JP2016123200A - Driving device and power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving device and a power conversion device that can achieve a switching speed matched with a driving state.SOLUTION: A driving device for driving a switching element has a detector for directly or indirectly detecting at least one of conduction current, applied voltage and temperature of the switching element as a driving state of the switching element, a driving part for outputting a driving signal to a control terminal of the switching element, and a controller for controlling the driving part to change the switching speed of the switching element according to the detected driving state. The controller for pre-holding setting information in which each of plural sections obtained by sectioning the variation range of the driving state is associated with a control parameter for defining the highest switching speed out of switching speeds satisfying a predetermined driving condition in the section, extracting the control parameter corresponding to the section containing the detected driving state from the setting information, and controlling the driving part based on the extracted control parameter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、制御端子を備えるスイッチング素子を駆動する駆動装置、その駆動装置を備えた電力変換装置に関する。   The present disclosure relates to a drive device that drives a switching element that includes a control terminal, and a power conversion device that includes the drive device.

ゲート容量が大きい高出力用のスイッチング素子を駆動する駆動装置が知られている(特許文献1参照)。このような駆動装置では、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減することが望まれている。   A driving device that drives a switching element for high output having a large gate capacitance is known (see Patent Document 1). In such a drive device, it is desired to reduce the switching loss in the switching element.

特許第3271525号公報Japanese Patent No. 3271525

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、さらなる改善が望まれている。   However, further improvement is desired in the technique described in Patent Document 1.

上記課題を解決するために、本開示の一態様の駆動装置は、
制御端子、第1導通端子、及び第2導通端子を備えるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
前記スイッチング素子の導通電流、印加電圧、温度のうち少なくとも1つを直接的又は間接的に前記スイッチング素子の駆動状態として検出する検出部と、
前記スイッチング素子の前記制御端子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動部を制御して、前記検出された駆動状態に応じて前記スイッチング素子のスイッチング速度を変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記駆動状態の変動範囲が区分けされた複数の区分と、前記複数の区分の各々において所定の駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する制御パラメータとが対応付けられた設定情報を予め保持し、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記制御パラメータを前記設定情報から抽出し、前記抽出した制御パラメータに基づいて前記駆動部を制御するものである。
In order to solve the above problem, a drive device according to one embodiment of the present disclosure includes:
A driving device for driving a switching element including a control terminal, a first conduction terminal, and a second conduction terminal,
A detection unit that detects at least one of a conduction current, an applied voltage, and a temperature of the switching element directly or indirectly as a driving state of the switching element;
A drive unit that outputs a drive signal to the control terminal of the switching element;
A controller that controls the drive unit to change a switching speed of the switching element according to the detected drive state;
With
The control unit includes a plurality of sections in which the driving state variation ranges are divided, and a control parameter that defines a highest switching speed among the switching speeds satisfying a predetermined driving condition in each of the plurality of sections. Corresponding setting information is stored in advance, the control parameter corresponding to the section including the detected drive state is extracted from the setting information, and the drive unit is controlled based on the extracted control parameter Is.

本開示によれば、さらなる改善を実現できる。   According to the present disclosure, further improvements can be realized.

制御端子を備えるスイッチング素子を含むモータ駆動システムを概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the motor drive system containing the switching element provided with a control terminal. 第1実施形態の駆動装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the drive device of 1st Embodiment. 駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to obtain | require optimal control parameters according to a drive state. 充電時間を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。It is a graph which shows each switching characteristic when changing charging time. 第1実施形態の駆動装置の制御部が保持するテーブルの一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the table which the control part of the drive device of 1st Embodiment hold | maintains. 提案手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the proposal technique. 比較例の手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the method of a comparative example. 第2実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to obtain | require optimal control parameters according to a drive state in 2nd Embodiment. 放電時間を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。It is a graph which shows each switching characteristic when changing discharge time. 第2実施形態の駆動装置の制御部が保持するテーブルの一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the table which the control part of the drive device of 2nd Embodiment hold | maintains. 第2実施形態の提案手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the proposal technique of a 2nd embodiment. 比較例の手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the method of a comparative example. 第3実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to obtain | require optimal control parameters according to a drive state in 3rd Embodiment. プリチャージ時間を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。It is a graph which shows each switching characteristic when changing precharge time. 第3実施形態の駆動装置の制御部が保持するテーブルの一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the table which the control part of the drive device of 3rd Embodiment hold | maintains. 第3実施形態の提案手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the proposal technique of a 3rd embodiment. 比較例の手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the method of a comparative example. 第4実施形態の駆動装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the drive device of 4th Embodiment. 第4実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to obtain | require optimal control parameters according to a drive state in 4th Embodiment. 抵抗値を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。It is a graph which shows each switching characteristic when resistance value is changed. 第4実施形態の駆動装置の制御部が保持するテーブルの一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the table which the control part of the drive device of 4th Embodiment hold | maintains. 第4実施形態の提案手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the proposal technique of a 4th embodiment. 比較例の手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the method of a comparative example. 第5実施形態の駆動装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the drive device of 5th Embodiment. 第5実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to obtain | require optimal control parameters according to a drive state in 5th Embodiment. 充電時間を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。It is a graph which shows each switching characteristic when changing charging time. 第5実施形態の駆動装置の制御部が保持するテーブルの一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the table which the control part of the drive device of 5th Embodiment hold | maintains. 提案手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the proposal technique. 比較例の手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the method of a comparative example. 第6実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to obtain | require optimal control parameters according to a drive state in 6th Embodiment. 第6実施形態の駆動装置の制御部が保持するテーブルの一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the table which the control part of the drive device of 6th Embodiment hold | maintains. 第6実施形態の提案手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the proposal technique of a 6th embodiment. 比較例の手法によりスイッチング素子をターンオンさせる際の駆動装置のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows roughly the simulation result of the drive device at the time of turning on a switching element by the method of a comparative example. 第7実施形態の駆動装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the drive device of 7th Embodiment. 第7実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to obtain | require optimal control parameters according to a drive state in 7th Embodiment. 図35の実験を行ったときのDC−DCコンバータにおける入力電流、スイッチング素子のゲート−ソース間電圧、スイッチング素子のドレイン−ソース間電圧、スイッチング素子のドレイン−ソース間電圧の各波形を概略的に示す図である。35 schematically shows waveforms of an input current, a gate-source voltage of the switching element, a drain-source voltage of the switching element, and a drain-source voltage of the switching element in the DC-DC converter when the experiment of FIG. 35 is performed. FIG. 第8実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to obtain | require optimal control parameters according to a drive state in 8th Embodiment. 第9実施形態において、スイッチング素子がターンオン及びターンオフされるときの、スイッチング素子のゲート−ソース間電圧と、スイッチング素子のドレイン−ソース間電圧と、スイッチング素子のドレイン−ソース間電圧との各波形を概略的に示すタイミングチャートである。In the ninth embodiment, the waveforms of the gate-source voltage of the switching element, the drain-source voltage of the switching element, and the drain-source voltage of the switching element when the switching element is turned on and off are shown. It is a timing chart shown roughly. 拡散に用いる理想台形波を説明する図である。It is a figure explaining the ideal trapezoid wave used for spreading | diffusion. 重ね合わされた理想台形波の高速フーリエ変換の波形を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the waveform of the fast Fourier transform of the ideal trapezoid wave superimposed.

(本開示に至る経緯)
まず、本開示に係る一態様の着眼点について説明する。
(Background to this disclosure)
First, an aspect of one aspect according to the present disclosure will be described.

DC−DCコンバータのスイッチング素子を制御する駆動装置が知られている。DC−DCコンバータにおいては、スイッチング素子のスイッチング損失を低減することが望まれている。スイッチング素子のスイッチング損失は、ドレイン−ソース間の電圧の応答速度を高速化させることで低減される。   2. Description of the Related Art A driving device that controls a switching element of a DC-DC converter is known. In the DC-DC converter, it is desired to reduce the switching loss of the switching element. The switching loss of the switching element is reduced by increasing the response speed of the voltage between the drain and the source.

しかしながら、応答速度を高速化させると、DC−DCコンバータ上の寄生インダクタンスと寄生キャパシタンスとからなる共振ループによりリンギングが発生し、スイッチング素子に過大な電圧が印加される虞がある。そのため、スイッチング素子として耐圧の高いスイッチング素子を採用する必要があり、回路の高コスト化を招いてしまう。また、リンギングに伴って過大な輻射ノイズが発生し、他の電気機器に悪影響を及ぼす虞がある。   However, when the response speed is increased, ringing may occur due to a resonance loop including a parasitic inductance and a parasitic capacitance on the DC-DC converter, and an excessive voltage may be applied to the switching element. For this reason, it is necessary to employ a switching element having a high withstand voltage as the switching element, resulting in an increase in the cost of the circuit. In addition, excessive radiation noise is generated with ringing, which may adversely affect other electrical devices.

また、スイッチング素子のゲートに入力される制御信号の電圧レベルは例えば5V程度であるのに対して、DC−DCコンバータが取り扱う電圧レベルは200V〜300Vと非常に高い。このため、制御信号をDC−DCコンバータにうまく伝播させるには、低電圧回路と高電圧回路との基準電位を電気的に絶縁する必要がある。そこで、スイッチング素子のゲートの前段又は駆動装置を構成する各スイッチのゲートの前段には、フォトカプラなどで構成されるアイソレータが設けられるのが一般的である。ここで、アイソレータには同相除去電圧と呼ばれる基準が設けられている。この基準を満たすためには、スイッチング素子の応答速度(つまり電圧変化率)を、同相除去電圧が定める電圧変化率以下にする必要があり、応答速度の高速化には制限がある。   The voltage level of the control signal input to the gate of the switching element is about 5V, for example, whereas the voltage level handled by the DC-DC converter is very high, 200V to 300V. For this reason, in order to successfully propagate the control signal to the DC-DC converter, it is necessary to electrically insulate the reference potentials of the low voltage circuit and the high voltage circuit. Therefore, an isolator composed of a photocoupler or the like is generally provided before the gate of the switching element or before the gate of each switch constituting the driving device. Here, a reference called an in-phase rejection voltage is provided for the isolator. In order to satisfy this criterion, the response speed (that is, the voltage change rate) of the switching element needs to be equal to or less than the voltage change rate determined by the common-mode rejection voltage, and there is a limit to increasing the response speed.

したがって、スイッチング素子のスイッチング損失を一定の値以下にし、スイッチング素子の応答速度をアイソレータが規定する電圧変化率以下にし、且つ、リンギング電圧を一定の値以下にするスイッチング速度のうち最も高いスイッチング速度を設定することでスイッチング素子の駆動を最適化できる。   Therefore, the highest switching speed among the switching speeds in which the switching loss of the switching element is set to a certain value or less, the response speed of the switching element is set to the voltage change rate specified by the isolator, and the ringing voltage is set to a certain value or less By setting, the driving of the switching element can be optimized.

しかしながら、スイッチング損失、応答速度、及びリンギング電圧は、スイッチング素子に入出力される電流、電圧、スイッチング素子に流れる導通電流、及び、デバイス温度といった、駆動されるスイッチング素子の駆動状態によって変動する。よって、DC−DCコンバータを実際に設計する際には、ワーストの駆動状態を満足させることができるように、スイッチング速度が設定される。そのため、例えば入力電圧又は出力電圧が低い場合など、駆動状態がワーストでない場合には、設定されたスイッチング速度が最適な値でないことがある。この場合、スイッチング素子を効率良く駆動することができない。   However, the switching loss, response speed, and ringing voltage vary depending on the driving state of the driven switching element such as the current input / output to / from the switching element, the voltage, the conduction current flowing through the switching element, and the device temperature. Therefore, when actually designing the DC-DC converter, the switching speed is set so that the worst driving state can be satisfied. Therefore, when the driving state is not worst, for example, when the input voltage or the output voltage is low, the set switching speed may not be an optimal value. In this case, the switching element cannot be driven efficiently.

これに対して、上記特許文献1では、このような課題について、十分に検討されていない。以上の考察により、本発明者は、以下の本開示の各態様を想到するに至った。   On the other hand, in the said patent document 1, it is not fully examined about such a subject. Based on the above considerations, the present inventor has come up with the following aspects of the present disclosure.

本開示の一態様は、
制御端子、第1導通端子、及び第2導通端子を備えるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
前記スイッチング素子の導通電流、印加電圧、温度のうち少なくとも1つを直接的又は間接的に前記スイッチング素子の駆動状態として検出する検出部と、
前記スイッチング素子の前記制御端子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動部を制御して、前記検出された駆動状態に応じて前記スイッチング素子のスイッチング速度を変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記駆動状態の変動範囲が区分けされた複数の区分と、前記複数の区分の各々において所定の駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する制御パラメータとが対応付けられた設定情報を予め保持し、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記制御パラメータを前記設定情報から抽出し、前記抽出した制御パラメータに基づいて前記駆動部を制御するものである。
One aspect of the present disclosure is:
A driving device for driving a switching element including a control terminal, a first conduction terminal, and a second conduction terminal,
A detection unit that detects at least one of a conduction current, an applied voltage, and a temperature of the switching element directly or indirectly as a driving state of the switching element;
A drive unit that outputs a drive signal to the control terminal of the switching element;
A controller that controls the drive unit to change a switching speed of the switching element according to the detected drive state;
With
The control unit includes a plurality of sections in which the driving state variation ranges are divided, and a control parameter that defines a highest switching speed among the switching speeds satisfying a predetermined driving condition in each of the plurality of sections. Corresponding setting information is stored in advance, the control parameter corresponding to the section including the detected drive state is extracted from the setting information, and the drive unit is controlled based on the extracted control parameter Is.

本態様によれば、駆動状態に応じて最も高いスイッチング速度でスイッチング素子を駆動することができる。その結果、スイッチング速度が固定されている場合に比べて、スイッチング損失を低減することができる。また、設定情報を用いた簡易な制御構成で、駆動部を制御することができる。   According to this aspect, the switching element can be driven at the highest switching speed according to the driving state. As a result, the switching loss can be reduced as compared with the case where the switching speed is fixed. In addition, the drive unit can be controlled with a simple control configuration using the setting information.

上記態様において、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記制御パラメータを前記設定情報から抽出する処理を、前記スイッチング素子のオンオフの1サイクル毎に実行してもよい。
In the above embodiment,
The control unit may execute a process of extracting the control parameter corresponding to the classification including the detected drive state from the setting information for each cycle of turning on and off the switching element.

本態様によれば、スイッチング素子のオンオフの1サイクル毎に、駆動状態に応じて最も高いスイッチング速度でスイッチング素子を駆動することができる。   According to this aspect, the switching element can be driven at the highest switching speed in accordance with the drive state for each cycle of switching element on / off.

上記態様において、
前記制御部は、前記抽出した制御パラメータに平均値が一致するように所定範囲でばらつかせた前記制御パラメータを用いて、前記駆動部を制御してもよい。
In the above embodiment,
The control unit may control the drive unit using the control parameter that is dispersed in a predetermined range so that an average value matches the extracted control parameter.

本態様によれば、抽出した制御パラメータに平均値が一致するように所定範囲でばらつかせた制御パラメータが用いられるため、スイッチング速度がばらつかされる。したがって、スイッチング素子におけるスイッチング時の電圧変化率が拡散される。このため、スイッチングにおける高周波成分の極小値及び極大値が分散して平均化される。その結果、スイッチング素子のスイッチングにより発生する輻射ノイズを低減することができる。   According to this aspect, since the control parameter varied in a predetermined range so that the average value matches the extracted control parameter, the switching speed is varied. Therefore, the voltage change rate at the time of switching in the switching element is diffused. For this reason, the minimum value and the maximum value of the high-frequency component in switching are dispersed and averaged. As a result, radiation noise generated by switching of the switching element can be reduced.

上記態様において、
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフするクランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチのオン時間である充電時間であり、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記充電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記充電時間を前記設定情報から抽出し、前記抽出した充電時間を前記充電用スイッチのオン時間に設定してもよい。
In the above embodiment,
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameter is a charging time which is an on time of the charging switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the charging time that defines the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections.
The control unit may extract the charging time corresponding to the section including the detected driving state from the setting information, and set the extracted charging time as an on time of the charging switch.

本態様では、充電用スイッチがターンオンされると、コイルを介して第1電位線からスイッチング素子の制御端子に電流が供給され、かつコイルにエネルギーが蓄積される。充電時間の経過後に充電用スイッチがターンオフされると、充電用ダイオード、コイル、スイッチング素子の制御端子、スイッチング素子の第1導通端子、及び第2電位線のループで、コイルに蓄積されたエネルギーによる電流がスイッチング素子の制御端子に供給される。充電時間、つまり充電用スイッチのオン時間が長くなるほど、コイルに蓄積されるエネルギーが増大する。したがって、充電用スイッチのオン時間が長くなるほど、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。その結果、本態様によれば、駆動状態に応じて、スイッチング素子のスイッチング速度を好適に変更することができる。   In this aspect, when the charging switch is turned on, a current is supplied from the first potential line to the control terminal of the switching element via the coil, and energy is accumulated in the coil. When the charging switch is turned off after the charging time has elapsed, the charging diode, the coil, the control terminal of the switching element, the first conduction terminal of the switching element, and the loop of the second potential line depend on the energy accumulated in the coil. Current is supplied to the control terminal of the switching element. The longer the charging time, that is, the on-time of the charging switch, the more energy is stored in the coil. Therefore, the switching speed of the switching element can be increased as the on-time of the charging switch becomes longer. As a result, according to this aspect, the switching speed of the switching element can be suitably changed according to the drive state.

上記態様において、
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフするクランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチのターンオフから前記クランプスイッチのターンオンまでの時間である放電時間であり、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記放電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記放電時間を前記設定情報から抽出し、前記充電用スイッチ及び前記クランプスイッチを前記抽出した放電時間で駆動させてもよい。
In the above embodiment,
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameter is a discharge time which is a time from the turn-off of the charging switch to the turn-on of the clamp switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the discharge time that defines the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections.
The control unit may extract the discharge time corresponding to the section including the detected drive state from the setting information, and drive the charging switch and the clamp switch with the extracted discharge time. .

本態様では、充電用スイッチのターンオフから放電時間後にクランプスイッチがターンオンされると、第1電位線とスイッチング素子の制御端子との間の通電がオンにされて、スイッチング素子の制御端子が第1電位にクランプされる。   In this aspect, when the clamp switch is turned on after the discharge time from the turn-off of the charging switch, the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element is turned on, and the control terminal of the switching element is the first. Clamped to potential.

したがって、放電時間が短くなるほど、スイッチング素子の制御端子が第1電位にクランプされるまでの時間が短くなる。このため、放電時間が短くなるほど、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。その結果、本態様によれば、駆動状態に応じて、スイッチング素子のスイッチング速度を好適に変更することができる。   Therefore, the shorter the discharge time, the shorter the time until the control terminal of the switching element is clamped to the first potential. For this reason, the shorter the discharge time, the higher the switching speed of the switching element. As a result, according to this aspect, the switching speed of the switching element can be suitably changed according to the drive state.

上記態様において、
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第1クランプスイッチと、
前記第2電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第2電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第2クランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をオン状態にさせる時間であるプリチャージ時間であり、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記プリチャージ時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記プリチャージ時間を前記設定情報から抽出し、前記抽出したプリチャージ時間の間、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をオン状態にさせ、前記抽出したプリチャージ時間が経過すると、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をターンオフさせてもよい。
In the above embodiment,
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A first clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A second clamp switch connected between the second potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the second potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameter is a precharge time that is a time for turning on both the charging switch and the second clamp switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the precharge time that defines the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections.
The control unit extracts the precharge time corresponding to the section including the detected driving state from the setting information, and the charging switch and the second clamp switch during the extracted precharge time. Both of the charging switch and the second clamp switch may be turned off when the extracted precharge time elapses.

本態様において、第2クランプスイッチがターンオンされた状態では、第2電位線とスイッチング素子の制御端子との間の通電がオンにされる。このため、スイッチング素子の制御端子は、第2電位にクランプされる。充電用スイッチがターンオンされた状態では、第1電位線とコイルとの間の通電がオンにされて、コイルにエネルギーが蓄積される。第2クランプスイッチ及び充電用スイッチの両方がオン状態にされている場合には、スイッチング素子の制御端子が第2電位にクランプされているため、充電用スイッチがターンオンされても、コイルを介して、第1電位線からスイッチング素子の制御端子に電流は供給されない。   In this aspect, in a state where the second clamp switch is turned on, energization between the second potential line and the control terminal of the switching element is turned on. For this reason, the control terminal of the switching element is clamped at the second potential. In a state in which the charging switch is turned on, energization between the first potential line and the coil is turned on, and energy is accumulated in the coil. When both the second clamp switch and the charging switch are turned on, the control terminal of the switching element is clamped at the second potential, so even if the charging switch is turned on, No current is supplied from the first potential line to the control terminal of the switching element.

プリチャージ時間が経過すると、充電用スイッチ及び第2クランプスイッチの両方がターンオフされる。第2クランプスイッチがターンオフされると、第2電位線とスイッチング素子の制御端子との間の通電がオフにされる。このため、スイッチング素子の制御端子は、第2電位にクランプされなくなる。一方、充電用スイッチがターンオフされると、充電用ダイオード、コイル、スイッチング素子の制御端子、スイッチング素子の第1導通端子、及び第2電位線のループで、コイルに蓄積されたエネルギーによる電流がスイッチング素子の制御端子に供給される。   When the precharge time has elapsed, both the charging switch and the second clamp switch are turned off. When the second clamp switch is turned off, the energization between the second potential line and the control terminal of the switching element is turned off. For this reason, the control terminal of the switching element is not clamped to the second potential. On the other hand, when the charging switch is turned off, the current due to the energy accumulated in the coil is switched in the charging diode, the coil, the control terminal of the switching element, the first conduction terminal of the switching element, and the loop of the second potential line. It is supplied to the control terminal of the element.

したがって、プリチャージ時間が長くなるほど、コイルに蓄積されるエネルギーが大きくなる。このため、プリチャージ時間が長くなるほど、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。その結果、本態様によれば、駆動状態に応じて、スイッチング素子のスイッチング速度を好適に変更することができる。   Therefore, the longer the precharge time, the greater the energy stored in the coil. For this reason, the switching speed of the switching element can be increased as the precharge time becomes longer. As a result, according to this aspect, the switching speed of the switching element can be suitably changed according to the drive state.

上記態様において、
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフするクランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチのオン時間である充電時間と、前記充電用スイッチのターンオフから前記クランプスイッチのターンオンまでの時間である放電時間とを含み、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記充電時間及び前記放電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記充電時間及び前記放電時間を前記設定情報から抽出し、前記抽出した充電時間を前記充電用スイッチのオン時間に設定し、かつ、前記充電用スイッチのターンオフから前記抽出した放電時間が経過すると、前記クランプスイッチをターンオンさせてもよい。
In the above embodiment,
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameters include a charging time that is an on time of the charging switch, and a discharging time that is a time from the turning off of the charging switch to the turning on of the clamp switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the charging time and the discharging time that define the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections. ,
The control unit extracts the charging time and the discharging time corresponding to the classification including the detected driving state from the setting information, and sets the extracted charging time as an ON time of the charging switch. In addition, the clamp switch may be turned on when the extracted discharge time has elapsed from the turn-off of the charging switch.

本態様では、充電用スイッチがターンオンされると、コイルを介して第1電位線からスイッチング素子の制御端子に電流が供給され、かつコイルにエネルギーが蓄積される。充電時間の経過後に充電用スイッチがターンオフされると、充電用ダイオード、コイル、スイッチング素子の制御端子、スイッチング素子の第1導通端子、及び第2電位線のループで、コイルに蓄積されたエネルギーによる電流がスイッチング素子の制御端子に供給される。充電時間、つまり充電用スイッチのオン時間が長くなるほど、コイルに蓄積されるエネルギーが増大する。したがって、充電用スイッチのオン時間が長くなるほど、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。   In this aspect, when the charging switch is turned on, a current is supplied from the first potential line to the control terminal of the switching element via the coil, and energy is accumulated in the coil. When the charging switch is turned off after the charging time has elapsed, the charging diode, the coil, the control terminal of the switching element, the first conduction terminal of the switching element, and the loop of the second potential line depend on the energy accumulated in the coil. Current is supplied to the control terminal of the switching element. The longer the charging time, that is, the on-time of the charging switch, the more energy is stored in the coil. Therefore, the switching speed of the switching element can be increased as the on-time of the charging switch becomes longer.

また、充電用スイッチのオン時間が経過して充電用スイッチがターンオフされると、充電用スイッチのターンオフから放電時間後にクランプスイッチがターンオンされる。すると、第1電位線とスイッチング素子の制御端子との間の通電がオンにされて、スイッチング素子の制御端子が第1電位にクランプされる。したがって、放電時間が短くなるほど、スイッチング素子の制御端子が第1電位にクランプされるまでの時間が短くなる。このため、放電時間が短くなるほど、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。   In addition, when the charging switch is turned on after the on time of the charging switch has elapsed, the clamp switch is turned on after the discharging time from the turning off of the charging switch. Then, energization between the first potential line and the control terminal of the switching element is turned on, and the control terminal of the switching element is clamped at the first potential. Therefore, the shorter the discharge time, the shorter the time until the control terminal of the switching element is clamped to the first potential. For this reason, the shorter the discharge time, the higher the switching speed of the switching element.

その結果、本態様によれば、充電時間及び放電時間を制御することにより、駆動状態に応じて、スイッチング素子のスイッチング速度を更にきめ細かく変更することができる。   As a result, according to this aspect, by controlling the charging time and the discharging time, the switching speed of the switching element can be changed more finely according to the driving state.

上記態様において、
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第1クランプスイッチと、
前記第2電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第2電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第2クランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をオン状態にさせる時間であるプリチャージ時間と、前記充電用スイッチのターンオフから前記第1クランプスイッチのターンオンまでの時間である放電時間とを含み、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記プリチャージ時間及び前記放電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記プリチャージ時間及び前記放電時間を前記設定情報から抽出し、前記抽出したプリチャージ時間の間、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をオン状態にさせ、前記抽出したプリチャージ時間が経過すると、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をターンオフさせ、かつ、前記充電用スイッチのターンオフから前記抽出した放電時間が経過すると、前記第1クランプスイッチをターンオンさせてもよい。
In the above embodiment,
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A first clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A second clamp switch connected between the second potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the second potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameter includes a precharge time that is a time for turning on both the charging switch and the second clamp switch, and a discharge that is a time from turning off the charging switch to turning on the first clamp switch. Including time,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the precharge time and the discharge time that define the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections. And
The control unit extracts the precharge time and the discharge time corresponding to the section including the detected drive state from the setting information, and the charging switch and the charge during the extracted precharge time When both of the second clamp switches are turned on and the extracted precharge time has elapsed, both the charging switch and the second clamp switch are turned off, and the extracted from the turn-off of the charging switch. When the discharge time elapses, the first clamp switch may be turned on.

本態様において、第2クランプスイッチがターンオンされた状態では、第2電位線とスイッチング素子の制御端子との間の通電がオンにされる。このため、スイッチング素子の制御端子は、第2電位にクランプされる。充電用スイッチがターンオンされた状態では、第1電位線とコイルとの間の通電がオンにされて、コイルにエネルギーが蓄積される。第2クランプスイッチ及び充電用スイッチの両方がオン状態にされている場合には、スイッチング素子の制御端子が第2電位にクランプされているため、充電用スイッチがターンオンされても、コイルを介して、第1電位線からスイッチング素子の制御端子に電流は供給されない。   In this aspect, in a state where the second clamp switch is turned on, energization between the second potential line and the control terminal of the switching element is turned on. For this reason, the control terminal of the switching element is clamped at the second potential. In a state in which the charging switch is turned on, energization between the first potential line and the coil is turned on, and energy is accumulated in the coil. When both the second clamp switch and the charging switch are turned on, the control terminal of the switching element is clamped at the second potential, so even if the charging switch is turned on, No current is supplied from the first potential line to the control terminal of the switching element.

プリチャージ時間が経過すると、充電用スイッチ及び第2クランプスイッチの両方がターンオフされる。第2クランプスイッチがターンオフされると、第2電位線とスイッチング素子の制御端子との間の通電がオフにされる。このため、スイッチング素子の制御端子は、第2電位にクランプされなくなる。一方、充電用スイッチがターンオフされると、充電用ダイオード、コイル、スイッチング素子の制御端子、スイッチング素子の第1導通端子、及び第2電位線のループで、コイルに蓄積されたエネルギーによる電流がスイッチング素子の制御端子に供給される。   When the precharge time has elapsed, both the charging switch and the second clamp switch are turned off. When the second clamp switch is turned off, the energization between the second potential line and the control terminal of the switching element is turned off. For this reason, the control terminal of the switching element is not clamped to the second potential. On the other hand, when the charging switch is turned off, the current due to the energy accumulated in the coil is switched in the charging diode, the coil, the control terminal of the switching element, the first conduction terminal of the switching element, and the loop of the second potential line. It is supplied to the control terminal of the element.

したがって、プリチャージ時間が長くなるほど、コイルに蓄積されるエネルギーが大きくなる。このため、プリチャージ時間が長くなるほど、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。   Therefore, the longer the precharge time, the greater the energy stored in the coil. For this reason, the switching speed of the switching element can be increased as the precharge time becomes longer.

また、プリチャージ時間が経過して、充電用スイッチがターンオフされると、充電用スイッチのターンオフから放電時間後にクランプスイッチがターンオンされる。すると、第1電位線とスイッチング素子の制御端子との間の通電がオンにされて、スイッチング素子の制御端子が第1電位にクランプされる。したがって、放電時間が短くなるほど、スイッチング素子の制御端子が第1電位にクランプされるまでの時間が短くなる。このため、放電時間が短くなるほど、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。   In addition, when the precharge time has elapsed and the charging switch is turned off, the clamp switch is turned on after the discharging time from the turn-off of the charging switch. Then, energization between the first potential line and the control terminal of the switching element is turned on, and the control terminal of the switching element is clamped at the first potential. Therefore, the shorter the discharge time, the shorter the time until the control terminal of the switching element is clamped to the first potential. For this reason, the shorter the discharge time, the higher the switching speed of the switching element.

その結果、本態様によれば、プリチャージ時間及び放電時間を制御することにより、駆動状態に応じて、スイッチング素子のスイッチング速度を更にきめ細かく変更することができる。   As a result, according to this aspect, by controlling the precharge time and the discharge time, the switching speed of the switching element can be changed more finely according to the driving state.

上記態様において、
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフするクランプスイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に、前記クランプスイッチと直列に接続された第1抵抗素子と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続され、前記第1抵抗素子より高い又は低い抵抗値を有する第2抵抗素子と、
前記第1電位線と前記第2抵抗素子の前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記第2抵抗素子との間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチのオン時間である充電時間であり、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記充電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記充電時間を前記設定情報から抽出し、前記充電用スイッチをターンオンさせてから前記抽出した充電時間が経過すると、前記充電用スイッチをターンオフさせ、かつ、前記クランプスイッチをターンオンさせてもよい。
In the above embodiment,
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A first resistance element connected in series with the clamp switch between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A second resistance element having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element, and has a resistance value higher or lower than the first resistance element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the second resistance element, and for turning on and off the energization between the first potential line and the second resistance element;
Including
The control parameter is a charging time which is an on time of the charging switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the charging time that defines the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections.
The control unit extracts the charging time corresponding to the category including the detected driving state from the setting information, and when the extracted charging time elapses after the charging switch is turned on, the charging And the clamp switch may be turned on.

本態様では、充電用スイッチがターンオンされると、第2抵抗素子を介して第1電位線からスイッチング素子の制御端子に電流が供給される。充電用スイッチがターンオンされてから充電時間が経過すると、充電用スイッチがターンオフされ、かつ、クランプスイッチがターンオンされる。クランプスイッチがターンオンされると、第1抵抗素子を介して第1電位線からスイッチング素子の制御端子に電流が供給される。   In this aspect, when the charging switch is turned on, a current is supplied from the first potential line to the control terminal of the switching element via the second resistance element. When the charging time elapses after the charging switch is turned on, the charging switch is turned off and the clamp switch is turned on. When the clamp switch is turned on, a current is supplied from the first potential line to the control terminal of the switching element via the first resistance element.

したがって、第2抵抗素子の抵抗値が第1抵抗素子の抵抗値より低い場合には、充電用スイッチのオン時間が長くなるほど、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。一方、第1抵抗素子の抵抗値が第2抵抗素子の抵抗値より低い場合には、充電用スイッチのオン時間が短くなるほど、低い抵抗値の第1抵抗素子を介する電流供給開始が早くなるため、スイッチング素子のスイッチング速度を高くすることができる。   Therefore, when the resistance value of the second resistance element is lower than the resistance value of the first resistance element, the switching speed of the switching element can be increased as the on-time of the charging switch becomes longer. On the other hand, when the resistance value of the first resistance element is lower than the resistance value of the second resistance element, current supply starts via the first resistance element having a lower resistance value as the on-time of the charging switch becomes shorter. The switching speed of the switching element can be increased.

その結果、本態様によれば、駆動状態に応じて、スイッチング素子のスイッチング速度を好適に変更することができる。   As a result, according to this aspect, the switching speed of the switching element can be suitably changed according to the drive state.

