JP2017005782A - Resonance type bidirectional dc/dc converter - Google Patents

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豊 末廣
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resonance type bidirectional DC/DC converter performing bidirectional voltage conversion.SOLUTION: A resonance type bidirectional DC/DC converter includes a first bridge circuit 1 where switch elements Q1-Q4 connecting diodes D1-D4 and capacitors C1-C4 in parallel constitute a bridge, a second bridge circuit 2 where switch elements Q5-Q8 connecting diodes D5-D8 and capacitors C5-C8 in parallel constitute a bridge, a smoothing reactor L having one end connected in series with the second bridge circuit, an isolation transformer T1 having a primary winding for connection with the first bridge circuit and a secondary winding for connection with the second bridge circuit, a series circuit where the primary winding P2 of an auxiliary resonance transformer T2 and a first auxiliary resonance switch Q10 are connected in series across the first bridge circuit, and a series circuit where an auxiliary resonance reactor Lr and the secondary winding S2 of the auxiliary resonance transformer and a second auxiliary resonance switch Q9 are connected in series across the second bridge circuit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ゼロ電圧及びゼロ電流スイッチングを行うことによりスイッチング損失を低減させる共振型双方向DC/DCコンバータに関する。   The present invention relates to a resonant bidirectional DC / DC converter that reduces switching loss by performing zero voltage and zero current switching.

従来、この種の共振型DC/DCコンバータとして、特許文献1に記載されたものが知られている。図9は、特許文献1に記載された共振型DC/DCコンバータの回路構成図である。図9に示す共振型DC/DCコンバータは、フルブリッジで構成される4つのスイッチ素子Q11〜Q14からなる変換部により、直流電源115の直流電圧を別の直流電圧に変換して負荷に供給する。   Conventionally, what was described in patent document 1 is known as this kind of resonance type DC / DC converter. FIG. 9 is a circuit configuration diagram of the resonant DC / DC converter described in Patent Document 1. In FIG. The resonant DC / DC converter shown in FIG. 9 converts the direct current voltage of the direct current power supply 115 into another direct current voltage and supplies it to a load by a conversion unit including four switch elements Q11 to Q14 configured by a full bridge. .

インダクタ116に磁気結合された補助巻線118と補助インダクタンス120と逆流防止用のダイオード119と補助スイッチQAからなる補助共振回路が前記変換部に並列に接続されている。   An auxiliary resonance circuit including an auxiliary winding 118 magnetically coupled to the inductor 116, an auxiliary inductance 120, a backflow prevention diode 119, and an auxiliary switch QA is connected in parallel to the converter.

対角位置に配置された2つのスイッチ素子のターンオンに先立って、補助スイッチQAがターンオンされ、補助巻線118のリアクトルエネルギーを用いてスイッチ素子Q11〜Q14の電荷が引き抜かれる。これにより、スイッチ素子Q11〜Q14のゼロ電圧スイッチングを実現することができる。   Prior to turning on the two switch elements arranged at the diagonal positions, the auxiliary switch QA is turned on, and the charges of the switch elements Q11 to Q14 are extracted using the reactor energy of the auxiliary winding 118. Thereby, the zero voltage switching of the switch elements Q11 to Q14 can be realized.

特開2000−224855号公報JP 2000-224855 A

しかしながら、上述した従来の共振型DC/DCコンバータでは、一方の電圧変換のみを行うのみで、降圧変換及び昇圧変換の双方向の電圧変換を行うことができなかった。   However, the above-described conventional resonance type DC / DC converter cannot perform bidirectional voltage conversion of step-down conversion and step-up conversion by performing only one voltage conversion.

本発明の課題は、双方向の電圧変換を行うことができる共振型双方向DC/DC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 resonant bidirectional DC / DC converter capable of performing bidirectional voltage conversion.

上記課題を解決するために、本発明に係る共振型双方向DC/DCコンバータは、 第1ダイオードと第1コンデンサとを並列に接続した第1スイッチ素子を複数備えてブリッジ構成された第1ブリッジ回路と、第2ダイオードと第2コンデンサとを並列に接続した第2スイッチ素子を複数備えてブリッジ構成された第2ブリッジ回路と、一端が前記第2ブリッジ回路に直列に接続される平滑リアクトルと、一次巻線が前記第1ブリッジ回路に接続され、二次巻線が前記第2ブリッジ回路に接続される絶縁トランスと、前記第1ブリッジ回路の両端に、補助共振トランスの一次巻線と第1補助共振スイッチとが直列に接続された第1直列回路と、前記第2ブリッジ回路の両端に、補助共振リアクトルと前記補助共振トランスの二次巻線と第2補助共振スイッチとが直列に接続された第2直列回路とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a resonant bidirectional DC / DC converter according to the present invention includes a first bridge having a plurality of first switch elements in which a first diode and a first capacitor are connected in parallel. A second bridge circuit comprising a plurality of second switch elements in which a second diode and a second capacitor are connected in parallel, and a smoothing reactor having one end connected in series to the second bridge circuit; An insulation transformer in which a primary winding is connected to the first bridge circuit and a secondary winding is connected to the second bridge circuit; and a primary winding and an auxiliary resonance transformer at both ends of the first bridge circuit; A first series circuit in which one auxiliary resonance switch is connected in series; an auxiliary resonance reactor; a secondary winding of the auxiliary resonance transformer; and a second coil at both ends of the second bridge circuit. And a co resonance switch is characterized in that it comprises a second series circuit connected in series.

本発明によれば、第1ブリッジ回路と第2ブリッジ回路に接続された絶縁トランスを設け、第1ブリッジ回路の両端に補助共振トランスの一次巻線と第1補助共振スイッチとを直列に接続し、第2ブリッジ回路の両端に補助共振リアクトルと補助共振トランスの二次巻線と第2補助共振スイッチとを直列に接続することにより、双方向の電圧変換でゼロ電圧スイッチングを行うことができる。   According to the present invention, the isolation transformer connected to the first bridge circuit and the second bridge circuit is provided, and the primary winding of the auxiliary resonance transformer and the first auxiliary resonance switch are connected in series to both ends of the first bridge circuit. By connecting the auxiliary resonance reactor, the secondary winding of the auxiliary resonance transformer, and the second auxiliary resonance switch in series at both ends of the second bridge circuit, zero voltage switching can be performed by bidirectional voltage conversion.

本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the resonance type bidirectional | two-way DC / DC converter which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの各スイッチのゲート駆動信号の波形図である。It is a wave form diagram of a gate drive signal of each switch of a resonance type bidirectional DC / DC converter concerning Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの降圧変換シミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the step-down conversion simulation waveform of the resonance type bidirectional DC / DC converter which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの降圧時の動作遷移図である。It is an operation | movement transition diagram at the time of the pressure | voltage fall of the resonance type bidirectional | two-way DC / DC converter which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの降圧時の動作遷移図である。It is an operation | movement transition diagram at the time of the pressure | voltage fall of the resonance type bidirectional | two-way DC / DC converter which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの昇圧変換シミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the step-up conversion simulation waveform of the resonance type bidirectional DC / DC converter which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの昇圧時の動作遷移図である。It is an operation | movement transition diagram at the time of pressure | voltage rise of the resonance type bidirectional | two-way DC / DC converter which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの昇圧時の動作遷移図である。It is an operation | movement transition diagram at the time of voltage boost of the resonance type bidirectional | two-way DC / DC converter which concerns on Example 1 of this invention. 従来の共振型DC/DCコンバータの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the conventional resonance type DC / DC converter.

