JP2012023835A - スイッチング電源装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のスイッチング電源装置の制御方法は、第1、第2スイッチ素子Q1、Q2を共有する力率改善部と電流共振コンバータ部とを含むAC/DCコンバータ回路において、AC入力電圧の極性の切替わり時(S〜M1〜M2)に、AC入力電圧の切替わり時点前の半サイクルの間に力率改善部のPFC電圧を制御するオンデューティを有するようにオン・オフ動作していたスイッチ対(Q1−Q3又はQ2−Q4)のスイッチング周期及びオンデューティを調整することにより、電流共振コンバータ部に含まれる高周波トランスTの一次巻線に印加される高周波電圧が正負対称になるように、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4を駆動する。
【選択図】図2
Description
尚、通常、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4はMOSFETにより構成され、この場合、各スイッチ素子Q1〜Q4を駆動するパルス信号は、ゲート駆動信号である。
また、交流電源Vacの正の半サイクルから負の半サイクルへの極性の切替わりが生じた場合についても、同様な駆動制御によれば、同様の問題が生じる。
図1は、本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置の制御方法を示すタイミングチャートである。本実施形態は、本発明に係るスイッチング電源装置の制御方法を、図8に示すAC/DCコンバータ回路1を要部とするスイッチング電源装置に適用した例であり、以下に記載される回路要素及び回路構成は、図8を参照して上述したAC/DCコンバータ回路1と共通のものである。
また、以下の説明において、交流電源Vacの極性が、第1、第2スイッチ素子Q1、Q2との中間点側が正極となる間を正の半サイクルといい、第1、第2スイッチ素子Q1、Q2との中間点側が負極となる間を負の半サイクルという。図1に示す「AC入力電圧」の波形では、「+」の符号が付された半サイクル及び「−」の符号が付された半サイクルが、それぞれ交流電源Vacの正の半サイクル及び負の半サイクルに対応する。
このような電流共振コンバータ部3の構成要素としての機能に着目して、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4の動作を説明すれば、次の通りである。
以下の説明において、PFC電圧を制御するオンデューティを有するように駆動されているスイッチ素子(すなわち、正の半サイクルでは、第2、第4スイッチ素子Q2、Q4、負の半サイクルでは、第1、第3スイッチ素子Q1、Q3)を制御ゲートともいう。
尚、このようなスイッチング制御部12を構成する各機能ブロックは、以下に説明する制御手順を実行する限り、任意の適切なハードウェアまたはソフトウェア、あるいはそれらの組合せにより実装することができる。
PID演算部23では、ステップS12においてA/D変換されたPFC電圧データ及び出力電圧データに基づいて、PID演算を用いて制御周波数及びオンデューティを演算する(ステップS13)。
これによって、1回のPWM出力処理は終了し、以後、ステップS12〜S22の処理が繰り返される。
PWM出力制御部27には、電圧極性検出部26から交流電源Vac電圧の極性を示す出力信号が入力されており、PWM出力制御部27は、この出力信号に基づいて、現在の状態が正の半サイクルまたは負の半サイクルのいずれであるか、及び、例えば直前の状態との比較により、負の半サイクルから正の半サイクル(または、正の半サイクルから負の半サイクル)への極性の切替わりが発生したか否かを判別可能なように構成されている。
PWM出力制御部27は、まず、現在の制御ゲートが第1、第3スイッチ素子Q1、Q3と、第2、第4スイッチ素子Q2、Q4のいずれであるかを判定し(ステップS23)、第1、第3スイッチ素子Q1、Q3と判定された場合には、ステップS102〜S113が実行され、第2、第4スイッチ素子Q2、Q4と判定された場合には、ステップS202〜S213が実行される。
その後、制御ゲートを、現在の状態のまま第1、第3スイッチ素子Q1、Q3に設定し(ステップS112)、第2、第4スイッチ素子Q2、Q4に対するゲート駆動信号の出力は、それぞれ第1、第3スイッチ素子Q1、Q3に対するゲート駆動信号の出力の相補出力に設定される(ステップS113)。