本開示の他の態様は、
制御端子を備えるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
前記スイッチング素子の前記制御端子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動部を制御して、前記スイッチング素子の駆動状態に応じて前記スイッチング素子のスイッチング速度を変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記スイッチング速度を規定する制御パラメータをばらつかせ、前記ばらつかせた制御パラメータを用いて、前記駆動部を制御するものである。
Other aspects of the disclosure include
A driving device for driving a switching element including a control terminal,
A drive unit that outputs a drive signal to the control terminal of the switching element;
A controller that controls the drive unit to change a switching speed of the switching element according to a driving state of the switching element;
With
The control unit varies control parameters that define the switching speed, and controls the drive unit using the varied control parameters.

本態様では、スイッチング速度を規定する制御パラメータをばらつかせ、ばらつかせた制御パラメータが用いられるため、スイッチング速度がばらつかされる。したがって、スイッチング素子におけるスイッチング時の電圧変化率が拡散される。このため、スイッチングにおける高周波成分の極小値及び極大値が分散して平均化される。その結果、本態様によれば、スイッチング素子のスイッチングにより発生する輻射ノイズを低減することができる。   In this aspect, since the control parameter that defines the switching speed is varied and the varied control parameter is used, the switching speed is varied. Therefore, the voltage change rate at the time of switching in the switching element is diffused. For this reason, the minimum value and the maximum value of the high-frequency component in switching are dispersed and averaged. As a result, according to this aspect, radiation noise generated by switching of the switching element can be reduced.

本開示のさらに他の態様は、
制御端子、第1導通端子、及び第2導通端子を備えるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
前記スイッチング素子の導通電流、印加電圧、温度のうち少なくとも1つを直接的又は間接的に前記スイッチング素子の駆動状態として検出する検出部と、
前記スイッチング素子の前記制御端子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動部を制御して、前記検出された駆動状態に応じて前記スイッチング素子のスイッチング速度を変更する制御部と、
を備え、
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第1のクランプスイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に、前記第1のクランプスイッチと直列に接続された第1の抵抗素子と、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に前記第1のクランプスイッチと並列に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第2のクランプスイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に、前記第2のクランプスイッチと直列に接続され、前記第1の抵抗素子と異なる抵抗値を有する第2の抵抗素子と、
を含み、
前記制御部は、前記駆動状態の変動範囲が区分けされた第1の区分と前記第1のクランプスイッチとが対応付けられ、かつ、前記駆動状態の変動範囲が区分けされた前記第1の区分と異なる第2の区分と前記第2のクランプスイッチとが対応付けられた設定情報を予め保持し、前記検出された駆動状態が含まれる区分に対応する前記第1のクランプスイッチ又は前記第2のクランプスイッチを前記設定情報から抽出し、前記抽出した前記第1のクランプスイッチ又は前記第2のクランプスイッチを用いるものである。
Still other aspects of the disclosure include
A driving device for driving a switching element including a control terminal, a first conduction terminal, and a second conduction terminal,
A detection unit that detects at least one of a conduction current, an applied voltage, and a temperature of the switching element directly or indirectly as a driving state of the switching element;
A drive unit that outputs a drive signal to the control terminal of the switching element;
A controller that controls the drive unit to change a switching speed of the switching element according to the detected drive state;
With
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A first clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A first resistance element connected in series with the first clamp switch between the first potential line and the control terminal of the switching element;
The first clamp line is connected in parallel with the first clamp line between the first potential line and the control terminal of the switching element to turn on and off the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element. A second clamp switch;
A second resistance element connected in series with the second clamp switch between the first potential line and the control terminal of the switching element, and having a resistance value different from that of the first resistance element;
Including
The control unit is associated with the first section in which the variation range of the driving state is partitioned and the first clamp switch, and the first section in which the variation range of the driving state is partitioned. The first clamp switch or the second clamp corresponding to the section including the detected drive state, which holds setting information in which the different second section and the second clamp switch are associated in advance. A switch is extracted from the setting information, and the extracted first clamp switch or the second clamp switch is used.

本態様では、第1のクランプスイッチがターンオンされると、第1の抵抗素子を介して、第1電位線からスイッチング素子の制御端子に電流が供給される。第2のクランプスイッチがターンオンされると、第2の抵抗素子を介して、第1電位線からスイッチング素子の制御端子に電流が供給される。第1の抵抗素子と第2の抵抗素子とは抵抗値が異なるため、第1のクランプスイッチを用いる場合と第2のクランプスイッチを用いる場合とで、スイッチング素子の制御端子に供給される電流値が異なる。したがって、本態様によれば、駆動状態に応じたスイッチング速度で、スイッチング素子を駆動することができる。その結果、スイッチング速度が固定されている場合に比べて、スイッチング損失を低減することができる。また、設定情報を用いた簡易な制御構成で、駆動部を制御することができる。   In this aspect, when the first clamp switch is turned on, a current is supplied from the first potential line to the control terminal of the switching element via the first resistance element. When the second clamp switch is turned on, a current is supplied from the first potential line to the control terminal of the switching element via the second resistance element. Since the first resistive element and the second resistive element have different resistance values, the current value supplied to the control terminal of the switching element when the first clamp switch is used and when the second clamp switch is used. Is different. Therefore, according to this aspect, the switching element can be driven at a switching speed corresponding to the driving state. As a result, the switching loss can be reduced as compared with the case where the switching speed is fixed. In addition, the drive unit can be controlled with a simple control configuration using the setting information.

本開示のさらに他の態様は、入力される電力を変換して出力する電力変換装置であって、前記スイッチング素子と、前記スイッチング素子を駆動する上記各態様のいずれかの駆動装置とを備えるものである。   Still another aspect of the present disclosure is a power conversion apparatus that converts input power and outputs the power, and includes the switching element and the driving apparatus according to any one of the above aspects that drives the switching element. It is.

これらの包括的または具体的な態様は、電力変換装置、モータ駆動システム、車両、蓄電システム、制御回路または制御方法として実現されてもよく、それらの任意の組み合わせで実現されてもよい。   These comprehensive or specific modes may be realized as a power conversion device, a motor drive system, a vehicle, a power storage system, a control circuit, a control method, or any combination thereof.

(実施の形態)
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面において、同じ構成要素については同じ符号が用いられている。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for the same components.

まず、本開示の実施形態の駆動装置50が適用されたモータ駆動システム10が説明される。   First, the motor drive system 10 to which the drive device 50 according to the embodiment of the present disclosure is applied will be described.

図1は、制御端子を備えるスイッチング素子を含むモータ駆動システム10を概略的に示す図である。モータ駆動システム10は、入力電源E11、DC−DCコンバータ20、インバータ30、及びモータ40を備える。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a motor drive system 10 including a switching element having a control terminal. The motor drive system 10 includes an input power supply E11, a DC-DC converter 20, an inverter 30, and a motor 40.

DC−DCコンバータ20は、リアクトルL11、入力用の平滑コンデンサC11、ロー側のスイッチング素子Q11、ハイ側のスイッチング素子Q12、出力用の平滑コンデンサC12、アイソレータ91,92、及び駆動装置50を備える。   The DC-DC converter 20 includes a reactor L11, an input smoothing capacitor C11, a low-side switching element Q11, a high-side switching element Q12, an output smoothing capacitor C12, isolators 91 and 92, and a driving device 50.

まず、昇圧動作について説明する。駆動装置50がロー側のスイッチング素子Q11をオンオフ制御することにより、入力電源E11のエネルギーは、リアクトルL11を介して、平滑コンデンサC12に移動する。平滑コンデンサC12の電圧は、入力電源E11の電圧に対して昇圧されている。この昇圧された電圧は、インバータ30で交流電圧に変換され、その交流電圧でモータ40が駆動される。   First, the boosting operation will be described. When the drive device 50 performs on / off control of the low-side switching element Q11, the energy of the input power supply E11 moves to the smoothing capacitor C12 via the reactor L11. The voltage of the smoothing capacitor C12 is boosted with respect to the voltage of the input power supply E11. The boosted voltage is converted into an AC voltage by the inverter 30 and the motor 40 is driven by the AC voltage.

次に、降圧動作について説明する。モータ40で発電された交流電力は、インバータ30で直流電力に変換され、直流電力が平滑コンデンサC12に蓄えられる。駆動装置50がハイ側のスイッチング素子Q12をオンオフ制御することにより、平滑コンデンサC12に蓄えられたエネルギーが、リアクトルL11を介して入力電源E11に移動する。入力電源E11の電圧は、平滑コンデンサC12の電圧に対して降圧されている。   Next, the step-down operation will be described. The AC power generated by the motor 40 is converted into DC power by the inverter 30, and the DC power is stored in the smoothing capacitor C12. When the driving device 50 performs on / off control of the high-side switching element Q12, the energy stored in the smoothing capacitor C12 moves to the input power source E11 via the reactor L11. The voltage of the input power supply E11 is stepped down with respect to the voltage of the smoothing capacitor C12.

駆動装置50は、駆動部60,60、検出部70、及び制御部80を備える。一方の駆動部60は、アイソレータ91を介して、スイッチング素子Q11のゲートに駆動信号を供給する。他方の駆動部60は、アイソレータ92を介して、スイッチング素子Q12のゲートに駆動信号を供給する。スイッチング素子Q11,Q12は、例えばPWM制御によって、ターンオン及びターンオフされる。アイソレータ91,92は、それぞれ、例えばフォトカプラを含む。アイソレータ91,92は、それぞれ、駆動部60からスイッチング素子Q11,Q12に制御信号を通しつつ、駆動部60とスイッチング素子Q11,Q12との間を電気的に絶縁する。   The drive device 50 includes drive units 60 and 60, a detection unit 70, and a control unit 80. One drive unit 60 supplies a drive signal to the gate of the switching element Q11 via the isolator 91. The other drive unit 60 supplies a drive signal to the gate of the switching element Q12 via the isolator 92. The switching elements Q11 and Q12 are turned on and off by, for example, PWM control. Each of the isolators 91 and 92 includes, for example, a photocoupler. Isolators 91 and 92 electrically insulate between drive unit 60 and switching elements Q11 and Q12 while passing control signals from drive unit 60 to switching elements Q11 and Q12, respectively.

検出部70は、スイッチング素子Q11,Q12の駆動状態を検出する。検出部70は、電流センサ71、電圧センサ72、電流センサ73、電圧センサ74、電流センサ75、温度センサ76,77を含む。   The detection unit 70 detects the driving state of the switching elements Q11 and Q12. The detection unit 70 includes a current sensor 71, a voltage sensor 72, a current sensor 73, a voltage sensor 74, a current sensor 75, and temperature sensors 76 and 77.

電流センサ71は、入力電源E11からスイッチング素子Q11,Q12に入力される入力電流Iinを検出する。電流センサ71は、例えば平滑コンデンサC11と入力電源E11の正極及びリアクトルL11を接続する線との接続点K1と、リアクトルL11との間に設けられる。電圧センサ72は、入力電源E11からスイッチング素子Q11,Q12に入力される入力電圧Vinを検出する。電圧センサ72は、例えば平滑コンデンサC11と並列に接続される。   The current sensor 71 detects an input current Iin input from the input power supply E11 to the switching elements Q11 and Q12. The current sensor 71 is provided between the reactor L11 and the connection point K1 between the smoothing capacitor C11 and the line connecting the positive electrode of the input power source E11 and the reactor L11, for example. The voltage sensor 72 detects the input voltage Vin input to the switching elements Q11 and Q12 from the input power supply E11. The voltage sensor 72 is connected in parallel with, for example, the smoothing capacitor C11.

電流センサ73は、スイッチング素子Q11のソースとドレインとの間に流れるドレイン電流Ids(導通電流の一例)を検出する。電流センサ73は、例えば、正側の接続ラインW12と平滑コンデンサC12との接続点K2と、スイッチング素子Q12のドレインとの間に設けられる。なお、電流センサ73は、ドレイン電流Idsの平均値、ピーク値、又は実効値を検出してもよい。あるいは、制御部80は、電流センサ73により検出されたドレイン電流Idsの平均値、ピーク値、又は実効値を算出して、駆動部60の制御に用いてもよい。   Current sensor 73 detects drain current Ids (an example of a conduction current) that flows between the source and drain of switching element Q11. The current sensor 73 is provided, for example, between the connection point K2 between the positive connection line W12 and the smoothing capacitor C12, and the drain of the switching element Q12. The current sensor 73 may detect an average value, a peak value, or an effective value of the drain current Ids. Alternatively, the control unit 80 may calculate an average value, a peak value, or an effective value of the drain current Ids detected by the current sensor 73 and use it for controlling the driving unit 60.

電圧センサ74は、DC−DCコンバータ20から出力される出力電圧Voutを検出する。電圧センサ74は、例えば、平滑コンデンサC12と並列に設けられる。電流センサ75は、DC−DCコンバータ20から出力される出力電流Ioutを検出する。電流センサ75は、例えば、接続点K2とインバータ30との間に設けられる。   The voltage sensor 74 detects the output voltage Vout output from the DC-DC converter 20. The voltage sensor 74 is provided in parallel with the smoothing capacitor C12, for example. The current sensor 75 detects the output current Iout output from the DC-DC converter 20. The current sensor 75 is provided between the connection point K2 and the inverter 30, for example.

温度センサ76,77は、それぞれ、スイッチング素子Q11,Q12の接合温度Tjを検出する。温度センサ76,77は、それぞれ、例えばスイッチング素子Q11,Q12に密着して配置される。   Temperature sensors 76 and 77 detect junction temperature Tj of switching elements Q11 and Q12, respectively. The temperature sensors 76 and 77 are disposed in close contact with the switching elements Q11 and Q12, for example.

制御部80は、検出部70により検出された駆動状態を、検出部70から取得する。制御部80は、取得した駆動状態に応じて駆動部60を制御して、スイッチング素子Q11,Q12のスイッチング速度を変更する。制御部80による駆動部60の制御は、後に詳述される。   The control unit 80 acquires the drive state detected by the detection unit 70 from the detection unit 70. Control unit 80 controls drive unit 60 according to the acquired drive state to change the switching speed of switching elements Q11 and Q12. The control of the drive unit 60 by the control unit 80 will be described in detail later.

スイッチング素子Q11,Q12としては、例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)又は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等の電圧制御型のスイッチング素子が用いられる。   As the switching elements Q11 and Q12, for example, a voltage control type switching element such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used.

スイッチング素子Q11,Q12は、制御端子と、第1導通端子と、第2導通端子とを備える。例えば、スイッチング素子Q11,Q12がMOSFETである場合、制御端子はゲートであり、第1導通端子及び第2導通端子の一方はソースであり、他方はドレインである。例えば、スイッチング素子Q11,Q12がIGBTである場合、制御端子はゲートであり、第1導通端子及び第2導通端子の一方はコレクタであり、他方はエミッタである。   Switching elements Q11 and Q12 include a control terminal, a first conduction terminal, and a second conduction terminal. For example, when the switching elements Q11 and Q12 are MOSFETs, the control terminal is a gate, one of the first conduction terminal and the second conduction terminal is a source, and the other is a drain. For example, when the switching elements Q11 and Q12 are IGBTs, the control terminal is a gate, one of the first conduction terminal and the second conduction terminal is a collector, and the other is an emitter.

また、第1導通端子及び第2導通端子の一方は、制御端子の電圧の基準となる基準端子となる。電圧制御型のスイッチング素子は、制御端子と基準端子との間に等価的に形成される容量を有する。   One of the first conduction terminal and the second conduction terminal serves as a reference terminal serving as a reference for the voltage of the control terminal. The voltage-controlled switching element has a capacitance formed equivalently between the control terminal and the reference terminal.

以下では、スイッチング素子Q11,Q12がMOSFETであり、制御端子がゲートであり、第1導通端子がソースであり、第2導通端子がドレインであり、ソースが基準端子であり、ゲートとソースとの間に容量Cissを有する例について説明する。但し、上述のように、スイッチング素子Q11,Q12としてIGBTを用いることもできる。   In the following description, the switching elements Q11 and Q12 are MOSFETs, the control terminal is a gate, the first conduction terminal is a source, the second conduction terminal is a drain, the source is a reference terminal, An example having a capacitor Ciss in between will be described. However, as described above, IGBTs can also be used as the switching elements Q11 and Q12.

図1に示されるスイッチング素子Q11,Q12を駆動する駆動装置50では、スイッチング素子Q11,Q12におけるスイッチング損失を低減することが望まれている。図1に示されるように、DC−DCコンバータ20とインバータ30との負側の接続ラインW11及び正側の接続ラインW12には、それぞれ、寄生インダクタンスLp1,Lp2が発生する。また、スイッチング素子Q11,Q12のドレイン−ソース間には、それぞれ、寄生キャパシタンスCp1,Cp2が発生する。   In driving device 50 for driving switching elements Q11 and Q12 shown in FIG. 1, it is desired to reduce the switching loss in switching elements Q11 and Q12. As shown in FIG. 1, parasitic inductances Lp1 and Lp2 are generated in the negative connection line W11 and the positive connection line W12 between the DC-DC converter 20 and the inverter 30, respectively. Further, parasitic capacitances Cp1 and Cp2 are generated between the drain and source of the switching elements Q11 and Q12, respectively.

スイッチング素子Q11,Q12のスイッチング速度を高め、スイッチング素子Q11,Q12のドレイン−ソース間の電圧の応答速度を高くする(つまり電圧変化率を大きくする)と、スイッチング損失を低減させることができる。   The switching loss can be reduced by increasing the switching speed of the switching elements Q11 and Q12 and increasing the response speed of the voltage between the drain and source of the switching elements Q11 and Q12 (that is, increasing the voltage change rate).

しかしながら、スイッチング素子Q11,Q12のスイッチング速度を高くすると、以下のような問題が生じる。例えば、スイッチング素子Q11をターンオンさせる場合を考える。この場合には、スイッチング素子Q11がオンで、スイッチング素子Q12がオフになっている。したがって、スイッチング素子Q11、寄生インダクタンスLp1、インバータ30、寄生インダクタンスLp2、寄生キャパシタンスCp2の共振ループが形成される。   However, when the switching speed of the switching elements Q11 and Q12 is increased, the following problem occurs. For example, consider the case where the switching element Q11 is turned on. In this case, the switching element Q11 is on and the switching element Q12 is off. Therefore, a resonance loop of the switching element Q11, the parasitic inductance Lp1, the inverter 30, the parasitic inductance Lp2, and the parasitic capacitance Cp2 is formed.

これにより、オフになっているスイッチング素子Q12の寄生キャパシタンスCp2の両端にリンギング電圧Vds(H).max(ドレイン−ソース間電圧Vds(H)のピーク値)が発生する。リンギング電圧Vds(H).maxが大きくなると、スイッチング素子Q11,Q12の耐圧を増大させる必要が生じ、スイッチング素子Q11,Q12の大型化及びコスト上昇を招く。   As a result, the ringing voltage Vds (H) .H is applied across the parasitic capacitance Cp2 of the switching element Q12 that is turned off. max (the peak value of the drain-source voltage Vds (H)) occurs. Ringing voltage Vds (H). When max is increased, it is necessary to increase the breakdown voltage of the switching elements Q11 and Q12, leading to an increase in size and cost of the switching elements Q11 and Q12.

また、本開示のDC−DCコンバータ20は、アイソレータ91,92を備える。このため、スイッチング素子Q11,Q12のドレイン−ソース間の電圧変化率を、アイソレータ91,92の同相除去電圧が規定する電圧変化率以下にする必要がある。   The DC-DC converter 20 of the present disclosure includes isolators 91 and 92. Therefore, the voltage change rate between the drain and source of the switching elements Q11 and Q12 needs to be equal to or less than the voltage change rate specified by the common mode rejection voltage of the isolators 91 and 92.

したがって、リンギング電圧を所定値以下にするという駆動条件、及びドレイン−ソース間の電圧変化率をアイソレータ91,92の同相除去電圧が規定する電圧変化率以下にするという駆動条件を満足するスイッチング速度のうちで、スイッチング損失を最小にするスイッチング速度(つまり最も高いスイッチング速度)を設定することにより、スイッチング損失を低減できる。   Therefore, the switching speed satisfying the driving condition that the ringing voltage is lower than the predetermined value and the driving condition that the voltage change rate between the drain and the source is lower than the voltage change rate specified by the common mode rejection voltage of the isolators 91 and 92 are satisfied. Among them, the switching loss can be reduced by setting the switching speed that minimizes the switching loss (that is, the highest switching speed).

しかしながら、リンギング電圧、ドレイン−ソース間の電圧変化率、及びスイッチング損失は、スイッチング素子Q11,Q12に入出力される電流及び電圧等の駆動状態によって変化する。   However, the ringing voltage, the drain-source voltage change rate, and the switching loss vary depending on driving states such as currents and voltages input to and output from the switching elements Q11 and Q12.

そこで、本開示の駆動装置50では、駆動状態の変動範囲(つまり最大値から最小値までの範囲)が区分けされた複数の区分の各々において、リンギング電圧の駆動条件、及びスイッチング素子Q11,Q12の電圧変化率の駆動条件を満足するスイッチング速度のうち、スイッチング損失を最小にするスイッチング速度を予め求めておく。所望のスイッチング速度は、駆動部60を制御する制御パラメータを変更することにより得られる。したがって、本開示の駆動装置50では、具体的には、複数の区分の各々において、リンギング電圧の駆動条件、及びスイッチング素子Q11,Q12の電圧変化率の駆動条件を満足する制御パラメータのうち、スイッチング損失を最小にする制御パラメータを予め求めておく。そして、複数の区分と、スイッチング損失を最小にする制御パラメータとが対応付けられたテーブル(後述)が予め作成される。   Therefore, in the driving device 50 according to the present disclosure, in each of a plurality of sections in which the driving state variation range (that is, the range from the maximum value to the minimum value) is divided, the driving conditions of the ringing voltage and the switching elements Q11 and Q12 Of the switching speeds that satisfy the voltage change rate driving condition, a switching speed that minimizes the switching loss is obtained in advance. A desired switching speed is obtained by changing a control parameter for controlling the drive unit 60. Therefore, in the driving device 50 of the present disclosure, specifically, in each of the plurality of sections, among the control parameters satisfying the driving condition of the ringing voltage and the driving condition of the voltage change rate of the switching elements Q11 and Q12, switching is performed. A control parameter that minimizes the loss is obtained in advance. Then, a table (described later) in which a plurality of sections are associated with control parameters that minimize the switching loss is created in advance.

制御部80は、上記作成されたテーブルを予め保持する。制御部80は、検出部70から取得した駆動状態が含まれる区分に対応する制御パラメータを、保持しているテーブルから抽出する。制御部80は、1パルスごとに、抽出した制御パラメータにしたがって駆動部60を制御する。以下、駆動装置50の実施形態ごとに、制御部80による駆動部60の具体的な制御が説明される。   The control unit 80 holds the created table in advance. The control unit 80 extracts control parameters corresponding to the sections including the drive state acquired from the detection unit 70 from the held table. The control unit 80 controls the driving unit 60 according to the extracted control parameter for each pulse. Hereinafter, specific control of the drive unit 60 by the control unit 80 will be described for each embodiment of the drive device 50.

(第1実施形態)
図2は、第1実施形態の駆動装置50を概略的に示す図である。図2では、説明を簡単にするために、アイソレータ91,92の図示が省略され、かつ、駆動部60の第2電位線W2がスイッチング素子Q11のソースに接続されている。しかし、実際のDC−DCコンバータ20では、図1に示されるように、駆動装置50の駆動部60とスイッチング素子Q11とは、アイソレータ91を介して接続され、駆動装置50の駆動部60とスイッチング素子Q12とは、アイソレータ92を介して接続されている。
(First embodiment)
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the driving device 50 according to the first embodiment. In FIG. 2, in order to simplify the description, the illustration of the isolators 91 and 92 is omitted, and the second potential line W2 of the driving unit 60 is connected to the source of the switching element Q11. However, in the actual DC-DC converter 20, as shown in FIG. 1, the driving unit 60 of the driving device 50 and the switching element Q <b> 11 are connected via an isolator 91, and switching with the driving unit 60 of the driving device 50 is performed. The element Q12 is connected via an isolator 92.

スイッチング素子Q12に駆動信号を供給する駆動部60は、スイッチング素子Q11に駆動信号を供給する駆動部60と同一構成であるので、詳細な図示は省略されている。駆動部60と制御部80とは、同一の基板に実装されてもよいし、別々の基板に実装されてもよい。この点については、以降の実施形態でも同様である。   Since the drive unit 60 that supplies the drive signal to the switching element Q12 has the same configuration as the drive unit 60 that supplies the drive signal to the switching element Q11, detailed illustration is omitted. The drive unit 60 and the control unit 80 may be mounted on the same substrate or may be mounted on separate substrates. This is the same in the following embodiments.

駆動部60は、電源E1、共振回路部61及びクランプ部62を有する。共振回路部61は、コイルL1及び回収部を有する。回収部は、スイッチSW1(充電用スイッチの一例)、スイッチSW2、ダイオードD1、及びダイオードD2(充電用ダイオードの一例)を含む。クランプ部62は、スイッチSW3(クランプスイッチの一例、第1クランプスイッチの一例)、スイッチSW4(第2クランプスイッチの一例)、ダイオードD3、ダイオードD4、抵抗R1、及び抵抗R2を含む。   The drive unit 60 includes a power source E1, a resonance circuit unit 61, and a clamp unit 62. The resonance circuit unit 61 includes a coil L1 and a recovery unit. The collection unit includes a switch SW1 (an example of a charging switch), a switch SW2, a diode D1, and a diode D2 (an example of a charging diode). The clamp unit 62 includes a switch SW3 (an example of a clamp switch, an example of a first clamp switch), a switch SW4 (an example of a second clamp switch), a diode D3, a diode D4, a resistor R1, and a resistor R2.

電源E1の正極には、第1電位線W1が接続されている。第1電位線W1は、第1電位Vccを与える。電源E1の負極には、第2電位線W2が接続されている。第2電位線W2は、第2電位Vssを与える。第1電位Vccは、第2電位Vssよりも高い。   A first potential line W1 is connected to the positive electrode of the power source E1. The first potential line W1 applies the first potential Vcc. The second potential line W2 is connected to the negative electrode of the power source E1. The second potential line W2 provides the second potential Vss. The first potential Vcc is higher than the second potential Vss.

共振回路部61のコイルL1の入力側端子Lt1(第1端子の一例)は、スイッチSW1を介して第1電位線W1と接続されている。コイルL1の入力側端子Lt1は、スイッチSW2を介して第2電位線W2と接続されている。   An input terminal Lt1 (an example of a first terminal) of the coil L1 of the resonance circuit unit 61 is connected to the first potential line W1 via the switch SW1. The input terminal Lt1 of the coil L1 is connected to the second potential line W2 via the switch SW2.

コイルL1の出力側端子Lt2(第2端子の一例)は、スイッチング素子Q11のゲートに接続されている。スイッチング素子Q11のソースは、第2電位線W2により電源E1の負極に接続されている。したがって、第2電位Vssと、スイッチング素子Q11のソースの電位とは共通する。   The output side terminal Lt2 (an example of the second terminal) of the coil L1 is connected to the gate of the switching element Q11. The source of the switching element Q11 is connected to the negative electrode of the power source E1 by the second potential line W2. Therefore, the second potential Vss and the source potential of the switching element Q11 are common.

一般に、スイッチング素子Q11のようなMOSFETは、制御端子(ゲート)と基準端子(ソース)との間に等価的に形成される容量を有する。このため、図2のような接続により、コイルL1と、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の容量Cissとは、LC直列共振回路を構成する。   In general, a MOSFET such as the switching element Q11 has a capacitance formed equivalently between a control terminal (gate) and a reference terminal (source). For this reason, the coil L1 and the gate-source capacitance Ciss of the switching element Q11 constitute an LC series resonance circuit by the connection as shown in FIG.

本開示において、第1電位線W1は、第1電位Vccを有する電流経路であればよく、配線でなくてもよい。同様に、第2電位線W2は、第2電位Vssを有する電流経路であればよく、配線でなくてもよい。例えば、配線でない電流経路は、回路素子の端子同士を接続することによって形成される電流経路であってもよい。   In the present disclosure, the first potential line W1 may be a current path having the first potential Vcc, and may not be a wiring. Similarly, the second potential line W2 may be a current path having the second potential Vss, and may not be a wiring. For example, the current path that is not a wiring may be a current path formed by connecting the terminals of the circuit elements.

電源E1は、スイッチング素子Q11のゲートに第1電位Vccまたは第2電位Vssを印加する。例えば、電源E1は、スイッチング素子Q11がオン状態のとき、スイッチング素子Q11のゲート電位を第1電位Vccと同電位に固定する。また、電源E1は、スイッチング素子Q11がオフ状態のとき、スイッチング素子Q11のゲート電位を第2電位Vssと同電位に固定する。換言すると、電源E1は、スイッチング素子Q11のスイッチングが完了した後の安定した状態において、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間に、固定電圧を印加する。   The power supply E1 applies the first potential Vcc or the second potential Vss to the gate of the switching element Q11. For example, the power supply E1 fixes the gate potential of the switching element Q11 to the same potential as the first potential Vcc when the switching element Q11 is in the on state. Further, the power source E1 fixes the gate potential of the switching element Q11 to the same potential as the second potential Vss when the switching element Q11 is in the OFF state. In other words, the power source E1 applies a fixed voltage between the gate and the source of the switching element Q11 in a stable state after the switching of the switching element Q11 is completed.

図2に示される例では、第2電位Vssとスイッチング素子Q11のソースとが同電位である。そのため、スイッチング素子Q11のゲート電位が第1電位Vccに固定されるとき、スイッチング素子Q11のソースを基準とするゲートの電圧(Vgs11)は、Vcc−Vss、すなわち電源E1の電圧と等しい。スイッチング素子Q11のゲート電位が第2電位Vssに固定されるとき、スイッチング素子Q11のソースを基準とするゲートの電圧(Vgs11)は、0Vである。   In the example shown in FIG. 2, the second potential Vss and the source of the switching element Q11 are at the same potential. Therefore, when the gate potential of the switching element Q11 is fixed at the first potential Vcc, the gate voltage (Vgs11) with the source of the switching element Q11 as a reference is equal to Vcc−Vss, that is, the voltage of the power supply E1. When the gate potential of the switching element Q11 is fixed to the second potential Vss, the gate voltage (Vgs11) based on the source of the switching element Q11 is 0V.

なお、本開示において、「AとBが同じ電位である」、「Aの電位がBの電位に到達する」とは、Aの電位とBの電位との間に、例えば配線抵抗、トランジスタのオン抵抗、及び電気回路素子の寄生抵抗に由来する微小な電位差が生じる場合をも含む。なお、電源E1は、駆動装置50の外部に配置されてもよい。   Note that in this disclosure, “A and B are the same potential” and “A potential reaches B potential” means that, for example, between the potential of A and the potential of B This includes the case where a small potential difference derived from the on-resistance and the parasitic resistance of the electric circuit element occurs. The power source E1 may be disposed outside the driving device 50.

また、本開示において、「AとBとが接続される」とは、AとBとが直接接続される場合だけでなく、AとBとが他の回路素子Cを介して接続される場合をも含む。   In the present disclosure, “A and B are connected” means not only when A and B are directly connected but also when A and B are connected via another circuit element C. Is also included.

スイッチSW1は、第1電位線W1とコイルL1の入力側端子Lt1との間に設けられる。スイッチSW2は、第2電位線W2とコイルL1の入力側端子Lt1との間に設けられる。図2の例では、スイッチSW1は、Pチャネル型MOSFETであり、スイッチSW2は、Nチャネル型MOSFETである。Pチャネル型MOSFETには、ドレインからソースに向かう方向を順方向とする寄生ダイオードが形成される。Nチャネル型MOSFETには、ソースからドレインに向かう方向を順方向とする寄生ダイオードが形成される。なお、スイッチSW1,SW2は、例えば、バイポーラトランジスタ、リレー等の他のスイッチング素子であってもよい。   The switch SW1 is provided between the first potential line W1 and the input side terminal Lt1 of the coil L1. The switch SW2 is provided between the second potential line W2 and the input side terminal Lt1 of the coil L1. In the example of FIG. 2, the switch SW1 is a P-channel MOSFET, and the switch SW2 is an N-channel MOSFET. A parasitic diode having a forward direction from the drain to the source is formed in the P-channel MOSFET. A parasitic diode having a forward direction from the source to the drain is formed in the N-channel MOSFET. Note that the switches SW1 and SW2 may be other switching elements such as bipolar transistors and relays, for example.

ダイオードD1は、第1電位線W1とコイルL1の入力側端子Lt1との間に逆方向に設けられる。逆方向とは、第1電位Vcc側から第2電位Vss側に向かって電流が流れている状態で、電位が高い側にカソードが接続され、電位が低い側にアノードが接続される方向である。すなわち、ダイオードD1は、第1電位VccとコイルL1の入力側端子Lt1との間に逆バイアスで接続される。   The diode D1 is provided in the reverse direction between the first potential line W1 and the input side terminal Lt1 of the coil L1. The reverse direction is a direction in which current flows from the first potential Vcc side toward the second potential Vss side, with the cathode connected to the higher potential side and the anode connected to the lower potential side. . That is, the diode D1 is connected with a reverse bias between the first potential Vcc and the input side terminal Lt1 of the coil L1.

ダイオードD2は、第2電位線W2とコイルL1の入力側端子Lt1との間に逆方向に設けられる。すなわち、ダイオードD2は、第2電位VssとコイルL1の入力側端子Lt1との間に逆バイアスで接続される。ダイオードD1のカソードは、第1電位線W1に接続されている。ダイオードD2のアノードは、第2電位線W2に接続されている。ダイオードD1及びダイオードD2は、例えば、ショットキーバリアダイオードであってもよい。   The diode D2 is provided in the reverse direction between the second potential line W2 and the input side terminal Lt1 of the coil L1. That is, the diode D2 is connected with a reverse bias between the second potential Vss and the input side terminal Lt1 of the coil L1. The cathode of the diode D1 is connected to the first potential line W1. The anode of the diode D2 is connected to the second potential line W2. The diode D1 and the diode D2 may be, for example, a Schottky barrier diode.

