JP2016131464A - DCDC converter - Google Patents

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靖弘 小池
Yasuhiro Koike
靖弘 小池
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DCDC converter capable of reducing transformer core loss during low current flowing and reducing thermal loss during high current flowing.SOLUTION: A transformer 20 includes a conversion part 30, a rectification part 40 and a smoothing coil 50. When high current higher than a threshold is flowing, operation is performed in a continuous mode by increasing an inductance value of the smoothing coil 50. When low current lower than a threshold is flowing, operation is performed in a discontinuous mode by decreasing an inductance value of the smoothing coil 50.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、DCDCコンバータに関するものである。   The present invention relates to a DCDC converter.

トランスを有するDCDCコンバータにおいてトランスコア損失はET積に依存することが知られている(例えば、特許文献1参照)。   It is known that the transformer core loss depends on the ET product in a DCDC converter having a transformer (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−226905号公報JP 2010-226905 A

車載用のDCDCコンバータにおいて車両モード燃費の改善を図るべく低電流域の損失を低減したいが低電流領域ではトランスコア損失が大きく、また、高電流域では熱損失の問題がある。   In an in-vehicle DCDC converter, it is desired to reduce the loss in the low current region in order to improve the vehicle mode fuel efficiency. However, the transformer core loss is large in the low current region, and there is a problem of heat loss in the high current region.

本発明の目的は、低電流時にトランスコア損失を低減できるとともに高電流時に熱損失を低減できるDCDCコンバータを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a DCDC converter capable of reducing transformer core loss at a low current and reducing heat loss at a high current.

請求項1に記載の発明では、一次巻線および二次巻線を有するトランスと、前記トランスの一次巻線に接続され、直流を交流に変換する変換部と、前記トランスの二次巻線に接続された整流部と、前記トランスの二次巻線に接続された平滑コイルと、を備えたDCDCコンバータであって、閾値よりも高い高電流時には前記平滑コイルのインダクタンス値を大きくして連続モードで動作するとともに閾値よりも低い低電流時には前記平滑コイルのインダクタンス値を小さくして不連続モードで動作することを要旨とする。   In the first aspect of the present invention, a transformer having a primary winding and a secondary winding, a converter connected to the primary winding of the transformer and converting direct current to alternating current, and a secondary winding of the transformer A DCDC converter comprising a connected rectifying unit and a smoothing coil connected to the secondary winding of the transformer, wherein the inductance value of the smoothing coil is increased at a high current higher than a threshold value to increase the continuous mode. The gist is to operate in the discontinuous mode by reducing the inductance value of the smoothing coil when the current is lower than the threshold and the current is lower.

請求項1に記載の発明によれば、閾値よりも高い高電流時においては、平滑コイルのインダクタンス値を大きくして連続モードで動作することにより高電流時に熱損失を低減することができる。また、閾値よりも低い低電流時には、平滑コイルのインダクタンス値を小さくすることにより不連続モードで動作することができ、これによりET積を小さくすることができる。よって、低電流時にトランスコア損失を低減できるとともに高電流時に熱損失を低減できる。   According to the first aspect of the present invention, when the current is higher than the threshold value, the inductance value of the smoothing coil is increased to operate in the continuous mode, thereby reducing the heat loss at the time of the high current. Further, when the current is lower than the threshold value, it is possible to operate in the discontinuous mode by reducing the inductance value of the smoothing coil, thereby reducing the ET product. Therefore, the transformer core loss can be reduced at a low current, and the heat loss can be reduced at a high current.

請求項2に記載のように、請求項1に記載のDCDCコンバータにおいて、低電流時には前記変換部のスイッチング素子のデューティを小さくするとよい。
請求項3に記載のように、請求項1または2に記載のDCDCコンバータにおいて、前記平滑コイルは、第1のコイルと第2のコイルを有し、低電流時にオンするスイッチと前記第2のコイルとの直列回路が、前記第1のコイルと並列に接続されているとよい。
As described in claim 2, in the DCDC converter according to claim 1, when the current is low, the duty of the switching element of the conversion unit may be reduced.
The DCDC converter according to claim 1 or 2, wherein the smoothing coil includes a first coil and a second coil, a switch that is turned on at a low current, and the second DC / DC converter. A series circuit with the coil may be connected in parallel with the first coil.

請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれか1項に記載のDCDCコンバータにおいて、ハイブリッド車用の車載DCDCコンバータであるとよい。   As described in claim 4, in the DCDC converter according to any one of claims 1 to 3, it may be an in-vehicle DCDC converter for a hybrid vehicle.

本発明によれば、低電流時にトランスコア損失を低減できるとともに高電流時に熱損失を低減できる。   According to the present invention, the transformer core loss can be reduced at a low current, and the heat loss can be reduced at a high current.

