JP2017139867A - DC-DC converter device and power storage system using the same - Google Patents

DC-DC converter device and power storage system using the same Download PDF

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孔介 阿部
史一 高橋
Fumikazu Takahashi
史一 高橋
輝三彰 谷口
Kimiaki Taniguchi
輝三彰 谷口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC-DC converter device that inexpensively implements both of a safety margin and conversion efficiency and is capable of sufficiently improving a characteristic.SOLUTION: A device includes a control circuit 13 including an efficiency improvement control unit 14 including: comparators 17a, 17b that in order to make a target value be used so that conversion efficiency is maintained so as to increase within a safety operation region depending on a result of comparing current I, Iat different positions of an isolation transformer T with output current Ifrom a DC-DC converter 11, variably generate switching setting time Δt for control timing corresponding to a variation in a circuit parameter caused by leakage inductance of the transformer T; and logical circuits 18a, 18b that when being set S at set time of main control timing generated by a pulse conversion unit 16, outputs a control operation instruction signal showing an efficiency improvement control timing instruction value at the time Δt during which comparator output is reset R and held, to provide the signal for the pulse conversion unit 16 generating a switching operation control signal to switching/rectification circuits 12a, 12b.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、変換効率の優れたスイッチング方式を採用して直流電圧を別の直流電圧に変換して出力する絶縁機能を持ったDC‐DCコンバータ装置及びそれを用いた蓄電システムに関する。   The present invention relates to a DC-DC converter device having an insulating function that employs a switching method with excellent conversion efficiency to convert a DC voltage into another DC voltage and output it, and a power storage system using the DC-DC converter device.

近年、地球環境の保全を配慮した電力需要に応えるため、商用交流電源の負荷装置に対する通常時の電力供給時に内蔵する蓄電池部での充電を行い、電力供給停止時に蓄電池部から負荷装置に対して放電して電力供給を長時間バックアップする機能を持つ常時商用タイプの無停電電源装置(Uninterruptible Power Supply)等の蓄電システムが注目されている。   In recent years, in order to respond to the power demand in consideration of the preservation of the global environment, charging is performed with the built-in storage battery unit during normal power supply to the load device of the commercial AC power supply, and when the power supply is stopped, An electric storage system such as an uninterruptible power supply of constant commercial type that has a function of discharging and backing up power supply for a long time has attracted attention.

このような蓄電システムの汎用的な構成では、蓄電池部をバッテリとした上で直流電圧を別の直流電圧に変換して出力するDC‐DCコンバータを使用し、その絶縁トランスの入力側(一次側)と出力側(二次側)とに対して複数のスイッチング素子のスイッチング動作によって整流処理を行うためのスイッチング回路を設けるようにし、制御回路でこれらのスイッチング回路を同期させて制御することで電力変換の効率向上を図っている。因みに、ここでのDC‐DCコンバータとそのスイッチング回路を制御する制御回路とを含む構成は、DC‐DCコンバータ装置と呼ばれても良いものである。   In such a general-purpose configuration of a power storage system, a DC-DC converter that converts a DC voltage into another DC voltage and outputs it after using a storage battery unit as a battery is used, and the input side (primary side) of the insulation transformer is used. ) And the output side (secondary side) are provided with a switching circuit for performing rectification processing by switching operations of a plurality of switching elements, and the control circuit controls these switching circuits in synchronism to control power. The conversion efficiency is improved. Incidentally, the configuration including the DC-DC converter and the control circuit for controlling the switching circuit here may be called a DC-DC converter device.

ところが、一般にDC‐DCコンバータでは、絶縁トランスの漏洩インダクタンスによる回路パラメータの変動範囲が非常に大きいため、安定動作を実現するための設計を行うと、最高変換効率が達成できなくなり、電力変換特性を一様に歩留まり良く設定できないという難点がある。そこで、回路パラメータの変動範囲を小さくするためには、特殊なトランスや漏洩インダクタンスよりも大きなインダクタンスの部品を追加する必要があるが、こうした対処によれば高コスト化が回避されない上、スイッチング損失が増加する要因となってしまうので実用上好ましくない。   However, in general, the DC-DC converter has a very large circuit parameter fluctuation range due to the leakage inductance of the insulation transformer. Therefore, when designing to achieve stable operation, the maximum conversion efficiency cannot be achieved and the power conversion characteristics are reduced. There is a drawback that it cannot be set uniformly with a good yield. Therefore, in order to reduce the fluctuation range of the circuit parameters, it is necessary to add a special transformer or a component with an inductance larger than the leakage inductance. However, such measures cannot avoid an increase in cost, and the switching loss is reduced. Since it becomes the factor which increases, it is unpreferable practically.

因みに、このような絶縁トランスの漏洩インダクタンスによる回路パラメータを考慮して電力変換の効率向上を図るための周知技術として、スイッチング特性が速くてボディダイオードの逆回復特性が比較的遅いスイッチング素子を用いてスイッチング損失を低減しつつ、ボディダイオードの逆回復特性が比較的遅いことによる影響を軽減した小型で高効率な絶縁性機能を有する「双方向DC‐DCコンバータ」(特許文献1参照)や、低コストで小型化が可能なフルブリッジインバータを備えた「電源装置および電源装置の制御方法」(特許文献2参照)が挙げられる。   Incidentally, as a well-known technique for improving the efficiency of power conversion in consideration of circuit parameters due to the leakage inductance of such an isolation transformer, a switching element having a fast switching characteristic and a relatively slow reverse recovery characteristic of the body diode is used. “Bidirectional DC-DC converter” (see Patent Document 1) having a small and highly efficient insulation function that reduces the switching loss and reduces the influence of the relatively slow reverse recovery characteristic of the body diode. “Power supply apparatus and control method of power supply apparatus” (see Patent Document 2) including a full-bridge inverter that can be reduced in size at low cost.

特許第5587382号公報Japanese Patent No. 5587382 特許第5575731号公報Japanese Patent No. 5557731

上述した特許文献1や特許文献2に係る技術は、何れも絶縁トランスの漏洩インダクタンスによる回路パラメータを固定値として設定し、プログラム制御によってDC‐DCコンバータにおける入力電圧又は出力電圧と出力電流(或いは入力電流としても良い)とを検出した結果に基づいて制御回路で算出した制御タイミングのスイッチング設定時間によってスイッチング回路に対する制御を実施するものである。   In the techniques according to Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the circuit parameter due to the leakage inductance of the isolation transformer is set as a fixed value, and the input voltage or output voltage and output current (or input current) (or input current) in the DC-DC converter is controlled by program control. The control of the switching circuit is performed based on the switching setting time of the control timing calculated by the control circuit based on the detection result of the current.

ここでのスイッチング設定時間tについて、具体的に解析すれば、例えばDC‐DCコンバータにおける入力電圧又は出力電圧をV、出力電流をIOUT、最小設定時間をtmin、漏洩インダクタンスをLr、トランス巻数比をNps、安全係数をXとし、絶縁トランスの漏洩インダクタンスLrとトランス巻数比Npsとの乗算に安全係数Xを乗算した値をα=[Lr・NPS]×Xとした場合、t=[α・IOUT/V]+tminなる関係式で算出される。 If the switching setting time t here is specifically analyzed, for example, the input voltage or output voltage in the DC-DC converter is V, the output current is I OUT , the minimum setting time is tmin, the leakage inductance is Lr, the transformer turns ratio. Is Nps, the safety factor is X, and the product of the multiplication of the leakage inductance Lr of the insulating transformer and the transformer turns ratio Nps by the safety factor X is α = [Lr · N PS ] × X, t = [α Calculated with a relational expression of I OUT / V] + tmin.

即ち、スイッチング設定時間tの最適値は、出力電流IOUT(或いは入力電流IIN)や漏洩インダクタンスLrに比例し、入力電圧又は出力電圧Vに反比例するため、予め設計評価で各種パラメータ及びそのバラツキに基づいてαの設定値を決定した結果を固定値の回路パラメータとして保有し、その固定値の回路パラメータを用いて回路動作の状況に応じたスイッチング設定時間tを演算することになる。これにより、安全マージンを確保した上で或る程度の変換効率を維持できるようになっている。 That is, the optimum value of the switching setting time t is proportional to the output current I OUT (or the input current I IN ) and the leakage inductance Lr, and is inversely proportional to the input voltage or the output voltage V. Is stored as a fixed value circuit parameter, and the switching setting time t according to the state of the circuit operation is calculated using the fixed value circuit parameter. As a result, a certain degree of conversion efficiency can be maintained while ensuring a safety margin.

ところが、こうしたスイッチング設定時間tを用いた制御によれば、回路パラメータの変動に対して安全動作領域内で安全マージンを確保することが必要であり、安全動作領域と危険動作領域との境界付近にある最高変換効率点に対応する最適値未満の安全動作領域内における広範囲で性能のバラツキを示すものとなるため、実際には安全マージンと変換効率とを両立させた十分な特性向上を図り得ていないという問題がある。このように安全マージンが確保されていても、変換効率の優れないDC‐DCコンバータ装置であれば、蓄電システムへの適用が性能上で困難となり、NGとなる場合も少なくない。要するに、固定値の回路パラメータを用いて演算したスイッチング設定時間tを用いた制御を行うタイプのDC‐DCコンバータ装置の場合、製造上で蓄電システムへの適用が性能的に好適となるような歩留まりを達成できていないのが実情であり、性能のバラツキを抑制して変換効率を向上させるための改善が求められている。   However, according to the control using the switching set time t, it is necessary to secure a safety margin within the safe operation region against the fluctuation of the circuit parameter, and in the vicinity of the boundary between the safe operation region and the dangerous operation region. Since it shows a variation in performance over a wide range within the safe operation area below the optimum value corresponding to a certain maximum conversion efficiency point, in fact, sufficient improvement in characteristics with both a safety margin and conversion efficiency has been achieved. There is no problem. Even if a safety margin is ensured in this way, if it is a DC-DC converter device that is not excellent in conversion efficiency, it is difficult to apply to a power storage system in terms of performance, and it is often NG. In short, in the case of a DC-DC converter device of a type that performs control using a switching set time t calculated using a fixed value circuit parameter, a yield that makes it suitable in terms of performance to be applied to a power storage system in manufacturing. However, there is a need for improvement in order to suppress variation in performance and improve conversion efficiency.

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、低コストで安全マージンと変換効率とを両立させた十分な特性向上を図り得るDC‐DCコンバータ装置及びそれを用いた蓄電システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and the technical problem thereof is a DC-DC converter device capable of achieving a sufficient improvement in characteristics while achieving both a safety margin and conversion efficiency at a low cost. It is to provide a power storage system using the same.