スイッチSW3及び抵抗R1の直列回路は、第1電位線W1とコイルL1の出力側端子Lt2との間に設けられる。スイッチSW4及び抵抗R2の直列回路は、第2電位線W2とコイルL1の出力側端子Lt2との間に設けられる。図2の例では、スイッチSW3は、Pチャネル型MOSFETであり、スイッチSW4は、Nチャネル型MOSFETである。   A series circuit of the switch SW3 and the resistor R1 is provided between the first potential line W1 and the output side terminal Lt2 of the coil L1. A series circuit of the switch SW4 and the resistor R2 is provided between the second potential line W2 and the output side terminal Lt2 of the coil L1. In the example of FIG. 2, the switch SW3 is a P-channel MOSFET, and the switch SW4 is an N-channel MOSFET.

ダイオードD3は、第1電位線W1とコイルL1の出力側端子Lt2との間に逆方向に設けられる。すなわち、ダイオードD3は、第1電位VccとコイルL1の出力側端子Lt2との間に逆バイアスで接続される。ダイオードD4は、第2電位線W2とコイルL1の出力側端子Lt2との間に逆方向に設けられる。すなわち、ダイオードD4は、第2電位VssとコイルL1の出力側端子Lt2との間に逆バイアスで接続される。ダイオードD3及びダイオードD4は、例えば、ショットキーバリアダイオードであってもよい。   The diode D3 is provided in the reverse direction between the first potential line W1 and the output side terminal Lt2 of the coil L1. That is, the diode D3 is connected with a reverse bias between the first potential Vcc and the output side terminal Lt2 of the coil L1. The diode D4 is provided in the reverse direction between the second potential line W2 and the output side terminal Lt2 of the coil L1. That is, the diode D4 is connected with the reverse bias between the second potential Vss and the output side terminal Lt2 of the coil L1. The diode D3 and the diode D4 may be, for example, a Schottky barrier diode.

駆動部60は、コイルL1、4つのスイッチSW1〜SW4、及び4つのダイオードD1〜D4を含むブリッジ回路を有する。スイッチSW3及びダイオードD3は並列接続される。スイッチSW3がオン状態のとき、スイッチング素子Q11のゲート電位が第1電位Vccより高くなると、ダイオードD3を介してスイッチング素子Q11のゲートから電流が引き抜かれる。スイッチング素子Q11のゲート電位が第1電位Vccより低くなると、スイッチSW3を介してスイッチング素子Q11のゲートに電流が供給される。このように、スイッチSW3がオン状態のとき、スイッチング素子Q11のゲート電位は第1電位Vccにクランプされる。   The drive unit 60 includes a bridge circuit including a coil L1, four switches SW1 to SW4, and four diodes D1 to D4. The switch SW3 and the diode D3 are connected in parallel. When the switch SW3 is in the ON state, when the gate potential of the switching element Q11 becomes higher than the first potential Vcc, current is drawn from the gate of the switching element Q11 through the diode D3. When the gate potential of the switching element Q11 becomes lower than the first potential Vcc, a current is supplied to the gate of the switching element Q11 via the switch SW3. Thus, when the switch SW3 is in the ON state, the gate potential of the switching element Q11 is clamped to the first potential Vcc.

スイッチSW4及びダイオードD4は並列接続される。スイッチSW4がオン状態のとき、スイッチング素子Q11のゲート電位が第2電位Vssより高くなると、スイッチSW4を介してスイッチング素子Q11のゲートから電流が引き抜かれる。スイッチング素子Q11のゲート電位が第2電位Vssより低くなると、ダイオードD4を介してスイッチング素子Q11のゲートに電流が供給される。このように、スイッチSW4がオン状態のとき、スイッチング素子Q11のゲート電位は第2電位Vssにクランプされる。   The switch SW4 and the diode D4 are connected in parallel. When the gate potential of the switching element Q11 becomes higher than the second potential Vss when the switch SW4 is in an on state, current is drawn from the gate of the switching element Q11 via the switch SW4. When the gate potential of the switching element Q11 becomes lower than the second potential Vss, a current is supplied to the gate of the switching element Q11 via the diode D4. Thus, when the switch SW4 is in the ON state, the gate potential of the switching element Q11 is clamped to the second potential Vss.

制御部80は、スイッチSW1、スイッチSW2、スイッチSW3、及びスイッチSW4を制御する。具体的には、制御部80は、各スイッチSW1〜SW4の制御端子(図2ではゲート)にパルス信号を入力して、各スイッチSW1〜SW4をターンオン及びターンオフする。これにより、ゲート−ソース間電圧Vgs11が上昇し、ゲート電流Ig11が発生してスイッチング素子Q11のゲートに供給される。   The control unit 80 controls the switch SW1, the switch SW2, the switch SW3, and the switch SW4. Specifically, the control unit 80 inputs a pulse signal to the control terminals (gates in FIG. 2) of the switches SW1 to SW4, and turns on and off the switches SW1 to SW4. As a result, the gate-source voltage Vgs11 rises, and a gate current Ig11 is generated and supplied to the gate of the switching element Q11.

スイッチング素子Q11をターンオンする際には、まず、制御部80は、スイッチSW1をターンオンする。その結果、第1電位Vccを与える第1電位線W1から供給される電流により、スイッチング素子Q11のゲート(制御端子)とソース(基準端子)との間の容量Cissが充電され始め、コイルL1にエネルギーが蓄積される。その後、制御部80は、スイッチSW1をターンオフする。すると、コイルL1、スイッチング素子Q11の容量Ciss及びダイオードD2により閉ループが形成される。そして、コイルL1に蓄積されたエネルギーが放電されて、スイッチング素子Q11の容量Cissがさらに充電される。その後、制御部80は、スイッチSW3をターンオンする。これによって、スイッチング素子Q11のゲート電位が第1電位Vccにクランプされる。   When turning on the switching element Q11, first, the control unit 80 turns on the switch SW1. As a result, the capacitor Ciss between the gate (control terminal) and the source (reference terminal) of the switching element Q11 starts to be charged by the current supplied from the first potential line W1 that applies the first potential Vcc, and the coil L1 is charged. Energy is stored. Thereafter, the control unit 80 turns off the switch SW1. Then, a closed loop is formed by the coil L1, the capacitance Ciss of the switching element Q11, and the diode D2. Then, the energy accumulated in the coil L1 is discharged, and the capacitor Ciss of the switching element Q11 is further charged. Thereafter, the control unit 80 turns on the switch SW3. As a result, the gate potential of the switching element Q11 is clamped to the first potential Vcc.

一方、スイッチング素子Q11をターンオフする際には、制御部80は、まず、スイッチSW2をターンオンする。その結果、スイッチング素子Q11の容量Cissが放電され始め、放電されたエネルギーがコイルL1に蓄積される。その後、制御部80は、スイッチSW2をターンオフする。すると、コイルL1とスイッチング素子Q11の容量Cissに残っているエネルギーが、ダイオードD1を介して電源E1に回生される。そして、制御部80は、スイッチSW4をターンオンする。これによって、スイッチング素子Q11のゲート電位が第2電位Vssにクランプされる。   On the other hand, when the switching element Q11 is turned off, the control unit 80 first turns on the switch SW2. As a result, the capacitance Ciss of the switching element Q11 starts to be discharged, and the discharged energy is accumulated in the coil L1. Thereafter, the control unit 80 turns off the switch SW2. Then, the energy remaining in the coil C1 and the capacitance Ciss of the switching element Q11 is regenerated to the power source E1 via the diode D1. Then, the control unit 80 turns on the switch SW4. As a result, the gate potential of the switching element Q11 is clamped to the second potential Vss.

次に、検出部70により検出された駆動状態に応じた、制御部80による駆動部60の制御が説明される。   Next, the control of the drive unit 60 by the control unit 80 according to the drive state detected by the detection unit 70 will be described.

図3は、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。図3の例では、駆動状態として、電流センサ71(図1)により検出される入力電流Iin(以下、「電流ID」と称される)が採用されている。   FIG. 3 is a graph showing a result of an experiment performed for obtaining an optimal control parameter according to the driving state. In the example of FIG. 3, an input current Iin (hereinafter referred to as “current ID”) detected by the current sensor 71 (FIG. 1) is adopted as the driving state.

図3では、図1に示されるDC−DCコンバータ20及び図2に示される第1実施形態の駆動装置50を用いた場合の実験結果が示されている。また、図3では、駆動部60を制御する制御パラメータとして、スイッチSW1がターンオンされてからターンオフされるまでのオン時間(以下、「充電時間」と称される)が採用されている。図2の駆動部60では、スイッチSW1の充電時間が長くなるほど、スイッチング素子Q11のスイッチング速度が高くなる。   FIG. 3 shows experimental results when the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 and the driving apparatus 50 of the first embodiment shown in FIG. 2 are used. In FIG. 3, an on time (hereinafter referred to as “charging time”) from when the switch SW <b> 1 is turned on to when it is turned off is employed as a control parameter for controlling the drive unit 60. In the drive unit 60 of FIG. 2, the switching speed of the switching element Q11 increases as the charging time of the switch SW1 increases.

図3において左列のグラフは、充電時間を65ns,70ns,75ns,80ns,85nsのそれぞれに設定した場合における実験結果を示している。   In FIG. 3, the graph in the left column shows the experimental results when the charging time is set to 65 ns, 70 ns, 75 ns, 80 ns, and 85 ns.

また、図3において右列のグラフは、充電時間を65nsに設定した場合と、充電時間を最適値に設定した場合との実験結果を示している。なお、図3の右列のグラフでは、各電流IDにおいて、最適値の実験結果が三角形のマークでプロットされ、65nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。ここで、最適値は、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)のピーク値(Vds(H).max:リンギング電圧)を330V以下にすることができる充電時間であって、スイッチング損失Eonを最小にできる充電時間が採用される。   Further, the graph in the right column in FIG. 3 shows experimental results when the charging time is set to 65 ns and when the charging time is set to an optimum value. In the graph in the right column of FIG. 3, for each current ID, the experimental result of the optimum value is plotted with a triangular mark, and the experimental result of 65 ns is plotted with a diamond mark. Here, the optimum value is a charging time during which the peak value (Vds (H) .max: ringing voltage) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 can be set to 330 V or less, and the switching loss A charging time that can minimize Eon is employed.

図3において、セクション(a)は、充電時間に応じた、リンギング電圧(Vds(H).max)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸はリンギング電圧を示し、横軸は電流IDを示している。   In FIG. 3, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and current ID according to the charging time, the vertical axis shows the ringing voltage, and the horizontal axis shows the current. ID is shown.

セクション(b)は、充電時間に応じた、スイッチング損失(Eon)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は損失を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (b) is a graph showing the relationship between the switching loss (Eon) and the current ID according to the charging time, the vertical axis shows the loss, and the horizontal axis shows the current ID.

セクション(c)は、充電時間に応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧V(L)の電圧変化率(dV(L)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (c) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (L) / dt) of the drain-source voltage V (L) of the switching element Q11 and the current ID according to the charging time, The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the current ID.

セクション(d)は、充電時間に応じた、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧V(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (d) is a graph showing the relationship between the voltage ID (dV (H) / dt) of the voltage V (H) between the drain and source of the switching element Q12 and the current ID according to the charging time. The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the current ID.

セクション(a)の左列に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)は、充電時間が増大するにつれて増大していることが分かる。そのため、セクション(a)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧が低い側から順に、65ns,70ns,75ns,80ns,85nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (a), it can be seen that the ringing voltage (Vds (H) .max) increases as the charging time increases. Therefore, in the graph in the left column of section (a), in each current ID, the experimental results of 65 ns, 70 ns, 75 ns, 80 ns, and 85 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest voltage side.

ここでは、リンギング電圧(Vds(H).max)を330V以下にするという条件が課せられており、全ての電流IDにおいてリンギング電圧を330V以下にできる最大の充電時間は65nsであった。そのため、駆動状態に応じて充電時間を変動させない構成を採用する手法(以下、「比較例の手法」と記述する。)では、充電時間として65nsが設定される。これでは、電流IDに応じて最適な充電時間を設定できない。例えば、電流IDが20Aの場合、充電時間を80nsに設定してもリンギング電圧(Vds(H).max)は330V以下になるにも拘わらず、比較例の手法では充電時間が65nsに設定されるため、最適値が設定されていない。   Here, a condition that the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 330 V or less is imposed, and the maximum charging time that can reduce the ringing voltage to 330 V or less is 65 ns in all current IDs. Therefore, in a method that employs a configuration that does not change the charging time according to the driving state (hereinafter, referred to as “method of comparative example”), 65 ns is set as the charging time. This makes it impossible to set an optimal charging time according to the current ID. For example, when the current ID is 20 A, the charging time is set to 65 ns in the method of the comparative example even though the ringing voltage (Vds (H) .max) is 330 V or less even if the charging time is set to 80 ns. Therefore, the optimum value is not set.

セクション(b)の左列に示すように、スイッチング損失は、充電時間が減少するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(b)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、スイッチング損失が低い側から順に、85ns,80ns,75ns,70ns,65nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (b), it can be seen that the switching loss increases as the charging time decreases. Therefore, in the graph in the left column of section (b), the experimental results of 85 ns, 80 ns, 75 ns, 70 ns, and 65 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest switching loss in each current ID.

そこで、本第1実施形態の手法(以下、「提案手法」と記述する。)では、セクション(a)の右列に示すように、各電流IDにおいて、リンギング電圧(Vds(H).max)を330V以下にできる充電時間のうち、スイッチング損失Eonを最小にできる充電時間(つまりセクション(b)から分かるように最大の充電時間)を設定する。   Therefore, in the method of the first embodiment (hereinafter referred to as “proposed method”), as shown in the right column of section (a), the ringing voltage (Vds (H) .max) is obtained at each current ID. Is set to the charging time that can minimize the switching loss Eon (that is, the maximum charging time as can be seen from the section (b)).

具体的には、電流IDが5[A]のときは充電時間が65nsに設定され、電流IDが10[A]のときは充電時間が70nsに設定され、電流IDが15[A]のときは充電時間が75nsに設定され、電流IDが20[A]のときは充電時間が80nsに設定されている。これにより、充電時間の最適化が図られている。   Specifically, when the current ID is 5 [A], the charging time is set to 65 ns, when the current ID is 10 [A], the charging time is set to 70 ns, and when the current ID is 15 [A]. The charging time is set to 75 ns, and when the current ID is 20 [A], the charging time is set to 80 ns. As a result, the charging time is optimized.

セクション(b)の右列では、セクション(a)で設定された充電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対するスイッチング損失が三角形のマークでプロットされている。この場合、全ての電流IDにおいて、提案手法の方が比較例よりもスイッチング損失が低く、電流IDが20Aにおいてはスイッチング損失が18%低減されていた。   In the right column of section (b), the switching loss for each current ID when the optimum value of the charging time set in section (a) is adopted is plotted with a triangular mark. In this case, the switching loss of the proposed method is lower than that of the comparative example in all current IDs, and the switching loss is reduced by 18% when the current ID is 20A.

セクション(c)の左列に示すように、電圧変化率(dV(L)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、充電時間が増大するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(c)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(L)/dt)は、低い側から順に、65ns,70ns,75ns,80ns,85nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) increases as the charging time increases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand. Therefore, in the graph in the left column of section (c), in each current ID, the voltage change rate (dV (L) / dt) has a diamond shape of the experimental results of 65 ns, 70 ns, 75 ns, 80 ns, and 85 ns in order from the lowest. It is plotted with the mark.

セクション(c)の右列では、セクション(a)で設定された充電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(L)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、全ての電流IDにおいて、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(L)/dt)が高くなっている。   In the right column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) for each current ID when the optimum value of the charging time set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. Yes. In this case, the voltage change rate (dV (L) / dt) is higher in the proposed method than in the comparative example for all current IDs.

セクション(d)の左列に示すように、電圧変化率(dV(H)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、充電時間が増大するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(d)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(H)/dt)は、低い側から順に、65ns,70ns,75ns,80ns,85nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) increases as the charging time increases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand. Therefore, in the graph in the left column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) for each current ID has a diamond shape of the experimental results of 65 ns, 70 ns, 75 ns, 80 ns, and 85 ns in order from the lowest. It is plotted with the mark.

セクション(d)の右列では、セクション(a)で設定された充電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(H)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、全ての電流IDにおいて、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(H)/dt)が高くなっている。   In the right column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) for each current ID when the optimum value of the charging time set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. Yes. In this case, the voltage change rate (dV (H) / dt) is higher in the proposed method than in the comparative example for all current IDs.

なお、セクション(c)の右列に示される提案手法の充電時間、及びセクション(d)の右列に示される提案手法の充電時間は、いずれも、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件を満足している。   The charging time of the proposed method shown in the right column of the section (c) and the charging time of the proposed method shown in the right column of the section (d) are both of the voltage change rate defined by the isolators 91 and 92. The condition is satisfied.

図4は、電流IDが10[A]の場合に充電時間を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。図4において、セクション(a)はリンギング電圧(Vds(H).max)と充電時間との関係を示したグラフであり、セクション(b)は電圧変化率(dV(L)/dt)と充電時間との関係を示したグラフであり、セクション(c)はスイッチング損失(Eon)と充電時間との関係を示したグラフであり、セクション(d)は電圧変化率(dV(H)/dt)と充電時間との関係を示したグラフである。   FIG. 4 is a graph showing each switching characteristic when the charging time is changed when the current ID is 10 [A]. In FIG. 4, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and charging time, and section (b) shows the voltage change rate (dV (L) / dt) and charging. It is the graph which showed the relationship with time, the section (c) is the graph which showed the relationship between switching loss (Eon) and charging time, and the section (d) is a voltage change rate (dV (H) / dt). It is the graph which showed the relationship between charging time.

セクション(a)、(b)、(d)に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)、電圧変化率(dV(L)/dt)、及び電圧変化率(dV(H)/dt)は充電時間が増大するにつれて増大しているが、セクション(c)に示すようにスイッチング損失(Eon)は充電時間が増大するにつれて減少している。これは、リンギング電圧(Vds(H).max)、電圧変化率(dV(L)/dt)、及び電圧変化率(dV(H)/dt)は、スイッチング素子Q11,Q12のスイッチング速度が増大するにつれて増大する特性を持つが、スイッチング損失(Eon)は、スイッチング速度が増大するにつれて減少する特性を持つからである。   As shown in sections (a), (b), (d), the ringing voltage (Vds (H) .max), the voltage change rate (dV (L) / dt), and the voltage change rate (dV (H) / While dt) increases with increasing charging time, switching loss (Eon) decreases with increasing charging time, as shown in section (c). This is because the ringing voltage (Vds (H) .max), voltage change rate (dV (L) / dt), and voltage change rate (dV (H) / dt) increase the switching speed of the switching elements Q11 and Q12. This is because the switching loss (Eon) has a characteristic that increases as the switching speed increases, but decreases as the switching speed increases.

第1実施形態の駆動装置50では、図3のセクション(a)の三角形のマークで示されるように、各電流IDに対して、リンギング電圧(Vds(H).max)を330V以下にするという条件を満足する充電時間のうち、スイッチング損失Eonが最小になる充電時間(つまり最大の充電時間)を予め求めておき、テーブル(設定情報の一例)が作成される。制御部80は、作成されたテーブルを予め保持する。   In the driving device 50 according to the first embodiment, the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 330 V or less for each current ID as indicated by the triangular mark in the section (a) of FIG. Of the charging times that satisfy the conditions, a charging time (that is, the maximum charging time) at which the switching loss Eon is minimized is obtained in advance, and a table (an example of setting information) is created. The control unit 80 holds the created table in advance.

図5は、第1実施形態の駆動装置50の制御部80が保持するテーブル81の一例を概略的に示す図である。   FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of the table 81 held by the control unit 80 of the driving device 50 according to the first embodiment.

図3、図4の実験結果から、第1実施形態のテーブル81(充電テーブルの一例)では、電流IDが0<ID≦5[A]の範囲(区分の一例)では、充電時間TAは65nsに設定され、電流IDが5<ID≦10[A]の範囲(区分の一例)では、充電時間TAは70nsに設定され、電流IDが10<ID≦15[A]の範囲(区分の一例)では、充電時間TAは75nsに設定され、電流IDが15<ID≦20[A]の範囲(区分の一例)では、充電時間TAは80nsに設定されている。   From the experimental results of FIG. 3 and FIG. 4, in the table 81 (an example of the charging table) of the first embodiment, the charging time TA is 65 ns in the range where the current ID is 0 <ID ≦ 5 [A] (an example of the classification). In the range where the current ID is 5 <ID ≦ 10 [A] (an example of classification), the charging time TA is set to 70 ns, and the range where the current ID is 10 <ID ≦ 15 [A] (an example of classification) ), The charging time TA is set to 75 ns, and the charging time TA is set to 80 ns in the range where the current ID is 15 <ID ≦ 20 [A] (an example of classification).

制御部80は、検出部70の電流センサ71(図1)により検出された電流IDを取得する。制御部80は、取得した電流IDに対応する充電時間TAを、保持しているテーブル81から抽出する。制御部80は、スイッチSW1のオン時間が、抽出した充電時間TAに一致するように、駆動部60を制御する。   The control unit 80 acquires the current ID detected by the current sensor 71 (FIG. 1) of the detection unit 70. The control unit 80 extracts the charging time TA corresponding to the acquired current ID from the held table 81. The control unit 80 controls the driving unit 60 so that the ON time of the switch SW1 matches the extracted charging time TA.

次に、図6、図7を用いて、電流IDが20[A]の場合において、第1実施形態の提案手法の波形と比較例の手法の波形とが比較される。   Next, using FIGS. 6 and 7, when the current ID is 20 [A], the waveform of the proposed method of the first embodiment is compared with the waveform of the method of the comparative example.

図6は、提案手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。図7は、比較例の手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。   FIG. 6 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the proposed method. FIG. 7 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the method of the comparative example.

図6、図7において、セクション(a)は、DC−DCコンバータ20のタイミングチャートであり、縦軸は電圧、電流、及び電力を示し、横軸は時間を示している。セクション(b)は、駆動装置50のタイミングチャートであり、縦軸は電圧及び電流を示し、横軸は時間を示している。   6 and 7, section (a) is a timing chart of the DC-DC converter 20, where the vertical axis indicates voltage, current, and power, and the horizontal axis indicates time. Section (b) is a timing chart of the driving device 50, where the vertical axis indicates voltage and current, and the horizontal axis indicates time.

図3を用いて説明されたように、電流IDが20[A]の場合には、図6の提案手法では、充電時間TAは80[ns]に設定され、図7の比較例の手法では、充電時間TAは65[ns]に設定されている。   As described with reference to FIG. 3, when the current ID is 20 [A], in the proposed method of FIG. 6, the charging time TA is set to 80 [ns], and in the method of the comparative example of FIG. The charging time TA is set to 65 [ns].

図6において、時刻tm1から時刻tm2までの充電時間TAにおいて、スイッチSW1がオンされている。これにより、第1電位線W1からスイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11が供給され、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の電圧Vgs11が徐々に増大し、容量Cissが充電される。また、コイルL1にエネルギーが蓄積される。   In FIG. 6, the switch SW1 is turned on during the charging time TA from time tm1 to time tm2. As a result, the gate current Ig11 is supplied from the first potential line W1 to the gate of the switching element Q11, the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11 gradually increases, and the capacitor Ciss is charged. Further, energy is accumulated in the coil L1.

時刻tm2に、スイッチSW1がターンオフされると、コイルL1に蓄積されたエネルギーが放電されて、さらに、スイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11が供給され、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の電圧Vgs11が増大し、容量Cissが充電される。これにより、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電流Ids11が上昇し始め、且つ、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が低下し始める。   When the switch SW1 is turned off at time tm2, the energy stored in the coil L1 is discharged, and further, the gate current Ig11 is supplied to the gate of the switching element Q11, and the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11. Increases and the capacitor Ciss is charged. As a result, the drain-source current Ids11 of the switching element Q11 begins to increase, and the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 begins to decrease.

時刻tm3では、電圧Vgs11が閾値を超えている。これにより、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が、急速に低下し始め、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧Vds(H)が、上昇し始める。   At time tm3, the voltage Vgs11 exceeds the threshold value. As a result, the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to rapidly decrease, and the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 starts to increase.

時刻tm4では、電圧Vds(L)は完全に立ち下がり、電圧Vds(H)は完全に立ち上がり、電流Ids11は完全に立ち上がっている。   At time tm4, the voltage Vds (L) completely falls, the voltage Vds (H) completely rises, and the current Ids11 completely rises.

時刻tm4以降の電圧Vds(H)の波形は本来的には平坦に推移するべきであるが、セクション(a)に示すように、電圧Vds(H)の波形にはうねりが発生している。この波形のうねりがリンギングであり、その大きさを示すリンギング電圧Vds(H).maxは、電圧Vds(H)のピーク値で規定される。   The waveform of the voltage Vds (H) after the time tm4 should be essentially flat, but as shown in the section (a), the waveform of the voltage Vds (H) has a swell. The undulation of this waveform is ringing, and the ringing voltage Vds (H). max is defined by the peak value of the voltage Vds (H).

Eon11は、スイッチング素子Q11のスイッチング損失を示し、時刻tm3の少し手前で上昇し始め、時刻tm3でピークに到達し、時刻tm4には立ち下がっている。   Eon11 indicates a switching loss of the switching element Q11, starts to increase slightly before time tm3, reaches a peak at time tm3, and falls at time tm4.

時刻tm5では、スイッチSW3がターンオンされている。これにより、スイッチング素子Q11の電圧Vgsが第1電位Vccでクランプされる。   At time tm5, the switch SW3 is turned on. As a result, the voltage Vgs of the switching element Q11 is clamped at the first potential Vcc.

図7のタイミングチャートにおける制御の概要は図6と同じあるが、図7では、充電時間TAが65[ns]と、図6の80[ns]よりも短く設定されている。   The outline of the control in the timing chart of FIG. 7 is the same as FIG. 6, but in FIG. 7, the charging time TA is set to 65 [ns], which is shorter than 80 [ns] in FIG.

このため、図6では、スイッチング速度が図7よりも高くなっている。したがって、図6では、スイッチング損失Eon11の波形の幅が図7よりも狭くなっており、スイッチング損失Eon11が図7よりも減少している。   For this reason, in FIG. 6, the switching speed is higher than in FIG. Therefore, in FIG. 6, the width of the waveform of the switching loss Eon11 is narrower than that in FIG. 7, and the switching loss Eon11 is smaller than that in FIG.

また、図6では、スイッチング速度の増大に伴い、図7に比べて、リンギング電圧Vds(H).maxが若干高くなっているが、330[V]の上限値は満たされている。   In FIG. 6, the ringing voltage Vds (H). Although max is slightly higher, the upper limit of 330 [V] is satisfied.

また、図6では、スイッチング速度の増大に伴い、図7に比べて、電圧Vds(H),Vds(L)の電圧変化率が高くなっているが、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件は満たされている。   In FIG. 6, the voltage change rates of the voltages Vds (H) and Vds (L) are higher as the switching speed is increased than in FIG. 7, but the voltage change rates defined by the isolators 91 and 92 are increased. The condition is satisfied.

(第2実施形態)
第2実施形態の駆動装置50の構成は、図2に示される第1実施形態の駆動装置50と同じである。以下、第1実施形態との相違点を中心に、第2実施形態が説明される。
(Second Embodiment)
The configuration of the drive device 50 of the second embodiment is the same as the drive device 50 of the first embodiment shown in FIG. Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

図8を用いて、検出部70により検出された駆動状態に応じた、第2実施形態の制御部80による駆動部60の制御が説明される。   The control of the drive unit 60 by the control unit 80 according to the second embodiment in accordance with the drive state detected by the detection unit 70 will be described with reference to FIG.

図8は、第2実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。図8の例では、駆動状態として、第1実施形態と同様に、電流センサ71(図1)により検出される入力電流Iin(以下、「電流ID」と称される)が採用されている。   FIG. 8 is a graph showing a result of an experiment performed for obtaining an optimal control parameter according to the driving state in the second embodiment. In the example of FIG. 8, the input current Iin (hereinafter referred to as “current ID”) detected by the current sensor 71 (FIG. 1) is employed as the driving state, as in the first embodiment.

図8では、図1に示されるDC−DCコンバータ20及び図2に示される駆動装置50を用いた場合の実験結果が示されている。また、図8では、駆動部60を制御する制御パラメータとして、スイッチSW1がターンオフされてからスイッチSW3がターンオンされるまでの時間が採用されている。図2を参照して説明されたように、スイッチSW1がターンオフされてからスイッチSW3がターンオンされるまでの時間に、コイルL1に蓄積されたエネルギーが放電される。そこで、スイッチSW1がターンオフされてからスイッチSW3がターンオンされるまでの時間は、以下、「放電時間」と称される。図2の駆動部60では、放電時間が短くなるほど、スイッチング素子Q11のスイッチング速度が高くなる。   FIG. 8 shows an experimental result when the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 and the driving device 50 shown in FIG. 2 are used. In FIG. 8, the time from when the switch SW1 is turned off to when the switch SW3 is turned on is adopted as a control parameter for controlling the drive unit 60. As described with reference to FIG. 2, the energy accumulated in the coil L1 is discharged during the time from when the switch SW1 is turned off to when the switch SW3 is turned on. Therefore, the time from when the switch SW1 is turned off to when the switch SW3 is turned on is hereinafter referred to as “discharge time”. In the drive unit 60 of FIG. 2, the switching speed of the switching element Q11 increases as the discharge time decreases.

図8において左列のグラフは、放電時間を50ns,55ns,60ns,65ns,70nsのそれぞれに設定した場合における実験結果を示している。   The graph in the left column in FIG. 8 shows the experimental results when the discharge time is set to 50 ns, 55 ns, 60 ns, 65 ns, and 70 ns.

また、図8において右列のグラフは、放電時間を65nsに設定した場合と、放電時間を最適値に設定した場合との実験結果を示している。なお、図8の右列のグラフでは、各電流IDにおいて、最適値の実験結果が三角形のマークでプロットされ、65nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。ここで、最適値は、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)のピーク値(Vds(H).max:リンギング電圧)を346V以下にすることができる放電時間であって、スイッチング損失Eonを最小にできる放電時間が採用される。   Moreover, the graph of the right column in FIG. 8 has shown the experimental result when the discharge time is set to 65 ns and when the discharge time is set to the optimum value. In the graph in the right column of FIG. 8, for each current ID, the experimental result of the optimum value is plotted with a triangular mark, and the experimental result of 65 ns is plotted with a diamond mark. Here, the optimum value is the discharge time during which the peak value (Vds (H) .max: ringing voltage) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 can be 346V or less, and the switching loss A discharge time that can minimize Eon is employed.

図8において、セクション(a)は、放電時間に応じた、リンギング電圧(Vds(H).max)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸はリンギング電圧を示し、横軸は電流IDを示している。   In FIG. 8, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and current ID according to the discharge time, the vertical axis shows the ringing voltage, and the horizontal axis shows the current. ID is shown.

セクション(b)は、放電時間に応じた、スイッチング損失(Eon)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は損失を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (b) is a graph showing the relationship between the switching loss (Eon) and the current ID according to the discharge time, the vertical axis shows the loss, and the horizontal axis shows the current ID.

セクション(c)は、放電時間に応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧V(L)の電圧変化率(dV(L)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (c) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (L) / dt) of the drain-source voltage V (L) of the switching element Q11 and the current ID according to the discharge time, The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the current ID.

セクション(d)は、放電時間に応じた、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧V(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (d) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (H) / dt) of the voltage V (H) between the drain and source of the switching element Q12 and the current ID according to the discharge time. The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the current ID.

セクション(a)の左列に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)は、放電時間が減少するにつれて増大していることが分かる。そのため、セクション(a)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧が低い側から順に、70ns,65ns,60ns,55ns,50nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (a), it can be seen that the ringing voltage (Vds (H) .max) increases as the discharge time decreases. Therefore, in the graph in the left column of section (a), the experimental results of 70 ns, 65 ns, 60 ns, 55 ns, and 50 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest voltage side in each current ID.

ここでは、リンギング電圧(Vds(H).max)を346V以下にするという条件が課せられており、全ての電流IDにおいてリンギング電圧を346V以下にできる最小の放電時間は65nsであった。そのため、駆動状態に応じて放電時間を変動させない構成を採用する手法(以下、「比較例の手法」と記述する。)では、放電時間として65nsが設定される。これでは、電流IDに応じて最適な放電時間を設定できない。例えば、電流IDが20Aの場合、放電時間を50nsに設定してもリンギング電圧(Vds(H).max)は346V以下になるにも拘わらず、比較例の手法では放電時間が65nsに設定されるため、最適値が設定されていない。   Here, the condition that the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 346 V or less is imposed, and the minimum discharge time for which the ringing voltage can be set to 346 V or less is 65 ns in all current IDs. Therefore, in a method that employs a configuration that does not change the discharge time according to the driving state (hereinafter, referred to as “method of comparative example”), 65 ns is set as the discharge time. In this case, an optimal discharge time cannot be set according to the current ID. For example, when the current ID is 20 A, even if the discharge time is set to 50 ns, the discharge time is set to 65 ns in the method of the comparative example even though the ringing voltage (Vds (H) .max) is 346 V or less. Therefore, the optimum value is not set.

