JP2011217583A - Dc-dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力端に入力した電位を上昇させて出力端に出力するDC−DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC-DC converter that raises a potential input to an input terminal and outputs it to an output terminal.
特許文献1には、入力端(電源のプラス端子が接続されている箇所)に入力した電位を上昇させて出力端に出力するDC−DCコンバータが開示されている。入力端と出力端を接続する入出力ラインには、コイルとダイオード(上アーム側ダイオード)が介装されている。ダイオードは、コイルより出力端側に介装されており、カソードが出力端側を向く向きに介装されている。コイルとダイオードの間の入出力ラインと基準電位ラインの間にスイッチング素子(下アーム側スイッチング素子)が接続されている。スイッチング素子をオンすると、入力端からコイルとスイッチング素子を介して基準電位ラインへと電流が流れる。スイッチング素子をオフすると、入力端の電位に、コイルの誘導電圧を加えた電位が、ダイオードのアノードに印加される。したがって、入力端からコイルとダイオードを介して出力端へと電流が流れる。これによって、入力端の電位よりも大きい電位が出力端に出力される。スイッチング素子を繰り返しオン・オフすることで、出力端に高電位を出力することができる。 Patent Document 1 discloses a DC-DC converter that raises a potential input to an input terminal (where a positive terminal of a power supply is connected) and outputs the voltage to an output terminal. A coil and a diode (upper arm side diode) are interposed in an input / output line connecting the input end and the output end. The diode is interposed on the output end side from the coil, and the cathode is interposed in a direction facing the output end side. A switching element (lower arm side switching element) is connected between the input / output line between the coil and the diode and the reference potential line. When the switching element is turned on, a current flows from the input end to the reference potential line via the coil and the switching element. When the switching element is turned off, a potential obtained by adding the induction voltage of the coil to the potential of the input terminal is applied to the anode of the diode. Therefore, a current flows from the input end to the output end via the coil and the diode. As a result, a potential higher than the potential at the input end is output to the output end. By repeatedly turning on and off the switching element, a high potential can be output to the output terminal.
上述したように、DC−DCコンバータでは、スイッチング素子がオフしているときにダイオードに順電流が流れる。その状態でスイッチング素子がターンオンすると、ダイオードに逆電圧が印加される。ダイオードに順電流が流れている状態でダイオードに逆電圧が印加されると、ダイオードに瞬間的に大きな逆電流(以下、サージ電流という)が流れる。また、サージ電流が流れた後に、ダイオードに流れる電流が周期的に変動するリンギングと呼ばれる現象が生じる。機器の誤動作防止のために、サージ電流やリンギングを極力低減する必要がある。 As described above, in the DC-DC converter, a forward current flows through the diode when the switching element is off. When the switching element is turned on in this state, a reverse voltage is applied to the diode. When a reverse voltage is applied to the diode while a forward current is flowing through the diode, a large reverse current (hereinafter referred to as a surge current) instantaneously flows through the diode. In addition, after a surge current flows, a phenomenon called ringing in which the current flowing in the diode fluctuates periodically occurs. In order to prevent malfunction of equipment, it is necessary to reduce surge current and ringing as much as possible.
ダイオードを流れる順電流の電流値は、出力端に接続されている負荷の状態によって変化する。例えば、出力端にインバータを介してモータが接続されている場合、モータの仕事量が大きい期間では、ダイオードを流れる順電流の電流値が大きい。モータの仕事量が小さい期間では、ダイオードを流れる順電流の電流値が小さい。
ダイオードを順方向に流れる電流値が大きい状態でスイッチング素子がターンオンすると、サージ電流やリンギングが大きくなる。一方、ダイオードを順方向に流れる電流値が小さい状態でスイッチング素子がターンオンする場合には、ダイオードにそれほど高いサージ電流やリンギングは生じない。
The value of the forward current flowing through the diode varies depending on the state of the load connected to the output terminal. For example, when a motor is connected to the output terminal via an inverter, the current value of the forward current flowing through the diode is large during a period when the work amount of the motor is large. During the period when the work of the motor is small, the current value of the forward current flowing through the diode is small.
When the switching element is turned on in a state where the current flowing in the diode in the forward direction is large, surge current and ringing increase. On the other hand, when the switching element is turned on in a state where the current flowing in the diode in the forward direction is small, the surge current and ringing are not so high in the diode.
ダイオードに逆電圧が印加されたときに生じるサージ電流やリンギングの大きさは、スイッチング素子のスイッチング速度にも依存して変化する。高速度でスイッチングすれば大きなサージ電流やリンギングが発生するのに対し、低速度でスイッチングすれば小さなサージ電流やリンギングしか発生しない。 The magnitude of the surge current and ringing generated when a reverse voltage is applied to the diode varies depending on the switching speed of the switching element. Large surge currents and ringing are generated when switching at high speed, whereas only small surge currents and ringing are generated when switching at low speed.
上記したように、DC−DCコンバータでは、ダイオードを順方向に流れる電流値の大きさと、スイッチング素子のスイッチング速度によって、ダイオードに逆電圧が加わった時に生じるサージ電流やリンギングの大きさが異なる。
従来の技術では、素子や回路を保護するために、ダイオードに高電流が流れている状態でスイッチング素子がターンオンしてもサージ電流やリンギングを十分に低減できるように、スイッチング素子のスイッチング速度を遅く設定していた。
しかしながら、ダイオードに流れる電流値が低い場合には、スイッチング速度を速くしても、それほど高いサージ電流やリンギングは生じない。すなわち、従来のDC−DCコンバータでは、ダイオードに流れる電流が低いために高速度でスイッチングしても問題が生じない場合にまでスイッチング速度を遅くしているため、スイッチング損失が大きいという問題があった。
As described above, in the DC-DC converter, the magnitude of the surge current and ringing generated when a reverse voltage is applied to the diode differs depending on the magnitude of the current value flowing in the forward direction of the diode and the switching speed of the switching element.
In the conventional technology, in order to protect the elements and circuits, the switching speed of the switching elements is reduced so that surge current and ringing can be sufficiently reduced even when the switching elements are turned on in a state where a high current flows through the diodes. It was set.
However, when the current value flowing through the diode is low, even if the switching speed is increased, the surge current and ringing are not so high. That is, in the conventional DC-DC converter, since the current flowing through the diode is low, the switching speed is slowed down to the point where there is no problem even if the switching is performed at a high speed. .
本明細書では、上述した実情を鑑み、スイッチング損失を低減できるとともに、ダイオードのサージ電流及びリンギングを低減することができるDC−DCコンバータを実現する技術を開示する。 In the present specification, a technique for realizing a DC-DC converter capable of reducing switching loss and reducing diode surge current and ringing is disclosed in view of the above-described situation.