上記技術的課題を解決するため、本発明の第1の手段は、絶縁トランスの入力側と出力側とに複数のスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行うための第1のスイッチング回路と第2のスイッチング回路とが設けられたDC‐DCコンバータと、DC‐DCコンバータの変換効率を向上させるために当該DC‐DCコンバータにおける入力電流又は入力電圧、或いは出力電流又は出力電圧に応じて第1のスイッチング回路と第2のスイッチング回路とにおける複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのパルス幅変調されたスイッチング動作制御信号を生成する制御回路と、を備えたDC‐DCコンバータ装置において、制御回路は、絶縁トランスにおける異なる箇所での電流又は電流をDC‐DCコンバータにおける入力電流又は入力電圧、或いは出力電流又は出力電圧と比較した結果に応じて当該DC‐DCコンバータの変換効率が安全動作領域内で上昇して維持される予め定められた目標値となるように、当該絶縁トランスの漏洩インダクタンスによる回路パラメータの変動に対応した制御タイミングのスイッチング設定時間を自動で可変的に生成する比較器と、回路内で生成される主制御タイミングの設定時間でセットされ、比較器からの可変可能なスイッチング設定時間でリセットされると共に、セットされると当該比較器の出力をリセットにして保持した当該可変可能なスイッチング設定時間での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を出力してスイッチング動作制御信号の生成に供する論理回路と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above technical problem, a first means of the present invention includes a first switching circuit for performing rectification processing according to switching operations of a plurality of switching elements on an input side and an output side of an insulating transformer. A DC-DC converter provided with a second switching circuit, and in order to improve the conversion efficiency of the DC-DC converter, the DC-DC converter has a second function depending on the input current or input voltage, or the output current or output voltage. In a DC-DC converter device comprising: a control circuit that generates a pulse width modulated switching operation control signal for controlling switching operations of a plurality of switching elements in one switching circuit and a second switching circuit; The control circuit is used to convert the current or current at different points in the isolation transformer to a DC-DC converter. The conversion efficiency of the DC-DC converter becomes a predetermined target value that rises and is maintained in the safe operating range in accordance with the result of comparison with the input current or input voltage, or the output current or output voltage in the converter. In addition, a comparator that automatically and variably generates a control timing switching setting time corresponding to a change in circuit parameters due to leakage inductance of the insulation transformer, and a main control timing setting time generated in the circuit are set, A control operation indicating the efficiency improvement control timing command value at the variable switching setting time, which is reset at the variable switching setting time from the comparator and reset and held when the output of the comparator is set. A logic circuit that outputs a command signal and generates a switching operation control signal. And features.

本発明の第2の手段は、商用電源と電力供給対象の負荷との間に交流を直流に変換するAC/DCコンバータ、第1の単方向DC‐DCコンバータ、第2の単方向DC‐DCコンバータ、直流を交流に変換するDC/ACコンバータをこの順で直列に接続し、当該第1の単方向DC‐DCコンバータ及び当該第2の単方向DC‐DCコンバータの間の電線にバッテリを接続して構成される常時インバータ方式の蓄電システムにおいて、第1の単方向DC‐DCコンバータ及び第2の単方向DC‐DCコンバータの少なくとも一方に上記DC‐DCコンバータ装置を用いて構成されたことを特徴とする。   The second means of the present invention includes an AC / DC converter, a first unidirectional DC-DC converter, and a second unidirectional DC-DC that convert alternating current into direct current between a commercial power source and a load to be supplied with power. A converter and a DC / AC converter that converts direct current to alternating current are connected in series in this order, and a battery is connected to the wire between the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter. In the continuous inverter type power storage system configured as described above, the DC-DC converter device is used for at least one of the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter. Features.

本発明の第3の手段は、商用電源と電力供給対象の負荷との間を接続した電線に対し、交流を直流に変換するAC/DCコンバータ、第1の単方向DC‐DCコンバータ、第2の単方向DC‐DCコンバータ、直流を交流に変換するDC/ACコンバータをこの順で並列に接続し、当該第1の単方向DC‐DCコンバータ及び当該第2の単方向DC‐DCコンバータの間の電線にバッテリを接続すると共に、当該DC/ACコンバータの出力側と当該負荷の入力側との間に当該商用電源からの電源電力供給系統と当該バッテリからの放電電力供給系統とを切り替えるための切り替えスイッチを設けて構成される常時商用単方向型方式の蓄電システムにおいて、第1の単方向DC‐DCコンバータ及び第2の単方向DC‐DCコンバータの少なくとも一方に上記DC‐DCコンバータ装置を用いて構成されたことを特徴とする。   The third means of the present invention includes an AC / DC converter that converts AC to DC for an electric wire connected between a commercial power supply and a load to be supplied with power, a first unidirectional DC-DC converter, a second A unidirectional DC-DC converter and a DC / AC converter for converting direct current to alternating current are connected in parallel in this order, and between the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter. A battery is connected to the electric wire and the power supply system from the commercial power source and the discharge power supply system from the battery are switched between the output side of the DC / AC converter and the input side of the load. In an always-commercial unidirectional power storage system configured with a changeover switch, there are few first unidirectional DC-DC converters and second unidirectional DC-DC converters. Characterized in that the well is configured with the DC-DC converter device to one.

本発明の第4の手段は、商用電源と電力供給対象の負荷との間を接続した電線に対し、双方向インバータ、双方向DC‐DCコンバータ、バッテリをこの順で接続すると共に、当該商用電源側の当該電線に逆潮流を防止するためのリレーを介在させて構成される常時商用双方向型方式の蓄電システムにおいて、双方向インバータに上記DC‐DCコンバータ装置を用いて構成されたことを特徴とする。   According to a fourth means of the present invention, a bidirectional inverter, a bidirectional DC-DC converter, and a battery are connected in this order to an electric wire connected between a commercial power source and a load to be supplied with power. In a commercial bi-directional power storage system configured by interposing a relay for preventing reverse power flow on the electric wire on the side, using the DC-DC converter device as a bi-directional inverter And

本発明によれば、上記構成により、低コストで安全マージンと変換効率とを両立させた十分な特性向上を図り得るようになる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。   According to the present invention, with the above-described configuration, it is possible to achieve a sufficient improvement in characteristics that achieves both a safety margin and conversion efficiency at low cost. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

周知技術に係るDC‐DCコンバータ装置の基本構成を示した概略機能ブロック図である。It is the general | schematic functional block diagram which showed the basic composition of the DC-DC converter apparatus which concerns on a well-known technique. 本発明の実施例に係るDC‐DCコンバータ装置の基本構成を示した概略機能ブロック図である。It is the general | schematic functional block diagram which showed the basic composition of the DC-DC converter apparatus which concerns on the Example of this invention. 図1に示すDC‐DCコンバータ装置と図2に示すDC‐DCコンバータ装置とにおける制御内容及び変換効率を対比させて説明するために示したスイッチング設定時間、並びに変換効率に対する電流値との関係で例示される回路パラメータの変動特性図である。1 and the DC-DC converter apparatus shown in FIG. 2 and the DC-DC converter apparatus shown in FIG. 2 in relation to the control setting and the conversion efficiency, and the relationship between the switching setting time and the current value with respect to the conversion efficiency. It is a fluctuation characteristic figure of the circuit parameter illustrated. 図2に示すDC‐DCコンバータ装置におけるDC‐DCコンバータの等価回路を示した図である。It is the figure which showed the equivalent circuit of the DC-DC converter in the DC-DC converter apparatus shown in FIG. 図2に示すDC‐DCコンバータ装置の制御回路によるDC‐DCコンバータに備えられるスイッチング・整流回路のスイッチング素子に対するスイッチング動作を制御しての整流処理を含む変換動作時の各種処理信号の波形を示すタイミングチャートである。2 shows waveforms of various processing signals during conversion operation including rectification processing by controlling the switching operation for the switching element of the switching / rectifying circuit provided in the DC-DC converter by the control circuit of the DC-DC converter device shown in FIG. It is a timing chart. 図2に示すDC‐DCコンバータ装置の制御回路に含まれるパルス変換部の一部構成を効率向上制御部の一部を含めて図5に示す各種処理信号の抜粋した波形と対比して示した図である。2 shows a part of the configuration of the pulse converter included in the control circuit of the DC-DC converter apparatus shown in FIG. 2 in comparison with the waveforms extracted from the various processing signals shown in FIG. 5 including a part of the efficiency improvement controller. FIG. 図2に示すDC‐DCコンバータ装置の制御回路に含まれるパルス変換部の細部構成を効率向上制御部の一部を含めて図5に示す各種処理信号の抜粋した波形と対比して示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of a pulse conversion unit included in the control circuit of the DC-DC converter device shown in FIG. 2 in comparison with waveforms extracted from various processing signals shown in FIG. 5 including a part of the efficiency improvement control unit. It is. 図2に示すDC‐DCコンバータ装置の制御回路に係る図5中の動作モード1に対応するスイッチング・整流回路へのスイッチング動作の様子を示した模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a state of a switching operation to the switching / rectifying circuit corresponding to the operation mode 1 in FIG. 5 according to the control circuit of the DC-DC converter device shown in FIG. 2. 図2に示すDC‐DCコンバータ装置の制御回路に係る図5中の動作モード2に対応するスイッチング・整流回路へのスイッチング動作の様子を示した模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a state of a switching operation to the switching / rectifying circuit corresponding to the operation mode 2 in FIG. 5 according to the control circuit of the DC-DC converter device shown in FIG. 2. 図2に示すDC‐DCコンバータ装置を適用した蓄電システムの概略構成を示した図であり、(a)は常時インバータ方式の蓄電システムに関する図、(b)は常時商用単方向型方式の蓄電システムに関する図、(c)は常時商用双方向型方式の蓄電システムに関する図である。It is the figure which showed schematic structure of the electrical storage system to which the DC-DC converter apparatus shown in FIG. 2 is applied, (a) is a figure regarding the electrical storage system of an always inverter system, (b) is an electrical storage system of an always commercial unidirectional system (C) is a figure regarding the always commercial bidirectional | two-way type electrical storage system.

以下に、本発明のDC‐DCコンバータ装置及びそれを用いた蓄電システムについて、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, examples of the DC-DC converter device of the present invention and a power storage system using the same will be described in detail with reference to the drawings.

