JP2015122903A - Switching power-supply device and power conversion device - Google Patents

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慶治 赤松
Keiji Akamatsu
慶治 赤松
壮平 岡本
Sohei Okamoto
壮平 岡本
山田 剛
Takeshi Yamada
剛 山田
大祐 福田
Daisuke Fukuda
大祐 福田
比田 一
Hajime Hida
一 比田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency and characteristics of a switching power-supply device of a secondary-side phase shift system.SOLUTION: A bridge circuit converts a DC voltage into an AC voltage. A transformer includes a primary winding N1 connected to the bridge circuit and a secondary winding N2 electromagnetically coupled to the first winding N1. A rectifier circuit rectifies an AC voltage inputted from the secondary winding N2. A smoothing circuit smooths the voltage rectified by the rectifier circuit. The rectifier circuit includes a secondary-side switching element inserted into a current path. The on-period of the secondary-side switching element is set to be longer than the on-period of a primary-side switching element included in the bridge circuit.

Description

本発明は、スイッチング電源装置、及びそのスイッチング電源装置を備えた電力変換装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply device and a power conversion device including the switching power supply device.

近年、スイッチング素子のスイッチング損失低減および電磁誘導ノイズの抑制のため、スイッチング素子をゼロ電圧スイッチング(ZVS)又はゼロ電流スイッチング(ZCS)させるソフトスイッチング技術が研究されている。DC−DCコンバータにおいてもソフトスイッチング技術を適用して、その特性が改善されてきている。ソフトスイッチングを適用したDC−DCコンバータの制御方式に位相シフト方式がある。   In recent years, in order to reduce switching loss of a switching element and to suppress electromagnetic induction noise, a soft switching technique for switching the switching element to zero voltage switching (ZVS) or zero current switching (ZCS) has been studied. The characteristics of the DC-DC converter have been improved by applying the soft switching technique. There is a phase shift method as a control method of a DC-DC converter to which soft switching is applied.

位相シフト方式の中には、一次側のブリッジ回路内のスイッチング素子に入力する制御信号の位相を調整する一次側位相シフト方式と、二次側の整流回路内にスイッチング素子を設け、二次側のスイッチング素子に入力する制御信号の位相を調整して出力電圧の安定化制御を行う二次側位相シフト方式とがある(例えば、特許文献1参照)。   In the phase shift method, the primary side phase shift method that adjusts the phase of the control signal input to the switching element in the bridge circuit on the primary side, and the switching element in the secondary rectifier circuit, the secondary side There is a secondary side phase shift method in which the phase of the control signal input to the switching element is adjusted to control the stabilization of the output voltage (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−238257号公報JP 2002-238257 A

本発明者らは、従来の二次側位相シフト方式より効率および特性を改善させる技術を見出した。本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、二次側位相シフト方式のスイッチング電源装置の効率および特性を向上させる技術を提供することにある。   The present inventors have found a technique for improving efficiency and characteristics over the conventional secondary phase shift system. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for improving the efficiency and characteristics of a secondary-side phase shift switching power supply device.

上記課題を解決するために、本発明のある態様のスイッチング電源装置は、直流電圧を交流電圧に変換するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に接続される一次巻線と、前記一次巻線と電磁結合される二次巻線を含むトランスと、前記二次巻線から入力される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電圧を平滑化する平滑回路と、を備える。前記整流回路は、電流経路に挿入された二次側スイッチング素子を含む。前記二次側スイッチング素子のオン期間は、前記ブリッジ回路に含まれる一次側スイッチング素子のオン期間より長く設定される。   In order to solve the above problems, a switching power supply device according to an aspect of the present invention includes a bridge circuit that converts a DC voltage into an AC voltage, a primary winding connected to the bridge circuit, and an electromagnetic coupling with the primary winding. A transformer including a secondary winding, a rectifier circuit that rectifies an AC voltage input from the secondary winding, and a smoothing circuit that smoothes the voltage rectified by the rectifier circuit. The rectifier circuit includes a secondary side switching element inserted in a current path. The on period of the secondary side switching element is set longer than the on period of the primary side switching element included in the bridge circuit.

本発明の別の態様は、電力変換装置である。この装置は、スイッチング電源装置と、前記一次側スイッチング素子および前記二次側スイッチング素子を制御する制御装置と、を備える。   Another aspect of the present invention is a power converter. This device includes a switching power supply device and a control device that controls the primary side switching element and the secondary side switching element.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、回路、装置、システム等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention among methods, circuits, devices, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、二次側位相シフト方式のスイッチング電源装置の効率および特性を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the efficiency and characteristic of a switching power supply device of a secondary side phase shift system can be improved.

本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on embodiment of this invention. 図1のスイッチング電源装置の比較例に係る制御方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control method which concerns on the comparative example of the switching power supply device of FIG. 図1のスイッチング電源装置の実施例に係る制御方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control method which concerns on the Example of the switching power supply device of FIG. 図1のスイッチング電源装置の比較例に係る制御方法の一例(別状態)を示す図である。It is a figure which shows an example (another state) of the control method which concerns on the comparative example of the switching power supply device of FIG. 図1のスイッチング電源装置の実施例に係る制御方法の一例(別状態)を示す図である。It is a figure which shows an example (another state) of the control method which concerns on the Example of the switching power supply device of FIG. 図1の制御装置の第1構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st structural example of the control apparatus of FIG. 図1の制御装置の第2構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd structural example of the control apparatus of FIG. 図1のスイッチング電源装置の比較例に係る制御方法の一例(詳細)を示す図である。It is a figure which shows an example (detail) of the control method which concerns on the comparative example of the switching power supply device of FIG. 図1のスイッチング電源装置の実施例に係る制御方法の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the control method which concerns on the Example of the switching power supply device of FIG. 変形例1に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on the modification 1. As shown in FIG. 変形例2に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on the modification 2. 変形例3に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on the modification 3. 変形例4に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on the modification 4. 変形例5に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on the modification 5. FIG. 変形例6に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on the modification 6. 本実施の形態に係る電力変換装置が使用される蓄電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electrical storage system in which the power converter device which concerns on this Embodiment is used. 本実施の形態に係る電力変換装置が使用される車両の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the vehicle by which the power converter device which concerns on this Embodiment is used. 本実施の形態に係る電力変換装置が使用される充電器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charger in which the power converter device which concerns on this Embodiment is used.

図1は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置100の構成を示す図である。電力変換装置100は、スイッチング電源装置10、出力電圧検出回路11、制御装置20を備える。スイッチング電源装置10は、二次側位相シフト方式の絶縁型DC−DCコンバータであり、フルブリッジ回路、第1コイルL1、第2コイルL2、トランスT、第3コイルL3、第4コイルL4、二次側整流回路および平滑回路を含む。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device 100 according to an embodiment of the present invention. The power conversion device 100 includes a switching power supply device 10, an output voltage detection circuit 11, and a control device 20. The switching power supply apparatus 10 is a secondary side phase shift type insulation type DC-DC converter, and is a full bridge circuit, a first coil L1, a second coil L2, a transformer T, a third coil L3, a fourth coil L4, two Includes a secondary rectifier circuit and a smoothing circuit.

フルブリッジ回路は、第1直流電源E1〜第4直流電源E4から供給される直流電圧を交流電圧に変換する。フルブリッジ回路は、フルブリッジ接続された第1スイッチング素子S1、第2スイッチング素子S2、第3スイッチング素子S3及び第4スイッチング素子S4を含む。具体的には、上側に第1スイッチング素子S1及び下側に第3スイッチング素子S3を含む第1アームと、上側に第2スイッチング素子S2及び下側に第4スイッチング素子S4を含む第2アームで構成され、第1アームと第2アームが並列接続される。   The full bridge circuit converts the DC voltage supplied from the first DC power supply E1 to the fourth DC power supply E4 into an AC voltage. The full bridge circuit includes a first switching element S1, a second switching element S2, a third switching element S3, and a fourth switching element S4 that are connected in a full bridge. Specifically, a first arm including a first switching element S1 on the upper side and a third switching element S3 on the lower side, and a second arm including a second switching element S2 on the upper side and a fourth switching element S4 on the lower side. The first arm and the second arm are connected in parallel.

第1スイッチング素子S1と並列に第1ダイオードD1及び第1コンデンサC1が接続される。第2スイッチング素子S2〜第4スイッチング素子S4も同様にそれぞれ並列に、第2ダイオードD2〜第4ダイオードD4及び第2コンデンサC2〜第4コンデンサC4が接続される。第1ダイオードD1〜第4ダイオードD4は、第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4にそれぞれ逆バイアス接続される。第1コンデンサC1〜第4コンデンサC4はスナバコンデンサである。第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4には、例えばMOSFETやIGBT等の半導体スイッチング素子が用いられる。図1ではnチャンネル型のMOSFETを用いる例を描いている。なお第1スイッチング素子S1及び第2スイッチング素子S2に、pチャンネル型のMOSFETを用いてもよい。   A first diode D1 and a first capacitor C1 are connected in parallel with the first switching element S1. Similarly, the second switching element S2 to the fourth switching element S4 are connected in parallel with the second diode D2 to the fourth diode D4 and the second capacitor C2 to the fourth capacitor C4, respectively. The first diode D1 to the fourth diode D4 are reverse-biased to the first switching element S1 to the fourth switching element S4, respectively. The first capacitor C1 to the fourth capacitor C4 are snubber capacitors. For the first switching element S1 to the fourth switching element S4, for example, semiconductor switching elements such as MOSFETs and IGBTs are used. FIG. 1 shows an example using an n-channel MOSFET. A p-channel MOSFET may be used for the first switching element S1 and the second switching element S2.

本実施の形態では、一次側を部分共振型のフルブリッジ回路で構成している。部分共振型のフルブリッジ回路は、スイッチング時のみ共振転流し、その他のモードでは非共振で動作する。図1では、軽負荷時にもゼロ電圧転流を担保できる共振ポール型の構成を採用している。第1コイルL1は、第1直流電源E1と第3直流電源E3間のノードと、第1スイッチング素子S1と第3スイッチング素子S3間のノードとの間に接続される。第2コイルL2は、第2直流電源E2と第4直流電源E4間のノードと、第2スイッチング素子S2と第4スイッチング素子S4間のノードとの間に接続される。   In the present embodiment, the primary side is constituted by a partial resonance type full bridge circuit. The partial resonance type full bridge circuit performs resonance commutation only at the time of switching, and operates in non-resonance in other modes. In FIG. 1, a resonance pole type configuration that can ensure zero voltage commutation even at light load is adopted. The first coil L1 is connected between a node between the first DC power supply E1 and the third DC power supply E3 and a node between the first switching element S1 and the third switching element S3. The second coil L2 is connected between a node between the second DC power supply E2 and the fourth DC power supply E4 and a node between the second switching element S2 and the fourth switching element S4.