セクション(b)の左列に示すように、スイッチング損失は、放電時間が増大するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(b)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、スイッチング損失が低い側から順に、50ns,55ns,60ns,65ns,70nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (b), it can be seen that the switching loss increases as the discharge time increases. Therefore, in the graph in the left column of section (b), the experimental results of 50 ns, 55 ns, 60 ns, 65 ns, and 70 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest switching loss in each current ID.

そこで、本第2実施形態の手法(以下、「提案手法」と記述する。)では、セクション(a)の右列に示すように、各電流IDにおいて、リンギング電圧(Vds(H).max)を346V以下にできる放電時間のうち、スイッチング損失Eonを最小にできる放電時間(つまりセクション(b)から分かるように最小の放電時間)を設定する。   Therefore, in the method of the second embodiment (hereinafter referred to as “proposed method”), as shown in the right column of section (a), the ringing voltage (Vds (H) .max) is obtained at each current ID. Is set to the discharge time that can minimize the switching loss Eon (that is, the minimum discharge time as can be seen from the section (b)).

具体的には、電流IDが2.5[A]のときは放電時間が60nsに設定され、電流IDが10[A]のときは放電時間が65nsに設定され、電流IDが15[A]のときは放電時間が55nsに設定され、電流IDが20[A]のときは放電時間が50nsに設定されている。これにより、放電時間の最適化が図られている。   Specifically, when the current ID is 2.5 [A], the discharge time is set to 60 ns, when the current ID is 10 [A], the discharge time is set to 65 ns, and the current ID is 15 [A]. Is set to 55 ns, and when the current ID is 20 [A], the discharge time is set to 50 ns. This optimizes the discharge time.

セクション(b)の右列では、セクション(a)で設定された放電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対するスイッチング損失が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが10Aでは提案手法と比較例とでスイッチング損失が同じであり、電流IDが10A以外において、提案手法の方が比較例よりもスイッチング損失が低く、電流IDが20Aにおいてはスイッチング損失が26%低減されていた。   In the right column of section (b), the switching loss for each current ID when the optimum value of the discharge time set in section (a) is adopted is plotted with a triangular mark. In this case, when the current ID is 10A, the switching loss is the same between the proposed method and the comparative example. When the current ID is other than 10A, the proposed method has a lower switching loss than the comparative example, and the switching is performed when the current ID is 20A. The loss was reduced by 26%.

セクション(c)の左列に示すように、電圧変化率(dV(L)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、放電時間が減少するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(c)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(L)/dt)は、低い側から順に、70ns,65ns,60ns,55ns,50nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) increases as the discharge time decreases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand. Therefore, in the graph in the left column of section (c), in each current ID, the voltage change rate (dV (L) / dt) has a diamond shape of experimental results of 70 ns, 65 ns, 60 ns, 55 ns, and 50 ns in order from the lowest. It is plotted with the mark.

セクション(c)の右列では、セクション(a)で設定された放電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(L)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが15A以上では、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(L)/dt)が高くなっており、電流IDが10A以下では、ほぼ同じになっている。   In the right column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) for each current ID when the optimum value of the discharge time set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. Yes. In this case, the voltage change rate (dV (L) / dt) is higher in the proposed method than in the comparative example when the current ID is 15 A or more, and is almost the same when the current ID is 10 A or less.

セクション(d)の左列に示すように、電圧変化率(dV(H)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、放電時間が減少するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(d)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(H)/dt)は、低い側から順に、70ns,65ns,60ns,55ns,50nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) increases as the discharge time decreases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand. Therefore, in the graph in the left column of section (d), the experimental results of 70 ns, 65 ns, 60 ns, 55 ns, and 50 ns of the voltage change rate (dV (H) / dt) are diamond-shaped in order from the lower side for each current ID. It is plotted with the mark.

セクション(d)の右列では、セクション(a)で設定された放電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(H)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが15A以上では、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(H)/dt)が高くなっており、電流IDが10A以下では、ほぼ同じになっている。   In the right column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) for each current ID when the optimum value of the discharge time set in section (a) is adopted is plotted with a triangular mark. Yes. In this case, the voltage change rate (dV (H) / dt) is higher in the proposed method than in the comparative example when the current ID is 15 A or more, and is almost the same when the current ID is 10 A or less.

なお、セクション(c)の右列に示される提案手法の放電時間、及びセクション(d)の右列に示される提案手法の放電時間は、いずれも、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件を満足している。   The discharge time of the proposed method shown in the right column of the section (c) and the discharge time of the proposed method shown in the right column of the section (d) are both of the voltage change rate defined by the isolators 91 and 92. The condition is satisfied.

図9は、電流IDが10[A]の場合に放電時間を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。図9において、セクション(a)はリンギング電圧(Vds(H).max)と放電時間との関係を示したグラフであり、セクション(b)は電圧変化率(dV(L)/dt)と放電時間との関係を示したグラフであり、セクション(c)はスイッチング損失(Eon)と放電時間との関係を示したグラフであり、セクション(d)は電圧変化率(dV(H)/dt)と放電時間との関係を示したグラフである。   FIG. 9 is a graph showing each switching characteristic when the discharge time is changed when the current ID is 10 [A]. In FIG. 9, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the discharge time, and section (b) shows the voltage change rate (dV (L) / dt) and the discharge. It is the graph which showed the relationship with time, the section (c) is the graph which showed the relationship between switching loss (Eon) and discharge time, and the section (d) is a voltage change rate (dV (H) / dt). It is the graph which showed the relationship between discharge time.

セクション(a)、(b)、(d)に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)、電圧変化率(dV(L)/dt)、及び電圧変化率(dV(H)/dt)は放電時間が減少するにつれて増大しているが、セクション(c)に示すようにスイッチング損失(Eon)は放電時間が減少するにつれて減少している。これは、リンギング電圧(Vds(H).max)、電圧変化率(dV(L)/dt)、及び電圧変化率(dV(H)/dt)は、スイッチング素子Q11,Q12のスイッチング速度が増大するにつれて増大する特性を持つが、スイッチング損失(Eon)は、スイッチング速度が増大するにつれて減少する特性を持つからである。   As shown in sections (a), (b), (d), the ringing voltage (Vds (H) .max), the voltage change rate (dV (L) / dt), and the voltage change rate (dV (H) / While dt) increases as the discharge time decreases, the switching loss (Eon) decreases as the discharge time decreases as shown in section (c). This is because the ringing voltage (Vds (H) .max), voltage change rate (dV (L) / dt), and voltage change rate (dV (H) / dt) increase the switching speed of the switching elements Q11 and Q12. This is because the switching loss (Eon) has a characteristic that increases as the switching speed increases, but decreases as the switching speed increases.

第2実施形態の駆動装置50では、図8のセクション(a)の三角形のマークで示されるように、各電流IDに対して、リンギング電圧(Vds(H).max)を346V以下にするという条件を満足する放電時間のうち、スイッチング損失Eonが最小になる放電時間(つまり最小の放電時間)を予め求めておき、テーブル(設定情報の一例)が作成される。制御部80は、作成されたテーブルを予め保持する。   In the driving device 50 according to the second embodiment, the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 346 V or less for each current ID as indicated by the triangular mark in the section (a) of FIG. Of the discharge times that satisfy the conditions, a discharge time (that is, the minimum discharge time) at which the switching loss Eon is minimized is obtained in advance, and a table (an example of setting information) is created. The control unit 80 holds the created table in advance.

図10は、第2実施形態の駆動装置50の制御部80が保持するテーブル82の一例を概略的に示す図である。   FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an example of the table 82 held by the control unit 80 of the driving device 50 according to the second embodiment.

図8、図9の実験結果から、第2実施形態のテーブル82(放電テーブルの一例)では、電流IDが0<ID≦2.5[A]の範囲(区分の一例)では、放電時間TBは60nsに設定され、電流IDが2.5<ID≦10[A]の範囲(区分の一例)では、放電時間TBは65nsに設定され、電流IDが10<ID≦15[A]の範囲(区分の一例)では、放電時間TBは55nsに設定され、電流IDが15<ID≦20[A]の範囲(区分の一例)では、放電時間TBは50nsに設定されている。   From the experimental results of FIGS. 8 and 9, in the table 82 (an example of the discharge table) of the second embodiment, the discharge time TB is within the range where the current ID is 0 <ID ≦ 2.5 [A] (an example of the section). Is set to 60 ns, and the current ID is in the range of 2.5 <ID ≦ 10 [A] (an example of classification), the discharge time TB is set to 65 ns, and the current ID is in the range of 10 <ID ≦ 15 [A]. In (an example of classification), the discharge time TB is set to 55 ns, and in a range where the current ID is 15 <ID ≦ 20 [A] (an example of the classification), the discharge time TB is set to 50 ns.

制御部80は、検出部70の電流センサ71(図1)により検出された電流IDを取得する。制御部80は、取得した電流IDに対応する放電時間TBを、保持しているテーブル82から抽出する。制御部80は、スイッチSW1のターンオフからスイッチSW3のターンオンまでの放電時間が抽出した放電時間TBに一致するように、駆動部60を制御する。   The control unit 80 acquires the current ID detected by the current sensor 71 (FIG. 1) of the detection unit 70. The control unit 80 extracts the discharge time TB corresponding to the acquired current ID from the held table 82. The control unit 80 controls the driving unit 60 so that the discharge time from the turn-off of the switch SW1 to the turn-on of the switch SW3 coincides with the extracted discharge time TB.

次に、図11、図12を用いて、電流IDが20[A]の場合において、第2実施形態の提案手法の波形と比較例の手法の波形とが比較される。   Next, using FIGS. 11 and 12, when the current ID is 20 [A], the waveform of the proposed method of the second embodiment is compared with the waveform of the method of the comparative example.

図11は、第2実施形態の提案手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。図12は、比較例の手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。   FIG. 11 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the proposed method of the second embodiment. FIG. 12 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the method of the comparative example.

図11、図12において、セクション(a)は、DC−DCコンバータ20のタイミングチャートであり、縦軸は電圧、電流、及び電力を示し、横軸は時間を示している。セクション(b)は、駆動装置50のタイミングチャートであり、縦軸は電圧及び電流を示し、横軸は時間を示している。   11 and 12, section (a) is a timing chart of the DC-DC converter 20, the vertical axis indicates voltage, current, and power, and the horizontal axis indicates time. Section (b) is a timing chart of the driving device 50, where the vertical axis indicates voltage and current, and the horizontal axis indicates time.

図8を用いて説明されたように、電流IDが20[A]の場合には、図11の提案手法では、放電時間TBは50[ns]に設定され、図12の比較例の手法では、放電時間TBは65[ns]に設定されている。   As described with reference to FIG. 8, when the current ID is 20 [A], in the proposed method of FIG. 11, the discharge time TB is set to 50 [ns], and in the method of the comparative example of FIG. The discharge time TB is set to 65 [ns].

図11において、時刻tn1にスイッチSW1がターンオンされると、スイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11が供給され、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の電圧Vgs11が徐々に増大し、容量Cissが充電される。また、コイルL1にエネルギーが蓄積される。時刻tn2にスイッチSW1がターンオフされると、コイルL1に蓄積されたエネルギーが放電されて、さらに、スイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11が供給され、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の電圧Vgs11が増大し、容量Cissが充電される。そして、時刻tn3に、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電流Ids11が上昇し始め、且つ、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が低下し始める。   In FIG. 11, when the switch SW1 is turned on at time tn1, the gate current Ig11 is supplied to the gate of the switching element Q11, the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11 gradually increases, and the capacitor Ciss is charged. The Further, energy is accumulated in the coil L1. When the switch SW1 is turned off at time tn2, the energy accumulated in the coil L1 is discharged. Further, the gate current Ig11 is supplied to the gate of the switching element Q11, and the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11 is changed. The capacity Ciss is charged. At time tn3, the drain-source current Ids11 of the switching element Q11 starts to increase, and the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to decrease.

時刻tn4に、スイッチSW3がターンオンされて、放電時間TBが終了する。これにより、スイッチング素子Q11の電圧Vgsが第1電位Vccでクランプされる。時刻tn4の後の時刻tn5に、電圧Vgs11が閾値を超えている。これにより、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が、急速に低下し始め、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧Vds(H)が、上昇し始める。   At time tn4, the switch SW3 is turned on, and the discharge time TB ends. As a result, the voltage Vgs of the switching element Q11 is clamped at the first potential Vcc. At time tn5 after time tn4, the voltage Vgs11 exceeds the threshold value. As a result, the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to rapidly decrease, and the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 starts to increase.

時刻tn6では、電圧Vds(L)は完全に立ち下がり、電圧Vds(H)は完全に立ち上がり、電流Ids11は完全に立ち上がっている。   At time tn6, the voltage Vds (L) completely falls, the voltage Vds (H) completely rises, and the current Ids11 completely rises.

時刻tn6以降の電圧Vds(H)の波形は本来的には平坦に推移するべきであるが、セクション(a)に示すように、電圧Vds(H)の波形にはリンギング(うねり)が発生している。   The waveform of voltage Vds (H) after time tn6 should be essentially flat, but as shown in section (a), ringing (swell) occurs in the waveform of voltage Vds (H). ing.

Eon11は、スイッチング素子Q11のスイッチング損失を示し、時刻tn3の少し手前で上昇し始め、時刻tn5の少し後でピークに到達し、時刻tn6には立ち下がっている。   Eon11 indicates a switching loss of the switching element Q11, starts to increase slightly before time tn3, reaches a peak slightly after time tn5, and falls at time tn6.

図12のタイミングチャートにおける制御の概要は図11と同じあるが、図12では、放電時間TBが65[ns]と、図11の50[ns]よりも長く設定されている。   The outline of the control in the timing chart of FIG. 12 is the same as FIG. 11, but in FIG. 12, the discharge time TB is set to 65 [ns], which is longer than 50 [ns] in FIG.

このため、図11では、スイッチング速度が図12よりも高くなっている。したがって、図11では、スイッチング損失Eon11の波形の幅が図12よりも狭くなっており、スイッチング損失Eon11が図12よりも減少している。   For this reason, in FIG. 11, the switching speed is higher than in FIG. Therefore, in FIG. 11, the width of the waveform of the switching loss Eon11 is narrower than that of FIG. 12, and the switching loss Eon11 is reduced as compared with FIG.

また、図11では、スイッチング速度の増大に伴い、図12に比べて、リンギング電圧Vds(H).maxが若干高くなっているが、346[V]の上限値は、満たされている。   In FIG. 11, the ringing voltage Vds (H). Although max is slightly higher, the upper limit value of 346 [V] is satisfied.

また、図11では、スイッチング速度の増大に伴い、図12に比べて、電圧Vds(H),Vds(L)の電圧変化率が高くなっているが、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件は満たされている。   In FIG. 11, the voltage change rate of the voltages Vds (H) and Vds (L) is higher than that of FIG. 12 as the switching speed is increased, but the voltage change rate defined by the isolators 91 and 92 is increased. The condition is satisfied.

(第3実施形態)
第3実施形態の駆動装置50の構成は、図2に示される第1実施形態の駆動装置50と同じである。以下、第1実施形態との相違点を中心に、第3実施形態が説明される。
(Third embodiment)
The configuration of the drive device 50 of the third embodiment is the same as that of the drive device 50 of the first embodiment shown in FIG. Hereinafter, the third embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

図13を用いて、検出部70により検出された駆動状態に応じた、第3実施形態の制御部80による駆動部60の制御が説明される。   The control of the drive unit 60 by the control unit 80 according to the third embodiment in accordance with the drive state detected by the detection unit 70 will be described with reference to FIG.

図13は、第3実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。図13の例では、駆動状態として、第1実施形態と同様に、電流センサ71(図1)により検出される入力電流Iin(以下、「電流ID」と称される)が採用されている。   FIG. 13 is a graph showing a result of an experiment performed for obtaining an optimal control parameter according to the driving state in the third embodiment. In the example of FIG. 13, the input current Iin (hereinafter referred to as “current ID”) detected by the current sensor 71 (FIG. 1) is employed as the driving state, as in the first embodiment.

図13では、図1に示されるDC−DCコンバータ20及び図2に示される駆動装置50を用いた場合の実験結果が示されている。また、図13では、駆動部60を制御する制御パラメータとして、スイッチSW1,SW4の両方がオンにされている時間が採用されている。図2を参照して説明されたように、スイッチSW4がオンの間は、スイッチング素子Q11のゲートは、第2電位Vssにクランプされる。このため、スイッチSW1がオンにされても、スイッチング素子Q11のゲートにはゲート電流が供給されない。しかし、スイッチSW1がオンにされると、コイルL1にエネルギーが蓄積される。そこで、スイッチSW1,SW4の両方がオンにされている時間は、以下、「プリチャージ時間」と称される。図2の駆動部60では、プリチャージ時間が長くなるほど、コイルL1に蓄積されるエネルギーが大きくなるため、スイッチング素子Q11のスイッチング速度が高くなる。   FIG. 13 shows the experimental results when the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 and the driving device 50 shown in FIG. 2 are used. In FIG. 13, the time during which both the switches SW1 and SW4 are turned on is employed as a control parameter for controlling the drive unit 60. As described with reference to FIG. 2, while the switch SW4 is on, the gate of the switching element Q11 is clamped at the second potential Vss. For this reason, even if the switch SW1 is turned on, no gate current is supplied to the gate of the switching element Q11. However, when the switch SW1 is turned on, energy is accumulated in the coil L1. Therefore, the time during which both switches SW1 and SW4 are turned on is hereinafter referred to as “precharge time”. In the drive unit 60 of FIG. 2, as the precharge time becomes longer, the energy stored in the coil L1 increases, so that the switching speed of the switching element Q11 increases.

図13において左列のグラフは、プリチャージ時間を50ns,60ns,70ns,75ns,80ns,90nsのそれぞれに設定した場合における実験結果を示している。   The graph in the left column in FIG. 13 shows the experimental results when the precharge time is set to 50 ns, 60 ns, 70 ns, 75 ns, 80 ns, and 90 ns, respectively.

また、図13において右列のグラフは、プリチャージ時間を60nsに設定した場合と、プリチャージ時間を最適値に設定した場合との実験結果を示している。なお、図13の右列のグラフでは、各電流IDにおいて、最適値の実験結果が三角形のマークでプロットされ、60nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。ここで、最適値は、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)のピーク値(Vds(H).max:リンギング電圧)を333V以下にすることができるプリチャージ時間であって、スイッチング損失Eonを最小にできるプリチャージ時間が採用される。   Further, the graph in the right column in FIG. 13 shows experimental results when the precharge time is set to 60 ns and when the precharge time is set to an optimum value. In the graph in the right column of FIG. 13, for each current ID, the experimental result of the optimum value is plotted with a triangular mark, and the experimental result of 60 ns is plotted with a diamond mark. Here, the optimum value is a precharge time during which the peak value (Vds (H) .max: ringing voltage) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 can be reduced to 333 V or less. A precharge time that can minimize the loss Eon is employed.

図13において、セクション(a)は、プリチャージ時間に応じた、リンギング電圧(Vds(H).max)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸はリンギング電圧を示し、横軸は電流IDを示している。   In FIG. 13, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the current ID according to the precharge time, the vertical axis shows the ringing voltage, and the horizontal axis shows Current ID is shown.

セクション(b)は、プリチャージ時間に応じた、スイッチング損失(Eon)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は損失を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (b) is a graph showing the relationship between the switching loss (Eon) and the current ID according to the precharge time, the vertical axis shows the loss, and the horizontal axis shows the current ID.

セクション(c)は、プリチャージ時間に応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧V(L)の電圧変化率(dV(L)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (c) is a graph showing the relationship between the voltage ID (dV (L) / dt) of the voltage V (L) between the drain and source of the switching element Q11 and the current ID according to the precharge time. The vertical axis indicates the voltage change rate, and the horizontal axis indicates the current ID.

セクション(d)は、プリチャージ時間に応じた、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧V(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (d) is a graph showing the relationship between the voltage ID (dV (H) / dt) of the voltage V (H) between the drain and source of the switching element Q12 and the current ID according to the precharge time. The vertical axis indicates the voltage change rate, and the horizontal axis indicates the current ID.

セクション(a)の左列に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)は、プリチャージ時間が増大するにつれて増大していることが分かる。そのため、セクション(a)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧が低い側から順に、50ns,60ns,70ns,75ns,80ns,90nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (a), it can be seen that the ringing voltage (Vds (H) .max) increases as the precharge time increases. Therefore, in the graph in the left column of section (a), in each current ID, the experimental results of 50 ns, 60 ns, 70 ns, 75 ns, 80 ns, and 90 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest voltage.

ここでは、リンギング電圧(Vds(H).max)を333V以下にするという条件が課せられており、全ての電流IDにおいてリンギング電圧を333V以下にできる最大のプリチャージ時間は60nsであった。そのため、駆動状態に応じてプリチャージ時間を変動させない構成を採用する手法(以下、「比較例の手法」と記述する。)では、プリチャージ時間として60nsが設定される。これでは、電流IDに応じて最適なプリチャージ時間を設定できない。例えば、電流IDが20Aの場合、プリチャージ時間を75nsに設定してもリンギング電圧(Vds(H).max)は333V以下になるにも拘わらず、比較例の手法ではプリチャージ時間が60nsに設定されるため、最適値が設定されていない。   Here, the condition that the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 333 V or less is imposed, and the maximum precharge time for which the ringing voltage can be set to 333 V or less is 60 ns in all current IDs. Therefore, in a method that employs a configuration that does not change the precharge time according to the driving state (hereinafter referred to as “method of comparative example”), 60 ns is set as the precharge time. This makes it impossible to set an optimal precharge time according to the current ID. For example, when the current ID is 20 A, even if the precharge time is set to 75 ns, the ring charge voltage (Vds (H) .max) is 333 V or less, but the precharge time is set to 60 ns in the method of the comparative example. Because it is set, the optimum value is not set.

セクション(b)の左列に示すように、スイッチング損失は、プリチャージ時間が減少するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(b)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、スイッチング損失が低い側から順に、90ns,80ns,75ns,70ns,60ns,50nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (b), it can be seen that the switching loss increases as the precharge time decreases. Therefore, in the graph in the left column of section (b), the experimental results of 90 ns, 80 ns, 75 ns, 70 ns, 60 ns, and 50 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest switching loss in each current ID.

そこで、本第3実施形態の手法(以下、「提案手法」と記述する。)では、セクション(a)の右列に示すように、各電流IDにおいて、リンギング電圧(Vds(H).max)を333V以下にできるプリチャージ時間のうち、スイッチング損失Eonを最小にできるプリチャージ時間(つまりセクション(b)から分かるように最大のプリチャージ時間)を設定する。   Therefore, in the method of the third embodiment (hereinafter referred to as “proposed method”), as shown in the right column of section (a), the ringing voltage (Vds (H) .max) is obtained at each current ID. Among the precharge times that can be reduced to 333 V or less, the precharge time that can minimize the switching loss Eon (that is, the maximum precharge time as can be seen from section (b)) is set.

具体的には、電流IDが2.5[A]のときはプリチャージ時間が60nsに設定され、電流IDが10[A]のときはプリチャージ時間が70nsに設定され、電流IDが15,20[A]のときはプリチャージ時間が75nsに設定されている。これにより、プリチャージ時間の最適化が図られている。   Specifically, when the current ID is 2.5 [A], the precharge time is set to 60 ns, when the current ID is 10 [A], the precharge time is set to 70 ns, and the current ID is 15, In the case of 20 [A], the precharge time is set to 75 ns. Thereby, the precharge time is optimized.

セクション(b)の右列では、セクション(a)で設定されたプリチャージ時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対するスイッチング損失が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが2.5Aでは、提案手法と比較例とはスイッチング損失が同じであり、他の電流IDにおいて、提案手法の方が比較例よりもスイッチング損失が低く、電流IDが20Aにおいてはスイッチング損失が23%低減されていた。   In the right column of section (b), the switching loss for each current ID when the optimum value of the precharge time set in section (a) is adopted is plotted with triangular marks. In this case, when the current ID is 2.5 A, the proposed method and the comparative example have the same switching loss. In other current IDs, the proposed method has a lower switching loss than the comparative example, and the current ID is 20 A. Switching loss was reduced by 23%.

セクション(c)の左列に示すように、電圧変化率(dV(L)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、プリチャージ時間が増大するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(c)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(L)/dt)は、低い側から順に、50ns,60ns,70ns,75ns,80ns,90nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) increases as the precharge time increases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand that. Therefore, in the graph in the left column of section (c), in each current ID, the voltage change rate (dV (L) / dt) is an experimental result of 50 ns, 60 ns, 70 ns, 75 ns, 80 ns, and 90 ns in order from the lowest. Are plotted with diamond marks.

セクション(c)の右列では、セクション(a)で設定されたプリチャージ時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(L)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが10A以上では、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(L)/dt)が高くなっており、電流IDが2.5Aでは、同じになっている。   In the right column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) for each current ID when the optimum value of the precharge time set in section (a) is adopted is plotted with a triangular mark. ing. In this case, the voltage change rate (dV (L) / dt) is higher in the proposed method than in the comparative example when the current ID is 10 A or more, and is the same when the current ID is 2.5 A.

セクション(d)の左列に示すように、電圧変化率(dV(H)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、プリチャージ時間が増大するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(d)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(H)/dt)は、低い側から順に、50ns,60ns,70ns,75ns,80ns,90nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (d), the rate of voltage change (dV (H) / dt) increases as the precharge time increases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand that. Therefore, in the graph in the left column of section (d), in each current ID, the voltage change rate (dV (H) / dt) is an experimental result of 50 ns, 60 ns, 70 ns, 75 ns, 80 ns, and 90 ns in order from the lowest. Are plotted with diamond marks.

セクション(d)の右列では、セクション(a)で設定されたプリチャージ時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(H)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが10A以上では、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(H)/dt)が高くなっており、電流IDが2.5Aでは、同じになっている。   In the right column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) for each current ID when the optimum value of the precharge time set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. ing. In this case, the voltage change rate (dV (H) / dt) is higher in the proposed method than in the comparative example when the current ID is 10 A or more, and is the same when the current ID is 2.5 A.

なお、セクション(c)の右列に示される提案手法のプリチャージ時間、及びセクション(d)の右列に示される提案手法のプリチャージ時間は、いずれも、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件を満足している。   Note that the precharge time of the proposed method shown in the right column of section (c) and the precharge time of the proposed method shown in the right column of section (d) are both voltage changes defined by the isolators 91 and 92. The rate condition is satisfied.

図14は、電流IDが10[A]の場合にプリチャージ時間を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。図14において、セクション(a)はリンギング電圧(Vds(H).max)とプリチャージ時間との関係を示したグラフであり、セクション(b)は電圧変化率(dV(L)/dt)とプリチャージ時間との関係を示したグラフであり、セクション(c)はスイッチング損失(Eon)とプリチャージ時間との関係を示したグラフであり、セクション(d)は電圧変化率(dV(H)/dt)とプリチャージ時間との関係を示したグラフである。   FIG. 14 is a graph showing each switching characteristic when the precharge time is changed when the current ID is 10 [A]. In FIG. 14, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the precharge time, and section (b) shows the voltage change rate (dV (L) / dt) and It is the graph which showed the relationship with precharge time, Section (c) is the graph which showed the relationship between switching loss (Eon) and precharge time, Section (d) is voltage change rate (dV (H)) / Dt) is a graph showing the relationship between the precharge time.

セクション(a)、(b)、(d)に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)、電圧変化率(dV(L)/dt)、及び電圧変化率(dV(H)/dt)はプリチャージ時間が増大するにつれて増大しているが、セクション(c)に示すようにスイッチング損失(Eon)はプリチャージ時間が増大するにつれて減少している。これは、リンギング電圧(Vds(H).max)、電圧変化率(dV(L)/dt)、及び電圧変化率(dV(H)/dt)は、スイッチング素子Q11,Q12のスイッチング速度が増大するにつれて増大する特性を持つが、スイッチング損失(Eon)は、スイッチング速度が増大するにつれて減少する特性を持つからである。   As shown in sections (a), (b), (d), the ringing voltage (Vds (H) .max), the voltage change rate (dV (L) / dt), and the voltage change rate (dV (H) / While dt) increases with increasing precharge time, switching loss (Eon) decreases with increasing precharge time, as shown in section (c). This is because the ringing voltage (Vds (H) .max), voltage change rate (dV (L) / dt), and voltage change rate (dV (H) / dt) increase the switching speed of the switching elements Q11 and Q12. This is because the switching loss (Eon) has a characteristic that increases as the switching speed increases, but decreases as the switching speed increases.

第3実施形態の駆動装置50では、図13のセクション(a)の三角形のマークで示されるように、各電流IDに対して、リンギング電圧(Vds(H).max)を333V以下にするという条件を満足するプリチャージ時間のうち、スイッチング損失Eonが最小になるプリチャージ時間(つまり最大のプリチャージ時間)を予め求めておき、テーブル(設定情報の一例)が作成される。制御部80は、作成されたテーブルを予め保持する。   In the driving device 50 according to the third embodiment, the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 333 V or less for each current ID as indicated by the triangular mark in the section (a) of FIG. Of the precharge times that satisfy the conditions, a precharge time (that is, the maximum precharge time) that minimizes the switching loss Eon is obtained in advance, and a table (an example of setting information) is created. The control unit 80 holds the created table in advance.

図15は、第3実施形態の駆動装置50の制御部80が保持するテーブル83の一例を概略的に示す図である。   FIG. 15 is a diagram schematically illustrating an example of a table 83 held by the control unit 80 of the driving device 50 according to the third embodiment.

図13、図14の実験結果から、第3実施形態のテーブル83(プリチャージテーブルの一例)では、電流IDが0<ID≦2.5[A]の範囲(区分の一例)では、プリチャージ時間TCは60nsに設定され、電流IDが2.5<ID≦10[A]の範囲(区分の一例)では、プリチャージ時間TCは70nsに設定され、電流IDが10<ID≦20[A]の範囲(区分の一例)では、プリチャージ時間TCは75nsに設定されている。   From the experimental results of FIGS. 13 and 14, in the table 83 (an example of the precharge table) of the third embodiment, in the range where the current ID is 0 <ID ≦ 2.5 [A] (an example of the division), the precharge is performed. When the time TC is set to 60 ns and the current ID is in the range of 2.5 <ID ≦ 10 [A] (an example of a section), the precharge time TC is set to 70 ns and the current ID is 10 <ID ≦ 20 [A ] (An example of division), the precharge time TC is set to 75 ns.

制御部80は、検出部70の電流センサ71(図1)により検出された電流IDを取得する。制御部80は、取得した電流IDに対応するプリチャージ時間TCを、保持しているテーブル83から抽出する。制御部80は、スイッチSW1,SW4の両方がオンにされるプリチャージ時間が、抽出したプリチャージ時間TCに一致するように、駆動部60を制御する。   The control unit 80 acquires the current ID detected by the current sensor 71 (FIG. 1) of the detection unit 70. The control unit 80 extracts the precharge time TC corresponding to the acquired current ID from the held table 83. The control unit 80 controls the drive unit 60 so that the precharge time during which both the switches SW1 and SW4 are turned on coincides with the extracted precharge time TC.

次に、図16、図17を用いて、電流IDが20[A]の場合において、第3実施形態の提案手法の波形と比較例の手法の波形とが比較される。   Next, using FIGS. 16 and 17, when the current ID is 20 [A], the waveform of the proposed method of the third embodiment is compared with the waveform of the method of the comparative example.

図16は、第3実施形態の提案手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。図17は、比較例の手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。   FIG. 16 is a timing chart schematically showing a simulation result of the drive device 50 when the switching element Q11 is turned on by the proposed method of the third embodiment. FIG. 17 is a timing chart schematically showing a simulation result of the drive device 50 when the switching element Q11 is turned on by the method of the comparative example.

図16、図17において、セクション(a)は、DC−DCコンバータ20のタイミングチャートであり、縦軸は電圧、電流、及び電力を示し、横軸は時間を示している。セクション(b)は、駆動装置50のタイミングチャートであり、縦軸は電圧及び電流を示し、横軸は時間を示している。   16 and 17, a section (a) is a timing chart of the DC-DC converter 20, where the vertical axis indicates voltage, current, and power, and the horizontal axis indicates time. Section (b) is a timing chart of the driving device 50, where the vertical axis indicates voltage and current, and the horizontal axis indicates time.

図13を用いて説明されたように、電流IDが20[A]の場合には、図16の提案手法では、プリチャージ時間TCは75[ns]に設定され、図17の比較例の手法では、プリチャージ時間TCは60[ns]に設定されている。   As described with reference to FIG. 13, when the current ID is 20 [A], the precharge time TC is set to 75 [ns] in the proposed method of FIG. 16, and the method of the comparative example of FIG. In this case, the precharge time TC is set to 60 [ns].

図16において、時刻tp1にスイッチSW1がターンオンされる。なお、時刻tp1の以前から、スイッチSW4はオンにされており、スイッチング素子Q11のゲートは第2電位Vssにクランプされている。このため、スイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11は供給されず、コイルL1にエネルギーが蓄積される。   In FIG. 16, the switch SW1 is turned on at time tp1. Prior to time tp1, the switch SW4 has been turned on, and the gate of the switching element Q11 is clamped at the second potential Vss. For this reason, the gate current Ig11 is not supplied to the gate of the switching element Q11, and energy is accumulated in the coil L1.