実施形態における車載機器の構成図。The block diagram of the vehicle equipment in embodiment. 実施形態におけるDCDCコンバータの回路構成図。The circuit block diagram of the DCDC converter in embodiment. 実施形態の作用を説明するためのタイムチャートであり、(a)はメインスイッチング素子の状態を示し、(b)は補助スイッチング素子の状態を示し、(c)はスイッチの状態を示し、(d)はコイル電流の推移を示す。It is a time chart for demonstrating the effect | action of embodiment, (a) shows the state of a main switching element, (b) shows the state of an auxiliary switching element, (c) shows the state of a switch, (d ) Shows the transition of the coil current. 実施形態の作用を説明するためのタイムチャートであり、(a)はメインスイッチング素子の状態を示し、(b)は補助スイッチング素子の状態を示し、(c)はスイッチの状態を示し、(d)はコイル電流の推移を示し、(e)はトランス印加電圧の推移を示す。It is a time chart for demonstrating the effect | action of embodiment, (a) shows the state of a main switching element, (b) shows the state of an auxiliary switching element, (c) shows the state of a switch, (d ) Shows the transition of the coil current, and (e) shows the transition of the transformer applied voltage. (a)は実施形態におけるコイル電流と平滑コイルのインダクタンス値との関係を説明するための説明図、(b)はコイル電流と効率との関係を示す説明図。(A) is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the coil current in embodiment, and the inductance value of a smooth coil, (b) is explanatory drawing which shows the relationship between a coil current and efficiency. 比較例を説明するためのタイムチャートであり、(a)はメインスイッチング素子の状態を示し、(b)は補助スイッチング素子の状態を示し、(c)はコイル電流の推移を示す。It is a time chart for demonstrating a comparative example, (a) shows the state of a main switching element, (b) shows the state of an auxiliary switching element, (c) shows transition of coil current. 比較例を説明するためのタイムチャートであり、(a)はメインスイッチング素子の状態を示し、(b)は補助スイッチング素子の状態を示し、(c)はコイル電流の推移を示し、(d)はトランス印加電圧の推移を示す。It is a time chart for demonstrating a comparative example, (a) shows the state of a main switching element, (b) shows the state of an auxiliary switching element, (c) shows transition of a coil current, (d) Indicates the transition of the voltage applied to the transformer.

図1に示すように、ハイブリッド車には、直流電源としての300Vの高圧バッテリ10と、インバータ11と、走行モータ12と、DCDCコンバータ13と、複数の補機14と、12Vの低圧バッテリ15と、が搭載されている。高圧バッテリ10にはインバータ11を介して走行モータ12が接続され、高圧バッテリ10の直流電力がインバータ11により交流に変換されて走行モータ12に供給される。走行モータ12は交流電力の供給により駆動されて車輪を回転させて走行に供する。   As shown in FIG. 1, the hybrid vehicle includes a 300V high-voltage battery 10 as a DC power source, an inverter 11, a travel motor 12, a DCDC converter 13, a plurality of auxiliary machines 14, and a 12V low-voltage battery 15. , Is installed. A traveling motor 12 is connected to the high voltage battery 10 via an inverter 11, and direct current power of the high voltage battery 10 is converted into alternating current by the inverter 11 and supplied to the traveling motor 12. The traveling motor 12 is driven by the supply of alternating current power to rotate the wheels for traveling.

高圧バッテリ10にはDCDCコンバータ13が接続され、DCDCコンバータ13において高圧バッテリ10の300Vの電力を入力して12Vに降圧して出力する。DCDCコンバータ13の出力側には各補機14および12Vの低圧バッテリ15が接続されている。各補機14はDCDCコンバータ13から12Vの電力供給により駆動することができる。また、低圧バッテリ15は、DCDCコンバータ13から12Vの電力供給により充電される。   A DCDC converter 13 is connected to the high-voltage battery 10. The DCDC converter 13 inputs 300 V power of the high-voltage battery 10, steps down to 12 V, and outputs it. Each auxiliary machine 14 and a 12V low voltage battery 15 are connected to the output side of the DCDC converter 13. Each auxiliary machine 14 can be driven by supplying 12V power from the DCDC converter 13. The low voltage battery 15 is charged by supplying 12V power from the DCDC converter 13.

なお、ハイブリッド車においては走行モータとバッテリに加えて動力源としてエンジンが搭載されている。
ハイブリッド車用の車載DCDCコンバータであるDCDCコンバータ13の構成を図2に示す。
In the hybrid vehicle, an engine is mounted as a power source in addition to the travel motor and the battery.
FIG. 2 shows the configuration of a DCDC converter 13 that is an in-vehicle DCDC converter for a hybrid vehicle.