以下、本発明の実施の形態に係る共振型双方向DC/DCコンバータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a resonant bidirectional DC / DC converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの構成を示す図である。この共振型双方向DC/DCコンバータは、降圧変換及び昇圧変換の双方向の電圧変換を行うことができ、順変換時、逆変換時ともにスイッチ素子のターンオン時にゼロ電圧スイッチング(ZVS)を実現でき、補助共振方式を用いたワイド入力対応の高効率の絶縁型のDC/DCコンバータである。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a resonant bidirectional DC / DC converter according to Embodiment 1 of the present invention. This resonant bidirectional DC / DC converter can perform bidirectional voltage conversion of step-down conversion and step-up conversion, and can realize zero voltage switching (ZVS) when the switch element is turned on in both forward conversion and reverse conversion. This is a high-efficiency, isolated DC / DC converter that supports a wide input and uses an auxiliary resonance method.

共振型双方向DC/DCコンバータは、高圧側直流電源V1、低圧側直流電源V2、第1ブリッジ回路1、第2ブリッジ回路2、平滑リアクトルL、絶縁トランスT1、補助共振トランスT2、第1補助共振スイッチQ10、第2補助共振スイッチQ9を有している。高圧側直流電源V1の電圧は、低圧側直流電源V2の電圧よりも高い。   The resonant bidirectional DC / DC converter includes a high-voltage DC power supply V1, a low-voltage DC power supply V2, a first bridge circuit 1, a second bridge circuit 2, a smoothing reactor L, an insulating transformer T1, an auxiliary resonant transformer T2, and a first auxiliary. A resonance switch Q10 and a second auxiliary resonance switch Q9 are provided. The voltage of the high-voltage DC power supply V1 is higher than the voltage of the low-voltage DC power supply V2.

絶縁トランスT1は、一次巻線P1と一次巻線P1に電磁結合する二次巻線S1とを有している。補助共振トランスT2は、一次巻線P2と一次巻線P2に電磁結合する二次巻線S2とを有している。   The insulating transformer T1 has a primary winding P1 and a secondary winding S1 that is electromagnetically coupled to the primary winding P1. The auxiliary resonant transformer T2 has a primary winding P2 and a secondary winding S2 that is electromagnetically coupled to the primary winding P2.

第1ブリッジ回路1は、ダイオードD1とコンデンサC1とを並列に接続したスイッチ素子Q1とダイオードD2とコンデンサC2とを並列に接続したスイッチ素子Q2とダイオードD3とコンデンサC3とを並列に接続したスイッチ素子Q3とダイオードD4とコンデンサC4とを並列に接続したスイッチ素子Q4とがブリッジ構成されている。第1ブリッジ回路1の出力両端は高圧側直流電源V1の両端に接続されている。   The first bridge circuit 1 includes a switch element Q1 in which a diode D1 and a capacitor C1 are connected in parallel, a switch element Q2 in which a diode D2 and a capacitor C2 are connected in parallel, a diode D3, and a capacitor C3. A switching element Q4 in which Q3, a diode D4, and a capacitor C4 are connected in parallel forms a bridge. Both ends of the output of the first bridge circuit 1 are connected to both ends of the high-voltage side DC power source V1.

第2ブリッジ回路2は、ダイオードD5とコンデンサC5とを並列に接続したスイッチ素子Q5とダイオードD6とコンデンサC6とを並列に接続したスイッチ素子Q6とダイオードD7とコンデンサC7とを並列に接続したスイッチ素子Q7とダイオードD8とコンデンサC8とを並列に接続したスイッチ素子Q8とがブリッジ構成されている。第2ブリッジ回路2の出力両端は、平滑リアクトルLと低圧側直流電源V2との直列回路の両端に接続されている。   The second bridge circuit 2 includes a switch element Q5 in which a diode D5 and a capacitor C5 are connected in parallel, a switch element Q6 in which a diode D6 and a capacitor C6 are connected in parallel, a diode D7, and a capacitor C7. A switching element Q8 in which Q7, a diode D8, and a capacitor C8 are connected in parallel forms a bridge. Both ends of the output of the second bridge circuit 2 are connected to both ends of a series circuit of the smoothing reactor L and the low-voltage side DC power source V2.

平滑リアクトルLの一端は、スイッチ素子Q5,Q7のドレインに接続され、平滑リアクトルLの他端は、低圧側直流電源V2の正極に接続されている。   One end of the smoothing reactor L is connected to the drains of the switching elements Q5 and Q7, and the other end of the smoothing reactor L is connected to the positive electrode of the low-voltage DC power supply V2.

絶縁トランスT1は、一次巻線P1の一端が第1ブリッジ回路1のスイッチ素子Q1とスイッチ素子Q2との接続点に接続され、一次巻線P1の他端が第1ブリッジ回路1のスイッチ素子Q3とスイッチ素子Q4との接続点に接続されている。絶縁トランスT1の二次巻線S1の一端は、第2ブリッジ回路2のスイッチ素子Q5とスイッチ素子Q6との接続点に接続され、二次巻線S1の他端は、第2ブリッジ回路2のスイッチ素子Q7とスイッチ素子Q8との接続点に接続されている。   In the insulation transformer T1, one end of the primary winding P1 is connected to a connection point between the switch element Q1 and the switch element Q2 of the first bridge circuit 1, and the other end of the primary winding P1 is the switch element Q3 of the first bridge circuit 1. Is connected to a connection point between the switch element Q4 and the switch element Q4. One end of the secondary winding S1 of the isolation transformer T1 is connected to a connection point between the switch element Q5 and the switch element Q6 of the second bridge circuit 2, and the other end of the secondary winding S1 is connected to the second bridge circuit 2. It is connected to a connection point between the switch element Q7 and the switch element Q8.

補助共振トランスT2の一次巻線P2と第1補助共振スイッチQ10とは、直列に接続された第1直列回路からなる。第1直列回路の両端は、第1ブリッジ回路1の両端及び高圧側直流電源V1の両端に接続されている。   The primary winding P2 of the auxiliary resonance transformer T2 and the first auxiliary resonance switch Q10 include a first series circuit connected in series. Both ends of the first series circuit are connected to both ends of the first bridge circuit 1 and both ends of the high-voltage DC power supply V1.

補助共振リアクトルLrと補助共振トランスT2の二次巻線S2と第2補助共振スイッチQ9とは、直列に接続された第2直列回路からなる。第2直列回路の両端は、第2ブリッジ回路2の両端に接続されている。補助共振トランスT2は、共振に必要な電圧を一次側と二次側に誘起する。   The auxiliary resonance reactor Lr, the secondary winding S2 of the auxiliary resonance transformer T2, and the second auxiliary resonance switch Q9 are composed of a second series circuit connected in series. Both ends of the second series circuit are connected to both ends of the second bridge circuit 2. The auxiliary resonant transformer T2 induces a voltage necessary for resonance on the primary side and the secondary side.