上述した問題を解決する方法の1つとして、ダイオードに流れている電流値を直接的に検出し、その検出値に基づいてスイッチング素子のスイッチング速度を制御することが考えられる。しかしながら、そのためには極めて高速な処理が必要とされ、事実上困難である。本明細書で開示するDC−DCコンバータは、以下の構成を有している。 As one method for solving the above-described problem, it is conceivable to directly detect the current value flowing in the diode and control the switching speed of the switching element based on the detected value. However, this requires extremely fast processing and is practically difficult. The DC-DC converter disclosed in this specification has the following configuration.
本明細書で開示するDC−DCコンバータは、入力端に入力した電位を上昇させて出力端に出力する。このDC−DCコンバータは、入力端と出力端の間を接続する入出力ラインと、コイルと、第1ダイオードと、基準電位ラインと、第1スイッチング素子と、第2スイッチング素子と、制御手段を有している。コイルは、入出力ラインに介装されている。第1ダイオードは、コイルより出力端側の入出力ラインに介装されており、カソードが出力端を向く向きに介装されている。第1スイッチング素子は、コイルと第1ダイオードの間の入出力ラインと基準電位ラインの間に接続されている。第2スイッチング素子は、第1スイッチング素子と並列に接続されている。制御手段は、コイルを出力端側に向けて流れる電流値が基準値以上である時間帯が継続する第1高電流期間では、前記電流値が基準値以上である時間帯と基準値未満である時間帯とが繰り返される低電流期間より、第1スイッチング素子をターンオンさせてから第2スイッチング素子をターンオンさせるまでの時間差を長く設定して、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両者がオンしている状態と、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両者がオフしている状態を交互に切り換える。
上記でダイオードを第1ダイオードといい、高電流期間を第1高電流期間というのは、後記する第2ダイオードと第2高電流期間と区別するためである。
The DC-DC converter disclosed in the present specification raises the potential input to the input end and outputs it to the output end. This DC-DC converter includes an input / output line connecting between an input end and an output end, a coil, a first diode, a reference potential line, a first switching element, a second switching element, and a control means. Have. The coil is interposed in the input / output line. The first diode is interposed in the input / output line on the output end side from the coil, and is interposed in the direction in which the cathode faces the output end. The first switching element is connected between an input / output line between the coil and the first diode and a reference potential line. The second switching element is connected in parallel with the first switching element. In the first high current period in which the time period in which the current value flowing toward the output end of the coil is equal to or greater than the reference value continues, the control means is less than the reference value and the time period in which the current value is equal to or greater than the reference value. A time difference from when the first switching element is turned on to when the second switching element is turned on is set longer than a low current period in which the time zone is repeated, and both the first switching element and the second switching element are turned on. And the state where both the first switching element and the second switching element are turned off are alternately switched.
The diode is referred to as the first diode and the high current period is referred to as the first high current period in order to distinguish the second diode and the second high current period described later.
出力端に接続されている負荷の仕事量が大きな期間では、コイルを大きな電流が流れる高電流期間となる。高電流期間では、コイルの出力端側に流れる電流値が、基準値以上である時間帯が継続する。出力端に接続されている負荷の仕事量が小さな期間では、コイルを小さな電流が流れる低電流期間となる。低電流期間では、コイルの出力端側に流れる電流値が、基準値以上である時間帯と基準値未満である時間帯が繰り返される。
このDC−DCコンバータでは、低電流期間では、第1スイッチング素子がターンオンしてから第2スイッチング素子がターンオンするまでの時間差が短く設定される。その時間差をゼロにまで短くしてもよい。並列に接続されている第1スイッチング素子と第2スイッチング素子は、協同することによって、一つのスイッチング装置を構成していると評価することができる。前記時間差を短く設定することは、そのスイッチング装置のスイッチング速度が速い状態であると評価することができる。前記時間差を短く設定することによって、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子によるスイッチング損失を小さく抑えることができる。また、低電流期間では、ダイオードを流れる電流が小さいので、ダイオードに印加される電圧が急速度で逆電圧に切り換えられても、高いサージ電流やリンギングは生じない。
一方、高電流期間状態では、第1スイッチング素子がターンオンしてから第2スイッチング素子がターンオンするまでの時間差が長く設定される。第1スイッチング素子と第2スイッチング素子で構成されているスイッチング装置のスイッチング速度が遅くされる。この結果、ダイオードのアノード電位は緩やかに低下し、ダイオードに印加される電圧が比較的ゆっくりと逆電圧に切り換えられる。これによって、高いサージ電流やリンギングが生じることが抑制される。
In a period in which the work load of the load connected to the output terminal is large, a high current period in which a large current flows through the coil. In the high current period, the time zone in which the value of the current flowing on the output end side of the coil is equal to or greater than the reference value continues. In a period in which the workload of the load connected to the output terminal is small, a low current period in which a small current flows through the coil. In the low current period, the time zone in which the value of the current flowing on the output end side of the coil is greater than or equal to the reference value and the time zone that is less than the reference value are repeated.
In this DC-DC converter, in the low current period, the time difference from when the first switching element is turned on to when the second switching element is turned on is set short. The time difference may be shortened to zero. It can be evaluated that the first switching element and the second switching element connected in parallel constitute one switching device by cooperation. Setting the time difference short can be evaluated as a state in which the switching speed of the switching device is high. By setting the time difference short, switching loss due to the first switching element and the second switching element can be suppressed to a small value. In addition, since the current flowing through the diode is small in the low current period, even if the voltage applied to the diode is switched to the reverse voltage at a rapid speed, no high surge current or ringing occurs.
On the other hand, in the high current period state, the time difference from when the first switching element is turned on to when the second switching element is turned on is set to be long. The switching speed of the switching device composed of the first switching element and the second switching element is reduced. As a result, the anode potential of the diode gradually decreases, and the voltage applied to the diode is switched to the reverse voltage relatively slowly. As a result, the occurrence of high surge current and ringing is suppressed.
このように、このDC−DCコンバータでは、高いサージ電流やリンギングが生じない範囲内で、負荷の状態に応じて、2つのスイッチング素子のターンオン時間差を変化させる。高いサージ電流やリンギングが生じない範囲で、スイッチング損失を最小限に抑えることができる。
また、高電流期間であるのか低電流期間であるのかは、コイルに流れる電流の過去の値に基づいて特定することができる。すなわち、高電流期間であるのか低電流期間であるのかを、スイッチング素子のスイッチングに先立って特定しておくことができる。したがって、2つのスイッチング素子のターンオン時間差を適切に制御することができる。
Thus, in this DC-DC converter, the difference between the turn-on times of the two switching elements is changed in accordance with the state of the load within a range where high surge current and ringing do not occur. Switching loss can be minimized as long as high surge current and ringing do not occur.