第1コイルL1及び第2コイルL2は共振用の補助インダクタであり、第1直流電源E1〜第4直流電源E4から電流が供給される。軽負荷時には負荷電流が小さくなるため、第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4のゼロ電圧スイッチングに必要な電流を確保できなくなる場合がある。ゼロ電圧スイッチングするには、スイッチング素子に並列接続されたコンデンサ内の電荷がスイッチング時にゼロである必要があるが、負荷電流が小さいと部分共振期間中に当該コンデンサを完全に放電できない場合がある。これに対して図1に示すように、第1コイルL1及び第2コイルL2を設置すれば、第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4のゼロ電圧スイッチングを確実にできる。   The first coil L1 and the second coil L2 are auxiliary inductors for resonance, and current is supplied from the first DC power supply E1 to the fourth DC power supply E4. Since the load current becomes small at light load, it may not be possible to secure a current necessary for zero voltage switching of the first switching element S1 to the fourth switching element S4. In order to perform zero voltage switching, the charge in the capacitor connected in parallel to the switching element needs to be zero at the time of switching. However, if the load current is small, the capacitor may not be completely discharged during the partial resonance period. On the other hand, as shown in FIG. 1, if the 1st coil L1 and the 2nd coil L2 are installed, the zero voltage switching of 1st switching element S1-4th switching element S4 can be ensured.

トランスTは、一次巻線N1及び二次巻線N2を含む高周波トランスである。一次巻線N1と二次巻線N2は電磁誘導により結合される。トランスTは一次側と二次側を絶縁するとともに、一次巻線N1と二次巻線N2の巻線比に応じて変圧する。一次巻線N1の両端は、上記フルブリッジ回路の両出力端に接続される。二次巻線N2の両端には、それぞれ第3コイルL3及び第4コイルL4が設けられる。第3コイルL3及び第4コイルL4は、二次巻線N2の漏れインダクタンスであってもよいし、インダクタ素子であってもよい。   The transformer T is a high-frequency transformer including a primary winding N1 and a secondary winding N2. The primary winding N1 and the secondary winding N2 are coupled by electromagnetic induction. The transformer T insulates the primary side and the secondary side, and transforms according to the winding ratio of the primary winding N1 and the secondary winding N2. Both ends of the primary winding N1 are connected to both output ends of the full bridge circuit. A third coil L3 and a fourth coil L4 are provided at both ends of the secondary winding N2, respectively. The third coil L3 and the fourth coil L4 may be a leakage inductance of the secondary winding N2, or may be an inductor element.

二次側整流回路は、二次巻線N2から入力される交流電圧を整流する。二次側整流回路は、第5ダイオードD5、第6ダイオードD6、第7ダイオードD7、第8ダイオードD8、第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6を含む。第5ダイオードD5〜第8ダイオードD8はフルブリッジ接続されて、整流回路を形成している。第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6は、当該整流回路の電流経路に挿入され、トランスTから取り出す電力量を調整する。第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6には、例えばMOSFETやIGBT等の半導体スイッチング素子が用いられる。   The secondary side rectifier circuit rectifies the AC voltage input from the secondary winding N2. The secondary side rectifier circuit includes a fifth diode D5, a sixth diode D6, a seventh diode D7, an eighth diode D8, a fifth switching element S5, and a sixth switching element S6. The fifth diode D5 to the eighth diode D8 are connected by a full bridge to form a rectifier circuit. The fifth switching element S5 and the sixth switching element S6 are inserted into the current path of the rectifier circuit, and adjust the amount of power extracted from the transformer T. For the fifth switching element S5 and the sixth switching element S6, semiconductor switching elements such as MOSFET and IGBT are used, for example.

平滑回路は、二次側整流回路により整流された電圧を平滑化する。図1の平滑回路は、第5コイルL5及び第5コンデンサC5を含むLCフィルタで構成されている。なお図1の平滑回路の構成は一例であり、他の構成を用いてもよい。   The smoothing circuit smoothes the voltage rectified by the secondary side rectifier circuit. The smoothing circuit in FIG. 1 includes an LC filter including a fifth coil L5 and a fifth capacitor C5. The configuration of the smoothing circuit in FIG. 1 is an example, and other configurations may be used.

出力電圧検出回路11は負荷30に供給されるべき、スイッチング電源装置10の出力電圧を検出する。図1では第5コンデンサC5の両端電圧を当該出力電圧として検出している。出力電圧検出回路11は例えば、誤差増幅回路で構成できる。誤差増幅回路は、オペアンプとパッシブ素子の組み合わせで構成される。出力電圧検出回路11は、検出した電圧を制御装置20に出力する。   The output voltage detection circuit 11 detects the output voltage of the switching power supply device 10 to be supplied to the load 30. In FIG. 1, the voltage across the fifth capacitor C5 is detected as the output voltage. The output voltage detection circuit 11 can be constituted by, for example, an error amplification circuit. The error amplifier circuit is composed of a combination of an operational amplifier and a passive element. The output voltage detection circuit 11 outputs the detected voltage to the control device 20.

制御装置20は、第1スイッチング素子S1〜第6スイッチング素子S6のオン/オフを制御して、スイッチング電源装置10を駆動する。制御装置20は、出力電圧検出回路11から供給されるスイッチング電源装置10の出力電圧に応じて、第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6の位相を適応的に変化させる。これにより、スイッチング電源装置10の出力電圧が安定化する。制御装置20の構成および動作の詳細は後述する。   The control device 20 drives the switching power supply device 10 by controlling on / off of the first switching element S1 to the sixth switching element S6. The control device 20 adaptively changes the phases of the fifth switching element S5 and the sixth switching element S6 according to the output voltage of the switching power supply device 10 supplied from the output voltage detection circuit 11. Thereby, the output voltage of the switching power supply device 10 is stabilized. Details of the configuration and operation of the control device 20 will be described later.

図2は、図1のスイッチング電源装置10の比較例に係る制御方法の一例を示す図である。制御装置20は、第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4の制御端子(FETの場合、ゲート端子)に一次側駆動信号を供給し、第5スイッチング素子S5、第6スイッチング素子S6の制御端子に二次側駆動信号を供給する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a control method according to a comparative example of the switching power supply device 10 of FIG. The control device 20 supplies primary side drive signals to the control terminals (gate terminals in the case of FETs) of the first switching element S1 to the fourth switching element S4, and the control terminals of the fifth switching element S5 and the sixth switching element S6. To supply a secondary drive signal.

第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4がオン状態、第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3がオフ状態でトランスTに順方向電流が流れる。一方、第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3がオン状態、第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4がオフ状態でトランスTに逆方向電流が流れる。第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4は、一次巻線N1に順方向電流を供給する経路に挿入される一次側順方向スイッチング素子として作用する。一方、第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3は、一次巻線N1に逆方向電流を供給する経路に挿入される一次側逆方向スイッチング素子として作用する。   A forward current flows through the transformer T when the first switching element S1 and the fourth switching element S4 are in the on state and the second switching element S2 and the third switching element S3 are in the off state. On the other hand, a reverse current flows through the transformer T when the second switching element S2 and the third switching element S3 are in the on state and the first switching element S1 and the fourth switching element S4 are in the off state. The first switching element S1 and the fourth switching element S4 function as a primary-side forward switching element that is inserted into a path that supplies a forward current to the primary winding N1. On the other hand, the second switching element S2 and the third switching element S3 function as a primary-side reverse switching element inserted in a path for supplying a reverse current to the primary winding N1.

また順方向電流が流れる期間と、逆方向電流が流れる期間の切り替わり時にデッドタイムが設けられる。デッドタイム中は、第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4が全てオフ状態となる。当該デッドタイム中にキャパシタンス成分とインダクタンス成分が共振して、次にターンオンされるスイッチング素子に並列接続されたコンデンサが放電される。   In addition, a dead time is provided when switching between a period in which a forward current flows and a period in which a reverse current flows. During the dead time, the first switching element S1 to the fourth switching element S4 are all turned off. The capacitance component and the inductance component resonate during the dead time, and the capacitor connected in parallel to the switching element that is turned on next is discharged.

制御装置20は、一次側順方向スイッチング素子および一次側逆方向スイッチング素子を、固定のデューティ比および固定の位相で駆動する。具体的にはデッドタイムを除き、一次側順方向スイッチング素子および一次側逆方向スイッチング素子をデューティ50%で相補的に駆動する。本実施の形態では二次側で出力電圧を調整するため、一次側順方向スイッチング素子および一次側逆方向スイッチング素子のデューティ比および位相は固定である。一次側のフルブリッジ回路は、常時フルパワーでトランスTに電力を出力する。   The control device 20 drives the primary-side forward switching element and the primary-side reverse switching element with a fixed duty ratio and a fixed phase. Specifically, the primary side forward switching element and the primary side reverse switching element are driven complementarily with a duty of 50%, excluding the dead time. In the present embodiment, since the output voltage is adjusted on the secondary side, the duty ratio and phase of the primary-side forward switching element and the primary-side reverse switching element are fixed. The full bridge circuit on the primary side always outputs power to the transformer T with full power.

トランスTに順方向電流が流れる期間の少なくとも一部の期間に、二次側整流回路にも順方向電流が流れる。具体的には、トランスTに順方向電流が流れる期間の内、第6スイッチング素子S6がオン状態に制御されている期間、二次側整流回路に順方向電流が流れる。当該順方向電流が流れる期間は、第6ダイオードD6及び第7ダイオードD7が導通、第5ダイオードD5及び第8ダイオードD8が非導通、第6スイッチング素子S6がオン状態、第5スイッチング素子S5がオフ状態となる。   The forward current also flows through the secondary side rectifier circuit during at least a part of the period during which the forward current flows through the transformer T. Specifically, the forward current flows in the secondary rectifier circuit during the period in which the sixth switching element S6 is controlled to be in the ON state during the period in which the forward current flows in the transformer T. During the period in which the forward current flows, the sixth diode D6 and the seventh diode D7 are turned on, the fifth diode D5 and the eighth diode D8 are turned off, the sixth switching element S6 is turned on, and the fifth switching element S5 is turned off. It becomes a state.

