JP2011130577A - Dc power supply unit - Google Patents

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Terukiyo Nishii
照清 西井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC power supply unit capable of reducing the loss, when a switching element is on, even if voltage attenuation conditions change due to a change in the output current. <P>SOLUTION: The DC power supply unit includes a full-bridge inverter 20, a transformer 30, a rectifier circuit 40, a smoothing circuit 50 and a control circuit 70 for controlling the full-bridge inverter 20. In the unit, the full-bridge inverter 20 has first-fourth switching elements QA-QD, the control circuit 70 alternately turns on and off the first and second switching elements QA, QB and the third and fourth switching elements QC, QD at a predetermined cycle, and the output of the full-bridge inverter is subjected to pulse-width modulation, by changing the timing for turning on the third and fourth switching elements QC, QD using an ON-time point of the first and second switching elements QA, QB as a reference. The DC power supply unit includes an output voltage current detecting circuit 60 for detecting the current which flows through a load, and the control circuit 70 controls at least either first or second dead time, on the basis of the detected current. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、フルブリッジインバータを備えた直流電源装置に関する。   The present invention relates to a DC power supply device including a full bridge inverter.

従来から、フルブリッジインバータと、このフルブリッジインバータから出力される交流電圧を変換するトランスと、このトランスの二次側から出力される交流電圧を整流する整流回路と、この整流回路で整流された整流電流を平滑して負荷へ供給する平滑回路とを備えた直流電源装置が知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, a full-bridge inverter, a transformer that converts an AC voltage output from the full-bridge inverter, a rectifier circuit that rectifies an AC voltage output from the secondary side of the transformer, and a rectifier that has been rectified by the rectifier circuit There is known a DC power supply device including a smoothing circuit that smoothes a rectified current and supplies the rectified current to a load (see Patent Document 1).

かかる直流電源装置は、フルブリッジインバータに入力する入力電圧を検出する入力電圧検出部と、フルブリッジインバータに入力する入力電流を検出する入力電流検出部と、負荷に印加する電圧を検出する出力電圧検出部とを有する制御回路を備え、制御回路は、入力電圧検出部が検出する入力電圧と出力電圧検出部が検出する出力電圧とに基づいてフルブリッジインバータの各スイッチング素子のオン・オフを制御する。   Such a DC power supply includes an input voltage detection unit that detects an input voltage input to the full bridge inverter, an input current detection unit that detects an input current input to the full bridge inverter, and an output voltage that detects a voltage applied to the load. The control circuit has a detection unit, and the control circuit controls on / off of each switching element of the full-bridge inverter based on the input voltage detected by the input voltage detection unit and the output voltage detected by the output voltage detection unit. To do.

フルブリッジインバータは、スイッチング素子を設けた第1〜第4アームを有し、第1アームと第2アームとが直列接続され、第3アームと第4アームとが直列接続されている。そして、第1,第2アームの第1,第2スイッチング素子を所定周波数で所定のデッドタイム(第1デッドタイム)が生じるように交互にオン・オフさせ、同じ所定周波数で第3,第4アームの第3,第4スイッチング素子をデッドタイム(第2デッドタイム)が生じるように交互にオン・オフさせる。   The full bridge inverter has first to fourth arms provided with switching elements, the first arm and the second arm are connected in series, and the third arm and the fourth arm are connected in series. Then, the first and second switching elements of the first and second arms are alternately turned on and off so that a predetermined dead time (first dead time) occurs at a predetermined frequency, and the third and fourth at the same predetermined frequency. The third and fourth switching elements of the arm are turned on and off alternately so that a dead time (second dead time) occurs.

第1,第2アームを固定アームとして位相シフトの基準とし、第3,第4アーム(シフトアーム)を固定アームから位相(スイッチング素子のオンするタイミング)をシフトさせる。   The first and second arms are used as fixed arms and the phase shift is used as a reference, and the third and fourth arms (shift arms) are shifted in phase (timing at which the switching element is turned on) from the fixed arms.

すなわち直流電源装置は、出力電圧検出部が検出する出力電圧が一定となるように、制御回路1がスイッチング周波数と位相シフト量とを調整して、スイッチング素子に流れる電流のピーク値の過剰な上昇を抑制し、高効率な低ノイズの電力制御を行うようにしたものである。   That is, in the DC power supply device, the control circuit 1 adjusts the switching frequency and the phase shift amount so that the output voltage detected by the output voltage detection unit is constant, and the peak value of the current flowing through the switching element is excessively increased. Is suppressed, and high-efficiency, low-noise power control is performed.