Further, whether the current period is the high current period or the low current period can be specified based on the past value of the current flowing through the coil. That is, it can be specified prior to switching of the switching element whether the current period is a high current period or a low current period. Therefore, the difference in turn-on time between the two switching elements can be appropriately controlled.
上述したDC−DCコンバータで、降圧コンバータを兼用させることができる。この場合には、第1ダイオードと並列に接続されている第3スイッチング素子と、第3スイッチング素子と並列に接続されている第4スイッチング素子と、第1スイッチング素子と並列に接続されている第2ダイオードを付加する。第2ダイオードは、カソードが入出力ラインを向く向きに接続する。この場合、制御手段は、コイルを入力端側に向けて流れる電流値が基準値以上である時間帯が継続する第2高電流期間では、前記した低電流期間より、第3スイッチング素子をターンオンさせてから第4スイッチング素子をターンオンさせるまでの時間差を長く設定して、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両者がオンしているともに第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の両者がオフしている状態と、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両者がオフしているともに第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の両者がオンしている状態を交互に切り換える。 The above-described DC-DC converter can also be used as a step-down converter. In this case, a third switching element connected in parallel with the first diode, a fourth switching element connected in parallel with the third switching element, and a first switching element connected in parallel with the first switching element. Two diodes are added. The second diode is connected so that the cathode faces the input / output line. In this case, the control means turns on the third switching element in the second high current period in which the time period in which the value of the current flowing through the coil toward the input end is equal to or greater than the reference value continues from the low current period. The time difference from when the fourth switching element is turned on is set to be long, both the first switching element and the second switching element are on, and both the third switching element and the fourth switching element are off. And the state where both the first switching element and the second switching element are turned off and the state where both the third switching element and the fourth switching element are turned on are alternately switched.
このような構成によれば、負荷が発電機となって出力端の電位が高くなる場合に、出力端の電位を低下させて入力端に供給することができる。これによって、入力端に接続されている電源を充電することができる。
また、このDC−DCコンバータでは、第2高電流期間(第2ダイオードに高電流が流れている期間)には、第3スイッチング素子をターンオンさせてから第4スイッチング素子をターンオンさせるまでの時間差が長く設定されるので、第2ダイオードのアノード電位は緩やかに低下し、第2ダイオードに印加される電圧が比較的ゆっくりと逆電圧に切り換えられる。これによって、第2ダイオードによって高いサージ電流やリンギングが生じることが抑制される。
一方、低電流期間(第2ダイオードに高電流が流れていない期間)には、第3スイッチング素子をターンオンさせてから第4スイッチング素子をターンオンさせるまでの時間差が短く設定される(同時でもよい)ので、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子のスイッチング損失が低減される。この場合には、第2ダイオードに流れる電流が小さいので、サージ電流やリンギングが高くなることもない。
このDC−DCコンバータは、降圧コンバータを兼用し、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減することができ、第2ダイオードに逆電圧が印加された時に発生するサージ電流及びリンギングの大きさを抑制することができる。
According to such a configuration, when the load becomes a generator and the potential at the output end increases, the potential at the output end can be lowered and supplied to the input end. Thereby, the power supply connected to the input end can be charged.
Further, in this DC-DC converter, during the second high current period (a period in which a high current flows through the second diode), there is a time difference from turning on the third switching element to turning on the fourth switching element. Since it is set to be long, the anode potential of the second diode gradually decreases, and the voltage applied to the second diode is switched to the reverse voltage relatively slowly. As a result, the occurrence of high surge current and ringing by the second diode is suppressed.
On the other hand, in the low current period (period in which no high current flows through the second diode), the time difference from turning on the third switching element to turning on the fourth switching element is set short (may be simultaneous). Therefore, the switching loss of the third switching element and the fourth switching element is reduced. In this case, since the current flowing through the second diode is small, surge current and ringing do not increase.
This DC-DC converter also serves as a step-down converter, can reduce the switching loss in the third switching element and the fourth switching element, and suppresses surge current and ringing generated when a reverse voltage is applied to the second diode. The size can be suppressed.
上述したDC−DCコンバータでは、制御手段が、コイルに流れる電流の検出値に基づいて前記した低電流期間にあるのか否かを判別することが好ましい。
このDC−DCコンバータによれば、コイルに流れる電流を検出することで、高電流期間にあるのか低電流期間にあるのかを正確に特定してスイッチング素子を制御することができる。
In the above-described DC-DC converter, it is preferable that the control means determines whether or not the low current period is in accordance with the detected value of the current flowing through the coil.
According to this DC-DC converter, by detecting the current flowing through the coil, it is possible to accurately specify whether the current is in the high current period or the low current period and to control the switching element.
以下に説明する実施例の特徴を最初に列記する。
(特徴1)第1ダイオードを、並列に接続した一対のダイオードで構成する。一方の第1ダイオードと第1スイッチング素子を並列に接続し、他方の第1ダイオードと第2スイッチング素子を並列に接続し、両並列回路を並列に接続する。
(特徴2)第2ダイオードを、並列に接続した一対のダイオードで構成する。一方の第2ダイオードと第3スイッチング素子を並列に接続し、他方の第2ダイオードと第4スイッチング素子を並列に接続し、両並列回路を並列に接続する。
(特徴3)基準値をゼロ電流とする。
(特徴4)コイルと直列に抵抗を挿入し、その抵抗の電圧差検出回路を設ける。
The features of the embodiments described below are listed first.
(Feature 1) The first diode is composed of a pair of diodes connected in parallel. One first diode and the first switching element are connected in parallel, the other first diode and the second switching element are connected in parallel, and both parallel circuits are connected in parallel.
(Feature 2) The second diode is composed of a pair of diodes connected in parallel. One second diode and the third switching element are connected in parallel, the other second diode and the fourth switching element are connected in parallel, and both parallel circuits are connected in parallel.
(Feature 3) The reference value is set to zero current.
(Feature 4) A resistor is inserted in series with the coil, and a voltage difference detection circuit for the resistor is provided.