また、ステップS202〜S213の制御手順は、最初の制御ゲートが第2、第4スイッチ素子Q2、Q4であり、切替え処理が実行される場合には、制御ゲートが第1、第3スイッチ素子Q1、Q3に切替えられる点を除いて、ステップS102〜S113の制御手順と全く同様のものであるため、その説明は省略する。
Claims (5)
- 力率改善部と、電流共振コンバータ部とを含み、前記電流共振コンバータ部のスイッチ素子の一部または全てを前記力率改善部のスイッチ素子と共通化したAC/DCコンバータ回路を備え、交流電源の交流入力電圧の力率を改善しつつ直流電圧に変換して出力するスイッチング電源装置の制御方法であって、
前記交流電源の極性が正の半サイクルから負の半サイクル、または負の半サイクルから正の半サイクルに切り替わる前後に、前記電流共振コンバータ部に含まれる高周波トランスの一次巻線に印加される高周波電圧が正負対称になるように前記スイッチ素子のオン・オフ制御を行うことを特徴とするスイッチング電源装置の制御方法。 - 前記スイッチング電源装置は、第1、第2スイッチ素子を共有する力率改善部と電流共振コンバータ部とを組み合わせたフルブリッジ型のAC/DCコンバータ回路を備え、
前記力率改善部は、前記第1、第2スイッチ素子の直列回路と、第1、第2ダイオードの直列回路と、前記第1、第2スイッチ素子の直列回路と並列に接続された第1平滑コンデンサを含み、前記第1、第2スイッチ素子の直列回路と第1、第2ダイオードの直列回路とは並列接続されて、両直列回路の中間点間に昇圧インダクタと交流電源の直列回路が接続され、前記電流共振コンバータ部は、前記第1、第2スイッチ素子の直列回路と第3、第4スイッチ素子の直列回路とを、前記第1、第3スイッチ素子を高圧側に配置し、前記第2、第4スイッチ素子を低圧側に配置して並列接続したフルブリッジ回路と、該フルブリッジ回路により駆動される高周波トランスと、該高周波トランスの一次巻線に接続された直列共振回路とを含んでおり、
前記力率改善部の前記第1平滑コンデンサの両端間電圧であるPFC電圧を検出するPFC電圧検出部と、前記電流共振コンバータ部の前記高周波トランスの二次側に設けられた第2平滑コンデンサの両端間電圧である出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記交流電源の極性を検出する極性検出部と、前記第1〜第4スイッチ素子のオン・オフ動作を制御するスイッチング制御部とをさらに備え、
前記スイッチング制御部は、前記PFC電圧検出部からの出力信号に基づいて前記第1、第2スイッチ素子のオンデューティを変化させて前記PFC電圧を制御し、かつ、前記出力電圧検出部からの出力信号に基づいて前記フルブリッジ回路のスイッチング周波数を変化させて前記出力電圧を制御し、
さらに、前記スイッチング制御部は、前記極性検出部からの出力信号に基づいて前記交流電源の極性の切替わりを判別し、前記交流電源の前記第1、第2スイッチ素子の直列回路の中間点側が正極となる正の半サイクルの間は、前記第2スイッチ素子を、そのオンデューティに基づいて前記PFC電圧を制御するようにオン・オフ動作させるとともに、前記第4スイッチ素子を前記第2スイッチ素子と同一のオンデューティを有するようにオン・オフ動作させ、かつ、前記第1、第3スイッチ素子を、それぞれ第2、第4スイッチ素子に対して相補的にオン・オフ動作させるように制御し、前記交流電源の前記第1、第2スイッチ素子の直列回路の中間点側が負極となる負の半サイクルの間は、前記第1スイッチ素子を、そのオンデューティに基づいて前記PFC電圧を制御するようにオン・オフ動作させるとともに、前記第3スイッチ素子を前記第1スイッチ素子と同一のオンデューティを有するようにオン・オフ動作させ、かつ、前記第2、第4スイッチ素子を、それぞれ前記第1、第3スイッチ素子に対して相補的にオン・オフ動作させるように制御し、
さらに、前記スイッチング制御部は、前記極性検出部からの出力信号に基づいて前記交流電源の極性の切替わりを判別し、前記交流電源の極性の切替わり時点の経過後、前記第1、第3スイッチ素子からなるスイッチ対のオン・オフ動作と、前記第2、第4スイッチ素子からなるスイッチ対のオン・オフ動作とを切替える際に、前記交流電源の極性の切替わり時点前の半サイクルの間に前記PFC電圧を制御するオンデューティを有するようにオン・オフ動作していた前記スイッチ対のスイッチング周期及びオンデューティを調整することにより、前記交流電源の全サイクルにわたって、前記高周波トランスに同極性の共振電圧及び共振電流が続けて入力されることがないように、前記第1〜第4スイッチ素子を駆動するパルス信号を制御することを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置の制御方法。 - 前記スイッチング制御部は、前記交流電源の前記正の半サイクルにおいて、前記第1〜第4スイッチ素子のオン・オフ動作を、前記第2、第4スイッチ素子のいずれか一方が他方に対して先行してオン動作し、他方が一方に対してスイッチング周期の半周期分遅れてオン動作するように制御し、かつ、前記交流電源の前記負の半サイクルにおいて、前記第1、第3スイッチ素子のいずれか一方が他方に対して先行してオン動作し、他方が一方に対してスイッチング周期の半周期分遅れてオン動作するように制御するとともに、前記交流電源の極性の切替わり時点の経過後、前記第1、第3スイッチ素子からなるスイッチ対のオン・オフ動作と、前記第2、第4スイッチ素子からなるスイッチ対のオン・オフ動作とを切替える際に、前記交流電源の極性の切替わり時点前の半サイクルの間に前記PFC電圧を制御するオンデューティを有するようにオン・オフ動作していた前記スイッチ対の前記先行してオン動作していた側のスイッチ素子について、前記交流電源の極性の切替わり時点後の次のオン動作の開始時点からのスイッチング周期を半周期とし、該半周期が経過した時点で、前記先行してオン動作していた側のスイッチ素子のオン・オフ動作と、該スイッチ素子に対して相補的にオン・オフ動作していたスイッチ素子のオン・オフ動作とを切替え、かつ、前記スイッチ対の前記遅れてオン動作していた側のスイッチ素子について、前記先行してオン動作していた側のスイッチ素子の前記次のオン動作の開始時点からの半周期をオフ期間とし、該オフ期間後の次の半周期のオンデューティを100%として、該半周期が経過した時点で、前記遅れてオン動作していた側のスイッチ素子のオン・オフ動作と、該スイッチ素子に対して相補的にオン・オフ動作していたスイッチ素子のオン・オフ動作とを切替えることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置の制御方法。
- 前記スイッチング制御部により、前記PFC電圧検出部からの出力信号と前記出力電圧検出部からの出力信号をそれぞれA/D変換するA/D変換工程と、前記A/D変換された信号から前記第1〜第4スイッチ素子を駆動するパルス信号の制御周波数及びオンデューティを演算する演算工程と、前記演算により得られた制御周波数及びオンデューティを予め設定された上下限により定まる範囲内に制限する出力リミット工程と、前記制限された制御周波数及びオンデューティに基づいて、前記第1〜第4スイッチ素子を駆動するパルス信号を生成して出力するPWM出力処理工程とを実行し、
前記PWM出力処理工程は、前記極性検出部からの出力信号を入力して前記交流電源の極性の切替わりを判別し、前記交流電源の極性の切替わり時点の経過後、前記第1、第3スイッチ素子からなるスイッチ対のオン・オフ動作と、前記第2、第4スイッチ素子からなるスイッチ対のオン・オフ動作とを切替える際に、前記交流電源の極性の切替わり時点前の半サイクルの間に前記PFC電圧を制御するオンデューティを有するようにオン・オフ動作していた前記スイッチ対のスイッチング周期及びオンデューティを調整することにより、前記交流電源の全サイクルにわたって、前記高周波トランスに同極性の共振電圧及び共振電流が続けて入力されることがないように、前記第1〜第4スイッチ素子を駆動するパルス信号を制御するPWM出力制御工程を含むことを特徴とする請求項2または3に記載のスイッチング電源装置の制御方法。 - 前記PWM出力制御工程は、前記交流電源の極性の切替わりを判別する出力切替え判定工程を含んでおり、さらに、該出力切替え判定工程において前記交流電源の極性の切替わりが生じたと判定された場合に、前記交流電源の極性の切替わり時点前の半サイクルの間に前記PFC電圧を制御するオンデューティを有するようにオン・オフ動作していた前記スイッチ対のスイッチング周期及びオンデューティを調整する工程と、切替えフラグをセットする工程とを含み、また、前記出力切替え判定工程において前記交流電源の極性の切替わりが生じていないと判定された場合に、前記切替えフラグがセットされているか否かを判定し、前記切替えフラグがセットされていた場合、前記第1、第3スイッチ素子からなる前記スイッチ対を駆動するパルス信号と、前記第2、第4スイッチ素子からなる前記スイッチ対を駆動するパルス信号とを切替える工程とを含むことを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源装置の制御方法。
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