また、このような直流電源装置では、各スイッチング素子のオフ時は、各スイッチング素子に並列接続された共振コンデンサの充電で電圧上昇が遅れるため、各スイッチング素子はゼロ電圧スイッチング動作となりスイッチング損失を小さくすることができる。   Further, in such a DC power supply device, when each switching element is turned off, the voltage rise is delayed due to the charging of the resonance capacitor connected in parallel to each switching element. Therefore, each switching element becomes a zero voltage switching operation and the switching loss is reduced. can do.

特開2006−33923号公報JP 2006-33923 A

しかしながら、このような直流電源装置にあっては、オン時において、固定アームとシフトアームのスイッチ電圧の減衰に部分共振などを利用して、一定時間経過後に各スイッチング素子をオンさせることで損失を小さくしている。しかし、電圧減衰条件が電源の出力状態により変化するため、一定時間に合わせたデッドタイムではスイッチ電圧の減衰が十分に行われず、このためスイッチング素子のオン時の損失を低減することができないという問題があった。   However, in such a DC power supply device, when it is turned on, a loss is caused by turning on each switching element after a certain period of time by using partial resonance to attenuate the switch voltage of the fixed arm and the shift arm. It is small. However, since the voltage attenuation condition changes depending on the output state of the power supply, the switch voltage is not sufficiently attenuated in the dead time that is set to a certain time, and therefore the loss when the switching element is on cannot be reduced. was there.

すなわち、図3に示すように、第2デッドタイムを出力電流100%で変換効率が最高効率となるように設定すると、出力電流が小さい領域では変換効率が低下する。逆に、第2デッドタイムを出力電流20%で変換効率が最高効率となるように設定すると、出力電流が大きい領域で変換効率が低下する。   That is, as shown in FIG. 3, when the second dead time is set so that the conversion efficiency becomes the highest when the output current is 100%, the conversion efficiency decreases in a region where the output current is small. Conversely, if the second dead time is set so that the conversion efficiency becomes the highest when the output current is 20%, the conversion efficiency is lowered in a region where the output current is large.

また、図4に示すように、第1デッドタイムを出力電流100%で変換効率が最高効率となるように設定すると、出力電流が小さい領域では変換効率が低下する。逆に、第1デッドタイムを出力電流20%で変換効率が最高効率となるように設定すると、出力電流が大きい領域で変換効率が低下する。   Further, as shown in FIG. 4, when the first dead time is set so that the conversion efficiency becomes the highest when the output current is 100%, the conversion efficiency is lowered in a region where the output current is small. Conversely, if the first dead time is set so that the conversion efficiency becomes the highest when the output current is 20%, the conversion efficiency is lowered in the region where the output current is large.

この発明の目的は、出力電流の変化によって電圧減衰条件が変化してもスイッチング素子のオン時の損失を低減することのできる直流電源装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a DC power supply device that can reduce a loss when a switching element is on even if a voltage attenuation condition changes due to a change in output current.

請求項1の発明は、直流電源の電圧を交流電圧に変換する位相シフト制御方式のフルブリッジインバータと、このフルブリッジインバータから出力される交流電圧を所定の交流電圧に変換するトランスと、このトランスの二次側から出力される交流電圧を整流する整流回路と、この整流回路で整流された整流電流を平滑して負荷へ供給する平滑回路と、前記フルブリッジインバータを制御する制御手段とを備え、前記フルブリッジインバータは、スイッチング素子がそれぞれ接続された第1〜第4アームを有し、第1アームと第2アームが直列接続され、第3アームと第4アームが直列接続され、前記制御手段は、第1,第2アームの第1,第2スイッチング素子を交互に、第3,第4アームの第3,第4スイッチング素子を交互にそれぞれ一定周期でオン・オフさせ、第1,第2スイッチング素子のオン時点を基準にして第3,第4スイッチング素子をオンさせるタイミングを変えることにより、フルブリッジインバータの出力をパルス幅変調する直流電源装置であって、
前記負荷に流れる電流を検出する電流検出回路を設け、
前記制御手段は、電流検出回路が検出する電流に基づいて、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子とがオフしているデッド時間と、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とがオフしているデッド時間のうち、少なくとも何れか一方のデッド時間を制御する。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a phase shift control type full bridge inverter that converts a voltage of a DC power source into an AC voltage, a transformer that converts an AC voltage output from the full bridge inverter into a predetermined AC voltage, and the transformer A rectifying circuit for rectifying the AC voltage output from the secondary side of the rectifier, a smoothing circuit for smoothing the rectified current rectified by the rectifying circuit and supplying the rectified current to the load, and a control means for controlling the full-bridge inverter. The full bridge inverter has first to fourth arms to which switching elements are respectively connected, the first arm and the second arm are connected in series, the third arm and the fourth arm are connected in series, and the control The means alternately turns the first and second switching elements of the first and second arms, and alternately turns the third and fourth switching elements of the third and fourth arms alternately. DC power supply device that performs pulse width modulation on the output of the full bridge inverter by changing the timing at which the third and fourth switching elements are turned on with reference to the on time of the first and second switching elements Because
A current detection circuit for detecting a current flowing through the load;
The control means has a dead time during which the third switching element and the fourth switching element are turned off, and the first switching element and the second switching element are turned off based on the current detected by the current detection circuit. At least one of the dead times is controlled.

