JP2013243852A - Series resonant converter system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a series resonant converter system that improves power efficiency without increasing the number of components.SOLUTION: When an inverter circuit in which two legs each comprising upper and lower arms each comprising a switching element having an antiparallel diode and a parallel capacitor are connected in parallel across a DC power supply converts a direct current input from the DC power supply to an alternating current to supply power to a secondary side via a transformer 11 by means of series resonance of a pair of resonant capacitors Ca, Cb on the secondary side of the transformer 11 and a resonant inductance L, a control device 15 turns off either of the switching element of the upper arm of the first or second leg and the switching element of the lower arm of the second or first leg forming a set in an on state first, and after a current flowing through the switching element to be turned off later becomes an exciting current of the transformer, feeds an off signal to that switching element.

Description

本発明は、インダクタンスとキャパシタンスとの直列共振作用を利用した直列共振型コンバータシステムに関する。   The present invention relates to a series resonance type converter system using a series resonance action of inductance and capacitance.

電力変換効率の高いコンバータとして、共振インダクタンスのインダクタンスと共振コンデンサのキャパシタンスとの直列共振を利用した直列共振型コンバータが広く使用されている。   As a converter having high power conversion efficiency, a series resonance type converter using a series resonance of an inductance of a resonance inductance and a capacitance of a resonance capacitor is widely used.

電力変換効率の高い直列共振型コンバータとして、主に共振コンデンサと共振インダクタンスとの直列共振を利用し、1次側のインバータ回路のスイッチング素子を流れる電流がほぼゼロの時にスイッチング素子をスイッチングさせるゼロ電流スイッチングを行うことで、スイッチング損失を低減するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。   As a series resonance type converter with high power conversion efficiency, the zero current that switches the switching element when the current flowing through the switching element of the primary side inverter circuit is almost zero by using the series resonance of the resonance capacitor and the resonance inductance mainly. Some switching loss is reduced by switching (see, for example, Patent Document 1).

また、直列共振型コンバータとして、1次側及び2次側のそれぞれに共振コンデンサを設け、負荷電圧及び負荷電流が大きく変化するときに、共振インダクタンスと共振コンデンサからなる直列共振回路における共振キャパシタンスの大きさが自動的に変更されて、共振電流波形を正弦波状に又は正弦波形に近づけるように改善し、広い負荷範囲にわたって直列共振コンバータの電力効率を向上させるようにしたものがある(特許文献2参照)。   Further, as a series resonance type converter, a resonance capacitor is provided on each of the primary side and the secondary side, and when the load voltage and the load current change greatly, the resonance capacitance in the series resonance circuit including the resonance inductance and the resonance capacitor is large. Is automatically changed to improve the resonance current waveform so that it is sinusoidal or close to a sine waveform, and to improve the power efficiency of the series resonance converter over a wide load range (see Patent Document 2). ).

一般に、フルブリッジのインバータ回路では、スイッチング素子を上下アームとした2個のレグが並列に接続されて構成され、一方のレグの上アームのスイッチング素子と他方のレグの下アームのスイッチング素子とを組にして交互にオンオフ制御し、入力端子から入力される直流を交流に変換するようにしている。   In general, in a full-bridge inverter circuit, two legs having switching elements as upper and lower arms are connected in parallel, and an upper arm switching element on one leg and a lower arm switching element on the other leg are connected. On-off control is alternately performed as a set, and direct current input from the input terminal is converted into alternating current.

その場合、各々のスイッチング素子の駆動信号は、図7に示すように、4個のスイッチング素子のすべてについて、オン時間To固定でオン時間開始点の周波数(周期)を変化させて出力を制御している。いま、一方のレグの上下アームのスイッチング素子がスイッチング素子S1、S2であるとし、他方のレグの上下アームのスイッチング素子がスイッチング素子S3、S4であるとすると、スイッチング素子S1、S4が一方の組、スイッチング素子S2、S3が他方の組となって、交互にオンオフ制御される。   In that case, as shown in FIG. 7, the drive signal of each switching element controls the output by changing the frequency (cycle) of the on-time start point with the on-time To fixed for all four switching elements. ing. Now, assuming that the switching elements of the upper and lower arms of one leg are switching elements S1 and S2, and the switching elements of the upper and lower arms of the other leg are switching elements S3 and S4, the switching elements S1 and S4 are one set. The switching elements S2 and S3 form the other set and are alternately turned on / off.

例えば、時点t1でスイッチング素子S2、S3が同時にオフとなると、次に、時点t2でスイッチング素子S1、S4が同時にオンとなる。そして、時点t3でスイッチング素子S1、S4が同時にオフとなり、時点t4でスイッチング素子S2、S3が同時にオンとなる。以下、時点t5以降においても、同様に、スイッチング素子S1、S4、スイッチング素子S2、S3が組となって、交互にオンオフ制御される。この場合、すべてのスイッチング素子S1、S2、S3、S4のオン時間Toは一定である。スイッチング素子S1、S2をオンするタイミング、及びスイッチング素子S2、S3をオンするタイミングを調整することにより、出力を制御している。   For example, if switching elements S2 and S3 are simultaneously turned off at time t1, then switching elements S1 and S4 are simultaneously turned on at time t2. At time t3, the switching elements S1 and S4 are simultaneously turned off, and at time t4, the switching elements S2 and S3 are simultaneously turned on. Hereinafter, similarly, after the time point t5, the switching elements S1 and S4 and the switching elements S2 and S3 are paired and alternately turned on and off. In this case, the on-time To of all the switching elements S1, S2, S3, S4 is constant. The output is controlled by adjusting the timing of turning on the switching elements S1 and S2 and the timing of turning on the switching elements S2 and S3.

特開2010−4724号公報JP 2010-4724 A 特開2011−114978号公報JP 2011-114978 A

しかし、特許文献1のものは、比較的広い出力電圧範囲で使用可能であるが、出力電圧が低い領域では、1次側のインバータ回路のスイッチング素子がスイッチオフするときにゼロ電流スイッチングとはならず損失が発生する。その損失は、出力電圧が低いほど増加する。これは出力電圧が低くなると、共振コンデンサと共振インダクタンスとの直列共振が行われなくなるからである。   However, although the thing of patent document 1 can be used in a comparatively wide output voltage range, in the area | region where an output voltage is low, when the switching element of the inverter circuit of a primary side switches off, it does not become zero current switching. Loss occurs. The loss increases as the output voltage decreases. This is because when the output voltage is lowered, series resonance between the resonance capacitor and the resonance inductance is not performed.

一方、特許文献2のものでは、広い負荷範囲にわたって電力効率を向上できるものであるが、1次側及び2次側のそれぞれに共振コンデンサが必要となるので、部品点数が多くなりコスト高となる。   On the other hand, in Patent Document 2, the power efficiency can be improved over a wide load range. However, since a resonant capacitor is required on each of the primary side and the secondary side, the number of parts increases and the cost increases. .

また、特許文献1、2のものでは、スイッチング素子がターンオンする際、スイッチング素子の寄生静電容量に蓄えられたエネルギーがターンオンしたスイッチング素子によって消費されるので損失となる。   Further, in Patent Documents 1 and 2, when the switching element is turned on, energy stored in the parasitic capacitance of the switching element is consumed by the turned on switching element, resulting in a loss.

本発明の目的は、部品点数を増加させることなく、電力効率を向上させることができる直列共振型コンバータシステムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a series resonance type converter system capable of improving power efficiency without increasing the number of parts.

