JP2013090505A - Dcdcコンバータおよびdcdcコンバータの制御方法 - Google Patents
Dcdcコンバータおよびdcdcコンバータの制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】一次巻線および二次巻線を有し、電圧変換比を決定するトランス(8)と、トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子(4−1、4−2)と、スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、1次巻線側に入力されるDC電圧を所望のDC電圧に変換して2次巻線側に出力させる制御部(3)とを備え、制御部は、一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか1つ以上の計測値に基づいて、スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出し、検出した指標値を抑制するようにスイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整する。
【選択図】図1
Description
従来のDCDCコンバータは、MOSFET、IGBT等のVthのばらつきにより変換効率が低下してしまうという問題、またはトランスの飽和によりMOSFET、IGBT等の半導体スイッチング素子が故障してしまうという問題については、考慮されていない。
図1は、本発明の実施の形態1によるDCDCコンバータの回路図である。図1に示した本実施の形態1におけるDCDCコンバータは、入力電源1から外部負荷2までの要素で構成されている。具体的には、制御部3、一対のスイッチング手段4−1、4−2、トランス8、二次側整流ダイオード9〜12、平滑リアクトル13、コンデンサ14を備えるとともに、電気量の計測手段として、一次側電圧検出回路20、一次側電流検出回路21、二次側電圧検出回路22、二次側電流検出回路23を備えている。
Vtr1:トランス8の一次側電圧
Itr1:トランス8の一次側電流
Vtr2:トランス8の二次側電圧
Itr2:トランス8の二次側電流
Iout:二次側電流検出回路23で検出される電流値。
また、図2にも示しているように、短絡防止のため、デッドタイムtdを設けている。
先の実施の形態1では、Vthのばらつき量の影響を示す指標値を、トランス8の一次巻線側の電流計測値(一次側電流検出回路21による計測値)を用いて検出する場合について説明した。しかしながら、例えば、トランス8が大型であり、飽和しにくいものであった場合には、MOSFETがばらついていても、一次巻線側の電流は、極端には増加しない。このため、先の実施の形態1の方法では、ゲート電圧Vthのばらつき量の影響を正確に検出できない場合が考えられる。
*duty:制御部3によるデューティ目標値であり、オン・オフ制御タイミングに基づく理論的なデューティ値に相当
duty’:一次巻線側の電圧計測値と二次巻線側の電圧計測値に基づいて求めた見かけ上のdutyであり、半導体スイッチング素子の有する個別の特性を加味した実際のデューティ値に相当
N1:トランス8の一次側巻線数
N2:トランス8の二次側巻線数
Claims (8)
- 一次巻線および二次巻線を有し、電圧変換比を決定するトランスと、
前記トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、1次巻線側に入力されるDC電圧を所望のDC電圧に変換して2次巻線側に出力させる制御部と
を備えたDCDCコンバータにおいて、
前記制御部は、一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか1つ以上の計測値に基づいて、前記スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出し、検出した前記指標値を抑制するように前記スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整する
ことを特徴とするDCDCコンバータ。 - 請求項1に記載のDCDCコンバータにおいて、
前記制御部は、前記スイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整することで前記オン・オフ制御のタイミングを調整する
ことを特徴とするDCDCコンバータ。 - 請求項2に記載のDCDCコンバータにおいて、
前記制御部は、前記トランスに流れる一次巻線側の電流計測値が第1の所定値を超えた場合には、前記指標値を調整する必要があると判定し、前記指標値を抑制するように前記スイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整する
ことを特徴とするDCDCコンバータ。 - 請求項3に記載のDCDCコンバータにおいて、
前記制御部は、前記トランスに流れる一次巻線側の電流計測値が前記第1の所定値より大きい第2の所定値を超えた場合には、前記トランスが飽和したと判定し、前記オン・オフ制御の動作を停止する
ことを特徴とするDCDCコンバータ。 - 請求項2に記載のDCDCコンバータにおいて、
前記制御部は、一次巻線側の電圧計測値をV1、二次巻線側の電圧計測値をV2、前記トランス巻線比をN1:N2とした際に、
(V2/V1)×(N1/N2)
により見かけ上のduty値を求めるとともに、前記オン・オフ制御を行った際のタイミングから理論上のduty値を求め、前記理論上のduty値と前記見かけ上のduty値との差の絶対値に相当する誤差が第3の所定値を超えた場合には、前記指標値を調整する必要があると判定し、前記誤差を前記第3の所定値以下とするように前記スイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整する
ことを特徴とするDCDCコンバータ。 - 請求項5に記載のDCDCコンバータにおいて、
前記制御部は、前記誤差が前記第3の所定値より大きい第4の所定値を超えた場合には、前記トランスが飽和したと判定し、前記オン・オフ制御の動作を停止する
ことを特徴とするDCDCコンバータ。 - 請求項3ないし6のいずれか1項に記載のDCDCコンバータにおいて、
前記制御部は、前記指標値を調整する必要があると判定した場合には、一次巻線側の電圧計測値をV1、一次巻線側の電流計測値をI1、二次巻線側の電圧計測値をV2、二次巻線側の電流計測値をI2とした際に、効率ηを
η=(V2×I2)/(V1×I1)
として求め、前記効率ηを所定の期間累積した評価関数を生成し、最適化手法により前記評価関数が最大になるように前記各スイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整する
ことを特徴とするDCDCコンバータ。 - 一次巻線および二次巻線を有し、電圧変換比を決定するトランスと、
前記トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、1次巻線側に入力されるDC電圧を所望のDC電圧に変換して2次巻線側に出力させる制御部と
を備えたDCDCコンバータに適用されるDCDCコンバータの制御方法であって、
前記制御部において、
一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか1つ以上の計測値に基づいて、前記スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出するステップと、
前記検出するステップの判定結果に基づいて、前記指標値を抑制するように前記スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整するステップと
を有することを特徴とするDCDCコンバータの制御方法。
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