この発明によれば、電圧減衰条件が電源の出力状態により変化してもスイッチング素子のオン時の損失を低減することができ、これにより出力電流の広範囲の出力範囲で変換効率を向上させることができる。   According to the present invention, even when the voltage attenuation condition changes depending on the output state of the power supply, it is possible to reduce the loss when the switching element is on, thereby improving the conversion efficiency in a wide output range of the output current. it can.

この発明に係る直流電源装置の構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the direct-current power supply device which concerns on this invention. 図1に示す直流電源装置の主要部のタイムチャートである。It is a time chart of the principal part of the direct-current power supply device shown in FIG. 第2デッドタイムを変化させたときの出力電流に対する変換効率の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship of the conversion efficiency with respect to an output current when changing a 2nd dead time. 第1デッドタイムを変化させたときの出力電流に対する変換効率の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship of the conversion efficiency with respect to an output current when changing a 1st dead time.

以下、この発明に係る直流電源装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment which is an embodiment of a DC power supply according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施例]
図1に示す直流電源装置10は、直流電源の電圧を交流電圧に変換する位相シフト制御方式のフルブリッジインバータ20と、このフルブリッジインバータ20から出力される交流電圧を変換するトランス30と、このトランス30の二次側から出力される交流電圧を整流する整流回路40と、この整流回路40で整流された整流電流を平滑して負荷へ供給する平滑回路50と、平滑回路50から出力される出力電圧と出力電流を検出する出力電圧電流検出回路60と、出力電圧電流検出回路(電流検出回路)60が検出する電圧と電流とに基づいてフルブリッジインバータ20の各スイッチング素子(第1〜第4スイッチング素子)QA〜QDのオン・オフを制御する制御回路(制御手段)70とを備えている。
[First embodiment]
A DC power supply device 10 shown in FIG. 1 includes a phase shift control type full-bridge inverter 20 that converts a DC power supply voltage into an AC voltage, a transformer 30 that converts an AC voltage output from the full-bridge inverter 20, A rectifier circuit 40 that rectifies an AC voltage output from the secondary side of the transformer 30; a smoothing circuit 50 that smoothes the rectified current rectified by the rectifier circuit 40 and supplies the rectified current to the load; Based on the output voltage / current detection circuit 60 that detects the output voltage and output current, and the voltage and current detected by the output voltage / current detection circuit (current detection circuit) 60, each switching element (first to first) of the full-bridge inverter 20 is detected. 4 switching elements) and a control circuit (control means) 70 for controlling on / off of QA to QD.

フルブリッジインバータ20は、スイッチング素子QA〜QDがそれぞれ接続された第1〜第4アームS1〜S4を有し、第1アームS1と第2アームS2が直列接続され、第3アームS3と第4アームS4が直列接続されている。スイッチング素子QA〜QDには共振コンデンサCA〜CDが接続されている。   The full-bridge inverter 20 has first to fourth arms S1 to S4 to which switching elements QA to QD are connected, respectively. The first arm S1 and the second arm S2 are connected in series, and the third arm S3 and the fourth arm The arm S4 is connected in series. Resonant capacitors CA to CD are connected to the switching elements QA to QD.