請求項1の発明に係る直列共振型コンバータシステムは、スイッチング素子を上下アームとした第1レグと第2レグとが直流電源の間にそれぞれ並列に接続されたブリッジ回路と、前記スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された逆並列ダイオードと、前記スイッチング素子にそれぞれ並列に接続された並列コンデンサとを有し、前記第1又は第2のレグの上アームのスイッチング素子と前記第2又は第1のレグの下アームのスイッチング素子とが組になって交互にオンオフし前記直流電源から入力される直流を交流に変換するインバータ回路と、1次巻線と2次巻線とを有し前記インバータ回路で変換された交流を前記1次巻線に入力し前記2次巻線から出力するトランスと、前記トランスの前記2次巻線の一方端子に接続され、2つの出力端子の間に互いに直列に接続される一対の共振コンデンサと、前記一対の共振コンデンサにそれぞれ並列に接続され各々の共振コンデンサが逆極性に充電されることを防止する一対の逆充電抑制素子と、前記トランスの前記2次巻線の他方端子に接続され、前記2つの出力端子の間に互いに直列に接続されるとともに、前記一対の共振コンデンサから前記直流電源へ電流が帰還されるのを阻止する一対の一方向性素子と、前記一対の共振コンデンサとともに作用して直列共振する共振インダクタンスと、前記組となるスイッチング素子を交互にオンオフ制御するにあたり、オン状態にある前記組となる前記第1又は第2のレグの上アームのスイッチング素子と前記第2又は第1のレグの下アームのスイッチング素子とのいずれか一方を先にオフさせ、前記遅らせてオフさせるスイッチング素子に流れる電流が前記トランスの励磁電流となった後に前記遅らせてオフさせるスイッチング素子をオフさせる制御装置とを備えたことを特徴とする。   A series resonance type converter system according to a first aspect of the present invention includes a bridge circuit in which a first leg and a second leg, each having a switching element as an upper and lower arm, are connected in parallel between DC power sources, and the switching element. An anti-parallel diode connected in anti-parallel, and a parallel capacitor connected in parallel to each of the switching elements, the switching element of the upper arm of the first or second leg, and the second or first The inverter circuit having an inverter circuit which is alternately turned on and off alternately with a switching element of the lower arm of the leg and converts a direct current input from the direct current power source into an alternating current, a primary winding and a secondary winding Connected to one terminal of the secondary winding of the transformer and two transformers that input the alternating current converted in step 1 to the primary winding and output from the secondary winding. A pair of resonance capacitors connected in series between the output terminals, and a pair of reverse charge suppression elements connected in parallel to the pair of resonance capacitors to prevent each resonance capacitor from being charged in reverse polarity; , Connected to the other terminal of the secondary winding of the transformer, connected in series between the two output terminals, and prevents current from being fed back from the pair of resonant capacitors to the DC power source. A pair of unidirectional elements, a resonance inductance that acts in series with the pair of resonant capacitors, and the switching elements that are in the set are alternately turned on and off, and the first set that is in the on state Or one of the switching element of the upper arm of the second leg and the switching element of the lower arm of the second or first leg. It is off, characterized in that the current flowing through the switching element is turned off and a control unit for turning off the switching element to turn off is delayed after said became exciting current of the transformer to delay the.

請求項2の発明に係る直列共振型コンバータシステムは、請求項1の発明において、前記制御装置は、前記遅らせてオフさせるアームのスイッチング素子がオン信号終了後に前記遅らせてオフさせるアームのスイッチング素子と並列に接続される並列コンデンサの放電電流が流れ終えてから前記トランスの励磁電流が前記遅らせてオフさせたアームのスイッチング素子と同じレグの他方のアームのスイッチング素子の逆並列ダイオードに流れる間に前記他方のアームのスイッチング素子及び他方の組のスイッチング素子のオンすべきスイッチング素子にオン信号を与えることを特徴とする。   The series resonance type converter system according to a second aspect of the present invention is the serial resonance type converter system according to the first aspect, wherein the control device includes a switching element of the arm that is delayed and turned off after the switching element of the arm that is turned off and delayed is turned on. While the discharge current of the parallel capacitor connected in parallel finishes flowing, the exciting current of the transformer flows while flowing through the anti-parallel diode of the switching element of the other arm of the same leg as the switching element of the arm that has been delayed and turned off. An ON signal is given to the switching element to be turned on of the switching element of the other arm and the other set of switching elements.

請求項3の発明に係る直列共振型コンバータシステムは、請求項1の発明において、前記制御装置は、前記組となるスイッチング素子のうち先にオフさせるスイッチング素子のオン信号を固定し、前記組となるスイッチング素子のうち遅らせてオフさせるスイッチング素子のオン信号終了後に前記遅らせてオフさせるアームのスイッチング素子と同じレグの他方のアームのスイッチング素子にオン信号を与えるまでの前記遅らせてオフさせるスイッチング素子のデッドタイムを固定することを特徴とする。   A series resonance converter system according to a third aspect of the present invention is the serial resonance type converter system according to the first aspect, wherein the control device fixes an ON signal of a switching element to be turned off first among the switching elements to be the pair, Of the switching elements to be turned off after being delayed until the ON signal is given to the switching elements on the other leg of the same leg as the switching elements of the arm to be turned off after the on signal of the switching element to be turned off is delayed. The dead time is fixed.

請求項4の発明に係る直列共振型コンバータシステムは、請求項1の発明において、前記制御装置は、2個の前記レグのそれぞれについて上下アームのスイッチング素子の双方ともにオン信号を与えない4つのスイッチング素子のデッドタイムそれぞれを固定し、組となる前記一方のレグの上アームのスイッチング素子と前記他方のレグの下アームのスイッチング素子とに同時にオン信号を与えている時間を固定することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a series resonance type converter system according to the first aspect of the invention, wherein the control device provides four switchings in which both of the upper and lower arm switching elements do not give an ON signal for each of the two legs. Each element dead time is fixed, and the time during which an ON signal is simultaneously applied to the switching element of the upper arm of the one leg and the switching element of the lower arm of the other leg is fixed. To do.

請求項5の発明に係る直列共振型コンバータシステムは、請求項2の発明において、前記トランスの励磁電流が流れている逆並列ダイオードよりもインピーダンスが小さい前記スイッチング素子内のスイッチ素子を逆方向に導通させてから順方向に導通させることを特徴とする。   A series resonance type converter system according to a fifth aspect of the present invention is the serial resonance type converter system according to the second aspect of the present invention, wherein the switch element in the switching element having a smaller impedance than the antiparallel diode through which the exciting current of the transformer flows is conducted in the reverse direction. And conducting in the forward direction.

本発明によれば、組となるスイッチング素子を交互にオンオフ制御するにあたり、オン状態にある組となる第1又は第2のレグの上アームのスイッチング素子と第2又は第1のレグの下アームのスイッチング素子とのいずれか一方を先にオフさせ、遅らせてオフさせるスイッチング素子に流れる電流がトランスの励磁電流となった後に、遅らせてオフさせるスイッチング素子オフさせるので、遅れてターンオフするスイッチング素子は、そこに流れる電流を抑制した状態でオフできる。また、共振インダクタンス及びスイッチング素子の逆並列ダイオードや並列コンデンサの作用により、次にターンオンする組となる2個のスイッチング素子の電圧を抑制した状態でオンできる。   According to the present invention, the switching elements of the upper arm of the first or second leg and the lower arm of the second or first leg that are in the set in the on state when alternately switching on and off the switching elements that are the set. The switching element that is turned off later is turned off after the current flowing in the switching element that is turned off and delayed is turned off after the current flowing through the switching element is turned off. , It can be turned off while the current flowing therethrough is suppressed. Moreover, it can turn on in the state which suppressed the voltage of the two switching elements used as the group turned on next by the effect | action of the resonance inductance and the antiparallel diode and parallel capacitor | condenser of a switching element.