図1は、実施例1のDC−DCコンバータ10の回路図を示している。DC−DCコンバータ10は、直流電源26によって入力端子12と入力側基準端子14の間に印加される電圧を昇圧し、昇圧した電圧を出力端子16と出力側基準端子18の間に出力する。DC−DCコンバータ10は、ハイブリッドカーに搭載されている。DC−DCコンバータ10の端子16、18は、インバータを介してハイブリッドカー駆動用のモータ(図示省略)に接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram of a DC-
端子12、14間には、直流電源26と抵抗28が直列に接続されている。入力側基準端子14は、アースライン20によって出力側基準端子18に接続されている。アースライン20は接地されており、接地電圧に維持される。アースライン20は、基準電位ラインということができる。入力端子12には、入力ライン22が接続されている。出力端子16には、出力ライン24が接続されている。入力ライン22には、コイル30が介装されている。以下では、コイル30より入力端子12側の入力ライン22を第1入力ライン22aといい、コイル30を挟んで入力端子12と反対側の入力ライン22を第2入力ライン22bという。第1入力ライン22aには、電流測定用の抵抗36が介装されている。抵抗36より入力端子12側の第1入力ライン22aとアースライン20の間には、コンデンサ32が接続されている。第2入力ライン22bとアースライン20の間には、IGBT40(第3スイッチング素子の実施例)、ダイオード42(第2ダイオードの実施例)、IGBT44(第4スイッチング素子の実施例)、及び、ダイオード46(2個目の第2ダイオードの実施例)が互いに並列に接続されている。ダイオード42、46は、第2入力ライン22b側がカソードとなるように接続されている。第2入力ライン22bと出力ライン24の間には、IGBT50(第1スイッチング素子の実施例)、ダイオード52(第1ダイオードの実施例)、IGBT54(第2スイッチング素子の実施例)、及び、ダイオード56(2個目の第1ダイオードの実施例)が互いに並列に接続されている。ダイオード52、56は、出力ライン24側がカソードとなるように接続されている。出力ライン24とアースライン20の間には、コンデンサ34が接続されている。図示していないが、各IGBT40、44、50、54のゲートには、ゲート制御回路60が接続されている。ゲート制御回路60は、各IGBT40、44、50、54のゲート電圧を制御する。
A
ゲート制御回路60は、IGBT40、44がオンであるとともにIGBT50、54がオフである状態(以下、下アームオン状態という)と、IGBT40、44、50、54がオフである状態(以下、全オフ状態という)と、IGBT40、44がオフであるとともにIGBT50、54がオンである状態(以下、上アームオン状態という)とを繰り返し実現する。より詳細には、ゲート制御回路60は、下アームオン状態、全オフ状態、上アームオン状態、全オフ状態の順に各状態が繰り返されるように、IGBT40、44、50、54を制御する。ゲート制御回路60は、下アームオン状態、全オフ状態、上アームオン状態、全オフ状態からなる1サイクルを一定の周期で繰り返す。具体的には、下アームオン状態となる期間は約40μsecであり、次の全オフ状態となる期間は約10μsecであり、上アームオン状態となる期間は約40μsecであり、次の全オフ状態となる期間は約10μsecである。つまり、上記1サイクルは、約100μsecの周期で繰り返される。
上記各状態におけるDC−DCコンバータ10内の電流経路は、DC−DCコンバータ10に接続されているモータの状態によって異なる。以下に、各期間におけるDC−DCコンバータ10内の電流経路について説明する。
The
The current path in the DC-
(力行期間)
モータが仕事をしている場合には、DC−DCコンバータ10からモータに電力が供給される力行期間となる。図2は、力行期間において、コイル30を出力端子16に向けて流れる電流ILの変化を示している。なお、以下の説明では、コイル36を第1入力ライン22aから第2入力ライン22bに向かって流れる方向を、電流ILのプラスとする。
(Powering period)
When the motor is working, it is a power running period in which power is supplied from the DC-
図2の時間帯T1では、ゲート制御回路60は、下アームオン状態となる。下アームオン状態では、IGBT40、44がオンすることにより、第2入力ライン22bの電位がアースライン20の電位と略等しくなる。したがって、ダイオード52、56には逆電圧が印加される。下アームオン状態では、図1の矢印100に示すように、IGBT40、44を通って、入力端子12から入力側基準端子14に向かって電流が流れる。下アームオン状態では、コイル30の誘導電圧(この場合、電流ILと逆方向に印加される電圧)が徐々に低下するので、図2の時間帯T1では電流ILが徐々に増加する。
In the time zone T1 of FIG. 2, the
時間帯T2では、ゲート制御回路60は、全オフ状態となる。すると、コイル30の誘導電圧が、第2入力ライン22bを昇圧する方向に印加される。したがって、第2入力ライン22bの電位が、直流電源26の電圧にコイル30の誘導電圧を重畳した電位に上昇する。これにより、第2入力ライン22bの電位が出力ライン24の電位より高くなる。このため、図1の矢印102に示すように、ダイオード52、56を通って、入力端子12から出力端子16に向かって電流が流れる。全オフ状態では、コイル30の誘導電圧(この場合、電流ILと同じ方向に印加される電圧)が徐々に低下するので、図2の時間帯T2に示すように電流ILは徐々に低下する。
In the time zone T2, the
図2の時間帯T3では、ゲート制御回路60は、上アームオン状態となる。この場合も、全オフ状態と同様にして電流が流れ(図1の矢印102参照)、電流ILは徐々に低下する。
In the time zone T3 of FIG. 2, the
図2の時間帯T4では、ゲート制御回路60は、全オフ状態となる。この場合も、図1の矢印102に示すように電流が流れ、電流ILは徐々に低下する。時間帯T4が終了すると、再度時間帯T1〜T4が繰り返される。
In the time zone T4 in FIG. 2, the
以上に説明したように、力行期間では、図1の矢印100に示す経路で電流が流れる状態(図2の時間帯T1)と、図1の矢印102に示す経路で電流が流れる状態(図2の時間帯T2〜T4)とが繰り返される。これによって、出力端子16と出力側基準端子18の間に、直流電源28の電圧を上昇させた電圧が印加される。図2に示すように、力行期間では、電流ILは常にゼロ以上となる。
As described above, in the powering period, a state in which current flows through the path indicated by the
(回生期間)
モータが回生ブレーキとして作動している場合(すなわち、モータが発電をしている場合)には、モータから直流電源26に電力が供給される回生期間となる。図3は、回生期間において、コイル30を流れる電流ILの変化を示している。
(Regeneration period)
When the motor is operating as a regenerative brake (that is, when the motor is generating power), a regeneration period in which power is supplied from the motor to the
図3の時間帯T5では、ゲート制御回路60は、上アームオン状態となる。上アームオン状態では、IGBT50、54がオンすることにより、第2入力ライン22bの電位が出力ライン24の電位と略等しくなる。したがって、ダイオード42、46には逆電圧が印加される。また、回生期間では、出力ライン24の電位が高い。このため、図4の矢印104に示すように、IGBT50、54を通って、出力端子16から入力端子12に向かって電流が流れる。したがって、図3に示すように、コイル30を流れる電流ILはマイナスとなる。上アームオン状態では、コイル30の誘導電圧(この場合、電流ILと逆方向に印加される電圧)が徐々に低下するので、電流ILは徐々に低下(電流ILの絶対値は徐々に増加)する。
In the time zone T5 of FIG. 3, the
図3の時間帯T6では、ゲート制御回路60は、全オフ状態となる。すると、コイル30の誘導電圧が、第2入力ライン22bを降圧する方向に印加される。これにより、第2入力ライン22bの電位がアースライン20の電位より低くなる。このため、図4の矢印106に示すように、ダイオード42、46を通って、入力側基準端子14から入力端子12に向かって電流が流れる。全オフ状態では、コイル30の誘導電圧(この場合、電流ILと同じ方向に印加される電圧)が徐々に低下するので、図3の時間帯T6に示すように電流ILは徐々に増加(電流ILの絶対値は徐々に低下)する。
In the time zone T6 in FIG. 3, the