トランス30は、一次コイル31に印加される電圧Vpを一次,二次コイル31,32の巻数比に対応した所定の電圧Vsに変換するものである。一次コイル31の一方の端子がフルブリッジインバータ20の第1,第2アームS1,S2の接続点に接続され、一次コイル31の他方の端子は第3,第4アームS3,S4の接続点に接続されている。トランス30の二次コイル32の一方の端子が後述するダイオードDAのアノードに接続され、二次コイル32の他方の端子が後述するダイオードDCのアノードに接続されている。   The transformer 30 converts the voltage Vp applied to the primary coil 31 into a predetermined voltage Vs corresponding to the turn ratio of the primary and secondary coils 31 and 32. One terminal of the primary coil 31 is connected to the connection point of the first and second arms S1 and S2 of the full bridge inverter 20, and the other terminal of the primary coil 31 is connected to the connection point of the third and fourth arms S3 and S4. It is connected. One terminal of the secondary coil 32 of the transformer 30 is connected to an anode of a diode DA described later, and the other terminal of the secondary coil 32 is connected to an anode of a diode DC described later.

整流回路40は、4つのダイオードDA〜DDで構成され、トランス30の二次コイル32から出力される交流電圧を全波整流する。   The rectifier circuit 40 includes four diodes DA to DD, and full-wave rectifies the AC voltage output from the secondary coil 32 of the transformer 30.

平滑回路50は、出力インダクタLoutと出力コンデンサCoutとから構成され、整流回路40から出力される整流電圧を平滑して直流電圧にして出力する。
[動 作]
次に、上記のように構成される直流電原装置10の動作について説明する。
The smoothing circuit 50 includes an output inductor Lout and an output capacitor Cout, and smoothes the rectified voltage output from the rectifier circuit 40 to output it as a DC voltage.
[Operation]
Next, the operation of the DC power generation apparatus 10 configured as described above will be described.

図示しないメインスイッチがオンされると、制御回路70からスイッチング信号が出力されて、図2に示すタイミングで各スイッチング素子QA〜QDがオン・オフされる。つまり、第1,第2アームS1,S2のスイッチング素子QA,QBを所定周波数で所定のデッドタイム(時点t3〜t4,t7〜t8…:第1デッドタイム:デッド時間)が生じるように交互にオン・オフさせ、同じ所定周波数で第3,第4アームS3,S4のスイッチング素子QC,QDをデッドタイム(時点t1〜t2,t5〜t6…:第2デッドタイム:デッド時間)が生じるように交互にオン・オフさせる。   When a main switch (not shown) is turned on, a switching signal is output from the control circuit 70, and the switching elements QA to QD are turned on / off at the timing shown in FIG. That is, the switching elements QA and QB of the first and second arms S1 and S2 are alternately switched so that a predetermined dead time (time points t3 to t4, t7 to t8...: First dead time: dead time) occurs at a predetermined frequency. The switching elements QC and QD of the third and fourth arms S3 and S4 are turned on and off at the same predetermined frequency so that a dead time (time t1 to t2, t5 to t6...: Second dead time: dead time) occurs. Turn on and off alternately.

各スイッチング素子QA〜QDのオン・オフによりトランス30の一次コイル31に図2に示す電圧Vpが印加され、トランス30の二次コイル32から図2に示す電圧Vsが出力される。   The voltage Vp shown in FIG. 2 is applied to the primary coil 31 of the transformer 30 by turning on / off the switching elements QA to QD, and the voltage Vs shown in FIG. 2 is output from the secondary coil 32 of the transformer 30.

電圧Vsは、整流回路40により整流されて平滑回路50により平滑されて直流電圧として図示しない負荷へ供給される。   The voltage Vs is rectified by the rectifier circuit 40, smoothed by the smoothing circuit 50, and supplied to a load (not shown) as a DC voltage.

出力電圧電流検出回路60は、平滑回路50から出力される電圧と電流つまり負荷に供給される電圧と電流を検出し、制御回路70は出力電圧電流検出回路60が検出した電圧と電流とに基づいて、負荷に供給される電圧や電流や電力が定電圧や定電流や定電力となるように、スイッチング素子QA〜QDのオン・オフを制御してトランス30の一次コイル31に印加されるパルス電圧(Vp)のパルス幅(時点t0〜t1,t4〜t5)を変化させる。つまり、パルス幅変調により出力電流Ioや出力電圧や出力電力を一定にするものである。   The output voltage / current detection circuit 60 detects the voltage and current output from the smoothing circuit 50, that is, the voltage and current supplied to the load, and the control circuit 70 is based on the voltage and current detected by the output voltage / current detection circuit 60. Thus, the pulses applied to the primary coil 31 of the transformer 30 by controlling on / off of the switching elements QA to QD so that the voltage, current, and power supplied to the load become constant voltage, constant current, and constant power. The pulse width (time t0 to t1, t4 to t5) of the voltage (Vp) is changed. That is, the output current Io, the output voltage, and the output power are made constant by pulse width modulation.