最初に、本発明のDC‐DCコンバータ装置及びそれを用いた蓄電システムの理解を容易にするため、周知技術のDC‐DCコンバータ装置について説明する。図1は、周知技術に係るDC‐DCコンバータ装置の基本構成(特許文献1及び特許文献2に対して適用可能な構成)を示した機能ブロック図である。   First, in order to facilitate understanding of the DC-DC converter device of the present invention and a power storage system using the same, a well-known DC-DC converter device will be described. FIG. 1 is a functional block diagram showing a basic configuration of a DC-DC converter device according to a known technique (configuration applicable to Patent Document 1 and Patent Document 2).

図1を参照すれば、周知技術のDC‐DCコンバータ装置は、絶縁トランスTの入力側と出力側とに複数のスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行うための第1のスイッチング・整流回路2aと第2のスイッチング・整流回路2bとが設けられたDC‐DCコンバータ1と、DC‐DCコンバータ1の変換効率を向上させるためにDC‐DCコンバータ1における入力電圧又は出力電圧V、並びに出力電流IOUT(或いは入力電流IINでも良い)に応じて第1のスイッチング・整流回路2aと第2のスイッチング・整流回路2bとにおける複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのパルス幅変調PWMされたスイッチング動作制御信号を生成する制御回路3と、を備えて構成される。因みに、図1中の入出力電圧/電流なる表記は、上述したDC‐DCコンバータ1における入力電流又は入力電圧、或いは出力電流又は出力電圧を総括的に示したものである。 Referring to FIG. 1, a well-known DC-DC converter device includes a first switching / rectifying device for performing rectification processing according to switching operations of a plurality of switching elements on an input side and an output side of an isolation transformer T. A DC-DC converter 1 provided with a circuit 2a and a second switching / rectifying circuit 2b, an input voltage or an output voltage V in the DC-DC converter 1 in order to improve the conversion efficiency of the DC-DC converter 1, and Pulse width modulation for controlling the switching operation of a plurality of switching elements in the first switching / rectifier circuit 2a and the second switching / rectifier circuit 2b in accordance with the output current I OUT (or may be the input current I IN ) And a control circuit 3 for generating a PWM switching operation control signal. Incidentally, the notation “input / output voltage / current” in FIG. 1 generally indicates the input current or input voltage, or the output current or output voltage in the DC-DC converter 1 described above.

このうち、制御回路3は、プログラム制御によってDC‐DCコンバータ1における入力電圧又は出力電圧V、並びに出力電流IOUT(或いは入力電流IINでも良い)に基づいて変換効率を安定して向上させるための制御指令値及び制御タイミングを算出してスイッチング設定時間tによる効率向上指令値を示す制御動作指令信号を出力する効率向上制御部4と、DC‐DCコンバータ1における入力電圧又は出力電圧V、並びに出力電流IOUT(或いは入力電流IINでも良い)に応じてDC‐DCコンバータ1における出力電流又は出力電圧が安定となるように制御指令値及び制御タイミングを算出して安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号を出力する安定化制御部5と、スイッチング設定時間tによる効率向上制御指令値を示す制御動作指令信号と安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号とに基づいてパルス幅変調PWMされた第1のスイッチング・整流回路2a及び第2のスイッチング・整流回路2bに対するスイッチング動作制御信号を生成するパルス変換部6と、を備えて構成される。ここでの効率向上制御部4は、上述したスイッチング設定時間tをt=[α・IOUT/V]+tminなる関係式(但し、α=[Lr・NPS]×X)に基づいて算出する。 Among them, the control circuit 3 stably improves conversion efficiency based on the input voltage or output voltage V and the output current I OUT (or may be the input current I IN ) in the DC-DC converter 1 by program control. An efficiency improvement control unit 4 that calculates a control command value and a control timing of the control signal and outputs a control operation command signal indicating an efficiency improvement command value according to the switching set time t, an input voltage or an output voltage V in the DC-DC converter 1, and The control command value and the control timing are calculated so as to stabilize the output current or output voltage in the DC-DC converter 1 according to the output current I OUT (or may be the input current I IN ), and the stabilization control command value is indicated. Stabilization control unit 5 for outputting a control timing signal, and efficiency improvement control by switching set time t Switching operation for the first switching / rectifying circuit 2a and the second switching / rectifying circuit 2b, which are pulse-width-modulated PWM based on the control operation command signal indicating the command value and the control timing signal indicating the stabilization control command value And a pulse converter 6 for generating a control signal. Here, the efficiency improvement control unit 4 calculates the switching setting time t described above based on a relational expression of t = [α · I OUT / V] + tmin (where α = [Lr · N PS ] × X). .

ところで、効率向上制御部4で算出されるスイッチング設定時間tの最適値は、出力電流IOUT(或いは入力電流IIN)や漏洩インダクタンスLrに比例し、入力電圧又は出力電圧Vに反比例するため、予め設計評価で各種パラメータ及びそのバラツキに基づいてαの設定値(漏洩インダクタンスLrとトランス巻数比Npsとの乗算に安全係数Xを乗算した値)を決定した結果を固定値の回路パラメータとして保有し、その固定値の回路パラメータを用いて回路動作の状況に応じたスイッチング設定時間tを演算することになる。このため、DC‐DCコンバータ1では、回路パラメータの変動に対して安全動作領域内で安全マージンを確保する必要があることにより、安全動作領域と危険動作領域との境界付近にある最高変換効率点に対応する最適値未満の安全動作領域内における広範囲で性能のバラツキを示すものとなるため、実際には安全マージンと変換効率とを両立させた十分な特性向上を図り得ないという難点がある。そこで、本発明のDC‐DCコンバータ装置では、以下に説明する通り、効率向上制御部4の処理機能を変更して固定値の回路パラメータを用いた演算を行わず、低コストで安全マージンと変換効率とを両立させた十分な特性向上を図ることを目的とする。 By the way, the optimum value of the switching setting time t calculated by the efficiency improvement control unit 4 is proportional to the output current I OUT (or input current I IN ) and the leakage inductance Lr, and is inversely proportional to the input voltage or the output voltage V. Based on various parameters and their variations in design evaluation, the result of determining the set value of α (the value obtained by multiplying the leakage inductance Lr and transformer turns ratio Nps by the safety factor X) is held as a fixed value circuit parameter. The switching setting time t corresponding to the circuit operation status is calculated using the fixed circuit parameter. For this reason, in the DC-DC converter 1, it is necessary to secure a safety margin within the safe operation region with respect to fluctuations in circuit parameters, so that the maximum conversion efficiency point near the boundary between the safe operation region and the dangerous operation region is obtained. In the safe operation region below the optimum value corresponding to the above, there is a variation in performance over a wide range, so that there is a difficulty in that it is not possible to improve the characteristics while achieving both a safety margin and conversion efficiency. Therefore, in the DC-DC converter device of the present invention, as will be described below, the processing function of the efficiency improvement control unit 4 is changed and calculation using a fixed value circuit parameter is not performed, and the safety margin and conversion are performed at low cost. The purpose is to sufficiently improve the characteristics while achieving both efficiency.

図2は、本発明の実施例に係るDC‐DCコンバータ装置の基本構成を示した機能ブロック図である。   FIG. 2 is a functional block diagram showing the basic configuration of the DC-DC converter device according to the embodiment of the present invention.

図2を参照すれば、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置は、基本構成上、図1に示した構成と同様に、絶縁トランスTの入力側と出力側とに複数のスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行うための第1のスイッチング・整流回路12aと第2のスイッチング・整流回路12bとが設けられたDC‐DCコンバータ11と、DC‐DCコンバータ11の変換効率を向上させるためにDC‐DCコンバータ11における出力電流IOUT(入力電流IIN、或いは入力電圧又は出力電圧Vでも良い)に応じて第1のスイッチング・整流回路12aと第2のスイッチング・整流回路12bとにおける複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのパルス幅変調PWMされたスイッチング動作制御信号を生成する制御回路13と、を備えて構成される。 Referring to FIG. 2, the DC-DC converter device according to the embodiment has a basic configuration and switching operations of a plurality of switching elements on the input side and the output side of the isolation transformer T, similarly to the configuration shown in FIG. 1. In order to improve the conversion efficiency of the DC-DC converter 11 provided with the first switching / rectifying circuit 12a and the second switching / rectifying circuit 12b for performing rectification processing according to The first switching / rectifying circuit 12a and the second switching / rectifying circuit 12b are configured in accordance with the output current I OUT (input current I IN , or input voltage or output voltage V) in the DC-DC converter 11. Generates a pulse width modulation PWM switching operation control signal for controlling the switching operation of the switching element And a control circuit 13 for performing the configuration.

但し、ここでの制御回路13は、絶縁トランスTにおける異なる箇所での電流(又は電流でも良い)をDC‐DCコンバータ11における出力電流IOUT(入力電流IIN、或いは入力電圧又は出力電圧Vでも良い)と比較した結果に応じてDC‐DCコンバータ11の変換効率が安全動作領域内で上昇して維持される予め定められた目標値となるように、絶縁トランスTの漏洩インダクタンスLrによる回路パラメータの変動に対応した制御タイミングのスイッチング設定時間Δt(上記スイッチング設定時間tに対する可変増数を示す)を自動で可変可能に生成する比較器、並びに回路内で生成される主制御タイミングの設定時間でセットSされ、比較器からの可変可能なスイッチング設定時間ΔtでリセットRされると共に、セットSされると比較器の出力をリセットRにして保持した可変可能なスイッチング設定時間Δtでの効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を出力する論理回路を備えた効率向上制御部14と、DC‐DCコンバータ1における出力電流IOUT(入力電流IIN、或いは入力電圧又は出力電圧Vでも良い)が安定となるように制御指令値及び制御タイミングを生成して安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号を出力する安定化制御部15と、主制御タイミングの設定時間を生成して論理回路へ出力すると共に、可変可能なスイッチング設定時間Δtによる効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号と安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号とに基づいて第1のスイッチング・整流回路2a及び第2のスイッチング・整流回路2bに備えられるスイッチング素子のオン時間及びオフ時間を制御するためのパルス幅変調PWMされたスイッチング動作制御信号を生成するパルス変換部16と、を備えて構成される。 However, the control circuit 13 here uses the current (or current) at different points in the isolation transformer T as the output current I OUT (input current I IN , input voltage or output voltage V) in the DC-DC converter 11. The circuit parameter according to the leakage inductance Lr of the insulation transformer T is set so that the conversion efficiency of the DC-DC converter 11 rises and is maintained in the safe operation range according to the result of comparison with A comparator that automatically and variably generates a switching set time Δt (indicating a variable increment with respect to the switching set time t) of the control timing corresponding to the fluctuation of the control timing, and a main control timing set time generated in the circuit Set S, reset R at a variable switching setting time Δt from the comparator, and set An efficiency improvement control unit 14 having a logic circuit that outputs a control operation command signal indicating an efficiency improvement control timing command value at a variable switching setting time Δt held when the output of the comparator is reset to R when S is performed; The control command value and the control timing are generated so that the output current I OUT (the input current I IN , or the input voltage or the output voltage V) in the DC-DC converter 1 is stable, and the stabilization control command value is indicated. A stabilization control unit 15 that outputs a control timing signal, and a control operation command that generates a set time of the main control timing and outputs it to the logic circuit, and indicates an efficiency improvement control timing command value by a variable switching set time Δt The first switching / rectifying circuit 2a and the second switching circuit are based on the signal and the control timing signal indicating the stabilization control command value. A pulse converter 16 for generating a pulse width modulated PWM by switching operation control signal for controlling the switching-on time of the switching element provided in the rectifying circuit 2b and off-time, configured with a.

