~t11)オン状態とするとともに(昇圧期間)、第1及び第2のコンバータ部10、20のスイッチング素子Q1、Q3に同期して整流部のスイッチング素子Q5をオンする(同期整流期間)。また、スイッチング素子Q2、Q4がオンするタイミング(図10の時刻t6、t14参照。)に同期して整流部のスイッチング素子Q5をオンして、所定時間(時刻t6~t7、t14~t15)オン状態とするとともに(昇圧期間)、スイッチング素子Q2、Q4のオン期間に同期して整流部30のスイッチング素子Q6をオンする(同期整流期間)。このようにこれを交互に繰り返すように整流部30の2つのスイッチング素子Q5、Q6を制御する(図10参照。)。
The hardware configuration circuit of the converter according to the second embodiment is the same as that of the
このように、実施形態2に係るコンバータは、電圧出力モードにおけるスイッチング素子Q5、Q6のオンオフタイミングが実施形態1に係るコンバータ1の場合とは異なるが、実施形態1に係るコンバータ1の場合と同様に、中電圧出力モード及び高電圧出力モードにおいては、第1のコンバータ部のスイッチング素子と、第2のコンバータ部のスイッチング素子が同期し、低電圧出力モードにおいては、第1のコンバータ部のスイッチング素子の制御電圧の位相と、第2のコンバータ部のスイッチング素子の制御電圧の位相との間に位相差が生じるように第1及び第2のコンバータ部のスイッチング素子のオンオフを制御する1次側制御部と、低電圧出力モード及び中電圧出力モードにおいては、整流部のスイッチング素子をオフにし、高電圧出力モードにおいては、第1及び第2のコンバータ部のスイッチング素子がオンするタイミングに同期して整流部の2つのスイッチング素子のうちの少なくともいずれかを所定時間オンするように整流部の2つのスイッチング素子を制御する2次側制御部とを備えるため、低電圧出力モードと、中電圧出力モードと、高電圧出力モードとを切り替えて実施することができるため、広範囲の出力電圧に対応可能なコンバータとなる。
Thus, the converter according to the second embodiment is similar to the
また、実施形態2に係るコンバータによれば、高電圧出力モードにおいて、2次側制御部は、第1及び第2のコンバータ部のスイッチング素子がオンするタイミングに同期して整流部の2つのスイッチング素子のうちの一方を所定時間オンするとともに、第1及び第2のコンバータ部のスイッチング素子に同期して整流部の2つのスイッチング素子のうちの他方をオンし、これを交互に繰り返すように整流部の2つのスイッチング素子を制御するため、同期整流動作となり、出力整流時の電力損失を軽減することができる。その結果、電力変換効率の向上に寄与するとともに、発熱の抑制に寄与する。 Further, according to the converter according to the second embodiment, in the high voltage output mode, the secondary side control unit performs two switching operations of the rectifying unit in synchronization with the timing when the switching elements of the first and second converter units are turned on. One of the elements is turned on for a predetermined period of time, and the other of the two switching elements of the rectifying section is turned on in synchronization with the switching elements of the first and second converter sections. Since the two switching elements in the section are controlled, synchronous rectification is performed, and power loss during output rectification can be reduced. As a result, it contributes to the improvement of power conversion efficiency and the suppression of heat generation.
なお、実施形態2に係るコンバータは、電圧出力モードにおけるスイッチング素子Q5、Q6のオンオフタイミング以外の点においては実施形態1に係るコンバータ1と同様の構成を有するため、実施形態1に係るコンバータ1が有する効果のうち該当する効果を有する。
Note that the converter according to the second embodiment has the same configuration as the
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various aspects can be implemented without departing from the spirit of the invention, and for example, the following modifications are also possible.
(1)上記各実施形態において記載した構成要素の数、位置等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。 (1) The numbers, positions, and the like of the components described in each of the above embodiments are examples, and can be changed within a range that does not impair the effects of the present invention.
(2)上記各実施形態において、1次側スイッチ部SW1,SW2において、入力側スイッチング素子でハーフブリッジ回路を構成したが、本発明はこれに限定されるものではない。1次側スイッチ部において、入力側スイッチング素子でフルブリッジ回路を構成してもよい。 (2) In each of the above-described embodiments, the input-side switching elements constitute a half-bridge circuit in the primary-side switch units SW1 and SW2, but the present invention is not limited to this. In the primary side switch section, a full bridge circuit may be configured with input side switching elements.
