JP2003033013A - Resonant bidirectional DC-DC converter and control method therefor - Google Patents

Resonant bidirectional DC-DC converter and control method therefor

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JP2003033013A JP2001219678A JP2001219678A JP2003033013A JP 2003033013 A JP2003033013 A JP 2003033013A JP 2001219678 A JP2001219678 A JP 2001219678A JP 2001219678 A JP2001219678 A JP 2001219678A JP 2003033013 A JP2003033013 A JP 2003033013A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ソフトスイッチングによりノイズや熱の発生
を押さえ、直流電圧を、異なる電圧の直流電圧へ昇圧、
または降圧する共振形双方向DC−DCコンバータを提
供する。 【解決手段】 直列に接続したMOSFETQ1、Q2
の接続点に平滑用インダクタンスLと、MOSFETQ
1、Q2の両端にそれぞれ緩衝用コンデンサC1、C2
とを接続した共振形双方向DC−DCコンバータにおい
て、平滑用インダクタンスLの両端に、緩衝用コンデン
サC1、C2に共振電流を流すための、MOSFETQ
r1、Qr2を用いた双方向スイッチ回路とそれに直列
に接続された共振用インダクタンスLrとを有する補助
回路H1を接続する。そして、DC−DCコンバータの
昇圧、降圧動作の両方において、緩衝用コンデンサC
1、C2の充放電を、共振用インダクタンスLrに流れ
る共振電流により制御し、特にMOSFETQ1、Q2
のソフトスイッチングを実現する。
(57) [Abstract] [Problem] To suppress generation of noise and heat by soft switching, and to boost DC voltage to DC voltage of different voltage,
Alternatively, a step-down resonant bidirectional DC-DC converter is provided. SOLUTION: MOSFETs Q1, Q2 connected in series
Is connected to a smoothing inductance L and a MOSFET Q
1 and Q2, buffer capacitors C1 and C2
In the resonance type bidirectional DC-DC converter, the MOSFET Q for flowing a resonance current to the buffer capacitors C1 and C2 across the smoothing inductance L.
An auxiliary circuit H1 having a bidirectional switch circuit using r1 and Qr2 and a resonance inductance Lr connected in series thereto is connected. In both the step-up and step-down operations of the DC-DC converter, the buffer capacitor C
1, the charge and discharge of C2 are controlled by the resonance current flowing through the resonance inductance Lr.
Soft switching is realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電圧を、異な
る電圧の直流電圧へ変換するDC−DCコンバータに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC converter for converting a DC voltage into a DC voltage having a different voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、例えば自動車等車両装置におけ
る、12V系の車両用電源装置の負荷増加に伴い、新し
い電源系統として、42V系の車両用電源装置が提案さ
れつつある。しかし、完全に車両用電源装置が12V系
から42V系へ移行するまでには、インフラ整備の問題
等も含め時間がかかると思われるため、これまでの車両
用の電装部品の流用などを考慮すると、これら12V系
と42V系の2つの電源系統が存在するのが好ましい。
また、これら12V系と42V系の車両用電源装置を併
用したとき、どちらかのバッテリー残量が少ない場合
に、42V系から12V系へエネルギーを供給したり、
逆に42V系から12V系へエネルギーを供給したりで
きる方が好ましい。このため、2つの電源系統の電力
を、お互い相互補完する電力変換装置が必要になる。
2. Description of the Related Art In recent years, a 42V type vehicle power supply device has been proposed as a new power supply system with an increase in the load of a 12V type vehicle power supply device in a vehicle device such as an automobile. However, it will take some time for the vehicle power supply system to completely shift from the 12V system to the 42V system, including issues related to infrastructure development. Therefore, considering the diversion of the electric components for vehicles so far, etc. It is preferable that there are two power supply systems of 12V system and 42V system.
Further, when these 12V system and 42V system power supply devices for a vehicle are used together, when one of the batteries has a small remaining amount of power, energy is supplied from the 42V system to the 12V system,
On the contrary, it is preferable that energy can be supplied from the 42V system to the 12V system. Therefore, a power conversion device that mutually complements the power of the two power supply systems is required.

【0003】従来、このような直流電圧を、異なる電圧
の直流電圧へ変換する電力変換装置(DC−DCコンバ
ータ)には、例えば特開平8−80038号公報に記載
されたものがある。DC−DCコンバータは、直流電圧
をスイッチングして断続的にコイルやトランス等の誘導
性の負荷に供給し、この誘導性の負荷に励振される電気
エネルギーを整流して異なる電圧の直流電圧として取り
出す。このようなDC−DCコンバータを2個並列に接
続することで、前述の12V系と42V系の相互補完の
ように、直流電圧を、異なる電圧の直流電圧へ昇圧する
場合と降圧する場合とに対応する手法も考えられるが、
回路規模やコストの面で無駄が多い。
Conventionally, as a power converter (DC-DC converter) for converting such a DC voltage into a DC voltage of a different voltage, for example, there is one described in JP-A-8-80038. The DC-DC converter switches a DC voltage to intermittently supply it to an inductive load such as a coil or a transformer, rectifies the electric energy excited by this inductive load, and extracts it as a DC voltage having a different voltage. . By connecting two such DC-DC converters in parallel, the DC voltage can be stepped up to a DC voltage of a different voltage and the DC voltage can be stepped down like the above-described mutual complementation of the 12V system and the 42V system. A corresponding method can be considered,
There is much waste in terms of circuit scale and cost.

【0004】そこで、図19に示すように、12V系と
42V系とを相互補完するために、直流電圧を、異なる
電圧の直流電圧へ昇圧する場合と降圧する場合の両方に
対応した、非絶縁双方向DC−DCコンバータが用いら
れている。この非絶縁双方向DC−DCコンバータは、
12V系の負荷R1に接続された12V車両用電源装置
V1と、42V系の負荷R2に接続された42V車両用
電源装置V2との間に配置され、一方の電気エネルギー
を断続的にスイッチングして他方へ供給する。具体的に
は、42V車両用電源装置V2の両端に、スイッチング
制御により導通または遮断されるドレイン端子DC1と
ソース端子SC2を直列に接続した第1、第2の主スイ
ッチング素子であるMOSFET(Metal Oxide Semico
nductor Field Effect Transistor)Q1、及びMOS
FETQ2を備えている。更に、MOSFETQ1とM
OSFETQ2の接続点に一方の端を接続され、12V
車両用電源装置V1に他方の端を接続された、電圧変換
に利用する電気エネルギーを蓄えるための平滑用インダ
クタンスLを備えている。
Therefore, as shown in FIG. 19, in order to mutually complement the 12V system and the 42V system, the non-insulation corresponding to both the step-up and step-down of the DC voltage to the DC voltage of different voltage is performed. A bidirectional DC-DC converter is used. This non-isolated bidirectional DC-DC converter
It is arranged between the 12V vehicle power supply device V1 connected to the 12V system load R1 and the 42V vehicle power supply device V2 connected to the 42V system load R2, and intermittently switches one electric energy. Supply to the other. Specifically, a MOSFET (Metal Oxide) that is a first and second main switching element in which a drain terminal DC1 and a source terminal SC2, which are turned on or off by switching control, are connected in series at both ends of a 42V vehicle power supply device V2. Semico
nductor Field Effect Transistor) Q1 and MOS
It is equipped with a FET Q2. In addition, MOSFETs Q1 and M
One end is connected to the connection point of OSFET Q2, 12V
A smoothing inductance L for storing electric energy used for voltage conversion is provided, the other end of which is connected to the vehicle power supply device V1.

【0005】また、MOSFETQ1、Q2のドレイン
端子とソース端子間(DC1とSC1間、またはDC2
とSC2間)には並列にMOSFETに含まれる寄生ダ
イオードQD1、QD2が存在している。また、12V
車両用電源装置V1の両端には、電圧平滑用の平滑用コ
ンデンサC3が接続され、42V車両用電源装置V2の
両端には、電圧平滑用の平滑用コンデンサC4が接続さ
れている。
Further, between the drain and source terminals of the MOSFETs Q1 and Q2 (between DC1 and SC1 or DC2).
And SC2), the parasitic diodes QD1 and QD2 included in the MOSFET exist in parallel. Also, 12V
A smoothing capacitor C3 for voltage smoothing is connected to both ends of the vehicle power supply device V1, and a smoothing capacitor C4 for voltage smoothing is connected to both ends of the 42V vehicle power supply device V2.

【0006】次に、上述の非絶縁双方向DC−DCコン
バータの動作を簡単に説明する。まず、非絶縁双方向D
C−DCコンバータが12V車両用電源装置V1の電気
エネルギーを利用して42V系へ電圧を供給する昇圧動
作では、MOSFETQ1のドレイン端子DC1とソー
ス端子SC1間の導通と遮断を断続的に繰り返すスイッ
チング動作を行う。そして、これにより平滑用インダク
タンスLに誘起される電圧を、整流用ダイオードD2に
より整流し、更に平滑用コンデンサC4で平滑化して4
2V車両用電源装置V2の充電に利用したり、42V系
の負荷R2に供給したりする。
Next, the operation of the above-described non-isolated bidirectional DC-DC converter will be briefly described. First, non-isolated bidirectional D
In the step-up operation in which the C-DC converter supplies the voltage to the 42V system by using the electric energy of the 12V vehicle power supply device V1, the switching operation in which conduction and interruption between the drain terminal DC1 and the source terminal SC1 of the MOSFET Q1 are intermittently repeated. I do. Then, the voltage induced in the smoothing inductance L by this is rectified by the rectifying diode D2 and further smoothed by the smoothing capacitor C4.
It is used to charge the 2V vehicle power supply device V2 or is supplied to the 42V load R2.

【0007】また、非絶縁双方向DC−DCコンバータ
が42V車両用電源装置V2の電気エネルギーを利用し
て12V系へ電圧を供給する降圧動作では、MOSFE
TQ2のドレイン端子DC2とソース端子SC2間の導
通と遮断を断続的に繰り返すスイッチング動作を行う。
そして、これにより平滑用インダクタンスLに誘起され
る電圧を、整流用ダイオードD1により整流し、更に平
滑用コンデンサC3で平滑化して12V車両用電源装置
V1の充電に利用したり、12V系の負荷R1に供給し
たりする。
In the step-down operation in which the non-insulating bidirectional DC-DC converter supplies the voltage to the 12V system by using the electric energy of the 42V vehicle power supply device V2, the MOSFE is used.
A switching operation is performed in which conduction and interruption between the drain terminal DC2 and the source terminal SC2 of TQ2 are intermittently repeated.
The voltage induced in the smoothing inductance L by this is rectified by the rectifying diode D1 and further smoothed by the smoothing capacitor C3 to be used for charging the 12V vehicle power supply device V1 or the 12V load R1. Or to supply.

【0008】なお、上述の非絶縁双方向DC−DCコン
バータの昇圧、または降圧動作における変換前後の電圧
比は、PWM(Pulse Width Modulation)制御によるM
OSFETQ1、またはMOSFETQ2のドレイン端
子とソース端子間の導通と遮断の時間比率(スイッチン
グ信号のデューティー比)で決定される。また、図19
に示したダイオードQD1、QD2は、それぞれMOS
FETQ1、Q2の寄生ダイオードであって、実際はM
OSFETの素子内部にあり、実際の部品としては存在
しない要素である。
The voltage ratio before and after the conversion in the step-up or step-down operation of the above-mentioned non-insulated bidirectional DC-DC converter is M by PWM (Pulse Width Modulation) control.
It is determined by the time ratio (duty ratio of the switching signal) of conduction and interruption between the drain terminal and the source terminal of the OSFET Q1 or the MOSFET Q2. In addition, FIG.
The diodes QD1 and QD2 shown in FIG.
It is a parasitic diode of FETQ1 and Q2, and is actually M
It is an element that is inside the OSFET element and does not exist as an actual component.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の非絶縁
双方向DC−DCコンバータでは、その主スイッチング
素子のスイッチング動作が、スイッチング素子に電圧が
印加され、電流が流れたままのハードスイッチングであ
るため、サージ電圧などのスイッチングによって発生す
るノイズに対する特別な対策が不可欠であるという問題
があった。また、スイッチング素子で発生するスイッチ
ング損失の割合が高い為、ヒートシンクが小型化でき
ず、結果として、DC−DCコンバータを小型化するこ
とが難しいという問題があった。
However, in the above-mentioned non-isolated bidirectional DC-DC converter, the switching operation of the main switching element is hard switching in which a voltage is applied to the switching element and a current flows. Therefore, there is a problem that special measures against noise generated by switching such as surge voltage are indispensable. Further, since the ratio of the switching loss generated in the switching element is high, the heat sink cannot be downsized, and as a result, it is difficult to downsize the DC-DC converter.