このうち、効率向上制御部14は、本実施例の場合、比較器として、絶縁トランスTの特定箇所での電流(又は電圧でも良い)とDC‐DCコンバータ11における出力電流IOUT(入力電流IIN、或いは入力電圧又は出力電圧Vでも良い)とを比較した結果に応じて可変可能な第1のスイッチング設定時間Δt1を生成する第1の比較器17aと、絶縁トランスTにおける上記特定箇所以外の箇所での電流(又は電圧でも良い)とDC‐DCコンバータ11における出力電流IOUT(入力電流IIN、或いは入力電圧又は出力電圧Vでも良い)とを比較した結果に応じて可変可能な第2のスイッチング設定時間Δt2を生成する第2の比較器17bと、が備えられている。また、論理回路として、セットSをパルス変換部16で生成される主制御タイミングの設定時間で設定し、リセットRを第1の比較器17aからの可変可能な第1のスイッチング設定時間Δt1で設定すると共に、セットSされると第1の比較器17aの出力をリセットRにして保持した可変可能な第1のスイッチング設定時間Δt1での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を第1のスイッチング・整流回路12aにおけるトリガ機能を担うスイッチング素子(後述するスイッチング素子H0が該当する)を制御対象として出力するRS‐FF(フリップフロップ)による第1の論理回路18aと、セットSを同様にパルス変換部16で生成される主制御タイミングの設定時間で設定し、リセットRを第2の比較器17bからの可変可能な第2のスイッチング設定時間Δt2で設定すると共に、セットSされると第2の比較器17bの出力をリセットRにして保持した可変可能な第2のスイッチング設定時間Δt2での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を第2のスイッチング・整流回路12bにおけるトリガ機能を担うスイッチング素子(後述するスイッチング素子S0が該当する)を制御対象として出力するRS‐FF(フリップフロップ)による第2の論理回路18bと、が備えられている。 Among them, in the case of the present embodiment, the efficiency improvement control unit 14 serves as a comparator for the current (or voltage) at a specific location of the isolation transformer T and the output current I OUT (input current I) in the DC-DC converter 11. IN , or an input voltage or an output voltage V), and a first comparator 17a that generates a first switching set time Δt1 that can be changed according to a result of comparison with the result of comparison with other than the specific portion in the isolation transformer T A second variable that can be varied in accordance with the result of comparing the current (or voltage) at the location and the output current I OUT (input current I IN , or input voltage or output voltage V) in the DC-DC converter 11. And a second comparator 17b for generating the switching set time Δt2. Further, as a logic circuit, set S is set by the set time of the main control timing generated by pulse conversion unit 16, and reset R is set by variable first switching set time Δt1 from first comparator 17a. In addition, when set S, the control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the variable first switching setting time Δt1 held by setting the output of the first comparator 17a to the reset R is the first. Similarly to the first logic circuit 18a by RS-FF (flip-flop) that outputs a switching element (which corresponds to a switching element H0 described later) having a trigger function in the switching and rectifying circuit 12a of the above and the set S. It is set by the set time of the main control timing generated by the pulse converter 16, and the reset R is sent from the second comparator 17b. When the set S is set, and the output of the second comparator 17b is set to the reset R, the efficiency at the variable second switching set time Δt2 is maintained. An RS-FF (flip-flop) that outputs a control operation command signal indicating an improved control timing command value as a control target of a switching element (which corresponds to a switching element S0 described later) having a trigger function in the second switching / rectifying circuit 12b And a second logic circuit 18b.

因みに、上述した絶縁トランスTの特定箇所での電流は、第1のスイッチング・整流回路12aに含まれる各スイッチング素子及び絶縁トランスTの入力側を流れるトランス電流Iとする場合を例示できる。これに対し、絶縁トランスTの特定箇所での電圧は、絶縁トランスTの入力側で第1のスイッチング・整流回路12aに含まれる各スイッチング素子及び絶縁トランスTに印加される入力側トランス電圧とする場合を例示できる。また、絶縁トランスTの特定箇所以外の箇所での電流は、第2のスイッチング・整流回路12bに含まれる各スイッチング素子及び絶縁トランスTの出力側を流れて後述するコンデンサCcで蓄電されるか、或いはコンデンサCcから放電されて各スイッチング素子を流れるコンデンサ電流ICcである場合を例示できる。これに対し、絶縁トランスTの特定箇所以外の箇所での電圧は、絶縁トランスTの出力側で第2のスイッチング・整流回路12bに含まれる各スイッチング素子及びコンデンサCcに変圧されて印加される出力側トランス電圧である場合を例示できる。実施例に係るDC‐DCコンバータ装置では、図2中に示されるように絶縁トランスTの特定箇所での電流を入力側のトランス電流Iとし、絶縁トランスTの特定箇所以外の箇所での電流を出力側のコンデンサ電流ICcとしている。 Incidentally, the current at a particular location of the above-described insulation transformer T can be exemplified a case where the transformer current I T through input side of the switching element and the insulating transformer T included in the first switching rectifier circuit 12a. On the other hand, the voltage at a specific location of the insulation transformer T is the input-side transformer voltage applied to each switching element and the insulation transformer T included in the first switching / rectifier circuit 12a on the input side of the insulation transformer T. The case can be illustrated. Also, the current at a location other than the specific location of the insulation transformer T flows through each switching element included in the second switching / rectifier circuit 12b and the output side of the insulation transformer T and is stored in the capacitor Cc described later, Or the case where it is the capacitor | condenser electric current ICc which is discharged from the capacitor | condenser Cc and flows through each switching element can be illustrated. On the other hand, the voltage at a location other than the specific location of the insulation transformer T is an output that is transformed and applied to each switching element and capacitor Cc included in the second switching / rectifier circuit 12b on the output side of the insulation transformer T. The case where it is a side transformer voltage can be illustrated. The DC-DC converter apparatus according to the embodiment, the transformer current I T current on the input side at a particular location of the isolation transformer T, as shown in FIG. 2, current at a point other than the specific portion of the insulating transformer T Is the output-side capacitor current ICc .

図3は、図1に示すDC‐DCコンバータ装置と図2に示すDC‐DCコンバータ装置とにおける制御内容及び変換効率を対比させて説明するために示したスイッチング設定時間、並びに変換効率に対する電流値との関係で例示される回路パラメータの変動特性図である。   FIG. 3 shows a switching setting time and a current value with respect to the conversion efficiency shown in order to compare the control contents and the conversion efficiency in the DC-DC converter device shown in FIG. 1 and the DC-DC converter device shown in FIG. FIG. 6 is a fluctuation characteristic diagram of circuit parameters exemplified in relation to

図3を参照すれば、周知技術のDC‐DCコンバータ装置では、制御回路3の効率向上制御部4が固定値の回路パラメータを用いて演算したスイッチング設定時間tを用いた制御を行うため、絶縁トランスTに係る回路パラメータの変動(バラツキ)typに対して電流値が低めの安全動作領域内で安全マージンを確保する必要があることにより、安全動作領域と電流値が高めの危険動作領域との境界付近にあるときの最高変換効率点に対応する最適値未満の安全動作領域内における広範囲で特性(性能)にバラツキを生じる様子を示している。また、従来の制御方式では、スイッチング設定時間tも短く、固定値で設定される様子を示している。   Referring to FIG. 3, in the well-known DC-DC converter device, the efficiency improvement control unit 4 of the control circuit 3 performs control using the switching set time t calculated using a fixed circuit parameter. Since it is necessary to secure a safety margin within the safe operation region where the current value is low with respect to the circuit parameter variation (variation) typ related to the transformer T, there is a difference between the safe operation region and the dangerous operation region where the current value is high. The figure shows how the characteristics (performance) vary over a wide range within the safe operation region below the optimum value corresponding to the maximum conversion efficiency point when it is near the boundary. Further, in the conventional control method, the switching setting time t is also short and shows a state where the setting is performed with a fixed value.