図2に示すように、DCDCコンバータ13は、アクティブクランプ型DCDCコンバータ(アクティブクランプフォワードコンバータ)である。
DCDCコンバータ13は、トランス20と、変換部30と、整流部40と、平滑コイル50と、コンデンサ60と、電流センサ70と、スイッチ80と、制御回路90,91と、を備える。変換部30は、メインスイッチング素子31と、クランプコンデンサ32と、補助スイッチング素子33を有する。整流部40は、2つのダイオード41,42を有する。平滑コイル50は、2つのコイル(チョークコイル)51,52を有し、コイル52は低電流用コイルである。平滑コイル50とコンデンサ60により平滑回路が構成されている。
As shown in FIG. 2, the DCDC converter 13 is an active clamp type DCDC converter (active clamp forward converter).
The DCDC converter 13 includes a transformer 20, a converter 30, a rectifier 40, a smoothing coil 50, a capacitor 60, a current sensor 70, a switch 80, and control circuits 90 and 91. The conversion unit 30 includes a main switching element 31, a clamp capacitor 32, and an auxiliary switching element 33. The rectifying unit 40 has two diodes 41 and 42. The smoothing coil 50 has two coils (choke coils) 51 and 52, and the coil 52 is a low current coil. A smoothing circuit is configured by the smoothing coil 50 and the capacitor 60.

トランス20は、一次巻線21および二次巻線22を有する。
変換部30は、トランス20の一次巻線21に接続され、直流を交流に変換する。変換部30におけるメインスイッチング素子31は、トランス20の一次巻線21に直列に接続され、その一次巻線21とともに高圧バッテリ10に並列に接続される。クランプコンデンサ32は、リセット用コンデンサである。補助スイッチング素子33は、クランプコンデンサ32に直列に接続され、そのクランプコンデンサ32とともに一次巻線21に並列接続されている。補助スイッチング素子33とクランプコンデンサ32の直列回路によりアクティブクランプ回路が構成されている。
The transformer 20 has a primary winding 21 and a secondary winding 22.
The converter 30 is connected to the primary winding 21 of the transformer 20 and converts direct current into alternating current. The main switching element 31 in the conversion unit 30 is connected in series to the primary winding 21 of the transformer 20, and is connected in parallel to the high voltage battery 10 together with the primary winding 21. The clamp capacitor 32 is a reset capacitor. The auxiliary switching element 33 is connected in series to the clamp capacitor 32, and is connected in parallel to the primary winding 21 together with the clamp capacitor 32. An active clamp circuit is configured by a series circuit of the auxiliary switching element 33 and the clamp capacitor 32.

メインスイッチング素子31および補助スイッチング素子33は、MOSFETを用いている。メインスイッチング素子31および補助スイッチング素子33は、MOSFETの代わりに、ダイオードが並列接続されるIGBTを用いてもよい。   The main switching element 31 and the auxiliary switching element 33 use MOSFETs. The main switching element 31 and the auxiliary switching element 33 may use IGBTs having diodes connected in parallel instead of MOSFETs.

なお、制御回路90は、平滑回路(コイル51,52、コンデンサ60)から出力される直流電圧Voutを検知している。
整流部40は、トランス20の二次巻線22に接続されている。整流部40は、交流を直流にする。整流部40における第1のダイオード41は、トランス20の二次巻線22側のグランドにアノードが接続され、トランス20の二次巻線22の一方端にカソードが接続されている。第2のダイオード42は、第1のダイオード41のアノードにアノードが接続され、トランス20の二次巻線22の他方端にカソードが接続されている。
The control circuit 90 detects the DC voltage Vout output from the smoothing circuit (coils 51 and 52, capacitor 60).
The rectifying unit 40 is connected to the secondary winding 22 of the transformer 20. The rectification unit 40 turns alternating current into direct current. The first diode 41 in the rectifying unit 40 has an anode connected to the ground on the secondary winding 22 side of the transformer 20 and a cathode connected to one end of the secondary winding 22 of the transformer 20. The second diode 42 has an anode connected to the anode of the first diode 41 and a cathode connected to the other end of the secondary winding 22 of the transformer 20.

平滑コイル50は、トランス20の二次巻線22に接続されている。平滑回路を構成するコンデンサ60は、ダイオード42に並列接続されている。平滑コイル50を構成する第1のコイル51は、トランス20の二次巻線22とコンデンサ60との間に設けられている。第2のコイル52に対しスイッチ80が直列に接続されている。この直列回路が第1のコイル51に並列に接続されている。スイッチ80は、制御回路91により開閉、即ち、オン/オフ制御される。   The smoothing coil 50 is connected to the secondary winding 22 of the transformer 20. The capacitor 60 constituting the smoothing circuit is connected in parallel to the diode 42. The first coil 51 constituting the smoothing coil 50 is provided between the secondary winding 22 of the transformer 20 and the capacitor 60. A switch 80 is connected in series to the second coil 52. This series circuit is connected in parallel to the first coil 51. The switch 80 is opened / closed, that is, turned on / off by the control circuit 91.

