JP2004187451A

JP2004187451A - Dc voltage converter

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Publication number: JP2004187451A
Application number: JP2002353866A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Fuma; 弘雄夫馬; Yukio Inaguma; 幸雄稲熊
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP4306236B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize miniaturization and reduction in cost of a DC voltage converter. <P>SOLUTION: Two arms 10, 12 are connected in parallel between a high voltage side terminal 22 and a low voltage side terminal 24. An auxiliary commutation circuit 18, which is provided with an auxiliary switch Sw5 and an auxiliary coil L3 connected serially between an intermediate point 14 of the arm 10 and an intermediate point 16 of the arm 12, and a capacitor C1 connected in parallel with the auxiliary switch Sw5 and the auxiliary coil L3, is provided. It is sufficient to provide the small-sized capacitor C1 for setting a voltage between the intermediate point 14 and the intermediate point 16 in order to execute soft switching in the constitution. As a result, the number and the capacitance of the condensers can be reduced. It is possible to realize the miniaturization and the reduction in cost of the circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流電圧変換装置、特にソフトスイッチングを行う直流電圧変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電圧変換装置においては、スイッチング損失を低減するためにソフトスイッチング方式が提案されている。ソフトスイッチング方式を用いた従来の直流電圧変換装置の一例が特許第３２５３５２９号（特許文献１）に示されている。この従来の装置においては、直列コンデンサの中点とアームの中点との間に補助転流回路が設けられており、アームの中点電位を変化させて主スイッチに並列接続されたコンデンサの電圧が略０となったときに該主スイッチのスイッチング動作を行っている。これによって、ゼロ電圧スイッチングの実現を図っている。また、この補助転流回路については、特開２０００−３０８３６９号公報（特許文献２）に示すように、直流電圧変換装置の他にインバータにおいてもアームの中点間を接続する構成として用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２５３５２９号公報
【特許文献２】
特開２０００−３０８３６９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の直流電圧変換装置においてソフトスイッチングを行うためには、補助転流回路の両端の電位（中点電位）を設定するためのコンデンサが必要となる。また、補助転流回路に流れる最大電流はアームに流れる制御電流の約２倍となるため、補助転流回路内の各素子については大容量のものを用いる必要がある。したがって、回路の小型化及び低コスト化が困難であるという課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型化及び低コスト化を実現できる直流電圧変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第１の本発明に係る直流電圧変換装置は、直流電源からの電気エネルギーをコイルに一時的に蓄え、スイッチング動作により所望の直流電圧に変換して出力する直流電圧変換装置であって、高圧側端子と低圧側端子の間に互いに並列接続され、各々が、高圧側スイッチ及び逆方向電流用並列ダイオードを含む高圧側回路と、低圧側スイッチ及び逆方向電流用並列ダイオードを含む低圧側回路と、を直列接続して備えた複数のアームと、各アームの中点間に直列接続された補助スイッチ及び補助コイルと、各アームの中点間電圧を設定するためのコンデンサと、を備えた補助転流回路と、上記スイッチの各々の導通タイミングを制御することで高圧側スイッチを導通するアームを順次切り換えるアーム切り換え制御を行う制御回路と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、複数のアームが並列接続されている。そして、各アームの中点間に直列接続された補助スイッチ及び補助コイルと、各アームの中点間電圧を設定するためのコンデンサと、を備えた補助転流回路が設けられている。この構成においてソフトスイッチングを行うためには、各アームの中点間電圧を設定するための小型のコンデンサを設ければよいので、コンデンサの数及び容量を減らすことができる。また、複数のアームを設けることでアームに流れる制御電流を減らすことができるので、補助転流回路に流れる最大電流を減らすことができ、補助転流回路内の各素子の容量を小さくすることができる。したがって、回路の小型化及び低コスト化を実現できる。
【０００８】
第２の本発明に係る直流電圧変換装置は、第１の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、高圧側スイッチを導通するアームを、複数のアームの中の第１のアームから第２のアームに切り換えるときは、前記補助スイッチが導通しているときに、第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えて、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達した場合は、第２のアームの高圧側スイッチを導通に切り換える制御と、前記補助スイッチが導通しているときに、第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えて、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達した場合は、第１のアームの低圧側スイッチを導通に切り換える制御と、を行うことを特徴とする。
【０００９】
この構成においては、第２のアームの中点電位が高圧側端子の電位に略達した場合は第２のアームの高圧側スイッチを導通に切り換える制御と、第１のアームの中点電位が低圧側端子の電位に略達した場合は第１のアームの低圧側スイッチを導通に切り換える制御と、を行うことにより、ゼロ電圧スイッチングを行うことができるので、高周波スイッチングを実現できる。
【００１０】
第３の本発明に係る直流電圧変換装置は、第２の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差を制御することを特徴とする。
【００１１】
この構成においては、第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００１２】
第４の本発明に係る直流電圧変換装置は、第３の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、各々が前記時間差の異なる複数種類のアーム切り換え制御を行い、さらに複数種類のアーム切り換え制御の各々を行う時間配分を制御することを特徴とする。