ここで、デッドタイムについて説明する。図2の時点t1〜t2間,t5〜t6間がデッドタイムTD2であるが、極性が異なるだけなので時点t1〜t2間のデッドタイムTD2について説明する。   Here, the dead time will be described. The dead time TD2 is between the time points t1 and t2 and between the time points t5 and t6 in FIG. 2, but the dead time TD2 between the time points t1 and t2 will be described because only the polarities are different.

スイッチング素子QDのオフからスイッチング素子QCのオンまでの時間は、共振コンデンサCDの電圧を入力直流電圧Ein(インバータ駆動電圧)まで充電または共振コンデンサCCの電圧を0Vまで放電するまでの時間となる。コンデンサCCとコンデンサCDを等価的にCDの箇所に合成してCcd(図示せず)とすると、Ccdの電圧は、スイッチング素子QDのオフ直前の状態を出力インダクタLoutが継続するので、出力電流Ioをトランス30の巻数比で変換した電流で充電された電圧となる。このため、Ccdの電圧Vcdは、
Vcd(t)=(Io×Ns×t)/(Ccd×Np)
となる。ただし、Npはトランス30の一次巻線(一次コイル31)の巻数、Nsはトランス30の二次巻線(二次コイル32)の巻数である。Vcd=Einのとき、スイッチング素子QCのオン電圧が0Vとなるので、デッドタイムTD2は、
TD2=(Ein×Ccd×Np)/(Io×Ns)
となる。原理的には、デッドタイムTD2は出力電流Ioの逆数に比例するため、以下のように近似することができる。
The time from when the switching element QD is turned off to when the switching element QC is turned on is the time until the voltage of the resonance capacitor CD is charged to the input DC voltage Ein (inverter drive voltage) or the voltage of the resonance capacitor CC is discharged to 0V. If the capacitor CC and the capacitor CD are equivalently combined at the location of CD to be Ccd (not shown), the voltage of Ccd is the output current Io because the output inductor Lout continues the state immediately before the switching element QD is turned off. Is a voltage charged with a current converted by the turns ratio of the transformer 30. Therefore, the voltage Vcd of Ccd is
Vcd (t) = (Io × Ns × t) / (Ccd × Np)
It becomes. Here, Np is the number of turns of the primary winding (primary coil 31) of the transformer 30, and Ns is the number of turns of the secondary winding (secondary coil 32) of the transformer 30. When Vcd = Ein, the on-voltage of the switching element QC is 0V, so the dead time TD2 is
TD2 = (Ein × Ccd × Np) / (Io × Ns)
It becomes. In principle, since the dead time TD2 is proportional to the reciprocal of the output current Io, it can be approximated as follows.

TD2≒A/Io …(1)
ただし、Aは回路固有の定数である。また、出力電流Ioの小さい領域ではデッドタイムTD2が長くなるため上限を設定しておく。
TD2≈A / Io (1)
However, A is a constant unique to the circuit. Further, since the dead time TD2 becomes long in the region where the output current Io is small, an upper limit is set.

次に、制御回路70からスイッチング信号が出力されてスイッチング素子QA〜QDがオン・オフするとき、スイッチング素子QA〜QDの特性などでオン時とオフ時の遅れ時間に差が生じる。その差の時間を(1)式に加えた近似式は、以下の通りとなる。   Next, when the switching signal is output from the control circuit 70 and the switching elements QA to QD are turned on / off, there is a difference between the on time and the off time due to the characteristics of the switching elements QA to QD. An approximate expression obtained by adding the time of the difference to the expression (1) is as follows.

TD2≒(A/Io)+B …(2)
ただし、Bは回路固有の定数である。また、この場合も出力電流Ioの小さい領域ではデッドタイムTD2が長くなるため上限を設定しておく。なお、オフの遅れ時間が長いときには定数Bは正、オンの遅れ時間が長いときには定数Bは負となる。
TD2≈ (A / Io) + B (2)
However, B is a circuit specific constant. Also in this case, in the region where the output current Io is small, the dead time TD2 becomes long, so an upper limit is set. When the OFF delay time is long, the constant B is positive, and when the ON delay time is long, the constant B is negative.