本発明の実施形態に係る直列共振型コンバータシステムの構成図。The block diagram of the series resonance type converter system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるスイッチング素子のスイッチ素子のオンオフ制御の一例を示すタイミング図。The timing diagram which shows an example of on-off control of the switch element of the switching element in embodiment of this invention. 図2に示すタイミングで各々のスイッチング素子をオンオフ制御した場合に形成される直列共振型コンバータシステムの回路図。FIG. 3 is a circuit diagram of a series resonant converter system formed when each switching element is on / off controlled at the timing shown in FIG. 2. 図2に示すタイミングで各々のスイッチング素子をオンオフ制御した場合の各々のスイッチング素子の電圧及び電流の波形図。FIG. 3 is a waveform diagram of voltage and current of each switching element when each switching element is on / off controlled at the timing shown in FIG. 2. 図4のT期間の時間軸を引き延ばしたスイッチング素子S1、S2の電圧及び電流の波形図。FIG. 5 is a waveform diagram of voltages and currents of switching elements S1 and S2 obtained by extending the time axis of the T period in FIG. 本発明の実施形態におけるスイッチング素子のオンオフ制御の他の一例を示すタイミング図。The timing diagram which shows another example of on-off control of the switching element in embodiment of this invention. 従来のフルブリッジのインバータ回路のスイッチング素子のオンオフ制御のタイミング図。The timing diagram of on-off control of the switching element of the conventional full bridge inverter circuit.

以下、本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の実施形態に係る直列共振型コンバータシステムの構成図である。   Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a series resonance type converter system according to an embodiment of the present invention.

直列共振型コンバータは、特許文献1の図5に示されたものとほぼ同じものであり、特許文献1の1次側のインバータ回路を構成するスイッチング素子の帰還ダイオードが本発明の実施形態の逆並列ダイオードに相当する。すなわち、本発明の実施形態の逆並列ダイオードは、スイッチング素子の内蔵ダイオードまたはスイッチング素子のスイッチ素子に逆並列接続された逆並列ダイオードに相当する。また、本発明の実施形態の並列コンデンサは、スイッチング素子の寄生静電容量またはスイッチング素子のスイッチ素子に並列接続されたコンデンサに相当する。特許文献1では並列コンデンサを図示していないが、本発明の実施形態では並列コンデンサの動作も考慮する必要があるため並列コンデンサを明確に図示している。   The series resonance type converter is almost the same as that shown in FIG. 5 of Patent Document 1, and the feedback diode of the switching element constituting the primary side inverter circuit of Patent Document 1 is the reverse of the embodiment of the present invention. Corresponds to a parallel diode. That is, the antiparallel diode of the embodiment of the present invention corresponds to an antiparallel diode connected in antiparallel to the built-in diode of the switching element or the switch element of the switching element. The parallel capacitor according to the embodiment of the present invention corresponds to a parasitic capacitance of the switching element or a capacitor connected in parallel to the switching element of the switching element. Although the parallel capacitor is not shown in Patent Document 1, the parallel capacitor is clearly illustrated in the embodiment of the present invention because it is necessary to consider the operation of the parallel capacitor.

本発明の実施形態では、スイッチング素子の逆並列ダイオード及び並列コンデンサを考慮に入れて、制御装置は、スイッチング素子がターンオンする直前にスイッチング素子の両端の電圧をほぼゼロにし、広い出力電圧範囲で使用した場合でも4個のスイッチング素子のうち、2個のスイッチング素子のターンオフ時のスイッチング損失を低減できるように、スイッチング素子のオンオフ制御を行うものである。   In an embodiment of the present invention, taking into account the anti-parallel diode and parallel capacitor of the switching element, the control device makes the voltage across the switching element almost zero just before the switching element is turned on, and is used in a wide output voltage range. Even in this case, of the four switching elements, on / off control of the switching elements is performed so that the switching loss at the time of turning off the two switching elements can be reduced.

図1において、まず、直列共振型コンバータについて説明する。直列共振型コンバータの1次側と2次側とは、1次巻線11a及び2次巻線11bを有したトランス11を介して接続されている。   In FIG. 1, first, a series resonance type converter will be described. The primary side and the secondary side of the series resonant converter are connected via a transformer 11 having a primary winding 11a and a secondary winding 11b.

トランス11の1次側は、入力端子側に直流電源12に並列に接続されたインバータ回路13を有する。インバータ回路13は、スイッチング素子S1を上アームとしスイッチング素子S2を下アームとしたレグ14aと、スイッチング素子S3を上アームとしスイッチング素子S4を下アームとしたレグ14bとを直流電源12の間に並列に接続してブリッジ回路(フルブリッジ回路)を構成している。   The primary side of the transformer 11 has an inverter circuit 13 connected in parallel to the DC power source 12 on the input terminal side. The inverter circuit 13 includes a leg 14 a having a switching element S 1 as an upper arm and a switching element S 2 as a lower arm, and a leg 14 b having a switching element S 3 as an upper arm and the switching element S 4 as a lower arm, in parallel between the DC power supplies 12. To form a bridge circuit (full bridge circuit).

スイッチング素子S1、S2は、スイッチ素子Q1、Q2に並列に逆並列ダイオードD1、D2及び並列コンデンサC1、C2を有している。同様に、スイッチング素子S3、S4は、スイッチ素子Q3、Q4に並列に逆並列ダイオードD3、D4及び並列コンデンサC3、C4を有している。   The switching elements S1 and S2 include antiparallel diodes D1 and D2 and parallel capacitors C1 and C2 in parallel with the switching elements Q1 and Q2. Similarly, the switching elements S3 and S4 have antiparallel diodes D3 and D4 and parallel capacitors C3 and C4 in parallel with the switching elements Q3 and Q4.

インバータ回路13は、一方のレグ14a(14b)の上アームのスイッチング素子S1(S3)と他方のレグ14b(14a)の下アームのスイッチング素子S4(S2)とが組になって交互にオンオフする。すなわち、スイッチング素子S1、S4が組となり、スイッチング素子S3、S2が組となって、交互にオンオフし、直流電源12から入力される直流を交流に変換する。   The inverter circuit 13 is alternately turned on and off in pairs with the switching element S1 (S3) of the upper arm of one leg 14a (14b) and the switching element S4 (S2) of the lower arm of the other leg 14b (14a). . That is, the switching elements S1 and S4 form a pair, and the switching elements S3 and S2 form a pair, which are alternately turned on and off to convert the direct current input from the direct current power source 12 into alternating current.

また、スイッチング素子S1、S2の接続点は、共振インダクタンスLを介してトランス11の1次巻線11aの一方端子に接続され、スイッチング素子S3、S4の接続点は、トランス11の1次巻線11aの他方端子に接続される。これにより、インバータ回路13で変換された交流はトランス11の1次巻線11aからトランス11の2次巻線11bに出力され、2次側に供給される。   The connection point between the switching elements S1 and S2 is connected to one terminal of the primary winding 11a of the transformer 11 via the resonance inductance L, and the connection point between the switching elements S3 and S4 is the primary winding of the transformer 11. 11a is connected to the other terminal. Thereby, the alternating current converted by the inverter circuit 13 is output from the primary winding 11a of the transformer 11 to the secondary winding 11b of the transformer 11 and supplied to the secondary side.