一方、トランスTに逆方向電流が流れる期間の少なくとも一部の期間に、二次側整流回路にも逆方向電流が流れる。具体的には、トランスTに逆方向電流が流れる期間の内、第5スイッチング素子S5がオン状態に制御されている期間、二次側整流回路に逆方向電流が流れる。当該逆方向電流が流れる期間は、第5ダイオードD5及び第8ダイオードD8が導通、第6ダイオードD6及び第7ダイオードD7が非導通、第5スイッチング素子S5がオン状態、第6スイッチング素子S6がオフ状態となる。   On the other hand, the reverse current also flows in the secondary rectifier circuit during at least a part of the period in which the reverse current flows in the transformer T. Specifically, the reverse current flows in the secondary rectifier circuit during the period in which the fifth switching element S5 is controlled to be in the ON state during the period in which the reverse current flows in the transformer T. During the period in which the reverse current flows, the fifth diode D5 and the eighth diode D8 are turned on, the sixth diode D6 and the seventh diode D7 are turned off, the fifth switching element S5 is turned on, and the sixth switching element S6 is turned off. It becomes a state.

即ち、第6ダイオードD6及び第7ダイオードD7は、二次巻線N2からの順方向電流を導通し、二次巻線N2からの逆方向電流を遮断する。一方、第5ダイオードD5及び第8ダイオードD8は、二次巻線N2からの順方向電流を遮断し、二次巻線N2からの逆方向電流を導通する。これにより、二次巻線N2から供給される交流電圧を全波整流する。   That is, the sixth diode D6 and the seventh diode D7 conduct the forward current from the secondary winding N2, and block the reverse current from the secondary winding N2. On the other hand, the fifth diode D5 and the eighth diode D8 block the forward current from the secondary winding N2 and conduct the reverse current from the secondary winding N2. Thereby, the AC voltage supplied from the secondary winding N2 is full-wave rectified.

第5スイッチング素子S5は、第5ダイオードD5及び第8ダイオードD8を含む順方向電流経路に挿入される二次側順方向スイッチング素子として作用する。一方、第6スイッチング素子S6は、第6ダイオードD6及び第7ダイオードD7を含む逆方向電流経路に挿入される二次側逆方向スイッチング素子として作用する。   The fifth switching element S5 functions as a secondary-side forward switching element inserted in a forward current path including the fifth diode D5 and the eighth diode D8. On the other hand, the sixth switching element S6 functions as a secondary-side reverse switching element inserted in a reverse current path including the sixth diode D6 and the seventh diode D7.

制御装置20は、二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子を、固定のデューティ比で変動の位相で駆動する。具体的には、二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子をデューティ50%で相補的に駆動しつつ、適応的に位相シフトする。本実施の形態ではPWM方式ではなく位相シフト方式を採用しているため、制御装置20は、二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子のデューティ比ではなく位相を制御する。即ち、スイッチング電源装置10の出力電圧に応じて、二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子の位相を適応的に変化させる。   The control device 20 drives the secondary-side forward switching element and the secondary-side backward switching element with a fixed duty ratio and a varying phase. Specifically, the secondary-side forward switching element and the secondary-side reverse switching element are adaptively phase-shifted while being complementarily driven with a duty of 50%. In this embodiment, since the phase shift method is adopted instead of the PWM method, the control device 20 controls the phase rather than the duty ratio of the secondary forward switching element and the secondary reverse switching element. That is, the phases of the secondary forward switching element and the secondary reverse switching element are adaptively changed according to the output voltage of the switching power supply device 10.

以下より具体的に説明する。制御装置20は、一次側順方向スイッチング素子および一次側逆方向スイッチング素子の位相に対する、二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子の位相の遅れ量(以下、位相差という)を変化させて、スイッチング電源装置10の出力電圧を安定化させる。スイッチング電源装置10の出力電圧が高くなると、制御装置20は二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子の位相を遅らせて当該位相差を大きくし、トランスTから取り出す電力量を少なくする。反対にスイッチング電源装置10の出力電圧が低くなると、制御装置20は二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子の位相を進ませて当該位相差を小さくし、トランスTから取り出す電力量を多くする。図2に示すように当該位相差がゼロの状態が、トランスTから最も多くの電力量を取り出している状態であり、当該位相差が大きくなるほど取り出す電力量が少なくなる。   More specific description will be given below. The control device 20 determines a phase delay amount (hereinafter referred to as a phase difference) of the secondary forward switching element and the secondary reverse switching element with respect to the phase of the primary forward switching element and the primary reverse switching element. By changing, the output voltage of the switching power supply device 10 is stabilized. When the output voltage of the switching power supply device 10 increases, the control device 20 delays the phases of the secondary-side forward switching element and the secondary-side reverse switching element to increase the phase difference, and reduces the amount of power extracted from the transformer T. To do. On the other hand, when the output voltage of the switching power supply device 10 decreases, the control device 20 advances the phase of the secondary-side forward switching element and the secondary-side reverse switching element to reduce the phase difference, and takes out the power from the transformer T. Increase the amount. As shown in FIG. 2, the state in which the phase difference is zero is a state in which the most amount of power is extracted from the transformer T, and the amount of power to be extracted decreases as the phase difference increases.

図2に示すように比較例では、一次側順方向スイッチング素子および一次側逆方向スイッチング素子の単位オン期間と、二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子の単位オン期間の長さを、実質的に等しく設定している。即ち、制御装置20から一次側順方向スイッチング素子および一次側逆方向スイッチング素子の制御端子に供給する制御信号のパルス幅と、二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子の制御端子に供給する制御信号のパルス幅の長さを、実質的に等しく設定している。   As shown in FIG. 2, in the comparative example, the unit on period of the primary side forward switching element and the primary side reverse switching element and the unit on period of the secondary side forward switching element and the secondary side reverse switching element are long. Are set substantially equal. That is, the pulse width of the control signal supplied from the control device 20 to the control terminals of the primary forward switching element and the primary reverse switching element, and the control terminals of the secondary forward switching element and the secondary reverse switching element The lengths of the pulse widths of the control signals supplied to are set to be substantially equal.

このような比較例に係る制御方法では、図2に示すように上記の位相差が小さい又はゼロの場合、アクティブスイッチである二次側順方向スイッチング素子または二次側逆方向スイッチング素子に電流が流れている状態でターンオフ(ハードスイッチング)することになる。その場合、リンギング増大によるスイッチング素子のストレスが増大する。またスイッチング損失および電磁誘導ノイズも増大する。   In such a control method according to the comparative example, when the phase difference is small or zero as shown in FIG. 2, current is applied to the secondary forward switching element or secondary backward switching element that is an active switch. It will turn off (hard switching) while it is flowing. In that case, the stress of the switching element due to increased ringing increases. Also, switching loss and electromagnetic induction noise increase.

以下より具体的に説明する。図2の時刻t0〜時刻t1の期間において、一次側では第1直流電源E1〜第4直流電源E4→第2スイッチング素子S2→一次巻線N1→第3スイッチング素子S3→第1直流電源E1〜第4直流電源E4と逆方向電流が流れる。二次側では二次巻線N2→第4コイルL4→第5スイッチング素子S5→第5ダイオードD5→第5コイルL5→負荷30→第8ダイオードD8→第3コイルL3→二次巻線N2と逆方向電流が流れる。   More specific description will be given below. In the period from time t0 to time t1 in FIG. 2, on the primary side, the first DC power supply E1 to the fourth DC power supply E4 → the second switching element S2 → the primary winding N1 → the third switching element S3 → the first DC power supply E1. A reverse current flows through the fourth DC power supply E4. On the secondary side, the secondary winding N2 → the fourth coil L4 → the fifth switching element S5 → the fifth diode D5 → the fifth coil L5 → the load 30 → the eighth diode D8 → the third coil L3 → the secondary winding N2. Reverse current flows.

次に時刻t1に第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3がターンオフされる。これにより、第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4にそれぞれ並列接続されている第1コンデンサC1〜第4コンデンサC4の充放電が開始され、部分共振状態となる。この状態で、一次側のフルブリッジ回路の出力電圧である一次側のトランス電圧V1が上昇し正負反転する。それに伴い、一次側のトランス電圧V1と極性が反対の二次側のトランス電圧V2が下降しゼロ未満になると、第5ダイオードD5が逆バイアス状態となり、第5スイッチング素子S5及び第5ダイオードD5に流れる電流is5(id5)を遮断しようとする。   Next, at time t1, the second switching element S2 and the third switching element S3 are turned off. Thereby, charging / discharging of the 1st capacitor | condenser C1-4th capacitor | condenser C4 respectively connected in parallel with 1st switching element S1-4th switching element S4 is started, and it will be in a partial resonance state. In this state, the primary-side transformer voltage V1, which is the output voltage of the primary-side full bridge circuit, rises and reverses positive and negative. Accordingly, when the secondary-side transformer voltage V2 having a polarity opposite to that of the primary-side transformer voltage V1 decreases and becomes less than zero, the fifth diode D5 enters a reverse bias state, and the fifth switching element S5 and the fifth diode D5 An attempt is made to cut off the flowing current is5 (id5).

ダイオードは特性上瞬時に遮断状態にならないため、二次側のトランス電圧V2の極性反転により順バイアス状態となった第7ダイオードD7に電流is5(id5)が徐々に転流しようとする。このとき、比較例では一次側と二次側の駆動信号のパルス幅が同一に設定されているため、転流中の電流is5(id5)が流れている状態で第5スイッチング素子S5がターンオフされることになる。これによりリンギングが増大し(図2のt1〜t2のシャドウ部分参照)、第5スイッチング素子S5のストレスが増大する。また、スイッチング損失および電磁誘導ノイズも増大する。   Since the diode is not instantaneously cut off due to its characteristics, the current is5 (id5) gradually tries to commutate to the seventh diode D7 that is in the forward bias state due to the polarity reversal of the transformer voltage V2 on the secondary side. At this time, in the comparative example, since the pulse widths of the drive signals on the primary side and the secondary side are set to be the same, the fifth switching element S5 is turned off in a state where the commutated current is5 (id5) flows. Will be. As a result, ringing increases (see the shadow portions t1 to t2 in FIG. 2), and the stress of the fifth switching element S5 increases. In addition, switching loss and electromagnetic induction noise also increase.