なお、スイッチ素子Q1〜Q8、第1補助共振スイッチQ10、第2補助共振スイッチQ9は、MOSFETからなる。ダイオードD1〜D8は、スイッチ素子Q1〜Q8の寄生ダイオードであってもよい。コンデンサC1〜C8は、スイッチ素子Q1〜Q8の寄生容量であってもよい。   The switch elements Q1 to Q8, the first auxiliary resonance switch Q10, and the second auxiliary resonance switch Q9 are made of MOSFETs. Diodes D1-D8 may be parasitic diodes of switch elements Q1-Q8. Capacitors C1 to C8 may be parasitic capacitances of switch elements Q1 to Q8.

制御回路10は、図2に示すような各スイッチ素子Q1〜Q10のゲート駆動信号Q1g〜Q10gによりスイッチ素子Q1〜Q10をオン/オフさせる。   The control circuit 10 turns on / off the switch elements Q1 to Q10 by the gate drive signals Q1g to Q10g of the switch elements Q1 to Q10 as shown in FIG.

制御回路10は、高圧から低圧に変換する時(降圧時)には、図2に示すように、スイッチ素子Q1とスイッチ素子Q4を同時にオンオフさせ、スイッチ素子Q2とスイッチ素子Q3を同時にオンオフさせ、スイッチ素子Q1とスイッチ素子Q2、及びスイッチ素子Q3とスイッチ素子Q4を交互にオンオフさせる。制御回路10は、高圧から低圧に変換する時には、図2に示すように、第1補助共振スイッチQ10をオンさせることで共振に必要な電圧を補助共振トランスT2に印加する。   When converting from high voltage to low voltage (during step-down), the control circuit 10 simultaneously turns on and off the switch element Q1 and switch element Q4, and simultaneously turns on and off the switch element Q2 and switch element Q3, as shown in FIG. The switch elements Q1 and Q2 and the switch elements Q3 and Q4 are alternately turned on and off. When converting from a high voltage to a low voltage, the control circuit 10 applies a voltage required for resonance to the auxiliary resonance transformer T2 by turning on the first auxiliary resonance switch Q10 as shown in FIG.

制御回路10は、降圧時には、図2に示すように、スイッチ素子Q5とスイッチ素子Q8を同時にオンオフさせ、スイッチ素子Q6とスイッチ素子Q7を同時にオンオフさせ、スイッチ素子Q5とスイッチ素子Q6、及びスイッチ素子Q7とスイッチ素子Q8を交互にオンオフさせる。制御回路10は、低圧から高圧に変換する時には、第2補助共振スイッチQ9をオンさせることで共振に必要な電圧を補助共振トランスT2に印加する。   At the time of step-down, the control circuit 10 simultaneously turns on and off the switch element Q5 and the switch element Q8, simultaneously turns on and off the switch element Q6 and the switch element Q7, and switches the switch element Q5, the switch element Q6, and the switch element as shown in FIG. Q7 and switch element Q8 are alternately turned on and off. When converting from low voltage to high voltage, the control circuit 10 turns on the second auxiliary resonance switch Q9 to apply a voltage necessary for resonance to the auxiliary resonance transformer T2.

制御回路10は、変換側の第1ブリッジ回路1をブリッジコンバータとして動作させ、第2ブリッジ回路2を同期整流回路として動作させ、第1ブリッジ回路1に入力された高圧側直流電源V1の電圧を降圧変換して第2ブリッジ回路2から直流電圧を取り出す場合、第1補助共振スイッチQ10をオンさせ、補助共振トランスT2の二次巻線S2に誘起された電圧によりオンしていない第1、第2ブリッジ回路のコンデンサと共振リアクトルを共振させて、その電流でスイッチ素子Q1〜Q4のコンデンサの充放電を行う。そして、第1ブリッジ回路1の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる。   The control circuit 10 operates the conversion-side first bridge circuit 1 as a bridge converter, operates the second bridge circuit 2 as a synchronous rectification circuit, and converts the voltage of the high-voltage side DC power supply V1 input to the first bridge circuit 1. When the DC voltage is taken out from the second bridge circuit 2 by performing step-down conversion, the first auxiliary resonance switch Q10 is turned on, and the first and second voltages that are not turned on by the voltage induced in the secondary winding S2 of the auxiliary resonance transformer T2 are turned on. The capacitor of the two-bridge circuit and the resonance reactor are resonated, and the capacitor of the switch elements Q1 to Q4 is charged and discharged with the current. And the switch element which makes the diagonal of the 1st bridge circuit 1 is turned ON simultaneously.

制御回路10は、第2ブリッジ回路2をブリッジコンバータとして動作させ、第1ブリッジ回路1を同期整流回路として動作させ、第2ブリッジ回路2に入力された直流電圧を昇圧変換して第1ブリッジ回路1から直流電圧を取り出す場合、第2補助共振スイッチQ9をオンさせ、第2ブリッジ回路2の電流を共振リアクトルLrに流すことにより第2ブリッジ回路2のスイッチ素子Q5〜Q8の電圧を共振させ、第2ブリッジ回路2の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる。   The control circuit 10 operates the second bridge circuit 2 as a bridge converter, operates the first bridge circuit 1 as a synchronous rectifier circuit, and boosts and converts the DC voltage input to the second bridge circuit 2. When the DC voltage is taken out from 1, the second auxiliary resonance switch Q9 is turned on, and the voltage of the switch elements Q5 to Q8 of the second bridge circuit 2 is made to resonate by flowing the current of the second bridge circuit 2 to the resonance reactor Lr. The switch elements forming the diagonal of the second bridge circuit 2 are simultaneously turned on.

また、実施例1では、絶縁トランスT1の一次巻線P1と二次巻線S1との巻数比が1:1である。補助共振トランスT2の一次巻線P2と二次巻線S2との巻数比が2:1である。   In Example 1, the turn ratio of the primary winding P1 and the secondary winding S1 of the insulating transformer T1 is 1: 1. The turns ratio of the primary winding P2 and the secondary winding S2 of the auxiliary resonant transformer T2 is 2: 1.

この場合、平滑リアクトルL及び共振リアクトルLrを介して低圧側直流電源V2に接続される補助共振トランスT2の二次巻線S2の巻数を“1”とし、高圧側直流電源V1に接続される補助共振トランスT2の一次巻線P2の巻数を“2”とする。   In this case, the number of turns of the secondary winding S2 of the auxiliary resonant transformer T2 connected to the low-voltage side DC power source V2 via the smoothing reactor L and the resonant reactor Lr is “1”, and the auxiliary voltage is connected to the high-voltage side DC power source V1. The number of turns of the primary winding P2 of the resonant transformer T2 is “2”.

この場合には、共振時には補助共振トランスT2の二次巻線S2には高圧電圧V1/2が誘起される。誘起される電圧により、共振リアクトルLrと各スイッチ素子に並列に接続されたコンデンサとで共振動作が発生し、ZVSを実現する。誘起される電圧は、高圧電圧/2でなくても共振するが、高圧電圧/2の時に最も安定した共振となる。   In this case, a high voltage V1 / 2 is induced in the secondary winding S2 of the auxiliary resonant transformer T2 during resonance. Due to the induced voltage, a resonant operation occurs between the resonant reactor Lr and the capacitor connected in parallel to each switch element, thereby realizing ZVS. The induced voltage resonates even if it is not the high voltage / 2, but the most stable resonance occurs when the voltage is high / 2.