スイッチ80は、低電流時にオンする。このように、平滑コイル50は、第1のコイル51と第2のコイル52を有し、低電流時にオンするスイッチ80と第2のコイル52との直列回路が、第1のコイル51と並列に接続されている。   The switch 80 is turned on when the current is low. As described above, the smoothing coil 50 includes the first coil 51 and the second coil 52, and the series circuit of the switch 80 and the second coil 52 that is turned on when the current is low is in parallel with the first coil 51. It is connected to the.

第1のコイル51のインダクタンス値と第2のコイル52のインダクタンス値については、例えば、第1のコイル51のインダクタンス値は大きく、第2のコイル52のインダクタンス値は小さい。この場合には、第2のコイル52とスイッチ80とは、電流容量が小さいものを使用することができる。   Regarding the inductance value of the first coil 51 and the inductance value of the second coil 52, for example, the inductance value of the first coil 51 is large and the inductance value of the second coil 52 is small. In this case, as the second coil 52 and the switch 80, those having a small current capacity can be used.

なお、スイッチ80は、リレーで構成しても、スイッチング素子で構成してもよい。
電流センサ70は、平滑コイル50を流れるコイル電流を検出する。即ち、スイッチ80のオフ時には第1のコイル51を流れる電流i1を、また、スイッチ80のオン時には第1のコイル51を流れる電流i1と第2のコイル52を流れる電流i2との和を検出する。その検出結果は制御回路90,91に送られる。よって、制御回路90および制御回路91は、平滑コイル50を流れるコイル電流を検知することができる。
The switch 80 may be configured with a relay or a switching element.
The current sensor 70 detects a coil current flowing through the smoothing coil 50. That is, the current i1 flowing through the first coil 51 is detected when the switch 80 is turned off, and the sum of the current i1 flowing through the first coil 51 and the current i2 flowing through the second coil 52 is detected when the switch 80 is turned on. . The detection result is sent to the control circuits 90 and 91. Therefore, the control circuit 90 and the control circuit 91 can detect the coil current flowing through the smoothing coil 50.

制御回路90は、メインスイッチング素子31および補助スイッチング素子33を制御する。このとき、制御回路90は、メインスイッチング素子31をオンさせているときに補助スイッチング素子33をオフさせ、メインスイッチング素子31をオフさせているときに補助スイッチング素子33をオンさせる。つまり、DCDCコンバータ13の運転時にメインスイッチング素子31および補助スイッチング素子33を交互にオン/オフして高圧バッテリ10の電力をトランス20に供給するとともに、両スイッチング素子31,33を、一次巻線21を流れる電流の向きの変化に同期して相補的にオン/オフ、即ち交互にオン、オフする。   The control circuit 90 controls the main switching element 31 and the auxiliary switching element 33. At this time, the control circuit 90 turns off the auxiliary switching element 33 when the main switching element 31 is turned on, and turns on the auxiliary switching element 33 when the main switching element 31 is turned off. That is, when the DCDC converter 13 is operated, the main switching element 31 and the auxiliary switching element 33 are alternately turned on / off to supply the power of the high-voltage battery 10 to the transformer 20, and both the switching elements 31, 33 are connected to the primary winding 21. Are complementarily turned on / off in synchronism with the change in the direction of the current flowing through them.

この際、制御回路90は、メインスイッチング素子31の駆動信号のデューティを制御することにより平滑回路(コイル51,52、コンデンサ60)から出力される直流電圧Voutを一定に保つ。   At this time, the control circuit 90 keeps the DC voltage Vout output from the smoothing circuit (coils 51, 52, capacitor 60) constant by controlling the duty of the drive signal of the main switching element 31.