【００１３】
この構成においては、複数種類のアーム切り換え制御の各々を行う時間配分を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００１４】
第５の本発明に係る直流電圧変換装置は、第２の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換える先上げ制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
第６の本発明に係る直流電圧変換装置は、第２の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換える先下げ制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
第７の本発明に係る直流電圧変換装置は、第２の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換える先上げ制御と、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換える先下げ制御と、を行い、さらに先上げ制御を行う時間と先下げ制御を行う時間配分を制御することを特徴とする。
【００１７】
この構成においては、先上げ制御を行う時間と先下げ制御を行う時間配分を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００１８】
第８の本発明に係る直流電圧変換装置は、第５または第７の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することを特徴とする。
【００１９】
この構成においては、第２のアームの中点電位が高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００２０】
第９の本発明に係る直流電圧変換装置は、第６または第７の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することを特徴とする。
【００２１】
この構成においては、第１のアームの中点電位が低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の構成を示す回路図であり、本発明を昇圧コンバータに適用した場合を示す。本実施形態における直流電圧変換装置は、コイルＬ１，Ｌ２と、高圧側端子２２と低圧側端子２４の間に互いに並列接続された２つのアーム１０，１２と、２つのアーム１０，１２の中点１４，１６同士を接続する補助転流回路１８と、を備えている。
【００２４】
アーム１０は、高圧側スイッチＳｗ１及び逆方向電流用並列ダイオードＤｉ１を含む高圧側回路と、低圧側スイッチＳｗ２及び逆方向電流用並列ダイオードＤｉ２を含む低圧側回路と、を直列接続して備えている。同様に、アーム１６は、高圧側スイッチＳｗ３及び逆方向電流用並列ダイオードＤｉ３を含む高圧側回路と、低圧側スイッチＳｗ４及び逆方向電流用並列ダイオードＤｉ４を含む低圧側回路と、を直列接続して備えている。
【００２５】
補助転流回路１８は、アーム１０の中点１４とアーム１２の中点１６との間に直列接続された補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と、補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と並列接続されたコンデンサＣ１と、を備えている。なお、補助スイッチＳｗ５は双方向スイッチで構成される。
【００２６】
アーム１０の中点１４がコイルＬ１の一端と接続され、アーム１２の中点１６がコイルＬ２の一端と接続されている。コイルＬ１の他端及びコイルＬ２の他端はともに直流電源２０の正極側と接続されている。高圧側端子２２は変換された電圧が出力される出力端子となっており、低圧側端子２４は直流電源２０の負極側と接続されている。なお、図示はしていないが、高圧側端子２２は負荷と接続されており、低圧側端子２４はグランドと接続されている。
【００２７】
また、図示はしていないが、後述する処理に従って各スイッチＳｗ１〜Ｓｗ５の導通タイミングを制御することで、高圧側スイッチを導通するアームを順次切り換えるアーム切り換え制御を行う制御回路がさらに備えられている。そして、図示はしていないが、アーム１０，１２の各々の中点電位を検出する中点電位検出回路がさらに備えられている。
【００２８】
各スイッチＳｗ１〜Ｓｗ５に用いるスイッチ素子としては、一般的にＩＧＢＴを用いるが、ＭＯＳＦＥＴ等の制御電圧によるオンオフ機能を有する素子も用いることができ、高速動作を要求されない場合はＧＴＯやＢＪＴも用いることができる。さらに、補助スイッチＳｗ５に用いるスイッチ素子については、上記に挙げたものの他に、オフ制御機能を有さないサイリスタも用いることができる。
【００２９】
次に、本実施形態における直流電圧変換装置のアーム切り換え制御について、図２〜６を用いて説明する。ここでは、アーム１０の低圧側スイッチＳｗ２及びアーム１２の高圧側スイッチＳｗ３が導通の状態（アーム１２の中点１６が高電位）から、アーム１０の高圧側スイッチＳｗ１及びアーム１２の低圧側スイッチＳｗ４が導通の状態（アーム１０の中点１４が高電位）へ切り換える場合について説明する。ただし、逆の切り換え動作についても後述する動作と同様の原理を用いて実現できる。
【００３０】
コイルＬ１，Ｌ２には、ともにＩ／２の負電流（直流電源２０に充電する方向を負とする）が流れているとする。まず図２に示すように、低圧側スイッチＳｗ２及び高圧側Ｓｗ３の導通時に補助スイッチＳｗ５を導通に切り換える。そうすると、補助転流回路１８の補助コイルＬ３に電流ｉＬ３が流れ始める。
【００３１】
次に図３に示すように、低圧側スイッチＳｗ２を非導通に切り換える（時刻ｎ１）。ただし、コイルＬ１，Ｌ２の電流が正の場合は、所定時間調整の後に低圧側スイッチＳｗ２を非導通に切り換える。そうすると、補助コイルＬ３に流れる電流ｉＬ３がＩ／２を超えた時点からコンデンサＣ１の放電が始まり、アーム１０の中点１４の電位Ｖａがグランドレベルから高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇する（時刻ｎ１〜ｎ２）。中点電位検出回路により検出されたアーム１０の中点電位Ｖａが電位Ｖｏに達した時点で高圧側スイッチＳｗ１を導通に切り換える（時刻ｎ２）。その後、必要に応じて時間調整を行う。
【００３２】
次に図４に示すように、高圧側スイッチＳｗ３を非導通に切り換える（図６では時間調整を行わずに高圧側スイッチＳｗ３を切り換えた場合を示す）。そうすると、コイルＬ２，Ｌ３の電流はアーム１２の中点１６の電位Ｖｂを下げるように作用し、アーム１２の中点電位Ｖｂはグランドレベルまで下降する（時刻ｎ２〜ｎ３）。中点電位検出回路により検出されたアーム１２の中点電位Ｖｂがグランドレベルに達した時点で低圧側スイッチＳｗ４を導通に切り換える（時刻ｎ３）。
【００３３】
次に図５に示すように、補助コイルＬ３の電流ｉＬ３が０になった時点で補助スイッチＳｗ５を非導通に切り換える。ここでは、低圧側スイッチＳｗ４を導通に切り換えてから回路内の素子の定数に基づく所定時間経過後に補助スイッチＳｗ５を非導通に切り換える。ただし、補助スイッチＳｗ５の導通時にアーム１２を再び高圧側に切り換える必要が生じた場合は、補助スイッチＳｗ５を導通にした状態で次のアーム切り換え動作に移る。以上の動作において、スイッチＳｗ１〜Ｓｗ４の切り換え動作はゼロ電圧スイッチングとなり、補助スイッチＳｗ５の切り換え動作はゼロ電流スイッチングとなるため、ソフトスイッチング動作を実現できる。なお、以上の動作のように、アーム１０の中点電位Ｖａを高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇させてからアーム１２の中点電位Ｖｂをグランドレベルまで下降させる制御のことを先上げ制御と呼ぶことにする。
【００３４】
ここで、アーム切り換え制御の１サイクルにおける高圧側スイッチを導通する時間比率については、アーム１０とアーム１２とで等しくする必要がある。また、１サイクルにおけるコイルＬ１，Ｌ２の平均電圧が０になることから、図６に示すアーム中点電位となるような先上げ制御を行ったときの昇圧比率α１は、１サイクルの時間をＴｃ、アーム中点電位がグランドレベルから電位Ｖｏまで上昇するのに要する時間をＴ１、アーム中点電位が電位Ｖｏからグランドレベルまで下降するのに要する時間をＴ２とすると、以下の（１）式で表される。
【数１】