これに対し、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置では、固定値の回路パラメータを用いず、制御回路13の効率向上制御部14における比較器17a、17bが絶縁トランスTの入力側のトランス電流Iと出力側のコンデンサ電流ICcとをDC‐DCコンバータ11における出力電流IOUTに対して比較した結果に応じて絶縁トランスTの漏洩インダクタンスLrによる回路パラメータの変動に対応した制御タイミングの可変可能なスイッチング設定時間Δt(第1のスイッチング設定時間Δt1、第2のスイッチング設定時間Δt2)を自動生成し、後文で説明するように第1のスイッチング・整流回路2a及び第2のスイッチング・整流回路2bにおける各スイッチング素子のスイッチング動作のオン時間及びオフ時間を制御するスイッチング動作制御信号の生成に供して整流処理を実施するため、DC‐DCコンバータ11における変換効率が安全動作領域内で上昇する予め定められた目標値に維持される様子を示している。ここでの目標値は、最高変換効率点に対応する最適値とすることが望ましいと云えるものの、実用上では安全マージンの確保を見積れば最適値未満の電流値であっても変換効率が向上するため、幾分低目の値であっても構わない。また、本発明の制御方式では、可変可能なスイッチング設定時間Δt(第1のスイッチング設定時間Δt1、第2のスイッチング設定時間Δt2)が従来の制御方式の場合の固定値のスイッチング設定時間tよりも長い可変値で設定される様子を示している。この結果、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置は低コストで安全マージンと変換効率とを両立させた十分な特性向上を図り得るもの(詳細については後述する)となる。尚、図3では、絶縁トランスTに係る回路パラメータの変動特性図をスイッチング設定時間t、Δt(Δt1、Δt2)、並びに変換効率に対する電流値との関係で示したが、電流値に代えて電圧値との関係にした回路パラメータの変動特性についても概ね同様な傾向を示すため、これを参照しても良い。 On the other hand, in the DC-DC converter apparatus according to the embodiment, the comparators 17a and 17b in the efficiency improvement control unit 14 of the control circuit 13 are not used with fixed circuit parameters and the transformer current I on the input side of the isolation transformer T is used. The control timing corresponding to the fluctuation of the circuit parameter due to the leakage inductance Lr of the insulation transformer T can be changed according to the result of comparing T and the output side capacitor current I Cc with the output current I OUT in the DC-DC converter 11. Switching setting time Δt (first switching setting time Δt1, second switching setting time Δt2) is automatically generated, and the first switching / rectifying circuit 2a and the second switching / rectifying circuit will be described later. Controls the ON time and OFF time of the switching operation of each switching element in 2b That since subjected to generation of a switching operation control signals to implement the commutation process, it shows how the conversion efficiency in the DC-DC converter 11 is maintained at a predetermined target value to increase in safe operating area. Although it can be said that the target value here is preferably the optimum value corresponding to the highest conversion efficiency point, in terms of practical use, if the safety margin is estimated, even if the current value is less than the optimum value, the conversion efficiency is high. In order to improve, it may be a somewhat low value. Further, in the control method of the present invention, the variable switching setting time Δt (first switching setting time Δt1, second switching setting time Δt2) is longer than the fixed switching setting time t in the case of the conventional control method. It shows a state where a long variable value is set. As a result, the DC-DC converter device according to the embodiment can achieve a sufficient characteristic improvement that satisfies both a safety margin and conversion efficiency at a low cost (details will be described later). In FIG. 3, the fluctuation characteristic diagram of the circuit parameters related to the insulation transformer T is shown in relation to the switching setting time t, Δt (Δt1, Δt2) and the current value with respect to the conversion efficiency. The fluctuation characteristics of the circuit parameters in relation to the values show almost the same tendency, so this may be referred to.

図4は、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置におけるDC‐DCコンバータ11の等価回路を示した図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the DC-DC converter 11 in the DC-DC converter device according to the embodiment.

図4を参照すれば、第1のスイッチング・整流回路12aは、総計5個のNチャネル型電界効果トランジスタ(FET)によるスイッチング素子H0、H1、H2、H3、H4を用い、これらを電源と絶縁トランスTの入力側の巻線コイルとに接続し、巻線コイルの引き出し部に漏洩インダクタンスLrの漏洩インダクタ及び電荷の寄生容量によるコンデンサCが持たされる構成となっている。細部構成上では、直流電源の正極側にスイッチング素子H0、H1、H2、H3、H4のドレイン端子が向けられると共に、直流電源の負極側にスイッチング素子H0、H1、H2、H3、H4のソース端子が向けられる接続パターンであり、スイッチング素子H0、H1、H2が直流電源に対して直列に接続され、スイッチング素子H0のソース端子及びスイッチング素子H1のドレイン端子の間にスイッチング素子H3のドレイン端子が接続され、スイッチング素子H3のソース端子及びスイッチング素子H4のドレイン端子の間とスイッチング素子H1のソース端子及びスイッチング素子H2のドレイン端子の間とを結ぶように絶縁トランスTの入力側の巻線コイル及びその引き出し部の漏洩インダクタンスLrの漏洩インダクタ及びコンデンサCが接続されている。   Referring to FIG. 4, the first switching / rectifying circuit 12a uses a total of five switching elements H0, H1, H2, H3, and H4 composed of N-channel field effect transistors (FETs) and insulates them from the power source. The winding T is connected to the winding coil on the input side of the transformer T, and the leakage coil of the leakage inductance Lr and the capacitor C due to the parasitic capacitance of the charge are provided in the lead-out portion of the winding coil. On the detailed configuration, the drain terminals of the switching elements H0, H1, H2, H3, and H4 are directed to the positive electrode side of the DC power supply, and the source terminals of the switching elements H0, H1, H2, H3, and H4 are connected to the negative electrode side of the DC power supply. Is a connection pattern in which switching elements H0, H1, and H2 are connected in series to a DC power source, and the drain terminal of the switching element H3 is connected between the source terminal of the switching element H0 and the drain terminal of the switching element H1. A winding coil on the input side of the insulating transformer T so as to connect between the source terminal of the switching element H3 and the drain terminal of the switching element H4 and between the source terminal of the switching element H1 and the drain terminal of the switching element H2, and Leakage inductor having a leakage inductance Lr of the lead portion and Capacitor C is connected.

また、第2のスイッチング・整流回路12bは、総計5個のNチャネル型電界効果トランジスタ(FET)によるスイッチング素子S0、S1、S2、S3、S4を用い、これらを負荷と絶縁トランスTの出力側の巻線コイルとコンデンサCc、COUTとに接続し、スイッチング素子S3のドレイン端子とコンデンサCOUTとの間に絶縁トランスTの平滑インダクタンスLの平滑インダクタが持たされる構成となっている。細部構成上では、接地されたコンデンサCcにスイッチング素子S0、S1、S2、S3、S4のドレイン端子が向けられる接続パターンであり、スイッチング素子S3のソース端子及びスイッチング素子S4のドレイン端子の間とスイッチング素子S1のソース端子及びスイッチング素子S2のドレイン端子の間とを結ぶように絶縁トランスTの出力側の巻線コイルが接続され、スイッチング素子S2のソース端子及びスイッチング素子S4のソース端子が接地接続され、スイッチング素子S3のドレイン端子とスイッチング素子S4のソース端子との間にコンデンサCOUT及び負荷と平滑インダクタンスLの平滑インダクタとが接続されている。 The second switching / rectifying circuit 12b uses switching elements S0, S1, S2, S3, and S4 including a total of five N-channel field effect transistors (FETs), which are output on the output side of the load and the isolation transformer T. winding coil and a capacitor Cc of, and connected to the C OUT, and has a configuration in which the smoothing inductor of the smoothing inductance L of the insulating transformer T is Motasa between the drain terminal and the capacitor C OUT of the switching element S3. In the detailed configuration, it is a connection pattern in which the drain terminals of the switching elements S0, S1, S2, S3, and S4 are directed to the grounded capacitor Cc, and switching is performed between the source terminal of the switching element S3 and the drain terminal of the switching element S4. A winding coil on the output side of the isolation transformer T is connected so as to connect between the source terminal of the element S1 and the drain terminal of the switching element S2, and the source terminal of the switching element S2 and the source terminal of the switching element S4 are grounded. A capacitor COUT, a load, and a smoothing inductor having a smoothing inductance L are connected between the drain terminal of the switching element S3 and the source terminal of the switching element S4.

図5は、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置の制御回路13によるDC‐DCコンバータ11に備えられる第1のスイッチング・整流回路12aのスイッチング素子H0、H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bのスイッチング素子S0、S1、S2、S3、S4とに対するスイッチング動作を制御しての整流処理を含む変換動作時の各種処理信号の波形を示すタイミングチャートである。   FIG. 5 shows switching elements H0, H1, H2, H3, H4 of the first switching / rectifying circuit 12a provided in the DC-DC converter 11 by the control circuit 13 of the DC-DC converter apparatus according to the embodiment and the second It is a timing chart which shows the waveform of various processing signals at the time of conversion operation including the rectification processing which controls switching operation to switching elements S0, S1, S2, S3, and S4 of switching / rectifier circuit 12b.

図5を参照すれば、ここでは第1のスイッチング・整流回路12aのスイッチング素子H0、H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bのスイッチング素子S0、S1、S2、S3、S4とにおけるゲート端子へ送出するスイッチング動作制御信号(その電圧値を印加する)の波形と共に、トランス電流I、DC‐DCコンバータ11における出力電流IOUT、並びにコンデンサ電流ICcのプラス波形及びマイナス波形を示す他、1周期に含まれる動作モード0〜動作モード7がそれ以降の周期においても繰り返されることを示している。 Referring to FIG. 5, here, switching elements H0, H1, H2, H3, H4 of the first switching / rectifying circuit 12a and switching elements S0, S1, S2, S3, S4 of the second switching / rectifying circuit 12b are referred to. Together with the waveform of the switching operation control signal (applied to the voltage value) sent to the gate terminal at, and the transformer current I T , the output current I OUT in the DC-DC converter 11, and the plus and minus waveforms of the capacitor current I Cc In addition, the operation mode 0 to the operation mode 7 included in one cycle are repeated in the subsequent cycles.