次に、このように構成された実施例1の共振型双方向DC/DCコンバータの降圧時の動作を図3、図4、図5を参照しながら詳細に説明する。図3は、実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの降圧変換シミュレーション波形を示す図である。   Next, the operation at the time of step-down of the resonant bidirectional DC / DC converter according to the first embodiment configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 3, 4, and 5. FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a step-down conversion simulation waveform of the resonant bidirectional DC / DC converter according to the first embodiment.

図3において、トランス一次電流は、補助共振トランスT2の一次巻線P2に流れる電流である。共振電流は、共振リアクトルLrに流れる電流である。Q5,Q8ゲートは、スイッチ素子Q5,Q8のゲートに印加されるゲート駆動信号である。   In FIG. 3, the transformer primary current is a current flowing through the primary winding P2 of the auxiliary resonant transformer T2. The resonance current is a current flowing through the resonance reactor Lr. Q5 and Q8 gates are gate drive signals applied to the gates of the switch elements Q5 and Q8.

まず、図4(a)に示す還流モードでは、スイッチ素子Q5〜Q8がオンし、Q8→Q7(及びQ6→Q5)→L→V2→Q8の経路で電流が流れる。このとき、スイッチ素子Q1〜Q4はオフする。   First, in the reflux mode shown in FIG. 4A, the switch elements Q5 to Q8 are turned on, and a current flows through a path of Q8 → Q7 (and Q6 → Q5) → L → V2 → Q8. At this time, the switch elements Q1 to Q4 are turned off.

なお、スイッチ素子Q5〜Q8をオフさせても良い。この場合には、スイッチ素子Q5〜Q8に並列に接続されたダイオードD5〜D8がオンして上記の経路で電流が流れる。   Note that the switch elements Q5 to Q8 may be turned off. In this case, the diodes D5 to D8 connected in parallel to the switch elements Q5 to Q8 are turned on, and a current flows through the above path.

次に、図4(b)に示す還流モードでは、図3に示すゲート駆動信号によりスイッチ素子Q5,Q8がオンする。スイッチ素子Q6,Q7をオフさせて、スイッチ素子Q2,Q3をZVSの対象にさせる。このとき、Q8→D7(及びD6→Q5)→L→V2→Q8の経路で電流が流れる。   Next, in the reflux mode shown in FIG. 4B, the switch elements Q5 and Q8 are turned on by the gate drive signal shown in FIG. The switch elements Q6 and Q7 are turned off so that the switch elements Q2 and Q3 are the targets of ZVS. At this time, a current flows through a path of Q8 → D7 (and D6 → Q5) → L → V2 → Q8.

次に、図4(c)に示す還流モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオンし、スイッチ素子Q6,Q7がオフしている状態で、補助共振スイッチQ10がオンする。このとき、高圧側直流電源V1が補助共振トランスT2の一次巻線P2に印加され、補助共振トランスT2の一次巻線P2に、図3に示すように、トランス一次電流が流れる。   Next, in the reflux mode shown in FIG. 4C, the auxiliary resonance switch Q10 is turned on while the switch elements Q5 and Q8 are turned on and the switch elements Q6 and Q7 are turned off. At this time, the high-voltage side DC power source V1 is applied to the primary winding P2 of the auxiliary resonant transformer T2, and a transformer primary current flows through the primary winding P2 of the auxiliary resonant transformer T2 as shown in FIG.

また、補助共振スイッチQ10がオンしたときには、リアクトルの作用によって、電流は0Aから立ち上がるため、ゼロカレントスイッチング(ZCS)となる。同時に補助共振トランスT2の二次側電流も共振リアクトルLrによる電流の傾きで上昇し、共振時に二次側ダイオードが回復するため、ZCSとなる。   Further, when the auxiliary resonance switch Q10 is turned on, the current rises from 0 A by the action of the reactor, so that zero current switching (ZCS) is performed. At the same time, the secondary side current of the auxiliary resonant transformer T2 also rises with a current gradient caused by the resonant reactor Lr, and the secondary side diode recovers during resonance, resulting in ZCS.

また、補助共振トランスT2の二次巻線S2には巻数比によりV1/2が誘起される。補助共振トランスT2の二次巻線S2に誘起される電圧により、スイッチ素子Q5〜Q8の電流が共振リアクトルLrに転流される。   Further, V1 / 2 is induced in the secondary winding S2 of the auxiliary resonant transformer T2 by the turn ratio. Due to the voltage induced in the secondary winding S2 of the auxiliary resonant transformer T2, the current of the switch elements Q5 to Q8 is commutated to the resonant reactor Lr.

次に、図5(a)に示す共振モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオンし、スイッチ素子Q6,Q7がオフし、補助共振スイッチQ10がオンしている状態で、共振リアクトルLrと各スイッチ素子Q6,Q7に並列に接続された各スナバコンデンサC6,C7及び第1ブリッジ回路1のコンデンサで共振動作が開始される。このため、共振リアクトルLrには図3に示すような正弦波状の共振電流が流れる。このとき、S2→Lr→Q5→S1→Q8→D9→S2の経路で電流が流れる。このため、P1→C3→C1→P1の経路と、P1→C4→C2→P1の経路とに電流が流れる。このとき、コンデンサC2,C3は、放電され、コンデンサC1,C4は充電される。   Next, in the resonance mode shown in FIG. 5 (a), the resonant reactor Lr and each switch in a state where the switch elements Q5 and Q8 are turned on, the switch elements Q6 and Q7 are turned off, and the auxiliary resonant switch Q10 is turned on. Resonant operation is started by the snubber capacitors C6 and C7 and the capacitors of the first bridge circuit 1 connected in parallel to the elements Q6 and Q7. For this reason, a sinusoidal resonance current as shown in FIG. 3 flows in the resonance reactor Lr. At this time, a current flows through a route of S2, Lr, Q5, S1, Q8, D9, and S2. For this reason, a current flows through a path of P1 → C3 → C1 → P1 and a path of P1 → C4 → C2 → P1. At this time, the capacitors C2 and C3 are discharged, and the capacitors C1 and C4 are charged.

次に、図5(b)に示す共振モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオンし、スイッチ素子Q6,Q7がオフし、補助共振スイッチQ10がオンしている状態において、コンデンサC6,C7の電圧が高圧電圧V1になると、共振リアクトルLrには共振前のV1/2から−V1/2の電圧が印加される。   Next, in the resonance mode shown in FIG. 5 (b), the voltages of the capacitors C6 and C7 in the state where the switch elements Q5 and Q8 are turned on, the switch elements Q6 and Q7 are turned off, and the auxiliary resonant switch Q10 is turned on. Becomes a high voltage V1, a voltage of V1 / 2 to -V1 / 2 before resonance is applied to the resonance reactor Lr.

このため、図3に示すように、共振電流は減少する。このとき、図3に示すように、スイッチ素子Q2,Q3をオンさせると、ゼロボルトスイッチング(ZVS)を実現することができる。   For this reason, as shown in FIG. 3, the resonance current decreases. At this time, as shown in FIG. 3, when the switch elements Q2 and Q3 are turned on, zero volt switching (ZVS) can be realized.