【0010】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、ソフトスイッチングによりノイズや熱の発生を押さ
え、直流電圧を、異なる電圧の直流電圧へ昇圧、または
降圧する共振形双方向DC−DCコンバータを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is a resonance type bidirectional DC-DC which suppresses generation of noise and heat by soft switching and boosts or lowers a DC voltage to a DC voltage of a different voltage. The purpose is to provide a converter.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の発明は、ダイオードを逆並列に接
続した第1、第2の主スイッチング素子(例えば実施の
形態のMOSFETQ1とMOSFETQ2、またはI
GBTQ3とダイオードD1の組み合わせとIGBTQ
4とダイオードD2の組み合わせ)と、前記第1、第2
の主スイッチング素子の接続点に、一方の端を接続され
た平滑用インダクタンス(例えば実施の形態の平滑用イ
ンダクタンスL)と、前記第1、第2の主スイッチング
素子と並列に接続された緩衝用コンデンサ(例えば実施
の形態の緩衝用コンデンサC1、C2)と、前記緩衝用
コンデンサに共振電流を流すために、前記平滑用インダ
クタンスの両端に並列に接続された補助回路(例えば実
施の形態の補助回路H1、または補助回路H2)とを備
えた共振形双方向DC−DCコンバータであって、前記
補助回路は、双方向スイッチ回路と、該双方向スイッチ
回路に直列に接続されるとともに前記2個の緩衝用コン
デンサと共振する共振用インダクタンス(例えば実施の
形態の共振用インダクタンスLr)とを有することを特
徴とする。以上の構成により、DC−DCコンバータの
昇圧動作と降圧動作の両方において、第1、第2の主ス
イッチング素子に並列に接続された2個の緩衝用コンデ
ンサの充放電を、該緩衝用コンデンサと共振回路を形成
する共振用インダクタンスに流れる共振電流により制御
し、これにより、特に第1、第2の主スイッチング素子
のゼロ電圧及びゼロ電流でのスイッチング動作(いわゆ
る「ソフトスイッチング動作」)を実現し、DC−DC
コンバータのスイッチングにおける損失の発生を押さえ
た効率的な動作をさせることができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention according to claim 1 provides a first and a second main switching element (for example, MOSFET Q1 of the embodiment) in which diodes are connected in antiparallel. MOSFET Q2 or I
IGBTQ3 and diode D1 combination and IGBTQ
4 and the diode D2), and the first and second
And a smoothing inductance having one end connected to a connection point of the main switching element (for example, the smoothing inductance L of the embodiment) and a buffer connected in parallel with the first and second main switching elements. A capacitor (for example, the buffer capacitors C1 and C2 of the embodiment) and an auxiliary circuit (for example, the auxiliary circuit of the embodiment) connected in parallel to both ends of the smoothing inductance in order to flow a resonance current through the buffer capacitor. H1 or an auxiliary circuit H2), which is a resonant bidirectional DC-DC converter, wherein the auxiliary circuit is connected in series to the bidirectional switch circuit and the two bidirectional switch circuits. It is characterized by having a resonance inductance (for example, the resonance inductance Lr of the embodiment) that resonates with the buffer capacitor. With the above configuration, in both the step-up operation and the step-down operation of the DC-DC converter, charging and discharging of the two buffer capacitors connected in parallel to the first and second main switching elements are performed by the buffer capacitors. It is controlled by the resonance current flowing through the resonance inductance forming the resonance circuit, thereby realizing the switching operation (so-called "soft switching operation") at the zero voltage and the zero current of the first and second main switching elements. , DC-DC
It is possible to perform an efficient operation while suppressing the generation of loss in the switching of the converter.

【0012】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の共振形双方向DC−DCコンバータの制御方法であっ
て、前記平滑用インダクタンスに流れる全ての電流が、
前記第1、または第2の主スイッチング素子と逆並列に
設けられたダイオード(例えば実施の形態のMOSFE
TQ1、Q2の寄生ダイオードQD1、QD2、または
整流用ダイオードD1、D2)を経由して流れている状
態において、前記補助回路の共振用インダクタンスを通
電状態にし、前記平滑用インダクタンスに流れる全ての
電流が、前記第1、または第2の主スイッチング素子
(例えば実施の形態のMOSFETQ1、Q2、または
IGBTQ3、Q4)を経由して流れている状態におい
て、前記補助回路の共振用インダクタンスを非通電状態
としたことを特徴とする。以上の制御により、一方の電
源により平滑用インダクタンスに蓄積された電気エネル
ギーを昇圧、または降圧された電圧として他方の電源に
供給し、次に、上述の一方の電源により再度平滑用イン
ダクタンスに電気エネルギーを蓄積する状態へ移行する
までの間に、DC−DCコンバータを構成する各スイッ
チング素子の補助回路を利用したソフトスイッチングを
実現する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the method of controlling the resonant bidirectional DC-DC converter according to the first aspect, wherein all the currents flowing through the smoothing inductance are:
A diode provided in anti-parallel with the first or second main switching element (for example, the MOSFET of the embodiment).
In the state where the current flows through the parasitic diodes QD1 and QD2 of TQ1 and Q2 or the rectifying diodes D1 and D2), the resonance inductance of the auxiliary circuit is turned on, and all the current flowing in the smoothing inductance is , The resonance inductance of the auxiliary circuit is set to a non-conducting state while flowing through the first or second main switching element (eg, MOSFET Q1, Q2 or IGBT Q3, Q4 of the embodiment). It is characterized by According to the above control, the electric energy stored in the smoothing inductance by one power source is supplied to the other power source as a stepped up or down voltage, and then the electric energy is supplied to the smoothing inductance again by the above one power source. The soft switching using the auxiliary circuit of each switching element forming the DC-DC converter is realized until the state of accumulating is stored.

【0013】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の共振形双方向DC−DCコンバータの第1、第2の主
スイッチング素子がスイッチング制御により導通または
遮断される第1、第2のMOSFET(例えば実施の形
態のMOSFETQ1とMOSFETQ2)で構成さ
れ、前記ダイオードがMOSFETに含まれる寄生ダイ
オード(例えば実施の形態のMOSFETQ1、Q2の
寄生ダイオードQD1、QD2)で構成されている場合
に、該DC−DCコンバータを制御する制御方法であっ
て、前記平滑用インダクタンスに流れる全ての電流が、
前記第1、または第2のMOSFETに含まれる寄生ダ
イオードを経由して流れ始める時に、電流の流れる該寄
生ダイオードを含むMOSFETを同時に導通させるこ
とを特徴とする。以上の構成及び制御により、DC−D
Cコンバータの双方向の電圧変換動作において、整流機
能を担う側のMOSFETを導通させることにより、M
OSFETによる同期整流を利用して、電圧降下の少な
いDC−DCコンバータの電圧変換動作を実現する。
According to a third aspect of the present invention, the first and second main switching elements of the resonant bidirectional DC-DC converter according to the first aspect are turned on or off by switching control. Of the MOSFET (for example, MOSFETQ1 and MOSFETQ2 of the embodiment), and the diode is a parasitic diode included in the MOSFET (for example, the parasitic diodes QD1 and QD2 of the MOSFETQ1 and Q2 of the embodiment). A control method for controlling a DC-DC converter, wherein all currents flowing in the smoothing inductance are
When the current starts to flow via the parasitic diode included in the first MOSFET or the second MOSFET, the MOSFET including the parasitic diode through which a current flows is made conductive at the same time. With the above configuration and control, DC-D
In the bidirectional voltage conversion operation of the C converter, the MOSFET on the side that performs the rectification function is made conductive, so that M
The voltage conversion operation of the DC-DC converter with a small voltage drop is realized by utilizing the synchronous rectification by the OSFET.

【0014】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
の共振形双方向DC−DCコンバータの双方向スイッチ
回路が、ソース端子同士またはドレイン端子同士を接続
した第3、第4のMOSFET(例えば実施の形態のM
OSFETQr1とMOSFETQr2)で構成されて
いる場合に、該DC−DCコンバータを制御する制御方
法であって、前記共振用インダクタンスに共振電流を流
すために、前記第3、第4のMOSFETを同時に導通
させ、前記共振用インダクタンスに流れる共振電流がゼ
ロになる寸前に、前記第3、第4のMOSFETの内、
共振電流がソース端子からドレイン端子に流れる一方の
MOSFETを遮断させ、前記共振用インダクタンスに
流れる共振電流がゼロになった後に、他方のMOSFE
Tを遮断させることを特徴とする。以上の構成及び制御
により、共振電流を流すための双方向スイッチ回路にお
いて、双方向スイッチ回路のMOSFETを2個同時に
導通させるので、ダイオードでの電圧降下が無くなり導
通損失が少なくなる。また、共振電流がゼロになっても
遮断したMOSFETの寄生ダイオードにより共振イン
ダクタンスの電流が逆方向に流れることがない。
According to a fourth aspect of the present invention, the bidirectional switch circuit of the resonant bidirectional DC-DC converter according to the first aspect has third and fourth MOSFETs in which source terminals or drain terminals are connected to each other. (For example, M of the embodiment
A control method for controlling the DC-DC converter when it is composed of an OSFET Qr1 and a MOSFET Qr2, in which the third and fourth MOSFETs are simultaneously turned on in order to pass a resonance current through the resonance inductance. Of the third and fourth MOSFETs, just before the resonance current flowing through the resonance inductance becomes zero,
One of the MOSFETs in which the resonance current flows from the source terminal to the drain terminal is cut off, and after the resonance current flowing in the resonance inductance becomes zero, the other MOSFET is turned off.
It is characterized by blocking T. With the above configuration and control, in the bidirectional switch circuit for flowing the resonance current, two MOSFETs of the bidirectional switch circuit are simultaneously turned on, so that the voltage drop at the diode is eliminated and the conduction loss is reduced. Further, even if the resonance current becomes zero, the current of the resonance inductance does not flow in the opposite direction due to the parasitic diode of the MOSFET that is cut off.

【0015】請求項5に記載の発明は、請求項1に記載
の共振形双方向DC−DCコンバータの双方向スイッチ
回路が、スイッチング制御により導通または遮断され導
通方向を逆向きに接続した第1、第2の補助スイッチン
グ素子(例えば実施の形態のIGBTQr3とIGBT
Qr4)と、前記第1、第2の補助スイッチング素子の
それぞれと逆並列に接続された第1、第2の方向制御用
ダイオード(例えば実施の形態の方向制御用ダイオード
Dr1と方向制御用ダイオードDr2)とで構成されて
いる場合に、該DC−DCコンバータを制御する制御方
法であって、前記共振用インダクタンスに共振電流を流
すために、前記共振用インダクタンスに流れる共振電流
の方向と前記第1、第2の方向制御用ダイオードの導通
方向に対応して、前記第1、第2の補助スイッチング素
子のいずれか一方を導通させ、該導通させた前記補助ス
イッチング素子を、前記共振用インダクタンスに流れる
共振電流がゼロになった後に遮断させることを特徴とす
る。以上の構成及び制御により、双方向DC−DCコン
バータの昇圧動作と降圧動作とで変化する共振電流の方
向に対応した補助スイッチング素子の交互の導通、遮断
動作によって、DC−DCコンバータのソフトスイッチ
ング動作を実現する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a first bidirectional switch circuit of the resonance type bidirectional DC-DC converter according to the first aspect, wherein the bidirectional switch circuit is turned on or off by switching control and connected in a reverse direction. , The second auxiliary switching element (for example, the IGBTQr3 and the IGBT of the embodiment).
Qr4) and the first and second direction control diodes (for example, the direction control diode Dr1 and the direction control diode Dr2 of the embodiment) connected in antiparallel with the first and second auxiliary switching elements, respectively. ) And the control method for controlling the DC-DC converter, the direction of the resonance current flowing through the resonance inductance and the first direction for flowing the resonance current through the resonance inductance. , One of the first and second auxiliary switching elements is made conductive in accordance with the conducting direction of the second direction control diode, and the conductive auxiliary switching element is made to flow to the resonance inductance. It is characterized in that it is cut off after the resonance current becomes zero. With the above configuration and control, the soft switching operation of the DC-DC converter is performed by the alternate conduction / interruption operation of the auxiliary switching element corresponding to the direction of the resonance current that changes between the step-up operation and the step-down operation of the bidirectional DC-DC converter. To realize.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、図面
を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1
は、本発明の第1の実施の形態の共振形双方向DC−D
Cコンバータを示す回路図である。図1において、第1
の実施の形態の共振形双方向DC−DCコンバータは、
12V系の負荷R1に接続された12V車両用電源装置
V1と、42V系の負荷R2に接続された42V車両用
電源装置V2との間に配置され、一方の電気エネルギー
を断続的にスイッチングして他方へ供給する。具体的に
は、42V車両用電源装置V2の両端に、スイッチング
制御により導通または遮断されるMOSFETQ1、及
びMOSFETQ2を備えており、MOSFETQ1の
ドレイン端子DC1とMOSFETQ2のソース端子S
C2が接続され、MOSFETQ1のソース端子SC1
とMOSFETQ2のドレイン端子DC2が42V車両
用電源装置V2の両端に接続されている。更にMOSF
ETQ1とMOSFETQ2の接続点に一方の端を接続
され、12V車両用電源装置V1に他方の端を接続され
た、電圧変換に利用する電気エネルギーを蓄えるための
平滑用インダクタンスLを備えている。なお、MOSF
ETQ1、Q2が第1、第2の主スイッチング素子を構
成する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1
Is a resonance type bidirectional DC-D according to the first embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram which shows a C converter. In FIG. 1, the first
The resonant bidirectional DC-DC converter of the embodiment of
It is arranged between the 12V vehicle power supply device V1 connected to the 12V system load R1 and the 42V vehicle power supply device V2 connected to the 42V system load R2, and intermittently switches one electric energy. Supply to the other. Specifically, a MOSFET Q1 and a MOSFET Q2, which are turned on or off by switching control, are provided at both ends of the 42V vehicle power supply device V2, and the drain terminal DC1 of the MOSFET Q1 and the source terminal S of the MOSFET Q2 are provided.
C2 is connected and source terminal SC1 of MOSFET Q1
And the drain terminal DC2 of the MOSFET Q2 are connected to both ends of the 42V vehicle power supply device V2. Further MOSF
One end is connected to the connection point of ETQ1 and MOSFET Q2, and the other end is connected to the 12V vehicle power supply device V1. The smoothing inductance L for storing electric energy used for voltage conversion is provided. In addition, MOSF
ETQ1 and Q2 form first and second main switching elements.