(3)上記各実施形態において、第1及び第2のコンバータ部10、20は、1次巻線T1-1、T2-1と直列に接続されているインダクタL1、L2を有し、インダクタL1、L2、共振コンデンサC1、C2及び1次巻線T1-1、T2-1で共振回路を構成したが、本発明はこれに限定されるものではない。第1及び第2のコンバータ部10、20においては、寄生インダクタ、共振コンデンサ及び1次巻線で共振回路を構成してもよい。
(3) In each of the above embodiments, the first and
1、900…コンバータ、10、910…第1のコンバータ部、20…第2のコンバータ部、30、930…整流部、960…追加のコンバータ部、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6…スイッチング素子、SW1、SW2…1次側スイッチ部、C1、C2、C3、C4…コンデンサ、L1、L2…インダクタ、T1、T2…トランス、T1-1、T2-1…1次巻線、T1-2、T2-2…2次巻線、D1、D2、D3、D4…ダイオード(D3、D4は寄生ダイオード)
1, 900...
Claims (9)
1次巻線及び2次巻線を有するトランス、前記トランスの1次巻線側に接続され、1次側スイッチング素子でブリッジ回路が構成されている1次側スイッチ部、及び、前記1次巻線と直列に接続されている共振コンデンサをそれぞれ有し、並列に接続された2つのコンバータ部であって、それぞれの前記2次巻線が互いに直列に接続された第1及び第2のコンバータ部と、
前記第1及び第2のコンバータ部の各トランスの前記2次巻線側に接続され、ハイサイドに接続された2つのダイオードとローサイドに接続された2つの2次側スイッチング素子とでブリッジ回路が構成され、直列に接続された2つの前記2次巻線が、前記2つのダイオード、及び、前記2つの2次側スイッチング素子とそれぞれ並列に接続された整流部と、
前記中電圧出力モード及び前記高電圧出力モードにおいては、前記第1のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子と、前記第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子とのオンオフタイミングを同期させ、前記低電圧出力モードにおいては、前記第1のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子の制御電圧の位相と、前記第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子の制御電圧の位相との間に位相差が生じるように前記第1及び第2のコンバータ部の前記1次側スイッチング素子のオンオフタイミングを制御する1次側制御部と、
前記低電圧出力モード及び前記中電圧出力モードにおいては、前記整流部の前記2次側スイッチング素子をオフにし、前記高電圧出力モードにおいては、前記第1及び第2のコンバータ部の1次側スイッチング素子がオンするタイミングに同期して前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子のうちの少なくともいずれかを所定時間オンするように前記整流部の前記2つの2次側スイッチング素子を制御する2次側制御部とを備えることを特徴とするコンバータ。 An isolated resonant converter that outputs a desired output voltage of the same polarity by switching between a low voltage output mode, a medium voltage output mode, and a high voltage output mode,
A transformer having a primary winding and a secondary winding, a primary side switch section connected to the primary winding side of the transformer and configured to form a bridge circuit with primary side switching elements, and the primary winding. Two converter sections connected in parallel each having a resonant capacitor connected in series with the line, the respective secondary windings being connected in series with each other and,
A bridge circuit is formed by two diodes connected to the high side and two secondary side switching elements connected to the low side, which are connected to the secondary winding side of each transformer of the first and second converter sections. a rectifying unit in which the two secondary windings configured and connected in series are connected in parallel with the two diodes and the two secondary switching elements, respectively;
in the medium voltage output mode and the high voltage output mode, synchronizing the on/off timings of the primary side switching element of the first converter section and the primary side switching element of the second converter section; In the low voltage output mode, between the phase of the control voltage of the primary side switching element of the first converter section and the phase of the control voltage of the primary side switching element of the second converter section. a primary side control section that controls on/off timing of the primary side switching elements of the first and second converter sections so as to generate a phase difference;
In the low-voltage output mode and the medium-voltage output mode, the secondary-side switching element of the rectifying unit is turned off, and in the high-voltage output mode, primary-side switching of the first and second converter units. (2) controlling the two secondary side switching elements of the rectifying section so that at least one of the two secondary side switching elements of the rectifying section is turned on for a predetermined period of time in synchronization with the timing at which the element is turned on; A converter, comprising: a secondary side control unit.