図3は、図1のスイッチング電源装置10の実施例に係る制御方法の一例を示す図である。実施例では、二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子の単位オン期間を、一次側順方向スイッチング素子および一次側逆方向スイッチング素子の単位オン期間より長く設定している。即ち、制御装置20から二次側順方向スイッチング素子および二次側逆方向スイッチング素子の制御端子に供給する制御信号のパルス幅を、一次側順方向スイッチング素子および一次側逆方向スイッチング素子の制御端子に供給する制御信号のパルス幅より長く設定している。例えば、二次側のスイッチング素子の単位オン期間を、一次側のスイッチング素子の単位オン期間にデッドタイムを加えた期間に設定してもよい。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a control method according to the embodiment of the switching power supply device 10 of FIG. In the embodiment, the unit ON period of the secondary forward switching element and the secondary reverse switching element is set longer than the unit ON period of the primary forward switching element and the primary reverse switching element. That is, the pulse width of the control signal supplied from the control device 20 to the control terminals of the secondary forward switching element and the secondary reverse switching element is set to the control terminal of the primary forward switching element and the primary reverse switching element. It is set longer than the pulse width of the control signal supplied to. For example, the unit on period of the secondary side switching element may be set to a period obtained by adding a dead time to the unit on period of the primary side switching element.

以下より具体的に説明する。図3の時刻t0〜時刻t1の期間の各素子の振る舞いは、上述した図2の時刻t0〜時刻t1の期間の振る舞いと同じである。次に時刻t1に第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3がターンオフされても、直ぐには第5スイッチング素子S5がターンオフされない。上述のように第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3がターンオフされて、二次側のトランス電圧V2の極性が反転すると第5ダイオードD5が逆バイアス状態となる。   More specific description will be given below. The behavior of each element in the period from time t0 to time t1 in FIG. 3 is the same as the behavior in the period from time t0 to time t1 in FIG. Next, even if the second switching element S2 and the third switching element S3 are turned off at time t1, the fifth switching element S5 is not immediately turned off. As described above, when the second switching element S2 and the third switching element S3 are turned off and the polarity of the transformer voltage V2 on the secondary side is inverted, the fifth diode D5 enters a reverse bias state.

本実施例では、第5ダイオードD5が逆バイアス状態となっても一定の期間、第5スイッチング素子S5がオン状態を維持する。この期間に、第5ダイオードD5及び第5スイッチング素子S5に流れる電流is5(id5)が、順バイアス状態となった第7ダイオードD7に転流し、転流終了後の時刻t2に第5スイッチング素子S5がターンオフされる。これにより第5スイッチング素子S5に電流が流れていない状態でターンオフ(ソフトスイッチング)されることになり、ゼロ電流スイッチングを実現できる。従って第5スイッチング素子S5のストレスを低減でき、スイッチング損失および電磁誘導ノイズも低減できる。   In the present embodiment, the fifth switching element S5 maintains the on state for a certain period even when the fifth diode D5 is in the reverse bias state. During this period, the current is5 (id5) flowing through the fifth diode D5 and the fifth switching element S5 is commutated to the seventh diode D7 in the forward bias state, and at the time t2 after the commutation ends, the fifth switching element S5. Is turned off. Thereby, it is turned off (soft switching) in a state where no current flows through the fifth switching element S5, and zero current switching can be realized. Therefore, the stress of the fifth switching element S5 can be reduced, and the switching loss and electromagnetic induction noise can also be reduced.

以上の議論は、第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4がオン状態、且つ第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3がオフ状態から、デッドタイムを挟んで第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4がオフ状態、且つ第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3がオン状態に遷移する際にも同様にあてはまる。その場合、第6スイッチング素子S6のストレスを低減でき、スイッチング損失および電磁誘導ノイズを低減できる。   The above discussion is based on the fact that the first switching element S1 and the fourth switching element S4 are turned on and the second switching element S2 and the third switching element S3 are turned off. The same applies when the switching element S4 is turned off and the second switching element S2 and the third switching element S3 are turned on. In that case, the stress of the sixth switching element S6 can be reduced, and the switching loss and electromagnetic induction noise can be reduced.

図4は、図1のスイッチング電源装置10の比較例に係る制御方法の一例(別状態)を示す図である。図5は、図1のスイッチング電源装置10の実施例に係る制御方法の一例(別状態)を示す図である。図4、図5では図2、図3と比較し、一次側駆動信号と二次側駆動信号の位相差が拡大している状態を示している。図4における第5スイッチング素子S5がターンオフされる時刻は、図2における当該時刻より遅れるが、第5ダイオードD5及び第5スイッチング素子S5に流れる電流is5(id5)の転流完了前に第5スイッチング素子S5がターンオフ(ハードスイッチング)されているため、上記の問題が発生している。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example (another state) of a control method according to a comparative example of the switching power supply device 10 of FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example (another state) of the control method according to the embodiment of the switching power supply device 10 of FIG. 4 and 5 show a state in which the phase difference between the primary side drive signal and the secondary side drive signal is enlarged as compared with FIGS. 2 and 3. The time at which the fifth switching element S5 in FIG. 4 is turned off is delayed from the time in FIG. 2, but the fifth switching element S5 is switched before the commutation of the current is5 (id5) flowing through the fifth diode D5 and the fifth switching element S5 is completed. Since the element S5 is turned off (hard switching), the above problem occurs.

なお転流完了まで、第5スイッチング素子S5のターンオフ時刻が遅れれば、比較例のように一次側と二次側の駆動信号のパルス幅が同一に設定されていても上記の問題は発生しない。例えば、低負荷状態が継続し、上記の位相差が大きい状態を維持できれば上記の問題は発生しない。しかしながら通常、負荷変動により高負荷状態となる場合も発生する。その場合、上記の位相差を小さくして負荷に供給する電力量を増加させる必要が生じ、転流完了後のターンオフ(ソフトスイッチング)を確保できなくなる。これに対して本実施例では、負荷状態に関係なく、転流完了後のターンオフ(ソフトスイッチング)を確保できる。   If the turn-off time of the fifth switching element S5 is delayed until commutation is completed, the above problem does not occur even if the pulse widths of the primary and secondary drive signals are set to be the same as in the comparative example. For example, the above problem does not occur if the low load state continues and the above phase difference can be maintained. However, normally, a high load state may occur due to load fluctuations. In that case, it becomes necessary to reduce the phase difference and increase the amount of power supplied to the load, and it becomes impossible to ensure turn-off (soft switching) after commutation is completed. On the other hand, in this embodiment, the turn-off (soft switching) after completion of commutation can be ensured regardless of the load state.

図6は、図1の制御装置20の第1構成例を説明するための図である。第1構成例に係る制御装置20は、第1駆動回路21、第2駆動回路22、第3駆動回路23、第4駆動回路24及びマイクロコンピュータ25を含む。マイクロコンピュータ25と、第1駆動回路21、第2駆動回路22、第3駆動回路23及び第4駆動回路24とは、それぞれ独立の信号線で接続される。マイクロコンピュータ25は、図示しない外部からの指示信号および出力電圧検出回路11からの信号に応じて、第1スイッチング素子S1〜第6スイッチング素子S6の駆動信号を生成するための制御信号を生成する。マイクロコンピュータ25は生成した各制御信号を、第1駆動回路21、第2駆動回路22、第3駆動回路23及び第4駆動回路24にそれぞれ供給する。   FIG. 6 is a diagram for explaining a first configuration example of the control device 20 of FIG. The control device 20 according to the first configuration example includes a first drive circuit 21, a second drive circuit 22, a third drive circuit 23, a fourth drive circuit 24, and a microcomputer 25. The microcomputer 25 and the first drive circuit 21, the second drive circuit 22, the third drive circuit 23, and the fourth drive circuit 24 are connected by independent signal lines. The microcomputer 25 generates a control signal for generating drive signals for the first switching element S1 to the sixth switching element S6 in accordance with an external instruction signal (not shown) and a signal from the output voltage detection circuit 11. The microcomputer 25 supplies the generated control signals to the first drive circuit 21, the second drive circuit 22, the third drive circuit 23, and the fourth drive circuit 24, respectively.

第1駆動回路21は、制御装置20からの第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4用の制御信号をもとに、第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4用の駆動信号を生成する。第1駆動回路21は、生成した駆動信号を第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4の制御端子に印加する。   The first drive circuit 21 generates drive signals for the first switching element S1 and the fourth switching element S4 based on the control signals for the first switching element S1 and the fourth switching element S4 from the control device 20. . The first drive circuit 21 applies the generated drive signal to the control terminals of the first switching element S1 and the fourth switching element S4.

同様に第2駆動回路22は、制御装置20からの第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3用の制御信号をもとに、第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3用の駆動信号を生成する。第2駆動回路22は、生成した駆動信号を第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3の制御端子に印加する。   Similarly, the second drive circuit 22 generates drive signals for the second switching element S2 and the third switching element S3 based on the control signals for the second switching element S2 and the third switching element S3 from the control device 20. Generate. The second drive circuit 22 applies the generated drive signal to the control terminals of the second switching element S2 and the third switching element S3.

同様に第3駆動回路23は、制御装置20からの第5スイッチング素子S5用の制御信号をもとに、第5スイッチング素子S5用の駆動信号を生成し、第5スイッチング素子S5の制御端子に印加する。同様に第4駆動回路24は、制御装置20からの第6スイッチング素子S6用の制御信号をもとに、第6スイッチング素子S6用の駆動信号を生成し、第6スイッチング素子S6の制御端子に印加する。   Similarly, the third drive circuit 23 generates a drive signal for the fifth switching element S5 based on the control signal for the fifth switching element S5 from the control device 20, and supplies the drive signal to the control terminal of the fifth switching element S5. Apply. Similarly, the fourth drive circuit 24 generates a drive signal for the sixth switching element S6 based on the control signal for the sixth switching element S6 from the control device 20, and supplies the drive signal to the control terminal of the sixth switching element S6. Apply.