【0017】また、MOSFETQ1のドレイン端子D
C1とソース端子SC1間には、並列に緩衝用コンデン
サC1が接続され、MOSFETQ2のドレイン端子D
C2とソース端子SC2間には、並列に緩衝用コンデン
サC2が接続されている。また、MOSFETQ1、Q
2のドレイン端子とソース端子間(DC1とSC1間、
DC2とSC2間)には並列にMOSFETに含まれる
寄生ダイオードQD1、QD2が存在している。更に、
緩衝用コンデンサC1、C2に共振電流を流すために、
平滑用インダクタンスLの両端に、MOSFETQr1
とMOSFETQr2、及び共振用インダクタンスLr
からなる補助回路H1が並列に接続されている。ここ
で、補助回路H1は、ソース端子同士(SCr1、SC
r2)を接続した2個のMOSFETQr1、Qr2
に、共振用インダクタンスLrを直列に接続して構成す
る。なお、2個のMOSFETQr1、Qr2は、寄生
ダイオードQDr1、QDr2が逆向きになるよう接続
されれば良く、ドレイン端子同士(DCr1、DCr
2)を接続した構成であっても良い。
Further, the drain terminal D of the MOSFET Q1
A buffer capacitor C1 is connected in parallel between C1 and the source terminal SC1, and the drain terminal D of the MOSFET Q2 is connected.
A buffer capacitor C2 is connected in parallel between C2 and the source terminal SC2. Also, MOSFETs Q1 and Q
Between the drain and source terminals of 2 (between DC1 and SC1,
Parasitic diodes QD1 and QD2 included in the MOSFET exist in parallel between DC2 and SC2. Furthermore,
In order to pass a resonance current through the buffer capacitors C1 and C2,
The MOSFET Qr1 is connected to both ends of the smoothing inductance L.
And MOSFET Qr2 and resonance inductance Lr
Is connected in parallel. Here, the auxiliary circuit H1 has source terminals (SCr1, SC
r2) connected to two MOSFETs Qr1 and Qr2
In addition, the resonance inductance Lr is connected in series. The two MOSFETs Qr1 and Qr2 may be connected so that the parasitic diodes QDr1 and QDr2 are in opposite directions, and the drain terminals (DCr1 and DCr2) are connected to each other.
A configuration in which 2) is connected may be used.

【0018】また、12V車両用電源装置V1の両端に
は、電圧平滑用の平滑用コンデンサC3が接続され、4
2V車両用電源装置V2の両端には、電圧平滑用の平滑
用コンデンサC4が接続されている。なお、図1に示し
たダイオードQD1、QD2、QDr1、QDr2は、
それぞれMOSFETQ1、Q2、Qr1、Qr2の寄
生ダイオードであって、実際はMOSFETの素子内部
にあり、実際の部品としては存在しない要素である。
A smoothing capacitor C3 for voltage smoothing is connected to both ends of the 12V vehicle power supply device V1.
A smoothing capacitor C4 for voltage smoothing is connected to both ends of the 2V vehicle power supply device V2. The diodes QD1, QD2, QDr1 and QDr2 shown in FIG.
These are parasitic diodes of the MOSFETs Q1, Q2, Qr1, and Qr2, respectively, which are elements that are actually inside the MOSFET elements and do not exist as actual parts.

【0019】次に、上述の共振形双方向DC−DCコン
バータの動作を簡単に説明する。まず、非絶縁双方向D
C−DCコンバータが12V車両用電源装置V1の電気
エネルギーを利用して42V系へ電圧を供給する昇圧動
作では、MOSFETQ1とMOSFETQ2のドレイ
ン端子とソース端子間の導通と遮断を交互に繰り返すス
イッチング動作を行う。そして、これにより平滑用イン
ダクタンスLに誘起される電圧を、MOSFETQ2に
より整流し、更に平滑用コンデンサC4で平滑化して4
2V車両用電源装置V2の充電に利用したり、42V系
の負荷R2に供給したりする。このとき、特にMOSF
ETQ1を遮断状態から導通状態に切り替える際に、緩
衝用コンデンサC1、C2と共振用インダクタンスLr
との共振電流によって、MOSFETQ1に印加される
電圧と流れる電流とを制御し、MOSFETQ1のソフ
トスイッチングを実現する。
Next, the operation of the above resonance type bidirectional DC-DC converter will be briefly described. First, non-isolated bidirectional D
In the step-up operation in which the C-DC converter uses the electric energy of the 12V vehicle power supply device V1 to supply a voltage to the 42V system, a switching operation in which conduction and interruption between the drain terminal and the source terminal of the MOSFET Q1 and MOSFET Q2 are alternately repeated. To do. The voltage induced in the smoothing inductance L by this is rectified by the MOSFET Q2 and further smoothed by the smoothing capacitor C4.
It is used to charge the 2V vehicle power supply device V2 or is supplied to the 42V load R2. At this time, especially MOSF
When switching the ETQ1 from the cutoff state to the conduction state, the buffer capacitors C1 and C2 and the resonance inductance Lr
The voltage applied to the MOSFET Q1 and the flowing current are controlled by the resonance currents of and to realize soft switching of the MOSFET Q1.

【0020】また、非絶縁双方向DC−DCコンバータ
が42V車両用電源装置V2の電気エネルギーを利用し
て12V系へ電圧を供給する降圧動作では、MOSFE
TQ1とMOSFETQ2のドレイン端子とソース端子
間の導通と遮断を交互に繰り返すスイッチング動作を行
う。そして、これにより平滑用インダクタンスLに誘起
される電圧を、MOSFETQ1により整流し、更に平
滑用コンデンサC3で平滑化して12V車両用電源装置
V1の充電に利用したり、12V系の負荷R1に供給し
たりする。このとき、特にMOSFETQ2を遮断状態
から導通状態に切り替える際に、緩衝用コンデンサC
1、C2と共振用インダクタンスLrとの共振電流によ
って、MOSFETQ2に印加される電圧と流れる電流
とを制御し、MOSFETQ2のソフトスイッチングを
実現する。
In the step-down operation in which the non-insulated bidirectional DC-DC converter supplies the voltage to the 12V system by using the electric energy of the 42V vehicle power supply device V2, the MOSFE is used.
A switching operation is performed in which conduction and interruption between the drain terminal and the source terminal of TQ1 and MOSFET Q2 are alternately repeated. The voltage induced in the smoothing inductance L by this is rectified by the MOSFET Q1, smoothed by the smoothing capacitor C3, and used for charging the 12V vehicle power supply device V1 or supplied to the 12V load R1. Or At this time, particularly when switching the MOSFET Q2 from the cutoff state to the conduction state, the buffer capacitor C
The voltage applied to the MOSFET Q2 and the flowing current are controlled by the resonance current of the inductors C1 and L2 and the resonance inductance Lr to realize the soft switching of the MOSFET Q2.

【0021】なお、上述の非絶縁双方向DC−DCコン
バータの昇圧、または降圧動作における変換前後の電圧
比は、PWM制御によるMOSFETQ1、またはMO
SFETQ2のドレイン端子とソース端子間の導通と遮
断の時間比率(スイッチング信号のデューティー比)で
決定される。また、主スイッチング素子や補助スイッチ
ング素子には、MOSFETの他、逆阻止サイリスタ、
GTO(Gate Turn Off thyristor )、バイポーラトラ
ンジスタ、IGBT等を用いても良く、逆阻止サイリス
タ、GTO、バイポーラトランジスタ、IGBTを用い
た例は、IGBTを用いた場合を代表に、第2の実施の
形態として詳細を後述する。
The voltage ratio before and after the conversion in the step-up or step-down operation of the above-described non-insulated bidirectional DC-DC converter is the MOSFET Q1 or MO controlled by PWM.
It is determined by the time ratio (duty ratio of the switching signal) of conduction and interruption between the drain terminal and the source terminal of the SFET Q2. In addition to MOSFETs, reverse blocking thyristors,
A GTO (Gate Turn Off Thyristor), a bipolar transistor, an IGBT, or the like may be used. An example using a reverse blocking thyristor, a GTO, a bipolar transistor, and an IGBT is the second embodiment, representatively when the IGBT is used. The details will be described later.

【0022】次に、図面を用いて、第1の実施の形態の
共振形双方向DC−DCコンバータの制御手順と動作の
詳細を説明する。回路の動作を説明するにあたっては、
図1の回路図における各部分の電圧や電流の表記を先に
定義する。まず、電圧の定義は、緩衝用コンデンサC1
の両端にかかる、共振用インダクタンスLと接続される
側を正方向として表した電圧をVc1、緩衝用コンデン
サC2の両端にかかる、42V系車両用電源装置V2と
接続される側を正方向として表した電圧をVc2とす
る。また、電流の定義は、平滑用インダクタンスLを流
れる電流をILとする。ここで、電流ILの流れる向き
は昇圧動作時と降圧動作時で反対になるので、昇圧動作
時は、12V系車両用電源装置V1からMOSFETQ
1、またはMOSFETQ2へ向かって流れる方向を正
方向とし、降圧動作時は、その逆を正方向とする。
Next, the control procedure and operation of the resonance type bidirectional DC-DC converter of the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In explaining the operation of the circuit,
The notation of voltage and current of each part in the circuit diagram of FIG. 1 will be defined first. First, the definition of the voltage is that the buffer capacitor C1
The voltage applied to both ends of the resonance inductance L is expressed as Vc1 in the positive direction, and the voltage applied to both ends of the buffer capacitor C2 to the 42V system vehicle power supply device V2 is expressed in the positive direction. The voltage thus set is Vc2. Further, the definition of the current is that the current flowing through the smoothing inductance L is IL. Here, since the direction in which the current IL flows is opposite between the step-up operation and the step-down operation, during the step-up operation, the 12V system vehicle power supply device V1 to the MOSFET Q
1 or the direction flowing toward the MOSFET Q2 is the positive direction, and the reverse direction is the positive direction during the step-down operation.

【0023】同様に、共振用インダクタンスLrを流れ
る電流をILrとする。ここで、電流ILrの流れる向
きは昇圧動作時と降圧動作時で反対になるので、昇圧動
作時は、MOSFETQ1、またはMOSFETQ2か
ら12V系車両用電源装置V1へ向かって流れる方向を
正方向とし、降圧動作時は、その逆を正方向とする。
Similarly, the current flowing through the resonance inductance Lr is ILr. Here, since the direction in which the current ILr flows is opposite between the step-up operation and the step-down operation, during the step-up operation, the direction in which the current ILr flows from the MOSFET Q1 or the MOSFET Q2 to the 12V system vehicle power supply device V1 is the positive direction, When operating, the opposite is the forward direction.

【0024】また、共振用インダクタンスLと接続され
る側からMOSFETQ1へ流れこむ向きを正方向とし
て表した電流をIQ1、42V系車両用電源装置V2と
接続される側からMOSFETQ2へ流れこむ向きを正
方向として表した電流をIQ2とする。
In addition, the current flowing from the side connected to the resonance inductance L to the MOSFET Q1 is expressed as the positive direction, and the current flowing to the MOSFET Q2 from the side connected to the IQ1 and 42V system power supply device V2 is positive. The current expressed as a direction is IQ2.

【0025】次に、上記で定義した各部分の電圧と電流
の表記に基づいて、まず、図2から図4に示す(a)モ
ードa−1から(i)モードa−9までの各状態を示し
た図と、図5に示す波形図を用いて、第1の実施の形態
の共振形双方向DC−DCコンバータの昇圧動作を説明
する。なお、図2から図4では導通状態を分りやすく説
明するため、非導通状態の回路要素を省略して説明して
いる。図5の波形図では、最下段に示したモード番号が
上記のモード番号に対応し、それぞれの波形は上記の各
モードに対応した信号波形を示す。まず、(a)モード
a−1において、第1の実施の形態の共振形双方向DC
−DCコンバータは、昇圧動作の定常状態にあり、12
V系車両用電源装置V1が平滑用インダクタンスLへの
電気エネルギーの蓄積を行っている。このとき、MOS
FETQ1は導通状態、MOSFETQ2は遮断状態に
あり、従って、平滑用インダクタンスLを流れる電流I
Lは、全てMOSFETQ1を流れている。
Next, based on the notation of voltage and current of each part defined above, first, each state from (a) mode a-1 to (i) mode a-9 shown in FIG. 2 to FIG. 5 and the waveform diagram shown in FIG. 5, the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment will be described. 2 to 4, the circuit elements in the non-conducting state are omitted in order to make it easier to understand the conducting state. In the waveform diagram of FIG. 5, the mode numbers shown at the bottom correspond to the above mode numbers, and each waveform shows a signal waveform corresponding to each of the above modes. First, (a) in mode a-1, the resonance type bidirectional DC of the first embodiment
-DC converter is in steady state of boosting operation
The V-system vehicle power supply device V1 stores electric energy in the smoothing inductance L. At this time, the MOS
The FET Q1 is in the conductive state and the MOSFET Q2 is in the cut-off state. Therefore, the current I flowing through the smoothing inductance L is
All L flows through the MOSFET Q1.