次に、図5(c)に示す電力供給モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオンし、スイッチ素子Q6,Q7がオフし、補助共振スイッチQ10がオフし、スイッチ素子Q2,Q3がオンする。即ち、補助共振スイッチQ10をオフさせ、電力供給モードに遷移させる。このとき、V1→Q3→P1→Q2→V1の経路で電流が流れる。また、S1→Q5→L→V2→Q8→S1の経路で電流が流れて、高圧から低圧に降圧変換される。   Next, in the power supply mode shown in FIG. 5C, the switch elements Q5 and Q8 are turned on, the switch elements Q6 and Q7 are turned off, the auxiliary resonance switch Q10 is turned off, and the switch elements Q2 and Q3 are turned on. That is, the auxiliary resonance switch Q10 is turned off and the power supply mode is changed. At this time, a current flows through a route of V1 → Q3 → P1 → Q2 → V1. In addition, a current flows through a route of S1, Q5, L, V2, Q8, and S1, and is stepped down from high pressure to low pressure.

次に、図5(d)に示す還流モードでは、スイッチ素子Q5〜Q8がオンし、スイッチ素子Q2,Q3がオフする。スイッチ素子Q6,Q7がオンすると、絶縁トランスT1の励磁電流は二次側を還流し、スイッチ素子Q2,Q3がオフ時にはZVSはターンオフする。   Next, in the reflux mode shown in FIG. 5D, the switch elements Q5 to Q8 are turned on and the switch elements Q2 and Q3 are turned off. When the switch elements Q6 and Q7 are turned on, the exciting current of the insulating transformer T1 returns to the secondary side, and when the switch elements Q2 and Q3 are turned off, ZVS is turned off.

次に、スイッチ素子Q1,Q4をZVSさせる場合について簡単に説明する。   Next, the case where the switch elements Q1 and Q4 are ZVS will be briefly described.

まず、還流モードにおいて、スイッチ素子Q6,Q7がオンする。スイッチ素子Q5,Q8をオフさせて、スイッチ素子Q1,Q4をZVSの対象にさせる。この状態で、補助共振スイッチQ10がオンする。このとき、高圧側直流電源V1が補助共振トランスT2の一次巻線P2に印加され、補助共振トランスT2の一次巻線P2に、トランス一次電流が流れる。   First, in the reflux mode, the switch elements Q6 and Q7 are turned on. The switch elements Q5 and Q8 are turned off, and the switch elements Q1 and Q4 are targeted for ZVS. In this state, the auxiliary resonance switch Q10 is turned on. At this time, the high-voltage side DC power source V1 is applied to the primary winding P2 of the auxiliary resonant transformer T2, and the transformer primary current flows through the primary winding P2 of the auxiliary resonant transformer T2.

また、補助共振トランスT2の二次巻線S2には巻数比によりV1/2が誘起される。補助共振トランスT2の二次巻線S2に誘起される電圧により、スイッチ素子Q5〜Q8の電流が共振リアクトルLrに転流される。   Further, V1 / 2 is induced in the secondary winding S2 of the auxiliary resonant transformer T2 by the turn ratio. Due to the voltage induced in the secondary winding S2 of the auxiliary resonant transformer T2, the current of the switch elements Q5 to Q8 is commutated to the resonant reactor Lr.

次に、スイッチ素子Q6,Q7がオンし、スイッチ素子Q5,Q8がオフし、補助共振スイッチQ10がオンしている状態では、共振リアクトルLrと各スイッチ素子Q5,Q8に並列に接続された各スナバコンデンサC5,C8で及び第1ブリッジ回路1のコンデンサで共振動作が開始される。このため、共振リアクトルLrには図3に示すような正弦波状の共振電流が流れる。このとき、S2→Lr→Q7→S1→Q6→D9→S2の経路で電流が流れる。このため、P1→C2→C4→P1の経路と、P1→C1→C3→P1の経路とに電流が流れる。このとき、コンデンサC1,C4は放電され、コンデンサC2,C3は、充電される。   Next, in a state where the switch elements Q6 and Q7 are turned on, the switch elements Q5 and Q8 are turned off, and the auxiliary resonant switch Q10 is turned on, the resonance reactor Lr and each switch element Q5 and Q8 connected in parallel are connected. Resonant operation is started by the snubber capacitors C5 and C8 and by the capacitor of the first bridge circuit 1. For this reason, a sinusoidal resonance current as shown in FIG. 3 flows in the resonance reactor Lr. At this time, a current flows through a route of S2, Lr, Q7, S1, Q6, D9, and S2. For this reason, a current flows through a path of P1 → C2 → C4 → P1 and a path of P1 → C1 → C3 → P1. At this time, the capacitors C1 and C4 are discharged, and the capacitors C2 and C3 are charged.

次に、スイッチ素子Q6,Q7がオンし、スイッチ素子Q5,Q8がオフし、補助共振スイッチQ10がオンしている状態において、コンデンサC5,C8の電圧が高圧電圧V1になると、共振リアクトルLrには共振前のV1/2から−V1/2の電圧が印加されることになる。このため、図3に示すように、共振電流は減少する。このとき、図3に示すように、スイッチ素子Q1,Q4をオンさせると、ZVSを実現することができる。   Next, in the state where the switch elements Q6 and Q7 are turned on, the switch elements Q5 and Q8 are turned off, and the auxiliary resonant switch Q10 is turned on, when the voltage of the capacitors C5 and C8 becomes the high voltage V1, the resonant reactor Lr is set. The voltage of V1 / 2 to -V1 / 2 before resonance is applied. For this reason, as shown in FIG. 3, the resonance current decreases. At this time, as shown in FIG. 3, ZVS can be realized by turning on the switching elements Q1 and Q4.

次に、電力供給モードでは、スイッチ素子Q6,Q7がオンし、スイッチ素子Q5,Q8がオフし、補助共振スイッチQ10がオフし、スイッチ素子Q1,Q4がオンする。即ち、補助共振スイッチQ10をオフさせ、電力供給モードに遷移させる。このとき、V1→Q1→P1→Q4→V1の経路で電流が流れる。また、S1→Q7→L→V2→Q6→S1の経路で電流が流れて、高圧から低圧に降圧変換される。   Next, in the power supply mode, the switch elements Q6 and Q7 are turned on, the switch elements Q5 and Q8 are turned off, the auxiliary resonance switch Q10 is turned off, and the switch elements Q1 and Q4 are turned on. That is, the auxiliary resonance switch Q10 is turned off and the power supply mode is changed. At this time, a current flows through a route of V1 → Q1 → P1 → Q4 → V1. Further, a current flows through a route of S1, Q7, L, V2, Q6, and S1, and the voltage is stepped down from a high voltage to a low voltage.

次に、スイッチ素子Q5〜Q8がオンし、スイッチ素子Q1,Q4がオフする。スイッチ素子Q5,Q8がオンすると、絶縁トランスT1の励磁電流は二次側を還流し、スイッチ素子Q1,Q4がオフ時にはZVSはターンオフする。   Next, the switch elements Q5 to Q8 are turned on, and the switch elements Q1 and Q4 are turned off. When the switch elements Q5 and Q8 are turned on, the exciting current of the insulating transformer T1 returns to the secondary side, and when the switch elements Q1 and Q4 are turned off, ZVS is turned off.