トランス11の2次側は、一対の共振コンデンサCa、Cb、この一対の共振コンデンサCa、Cbにそれぞれ並列接続された逆充電抑制ダイオードDa、Db、一対の一方向性素子Dc、Dd、及び出力端子側に平滑コンデンサCcを有する。一対の逆充電抑制ダイオードDa、Dbは、各々の共振コンデンサCa、Cbが逆極性に充電されることを防止するものである。   The secondary side of the transformer 11 includes a pair of resonance capacitors Ca and Cb, reverse charge suppression diodes Da and Db connected in parallel to the pair of resonance capacitors Ca and Cb, a pair of unidirectional elements Dc and Dd, and an output. A smoothing capacitor Cc is provided on the terminal side. The pair of reverse charge suppression diodes Da and Db prevent the resonance capacitors Ca and Cb from being charged with reverse polarity.

共振コンデンサCa、Cbは、トランス11の2次巻線の一方端へ接続され、負荷が接続される2つの出力端子の間に互いに直列に接続される。この共振コンデンサCa、Cbは共振インダクタンスLとともに作用して直列共振する。一方向性素子Dc、Ddは、トランス11の2次巻線11bの他方端子に接続され、2つの出力端子の間に互いに直列に接続されるとともに、一対の共振コンデンサCa、Cbから直流電源12へ電流が帰還されるのを阻止する。なお、共振インダクタンスLはトランス11の2次巻線11b側に接続されてもよい。   The resonant capacitors Ca and Cb are connected to one end of the secondary winding of the transformer 11 and connected in series between two output terminals to which a load is connected. The resonant capacitors Ca and Cb act together with the resonant inductance L to resonate in series. The unidirectional elements Dc and Dd are connected to the other terminal of the secondary winding 11b of the transformer 11, connected in series between the two output terminals, and connected to the DC power source 12 from the pair of resonance capacitors Ca and Cb. To prevent the current from being fed back. The resonance inductance L may be connected to the secondary winding 11b side of the transformer 11.

制御装置15は、組となる一方のレグ14a(14b)の上アームのスイッチング素子S1(S3)と他方のレグ14b(14a)の下アームのスイッチング素子S4(S2)とのいずれか一方のターンオフを遅らせ、組となるスイッチング素子を交互にオンオフ制御する。   The control device 15 turns off one of the switching element S1 (S3) of the upper arm of one leg 14a (14b) and the switching element S4 (S2) of the lower arm of the other leg 14b (14a). , And the on / off control of the paired switching elements is performed alternately.

例えば、一方のレグ14a(14b)の上アームのスイッチング素子S1(S3)を先にターンオフさせた場合には、組となる他方のレグ14b(14a)の下アームのスイッチング素子S4(S2)を遅れてターンオフさせる。   For example, when the switching element S1 (S3) of the upper arm of one leg 14a (14b) is turned off first, the switching element S4 (S2) of the lower arm of the other leg 14b (14a) is turned off. Turn off late.

あるいは、一方のレグ14a(14b)の下アームのスイッチング素子S2(S4)を先にターンオフさせた場合には、組となる他方のレグ14b(14a)の上アームのスイッチング素子S4(S1)を遅れてターンオフさせる。また、これらの組合せで組となるスイッチング素子を交互にオンオフ制御する。   Alternatively, when the switching element S2 (S4) of the lower arm of one leg 14a (14b) is turned off first, the switching element S4 (S1) of the upper arm of the other leg 14b (14a) to be paired is turned on. Turn off late. In addition, the switching elements forming a set with these combinations are alternately turned on and off.

以下の説明では、一方のレグ14bの下アームのスイッチング素子S4を先にターンオフさせ、組となる他方のレグ14aの上アームのスイッチング素子S1を遅れてターンオフさせるとともに、一方のレグ14bの上アームのスイッチング素子S3を先にターンオフさせ、組となる他方のレグ14aの下アームのスイッチング素子S2を遅れてターンオフさせる場合について説明する。   In the following description, the switching element S4 of the lower arm of one leg 14b is turned off first, the switching element S1 of the upper arm of the other leg 14a in the pair is turned off with delay, and the upper arm of one leg 14b is turned off. A case will be described in which the switching element S3 is turned off first, and the switching element S2 of the lower arm of the other leg 14a in the pair is turned off with a delay.

図2は、本発明の実施形態におけるスイッチング素子のスイッチ素子のオンオフ制御の一例を示すタイミング図である。図7に示した従来例に対し、すべてのスイッチング素子S1、S2、S3、S4のオン時間Toを固定することに代えて、レグ14bの下アームのスイッチング素子S4のオン時間To、及びレグ14bの上アームのスイッチング素子S3のオン時間Toを固定し、レグ14aの上下アームのスイッチング素子S1、S2が双方ともオフしているデッドタイムTdを固定としたものである。ここで、デッドタイムは、同じレグの上下アームのスイッチング素子S1、S2が同時に導通しないように、一方のスイッチング素子S1(S2)のスイッチ素子Q1(Q2)がオフした後に他方のスイッチング素子S2(S1)のスイッチ素子Q2(Q1)を遅らせてオンさせるときに必要とする所定時間である。   FIG. 2 is a timing chart showing an example of on / off control of the switch element of the switching element in the embodiment of the present invention. In contrast to the conventional example shown in FIG. 7, instead of fixing the on-time To of all the switching elements S1, S2, S3, S4, the on-time To of the switching element S4 of the lower arm of the leg 14b and the leg 14b The on-time To of the upper-arm switching element S3 is fixed, and the dead time Td during which both the upper- and lower-arm switching elements S1 and S2 of the leg 14a are off is fixed. Here, the dead time is such that the switching element S1 (Q2) of one switching element S1 (S2) is turned off and then the other switching element S2 ( This is a predetermined time required when the switch element Q2 (Q1) of S1) is delayed and turned on.

図2に示すように、時点t1で、組となるスイッチング素子S1のスイッチ素子Q1とスイッチング素子S4のスイッチ素子Q4とに同時にターンオンさせるためのオン信号を与え、固定のオン時間Toが経過した時点t2で、スイッチング素子S4を先にターンオフさせる。   As shown in FIG. 2, at time t1, when an ON signal for simultaneously turning on the switching element Q1 of the switching element S1 and the switching element Q4 of the switching element S4 is given, and a fixed on-time To elapses. At t2, the switching element S4 is turned off first.

スイッチング素子のターンオフは、オン信号が継続して与えられているときにオン状態を保つ素子である場合には、オン信号を与えるのをやめてターンオフさせる。一方、一旦オン状態になるとオン状態を保持する素子である場合には、オフ信号を与えてターンオフさせる。   When the switching element is an element that maintains the on state when the on signal is continuously applied, the switching element is turned off by stopping the application of the on signal. On the other hand, if the element is in an on state once it is on, it is turned off by applying an off signal.