【0026】次に、(b)モードa−2において、MO
SFETQ1をターンOFFすると、平滑用インダクタ
ンスLを流れる電流ILは、緩衝用コンデンサC1を充
電し、緩衝用コンデンサC2を放電する。この状態は、
平滑用インダクタンスLと緩衝用コンデンサC1、C2
とが共振している状態である。また、このとき、共振状
態になるまでMOSFETQ1がON状態にあり、電圧
が加わっていなかった緩衝用コンデンサC1の両端電圧
Vc1は上昇する。しかし、両端電圧Vc1は、緩衝用
コンデンサC1が与える時定数のため急速には上昇でき
ず、MOSFETQ1は、緩衝用コンデンサC1の両端
電圧、すなわちその両端電圧Vc1が”ゼロ”の状態で
ターンOFFされるゼロ電圧スイッチング(ZVS:Ze
ro Voltage Switching)となる。図5の波形図には、こ
のゼロ電圧スイッチングとなる部分を「(a)ZVS」
として示している。
Next, in (b) mode a-2, MO
When the SFET Q1 is turned off, the current IL flowing through the smoothing inductance L charges the buffer capacitor C1 and discharges the buffer capacitor C2. This state is
Smoothing inductance L and buffer capacitors C1 and C2
And are in resonance. Further, at this time, the MOSFET Q1 remains in the ON state until the resonance state is reached, and the voltage Vc1 across the buffer capacitor C1 to which no voltage is applied rises. However, the voltage Vc1 at both ends cannot be rapidly increased because of the time constant given by the buffer capacitor C1, and the MOSFET Q1 is turned off in a state where the voltage at both ends of the buffer capacitor C1, that is, the voltage Vc1 at the end is “zero”. Zero voltage switching (ZVS: Ze
ro Voltage Switching). In the waveform diagram of FIG. 5, the part which becomes the zero voltage switching is “(a) ZVS”.
Is shown as.

【0027】MOSFETQ1をターンOFFすること
により、緩衝用コンデンサC2の両端電圧Vc2が”ゼ
ロ”に達すると、(c)モードa−3において、MOS
FETQ2の寄生ダイオードQD2が導通状態になり、
平滑用インダクタンスLを流れる電流ILは、全て寄生
ダイオードQD2を流れるようになるが、この寄生ダイ
オードQD2が導通するときに、MOSFETQ2を同
時にターンONする。すると、平滑用インダクタンスL
を流れる電流ILはダイオードQD2を通過させること
無く、オン抵抗の低いMOSFETQ2のソース端子S
C2とドレイン端子DC2間を流れるようになり、ダイ
オードQD2に電流を導通させる場合よりも導通損失を
少なくし、効率良く電力を42V系車両用電源装置V2
へ伝えることができ、MOSFETの同期整流が実現す
る。従って、このMOSFETQ2の整流作用により、
12V系車両用電源装置V1から昇圧されて平滑用イン
ダクタンスLに蓄えられた電気エネルギーが、42V系
車両用電源装置V2へ伝えられ、第1の実施の形態の共
振形双方向DC−DCコンバータの昇圧動作となる。
When the voltage Vc2 across the buffer capacitor C2 reaches "zero" by turning off the MOSFET Q1, (c) in mode a-3, the MOS is turned on.
The parasitic diode QD2 of the FET Q2 becomes conductive,
All the current IL flowing through the smoothing inductance L comes to flow through the parasitic diode QD2, but when the parasitic diode QD2 becomes conductive, the MOSFET Q2 is turned on at the same time. Then, the smoothing inductance L
The current IL flowing through the source Q does not pass through the diode QD2, and the source terminal S of the MOSFET Q2 having a low on-resistance is
CV and the drain terminal DC2 can be made to flow, the conduction loss is reduced as compared with the case where the current is conducted to the diode QD2, and the electric power is efficiently supplied to the 42V vehicle power supply device V2
And synchronous rectification of the MOSFET is realized. Therefore, due to the rectifying action of this MOSFET Q2,
The electric energy boosted from the 12V vehicle power supply device V1 and stored in the smoothing inductance L is transmitted to the 42V vehicle power supply device V2, and the resonance type bidirectional DC-DC converter of the first embodiment is used. Boost operation.

【0028】また、MOSFETQ2をターンONする
場合、その両端電圧Vc2は”ゼロ”であり、電流も流
れ始める前のためIQ2は”ゼロ”であるので、MOS
FETQ2のターンONは、ゼロ電圧スイッチングとゼ
ロ電流スイッチング(ZCS:Zero current Switchin
g)となる。図5の波形図には、このゼロ電圧スイッチ
ング、ゼロ電流スイッチングとなる部分を「(b)ZV
S」、「(c)ZCS」として示している。
Further, when the MOSFET Q2 is turned on, the voltage Vc2 across it is "zero", and IQ2 is "zero" because the current does not start flowing.
The turn-on of the FET Q2 is performed by zero voltage switching and zero current switching (ZCS: Zero current Switchin).
g). In the waveform diagram of FIG. 5, the part which is the zero voltage switching and the zero current switching is shown in “(b) ZV”.
S ”and“ (c) ZCS ”.

【0029】次に、MOSFETQ2をターンOFF
し、定常状態の(a)モードa−1に戻る準備として、
(d)モードa−4において、MOSFETQr2をタ
ーンONし、同時にMOSFETQr1もターンONす
る。すると、共振用インダクタンスLrの両端には、4
2V系車両用電源装置V2の電圧と12V系車両用電源
装置V1の電圧の差の電圧が印加されることになるの
で、共振用インダクタンスLrを流れる共振電流ILr
は直線的に上昇する。また、このとき、MOSFETQ
r1、Qr2は、電流が流れていない状態でターンON
されるのでゼロ電流スイッチングとなる。図5の波形図
には、このゼロ電流スイッチングとなる部分を「(d)
ZCS」、「(e)ZCS」として示している。このと
き、MOSFETQr1はターンONしなくても寄生ダ
イオードQDr1により共振電流ILrを導通させるこ
とができるが、寄生ダイオードQDr1の導通損失の方
が多く発生するので、これを回避するために、オン抵抗
の小さいMOSFETQr1をターンONすることで寄
生ダイオードQDr1を導通させるときよりも導通時の
損失が低減される。
Next, the MOSFET Q2 is turned off.
Then, as a preparation for returning to the steady state (a) mode a-1,
(D) In mode a-4, the MOSFET Qr2 is turned on, and at the same time, the MOSFET Qr1 is turned on. Then, at both ends of the resonance inductance Lr, 4
Since the voltage of the difference between the voltage of the 2V system vehicle power supply device V2 and the voltage of the 12V system vehicle power supply device V1 is applied, the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr.
Rises linearly. At this time, MOSFETQ
r1 and Qr2 turn on when no current is flowing
Therefore, zero current switching is performed. In the waveform diagram of FIG. 5, the part which becomes the zero current switching is indicated by “(d)
ZCS ”and“ (e) ZCS ”. At this time, the resonance current ILr can be made conductive by the parasitic diode QDr1 without turning on the MOSFET Qr1. However, since more conduction loss occurs in the parasitic diode QDr1, in order to avoid this, the on-resistance of the on-resistance is increased. By turning on the small MOSFET Qr1, the loss during conduction is reduced as compared with the case where the parasitic diode QDr1 is conducted.

【0030】この状態で共振用インダクタンスLrを流
れる共振電流ILrが、平滑用インダクタンスLを流れ
る電流ILより大きくなると、(e)モードa−5にお
いて、MOSFETQ2に42V系車両用電源装置V2
と接続される側からMOSFETQ2へ流れこむ向きの
電流が流れはじめる。次に、(f)モードa−6におい
て、MOSFETQ2をターンOFFすると、共振用イ
ンダクタンスLrと緩衝用コンデンサC1、C2との共
振が発生し、共振用インダクタンスLrを流れる共振電
流ILrの一部は、緩衝用コンデンサC1を放電し、緩
衝用コンデンサC2を充電する。また、このとき、緩衝
用コンデンサC2の両端電圧Vc2は、緩衝用コンデン
サC2が与える時定数のため急速には上昇できず、MO
SFETQ2は両端電圧Vc2が”ゼロ”の状態でター
ンOFFされるゼロ電圧スイッチングとなる。図5の波
形図には、このゼロ電圧スイッチングとなる部分を
「(f)ZVS」として示している。
In this state, when the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr becomes larger than the current IL flowing through the smoothing inductance L, in the (e) mode a-5, the 42V system vehicle power supply device V2 is supplied to the MOSFET Q2.
A current in the direction of flowing into the MOSFET Q2 begins to flow from the side connected to. Next, in the (f) mode a-6, when the MOSFET Q2 is turned off, resonance occurs between the resonance inductance Lr and the buffer capacitors C1 and C2, and a part of the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr becomes The buffer capacitor C1 is discharged and the buffer capacitor C2 is charged. Further, at this time, the voltage Vc2 across the buffer capacitor C2 cannot be rapidly increased because of the time constant given by the buffer capacitor C2.
The SFET Q2 is turned off with zero voltage switching when the voltage Vc2 across the SFET Q2 is "zero". In the waveform diagram of FIG. 5, the part that causes the zero voltage switching is shown as “(f) ZVS”.

【0031】そして、(g)モードa−7において、緩
衝用コンデンサC1の両端電圧Vc1が”ゼロ”になる
と、MOSFETQ1の寄生ダイオードQD1が導通可
能な状態となるが、この状態への転移タイミングと同期
させてMOSFETQ1をターンONすると、寄生ダイ
オードQD1には電流は流れず、MOSFETQ1のソ
ース端子SC1とドレイン端子DC1間を流れる同期整
流が行われる。尚、上記寄生ダイオードQD1が導通状
態になったときに、MOSFETQ1をターンONさせ
なくても寄生ダイオードQD1により整流させることは
できるが、強制的にオン抵抗の小さいMOSFETQ1
をターンONすることで寄生ダイオードに電流を導通さ
せるときよりも導通時の損失を低減することができる。
また、MOSFETQ1をターンONする場合、その両
端電圧Vc1は”ゼロ”であり、電流も流れ始める前の
ためIQ1は”ゼロ”であるので、MOSFETQ1の
ターンONは、ゼロ電圧スイッチングとゼロ電流スイッ
チングとなる。図5の波形図には、このゼロ電圧スイッ
チング、ゼロ電流スイッチングとなる部分を「(g)Z
VS」、「(h)ZCS」として示している。
In (g) mode a-7, when the voltage Vc1 across the buffer capacitor C1 becomes "zero", the parasitic diode QD1 of the MOSFET Q1 becomes conductive, but the transition timing to this state is When the MOSFET Q1 is turned on synchronously, no current flows through the parasitic diode QD1 and synchronous rectification is performed between the source terminal SC1 and the drain terminal DC1 of the MOSFET Q1. Although the parasitic diode QD1 can be rectified by the parasitic diode QD1 without turning on the MOSFET Q1 when the parasitic diode QD1 becomes conductive, the MOSFET Q1 having a small ON resistance is forcibly rectified.
By turning on, the loss during conduction can be reduced more than when conducting the current through the parasitic diode.
Further, when the MOSFET Q1 is turned on, the voltage Vc1 across the MOSFET Q1 is "zero", and IQ1 is "zero" before the current starts flowing. Therefore, the turn-on of the MOSFET Q1 is zero voltage switching and zero current switching. Become. In the waveform diagram of FIG. 5, the part which becomes the zero voltage switching and the zero current switching is represented by “(g) Z”.
VS ”and“ (h) ZCS ”.

【0032】また、このとき、共振用インダクタンスL
rには、共振電流ILrを減少させる向きに、12V系
車両用電源装置V1の電圧が印加されるので、共振用イ
ンダクタンスLrを流れる共振電流ILrは次第に減少
する。この状態で共振用インダクタンスLrを流れる共
振電流ILrが、平滑用インダクタンスLを流れる電流
ILよりも小さくなり始めると、(h)モードa−8に
おいて、MOSFETQ1に(g)モードa−7のとき
とは反対の、平滑用インダクタンスLと接続される側か
らMOSFETQ1へ流れる向きの電流が流れ始める。
更に、共振用インダクタンスLrを流れる共振電流IL
rが減少して”ゼロ”に近づいたときに、(i)モード
a−9において、MOSFETQr1を先にターンOF
Fする。すると、電流はMOSFETQr1の寄生ダイ
オードQDr1を流れるようになる。
At this time, the resonance inductance L
Since the voltage of the 12V system vehicle power supply device V1 is applied to r in the direction of decreasing the resonance current ILr, the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr gradually decreases. In this state, when the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr begins to become smaller than the current IL flowing through the smoothing inductance L, the MOSFET Q1 is in the (g) mode a-7 in the (h) mode a-8. On the contrary, the current in the direction of flowing to the MOSFET Q1 starts to flow from the side connected to the smoothing inductance L.
Further, the resonance current IL flowing through the resonance inductance Lr
When r decreases and approaches "zero", in the (i) mode a-9, the MOSFET Qr1 is turned off first.
F Then, the current flows through the parasitic diode QDr1 of the MOSFET Qr1.