まず1周期に含まれる動作モード0〜動作モード7について説明すれば、図2に示した制御回路13における安定化制御部15は出力電流IOUT(或いは入力電流IINや入力電圧又は出力電圧Vであっても良い)が安定となるように周期毎に初期状態の動作モード0に該当する初期動作開始時間分経過して推移する動作モード1の時間を計算した結果の指令値を示す制御用タイミング信号をパルス変換部16へ出力する。パルス変換部16では、制御用タイミング信号の指令値に基づいて第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S1、S2、S3、S4とに対するオン時間及びオフ時間を制御するスイッチング動作制御信号を生成する。このとき、効率向上制御部14では、動作モード1の開始時間に同期して論理回路18bが可変可能な第2のスイッチング設定時間Δt2での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号をパルス変換部16へ出力し、パルス変換部16がその制御動作指令信号をパルス幅変調PWMして生成したスイッチング動作制御信号によりスイッチング素子S0をオンさせ、動作モード1が終了した後もスイッチング素子S0のオンを継続させる。その結果、回路動作によりトランス電流Iがプラス波形で増加から減少に転ずる動作モード2の状態となる。この動作モード2では、コンデンサ電流ICcがトランス電流Iの減少分に比例して増加するが、このときのコンデンサ電流ICcの変化量は絶縁トランスTの巻数比、漏洩インダクタンスLr、或いは入力電圧又は出力電圧Vといったパラメータに強く依存する。動作モード2が終了した時点でのコンデンサ電流ICcの波形のピーク値は、出力電流(平均値)IOUTから生成されるその値未満の基準電流IREFとなる。更に、スイッチング素子S0がオフされると、トランス電流Iがスイッチング素子H1、H3を介して循環する動作モード3の状態となる。また、パルス変換部16が生成したスイッチング動作制御信号により動作モード0〜動作モード2の時間でスイッチング素子S2、S3をオフさせ、動作モード3に至るとスイッチング素子S2、S3をオンにする他、スイッチング素子S1、S4に対しては動作モード0〜動作モード3の時間を通してオンさせる状態を維持する。尚、効率向上制御部14における論理回路18aは、これらの動作モード0〜動作モード4の時間を通して可変可能な第1のスイッチング設定時間Δt1での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号をパルス変換部16へ出力し、パルス変換部16がその制御動作指令信号をパルス幅変調PWMして生成したスイッチング動作制御信号によりスイッチング素子H0を動作モード0〜動作モード3の全体に及んでオンさせる状態を維持する。また、パルス変換部16が生成したスイッチング動作制御信号により動作モード0、動作モード1の時間でスイッチング素子H4をオンさせ、動作モード2以降はスイッチング素子H4をオフにする他、スイッチング素子H3に対しては動作モード0、動作モード1の時間でオフにした後、動作モード2以降の時間でオンさせ、スイッチング素子H1に対しては動作モード0〜動作モード3の時間を通してオンさせる状態を維持し、スイッチング素子H2に対しては動作モード0〜動作モード3の時間を通してオフさせる状態を維持する。 First, the operation mode 0 to the operation mode 7 included in one cycle will be described. The stabilization control unit 15 in the control circuit 13 shown in FIG. 2 outputs the output current I OUT (or the input current I IN , the input voltage, or the output voltage V For the control indicating the command value obtained as a result of calculating the time of the operation mode 1 that changes after the initial operation start time corresponding to the operation mode 0 of the initial state every cycle so that it may be stable) The timing signal is output to the pulse converter 16. In the pulse converter 16, the switching elements H1, H2, H3, H4 in the first switching / rectifying circuit 12a and the switching elements S1, S2, in the second switching / rectifying circuit 12b based on the command value of the control timing signal, A switching operation control signal for controlling the on time and the off time for S3 and S4 is generated. At this time, the efficiency improvement control unit 14 pulses a control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the second switching set time Δt2 that can be varied by the logic circuit 18b in synchronization with the start time of the operation mode 1. The switching element S0 is turned on by the switching operation control signal generated by pulse width modulation PWM generated by the pulse conversion unit 16 and the control operation command signal is output to the conversion unit 16, and after the operation mode 1 is completed, the switching element S0 Continue to turn on. As a result, a state of the operation mode 2 in which the transformer current IT changes from an increase to a decrease in a plus waveform by the circuit operation is obtained. In the operation mode 2, but the capacitor current I Cc is increased in proportion to the decrease in the transformer current I T, the turns ratio of the capacitor current I variation of Cc insulating transformer T in this case, the leakage inductance Lr or the input, It strongly depends on parameters such as voltage or output voltage V. The peak value of the waveform of the capacitor current I Cc at the time when the operation mode 2 ends is a reference current I REF less than that value generated from the output current (average value) I OUT . Further, when the switching element S0 is turned off, the state of the operation mode 3 that the transformer current I T is circulated through the switching elements H1, H3. Further, the switching elements S2 and S3 are turned off in the time from the operation mode 0 to the operation mode 2 by the switching operation control signal generated by the pulse converter 16, and the switching elements S2 and S3 are turned on when the operation mode 3 is reached. The switching elements S1 and S4 are kept in the ON state throughout the operation mode 0 to operation mode 3. The logic circuit 18a in the efficiency improvement control unit 14 outputs a control operation command signal indicating an efficiency improvement control timing command value at the first switching set time Δt1 that can be varied through the time of these operation modes 0 to 4. Output to the pulse converter 16, and the pulse converter 16 turns on the switching element H 0 over the entire operation mode 0 to operation mode 3 by the switching operation control signal generated by pulse width modulation PWM of the control operation command signal. Maintain state. In addition, the switching element H4 is turned on in the time of the operation mode 0 and the operation mode 1 by the switching operation control signal generated by the pulse conversion unit 16, and the switching element H4 is turned off in the operation mode 2 and later. After turning off in the time of operation mode 0 and operation mode 1, it is turned on in the time after operation mode 2, and the switching element H1 is kept in the on state throughout the time of operation mode 0 to operation mode 3. The switching element H2 is maintained in the state of being turned off throughout the time from the operation mode 0 to the operation mode 3.

この後、安定化制御部15は、同様に出力電流IOUT(或いは入力電流IINや入力電圧又は出力電圧Vであっても良い)が安定となるように周期毎に次動作モード4に該当する初期動作開始時間分経過して推移する動作モード5の時間を計算した結果の指令値を示す制御用タイミング信号をパルス変換部16へ出力する。パルス変換部16では、制御用タイミング信号の指令値に基づいて第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S1、S2、S3、S4とに対するオン時間及びオフ時間を制御するスイッチング動作制御信号を生成する。このとき、効率向上制御部14では、動作モード5の開始時間に同期して論理回路18bが可変可能な第2のスイッチング設定時間Δt2での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号をパルス変換部16へ出力し、パルス変換部16がその制御動作指令信号をパルス幅変調PWMして生成したスイッチング動作制御信号によりスイッチング素子S0をオンさせ、動作モード5が終了した後もスイッチング素子S0のオンを継続させる。その結果、回路動作によりプラス波形のトランス電流Iが反転した形状のマイナス波形でトランス電流Iが減少から増加に転ずる動作モード6の状態となる。この動作モード6では、コンデンサ電流ICcがトランス電流Iの増加分に比例して増加するが、ここでのコンデンサ電流ICcの変化量についても絶縁トランスTの巻数比、漏洩インダクタンスLr、或いは入力電圧又は出力電圧Vといったパラメータに強く依存する。更に、スイッチング素子S0がオフされると、トランス電流Iがスイッチング素子H2、H4を介して循環する動作モード7の状態となる。上述した動作モード3と動作モード7とにおける循環電流には回路動作に好適な最適値が存在するため、その最適値に保つことが望ましい。また、パルス変換部16が生成したスイッチング動作制御信号により動作モード4〜動作モード6の時間でスイッチング素子S1、S4をオフさせ、動作モード7に至るとスイッチング素子S1、S4をオンにする他、スイッチング素子S2、S3に対しては動作モード4〜動作モード7の時間を通して継続的にオンさせる状態を維持する。尚、効率向上制御部14における論理回路18aは、これらの動作モード4〜動作モード7の時間についても可変可能な第1のスイッチング設定時間Δt1での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号をパルス変換部16へ出力し、パルス変換部16がその制御動作指令信号をパルス幅変調PWMして生成したスイッチング動作制御信号によりスイッチング素子H0を動作モード4から動作モード7においても継続的にオンさせる状態を維持する。また、パルス変換部16が生成したスイッチング動作制御信号により動作モード4、動作モード5の時間でスイッチング素子H4をオフさせ、動作モード6以降はスイッチング素子H4をオンにする他、スイッチング素子H3に対しては動作モード4、動作モード5の時間でオンにした後、動作モード5以降の時間でオフさせ、スイッチング素子H1に対しては動作モード4〜動作モード7の時間を通してオフさせる状態を維持し、スイッチング素子H2に対しては動作モード4〜動作モード7の時間を通してオンさせる状態を維持する。 Thereafter, the stabilization control unit 15 similarly corresponds to the next operation mode 4 for each period so that the output current I OUT (or the input current I IN , the input voltage, or the output voltage V) may be stabilized. The control timing signal indicating the command value obtained as a result of calculating the time of the operation mode 5 that is shifted after the initial operation start time is output to the pulse converter 16. In the pulse converter 16, the switching elements H1, H2, H3, H4 in the first switching / rectifying circuit 12a and the switching elements S1, S2, in the second switching / rectifying circuit 12b based on the command value of the control timing signal, A switching operation control signal for controlling the on time and the off time for S3 and S4 is generated. At this time, the efficiency improvement control unit 14 pulses the control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the second switching set time Δt2 that can be varied by the logic circuit 18b in synchronization with the start time of the operation mode 5. The switching element S0 is turned on by the switching operation control signal generated by the pulse conversion unit 16 and output by the pulse converter 16 by performing pulse width modulation PWM on the control operation command signal, and after the operation mode 5 ends, the switching element S0 Continue to turn on. As a result, a state of the operation mode 6 in which the transformer current IT is changed from decreasing to increasing in a minus waveform having a shape in which the plus waveform transformer current IT is inverted by the circuit operation is obtained. In the operation mode 6, although the capacitor current I Cc is increased in proportion to the increment of the transformer current I T, turns ratio of the isolation transformer T also the amount of change in capacitor current I Cc Here, leakage inductance Lr, or It strongly depends on parameters such as input voltage or output voltage V. Further, when the switching element S0 is turned off, the state of the operation mode 7 transformer current I T is circulated through the switching elements H2, H4. Since the circulating current in the operation mode 3 and the operation mode 7 described above has an optimum value suitable for circuit operation, it is desirable to keep the optimum value. Further, the switching elements S1 and S4 are turned off in the time of the operation mode 4 to the operation mode 6 by the switching operation control signal generated by the pulse converter 16, and the switching elements S1 and S4 are turned on when the operation mode 7 is reached. The state where the switching elements S2 and S3 are continuously turned on throughout the operation mode 4 to the operation mode 7 is maintained. The logic circuit 18a in the efficiency improvement control unit 14 controls the control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the first switching set time Δt1 that can be varied with respect to the times of these operation modes 4 to 7. Is output to the pulse converter 16, and the switching element H0 is continuously turned on in the operation mode 4 to the operation mode 7 by the switching operation control signal generated by the pulse converter 16 by performing pulse width modulation PWM on the control operation command signal. Maintain the state Further, the switching element H4 is turned off in the time of the operation mode 4 and the operation mode 5 by the switching operation control signal generated by the pulse converter 16, and the switching element H4 is turned on after the operation mode 6 and the switching element H3 is turned on. Is turned on in the time of operation mode 4 and operation mode 5, then turned off in the time after operation mode 5, and the switching element H1 is maintained in the state of being turned off throughout the time of operation mode 4 to operation mode 7. The switching element H2 is kept turned on throughout the operation mode 4 to operation mode 7.