次に、実施例1の共振型双方向DC/DCコンバータの昇圧時の動作を図6、図7、図8を参照しながら詳細に説明する。図6は、実施例1に係る共振型双方向DC/DCコンバータの昇圧変換シミュレーション波形を示す図である。この昇圧変換では、平滑リアクトルLのエネルギーをスイッチ素子Q5〜Q8のスイッチングにより、低圧側から高圧側へ伝達する。   Next, the operation at the time of step-up of the resonant bidirectional DC / DC converter according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 6, 7, and 8. FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating boost conversion simulation waveforms of the resonant bidirectional DC / DC converter according to the first embodiment. In this step-up conversion, the energy of the smoothing reactor L is transmitted from the low pressure side to the high pressure side by switching of the switch elements Q5 to Q8.

まず、図7(a)に示す伝達モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオンし、スイッチ素子Q6,Q7がオフする。このとき、V2→L→Q5→S1→Q8→V2の経路で電流が流れる。また、P1→D3→V1→D2→P1の経路で電流が流れる。即ち、低圧側直流電源V2と平滑リアクトルLに誘起された電圧とを絶縁トランスT1の二次側に伝達する。   First, in the transmission mode shown in FIG. 7A, the switch elements Q5 and Q8 are turned on and the switch elements Q6 and Q7 are turned off. At this time, a current flows through a route of V2, L, Q5, S1, Q8, and V2. Further, a current flows through a path of P1, D3, V1, D2, and P1. That is, the low-voltage DC power supply V2 and the voltage induced in the smoothing reactor L are transmitted to the secondary side of the insulating transformer T1.

次に、図7(b)に示す共振モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオンする。スイッチ素子Q6,Q7をオフさせ、補助共振スイッチQ9がオンする。すると、共振リアクトルLrに印加される電圧がV1/2−V1=−V1/2となる。このため、平滑リアクトルLに流れる電流が共振リアクトルLrと補助共振トランスT2の二次巻線S2と第2補助共振スイッチQ9とからなる共振回路に引き込まれる。   Next, in the resonance mode shown in FIG. 7B, the switch elements Q5 and Q8 are turned on. The switch elements Q6 and Q7 are turned off, and the auxiliary resonance switch Q9 is turned on. Then, the voltage applied to the resonant reactor Lr becomes V1 / 2−V1 = −V1 / 2. For this reason, a current flowing through the smoothing reactor L is drawn into a resonance circuit including the resonance reactor Lr, the secondary winding S2 of the auxiliary resonance transformer T2, and the second auxiliary resonance switch Q9.

次に、図7(c)に示す共振モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオンし、補助共振スイッチQ9がオンする。すると、スイッチ素子Q5,Q8に流れていた電流が共振リアクトルLrに全て流れる。このため、V2→L→Lr→S2→Q9→V2の経路で電流が流れる。   Next, in the resonance mode shown in FIG. 7C, the switch elements Q5 and Q8 are turned on, and the auxiliary resonance switch Q9 is turned on. Then, all of the current that has flowed through the switching elements Q5 and Q8 flows through the resonant reactor Lr. For this reason, a current flows through a route of V2-> L-> Lr-> S2-> Q9-> V2.

次に、図8(a)に示す共振モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオンし、補助共振スイッチQ9がオンしている状態で、共振リアクトルLrとスイッチ素子Q6,Q7のコンデンサC6,C7とにより共振する。この共振により、スイッチ素子Q6,Q7の電荷が引き抜かれるため、スイッチ素子Q6,Q7の寄生ダイオードに電流が流れる。この時に、図6に示すように、スイッチ素子Q6,Q7をオンすると、スイッチ素子Q6,Q7のZVSを実現できる。共振リアクトルLrに印加される電圧は、V1/2−0=V1/2となり、共振リアクトルLrの電流は徐々に減少する。   Next, in the resonance mode shown in FIG. 8A, the resonance reactor Lr and the capacitors C6 and C7 of the switch elements Q6 and Q7 are switched with the switch elements Q5 and Q8 turned on and the auxiliary resonance switch Q9 is turned on. Due to resonance. Due to this resonance, the charges of the switch elements Q6 and Q7 are extracted, so that a current flows through the parasitic diodes of the switch elements Q6 and Q7. At this time, as shown in FIG. 6, when the switch elements Q6 and Q7 are turned on, ZVS of the switch elements Q6 and Q7 can be realized. The voltage applied to the resonant reactor Lr becomes V1 / 2−0 = V1 / 2, and the current of the resonant reactor Lr gradually decreases.

次に、図8(b)に示すエネルギー蓄積モードでは、スイッチ素子Q5〜Q8がオンし、補助共振スイッチQ9がオフする。このとき、V2→L→Q5→Q6→V2の経路と、V2→L→Q7→Q8→V2の経路とに電流が流れる。このため、低圧側直流電源V2から平滑リアクトルLにエネルギーを蓄積できる。   Next, in the energy storage mode shown in FIG. 8B, the switch elements Q5 to Q8 are turned on and the auxiliary resonance switch Q9 is turned off. At this time, a current flows through the path V2 → L → Q5 → Q6 → V2 and the path V2 → L → Q7 → Q8 → V2. For this reason, energy can be stored in the smoothing reactor L from the low-voltage DC power supply V2.

次に、図8(c)に示すエネルギー放出モードでは、スイッチ素子Q5,Q8がオフし、スイッチ素子Q6,Q7がオンし、補助共振スイッチQ9がオフする。このとき、V2→L→Q7→S1→Q6→V2の経路で電流が流れる。また、P1→D1→V1→D4→P1の経路とに電流が流れる。このため、平滑リアクトルLのエネルギーが絶縁トランスT1の二次側に放出される。   Next, in the energy release mode shown in FIG. 8C, the switch elements Q5 and Q8 are turned off, the switch elements Q6 and Q7 are turned on, and the auxiliary resonance switch Q9 is turned off. At this time, a current flows through a path of V2-> L-> Q7-> S1-> Q6-> V2. In addition, a current flows through a path of P1, D1, V1, D4, and P1. For this reason, the energy of the smoothing reactor L is released to the secondary side of the insulating transformer T1.

次に、スイッチ素子Q5,Q8をZVSさせる場合について簡単に説明する。   Next, the case where the switch elements Q5 and Q8 are ZVS will be briefly described.

まず、伝達モードでは、スイッチ素子Q6,Q7がオンし、スイッチ素子Q5,Q8がオフする。このとき、V2→L→Q7→S1→Q6→V2の経路で電流が流れる。また、P1→D1→V1→D4→P1の経路で電流が流れる。即ち、低圧側直流電源V2と平滑リアクトルLに誘起された電圧とを絶縁トランスT1の二次側に伝達する。   First, in the transmission mode, the switch elements Q6 and Q7 are turned on and the switch elements Q5 and Q8 are turned off. At this time, a current flows through a path of V2-> L-> Q7-> S1-> Q6-> V2. Further, a current flows through a path of P1, D1, V1, D4, and P1. That is, the low-voltage DC power supply V2 and the voltage induced in the smoothing reactor L are transmitted to the secondary side of the insulating transformer T1.