アクティブクランプ型DCDCコンバータ13において、メインスイッチング素子31がオンすると、高圧バッテリ10からトランス20の一次巻線21へ励磁電流が流れ、トランス20に生じる起電力によってダイオード41に電流が流れる。そして、ダイオード41に流れる電流がダイオード41,42からなる整流部40や平滑コイル50(コイル51,52)およびコンデンサ60からなる平滑回路を介して直流電力として負荷(図1の補機14等)側へ出力される。また、メインスイッチング素子31がオフすると、平滑コイル50(コイル51,52)に生じる起電力によってダイオード42に電流が流れる。そして、ダイオード42に流れる電流が、平滑コイル50(コイル51,52)およびコンデンサ60からなる平滑回路を介して直流電力として負荷(図1の補機14等)側へ出力される。   In the active clamp type DCDC converter 13, when the main switching element 31 is turned on, an exciting current flows from the high voltage battery 10 to the primary winding 21 of the transformer 20, and a current flows through the diode 41 due to the electromotive force generated in the transformer 20. The current flowing in the diode 41 is loaded as DC power through the rectifying unit 40 including the diodes 41 and 42, the smoothing coil 50 (coils 51 and 52), and the smoothing circuit including the capacitor 60 (auxiliary machine 14 in FIG. 1). Output to the side. When the main switching element 31 is turned off, a current flows through the diode 42 by the electromotive force generated in the smoothing coil 50 (coils 51 and 52). Then, the current flowing through the diode 42 is output to the load (such as the auxiliary machine 14 in FIG. 1) as DC power through a smoothing circuit including the smoothing coil 50 (coils 51 and 52) and the capacitor 60.

このように、メインスイッチング素子31のオン、オフが繰り返されることにより、高圧バッテリ10からトランス20を介して一定の直流電圧が出力される。
また、DCDCコンバータ13において、メインスイッチング素子31がオンからオフになると、トランス20の一次巻線21に流れる励磁電流が補助スイッチング素子(MOSFET)33の寄生ダイオードを介してクランプコンデンサ32へ流れてクランプコンデンサ32が充電され、トランス20の一次巻線21に流れる励磁電流が減少する。その後、補助スイッチング素子33がオンすると、クランプコンデンサ32に蓄積されたエネルギーがトランス20の一次巻線21に放出されて励磁電流がさらに減少し、トランス20の磁化がリセットされる。このように、アクティブクランプ型DCDCコンバータ13では、補助スイッチング素子33とクランプコンデンサ32とからなるアクティブクランプ回路によりトランス20の磁化のリセットが行われる。
As described above, the main switching element 31 is repeatedly turned on and off, whereby a constant DC voltage is output from the high voltage battery 10 via the transformer 20.
Further, in the DCDC converter 13, when the main switching element 31 is turned off from on, the exciting current flowing in the primary winding 21 of the transformer 20 flows to the clamp capacitor 32 through the parasitic diode of the auxiliary switching element (MOSFET) 33 and is clamped. The capacitor 32 is charged, and the excitation current flowing through the primary winding 21 of the transformer 20 decreases. Thereafter, when the auxiliary switching element 33 is turned on, the energy accumulated in the clamp capacitor 32 is released to the primary winding 21 of the transformer 20 and the exciting current is further reduced, and the magnetization of the transformer 20 is reset. As described above, in the active clamp type DCDC converter 13, the magnetization of the transformer 20 is reset by the active clamp circuit including the auxiliary switching element 33 and the clamp capacitor 32.

また、アクティブクランプ型DCDCコンバータ13では、メインスイッチング素子31がオフして補助スイッチング素子33の寄生ダイオードに励磁電流が流れているときに、補助スイッチング素子33がオンするため、補助スイッチング素子33がオンする際に生じる損失を低減することができる。   Further, in the active clamp type DCDC converter 13, since the auxiliary switching element 33 is turned on when the main switching element 31 is turned off and the exciting current flows through the parasitic diode of the auxiliary switching element 33, the auxiliary switching element 33 is turned on. It is possible to reduce the loss that occurs during the process.

次に、DCDCコンバータ13の作用について説明する。
図3(a),(b),(c),(d)は、高電流時、例えば100Aを流すフルパワー時を示す。このときには、閾値ith(例えば20A)よりも高いコイル電流が流れる。コイル電流が閾値ithよりも高い時にはスイッチ80はオフ状態となっている。これにより、図3のフルパワー時においては平滑コイル50のインダクタンス値は大きな値となっている(図5(a)参照)。これにより連続モードで動作する。
Next, the operation of the DCDC converter 13 will be described.
3A, 3B, 3C, and 3D show a high current, for example, a full power at which 100A is passed. At this time, a coil current higher than a threshold value isth (for example, 20 A) flows. When the coil current is higher than the threshold value isth, the switch 80 is in the off state. As a result, the inductance value of the smoothing coil 50 is large at the time of full power in FIG. 3 (see FIG. 5A). This operates in continuous mode.

つまり、フルパワー時において、図3(a),(b)に示すように、制御回路90は、メインスイッチング素子31および補助スイッチング素子33を交互にオン/オフして、図3(d)に示すように、連続モードで動作する。制御回路91は、スイッチ80をオフしており、連続モードにおいては、コイル51に電流が流れ続け、電流がゼロになることなく動作する。   That is, at the time of full power, as shown in FIGS. 3A and 3B, the control circuit 90 alternately turns on and off the main switching element 31 and the auxiliary switching element 33, and the circuit shown in FIG. As shown, it operates in continuous mode. The control circuit 91 turns off the switch 80, and in the continuous mode, the current continues to flow through the coil 51 and operates without the current becoming zero.