ところで、図3を参照して説明した変換効率が安全動作領域内で上昇して維持される予め定められた目標値は、上述した制御回路13において初期動作開始時間で第1の論理回路18aが出力した可変可能な第1のスイッチング設定時間Δt1での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号をパルス変換部16でパルス幅変調PWMして得られたスイッチング動作制御信号により第1のスイッチング・整流回路12aの制御対象に対応するトリガ機能を担うスイッチング素子H0のオン状態を継続させた条件下で安定化制御部15により指示設定されるトランス電流Iのプラス波形に係る動作モード1、マイナス波形に係る動作モード5の時間で絶縁トランスTの変換動作を開始した後に第2の論理回路18bが可変可能な第2のスイッチング設定時間Δt2での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号をパルス変換部16へ送信し、パルス変換部16でパルス幅変調PWMして生成されたスイッチング動作制御信号により第2のスイッチング・整流回路12bのトリガ機能を担う制御対象のスイッチング素子S0のオン状態を継続させることで自動生成される次の動作モード2、動作モード6でトランス電流Iがプラス波形では増加から減少へ推移したとき、マイナス波形では減少から増加へ推移したときにスイッチング素子S0をオフ状態にして設定される継続する動作モード3、動作モード7でトランス電流Iが第1のスイッチング・整流回路12aの所定のスイッチング素子を循環する(動作モード3ではスイッチング素子H1、H3であり、動作モード7ではスイッチング素子H2、H4が該当する)ときの循環電流の最適値を示すものとなる。 By the way, the predetermined target value at which the conversion efficiency described with reference to FIG. 3 rises and is maintained in the safe operation region is the first logic circuit 18a at the initial operation start time in the control circuit 13 described above. The first switching is performed by the switching operation control signal obtained by performing the pulse width modulation PWM on the output of the control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the variable first switching setting time Δt1 that is output. · operation mode 1 according to the positive waveform of a transformer current I T indicated set by the stabilization controller 15 to the on state of the switching element H0 responsible for triggering function corresponding to the control target of the rectifier circuit 12a under the conditions was continued, The second logic circuit 18b is variable after the conversion operation of the isolation transformer T is started in the time of the operation mode 5 related to the negative waveform. The control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the switching setting time Δt2 is transmitted to the pulse conversion unit 16, and the second switching operation control signal generated by the pulse width modulation PWM by the pulse conversion unit 16 is used for the second operation. switching rectifier circuit 12b next operation mode 2 that is automatically generated in the on state of the switching element S0 in the control object responsible for triggering by causing continued, to reduce the transformer current I T in the operation mode 6 from an increase in the positive waveform In the negative waveform, when the transition is from a decrease to an increase in the negative waveform, the transformer current IT is set to the first switching / rectifier circuit 12a in the continuous operation mode 3 and the operation mode 7 which are set by turning off the switching element S0. Circulates through predetermined switching elements (in operation mode 3, switching elements H1 and H3 Ri, the switching elements H2, H4 in the operation mode 7 may be indicators of optimum value of the circulating current applicable) when.

図6は、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置の制御回路13に含まれるパルス変換部16の一部構成を効率向上制御部14の一部を含めて図5に示す各種処理信号の抜粋した波形と対比して示した図である。但し、図6中では図5中に示した効率向上制御部14における比較器17aに入力されるトランス電流I及び出力電流IOUTの波形については省略している他、コンデンサ電流ICcのマイナス波形における動作モード1、動作モード5の開始時期がスイッチング素子S0に対するセットタイミング、動作モード1が終了した動作モード2、動作モード4が終了した動作モード6の開始時期がスイッチング素子H4に対するリセットタイミングを示している。 FIG. 6 is an excerpt of various processing signals shown in FIG. 5 including a part of the efficiency improvement control unit 14 and a part of the configuration of the pulse conversion unit 16 included in the control circuit 13 of the DC-DC converter apparatus according to the embodiment. It is the figure shown by contrasting with a waveform. However, in FIG. 6, the waveforms of the transformer current IT and the output current I OUT input to the comparator 17a in the efficiency improvement control unit 14 shown in FIG. 5 are omitted, and the minus of the capacitor current I Cc is shown. In the waveform, the start timing of the operation mode 1 and the operation mode 5 is the set timing for the switching element S0, the operation mode 2 after the operation mode 1 is completed, and the start timing of the operation mode 6 after the operation mode 4 is the reset timing for the switching element H4. Show.

図6を参照すれば、パルス変換部16は、矩形波のクロック信号を発振出力するクロック発振器21と、クロック信号の矩形波に応じて主制御タイミングの設定時間を示すセットS用のタイミング信号を生成するタイミング生成部22と、タイミング生成部22に同期してカウントを繰り返すカウンタ23と、カウンタ23からのカウントした計数値と安定化制御部15からの安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号とを比較した結果に基づいてリセットR用のタイミング信号を生成する比較器27a、27dを含む比較器群と、タイミング生成部22からのセットS用のタイミング信号と比較器27aからのリセットR用のタイミング信号とに基づいてスイッチング素子H1に対する制御動作指令信号を出力するRS‐FF(フリップフロップ)による論理回路28a、並びにタイミング生成部22からのセットS用のタイミング信号と比較器27dからのリセットR用のタイミング信号とに基づいてスイッチング素子H4に対する制御動作指令信号を出力するRS‐FF(フリップフロップ)による論理回路28dを含む論理回路群と、を備えて構成される。   Referring to FIG. 6, the pulse conversion unit 16 generates a clock oscillator 21 that oscillates and outputs a rectangular wave clock signal, and a set S timing signal that indicates the set time of the main control timing according to the rectangular wave of the clock signal. A timing generation unit 22 to be generated, a counter 23 that repeats counting in synchronization with the timing generation unit 22, a control timing signal that indicates a counted value from the counter 23 and a stabilization control command value from the stabilization control unit 15 A comparator group including comparators 27a and 27d for generating a reset R timing signal based on the result of the comparison, a timing signal for the set S from the timing generator 22 and a reset R from the comparator 27a RS-FF (Flicker) which outputs a control operation command signal for the switching element H1 based on the timing signal of RS-FF that outputs a control operation command signal for the switching element H4 based on the logic signal 28a by the flop) and the timing signal for set S from the timing generator 22 and the timing signal for reset R from the comparator 27d. And a logic circuit group including a logic circuit 28d (flip-flop).

また、効率向上制御部14における比較器17bには、コンデンサ電流ICcと出力電流(平均値)IOUTから生成したその値未満の出力電流(平均値)IOUTに比例する基準電流IREFとが入力され、タイミング生成部22からのセットS用のタイミング信号と比較器17bからのリセットR用のタイミング信号とに基づいて論理回路18bがスイッチング素子S0を制御対象とする可変可能な第2のスイッチング設定時間Δt2での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を出力する。ここでの論理回路18bは、動作上でタイミング生成部22からのセットS用のタイミング信号を受けると、比較器17bの出力をリセットRにし、スイッチング素子S0向けの制御動作指令信号を出力する。因みに、略図した効率向上制御部14における比較器17aについては、トランス電流Iと出力電流(平均値)IOUTから生成したその値未満の出力電流(平均値)IOUTに比例する基準電流IREFとが入力され、タイミング生成部22からのセットS用のタイミング信号と比較器17aからのリセットR用のタイミング信号とに基づいて論理回路18aがスイッチング素子H0を制御対象とする可変可能な第1のスイッチング設定時間Δt1での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を出力する。この論理回路18aについても、動作上でタイミング生成部22からのセットS用のタイミング信号を受けると、比較器17aの出力をリセットRにし、スイッチング素子H0向けの制御動作指令信号を出力する。 The comparator 17b in the efficiency improvement control unit 14 includes a reference current I REF proportional to an output current (average value) I OUT that is less than the value generated from the capacitor current I Cc and the output current (average value) I OUT. Is input, and the logic circuit 18b controls the switching element S0 based on the timing signal for the set S from the timing generator 22 and the timing signal for the reset R from the comparator 17b. A control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the switching set time Δt2 is output. When the logic circuit 18b receives the timing signal for the set S from the timing generation unit 22 in operation, the logic circuit 18b sets the output of the comparator 17b to reset R and outputs a control operation command signal for the switching element S0. Incidentally, for the comparator 17a in the efficiency improvement control unit 14 schematically shown, a reference current I proportional to an output current (average value) I OUT less than that value generated from the transformer current IT and the output current (average value) I OUT. REF is input, and based on the timing signal for the set S from the timing generator 22 and the timing signal for the reset R from the comparator 17a, the logic circuit 18a can change the switching element H0 to be controlled. A control operation command signal indicating an efficiency improvement control timing command value at a switching setting time Δt1 of 1 is output. When the logic circuit 18a also receives a timing signal for the set S from the timing generator 22 in operation, the output of the comparator 17a is reset to R and a control operation command signal for the switching element H0 is output.

図7は、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置の制御回路13に含まれるパルス変換部16の細部構成を効率向上制御部14の一部を含めて図5に示す各種処理信号の抜粋した波形と対比して示した図である。但し、図7中では図5中に示した出力電流IOUTの波形については省略している。 FIG. 7 shows waveforms extracted from various processing signals shown in FIG. 5 including a part of the efficiency improvement control unit 14 and the detailed configuration of the pulse conversion unit 16 included in the control circuit 13 of the DC-DC converter apparatus according to the embodiment. It is the figure shown in contrast with. However, in FIG. 7, the waveform of the output current I OUT shown in FIG. 5 is omitted.

図7を参照すれば、図6を参照して説明した比較器群及び論理回路群は、効率向上制御部14における比較器17a及び論理回路18aが制御対象とする第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H0、並びに比較器17b及び論理回路18bが制御対象とするスイッチング素子S0を除く第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H1、H2、H3、H4、並びに第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S1、S2、S3、S4に対応する個数分がパルス変換部16に設けられる。即ち、パルス変換部16では、第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S1、S2、S3、S4とに対するスイッチング動作制御信号を生成するため、DC‐DCコンバータ11の出力電流IOUTに応じて安定化制御部15が出力する安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号とカウンタ23からの計数値とをそれぞれ比較してリセットR用のタイミング信号を出力する比較器27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g、27hと、タイミング生成部22からのセットS用のタイミング信号と比較器27a〜27hからのリセットR用のタイミング信号とに基づいてそれぞれ第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S1、S2、S3、S4とを制御対象とする制御動作指令信号を出力するRS‐FF(フリップフロップ)による論理回路28a、28b、28c、28d、28e、28f、28g、28hと、が備えられる。 Referring to FIG. 7, the comparator group and the logic circuit group described with reference to FIG. 6 are the first switching / rectifying circuit 12a controlled by the comparator 17a and the logic circuit 18a in the efficiency improvement control unit 14. Switching element H0, and switching element H1, H2, H3, H4 and second switching / rectifying circuit in first switching / rectifying circuit 12a excluding switching element S0 controlled by comparator 17b and logic circuit 18b. The number corresponding to the switching elements S1, S2, S3, S4 in 12b is provided in the pulse converter 16. That is, in the pulse converter 16, switching operation control for the switching elements H1, H2, H3, H4 in the first switching / rectifying circuit 12a and the switching elements S1, S2, S3, S4 in the second switching / rectifying circuit 12b is performed. In order to generate a signal, the control timing signal indicating the stabilization control command value output from the stabilization control unit 15 in accordance with the output current I OUT of the DC-DC converter 11 is compared with the count value from the counter 23. Comparators 27a, 27b, 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, and 27h for outputting a reset R timing signal, a set S timing signal from the timing generator 22, and resets from the comparators 27a to 27h. First switching and rectification based on the timing signal for R, respectively RS-FF (flip-flop) that outputs a control operation command signal for controlling switching elements H1, H2, H3, H4 in the circuit 12a and switching elements S1, S2, S3, S4 in the second switching / rectifying circuit 12b ) Logic circuits 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 28f, 28g, and 28h.

