JP2013051866A - Dc−dcコンバータの2次側電流不平衡判定装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2次側がセンタータップ(centertap)であるDC−DCコンバータの2次側電流不平衡を判定する装置であって、量産されたDC−DCコンバータの出力端にDC電源を印加して各連結部の電圧降下を測定する電圧測定部、前記電圧測定部で測定された電圧によって標準化された抵抗を計算する標準抵抗(ΔR’)計算部、飽和基準値を決定する飽和基準値計算部、前記飽和基準値と標準抵抗を比較して前記コンバータの2次側電流の飽和状態を判定する飽和判別部を含むことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
また、パワーモジュールは、2対のトランジスタをスイッチング素子として含んでおり、このトランジスタの駆動順によってDCが周期的なAC信号に変換する。
図6は、1次側がフルブリッジ(full−bridge)であり、2次側がセンタータップ(Centertap)である絶縁型フルブリッジ(full−bridge)コンバータの回路図である。これは、高い容量が要求される場合や、小型化および軽量化が要求される車両用DC−DCコンバータとして適合する。
変圧器飽和の原因は2種類に大別される。第一には変圧器の入力電圧の平均電圧が0でない場合であり、第二には変圧器の2次端インピーダンスが一致しない場合である。
図7は、変圧器コアのB−Hカーブを示すものである。図7(a)は、変圧器コアが飽和領域を越えずに正常範囲で作動するものを示すものである。また、図7(b)、(c)は、変圧器の動作領域が片側に偏っているため、変圧器が飽和した正常でない場合を示すものである。
しかし、上述したように、波形によってコンバータの不平衡を判別する方法を客観的な数値では提示し難く、製品の合格、不合格を提示する基準値には適していなかった。
図1は、本発明の実施形態に係るDC−DCコンバータの電流不平衡判定装置の概略図である。
図1に示す通り、本発明の実施形態に係るDC−DCコンバータの電流不平衡判定装置は、出力端にDC電源を印加して電圧を測定する電圧測定部10、測定された電圧を利用して標準抵抗を計算する標準抵抗計算部20、飽和可否の判定基準となる飽和基準値を計算する飽和基準値計算部40、前記飽和基準値と標準抵抗を比較して飽和の可否を判定する飽和判別部30、およびこれを作業者に知らせる表示部50を含む。
電圧測定部10は、図3に示すように、DC−DCコンバータの出力端に低電圧のDC電源であるパワーサプライ70を連結すれば、第1出力端と第2出力端で整流の役割を行う1対のダイオード60、61は、順方向となって電流が流れるようになる。
図5において、RabはLs1変圧器と第1ダイオード60の(+)極の間の組み立て抵抗、Rcmは第1ダイオード60の(−)極と連結部mの間の組み立て抵抗、Rgaは変圧器2次側Ls1ワイヤの抵抗、RdeはLs2変圧器と第2ダイオード61の(+)極の間の組み立て抵抗、Rfmは第2ダイオード61の(−)極と連結部mの間の組み立て抵抗、Rgdは変圧器2次側Ls2ワイヤの抵抗である。
また、閉回路A、Bにおける抵抗はそれぞれ、RA=Rab+Rcm+Rga、RB=Rde+Rfm+Rgdである。
図4の各部分における電圧は、次のとおりに整理できる。
Vga=I1Rga
Vgd=I2Rgd
Vab=I1Rab
Vde=I2Rde
Vcm=I1Rcm
Vfm=I2Rfm
標準抵抗計算部20は、電圧測定部10で測定される各連結部の電圧を計算して標準抵抗を算出するが、各連結部の電圧によって抵抗を計算する場合、抵抗が変わることによってI1とI2の電流値も変わるため、計算が容易ではない。これを解決するために電流項を削除する必要があるが、抵抗のうちのRgaとRgdは変圧器のワイヤの抵抗であり、これは単品管理によって一定値に維持することができる。したがって、各連結部の電圧値を変圧器2次側ワイヤの電圧値で割ることにより、電流項を削除して換算抵抗(Reduced Resistance)を求める。
換算抵抗は、それぞれの連結部における電圧を2次側ワイヤーの電圧で割った値である。