スイッチング素子S4を先にターンオフさせた後の時点t3でスイッチング素子S1のスイッチ素子Q1をターンオフさせる。スイッチング素子S1のスイッチ素子Q1のオン信号を終了してスイッチ素子Q1がオフした時点t3では、オフしたスイッチング素子S1と同じレグ14bの他方のスイッチング素子S2はオフ状態である。   At time t3 after the switching element S4 is turned off first, the switching element Q1 of the switching element S1 is turned off. At the time t3 when the ON signal of the switching element Q1 of the switching element S1 is finished and the switching element Q1 is turned OFF, the other switching element S2 of the same leg 14b as the OFF switching element S1 is in the OFF state.

そこで、時点t3から固定のデッドタイムTdが経過した時点4で、別の組となるスイッチング素子S2のスイッチ素子Q2とスイッチング素子S3のスイッチ素子Q3とに同時にオンさせるためのオン信号を与える。その後、固定のオン時間Toが経過した時点t5で、スイッチング素子S3を先にターンオフさせる。さらに、その後の時点t6でスイッチング素子S2をターンオフさせる。   Therefore, at a time point 4 when the fixed dead time Td has elapsed from the time point t3, an ON signal for simultaneously turning on the switching element Q2 of the switching element S2 and the switching element Q3 of the switching element S3 which are in another set is given. Thereafter, at the time t5 when the fixed on-time To elapses, the switching element S3 is first turned off. Further, the switching element S2 is turned off at a subsequent time point t6.

以下、同様に、時点t6から固定のデッドタイムTdが経過した時点t7で、組となるスイッチング素子S1のスイッチ素子Q1とスイッチング素子S4のスイッチ素子Q4とに同時にオンさせるためのオン信号を与え、固定のオン時間Toが経過した時点t8で、スイッチング素子S4を先にターンオフさせる。その後の時点t9でスイッチング素子S1をターンオフさせる。時点t10以降も同様である。   Hereinafter, similarly, at time t7 when the fixed dead time Td has elapsed from time t6, an on signal for simultaneously turning on the switching element Q1 of the switching element S1 and the switching element Q4 of the switching element S4 is given, At time t8 when the fixed on-time To elapses, the switching element S4 is turned off first. Thereafter, at time t9, the switching element S1 is turned off. The same applies after time t10.

これにより、遅らせてオフさせるスイッチング素子に流れる電流がトランスの励磁電流となった後に、遅らせてオフさせるスイッチング素子をオフさせるので、遅れてオフするスイッチング素子S1(S2)に流れる電流を抑制する。そして、電流が抑制された状態でターンオフする。また、共振インダクタンスL及びスイッチング素子S1〜S4の逆並列ダイオードD1〜D4や並列コンデンサC1〜C4の作用により、次にターンオンする組となる2個のスイッチング素子S2、S3(S1、S4)のスイッチング素子の電圧も抑制する。そして、電圧を抑制した状態でターンオンする。   Thus, after the current flowing through the switching element that is turned off with delay becomes the exciting current of the transformer, the switching element that is turned off with delay is turned off, so that the current flowing through the switching element S1 (S2) that is turned off later is suppressed. And it turns off in the state by which the electric current was suppressed. Further, the switching of the two switching elements S2, S3 (S1, S4) to be turned on next by the action of the resonance inductance L and the antiparallel diodes D1 to D4 of the switching elements S1 to S4 and the parallel capacitors C1 to C4. The voltage of the element is also suppressed. And it turns on in the state which suppressed the voltage.

次に、直列共振型コンバータシステムの出力電圧Eoが低い場合の動作について説明する。図3は、図2に示すタイミングで各々のスイッチング素子S1、S2、S3、S4をオンオフ制御した場合に形成される直列共振型コンバータシステムの回路図、図4は、そのスイッチング素子S1、S2、S3、S4の電圧及び電流の波形図、図5は、図4のT期間の時間軸を引き延ばしたスイッチング素子S1、S2の電圧及び電流の波形図である。   Next, an operation when the output voltage Eo of the series resonance type converter system is low will be described. FIG. 3 is a circuit diagram of a series resonant converter system formed when each switching element S1, S2, S3, S4 is controlled to be turned on and off at the timing shown in FIG. 2, and FIG. 4 shows the switching elements S1, S2, FIG. 5 is a waveform diagram of the voltages and currents of the switching elements S1 and S2 obtained by extending the time axis of the T period in FIG.

いま、図1に示す直列共振型コンバータシステムのスイッチング素子S2のスイッチ素子Q2、及びスイッチング素子S3のスイッチ素子Q3の双方がオフしており、スイッチング素子S1のスイッチ素子Q1、及びスイッチング素子S4のスイッチ素子Q4の双方がオンしているとする。スイッチング素子S1のスイッチ素子Q1、及びスイッチング素子S4のスイッチ素子Q4の双方がオンしている状態のうち、図4の時点t1から時点t2における状態では、図3(a)に示す回路が形成され、共振インダクタンスLと共振コンデンサCa、Cbとの共振によって正弦波状の電流が流れている。図3(a)の矢印は電流の向きを示している。   Now, both the switching element Q2 of the switching element S2 and the switching element Q3 of the switching element S3 of the series resonant converter system shown in FIG. 1 are off, and the switching element Q1 of the switching element S1 and the switch of the switching element S4 Assume that both of the elements Q4 are turned on. Among the states where both the switching element Q1 of the switching element S1 and the switching element Q4 of the switching element S4 are turned on, the circuit shown in FIG. 3A is formed in the state from the time point t1 to the time point t2 in FIG. A sinusoidal current flows due to resonance between the resonance inductance L and the resonance capacitors Ca and Cb. The arrow in FIG. 3A indicates the direction of current.

出力電圧Eoが低いことから、この状態で、図4の時点t2において、共振コンデンサCbが出力電圧Eoまで充電され、共振コンデンサCaが0Vまで放電されると、図3(b)の回路が形成される。すなわち、逆充電抑制ダイオードDa、Ddが導通し、共振コンデンサCa、Cbに電流が流れなくなり共振は止まる。つまり、共振インダクタンスLには入力電圧Ein−(N1/N2)Eoの電圧が印加され電流は直線状になる。なお、N1/N2はトランスTの巻数比である。この場合、出力電圧Eoが低いほど電流が減少しなくなる。   Since the output voltage Eo is low, in this state, when the resonance capacitor Cb is charged to the output voltage Eo and the resonance capacitor Ca is discharged to 0 V at time t2 in FIG. 4, the circuit of FIG. 3B is formed. Is done. That is, the reverse charge suppression diodes Da and Dd are turned on, and no current flows through the resonance capacitors Ca and Cb, so that resonance stops. That is, the resonance inductance L is applied with the voltage of the input voltage Ein− (N1 / N2) Eo, and the current becomes linear. N1 / N2 is the turn ratio of the transformer T. In this case, the current does not decrease as the output voltage Eo decreases.

次に、図4の時点t3でスイッチング素子S4のスイッチ素子Q4が先にオフしたとすると、図3(c)の回路が形成される。スイッチング素子S1のスイッチ素子Q1を介して電流が流れ、共振インダクタンスLとスイッチング素子S3、S4の並列コンデンサC3、C4との共振によって、並列コンデンサC4の電圧は上昇し、並列コンデンサC3の電圧は下降する。   Next, assuming that the switching element Q4 of the switching element S4 is turned off first at time t3 in FIG. 4, the circuit in FIG. 3C is formed. A current flows through the switching element Q1 of the switching element S1, and the voltage of the parallel capacitor C4 increases and the voltage of the parallel capacitor C3 decreases due to resonance between the resonance inductance L and the parallel capacitors C3 and C4 of the switching elements S3 and S4. To do.