図7は、図1の制御装置20の第2構成例を説明するための図である。第2構成例に係る制御装置20は、図6の制御装置20の構成にNOT回路26が追加される。NOT回路26は、マイクロコンピュータ25から第3駆動回路23に供給される制御信号の論理を反転して第4駆動回路24に供給する。NOT回路26は例えば、マイクロコンピュータ25から第3駆動回路23に供給される制御信号がハイレベルのとき、ローレベルの制御信号を第4駆動回路24に供給する。   FIG. 7 is a diagram for explaining a second configuration example of the control device 20 of FIG. In the control device 20 according to the second configuration example, a NOT circuit 26 is added to the configuration of the control device 20 of FIG. The NOT circuit 26 inverts the logic of the control signal supplied from the microcomputer 25 to the third drive circuit 23 and supplies the inverted signal to the fourth drive circuit 24. For example, the NOT circuit 26 supplies a low-level control signal to the fourth drive circuit 24 when the control signal supplied from the microcomputer 25 to the third drive circuit 23 is at a high level.

第2構成例によれば、マイクロコンピュータ25の使用チャンネルポート数を一つ減らすことができ、マイクロコンピュータ25に接続される信号線の本数を一つ減らすことができる。一般にチャンネルポート数の少ないマイクロコンピュータは、チャンネルポート数の多いマイクロコンピュータより安価である。従って使用チャンネルポート数を減らすことは、安価なマイクロコンピュータを採用できる確率を高めることに繋がる。また信号線の削減は、回路の簡素化およびコスト削減に繋がる。   According to the second configuration example, the number of used channel ports of the microcomputer 25 can be reduced by one, and the number of signal lines connected to the microcomputer 25 can be reduced by one. In general, a microcomputer having a small number of channel ports is cheaper than a microcomputer having a large number of channel ports. Therefore, reducing the number of used channel ports leads to an increase in the probability that an inexpensive microcomputer can be adopted. Further, the reduction of signal lines leads to simplification of the circuit and cost reduction.

第2構成例のように信号線を共通化するには、共通化する信号線に接続される二つの駆動回路が完全に逆位相の駆動信号を生成する駆動回路である必要がある。上述のように一次側は部分共振型のフルブリッジ回路を採用しているため、部分共振期間にあてるデッドタイムが必須である。デッドタイム中、第1駆動回路21から第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4に供給される駆動信号と、第2駆動回路22から第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3に供給される駆動信号は、いずれもローレベル信号になる。即ちデッドタイム中の両者の駆動信号は同相になる。従ってデッドタイムを含む一次側の第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4の駆動信号を生成する第1駆動回路21と第2駆動回路22の信号線は共通化できない。共通化するとデッドタイムを設けることができないためである。   In order to share a signal line as in the second configuration example, it is necessary that the two drive circuits connected to the signal line to be shared are drive circuits that generate completely opposite-phase drive signals. As described above, since the primary side employs a partial resonance type full bridge circuit, a dead time for the partial resonance period is essential. During the dead time, the drive signal supplied from the first drive circuit 21 to the first switching element S1 and the fourth switching element S4 and the second drive circuit 22 supplied to the second switching element S2 and the third switching element S3. The drive signals are all low level signals. That is, both drive signals during the dead time are in phase. Accordingly, the signal lines of the first drive circuit 21 and the second drive circuit 22 that generate drive signals for the first switching element S1 to the fourth switching element S4 on the primary side including the dead time cannot be shared. This is because a dead time cannot be provided if they are shared.

一方、二次側の第5スイッチング素子S5と第6スイッチング素子S6は理論的にデッドタイムを含まない動作が可能である。上述のように一次巻線N1に逆方向電流が流れている状態から第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3がターンオフされて部分共振期間に入ると、第5ダイオードD5が逆バイアス状態になり、第8ダイオードD8が順バイアス状態になる。それにより第5ダイオードD5から第8ダイオードD8に電流が転流するが、図3、図5に示した実施例に係る制御方法では、その転流完了後に第5スイッチング素子S5がターンオフされる。第5スイッチング素子S5がターンオフされる時点で、第5ダイオードD5には順方向にも逆方向にも電流が流れていない。従って第5スイッチング素子S5のターンオフ時刻を、第6スイッチング素子S6のターンオン時刻まで遅らせても特性に変化はない。一次巻線N1に順方向電流が流れている状態から第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4がターンオフされて部分共振期間に入る場合も同様である。   On the other hand, the secondary-side fifth switching element S5 and sixth switching element S6 can theoretically operate without dead time. As described above, when the second switching element S2 and the third switching element S3 are turned off from the state where the reverse current flows in the primary winding N1, the fifth diode D5 enters the reverse bias state. The eighth diode D8 is in a forward bias state. As a result, current is commutated from the fifth diode D5 to the eighth diode D8. In the control method according to the embodiment shown in FIGS. 3 and 5, the fifth switching element S5 is turned off after the commutation is completed. When the fifth switching element S5 is turned off, no current flows through the fifth diode D5 in either the forward direction or the reverse direction. Therefore, there is no change in characteristics even if the turn-off time of the fifth switching element S5 is delayed until the turn-on time of the sixth switching element S6. The same applies to the case where the first switching element S1 and the fourth switching element S4 are turned off from the state in which the forward current flows in the primary winding N1 to enter the partial resonance period.

第5スイッチング素子S5のターンオフ時刻を第6スイッチング素子S6のターンオン時刻まで遅らせ、第6スイッチング素子S6のターンオフ時刻を第5スイッチング素子S5のターンオン時刻まで遅らせると、第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6はデッドタイムを含まない完全な相補動作となる。この設定では、第5スイッチング素子S5用の駆動信号を生成する第3駆動回路23と、第6スイッチング素子S6用の駆動信号を生成する第4駆動回路24の信号線を、第3駆動回路23または第4駆動回路24の前段にNOT回路26を設けることにより共通化できる。   When the turn-off time of the fifth switching element S5 is delayed until the turn-on time of the sixth switching element S6 and the turn-off time of the sixth switching element S6 is delayed until the turn-on time of the fifth switching element S5, the fifth switching element S5 and the sixth switching element are switched. The element S6 has a completely complementary operation that does not include dead time. In this setting, the signal lines of the third drive circuit 23 that generates the drive signal for the fifth switching element S5 and the fourth drive circuit 24 that generates the drive signal for the sixth switching element S6 are connected to the third drive circuit 23. Alternatively, it can be made common by providing a NOT circuit 26 in the previous stage of the fourth drive circuit 24.

図7では第4駆動回路24の前段にNOT回路26を設け、マイクロコンピュータ25が第5スイッチング素子S5用の制御信号を生成し、NOT回路26が当該制御信号の論理を反転して第4駆動回路24に出力する構成を示した。この点、第3駆動回路23の前段にNOT回路26を設け、マイクロコンピュータ25が第6スイッチング素子S6用の制御信号を生成し、NOT回路26が当該制御信号の論理を反転して第3駆動回路23に出力する構成であってもよい。   In FIG. 7, a NOT circuit 26 is provided in front of the fourth drive circuit 24, the microcomputer 25 generates a control signal for the fifth switching element S5, and the NOT circuit 26 inverts the logic of the control signal to perform the fourth drive. A configuration for outputting to the circuit 24 is shown. In this regard, a NOT circuit 26 is provided in the preceding stage of the third drive circuit 23, the microcomputer 25 generates a control signal for the sixth switching element S6, and the NOT circuit 26 inverts the logic of the control signal to perform the third drive. It may be configured to output to the circuit 23.

上述のように比較例では一次側と二次側の駆動信号のパルス幅が同一に設定されるため、一次側の駆動信号にデッドタイムが含まれると、二次側の駆動信号にもデッドタイムが含まれることになる。従って比較例では第2構成例に係る制御装置20を採用することができない。以下、図面を参照しながら説明する。   As described above, in the comparative example, the pulse widths of the primary side and secondary side drive signals are set to be the same. Therefore, if the primary side drive signal includes a dead time, the secondary side drive signal also has a dead time. Will be included. Therefore, in the comparative example, the control device 20 according to the second configuration example cannot be employed. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.

図8は、図1のスイッチング電源装置10の比較例に係る制御方法の一例(詳細)を示す図である。図8にて第1コンデンサC1及び第4コンデンサC4の電圧Vc1、Vc4の推移は太線で描いており、第2コンデンサC2及び第3コンデンサC3の電圧Vc2、Vc3の推移は細線で描いている。また二次側の第7ダイオードD7を流れる電流id7の推移は太線で描いており、二次側の第5スイッチング素子S5及び第5ダイオードD5を流れる電流is5(id5)の推移は細線で描いている。同様に二次側の第8ダイオードD8を流れる電流id8の推移は太線で描いており、二次側の第6スイッチング素子S6及び第6ダイオードD6を流れる電流is6(id6)の推移は細線で描いている。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example (details) of a control method according to a comparative example of the switching power supply apparatus 10 of FIG. In FIG. 8, the transitions of the voltages Vc1 and Vc4 of the first capacitor C1 and the fourth capacitor C4 are drawn by bold lines, and the transitions of the voltages Vc2 and Vc3 of the second capacitor C2 and the third capacitor C3 are drawn by thin lines. The transition of the current id7 flowing through the seventh diode D7 on the secondary side is drawn with a thick line, and the transition of the current is5 (id5) flowing through the fifth switching element S5 and the fifth diode D5 on the secondary side is drawn with a thin line. Yes. Similarly, the transition of the current id8 flowing through the secondary-side eighth diode D8 is drawn with a bold line, and the transition of the current is6 (id6) flowing through the secondary-side sixth switching element S6 and the sixth diode D6 is drawn with a thin line. ing.

一次側の第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3の駆動信号と二次側の第5スイッチング素子S5の駆動信号の位相差α、及び一次側の第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4の駆動信号と二次側の第6スイッチング素子S6の駆動信号の位相差αが適応制御されて、スイッチング電源装置10の出力電圧が略一定に保たれる。   The phase difference α between the drive signals of the second switching element S2 and the third switching element S3 on the primary side and the drive signal of the fifth switching element S5 on the secondary side, and the first switching element S1 and the fourth switching element S4 on the primary side. The phase difference α between the drive signal and the drive signal of the secondary-side sixth switching element S6 is adaptively controlled, and the output voltage of the switching power supply device 10 is kept substantially constant.