時刻tp2に、スイッチSW1,SW4がターンオフされる。すると、コイルL1に蓄積されたエネルギーが放電されて、スイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11が供給され、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の電圧Vgs11が徐々に増大し、容量Cissが充電される。   At time tp2, the switches SW1 and SW4 are turned off. Then, the energy accumulated in the coil L1 is discharged, the gate current Ig11 is supplied to the gate of the switching element Q11, the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11 gradually increases, and the capacitor Ciss is charged. .

そして、時刻tp3に、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電流Ids11が上昇し始め、且つ、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が低下し始める。   At time tp3, the drain-source current Ids11 of the switching element Q11 starts to increase, and the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to decrease.

時刻tp4に、電圧Vgs11が閾値を超えている。これにより、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が、急速に低下し始め、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧Vds(H)が、上昇し始める。   At time tp4, the voltage Vgs11 exceeds the threshold value. As a result, the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to rapidly decrease, and the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 starts to increase.

時刻tp5では、電圧Vds(L)は完全に立ち下がり、電圧Vds(H)は完全に立ち上がり、電流Ids11は完全に立ち上がっている。   At time tp5, the voltage Vds (L) completely falls, the voltage Vds (H) completely rises, and the current Ids11 completely rises.

時刻tp5以降の電圧Vds(H)の波形は本来的には平坦に推移するべきであるが、セクション(a)に示すように、電圧Vds(H)の波形にはリンギング(うねり)が発生している。   The waveform of the voltage Vds (H) after time tp5 should be essentially flat, but as shown in section (a), ringing (swell) occurs in the waveform of the voltage Vds (H). ing.

Eon11は、スイッチング素子Q11のスイッチング損失を示し、ほぼ時刻tp3で上昇し始め、ほぼ時刻tp4でピークに到達し、時刻tp5には立ち下がっている。   Eon11 indicates a switching loss of the switching element Q11, starts to increase at about time tp3, reaches a peak at about time tp4, and falls at time tp5.

図17のタイミングチャートにおける制御の概要は図16と同じあるが、図17では、プリチャージ時間TCが60[ns]と、図16の75[ns]よりも短く設定されている。   The outline of the control in the timing chart of FIG. 17 is the same as that in FIG. 16, but in FIG. 17, the precharge time TC is set to 60 [ns], which is shorter than 75 [ns] in FIG.

このため、図16では、スイッチング速度が図17よりも高くなっている。したがって、図16では、スイッチング損失Eon11の波形の幅が図17よりも狭くなっており、スイッチング損失Eon11が図17よりも減少している。   For this reason, in FIG. 16, the switching speed is higher than in FIG. Therefore, in FIG. 16, the width of the waveform of the switching loss Eon11 is narrower than that in FIG. 17, and the switching loss Eon11 is smaller than that in FIG.

また、図16では、スイッチング速度の増大に伴い、図17に比べて、リンギング電圧Vds(H).maxが若干高くなっているが、333[V]の上限値は、満たされている。   In FIG. 16, the ringing voltage Vds (H). Although max is slightly higher, the upper limit value of 333 [V] is satisfied.

また、図16では、スイッチング速度の増大に伴い、図17に比べて、電圧Vds(H),Vds(L)の電圧変化率が高くなっているが、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件は満たされている。   In FIG. 16, the voltage change rates of the voltages Vds (H) and Vds (L) are higher as the switching speed is increased than in FIG. 17, but the voltage change rates defined by the isolators 91 and 92 are increased. The condition is satisfied.

(第4実施形態)
図18は、第4実施形態の駆動装置50を概略的に示す図である。図18では、説明を簡単にするために、アイソレータ91,92の図示が省略され、かつ、駆動部60の第2電位線W2がスイッチング素子Q11のソースに接続されている。しかし、実際の駆動装置50では、図1に示されるように、駆動部60とスイッチング素子Q11とは、アイソレータ91を介して接続され、駆動部60とスイッチング素子Q12とは、アイソレータ92を介して接続されている。以下、第1実施形態との相違点を中心に、第4実施形態が説明される。
(Fourth embodiment)
FIG. 18 is a diagram schematically illustrating a driving device 50 according to the fourth embodiment. In FIG. 18, in order to simplify the description, the isolators 91 and 92 are not shown, and the second potential line W2 of the driving unit 60 is connected to the source of the switching element Q11. However, in the actual driving device 50, as shown in FIG. 1, the driving unit 60 and the switching element Q11 are connected via an isolator 91, and the driving unit 60 and the switching element Q12 are connected via an isolator 92. It is connected. Hereinafter, the fourth embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

駆動部60は、電源E1、スイッチSW3a、スイッチSW3b、スイッチSW3c、スイッチSW4、ダイオードD3、ダイオードD4、抵抗R1a、抵抗R1b、抵抗R1c、及び抵抗R2を備える。   The drive unit 60 includes a power supply E1, a switch SW3a, a switch SW3b, a switch SW3c, a switch SW4, a diode D3, a diode D4, a resistor R1a, a resistor R1b, a resistor R1c, and a resistor R2.

第1電位線W1とスイッチング素子Q11のゲートとの間に、スイッチSW3a及び抵抗R1aの直列回路と、スイッチSW3b及び抵抗R1bの直列回路と、スイッチSW3c及び抵抗R1cの直列回路とが、互いに並列に設けられる。抵抗R1a,R1b,R1cの抵抗値については、後述される。   Between the first potential line W1 and the gate of the switching element Q11, a series circuit of the switch SW3a and the resistor R1a, a series circuit of the switch SW3b and the resistor R1b, and a series circuit of the switch SW3c and the resistor R1c are parallel to each other. Provided. The resistance values of the resistors R1a, R1b, and R1c will be described later.

スイッチSW4及び抵抗R2の直列回路は、第2電位線W2とスイッチング素子Q11のゲートとの間に設けられる。図18の例では、スイッチSW3a,3b,3cは、Pチャネル型MOSFETであり、スイッチSW4は、Nチャネル型MOSFETである。   A series circuit of the switch SW4 and the resistor R2 is provided between the second potential line W2 and the gate of the switching element Q11. In the example of FIG. 18, the switches SW3a, 3b, and 3c are P-channel MOSFETs, and the switch SW4 is an N-channel MOSFET.

ダイオードD3は、第1電位線W1とスイッチング素子Q11のゲートとの間に逆方向に設けられる。すなわち、ダイオードD3は、第1電位Vccとスイッチング素子Q11のゲートとの間に逆バイアスで接続される。ダイオードD4は、第2電位線W2とスイッチング素子Q11のゲートとの間に逆方向に設けられる。すなわち、ダイオードD4は、第2電位Vssとスイッチング素子Q11のゲートとの間に逆バイアスで接続される。ダイオードD3及びダイオードD4は、例えば、ショットキーバリアダイオードであってもよい。   The diode D3 is provided in the reverse direction between the first potential line W1 and the gate of the switching element Q11. That is, the diode D3 is connected with a reverse bias between the first potential Vcc and the gate of the switching element Q11. The diode D4 is provided in the reverse direction between the second potential line W2 and the gate of the switching element Q11. That is, the diode D4 is connected with a reverse bias between the second potential Vss and the gate of the switching element Q11. The diode D3 and the diode D4 may be, for example, a Schottky barrier diode.

次に、図19を用いて、検出部70により検出された駆動状態に応じた、第4実施形態の制御部80による駆動部60の制御が説明される。   Next, control of the drive unit 60 by the control unit 80 according to the fourth embodiment in accordance with the drive state detected by the detection unit 70 will be described with reference to FIG.

図19は、第4実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。図19の例では、駆動状態として、第1実施形態と同様に、電流センサ71(図1)により検出される入力電流Iin(以下、「電流ID」と称される)が採用されている。   FIG. 19 is a graph showing a result of an experiment performed for obtaining an optimal control parameter according to the driving state in the fourth embodiment. In the example of FIG. 19, the input current Iin (hereinafter referred to as “current ID”) detected by the current sensor 71 (FIG. 1) is employed as the driving state, as in the first embodiment.

図19では、図1に示されるDC−DCコンバータ20及び図18に示される駆動装置50を用いた場合の実験結果が示されている。また、図19では、駆動部60を制御する制御パラメータとして、第1電位線W1とスイッチング素子Q11のゲートとの間に接続される抵抗(図18では抵抗R1a又は抵抗R1b又は抵抗R1c)の抵抗値Rgが採用されている。図18の駆動部60では、抵抗値Rgが低くなるほど、スイッチング素子Q11のスイッチング速度が高くなる。   FIG. 19 shows experimental results when the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 and the driving device 50 shown in FIG. 18 are used. In FIG. 19, as a control parameter for controlling the drive unit 60, the resistance of the resistor (resistor R1a, resistor R1b, or resistor R1c in FIG. 18) connected between the first potential line W1 and the gate of the switching element Q11. The value Rg is adopted. In the drive unit 60 of FIG. 18, the switching speed of the switching element Q11 increases as the resistance value Rg decreases.

図19において左列のグラフは、抵抗値Rgを1.2Ω,1.6Ω,2.2Ω,2.5Ω,3Ω,3.5Ωのそれぞれに設定した場合における実験結果を示している。   The graph in the left column in FIG. 19 shows the experimental results when the resistance value Rg is set to 1.2Ω, 1.6Ω, 2.2Ω, 2.5Ω, 3Ω, and 3.5Ω.

また、図19において右列のグラフは、抵抗値Rgを3.5Ωに設定した場合と、抵抗値Rgを最適値に設定した場合との実験結果を示している。なお、図19の右列のグラフでは、各電流IDにおいて、最適値の実験結果が三角形のマークでプロットされ、3.5Ωの実験結果がひし形のマークでプロットされている。ここで、最適値は、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)のピーク値(Vds(H).max:リンギング電圧)を340V以下にすることができる抵抗値Rgであって、スイッチング損失Eonを最小にできる抵抗値Rgが採用される。   Further, the graph in the right column in FIG. 19 shows experimental results when the resistance value Rg is set to 3.5Ω and when the resistance value Rg is set to an optimum value. In the graph in the right column of FIG. 19, for each current ID, the experimental result of the optimum value is plotted with a triangular mark, and the experimental result of 3.5Ω is plotted with a diamond mark. Here, the optimum value is a resistance value Rg that can reduce the peak value (Vds (H) .max: ringing voltage) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 to 340V or less. A resistance value Rg that can minimize the loss Eon is employed.

図19において、セクション(a)は、抵抗値Rgに応じた、リンギング電圧(Vds(H).max)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸はリンギング電圧を示し、横軸は電流IDを示している。   In FIG. 19, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the current ID according to the resistance value Rg, the vertical axis shows the ringing voltage, and the horizontal axis shows Current ID is shown.

セクション(b)は、抵抗値Rgに応じた、スイッチング損失(Eon)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は損失を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (b) is a graph showing the relationship between the switching loss (Eon) and the current ID according to the resistance value Rg, the vertical axis shows the loss, and the horizontal axis shows the current ID.

セクション(c)は、抵抗値Rgに応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧V(L)の電圧変化率(dV(L)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (c) is a graph showing a relationship between the voltage change rate (dV (L) / dt) of the drain-source voltage V (L) of the switching element Q11 and the current ID according to the resistance value Rg. The vertical axis indicates the voltage change rate, and the horizontal axis indicates the current ID.

セクション(d)は、抵抗値Rgに応じた、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧V(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (d) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (H) / dt) of the drain-source voltage V (H) of the switching element Q12 and the current ID according to the resistance value Rg. The vertical axis indicates the voltage change rate, and the horizontal axis indicates the current ID.

セクション(a)の左列に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)は、抵抗値Rgが減少するにつれて増大していることが分かる。そのため、セクション(a)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧が低い側から順に、3.5Ω,3Ω,2.5Ω,2.2Ω,1.6Ω,1.2Ωの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (a), it can be seen that the ringing voltage (Vds (H) .max) increases as the resistance value Rg decreases. Therefore, in the graph in the left column of section (a), the experimental results of 3.5Ω, 3Ω, 2.5Ω, 2.2Ω, 1.6Ω, and 1.2Ω are shown in order from the lowest voltage for each current ID. Plotted with diamond marks.

ここでは、リンギング電圧(Vds(H).max)を340V以下にするという条件が課せられており、全ての電流IDにおいてリンギング電圧を340V以下にできる最小の抵抗値Rgは3.5Ωであった。そのため、駆動状態に応じて抵抗値Rgを変動させない構成を採用する手法(以下、「比較例の手法」と記述する。)では、抵抗値Rgとして3.5Ωが設定される。これでは、電流IDに応じて最適な抵抗値Rgを設定できない。例えば、電流IDが20Aの場合、抵抗値Rgを2.2Ωに設定してもリンギング電圧(Vds(H).max)は340V以下になるにも拘わらず、比較例の手法では抵抗値Rgが3.5Ωに設定されるため、最適値が設定されていない。   Here, the condition that the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 340 V or less is imposed, and the minimum resistance value Rg that can reduce the ringing voltage to 340 V or less is 3.5Ω in all current IDs. . Therefore, in a method that employs a configuration that does not change the resistance value Rg according to the driving state (hereinafter referred to as “method of comparative example”), 3.5Ω is set as the resistance value Rg. In this case, the optimum resistance value Rg cannot be set according to the current ID. For example, when the current ID is 20 A, even if the resistance value Rg is set to 2.2Ω, the resistance value Rg is less than 340 V even if the ringing voltage (Vds (H) .max) is 340 V or less. Since it is set to 3.5Ω, the optimum value is not set.

セクション(b)の左列に示すように、スイッチング損失は、抵抗値Rgが増大するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(b)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、スイッチング損失が低い側から順に、1.2Ω,1.6Ω,2.2Ω,2.5Ω,3Ω,3.5Ωの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (b), it can be seen that the switching loss increases as the resistance value Rg increases. Therefore, in the graph in the left column of section (b), in each current ID, the experimental results of 1.2Ω, 1.6Ω, 2.2Ω, 2.5Ω, 3Ω, and 3.5Ω in order from the lowest switching loss. Are plotted with diamond marks.

そこで、本第4実施形態の手法(以下、「提案手法」と記述する。)では、セクション(a)の右列に示すように、各電流IDにおいて、リンギング電圧(Vds(H).max)を340V以下にできる抵抗値Rgのうち、スイッチング損失Eonを最小にできる抵抗値Rg(つまりセクション(b)から分かるように最小の抵抗値Rg)を設定する。   Therefore, in the method of the fourth embodiment (hereinafter referred to as “proposed method”), as shown in the right column of section (a), the ringing voltage (Vds (H) .max) is obtained at each current ID. Is set to a resistance value Rg that can minimize the switching loss Eon (that is, the minimum resistance value Rg as can be seen from the section (b)).

具体的には、電流IDが2.5及び5[A]のときは抵抗値Rgが3.5Ωに設定され、電流IDが10[A]のときは抵抗値Rgが3Ωに設定され、電流IDが15[A]のときは抵抗値Rgが2.5Ωに設定され、電流IDが20[A]のときは抵抗値Rgが2.2Ωに設定されている。これにより、抵抗値Rgの最適化が図られている。   Specifically, when the current ID is 2.5 and 5 [A], the resistance value Rg is set to 3.5Ω, and when the current ID is 10 [A], the resistance value Rg is set to 3Ω. When the ID is 15 [A], the resistance value Rg is set to 2.5Ω, and when the current ID is 20 [A], the resistance value Rg is set to 2.2Ω. Thereby, the resistance value Rg is optimized.

セクション(b)の右列では、セクション(a)で設定された抵抗値Rgの最適値を採用した場合の各電流IDに対するスイッチング損失が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが2.5A及び5Aでは、提案手法と比較例とはスイッチング損失が同じであり、他の電流IDにおいて、提案手法の方が比較例よりもスイッチング損失が低く、電流IDが20Aにおいてはスイッチング損失が26%低減されていた。   In the right column of section (b), the switching loss for each current ID when the optimum resistance value Rg set in section (a) is adopted is plotted with triangular marks. In this case, when the current ID is 2.5 A and 5 A, the proposed method and the comparative example have the same switching loss. In other current IDs, the proposed method has a lower switching loss than the comparative example, and the current ID is At 20A, the switching loss was reduced by 26%.

セクション(c)の左列に示すように、電圧変化率(dV(L)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、抵抗値Rgが減少するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(c)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(L)/dt)は、低い側から順に、3.5Ω,3Ω,2.5Ω,2.2Ω,1.6Ω,1.2Ωの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) increases as the resistance value Rg decreases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand that. Therefore, in the graph in the left column of section (c), in each current ID, the voltage change rate (dV (L) / dt) is 3.5Ω, 3Ω, 2.5Ω, 2.2Ω, The experimental results of 1.6Ω and 1.2Ω are plotted with diamond marks.

セクション(c)の右列では、セクション(a)で設定された抵抗値Rgの最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(L)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが10A以上では、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(L)/dt)が高くなっており、電流IDが2.5A及び5Aでは、同じになっている。   In the right column of the section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) with respect to each current ID when the optimum value of the resistance value Rg set in the section (a) is adopted is plotted with a triangular mark. ing. In this case, when the current ID is 10 A or more, the proposed method has a higher voltage change rate (dV (L) / dt) than the comparative example, and is the same when the current ID is 2.5 A and 5 A. Yes.

セクション(d)の左列に示すように、電圧変化率(dV(H)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、抵抗値Rgが減少するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(d)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(H)/dt)は、低い側から順に、3.5Ω,3Ω,2.5Ω,2.2Ω,1.6Ω,1.2Ωの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) increases as the resistance value Rg decreases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand that. Therefore, in the graph in the left column of section (d), in each current ID, the voltage change rate (dV (H) / dt) is 3.5Ω, 3Ω, 2.5Ω, 2.2Ω, The experimental results of 1.6Ω and 1.2Ω are plotted with diamond marks.

セクション(d)の右列では、セクション(a)で設定された抵抗値Rgの最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(H)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが10A以上では、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(H)/dt)が高くなっており、電流IDが2.5A及び5Aでは、同じになっている。   In the right column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) with respect to each current ID when the optimum value of the resistance value Rg set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. ing. In this case, the voltage change rate (dV (H) / dt) is higher in the proposed method than in the comparative example when the current ID is 10 A or more, and is the same when the current ID is 2.5 A and 5 A. Yes.

なお、セクション(c)の右列に示される提案手法の抵抗値Rg、及びセクション(d)の右列に示される提案手法の抵抗値Rgは、いずれも、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件を満足している。   The resistance value Rg of the proposed method shown in the right column of section (c) and the resistance value Rg of the proposed method shown in the right column of section (d) are both voltage changes defined by the isolators 91 and 92. The rate condition is satisfied.

図20は、電流IDが10[A]の場合に抵抗値Rgを変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。図20において、セクション(a)はリンギング電圧(Vds(H).max)と抵抗値Rgとの関係を示したグラフであり、セクション(b)は電圧変化率(dV(L)/dt)と抵抗値Rgとの関係を示したグラフであり、セクション(c)はスイッチング損失(Eon)と抵抗値Rgとの関係を示したグラフであり、セクション(d)は電圧変化率(dV(H)/dt)と抵抗値Rgとの関係を示したグラフである。   FIG. 20 is a graph showing each switching characteristic when the resistance value Rg is changed when the current ID is 10 [A]. In FIG. 20, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the resistance value Rg, and section (b) shows the voltage change rate (dV (L) / dt) and It is the graph which showed the relationship with resistance value Rg, the section (c) is the graph which showed the relationship between switching loss (Eon) and resistance value Rg, and the section (d) is voltage change rate (dV (H) / Dt) is a graph showing the relationship between the resistance value Rg.

セクション(a)、(b)、(d)に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)、電圧変化率(dV(L)/dt)、及び電圧変化率(dV(H)/dt)は抵抗値Rgが減少するにつれて増大しているが、セクション(c)に示すようにスイッチング損失(Eon)は抵抗値Rgが減少するにつれて減少している。これは、リンギング電圧(Vds(H).max)、電圧変化率(dV(L)/dt)、及び電圧変化率(dV(H)/dt)は、スイッチング素子Q11,Q12のスイッチング速度が増大するにつれて増大する特性を持つが、スイッチング損失(Eon)は、スイッチング速度が増大するにつれて減少する特性を持つからである。   As shown in sections (a), (b), (d), the ringing voltage (Vds (H) .max), the voltage change rate (dV (L) / dt), and the voltage change rate (dV (H) / Although dt) increases as the resistance value Rg decreases, the switching loss (Eon) decreases as the resistance value Rg decreases, as shown in section (c). This is because the ringing voltage (Vds (H) .max), voltage change rate (dV (L) / dt), and voltage change rate (dV (H) / dt) increase the switching speed of the switching elements Q11 and Q12. This is because the switching loss (Eon) has a characteristic that increases as the switching speed increases, but decreases as the switching speed increases.

第4実施形態の駆動装置50では、図19のセクション(a)の三角形のマークで示されるように、各電流IDに対して、リンギング電圧(Vds(H).max)を340V以下にするという条件を満足する抵抗値Rgのうち、スイッチング損失Eonが最小になる抵抗値Rg(つまり最小の抵抗値Rg)を予め求めておき、テーブルが作成される。制御部80は、作成されたテーブルを予め保持する。   In the driving device 50 of the fourth embodiment, as indicated by the triangular mark in the section (a) of FIG. 19, the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 340 V or less for each current ID. Of the resistance values Rg that satisfy the conditions, a resistance value Rg that minimizes the switching loss Eon (that is, the minimum resistance value Rg) is obtained in advance, and a table is created. The control unit 80 holds the created table in advance.

図21は、第4実施形態の駆動装置50の制御部80が保持するテーブル84の一例を概略的に示す図である。   FIG. 21 is a diagram schematically illustrating an example of the table 84 held by the control unit 80 of the driving device 50 according to the fourth embodiment.

図19、図20の実験結果による提案手法では、電流IDが2.5及び5[A]のときは抵抗値Rgが3.5Ωに設定され、電流IDが10[A]のときは抵抗値Rgが3Ωに設定され、電流IDが15[A]のときは抵抗値Rgが2.5Ωに設定され、電流IDが20[A]のときは抵抗値Rgが2.2Ωに設定されていた。   In the proposed method based on the experimental results of FIGS. 19 and 20, the resistance value Rg is set to 3.5Ω when the current ID is 2.5 and 5 [A], and the resistance value is set when the current ID is 10 [A]. When Rg was set to 3Ω, the resistance value Rg was set to 2.5Ω when the current ID was 15 [A], and the resistance value Rg was set to 2.2Ω when the current ID was 20 [A]. .

一方、第4実施形態の駆動装置50は、図18に示されるように、3種類の抵抗R1a,R1b,R1cを備えている。そこで、図19、図20の実験結果から、抵抗R1aとして、抵抗値が2.2Ωの抵抗が採用され、抵抗R1bとして、抵抗値が3Ωの抵抗が採用され、抵抗R1cとして、抵抗値が3.5Ωの抵抗が採用される。   On the other hand, the drive device 50 of the fourth embodiment includes three types of resistors R1a, R1b, and R1c, as shown in FIG. Accordingly, from the experimental results of FIGS. 19 and 20, a resistor having a resistance value of 2.2Ω is employed as the resistor R1a, a resistor having a resistance value of 3Ω is employed as the resistor R1b, and a resistance value of 3 is employed as the resistor R1c. .5Ω resistance is adopted.

そして、第4実施形態のテーブル84では、図21に示されるように、電流IDが0<ID≦5[A]では、使用するスイッチは、抵抗値が3.5Ωの抵抗R1cに対応するスイッチSW3cに設定され、電流IDが5<ID≦15[A]では、使用するスイッチは、抵抗値が3Ωの抵抗R1bに対応するスイッチSW3bに設定され、電流IDが15<ID≦20[A]では、使用するスイッチは、抵抗値が2.2Ωの抵抗R1aに対応するスイッチSW3aに設定されている。   In the table 84 of the fourth embodiment, as shown in FIG. 21, when the current ID is 0 <ID ≦ 5 [A], the switch to be used is a switch corresponding to the resistor R1c having a resistance value of 3.5Ω. When the current ID is set to SW3c and the current ID is 5 <ID ≦ 15 [A], the switch to be used is set to the switch SW3b corresponding to the resistor R1b having a resistance value of 3Ω, and the current ID is 15 <ID ≦ 20 [A]. Then, the switch to be used is set to the switch SW3a corresponding to the resistor R1a having a resistance value of 2.2Ω.

すなわち、図19の実験結果では、セクション(a)に示されるように、電流IDが15[A]のときは抵抗値Rgが2.5Ωに設定されていたが、第4実施形態では、抵抗が3種類であるので、電流IDが15[A]のときも、抵抗値が3Ωの抵抗R1bが使用される。   That is, in the experimental results of FIG. 19, as shown in section (a), the resistance value Rg was set to 2.5Ω when the current ID was 15 [A]. Therefore, even when the current ID is 15 [A], the resistor R1b having a resistance value of 3Ω is used.

制御部80は、検出部70の電流センサ71(図1)により検出された電流IDを取得する。制御部80は、取得した電流IDに対応するスイッチを、保持しているテーブル84から抽出する。制御部80は、抽出したスイッチを使用するように、駆動部60を制御する。   The control unit 80 acquires the current ID detected by the current sensor 71 (FIG. 1) of the detection unit 70. The control unit 80 extracts the switch corresponding to the acquired current ID from the held table 84. The control unit 80 controls the drive unit 60 to use the extracted switch.

次に、図22、図23を用いて、電流IDが20[A]の場合において、第4実施形態の提案手法の波形と比較例の手法の波形とが比較される。   Next, using FIGS. 22 and 23, when the current ID is 20 [A], the waveform of the proposed method of the fourth embodiment is compared with the waveform of the method of the comparative example.

図22は、第4実施形態の提案手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。図23は、比較例の手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。   FIG. 22 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the proposed method of the fourth embodiment. FIG. 23 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the method of the comparative example.

図22、図23において、セクション(a)は、DC−DCコンバータ20のタイミングチャートであり、縦軸は電圧、電流、及び電力を示し、横軸は時間を示している。セクション(b)は、駆動装置50のタイミングチャートであり、縦軸は電圧及び電流を示し、横軸は時間を示している。   22 and 23, section (a) is a timing chart of the DC-DC converter 20, the vertical axis indicates voltage, current, and power, and the horizontal axis indicates time. Section (b) is a timing chart of the driving device 50, where the vertical axis indicates voltage and current, and the horizontal axis indicates time.

図19を用いて説明されたように、電流IDが20[A]の場合には、図22の提案手法では、抵抗値Rgは2.2[Ω]に設定され、図23の比較例の手法では、抵抗値Rgは3.5[Ω]に設定されている。すなわち、図22では、スイッチSW3a(図18)が使用される。また、図23では、抵抗値が3.5Ωの抵抗が接続された1種類のスイッチSW3が使用される。   As described with reference to FIG. 19, when the current ID is 20 [A], the resistance value Rg is set to 2.2 [Ω] in the proposed method of FIG. In the method, the resistance value Rg is set to 3.5 [Ω]. That is, in FIG. 22, the switch SW3a (FIG. 18) is used. In FIG. 23, one type of switch SW3 to which a resistor having a resistance value of 3.5Ω is connected is used.

図22において、時刻tq1にスイッチSW3aがターンオンされる。すると、スイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11が供給され、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の電圧Vgs11が徐々に増大し、容量Cissが充電される。一方、スイッチSW3b,SW3cは、オフの状態が維持される。   In FIG. 22, the switch SW3a is turned on at time tq1. Then, the gate current Ig11 is supplied to the gate of the switching element Q11, the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11 gradually increases, and the capacitor Ciss is charged. On the other hand, the switches SW3b and SW3c are kept off.

そして、時刻tq2に、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電流Ids11が上昇し始め、且つ、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が低下し始める。   At time tq2, the drain-source current Ids11 of the switching element Q11 starts to increase, and the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to decrease.

時刻tq3に、電圧Vgs11が閾値を超えている。これにより、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が、急速に低下し始め、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧Vds(H)が、上昇し始める。   At time tq3, the voltage Vgs11 exceeds the threshold value. As a result, the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to rapidly decrease, and the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 starts to increase.

時刻tq4では、電圧Vds(L)は完全に立ち下がり、電圧Vds(H)は完全に立ち上がり、電流Ids11は完全に立ち上がっている。   At time tq4, the voltage Vds (L) completely falls, the voltage Vds (H) completely rises, and the current Ids11 completely rises.

時刻tq4以降の電圧Vds(H)の波形は本来的には平坦に推移するべきであるが、セクション(a)に示すように、電圧Vds(H)の波形にはリンギング(うねり)が発生している。   The waveform of the voltage Vds (H) after time tq4 should be essentially flat, but as shown in the section (a), ringing (swell) occurs in the waveform of the voltage Vds (H). ing.

Eon11は、スイッチング素子Q11のスイッチング損失を示し、ほぼ時刻tq2で上昇し始め、ほぼ時刻tq3でピークに到達し、時刻tq4には立ち下がっている。   Eon11 indicates the switching loss of the switching element Q11, starts increasing at about time tq2, reaches a peak at about time tq3, and falls at time tq4.

図23のタイミングチャートにおける制御の概要は図22と同じあるが、図23では、抵抗値Rgが3.5[Ω]と、図22の2.2[Ω]よりも高く設定されている。   The outline of the control in the timing chart of FIG. 23 is the same as FIG. 22, but in FIG. 23, the resistance value Rg is set to 3.5 [Ω], which is higher than 2.2 [Ω] in FIG.

このため、図22では、スイッチング速度が図23よりも高くなっている。したがって、図22では、スイッチング損失Eon11の波形の幅が図23よりも狭くなっており、スイッチング損失Eon11が図22よりも減少している。   For this reason, in FIG. 22, the switching speed is higher than in FIG. Therefore, in FIG. 22, the width of the waveform of the switching loss Eon11 is narrower than that in FIG. 23, and the switching loss Eon11 is smaller than that in FIG.

また、図22では、スイッチング速度の増大に伴い、図23に比べて、リンギング電圧Vds(H).maxが若干高くなっているが、340[V]の上限値は、満たされている。   In FIG. 22, the ringing voltage Vds (H). Although max is slightly higher, the upper limit value of 340 [V] is satisfied.

また、図22では、スイッチング速度の増大に伴い、図23に比べて、電圧Vds(H),Vds(L)の電圧変化率が高くなっているが、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件は満たされている。   In FIG. 22, the voltage change rates of the voltages Vds (H) and Vds (L) are higher than those of FIG. 23 as the switching speed increases, but the voltage change rates defined by the isolators 91 and 92 are increased. The condition is satisfied.

なお、図18の駆動部60は、スイッチSW3a及び抵抗3aの直列回路と、スイッチSW3b及び抵抗3bの直列回路と、スイッチSW3c及び抵抗3cの直列回路との、3個の直列回路を備えているが、第4実施形態は、これに限られない。本開示の第4実施形態は、2個の直列回路又は4個以上の直列回路を備えてもよい。直列回路の個数が増えると、抵抗値の種類を増やすことができるため、スイッチング速度をよりきめ細かく変更することができる。   18 includes three series circuits, that is, a series circuit of a switch SW3a and a resistor 3a, a series circuit of a switch SW3b and a resistor 3b, and a series circuit of a switch SW3c and a resistor 3c. However, the fourth embodiment is not limited to this. The fourth embodiment of the present disclosure may include two series circuits or four or more series circuits. As the number of series circuits increases, the types of resistance values can be increased, so that the switching speed can be changed more finely.

(第5実施形態)
図24は、第5実施形態の駆動装置50を概略的に示す図である。図24では、説明を簡単にするために、アイソレータ91,92の図示が省略され、かつ、駆動部60の第2電位線W2がスイッチング素子Q11のソースに接続されている。しかし、実際の駆動装置50では、図1に示されるように、駆動部60とスイッチング素子Q11とは、アイソレータ91を介して接続され、駆動部60とスイッチング素子Q12とは、アイソレータ92を介して接続されている。以下、第1実施形態との相違点を中心に、第5実施形態が説明される。
(Fifth embodiment)
FIG. 24 is a diagram schematically illustrating a drive device 50 according to the fifth embodiment. In FIG. 24, the illustration of the isolators 91 and 92 is omitted to simplify the description, and the second potential line W2 of the driving unit 60 is connected to the source of the switching element Q11. However, in the actual driving device 50, as shown in FIG. 1, the driving unit 60 and the switching element Q11 are connected via an isolator 91, and the driving unit 60 and the switching element Q12 are connected via an isolator 92. It is connected. Hereinafter, the fifth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

駆動部60は、電源E1、スタート部63及びクランプ部62を有する。スタート部63は、スイッチSW1、スイッチSW2、及び抵抗R3を含む。抵抗R3の入力側端子Rt31は、スイッチSW1を介して第1電位線W1と接続可能に構成されている。抵抗R3の入力側端子Rt31は、スイッチSW2を介して第2電位線W2と接続可能に構成されている。抵抗R3の出力側端子Rt32は、スイッチング素子Q11のゲートに接続されている。   The drive unit 60 includes a power source E1, a start unit 63, and a clamp unit 62. The start unit 63 includes a switch SW1, a switch SW2, and a resistor R3. The input side terminal Rt31 of the resistor R3 is configured to be connectable to the first potential line W1 via the switch SW1. The input side terminal Rt31 of the resistor R3 is configured to be connectable to the second potential line W2 via the switch SW2. The output side terminal Rt32 of the resistor R3 is connected to the gate of the switching element Q11.

抵抗R3の抵抗値は、抵抗R1の抵抗値より高い値に決められている。言い換えると、抵抗R1の抵抗値は、抵抗R3の抵抗値より低い値に決められている。   The resistance value of the resistor R3 is determined to be higher than the resistance value of the resistor R1. In other words, the resistance value of the resistor R1 is determined to be lower than the resistance value of the resistor R3.