図4(a),(b),(c),(d),(e)は、閾値よりも低い低電流時、例えば10Aを流す時を示す。このときには、閾値ith(例えば20A)より小さなコイル電流が流れる。制御回路91は、コイル電流が閾値ithよりも小さいと、スイッチ80をオン状態にする。これにより、図4の低電流時においては平滑コイル50のインダクタンス値は小さな値となっている(図5(a)参照)。これによって不連続モードで動作する。また、制御回路90はコイル電流が閾値ithよりも小さい低電流時にはスイッチング素子31,33のデューティを絞ってデューティを小さくする。これにより不連続モードにするためには有用である。   4 (a), (b), (c), (d), and (e) show a time when a current lower than a threshold, for example, 10 A is passed. At this time, a coil current smaller than a threshold value isth (for example, 20 A) flows. The control circuit 91 turns on the switch 80 when the coil current is smaller than the threshold value ith. Thereby, the inductance value of the smoothing coil 50 becomes a small value at the time of the low electric current of FIG. 4 (refer FIG. 5A). This operates in discontinuous mode. Further, the control circuit 90 reduces the duty by reducing the duty of the switching elements 31 and 33 when the coil current is a low current smaller than the threshold value ith. This is useful for discontinuous mode.

低電流時において、図4(a),(b)に示すように、制御回路90は、メインスイッチング素子31および補助スイッチング素子33を交互にオン/オフして、図4(d)に示すように、不連続モードで動作する。制御回路91は、スイッチ80をオンしており、不連続モード(間欠動作モード)においては、コイル51,52に電流が断続的に流れて、電流がゼロとなる期間が発生する。この場合、図4(e)に示すようにET積は小さくなる。   At low current, as shown in FIGS. 4A and 4B, the control circuit 90 alternately turns on and off the main switching element 31 and the auxiliary switching element 33, as shown in FIG. 4D. In discontinuous mode. The control circuit 91 turns on the switch 80, and in the discontinuous mode (intermittent operation mode), a current intermittently flows through the coils 51 and 52, and a period in which the current becomes zero occurs. In this case, the ET product becomes small as shown in FIG.

図6(a),(b),(c)は比較例であり、図2において1つの平滑用のコイルが設けられている場合であり、平滑コイルのインダクタンス値は小さな値となっている。即ち、1つの平滑用のコイルのインダクタンス値は小さい。図6(a),(b),(c)は、高電流時、例えば100Aを流すフルパワー時を示す。   6 (a), 6 (b), and 6 (c) are comparative examples, in which one smoothing coil is provided in FIG. 2, and the inductance value of the smoothing coil is a small value. That is, the inductance value of one smoothing coil is small. FIGS. 6A, 6B, and 6C show a high current, for example, a full power that flows 100A.

図6(a),(b)に示すように、メインスイッチング素子31および補助スイッチング素子33を交互にオン/オフして、図6(c)に示すように、連続モードで動作するが、インダクタンス値が小さいので、図3(d)と比較してコイル電流の変動が大きくなる。これにより、高電流時の熱損失が大きくなる。つまり、コイル電流が大きく変動して、電流の2乗に比例する損失が大きくなる。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the main switching element 31 and the auxiliary switching element 33 are alternately turned on / off to operate in a continuous mode as shown in FIG. Since the value is small, the fluctuation of the coil current is larger than that in FIG. This increases heat loss at high current. That is, the coil current largely fluctuates, and the loss proportional to the square of the current increases.

図7は比較例であり、図2において1つの平滑用のコイルが設けられている場合であり、平滑コイルのインダクタンス値は大きな値となっている。即ち、1つの平滑用のコイルのインダクタンス値は大きい。図7(a),(b),(c),(d)は、低電流時、例えば10Aを流す時を示す。   FIG. 7 is a comparative example in which one smoothing coil is provided in FIG. 2, and the inductance value of the smoothing coil is a large value. That is, the inductance value of one smoothing coil is large. FIGS. 7A, 7B, 7C, and 7D show a time when a current is low, for example, when 10 A is passed.

図7(a),(b)に示すように、メインスイッチング素子31および補助スイッチング素子33を交互にオン/オフして、図7(c)に示すように、メインスイッチング素子31のデューティを絞ってもインダクタンス値が大きいので連続モードで動作する。従って、図4(e)に比べてET積が大きくなり、トランスコア損失が大きくなる。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the main switching element 31 and the auxiliary switching element 33 are alternately turned on / off to reduce the duty of the main switching element 31 as shown in FIG. 7C. However, since the inductance value is large, it operates in a continuous mode. Therefore, the ET product is larger than that in FIG. 4E, and the transformer core loss is increased.