【００３５】
ただし、（１）式では、上昇時間Ｔ１及び下降時間Ｔ２における平均電圧を、３／８×Ｖｏとしている。そして、（１）式は、昇圧比率がアーム中点電位の１サイクルにおける時間平均に基づいて決まることを示している。したがって、本実施形態の直流電圧変換装置においては、アーム中点電位の１サイクルにおける時間平均値を変化させることにより、昇圧比率を調整することができる。ここで、アーム切り換え制御の一連の動作において、低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差δＴを変化させることにより、アーム中点電位の１サイクルにおける時間平均値を変化させることができる。
【００３６】
以下、時間差δＴを異ならせることで、先上げ制御の場合と異なる昇圧比率を得る切り換え動作について説明する。
【００３７】
先述の先上げ制御においては、アーム１０の中点電位Ｖａを高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇させてからアーム１２の中点電位Ｖｂをグランドレベルまで下降させる制御を行ったが、アーム１２の中点電位Ｖｂをグランドレベルまで下降させてからアーム１０の中点電位Ｖａを高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇させる動作（以下、先下げ制御とする）を行ってもソフトスイッチング動作を実現できる。以下、この先下げ制御の切り換え動作について、図７に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００３８】
先下げ制御においては、補助スイッチＳｗ５を導通に切り換えた後に、高圧側スイッチＳｗ３を非導通に切り換える（時刻ｎ４）。そうすると、アーム１２の中点１６の電位Ｖｂはグランドレベルまで下降し（時刻ｎ４〜ｎ５）、中点電位検出回路により検出された中点電位Ｖｂがグランドレベルに達した時点で低圧側スイッチＳｗ４を導通に切り換える（時刻ｎ５）。次に、必要に応じて時間調整を行った後、低圧側スイッチＳｗ２を非導通に切り換える（図７では時間調整を行わずに低圧側スイッチＳｗ２を切り換えた場合を示す）。そうすると、アーム１０の中点１４の電位Ｖａはグランドレベルから高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇し（時刻ｎ５〜ｎ６）、中点電位検出回路により検出された中点電位Ｖａが電位Ｖｏに達した時点で高圧側スイッチＳｗ１を導通に切り換える（時刻ｎ６）。そして、補助コイルＬ３の電流ｉＬ３が０になった時点で補助スイッチＳｗ５を非導通に切り換える。ここでは、高圧側スイッチＳｗ１を導通に切り換えてから回路内の素子の定数に基づく所定時間経過後に補助スイッチＳｗ５を非導通に切り換える。なお、逆の切り換え動作についても同様の原理を用いて実現できる。
【００３９】
ここで、図７に示すアーム中点電位となるような先下げ制御を行ったときの昇圧比率α２は、１サイクルにおけるコイルＬ１，Ｌ２の平均電圧が０になることから、以下の（２）式で表される。
【数２】

【００４０】
ただし、（２）式においても、上昇時間Ｔ１及び下降時間Ｔ２における平均電圧を、３／８×Ｖｏとしている。図６，７に示すように、先上げ制御においてはδＴ＝−Ｔ１であり、先下げ制御においてはδＴ＝Ｔ２であるので、先上げ制御と先下げ制御とで、低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差δＴが異なっている。そして、（１），（２）式で表されるように、先上げ制御と先下げ制御とで昇圧比率も異なっている。
【００４１】
そして、アーム切り換え制御の一連の動作において、低圧側スイッチの非導通への切り換えと、高圧側スイッチの非導通への切り換えとを同時に行っても（すなわち時間差δＴ＝０）、先上げ制御及び先下げ制御の場合と異なる昇圧比率を得ることができる。
【００４２】
さらに、図８のタイムチャートに示すように、先上げ制御において、アームの中点電位が高圧側端子２２の電位Ｖｏに達してから高圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間Ｔｈｈを制御することにより、昇圧比率を調整することができる。この場合、時間差δＴ＝−（Ｔ１＋Ｔｈｈ）であり、昇圧比率α３は、以下の（３）式で表される。ただし、（３）式においても、上昇時間Ｔ１及び下降時間Ｔ２における平均電圧を、３／８×Ｖｏとしている。
【数３】

【００４３】
同様に、図９のタイムチャートに示すように、先下げ制御においても、アームの中点電位がグランドレベルに達してから低圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間Ｔｇｇを制御することにより、昇圧比率を調整することができる。この場合、時間差δＴ＝Ｔ２＋Ｔｇｇであり、昇圧比率α４は、以下の（４）式で表される。ただし、（４）式においても、上昇時間Ｔ１及び下降時間Ｔ２における平均電圧を、３／８×Ｖｏとしている。
【数４】