【0033】また、共振用インダクタンスLrを流れる
共振電流ILrが減少して”ゼロ”になると、次の定常
状態の(a)モードa−1へ移る前にMOSFETQr
2をターンOFFする。このとき、MOSFETQr2
は、電流が”ゼロ”の状態でターンOFFされるのでゼ
ロ電流スイッチングとなる。図5の波形図には、このゼ
ロ電流スイッチングとなる部分を「(i)ZCS」とし
て示している。
When the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr decreases to "zero", the MOSFET Qr is moved to the next steady state (a) mode a-1.
Turn off 2 At this time, MOSFET Qr2
Causes zero current switching because the current is turned off when the current is "zero". In the waveform diagram of FIG. 5, the part that causes the zero current switching is shown as “(i) ZCS”.

【0034】なお、MOSFETQr2のターンOFF
は、共振電流が流れていない状態のうちに行えば良いの
で、定常状態の(a)モードa−1の間にターンOFF
するようにしても良い。また、共振電流ILrが減少し
てゼロになっても寄生ダイオードDr1により逆方向の
共振電流ILrが流れることは阻止される。以上によ
り、第1の実施の形態の共振形双方向DC−DCコンバ
ータの昇圧動作の一周期の動作が完了する。また、DC
−DCコンバータの電圧変換の電圧比は、(a)モード
a−1と(c)モードa−3の状態を保つ時間比率を、
PWMにより制御することで決定される。
The turn-off of the MOSFET Qr2
Can be performed while the resonance current is not flowing, so turn off during the steady state (a) mode a-1.
It may be done. Further, even if the resonance current ILr decreases to zero, the parasitic diode Dr1 prevents the resonance current ILr from flowing in the opposite direction. As described above, one cycle of the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment is completed. Also, DC
-The voltage ratio of the voltage conversion of the DC converter is the time ratio for maintaining the states of (a) mode a-1 and (c) mode a-3,
It is determined by controlling by PWM.

【0035】次に、図6から図8に示す(a)モードb
−1から(i)モードb−9までの各状態を示した図
と、図9に示す波形図を用いて、第1の実施の形態の共
振形双方向DC−DCコンバータの降圧動作を説明す
る。なお、図9の波形図では、最下段に示したモード番
号が上記のモード番号に対応し、それぞれの波形は上記
の各モードに対応した信号波形を示す。まず、(a)モ
ードb−1において、第1の実施の形態の共振形双方向
DC−DCコンバータは、降圧動作の定常状態にあり、
42V系車両用電源装置V2が平滑用インダクタンスL
への電気エネルギーの蓄積を行っているとする。このと
き、MOSFETQ1は遮断状態、MOSFETQ2は
導通状態にあり、従って、平滑用インダクタンスLを流
れる電流ILは、全てMOSFETQ2を流れている。
Next, (a) mode b shown in FIG. 6 to FIG.
-1 to (i) Modes b-9, and the waveform diagram shown in FIG. 9, the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment will be described. To do. In the waveform diagram of FIG. 9, the mode numbers shown at the bottom correspond to the above mode numbers, and each waveform shows a signal waveform corresponding to each of the above modes. First, in (a) mode b-1, the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment is in a steady state of step-down operation,
The 42V system power supply device V2 for a vehicle has a smoothing inductance L
It is assumed that electric energy is being stored in the. At this time, the MOSFET Q1 is in the cut-off state and the MOSFET Q2 is in the conducting state. Therefore, all the current IL flowing through the smoothing inductance L flows through the MOSFET Q2.

【0036】次に、(b)モードb−2において、MO
SFETQ2をターンOFFすると、平滑用インダクタ
ンスLを流れる電流ILは、緩衝用コンデンサC1を放
電し、緩衝用コンデンサC2を充電する。この状態は、
平滑用インダクタンスLと緩衝用コンデンサC1、C2
とが共振している状態である。また、このとき、共振状
態になるまでMOSFETQ2がON状態にあり、電圧
が加わっていなかった緩衝用コンデンサC2の両端電圧
Vc2は上昇する。しかし、電圧Vc2は、緩衝用コン
デンサC2が与える時定数のため急速には上昇できず、
MOSFETQ2は、緩衝用コンデンサC2の両端電
圧、すなわちMOSFETQ2の両端電圧Vc2が”ゼ
ロ”の状態でターンOFFされるゼロ電圧スイッチング
となる。図9の波形図には、このゼロ電圧スイッチング
となる部分を「(a)ZVS」として示している。
Next, in (b) mode b-2, MO
When the SFET Q2 is turned off, the current IL flowing through the smoothing inductance L discharges the buffer capacitor C1 and charges the buffer capacitor C2. This state is
Smoothing inductance L and buffer capacitors C1 and C2
And are in resonance. Further, at this time, the MOSFET Q2 is in the ON state until the resonance state is reached, and the voltage Vc2 across the buffer capacitor C2, to which no voltage is applied, rises. However, the voltage Vc2 cannot rise rapidly due to the time constant given by the buffer capacitor C2,
The MOSFET Q2 has zero voltage switching in which the voltage across the buffer capacitor C2, that is, the voltage Vc2 across the MOSFET Q2 is turned off when the voltage is zero. In the waveform diagram of FIG. 9, the part that causes the zero voltage switching is shown as “(a) ZVS”.

【0037】MOSFETQ2をターンOFFすること
により、緩衝用コンデンサC1の両端電圧Vc1が”ゼ
ロ”に達すると、(c)モードb−3において、MOS
FETQ1の寄生ダイオードQD1が導通状態になり、
平滑用インダクタンスLを流れる電流ILは、全て寄生
ダイオードQD1を流れるようになるが、この寄生ダイ
オードQD1が導通するときに、MOSFETQ1を同
時にターンONする。すると、平滑用インダクタンスL
を流れる電流ILはMOSFETQ1を流れるようにな
り、平滑用インダクタンスLに蓄えられた電気エネルギ
ーは、寄生ダイオードQD1を通過することなくオン抵
抗が低く導通損失の少ないMOSFETQ1のソース端
子SC1とドレイン端子DC1の間を通過して12V系
車両用電源装置V1へ伝えられ、MOSFETの同期整
流が実現する。従って、このMOSFETQ1の整流作
用により、42V系車両用電源装置V2の電源電圧から
降圧されて平滑用インダクタンスLに蓄えられた電気エ
ネルギーが、12V系車両用電源装置V1へ伝えられ、
第1の実施の形態の共振形双方向DC−DCコンバータ
の降圧動作となる。
When the voltage Vc1 across the buffer capacitor C1 reaches "zero" by turning off the MOSFET Q2, (c) in mode b-3, the MOS is turned on.
The parasitic diode QD1 of the FET Q1 becomes conductive,
All the current IL flowing through the smoothing inductance L comes to flow through the parasitic diode QD1, but when the parasitic diode QD1 becomes conductive, the MOSFET Q1 is turned on at the same time. Then, the smoothing inductance L
A current IL flowing through the MOSFET Q1 comes to flow, and the electric energy stored in the smoothing inductance L does not pass through the parasitic diode QD1 and has a low on resistance and a small conduction loss. The signal is transmitted to the 12V vehicle power supply device V1 through the space and the synchronous rectification of the MOSFET is realized. Therefore, due to the rectifying action of the MOSFET Q1, the electric energy stored in the smoothing inductance L after being stepped down from the power supply voltage of the 42V type vehicle power source device V2 is transmitted to the 12V type vehicle power source device V1.
This is the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment.

【0038】また、MOSFETQ1をターンONする
場合、その両端電圧Vc1は”ゼロ”であり、電流も流
れ始める前のためIQ1は”ゼロ”であるので、MOS
FETQ1のターンONは、ゼロ電圧スイッチングとゼ
ロ電流スイッチングとなる。図9の波形図には、このゼ
ロ電圧スイッチングとゼロ電流スイッチング、となる部
分を「(b)ZVS」、「(c)ZCS」として示して
いる。
When the MOSFET Q1 is turned on, the voltage Vc1 across the MOSFET Q1 is "zero" and IQ1 is "zero" because the current does not start flowing.
Turn-on of the FET Q1 results in zero voltage switching and zero current switching. In the waveform diagram of FIG. 9, the portions that are the zero voltage switching and the zero current switching are shown as “(b) ZVS” and “(c) ZCS”.

【0039】次に、MOSFETQ1をターンOFF
し、定常状態の(a)モードb−1に戻る準備として、
(d)モードb−4において、MOSFETQr1をタ
ーンONし、同時にMOSFETQr2もターンONす
る。すると、共振用インダクタンスLrの両端には、1
2V系車両用電源装置V1の電圧が印加されることにな
るので、共振用インダクタンスLrを流れる共振電流I
Lrは直線的に上昇する。 また、このとき、MOSF
ETQr1、Qr2は、電流が流れていない状態でター
ンONされるのでゼロ電流スイッチングとなる。図9の
波形図には、このゼロ電流スイッチングとなる部分を
「(d)ZCS」、「(e)ZCS」として示してい
る。このとき、MOSFETQr2はターンONしなく
ても寄生ダイオードQDr2により共振電流ILrを導
通させることができるが、寄生ダイオードQDr2での
導通損失により電圧降下が発生するので、これを回避す
るために、オン抵抗の小さいMOSFETQr2をター
ンONすることで寄生ダイオードQDr2を導通させる
ときよりも導通時の損失が低減される。
Next, the MOSFET Q1 is turned off.
Then, in preparation for returning to the steady state (a) mode b-1,
(D) In mode b-4, the MOSFET Qr1 is turned on, and at the same time, the MOSFET Qr2 is turned on. Then, 1 is provided at both ends of the resonance inductance Lr.
Since the voltage of the 2V system vehicle power supply device V1 is applied, the resonance current I flowing through the resonance inductance Lr
Lr rises linearly. At this time, the MOSF
The ETQr1 and Qr2 are turned on in the state where no current is flowing, so that zero current switching is performed. In the waveform diagram of FIG. 9, the part which becomes this zero current switching is shown as "(d) ZCS" and "(e) ZCS." At this time, the resonance current ILr can be made conductive by the parasitic diode QDr2 even if the MOSFET Qr2 is not turned on. However, a voltage drop occurs due to the conduction loss in the parasitic diode QDr2. By turning on the MOSFET Qr2 having a small value, the loss during conduction is reduced more than when the parasitic diode QDr2 is conducted.

【0040】この状態で共振用インダクタンスLrを流
れる共振電流ILrが、平滑用インダクタンスLを流れ
る電流ILより大きくなると、(e)モードb−5にお
いて、MOSFETQ1に共振用インダクタンスLと接
続される側からMOSFETQ1へ流れこむ向きの電流
が流れ始める。次に、(f)モードb−6において、M
OSFETQ1をターンOFFすると、共振用インダク
タンスLrと緩衝用コンデンサC1、C2との共振が発
生し、共振用インダクタンスLrを流れる共振電流IL
rの一部は、緩衝用コンデンサC1を充電し、緩衝用コ
ンデンサC2を放電する。また、このとき、緩衝用コン
デンサC1の両端電圧Vc1は、緩衝用コンデンサC1
が与える時定数のため急速には上昇できず、MOSFE
TQ1は両端電圧Vc1が”ゼロ”の状態でターンOF
Fされるゼロ電圧スイッチングとなる。図9の波形図に
は、このゼロ電圧スイッチングとなる部分を「(f)Z
VS」として示している。
In this state, when the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr becomes larger than the current IL flowing through the smoothing inductance L, in the (e) mode b-5, from the side connected to the resonance inductance L in the MOSFET Q1. The current flowing in the MOSFET Q1 begins to flow. Next, in (f) mode b-6, M
When the OSFET Q1 is turned off, resonance occurs between the resonance inductance Lr and the buffer capacitors C1 and C2, and the resonance current IL flowing through the resonance inductance Lr.
Part of r charges the buffer capacitor C1 and discharges the buffer capacitor C2. At this time, the voltage Vc1 across the buffer capacitor C1 is equal to the buffer capacitor C1.
It cannot rise rapidly because of the time constant given by
TQ1 is turned off when the voltage Vc1 at both ends is "zero".
Zero voltage switching is performed. In the waveform diagram of FIG. 9, the part that causes the zero voltage switching is represented by “(f) Z
It is shown as "VS".