次に、共振モードでは、スイッチ素子Q6,Q7がオンし、スイッチ素子Q5,Q8をオフさせ、補助共振スイッチQ9がオンする。すると、共振リアクトルLrに印加される電圧がV1/2−V1=−V1/2となる。このため、平滑リアクトルLに流れる電流が共振リアクトルLrと補助共振トランスT2の二次巻線S2と第2補助共振スイッチQ9とからなる共振回路に引き込まれる。   Next, in the resonance mode, the switch elements Q6 and Q7 are turned on, the switch elements Q5 and Q8 are turned off, and the auxiliary resonance switch Q9 is turned on. Then, the voltage applied to the resonant reactor Lr becomes V1 / 2−V1 = −V1 / 2. For this reason, a current flowing through the smoothing reactor L is drawn into a resonance circuit including the resonance reactor Lr, the secondary winding S2 of the auxiliary resonance transformer T2, and the second auxiliary resonance switch Q9.

次に、スイッチ素子Q6,Q7がオンし、補助共振スイッチQ9がオンする。すると、スイッチ素子Q6,Q7に流れていた電流が共振リアクトルLrに全て流れる。このため、V2→L→Lr→S2→Q9→V2の経路で電流が流れる。   Next, the switch elements Q6 and Q7 are turned on, and the auxiliary resonance switch Q9 is turned on. Then, all of the current that has flowed through the switch elements Q6 and Q7 flows through the resonant reactor Lr. For this reason, a current flows through a route of V2-> L-> Lr-> S2-> Q9-> V2.

次に、スイッチ素子Q6,Q7がオンし、補助共振スイッチQ9がオンしている状態で、共振リアクトルLrとコンデンサC5,C8とが共振する。この共振により、コンデンサC5,C8の電荷が引き抜かれるため、スイッチ素子Q6,Q7の寄生ダイオードに電流が流れる。この時に、スイッチ素子Q5,Q8をオンすると、図6に示すように、スイッチ素子Q5,Q8のZVSを実現できる。共振リアクトルLrに印加される電圧は、V1/2−0=V1/2となり、共振リアクトルLrの電流は徐々に減少する。   Next, the resonance reactor Lr and the capacitors C5 and C8 resonate in a state where the switch elements Q6 and Q7 are turned on and the auxiliary resonance switch Q9 is turned on. Due to this resonance, the electric charges of the capacitors C5 and C8 are extracted, so that a current flows through the parasitic diodes of the switch elements Q6 and Q7. At this time, when the switch elements Q5 and Q8 are turned on, ZVS of the switch elements Q5 and Q8 can be realized as shown in FIG. The voltage applied to the resonant reactor Lr becomes V1 / 2−0 = V1 / 2, and the current of the resonant reactor Lr gradually decreases.

次に、エネルギー蓄積モードでは、スイッチ素子Q5〜Q8がオンし、補助共振スイッチQ9がオフする。このとき、V2→L→Q5→Q6→V2の経路と、V2→L→Q7→Q8→V2の経路とに電流が流れる。このため、低圧側直流電源V2から平滑リアクトルLにエネルギーを蓄積できる。   Next, in the energy storage mode, the switch elements Q5 to Q8 are turned on and the auxiliary resonance switch Q9 is turned off. At this time, a current flows through the path V2 → L → Q5 → Q6 → V2 and the path V2 → L → Q7 → Q8 → V2. For this reason, energy can be stored in the smoothing reactor L from the low-voltage DC power supply V2.

次に、エネルギー放出モードでは、スイッチ素子Q6,Q7がオフし、スイッチ素子Q5,Q8がオンし、補助共振スイッチQ9がオフする。このとき、V2→L→Q5→S1→Q8→V2の経路で電流が流れる。また、P1→D3→V1→D2→P1の経路とに電流が流れる。このため、平滑リアクトルLのエネルギーが絶縁トランスT1の二次側に放出される。   Next, in the energy release mode, the switch elements Q6 and Q7 are turned off, the switch elements Q5 and Q8 are turned on, and the auxiliary resonance switch Q9 is turned off. At this time, a current flows through a route of V2, L, Q5, S1, Q8, and V2. In addition, a current flows through a path of P1, D3, V1, D2, and P1. For this reason, the energy of the smoothing reactor L is released to the secondary side of the insulating transformer T1.

このように、実施例1の共振型双方向DC/DCコンバータによれば、制御回路10が、第1ブリッジ回路1をブリッジコンバータとして動作させ、第2ブリッジ回路2を同期整流回路として動作させ、第1ブリッジ回路1に入力された直流電圧を降圧変換して第2ブリッジ回路2から直流電圧を取り出す場合、第1補助共振スイッチ10をオンさせ、補助共振トランスT2の二次巻線S2に誘起された電圧により第1ブリッジ回路1のスイッチ素子の電圧を共振させ、第1ブリッジ回路1の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる。   Thus, according to the resonant bidirectional DC / DC converter of Example 1, the control circuit 10 operates the first bridge circuit 1 as a bridge converter and operates the second bridge circuit 2 as a synchronous rectifier circuit. When the DC voltage input to the first bridge circuit 1 is stepped down to extract the DC voltage from the second bridge circuit 2, the first auxiliary resonance switch 10 is turned on and induced in the secondary winding S2 of the auxiliary resonance transformer T2. The voltage of the switch element of the first bridge circuit 1 is caused to resonate by the applied voltage, and the switch elements forming the diagonal of the first bridge circuit 1 are simultaneously turned on.

従って、直流電圧を降圧変換できるとともに、第1ブリッジ回路1の対角をなすスイッチ素子をZVSさせることができる。   Therefore, the DC voltage can be stepped down and the switch element forming the diagonal of the first bridge circuit 1 can be ZVSed.

また、降圧動作時には、平滑リアクトルLにより一次側リップル電流が小さくなるため、ワイド入力に適している。また、一次側ZVSのための還流電流が不要となるため、導通損失を低減することができる。また、共振動作により、一次側ZVSと同時に、二次側ZCSを実現することができる。   Further, during the step-down operation, the primary side ripple current is reduced by the smoothing reactor L, which is suitable for wide input. Further, since a return current for the primary side ZVS is not required, conduction loss can be reduced. Further, the secondary side ZCS can be realized simultaneously with the primary side ZVS by the resonance operation.

さらに、軽負荷から定格負荷まで全ての領域でZVS及びZCSを実現することができる。また、補助共振スイッチQ9,Q10は、電流がゼロ近辺でターンオフできるため、損失が少なくなる。   Furthermore, ZVS and ZCS can be realized in all regions from a light load to a rated load. Further, since the auxiliary resonance switches Q9 and Q10 can be turned off when the current is near zero, the loss is reduced.

また、制御回路10が、第2ブリッジ回路2をブリッジコンバータとして動作させ、第1ブリッジ回路1を同期整流回路として動作させ、第2ブリッジ回路2に入力された直流電圧を昇圧変換して第1ブリッジ回路1から直流電圧を取り出す場合、第2補助共振スイッチQ9をオンさせ、第2ブリッジ回路2の電流を共振リアクトルLrに流すことにより第2ブリッジ回路2のスイッチ素子の電圧を共振させ、第2ブリッジ回路2の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる。   Further, the control circuit 10 operates the second bridge circuit 2 as a bridge converter, operates the first bridge circuit 1 as a synchronous rectifier circuit, boosts and converts the DC voltage input to the second bridge circuit 2 to the first. When taking out a DC voltage from the bridge circuit 1, the second auxiliary resonance switch Q9 is turned on, and the current of the second bridge circuit 2 is caused to flow through the resonance reactor Lr, thereby resonating the voltage of the switch element of the second bridge circuit 2. The switch elements forming the diagonal of the two-bridge circuit 2 are simultaneously turned on.