図6,7で説明した比較例に比べて、図3,4で説明した本実施形態においては、閾値よりも高い高電流時には平滑コイル50のインダクタンス値を大きくして連続モードで動作するとともに、閾値よりも低い低電流時には平滑コイル50のインダクタンス値を小さくして不連続モードで動作する。これにより、低電流時においてはトランスコア損失が低減されるとともに、高電流時に熱損失が低減される。つまり、低電流時と高電流時で、平滑コイル50のインダクタンス値を切り替える。これにより、ET積を小さくでき、トランスコア損失が低減される。   Compared with the comparative example described in FIGS. 6 and 7, in the present embodiment described in FIGS. 3 and 4, the inductance value of the smoothing coil 50 is increased at the time of high current higher than the threshold value, and the continuous mode is operated. When the current is lower than the threshold value, the inductance value of the smoothing coil 50 is reduced to operate in the discontinuous mode. Thereby, the transformer core loss is reduced at the time of low current, and the heat loss is reduced at the time of high current. That is, the inductance value of the smoothing coil 50 is switched between a low current and a high current. Thereby, an ET product can be made small and a transformer core loss is reduced.

その結果、図5(b)に示すように、インダクタンス値が大きいままの比較例に比べて、低電流時に効率の向上を図ることができる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
As a result, as shown in FIG. 5B, the efficiency can be improved at a low current as compared with the comparative example in which the inductance value remains large.
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.

(1)DCDCコンバータの構成として、閾値よりも高い高電流時には平滑コイル50のインダクタンス値を大きくして連続モードで動作するとともに閾値よりも低い低電流時には平滑コイル50のインダクタンス値を小さくして不連続モードで動作する。これにより、低電流時にトランスコア損失を低減できるとともに高電流時に熱損失を低減できる。   (1) As a configuration of the DCDC converter, when the current is higher than the threshold value, the inductance value of the smoothing coil 50 is increased to operate in a continuous mode, and when the current is lower than the threshold value, the inductance value of the smoothing coil 50 is decreased to reduce the inductance value. Operates in continuous mode. Thereby, the transformer core loss can be reduced at a low current, and the heat loss can be reduced at a high current.

詳しく説明する。
車載用のDCDCコンバータにおいて車両モード燃費の改善を図るべく低電流域の損失を低減したいが低電流領域ではトランスコア損失が大きい。そのためトランスコア損失を低減したいがトランスコア損失はET積に依存するため不連続動作にする。そのためには出力チョークコイルのインダクタンス値を減らすことが有効となる。ところが、単にチョークコイルのインダクタンス値を減らすと、図6のようにリプル電流増加により、フルパワー時(例えば100A出力時)において損失が増加し、許容温度を超えてしまい熱成立しない。
explain in detail.
In an in-vehicle DCDC converter, it is desired to reduce the loss in the low current region in order to improve the vehicle mode fuel efficiency, but the transformer core loss is large in the low current region. Therefore, it is desired to reduce the transformer core loss, but the transformer core loss depends on the ET product, so that the operation is discontinuous. For this purpose, it is effective to reduce the inductance value of the output choke coil. However, if the inductance value of the choke coil is simply reduced, the loss increases at full power (for example, at 100 A output) due to the increase in ripple current as shown in FIG.

これに対し本実施形態では、閾値よりも高い高電流時においては、平滑コイル50のインダクタンス値を大きくして連続モードで動作することにより高電流時に熱損失を低減することができる。また、閾値よりも低い低電流時には、平滑コイル50のインダクタンス値を小さくすることにより不連続モードで動作することができ、これによりET積を小さくすることができる。よって、低電流時にトランスコア損失を低減できるとともに高電流時に熱損失を低減できる。   On the other hand, in the present embodiment, when the current is higher than the threshold value, the inductance value of the smoothing coil 50 is increased to operate in the continuous mode, thereby reducing the heat loss at the time of the high current. Further, when the current is lower than the threshold value, it is possible to operate in the discontinuous mode by reducing the inductance value of the smoothing coil 50, thereby reducing the ET product. Therefore, the transformer core loss can be reduced at a low current, and the heat loss can be reduced at a high current.