そして、並列コンデンサC3の電圧が0Vになると、図3(d)の回路が形成され、スイッチング素子S3の逆並列ダイオードD3が導通し、トランスTに印加される電圧はほぼ0Vとなり、共振インダクタンスLに印加される電圧は−(N1/N2)Eoとなる。そのため、電流は直線的に下降していく(図4の時点t3〜t4)。   Then, when the voltage of the parallel capacitor C3 becomes 0V, the circuit of FIG. 3D is formed, the antiparallel diode D3 of the switching element S3 becomes conductive, the voltage applied to the transformer T becomes almost 0V, and the resonance inductance L The voltage applied to is-(N1 / N2) Eo. Therefore, the current decreases linearly (time points t3 to t4 in FIG. 4).

逆充電抑制ダイオードDaと一方向性素子Ddの電流が0Aになると、逆充電抑制ダイオードDa、Dbが遮断され2次側に電流が流れなくなる。これにより、図3(e)の回路が形成される。このとき、スイッチ素子Q1と並列ダイオードD3にトランスTの励磁電流が流れている。この励磁電流が流れている状態でスイッチング素子S1のスイッチ素子Q1をオフすると、励磁電流は微少であるから事実上、ゼロ電流でターンオフできる。   When the currents of the reverse charge suppression diode Da and the unidirectional element Dd become 0 A, the reverse charge suppression diodes Da and Db are cut off and no current flows on the secondary side. Thereby, the circuit of FIG. 3E is formed. At this time, the exciting current of the transformer T flows through the switch element Q1 and the parallel diode D3. If the switching element Q1 of the switching element S1 is turned off in a state where this exciting current is flowing, the exciting current is very small, so that it can be practically turned off with zero current.

次に、図4の時点t5でスイッチング素子S1のスイッチ素子Q1がオフしたとすると、図3(f)の回路が形成され、共振インダクタンスLと並列コンデンサC1、C2による共振で並列コンデンサC1の電圧が上昇するとともに、並列コンデンサC2の電圧が下降する。このとき、共振コンデンサCa、Cbにも電流が流れるが、共振コンデンサCa、Cbの容量は、並列コンデンサC1、C2の容量よりはるかに大きいため共振にはほとんど影響しない。従って、トランスの励磁インダクタンスの値を調整し、適切な励磁電流の値にしていると並列コンデンサC2の電圧を0Vまで下げることができる。この場合、スイッチング素子S2の並列コンデンサC2に蓄えられたエネルギーは、直流電源12に回生されるのでほとんど損失とならない。   Next, if the switching element Q1 of the switching element S1 is turned off at time t5 in FIG. 4, the circuit of FIG. 3 (f) is formed, and the voltage of the parallel capacitor C1 is generated by resonance by the resonance inductance L and the parallel capacitors C1 and C2. Increases, and the voltage of the parallel capacitor C2 decreases. At this time, a current also flows through the resonance capacitors Ca and Cb. However, since the capacitances of the resonance capacitors Ca and Cb are much larger than the capacitances of the parallel capacitors C1 and C2, the resonance is hardly affected. Therefore, the voltage of the parallel capacitor C2 can be lowered to 0V by adjusting the value of the excitation inductance of the transformer to an appropriate value of the excitation current. In this case, the energy stored in the parallel capacitor C2 of the switching element S2 is regenerated in the DC power source 12, and therefore hardly loses.

図5において、時点t5でスイッチング素子S1のスイッチ素子Q1がオフしたとすると、共振インダクタンスLと並列コンデンサC1、C2による共振で、スイッチング素子S1の並列コンデンサC1が充電されるため、スイッチング素子S1にはまだ電流が流れている。時点t51で、並列コンデンサC1の充電が終わり、スイッチング素子S1に電流が流れなくなると、スイッチング素子S1の両端の電圧は入力電圧Einとなる。スイッチング素子S1のスイッチ素子Q1がオフしてから、並列コンデンサC1に電流が流れなくなるまで、すなわちスイッチング素子S1に電流が流れなくなるまでの時間が最小デッドタイムTd0である。   In FIG. 5, if the switching element Q1 of the switching element S1 is turned off at time t5, the parallel capacitor C1 of the switching element S1 is charged due to resonance by the resonance inductance L and the parallel capacitors C1 and C2. Still has current. When charging of the parallel capacitor C1 ends at time t51 and no current flows through the switching element S1, the voltage across the switching element S1 becomes the input voltage Ein. The time from when the switching element Q1 of the switching element S1 is turned off until no current flows through the parallel capacitor C1, that is, until no current flows through the switching element S1, is the minimum dead time Td0.

一方、スイッチング素子S1と同じレグのスイッチング素子S2は、時点t5でスイッチング素子S1のスイッチ素子Q1がオフしたとすると、共振インダクタンスLと並列コンデンサC1、C2による共振で、スイッチング素子S2の並列コンデンサC2が放電して並列コンデンサC2の電圧が下降する。そして、時点t51で、並列コンデンサC2が放電し終え、並列コンデンサC2の電圧が0Vとなると逆並列ダイオードD2が導通し、図3(g)に示す回路が形成される。   On the other hand, if the switching element S2 of the same leg as the switching element S1 is turned off at the time t5, the switching element S1 is turned off by the resonance inductance L and the parallel capacitors C1 and C2, and the parallel capacitor C2 of the switching element S2. Is discharged and the voltage of the parallel capacitor C2 drops. At time t51, the parallel capacitor C2 is completely discharged, and when the voltage of the parallel capacitor C2 becomes 0 V, the antiparallel diode D2 is turned on, and the circuit shown in FIG. 3G is formed.

この逆並列ダイオードD2が導通しているとき、つまり、スイッチング素子S1のスイッチ素子Q1がオフしてから最小デッドタイムTd0を経過した後の時点t6にスイッチング素子S2のスイッチ素子Q2にオン信号を与えて導通可能な状態にさせるように、デッドタイムTdを設定する。逆並列ダイオードD2が導通しているときにスイッチング素子S2のスイッチ素子Q2を順方向に導通可能な状態にするので、スイッチ素子Q2は順方向に電流が流れ始めるときにゼロ電圧でオンできる。   When the anti-parallel diode D2 is conducting, that is, an on signal is given to the switching element Q2 of the switching element S2 at the time t6 after the minimum dead time Td0 has elapsed since the switching element Q1 of the switching element S1 is turned off. Thus, the dead time Td is set so as to be in a conductive state. Since the switching element Q2 of the switching element S2 is rendered conductive in the forward direction when the antiparallel diode D2 is conducting, the switching element Q2 can be turned on with zero voltage when current starts to flow in the forward direction.

以上のように、本発明の実施形態では、オンしているスイッチング素子S1のスイッチ素子Q1を励磁電流分のみが流れる状態の時点t5でオフする。スイッチング素子S1をオフするタイミングは、スイッチング素子S1がスイッチング素子S4より遅れてオフするタイミングであり、デッドタイムTdを適切に設定することで決められる。デッドタイムTdは、スイッチング素子S1のスイッチ素子Q1がオフしてからスイッチング素子S2のスイッチ素子Q2を導通可能な状態にする時点までの時間である。   As described above, in the embodiment of the present invention, the switch element Q1 of the switching element S1 that is turned on is turned off at the time t5 when only the excitation current flows. The timing at which the switching element S1 is turned off is the timing at which the switching element S1 is turned off later than the switching element S4, and is determined by appropriately setting the dead time Td. The dead time Td is the time from when the switching element Q1 of the switching element S1 is turned off to when the switching element Q2 of the switching element S2 is brought into a conductive state.