デッドタイムTD2の変動要素は多数あるが、影響の大きい他の変動要素xとデッドタイムTD2の補正式f(x)を算出または実測し、(2)式に追加することで最適なデッドタイムTD2を求めることができる。   Although there are many fluctuation elements of the dead time TD2, the optimum dead time TD2 is calculated by calculating or actually measuring another fluctuation element x having a large influence and the correction formula f (x) of the dead time TD2, and adding it to the expression (2). Can be requested.

TD2=(A/Io)+B+f(x) …(3)
または、TD2=(A/Io)+B×f(x)
f(x)はxの関数であり、f(x)は1項のみでなく、複数の項にしてもよい。例えば、f(x1),f(x2)…
ただし、この場合も出力電流Ioの小さい領域ではデッドタイムTD2が長くなるため上限を設定しておく。
TD2 = (A / Io) + B + f (x) (3)
Or, TD2 = (A / Io) + B × f (x)
f (x) is a function of x, and f (x) may be not only one term but also a plurality of terms. For example, f (x1), f (x2) ...
However, also in this case, the dead time TD2 becomes long in the region where the output current Io is small, so an upper limit is set.

その他の変動要素xの例としては、インバータ入力電圧Einや電源周囲温度などがある。   Examples of other variable elements x include an inverter input voltage Ein and a power supply ambient temperature.

この第1実施例では、制御回路70は出力電圧電流検出回路60が検出した出力電流Ioに基づいて、(1)式または(2)式または(3)式によりデッドタイムTD2を求め、この求めたデッドタイムTD2となるようにスイッチング素子QC,QDのオン時間のタイミングを前後にずらすものである。   In the first embodiment, the control circuit 70 obtains the dead time TD2 from the equation (1), (2), or (3) based on the output current Io detected by the output voltage / current detection circuit 60, and obtains the obtained time. The on-time timing of the switching elements QC and QD is shifted back and forth so that the dead time TD2 is reached.

例えば、図2に示すように、スイッチング素子QA〜QDがオン・オフされていて、出力電流がIoで出力電圧または出力電流または出力電力が所定電力に保たれている場合、(1)式または(2)式または(3)式により求めたデッドタイムが例えば図2に示すTD2の2倍であった場合、デッドタイムがTD2×2となるように時点t2,t6…よりΔt時間遅らせてスイッチング素子QC,QDを時点t2′,t6′でオンさせるものである。   For example, as shown in FIG. 2, when the switching elements QA to QD are turned on / off, the output current is Io, and the output voltage or output current or output power is kept at a predetermined power, When the dead time obtained by the equation (2) or (3) is, for example, twice TD2 shown in FIG. 2, switching is performed by delaying Δt time from the time point t2, t6... So that the dead time becomes TD2 × 2. The elements QC and QD are turned on at time points t2 'and t6'.

このようにすることにより、スイッチング素子QA,QDが同時にオンしている時間およびスイッチング素子QB,QCが同時にオンしている時間と、スイッチング素子QA〜QDのオン・オフの繰り返し周期とを変えることなく、つまり、パルス電圧(Vp)のパルス幅とそのパルスの周期(周波数)とを変えることなくデッドタイムTD2を調整(制御)することができる。   By doing this, the time during which the switching elements QA, QD are simultaneously turned on and the time during which the switching elements QB, QC are simultaneously turned on, and the ON / OFF repetition period of the switching elements QA to QD are changed. In other words, the dead time TD2 can be adjusted (controlled) without changing the pulse width of the pulse voltage (Vp) and the period (frequency) of the pulse.

このため、デッドタイムTD2を制御しても出力電圧や出力電流や出力電力を一定に保つことができる。   For this reason, even if the dead time TD2 is controlled, the output voltage, the output current, and the output power can be kept constant.

そして、デッドタイムTD2の制御により、出力電流Ioの大小に拘わらずスイッチ電圧(スイッチング素子QC,QDがオンするときの共振コンデンサCC,CDの電圧)の減衰を十分に行わせることができ、スイッチング素子QC,QDのオン時の損失を低減することができる。このため、出力電流Ioの広範囲の出力範囲で直流電源装置10の変換効率を向上させることができる。
[第2実施例]
次に、デッドタイムTD1を制御する場合について説明する。
By controlling the dead time TD2, the switch voltage (the voltages of the resonant capacitors CC and CD when the switching elements QC and QD are turned on) can be sufficiently attenuated regardless of the output current Io. Loss when the elements QC and QD are on can be reduced. For this reason, the conversion efficiency of the DC power supply device 10 can be improved in a wide output range of the output current Io.
[Second Embodiment]
Next, a case where the dead time TD1 is controlled will be described.