【0041】そして、(g)モードb−7において、緩
衝用コンデンサC2の両端電圧Vc2が”ゼロ”になる
と、MOSFETQ2の寄生ダイオードQD2が導通可
能な状態となるが、この状態への転移タイミングと同期
させてMOSFETQ2をターンONすると、寄生ダイ
オードQD2には電流は流れず、MOSFETQ2のソ
ース端子SC2とドレイン端子DC2間を流れる同期整
流が行われる。尚、上記寄生ダイオードQD2が導通状
態になったときに、MOSFETQ2をターンONさせ
なくても寄生ダイオードQD2により整流させることは
できるが、強制的にオン抵抗の小さいMOSFETQ2
をターンONすることで寄生ダイオードに電流を導通さ
せるときよりも導通時の損失を低減することができる。
また、MOSFETQ2をターンONする場合、その両
端電圧Vc2は”ゼロ”であり、電流も流れ始める前の
ためIQ2は”ゼロ”であるので、MOSFETQ2の
ターンONは、ゼロ電圧スイッチングとゼロ電流スイッ
チングとなる。図9の波形図には、このゼロ電圧スイッ
チングとゼロ電流スイッチングとなる部分を「(g)Z
VS」、「(h)ZCS」として示している。
In (g) mode b-7, when the voltage Vc2 across the buffer capacitor C2 becomes "zero", the parasitic diode QD2 of the MOSFET Q2 becomes conductive, but the transition timing to this state is When the MOSFET Q2 is turned on synchronously, no current flows through the parasitic diode QD2, and synchronous rectification is performed between the source terminal SC2 and the drain terminal DC2 of the MOSFET Q2. When the parasitic diode QD2 becomes conductive, it can be rectified by the parasitic diode QD2 without turning on the MOSFET Q2, but the MOSFET Q2 having a small on-resistance is forced.
By turning on, the loss during conduction can be reduced more than when conducting the current through the parasitic diode.
Further, when turning on the MOSFET Q2, the voltage Vc2 across it is "zero", and IQ2 is "zero" because no current starts flowing, so turning on of the MOSFET Q2 results in zero voltage switching and zero current switching. Become. In the waveform diagram of FIG. 9, the part which becomes the zero voltage switching and the zero current switching is represented by “(g) Z”.
VS ”and“ (h) ZCS ”.

【0042】また、このとき、共振用インダクタンスL
rには、共振電流ILrを減少させる向きに、42V系
車両用電源装置V2の電圧と12V系車両用電源装置V
1の電圧の差の電圧が印加されるので、共振用インダク
タンスLrを流れる共振電流ILrは次第に減少する。
この状態で共振用インダクタンスLrを流れる共振電流
ILrが、平滑用インダクタンスLを流れる電流ILよ
りも小さくなり始めると、(h)モードb−8におい
て、MOSFETQ2に(g)モードb−7のときとは
反対の、42V系車両用電源装置V2と接続される側か
らMOSFETQ2へ流れこむ向きの電流が流れ始め
る。更に、共振用インダクタンスLrを流れる共振電流
ILrが減少して”ゼロ”に近づいたときに、(i)モ
ードb−9において、MOSFETQr2を先にターン
OFFする。すると、電流はMOSFETQr2の寄生
ダイオードQDr2を流れるようになる。
At this time, the resonance inductance L
r is the voltage of the 42V system vehicle power supply device V2 and the 12V system vehicle power supply device V in the direction of decreasing the resonance current ILr.
Since the voltage having the voltage difference of 1 is applied, the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr gradually decreases.
In this state, when the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr begins to become smaller than the current IL flowing through the smoothing inductance L, the (h) mode b-8 is different from that in the (g) mode b-7 in the MOSFET Q2. On the contrary, a current in the direction of flowing into the MOSFET Q2 starts to flow from the side connected to the 42V type vehicle power supply device V2. Further, when the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr decreases and approaches "zero", in the (i) mode b-9, the MOSFET Qr2 is turned off first. Then, the current flows through the parasitic diode QDr2 of the MOSFET Qr2.

【0043】また、共振用インダクタンスLrを流れる
共振電流ILrが減少して”ゼロ”になると、次の定常
状態の(a)モードb−1へ移る前にMOSFETQr
1をターンOFFする。このとき、MOSFETQr1
は、共振電流ILrが”ゼロ”の状態でターンOFFさ
れるのでゼロ電流スイッチングとなる。図9の波形図に
は、このゼロ電流スイッチングとなる部分を「(i)Z
CS」として示している。
When the resonance current ILr flowing through the resonance inductance Lr decreases to "zero", the MOSFET Qr is moved to the next steady state (a) mode b-1.
Turn 1 off. At this time, MOSFET Qr1
Is turned off when the resonance current ILr is "zero", so that zero current switching is performed. In the waveform diagram of FIG. 9, the part which becomes the zero current switching is represented by “(i) Z
It is shown as "CS".

【0044】なお、MOSFETQr1のターンOFF
は、共振電流が流れていない状態のうちに行えば良いの
で、定常状態の(a)モードb−1の間にターンOFF
するようにしても良い。また、共振電流ILrが減少し
てゼロになっても寄生ダイオードDr2により逆方向の
共振電流ILrが流れることはない。以上により、第1
の実施の形態の共振形双方向DC−DCコンバータの降
圧動作の一周期の動作が完了する。また、DC−DCコ
ンバータの電圧変換の電圧比は、(a)モードb−1と
(c)モードb−3の状態を保つ時間比率を、PWMに
より制御することで決定される。
The turn-off of the MOSFET Qr1
Can be performed while the resonance current is not flowing, so turn-off is performed during the steady state (a) mode b-1.
It may be done. Even if the resonance current ILr decreases to zero, the parasitic diode Dr2 does not cause the resonance current ILr to flow in the reverse direction. From the above, the first
One cycle of the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the embodiment is completed. Further, the voltage ratio of the voltage conversion of the DC-DC converter is determined by controlling the time ratio for maintaining the states of (a) mode b-1 and (c) mode b-3 by PWM.

【0045】(第2の実施の形態)次に、図面を参照し
て本発明の第2の実施の形態について説明する。図10
は、本発明の第2の実施の形態の共振形双方向DC−D
Cコンバータを示す回路図である。図10に示す、第2
の実施の形態の共振形双方向DC−DCコンバータは、
前記第1の実施の形態のMOSFETQ1、Q2が、ス
イッチング制御により導通または遮断されるコレクタ端
子とエミッタ端子を直列に接続したIGBTQ3及びI
GBTQ4、更にIGBTQ3のコレクタ端子とエミッ
タ端子間に逆並列に接続された整流用ダイオードD1と
IGBTQ4のコレクタ端子とエミッタ端子間に逆並列
に接続された整流用ダイオードD2に変更されている。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 10
Is a resonance type bidirectional DC-D according to the second embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram which shows a C converter. Second, shown in FIG.
The resonant bidirectional DC-DC converter of the embodiment of
The MOSFETs Q1 and Q2 of the first embodiment have IGBTs Q3 and I in which a collector terminal and an emitter terminal, which are turned on or off by switching control, are connected in series.
Further, the rectifying diode D1 is connected in antiparallel between the collector terminal and the emitter terminal of the GBQQ4, and the rectifying diode D2 is connected in antiparallel between the collector terminal and the emitter terminal of the IGBTQ4.

【0046】また、同様に、前記第1の実施の形態のM
OSFETQr1とMOSFETQr2、及び共振用イ
ンダクタンスLrからなる補助回路H1が、IGBTQ
r3、Qr4と方向制御用ダイオードDr1、Dr2、
及び共振用インダクタンスLrからなる補助回路H2に
変更されている。ここで、補助回路H2は、エミッタ端
子同士を接続した2個のIGBTQr3、Qr4に、そ
れぞれ逆並列に方向制御用ダイオードDr1、Dr2を
接続し、更に、共振用インダクタンスLrを2個のIG
BTQr3、Qr4に直列に接続して構成する。なお、
2個のIGBTQr3、Qr4は、コレクタ端子同士を
接続した構成であっても良い。
Similarly, M of the first embodiment is
The auxiliary circuit H1 including the OSFET Qr1, the MOSFET Qr2, and the resonance inductance Lr is the IGBTQ.
r3, Qr4 and direction control diodes Dr1, Dr2,
And an auxiliary circuit H2 including a resonance inductance Lr. Here, in the auxiliary circuit H2, the direction control diodes Dr1 and Dr2 are respectively connected in antiparallel to the two IGBTs Qr3 and Qr4 whose emitter terminals are connected to each other, and the resonance inductance Lr is further connected to the two IGs.
It is configured by connecting BTQr3 and BTQr4 in series. In addition,
The two IGBTs Qr3 and Qr4 may have collector terminals connected to each other.

【0047】このように、図10に示す本発明の第2の
実施の形態の共振形双方向DC−DCコンバータは、主
スイッチング素子、または補助回路のスイッチング素子
がMOSFETからIGBTと整流用ダイオードの逆並
列接続によるスイッチング回路に変更されただけで、他
の部分は、図1に示す本発明の第1の実施の形態の共振
形双方向DC−DCコンバータと変わりはなく、その基
本的な動作は第1の実施の形態の共振形双方向DC−D
Cコンバータと変わりはない。従って、昇圧動作では、
特にIGBTQ3を遮断状態から導通状態に切り替える
際に、緩衝用コンデンサC1、C2と共振用インダクタ
ンスLrとの共振電流によって、IGBTQ3に印加さ
れる電圧と流れる電流とを制御し、IGBTQ3のソフ
トスイッチングを実現する。一方、降圧動作では、特に
IGBTQ4を遮断状態から導通状態に切り替える際
に、緩衝用コンデンサC1、C2と共振用インダクタン
スLrとの共振電流によって、IGBTQ4に印加され
る電圧と流れる電流とを制御し、IGBTQ4のソフト
スイッチングを実現する。
As described above, in the resonance type bidirectional DC-DC converter according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 10, the main switching element or the switching element of the auxiliary circuit is from the MOSFET to the IGBT and the rectifying diode. The other parts of the resonance type bidirectional DC-DC converter are the same as those of the resonance type bidirectional DC-DC converter of the first embodiment of the present invention shown in FIG. Is the resonance type bidirectional DC-D of the first embodiment.
It is no different from the C converter. Therefore, in boost operation,
In particular, when switching the IGBT Q3 from the cut-off state to the conductive state, the resonance current of the buffer capacitors C1 and C2 and the resonance inductance Lr controls the voltage applied to the IGBT Q3 and the flowing current, thereby realizing the soft switching of the IGBT Q3. To do. On the other hand, in the step-down operation, particularly when the IGBT Q4 is switched from the cutoff state to the conductive state, the voltage applied to the IGBT Q4 and the flowing current are controlled by the resonance current of the buffer capacitors C1 and C2 and the resonance inductance Lr. Implements soft switching of the IGBT Q4.

【0048】なお、上述の非絶縁双方向DC−DCコン
バータの昇圧、または降圧動作における変換前後の電圧
比は、平滑用インダクタンスLの大きさと、PWM制御
によるIGBTQ3、またはIGBTQ4のコレクタ端
子とエミッタ端子間の導通と遮断の時間比率(スイッチ
ング信号のデューティー比)で決定される。
The voltage ratio before and after the conversion in the step-up or step-down operation of the above-described non-insulated bidirectional DC-DC converter is determined by the magnitude of the smoothing inductance L and the collector terminal and the emitter terminal of the IGBTQ3 or the IGBTQ4 by PWM control. It is determined by the time ratio of conduction and interruption (duty ratio of switching signal).

【0049】次に、図面を用いて、第2の実施の形態の
共振形双方向DC−DCコンバータの制御手順と動作の
詳細を説明する。第2の実施の形態の共振形双方向DC
−DCコンバータの制御手順と動作は、第1の実施の形
態の共振形双方向DC−DCコンバータの制御手順及び
動作と、基本的な部分は変わらないので、説明は異なる
部分のみを中心に行う。他の部分は、第1の実施の形態
の説明において、MOSFETQ1をIGBTQ3、寄
生ダイオードQD1を整流用ダイオードD1、MOSF
ETQ2をIGBTQ4、寄生ダイオードQD2を整流
用ダイオードD2と読み替え、また、補助回路において
MOSFETQr1をIGBTQr3、寄生ダイオード
QDr1を方向制御用ダイオードDr1、MOSFET
Qr2をIGBTQr4、寄生ダイオードQDr2を方
向制御用ダイオードDr2と読み替えることで説明でき
る。
Next, the control procedure and details of the operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the second embodiment will be described with reference to the drawings. Resonant bidirectional DC of the second embodiment
-The control procedure and operation of the DC converter are basically the same as the control procedure and operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment, so the description will focus on the different parts. . The other parts are the same as those in the first embodiment except that MOSFET Q1 is an IGBT Q3, parasitic diode QD1 is a rectifying diode D1, and MOSF.
The ETQ2 is replaced with the IGBTQ4, the parasitic diode QD2 is read as the rectifying diode D2, and the MOSFET Qr1 in the auxiliary circuit is the IGBTQr3, and the parasitic diode QDr1 is the direction controlling diode Dr1 and the MOSFET.
This can be explained by reading Qr2 as the IGBT Qr4 and the parasitic diode QDr2 as the direction control diode Dr2.