図3の時間帯T7では、ゲート制御回路60は、下アームオン状態を実現する。この場合も、全オフ状態と同様にして電流が流れ(図4の矢印106参照)、電流ILは徐々に増加(電流ILの絶対値が徐々に低下)する。
In the time zone T7 of FIG. 3, the
図3の時間帯T8では、ゲート制御回路60は、全オフ状態を実現する。この場合も、図4の矢印106に示すように電流が流れ、電流ILは徐々に増加(電流ILの絶対値は徐々に低下)する。時間帯T8が終了すると、再度時間帯T5〜T8が繰り返される。
In the time zone T8 in FIG. 3, the
以上に説明したように、回生期間では、図3の矢印104に示す経路で電流が流れる状態(図3の時間帯T5)と、図3の矢印106に示す経路で電流が流れる状態(図3の時間帯T6〜T8)とが繰り返される。これによって、端子12、14の間に、端子16、18の間の電圧を低下させた電圧が印加される。これによって、直流電源26が充電される。図3に示すように、回生期間では、電流ILは常にゼロ未満となる。
As described above, in the regeneration period, a state in which current flows through the path indicated by the
(ゼロクロス期間)
モータの仕事量が小さい場合や、モータが仕事も発電もしていない場合には、DC−DCコンバータ10とモータとの間を移動する電力が小さい期間となる。この場合、図5に示すように、電流ILがプラスになる期間とマイナスになる期間が交互に繰り返される。本明細書では、このように電流ILが流れる期間をゼロクロス期間という。
(Zero cross period)
When the work amount of the motor is small, or when the motor is not working or generating power, the period of time during which the electric power moving between the DC-
図5の時間帯T9では、ゲート制御回路60が下アームオン状態となる。時間帯T9では、図1の矢印100に示すように電流が流れ、電流ILは徐々に増加する。時間帯T10では、ゲート制御回路60が全オフ状態となる。すると、電流が図1の矢印102に示すように流れる。時間帯T11では、ゲート制御回路60が上アームオン状態となる。時間帯T11でも、電流が図1の矢印102に示すように流れる。時間帯T10、T11では、電流ILは徐々に低下する。時間帯T11においてコイル30の誘導電圧(この場合、電流ILと同じ方向に印加される電圧)が低下して、第2入力ライン22bの電位が出力ライン24の電位よりも低くなると、図4の矢印104に示すように電流が流れる。すなわち、図5の時間帯T12に示すように、電流ILがマイナスとなる。時間帯T12では、電流ILは徐々に低下する(電流ILの絶対値は増加する)。時間帯T13では、ゲート制御回路60は、全オフ状態となる。すると、電流が図4の矢印106に示すように流れる。時間帯T14では、ゲート制御回路60は、下アームオン状態となる。時間帯T14でも、電流が図4の矢印106に示すように流れる。時間帯T13、T14では、電流ILは徐々に増加する(電流ILの絶対値が低下する)。時間帯T14においてコイル30の誘導電圧(この場合、電流ILと同じ方向に印加される電圧)が低下して、第2入力ライン22bの電位が出力ライン24の電位よりも高くなると、時間帯T9の状態に戻る。このようにして、時間帯T9〜T14が繰り返される。
In the time zone T9 of FIG. 5, the
以上に説明したように、ゼロクロス期間では、矢印100、102、104、106に示す経路で電流が流れる期間が順番に繰り返される。
As described above, in the zero cross period, the period in which current flows through the paths indicated by the
上述した各状態において、ダイオードが順電圧印加状態から逆方向通電状態に切り換えられるときには、ダイオードでサージ電流及びリンギングが生じる。例えば、力行期間では、時間帯T4(全オフ状態)から時間帯T1(下アームオン状態)に切り換えられるタイミングにおいて、ダイオード52、56が順電圧印加状態から逆電圧印加状態に切り換えられる。また、回生期間では、時間帯T8(全オフ状態)から時間帯T5(上アームオン状態)に切り換えられるタイミングにおいて、ダイオード42、46が順電圧印加状態から逆電圧印加状態に切り換えられる。このとき生じるサージ電流及びリンギングは、順電圧印加状態においてダイオードに流れる電流値が高いほど大きくなり易い。力行期間においては、ダイオード52、56に流れる電流値(図2の時間帯T4における電流ILと略等しい電流)が大きいので、ダイオード52、56でサージ電流及びリンギングが生じ易い。また、回生期間においては、ダイオード42、46を流れる電流値(図3の時間帯T8における電流ILの絶対値と略等しい電流)が大きいので、ダイオード42、46でサージ電流及びリンギングが生じ易い。一方、ゼロクロス期間では、図5に示すように、電流ILが常に小さいので、ダイオード42、46、52、56に大きな電流は流れない。このため、ダイオードで高いサージ電流及びリンギングは生じない。したがって、ゲート制御回路60は、DC−DCコンバータ10の状態に応じて、IGBT40、44、50、54の制御方法を変更する。以下に、ゲート制御回路60の制御内容を詳細に説明する。
In each state described above, when the diode is switched from the forward voltage application state to the reverse energization state, surge current and ringing occur in the diode. For example, in the powering period, the
ゲート制御回路60は、抵抗36の両端の電圧を検出することによって、電流ILを検出する。ゲート制御回路60は、短い時間間隔で電流ILを繰り返し検出する。上述したように、ゲート制御回路60は、上アームオン状態、全オフ状態、下アームオン状態、全オフ状態の順に制御を行う。ゲート制御回路60は、この1サイクル中に複数回にわたって電流ILの検出を繰り返し、検出された電流ILの各検出値を記憶する。例えば、現在が上アームオン状態である場合には、前回の上アームオン状態から現在までの間に検出された電流ILの各検出値を記憶する。ゲート制御回路60は、記憶している電流ILの各検出値に基づいて、図6に示すフローチャートに従って制御を行う。
The
ステップS2では、記憶している電流ILの各検出値の中から、その絶対値が最小である検出値が特定される。そして、特定された検出値の絶対値が、閾値ILTH以上であるか否かが判定される。閾値ILTHは、略ゼロとみなせる電流ILの値であり、ノイズや測定誤差等を考慮して設定されている。図5に示すように、ゼロクロス期間にある場合には、電流ILの絶対値の最小値はゼロとなる。ゼロクロス期間にある場合には、ステップS2でNOと判定され、ステップS4で時間差Δt1、Δt2が0nsecに設定される。時間差Δt1、Δt2については、後に詳述する。 In step S2, from the respective detected values of the current I L which is stored, the absolute value of which is the detected value is a minimum is identified. Then, it is determined whether or not the absolute value of the identified detection value is greater than or equal to the threshold value ILTH . Threshold I LTH is the value of the current I L that can be regarded as substantially zero, and is set in consideration of noise or measurement error and the like. As shown in FIG. 5, when in the zero crossing period is the minimum value of the absolute value of the current I L is zero. If it is in the zero cross period, NO is determined in step S2, and time differences Δt1 and Δt2 are set to 0 nsec in step S4. The time differences Δt1 and Δt2 will be described in detail later.