このようにして、次に、ターンオンするスイッチング素子S2の電圧をゼロまで降下させ、スイッチング素子S2の電圧がゼロとなった時点t51以降で逆並列ダイオードD2が導通している時点t6でスイッチング素子S2にオン信号を与えて導通可能な状態にする。従って、スイッチング素子S2はゼロ電圧でターンオンできるので、スイッチング損失が発生しない。   In this way, the voltage of the switching element S2 to be turned on is lowered to zero, and the switching element S2 is turned on at the time t6 when the antiparallel diode D2 is turned on after the time t51 when the voltage of the switching element S2 becomes zero. An ON signal is given to make it conductive. Accordingly, the switching element S2 can be turned on with zero voltage, so that no switching loss occurs.

図5に示すように逆並列ダイオードD2が導通している時点t6でスイッチング素子S2にオン信号を与えて導通可能な状態にすると、スイッチング素子のスイッチ素子が逆方向に導通可能な素子である場合に、スイッチ素子のインピーダンスが逆並列ダイオードよりも小さければ電流がスイッチ素子を逆方向に電流に流れる。このスイッチ素子に流れる逆方向の電流がゼロになるとスイッチ素子を順方向に導通する。逆並列ダイオードよりもインピーダンスが小さいスイッチ素子に電流が流れることで電流損失を減らすことができる。   As shown in FIG. 5, when the switching element S2 is turned on by applying an ON signal to the switching element S2 at time t6 when the antiparallel diode D2 is conducting, the switching element of the switching element is an element capable of conducting in the reverse direction. In addition, if the impedance of the switch element is smaller than that of the antiparallel diode, a current flows through the switch element in the reverse direction. When the reverse current flowing through the switch element becomes zero, the switch element is conducted in the forward direction. The current loss can be reduced by the current flowing through the switch element having a smaller impedance than the antiparallel diode.

以上の説明では、レグ14bの上下アームのスイッチング素子S3、S4のオン時間Toを固定し、レグ14aの上下アームのスイッチング素子S1、S2が双方ともオフしているデッドタイムTdを固定としたが、レグ14aの上下アームのスイッチング素子S1、S2とのオン時間Toを固定し、レグ14bの上下アームのスイッチング素子S3、S4が双方ともオフしているデッドタイムTdを固定した場合も同様である。また、2個のレグ14a、14bの上アームのスイッチング素子S1、S3のオン時間Toを固定し、レグ14a、14bの下アームのスイッチング素子S2、S4のデッドタイムTd、すなわち下アームのスイッチング素子S2(S4)のスイッチ素子Q2(Q4)をオフしてからもう一方の上アームのスイッチング素子S1(S3)のスイッチ素子Q1(Q3)を導通可能な状態にするまでの時間を固定としてもよい。同様に、2個のレグ14a、14bの下アームのスイッチング素子S2、S4のオン時間Toを固定し、レグ14a、14bの上アームのスイッチング素子S1、S3のデッドタイムTdを固定としてもよい。また、図6に示すように、2個のレグのそれぞれについて上下アームのスイッチング素子のデッドタイムを固定し、組となる一方のレグの上アームのスイッチング素子と他方のレグの下アームのスイッチング素子とが同時にオンしているオン時間を固定するようにしてもよい。   In the above description, the ON time To of the switching elements S3 and S4 of the upper and lower arms of the leg 14b is fixed, and the dead time Td during which both the switching elements S1 and S2 of the upper and lower arms of the leg 14a are OFF is fixed. The same applies to the case where the ON time To with the switching elements S1, S2 of the upper and lower arms of the leg 14a is fixed and the dead time Td during which both the switching elements S3, S4 of the upper and lower arms of the leg 14b are OFF is fixed. . The on-time To of the switching elements S1 and S3 of the upper arms of the two legs 14a and 14b is fixed, and the dead time Td of the switching elements S2 and S4 of the lower arms of the legs 14a and 14b, that is, the switching elements of the lower arm The time from when the switching element Q2 (Q4) of S2 (S4) is turned off to when the switching element Q1 (Q3) of the switching element S1 (S3) of the other upper arm is rendered conductive may be fixed. . Similarly, the on-time To of the switching elements S2 and S4 of the lower arms of the two legs 14a and 14b may be fixed, and the dead time Td of the switching elements S1 and S3 of the upper arms of the legs 14a and 14b may be fixed. Also, as shown in FIG. 6, the dead time of the upper and lower arm switching elements is fixed for each of the two legs, and the upper arm switching element of one leg and the lower arm switching element of the other leg are combined. You may make it fix the ON time which is ON simultaneously.

図6は、本発明の実施形態におけるスイッチング素子のオンオフ制御の他の一例を示すタイミング図である。図6に示すように、スイッチング素子S1、S2のデッドタイムTd、スイッチング素子S3、S4のデッドタイムTdを固定とし、スイッチング素子S1(S2)と、スイッチング素子S4(S3)とが同時にオンするオン時間Toが一定となるよう位相をずらして(位相シフト)周波数変調を行う。この場合も、図2で示した場合と同様の作用効果が得られる。   FIG. 6 is a timing chart showing another example of the on / off control of the switching element in the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the dead time Td of the switching elements S1, S2 and the dead time Td of the switching elements S3, S4 are fixed, and the switching element S1 (S2) and the switching element S4 (S3) are turned on simultaneously. Frequency modulation is performed by shifting the phase (phase shift) so that the time To becomes constant. In this case, the same effect as that shown in FIG. 2 can be obtained.

なお、本発明の実施形態において、組となる第1又は第2のレグの上アームのスイッチング素子S1(S3)のスイッチ素子Q1(Q3)と第2又は第1のレグの下アームのスイッチング素子S4(S2)のスイッチ素子Q4(Q2)とに同時にオン信号を与えている例を示したが、逆並列ダイオードD1(D3)と逆並列ダイオードD4(D2)とに電流が流れている期間であれば同時でなくてもよい。   In the embodiment of the present invention, the switching element Q1 (Q3) of the switching element S1 (S3) of the upper arm of the first or second leg and the switching element of the lower arm of the second or first leg that form a pair. Although an example in which an ON signal is simultaneously applied to the switching element Q4 (Q2) of S4 (S2) has been shown, the current flows in the antiparallel diode D1 (D3) and the antiparallel diode D4 (D2). It does not have to be at the same time.

このように、本発明の実施形態によれば、特許文献1の図5に示される直列共振型コンバータに対して、スイッチング素子がターンオンする直前にスイッチング素子に印加する電圧をほぼゼロにする機能(ゼロ電圧スイッチング)と、広い出力電圧範囲で使用した場合でも4個のスイッチング素子のうち2個のスイッチング素子のターンオフ時のスイッチング損失を低減できる機能とを制御装置15に持たせので、部品点数を増加させることなく、ターンオフ時やターンオン時の電力損失を軽減でき電力効率を向上できる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, with respect to the series resonant converter shown in FIG. 5 of Patent Document 1, the function of making the voltage applied to the switching element almost zero immediately before the switching element is turned on ( Zero voltage switching) and the ability to reduce the switching loss at the time of turn-off of two of the four switching elements even when used in a wide output voltage range, the control device 15 has the number of parts. Without increasing it, power loss at turn-off or turn-on can be reduced and power efficiency can be improved.