次に、図25を用いて、検出部70により検出された駆動状態に応じた、第5実施形態の制御部80による駆動部60の制御が説明される。   Next, control of the drive unit 60 by the control unit 80 according to the fifth embodiment in accordance with the drive state detected by the detection unit 70 will be described with reference to FIG.

図25は、第5実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。図25の例では、駆動状態として、第1実施形態と同様に、電流センサ71(図1)により検出される入力電流Iin(以下、「電流ID」と称される)が採用されている。   FIG. 25 is a graph showing a result of an experiment performed for obtaining an optimal control parameter in accordance with the driving state in the fifth embodiment. In the example of FIG. 25, the input current Iin (hereinafter referred to as “current ID”) detected by the current sensor 71 (FIG. 1) is adopted as the driving state, as in the first embodiment.

図25では、図1に示されるDC−DCコンバータ20及び図24に示される駆動装置50を用いた場合の実験結果が示されている。また、図25では、駆動部60を制御する制御パラメータとして、スイッチSW1がターンオンされてからターンオフされるまでのオン時間(以下、「充電時間」と称される)が採用されている。図24の駆動部60では、上述のように、抵抗R3の抵抗値は、抵抗R1の抵抗値より高い値に決められている。したがって、スイッチSW1の充電時間が短くなるほど(つまりスイッチSW3のターンオンが早くなるほど)、スイッチング素子Q11のスイッチング速度が高くなる。   FIG. 25 shows an experimental result when the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 and the driving device 50 shown in FIG. 24 are used. In FIG. 25, an on-time (hereinafter referred to as “charging time”) from when the switch SW1 is turned on to when it is turned off is adopted as a control parameter for controlling the drive unit 60. In the drive unit 60 of FIG. 24, as described above, the resistance value of the resistor R3 is determined to be higher than the resistance value of the resistor R1. Therefore, the shorter the charging time of the switch SW1 (that is, the faster the switch SW3 is turned on), the higher the switching speed of the switching element Q11.

図25において左列のグラフは、充電時間を20ns,30ns,40ns,45nsのそれぞれに設定した場合における実験結果を示している。   In FIG. 25, the graph in the left column shows the experimental results when the charging time is set to 20 ns, 30 ns, 40 ns, and 45 ns.

また、図25において右列のグラフは、充電時間を45nsに設定した場合と、充電時間を最適値に設定した場合との実験結果を示している。なお、図25の右列のグラフでは、各電流IDにおいて、最適値の実験結果が三角形のマークでプロットされ、45nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。ここで、最適値は、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)のピーク値(Vds(H).max:リンギング電圧)を340V以下にすることができる充電時間であって、スイッチング損失Eonを最小にできる充電時間が採用される。   Further, the graph in the right column in FIG. 25 shows experimental results when the charging time is set to 45 ns and when the charging time is set to an optimum value. In the graph in the right column of FIG. 25, the experimental result of the optimum value is plotted with a triangular mark and the experimental result of 45 ns is plotted with a diamond mark for each current ID. Here, the optimum value is the charging time during which the peak value (Vds (H) .max: ringing voltage) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 can be reduced to 340V or less, and the switching loss A charging time that can minimize Eon is employed.

図25において、セクション(a)は、充電時間に応じた、リンギング電圧(Vds(H).max)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸はリンギング電圧を示し、横軸は電流IDを示している。   In FIG. 25, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the current ID according to the charging time, the vertical axis shows the ringing voltage, and the horizontal axis shows the current. ID is shown.

セクション(b)は、充電時間に応じた、スイッチング損失(Eon)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は損失を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (b) is a graph showing the relationship between the switching loss (Eon) and the current ID according to the charging time, the vertical axis shows the loss, and the horizontal axis shows the current ID.

セクション(c)は、充電時間に応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧V(L)の電圧変化率(dV(L)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (c) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (L) / dt) of the drain-source voltage V (L) of the switching element Q11 and the current ID according to the charging time, The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the current ID.

セクション(d)は、充電時間に応じた、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧V(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)と電流IDとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電流IDを示している。   Section (d) is a graph showing the relationship between the voltage ID (dV (H) / dt) of the voltage V (H) between the drain and source of the switching element Q12 and the current ID according to the charging time. The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the current ID.

セクション(a)の左列に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)は、充電時間が減少するにつれて増大し、ピーク値を付けた後、減少していることが分かる。そのため、セクション(a)の左列のグラフでは、例えば電流IDが10Aにおいて、電圧が低い側から順に、45ns,40ns,20ns,30nsの実験結果がひし形のマークでプロットされ、例えば電流IDが15Aにおいて、電圧が低い側から順に、45ns,20ns,40ns,30nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (a), it can be seen that the ringing voltage (Vds (H) .max) increases as the charging time decreases, and then decreases after peaking. Therefore, in the graph in the left column of section (a), for example, when the current ID is 10 A, the experimental results of 45 ns, 40 ns, 20 ns, and 30 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest voltage, for example, the current ID is 15 A. , The experimental results of 45 ns, 20 ns, 40 ns, and 30 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest voltage side.

ここでは、リンギング電圧(Vds(H).max)を340V以下にするという条件が課せられており、全ての電流IDにおいてリンギング電圧を340V以下にできる最小の充電時間は45nsであった。そのため、駆動状態に応じて充電時間を変動させない構成を採用する手法(以下、「比較例の手法」と記述する。)では、充電時間として45nsが設定される。これでは、電流IDに応じて最適な充電時間を設定できない。例えば、電流IDが20Aの場合、充電時間を20nsに設定してもリンギング電圧(Vds(H).max)は340V以下になるにも拘わらず、比較例の手法では充電時間が45nsに設定されるため、最適値が設定されていない。   Here, the condition that the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 340 V or less is imposed, and the minimum charging time for which the ringing voltage can be set to 340 V or less is 45 ns in all current IDs. Therefore, in a method that employs a configuration that does not change the charging time according to the driving state (hereinafter referred to as “method of comparative example”), 45 ns is set as the charging time. This makes it impossible to set an optimal charging time according to the current ID. For example, when the current ID is 20 A, the charging time is set to 45 ns in the method of the comparative example even though the ringing voltage (Vds (H) .max) is 340 V or less even if the charging time is set to 20 ns. Therefore, the optimum value is not set.

セクション(b)の左列に示すように、スイッチング損失は、充電時間が増大するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(b)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、スイッチング損失が低い側から順に、20ns,30ns,40ns,45nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (b), it can be seen that the switching loss increases as the charging time increases. Therefore, in the graph in the left column of section (b), the experimental results of 20 ns, 30 ns, 40 ns, and 45 ns are plotted with rhombus marks in order from the lowest switching loss in each current ID.

そこで、本第5実施形態の手法(以下、「提案手法」と記述する。)では、セクション(a)の右列に示すように、各電流IDにおいて、リンギング電圧(Vds(H).max)を340V以下にできる充電時間のうち、スイッチング損失Eonを最小にできる充電時間(つまりセクション(b)から分かるように最小の充電時間)を設定する。   Therefore, in the method of the fifth embodiment (hereinafter referred to as “proposed method”), as shown in the right column of section (a), the ringing voltage (Vds (H) .max) is obtained at each current ID. Is set to a charging time that can minimize the switching loss Eon (that is, the minimum charging time as can be seen from the section (b)).

具体的には、電流IDが2.5[A]のときは充電時間が40nsに設定され、電流IDが10[A]、15[A]のときは充電時間が45nsに設定され、電流IDが20[A]のときは充電時間が20nsに設定されている。これにより、充電時間の最適化が図られている。   Specifically, when the current ID is 2.5 [A], the charging time is set to 40 ns, and when the current ID is 10 [A] and 15 [A], the charging time is set to 45 ns. Is 20 [A], the charging time is set to 20 ns. As a result, the charging time is optimized.

セクション(b)の右列では、セクション(a)で設定された充電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対するスイッチング損失が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが10A,15Aにおいて、提案手法と比較例とでスイッチング損失が同じであり、電流IDが2.5A,20Aにおいて、提案手法の方が比較例よりもスイッチング損失が低く、電流IDが20Aにおいてはスイッチング損失が38%低減されていた。   In the right column of section (b), the switching loss for each current ID when the optimum value of the charging time set in section (a) is adopted is plotted with a triangular mark. In this case, when the current ID is 10A and 15A, the switching loss is the same between the proposed method and the comparative example, and when the current ID is 2.5A and 20A, the proposed method has a lower switching loss than the comparative example. When the ID was 20A, the switching loss was reduced by 38%.

セクション(c)の左列に示すように、電圧変化率(dV(L)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、充電時間が減少するにつれて増大し、ピーク値を付けた後、減少していることが分かる。そのため、セクション(c)の左列のグラフでは、例えば電流IDが10Aにおいて、電圧変化率(dV(L)/dt)は、低い側から順に、45ns,40ns,20ns,30nsの実験結果がひし形のマークでプロットされ、例えば電流IDが15Aにおいて、電圧変化率(dV(L)/dt)は、低い側から順に、45ns,20ns,40ns,30nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) increases as the charging time decreases, like the ringing voltage (Vds (H) .max). After attaching, it can be seen that it has decreased. Therefore, in the graph in the left column of section (c), for example, when the current ID is 10A, the voltage change rate (dV (L) / dt) is a diamond shape in the order of 45 ns, 40 ns, 20 ns, and 30 ns in order from the lowest. For example, when the current ID is 15A, the voltage change rate (dV (L) / dt) is plotted with diamond-shaped marks in the order of 45 ns, 20 ns, 40 ns, and 30 ns in order from the lowest side. .

セクション(c)の右列では、セクション(a)で設定された充電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(L)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが10A,15Aにおいて、提案手法と比較例とで電圧変化率(dV(L)/dt)が同じであり、電流IDが2.5A,20Aにおいて、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(L)/dt)が高くなっている。   In the right column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) for each current ID when the optimum value of the charging time set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. Yes. In this case, the voltage change rate (dV (L) / dt) is the same between the proposed method and the comparative example when the current ID is 10A and 15A, and the proposed method is compared when the current ID is 2.5A and 20A. The voltage change rate (dV (L) / dt) is higher than the example.

セクション(d)の左列に示すように、電圧変化率(dV(H)/dt)は、充電時間が減少するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(d)の左列のグラフでは、各電流IDにおいて、電圧変化率(dV(H)/dt)は、低い側から順に、45ns,40ns,30ns,20nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (d), it can be seen that the voltage change rate (dV (H) / dt) increases as the charging time decreases. Therefore, in the graph in the left column of section (d), in each current ID, the voltage change rate (dV (H) / dt) is a diamond mark with the experimental results of 45 ns, 40 ns, 30 ns, and 20 ns in order from the lowest. It is plotted with.

セクション(d)の右列では、セクション(a)で設定された充電時間の最適値を採用した場合の各電流IDに対する電圧変化率(dV(H)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電流IDが10A,15Aでは、提案手法と比較例とで電圧変化率(dV(H)/dt)が同じであり、電流IDが2.5A,20Aにおいて、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(H)/dt)が高くなっている。   In the right column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) for each current ID when the optimum value of the charging time set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. Yes. In this case, the voltage change rate (dV (H) / dt) is the same between the proposed method and the comparative example when the current ID is 10A and 15A, and the proposed method is compared when the current ID is 2.5A and 20A. The voltage change rate (dV (H) / dt) is higher than in the example.

なお、セクション(c)の右列に示される提案手法の充電時間、及びセクション(d)の右列に示される提案手法の充電時間は、いずれも、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件を満足している。   The charging time of the proposed method shown in the right column of the section (c) and the charging time of the proposed method shown in the right column of the section (d) are both of the voltage change rate defined by the isolators 91 and 92. The condition is satisfied.

図26は、電流IDが10[A]の場合に充電時間を変えたときの各スイッチング特性を示すグラフである。図26において、セクション(a)はリンギング電圧(Vds(H).max)と充電時間との関係を示したグラフであり、セクション(b)は電圧変化率(dV(L)/dt)と充電時間との関係を示したグラフであり、セクション(c)はスイッチング損失(Eon)と充電時間との関係を示したグラフであり、セクション(d)は電圧変化率(dV(H)/dt)と充電時間との関係を示したグラフである。   FIG. 26 is a graph showing each switching characteristic when the charging time is changed when the current ID is 10 [A]. In FIG. 26, section (a) is a graph showing the relationship between ringing voltage (Vds (H) .max) and charging time, and section (b) shows voltage change rate (dV (L) / dt) and charging. It is the graph which showed the relationship with time, the section (c) is the graph which showed the relationship between switching loss (Eon) and charging time, and the section (d) is a voltage change rate (dV (H) / dt). It is the graph which showed the relationship between charging time.

セクション(a)、(b)に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)、及び電圧変化率(dV(L)/dt)は充電時間が減少するにつれて増大し、ピーク値を付けた後、減少している。   As shown in sections (a) and (b), the ringing voltage (Vds (H) .max) and the voltage change rate (dV (L) / dt) increase as the charging time decreases, giving a peak value. After that, it has decreased.

また、セクション(d)に示すように、電圧変化率(dV(H)/dt)は充電時間が減少するにつれて増大しているが、セクション(c)に示すようにスイッチング損失(Eon)は充電時間が減少するにつれて減少している。これは、電圧変化率(dV(H)/dt)は、スイッチング素子Q11,Q12のスイッチング速度が増大するにつれて増大する特性を持つが、スイッチング損失(Eon)は、スイッチング速度が増大するにつれて減少する特性を持つからである。   Also, as shown in section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) increases as the charging time decreases, but as shown in section (c), the switching loss (Eon) is charged. It decreases as time decreases. This is because the voltage change rate (dV (H) / dt) increases as the switching speed of the switching elements Q11 and Q12 increases, but the switching loss (Eon) decreases as the switching speed increases. This is because it has characteristics.

第5実施形態の駆動装置50では、図25のセクション(a)の三角形のマークで示されるように、各電流IDに対して、リンギング電圧(Vds(H).max)を340V以下にするという条件を満足する充電時間のうち、スイッチング損失Eonが最小になる充電時間(つまり最小の充電時間)を予め求めておき、テーブルが作成される。制御部80は、作成されたテーブルを予め保持する。   In the driving device 50 of the fifth embodiment, as indicated by the triangular mark in the section (a) of FIG. 25, the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 340 V or less for each current ID. Of the charging times that satisfy the conditions, a charging time that minimizes the switching loss Eon (that is, the minimum charging time) is obtained in advance, and a table is created. The control unit 80 holds the created table in advance.

図27は、第5実施形態の駆動装置50の制御部80が保持するテーブル85の一例を概略的に示す図である。   FIG. 27 is a diagram schematically illustrating an example of a table 85 held by the control unit 80 of the driving device 50 according to the fifth embodiment.

図25、図26の実験結果から、第5実施形態のテーブル85では、電流IDが0<ID≦2.5[A]では、充電時間TDは40nsに設定され、電流IDが2.5<ID≦15[A]では、充電時間TDは45nsに設定され、電流IDが15<ID≦20[A]では、充電時間TDは20nsに設定されている。   From the experimental results of FIGS. 25 and 26, in the table 85 of the fifth embodiment, when the current ID is 0 <ID ≦ 2.5 [A], the charging time TD is set to 40 ns, and the current ID is 2.5 <. When ID ≦ 15 [A], the charging time TD is set to 45 ns, and when the current ID is 15 <ID ≦ 20 [A], the charging time TD is set to 20 ns.

制御部80は、検出部70の電流センサ71(図1)により検出された電流IDを取得する。制御部80は、取得した電流IDに対応する充電時間TDを、保持しているテーブル85から抽出する。制御部80は、スイッチSW1のオン時間が抽出した充電時間TDに一致するように、駆動部60を制御する。   The control unit 80 acquires the current ID detected by the current sensor 71 (FIG. 1) of the detection unit 70. The control unit 80 extracts the charging time TD corresponding to the acquired current ID from the held table 85. The control unit 80 controls the drive unit 60 so that the on time of the switch SW1 coincides with the extracted charging time TD.

次に、図28、図29を用いて、電流IDが20[A]の場合において、第5実施形態の提案手法の波形と比較例の手法の波形とが比較される。   Next, using FIGS. 28 and 29, when the current ID is 20 [A], the waveform of the proposed method of the fifth embodiment is compared with the waveform of the method of the comparative example.

図28は、提案手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。図29は、比較例の手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。   FIG. 28 is a timing chart schematically showing a simulation result of the drive device 50 when the switching element Q11 is turned on by the proposed method. FIG. 29 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the method of the comparative example.

図28、図29において、セクション(a)は、DC−DCコンバータ20のタイミングチャートであり、縦軸は電圧、電流、及び電力を示し、横軸は時間を示している。セクション(b)は、駆動装置50のタイミングチャートであり、縦軸は電圧及び電流を示し、横軸は時間を示している。   28 and 29, a section (a) is a timing chart of the DC-DC converter 20, the vertical axis indicates voltage, current, and power, and the horizontal axis indicates time. Section (b) is a timing chart of the driving device 50, where the vertical axis indicates voltage and current, and the horizontal axis indicates time.

図25を用いて説明されたように、電流IDが20[A]の場合には、図28の提案手法では、充電時間TDは20[ns]に設定され、図29の比較例の手法では、充電時間TDは45[ns]に設定されている。   As described with reference to FIG. 25, when the current ID is 20 [A], in the proposed method of FIG. 28, the charging time TD is set to 20 [ns], and in the method of the comparative example of FIG. The charging time TD is set to 45 [ns].

図28において、時刻tr1に、スイッチSW1がターンオンされている。これにより、第1電位線W1からスイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11が供給され、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の電圧Vgs11が徐々に増大し、容量Cissが充電される。   In FIG. 28, the switch SW1 is turned on at time tr1. As a result, the gate current Ig11 is supplied from the first potential line W1 to the gate of the switching element Q11, the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11 gradually increases, and the capacitor Ciss is charged.

時刻tr2に、スイッチSW1がターンオオフされ、かつ、スイッチSW3がターンオンされている。これにより、スイッチング素子Q11の電圧Vgsが第1電位Vccでクランプされる。また、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電流Ids11が上昇し始め、且つ、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が低下し始める。   At time tr2, the switch SW1 is turned off and the switch SW3 is turned on. As a result, the voltage Vgs of the switching element Q11 is clamped at the first potential Vcc. Further, the drain-source current Ids11 of the switching element Q11 begins to increase, and the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 begins to decrease.

時刻tr3では、電圧Vgs11が閾値を超えている。これにより、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が、急速に低下し始め、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧Vds(H)が、上昇し始める。   At time tr3, the voltage Vgs11 exceeds the threshold value. As a result, the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to rapidly decrease, and the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 starts to increase.

時刻tr4では、電圧Vds(L)は完全に立ち下がり、電圧Vds(H)は完全に立ち上がり、電流Ids11は完全に立ち上がっている。   At time tr4, the voltage Vds (L) completely falls, the voltage Vds (H) completely rises, and the current Ids11 completely rises.

時刻tr4以降の電圧Vds(H)の波形は本来的には平坦に推移するべきであるが、セクション(a)に示すように、電圧Vds(H)の波形にはリンギング(うねり)が発生している。   The waveform of the voltage Vds (H) after time tr4 should be essentially flat, but as shown in section (a), ringing (swell) occurs in the waveform of the voltage Vds (H). ing.

Eon11は、スイッチング素子Q11のスイッチング損失を示し、時刻tr2の少し後で上昇し始め、時刻tr3の少し後でピークに到達し、時刻tr4には立ち下がっている。   Eon11 indicates a switching loss of the switching element Q11, starts to increase slightly after the time tr2, reaches a peak slightly after the time tr3, and falls at the time tr4.

図29のタイミングチャートにおける制御の概要は図28と同じあるが、図29では、充電時間TDが45[ns]と、図28の20[ns]よりも長く設定されている。   The outline of the control in the timing chart of FIG. 29 is the same as FIG. 28, but in FIG. 29, the charging time TD is set to 45 [ns], which is longer than 20 [ns] in FIG.

このため、図28では、スイッチング速度が図29よりも高くなっている。したがって、図28では、スイッチング損失Eon11の波形の幅が図29よりも狭くなっており、スイッチング損失Eon11が図29よりも減少している。   For this reason, in FIG. 28, the switching speed is higher than in FIG. Therefore, in FIG. 28, the width of the waveform of the switching loss Eon11 is narrower than that in FIG. 29, and the switching loss Eon11 is smaller than that in FIG.

また、図28では、スイッチング速度の増大に伴い、図29に比べて、リンギング電圧Vds(H).maxが若干高くなっているが、340[V]の上限値は満たされている。   In FIG. 28, as the switching speed increases, the ringing voltage Vds (H). Although max is slightly higher, the upper limit of 340 [V] is satisfied.

また、図28では、スイッチング速度の増大に伴い、図29に比べて、電圧Vds(H),Vds(L)の電圧変化率が高くなっているが、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件は満たされている。   In FIG. 28, the voltage change rates of the voltages Vds (H) and Vds (L) are higher than those of FIG. 29 as the switching speed increases, but the voltage change rates defined by the isolators 91 and 92 are high. The condition is satisfied.

上記第5実施形態では、上述のように、抵抗R3の抵抗値は、抵抗R1の抵抗値より高い値に決められている。しかし、上記第5実施形態は、これに限られず、抵抗R3の抵抗値は、抵抗R1の抵抗値より低い値に決めてもよい。この場合には、スイッチSW1がターンオンされてからターンオフされるまでのオン時間(充電時間)が長いほど、スイッチング素子Q11のスイッチング速度は高くなる。この場合でも、上記第5実施形態と同様に制御することができる。   In the fifth embodiment, as described above, the resistance value of the resistor R3 is determined to be higher than the resistance value of the resistor R1. However, the fifth embodiment is not limited to this, and the resistance value of the resistor R3 may be determined to be lower than the resistance value of the resistor R1. In this case, the switching speed of the switching element Q11 increases as the on time (charge time) from when the switch SW1 is turned on to when it is turned off is longer. Even in this case, control can be performed in the same manner as in the fifth embodiment.

(第6実施形態)
第6実施形態の駆動装置50の構成は、図2に示される第1実施形態の駆動装置50と同じである。以下、第1実施形態との相違点を中心に、第6実施形態が説明される。
(Sixth embodiment)
The configuration of the driving device 50 of the sixth embodiment is the same as that of the driving device 50 of the first embodiment shown in FIG. Hereinafter, the sixth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

図30を用いて、検出部70により検出された駆動状態に応じた、第6実施形態の制御部80による駆動部60の制御が説明される。   The control of the drive unit 60 by the control unit 80 according to the sixth embodiment in accordance with the drive state detected by the detection unit 70 will be described with reference to FIG.

図30は、第6実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。図30の例では、駆動状態として、第1実施形態と異なり、電圧センサ74(図1)により検出される出力電圧Vout(以下、「電圧Vdc」と称される)が採用されている。   FIG. 30 is a graph showing a result of an experiment performed for obtaining an optimal control parameter according to the driving state in the sixth embodiment. In the example of FIG. 30, unlike the first embodiment, an output voltage Vout (hereinafter referred to as “voltage Vdc”) detected by the voltage sensor 74 (FIG. 1) is adopted as the driving state.

図1に示されるDC−DCコンバータ20は、例えば、入力電源E11が太陽電池で構成されるパワーコンディショナー又は充電器に適用されることができる。この場合、電圧Vdcが変動する。そこで、この第6実施形態では、電圧Vdcが320V〜420Vの範囲で変動するシステムに、図1に示されるDC−DCコンバータ20が適用されることを想定している。   The DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 can be applied to, for example, a power conditioner or a charger in which the input power supply E11 is a solar cell. In this case, the voltage Vdc varies. Therefore, in the sixth embodiment, it is assumed that the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 is applied to a system in which the voltage Vdc varies in the range of 320V to 420V.

図30では、図1に示されるDC−DCコンバータ20及び図2に示される駆動装置50を用いた場合の実験結果が示されている。また、図30では、駆動部60を制御する制御パラメータとして、第3実施形態と同様に、スイッチSW1,SW4の両方がオンにされている時間(以下、「プリチャージ時間」と称される)が採用されている。図2の駆動部60では、上述のように、プリチャージ時間が長くなるほど、スイッチング素子Q11のスイッチング速度が高くなる。   FIG. 30 shows an experimental result when the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 and the driving device 50 shown in FIG. 2 are used. In FIG. 30, as a control parameter for controlling the drive unit 60, as in the third embodiment, the time during which both the switches SW1 and SW4 are turned on (hereinafter referred to as “precharge time”). Is adopted. In the drive unit 60 of FIG. 2, as described above, the switching speed of the switching element Q11 increases as the precharge time increases.

図30において左列のグラフは、プリチャージ時間を80ns,90ns,100ns,110ns,120nsのそれぞれに設定した場合における実験結果を示している。   The graph in the left column in FIG. 30 shows experimental results when the precharge time is set to 80 ns, 90 ns, 100 ns, 110 ns, and 120 ns.

また、図30において右列のグラフは、プリチャージ時間を90nsに設定した場合と、プリチャージ時間を最適値に設定した場合との実験結果を示している。なお、図30の右列のグラフでは、各電圧Vdcにおいて、最適値の実験結果が三角形のマークでプロットされ、90nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。ここで、最適値は、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)のピーク値(Vds(H).max:リンギング電圧)を440V以下にすることができるプリチャージ時間であって、スイッチング損失Eonを最小にできるプリチャージ時間が採用される。   Further, the graph in the right column in FIG. 30 shows experimental results when the precharge time is set to 90 ns and when the precharge time is set to an optimum value. In the graph in the right column of FIG. 30, the optimum experimental results are plotted with triangular marks and the experimental results of 90 ns are plotted with rhombus marks at each voltage Vdc. Here, the optimum value is a precharge time during which the peak value (Vds (H) .max: ringing voltage) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 can be reduced to 440V or less, and switching is performed. A precharge time that can minimize the loss Eon is employed.

図30において、セクション(a)は、プリチャージ時間に応じた、リンギング電圧(Vds(H).max)と電圧Vdcとの関係を示すグラフであり、縦軸はリンギング電圧を示し、横軸は電圧Vdcを示している。   In FIG. 30, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the voltage Vdc according to the precharge time, the vertical axis shows the ringing voltage, and the horizontal axis shows The voltage Vdc is shown.

セクション(b)は、プリチャージ時間に応じた、スイッチング損失(Eon)と電圧Vdcとの関係を示すグラフであり、縦軸は損失を示し、横軸は電圧Vdcを示している。   The section (b) is a graph showing the relationship between the switching loss (Eon) and the voltage Vdc according to the precharge time, the vertical axis shows the loss, and the horizontal axis shows the voltage Vdc.

セクション(c)は、プリチャージ時間に応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧V(L)の電圧変化率(dV(L)/dt)と電圧Vdcとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電圧Vdcを示している。   Section (c) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (L) / dt) of the drain-source voltage V (L) of the switching element Q11 and the voltage Vdc according to the precharge time. The vertical axis indicates the voltage change rate, and the horizontal axis indicates the voltage Vdc.

セクション(d)は、プリチャージ時間に応じた、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧V(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)と電圧Vdcとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸は電圧Vdcを示している。   Section (d) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (H) / dt) of the drain-source voltage V (H) of the switching element Q12 and the voltage Vdc according to the precharge time. The vertical axis indicates the voltage change rate, and the horizontal axis indicates the voltage Vdc.

セクション(a)の左列に示すように、リンギング電圧(Vds(H).max)は、プリチャージ時間が増大するにつれて増大していることが分かる。そのため、セクション(a)の左列のグラフでは、各電圧Vdcにおいて、電圧が低い側から順に、80ns,90ns,100ns,110ns,120nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (a), it can be seen that the ringing voltage (Vds (H) .max) increases as the precharge time increases. For this reason, in the graph in the left column of section (a), the experimental results of 80 ns, 90 ns, 100 ns, 110 ns, and 120 ns are plotted with rhombus marks in order from the lower voltage side for each voltage Vdc.

ここでは、リンギング電圧(Vds(H).max)を440V以下にするという条件が課せられており、全ての電圧Vdcにおいてリンギング電圧を440V以下にできる最大のプリチャージ時間は90nsであった。そのため、駆動状態に応じてプリチャージ時間を変動させない構成を採用する手法(以下、「比較例の手法」と記述する。)では、プリチャージ時間として90nsが設定される。これでは、電圧Vdcに応じて最適なプリチャージ時間を設定できない。例えば、電圧Vdcが370Vの場合、プリチャージ時間を120nsに設定してもリンギング電圧(Vds(H).max)は440V以下になるにも拘わらず、比較例の手法ではプリチャージ時間が90nsに設定されるため、最適値が設定されていない。   Here, the condition that the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 440 V or less is imposed, and the maximum precharge time during which the ringing voltage can be set to 440 V or less is 90 ns at all voltages Vdc. Therefore, in a method employing a configuration in which the precharge time is not changed according to the driving state (hereinafter referred to as “method of comparative example”), 90 ns is set as the precharge time. This makes it impossible to set an optimal precharge time according to the voltage Vdc. For example, when the voltage Vdc is 370 V, even if the precharge time is set to 120 ns, the ring charge voltage (Vds (H) .max) is 440 V or less, but in the method of the comparative example, the precharge time is 90 ns. Because it is set, the optimum value is not set.

セクション(b)の左列に示すように、スイッチング損失は、プリチャージ時間が減少するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(b)の左列のグラフでは、各電圧Vdcにおいて、スイッチング損失が低い側から順に、120ns,110ns,100ns,90ns,80nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (b), it can be seen that the switching loss increases as the precharge time decreases. Therefore, in the graph in the left column of section (b), the experimental results of 120 ns, 110 ns, 100 ns, 90 ns, and 80 ns are plotted with rhombus marks in order from the side with the lowest switching loss at each voltage Vdc.

そこで、本第6実施形態の手法(以下、「提案手法」と記述する。)では、セクション(a)の右列に示すように、各電圧Vdcにおいて、リンギング電圧(Vds(H).max)を440V以下にできるプリチャージ時間のうち、スイッチング損失Eonを最小にできるプリチャージ時間(つまりセクション(b)から分かるように最大のプリチャージ時間)を設定する。   Therefore, in the method of the sixth embodiment (hereinafter referred to as “proposed method”), as shown in the right column of section (a), the ringing voltage (Vds (H) .max) is obtained at each voltage Vdc. Is set to a precharge time that can minimize the switching loss Eon (that is, the maximum precharge time as can be seen from the section (b)).

具体的には、電圧Vdcが320[V]、370[V]のときはプリチャージ時間が120nsに設定され、電圧Vdcが420[V]のときはプリチャージ時間が90nsに設定されている。これにより、プリチャージ時間の最適化が図られている。   Specifically, when the voltage Vdc is 320 [V] and 370 [V], the precharge time is set to 120 ns, and when the voltage Vdc is 420 [V], the precharge time is set to 90 ns. Thereby, the precharge time is optimized.

セクション(b)の右列では、セクション(a)で設定されたプリチャージ時間の最適値を採用した場合の各電圧Vdcに対するスイッチング損失が三角形のマークでプロットされている。この場合、電圧Vdcが420Vにおいて、提案手法と比較例とはスイッチング損失が同じであり、他の電圧Vdcにおいて、提案手法の方が比較例よりもスイッチング損失が低く、電圧Vdcが370Vにおいてはスイッチング損失が26%低減されていた。   In the right column of section (b), the switching loss with respect to each voltage Vdc when the optimum value of the precharge time set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. In this case, when the voltage Vdc is 420 V, the proposed method and the comparative example have the same switching loss. At other voltages Vdc, the proposed method has a lower switching loss than the comparative example, and the switching is performed when the voltage Vdc is 370 V. The loss was reduced by 26%.

セクション(c)の左列に示すように、電圧変化率(dV(L)/dt)は、プリチャージ時間とは、あまり相関が見られないことが分かる。セクション(c)の左列のグラフでは、各電圧Vdcにおいて、電圧変化率(dV(L)/dt)は、120nsが最も低く、100nsが最も高いという実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (c), it can be seen that the voltage change rate (dV (L) / dt) does not show much correlation with the precharge time. In the graph in the left column of section (c), for each voltage Vdc, the voltage change rate (dV (L) / dt) is plotted with rhombus marks indicating that the experimental result is that 120 ns is the lowest and 100 ns is the highest. .

セクション(c)の右列では、セクション(a)で設定されたプリチャージ時間の最適値を採用した場合の各電圧Vdcに対する電圧変化率(dV(L)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電圧Vdcが420V以外では、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(L)/dt)が高くなっており、電圧Vdcが420Vでは、同じになっている。   In the right column of section (c), the voltage change rate (dV (L) / dt) with respect to each voltage Vdc when the optimum value of the precharge time set in section (a) is adopted is plotted with a triangle mark. ing. In this case, when the voltage Vdc is other than 420V, the proposed method has a higher voltage change rate (dV (L) / dt) than the comparative example, and is the same when the voltage Vdc is 420V.

セクション(d)の左列に示すように、電圧変化率(dV(H)/dt)は、リンギング電圧(Vds(H).max)と同様、プリチャージ時間が増大するにつれて、増大していることが分かる。そのため、セクション(d)の左列のグラフでは、各電圧Vdcにおいて、電圧変化率(dV(H)/dt)は、低い側から順に、80ns,90ns,100ns,110ns,120nsの実験結果がひし形のマークでプロットされている。   As shown in the left column of section (d), the rate of voltage change (dV (H) / dt) increases as the precharge time increases, as does the ringing voltage (Vds (H) .max). I understand that. Therefore, in the graph in the left column of section (d), the experimental results of 80 ns, 90 ns, 100 ns, 110 ns, and 120 ns of the voltage change rate (dV (H) / dt) are diamond-shaped in order from the lower side at each voltage Vdc. It is plotted with the mark.