【００４４】
なお、時間Ｔｈｈまたは時間Ｔｇｇを設けて制御を行う場合は、補助転流回路１８内の発熱が増えるため、補助転流回路１８内の各素子の容量を少し大きくすることが好ましい。
【００４５】
また、以上に示したような時間差δＴをそれぞれ異ならせた複数種類のアーム切り換え制御を行い、さらにその各々を行う時間配分を調整しながら行っても昇圧比率を調整することができる。一例を挙げると、時間Ｔｈｈ＝０の場合の先上げ制御を行う時間と、時間Ｔｇｇ＝０の場合の先下げ制御を行う時間配分を制御することにより、α１とα２の間の範囲で昇圧比率を調整することができる。
【００４６】
本実施形態においては、２つのアーム１０，１２が並列接続されている。そして、アーム１０の中点１４とアーム１２の中点１６との間に直列接続された補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と、補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と並列接続されたコンデンサＣ１と、を備えた補助転流回路１８が設けられている。この構成においてソフトスイッチングを行うためには、中点１４と中点１６との間の電圧を設定するための小型のコンデンサＣ１を設ければよいので、コンデンサの数及び容量を減らすことができる。また、２つのアーム１０，１２を設けることでアーム１０，１２に流れる制御電流を１／２に減らすことができるので、補助転流回路１８に流れる最大電流を１／２に減らすことができ、補助転流回路１８及びアーム１０，１２内の各素子の容量を小さくすることができる。したがって、本実施形態においては、アーム、コイルの数は増えるものの、回路全体としては小型化及び低コスト化を実現できる。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、アーム切り換え制御の一連の動作において、低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差δＴを変化させることにより、様々な値の昇圧比率を得ることができる。例えば、上述したように、先上げ制御と先下げ制御とで異なる昇圧比率を得ることができる。さらに、先上げ制御における時間Ｔｈｈ及び先下げ制御における時間Ｔｇｇを調整することによっても、昇圧比率を調整することができる。
【００４８】
また、例えば、先上げ制御を行う時間と先下げ制御を行う時間配分を制御するように、時間差δＴをそれぞれ異ならせた複数種類のアーム切り換え制御を時間配分を調整しながら行うことによっても、昇圧比率を調整することができる。
【００４９】
なお、コンデンサの配置については、補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３に並列配置に限られるものではなく、各アームの中点間電圧を設定するための配置であればよい。例えば、高圧側スイッチＳｗ１，Ｓｗ３に並列配置または低圧側スイッチＳｗ２，Ｓｗ４に並列配置であってもよく、この構成においても従来の回路よりコンデンサの数を減らすことができる。
【００５０】
本実施形態においては、昇圧回路の場合について説明したが、高圧側端子２２に直流電源の正極を接続し、低圧側端子２４に直流電源の負極を接続し、コイルＬ１，Ｌ２の他端を出力端子とすることにより、本発明を降圧回路に適用することもできる。そして、降圧回路においても、昇圧回路を用いて説明した同様の原理を用いることにより、降圧比率を調整することができる。
【００５１】
さらに、以上の説明においては、２つのアーム１０，１２を並列接続した場合について説明したが、並列接続されるアームの数については２つに限るものではなく、３つ以上のアームを並列接続してもよい。図１０は、一例として３つのアーム１０，１２，３０を並列接続した場合を示している。この構成においては、補助転流回路１８はアーム１０の中点１４とアーム１２の中点１６との間を接続し、補助転流回路３２はアーム１２の中点１６とアーム３０の中点３４との間を接続している。そして、直流電源２０の正極と高圧側端子２２との間にコンデンサＣ２が設けられている。ただし、コンデンサＣ２については、高圧側端子２２と低圧側端子２４との間に設けられていてもよい。他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
図１０に示す構成においては、３つのアーム１０，１２，３０のうち高圧側スイッチを導通する１つのアームを順次切り換えるアーム切り換え制御を行うことにより、２つのアームの場合より昇圧比率を大きくすることができる。さらに、２つのアームの場合より補助転流回路１８，３２及びアーム１０，１２，３０内の各素子の容量を小さくすることができる。なお、アーム切り換え制御については２つのアームの場合と同様の原理を用いて行うことができるので説明を省略する。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コンデンサの数及び容量を減らすことができ、補助転流回路内の各素子の容量を小さくすることができるので、回路の小型化及び低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図１０】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の他の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０，１２，３０アーム、１８，３２補助転流回路、２０直流電源、Ｃ１コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２コイル、Ｌ３補助コイル、Ｓｗ１，Ｓｗ３高圧側スイッチ、Ｓｗ２，Ｓｗ４低圧側スイッチ、Ｓｗ５補助スイッチ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC voltage converter, and more particularly to a DC voltage converter that performs soft switching.
[0002]
[Prior art]
In DC voltage converters, a soft switching method has been proposed to reduce switching loss. An example of a conventional DC voltage converter using a soft switching method is disclosed in Japanese Patent No. 3253529 (Patent Document 1). In this conventional device, an auxiliary commutation circuit is provided between the middle point of the series capacitor and the middle point of the arm, and the potential of the middle point of the arm is changed to change the voltage of the capacitor connected in parallel to the main switch. Is substantially zero, the switching operation of the main switch is performed. This achieves zero voltage switching. In addition, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-308369 (Patent Document 2), this auxiliary commutation circuit is used as a configuration for connecting the midpoints of arms of an inverter in addition to a DC voltage converter. I have.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3253529 [Patent Document 2]
JP 2000-308369 A
[Problems to be solved by the invention]
In order to perform soft switching in this conventional DC voltage converter, a capacitor for setting the potential (midpoint potential) at both ends of the auxiliary commutation circuit is required. Since the maximum current flowing through the auxiliary commutation circuit is about twice the control current flowing through the arm, it is necessary to use a large-capacity element for each element in the auxiliary commutation circuit. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the size and cost of the circuit.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a DC voltage converter that can realize downsizing and cost reduction.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the DC voltage converter according to the first aspect of the present invention temporarily stores electrical energy from a DC power supply in a coil, converts the energy into a desired DC voltage by a switching operation, and outputs the DC voltage. A DC voltage converter, which is connected in parallel between a high voltage side terminal and a low voltage side terminal, and each includes a high voltage side circuit including a high voltage side switch and a parallel diode for reverse current, a low voltage side switch and a reverse current. A plurality of arms including a low-voltage side circuit including a parallel diode for use in series, an auxiliary switch and an auxiliary coil connected in series between the midpoints of the arms, and a voltage between the midpoints of the arms. Switching for sequentially switching the arm that conducts the high-side switch by controlling the conduction timing of each of the switches. And a control circuit for controlling, characterized by having a.
[0007]
In the present invention, a plurality of arms are connected in parallel. An auxiliary commutation circuit including an auxiliary switch and an auxiliary coil connected in series between the midpoints of the arms, and a capacitor for setting a voltage between the midpoints of the arms is provided. In order to perform soft switching in this configuration, a small capacitor for setting the voltage between the center points of the arms may be provided, so that the number and capacity of the capacitors can be reduced. Also, by providing a plurality of arms, the control current flowing through the arms can be reduced, so that the maximum current flowing through the auxiliary commutation circuit can be reduced, and the capacity of each element in the auxiliary commutation circuit can be reduced. it can. Therefore, the size and cost of the circuit can be reduced.
[0008]
A DC voltage converter according to a second aspect of the present invention is the DC voltage converter according to the first aspect of the present invention, wherein the control circuit includes an arm that conducts the high-side switch and a first arm of the plurality of arms. When switching from the second arm to the second arm, when the auxiliary switch is conducting, the low-voltage switch of the second arm is switched to non-conducting, and the midpoint potential of the second arm is changed to the high-voltage terminal of the second arm. When the potential is substantially reached, control is performed to switch the high-side switch of the second arm to conduction, and when the auxiliary switch is conductive, the high-side switch of the first arm is switched to non-conduction. When the midpoint potential of the one arm substantially reaches the potential of the low-voltage side terminal, control for switching the low-voltage side switch of the first arm to conduction is performed.
[0009]
In this configuration, when the midpoint potential of the second arm substantially reaches the potential of the high-side terminal, control is performed to switch the high-side switch of the second arm to conduction, and when the midpoint potential of the first arm is low. When the potential of the side terminal is almost reached, zero voltage switching can be performed by performing control for switching the low-voltage side switch of the first arm to conduction, so that high-frequency switching can be realized.
[0010]
A DC voltage converter according to a third aspect of the present invention is the DC voltage converter according to the second aspect of the present invention, wherein the control circuit switches the low-voltage side switch of the second arm to a non-conductive state, It is characterized in that a time difference from the timing of switching the high-voltage side switch of the arm to non-conduction is controlled.
[0011]
In this configuration, various DC voltage conversions are performed by controlling the time difference between the timing of switching the low-voltage switch of the second arm to non-conduction and the timing of switching the high-voltage switch of the first arm to non-conduction. The ratio can be realized.
[0012]
A DC voltage converter according to a fourth aspect of the present invention is the DC voltage converter according to the third aspect of the present invention, wherein the control circuit performs a plurality of types of arm switching controls each having a different time difference, and further performs a plurality of types of switching. It is characterized in that time distribution for performing each of the arm switching controls is controlled.
[0013]
In this configuration, various DC voltage conversion ratios can be realized by controlling time distribution for performing each of a plurality of types of arm switching control.
[0014]
A DC voltage converter according to a fifth aspect of the present invention is the apparatus according to the second aspect of the present invention, wherein the control circuit is configured such that the midpoint potential of the second arm substantially reaches the potential of the high voltage side terminal. From the first arm to the non-conducting high-voltage switch of the first arm.
[0015]
A DC voltage converter according to a sixth aspect of the present invention is the DC voltage converter according to the second aspect of the present invention, wherein the control circuit is configured such that a midpoint potential of the first arm substantially reaches a potential of the low voltage side terminal. From the first arm to the non-conducting switch of the low-voltage side of the second arm.
[0016]
A DC voltage converter according to a seventh aspect of the present invention is the apparatus according to the second aspect of the present invention, wherein the control circuit is configured such that the midpoint potential of the second arm substantially reaches the potential of the high voltage side terminal. From the high voltage side switch of the first arm to non-conduction, and the non-conduction of the low voltage side switch of the second arm after the midpoint potential of the first arm substantially reaches the potential of the low voltage side terminal. And the distribution of time for performing the advance control and the time distribution for performing the advance control are controlled.
[0017]
In this configuration, various DC voltage conversion ratios can be realized by controlling the time for performing the advance control and the time distribution for performing the advance control.
[0018]
The DC voltage converter according to an eighth aspect of the present invention is the DC voltage converter according to the fifth or seventh aspect of the present invention, wherein the control circuit is configured such that a midpoint potential of the second arm is set to a potential of the high voltage side terminal. It is characterized in that the time from when the voltage is substantially reached to when the high-voltage side switch of the first arm is switched to the non-conductive state is controlled.
[0019]
In this configuration, by controlling the time from when the midpoint potential of the second arm substantially reaches the potential of the high-side terminal to when the high-side switch of the first arm is turned off, various DC voltages can be controlled. Can be achieved.
[0020]
A DC voltage converter according to a ninth aspect of the present invention is the DC voltage converter according to the sixth or seventh aspect of the present invention, wherein the control circuit is configured such that a midpoint potential of the first arm is set to a potential of the low voltage side terminal. It is characterized in that the time from when the voltage is substantially reached to when the low-voltage side switch of the second arm is switched to the non-conductive state is controlled.
[0021]
In this configuration, by controlling the time from when the midpoint potential of the first arm substantially reaches the potential of the low voltage side terminal to when the low voltage side switch of the second arm is turned off, various DC voltage can be controlled. Can be achieved.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC voltage converter according to an embodiment of the present invention, and shows a case where the present invention is applied to a boost converter. The DC voltage converter according to the present embodiment includes coils L1 and L2, two arms 10 and 12 connected in parallel between a high voltage terminal 22 and a low voltage terminal 24, and a midpoint between the two arms 10 and 12. And an auxiliary commutation circuit 18 for connecting the two to each other.
[0024]
The arm 10 includes a high voltage side circuit including a high voltage side switch Sw1 and a parallel diode Di1 for reverse current, and a low voltage side circuit including a low voltage side switch Sw2 and a parallel diode Di2 for reverse current, which are connected in series. . Similarly, the arm 16 connects a high voltage side circuit including the high voltage side switch Sw3 and the parallel diode Di3 for reverse current and a low voltage side circuit including the low voltage side switch Sw4 and the parallel diode Di4 for reverse current in series. Have.
[0025]
The auxiliary commutation circuit 18 includes an auxiliary switch Sw5 and an auxiliary coil L3 connected in series between the midpoint 14 of the arm 10 and the midpoint 16 of the arm 12, and a capacitor connected in parallel with the auxiliary switch Sw5 and the auxiliary coil L3. C1. Note that the auxiliary switch Sw5 is configured by a bidirectional switch.
[0026]
The midpoint 14 of the arm 10 is connected to one end of the coil L1, and the midpoint 16 of the arm 12 is connected to one end of the coil L2. The other end of the coil L1 and the other end of the coil L2 are both connected to the positive side of the DC power supply 20. The high voltage terminal 22 is an output terminal from which the converted voltage is output, and the low voltage terminal 24 is connected to the negative electrode of the DC power supply 20. Although not shown, the high voltage side terminal 22 is connected to a load, and the low voltage side terminal 24 is connected to the ground.
[0027]
Although not shown, a control circuit is further provided for controlling the conduction timing of each of the switches Sw1 to Sw5 in accordance with the processing described later, thereby performing arm switching control for sequentially switching the arm that conducts the high-voltage side switch. . Although not shown, a midpoint potential detecting circuit for detecting a midpoint potential of each of the arms 10 and 12 is further provided.
[0028]
An IGBT is generally used as a switch element used for each of the switches Sw1 to Sw5. However, an element having an on / off function by a control voltage such as a MOSFET can be used. When high-speed operation is not required, a GTO or BJT is also used. Can be. Further, as the switch element used for the auxiliary switch Sw5, a thyristor having no off-control function can be used in addition to the above-mentioned elements.
[0029]
Next, arm switching control of the DC voltage converter according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, from the state in which the low-voltage switch Sw2 of the arm 10 and the high-voltage switch Sw3 of the arm 12 are conducting (the middle point 16 of the arm 12 is at a high potential), the high-voltage switch Sw1 of the arm 10 and the low-voltage switch Sw4 of the arm 12 are changed. Is switched to a conductive state (the midpoint 14 of the arm 10 is at a high potential). However, the reverse switching operation can be realized using the same principle as the operation described later.
[0030]
It is assumed that a negative current of I / 2 (the direction of charging the DC power supply 20 is negative) is flowing through both the coils L1 and L2. First, as shown in FIG. 2, when the low-voltage switch Sw2 and the high-voltage switch Sw3 conduct, the auxiliary switch Sw5 is switched to conduction. Then, the current iL3 starts flowing through the auxiliary coil L3 of the auxiliary commutation circuit 18.
[0031]
Next, as shown in FIG. 3, the low-voltage side switch Sw2 is switched to non-conduction (time n1). However, when the currents of the coils L1 and L2 are positive, the low-voltage-side switch Sw2 is switched to the non-conductive state after a predetermined time adjustment. Then, the discharge of the capacitor C1 starts when the current iL3 flowing through the auxiliary coil L3 exceeds I / 2, and the potential Va at the middle point 14 of the arm 10 rises from the ground level to the potential Vo of the high-voltage terminal 22 (time n1 to n2). When the midpoint potential Va of the arm 10 detected by the midpoint potential detection circuit reaches the potential Vo, the high-voltage-side switch Sw1 is switched to conduction (time n2). Thereafter, time adjustment is performed as needed.
[0032]
Next, as shown in FIG. 4, the high-voltage switch Sw3 is switched to non-conduction (FIG. 6 shows a case where the high-voltage switch Sw3 is switched without performing time adjustment). Then, the currents of the coils L2 and L3 act to lower the potential Vb at the midpoint 16 of the arm 12, and the midpoint potential Vb of the arm 12 drops to the ground level (time n2 to n3). When the midpoint potential Vb of the arm 12 detected by the midpoint potential detection circuit reaches the ground level, the low-voltage side switch Sw4 is switched to conduction (time n3).
[0033]
Next, as shown in FIG. 5, when the current iL3 of the auxiliary coil L3 becomes 0, the auxiliary switch Sw5 is turned off. Here, the auxiliary switch Sw5 is switched to non-conductive after a predetermined time based on the constant of the element in the circuit has elapsed after the low-voltage switch Sw4 is switched to conductive. However, if it is necessary to switch the arm 12 to the high voltage side again when the auxiliary switch Sw5 is turned on, the operation proceeds to the next arm switching operation with the auxiliary switch Sw5 turned on. In the above operation, the switching operation of the switches Sw1 to Sw4 is zero voltage switching, and the switching operation of the auxiliary switch Sw5 is zero current switching, so that a soft switching operation can be realized. Note that, as in the above operation, the control of raising the midpoint potential Va of the arm 10 to the potential Vo of the high-voltage side terminal 22 and then lowering the midpoint potential Vb of the arm 12 to the ground level is referred to as advance control. I will call it.
[0034]
Here, it is necessary that the arm 10 and the arm 12 have the same time ratio in which the high-side switch is turned on in one cycle of the arm switching control. Further, since the average voltage of the coils L1 and L2 in one cycle becomes 0, the boosting ratio α1 when the advance control is performed so that the arm has the midpoint potential shown in FIG. If the time required for the arm midpoint potential to rise from the ground level to the potential Vo is T1, and the time required for the arm midpoint potential to fall from the potential Vo to the ground level is T2, the following equation (1) is used. expressed.
(Equation 1)