前記第1及び第2のコンバータ部においては、前記インダクタ、前記共振コンデンサ及び前記1次巻線で共振回路を構成することを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載のコンバータ。 The first and second converter sections further have an inductor connected in series with the primary winding,
8. The converter according to claim 1, wherein in said first and second converter sections, said inductor, said resonant capacitor and said primary winding constitute a resonant circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019107525A JP7329971B2 (en) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019107525A JP7329971B2 (en) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020202644A JP2020202644A (en) | 2020-12-17 |
JP7329971B2 true JP7329971B2 (en) | 2023-08-21 |
Family
ID=73744073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019107525A Active JP7329971B2 (en) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7329971B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7247247B2 (en) * | 2021-03-11 | 2023-03-28 | 株式会社京三製作所 | power converter |
CN114337308B (en) * | 2022-02-10 | 2023-12-22 | 常熟理工学院 | Double half-bridge resonant converter topology structure and minimum current path control system thereof |
KR20240030061A (en) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 삼성전자주식회사 | Electronic apparatus having a plurality of converters and manufacturing method thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008011665A (en) | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Power converting system |
WO2010098486A1 (en) | 2009-02-27 | 2010-09-02 | 株式会社ウインズ | Dc-dc converter |
JP2012222998A (en) | 2011-04-12 | 2012-11-12 | Tabuchi Electric Co Ltd | Voltage control circuit |
JP2017051082A (en) | 2015-08-31 | 2017-03-09 | サンケン電気株式会社 | Bidirectional dc/dc converter |
JP2017070083A (en) | 2015-09-30 | 2017-04-06 | サンケン電気株式会社 | Resonant bidirectional dc/dc converter |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004274864A (en) * | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Switching power unit |
-
2019
- 2019-06-07 JP JP2019107525A patent/JP7329971B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008011665A (en) | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Power converting system |
WO2010098486A1 (en) | 2009-02-27 | 2010-09-02 | 株式会社ウインズ | Dc-dc converter |
JP2012222998A (en) | 2011-04-12 | 2012-11-12 | Tabuchi Electric Co Ltd | Voltage control circuit |
JP2017051082A (en) | 2015-08-31 | 2017-03-09 | サンケン電気株式会社 | Bidirectional dc/dc converter |
JP2017070083A (en) | 2015-09-30 | 2017-04-06 | サンケン電気株式会社 | Resonant bidirectional dc/dc converter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020202644A (en) | 2020-12-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6942852B2 (en) | Insulated DC / DC converter for wide output voltage range and its control method | |
CN110289777B (en) | Three-phase soft switching PFC rectifier | |
US8891261B2 (en) | Three-phase three-level soft-switched PFC rectifiers | |
EP1727266B1 (en) | Switching power supply unit and voltage converting method | |
US20070086224A1 (en) | Multiphase DC to DC converter | |
US8068355B1 (en) | Apparatus for isolated switching power supply with coupled output inductors | |
US20090290389A1 (en) | Series resonant converter | |
TWI382642B (en) | Resonant circuit with narrow operating frequency band and resonant power converter | |
US20130121038A1 (en) | Converter, method for controlling the same, and inverter | |
JP7329971B2 (en) | converter | |
KR20090033087A (en) | Boost dc-dc converter with high efficiency | |
EP3700074A1 (en) | Dc-dc converter | |
CN111656661A (en) | Constant frequency DC/DC power converter | |
US8665616B2 (en) | Near zero current-ripple inversion or rectification circuits | |
EP3748834B1 (en) | Power supply device | |
US8665610B2 (en) | Modified zero voltage transition (ZVT) full bridge converter and photovoltaic (PV) array using the same | |
CN114696601A (en) | Power conversion device | |
US20110199802A1 (en) | Single ended power converters operating over 50% duty cycle | |
KR101377124B1 (en) | An isolated single switch resonant converter and an isolated interleaving single switch resonant converter using the same | |
Scherbaum et al. | An Isolated, bridgeless, quasi-resonant ZVS-switching, buck-boost single-stage AC-DC converter with power factor correction (PFC) | |
US20060176034A1 (en) | Multi-resonant dc-dc converter | |
JP5418910B2 (en) | DC-DC converter | |
Li et al. | An efficiency-oriented two-stage structure employing partial power regulation | |
JP7329972B2 (en) | Converter and converter control method | |
Choi et al. | A new APWM half-bridge converter with enhanced zero-voltage-switching range in wide input voltage range |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220525 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230221 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230420 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230725 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230808 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7329971 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |