JP2010041855A - Dc-dc converter, switching power supply, and uninterruptible power supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はDCDCコンバータ、スイッチング電源および無停電電源装置に関し、特に、電流共振回路を用いたDCDCコンバータの出力コンデンサに流れるリップル電流を低減する方式に適用して好適なものである。 The present invention relates to a DCDC converter, a switching power supply, and an uninterruptible power supply, and is particularly suitable for application to a method for reducing a ripple current flowing in an output capacitor of a DCDC converter using a current resonance circuit.
DCDCコンバータでは、直流を昇圧または降圧させるために、スイッチング素子のオン/オフ制御が行われ、出力コンデンサに出力される電流は脈流となることから、リップルが発生する。このため、従来のDCDCコンバータでは、このようなリップルのある電流に対して出力コンデンサの電流許容値を確保するために、容量の大きな出力コンデンサが選定されていた。 In the DCDC converter, on / off control of the switching element is performed in order to step up or step down the direct current, and the current output to the output capacitor becomes a pulsating flow, so that a ripple is generated. For this reason, in a conventional DCDC converter, an output capacitor having a large capacity has been selected in order to ensure a current allowable value of the output capacitor for such a rippled current.
ここで、例えば、特許文献1には、平滑コンデンサのリップル電流を抑制するために、一次側電流共振形コンバータのスイッチング出力に対して、2組で一対となるトランスを並列に接続し、このトランスの各二次側には両波整流回路を形成し、このトランスの各一次巻線には互いの極性が逆となるようにスイッチング素子のスイッチング回路を並列に接続する方法が開示されている。
Here, for example, in
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、トランスの巻線の巻回の構造上、両波整流の半周期ごとに対応する整流電流レベルのアンバランスが生じることを前提として、一方のトランスで高いレベルに偏った整流電流が出力されるときには、他方のトランスで低いレベルに偏った整流電流が常に出力されるように構成されているので、トランスの巻線の巻回位置に起因して生じる整流電流のアンバランスによるリップル電流成分しか抑制できないという問題があった。
However, in the method disclosed in
そこで、本発明の目的は、回路部品の特性のばらつきや変動がある場合においても、出力コンデンサのリップル電流を低減することが可能なDCDCコンバータ、スイッチング電源および無停電電源装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a DCDC converter, a switching power supply, and an uninterruptible power supply apparatus that can reduce the ripple current of an output capacitor even when there are variations and fluctuations in characteristics of circuit components. .
上述した課題を解決するために、請求項1記載のDCDCコンバータによれば、第1のスイッチング素子群のスイッチング動作に基づいて直流を矩形波に変換する第1の直交変換部と、前記第1の直交変換部から出力された矩形波を共振させる第1の共振回路と、前記第1の共振回路にて共振された共振電流を整流する第1の整流部と、前記直流が極性を交互に反転されながら前記第1の共振回路に印加されるように前記第1のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御するとともに、前記第1の共振回路に印加される直流の極性が反転される間の期間に前記直流が前記第1の共振回路に印加されるのをバイパスさせるように前記第1のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御する第1のスイッチング制御部と、第2のスイッチング素子群のスイッチング動作に基づいて直流を矩形波に変換する第2の直交変換部と、前記第2の直交変換部から出力された矩形波を共振させる第2の共振回路と、前記第2の共振回路にて共振された共振電流を整流する第2の整流部と、前記直流が極性を交互に反転されながら前記第2の共振回路に印加されるように前記第2のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御するとともに、前記第2の共振回路に印加される直流の極性が反転される間の期間に前記直流が前記第2の共振回路に印加されるのをバイパスさせるように前記第2のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御する第2のスイッチング制御部と、前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間に位相差を設定する位相差設定部と、前記第1の整流部からの出力と前記第2の整流部からの出力とが並列に入力される出力コンデンサとを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, according to the DCDC converter according to
また、請求項2記載のDCDCコンバータによれば、第1のスイッチング素子群のスイッチング動作に基づいて直流を矩形波に変換する第1の直交変換部と、前記第1の直交変換部から出力された矩形波を共振させる第1の共振回路と、前記第1の共振回路にて共振された共振電流を変圧する第1のトランスと、前記第1のトランスにて変圧された共振電流を整流する第1の整流部と、前記直流が極性を交互に反転されながら前記第1の共振回路に印加されるように前記第1のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御するとともに、前記第1の共振回路に印加される直流の極性が反転される間の期間に前記直流が前記第1の共振回路に印加されるのをバイパスさせるように前記第1のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御する第1のスイッチング制御部と、第2のスイッチング素子群のスイッチング動作に基づいて直流を矩形波に変換する第2の直交変換部と、前記第2の直交変換部から出力された矩形波を共振させる第2の共振回路と、前記第2の共振回路にて共振された共振電流を変圧する第2のトランスと、前記第2のトランスにて変圧された共振電流を整流する第2の整流部と、前記直流が極性を交互に反転されながら前記第2の共振回路に印加されるように前記第2のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御するとともに、前記第2の共振回路に印加される直流の極性が反転される間の期間に前記直流が前記第2の共振回路に印加されるのをバイパスさせるように前記第2のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御する第2のスイッチング制御部と、前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間に位相差を設定する位相差設定部と、前記第1の整流部からの出力と前記第2の整流部からの出力とが並列に入力される出力コンデンサとを備えることを特徴とする。 According to the DCDC converter of the second aspect, the first orthogonal transform unit that converts direct current into a rectangular wave based on the switching operation of the first switching element group, and the first orthogonal transform unit are output. A first resonance circuit that resonates the rectangular wave, a first transformer that transforms a resonance current resonated by the first resonance circuit, and a rectification of the resonance current transformed by the first transformer The first rectifier unit controls the switching operation of the first switching element group so that the direct current is applied to the first resonant circuit while alternately inverting the polarity, and the first resonant circuit The switching operation of the first switching element group is controlled so as to bypass the application of the direct current to the first resonance circuit during a period during which the polarity of the direct current applied to the inverter is reversed. 1 switching control unit, a second orthogonal transform unit that converts direct current into a rectangular wave based on a switching operation of the second switching element group, and a rectangular wave output from the second orthogonal transform unit A second resonance circuit; a second transformer that transforms the resonance current resonated by the second resonance circuit; and a second rectifier that rectifies the resonance current transformed by the second transformer; , Controlling the switching operation of the second switching element group so that the direct current is applied to the second resonant circuit while the polarity is alternately inverted, and the direct current applied to the second resonant circuit is A second switching control for controlling a switching operation of the second switching element group so as to bypass the application of the direct current to the second resonance circuit during a period during which the polarity is inverted. A phase difference setting unit that sets a phase difference between the switching control by the first switching control unit and the switching control by the second switching control unit, the output from the first rectifying unit, and the And an output capacitor to which an output from the second rectifier is input in parallel.
また、請求項3記載のDCDCコンバータによれば、前記第1のスイッチング素子群は、前記直流の正極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第1のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第2のスイッチング素子と、前記直流の正極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第3のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第4のスイッチング素子とを備え、前記第2のスイッチング素子群は、前記直流の正極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第5のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第6のスイッチング素子と、前記直流の正極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第7のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第8のスイッチング素子とを備え、前記第1のスイッチング制御部は、位相差が180度かつデューティ比が50%になるように前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに位相差が180度かつデューティ比が50%になるとともに、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子に対して0度より大きく180度より小さな範囲内で位相がずれるように前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオン/オフ制御し、前記第2のスイッチング制御部は、位相差が180度かつデューティ比が50%になるように前記第5のスイッチング素子と前記第6のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに位相差が180度かつデューティ比が50%になるとともに、前記第5のスイッチング素子と前記第6のスイッチング素子に対して0度より大きく180度より小さな範囲内で位相がずれるように前記第7のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオン/オフ制御し、前記位相差設定部は、前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間の位相差を90度に設定することを特徴とする。 According to the DCDC converter of claim 3, the first switching element group includes a first switching element connected between the DC positive electrode side and the high potential side of the first resonance circuit. A second switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit, and a positive electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit A third switching element connected in between, and a fourth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit, and the second switching element A group comprising: a fifth switching element connected between the direct current positive electrode side and the high potential side of the second resonance circuit; the direct current negative electrode side; and the high potential side of the second resonance circuit; A sixth switching element connected between the DC and the DC A seventh switching element connected between the positive electrode side and the low potential side of the second resonance circuit; and a seventh switching element connected between the negative electrode side of the DC and the low potential side of the second resonance circuit. An eighth switching element, and the first switching control unit turns on and off the first switching element and the second switching element so that the phase difference is 180 degrees and the duty ratio is 50%. And the phase difference is 180 degrees and the duty ratio is 50%, and the first switching element and the second switching element are out of phase within a range larger than 0 degree and smaller than 180 degrees. The third switching element and the fourth switching element are controlled to be turned on / off, and the second switching control unit has a phase difference of 180 degrees and a duty ratio of 50%. The fifth switching element and the sixth switching element are turned on / off so that the phase difference is 180 degrees and the duty ratio is 50%, and the fifth switching element and the sixth switching element are The seventh switching element and the eighth switching element are on / off controlled so that the phase is shifted within a range larger than 0 degree and smaller than 180 degrees with respect to the switching element, and the phase difference setting unit The phase difference between the switching control by the first switching control unit and the switching control by the second switching control unit is set to 90 degrees.
また、請求項4記載のDCDCコンバータによれば、前記第1のスイッチング素子群は、前記直流の正極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第1のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第2のスイッチング素子と、前記直流の正極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第3のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第4のスイッチング素子とを備え、前記第2のスイッチング素子群は、前記直流の正極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第5のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第6のスイッチング素子と、前記直流の正極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第7のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第8のスイッチング素子とを備え、前記第1のスイッチング制御部は、1周期内において所定の時間間隔を置いて交互にオンするように前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子の反転動作をそれぞれ行うように前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオン/オフ制御し、前記第2のスイッチング制御部は、1周期内において所定の時間間隔を置いて交互にオンするように前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子の反転動作をそれぞれ行うように前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオン/オフ制御し、前記位相差設定部は、前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間の位相差を90度に設定することを特徴とする。
The DCDC converter according to
また、請求項5記載のDCDCコンバータによれば、前記第1のスイッチング素子群は、前記直流の正極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第1のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第2のスイッチング素子と、前記直流の正極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第3のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第4のスイッチング素子とを備え、前記第2のスイッチング素子群は、前記直流の正極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第5のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第6のスイッチング素子と、前記直流の正極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第7のスイッチング素子と、前記直流の負極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第8のスイッチング素子とを備え、前記第1のスイッチング制御部は、1周期内において所定の時間間隔を置いて交互にオンするように前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子の反転動作をそれぞれ行うように前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオン/オフ制御し、前記第2のスイッチング制御部は、1周期内において所定の時間間隔を置いて交互にオンするように前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子の反転動作をそれぞれ行うように前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオン/オフ制御し、前記位相差設定部は、前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間の位相差を90度に設定することを特徴とする。 The DCDC converter according to claim 5, wherein the first switching element group is a first switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit. A second switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit, and a positive electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit A third switching element connected in between, and a fourth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit, and the second switching element A group comprising: a fifth switching element connected between the direct current positive electrode side and the high potential side of the second resonance circuit; the direct current negative electrode side; and the high potential side of the second resonance circuit; A sixth switching element connected between the DC and the DC A seventh switching element connected between the positive electrode side and the low potential side of the second resonance circuit; and a seventh switching element connected between the negative electrode side of the DC and the low potential side of the second resonance circuit. An eighth switching element, and the first switching control unit turns on the first switching element and the third switching element so as to be alternately turned on at predetermined time intervals within one cycle. The second switching element and the fourth switching element are turned on / off so as to perform the inversion operations of the first switching element and the third switching element, respectively. The on / off control of the fifth switching element and the seventh switching element is performed so that the switching control unit of the second switching element alternately turns on at predetermined time intervals within one cycle. Further, the sixth switching element and the eighth switching element are controlled to be turned on / off so as to perform the inversion operations of the fifth switching element and the seventh switching element, respectively, and the phase difference setting unit includes: The phase difference between the switching control by the first switching control unit and the switching control by the second switching control unit is set to 90 degrees.
また、請求項6記載のスイッチング電源によれば、交流を直流に変換する交直変換回路と、前記交直変換回路から出力された直流を昇圧または降圧して出力する請求項1から5のいずれか1項に記載のDCDCコンバータとを備えることを特徴とする。 Further, according to the switching power supply of claim 6, the AC / DC conversion circuit for converting AC to DC and the DC output from the AC / DC conversion circuit are stepped up or down and output. It is provided with the DCDC converter of description.
また、請求項7記載の無停電電源装置によれば、請求項1から5のいずれか1項に記載のDCDCコンバータと、前記DCDCコンバータから出力された直流を蓄えるバッテリと、直流を交流に変換するインバータとを備えることを特徴とする。
Further, according to the uninterruptible power supply device according to claim 7, the DCDC converter according to any one of
以上説明したように、本発明によれば、各コンバータから出力コンデンサに供給される電流の位相を互いに異ならせることを可能としつつ、複数のコンバータから出力コンデンサに電流を供給することが可能となるとともに、周波数を一定に維持したまま、各コンバータから出力コンデンサに供給される電流のピーク値を調整することができる。このため、回路部品の特性のばらつきや変動がある場合においても、各コンバータから出力コンデンサに供給される電流のピーク値を均一化することができ、出力コンデンサのリップル電流を低減することが可能となることから、出力コンデンサを低容量化することができ、DCDCコンバータの小型化および低価格化を図ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to supply current from a plurality of converters to an output capacitor while allowing phases of currents supplied from the converters to the output capacitor to be different from each other. At the same time, the peak value of the current supplied from each converter to the output capacitor can be adjusted while keeping the frequency constant. For this reason, even when there are variations or fluctuations in the characteristics of circuit components, the peak value of the current supplied from each converter to the output capacitor can be made uniform, and the ripple current of the output capacitor can be reduced. Therefore, the output capacitor can be reduced in capacity, and the DCDC converter can be reduced in size and price.
以下、本発明の実施形態に係るDCDCコンバータについて図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るDCDCコンバータの概略構成を示すブロック図である。
図1において、DCDCコンバータには、スイッチング動作に基づいて電力変換を行うコンバータConv11、Conv21が設けられ、コンバータConv11、Conv21は互いに並列に接続されている。すなわち、コンバータConv11、Conv21の前段には、入力コンデンサCinが設けられ、コンバータConv11、Conv21の入力は、入力コンデンサCinに並列に接続されるとともに、コンバータConv11、Conv21の後段には、出力コンデンサCoが設けられ、コンバータConv11、Conv21の出力は出力コンデンサCoに並列に接続されている。そして、入力コンデンサCinには、直流電源Eiと抵抗R1の直列回路が並列に接続され、出力コンデンサCoには、負荷抵抗RLが並列に接続されている。
Hereinafter, a DCDC converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the DCDC converter according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the DCDC converter is provided with converters Conv11 and Conv21 that perform power conversion based on a switching operation, and the converters Conv11 and Conv21 are connected in parallel to each other. That is, the input capacitor Cin is provided in the previous stage of the converters Conv11 and Conv21, the inputs of the converters Conv11 and Conv21 are connected in parallel to the input capacitor Cin, and the output capacitor Co is provided in the subsequent stage of the converters Conv11 and Conv21. The outputs of the converters Conv11 and Conv21 are connected in parallel to the output capacitor Co. A series circuit of a DC power source Ei and a resistor R1 is connected in parallel to the input capacitor Cin, and a load resistor RL is connected in parallel to the output capacitor Co.
ここで、コンバータConv11には、直交変換回路11a、共振回路12a、トランスT1および整流回路13aが設けられている。そして、直交変換回路11aは、スイッチング素子Q11〜Q14のスイッチング動作に基づいて直流を矩形波に変換することができる。共振回路12aは、直交変換回路11aから出力された矩形波を共振させることができる。トランスT1は、共振回路12aにて共振された共振電流を変圧することができる。整流回路13aは、トランスT1にて変圧された共振電流を整流することができる。
Here, the converter Conv11 is provided with an
また、コンバータConv21には、直交変換回路21a、共振回路22a、トランスT2および整流回路23aが設けられている。そして、直交変換回路21aは、スイッチング素子Q21〜Q24のスイッチング動作に基づいて直流を矩形波に変換することができる。共振回路22aは、直交変換回路21aから出力された矩形波を共振させることができる。トランスT2は、共振回路22aにて共振された共振電流を変圧することができる。整流回路23aは、トランスT2にて変圧された共振電流を整流することができる。
Further, the converter Conv21 is provided with an
また、DCDCコンバータには、フェーズシフト制御部11、21および位相差設定部31が設けられている。ここで、フェーズシフト制御部11は、直流が極性を交互に反転されながら共振回路12aに印加されるようにスイッチング素子Q11〜Q14のスイッチング動作を制御するとともに、共振回路12aに印加される直流の極性が反転される間の期間に直流が共振回路12aに印加されるのをバイパスさせるようにスイッチング素子Q11〜Q14のスイッチング動作を制御することができる。また、フェーズシフト制御部21は、直流が極性を交互に反転されながら共振回路22aに印加されるようにスイッチング素子Q21〜Q24のスイッチング動作を制御するとともに、共振回路22aに印加される直流の極性が反転される間の期間に直流が共振回路22aに印加されるのをバイパスさせるようにスイッチング素子Q21〜Q24のスイッチング動作を制御することができる。また、位相差設定部31は、フェーズシフト制御部11によるスイッチング制御とフェーズシフト制御部21によるスイッチング制御との間に位相差θを設定することができる。なお、この位相差θは、0度より大きく180度より小さな範囲内の任意の値に設定することができ、特に、90度に設定することが好ましい。
The DCDC converter includes phase
そして、直交変換回路11a、21aの前段には、入力コンデンサCinが並列に接続されている。また、直交変換回路11a、21aの後段には、共振回路12a、22aがそれぞれ接続され、共振回路12a、22aの後段には、トランスT1、T2をそれぞれ介して整流回路13a、23aがそれぞれ接続されている。そして、整流回路13a、23aの出力側には、出力コンデンサCoが並列に接続されている。
An input capacitor Cin is connected in parallel before the
具体的には、直交変換回路11aには、スイッチング素子Q11〜Q14が設けられている。そして、スイッチング素子Q11、Q12は互いに直列に接続されるとともに、スイッチング素子Q13、Q14は互いに直列に接続されている。そして、スイッチング素子Q11、Q12の直列回路は、入力コンデンサCinに並列に接続されるとともに、スイッチング素子Q13、Q14の直列回路は、入力コンデンサCinに並列に接続されている。また、スイッチング素子Q11〜Q14には、ダイオードDq11〜Dq14がそれぞれ並列に接続されるとともに、コンデンサCq11〜Cq14がそれぞれ並列に接続されている。
Specifically, switching elements Q11 to Q14 are provided in the
また、直交変換回路21aには、スイッチング素子Q21〜Q24が設けられている。そして、スイッチング素子Q21、Q22は互いに直列に接続されるとともに、スイッチング素子Q23、Q24は互いに直列に接続されている。そして、スイッチング素子Q21、Q22の直列回路は、入力コンデンサCinに並列に接続されるとともに、スイッチング素子Q23、Q24の直列回路は、入力コンデンサCinに並列に接続されている。また、スイッチング素子Q21〜Q24には、ダイオードDq21〜Dq24がそれぞれ並列に接続されるとともに、コンデンサCq21〜Cq24がそれぞれ並列に接続されている。
In addition, switching elements Q21 to Q24 are provided in the
なお、スイッチング素子Q11〜Q14、Q21〜Q24としては、例えば、電界効果トランジスタまたはIGBT(insulated gate bipolar transistor)などを用いることができる。また、コンデンサCq11〜Cq14、Cq21〜Cq24は、電界効果トランジスタのドレイン−ソース間容量などで代用してもよいし、ダイオードDq11〜Dq14、Dq21〜Dq24は、電界効果トランジスタのソース−チャネル間接合などで代用してもよい。 As the switching elements Q11 to Q14 and Q21 to Q24, for example, a field effect transistor or an IGBT (insulated gate bipolar transistor) can be used. Capacitors Cq11-Cq14, Cq21-Cq24 may be substituted with drain-source capacitances of field effect transistors, and diodes Dq11-Dq14, Dq21-Dq24 are source-channel junctions of field effect transistors, etc. May be substituted.
また、共振回路12aには、共振インダクタLr1および共振コンデンサCr1が設けられるとともに、高電位側端子Va1および低電位側端子Vb1が設けられている。そして、高電位側端子Va1は、スイッチング素子Q11、Q12の接続点に接続されるとともに、低電位側端子Vb1は、スイッチング素子Q13、Q14の接続点に接続されている。そして、高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、共振インダクタLr1と共振コンデンサCr1とがトランスT1の一次巻線n1を介して直列に接続されている。ここで、トランスT1の一次巻線n1には、一次インダクタンスLm1が並列に接続されている。
The
また、共振回路22aには、共振インダクタLr2および共振コンデンサCr2が設けられるとともに、高電位側端子Va2および低電位側端子Vb2が設けられている。そして、高電位側端子Va2は、スイッチング素子Q21、Q22の接続点に接続されるとともに、低電位側端子Vb2は、スイッチング素子Q23、Q24の接続点に接続されている。そして、高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、共振インダクタLr2と共振コンデンサCr2とがトランスT2の一次巻線n1を介して直列に接続されている。ここで、トランスT2の一次巻線n1には、一次インダクタンスLm2が並列に接続されている。
The
また、整流回路13aには、整流ダイオードD11、D12が設けられている。そして、整流ダイオードD11のカソードは、トランスT1の二次巻線n3の一端に接続されるとともに、整流ダイオードD11のアノードは、出力コンデンサCoを介してトランスT1の二次巻線n3の他端に接続されている。また、整流ダイオードD12のカソードは、トランスT1の二次巻線n2の一端に接続されるとともに、整流ダイオードD12のアノードは、整流ダイオードD11のアノードに接続されている。
The
また、整流回路23aには、整流ダイオードD21、D22が設けられている。そして、整流ダイオードD21のカソードは、トランスT2の二次巻線n3の一端に接続されるとともに、整流ダイオードD21のアノードは、出力コンデンサCoを介してトランスT2の二次巻線n3の他端に接続されている。また、整流ダイオードD22のカソードは、トランスT2の二次巻線n2の一端に接続されるとともに、整流ダイオードD22のアノードは、整流ダイオードD21のアノードに接続されている。
The
また、共振インダクタLr1、Lr2には、電流センサS1、S2がそれぞれ直列に接続されている。そして、電流センサS1、S2の出力は、フェーズシフト制御部11、21に接続されている。なお、電流センサS1、S2としては、例えば、カレントトランスを用いることができる。
Further, current sensors S1 and S2 are connected in series to the resonant inductors Lr1 and Lr2, respectively. The outputs of the current sensors S1, S2 are connected to the phase
そして、直流電源Eiにて発生された直流は、直交変換回路11a、21aにそれぞれ印加される。また、共振インダクタLr1、Lr2にそれぞれ流れる1次共振電流iLr1、iLr2は、電流センサS1、S2にてそれぞれ検出され、フェーズシフト制御部11、21に入力される。
The direct current generated by the direct current power source Ei is applied to the
そして、フェーズシフト制御部11は、共振インダクタLr1、Lr2にそれぞれ流れる1次共振電流iLr1、iLr2が互いに一致するように、直流電源Eiをバイパスさせる転流期間tcom1を制御しながら、スイッチング素子Q11〜Q14を一定の周期Tでオン/オフさせることで、直流電源Eiから印加された直流を矩形波に変換させ、共振回路12aに出力させる。
ここで、フェーズシフト制御部11は、スイッチング素子Q11〜Q14を一定の周期Tでオン/オフさせる場合、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路12aにかからないようにする期間と、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路12aに印加される期間とを交互に繰り返すことができる。
Then, the phase
Here, when the switching elements Q11 to Q14 are turned on / off at a constant period T, the phase
なお、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路12aにかからないようにする場合、フェーズシフト制御部11は、スイッチング素子Q12、Q14をオフした上で、スイッチング素子Q11、Q13をオンすることができる。あるいは、スイッチング素子Q11、Q13をオフした上で、スイッチング素子Q12、Q14をオンすることができる。
When the voltage generated by the DC power supply Ei is not applied to the
また、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路12aに印加されるようにする場合、フェーズシフト制御部11は、スイッチング素子Q12、Q13をオフした上で、スイッチング素子Q11、Q14をオンすることができる。あるいは、スイッチング素子Q11、Q14をオフした上で、スイッチング素子Q12、Q13をオンすることができる。例えば、フェーズシフト制御部11は、位相差が180度かつデューティ比が50%になるようにスイッチング素子Q11、Q12をオン/オフ制御し、位相差が180度かつデューティ比が50%になるとともに、スイッチング素子Q11、Q12に対して0度より大きく180度より小さな範囲内で位相がずれるようにスイッチング素子Q13、Q14をオン/オフ制御することができる。
When the voltage generated by the DC power supply Ei is applied to the
そして、直交変換回路11aにて生成された矩形波が共振回路12aに入力されると、その矩形波が共振回路12aにて共振されながら、トランスT1に出力される。そして、共振回路12aにて共振された共振電流がトランスT1に入力されると、トランスT1の一次巻線n1と二次巻線n2、n3との間の巻線比に応じて昇圧または降圧され、整流回路13aに入力される。そして、整流回路13aにおいて、トランスT1から出力された交流が整流ダイオードD11、D12にて整流され、出力コンデンサCoに印加される。
When the rectangular wave generated by the
また、フェーズシフト制御部21は、共振インダクタLr1、Lr2にそれぞれ流れる1次共振電流iLr1、iLr2が互いに一致するように、直流電源Eiをバイパスさせる転流期間tcom2を制御しながら、スイッチング素子Q21〜Q24を一定の周期Tでオン/オフさせることで、直流電源Eiから印加された直流を矩形波に変換させ、共振回路22aに出力させる。
ここで、フェーズシフト制御部21は、スイッチング素子Q21〜Q24を一定の周期Tでオン/オフさせる場合、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路22aにかからないようにする期間と、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路22aに印加される期間とを交互に繰り返すことができる。
Further, the phase
Here, when the switching elements Q21 to Q24 are turned on / off at a constant period T, the phase
なお、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路22aにかからないようにする場合、フェーズシフト制御部21は、スイッチング素子Q22、Q24をオフした上で、スイッチング素子Q21、Q23をオンすることができる。あるいは、スイッチング素子Q21、Q23をオフした上で、スイッチング素子Q22、Q24をオンすることができる。
When the voltage generated by the DC power supply Ei is not applied to the
また、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路22aに印加されるようにする場合、フェーズシフト制御部21は、スイッチング素子Q22、Q23をオフした上で、スイッチング素子Q21、Q24をオンすることができる。あるいは、スイッチング素子Q21、Q24をオフした上で、スイッチング素子Q22、Q23をオンすることができる。例えば、フェーズシフト制御部21は、位相差が180度かつデューティ比が50%になるようにスイッチング素子Q21、Q22をオン/オフ制御し、位相差が180度かつデューティ比が50%になるとともに、スイッチング素子Q21、Q22に対して0度より大きく180度より小さな範囲内で位相がずれるようにスイッチング素子Q23、Q24をオン/オフ制御することができる。
When the voltage generated by the DC power source Ei is applied to the
そして、直交変換回路21aにて生成された矩形波が共振回路22aに入力されると、その矩形波が共振回路22aにて共振されながら、トランスT2に出力される。そして、共振回路22aにて共振された共振電流がトランスT2に入力されると、トランスT2の一次巻線n1と二次巻線n2、n3との間の巻線比に応じて昇圧または降圧され、整流回路23aに入力される。そして、整流回路23aにおいて、トランスT2から出力された交流が整流ダイオードD21、D22にて整流され、出力コンデンサCoに印加される。
When the rectangular wave generated by the
ここで、位相差設定部31において、各フェーズシフト制御部11、21によるスイッチング制御の間に位相差θが設定され、整流回路13a、23aにてそれぞれ整流された電流には位相差θが発生する。そして、整流回路13a、23aにてそれぞれ整流された電流が出力コンデンサCoに印加されると、その電流が平滑され、負荷抵抗RLに供給される。
Here, in the phase
これにより、各コンバータConv11、Conv21から出力コンデンサCoに供給される電流の位相を互いに異ならせることを可能としつつ、複数のコンバータConv11、Conv21から出力コンデンサCoに電流を供給することが可能となるとともに、周波数を一定に維持したまま、各コンバータConv11、Conv21から出力コンデンサCoに供給される電流のピーク値を調整することができる。このため、回路部品の特性のばらつきや変動がある場合においても、各コンバータConv11、Conv21から出力コンデンサCoに供給される電流のピーク値を均一化することができ、出力コンデンサCoのリップル電流を低減することが可能となることから、出力コンデンサCoを低容量化することができ、DCDCコンバータの小型化および低価格化を図ることができる。 This makes it possible to supply current from the plurality of converters Conv11, Conv21 to the output capacitor Co while allowing the phases of the currents supplied from the converters Conv11, Conv21 to the output capacitor Co to be different from each other. The peak value of the current supplied from the converters Conv11 and Conv21 to the output capacitor Co can be adjusted while maintaining the frequency constant. For this reason, even when there are variations and fluctuations in the characteristics of the circuit components, the peak value of the current supplied from the converters Conv11 and Conv21 to the output capacitor Co can be made uniform, and the ripple current of the output capacitor Co is reduced. Therefore, the capacity of the output capacitor Co can be reduced, and the DCDC converter can be reduced in size and price.
なお、上述した実施形態では、導通期間ton1、ton2を制御するために、共振インダクタLr1、Lr2にそれぞれ流れる1次共振電流iLr1、iLr2を検出する方法について説明したが、整流ダイオードD11、D12にそれぞれ流れる電流の合成値に基づいて導通期間ton1を制御し、整流ダイオードD21、D22にそれぞれ流れる電流の合成値に基づいて導通期間ton2を制御するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the method of detecting the primary resonant currents iLr1 and iLr2 flowing in the resonant inductors Lr1 and Lr2 in order to control the conduction periods ton1 and ton2, respectively, has been described. However, the rectifier diodes D11 and D12 respectively The conduction period ton1 may be controlled based on the combined value of the flowing currents, and the conduction period ton2 may be controlled based on the combined values of the currents flowing through the rectifier diodes D21 and D22.
あるいは、負荷抵抗RLの端子間電圧Voと1次共振電流iLr1との積に基づいて導通期間ton1を制御するとともに、負荷抵抗RLの端子間電圧Voと1次共振電流iLr2との積に基づいて導通期間ton2を制御するようにしてもよいし、負荷抵抗RLの端子間電圧Voと整流ダイオードD11、D12にそれぞれ流れる電流の合成値との積に基づいて導通期間ton1を制御するとともに、負荷抵抗RLの端子間電圧Voと整流ダイオードD21、D22にそれぞれ流れる電流の合成値との積に基づいて導通期間ton2を制御するようにしてもよい。 Alternatively, the conduction period ton1 is controlled based on the product of the terminal voltage Vo of the load resistance RL and the primary resonance current iLr1, and based on the product of the terminal voltage Vo of the load resistance RL and the primary resonance current iLr2. The conduction period ton2 may be controlled, or the conduction period ton1 is controlled based on the product of the voltage Vo between the terminals of the load resistor RL and the combined value of the currents flowing through the rectifier diodes D11 and D12, and the load resistance The conduction period ton2 may be controlled based on the product of the inter-terminal voltage Vo of the RL and the combined value of the currents flowing through the rectifier diodes D21 and D22.
図2は、図1のスイッチング素子Q11〜Q14、Q21〜Q24のオン/オフのタイミングと、Va1−Vb1間電圧およびVa2−Vb2間電圧の関係を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the on / off timing of switching elements Q11 to Q14 and Q21 to Q24 in FIG. 1, and the voltage between Va1-Vb1 and the voltage between Va2-Vb2.
図2の時刻t1において、スイッチング素子Q13をオフ、スイッチング素子Q14をオンしたまま、スイッチング素子Q11をオン、スイッチング素子Q12をオフすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q11→共振インダクタLr1→トランスT1の一次巻線n1→共振コンデンサCr1→スイッチング素子Q14→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、直流電源Eiにて発生された直流が印加される。
At time t1 in FIG. 2, the switching element Q13 is turned off, the switching element Q14 is turned on, the switching element Q11 is turned on, and the switching element Q12 is turned off, so that the DC power supply Ei → switching element Q11 → resonance inductor Lr1 → transformer T1. Current flows through a path of primary winding n1 → resonance capacitor Cr1 → switching element Q14 → DC power supply Ei, and between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t2において、スイッチング素子Q11をオン、スイッチング素子Q12をオフしたまま、スイッチング素子Q13をオン、スイッチング素子Q14をオフすることで、スイッチング素子Q13→スイッチング素子Q11→共振インダクタLr1→トランスT1の一次巻線n1→共振コンデンサCr1→スイッチング素子Q13という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、0Vが印加される。
Next, at time t2, switching element Q13 is turned on and switching element Q14 is turned off while switching element Q11 is turned on and switching element Q12 is turned off, so that switching element Q13 → switching element Q11 → resonance inductor Lr1 → transformer T1. Since the current flows through the path of the primary winding n1 → resonance capacitor Cr1 → switching element Q13 and the DC power supply Ei is bypassed, there is a gap between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
そして、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間に0Vが印加されている場合、共振回路12aにて共振動作を継続させつつ、整流回路13aへの電力供給量を抑制することができ、コンバータConv11の出力電圧を低下させることができる。
When 0 V is applied between the high-potential side terminal Va1 and the low-potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t3において、スイッチング素子Q13をオン、スイッチング素子Q14をオフしたまま、スイッチング素子Q11をオフ、スイッチング素子Q12をオンすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q13→共振コンデンサCr1→トランスT1の一次巻線n1→共振インダクタLr1→スイッチング素子Q12→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、直流電源Eiにて発生された直流が反転されて印加される。
Next, at time t3, the switching element Q13 is turned on, the switching element Q14 is turned off, the switching element Q11 is turned off, and the switching element Q12 is turned on, so that the DC power source Ei → switching element Q13 → resonance capacitor Cr1 → transformer T1. Current flows through a path of primary winding n1 → resonance inductor Lr1 → switching element Q12 → DC power supply Ei, and between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t4において、スイッチング素子Q11をオフ、スイッチング素子Q12をオンしたまま、スイッチング素子Q13をオフ、スイッチング素子Q14をオンすることで、スイッチング素子Q12→スイッチング素子Q14→共振コンデンサCr1→トランスT1の一次巻線n1→共振インダクタLr1→スイッチング素子Q12という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、0Vが印加される。そして、以上の動作を一周期Tとして繰り返すことで、直流電源Eiから印加された直流が矩形波に変換され、共振回路12aに出力される。
Next, at time t4, switching element Q11 is turned off, switching element Q12 is kept on, switching element Q13 is turned off, and switching element Q14 is turned on, so that switching element Q12 → switching element Q14 → resonance capacitor Cr1 → transformer T1. Current flows through the path of the primary winding n1 → resonance inductor Lr1 → switching element Q12 and the DC power supply Ei is bypassed, and therefore, between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
ここで、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路12aにかからない期間を転流期間tcom1、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路12aに印加される期間を導通期間ton1とすると、ton1+tcom1=T/2とすることができる。そして、フェーズシフト制御部11は、共振インダクタLr1、Lr2にそれぞれ流れる1次共振電流iLr1、iLr2が互いに一致するように導通期間ton1を制御することで、回路部品の特性のばらつきや変動がある場合においても、各コンバータConv11、Conv21から出力コンデンサCoに供給される電流を均一化させることができ、出力コンデンサCoのリップル電流を低減することが可能となる。
Here, a period in which the voltage generated by the DC power supply Ei is not applied to the
また、時刻t1´〜t8´は、時刻t1〜t8に対して位相差θの時間分だけそれぞれ遅れているものとする。そして、時刻t1´において、スイッチング素子Q23をオフ、スイッチング素子Q24をオンしたまま、スイッチング素子Q21をオン、スイッチング素子Q22をオフすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q21→共振インダクタLr2→トランスT2の一次巻線n1→共振コンデンサCr2→スイッチング素子Q24→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、直流電源Eiにて発生された直流が印加される。
Further, it is assumed that the times t1 ′ to t8 ′ are delayed from the times t1 to t8 by the time of the phase difference θ. At time t1 ′, the switching element Q23 is turned off, the switching element Q24 is kept on, the switching element Q21 is turned on, and the switching element Q22 is turned off, so that the DC power supply Ei → switching element Q21 → resonance inductor Lr2 → transformer T2 Current flows through a path of primary winding n1 → resonance capacitor Cr2 → switching element Q24 → DC power supply Ei, and between the high potential side terminal Va2 and the low potential side terminal Vb2 of the
次に、時刻t2´において、スイッチング素子Q21をオン、スイッチング素子Q22をオフしたまま、スイッチング素子Q23をオン、スイッチング素子Q24をオフすることで、スイッチング素子Q23→スイッチング素子Q21→共振インダクタLr2→トランスT2の一次巻線n1→共振コンデンサCr2→スイッチング素子Q23という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、0Vが印加される。
Next, at time t2 ′, switching element Q23 is turned on and switching element Q24 is turned off while switching element Q21 is turned on and switching element Q22 is turned off, so that switching element Q23 → switching element Q21 → resonance inductor Lr2 → transformer. Since current flows through the path T1 primary winding n1 → resonance capacitor Cr2 → switching element Q23 and the DC power supply Ei is bypassed, the
そして、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間に0Vが印加されている場合、共振回路22aにて共振動作を継続させつつ、整流回路23aへの電力供給量を抑制することができ、コンバータConv21の出力電圧を低下させることができる。
When 0 V is applied between the high-potential side terminal Va2 and the low-potential side terminal Vb2 of the
次に、時刻t3´において、スイッチング素子Q23をオン、スイッチング素子Q24をオフしたまま、スイッチング素子Q21をオフ、スイッチング素子Q22をオンすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q23→共振コンデンサCr2→トランスT2の一次巻線n1→共振インダクタLr2→スイッチング素子Q22→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、直流電源Eiにて発生された直流が反転されて印加される。
Next, at time t3 ′, the switching element Q21 is turned off and the switching element Q22 is turned on while the switching element Q23 is turned on and the switching element Q24 is turned off, so that the DC power supply Ei → switching element Q23 → resonance capacitor Cr2 → transformer. A current flows through the path T1 primary winding n1 → resonant inductor Lr2 → switching element Q22 → DC power supply Ei, and the DC power supply Ei is connected between the high potential side terminal Va2 and the low potential side terminal Vb2 of the
次に、時刻t4´において、スイッチング素子Q21をオフ、スイッチング素子Q22をオンしたまま、スイッチング素子Q23をオフ、スイッチング素子Q24をオンすることで、スイッチング素子Q22→スイッチング素子Q24→共振コンデンサCr2→トランスT2の一次巻線n1→共振インダクタLr2→スイッチング素子Q22という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、0Vが印加される。そして、以上の動作を一周期Tとして繰り返すことで、直流電源Eiから印加された直流が矩形波に変換され、共振回路22aに出力される。
Next, at time t4 ′, the switching element Q21 is turned off, the switching element Q22 is turned on, the switching element Q23 is turned off, and the switching element Q24 is turned on, so that the switching element Q22 → switching element Q24 → resonance capacitor Cr2 → transformer. Since current flows through the path T1 primary winding n1 → resonant inductor Lr2 → switching element Q22 and the DC power supply Ei is bypassed, the
ここで、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路22aにかからない期間を転流期間tcom2、直流電源Eiにて発生された電圧が共振回路22aに印加される期間を導通期間ton2とすると、ton2+tcom2=T/2とすることができる。そして、フェーズシフト制御部21は、共振インダクタLr1、Lr2にそれぞれ流れる1次共振電流iLr1、iLr2が互いに一致するように導通期間ton2を制御することで、回路部品の特性のばらつきや変動がある場合においても、各コンバータConv11、Conv21から出力コンデンサCoに供給される電流を均一化させることができ、出力コンデンサCoのリップル電流を低減することが可能となる。
Here, a period in which the voltage generated by the DC power supply Ei is not applied to the
例えば、1次共振電流iLr1の値が、1次共振電流iLr2の値よりも小さい場合、導通期間ton1を導通期間ton2よりも大きくし、1次共振電流iLr1の値が、1次共振電流iLr2の値よりも大きい場合、導通期間ton1を導通期間ton2よりも小さくすることができる。特に、重負荷時には、導通期間ton1、ton2を制御することで、出力コンデンサCoのリップル電流を効果的に低減することが可能となる。一方、高入力電圧かつ軽負荷時には、出力コンデンサCoに流れる電流は小さいので、コンバータConv11、Conv21のいずれか一方のみを用いた場合においても、出力コンデンサCoのリップル電流を小さくことができる。 For example, when the value of the primary resonance current iLr1 is smaller than the value of the primary resonance current iLr2, the conduction period ton1 is made larger than the conduction period ton2, and the value of the primary resonance current iLr1 is equal to the primary resonance current iLr2. When larger than the value, the conduction period ton1 can be made shorter than the conduction period ton2. In particular, when the load is heavy, it is possible to effectively reduce the ripple current of the output capacitor Co by controlling the conduction periods ton1 and ton2. On the other hand, since the current flowing through the output capacitor Co is small when the input voltage is high and the load is light, the ripple current of the output capacitor Co can be reduced even when only one of the converters Conv11 and Conv21 is used.
図3は、導通角Dを変化させた場合における図1のコンバータConv11のスイッチング周波数と電圧ゲインとの関係を示す図である。
図3において、導通角Dをton1/Tとすると、スイッチング素子Q11〜Q14のスイッチング周波数が一定である場合においても、導通角Dを小さくすることで、電圧ゲインが低下することが判る。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the switching frequency and voltage gain of converter Conv11 in FIG. 1 when conduction angle D is changed.
In FIG. 3, when the conduction angle D is ton1 / T, it can be seen that the voltage gain is reduced by reducing the conduction angle D even when the switching frequency of the switching elements Q11 to Q14 is constant.
例えば、電圧ゲインを1から0.8に低下させる場合、スイッチング周波数による制御ならば、95kHzから280kHzに上昇させる必要があるのに対し、導通角Dによる制御ならば、0.5から0.1にすればよいことが判る。 For example, when the voltage gain is decreased from 1 to 0.8, it is necessary to increase from 95 kHz to 280 kHz if the control is based on the switching frequency, whereas 0.5 to 0.1 if the control is based on the conduction angle D. You can see that
コンバータConv21についても同様に、導通角Dをton2/Tとすると、スイッチング素子Q21〜Q24のスイッチング周波数が一定である場合においても、導通角Dを小さくすることで、電圧ゲインを低下させることができる。 Similarly, for the converter Conv21, when the conduction angle D is ton2 / T, the voltage gain can be reduced by reducing the conduction angle D even when the switching frequency of the switching elements Q21 to Q24 is constant. .
図4−1は、図1のコンバータConv11、Conv21間において、共振回路12a、22aの定数が互いに等しい場合に導通期間ton1、ton2を一致させた時の1次共振電流とトランス励磁電流の波形を示す図、図4−2は、この時のトランス2次電流と出力コンデンサリップル電流の波形を示す図である。
FIG. 4A shows the waveforms of the primary resonance current and the transformer excitation current when the conduction periods ton1 and ton2 are matched when the constants of the
なお、1次共振電流は、図1の共振インダクタLr1、Lr2にそれぞれ流れる電流iLr1、iLr2を示す。また、トランス励磁電流は、図1の一次インダクタンスLm1、Lm2にそれぞれ流れる電流iLm1、iLm2を示す。また、トランス二次電流は、図1の整流ダイオードD11、D12、D21、D22にそれぞれ流れる電流id11、id12、id21、id22を示す。また、出力コンデンサリップル電流は、図1の出力コンデンサCoに流れる電流irを示す。
また、各コンバータConv11、Conv21の定数を同一とし(Lr1=Lr2=16μH、Lm1=Lm2=80μH、Cr1=Cr2=150nF)、位相差θは90度、入力電圧Vinは375V、スイッチング周波数fswは90kHz、ton1=ton2とし、出力電圧Voが48Vになるように制御した。
The primary resonance currents indicate currents iLr1 and iLr2 flowing in the resonance inductors Lr1 and Lr2 in FIG. Further, the transformer excitation current indicates currents iLm1 and iLm2 flowing in the primary inductances Lm1 and Lm2 in FIG. 1, respectively. The transformer secondary current indicates currents id11, id12, id21, and id22 flowing through the rectifier diodes D11, D12, D21, and D22 in FIG. 1, respectively. Further, the output capacitor ripple current indicates the current ir flowing through the output capacitor Co in FIG.
The constants of the converters Conv11 and Conv21 are the same (Lr1 = Lr2 = 16 μH, Lm1 = Lm2 = 80 μH, Cr1 = Cr2 = 150 nF), the phase difference θ is 90 degrees, the input voltage Vin is 375 V, and the switching frequency fsw is 90 kHz. , Ton1 = ton2, and the output voltage Vo was controlled to be 48V.
図4−1および図4−2において、各コンバータConv11、Conv21の定数が同一の場合、ton1=ton2とすることで、整流ダイオードD11、D12、D21、D22にそれぞれ流れる電流id11、id12、id21、id22のピーク値Δidは64Aに等しくなり、出力コンデンサCoに流れる電流のリップルΔirを23Aに抑えることができた。 In FIGS. 4A and 4B, when the constants of the converters Conv11 and Conv21 are the same, by setting ton1 = ton2, the currents id11, id12, id21 flowing through the rectifier diodes D11, D12, D21, and D22, respectively. The peak value Δid of id22 is equal to 64A, and the ripple Δir of the current flowing through the output capacitor Co can be suppressed to 23A.
図5−1は、図1のコンバータConv11、Conv21間において、共振回路12a、22aの定数が互いに異なる場合に導通期間ton1、ton2を一致させた時の1次共振電流とトランス励磁電流の波形を示す図で、図5−2は、この時のトランス2次電流と出力コンデンサリップル電流の波形を示す図である。
なお、各コンバータConv11、Conv21の定数は異なるものとし(Lr1=16μH、Lr2=15.2μH、Lm1=Lm2=80μH、Cr1=Cr2=150nF)、位相差θは90度、入力電圧Vinは375V、スイッチング周波数fswは90kHz、ton1=ton2とし、出力電圧Voが48Vになるように制御した。
FIG. 5A shows the waveforms of the primary resonance current and the transformer excitation current when the conduction periods ton1 and ton2 are matched when the constants of the
The constants of the converters Conv11 and Conv21 are different (Lr1 = 16 μH, Lr2 = 15.2 μH, Lm1 = Lm2 = 80 μH, Cr1 = Cr2 = 150 nF), the phase difference θ is 90 degrees, the input voltage Vin is 375 V, The switching frequency fsw was set to 90 kHz, ton1 = ton2, and the output voltage Vo was controlled to be 48V.
図5−1および図5−2において、各コンバータConv11、Conv21の定数が異なる場合、ton1=ton2とすると、整流ダイオードD11、D21にそれぞれ流れる電流id11、id21のピーク値Δidは35A、整流ダイオードD12、D22にそれぞれ流れる電流id12、id22のピーク値Δidは102Aとなり、出力コンデンサCoに流れる電流のリップルΔirは85に増大した。 In FIGS. 5A and 5B, when the constants of the converters Conv11 and Conv21 are different, assuming that ton1 = ton2, the peak values Δid of the currents id11 and id21 flowing through the rectifier diodes D11 and D21 are 35A and the rectifier diode D12, respectively. The peak value Δid of the currents id12 and id22 flowing through D22 is 102A, and the ripple Δir of the current flowing through the output capacitor Co is increased to 85.
図6−1は、図1のコンバータConv11、Conv21間において、共振回路12a、22aの定数が互いに異なる場合に導通期間ton1、ton2を制御した時の1次共振電流とトランス励磁電流の波形を示す図、図6−2は、この時のトランス2次電流と出力コンデンサリップル電流の波形を示す図である。
なお、各コンバータConv11、Conv21の定数は異なるものとし(Lr1=16μH、Lr2=15.2μH、Lm1=Lm2=80μH、Cr1=Cr2=150nF)、位相差θは90度、入力電圧Vinは375V、スイッチング周波数fswは90kHz、出力電圧Voが48Vになるように制御した。また、整流ダイオードD11、D12、D21、D22にそれぞれ流れる電流id11、id12、id21、id22が互いに等しくなるように、ton1をton1+Δton1に制御し、ton2をton2+Δton2に制御した。
FIG. 6A shows the waveforms of the primary resonance current and the transformer excitation current when the conduction periods ton1 and ton2 are controlled when the constants of the
The constants of the converters Conv11 and Conv21 are different (Lr1 = 16 μH, Lr2 = 15.2 μH, Lm1 = Lm2 = 80 μH, Cr1 = Cr2 = 150 nF), the phase difference θ is 90 degrees, the input voltage Vin is 375 V, The switching frequency fsw was controlled to 90 kHz and the output voltage Vo was 48V. Also, ton1 was controlled to ton1 + Δton1 and ton2 was controlled ton2 + Δton2 so that the currents id11, id12, id21, id22 flowing through the rectifier diodes D11, D12, D21, D22 were equal to each other.
図6−1および図6−2において、各コンバータConv11、Conv21の定数が異なる場合、整流ダイオードD11、D12、D21、D22にそれぞれ流れる電流id11、id12、id21、id22が互いに等しくなるように、ton1、ton2を制御することで、出力コンデンサCoに流れる電流のリップルΔirを44.4Aに低減させることができた。 In FIGS. 6A and 6B, when the constants of the converters Conv11 and Conv21 are different, the ton1 is set so that the currents id11, id12, id21 and id22 flowing through the rectifier diodes D11, D12, D21 and D22 are equal to each other. , Ton2 was able to reduce the ripple Δir of the current flowing through the output capacitor Co to 44.4A.
図7は、本発明の第2実施形態に係るDCDCコンバータの概略構成を示すブロック図である。
図7において、このDCDCコンバータには、図1のコンバータConv11、Conv21の代わりに、コンバータConv12、Conv22が設けられている。ここで、コンバータConv12には、図1の共振回路12aの代わりに、共振回路12bが設けられている。また、コンバータConv22には、図1の共振回路22aの代わりに、共振回路22bが設けられている。
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the DCDC converter according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 7, this DCDC converter is provided with converters Conv12 and Conv22 instead of the converters Conv11 and Conv21 of FIG. Here, the converter Conv12 is provided with a
ここで、共振回路12bには、共振インダクタLr11および共振コンデンサCr11が設けられている。そして、高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、共振インダクタLr11と共振コンデンサCr11との直列回路が接続されるとともに、共振コンデンサCr11には、一次インダクタンスLm1が並列に接続されている。
また、共振回路22bには、共振インダクタLr21および共振コンデンサCr21が設けられている。そして、高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、共振インダクタLr21と共振コンデンサCr21との直列回路が接続されるとともに、共振コンデンサCr21には、一次インダクタンスLm2が並列に接続されている。
Here, the
The resonance circuit 22b is provided with a resonance inductor Lr21 and a resonance capacitor Cr21. A series circuit of a resonant inductor Lr21 and a resonant capacitor Cr21 is connected between the high potential side terminal Va2 and the low potential side terminal Vb2, and a primary inductance Lm2 is connected in parallel to the resonant capacitor Cr21. ing.
そして、直流電源Eiにて発生された直流は、直交変換回路11a、21aにそれぞれ印加される。また、共振回路12b、22bから出力された電流は、電流センサS1、S2にてそれぞれ検出され、フェーズシフト制御部11、21に入力される。
そして、フェーズシフト制御部11は、共振回路12b、22bから出力された電流が互いに一致するように、直流電源Eiをバイパスさせる転流期間tcom1を制御しながら、スイッチング素子Q11〜Q14を一定の周期Tでオン/オフさせることで、直流電源Eiから印加された直流を矩形波に変換させ、共振回路12bに出力させる。
The direct current generated by the direct current power source Ei is applied to the
The phase
そして、直交変換回路11aにて生成された矩形波が共振回路12bに入力されると、その矩形波が共振回路12bにて共振されながら、トランスT1に出力される。そして、共振回路12bにて共振された共振電流がトランスT1に入力されると、トランスT1の一次巻線n1と二次巻線n2、n3との間の巻線比に応じて昇圧または降圧され、整流回路13aに入力される。そして、整流回路13aにおいて、トランスT1から出力された交流が整流ダイオードD11、D12にて整流され、出力コンデンサCoに印加される。
また、フェーズシフト制御部21は、共振回路12b、22bから出力された電流が互いに一致するように、直流電源Eiをバイパスさせる転流期間tcom2を制御しながら、スイッチング素子Q21〜Q24を一定の周期Tでオン/オフさせることで、直流電源Eiから印加された直流を矩形波に変換させ、共振回路22bに出力させる。
When the rectangular wave generated by the
Further, the phase
そして、直交変換回路21aにて生成された矩形波が共振回路22bに入力されると、その矩形波が共振回路22bにて共振されながら、トランスT2に出力される。そして、共振回路22bにて共振された共振電流がトランスT2に入力されると、トランスT2の一次巻線n1と二次巻線n2、n3との間の巻線比に応じて昇圧または降圧され、整流回路23aに入力される。そして、整流回路23aにおいて、トランスT2から出力された交流が整流ダイオードD21、D22にて整流され、出力コンデンサCoに印加される。なお、スイッチング素子Q11〜Q14、Q21〜Q24のオン/オフのタイミングは、図2と同様に設定することができる。
When the rectangular wave generated by the
ここで、位相差設定部31において、各フェーズシフト制御部11、21によるスイッチング制御の間に位相差θが設定され、整流回路13a、23aにてそれぞれ整流された電流には位相差θが発生する。そして、整流回路13a、23aにてそれぞれ整流された電流が出力コンデンサCoに印加されると、その電流が平滑され、負荷抵抗RLに供給される。
Here, in the phase
これにより、共振回路12b、22bにて並列共振される場合においても、コンバータConv12、Conv22から出力コンデンサCoに供給される電流のピーク値を均一化することができ、出力コンデンサCoのリップル電流を低減することが可能となることから、出力コンデンサCoを低容量化することができ、DCDCコンバータの小型化および低価格化を図ることができる。
As a result, even when parallel resonance is performed in the
図8は、本発明の第3実施形態に係るDCDCコンバータの概略構成を示すブロック図である。
図8において、このDCDCコンバータには、図1のコンバータConv11、Conv21の代わりに、コンバータConv13、Conv23が設けられている。ここで、コンバータConv13には、図1のトランスT1および整流回路13aの代わりに、整流回路13cが設けられている。また、コンバータConv23には、図1のトランスT2および整流回路23aの代わりに、整流回路23cが設けられている。
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of the DCDC converter according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 8, this DCDC converter is provided with converters Conv13 and Conv23 instead of the converters Conv11 and Conv21 of FIG. Here, the converter Conv13 is provided with a
ここで、整流回路13cには、整流ダイオードD13〜D16が設けられている。そして、整流ダイオードD13、D15は互いに直列に接続されるとともに、整流ダイオードD14、D16は互いに直列に接続されている。そして、整流ダイオードD13、D15の直列回路は、出力コンデンサCoに並列に接続されるとともに、整流ダイオードD14、D16の直列回路は、出力コンデンサCoに並列に接続されている。
Here, rectifier diodes D13 to D16 are provided in the
また、高電位側端子Va1と整流ダイオードD13、D15の接続点との間には、共振インダクタLr1が接続されるとともに、低電位側端子Vb1と整流ダイオードD14、D16の接続点との間には、共振コンデンサCr1が接続されている。 A resonant inductor Lr1 is connected between the high potential side terminal Va1 and the connection point of the rectifier diodes D13 and D15, and between the low potential side terminal Vb1 and the connection point of the rectifier diodes D14 and D16. The resonance capacitor Cr1 is connected.
また、整流回路23cには、整流ダイオードD23〜D26が設けられている。そして、整流ダイオードD23、D25は互いに直列に接続されるとともに、整流ダイオードD24、D26は互いに直列に接続されている。そして、整流ダイオードD23、D25の直列回路は、出力コンデンサCoに並列に接続されるとともに、整流ダイオードD24、D26の直列回路は、出力コンデンサCoに並列に接続されている。
The
また、高電位側端子Va2と整流ダイオードD23、D25の接続点との間には、共振インダクタLr2が接続されるとともに、低電位側端子Vb2と整流ダイオードD24、D26の接続点との間には、共振コンデンサCr2が接続されている。 A resonant inductor Lr2 is connected between the high potential side terminal Va2 and the connection point of the rectifier diodes D23 and D25, and between the low potential side terminal Vb2 and the connection point of the rectifier diodes D24 and D26. The resonance capacitor Cr2 is connected.
そして、直流電源Eiにて発生された直流は、直交変換回路11a、21aにそれぞれ印加される。また、共振回路12a、22aから出力された電流は、電流センサS1、S2にてそれぞれ検出され、フェーズシフト制御部11、21に入力される。
そして、フェーズシフト制御部11は、共振回路12a、22aから出力された電流が互いに一致するように、直流電源Eiをバイパスさせる転流期間tcom1を制御しながら、スイッチング素子Q11〜Q14を一定の周期Tでオン/オフさせることで、直流電源Eiから印加された直流を矩形波に変換させ、共振回路12aに出力させる。
The direct current generated by the direct current power source Ei is applied to the
Then, the phase
そして、直交変換回路11aにて生成された矩形波が共振回路12aに入力されると、その矩形波が共振回路12aにて共振されながら、整流回路13cに入力される。そして、整流回路13cにおいて、共振回路12aから出力された共振電流が整流ダイオードD13〜D16にて整流され、出力コンデンサCoに印加される。
When the rectangular wave generated by the
また、フェーズシフト制御部21は、共振回路12a、22aから出力された電流が互いに一致するように、直流電源Eiをバイパスさせる転流期間tcom2を制御しながら、スイッチング素子Q21〜Q24を一定の周期Tでオン/オフさせることで、直流電源Eiから印加された直流を矩形波に変換させ、共振回路22aに出力させる。
Further, the phase
そして、直交変換回路21aにて生成された矩形波が共振回路22aに入力されると、その矩形波が共振回路22aにて共振されながら、整流回路23cに出力される。そして、整流回路23cにおいて、共振回路22aから出力された共振電流が整流ダイオードD23〜D26にて整流され、出力コンデンサCoに印加される。なお、スイッチング素子Q11〜Q14、Q21〜Q24のオン/オフのタイミングは、図2と同様に設定することができる。
When the rectangular wave generated by the
ここで、位相差設定部31において、各フェーズシフト制御部11、21によるスイッチング制御の間に位相差θが設定され、整流回路13c、23cにてそれぞれ整流された電流には位相差θが発生する。そして、整流回路13c、23cにてそれぞれ整流された電流が出力コンデンサCoに印加されると、その電流が平滑され、負荷抵抗RLに供給される。
Here, in the phase
これにより、図1のトランスT1、T2がない場合においても、コンバータConv13、Conv23から出力コンデンサCoに供給される電流のピーク値を均一化することができ、出力コンデンサCoのリップル電流を低減することが可能となることから、出力コンデンサCoを低容量化することができ、DCDCコンバータの小型化および低価格化を図ることができる。 Thereby, even when the transformers T1 and T2 in FIG. 1 are not provided, the peak value of the current supplied from the converters Conv13 and Conv23 to the output capacitor Co can be made uniform, and the ripple current of the output capacitor Co can be reduced. Therefore, the output capacitor Co can be reduced in capacity, and the DCDC converter can be reduced in size and price.
図9は、本発明の第4実施形態に係るDCDCコンバータの概略構成を示すブロック図である。
図9において、このDCDCコンバータには、図1のDCDCコンバータのフェーズシフト制御部11、21および位相差設定部31の代わりにPWM制御部12、22および位相差設定部32が設けられている。ここで、PWM制御部12は、1周期T内において転流期間tcom1を置いて交互にオンするようにスイッチング素子Q12、Q14をオン/オフ制御し、スイッチング素子Q12、Q14の反転動作をそれぞれ行うようにスイッチング素子Q11、Q13をオン/オフ制御することができる。
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of the DCDC converter according to the fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 9, this DCDC converter includes
また、PWM制御部22は、1周期T内において転流期間tcom1を置いて交互にオンするようにスイッチング素子Q22、Q24をオン/オフ制御し、スイッチング素子Q22、Q24の反転動作をそれぞれ行うようにスイッチング素子Q21、Q23をオン/オフ制御することができる。また、位相差設定部32は、PWM制御部12によるスイッチング制御とPWM制御部22によるスイッチング制御との間に位相差θを設定することができる。
Also, the
そして、直流電源Eiにて発生された直流は、直交変換回路11a、21aにそれぞれ印加される。また、共振回路12a、22aから出力された電流は、電流センサS1、S2にてそれぞれ検出され、PWM制御部12、22に入力される。
そして、PWM制御部12は、共振回路12a、22aから出力された電流が互いに一致するように、直流電源Eiをバイパスさせる転流期間tcom1を制御しながら、スイッチング素子Q11〜Q14を一定の周期Tでオン/オフさせることで、直流電源Eiから印加された直流を矩形波に変換させ、共振回路12aに出力させる。
The direct current generated by the direct current power source Ei is applied to the
Then, the
そして、直交変換回路11aにて生成された矩形波が共振回路12aに入力されると、その矩形波が共振回路12aにて共振されながら、トランスT1に出力される。そして、共振回路12aにて共振された共振電流がトランスT1に入力されると、トランスT1の一次巻線n1と二次巻線n2、n3との間の巻線比に応じて昇圧または降圧され、整流回路13aに入力される。そして、整流回路13aにおいて、トランスT1から出力された交流が整流ダイオードD11、D12にて整流され、出力コンデンサCoに印加される。
When the rectangular wave generated by the
また、PWM制御部22は、共振回路12a、22aから出力された電流が互いに一致するように、直流電源Eiをバイパスさせる転流期間tcom2を制御しながら、スイッチング素子Q21〜Q24を一定の周期Tでオン/オフさせることで、直流電源Eiから印加された直流を矩形波に変換させ、共振回路22aに出力させる。
Further, the
そして、直交変換回路21aにて生成された矩形波が共振回路22aに入力されると、その矩形波が共振回路22aにて共振されながら、トランスT2に出力される。そして、共振回路22aにて共振された共振電流がトランスT2に入力されると、トランスT2の一次巻線n1と二次巻線n2、n3との間の巻線比に応じて昇圧または降圧され、整流回路23aに入力される。そして、整流回路23aにおいて、トランスT2から出力された交流が整流ダイオードD21、D22にて整流され、出力コンデンサCoに印加される。
When the rectangular wave generated by the
ここで、位相差設定部32において、各PWM制御部12、22によるスイッチング制御の間に位相差θが設定され、整流回路13a、23aにてそれぞれ整流された電流には位相差θが発生する。そして、整流回路13a、23aにてそれぞれ整流された電流が出力コンデンサCoに印加されると、その電流が平滑され、負荷抵抗RLに供給される。
Here, in the phase
図10は、図9のスイッチング素子Q11〜Q14、Q21〜Q24のオン/オフのタイミングと、Va1−Vb1間電圧およびVa2−Vb2間電圧の関係を示す図である。
図10の時刻t1において、スイッチング素子Q11をオン、スイッチング素子Q12をオフしたまま、スイッチング素子Q13をオフ、スイッチング素子Q14をオンすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q11→共振インダクタLr1→トランスT1の一次巻線n1→共振コンデンサCr→スイッチング素子Q4→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、直流電源Eiにて発生された直流が印加される。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the on / off timing of switching elements Q11 to Q14 and Q21 to Q24 in FIG. 9, and the voltage between Va1 and Vb1 and the voltage between Va2 and Vb2.
At time t1 in FIG. 10, the switching element Q11 is turned on, the switching element Q12 is turned off, the switching element Q13 is turned off, and the switching element Q14 is turned on, so that the DC power supply Ei → switching element Q11 → resonance inductor Lr1 → transformer T1. Current flows through a path of primary winding n1 → resonance capacitor Cr → switching element Q4 → DC power supply Ei, and between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t2において、スイッチング素子Q11をオン、スイッチング素子Q12をオフしたまま、スイッチング素子Q13をオン、スイッチング素子Q14をオフすることで、スイッチング素子Q13→スイッチング素子Q11→共振インダクタLr1→トランスT1の一次巻線n1→共振コンデンサCr1→スイッチング素子Q13という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、0Vが印加される。
Next, at time t2, switching element Q13 is turned on and switching element Q14 is turned off while switching element Q11 is turned on and switching element Q12 is turned off, so that switching element Q13 → switching element Q11 → resonance inductor Lr1 → transformer T1. Since the current flows through the path of the primary winding n1 → resonance capacitor Cr1 → switching element Q13 and the DC power supply Ei is bypassed, there is a gap between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t3において、スイッチング素子Q13をオン、スイッチング素子Q14をオフしたまま、スイッチング素子Q11をオフ、スイッチング素子Q12をオンすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q13→共振コンデンサCr1→トランスT1の一次巻線n1→共振インダクタLr1→スイッチング素子Q12→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、直流電源Eiにて発生された直流が反転されて印加される。
Next, at time t3, the switching element Q13 is turned on, the switching element Q14 is turned off, the switching element Q11 is turned off, and the switching element Q12 is turned on, so that the DC power source Ei → switching element Q13 → resonance capacitor Cr1 → transformer T1. Current flows through a path of primary winding n1 → resonance inductor Lr1 → switching element Q12 → DC power supply Ei, and between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t4において、スイッチング素子Q13をオン、スイッチング素子Q14をオフしたまま、スイッチング素子Q11をオン、スイッチング素子Q12をオフすることで、スイッチング素子Q13→スイッチング素子Q11→共振インダクタLr1→トランスT1の一次巻線n1→共振コンデンサCr1→スイッチング素子Q13という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、0Vが印加される。そして、以上の動作を一周期Tとして繰り返すことで、直流電源Eiから印加された直流が矩形波に変換され、共振回路12aに出力される。
Next, at time t4, the switching element Q13 is turned on and the switching element Q11 is turned on while the switching element Q14 is turned off, and the switching element Q12 is turned off, so that the switching element Q13 → the switching element Q11 → the resonant inductor Lr1 → the transformer T1. Since the current flows through the path of the primary winding n1 → resonance capacitor Cr1 → switching element Q13 and the DC power supply Ei is bypassed, there is a gap between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
また、時刻t1´〜t8´は、時刻t1〜t8に対して位相差θの時間分だけそれぞれ遅れているものとする。そして、図10の時刻t1´において、スイッチング素子Q21をオン、スイッチング素子Q22をオフしたまま、スイッチング素子Q23をオフ、スイッチング素子Q24をオンすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q21→共振インダクタLr2→トランスT2の一次巻線n1→共振コンデンサCr2→スイッチング素子Q24→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、直流電源Eiにて発生された直流が印加される。
Further, it is assumed that the times t1 ′ to t8 ′ are delayed from the times t1 to t8 by the time of the phase difference θ. At time t1 ′ in FIG. 10, the switching element Q21 is turned on, the switching element Q22 is turned off, the switching element Q23 is turned off, and the switching element Q24 is turned on, so that the DC power supply Ei → switching element Q21 → resonance inductor Lr2. → Current flows through a path of the primary winding n1 of the transformer T2 → resonance capacitor Cr2 → switching element Q24 → DC power supply Ei, and a DC power supply is connected between the high potential side terminal Va2 and the low potential side terminal Vb2 of the
次に、時刻t2´において、スイッチング素子Q21をオン、スイッチング素子Q22をオフしたまま、スイッチング素子Q23をオン、スイッチング素子Q24をオフすることで、スイッチング素子Q23→スイッチング素子Q21→共振インダクタLr2→トランスT2の一次巻線n1→共振コンデンサCr2→スイッチング素子Q23という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、0Vが印加される。
Next, at time t2 ′, switching element Q23 is turned on and switching element Q24 is turned off while switching element Q21 is turned on and switching element Q22 is turned off, so that switching element Q23 → switching element Q21 → resonance inductor Lr2 → transformer. Since current flows through the path T1 primary winding n1 → resonance capacitor Cr2 → switching element Q23 and the DC power supply Ei is bypassed, the
次に、時刻t3´において、スイッチング素子Q23をオン、スイッチング素子Q24をオフしたまま、スイッチング素子Q21をオフ、スイッチング素子Q22をオンすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q23→共振コンデンサCr2→トランスT2の一次巻線n1→共振インダクタLr2→スイッチング素子Q22→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、直流電源Eiにて発生された直流が反転されて印加される。
Next, at time t3 ′, the switching element Q21 is turned off and the switching element Q22 is turned on while the switching element Q23 is turned on and the switching element Q24 is turned off, so that the DC power supply Ei → switching element Q23 → resonance capacitor Cr2 → transformer. A current flows through the path T1 primary winding n1 → resonant inductor Lr2 → switching element Q22 → DC power supply Ei, and the DC power supply Ei is connected between the high potential side terminal Va2 and the low potential side terminal Vb2 of the
次に、時刻t4´において、スイッチング素子Q23をオン、スイッチング素子Q24をオフしたまま、スイッチング素子Q21をオン、スイッチング素子Q22をオフすることで、スイッチング素子Q23→スイッチング素子Q21→共振インダクタLr2→トランスT2の一次巻線n1→共振コンデンサCr2→スイッチング素子Q23という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、0Vが印加される。そして、以上の動作を一周期Tとして繰り返すことで、直流電源Eiから印加された直流が矩形波に変換され、共振回路22aに出力される。
Next, at time t4 ′, the switching element Q23 is turned on and the switching element Q22 is turned off while the switching element Q23 is turned on and the switching element Q24 is turned off, so that the switching element Q23 → the switching element Q21 → the resonant inductor Lr2 → the transformer. Since current flows through the path T1 primary winding n1 → resonance capacitor Cr2 → switching element Q23 and the DC power supply Ei is bypassed, the
これにより、スイッチング素子Q12、Q14、Q22、Q24のデューティ比を50%より小さくした場合においても、コンバータConv13、Conv23から出力コンデンサCoに供給される電流のピーク値を均一化することができ、出力コンデンサCoのリップル電流を低減することが可能となることから、出力コンデンサCoを低容量化することができ、DCDCコンバータの小型化および低価格化を図ることができる。 Thereby, even when the duty ratio of the switching elements Q12, Q14, Q22, Q24 is made smaller than 50%, the peak value of the current supplied from the converters Conv13, Conv23 to the output capacitor Co can be made uniform, and the output Since the ripple current of the capacitor Co can be reduced, the capacity of the output capacitor Co can be reduced, and the size and price of the DCDC converter can be reduced.
図11は、本発明の第5実施形態に係る図9のスイッチング素子Q11〜Q14、Q21〜Q24のオン/オフのタイミングと、Va1−Vb1間電圧およびVa2−Vb2間電圧の関係を示す図である。
図11の時刻t1において、スイッチング素子Q11をオフ、スイッチング素子Q12をオンしたまま、スイッチング素子Q13をオン、スイッチング素子Q14をオフすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q13→共振コンデンサCr1→トランスT1の一次巻線n1→共振インダクタLr1→スイッチング素子Q12→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、直流電源Eiにて発生された直流が印加される。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the on / off timings of the switching elements Q11 to Q14 and Q21 to Q24 in FIG. 9 according to the fifth embodiment of the present invention, and the voltages between Va1-Vb1 and Va2-Vb2. is there.
At time t1 in FIG. 11, the switching element Q11 is turned off, the switching element Q12 is turned on, the switching element Q13 is turned on, and the switching element Q14 is turned off, so that the DC power supply Ei → switching element Q13 → resonance capacitor Cr1 → transformer T1. Current flows through a path of primary winding n1 → resonance inductor Lr1 → switching element Q12 → DC power supply Ei, and between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t2において、スイッチング素子Q11をオフ、スイッチング素子Q12をオンしたまま、スイッチング素子Q13をオフ、スイッチング素子Q14をオンすることで、スイッチング素子Q12→スイッチング素子Q14→共振コンデンサCr1→トランスT1の一次巻線n1→共振インダクタLr1→スイッチング素子Q12という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、0Vが印加される。
Next, at time t2, switching element Q11 is turned off, switching element Q12 is kept on, switching element Q13 is turned off, and switching element Q14 is turned on, so that switching element Q12 → switching element Q14 → resonance capacitor Cr1 → transformer T1. Current flows through the path of the primary winding n1 → resonance inductor Lr1 → switching element Q12 and the DC power supply Ei is bypassed, and therefore, between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t3において、スイッチング素子Q13をオフ、スイッチング素子Q14をオンしたまま、スイッチング素子Q11をオン、スイッチング素子Q12をオフすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q11→共振インダクタLr1→トランスT1の一次巻線n1→共振コンデンサCr1→スイッチング素子Q14→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、直流電源Eiにて発生された直流が反転されて印加される。
Next, at time t3, switching element Q13 is turned off, switching element Q14 is kept on, switching element Q11 is turned on, and switching element Q12 is turned off, so that DC power supply Ei → switching element Q11 → resonance inductor Lr1 → transformer T1. Current flows through a path of primary winding n1 → resonance capacitor Cr1 → switching element Q14 → DC power supply Ei, and between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t4において、スイッチング素子Q13をオフ、スイッチング素子Q14をオンしたまま、スイッチング素子Q11をオフ、スイッチング素子Q12をオンすることで、スイッチング素子Q12→スイッチング素子Q14→共振コンデンサCr1→トランスT1の一次巻線n1→共振インダクタLr1→スイッチング素子Q12という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路12aの高電位側端子Va1と低電位側端子Vb1との間には、0Vが印加される。そして、以上の動作を一周期Tとして繰り返すことで、直流電源Eiから印加された直流が交流に変換され、共振回路12aに出力される。
Next, at time t4, switching element Q13 is turned off, switching element Q14 is kept on, switching element Q11 is turned off, and switching element Q12 is turned on, so that switching element Q12 → switching element Q14 → resonance capacitor Cr1 → transformer T1. Current flows through the path of the primary winding n1 → resonance inductor Lr1 → switching element Q12 and the DC power supply Ei is bypassed, and therefore, between the high potential side terminal Va1 and the low potential side terminal Vb1 of the
また、時刻t1´〜t8´は、時刻t1〜t8に対して位相差θの時間分だけそれぞれ遅れているものとする。そして、図11の時刻t1´において、スイッチング素子Q21をオフ、スイッチング素子Q22をオンしたまま、スイッチング素子Q23をオン、スイッチング素子Q24をオフすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q23→共振コンデンサCr2→トランスT2の一次巻線n1→共振インダクタLr2→スイッチング素子Q22→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb1との間には、直流電源Eiにて発生された直流が印加される。
Further, it is assumed that the times t1 ′ to t8 ′ are delayed from the times t1 to t8 by the time of the phase difference θ. Then, at time t1 ′ in FIG. 11, the switching element Q21 is turned off, the switching element Q22 is kept on, and the switching element Q23 is turned on and the switching element Q24 is turned off, so that the DC power supply Ei → switching element Q23 → resonance capacitor Cr2 → Current flows through a path of the primary winding n1 of the transformer T2 → resonance inductor Lr2 → switching element Q22 → DC power supply Ei, and a DC power supply is connected between the high potential side terminal Va2 and the low potential side terminal Vb1 of the
次に、時刻t2´において、スイッチング素子Q21をオフ、スイッチング素子Q22をオンしたまま、スイッチング素子Q23をオフ、スイッチング素子Q24をオンすることで、スイッチング素子Q22→スイッチング素子Q24→共振コンデンサCr2→トランスT2の一次巻線n1→共振インダクタLr2→スイッチング素子Q22という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、0Vが印加される。
Next, at time t2 ′, switching element Q21 is turned off, switching element Q22 is kept on, switching element Q23 is turned off, and switching element Q24 is turned on, so that switching element Q22 → switching element Q24 → resonance capacitor Cr2 → transformer. Since current flows through the path T1 primary winding n1 → resonant inductor Lr2 → switching element Q22 and the DC power supply Ei is bypassed, the
次に、時刻t3´において、スイッチング素子Q23をオフ、スイッチング素子Q24をオンしたまま、スイッチング素子Q21をオン、スイッチング素子Q22をオフすることで、直流電源Ei→スイッチング素子Q21→共振インダクタLr2→トランスT2の一次巻線n1→共振コンデンサCr2→スイッチング素子Q24→直流電源Eiという経路で電流が流れ、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、直流電源Eiにて発生された直流が反転されて印加される。
Next, at time t3 ′, the switching element Q23 is turned off, the switching element Q24 is turned on, the switching element Q21 is turned on, and the switching element Q22 is turned off, so that the DC power supply Ei → switching element Q21 → resonance inductor Lr2 → transformer. A current flows through a path of T2 primary winding n1 → resonance capacitor Cr2 → switching element Q24 → DC power supply Ei, and the DC power supply Ei is connected between the high potential side terminal Va2 and the low potential side terminal Vb2 of the
次に、時刻t4´において、スイッチング素子Q23をオフ、スイッチング素子Q24をオンしたまま、スイッチング素子Q21をオフ、スイッチング素子Q22をオンすることで、スイッチング素子Q22→スイッチング素子Q24→共振コンデンサCr2→トランスT2の一次巻線n1→共振インダクタLr2→スイッチング素子Q22という経路で電流が流れ、直流電源Eiがバイパスされることから、共振回路22aの高電位側端子Va2と低電位側端子Vb2との間には、0Vが印加される。そして、以上の動作を一周期Tとして繰り返すことで、直流電源Eiから印加された直流が交流に変換され、共振回路22aに出力される。
Next, at time t4 ′, the switching element Q23 is turned off and the switching element Q22 is turned on while the switching element Q23 is turned off and the switching element Q24 is turned on, so that the switching element Q22 → switching element Q24 → resonance capacitor Cr2 → transformer Since current flows through the path T1 primary winding n1 → resonant inductor Lr2 → switching element Q22 and the DC power supply Ei is bypassed, the
これにより、スイッチング素子Q11、Q13、Q21、Q23のデューティ比を50%より小さくした場合においても、コンバータConv13、Conv23から出力コンデンサCoに供給される電流のピーク値を均一化することができ、出力コンデンサCoのリップル電流を低減することが可能となることから、出力コンデンサCoを低容量化することができ、DCDCコンバータの小型化および低価格化を図ることができる。 Thereby, even when the duty ratio of the switching elements Q11, Q13, Q21, Q23 is made smaller than 50%, the peak value of the current supplied from the converters Conv13, Conv23 to the output capacitor Co can be made uniform, and the output Since the ripple current of the capacitor Co can be reduced, the capacity of the output capacitor Co can be reduced, and the size and price of the DCDC converter can be reduced.
なお、上述した第4実施形態および第5実施形態では、共振回路12a、22aとして、直列共振回路を用いる方法について説明したが、図7に示したように、共振回路12a、22aとして、並列共振回路を用いるようにしてもよい。
In the fourth and fifth embodiments described above, the method of using a series resonant circuit as the
また、上述した第4実施形態および第5実施形態では、共振回路12a、22aと整流回路13a、23aとの間にトランスT1、T2をそれぞれ接続する方法について説明したが、図8に示したように、トランスT1、T2を用いることなく、共振回路12a、22aと整流回路13a、23aとをそれぞれ直接接続するようにしてもよい。
In the fourth and fifth embodiments described above, the method of connecting the transformers T1 and T2 between the
また、第1実施形態、第2実施形態、第4実施形態および第5実施形態では、整流回路13a、23としてセンタータップ方式を用いる方法について説明したが、全波整流方式を用いるようにしてもよい。
In the first embodiment, the second embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment, the method using the center tap method as the
また、上述した実施形態では、スイッチング素子Q11、Q12のオン/オフを互いに単に反転させるとともに、スイッチング素子Q13、Q14のオン/オフを互いに単に反転させ、スイッチング素子Q21、Q22のオン/オフを互いに単に反転させるとともに、スイッチング素子Q23、Q24のオン/オフを互いに単に反転させる方法について説明したが、貫通電流が流れるのを防止するため、スイッチング素子Q11、Q12のオン/オフにデッドタイムを設けるようにしてもよいし、スイッチング素子Q13、Q14のオン/オフにデッドタイムを設けるようにしてもよいし、スイッチング素子Q21、Q22のオン/オフにデッドタイムを設けるようにしてもよいし、スイッチング素子Q23、Q24のオン/オフにデッドタイムを設けるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the on / off states of the switching elements Q11 and Q12 are simply reversed with each other, the on / off states of the switching elements Q13 and Q14 are simply reversed with each other, and the on / off states of the switching elements Q21 and Q22 are mutually switched. The method of simply inverting and switching the switching elements Q23 and Q24 on and off with respect to each other has been described. However, in order to prevent a through current from flowing, a dead time is provided on the switching elements Q11 and Q12. Alternatively, a dead time may be provided to turn on / off the switching elements Q13 and Q14, or a dead time may be provided to turn on / off the switching elements Q21 and Q22. Dead data on / off of Q23 and Q24 It may be provided free.
また、上述した実施形態では、出力コンデンサCoに対して2個のコンバータConv11、Conv21を並列に接続する方法について説明したが、出力コンデンサCoに対してN(Nは2以上の整数)個のコンバータを並列に接続するようにしてもよい。この場合、N個のコンバータ間のスイッチング制御の位相差θは、180/n度(1/2n*T周期)に設定することが好ましい。ここで、出力コンデンサCoに対して並列に接続されるコンバータの個数Nを増やすことで、出力コンデンサCoに流れる電流のリップルをより一層低減することができる。 In the above-described embodiment, the method of connecting the two converters Conv11 and Conv21 in parallel to the output capacitor Co has been described. However, N (N is an integer of 2 or more) converters for the output capacitor Co. May be connected in parallel. In this case, the phase difference θ of the switching control between the N converters is preferably set to 180 / n degrees (1 / 2n * T period). Here, by increasing the number N of converters connected in parallel to the output capacitor Co, the ripple of the current flowing through the output capacitor Co can be further reduced.
また、上述したDCDCコンバータは、スイッチング素子のオン/オフを行うことで電力変換を行うスイッチング電源や、交流入力に異常が生じた際にバッテリからのバックアップ電力に移行する無停電電源装置などに用いることができる。 Further, the DCDC converter described above is used for a switching power source that performs power conversion by turning on / off a switching element, an uninterruptible power supply device that shifts to backup power from a battery when an abnormality occurs in an AC input, and the like. be able to.
Conv11、Conv21、Conv12、Conv22、Conv13、Conv23 コンバータ
Ei 直流電源
Cin 入力コンデンサ
Q11〜Q14、Q21〜Q24 スイッチング素子
D11、D12、D21、D22 整流ダイオード
Dq11〜Dq14、Dq21〜Dq24 ダイオード
Cq11〜Cq14、Cq21〜Cq24 コンデンサ
Lr1、Lr2、Lr11、Lr21 共振インダクタ
Cr1、Cr2、Cr11、Cr21 共振コンデンサ
T1、T2 トランス
Lm1、Lm2 一次インダクタンス
n1 一次巻線
n2、n3 二次巻線
Co 出力コンデンサ
RL 負荷抵抗
S1、S2 電流センサ
11a、21a 直交変換回路
12a、22a、12b、22b 共振回路
13a、23a、13c、23c 整流回路
11、21 フェーズシフト制御部
12、22 PWM制御部
31、32 位相差設定部
Conv11, Conv21, Conv12, Conv22, Conv13, Conv23 Converter Ei DC power supply Cin Input capacitor Q11-Q14, Q21-Q24 Switching elements D11, D12, D21, D22 Rectifier diodes Dq11-Dq14, Dq21-Dq24 Diodes Cq11-Cq14, Cq11-Cq14 Cq24 capacitor Lr1, Lr2, Lr11, Lr21 Resonant inductor Cr1, Cr2, Cr11, Cr21 Resonant capacitor T1, T2 Transformer Lm1, Lm2 Primary inductance n1 Primary winding n2, n3 Secondary winding Co Output capacitor RL Load resistance S1,
Claims (7)
前記第1の直交変換部から出力された矩形波を共振させる第1の共振回路と、
前記第1の共振回路にて共振された共振電流を整流する第1の整流部と、
前記直流が極性を交互に反転されながら前記第1の共振回路に印加されるように前記第1のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御するとともに、前記第1の共振回路に印加される直流の極性が反転される間の期間に前記直流が前記第1の共振回路に印加されるのをバイパスさせるように前記第1のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御する第1のスイッチング制御部と、
第2のスイッチング素子群のスイッチング動作に基づいて直流を矩形波に変換する第2の直交変換部と、
前記第2の直交変換部から出力された矩形波を共振させる第2の共振回路と、
前記第2の共振回路にて共振された共振電流を整流する第2の整流部と、
前記直流が極性を交互に反転されながら前記第2の共振回路に印加されるように前記第2のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御するとともに、前記第2の共振回路に印加される直流の極性が反転される間の期間に前記直流が前記第2の共振回路に印加されるのをバイパスさせるように前記第2のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御する第2のスイッチング制御部と、
前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間に位相差を設定する位相差設定部と、
前記第1の整流部からの出力と前記第2の整流部からの出力とが並列に入力される出力コンデンサとを備えることを特徴とするDCDCコンバータ。 A first orthogonal transform unit that transforms a direct current into a rectangular wave based on a switching operation of the first switching element group;
A first resonance circuit that resonates the rectangular wave output from the first orthogonal transform unit;
A first rectification unit for rectifying a resonance current resonated in the first resonance circuit;
The switching operation of the first switching element group is controlled so that the direct current is applied to the first resonance circuit while the polarity is alternately inverted, and the polarity of the direct current applied to the first resonance circuit A first switching control unit for controlling a switching operation of the first switching element group so as to bypass application of the direct current to the first resonance circuit during a period during which
A second orthogonal transform unit that transforms direct current into a rectangular wave based on the switching operation of the second switching element group;
A second resonance circuit for resonating the rectangular wave output from the second orthogonal transform unit;
A second rectification unit for rectifying a resonance current resonated by the second resonance circuit;
The switching operation of the second switching element group is controlled so that the DC is applied to the second resonance circuit while the polarity is alternately inverted, and the polarity of the DC applied to the second resonance circuit A second switching control unit that controls a switching operation of the second switching element group so as to bypass application of the direct current to the second resonance circuit during a period during which
A phase difference setting unit that sets a phase difference between the switching control by the first switching control unit and the switching control by the second switching control unit;
A DCDC converter comprising: an output capacitor to which an output from the first rectifier and an output from the second rectifier are input in parallel.
前記第1の直交変換部から出力された矩形波を共振させる第1の共振回路と、
前記第1の共振回路にて共振された共振電流を変圧する第1のトランスと、
前記第1のトランスにて変圧された共振電流を整流する第1の整流部と、
前記直流が極性を交互に反転されながら前記第1の共振回路に印加されるように前記第1のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御するとともに、前記第1の共振回路に印加される直流の極性が反転される間の期間に前記直流が前記第1の共振回路に印加されるのをバイパスさせるように前記第1のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御する第1のスイッチング制御部と、
第2のスイッチング素子群のスイッチング動作に基づいて直流を矩形波に変換する第2の直交変換部と、
前記第2の直交変換部から出力された矩形波を共振させる第2の共振回路と、
前記第2の共振回路にて共振された共振電流を変圧する第2のトランスと、
前記第2のトランスにて変圧された共振電流を整流する第2の整流部と、
前記直流が極性を交互に反転されながら前記第2の共振回路に印加されるように前記第2のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御するとともに、前記第2の共振回路に印加される直流の極性が反転される間の期間に前記直流が前記第2の共振回路に印加されるのをバイパスさせるように前記第2のスイッチング素子群のスイッチング動作を制御する第2のスイッチング制御部と、
前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間に位相差を設定する位相差設定部と、
前記第1の整流部からの出力と前記第2の整流部からの出力とが並列に入力される出力コンデンサとを備えることを特徴とするDCDCコンバータ。 A first orthogonal transform unit that transforms a direct current into a rectangular wave based on a switching operation of the first switching element group;
A first resonance circuit that resonates the rectangular wave output from the first orthogonal transform unit;
A first transformer for transforming a resonance current resonated by the first resonance circuit;
A first rectifier that rectifies the resonant current transformed by the first transformer;
The switching operation of the first switching element group is controlled so that the direct current is applied to the first resonance circuit while the polarity is alternately inverted, and the polarity of the direct current applied to the first resonance circuit A first switching control unit for controlling a switching operation of the first switching element group so as to bypass application of the direct current to the first resonance circuit during a period during which
A second orthogonal transform unit that transforms direct current into a rectangular wave based on the switching operation of the second switching element group;
A second resonance circuit for resonating the rectangular wave output from the second orthogonal transform unit;
A second transformer for transforming a resonance current resonated by the second resonance circuit;
A second rectifier that rectifies the resonant current transformed by the second transformer;
The switching operation of the second switching element group is controlled so that the DC is applied to the second resonance circuit while the polarity is alternately inverted, and the polarity of the DC applied to the second resonance circuit A second switching control unit that controls a switching operation of the second switching element group so as to bypass application of the direct current to the second resonance circuit during a period during which
A phase difference setting unit that sets a phase difference between the switching control by the first switching control unit and the switching control by the second switching control unit;
A DCDC converter comprising: an output capacitor to which an output from the first rectifier and an output from the second rectifier are input in parallel.
前記直流の正極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第1のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第2のスイッチング素子と、
前記直流の正極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第3のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第4のスイッチング素子とを備え、
前記第2のスイッチング素子群は、
前記直流の正極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第5のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第6のスイッチング素子と、
前記直流の正極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第7のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第8のスイッチング素子とを備え、
前記第1のスイッチング制御部は、位相差が180度かつデューティ比が50%になるように前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに位相差が180度かつデューティ比が50%になるとともに、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子に対して0度より大きく180度より小さな範囲内で位相がずれるように前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオン/オフ制御し、
前記第2のスイッチング制御部は、位相差が180度かつデューティ比が50%になるように前記第5のスイッチング素子と前記第6のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに位相差が180度かつデューティ比が50%になるとともに、前記第5のスイッチング素子と前記第6のスイッチング素子に対して0度より大きく180度より小さな範囲内で位相がずれるように前記第7のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオン/オフ制御し、
前記位相差設定部は、前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間の位相差を90度に設定することを特徴とする請求項1または2に記載のDCDCコンバータ。 The first switching element group includes:
A first switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit;
A second switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit;
A third switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit;
A fourth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit;
The second switching element group includes:
A fifth switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the high potential side of the second resonance circuit;
A sixth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the high potential side of the second resonance circuit;
A seventh switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the low potential side of the second resonance circuit;
An eighth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the low potential side of the second resonance circuit;
The first switching control unit performs on / off control of the first switching element and the second switching element so that the phase difference is 180 degrees and the duty ratio is 50%, and the phase difference is 180 degrees. And the duty ratio is 50% and the third switching element and the second switching element are shifted in phase within a range larger than 0 degree and smaller than 180 degrees with respect to the first switching element and the second switching element. ON / OFF control of the fourth switching element,
The second switching control unit performs on / off control of the fifth switching element and the sixth switching element so that the phase difference is 180 degrees and the duty ratio is 50%, and the phase difference is 180 degrees. The seventh switching element and the fifth switching element and the sixth switching element have a duty ratio of 50% and are out of phase with respect to the fifth switching element and the sixth switching element within a range larger than 0 degree and smaller than 180 degrees. ON / OFF control of the eighth switching element,
The phase difference setting unit sets the phase difference between the switching control by the first switching control unit and the switching control by the second switching control unit to 90 degrees. The DCDC converter described in 1.
前記直流の正極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第1のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第2のスイッチング素子と、
前記直流の正極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第3のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第4のスイッチング素子とを備え、
前記第2のスイッチング素子群は、
前記直流の正極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第5のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第6のスイッチング素子と、
前記直流の正極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第7のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第8のスイッチング素子とを備え、
前記第1のスイッチング制御部は、1周期内において所定の時間間隔を置いて交互にオンするように前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子の反転動作をそれぞれ行うように前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオン/オフ制御し、
前記第2のスイッチング制御部は、1周期内において所定の時間間隔を置いて交互にオンするように前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子の反転動作をそれぞれ行うように前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオン/オフ制御し、
前記位相差設定部は、前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間の位相差を90度に設定することを特徴とする請求項1または2に記載のDCDCコンバータ。 The first switching element group includes:
A first switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit;
A second switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit;
A third switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit;
A fourth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit;
The second switching element group includes:
A fifth switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the high potential side of the second resonance circuit;
A sixth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the high potential side of the second resonance circuit;
A seventh switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the low potential side of the second resonance circuit;
An eighth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the low potential side of the second resonance circuit;
The first switching control unit performs on / off control of the second switching element and the fourth switching element so as to be alternately turned on at predetermined time intervals within one cycle, and further, On / off control of the first switching element and the third switching element so as to perform inversion operations of the switching element and the fourth switching element, respectively,
The second switching control unit performs on / off control of the sixth switching element and the eighth switching element so that the sixth switching element and the eighth switching element are alternately turned on at predetermined time intervals within one cycle, and the sixth switching element On / off control of the fifth switching element and the seventh switching element so as to perform inversion operations of the switching element and the eighth switching element, respectively,
The phase difference setting unit sets the phase difference between the switching control by the first switching control unit and the switching control by the second switching control unit to 90 degrees. The DCDC converter described in 1.
前記直流の正極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第1のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第1の共振回路の高電位側との間に接続された第2のスイッチング素子と、
前記直流の正極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第3のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第1の共振回路の低電位側との間に接続された第4のスイッチング素子とを備え、
前記第2のスイッチング素子群は、
前記直流の正極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第5のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第2の共振回路の高電位側との間に接続された第6のスイッチング素子と、
前記直流の正極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第7のスイッチング素子と、
前記直流の負極側と前記第2の共振回路の低電位側との間に接続された第8のスイッチング素子とを備え、
前記第1のスイッチング制御部は、1周期内において所定の時間間隔を置いて交互にオンするように前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子の反転動作をそれぞれ行うように前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオン/オフ制御し、
前記第2のスイッチング制御部は、1周期内において所定の時間間隔を置いて交互にオンするように前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオン/オフ制御し、さらに前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子の反転動作をそれぞれ行うように前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオン/オフ制御し、
前記位相差設定部は、前記第1のスイッチング制御部によるスイッチング制御と前記第2のスイッチング制御部によるスイッチング制御との間の位相差を90度に設定することを特徴とする請求項1または2に記載のDCDCコンバータ。 The first switching element group includes:
A first switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit;
A second switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the high potential side of the first resonance circuit;
A third switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit;
A fourth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the low potential side of the first resonance circuit;
The second switching element group includes:
A fifth switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the high potential side of the second resonance circuit;
A sixth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the high potential side of the second resonance circuit;
A seventh switching element connected between the positive electrode side of the direct current and the low potential side of the second resonance circuit;
An eighth switching element connected between the negative electrode side of the direct current and the low potential side of the second resonance circuit;
The first switching control unit performs on / off control of the first switching element and the third switching element so as to be alternately turned on at predetermined time intervals within one period, and further, On / off control of the second switching element and the fourth switching element so as to perform the inversion operations of the switching element and the third switching element, respectively,
The second switching control unit performs on / off control of the fifth switching element and the seventh switching element so as to be alternately turned on at predetermined time intervals within one cycle, and further On / off control of the sixth switching element and the eighth switching element so as to perform inversion operations of the switching element and the seventh switching element, respectively,
The phase difference setting unit sets the phase difference between the switching control by the first switching control unit and the switching control by the second switching control unit to 90 degrees. The DCDC converter described in 1.
前記交直変換回路から出力された直流を昇圧または降圧して出力する請求項1から5のいずれか1項に記載のDCDCコンバータとを備えることを特徴とするスイッチング電源。 An AC / DC conversion circuit for converting AC to DC,
A switching power supply comprising: the DCDC converter according to any one of claims 1 to 5, wherein the DCDC output from the AC / DC converter circuit is stepped up or stepped down and output.
前記DCDCコンバータから出力された直流を蓄えるバッテリと、
直流を交流に変換するインバータとを備えることを特徴とする無停電電源装置。 DCDC converter according to any one of claims 1 to 5,
A battery for storing the direct current output from the DCDC converter;
An uninterruptible power supply comprising an inverter that converts direct current to alternating current.
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