セクション(d)の右列では、セクション(a)で設定されたプリチャージ時間の最適値を採用した場合の各電圧Vdcに対する電圧変化率(dV(H)/dt)が三角形のマークでプロットされている。この場合、電圧Vdcが420V以外では、提案手法の方が比較例よりも電圧変化率(dV(H)/dt)が高くなっており、電圧Vdcが420Vでは、同じになっている。   In the right column of section (d), the voltage change rate (dV (H) / dt) with respect to each voltage Vdc when the optimum value of the precharge time set in section (a) is adopted is plotted with a triangular mark. ing. In this case, when the voltage Vdc is other than 420V, the proposed method has a higher voltage change rate (dV (H) / dt) than the comparative example, and is the same when the voltage Vdc is 420V.

なお、セクション(c)の右列に示される提案手法のプリチャージ時間、及びセクション(d)の右列に示される提案手法のプリチャージ時間は、いずれも、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件を満足している。   Note that the precharge time of the proposed method shown in the right column of section (c) and the precharge time of the proposed method shown in the right column of section (d) are both voltage changes defined by the isolators 91 and 92. The rate condition is satisfied.

第6実施形態の駆動装置50では、図30のセクション(a)の三角形のマークで示されるように、各電圧Vdcに対して、リンギング電圧(Vds(H).max)を440V以下にするという条件を満足するプリチャージ時間のうち、スイッチング損失Eonが最小になるプリチャージ時間(つまり最大のプリチャージ時間)を予め求めておき、テーブル(設定情報の一例)が作成される。制御部80は、作成されたテーブルを予め保持する。   In the driving device 50 of the sixth embodiment, as indicated by the triangular mark in the section (a) of FIG. 30, the ringing voltage (Vds (H) .max) is set to 440 V or less for each voltage Vdc. Of the precharge times that satisfy the conditions, a precharge time (that is, the maximum precharge time) that minimizes the switching loss Eon is obtained in advance, and a table (an example of setting information) is created. The control unit 80 holds the created table in advance.

図31は、第6実施形態の駆動装置50の制御部80が保持するテーブル86の一例を概略的に示す図である。   FIG. 31 is a diagram schematically illustrating an example of a table 86 held by the control unit 80 of the driving device 50 according to the sixth embodiment.

図30の実験結果から、第6実施形態のテーブル86では、電圧Vdcが320≦Vdc≦370[V]の範囲(区分の一例)では、プリチャージ時間TEは120nsに設定され、電圧Vdcが370<Vdc≦420[V]の範囲(区分の一例)では、プリチャージ時間TEは90nsに設定されている。   From the experimental results of FIG. 30, in the table 86 of the sixth embodiment, the precharge time TE is set to 120 ns and the voltage Vdc is 370 when the voltage Vdc is in the range of 320 ≦ Vdc ≦ 370 [V] (an example of a section). In the range of <Vdc ≦ 420 [V] (an example of division), the precharge time TE is set to 90 ns.

制御部80は、検出部70の電圧センサ74(図1)により検出された電圧Vdcを取得する。制御部80は、取得した電圧Vdcに対応するプリチャージ時間TEを、保持しているテーブル86から抽出する。制御部80は、スイッチSW1,SW4の両方がオンにされる時間が、抽出したプリチャージ時間TEに一致するように、駆動部60を制御する。   The control unit 80 acquires the voltage Vdc detected by the voltage sensor 74 (FIG. 1) of the detection unit 70. The controller 80 extracts the precharge time TE corresponding to the acquired voltage Vdc from the held table 86. The control unit 80 controls the drive unit 60 so that the time during which both the switches SW1 and SW4 are turned on coincides with the extracted precharge time TE.

次に、図32、図33を用いて、電圧Vdcが370[V]の場合において、第6実施形態の提案手法の波形と比較例の手法の波形とが比較される。   Next, using FIGS. 32 and 33, when the voltage Vdc is 370 [V], the waveform of the proposed method of the sixth embodiment is compared with the waveform of the method of the comparative example.

図32は、第6実施形態の提案手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。図33は、比較例の手法によりスイッチング素子Q11をターンオンさせる際の駆動装置50のシミュレーション結果を概略的に示すタイミングチャートである。   FIG. 32 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the proposed method of the sixth embodiment. FIG. 33 is a timing chart schematically showing a simulation result of the driving device 50 when the switching element Q11 is turned on by the method of the comparative example.

図32、図33において、セクション(a)は、DC−DCコンバータ20のタイミングチャートであり、縦軸は電圧、電流、及び電力を示し、横軸は時間を示している。セクション(b)は、駆動装置50のタイミングチャートであり、縦軸は電圧及び電流を示し、横軸は時間を示している。   32 and 33, a section (a) is a timing chart of the DC-DC converter 20, the vertical axis indicates voltage, current, and power, and the horizontal axis indicates time. Section (b) is a timing chart of the driving device 50, where the vertical axis indicates voltage and current, and the horizontal axis indicates time.

図30を用いて説明されたように、電圧Vdcが370[V]の場合には、図32の提案手法では、プリチャージ時間TEは120[ns]に設定され、図33の比較例の手法では、プリチャージ時間TEは90[ns]に設定されている。   As described with reference to FIG. 30, when the voltage Vdc is 370 [V], the precharge time TE is set to 120 [ns] in the proposed method of FIG. 32, and the method of the comparative example of FIG. In this case, the precharge time TE is set to 90 [ns].

図32において、時刻ts1にスイッチSW1がターンオンされる。なお、時刻ts1の以前から、スイッチSW4はオンにされており、スイッチング素子Q11のゲートは第2電位Vssにクランプされている。このため、スイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11は供給されず、コイルL1にエネルギーが蓄積される。   In FIG. 32, the switch SW1 is turned on at time ts1. Note that the switch SW4 has been turned on before time ts1, and the gate of the switching element Q11 is clamped at the second potential Vss. For this reason, the gate current Ig11 is not supplied to the gate of the switching element Q11, and energy is accumulated in the coil L1.

時刻ts2に、スイッチSW1,SW4がターンオフされる。すると、コイルL1に蓄積されたエネルギーが放電されて、スイッチング素子Q11のゲートにゲート電流Ig11が供給され、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間の電圧Vgs11が徐々に増大し、容量Cissが充電される。   At time ts2, the switches SW1 and SW4 are turned off. Then, the energy accumulated in the coil L1 is discharged, the gate current Ig11 is supplied to the gate of the switching element Q11, the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11 gradually increases, and the capacitor Ciss is charged. .

そして、時刻ts3に、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電流Ids11が上昇し始め、且つ、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が低下し始める。   At time ts3, the drain-source current Ids11 of the switching element Q11 begins to increase, and the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 begins to decrease.

時刻ts4に、電圧Vgs11が閾値を超えている。これにより、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間の電圧Vds(L)が、急速に低下し始め、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間の電圧Vds(H)が、上昇し始める。   At time ts4, the voltage Vgs11 exceeds the threshold value. As a result, the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 starts to rapidly decrease, and the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 starts to increase.

時刻ts5では、電圧Vds(L)は完全に立ち下がり、電圧Vds(H)は完全に立ち上がり、電流Ids11は完全に立ち上がっている。   At time ts5, the voltage Vds (L) completely falls, the voltage Vds (H) completely rises, and the current Ids11 completely rises.

時刻ts5以降の電圧Vds(H)の波形は本来的には平坦に推移するべきであるが、セクション(a)に示すように、電圧Vds(H)の波形にはリンギング(うねり)が発生している。   The waveform of the voltage Vds (H) after time ts5 should be essentially flat, but as shown in section (a), ringing (swell) occurs in the waveform of the voltage Vds (H). ing.

Eon11は、スイッチング素子Q11のスイッチング損失を示し、ほぼ時刻ts3で上昇し始め、ほぼ時刻ts4でピークに到達し、時刻ts5には立ち下がっている。   Eon11 indicates a switching loss of the switching element Q11, starts to increase at about time ts3, reaches a peak at about time ts4, and falls at time ts5.

図33のタイミングチャートにおける制御の概要は図32と同じあるが、図33では、プリチャージ時間TEが90[ns]と、図32の120[ns]よりも短く設定されている。   The outline of the control in the timing chart of FIG. 33 is the same as FIG. 32, but in FIG. 33, the precharge time TE is set to 90 [ns], which is shorter than 120 [ns] in FIG.

このため、図32では、スイッチング速度が図33よりも高くなっている。したがって、図32では、スイッチング損失Eon11の波形の幅が図33よりも狭くなっており、スイッチング損失Eon11が図33よりも減少している。   For this reason, in FIG. 32, the switching speed is higher than in FIG. Therefore, in FIG. 32, the width of the waveform of the switching loss Eon11 is narrower than that in FIG. 33, and the switching loss Eon11 is smaller than that in FIG.

また、図32では、スイッチング速度の増大に伴い、図33に比べて、リンギング電圧Vds(H).maxが若干高くなっているが、440[V]の上限値は、満たされている。   In FIG. 32, as the switching speed increases, the ringing voltage Vds (H). Although max is slightly higher, the upper limit value of 440 [V] is satisfied.

また、図32では、スイッチング速度の増大に伴い、図33に比べて、電圧Vds(H),Vds(L)の電圧変化率が高くなっているが、アイソレータ91,92が規定する電圧変化率の条件は満たされている。   In FIG. 32, with the increase in switching speed, the voltage change rates of the voltages Vds (H) and Vds (L) are higher than those in FIG. 33, but the voltage change rates defined by the isolators 91 and 92 are increased. The condition is satisfied.

なお、この第6実施形態では、駆動部60を制御する制御パラメータとして、第3実施形態と同様に、プリチャージ時間が採用されている。代替的に、第6実施形態では、第1実施形態と同様の充電時間、又は第2実施形態と同様の放電時間が、制御パラメータとして採用されてもよい。   In the sixth embodiment, the precharge time is adopted as a control parameter for controlling the drive unit 60 as in the third embodiment. Alternatively, in the sixth embodiment, a charging time similar to that of the first embodiment or a discharging time similar to that of the second embodiment may be employed as the control parameter.

(第7実施形態)
上記第1、第3、第4実施形態では、例えば図3、図13、図19のセクション(a)の左列に示されるように、リンギング電圧Vds(H).maxは、電流IDが増大するにつれて、減少している。しかし、スイッチング素子Q12の寄生ダイオードの逆回復時間Trrが悪い場合又は寄生インダクタンスLp1,Lp2(図1)が大きい場合等には、リンギング電圧Vds(H).maxは、電流IDが増大するにつれて、増大する場合もある。この第7実施形態では、そのような場合が検討されている。
(Seventh embodiment)
In the first, third, and fourth embodiments, as shown in the left column of the section (a) of FIGS. 3, 13, and 19, for example, the ringing voltage Vds (H). max decreases as the current ID increases. However, when the reverse recovery time Trr of the parasitic diode of the switching element Q12 is poor or when the parasitic inductances Lp1, Lp2 (FIG. 1) are large, the ringing voltage Vds (H). max may increase as the current ID increases. Such a case is examined in the seventh embodiment.

図34は、第7実施形態の駆動装置50を概略的に示す図である。図34では、説明を簡単にするために、アイソレータ91,92の図示が省略され、かつ、駆動部60の第2電位線W2がスイッチング素子Q11のソースに接続されている。しかし、実際の駆動装置50では、図1に示されるように、駆動部60とスイッチング素子Q11とは、アイソレータ91を介して接続され、駆動部60とスイッチング素子Q12とは、アイソレータ92を介して接続されている。以下、第1実施形態との相違点を中心に、第7実施形態が説明される。   FIG. 34 is a diagram schematically illustrating a drive device 50 according to the seventh embodiment. In FIG. 34, the illustration of the isolators 91 and 92 is omitted to simplify the description, and the second potential line W2 of the driving unit 60 is connected to the source of the switching element Q11. However, in the actual driving device 50, as shown in FIG. 1, the driving unit 60 and the switching element Q11 are connected via an isolator 91, and the driving unit 60 and the switching element Q12 are connected via an isolator 92. It is connected. Hereinafter, the seventh embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

駆動部60は、電源E1、及びクランプ部62を有する。すなわち、第7実施形態の駆動装置50では、スイッチSW3をターンオンし、スイッチSW4をターンオフして、スイッチング素子Q11のゲートを第1電位Vccにクランプすることにより、スイッチング素子Q11をターンオンしている。また、スイッチSW3をターンオフし、スイッチSW4をターンオンして、スイッチング素子Q11のゲートを第2電位Vssにクランプすることにより、スイッチング素子Q11をターンオフしている。   The drive unit 60 includes a power source E1 and a clamp unit 62. That is, in the driving device 50 of the seventh embodiment, the switching element Q11 is turned on by turning on the switch SW3, turning off the switch SW4, and clamping the gate of the switching element Q11 to the first potential Vcc. Further, the switch SW3 is turned off, the switch SW4 is turned on, and the switching element Q11 is turned off by clamping the gate of the switching element Q11 to the second potential Vss.

次に、図35を用いて、検出部70により検出された駆動状態に応じた、第7実施形態の制御部80による駆動部60の制御が説明される。   Next, the control of the drive unit 60 by the control unit 80 according to the seventh embodiment according to the drive state detected by the detection unit 70 will be described with reference to FIG.

図35は、第7実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。図35の例では、駆動状態として、第1実施形態と異なり、電流センサ73(図1)により検出されるドレイン電流Idsが採用されている。   FIG. 35 is a graph showing a result of an experiment performed for obtaining an optimal control parameter according to the driving state in the seventh embodiment. In the example of FIG. 35, unlike the first embodiment, the drain current Ids detected by the current sensor 73 (FIG. 1) is adopted as the driving state.

図35では、図1に示されるDC−DCコンバータ20及び図34に示される駆動装置50を用いた場合の実験結果が示されている。図35では、図34の駆動装置50の抵抗R1の抵抗値を3種類に切り替えることにより、3種類の速度でスイッチングが行われている。すなわち、図35には、抵抗R1の抵抗値を高くしたときの低速スイッチングLSのデータと、抵抗R1の抵抗値を低くしたときの高速スイッチングHSのデータと、抵抗R1の抵抗値を中間値にしたときの中速スイッチングMSのデータとがプロットされている。また、図35には、この第7実施形態の制御により、ドレイン電流Idsに応じてスイッチング速度を最適値に変更した最適スイッチングATのデータがプロットされている。   FIG. 35 shows the experimental results when the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 and the drive device 50 shown in FIG. 34 are used. In FIG. 35, switching is performed at three speeds by switching the resistance value of the resistor R1 of the driving device 50 of FIG. 34 to three kinds. That is, in FIG. 35, the data of the low speed switching LS when the resistance value of the resistor R1 is increased, the data of the high speed switching HS when the resistance value of the resistor R1 is lowered, and the resistance value of the resistor R1 are set to an intermediate value. The data of the medium speed switching MS is plotted. FIG. 35 plots data of optimum switching AT in which the switching speed is changed to the optimum value according to the drain current Ids by the control of the seventh embodiment.

図35において、セクション(a)は、スイッチング速度に応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間電圧Vds(L)の電圧変化率(dV(L)/dt)とドレイン電流Idsとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸はドレイン電流Idsを示している。   In FIG. 35, section (a) shows the relationship between the voltage change rate (dV (L) / dt) of the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 and the drain current Ids according to the switching speed. It is a graph, the vertical axis shows the voltage change rate, and the horizontal axis shows the drain current Ids.

セクション(b)は、スイッチング速度に応じた、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)とドレイン電流Idsとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸はドレイン電流Idsを示している。   Section (b) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (H) / dt) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 and the drain current Ids according to the switching speed, The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the drain current Ids.

セクション(c)は、スイッチング速度に応じた、リンギング電圧(Vds(H).max)とドレイン電流Idsとの関係を示すグラフであり、縦軸はリンギング電圧を示し、横軸はドレイン電流Idsを示している。   Section (c) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the drain current Ids according to the switching speed, the vertical axis shows the ringing voltage, and the horizontal axis shows the drain current Ids. Show.

図35のセクション(a)に示されるように、電圧変化率(dV(L)/dt)は、アイソレータ91,92の同相除去電圧により50[V/ns]以下に制限されている。図35のセクション(b)に示されるように、電圧変化率(dV(H)/dt)は、アイソレータ91,92の同相除去電圧により50[V/ns]以下に制限されている。図35のセクション(c)に示されるように、リンギング電圧(Vds(H).max)は、420[V]以下に制限されている。   As shown in section (a) of FIG. 35, the voltage change rate (dV (L) / dt) is limited to 50 [V / ns] or less by the common mode rejection voltage of the isolators 91 and 92. As shown in section (b) of FIG. 35, the voltage change rate (dV (H) / dt) is limited to 50 [V / ns] or less by the common mode rejection voltage of the isolators 91 and 92. As shown in section (c) of FIG. 35, the ringing voltage (Vds (H) .max) is limited to 420 [V] or less.

図35のセクション(c)において、スイッチング速度が固定されている場合に、全てのドレイン電流Idsの範囲で、リンギング電圧(Vds(H).max)が420[V]以下という条件を満たすためには、低速スイッチングLSを採用する必要がある。   In the section (c) of FIG. 35, in order to satisfy the condition that the ringing voltage (Vds (H) .max) is 420 [V] or less in the range of all drain currents Ids when the switching speed is fixed. Needs to employ low-speed switching LS.

これに対して、この第7実施形態の制御による最適スイッチングATでは、ドレイン電流Idsが4[A]以下において、高速スイッチングHSが採用され、ドレイン電流Idsが6[A]において、中速スイッチングMSが採用され、ドレイン電流Idsが7.2[A]において、低速スイッチングLSが採用されている。そして、4<Ids<6[A]の範囲A2では、(Vds(H).max)<420[V]が維持されるようなスイッチング速度が採用されている。   On the other hand, in the optimum switching AT by the control of the seventh embodiment, the high-speed switching HS is adopted when the drain current Ids is 4 [A] or less, and the medium-speed switching MS when the drain current Ids is 6 [A]. And the low-speed switching LS is employed when the drain current Ids is 7.2 [A]. In a range A2 where 4 <Ids <6 [A], a switching speed is employed so that (Vds (H) .max) <420 [V] is maintained.

その結果、図35のセクション(a)、(b)に示されるように、電圧変化率(dV(L)/dt)、電圧変化率(dV(H)/dt)も、50[V/ns]以下という制限が満たされている。例えばセクション(a)に示されるように、最適スイッチングATでは、ドレイン電流Idsが低電流値から中電流値の範囲A1において、高速スイッチングHSが採用されている。これによって、電圧変化率dV(L)/dtが増大され、スイッチング損失が低減されている。   As a result, as shown in sections (a) and (b) of FIG. 35, the voltage change rate (dV (L) / dt) and the voltage change rate (dV (H) / dt) are also 50 [V / ns. The following restrictions are met: For example, as shown in section (a), in the optimum switching AT, the high-speed switching HS is employed in the range A1 where the drain current Ids is from a low current value to a medium current value. As a result, the voltage change rate dV (L) / dt is increased and the switching loss is reduced.

図36は、図35の実験を行ったときのDC−DCコンバータ20における入力電流Iin、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間電圧Vgs11、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間電圧Vds(L)、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)の各波形を概略的に示す図である。   FIG. 36 shows the input current Iin, the gate-source voltage Vgs11 of the switching element Q11, the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11, and the switching element when the experiment of FIG. 35 is performed. It is a figure which shows roughly each waveform of the drain-source voltage Vds (H) of Q12.

図36において、セクション(a)は、ドレイン電流Idsが7.2[A]で低速スイッチングLSの場合の各波形を示し、セクション(b)は、ドレイン電流Idsが4[A]で低速スイッチングLSの場合の各波形を示し、セクション(c)は、ドレイン電流Idsが4[A]で高速スイッチングHSの場合の各波形を示す。   In FIG. 36, section (a) shows each waveform when the drain current Ids is 7.2 [A] and the low-speed switching LS, and section (b) shows the low-speed switching LS when the drain current Ids is 4 [A]. The section (c) shows each waveform when the drain current Ids is 4 [A] and the high-speed switching HS is performed.

図35のセクション(c)を用いて説明されたように、ドレイン電流Idsが7.2[A]のときは、リンギング電圧(Vds(H).max)が420[V]以下という条件を満たすために、最適スイッチングATでは、低速スイッチングLSが採用されている。この場合のリンギング電圧(Vds(H).max)は、図36のセクション(a)に示されるように、比較的大きい値になっている。   As described with reference to section (c) of FIG. 35, when the drain current Ids is 7.2 [A], the ringing voltage (Vds (H) .max) satisfies the condition that it is 420 [V] or less. Therefore, the low speed switching LS is employed in the optimum switching AT. In this case, the ringing voltage (Vds (H) .max) is a relatively large value as shown in section (a) of FIG.

図35のセクション(c)を用いて説明されたように、スイッチング速度が固定されている場合には、リンギング電圧(Vds(H).max)が420[V]以下という条件を満たすために、低速スイッチングLSが採用される。ドレイン電流Idsが4[A]のときに、低速スイッチングLSが採用されると、リンギング電圧(Vds(H).max)は、図36のセクション(b)に示されるように、比較的小さい値になる。   As described with reference to section (c) of FIG. 35, when the switching speed is fixed, in order to satisfy the condition that the ringing voltage (Vds (H) .max) is 420 [V] or less, Low speed switching LS is employed. When the low-speed switching LS is employed when the drain current Ids is 4 [A], the ringing voltage (Vds (H) .max) is a relatively small value as shown in the section (b) of FIG. become.

図35のセクション(c)を用いて説明されたように、この第7実施形態の制御による最適スイッチングATでは、ドレイン電流Idsが4[A]のときは、高速スイッチングHSが採用される。この場合のリンギング電圧(Vds(H).max)は、図36のセクション(c)に示されるように、セクション(a)と同程度の比較的大きい値になる。   As described with reference to section (c) of FIG. 35, in the optimum switching AT by the control of the seventh embodiment, when the drain current Ids is 4 [A], the high-speed switching HS is employed. In this case, the ringing voltage (Vds (H) .max) is a relatively large value similar to that of the section (a) as shown in the section (c) of FIG.

このように、この第7実施形態の制御では、ドレイン電流Idsが4[A]のときは、高速スイッチングHSが採用される。これによって、リンギング電圧(Vds(H).max)の上限値の制限を満たしつつ、スイッチング損失の低減が図られている。   Thus, in the control of the seventh embodiment, when the drain current Ids is 4 [A], the high-speed switching HS is employed. As a result, the switching loss is reduced while satisfying the upper limit of the ringing voltage (Vds (H) .max).

この第7実施形態では、図34に示される駆動装置50を用いて実験が行われているが、本開示の駆動装置50は、これに限られない。代替的に、図2に示される駆動装置50を用いて、第1実施形態〜第3実施形態、第6実施形態のように、テーブルを作成してスイッチング速度を制御することにより、この第7実施形態の制御を実現するようにしてもよい。さらに代替的に、図18に示される駆動装置50を用いて、第4実施形態のように、スイッチング速度を制御することにより、この第7実施形態の制御を実現するようにしてもよい。さらに代替的に、図24に示される駆動装置50を用いて、第5実施形態のように、スイッチング速度を制御することにより、この第7実施形態の制御を実現するようにしてもよい。   In the seventh embodiment, an experiment is performed using the drive device 50 illustrated in FIG. 34, but the drive device 50 of the present disclosure is not limited to this. Alternatively, by using the drive device 50 shown in FIG. 2 to create a table and control the switching speed as in the first to third embodiments and the sixth embodiment, the seventh embodiment is achieved. You may make it implement | achieve control of embodiment. Further alternatively, the control of the seventh embodiment may be realized by controlling the switching speed using the drive device 50 shown in FIG. 18 as in the fourth embodiment. Further alternatively, the control of the seventh embodiment may be realized by controlling the switching speed using the driving device 50 shown in FIG. 24 as in the fifth embodiment.

(第8実施形態)
上記第7実施形態では、図35に示されるように、例えばドレイン電流Idsが7.2[A]では、低速スイッチングLSが採用されている。しかし、DC−DCコンバータ20の寄生インダクタンスLp1,Lp2又は寄生キャパシタンスCp1,Cp2(図1)の状態によっては、ドレイン電流Idsが大きい範囲では、低速スイッチングLSを採用しても、輻射ノイズが過大になる場合もある。
(Eighth embodiment)
In the seventh embodiment, as shown in FIG. 35, for example, when the drain current Ids is 7.2 [A], the low speed switching LS is employed. However, depending on the state of the parasitic inductances Lp1 and Lp2 or the parasitic capacitances Cp1 and Cp2 (FIG. 1) of the DC-DC converter 20, the radiation noise may be excessive in the range where the drain current Ids is large even if the low speed switching LS is adopted. Sometimes it becomes.

例えば、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)が大きいことに起因して、ピーク値(つまりリンギング電圧)となった後のうねり(高周波成分)の振幅が大きい場合には、発生する輻射ノイズが大きくなることが多い。この第8実施形態では、そのような場合が検討されている。   For example, due to a large voltage change rate (dV (H) / dt) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12, the swell (high frequency) after the peak value (that is, the ringing voltage) is reached. When the amplitude of the component) is large, the generated radiation noise often increases. In the eighth embodiment, such a case is examined.

第8実施形態の駆動装置50の構成は、図34に示される第7実施形態の駆動装置50と同じである。図37を用いて、検出部70により検出された駆動状態に応じた、第8実施形態の制御部80による駆動部60の制御が説明される。   The configuration of the drive device 50 of the eighth embodiment is the same as that of the drive device 50 of the seventh embodiment shown in FIG. The control of the drive unit 60 by the control unit 80 according to the eighth embodiment according to the drive state detected by the detection unit 70 will be described with reference to FIG.

図37は、第8実施形態において、駆動状態に応じて最適な制御パラメータを求めるために行った実験結果を示すグラフである。図37の例では、駆動状態として、第7実施形態と同様に、電流センサ73(図1)により検出されるドレイン電流Idsが採用されている。   FIG. 37 is a graph showing a result of an experiment performed for obtaining an optimal control parameter according to the driving state in the eighth embodiment. In the example of FIG. 37, the drain current Ids detected by the current sensor 73 (FIG. 1) is employed as the driving state, as in the seventh embodiment.

図37では、図1に示されるDC−DCコンバータ20及び図34に示される駆動装置50を用いた場合の実験結果が示されている。図37では、図34の駆動装置50の抵抗R1の抵抗値を3種類に切り替えることにより、3種類の速度でスイッチングが行われている。すなわち、図37には、抵抗R1の抵抗値を高くしたときの低速スイッチングLSのデータと、抵抗R1の抵抗値を低くしたときの高速スイッチングHSのデータと、抵抗R1の抵抗値を中間値にしたときの中速スイッチングMSのデータとがプロットされている。また、図37には、輻射ノイズを低下させるために、この第8実施形態の制御により、ドレイン電流Idsに応じてスイッチング速度を更に変更した低輻射ノイズスイッチングLNのデータがプロットされている。   FIG. 37 shows experimental results when the DC-DC converter 20 shown in FIG. 1 and the driving device 50 shown in FIG. 34 are used. In FIG. 37, switching is performed at three speeds by switching the resistance value of the resistor R1 of the driving device 50 in FIG. 34 to three kinds. That is, in FIG. 37, the data of the low speed switching LS when the resistance value of the resistor R1 is increased, the data of the high speed switching HS when the resistance value of the resistor R1 is lowered, and the resistance value of the resistor R1 are set to intermediate values. The data of the medium speed switching MS is plotted. FIG. 37 plots data of low radiation noise switching LN in which the switching speed is further changed according to the drain current Ids by the control of the eighth embodiment in order to reduce the radiation noise.

図37において、セクション(a)は、スイッチング速度に応じた、リンギング電圧(Vds(H).max)とドレイン電流Idsとの関係を示すグラフであり、縦軸はリンギング電圧を示し、横軸はドレイン電流Idsを示している。   In FIG. 37, section (a) is a graph showing the relationship between the ringing voltage (Vds (H) .max) and the drain current Ids according to the switching speed, the vertical axis shows the ringing voltage, and the horizontal axis shows The drain current Ids is shown.

セクション(b)は、スイッチング速度に応じた、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)の電圧変化率(dV(H)/dt)とドレイン電流Idsとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸はドレイン電流Idsを示している。   Section (b) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (H) / dt) of the drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12 and the drain current Ids according to the switching speed, The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the drain current Ids.

セクション(c)は、スイッチング速度に応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間電圧Vds(L)の最小値(Vds(L).min)とドレイン電流Idsとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧最小値を示し、横軸はドレイン電流Idsを示している。   Section (c) is a graph showing the relationship between the minimum value (Vds (L) .min) of the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 and the drain current Ids according to the switching speed. The axis indicates the minimum voltage value, and the horizontal axis indicates the drain current Ids.

セクション(d)は、スイッチング速度に応じた、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間電圧Vds(L)の電圧変化率(dV(L)/dt)とドレイン電流Idsとの関係を示すグラフであり、縦軸は電圧変化率を示し、横軸はドレイン電流Idsを示している。   Section (d) is a graph showing the relationship between the voltage change rate (dV (L) / dt) of the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11 and the drain current Ids according to the switching speed, The vertical axis represents the voltage change rate, and the horizontal axis represents the drain current Ids.

セクション(a)に示されるように、この第8実施形態の制御による、低輻射ノイズスイッチングLNでは、ドレイン電流Idsが6〜7.2[A]の大電流領域では、スイッチング速度を低速スイッチングLSより更に低下させている。これによって、大電流領域におけるリンギング電圧(Vds(H).max)が更に低下されている。   As shown in section (a), in the low radiation noise switching LN by the control of the eighth embodiment, in the large current region where the drain current Ids is 6 to 7.2 [A], the switching speed is set to the low speed switching LS. It is further reduced. As a result, the ringing voltage (Vds (H) .max) in the large current region is further reduced.

その結果、セクション(b)に矢印P1で示されるように、大電流領域におけるスイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧の電圧変化率(dV(H)/dt)が低減されている。   As a result, as indicated by the arrow P1 in the section (b), the voltage change rate (dV (H) / dt) of the drain-source voltage of the switching element Q12 in the large current region is reduced.

また、大電流領域において、スイッチング速度を低速スイッチングLSより更に低下させることにより、セクション(c)に示されるように、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間電圧Vds(L)の最小値(Vds(L).min)の絶対値が低減されている。   Further, in the large current region, by further reducing the switching speed from the low speed switching LS, as shown in the section (c), the minimum value (Vds (Lds) of the drain-source voltage Vds (L) of the switching element Q11. ) .Min) absolute value is reduced.

その結果、セクション(d)に矢印P2で示されるように、大電流領域におけるスイッチング素子Q11のドレイン−ソース間電圧の電圧変化率(dV(L)/dt)が低減されている。   As a result, as indicated by the arrow P2 in the section (d), the voltage change rate (dV (L) / dt) of the drain-source voltage of the switching element Q11 in the large current region is reduced.

一般に、大電流領域において、電圧変化率(dV(H)/dt)、(dV(L)/dt)が所定レベルより大きくなると、発生する輻射ノイズのレベルが許容レベルを超えてくる。これに対して、第8実施形態では、大電流領域において、スイッチング速度が低速スイッチングLSよりさらに低下されて、電圧変化率(dV(H)/dt)、(dV(L)/dt)が低減されている。したがって、第8実施形態によれば、発生する輻射ノイズのレベルが、許容レベルを超えないようにすることができる。   Generally, when the voltage change rates (dV (H) / dt) and (dV (L) / dt) are higher than a predetermined level in a large current region, the level of generated radiation noise exceeds an allowable level. On the other hand, in the eighth embodiment, in the large current region, the switching speed is further lowered than the low speed switching LS, and the voltage change rates (dV (H) / dt) and (dV (L) / dt) are reduced. Has been. Therefore, according to the eighth embodiment, it is possible to prevent the level of generated radiation noise from exceeding the allowable level.

この第8実施形態では、図34に示される駆動装置50を用いて実験が行われているが、本開示の駆動装置50は、これに限られない。代替的に、図2に示される駆動装置50を用いて、第1実施形態〜第3実施形態、第6実施形態のように、テーブルを作成してスイッチング速度を制御することにより、この第8実施形態の制御を実現するようにしてもよい。   In the eighth embodiment, an experiment is performed using the drive device 50 illustrated in FIG. 34, but the drive device 50 of the present disclosure is not limited to this. Alternatively, by using the drive device 50 shown in FIG. 2 to create a table and control the switching speed as in the first to third embodiments and the sixth embodiment, the eighth embodiment is achieved. You may make it implement | achieve control of embodiment.

(第9実施形態)
上記第8実施形態では、図37を用いて説明されたように、大電流領域において、低速スイッチングLSよりさらに低いスイッチング速度を採用することにより、輻射ノイズが低減されている。第9実施形態では、第8実施形態と異なる手法で、輻射ノイズの低減が図られている。
(Ninth embodiment)
In the eighth embodiment, as described with reference to FIG. 37, the radiation noise is reduced by adopting a switching speed lower than the low speed switching LS in the large current region. In the ninth embodiment, radiation noise is reduced by a method different from that of the eighth embodiment.