スイッチング素子QAのオフからスイッチング素子QBのオンまでの状態において、スイッチング素子QBのオン時の電圧Vabは、アームS1,S2側の共振コンデンサCA,CBとトランス30のリーケージインダクタンスLrの直列共振となるため、以下の式となる。ここで、共振コンデンサCA,CBを等価的に共振コンデンサCBの箇所に合成してCab(図示せず)とする。   In the state from switching element QA off to switching element QB on, voltage Vab when switching element QB is on is in series resonance of resonance capacitors CA and CB on the sides of arms S1 and S2 and leakage inductance Lr of transformer 30. Therefore, the following equation is obtained. Here, the resonant capacitors CA and CB are equivalently synthesized at the location of the resonant capacitor CB to form a Cab (not shown).

Vab(t)=Ein−((Io×Ns)/(Cab×Np×ω))×ε-αt×sinωt
となる。ただし、α=R/2Lr ω=√(1/(Cab×Lr)−α2)である。
Vab (t) = Ein - ( (Io × Ns) / (Cab × Np × ω)) × ε - α t × sinωt
It becomes. However, α = R / 2Lr ω = √ (1 / (Cab × Lr) −α 2 ).

Vabの電圧は減衰振動となるので、最初の谷でスイッチング素子QBをオンさせる。このため、デッドタイムTD1は、
TD1=π/2ω
となる。したがって、
Vab(TD1)=Ein−((Io×Ns)/(Cab×Np×ω))×ε-β
となる。ただし、β=πα/2ωである。
Since the voltage of Vab is damped, the switching element QB is turned on in the first valley. Therefore, the dead time TD1 is
TD1 = π / 2ω
It becomes. Therefore,
Vab (TD1) = Ein - ( (Io × Ns) / (Cab × Np × ω)) × ε - β
It becomes. However, β = πα / 2ω.

デッドタイムTD1は固定時間であるから、
TD1=C …(4)
となる。ただし、Cは回路固有の定数である。ちなみに、スイッチする電圧Vabは出力電流Ioの増加とともに低下するため、スイッチング素子QA,QBのオン損失は出力電流Ioが大きいと小さく、出力電流Ioが小さいと大きくなる。
Since the dead time TD1 is a fixed time,
TD1 = C (4)
It becomes. However, C is a circuit specific constant. Incidentally, since the voltage Vab to be switched decreases as the output current Io increases, the on-loss of the switching elements QA and QB is small when the output current Io is large, and is large when the output current Io is small.

次に、スイッチング素子QA,QBの特性等でオン時とオフ時の遅れ時間に差が生じる。その差の時間の要素を(4)式に加えると、
TD1=C+D …(5)
となる。だだし、Dは回路固有の定数である。
Next, a difference occurs in the delay time between on and off due to the characteristics of the switching elements QA and QB. When the time component of the difference is added to equation (4),
TD1 = C + D (5)
It becomes. However, D is a constant unique to the circuit.

また、TD1の変動要素は多数あるが、影響の大きい他の変動要素xとTD1の補正式g(y)を算出または実測し、(5)式に追加することで最適なTD1を求めることができる。   In addition, although there are many fluctuation elements of TD1, it is possible to obtain an optimum TD1 by calculating or actually measuring another fluctuation element x having a large influence and a correction equation g (y) of TD1, and adding it to the equation (5). it can.

TD1=C+D+g(y)またはTD1=C+D×g(y) …(6)
ただし、yはその他の変動要素である。g(y)はyの関数であり、g(y)は1項のみでなく複数の項にしてもよい。例えばg(y1),g(y2)…である。
TD1 = C + D + g (y) or TD1 = C + D × g (y) (6)
However, y is another variable factor. g (y) is a function of y, and g (y) may be not only one term but also a plurality of terms. For example, g (y1), g (y2).

ここで、影響の大きい変動要素は、出力電流Ioであるので、(6)式を用いてTD1を決定する。   Here, since the variable element having a large influence is the output current Io, TD1 is determined using the equation (6).

そして、出力電圧電流検出回路60が検出する出力電流Ioに基づいて(6)式からTD1を算出し、この算出したデッドタイムTD1となるように制御回路70がスイッチング素子QA〜QDのオン・オフを制御する。   Then, TD1 is calculated from the equation (6) based on the output current Io detected by the output voltage / current detection circuit 60, and the control circuit 70 turns on / off the switching elements QA to QD so that the calculated dead time TD1 is reached. To control.