[0035]
However, in equation (1), the average voltage during the rise time T1 and the fall time T2 is set to ／ × Vo. Equation (1) indicates that the boost ratio is determined based on the time average of one cycle of the arm midpoint potential. Therefore, in the DC voltage converter according to the present embodiment, the step-up ratio can be adjusted by changing the time average value in one cycle of the arm midpoint potential. Here, in a series of operations of the arm switching control, by changing the time difference δT between the timing of switching the low-voltage switch to non-conduction and the timing of switching the high-voltage switch to non-conduction, one cycle of the arm midpoint potential is achieved. The time average value can be changed.
[0036]
Hereinafter, a switching operation in which the time difference δT is made different to obtain a boost ratio different from that in the case of the advance control will be described.
[0037]
In the above-described advance control, control is performed in which the midpoint potential Va of the arm 10 is increased to the potential Vo of the high-voltage side terminal 22 and then the midpoint potential Vb of the arm 12 is decreased to the ground level. Even if the operation of lowering the midpoint potential Vb to the ground level and then raising the midpoint potential Va of the arm 10 to the potential Vo of the high-voltage side terminal 22 (hereinafter referred to as first-lowering control) is performed, the soft switching operation can be realized. . Hereinafter, the switching operation of the forward-lowering control will be described with reference to a time chart shown in FIG.
[0038]
In the forward-lowering control, after the auxiliary switch Sw5 is switched to conduction, the high-voltage switch Sw3 is switched to non-conduction (time n4). Then, the potential Vb at the midpoint 16 of the arm 12 drops to the ground level (time n4 to n5), and when the midpoint potential Vb detected by the midpoint potential detection circuit reaches the ground level, the low-voltage side switch Sw4 is turned off. Switch to conduction (time n5). Next, after the time is adjusted as required, the low-voltage switch Sw2 is switched to non-conduction (FIG. 7 shows a case where the low-voltage switch Sw2 is switched without performing the time adjustment). Then, the potential Va of the midpoint 14 of the arm 10 rises from the ground level to the potential Vo of the high-voltage side terminal 22 (time n5 to n6), and the midpoint potential Va detected by the midpoint potential detection circuit reaches the potential Vo. At this point, the high-voltage-side switch Sw1 is switched to conduction (time n6). Then, when the current iL3 of the auxiliary coil L3 becomes 0, the auxiliary switch Sw5 is turned off. Here, the auxiliary switch Sw5 is turned off after a lapse of a predetermined time based on the constant of the element in the circuit after the high-voltage switch Sw1 is turned on. The reverse switching operation can be realized using the same principle.
[0039]
Here, the boosting ratio α2 when performing the leading-down control such that the potential at the arm midpoint shown in FIG. 7 is obtained is obtained from the following (2) because the average voltage of the coils L1 and L2 in one cycle becomes 0. It is represented by an equation.
(Equation 2)