ステップS6では、直近に検出された電流ILがプラスであるかマイナスであるかが判定される。
力行期間にある場合には、ステップS6でYESと判定される。この場合には、ステップS8で、時間差Δt1が50nsecに設定され、時間差Δt2が0nsecに設定される。
一方、回生期間にある場合には、ステップS6でNOと判定される。この場合には、ステップS10で、時間差Δt1が0nsecに設定され、時間差Δt2が50nsecに設定される。
ゲート制御回路60は、図6の処理を所定の周期で繰り返し実行し、DC−DCコンバータ10の状態(力行期間、回生期間、または、ゼロクロス期間)に応じて時間差Δt1、Δt2を設定する。なお、図6の処理は、上記1サイクル毎に実行してもよいし、上記1サイクルより長い間隔で実行してもよい。複数サイクルに1回実施する場合、ステップS2では、直前サイクル内の最小値で判断してもよいし、複数サイクル内の最小値で判断してもよい。
In step S6, it is determined whether the most recently detected current IL is positive or negative.
If it is in the power running period, YES is determined in step S6. In this case, in step S8, the time difference Δt1 is set to 50 nsec, and the time difference Δt2 is set to 0 nsec.
On the other hand, if it is in the regeneration period, NO is determined in step S6. In this case, in step S10, the time difference Δt1 is set to 0 nsec, and the time difference Δt2 is set to 50 nsec.
The
上述した時間差Δt1は、全オフ状態から下アームオン状態に切り換える際に、IGBT40をターンオンしてからIGBT44をターンオンするまでの時間差を意味する。また、時間差Δt2は、全オフ状態から上アームオン状態に切り換える際に、IGBT50をターンオンしてからIGBT54をターンオンするまでの時間差を意味する。
The time difference Δt1 described above means a time difference from when the
上述したように、力行期間では、時間差Δt1が50nsecに設定される。したがって、全オフ状態から下アームオン状態に切り換える際に、IGBT40がターンオンしてから50nsec後にIGBT44がターンオンする。このため、IGBT40とIGBT44が同時にターンオンする場合に比べて、第2入力ライン22bの電位の低下速度が小さくなる。これにより、全オフ状態から下アームオン状態に切り換える際に、ダイオード52、56を流れる電流IDの低下速度dID/dtが小さくなる。図7は、全オフ状態から下アームオン状態に切り換えるときのダイオード52、56を流れる電流IDの変化を示している。グラフA1は時間差Δt1を0nsecとした場合の電流IDを示しており、グラフA2は時間差Δt1を50nsecとした場合の電流IDを示している。図7に示すように、時間差Δt1を50nsecとすると、時間差Δt1が0nsecである場合に比べて、切り換え時における電流IDの低下速度dID/dtが小さくなる(電流が低下する傾きが緩やかになる)。これによって、切り換え後に生じるサージ電流Isが小さくなり(すなわち、サージ電流Isの絶対値が小さくなる)、サージ電流Is後のリンギングの振幅も小さくなる。このように、力行期間では、IGBT40とIGBT44のターンオンのタイミングに時間差が設けられることで、ダイオード52、56で高いサージ電流及びリンギングが生じることが抑制される。
As described above, the time difference Δt1 is set to 50 nsec in the powering period. Therefore, when switching from the fully off state to the lower arm on state, the
また、回生期間では、時間差Δt2が50nsecに設定される。したがって、全オフ状態から上アームオン状態に切り換える際に、IGBT50がターンオンしてから50nsec後にIGBT54がターンオンする。このため、IGBT50とIGBT54が同時にターンオンする場合に比べて、第2入力ライン22bの電位の上昇速度が小さくなる。これにより、全オフ状態から上アームオン状態に切り換える際に、ダイオード42、44で高いサージ電流及びリンギングが生じることが抑制される。このように、回生期間では、IGBT50とIGBT54のターンオンのタイミングに差が設けられることで、ダイオード42、46で高いサージ電流及びリンギングが生じることが抑制される。
In the regeneration period, the time difference Δt2 is set to 50 nsec. Therefore, when switching from the fully off state to the upper arm on state, the
一方、ゼロクロス期間では、時間差Δt1、Δt2が0nsecに設定される。したがって、全オフ状態から下アームオン状態に切り換える際にIGBT40とIGBT44が略同時にターンオンし、全オフ状態から上アームオン状態に切り換える際にもIGBT50とIGBT54が略同時にターンオンする。ゼロクロス期間では、ダイオード42、46、52、56に高い電流が流れないので、切り換え時に第2入力ライン22bの電位が急激に変化しても、ダイオードで高いサージ電流及びリンギングが生じない。また、このようにIGBTのターンオンタイミングを略同時とすることで、IGBTで生じるスイッチング損失を低減することができる。
On the other hand, in the zero cross period, the time differences Δt1 and Δt2 are set to 0 nsec. Therefore,
以上に説明したように、本実施例のDC−DCコンバータ10では、DC−DCコンバータ10が力行期間にあるか、回生期間にあるか、ゼロクロス期間にあるかによって、並列に接続されたIGBT間のターンオンの時間差が変更される。ダイオードでサージ電流及びリンギングが生じ易い力行期間及び回生期間では、並列に接続されたIGBTのターンオンタイミングをずらすことで、サージ電流及びリンギングを抑制する。また、ダイオードでサージ電流及びリンギングが生じ難いゼロクロス期間では、並列に接続されたIGBTのターンオンタイミングを略同時とすることで、スイッチング損失を低減する。このDC−DCコンバータ10によれば、一定値以上のサージ電流及びリンギングを発生させず、かつ、スイッチング損失を従来よりも低減することができる。
As described above, in the DC-
なお、上述した第1実施例では、制御回路60は、上アームオン状態、全オフ状態、下アームオン状態、全オフ状態からなる1サイクル中における電流ILの各検出値に基づいて、DC−DCコンバータ10の状態(すなわち、力行期間であるか、ゼロクロス期間であるか、回生期間であるか)を判定した。このように、少なくとも1サイクル中の電流ILに基づくことで、DC−DCコンバータ10の状態を正確に判定することができる。
なお、1サイクルより長い期間中における電流ILに基づいて、DC−DCコンバータ10の状態を判定してもよい。但し、状態の判定に用いる期間をあまり長くすると、その期間の最初において電流ILの絶対値が閾値ILTH未満であったがその期間中に電流ILの絶対値が増大しているときにまで、ゼロクロス期間であると判定されるおそれがある。したがって、判定用の期間の最初において電流ILの絶対値が閾値ILTH未満であり、その後に電流ILが最大の増加速度で増加したとしても、判定用の期間中における電流ILの最大値が適正な電流値(すなわち、過大なサージ電流やリンギングが生じない電流値)となるように、判定用の期間の長さが設定されている必要がある。電流ILの増加速度の最大値は回路の特性によって定まる。