【0050】まず、スイッチング素子が変更されている
ので、図10の回路図において、図1の回路図に示した
ものと異なる各部分の電圧や電流の表記を先に定義す
る。電圧の定義は、第1の実施の形態と同様で何も変わ
らない。また、電流の定義も、平滑用インダクタンスL
や共振用インダクタンスLrを流れる電流に関しては変
わらない。一方、共振用インダクタンスLと接続される
側からIGBTQ3と整流用ダイオードD1との並列回
路へ流れる向きを正方向として表した電流をIQ3、4
2V系車両用電源装置V2と接続される側からIGBT
Q4と整流用ダイオードD2との並列回路へ流れる向き
を正方向として表した電流をIQ4とする。
First, since the switching elements have been changed, in the circuit diagram of FIG. 10, the notation of voltage and current of each part different from that shown in the circuit diagram of FIG. 1 will be defined first. The definition of voltage is the same as that of the first embodiment, and nothing is changed. Also, the definition of the current is defined by the smoothing inductance L
The current flowing through the resonance inductance Lr does not change. On the other hand, IQ3, 4 is a current that is expressed as a positive direction from the side connected to the resonance inductance L to the parallel circuit of the IGBT Q3 and the rectifying diode D1.
From the side connected to the power supply device V2 for 2V vehicle, the IGBT
The current flowing in the parallel circuit of Q4 and the rectifying diode D2 as a positive direction is represented by IQ4.

【0051】次に、上記で定義した各部分の電圧と電流
の表記に基づいて、まず、図11から図13に示す
(a)モードc−1から(h)モードc−8までの各状
態を示した図と、図14に示す波形図を用いて、第2の
実施の形態の共振形双方向DC−DCコンバータの昇圧
動作を説明する。なお、図14の波形図では、最下段に
示したモード番号が上記のモード番号に対応し、それぞ
れの波形は、上記の各モードに対応した信号波形を示
す。
Next, based on the notation of voltage and current of each part defined above, first, each state from (a) mode c-1 to (h) mode c-8 shown in FIG. 11 to FIG. And the waveform diagram shown in FIG. 14, the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the second embodiment will be described. In the waveform diagram of FIG. 14, the mode numbers shown at the bottom correspond to the above mode numbers, and each waveform shows a signal waveform corresponding to each of the above modes.

【0052】ここで、第2の実施の形態の共振形双方向
DC−DCコンバータの昇圧動作の制御手順と動作にお
いて、第1の実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの昇圧動作の制御手順及び動作と異なるところ
は、まず、(c)モードc−3において、整流用ダイオ
ードD2が導通し、平滑用インダクタンスLを流れる電
流ILが、全て整流用ダイオードD2を流れるようにな
るところで、IGBTQ4を同時にターンONしても、
IGBTでは同期整流ができないということである。従
って、この整流用ダイオードD2の整流作用により、平
滑用インダクタンスLに蓄えられた電気エネルギーが、
12V系車両用電源装置V1の発生する電圧とともに4
2V系車両用電源装置V2へ伝えられ、第2の実施の形
態の共振形双方向DC−DCコンバータの昇圧動作とな
る。
Here, in the control procedure and operation of the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the second embodiment, the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment is described. The difference from the control procedure and operation is that in the (c) mode c-3, the rectifying diode D2 becomes conductive and the current IL flowing through the smoothing inductance L all flows through the rectifying diode D2. Even if the IGBT Q4 is turned on at the same time,
This means that the IGBT cannot perform synchronous rectification. Therefore, due to the rectifying action of the rectifying diode D2, the electric energy stored in the smoothing inductance L is
4 together with the voltage generated by the 12V vehicle power supply device V1
The voltage is transmitted to the 2V system vehicle power supply device V2, and the boost operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the second embodiment is performed.

【0053】また、IGBTQ4をターンOFFし、定
常状態の(a)モードc−1に戻る準備を始める(d)
モードc−4において、IGBTQr4のみをターンO
Nし、同時にIGBTQr3をターンONする必要はな
い。なぜならば、補助回路H2を流れる電流は、IGB
TQr4を導通させた場合、方向制御用ダイオードDr
1を流れるのみで、IGBTQr3を導通させてもIG
BTQr3を流れることはなく、IGBTでは同期整流
ができないからである。従って、昇圧動作中にIGBT
Qr3がターンON、ターンOFFされることはなく、
共振用インダクタンスLrに共振電流を流すために、共
振用インダクタンスLrに流れる共振電流の方向と方向
制御用ダイオードDr1の導通方向に対応して、IGB
TQ4をターンONして導通させ、共振電流がゼロにな
った後にIGBTQ4をターンOFFして遮断させる。
以上の2点が、第2の実施の形態の共振形双方向DC−
DCコンバータの昇圧動作の制御手順と動作の中で、第
1の実施の形態の共振形双方向DC−DCコンバータの
昇圧動作の制御手順及び動作と異なる部分である。
Further, the IGBTQ4 is turned off, and preparation for returning to the steady state (a) mode c-1 is started (d).
In mode c-4, turn only IGBTQr4 O
It is not necessary to turn on the IGBT Qr3 at the same time. Because the current flowing through the auxiliary circuit H2 is IGB
When TQr4 is turned on, the direction control diode Dr
IG only when the IGBTQr3 is made conductive by only flowing 1
This is because the BTQr3 does not flow and the IGBT cannot perform synchronous rectification. Therefore, during the boosting operation, the IGBT
Qr3 is never turned on or turned off,
In order to allow the resonance current to flow through the resonance inductance Lr, the IGB corresponding to the direction of the resonance current flowing through the resonance inductance Lr and the conduction direction of the direction control diode Dr1.
The TQ4 is turned on to make it conductive, and after the resonance current becomes zero, the IGBT Q4 is turned off to cut it off.
The above two points are the resonance type bidirectional DC- of the second embodiment.
This is a part of the control procedure and operation of the boosting operation of the DC converter that is different from the control procedure and operation of the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment.

【0054】次に、図15から図17に示す(a)モー
ドd−1から(i)モードd−8までの各状態を示した
図と、図18に示す波形図を用いて、第2の実施の形態
の共振形双方向DC−DCコンバータの降圧動作を説明
する。なお、図18の波形図では、最下段に示したモー
ド番号が上記のモード番号に対応し、それぞれの波形
は、上記の各モードに対応した信号波形を示す。
Next, using the diagrams showing the respective states from (a) mode d-1 to (i) mode d-8 shown in FIGS. 15 to 17 and the waveform diagram shown in FIG. 18, the second The step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the embodiment will be described. In the waveform diagram of FIG. 18, the mode numbers shown at the bottom correspond to the above mode numbers, and each waveform shows a signal waveform corresponding to each of the above modes.

【0055】ここで、第2の実施の形態の共振形双方向
DC−DCコンバータの降圧動作の制御手順と動作にお
いて、第1の実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの降圧動作の制御手順及び動作と異なるところ
は、まず、(c)モードd−3において、整流用ダイオ
ードD1が導通し、平滑用インダクタンスLを流れる電
流ILが、全て整流用ダイオードD1を流れるようにな
るところで、IGBTQ3を同時にターンONしても、
IGBTでは同期整流ができないということである。従
って、この整流用ダイオードD1の整流作用により、平
滑用インダクタンスLに蓄えられた電気エネルギーが、
12V系車両用電源装置V1へ伝えられ、第2の実施の
形態の共振形双方向DC−DCコンバータの降圧動作と
なる。
Here, in the control procedure and operation of the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the second embodiment, the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the first embodiment is described. The difference from the control procedure and operation is that, in the (c) mode d-3, the rectifying diode D1 becomes conductive, and the current IL flowing through the smoothing inductance L all flows through the rectifying diode D1. Even if the IGBT Q3 is turned on at the same time,
This means that the IGBT cannot perform synchronous rectification. Therefore, due to the rectifying action of the rectifying diode D1, the electric energy stored in the smoothing inductance L is
The voltage is transmitted to the 12V system vehicle power supply device V1 and the resonant bidirectional DC-DC converter according to the second embodiment operates to step down.

【0056】また、IGBTQ3をターンOFFし、定
常状態の(a)モードd−1に戻る準備を始める(d)
モードd−4において、IGBTQr3のみをターンO
Nし、同時にIGBTQr4をターンONする必要はな
い。なぜならば、補助回路H2を流れる電流は、IGB
TQr3を導通させた場合、方向制御用ダイオードDr
2を流れるのみで、IGBTQr4を導通させてもIG
BTQr4を流れることはなく、MOSFETと同じよ
うな導通損失を低減する効果がないためである。従っ
て、降圧動作中にIGBTQr4がターンON、ターン
OFFされることはなく、共振用インダクタンスLrに
共振電流を流すために、共振用インダクタンスLrに流
れる共振電流の方向と方向制御用ダイオードDr2の導
通方向に対応して、IGBTQ3をターンONして導通
させ、共振電流がゼロになった後にIGBTQ3をター
ンOFFして遮断させる。
Further, the IGBTQ3 is turned off, and preparation for returning to the steady state (a) mode d-1 is started (d).
In mode d-4, turn only IGBTQr3
It is not necessary to turn on the IGBT Qr4 at the same time. Because the current flowing through the auxiliary circuit H2 is IGB
When TQr3 is turned on, the direction control diode Dr
Even if the IGBT Qr4 is made conductive only by flowing through 2
This is because it does not flow through the BTQr4 and it does not have the same effect of reducing the conduction loss as the MOSFET. Therefore, the IGBTQr4 is not turned on or turned off during the step-down operation, and the resonance current flows through the resonance inductance Lr so that the resonance current flows through the resonance inductance Lr and the conduction direction of the direction control diode Dr2. Corresponding to, the IGBT Q3 is turned on to make it conductive, and after the resonance current becomes zero, the IGBT Q3 is turned off to cut it off.

【0057】以上の2点が、第2の実施の形態の共振形
双方向DC−DCコンバータの降圧動作の制御手順と動
作の中で、第1の実施の形態の共振形双方向DC−DC
コンバータの降圧動作の制御手順及び動作と異なる部分
である。以上説明したように、本発明の第1、第2の実
施の形態の共振形双方向DC−DCコンバータでは、例
えば一方が12V系、他方が42V系のような電源の間
で双方向で電力を効率よく交換することができるので、
昇圧用DC−DCコンバータと降圧用DC−DCコンバ
ータの2個のDC−DCコンバータを用いる必要がな
く、不要な部品が少なくなり小型化できる。従って、車
両装置へ搭載する場合などに設置に必要な空間が少なく
て済むという効果が得られる。
The above two points are the same as the resonant bidirectional DC-DC of the first embodiment in the control procedure and operation of the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the second embodiment.
This part is different from the control procedure and operation of the step-down operation of the converter. As described above, in the resonance type bidirectional DC-DC converters of the first and second embodiments of the present invention, for example, one side is a 12V system and the other side is a 42V system. Can be replaced efficiently, so
Since it is not necessary to use two DC-DC converters, a step-up DC-DC converter and a step-down DC-DC converter, unnecessary parts are reduced and the size can be reduced. Therefore, it is possible to obtain the effect that the space required for installation is small when it is mounted on a vehicle device.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上の如く、本発明の請求項1に記載の
発明によれば、DC−DCコンバータの昇圧動作と降圧
動作の両方において、第1、第2の主スイッチング素子
に並列に接続された2個の緩衝用コンデンサの充放電
を、該緩衝用コンデンサと共振回路を形成する共振用イ
ンダクタンスに流れる共振電流により制御し、これによ
り、特に第1、第2の主スイッチング素子のソフトスイ
ッチングを実現し、DC−DCコンバータのスイッチン
グにおける損失の発生を押さえた効率的な動作をさせる
ことができる。従って、昇圧用DC−DCコンバータと
降圧用DC−DCコンバータの2個のDC−DCコンバ
ータを利用することなく、1個のDC−DCコンバータ
で2種類の電圧を得ることができ、更に、DC−DCコ
ンバータにおけるスイッチング損失を削減し、熱の発生
を押さえることで、回路の小型化することができるとい
う効果が得られる。また、DC−DCコンバータにおけ
るスイッチングによって発生するノイズを削減したDC
−DCコンバータを実現できるという効果が得られる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, in both the step-up operation and step-down operation of the DC-DC converter, the first and second main switching elements are connected in parallel. The charging and discharging of the two buffer capacitors thus controlled are controlled by the resonance current flowing in the resonance inductance that forms a resonance circuit with the buffer capacitors, whereby soft switching of the first and second main switching elements is achieved. In addition, it is possible to realize efficient operation while suppressing the occurrence of loss in the switching of the DC-DC converter. Therefore, it is possible to obtain two types of voltages with one DC-DC converter without using the two DC-DC converters of the step-up DC-DC converter and the step-down DC-DC converter. By reducing the switching loss in the DC converter and suppressing the generation of heat, it is possible to obtain the effect that the circuit can be downsized. In addition, DC in which noise generated by switching in the DC-DC converter is reduced
-The effect that a DC converter can be realized is obtained.