図8のように一次側と二次側の駆動信号のパルス幅が同一に設定される場合、第5スイッチング素子S5の駆動信号のパルスと、第6スイッチング素子S6の駆動信号のパルスの間に空白期間が発生する。従って第5スイッチング素子S5の駆動信号と、第6スイッチング素子S6の駆動信号の信号線を共通化できない。   When the pulse widths of the primary and secondary drive signals are set to be the same as shown in FIG. 8, the drive signal pulse of the fifth switching element S5 and the drive signal pulse of the sixth switching element S6 A blank period occurs. Therefore, the drive signal for the fifth switching element S5 and the signal line for the drive signal for the sixth switching element S6 cannot be shared.

図9は、図1のスイッチング電源装置10の実施例に係る制御方法の別の例を示す図である。図9では第5スイッチング素子S5の駆動信号のパルスと、第6スイッチング素子S6の駆動信号のパルスの間に空白期間を設けていない。即ち、第5スイッチング素子S5の駆動信号と第6スイッチング素子S6の駆動信号は完全な反転信号になる。従って第6スイッチング素子S6がオンの期間に、第5スイッチング素子S5の反転駆動信号で第6スイッチング素子S6を駆動できる。従って第5スイッチング素子S5の駆動信号と、第6スイッチング素子S6の駆動信号の信号線を共通化できる。   FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the control method according to the embodiment of the switching power supply device 10 of FIG. In FIG. 9, no blank period is provided between the pulse of the drive signal for the fifth switching element S5 and the pulse of the drive signal for the sixth switching element S6. That is, the drive signal of the fifth switching element S5 and the drive signal of the sixth switching element S6 are completely inverted signals. Therefore, the sixth switching element S6 can be driven by the inverted drive signal of the fifth switching element S5 during the period when the sixth switching element S6 is on. Therefore, the drive signal for the fifth switching element S5 and the signal line for the drive signal for the sixth switching element S6 can be shared.

図8と図9を比較すると、第7ダイオードD7を流れる電流id7、第5スイッチング素子S5及び第5ダイオードD5を流れる電流is5(id5)、第8ダイオードD8を流れる電流id8、並びに第6スイッチング素子S6及び第6ダイオードD6を流れる電流is6(id6)の波形は同じである。従って第2構成例に係る制御装置20を採用し、図9に示す二次側の駆動にデッドタイムを設けない制御方法を用いても、図8に示す比較例に係る制御方法と同様の特性を実現できる。即ち、両者の間で二次側の電流波形は同じであり、一次側から二次側に取り出す電力量も同じである。   Comparing FIG. 8 and FIG. 9, the current id7 flowing through the seventh diode D7, the current is5 (id5) flowing through the fifth switching element S5 and the fifth diode D5, the current id8 flowing through the eighth diode D8, and the sixth switching element The waveforms of the current is6 (id6) flowing through S6 and the sixth diode D6 are the same. Therefore, even when the control device 20 according to the second configuration example is employed and the control method that does not provide the dead time for the secondary side drive shown in FIG. 9 is used, the same characteristics as the control method according to the comparative example shown in FIG. Can be realized. That is, the current waveform on the secondary side is the same between the two, and the amount of power extracted from the primary side to the secondary side is also the same.

以上説明したように本実施の形態によれば、二次側位相シフト方式の電力変換装置100にて、二次側のハードスイッチングを回避できるため、効率および特性を改善できる。また二次側の第5スイッチング素子S5及び第6スイッチング素子S6の駆動信号を反転信号とすることにより、信号線を削減でき、回路規模およびコストを削減できる。   As described above, according to the present embodiment, secondary-side hard-switching can be avoided in secondary-side phase shift type power conversion device 100, so that efficiency and characteristics can be improved. In addition, by using the drive signals for the fifth switching element S5 and the sixth switching element S6 on the secondary side as inverted signals, the signal lines can be reduced, and the circuit scale and cost can be reduced.

以下、図1に示した実施の形態に係る電力変換装置100の構成の変形例を説明する。図1の電力変換装置100は、一次側にフルブリッジ型のインバータを備え、二次側にフルブリッジ型の整流回路を備える例である。   Hereinafter, modifications of the configuration of the power conversion device 100 according to the embodiment shown in FIG. 1 will be described. The power conversion apparatus 100 of FIG. 1 is an example provided with a full bridge type inverter on the primary side and a full bridge type rectifier circuit on the secondary side.

図10は、変形例1に係る電力変換装置100の構成を示す図である。変形例1に係る電力変換装置100は、一次側にフルブリッジ型のインバータを備え、二次側にセンタータップ型の整流回路を備える例である。センタータップ型の整流回路は、第5ダイオードD5、第5スイッチング素子S5、第6ダイオードD6、第6スイッチング素子S6及び第9ダイオードD9を含む。   FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device 100 according to the first modification. The power conversion device 100 according to the modification 1 is an example in which a full bridge type inverter is provided on the primary side and a center tap type rectifier circuit is provided on the secondary side. The center tap type rectifier circuit includes a fifth diode D5, a fifth switching element S5, a sixth diode D6, a sixth switching element S6, and a ninth diode D9.

当該整流回路の出力端子が、第5コイルL5及び第5コンデンサC5で構成される平滑回路のプラス端子に接続され、二次巻線N2の中点が当該平滑回路のマイナス端子に接続される。第5ダイオードD5のアノード端子は、第5スイッチング素子S5及び第4コイルL4を介して二次巻線N2の一端に接続され、第6ダイオードD6のアノード端子は、第6スイッチング素子S6及び第3コイルL3を介して二次巻線N2の他端に接続される。   The output terminal of the rectifier circuit is connected to the plus terminal of the smoothing circuit composed of the fifth coil L5 and the fifth capacitor C5, and the midpoint of the secondary winding N2 is connected to the minus terminal of the smoothing circuit. The anode terminal of the fifth diode D5 is connected to one end of the secondary winding N2 via the fifth switching element S5 and the fourth coil L4, and the anode terminal of the sixth diode D6 is connected to the sixth switching element S6 and the third coil The other end of the secondary winding N2 is connected via the coil L3.

第5ダイオードD5は、二次巻線N2からの順方向電流を導通し、二次巻線N2からの逆方向電流を遮断する。一方、第6ダイオードD6は、二次巻線N2からの逆方向電流を導通し、二次巻線N2からの順方向電流を遮断する。第5スイッチング素子S5は、順方向電流をスイッチングする二次側順方向スイッチング素子として作用し、第6スイッチング素子S6は、逆方向電流をスイッチングする二次側逆方向スイッチング素子として作用する。第9ダイオードD9のアノード端子は二次巻線N2の中点に接続され、第9ダイオードD9のカソード端子は、第5ダイオードD5及び第6ダイオードD6のカソード端子に共通に接続される。   The fifth diode D5 conducts the forward current from the secondary winding N2, and interrupts the reverse current from the secondary winding N2. On the other hand, the sixth diode D6 conducts the reverse current from the secondary winding N2, and cuts off the forward current from the secondary winding N2. The fifth switching element S5 acts as a secondary forward switching element that switches forward current, and the sixth switching element S6 acts as a secondary backward switching element that switches reverse current. The anode terminal of the ninth diode D9 is connected to the middle point of the secondary winding N2, and the cathode terminal of the ninth diode D9 is connected in common to the cathode terminals of the fifth diode D5 and the sixth diode D6.

図11は、変形例2に係る電力変換装置100の構成を示す図である。変形例2に係る電力変換装置100は、一次側にハーフブリッジ型のインバータを備え、二次側にフルブリッジ型の整流回路を備える例である。図11のハーフブリッジ型のインバータは、図1、図10のフルブリッジ型のインバータから第1スイッチング素子S1、第1ダイオードD1、第1コンデンサC1、第3スイッチング素子S3、第3ダイオードD3、第3コンデンサC3及び第1コイルL1が省略された構成である。なお図11では、一次巻線N1の励磁インダクタを第6コイルL6として描いている。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device 100 according to the second modification. The power conversion device 100 according to the modification 2 is an example including a half-bridge type inverter on the primary side and a full-bridge type rectifier circuit on the secondary side. The half-bridge type inverter shown in FIG. 11 includes a first switching element S1, a first diode D1, a first capacitor C1, a third switching element S3, a third diode D3, a first switching element, and the like from the full-bridge type inverter shown in FIGS. In this configuration, the three capacitors C3 and the first coil L1 are omitted. In FIG. 11, the exciting inductor of the primary winding N1 is depicted as the sixth coil L6.

図12は、変形例3に係る電力変換装置100の構成を示す図である。変形例3に係る電力変換装置100は、一次側にハーフブリッジ型のインバータを備え、二次側にセンタータップ型の整流回路を備える例である。   FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device 100 according to the third modification. The power conversion device 100 according to Modification 3 is an example in which a half-bridge inverter is provided on the primary side and a center tap rectifier circuit is provided on the secondary side.

以上説明したように二次側位相シフト方式で、一次側と二次側が高周波トランスでACリンクされるDC−DCコンバータでは、全てのスイッチングにおいてゼロ電圧スイッチング、ゼロ電流スイッチング、又はその両方のソフトスイッチング動作が負荷状態に関係なく実現できる。また循環電流が抑制されることから、大幅な導通損失の低減、及び変換効率の向上を実現できる。この動作原理は、一次側のインバータ回路がハーフブリッジ型の回路トポロジにも適用可能である。また二次側の整流回路がセンタータップ型の回路トポロジにも適用可能である。図1、図10−図12の電力変換装置100は全て同様の効果が得られるため、使用する電圧および電流、並びに使用するパワーデバイスの数を考慮して、設計者が最適な回路トポロジを選択すればよい。   As described above, in the DC-DC converter in which the primary side and the secondary side are AC-linked by the high-frequency transformer in the secondary side phase shift method, zero voltage switching, zero current switching, or both soft switching is performed in all switching. The operation can be realized regardless of the load state. In addition, since the circulating current is suppressed, a significant reduction in conduction loss and an improvement in conversion efficiency can be realized. This operation principle can also be applied to a circuit topology in which the primary-side inverter circuit is a half-bridge type. The secondary side rectifier circuit can also be applied to a center tap type circuit topology. The power converters 100 in FIGS. 1 and 10 to 12 all have the same effect, so that the designer selects an optimum circuit topology in consideration of the voltage and current to be used and the number of power devices to be used. do it.