また、上述した第1実施例では、判定用の期間中における電流ILの絶対値の最小値に基づいてDC−DCコンバータ10の状態を判定したが、他の値に基づいて状態を判定してもよい。例えば、判定用の期間中における電流ILの最大値や平均値等に基づいて状態を判定してもよい。
In the first embodiment described above, the
Incidentally, on the basis of the current I L during a period greater than one cycle, it may determine the state of the DC-
In the first embodiment described above, to determine the state of the DC-
上述した第1実施例の構成要素と、請求項の構成要素との対応関係について説明する。入力ライン22と出力ライン24は、請求項の入出力ラインの実施例に相当する。ダイオード52、56は、請求項の第1ダイオードの実施例である。ダイオード52、56の一方については省略することが可能である。IGBT40は、請求項の第1スイッチング素子の実施例である。IGBT44は、請求項の第2スイッチング素子の実施例である。ダイオード42、44は、請求項の第2ダイオードの実施例である。ダイオード42、46の一方については省略することが可能である。IGBT50は、請求項の第3スイッチング素子の実施例である。IGBT54は、請求項の第4スイッチング素子の実施例である。また、力行期間は請求項の第1高電流期間の一例であり、ゼロクロス期間は請求項の低電流期間の一例であり、回生期間は請求項の第2高電流期間の一例である。
The correspondence between the above-described components of the first embodiment and the components of the claims will be described. The
(第2実施例)
上述した第1実施例では、回生状態(モータが回生運転しているときに直流電源を充電する状態)が可能なDC−DCコンバータについて説明した。しかしながら、回生状態を実現できないDC−DCコンバータでも、上記の技術を適用することができる。
(Second embodiment)
In the first embodiment described above, the DC-DC converter capable of a regenerative state (a state in which a DC power source is charged when the motor is performing a regenerative operation) has been described. However, the above technique can also be applied to a DC-DC converter that cannot realize the regenerative state.
図8は、第2実施例のDC−DCコンバータ200の回路図を示している。DC−DCコンバータ200は、第1実施例のDC−DCコンバータ10から、IGBT50、54及びダイオード42、46、52を取り除いた構成を有している。
ゲート制御回路60は、IGBT40、44をオンさせたオン状態と、IGBT40、44をオフさせたオフ状態が交互に繰り返されるように、IGBT40、44を制御する。
FIG. 8 shows a circuit diagram of the DC-
The
図9は、モータが仕事をしている場合における電流ILの変化を示している。時間帯T15に示すオン状態では、図8の矢印202に示すように、IGBT40、44を通って、入力端子12から入力側基準端子14に向かって電流が流れる。この場合、電流ILは徐々に増加する。時間帯T2においてオフ状態に切り換えると、コイル30の誘導電圧によって第2入力ライン22bの電位が上昇する。したがって、図8の矢印204に示すように、ダイオード56を通って、入力端子12から出力端子16に向かって電流が流れる。この場合、図9の時間帯T2に示すように、電流ILは徐々に低下する。モータが仕事をしている場合には、図9に示すように、電流ILが常にゼロ以上となる第1高電流期間となる。第1高電流期間ではダイオード42に高電流が流れるので、オフ状態からオン状態に切り換えるとき(すなわち、ダイオード42に逆電圧が印加されるとき)に、ダイオード42でサージ電流及びリンギングが発生し易い。
Figure 9 shows the variation of current I L when the motor is working. In the ON state shown in the time zone T15, current flows from the
図10は、モータの仕事量が小さい場合における電流ILの変化を示している。この場合には、出力端子16の電位が既に高い状態にある。この場合、オン状態では図8の矢印202に示すように電流が流れ、図10の時間帯T17に示すように電流ILは徐々に増加する。時間帯T18でオフ状態に切り換えると、コイル30の誘導電圧によって第2入力ライン22bの電位が上昇し、図8の矢印204に示すように電流が流れる。しかしながら、出力端子16の電位が既に高いので、コイル30の誘導電圧が低下すると、ダイオード42のアノード電位が出力端子16の電位よりも低くなる。これによって、ダイオード42に電流が流れなくなり、電流ILが略ゼロとなる。モータが仕事をしていない場合には、図10に示すように、電流ILがゼロより大きい期間と略ゼロと等しい期間が繰り返される低電流期間となる。低電流期間では、ダイオード42に高い電流が流れないので、オフ状態からオン状態に切り換えるときでも、ダイオード42でサージ電流及びリンギングが発生することがない。
Figure 10 shows the variation of current I L when the workload of the motor is small. In this case, the potential of the
第2実施例のDC−DCコンバータ200では、ゲート制御回路60が、短い時間間隔で電流ILを繰り返し検出し、オン状態からオフ状態までの1サイクル中に複数回にわたって検出された電流ILの各検出値を記憶する。そして、記憶している電流ILの各検出値の中で、絶対値が最小である検出値が特定される。特定された検出値の絶対値が閾値ILTH以上である場合(すなわち、第1高電流期間である場合)には、時間差Δt1が50nsecに設定される。したがって、オフ状態からオン状態に切り換えるときに、IGBT40がターンオンしてから50nsec後にIGBT44がターンオンする。このように、第1高電流期間ではIGBT40、44のターンオンタイミングがずれるので、ダイオード56で高いサージ電流及びリンギングが生じることが抑制される。
また、特定された検出値(絶対値が最小の検出値)の絶対値が閾値ILTH未満である場合(すなわち、低電流期間である場合)には、時間差Δt1が0nsecに設定される。したがって、オフ状態からオン状態に切り換えるときに、IGBT40とIGBT44が略同時にターンオンする。このように、ダイオード56でサージ電流及びリンギングが発生し難い低電流期間では、IGBT40とIGBT44が略同時にターンオンされるので、スイッチング損失が低減される。
In the DC-
Further, when the absolute value of the identified detected value (detected value of the minimum absolute value) is smaller than the threshold value I LTH (i.e., when a low current period), the time difference Δt1 is set to 0 nsec. Therefore, when switching from the off state to the on state, the
なお、上述した第1実施例及び第2実施例では、スイッチング素子としてIGBTを用いたが、MOS−FET等の他のスイッチング素子を用いてもよい。 In the first and second embodiments described above, IGBTs are used as switching elements, but other switching elements such as MOS-FETs may be used.