[0040]
However, also in the equation (2), the average voltage at the rising time T1 and the falling time T2 is set to ／ × Vo. As shown in FIGS. 6 and 7, since δT = −T1 in the advance control and δT = T2 in the advance control, the low-voltage side switch is turned off in the advance control and the advance control. The time difference δT between the timing of switching and the timing of switching the high-voltage side switch to non-conduction is different. Then, as expressed by the equations (1) and (2), the boost ratio differs between the advance control and the advance control.
[0041]
In a series of operations of the arm switching control, even if the switching of the low-voltage switch to non-conduction and the switching of the high-voltage switch to non-conduction are performed simultaneously (that is, the time difference δT = 0), the advance control and the previous It is possible to obtain a boost ratio different from that in the case of the lowering control.
[0042]
Further, as shown in the time chart of FIG. 8, in the advance control, the time Thh from when the midpoint potential of the arm reaches the potential Vo of the high voltage side terminal 22 to when the high voltage side switch is turned off is controlled. Thereby, the step-up ratio can be adjusted. In this case, the time difference δT = − (T1 + Thh), and the boost ratio α3 is expressed by the following equation (3). However, also in the equation (3), the average voltage during the rising time T1 and the falling time T2 is set to ８ × Vo.
[Equation 3]

[0043]
Similarly, as shown in the time chart of FIG. 9, the boosting control is also performed by controlling the time Tgg from the time when the midpoint potential of the arm reaches the ground level to the time when the low-voltage side switch is turned off in the pre-fall control. The ratio can be adjusted. In this case, the time difference δT = T2 + Tgg, and the boost ratio α4 is expressed by the following equation (4). However, also in equation (4), the average voltage during the rise time T1 and the fall time T2 is set to ／ × Vo.
(Equation 4)

[0044]
When the control is performed with the time Thh or the time Tgg, the heat generation in the auxiliary commutation circuit 18 increases. Therefore, it is preferable to slightly increase the capacity of each element in the auxiliary commutation circuit 18.
[0045]
Further, it is also possible to adjust the boost ratio by performing a plurality of types of arm switching control with different time differences δT as described above, and further adjusting the time distribution for performing each of them. For example, by controlling the time distribution for performing the advance control when the time Thh = 0 and the time reduction control for performing the advance control when the time Tgg = 0, the boost ratio can be set in a range between α1 and α2. Can be adjusted.
[0046]
In the present embodiment, the two arms 10 and 12 are connected in parallel. An auxiliary switch Sw5 and an auxiliary coil L3 connected in series between the midpoint 14 of the arm 10 and a midpoint 16 of the arm 12 and a capacitor C1 connected in parallel with the auxiliary switch Sw5 and the auxiliary coil L3 are provided. The auxiliary commutation circuit 18 is provided. In order to perform soft switching in this configuration, a small capacitor C1 for setting a voltage between the