前記式において、ΣRleftは図5の閉回路Aにおける換算抵抗の合計であり、ΣRrightは閉回路Bにおける換算抵抗の合計である。
すなわち、Rga=Rgdであり、前記標準抵抗は下記式で求められる。
飽和基準値は、下記式で求められる。
Bmax=Bdc+△B/2
ただし、前記式において、
である。
また、Npは1次側ターン数、Nsは2次側ターン数、Ieは磁束の有効長さ、Aeは変圧器の有効断面積、Bmaxは変圧器の最大磁束密度、Vinは入力電圧、Is,avgは変圧器の2次側平均電流、Bdcは変圧器磁束密度のDC成分である。
すなわち、
となる。
また、飽和基準値(α)は、次のように表現される。
飽和判別部30は、計算された標準抵抗(ΔR’)と飽和基準値(α)を比較し、標準抵抗が飽和基準値よりも小さければ、量産されたDC−DCコンバータは抵抗不良による電流不平衡を発生させない正常に組み立てられたものと判定する。
しかし、標準抵抗が飽和基準値よりも大きければ、量産されたDC−DCコンバータは抵抗不良による電流不平衡を発生させる不良として判定する。
この後、判定された結果を表示部50によって検査者に指示し、製品の良不良の選別が容易になる。
まず、DC−DCコンバータの2次側の出力端にDC電源を印加し(S101)、それぞれの連結部における電圧を測定する(S102)。前記測定された電圧を利用して標準抵抗(ΔR’)を計算するが(S103)、標準抵抗(ΔR’)を計算する前に換算抵抗を計算する。
これは、各部分の電流に対する影響なく、各部分の抵抗値を測定できるようにするためである。前記標準抵抗を計算した後には、閉回路(A、B)における換算抵抗の合計(ΣRleft、ΣRright)をそれぞれ求め、これらの差を求めることによって標準抵抗(ΔR’)を計算する。
上述したように、DC−DCコンバータを駆動せずに出力端にDC電源を印加することにより、容易に2次側電流の不平衡の可否を判断することができる。
20:標準抵抗計算部
30:飽和判別部
40:飽和基準値計算部
50:表示部
60:第1ダイオード
61:第2ダイオード
70:パワーサプライ
Claims (4)
- 2次側がセンタータップ(centertap)であるDC−DCコンバータの2次側電流不平衡を判定する装置であって、
量産されたDC−DCコンバータの出力端にDC電源を印加して各連結部の電圧降下を測定する電圧測定部、
前記電圧測定部で測定された電圧によって標準化された抵抗を計算する標準抵抗(ΔR’)計算部、
飽和基準値を決定する飽和基準値計算部、
前記飽和基準値と標準抵抗を比較して前記コンバータの2次側電流の飽和状態を判定する飽和判別部、
を含むことを特徴とするDC−DCコンバータの2次側電流不平衡判定装置。 - 前記飽和判別部は、
標準抵抗(ΔR’)が飽和基準値(α)未満であれば、電流不平衡を発生させない正常製品として判定し、
前記標準抵抗(ΔR’)が飽和基準値(α)を超えれば、電流不平衡を発生させる不良製品として判定することを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータの2次側電流不平衡判定装置。 - 前記標準抵抗は、それぞれの連結部における電圧を変圧器2次側ワイヤ電圧で割った換算抵抗によって算出されることを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータの2次側電流不平衡判定装置。
- 2次側がセンタータップ(centertap)であるDC−DCコンバータの2次側電流不平衡を判定する方法であって、
前記DC−DCコンバータの出力端にDC電源を印加して各連結部の電圧降下を測定する段階、
連結部で測定された電圧によって標準抵抗(ΔR’)を算出する段階、
飽和基準値(α)を決定する段階、
飽和基準値と標準抵抗を比較する段階、
前記飽和基準値が前記標準抵抗よりも大きければ正常として判定し、飽和基準値が前記標準抵抗よりも小さければ飽和として判定することにより、組み立て好不良を判定する段階、
を含むことを特徴とするDC−DCコンバータの2次側電流不平衡判定方法。
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