以下、本実施の形態に係る電力変換装置100の一次側の構成の変形例をさらに挙げる。なお以下の変形例では二次側の構成として、フルブリッジ型の整流回路を備える例を描いているが、センタータップ型の整流回路を備えてもよい。   Hereinafter, the modification of the structure of the primary side of the power converter device 100 which concerns on this Embodiment is further mentioned. In addition, although the example provided with a full bridge type rectifier circuit is drawn as a secondary side configuration in the following modification, a center tap type rectifier circuit may be provided.

図13は、変形例4に係る電力変換装置100の構成を示す図である。変形例4に係る電力変換装置100は、図1、図10−図12の第1直流電源E1〜第4直流電源E4をそれぞれ第6コンデンサC6〜第9コンデンサC9に置き換え、直流電源Eを一つにしている。変形例4では、第1コイルL1、第1直流電源E1および第3直流電源E3ではなく、第1コイルL1、第6コンデンサC6および第8コンデンサC8で共振ポール回路を構成している。右側のアームについても同様である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device 100 according to the fourth modification. The power conversion device 100 according to the modified example 4 replaces the first DC power supply E1 to the fourth DC power supply E4 of FIGS. 1 and 10 to 12 with the sixth capacitor C6 to the ninth capacitor C9, respectively, and uses the DC power supply E as one. I'm stuck. In Modification 4, the first coil L1, the first DC power supply E1, and the third DC power supply E3, not the first coil L1, the sixth capacitor C6, and the eighth capacitor C8 form a resonance pole circuit. The same applies to the right arm.

図14は、変形例5に係る電力変換装置100の構成を示す図である。変形例5に係る電力変換装置100は、変形例4に係る電力変換装置100から第7コンデンサC7及び第8コンデンサC8を削除し、第2コイルL2の一端を、第6コンデンサC6と第8コンデンサC8間のノードに接続した構成である。即ち、第6コンデンサC6及び第8コンデンサC8が、左右アームの共振ポール回路で共有される構成である。   FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device 100 according to the fifth modification. In the power conversion device 100 according to the modification 5, the seventh capacitor C7 and the eighth capacitor C8 are deleted from the power conversion device 100 according to the modification 4, and one end of the second coil L2 is connected to the sixth capacitor C6 and the eighth capacitor. The configuration is connected to a node between C8. That is, the sixth capacitor C6 and the eighth capacitor C8 are shared by the resonance pole circuits of the left and right arms.

図15は、変形例6に係る電力変換装置100の構成を示す図である。変形例6に係る電力変換装置100は、第1コイルL1及び第2コイルL2を、一次巻線N1の漏れインダクタンスで実現した構成である。以上の変形例4−6に係る電力変換装置100も、図1、図10−図12の電力変換装置100と同様の効果が得られる。   FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device 100 according to the sixth modification. The power conversion device 100 according to Modification 6 has a configuration in which the first coil L1 and the second coil L2 are realized by the leakage inductance of the primary winding N1. The power conversion device 100 according to Modification 4-6 described above can achieve the same effects as those of the power conversion device 100 of FIGS. 1 and 10 to 12.

以上に説明した本実施の形態に係る電力変換装置100は様々な用途に使用できる。以下、蓄電システム及び車両で使用する例を挙げる。その他、データセンタの電源装置など、高効率な電力変換、及び絶縁が要求される用途にも使用される。   The power conversion device 100 according to the present embodiment described above can be used for various purposes. Hereinafter, examples of use in a power storage system and a vehicle will be given. In addition, it is also used for applications that require highly efficient power conversion and insulation, such as a data center power supply device.

図16は、本実施の形態に係る電力変換装置100が使用される蓄電システム400の構成を示す図である。図16に示す蓄電システム400は、太陽電池200a、蓄電池200b、DC−DCコンバータ100a、DC−DCコンバータ100b、インバータ300aを備える。蓄電池200bは据置型の蓄電池であってもよいし、車載電池など可搬性のある蓄電池であってもよい。太陽電池200aにより発電された直流電力は、DC−DCコンバータ100aにより所定電圧の直流電力に変換される。当該直流電力は、インバータ300aにより交流電力に変換されて系統500に出力されるか、DC−DCコンバータ100bにより蓄電用電圧の直流電力に変換されて、蓄電池200bに蓄積される。DC−DCコンバータ100a及びDC−DCコンバータ100bの少なくとも一方に、本実施の形態に係る電力変換装置100を使用する。   FIG. 16 is a diagram showing a configuration of power storage system 400 in which power conversion device 100 according to the present embodiment is used. A power storage system 400 illustrated in FIG. 16 includes a solar battery 200a, a storage battery 200b, a DC-DC converter 100a, a DC-DC converter 100b, and an inverter 300a. The storage battery 200b may be a stationary storage battery or a portable storage battery such as an in-vehicle battery. The DC power generated by the solar cell 200a is converted into DC power having a predetermined voltage by the DC-DC converter 100a. The DC power is converted into AC power by the inverter 300a and output to the system 500, or is converted into DC power of the storage voltage by the DC-DC converter 100b and stored in the storage battery 200b. The power conversion device 100 according to the present embodiment is used for at least one of the DC-DC converter 100a and the DC-DC converter 100b.

なお蓄電池200b及びDC−DCコンバータ100bを省略してもよい。この場合、蓄電機能のない太陽光発電システムとなる。また太陽電池200a及びDC−DCコンバータ100aを省略してもよい。この場合、発電機能のない蓄電システムとなる。   Note that the storage battery 200b and the DC-DC converter 100b may be omitted. In this case, a solar power generation system without a power storage function is obtained. Further, the solar cell 200a and the DC-DC converter 100a may be omitted. In this case, the power storage system has no power generation function.

図17は、本実施の形態に係る電力変換装置100が使用される車両700の構成を示す図である。図17に示す車両700は、走行用のモータ600を搭載するハイブリッドカー(HV)、プラグインハイブリッドカー(PHV)または電気自動車(EV)である。なおモータ600は自走可能な高出力モータに限らず、マイルドハイブリッドカーに搭載される走行アシストモータであってもよい。通常、モータ600には交流同期モータが用いられる。   FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a vehicle 700 in which the power conversion device 100 according to the present embodiment is used. A vehicle 700 shown in FIG. 17 is a hybrid car (HV), a plug-in hybrid car (PHV), or an electric car (EV) on which a traveling motor 600 is mounted. The motor 600 is not limited to a high-power motor that can run on its own, but may be a travel assist motor mounted on a mild hybrid car. Usually, an AC synchronous motor is used as the motor 600.

図17に示す車両700は、走行用電池200c、補機電池200d、DC−DCコンバータ100c、双方向DC−DCコンバータ150、インバータ300b、モータ600を備える。走行用電池200cには、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの蓄電池を用いることができる。力行時、双方向DC−DCコンバータ150は、走行用電池200cから供給される直流電力を所定電圧の直流電力に変換してインバータ300bに出力する。インバータ300bは、双方向DC−DCコンバータ150から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ600に供給する。回生時、インバータ300bは、減速エネルギーにもとづき発電された交流電力を直流電力に変換して、双方向DC−DCコンバータ150に出力する。双方向DC−DCコンバータ150は、インバータ300bから供給される直流電力を、電池電圧の直流電力に変換して走行用電池200cに充電する。   A vehicle 700 shown in FIG. 17 includes a traveling battery 200c, an auxiliary battery 200d, a DC-DC converter 100c, a bidirectional DC-DC converter 150, an inverter 300b, and a motor 600. A storage battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery can be used as the traveling battery 200c. During power running, bidirectional DC-DC converter 150 converts the DC power supplied from battery for traveling 200c into DC power of a predetermined voltage and outputs it to inverter 300b. Inverter 300 b converts the DC power supplied from bidirectional DC-DC converter 150 into AC power and supplies the AC power to motor 600. During regeneration, inverter 300 b converts AC power generated based on the deceleration energy into DC power and outputs the DC power to bidirectional DC-DC converter 150. The bidirectional DC-DC converter 150 converts the direct current power supplied from the inverter 300b into the direct current power of the battery voltage and charges the traveling battery 200c.

補機電池200dには通常、12V出力の鉛電池が用いられる。マイルドハイブリッドカーでは、走行用電池200cは例えば、48V出力に設計される。補機電池200dが接続される12V系統と、走行用電池200cが接続される48V系統は、DC−DCコンバータ100cを介して接続される。DC−DCコンバータ100cは、補機電池200dの電圧を、走行用電池200cの電圧まで昇圧する。これにより、走行用電池200cの容量が不足した場合、補機電池200dからモータ600に給電できる。DC−DCコンバータ100cには、本実施の形態に係る電力変換装置100を使用する。   As the auxiliary battery 200d, a 12V output lead battery is usually used. In the mild hybrid car, the traveling battery 200c is designed to output 48V, for example. The 12V system to which the auxiliary battery 200d is connected and the 48V system to which the traveling battery 200c is connected are connected via the DC-DC converter 100c. The DC-DC converter 100c boosts the voltage of the auxiliary battery 200d to the voltage of the traveling battery 200c. Thus, when the capacity of the traveling battery 200c is insufficient, power can be supplied to the motor 600 from the auxiliary battery 200d. The DC-DC converter 100c uses the power conversion device 100 according to the present embodiment.

図18は、本実施の形態に係る電力変換装置100が使用される充電器800の構成を示す図である。図18に示す車両700は、図17に示す車両にプラグイン充電機能が追加された車両である。充電器800は、整流回路810、PFC回路820、DC−DCコンバータ100dを備える。整流回路810は、系統500から供給される交流電圧を整流する。PFC回路820は、整流された電力の力率を改善する。DC−DCコンバータ100dは、PFC回路820からの入力電圧を、充電電圧に変換する。DC−DCコンバータ100dには、本実施の形態に係る電力変換装置100を使用する。充電器800は図18に示すように、車両外に設置される(急速)充電器であってもよいし、車両700内に搭載される車載充電器であってもよい。   FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a charger 800 in which the power conversion device 100 according to the present embodiment is used. A vehicle 700 shown in FIG. 18 is a vehicle in which a plug-in charging function is added to the vehicle shown in FIG. The charger 800 includes a rectifier circuit 810, a PFC circuit 820, and a DC-DC converter 100d. The rectifier circuit 810 rectifies the AC voltage supplied from the system 500. The PFC circuit 820 improves the power factor of the rectified power. The DC-DC converter 100d converts the input voltage from the PFC circuit 820 into a charging voltage. The DC-DC converter 100d uses the power conversion device 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 18, the charger 800 may be a (rapid) charger installed outside the vehicle, or an in-vehicle charger mounted in the vehicle 700.