従って、直流電圧を昇圧変換できるとともに、第2ブリッジ回路2の対角をなすスイッチ素子をZVSさせることができる。即ち、共振型双方向DC/DCコンバータは、双方向の電圧変換を行うことができる。   Therefore, the DC voltage can be boosted and converted, and the switch element forming the diagonal of the second bridge circuit 2 can be ZVSed. That is, the resonant bidirectional DC / DC converter can perform bidirectional voltage conversion.

また、昇圧動作時には、降圧動作時の共振回路を用いることにより、ZVSターンオンが可能となり、効率を向上することができる。また、補助共振スイッチQ9,Q10は、電流近辺でターンオフできるため、損失が少なくて済む。   Further, during the step-up operation, the ZVS turn-on can be performed by using the resonance circuit during the step-down operation, and the efficiency can be improved. Further, since the auxiliary resonance switches Q9 and Q10 can be turned off in the vicinity of the current, the loss can be reduced.

1 第1ブリッジ回路
2 第2ブリッジ回路
10 制御回路
V1 高圧側直流電源
V2 低圧側直流電源
L 平滑リアクトル
Q1〜Q8 スイッチ素子
Q9 第1補助共振スイッチ
Q10 第2補助共振スイッチ
T1 絶縁トランス
T2 補助共振トランス
P1,P2 一次巻線
S1,S2 二次巻線
D1〜D10 ダイオード
C1〜C8 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st bridge circuit 2 2nd bridge circuit 10 Control circuit V1 High voltage side DC power supply V2 Low voltage side DC power supply L Smoothing reactor Q1-Q8 Switch element Q9 1st auxiliary resonance switch Q10 2nd auxiliary resonance switch T1 Insulation transformer T2 Auxiliary resonance transformer P1, P2 Primary winding S1, S2 Secondary winding D1-D10 Diode C1-C8 Capacitor

Claims (5)

第1ダイオードと第1コンデンサとを並列に接続した第1スイッチ素子を複数備えてブリッジ構成される第1ブリッジ回路と、
第2ダイオードと第2コンデンサとを並列に接続した第2スイッチ素子を複数備えてブリッジ構成された第2ブリッジ回路と、
一端が前記第2ブリッジ回路に直列に接続される平滑リアクトルと、
一次巻線が前記第1ブリッジ回路に接続され、二次巻線が前記第2ブリッジ回路に接続される絶縁トランスと、
前記第1ブリッジ回路の両端に、補助共振トランスの一次巻線と第1補助共振スイッチとが直列に接続された第1直列回路と、
前記第2ブリッジ回路の両端に、補助共振リアクトルと前記補助共振トランスの二次巻線と第2補助共振スイッチとが直列に接続された第2直列回路と、
を備えることを特徴とする共振型双方向DC/DCコンバータ。
A first bridge circuit configured by a bridge including a plurality of first switch elements in which a first diode and a first capacitor are connected in parallel;
A second bridge circuit comprising a plurality of second switch elements in which a second diode and a second capacitor are connected in parallel and configured as a bridge;
A smoothing reactor having one end connected in series to the second bridge circuit;
An isolation transformer having a primary winding connected to the first bridge circuit and a secondary winding connected to the second bridge circuit;
A first series circuit in which a primary winding of an auxiliary resonant transformer and a first auxiliary resonant switch are connected in series to both ends of the first bridge circuit;
A second series circuit in which an auxiliary resonance reactor, a secondary winding of the auxiliary resonance transformer, and a second auxiliary resonance switch are connected in series to both ends of the second bridge circuit;
A resonance type bidirectional DC / DC converter comprising:
前記第1ブリッジ回路をブリッジコンバータとして動作させ、前記第2ブリッジ回路を同期整流回路として動作させ、前記第1ブリッジ回路に入力された直流電圧を降圧変換して前記第2ブリッジ回路から直流電圧を取り出す場合、前記第1補助共振スイッチをオンさせ、前記補助共振トランスの二次巻線に誘起された電圧により前記第1ブリッジ回路のスイッチ素子の電圧を共振させ、前記第1ブリッジ回路の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる制御回路を備えることを特徴とする請求項1記載の共振型双方向DC/DCコンバータ。   The first bridge circuit is operated as a bridge converter, the second bridge circuit is operated as a synchronous rectifier circuit, and a direct current voltage input to the first bridge circuit is stepped down to obtain a direct current voltage from the second bridge circuit. When taking out, the first auxiliary resonance switch is turned on, the voltage of the switch element of the first bridge circuit is resonated by the voltage induced in the secondary winding of the auxiliary resonance transformer, and the diagonal of the first bridge circuit is obtained. 2. The resonant bidirectional DC / DC converter according to claim 1, further comprising a control circuit for simultaneously turning on the switching elements forming the above. 前記第2ブリッジ回路をブリッジコンバータとして動作させ、前記第1ブリッジ回路を同期整流回路として動作させ、前記第2ブリッジ回路に入力された直流電圧を昇圧変換して前記第1ブリッジ回路から直流電圧を取り出す場合、前記第2補助共振スイッチをオンさせ、前記第2ブリッジ回路の電流を前記共振リアクトルに流すことにより前記第2ブリッジ回路のスイッチ素子の電圧を共振させ、前記第2ブリッジ回路の対角をなすスイッチ素子を同時にオンさせる制御回路を備えることを特徴とする請求項1記載の共振型双方向DC/DCコンバータ。   The second bridge circuit is operated as a bridge converter, the first bridge circuit is operated as a synchronous rectifier circuit, and the DC voltage input to the second bridge circuit is boosted to convert the DC voltage from the first bridge circuit. When taking out, the second auxiliary resonance switch is turned on, and the voltage of the switch element of the second bridge circuit is caused to resonate by causing the current of the second bridge circuit to flow through the resonance reactor. 2. The resonant bidirectional DC / DC converter according to claim 1, further comprising a control circuit for simultaneously turning on the switching elements forming the above. 前記補助共振トランスの一次巻線と二次巻線との比は、前記絶縁トランスの一次巻線と二次巻線との比の2倍であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の共振型双方向DC/DCコンバータ。   The ratio of the primary winding and the secondary winding of the auxiliary resonant transformer is twice the ratio of the primary winding and the secondary winding of the insulating transformer. A resonant bidirectional DC / DC converter according to claim 1. 前記第1補助共振スイッチ又は前記第2補助共振スイッチは、前記ブリッジコンバータとして動作するスイッチ素子がオンする前にオンし、前記ブリッジコンバータとして動作するスイッチ素子がオンした後にはオフすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の共振型双方向DC/DCコンバータ。   The first auxiliary resonance switch or the second auxiliary resonance switch is turned on before the switch element operating as the bridge converter is turned on, and is turned off after the switch element operating as the bridge converter is turned on. The resonant bidirectional DC / DC converter according to any one of claims 1 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108900092A (en) * 2018-08-01 2018-11-27 西安特锐德智能充电科技有限公司 Storage medium, two-way resonance circuit charging and discharging currents adjusting method, apparatus and system

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