midpoints

14 and 16 may be provided, so that the number and capacity of the capacitors can be reduced. Further, by providing the two arms 10 and 12, the control current flowing through the arms 10 and 12 can be reduced by half, so that the maximum current flowing through the auxiliary commutation circuit 18 can be reduced by half. The capacity of each element in the auxiliary commutation circuit 18 and the arms 10 and 12 can be reduced. Therefore, in the present embodiment, although the number of arms and coils is increased, the size and cost of the entire circuit can be reduced.
[0047]
Further, in the present embodiment, in a series of operations of the arm switching control, various values can be obtained by changing the time difference δT between the timing of switching the low-voltage switch to non-conduction and the timing of switching the high-voltage switch to non-conduction. Can be obtained. For example, as described above, different boost ratios can be obtained for the advance control and the advance control. Further, the boost ratio can also be adjusted by adjusting the time Thh in the advance control and the time Tgg in the advance control.
[0048]
Further, for example, a plurality of types of arm switching control with different time differences δT are performed while adjusting the time distribution so as to control the time distribution for performing the advance-up control and the time distribution for performing the advance-down control. The ratio can be adjusted.
[0049]
The arrangement of the capacitors is not limited to the arrangement in parallel with the auxiliary switch Sw5 and the auxiliary coil L3, but may be any arrangement for setting the voltage between the midpoints of the arms. For example, the switches may be arranged in parallel with the high-voltage switches Sw1 and Sw3 or in parallel with the low-voltage switches Sw2 and Sw4. In this configuration, the number of capacitors can be reduced as compared with the conventional circuit.
[0050]
In the present embodiment, the case of the booster circuit has been described. However, the positive terminal of the DC power supply is connected to the high voltage side terminal 22, the negative terminal of the DC power supply is connected to the low voltage side terminal 24, and the other ends of the coils L1 and L2 are output. By using a terminal, the present invention can be applied to a step-down circuit. In the step-down circuit, the step-down ratio can be adjusted by using the same principle as described using the step-up circuit.
[0051]
Furthermore, in the above description, the case where the two arms 10 and 12 are connected in parallel has been described. However, the number of arms connected in parallel is not limited to two, and three or more arms are connected in parallel. You may. FIG. 10 shows a case where three arms 10, 12, and 30 are connected in parallel as an example. In this configuration, auxiliary commutation circuit 18 connects between midpoint 14 of arm 10 and midpoint 16 of arm 12, and auxiliary commutation circuit 32 connects midpoint 16 of arm 12 and midpoint 34 of arm 30. Is connected between. Further, a capacitor C2 is provided between the positive electrode of the DC power supply 20 and the high voltage side terminal 22. However, the capacitor C2 may be provided between the high voltage side terminal 22 and the low voltage side terminal 24. The other configuration is the same as the configuration shown in FIG.
[0052]
In the configuration shown in FIG. 10, by performing arm switching control for sequentially switching one arm of the three arms 10, 12, and 30 that conducts the high-voltage side switch, the step-up ratio is made larger than in the case of two arms. Can be. Furthermore, the capacity of each element in the

auxiliary commutation circuits

18, 32 and the arms 10, 12, 30 can be smaller than in the case of two arms. Note that the arm switching control can be performed using the same principle as in the case of the two arms, and thus the description is omitted.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the number and capacity of capacitors can be reduced, and the capacity of each element in the auxiliary commutation circuit can be reduced, so that the circuit can be reduced in size and cost. realizable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC voltage converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an operation of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an operation of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an operation of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an operation of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a time chart illustrating an example of an operation of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a time chart illustrating an example of an operation of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a time chart illustrating an example of an operation of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a time chart illustrating an example of an operation of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing another configuration of the DC voltage converter according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 12, 30 arm, 18, 32 auxiliary commutation circuit, 20 DC power supply, C1 capacitor, L1, L2 coil, L3 auxiliary coil, Sw1, Sw3 high voltage side switch, Sw2, Sw4 low voltage side switch, Sw5 auxiliary switch.

Claims

A DC voltage converter that temporarily stores electrical energy from a DC power supply in a coil, converts the DC energy into a desired DC voltage by a switching operation, and outputs the DC voltage.
A high voltage side circuit including a high voltage side switch and a parallel diode for reverse current, and a low voltage side circuit including a low voltage side switch and a parallel diode for reverse current, each connected in parallel between the high voltage side terminal and the low voltage side terminal. And a plurality of arms connected in series,
An auxiliary switch and an auxiliary coil connected in series between the midpoints of the arms, and a capacitor for setting a voltage between the midpoints of the arms; and an auxiliary commutation circuit,
A control circuit that performs arm switching control for sequentially switching the arm that conducts the high-side switch by controlling the conduction timing of each of the switches;
A DC voltage converter, comprising:

The direct-current voltage converter according to claim 1,
The control circuit, when switching the arm that conducts the high-side switch from the first arm of the plurality of arms to the second arm,
When the auxiliary switch is conducting, the low-voltage side switch of the second arm is switched to non-conducting, and when the midpoint potential of the second arm substantially reaches the potential of the high-voltage terminal, the second Control to switch the high voltage side switch of the arm to conduction,
When the auxiliary switch is conducting, the high-side switch of the first arm is switched to non-conducting, and when the midpoint potential of the first arm substantially reaches the potential of the low-voltage side terminal, Control to switch the low-voltage side switch of the arm to conduction,
A DC voltage converter.

The DC voltage converter according to claim 2,
The DC voltage converter according to claim 1, wherein the control circuit controls a time difference between a timing when the low-voltage switch of the second arm is turned off and a timing when the high-voltage switch of the first arm is turned off. .

The direct-current voltage converter according to claim 3,
A DC voltage converter, wherein the control circuit controls a plurality of types of arm switching control with different time differences, and further controls a time distribution for performing each of the plurality of types of arm switching control.

The DC voltage converter according to claim 2,
The control circuit according to claim 1, wherein the control circuit performs advance control for switching a high-side switch of the first arm to a non-conductive state after a midpoint potential of the second arm substantially reaches a potential of the high-side terminal. Conversion device.

The DC voltage converter according to claim 2,
The control circuit according to claim 1, wherein the control circuit performs a drop-down control for switching a low-voltage switch of the second arm to a non-conductive state after a midpoint potential of the first arm substantially reaches a potential of the low-voltage terminal. Conversion device.

The DC voltage converter according to claim 2,
The control circuit includes: a boost control that switches the high-voltage switch of the first arm to a non-conductive state after the midpoint potential of the second arm substantially reaches the potential of the high-voltage terminal; and a midpoint of the first arm. After the potential has substantially reached the potential of the low-voltage terminal, the low-voltage switch of the second arm is switched to a non-conducting state. A DC voltage converter characterized by controlling.

The direct-current voltage converter according to claim 5 or 7,
The control circuit controls the time from when the midpoint potential of the second arm substantially reaches the potential of the high-side terminal to when the high-side switch of the first arm is turned off. Voltage converter.

The DC voltage converter according to claim 6 or 7,
The control circuit controls the time from when the midpoint potential of the first arm substantially reaches the potential of the low-voltage terminal to when the low-voltage switch of the second arm is turned off. Voltage converter.