(2)低電流時には変換部30のスイッチング素子31,33のデューティを小さくする。よって、不連続モードにするために有用である。
(3)平滑コイル50は、第1のコイル51と第2のコイル52を有し、低電流時にオンするスイッチ80と第2のコイル52との直列回路が、第1のコイル51と並列に接続されている。これにより、インダクタンス値が小さく使用頻度が小さいコイル52側にスイッチ80を設けることによって、低電流時のみオンする構成となり、コイルもスイッチも小さなもので済む。つまり、使用頻度が低い低電流時にスイッチ80の使用頻度を少なくすることができる。
(2) When the current is low, the duty of the switching elements 31 and 33 of the conversion unit 30 is reduced. Therefore, it is useful for setting the discontinuous mode.
(3) The smoothing coil 50 has a first coil 51 and a second coil 52, and a series circuit of the switch 80 and the second coil 52 that is turned on at a low current is in parallel with the first coil 51. It is connected. Thus, by providing the switch 80 on the coil 52 side where the inductance value is small and the frequency of use is small, the switch is turned on only at a low current, and the coil and the switch can be small. That is, the usage frequency of the switch 80 can be reduced at low currents where the usage frequency is low.

(4)ハイブリッド車用の車載DCDCコンバータであるので、ハイブリッド車において車両モード燃費改善を図るためには出力が低い時に、即ち、低電流域の損失を低減する必要があるが、この場合において、車両モード燃費を改善することができる。   (4) Since this is an in-vehicle DCDC converter for a hybrid vehicle, it is necessary to reduce the loss in the low current region when the output is low, that is, in order to improve the vehicle mode fuel efficiency in the hybrid vehicle. Vehicle mode fuel efficiency can be improved.

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・ハイブリッド車用の車載DCDCコンバータに限るものではない。
・DCDCコンバータはアクティブクランプ型DCDCコンバータ(アクティブクランプフォワードコンバータ)以外のものでもよい。例えば、通常のフォワード型でもよい。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
-It is not restricted to the vehicle-mounted DCDC converter for hybrid vehicles.
The DCDC converter may be other than an active clamp type DCDC converter (active clamp forward converter). For example, a normal forward type may be used.

・平滑コイルのインダクタンス値を変更する構成は、スイッチ80とコイル52の直列回路をコイル51に並列接続する以外の構成でもよい。例えば第1のコイルと第2のコイルを直列接続して、いずれかのコイルに対しスイッチを並列接続してもよい。   The configuration for changing the inductance value of the smoothing coil may be a configuration other than connecting the series circuit of the switch 80 and the coil 52 to the coil 51 in parallel. For example, the first coil and the second coil may be connected in series, and the switch may be connected in parallel to one of the coils.

13…DCDCコンバータ、20…トランス、21…一次巻線、22…二次巻線、30…変換部、40…整流部、50…平滑コイル、51…第1のコイル、52…第2のコイル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... DCDC converter, 20 ... Transformer, 21 ... Primary winding, 22 ... Secondary winding, 30 ... Conversion part, 40 ... Rectification part, 50 ... Smoothing coil, 51 ... 1st coil, 52 ... 2nd coil .

Claims (4)

一次巻線および二次巻線を有するトランスと、
前記トランスの一次巻線に接続され、直流を交流に変換する変換部と、
前記トランスの二次巻線に接続された整流部と、
前記トランスの二次巻線に接続された平滑コイルと、
を備えたDCDCコンバータであって、
閾値よりも高い高電流時には前記平滑コイルのインダクタンス値を大きくして連続モードで動作するとともに閾値よりも低い低電流時には前記平滑コイルのインダクタンス値を小さくして不連続モードで動作することを特徴とするDCDCコンバータ。
A transformer having a primary winding and a secondary winding;
A converter that is connected to the primary winding of the transformer and converts direct current to alternating current;
A rectifier connected to the secondary winding of the transformer;
A smoothing coil connected to the secondary winding of the transformer;
A DC-DC converter comprising:
When the current is higher than a threshold value, the smoothing coil is increased in inductance value to operate in continuous mode, and when the current is lower than the threshold value, the smoothing coil is decreased in inductance value to operate in discontinuous mode. DCDC converter to do.
低電流時には前記変換部のスイッチング素子のデューティを小さくすることを特徴とする請求項1に記載のDCDCコンバータ。   The DCDC converter according to claim 1, wherein the duty of the switching element of the conversion unit is reduced when the current is low. 前記平滑コイルは、第1のコイルと第2のコイルを有し、
低電流時にオンするスイッチと前記第2のコイルとの直列回路が、前記第1のコイルと並列に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載のDCDCコンバータ。
The smoothing coil has a first coil and a second coil,
3. The DCDC converter according to claim 1, wherein a series circuit of a switch that is turned on at a low current and the second coil is connected in parallel with the first coil.
ハイブリッド車用の車載DCDCコンバータであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のDCDCコンバータ。   The DCDC converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the DCDC converter is a vehicle-mounted DCDC converter for a hybrid vehicle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117118222A (en) * 2023-04-28 2023-11-24 荣耀终端有限公司 Step-down voltage conversion circuit and electronic device

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