また、上述した第1実施例及び第2実施例に用いるダイオードの種類は特に限定されない。例えば、SiCやGaN等のワイドバンドギャップ半導体材料を用いたショットキーバリアダイオードを用いてもよい。このようなダイオードは、SiのPiNダイオードに比べてサージ電流を大幅に低減することができる一方で、高振幅のリンギングが生じ易い。上述した実施例にSiCやGaN等のショットキーバリアダイオードを用いた場合には、主にリンギングを抑制しながら、スイッチング損失を低減することができる。また、上述した実施例にSiのPiNダイオードを用いた場合には、主にサージ電流を抑制しながら、スイッチング損失を低減することができる。 Also, the type of diode used in the first and second embodiments is not particularly limited. For example, a Schottky barrier diode using a wide band gap semiconductor material such as SiC or GaN may be used. Such diodes can significantly reduce surge currents compared to Si PiN diodes, but are susceptible to high amplitude ringing. When a Schottky barrier diode such as SiC or GaN is used in the above-described embodiment, switching loss can be reduced while mainly suppressing ringing. Further, when the Si PiN diode is used in the above-described embodiment, the switching loss can be reduced while mainly suppressing the surge current.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:DC−DCコンバータ
12:入力端子
16:出力端子
20:アースライン
22:入力ライン
24:出力ライン
26:直流電源
28:抵抗
30:コイル
32:コンデンサ
34:コンデンサ
36:抵抗
40:IGBT
42:ダイオード
44:IGBT
46:ダイオード
50:IGBT
52:ダイオード
54:IGBT
56:ダイオード
60:ゲート制御回路
10: DC-DC converter 12: input terminal 16: output terminal 20: earth line 22: input line 24: output line 26: DC power supply 28: resistor 30: coil 32: capacitor 34: capacitor 36: resistor 40: IGBT
42: Diode 44: IGBT
46: Diode 50: IGBT
52: Diode 54: IGBT
56: Diode 60: Gate control circuit
Claims (3)
入力端と出力端の間を接続する入出力ラインと、
入出力ラインに介装されているコイルと、
コイルより出力端側の入出力ラインに、カソードが出力端を向く向きに介装されている第1ダイオードと、
基準電位ラインと、
コイルと第1ダイオードの間の入出力ラインと基準電位ラインの間に接続されている第1スイッチング素子と、
第1スイッチング素子と並列に接続されている第2スイッチング素子と、
制御手段、
を有しており、
前記制御手段は、コイルを出力端側に向けて流れる電流値が基準値以上である時間帯が継続する第1高電流期間では、前記電流値が基準値以上である時間帯と基準値未満である時間帯とが繰り返される低電流期間より、第1スイッチング素子をターンオンさせてから第2スイッチング素子をターンオンさせるまでの時間差を長く設定して、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両者がオンしている状態と、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両者がオフしている状態を交互に切り換えることを特徴とするDC−DCコンバータ。 A DC-DC converter that raises the potential input to the input terminal and outputs it to the output terminal.
An input / output line connecting the input end and the output end;
A coil interposed in the input / output line;
A first diode having a cathode disposed in an input / output line on the output end side of the coil so that the cathode faces the output end;
A reference potential line;
A first switching element connected between an input / output line between the coil and the first diode and a reference potential line;
A second switching element connected in parallel with the first switching element;
Control means,
Have
In the first high current period in which a time period in which a current value flowing toward the output end side of the coil is equal to or higher than a reference value continues, the control means A time difference from when the first switching element is turned on to when the second switching element is turned on is set longer than a low current period in which a certain period of time is repeated, and both the first switching element and the second switching element are turned on. A DC-DC converter characterized by alternately switching between a state in which the first switching element and the second switching element are turned off.
第3スイッチング素子と並列に接続されている第4スイッチング素子と、
第1スイッチング素子と並列に、カソードが入出力ラインを向く向きに接続されている第2ダイオード、
をさらに有しており、
前記制御手段は、コイルを入力端側に向けて流れる電流値が基準値以上である時間帯が継続する第2高電流期間では、前記低電流期間より、第3スイッチング素子をターンオンさせてから第4スイッチング素子をターンオンさせるまでの時間差を長く設定して、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両者がオンしているともに第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の両者がオフしている状態と、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両者がオフしているともに第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の両者がオンしている状態を交互に切り換えることを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータ。 A third switching element connected in parallel with the first diode;
A fourth switching element connected in parallel with the third switching element;
A second diode having a cathode connected in parallel with the first switching element and facing the input / output line;
In addition,
In the second high current period in which the time period in which the current value flowing toward the input end side of the coil is equal to or greater than the reference value continues, the control means turns on the third switching element from the low current period and then turns on the third switching element. A time difference until the four switching elements are turned on is set long, both the first switching element and the second switching element are turned on, and both the third switching element and the fourth switching element are turned off; 2. The state in which both the first switching element and the second switching element are turned off and the state in which both the third switching element and the fourth switching element are turned on are alternately switched. DC-DC converter.
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