以上説明したように蓄電システム400内、車両700内、又は充電器800内で使用されるDC−DCコンバータに、本実施の形態に係る電力変換装置100を使用することにより、損失が少なく特性が良好な電源系を構築できる。   As described above, by using the power conversion device 100 according to the present embodiment for the DC-DC converter used in the power storage system 400, the vehicle 700, or the charger 800, there is little loss and characteristics are improved. A good power supply system can be constructed.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. .

例えば、第1コンデンサC1〜第4コンデンサC1〜C4をスナバコンデンサではなく、第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4のそれぞれの寄生容量で構成してもよい。また第1ダイオードD1〜第4ダイオードD4を第1スイッチング素子S1〜第4スイッチング素子S4のそれぞれの寄生ダイオードで構成してもよい。   For example, the first capacitor C1 to the fourth capacitor C1 to C4 may be configured by the respective parasitic capacitances of the first switching element S1 to the fourth switching element S4 instead of the snubber capacitor. Further, the first diode D1 to the fourth diode D4 may be constituted by the respective parasitic diodes of the first switching element S1 to the fourth switching element S4.

本発明は、蓄電システム、車両などで使用されるDC−DCコンバータに利用可能である。   The present invention can be used for DC-DC converters used in power storage systems, vehicles, and the like.

100 電力変換装置、 10 スイッチング電源装置、 20 制御装置、 S1 第1スイッチング素子、 S2 第2スイッチング素子、 S3 第3スイッチング素子、 S4 第4スイッチング素子、 S5 第5スイッチング素子、 S6 第6スイッチング素子、 C1 第1コンデンサ、 C2 第2コンデンサ、 C3 第3コンデンサ、 C4 第4コンデンサ、 C5 第5コンデンサ、 C6 第6コンデンサ、 C7 第7コンデンサ、 C8 第8コンデンサ、 C9 第9コンデンサ、 D1 第1ダイオード、 D2 第2ダイオード、 D3 第3ダイオード、 D4 第4ダイオード、 D5 第5ダイオード、 D6 第6ダイオード、 D7 第7ダイオード、 D8 第8ダイオード、 D9 第9ダイオード、 L1 第1コイル、 L2 第2コイル、 L3 第3コイル、 L4 第4コイル、 L5 第5コイル、 L6 第6コイル、 T トランス、 N1 一次巻線、 N2 二次巻線、 E 直流電源、 E1 第1直流電源、 E2 第2直流電源、 E3 第3直流電源、 E4 第4直流電源、 11 出力電圧検出回路、 21 第1駆動回路、 22 第2駆動回路、 23 第3駆動回路、 24 第4駆動回路、 25 マイクロコンピュータ、 26 NOT回路、 30 負荷、 100a,100b,100c,100d DC−DCコンバータ、 150 双方向DC−DCコンバータ、 200a 太陽電池、 200b 蓄電池、 200c 走行用電池、 200d 補機電池、 300a,300b インバータ、 400 蓄電システム、 500 系統、 600 モータ、 700 車両、 800 充電器、 810 整流回路、 820 PFC回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Power converter device, 10 Switching power supply device, 20 Control apparatus, S1 1st switching element, S2 2nd switching element, S3 3rd switching element, S4 4th switching element, S5 5th switching element, S6 6th switching element, C1 first capacitor, C2 second capacitor, C3 third capacitor, C4 fourth capacitor, C5 fifth capacitor, C6 sixth capacitor, C7 seventh capacitor, C8 eighth capacitor, C9 ninth capacitor, D1 first diode, D2 second diode, D3 third diode, D4 fourth diode, D5 fifth diode, D6 sixth diode, D7 seventh diode, D8 eighth diode, D9 ninth diode, L1 first coil, L2 2nd coil, L3 3rd coil, L4 4th coil, L5 5th coil, L6 6th coil, T transformer, N1 primary winding, N2 secondary winding, E DC power supply, E1 1st DC power supply, E2 Second DC power supply, E3 Third DC power supply, E4 Fourth DC power supply, 11 Output voltage detection circuit, 21 First drive circuit, 22 Second drive circuit, 23 Third drive circuit, 24 Fourth drive circuit, 25 Microcomputer , 26 NOT circuit, 30 load, 100a, 100b, 100c, 100d DC-DC converter, 150 bidirectional DC-DC converter, 200a solar battery, 200b storage battery, 200c battery for traveling, 200d auxiliary battery, 300a, 300b inverter, 400 power storage system, 500 systems, 600 Over data, 700 vehicle, 800 charger, 810 rectifier circuit, 820 PFC circuit.

Claims (5)

直流電圧を交流電圧に変換するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路に接続される一次巻線と、前記一次巻線と電磁結合される二次巻線を含むトランスと、
前記二次巻線から入力される交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された電圧を平滑化する平滑回路と、を備え、
前記整流回路は、電流経路に挿入された二次側スイッチング素子を含み、
前記二次側スイッチング素子のオン期間は、前記ブリッジ回路に含まれる一次側スイッチング素子のオン期間より長く設定されることを特徴とするスイッチング電源装置。
A bridge circuit that converts DC voltage to AC voltage;
A transformer including a primary winding connected to the bridge circuit, and a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding;
A rectifier circuit for rectifying an AC voltage input from the secondary winding;
A smoothing circuit that smoothes the voltage rectified by the rectifier circuit,
The rectifier circuit includes a secondary side switching element inserted in a current path,
The switching power supply device according to claim 1, wherein an on period of the secondary side switching element is set longer than an on period of a primary side switching element included in the bridge circuit.
前記ブリッジ回路は、前記一次側スイッチング素子として、
前記一次巻線に順方向電流を供給する経路に挿入される一次側順方向スイッチング素子と、
前記一次巻線に逆方向電流を供給する経路に挿入される一次側逆方向スイッチング素子と、を含み、
前記整流回路は、
前記二次巻線からの順方向電流を導通させる第1ダイオードと、
前記二次巻線からの逆方向電流を導通させる第2ダイオードと、
前記二次側スイッチング素子として、
前記第1ダイオードを含む順方向電流経路に挿入される二次側順方向スイッチング素子と、
前記第2ダイオードを含む逆方向電流経路に挿入される二次側逆方向スイッチング素子と、を含み、
前記一次側順方向スイッチング素子および前記一次側逆方向スイッチング素子は、固定のデューティ比および固定の位相で動作し、
前記二次側順方向スイッチング素子および前記二次側逆方向スイッチング素子は、固定のデューティ比、および本スイッチング電源装置の出力電圧に応じて変動する位相で動作し、
前記二次側順方向スイッチング素子および前記二次側逆方向スイッチング素子の単位オン期間は、前記一次側順方向スイッチング素子および前記一次側逆方向スイッチング素子の単位オン期間より長く設定され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。
The bridge circuit as the primary side switching element,
A primary-side forward switching element inserted in a path for supplying a forward current to the primary winding;
A primary-side reverse switching element inserted in a path for supplying a reverse current to the primary winding,
The rectifier circuit is
A first diode that conducts forward current from the secondary winding;
A second diode for conducting reverse current from the secondary winding;
As the secondary side switching element,
A secondary forward switching element inserted in a forward current path including the first diode;
A secondary reverse switching element inserted into a reverse current path including the second diode,
The primary-side forward switching element and the primary-side reverse switching element operate with a fixed duty ratio and a fixed phase,
The secondary-side forward switching element and the secondary-side reverse switching element operate with a fixed duty ratio and a phase that varies according to the output voltage of the switching power supply device,
Unit on periods of the secondary side forward switching element and the secondary side reverse switching element are set longer than unit on periods of the primary side forward switching element and the primary side reverse switching element. The switching power supply device according to claim 1.
前記一次側順方向スイッチング素子および前記一次側逆方向スイッチング素子はデッドタイムを含み、前記二次側順方向スイッチング素子および前記二次側逆方向スイッチング素子はデッドタイムを含まない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。   The primary-side forward switching element and the primary-side reverse switching element include a dead time, and the secondary-side forward switching element and the secondary-side reverse switching element do not include a dead time. Item 3. The switching power supply device according to Item 2. 請求項1に記載のスイッチング電源装置と、
前記一次側スイッチング素子および前記二次側スイッチング素子を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
A switching power supply device according to claim 1;
A control device for controlling the primary side switching element and the secondary side switching element;
A power conversion device comprising:
請求項2または3に記載のスイッチング電源装置と、
前記一次側順方向スイッチング素子、前記一次側順方向スイッチング素子、前記二次側順方向スイッチング素子、及び前記二次側逆方向スイッチング素子を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記一次側順方向スイッチング素子、前記一次側順方向スイッチング素子、前記二次側順方向スイッチング素子、及び前記二次側逆方向スイッチング素子の駆動信号を生成するための制御信号を生成する制御回路と、
前記制御回路からの制御信号をもとに、前記二次側順方向スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する二次側順方向駆動回路と、
前記制御回路からの制御信号をもとに、前記二次側順方向スイッチング素子を駆動する二次側逆方向駆動回路と、
前記制御回路から前記二次側順方向駆動回路に供給される制御信号の論理を反転させて前記二次側逆方向駆動回路に供給する、または前記制御回路から前記二次側逆方向駆動回路に供給される制御信号の論理を反転させて前記二次側順方向駆動回路に供給するNOT回路と、
を含むことを特徴とする電力変換装置。
The switching power supply device according to claim 2 or 3,
A controller for controlling the primary-side forward switching element, the primary-side forward switching element, the secondary-side forward switching element, and the secondary-side reverse switching element;
The controller is
A control circuit for generating a control signal for generating drive signals for the primary-side forward switching element, the primary-side forward switching element, the secondary-side forward switching element, and the secondary-side reverse switching element; ,
A secondary-side forward drive circuit that generates a drive signal for driving the secondary-side forward switching element based on a control signal from the control circuit;
Based on a control signal from the control circuit, a secondary reverse drive circuit for driving the secondary forward switching element,
The control signal supplied from the control circuit to the secondary forward drive circuit is inverted and supplied to the secondary reverse drive circuit, or from the control circuit to the secondary reverse drive circuit. A NOT circuit that inverts the logic of the supplied control signal and supplies it to the secondary forward drive circuit;
The power converter device characterized by including.
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