ここでは、算出したデッドタイムTD1となるようにスイッチング素子QA,QBがオフする時間を図2に示す時点t3,t7を前後にずらせるものである。   Here, the time when the switching elements QA and QB are turned off is shifted back and forth between the time points t3 and t7 shown in FIG. 2 so that the calculated dead time TD1 is reached.

このようにすることにより、実施例1と同様な効果を得ることができる。なお、影響の大きい変動要素として入力直流電圧Einや電源周囲温度などがあり、これら入力直流電圧Einや電源周囲温度からTD1を算出するようにしてもよい。   By doing in this way, the same effect as Example 1 can be acquired. Note that there are input DC voltage Ein, power supply ambient temperature, and the like as variable factors having a large influence, and TD1 may be calculated from these input DC voltage Ein and power supply ambient temperature.

この発明は、第1,第2実施例に限られるものではなく、例えば、出力電圧電流検出回路60が検出する出力電流Ioに基づいて、デッドタイムTD1とデッドタイムTD2を制御するようにしてもよく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。   The present invention is not limited to the first and second embodiments. For example, the dead time TD1 and the dead time TD2 are controlled based on the output current Io detected by the output voltage / current detection circuit 60. Of course, design changes and additions are allowed without departing from the scope of the claimed invention.

10 直流電源装置
20 フルブリッジインバータ
30 トランス
40 整流回路
50 平滑回路
60 出力電圧電流検出回路(電流検出回路)
70 制御回路(制御手段)
QA〜QD スイッチング素子
S1〜S4 アーム
10 DC power supply device 20 Full bridge inverter 30 Transformer 40 Rectifier circuit 50 Smoothing circuit 60 Output voltage current detection circuit (current detection circuit)
70 Control circuit (control means)
QA-QD switching element S1-S4 arm

Claims (1)

直流電源の電圧を交流電圧に変換する位相シフト制御方式のフルブリッジインバータと、このフルブリッジインバータから出力される交流電圧を所定の交流電圧に変換するトランスと、このトランスの二次側から出力される交流電圧を整流する整流回路と、この整流回路で整流された整流電流を平滑して負荷へ供給する平滑回路と、前記フルブリッジインバータを制御する制御手段とを備え、前記フルブリッジインバータは、スイッチング素子がそれぞれ接続された第1〜第4アームを有し、第1アームと第2アームが直列接続され、第3アームと第4アームが直列接続され、前記制御手段は、第1,第2アームの第1,第2スイッチング素子を交互に、第3,第4アームの第3,第4スイッチング素子を交互にそれぞれ一定周期でオン・オフさせ、第1,第2スイッチング素子のオン時点を基準にして第3,第4スイッチング素子をオンさせるタイミングを変えることにより、フルブリッジインバータの出力をパルス幅変調する直流電源装置であって、
前記負荷に流れる電流を検出する電流検出回路を設け、
前記制御手段は、電流検出回路が検出する電流に基づいて、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子とがオフしているデッド時間と、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とがオフしているデッド時間のうち、少なくとも何れか一方のデッド時間を制御することを特徴とする直流電源装置。
A phase shift control type full-bridge inverter that converts the voltage of the DC power supply to an AC voltage, a transformer that converts the AC voltage output from the full-bridge inverter into a predetermined AC voltage, and a secondary side of the transformer. A rectifier circuit that rectifies the alternating voltage, a smoothing circuit that smoothes the rectified current rectified by the rectifier circuit and supplies the rectified current to a load, and a control unit that controls the full-bridge inverter. The switching device includes first to fourth arms connected to each other, the first arm and the second arm are connected in series, the third arm and the fourth arm are connected in series, and the control means includes the first and second arms. The first and second switching elements of the two arms are alternately turned on and off, and the third and fourth switching elements of the third and fourth arms are alternately turned on and off at regular intervals. A DC power supply device that performs pulse width modulation on the output of the full bridge inverter by changing the timing of turning on the third and fourth switching elements with reference to the on time of the first and second switching elements,
A current detection circuit for detecting a current flowing through the load;
The control means has a dead time during which the third switching element and the fourth switching element are turned off, and the first switching element and the second switching element are turned off based on the current detected by the current detection circuit. A DC power supply apparatus that controls at least one of dead times.
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