【0059】また、請求項2に記載の発明によれば、一
方の電源により平滑用インダクタンスに蓄積された電気
エネルギーを昇圧、または降圧された電圧として他方の
電源に供給し、次に、上述の一方の電源により再度平滑
用インダクタンスに電気エネルギーを蓄積する状態へ移
行するまでの間に、DC−DCコンバータを構成する各
スイッチング素子の補助回路を利用したソフトスイッチ
ングを実現する。従って、必要なときだけ補助回路を動
作させ、無駄のない制御によりDC−DCコンバータの
ソフトスイッチングを実現することができるという効果
が得られる。
According to the second aspect of the present invention, the electric energy stored in the smoothing inductance by one power source is supplied to the other power source as a voltage stepped up or stepped down, and then the above-mentioned power source is supplied. Soft switching using the auxiliary circuit of each switching element that constitutes the DC-DC converter is realized until the power is again stored in the smoothing inductance by one of the power supplies. Therefore, the effect that the soft switching of the DC-DC converter can be achieved by operating the auxiliary circuit only when necessary and performing control without waste is obtained.

【0060】また、請求項3に記載の発明によれば、D
C−DCコンバータの双方向の電圧変換動作において、
整流機能を担う側のMOSFETを導通させることによ
り、MOSFETによる同期整流を利用して、電圧降下
の少ないDC−DCコンバータの電圧変換動作を実現す
る。従って、更にDC−DCコンバータにおいて発生す
るスイッチング損失やノイズを削減することができると
いう効果が得られる。
According to the invention described in claim 3, D
In the bidirectional voltage conversion operation of the C-DC converter,
The voltage conversion operation of the DC-DC converter with a small voltage drop is realized by utilizing the synchronous rectification by the MOSFET by turning on the MOSFET on the side having the rectification function. Therefore, it is possible to further reduce the switching loss and noise generated in the DC-DC converter.

【0061】また、請求項4に記載の発明によれば、共
振電流を流すための双方向スイッチ回路において、MO
SFETを2個同時に導通させるので、寄生ダイオード
導通時よりも導通損失を低く抑えることができる。従っ
て、DC−DCコンバータのソフトスイッチングを実現
する補助回路においても、発生するスイッチング損失や
ノイズを削減することができるという効果が得られる。
According to the invention described in claim 4, in the bidirectional switch circuit for flowing the resonance current, the MO
Since two SFETs are turned on at the same time, the conduction loss can be suppressed lower than when the parasitic diode is turned on. Therefore, even in the auxiliary circuit that realizes the soft switching of the DC-DC converter, it is possible to reduce the generated switching loss and noise.

【0062】また、請求項5に記載の発明によれば、双
方向DC−DCコンバータの昇圧動作と降圧動作とで変
化する共振電流の方向に対応した補助スイッチング素子
の交互の導通、遮断動作によって、DC−DCコンバー
タのソフトスイッチング動作を実現する。従って、補助
スイッチング素子の簡単な制御で、効率の良く動作する
DC−DCコンバータを実現できるという効果が得られ
る。
According to the fifth aspect of the invention, the alternate conduction / interruption operation of the auxiliary switching element corresponding to the direction of the resonance current that changes between the step-up operation and the step-down operation of the bidirectional DC-DC converter is performed. , Realizes the soft switching operation of the DC-DC converter. Therefore, the effect that the DC-DC converter that operates efficiently can be realized by the simple control of the auxiliary switching element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態の共振形双方向D
C−DCコンバータを示す回路図である。
FIG. 1 is a resonance type bidirectional D according to a first embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram which shows a C-DC converter.

【図2】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの昇圧動作における各モード毎の動作を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing an operation for each mode in a boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図3】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの昇圧動作における各モード毎の動作を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing an operation for each mode in a boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図4】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの昇圧動作における各モード毎の動作を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing an operation for each mode in the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図5】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの昇圧動作におけるモード毎に変化する各部分の
波形を示す波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram showing a waveform of each portion that changes for each mode in the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図6】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの降圧動作における各モード毎の動作を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing an operation for each mode in the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図7】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの降圧動作における各モード毎の動作を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing an operation in each mode in the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図8】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの降圧動作における各モード毎の動作を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing an operation for each mode in the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図9】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコン
バータの降圧動作におけるモード毎に変化する各部分の
波形を示す波形図である。
FIG. 9 is a waveform diagram showing a waveform of each portion that changes for each mode in the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図10】 本発明の第2の実施の形態の共振形双方向
DC−DCコンバータを示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a resonant bidirectional DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention.

【図11】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコ
ンバータの昇圧動作における各モード毎の動作を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing an operation for each mode in the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図12】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコ
ンバータの昇圧動作における各モード毎の動作を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing an operation for each mode in the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図13】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコ
ンバータの昇圧動作における各モード毎の動作を示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing an operation for each mode in the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図14】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコ
ンバータの昇圧動作におけるモード毎に変化する各部分
の波形を示す波形図である。
FIG. 14 is a waveform diagram showing a waveform of each portion that changes for each mode in the boosting operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図15】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコ
ンバータの降圧動作における各モード毎の動作を示す図
である。
FIG. 15 is a diagram showing an operation for each mode in the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図16】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコ
ンバータの降圧動作における各モード毎の動作を示す図
である。
FIG. 16 is a diagram showing an operation in each mode in the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図17】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコ
ンバータの降圧動作における各モード毎の動作を示す図
である。
FIG. 17 is a diagram showing an operation in each mode in the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図18】 同実施の形態の共振形双方向DC−DCコ
ンバータの降圧動作におけるモード毎に変化する各部分
の波形を示す波形図である。
FIG. 18 is a waveform diagram showing a waveform of each portion that changes for each mode in the step-down operation of the resonant bidirectional DC-DC converter of the same embodiment.

【図19】 従来例の非絶縁双方向DC−DCコンバー
タを示す回路図である。
FIG. 19 is a circuit diagram showing a conventional non-isolated bidirectional DC-DC converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

V1 12V車両等電源装置 V2 +48V車両用電源装置 Q1、Q2、Qr1、Qr2 MOSFET QD1、QD2、QDr1、QDr2 寄生ダイオー
ド Q3、Q4、Qr3、Qr4 IGBT D1、D2 整流用ダイオード Dr1、Dr2 方向制御用ダイオード C1、C2 緩衝用コンデンサ C3、C4 平滑用コンデンサ L 平滑用インダクタンス Lr 共振用インダクタンス H1、H2 補助回路
V1 12V power supply device for vehicle V2 + 48V power supply device for vehicle Q1, Q2, Qr1, Qr2 MOSFET QD1, QD2, QDr1, QDr2 Parasitic diodes Q3, Q4, Qr3, Qr4 IGBT D1, D2 Rectification diode Dr1, Dr2 Direction control diode C1, C2 buffer capacitors C3, C4 smoothing capacitor L smoothing inductance Lr resonance inductances H1, H2 auxiliary circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ダイオードを逆並列に接続した第1、第
2の主スイッチング素子と、 前記第1、第2の主スイッチング素子の接続点に、一方
の端を接続された平滑用インダクタンスと、 前記第1、第2の主スイッチング素子と並列に接続され
た緩衝用コンデンサと、 前記緩衝用コンデンサに共振電流を流すために、前記平
滑用インダクタンスの両端に並列に接続された補助回路
と、 を備えた共振形双方向DC−DCコンバータであって、 前記補助回路は、 双方向スイッチ回路と、 該双方向スイッチ回路に直列に接続されるとともに前記
2個の緩衝用コンデンサと共振する共振用インダクタン
スと、 を有することを特徴とする共振形双方向DC−DCコン
バータ。
1. A first and second main switching element in which diodes are connected in antiparallel, and a smoothing inductance whose one end is connected to a connection point of the first and second main switching elements, A buffer capacitor connected in parallel to the first and second main switching elements, and an auxiliary circuit connected in parallel to both ends of the smoothing inductance for flowing a resonance current in the buffer capacitor. A resonance type bidirectional DC-DC converter comprising: the auxiliary circuit, a bidirectional switch circuit, and a resonance inductance that is connected in series to the bidirectional switch circuit and resonates with the two buffer capacitors. And a resonance type bidirectional DC-DC converter.
【請求項2】 請求項1に記載の共振形双方向DC−D
Cコンバータの制御方法であって、 前記平滑用インダクタンスに流れる全ての電流が、前記
第1、または第2の主スイッチング素子と逆並列に設け
られたダイオードを経由して流れている状態において、
前記補助回路の共振用インダクタンスを通電状態にし、 前記平滑用インダクタンスに流れる全ての電流が、前記
第1、または第2の主スイッチング素子を経由して流れ
ている状態において、前記補助回路の共振用インダクタ
ンスを非通電状態としたことを特徴とする共振形双方向
DC−DCコンバータの制御方法。
2. The resonance type bidirectional DC-D according to claim 1.
A method of controlling a C converter, wherein all the currents flowing through the smoothing inductance are flowing through a diode provided in antiparallel with the first or second main switching element,
When the resonance inductance of the auxiliary circuit is energized and all the current flowing in the smoothing inductance is flowing through the first or second main switching element, the resonance inductance of the auxiliary circuit A method of controlling a resonant bidirectional DC-DC converter, characterized in that the inductance is in a non-conducting state.
【請求項3】 請求項1に記載の共振形双方向DC−D
Cコンバータの第1、第2の主スイッチング素子がスイ
ッチング制御により導通または遮断される第1、第2の
MOSFETで構成され、 前記ダイオードがMOSFETに含まれる寄生ダイオー
ドで構成されている場合に、該DC−DCコンバータを
制御する制御方法であって、 前記平滑用インダクタンスに流れる全ての電流が、前記
第1、または第2のMOSFETに含まれる寄生ダイオ
ードを経由して流れ始める時に、電流の流れる該寄生ダ
イオードを含むMOSFETを同時に導通させることを
特徴とする共振形双方向DC−DCコンバータの制御方
法。
3. The resonance type bidirectional DC-D according to claim 1.
When the first and second main switching elements of the C converter are composed of first and second MOSFETs that are turned on or off by switching control, and the diode is composed of a parasitic diode included in the MOSFET, A control method for controlling a DC-DC converter, wherein all currents flowing through the smoothing inductance start flowing through a parasitic diode included in the first or second MOSFET. A method of controlling a resonant bidirectional DC-DC converter, characterized in that MOSFETs including a parasitic diode are simultaneously turned on.
【請求項4】 請求項1に記載の共振形双方向DC−D
Cコンバータの双方向スイッチ回路が、 ソース端子同士またはドレイン端子同士を接続した第
3、第4のMOSFETで構成されている場合に、該D
C−DCコンバータを制御する制御方法であって、 前記共振用インダクタンスに共振電流を流すために、前
記第3、第4のMOSFETを同時に導通させ、 前記共振用インダクタンスに流れる共振電流がゼロにな
る寸前に、前記第3、第4のMOSFETの内、共振電
流がソース端子からドレイン端子に流れる一方のMOS
FETを遮断させ、 前記共振用インダクタンスに流れる共振電流がゼロにな
った後に、他方のMOSFETを遮断させることを特徴
とする共振形双方向DC−DCコンバータの制御方法。
4. The resonance type bidirectional DC-D according to claim 1.
If the bidirectional switch circuit of the C converter is composed of third and fourth MOSFETs in which source terminals or drain terminals are connected to each other, the D
A control method for controlling a C-DC converter, wherein the third and fourth MOSFETs are simultaneously turned on so that a resonance current flows through the resonance inductance, and the resonance current flowing through the resonance inductance becomes zero. Immediately before, one of the third and fourth MOSFETs in which a resonance current flows from the source terminal to the drain terminal
A method of controlling a resonance type bidirectional DC-DC converter, characterized in that the FET is cut off, and after the resonance current flowing through the resonance inductance becomes zero, the other MOSFET is cut off.
【請求項5】 請求項1に記載の共振形双方向DC−D
Cコンバータの双方向スイッチ回路が、 スイッチング制御により導通または遮断され導通方向を
逆向きに接続した第1、第2の補助スイッチング素子
と、 前記第1、第2の補助スイッチング素子のそれぞれと逆
並列に接続された第1、第2の方向制御用ダイオード
と、 で構成されている場合に、該DC−DCコンバータを制
御する制御方法であって、 前記共振用インダクタンスに共振電流を流すために、前
記共振用インダクタンスに流れる共振電流の方向と前記
第1、第2の方向制御用ダイオードの導通方向に対応し
て、前記第1、第2の補助スイッチング素子のいずれか
一方を導通させ、 該導通させた前記補助スイッチング素子を、前記共振用
インダクタンスに流れる共振電流がゼロになった後に遮
断させることを特徴とする共振形双方向DC−DCコン
バータの制御方法。
5. The resonance type bidirectional DC-D according to claim 1.
A bidirectional switch circuit of a C converter is first or second auxiliary switching element which is turned on or off by switching control and is connected in the opposite direction, and antiparallel to each of the first and second auxiliary switching elements. A first and a second direction control diode connected to, and a control method for controlling the DC-DC converter in the case of comprising: One of the first and second auxiliary switching elements is made conductive in accordance with the direction of the resonance current flowing in the resonance inductance and the conduction direction of the first and second direction control diodes, and the conduction is established. The resonance type dual switching device is characterized in that the auxiliary switching element is cut off after the resonance current flowing through the resonance inductance becomes zero. Toward DC-DC converter control method of.
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