第9実施形態の駆動装置50の構成は、図2に示される第1実施形態の駆動装置50と同じである。また、第9実施形態では、第1実施形態と同様に、制御部80は、検出部70により検出される駆動状態に応じて、テーブル81を用いて、充電時間(スイッチSW1のオン時間)を制御する。以下、第1実施形態との相違点を中心に、第9実施形態の制御部80による駆動部60の制御が説明される。   The configuration of the drive device 50 of the ninth embodiment is the same as that of the drive device 50 of the first embodiment shown in FIG. In the ninth embodiment, similarly to the first embodiment, the control unit 80 uses the table 81 to set the charging time (the ON time of the switch SW1) according to the driving state detected by the detection unit 70. Control. Hereinafter, the control of the drive unit 60 by the control unit 80 of the ninth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

図38は、第9実施形態において、スイッチング素子Q11,Q12がターンオン及びターンオフされるときの、スイッチング素子Q11のゲート−ソース間電圧Vgs(L)と、スイッチング素子Q11のドレイン−ソース間電圧Vds(L)と、スイッチング素子Q12のドレイン−ソース間電圧Vds(H)との各波形を概略的に示すタイミングチャートである。   FIG. 38 shows the gate-source voltage Vgs (L) of the switching element Q11 and the drain-source voltage Vds (of the switching element Q11 when the switching elements Q11, Q12 are turned on and off in the ninth embodiment. L) is a timing chart schematically showing waveforms of a drain-source voltage Vds (H) of the switching element Q12.

第9実施形態では、制御部80は、1パルスごとに、予め定められた微小値ずつ充電時間をばらつかせている。この場合において、制御部80は、ばらつかせた充電時間の平均値が、テーブル81から抽出された充電時間に一致するように、充電時間を制御する。これによって、第9実施形態では、1パルスごとに、スイッチング素子Q11,Q12のドレイン−ソース間電圧の電圧変化率dV(L)/dt,dV(H)/dtが微小値ずつ拡散されている。   In the ninth embodiment, the control unit 80 varies the charging time by a predetermined minute value for each pulse. In this case, the control unit 80 controls the charging time so that the average value of the varying charging times matches the charging time extracted from the table 81. Thus, in the ninth embodiment, the voltage change rates dV (L) / dt and dV (H) / dt of the drain-source voltages of the switching elements Q11 and Q12 are diffused by a minute value for each pulse. .

図38において、時刻tk1,tk2,tk3に、スイッチング素子Q11がターンオンされている。時刻tk2では、制御部80は、テーブル81から抽出された充電時間CTで駆動部60を制御する。例えば、電流IDが20[A]であれば、図5に示されるように、充電時間を80[ns]として駆動部60を制御する。   In FIG. 38, the switching element Q11 is turned on at times tk1, tk2, and tk3. At time tk2, the control unit 80 controls the drive unit 60 with the charging time CT extracted from the table 81. For example, if the current ID is 20 [A], the drive unit 60 is controlled with the charging time set to 80 [ns] as shown in FIG.

時刻tk2の1パルス前の時刻tk1では、制御部80は、テーブル81から抽出された充電時間CTより短い充電時間(C−ΔC)Tで駆動部60を制御する。例えば、電流IDが20[A]であれば、充電時間を80[ns]より5[ns]短い75[ns]として駆動部60を制御する。   At time tk1 one pulse before time tk2, control unit 80 controls drive unit 60 with charging time (C−ΔC) T shorter than charging time CT extracted from table 81. For example, if the current ID is 20 [A], the drive unit 60 is controlled by setting the charging time to 75 [ns], which is 5 [ns] shorter than 80 [ns].

時刻tk2の充電時間CTのタイミングチャートと、時刻tk1の充電時間(C−ΔC)Tのタイミングチャートとを比較すると明らかなように、充電時間CTに比べて、充電時間(C−ΔC)Tでは、ドレイン−ソース間電圧Vds(L),Vds(H)は緩やかに変化している。すなわち、充電時間CTに比べて、充電時間(C−ΔC)Tでは、電圧変化率dV(L)/dt,dV(H)/dtが小さくなっている。   As is apparent from a comparison between the timing chart of the charging time CT at time tk2 and the timing chart of the charging time (C−ΔC) T at time tk1, the charging time (C−ΔC) T is larger than the charging time CT. The drain-source voltages Vds (L) and Vds (H) change gradually. That is, the voltage change rates dV (L) / dt and dV (H) / dt are smaller in the charging time (C−ΔC) T than in the charging time CT.

時刻tk2の1パルス後の時刻tk3では、制御部80は、テーブル81から抽出された充電時間CTより長い充電時間(C+ΔC)Tで駆動部60を制御する。例えば、電流IDが20[A]であれば、充電時間を80[ns]より5[ns]長い85[ns]として駆動部60を制御する。   At time tk3 after one pulse of time tk2, the control unit 80 controls the drive unit 60 with a charging time (C + ΔC) T longer than the charging time CT extracted from the table 81. For example, if the current ID is 20 [A], the drive unit 60 is controlled by setting the charging time to 85 [ns], which is 5 [ns] longer than 80 [ns].

時刻tk2の充電時間CTのタイミングチャートと、時刻tk3の充電時間(C+ΔC)Tのタイミングチャートとを比較すると明らかなように、充電時間CTに比べて、充電時間(C+ΔC)Tでは、ドレイン−ソース間電圧Vds(L),Vds(H)は急峻に変化している。すなわち、充電時間CTに比べて、充電時間(C+ΔC)Tでは、電圧変化率dV(L)/dt,dV(H)/dtが大きくなっている。   As is apparent from a comparison between the timing chart of the charging time CT at time tk2 and the timing chart of the charging time (C + ΔC) T at time tk3, the drain-source is higher in the charging time (C + ΔC) T than in the charging time CT. The inter-voltages Vds (L) and Vds (H) change sharply. That is, the voltage change rates dV (L) / dt and dV (H) / dt are larger in the charging time (C + ΔC) T than in the charging time CT.

時刻tk3以降も同様に、制御部80は、充電時間をばらつかせる。この場合、上述のように、制御部80は、ばらついている充電時間の平均値が、テーブル81から抽出された充電時間CTに一致するように、充電時間をばらつかせる。   Similarly, after time tk3, control unit 80 varies the charging time. In this case, as described above, the control unit 80 varies the charging time so that the average value of the varying charging time matches the charging time CT extracted from the table 81.

上述のように、充電時間をばらつかせてスイッチング速度をばらつかせる場合には、ばらつかせる範囲の最大スイッチング速度で、リンギング電圧の上限が満たされるようにしておく必要がある。例えば充電時間が85[ns]では、リンギング電圧の上限を超えてしまう場合には、テーブル81に保存される充電時間は、例えば75[ns]としておく必要がある。   As described above, when the switching speed is varied by varying the charging time, it is necessary to satisfy the upper limit of the ringing voltage at the maximum switching speed within the range of variation. For example, when the charging time is 85 [ns], if the upper limit of the ringing voltage is exceeded, the charging time stored in the table 81 needs to be set to 75 [ns], for example.

また、図38では、充電時間をCT、(C+ΔC)T、(C−ΔC)Tの3種類でばらつかせているが、本開示は、これに限られない。例えば、充電時間をCT、(C+ΔC)T、(C−ΔC)T、(C+2×ΔC)T、(C−2×ΔC)Tの5種類でばらつかせてもよい。要は、ばらつかせた充電時間の平均値が、テーブル81に保存されている充電時間に一致すればよい。   In FIG. 38, the charging time is varied in three types of CT, (C + ΔC) T, and (C−ΔC) T, but the present disclosure is not limited to this. For example, the charging time may vary in five types: CT, (C + ΔC) T, (C−ΔC) T, (C + 2 × ΔC) T, and (C−2 × ΔC) T. In short, it is only necessary that the average value of the varied charging times matches the charging time stored in the table 81.

次に、図39、図40を用いて、電圧変化率dV(L)/dt,dV(H)/dtが微小値ずつ拡散されることによる効果が説明される。   Next, the effect of diffusing the voltage change rates dV (L) / dt and dV (H) / dt by minute values will be described with reference to FIGS.

図39は、拡散に用いる理想台形波を説明する図である。図39において、セクション(a)は、理想台形波の立上り波形を示し、セクション(b)は、理想台形波の立下り波形を示す。セクション(a)、(b)において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。セクション(c)は、電圧変化率dV/dtが8〜16の9種類の理想台形波の立上り時間Tr及び逆数1/Trを示す。セクション(c)の最下段の理想台形波AVGの立上り時間は、その上の9種類の理想台形波の立上り時間の平均値である28[ns]になっている。   FIG. 39 is a diagram for explaining an ideal trapezoidal wave used for diffusion. In FIG. 39, section (a) shows the rising waveform of the ideal trapezoidal wave, and section (b) shows the falling waveform of the ideal trapezoidal wave. In sections (a) and (b), the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. Section (c) shows the rise time Tr and reciprocal 1 / Tr of nine types of ideal trapezoidal waves with a voltage change rate dV / dt of 8-16. The rise time of the ideal trapezoidal wave AVG at the bottom of section (c) is 28 [ns], which is the average value of the rise times of the nine ideal trapezoidal waves above it.

図40は、重ね合わされた理想台形波の高速フーリエ変換(FFT)の波形を概略的に示す図である。図40において、縦軸は実効電圧値を示し、横軸は周波数を示す。   FIG. 40 is a diagram schematically showing the waveform of the superposed ideal trapezoidal wave in the fast Fourier transform (FFT). In FIG. 40, the vertical axis represents the effective voltage value, and the horizontal axis represents the frequency.

図40に示される波形WV1は、図39のセクション(c)に示される、電圧変化率dV/dtが8〜16の9種類の理想台形波を拡散させたもののFFTである。波形WV2は、図39のセクション(c)の最下段に示される、立上り時間Trが9種類の理想台形波の立上り時間Trの平均値の28[ns]である理想台形波AVGのFFTである。   A waveform WV1 shown in FIG. 40 is an FFT of nine types of ideal trapezoidal waves having a voltage change rate dV / dt of 8 to 16 shown in section (c) of FIG. 39 diffused. A waveform WV2 is an FFT of an ideal trapezoidal wave AVG shown in the lowermost stage of the section (c) of FIG. 39, whose rise time Tr is 28 [ns] of the average value of the rise times Tr of nine types of ideal trapezoidal waves. .

理想台形波は、理論的に、n/Tr[MHz]に極小値を持ち、1.5×n/Tr[MHz]に極大値を持つ。理想台形波を拡散させると、この極小値及び極大値が分散されることになり、平均化される。このため、拡散された理想台形波を用いると、図40に示されるように、波形WV2に比べた波形WV1の実効電圧値の低減効果は、1.5×n/Tr[MHz]の極大値において最も大きくなる。スイッチング素子から出力される電圧波形の高調波成分の実効電圧値は、輻射ノイズ強度と正の相関がある。このため、拡散された理想台形波を用いると、輻射ノイズ強度を低減することができる。   The ideal trapezoidal wave theoretically has a minimum value at n / Tr [MHz] and a maximum value at 1.5 × n / Tr [MHz]. When the ideal trapezoidal wave is diffused, the minimum value and the maximum value are dispersed and averaged. For this reason, when a diffused ideal trapezoidal wave is used, as shown in FIG. 40, the effect of reducing the effective voltage value of the waveform WV1 compared to the waveform WV2 is a maximum value of 1.5 × n / Tr [MHz]. In the largest. The effective voltage value of the harmonic component of the voltage waveform output from the switching element has a positive correlation with the radiation noise intensity. For this reason, if a diffused ideal trapezoidal wave is used, the radiation noise intensity can be reduced.

以上説明されたように、第9実施形態では、充電時間をばらつかせて、電圧変化率(dV(H)/dt)、(dV(L)/dt)を拡散させている。これによって、第9実施形態によれば、発生する輻射ノイズのレベルが、許容レベルを超えないようにすることができる。   As described above, in the ninth embodiment, the charging time varies and the voltage change rates (dV (H) / dt) and (dV (L) / dt) are diffused. Thus, according to the ninth embodiment, the level of generated radiation noise can be prevented from exceeding an allowable level.

上記第9実施形態では、例えばテーブル81に保存されている全ての充電時間をばらつかせてもよい。代替的に、テーブル81に保存されている充電時間のうちで、輻射ノイズのレベルが許容レベルを超える箇所の充電時間のみ、ばらつかせるようにしてもよい。   In the ninth embodiment, for example, all charging times stored in the table 81 may be varied. Alternatively, among the charging times stored in the table 81, only the charging time at a location where the level of radiation noise exceeds the allowable level may be varied.

上記第9実施形態では、図2に示される駆動装置50を用いて、第1実施形態の手法により駆動部60が制御されているが、本開示の駆動装置50は、これに限られない。代替的に、図2に示される駆動装置50を用いて、第2実施形態、第3実施形態、第6実施形態のように、テーブルを作成してスイッチング速度を制御することにより、この第9実施形態の制御を実現するようにしてもよい。   In the ninth embodiment, the drive unit 60 is controlled by the method of the first embodiment using the drive device 50 shown in FIG. 2, but the drive device 50 of the present disclosure is not limited to this. Alternatively, by using the driving device 50 shown in FIG. 2 to create a table and control the switching speed as in the second embodiment, the third embodiment, and the sixth embodiment, the ninth embodiment can be realized. You may make it implement | achieve control of embodiment.

(その他)
(1)検出部70により検出される駆動状態として、上記第1〜第5、第9実施形態では、電流センサ71(図1)により検出される入力電流Iinが採用され、上記第6実施形態では、電圧センサ74(図1)により検出される出力電圧Voutが採用され、上記第7、第8実施形態では、電流センサ73(図1)により検出されるドレイン電流Idsが採用されている。しかし、本開示の駆動装置50は、これらに限られない。
(Other)
(1) In the first to fifth and ninth embodiments, the input current Iin detected by the current sensor 71 (FIG. 1) is adopted as the driving state detected by the detection unit 70, and the sixth embodiment The output voltage Vout detected by the voltage sensor 74 (FIG. 1) is employed, and the drain current Ids detected by the current sensor 73 (FIG. 1) is employed in the seventh and eighth embodiments. However, the driving device 50 of the present disclosure is not limited to these.

検出部70により検出される駆動状態として、例えば、電圧センサ72(図1)により検出される入力電圧Vinが採用されてもよく、あるいは、電流センサ75(図1)により検出される出力電流Ioutが採用されてもよく、温度センサ76又は温度センサ77(図1)により検出される接合温度Tjが採用されてもよい。   As the drive state detected by the detector 70, for example, the input voltage Vin detected by the voltage sensor 72 (FIG. 1) may be adopted, or the output current Iout detected by the current sensor 75 (FIG. 1). May be employed, and the junction temperature Tj detected by the temperature sensor 76 or the temperature sensor 77 (FIG. 1) may be employed.

さらに、検出部70により検出される駆動状態として、入力電流Iin、ドレイン電流Ids、及び出力電流Ioutのうちのいずれかの電流と、入力電圧Vin及び出力電圧Voutのうちのいずれかの電圧との組合せが採用されてもよい。この場合、充電時間などの制御パラメータが電流値及び電圧値に対応付けられたテーブルを作成すればよい。   Furthermore, as a driving state detected by the detection unit 70, any one of the input current Iin, the drain current Ids, and the output current Iout and any one of the input voltage Vin and the output voltage Vout Combinations may be employed. In this case, a table in which control parameters such as charging time are associated with current values and voltage values may be created.

(2)検出部70は、スイッチング素子Q11,Q12がスイッチングする際の電流、電圧を直接的に検出するのが好ましいが、これに限られない。検出部70は、例えば、DC−DCコンバータ20全体の入出力電流、入出力電圧(図1の例では、入力電源E11から流れ込む電流Iin、出力電流Iout、入力電圧Vin、出力電圧Vout)と、DC−DCコンバータ20の制御指令値(例えば、スイッチング素子Q11のオンデューティ比、オン期間、オフ期間、スイッチング周波数)又は回路定数(例えば、リアクトル71のインダクタンス値、平滑コンデンサC12の容量)などから、算出してもよい。すなわち、検出部70は、スイッチング素子Q11,Q12がスイッチングする際の電流、電圧を間接的に検出してもよい。   (2) Although it is preferable that the detection unit 70 directly detects the current and voltage when the switching elements Q11 and Q12 are switched, the present invention is not limited to this. The detection unit 70 includes, for example, input / output currents and input / output voltages of the entire DC-DC converter 20 (current Iin, output current Iout, input voltage Vin, output voltage Vout flowing from the input power supply E11 in the example of FIG. 1), From the control command value of the DC-DC converter 20 (for example, the on-duty ratio, on-period, off-period, switching frequency of the switching element Q11) or circuit constant (for example, the inductance value of the reactor 71, the capacity of the smoothing capacitor C12), etc. It may be calculated. That is, the detection unit 70 may indirectly detect current and voltage when the switching elements Q11 and Q12 are switched.

(3)上記各実施形態では、スイッチング素子Q12は、Nチャネル型MOSFETで構成されているが、本開示は、これに限られない。例えば、スイッチング素子Q12として、ダイオードが採用されてもよい。   (3) In each of the above embodiments, the switching element Q12 is configured by an N-channel MOSFET, but the present disclosure is not limited to this. For example, a diode may be employed as the switching element Q12.

(4)上記各実施形態では、スイッチング素子Q11をターンオンさせる場合について説明されているが、スイッチング素子Q11をターンオフさせる場合についても、同様に制御することができる。   (4) In each of the above embodiments, the case where the switching element Q11 is turned on has been described. However, the same control can be performed when the switching element Q11 is turned off.

(5)上記第4実施形態では、変更できるスイッチング速度の種類は、スイッチ及び抵抗の直列回路の個数に依存する。これに対して、上記第1〜第3、第5、及び第6実施形態では、駆動状態の区分を増やして、設定時間の種類を増やすことにより、変更できるスイッチング速度の種類を増やすことができる。したがって、上記第1〜第3、第5、及び第6実施形態によれば、上記第4実施形態に比べて、スイッチの個数及び信号線の本数を増やすことなく、スイッチング速度をきめ細かく制御することができる。   (5) In the fourth embodiment, the type of switching speed that can be changed depends on the number of series circuits of switches and resistors. In contrast, in the first to third, fifth, and sixth embodiments, the types of switching speed that can be changed can be increased by increasing the number of types of setting time by increasing the number of driving states. . Therefore, according to the first to third, fifth, and sixth embodiments, the switching speed is finely controlled without increasing the number of switches and the number of signal lines as compared with the fourth embodiment. Can do.

(6)上記実施形態において、駆動部60の回路構成が同じ複数の実施形態を組み合わせてもよい。例えば第1実施形態と第2実施形態とを組み合わせて、0<ID≦5の場合に充電時間65ns、放電時間60nsに設定し、5<ID≦10の場合に充電時間70ns、放電時間65nsに設定し、10<ID≦15の場合に充電時間75ns、放電時間55nsに設定し、15<ID≦20の場合に充電時間80ns、放電時間50nsに設定してもよい。   (6) In the above embodiment, a plurality of embodiments having the same circuit configuration of the drive unit 60 may be combined. For example, by combining the first embodiment and the second embodiment, when 0 <ID ≦ 5, the charging time is 65 ns and the discharging time is 60 ns. When 5 <ID ≦ 10, the charging time is 70 ns and the discharging time is 65 ns. The charging time may be set to 75 ns and the discharging time 55 ns when 10 <ID ≦ 15, and the charging time may be set to 80 ns and the discharging time 50 ns when 15 <ID ≦ 20.

また、例えば第2実施形態と第3実施形態とを組み合わせて、0<ID≦2.5の場合に放電時間60ns、プリチャージ時間60nsに設定し、2.5<ID≦10の場合に放電時間65ns、プリチャージ時間70nsに設定し、10<ID≦15の場合に放電時間55ns、プリチャージ時間75nsに設定し、15<ID≦20の場合に放電時間50ns、プリチャージ時間75nsに設定してもよい。   Further, for example, the second embodiment and the third embodiment are combined to set the discharge time 60 ns and the precharge time 60 ns when 0 <ID ≦ 2.5, and the discharge when 2.5 <ID ≦ 10. Set to 65 ns time and 70 ns precharge time, set to 55 ns discharge time and 75 ns precharge time if 10 <ID ≦ 15, set to 50 ns discharge time and 75 ns precharge time if 15 <ID ≦ 20 May be.

このように実施形態を組み合わせることによって、多様にスイッチング速度を制御することができる。   By combining the embodiments as described above, the switching speed can be controlled in various ways.

本開示は、DC−DCコンバータといったパワーデバイスの技術分野にとって有用である。   The present disclosure is useful for the technical field of power devices such as DC-DC converters.

50 駆動装置
60 駆動部
70 検出部
71,73,75 電流センサ
72,74 電圧センサ
80 制御部
81,82,83 テーブル
D2 ダイオード
Ids ドレイン電流
Iin 入力電流
Iout 出力電流
L1 コイル
Lt1 入力側端子
Lt2 出力側端子
Q11,Q12 スイッチング素子
SW1,SW3,SW4 スイッチ
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
50 drive device 60 drive unit 70 detection unit 71, 73, 75 current sensor 72, 74 voltage sensor 80 control unit 81, 82, 83 table D2 diode Ids drain current Iin input current Iout output current L1 coil Lt1 input side terminal Lt2 output side Terminal Q11, Q12 Switching element SW1, SW3, SW4 Switch Vin Input voltage Vout Output voltage

Claims (12)

制御端子、第1導通端子、及び第2導通端子を備えるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
前記スイッチング素子の導通電流、印加電圧、温度のうち少なくとも1つを直接的又は間接的に前記スイッチング素子の駆動状態として検出する検出部と、
前記スイッチング素子の前記制御端子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動部を制御して、前記検出された駆動状態に応じて前記スイッチング素子のスイッチング速度を変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記駆動状態の変動範囲が区分けされた複数の区分と、前記複数の区分の各々において所定の駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する制御パラメータとが対応付けられた設定情報を予め保持し、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記制御パラメータを前記設定情報から抽出し、前記抽出した制御パラメータに基づいて前記駆動部を制御する、
駆動装置。
A driving device for driving a switching element including a control terminal, a first conduction terminal, and a second conduction terminal,
A detection unit that detects at least one of a conduction current, an applied voltage, and a temperature of the switching element directly or indirectly as a driving state of the switching element;
A drive unit that outputs a drive signal to the control terminal of the switching element;
A controller that controls the drive unit to change a switching speed of the switching element according to the detected drive state;
With
The control unit includes a plurality of sections in which the driving state variation ranges are divided, and a control parameter that defines a highest switching speed among the switching speeds satisfying a predetermined driving condition in each of the plurality of sections. Corresponding setting information is stored in advance, the control parameter corresponding to the section including the detected drive state is extracted from the setting information, and the drive unit is controlled based on the extracted control parameter ,
Drive device.
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記制御パラメータを前記設定情報から抽出する処理を、前記スイッチング素子のオンオフの1サイクル毎に実行する、
請求項1に記載の駆動装置。
The control unit executes a process of extracting the control parameter corresponding to the section including the detected drive state from the setting information for each cycle of ON / OFF of the switching element.
The drive device according to claim 1.
前記制御部は、前記抽出した制御パラメータに平均値が一致するように所定範囲でばらつかせた前記制御パラメータを用いて、前記駆動部を制御する、
請求項1又は2に記載の駆動装置。
The control unit controls the driving unit using the control parameter that is dispersed in a predetermined range so that an average value matches the extracted control parameter.
The drive device according to claim 1 or 2.
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフするクランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチのオン時間である充電時間であり、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記充電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記充電時間を前記設定情報から抽出し、前記抽出した充電時間を前記充電用スイッチのオン時間に設定する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の駆動装置。
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameter is a charging time which is an on time of the charging switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the charging time that defines the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections.
The control unit extracts the charging time corresponding to the classification including the detected driving state from the setting information, and sets the extracted charging time to an on time of the charging switch.
The drive device according to claim 1.
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフするクランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチのターンオフから前記クランプスイッチのターンオンまでの時間である放電時間であり、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記放電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記放電時間を前記設定情報から抽出し、前記充電用スイッチ及び前記クランプスイッチを前記抽出した放電時間で駆動させる、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の駆動装置。
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameter is a discharge time which is a time from the turn-off of the charging switch to the turn-on of the clamp switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the discharge time that defines the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections.
The control unit extracts the discharge time corresponding to the section including the detected drive state from the setting information, and drives the charging switch and the clamp switch with the extracted discharge time.
The drive device according to claim 1.
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第1クランプスイッチと、
前記第2電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第2電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第2クランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をオン状態にさせる時間であるプリチャージ時間であり、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記プリチャージ時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記プリチャージ時間を前記設定情報から抽出し、前記抽出したプリチャージ時間の間、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をオン状態にさせ、前記抽出したプリチャージ時間が経過すると、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をターンオフさせる、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の駆動装置。
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A first clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A second clamp switch connected between the second potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the second potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameter is a precharge time that is a time for turning on both the charging switch and the second clamp switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the precharge time that defines the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections.
The control unit extracts the precharge time corresponding to the section including the detected driving state from the setting information, and the charging switch and the second clamp switch during the extracted precharge time. Both are turned on, and when the extracted precharge time has elapsed, both the charging switch and the second clamp switch are turned off.
The drive device according to claim 1.
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフするクランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチのオン時間である充電時間と、前記充電用スイッチのターンオフから前記クランプスイッチのターンオンまでの時間である放電時間とを含み、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記充電時間及び前記放電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記充電時間及び前記放電時間を前記設定情報から抽出し、前記抽出した充電時間を前記充電用スイッチのオン時間に設定し、かつ、前記充電用スイッチのターンオフから前記抽出した放電時間が経過すると、前記クランプスイッチをターンオンさせる、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の駆動装置。
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameters include a charging time that is an on time of the charging switch, and a discharging time that is a time from the turning off of the charging switch to the turning on of the clamp switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the charging time and the discharging time that define the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections. ,
The control unit extracts the charging time and the discharging time corresponding to the classification including the detected driving state from the setting information, and sets the extracted charging time as an ON time of the charging switch. And, when the extracted discharge time has elapsed from the turn-off of the charging switch, the clamp switch is turned on.
The drive device according to claim 1.
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続されるコイルと、
前記第1電位線と前記コイルの前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記コイルとの間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第1クランプスイッチと、
前記第2電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第2電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第2クランプスイッチと、
アノードが前記第2電位線に接続され、カソードが前記コイルの前記第1端子に接続された充電用ダイオードと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をオン状態にさせる時間であるプリチャージ時間と、前記充電用スイッチのターンオフから前記第1クランプスイッチのターンオンまでの時間である放電時間とを含み、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記プリチャージ時間及び前記放電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記プリチャージ時間及び前記放電時間を前記設定情報から抽出し、前記抽出したプリチャージ時間の間、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をオン状態にさせ、前記抽出したプリチャージ時間が経過すると、前記充電用スイッチ及び前記第2クランプスイッチの両方をターンオフさせ、かつ、前記充電用スイッチのターンオフから前記抽出した放電時間が経過すると、前記第1クランプスイッチをターンオンさせる、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の駆動装置。
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A coil having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the coil, and for turning on and off the energization between the first potential line and the coil;
A first clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A second clamp switch connected between the second potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the second potential line and the control terminal of the switching element;
A charging diode having an anode connected to the second potential line and a cathode connected to the first terminal of the coil;
Including
The control parameter includes a precharge time that is a time for turning on both the charging switch and the second clamp switch, and a discharge that is a time from turning off the charging switch to turning on the first clamp switch. Including time,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the precharge time and the discharge time that define the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections. And
The control unit extracts the precharge time and the discharge time corresponding to the section including the detected drive state from the setting information, and the charging switch and the charge during the extracted precharge time When both of the second clamp switches are turned on and the extracted precharge time has elapsed, both the charging switch and the second clamp switch are turned off, and the extracted from the turn-off of the charging switch. When the discharge time has elapsed, the first clamp switch is turned on.
The drive device according to claim 1.
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフするクランプスイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に、前記クランプスイッチと直列に接続された第1抵抗素子と、
第1端子と第2端子とを有し、前記第2端子が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続され、前記第1抵抗素子より高い又は低い抵抗値を有する第2抵抗素子と、
前記第1電位線と前記第2抵抗素子の前記第1端子との間に接続され、前記第1電位線と前記第2抵抗素子との間の通電をオンオフする充電用スイッチと、
を含み、
前記制御パラメータは、前記充電用スイッチのオン時間である充電時間であり、
前記設定情報では、前記複数の区分と、前記複数の区分の各々において前記駆動条件を満たす前記スイッチング速度のうちで最も高いスイッチング速度を規定する前記充電時間とが対応付けられており、
前記制御部は、前記検出された駆動状態が含まれる前記区分に対応する前記充電時間を前記設定情報から抽出し、前記充電用スイッチをターンオンさせてから前記抽出した充電時間が経過すると、前記充電用スイッチをターンオフさせ、かつ、前記クランプスイッチをターンオンさせる、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の駆動装置。
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A first resistance element connected in series with the clamp switch between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A second resistance element having a first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to the control terminal of the switching element, and has a resistance value higher or lower than the first resistance element;
A charging switch connected between the first potential line and the first terminal of the second resistance element, and for turning on and off the energization between the first potential line and the second resistance element;
Including
The control parameter is a charging time which is an on time of the charging switch,
In the setting information, the plurality of sections are associated with the charging time that defines the highest switching speed among the switching speeds that satisfy the driving condition in each of the plurality of sections.
The control unit extracts the charging time corresponding to the category including the detected driving state from the setting information, and when the extracted charging time elapses after the charging switch is turned on, the charging Turning off the switch for turning on and turning on the clamp switch,
The drive device according to claim 1.
制御端子を備えるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
前記スイッチング素子の前記制御端子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動部を制御して、前記スイッチング素子の駆動状態に応じて前記スイッチング素子のスイッチング速度を変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記スイッチング速度を規定する制御パラメータをばらつかせ、前記ばらつかせた制御パラメータを用いて、前記駆動部を制御する、
駆動装置。
A driving device for driving a switching element including a control terminal,
A drive unit that outputs a drive signal to the control terminal of the switching element;
A controller that controls the drive unit to change a switching speed of the switching element according to a driving state of the switching element;
With
The control unit varies the control parameter that defines the switching speed, and controls the drive unit using the varied control parameter.
Drive device.
制御端子、第1導通端子、及び第2導通端子を備えるスイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
前記スイッチング素子の導通電流、印加電圧、温度のうち少なくとも1つを直接的又は間接的に前記スイッチング素子の駆動状態として検出する検出部と、
前記スイッチング素子の前記制御端子に駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動部を制御して、前記検出された駆動状態に応じて前記スイッチング素子のスイッチング速度を変更する制御部と、
を備え、
前記駆動部は、
第1電位を与える第1電位線と、
前記スイッチング素子の前記第1導通端子に接続され、前記第1電位よりも小さい第2電位を与える第2電位線と、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第1のクランプスイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に、前記第1のクランプスイッチと直列に接続された第1の抵抗素子と、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に前記第1のクランプスイッチと並列に接続され、前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間の通電をオンオフする第2のクランプスイッチと、
前記第1電位線と前記スイッチング素子の前記制御端子との間に、前記第2のクランプスイッチと直列に接続され、前記第1の抵抗素子と異なる抵抗値を有する第2の抵抗素子と、
を含み、
前記制御部は、前記駆動状態の変動範囲が区分けされた第1の区分と前記第1のクランプスイッチとが対応付けられ、かつ、前記駆動状態の変動範囲が区分けされた前記第1の区分と異なる第2の区分と前記第2のクランプスイッチとが対応付けられた設定情報を予め保持し、前記検出された駆動状態が含まれる区分に対応する前記第1のクランプスイッチ又は前記第2のクランプスイッチを前記設定情報から抽出し、前記抽出した前記第1のクランプスイッチ又は前記第2のクランプスイッチを用いる、
駆動装置。
A driving device for driving a switching element including a control terminal, a first conduction terminal, and a second conduction terminal,
A detection unit that detects at least one of a conduction current, an applied voltage, and a temperature of the switching element directly or indirectly as a driving state of the switching element;
A drive unit that outputs a drive signal to the control terminal of the switching element;
A controller that controls the drive unit to change a switching speed of the switching element according to the detected drive state;
With
The drive unit is
A first potential line for applying a first potential;
A second potential line connected to the first conduction terminal of the switching element and providing a second potential smaller than the first potential;
A first clamp switch connected between the first potential line and the control terminal of the switching element, and for turning on and off the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element;
A first resistance element connected in series with the first clamp switch between the first potential line and the control terminal of the switching element;
The first clamp line is connected in parallel with the first clamp line between the first potential line and the control terminal of the switching element to turn on and off the energization between the first potential line and the control terminal of the switching element. A second clamp switch;
A second resistance element connected in series with the second clamp switch between the first potential line and the control terminal of the switching element, and having a resistance value different from that of the first resistance element;
Including
The control unit is associated with the first section in which the fluctuation range of the driving state is divided and the first clamp switch, and the first section in which the fluctuation range of the driving state is divided. The first clamp switch or the second clamp corresponding to the section including the detected drive state, which holds setting information in which the different second section and the second clamp switch are associated in advance. A switch is extracted from the setting information, and the extracted first clamp switch or the second clamp switch is used.
Drive device.
入力される電力を変換して出力する電力変換装置であって、
前記スイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動する請求項1〜11のいずれか1項に記載の駆動装置とを備える、
電力変換装置。
A power conversion device that converts input power and outputs the power,
The switching element;
The driving device according to any one of claims 1 to 11, which drives the switching element.
Power conversion device.
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