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   The embodiments of the present invention are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11…トランス、11a…1次巻線、11b…2次巻線、12…直流電源、13…インバータ回路、S1〜S4…スイッチング素子、14…レグ、Q1〜Q4…スイッチ素子、D1〜D4…逆並列ダイオード、C1〜C4…並列コンデンサ、L…共振インダクタンス、Ca、Cb…共振コンデンサ、Da、Db…逆充電抑制ダイオード、Dc、Dd…一方向性素子、Cc…平滑コンデンサ、15…制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Transformer, 11a ... Primary winding, 11b ... Secondary winding, 12 ... DC power supply, 13 ... Inverter circuit, S1-S4 ... Switching element, 14 ... Leg, Q1-Q4 ... Switch element, D1-D4 ... Reverse parallel diode, C1 to C4 ... Parallel capacitor, L ... Resonance inductance, Ca, Cb ... Resonance capacitor, Da, Db ... Reverse charge suppression diode, Dc, Dd ... Unidirectional element, Cc ... Smoothing capacitor, 15 ... Controller

Claims (5)

スイッチング素子を上下アームとした第1レグと第2レグとが直流電源の間にそれぞれ並列に接続されたブリッジ回路と、前記スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された逆並列ダイオードと、前記スイッチング素子にそれぞれ並列に接続された並列コンデンサとを有し、前記第1又は第2のレグの上アームのスイッチング素子と前記第2又は第1のレグの下アームのスイッチング素子とが組になって交互にオンオフし前記直流電源から入力される直流を交流に変換するインバータ回路と、
1次巻線と2次巻線とを有し前記インバータ回路で変換された交流を前記1次巻線に入力し前記2次巻線から出力するトランスと、
前記トランスの前記2次巻線の一方端子に接続され、2つの出力端子の間に互いに直列に接続される一対の共振コンデンサと、
前記一対の共振コンデンサにそれぞれ並列に接続され各々の共振コンデンサが逆極性に充電されることを防止する一対の逆充電抑制素子と、
前記トランスの前記2次巻線の他方端子に接続され、前記2つの出力端子の間に互いに直列に接続されるとともに、前記一対の共振コンデンサから前記直流電源へ電流が帰還されるのを阻止する一対の一方向性素子と、
前記一対の共振コンデンサとともに作用して直列共振する共振インダクタンスと、
前記組となるスイッチング素子を交互にオンオフ制御するにあたり、オン状態にある前記組となる前記第1又は第2のレグの上アームのスイッチング素子と前記第2又は第1のレグの下アームのスイッチング素子とのいずれか一方を先にオフさせ、前記遅らせてオフさせるスイッチング素子に流れる電流が前記トランスの励磁電流となった後に前記遅らせてオフさせるスイッチング素子をオフさせる制御装置とを備えたことを特徴とする直列共振型コンバータシステム。
A bridge circuit in which a first leg and a second leg having switching elements as upper and lower arms are connected in parallel between DC power sources, an anti-parallel diode connected in anti-parallel to each of the switching elements, and the switching element Each having a parallel capacitor connected in parallel to each other, and the switching elements of the upper arm of the first or second leg and the switching elements of the lower arm of the second or first leg are alternately assembled into a set. An inverter circuit that converts the direct current input from the direct current power source into alternating current;
A transformer having a primary winding and a secondary winding, the alternating current converted by the inverter circuit being input to the primary winding and output from the secondary winding;
A pair of resonant capacitors connected to one terminal of the secondary winding of the transformer and connected in series between two output terminals;
A pair of reverse charge suppression elements connected in parallel to the pair of resonant capacitors, respectively, to prevent each resonant capacitor from being charged in reverse polarity;
Connected to the other terminal of the secondary winding of the transformer, connected in series between the two output terminals, and prevents current from being fed back from the pair of resonant capacitors to the DC power supply. A pair of unidirectional elements;
A resonant inductance that acts in series with the pair of resonant capacitors to resonate;
In the on / off control of the switching elements constituting the set alternately, the switching elements of the upper arm of the first or second leg and the lower arm of the second or first leg that are in the on state are switched. And a control device for turning off the switching element that is turned off after the current flowing in the switching element that is turned off with delay is turned off after the current flowing through the switching element that is turned off with delay becomes the exciting current of the transformer. A series resonance type converter system.
前記制御装置は、前記遅らせてオフさせるアームのスイッチング素子がオン信号終了後に前記遅らせてオフさせるアームのスイッチング素子と並列に接続される並列コンデンサの放電電流が流れ終えてから前記トランスの励磁電流が前記遅らせてオフさせたアームのスイッチング素子と同じレグの他方のアームのスイッチング素子の逆並列ダイオードに流れる間に前記他方のアームのスイッチング素子及び他方の組のスイッチング素子のオンすべきスイッチング素子にオン信号を与えることを特徴とする請求項1に記載の直列共振型コンバータシステム。   The control device is configured such that the discharge current of the parallel capacitor connected in parallel with the switching element of the arm to be delayed and turned off after the switching element of the arm to be turned off and delayed is ended after the end of the ON signal. The switching element to be turned on of the switching element of the other arm and the other set of switching elements while flowing to the antiparallel diode of the switching element of the other arm of the same leg as the switching element of the arm turned off and delayed The series resonance type converter system according to claim 1, wherein an on signal is provided. 前記制御装置は、前記組となるスイッチング素子のうち先にオフさせるスイッチング素子のオン信号を固定し、前記組となるスイッチング素子のうち遅らせてオフさせるスイッチング素子のオン信号終了後に前記遅らせてオフさせるアームのスイッチング素子と同じレグの他方のアームのスイッチング素子にオン信号を与えるまでの前記遅らせてオフさせるスイッチング素子のデッドタイムを固定することを特徴とする請求項1記載の直列共振型コンバータシステム。   The control device fixes an ON signal of a switching element to be turned off first among the switching elements in the group, and delays and turns off after completion of an ON signal of the switching element to be turned off among the switching elements in the group. 2. The series resonance type converter system according to claim 1, wherein a dead time of the delayed switching element until the ON signal is given to the switching element of the other arm of the same leg as the switching element of the arm is fixed. 前記制御装置は、2個の前記レグのそれぞれについて上下アームのスイッチング素子の双方ともにオン信号を与えない4つのスイッチング素子のデッドタイムそれぞれを固定し、組となる前記一方のレグの上アームのスイッチング素子と前記他方のレグの下アームのスイッチング素子とに同時にオン信号を与えている時間を固定することを特徴とする請求項1記載の直列共振型コンバータシステム。   The control device fixes the dead times of the four switching elements that do not give an ON signal to both of the upper and lower arm switching elements for each of the two legs, and switches the upper arm of the one leg that forms a pair. 2. The series resonance type converter system according to claim 1, wherein a time during which an ON signal is simultaneously applied to the element and the switching element of the lower arm of the other leg is fixed. 前記トランスの励磁電流が流れている逆並列ダイオードよりもインピーダンスが小さい前記スイッチング素子内のスイッチ素子を逆方向に導通させてから順方向に導通させることを特徴とする請求項2に記載の直列共振型コンバータシステム。   3. The series resonance according to claim 2, wherein the switch element in the switching element having an impedance smaller than that of the antiparallel diode through which the exciting current of the transformer flows is made to conduct in the reverse direction and then conducted in the forward direction. Type converter system.
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