また、図7に示す波形では、効率向上制御部14における論理回路18bがタイミング生成部22からのセットS用のタイミング信号を受けると、スイッチング素子S0をオンにし、スイッチング素子S0がオンされている期間は動作モード1、動作モード5として絶縁トランスTにおける変換動作を行い、トランス電流Iが出力電流IOUTに対してコイル巻数に応じた値となることを示している。ここでの動作モード1、動作モード5の時間は、出力電流IOUT(或いは入力電流IINや入力電圧又は出力電圧Vとしても良い)が安定するように安定化制御部15が算出し、その指令値がパルス変換部16へ安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号として入力される。そこで、パルス変換部16が第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S1、S2、S3、S4とを制御対象とする制御動作指令信号をパルス幅変調PWMしてオン時間及びオフ時間を制御するためのスイッチング動作制御信号を生成する。動作モード1、動作モード5の期間が終了すると、スイッチング素子H3、H4のオン・オフが切り替わり、スイッチング素子S0がオン状態を維持する。この状態では出力電流IOUTがトランス電流Iとコンデンサ電流ICcとの合計値となる。また、トランス電流Iが減少に転じるため、コンデンサ電流ICcが増加するが、その時間当たりの変化量は絶縁トランスTの巻数比、漏洩インダクタンスLr、或いは入力電圧又は出力電圧Vといったパラメータに強く依存する。更に、動作モード3、動作モード7では、効率向上制御部14の比較器17bで回路動作に好適な任意の循環電流がトランス電流Iのプラス波形及びマイナス波形で得られるように、出力電流IOUTから生成した基準電流IREFとコンデンサ電流ICcとを比較し、一致したタイミングの論理回路(プラス波形ではスイッチング素子S2、S3を制御対象とする論理回路28f、28gが該当し、マイナス波形ではスイッチング素子S1、S4を制御対象とする論理回路28e、28hが該当する)をリセットRにし、スイッチング素子S0をオフ状態にする。こうしたスイッチング動作を行うことにより、コンデンサ電流ICcの波形の実線の状態(1)から点線の状態(2)の推移に示されるような回路パラメータ(スイッチング素子S0のリセットタイミングに対応する)に依存することなく、常に任意の好適な循環電流が得られるように、動作モード2、6の時間を自動で生成することが可能となる。 In the waveform shown in FIG. 7, when the logic circuit 18b in the efficiency improvement control unit 14 receives the timing signal for the set S from the timing generation unit 22, the switching element S0 is turned on and the switching element S0 is turned on. period operation mode 1 performs a conversion operation in the isolation transformer T as the operation mode 5, shows that a value corresponding to the number of coil turns with respect to the transformer current I T is the output current I OUT. The stabilization control unit 15 calculates the time of the operation mode 1 and the operation mode 5 here so that the output current I OUT (or the input current I IN or the input voltage or the output voltage V may be stabilized) The command value is input to the pulse converter 16 as a control timing signal indicating the stabilization control command value. Therefore, the pulse converter 16 controls the switching elements H1, H2, H3, and H4 in the first switching / rectifying circuit 12a and the switching elements S1, S2, S3, and S4 in the second switching / rectifying circuit 12b. The control operation command signal is subjected to pulse width modulation PWM to generate a switching operation control signal for controlling the on time and the off time. When the period of the operation mode 1 and the operation mode 5 is completed, the switching elements H3 and H4 are turned on / off, and the switching element S0 maintains the on state. Output current I OUT in this state is the sum of the transformer current I T and the capacitor current I Cc. Further, since the transformer current IT starts to decrease, the capacitor current I Cc increases, but the amount of change per time is strongly influenced by parameters such as the turn ratio of the isolation transformer T, the leakage inductance Lr, or the input voltage or the output voltage V. Dependent. Furthermore, the operation mode 3, the operation mode 7, as the circulating current in any suitable circuit operation in the comparator 17b of the efficiency control unit 14 is obtained in the positive waveform and the negative waveform of the transformer current I T, the output current I The reference current I REF generated from OUT is compared with the capacitor current I Cc, and the logic circuits with the same timing (the logic circuits 28f and 28g that control the switching elements S2 and S3 in the plus waveform are applicable, and the minus waveform is in the minus waveform) The logic circuits 28e and 28h that control the switching elements S1 and S4 correspond to the reset R), and the switching element S0 is turned off. By performing such a switching operation, it depends on the circuit parameters (corresponding to the reset timing of the switching element S0) as indicated by the transition from the solid line state (1) to the dotted line state (2) of the waveform of the capacitor current I Cc. Therefore, it is possible to automatically generate the times of the operation modes 2 and 6 so that any suitable circulating current can always be obtained.

図8は、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置における制御回路13による図5に示す各種処理信号の波形での動作モード1に対応するスイッチング・整流回路12a、12bへのスイッチング動作の様子を示した模式図である。   FIG. 8 shows the state of the switching operation to the switching / rectifying circuits 12a and 12b corresponding to the operation mode 1 with the waveforms of the various processing signals shown in FIG. 5 by the control circuit 13 in the DC-DC converter apparatus according to the embodiment. It is a schematic diagram.

図8を参照すれば、制御回路13では、上述した動作モード1において、効率向上制御部14により生成された効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号と安定化制御部15により生成された安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号とをパルス変換部16でパルス幅変調PWMして第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H0、H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S0、S1、S2、S3、S4とに対するオン・オフを制御するスイッチング動作制御信号を出力する。具体的に云えば、第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H0、H1、H4をオン状態とすると共に、スイッチング素子H2、H3をオフ状態とし、同時に第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S0、S1、S4をオン状態とすると共に、スイッチング素子S2、S3をオフ状態として整流処理を行う。これにより、第1のスイッチング・整流回路12aでは、スイッチング素子H0、H1と絶縁トランスTの入力側のコイル巻線の引き出し部のコンデンサC及び漏洩インダクタンスLrの漏洩インダクタとを通ってスイッチング素子H4へ向かう方向にトランス電流Iが流れる。また、第2のスイッチング・整流回路12bでは、スイッチング素子S4と絶縁トランスTの入力側のコイル巻線とを通り、スイッチング素子S1から絶縁トランスTの平滑インダクタンスLの平滑インダクタに至ってコンデンサCOUT及び負荷側へ向かう出力電流IOUTが流れると共に、スイッチング素子S1からスイッチング素子S0を通ってコンデンサCcに至るコンデンサ電流ICcが流れる。このとき、コンデンサCOUTには出力電流IOUTの電荷が蓄えられ、コンデンサCcにはコンデンサ電流ICcの電荷が蓄えられる。 Referring to FIG. 8, the control circuit 13 generates the control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value generated by the efficiency improvement control unit 14 and the stabilization control unit 15 in the operation mode 1 described above. The control timing signal indicating the stabilization control command value is subjected to pulse width modulation PWM by the pulse conversion unit 16, and the switching elements H0, H1, H2, H3, H4 and the second switching circuit in the first switching / rectifier circuit 12a. A switching operation control signal for controlling on / off of the switching elements S0, S1, S2, S3, and S4 in the rectifier circuit 12b is output. Specifically, the switching elements H0, H1, and H4 in the first switching / rectifying circuit 12a are turned on, and the switching elements H2 and H3 are turned off, and at the same time, switching in the second switching / rectifying circuit 12b is performed. The elements S0, S1, and S4 are turned on, and the switching elements S2 and S3 are turned off to perform rectification processing. As a result, in the first switching / rectifying circuit 12a, the switching elements H0 and H1 and the capacitor C at the lead-out portion of the coil winding on the input side of the insulating transformer T and the leakage inductor of the leakage inductance Lr are passed to the switching element H4. It flows transformer current I T in a direction. In the second switching / rectifying circuit 12b, the switching element S4 and the coil winding on the input side of the insulating transformer T are passed through the switching element S1 to the smoothing inductor of the smoothing inductance L of the insulating transformer T, and the capacitors C OUT and An output current I OUT directed to the load side flows, and a capacitor current I Cc from the switching element S1 through the switching element S0 to the capacitor Cc flows. At this time, the capacitor C OUT stores the charge of the output current I OUT , and the capacitor Cc stores the charge of the capacitor current I Cc .

図9は、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置における制御回路13による図5に示す各種処理信号の波形での動作モード2に対応するスイッチング・整流回路12a、12bへのスイッチング動作の様子を示した模式図である。   FIG. 9 shows the state of the switching operation to the switching / rectifying circuits 12a and 12b corresponding to the operation mode 2 with the waveforms of the various processing signals shown in FIG. 5 by the control circuit 13 in the DC-DC converter apparatus according to the embodiment. It is a schematic diagram.

図9を参照すれば、制御回路13では、上述した動作モード2において、同様に効率向上制御部14により生成された効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号と安定化制御部15により生成された安定化制御指令値を示す制御用タイミング信号とをパルス変換部16でパルス幅変調PWMして第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H0、H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S0、S1、S2、S3、S4とに対するオン・オフを制御するスイッチング動作制御信号を出力する。具体的に云えば、第1のスイッチング・整流回路12aにおけるスイッチング素子H0、H1、H3をオン状態とすると共に、スイッチング素子H2、H4をオフ状態とし、同時に第2のスイッチング・整流回路12bにおけるスイッチング素子S0、S1、S4をオン状態とすると共に、スイッチング素子S2、S3をオフ状態として整流処理を行う。これにより、第1のスイッチング・整流回路12aでは、スイッチング素子H1と絶縁トランスTの入力側のコイル巻線の引き出し部のコンデンサC及び漏洩インダクタンスLrの漏洩インダクタとを通ってスイッチング素子H3へ向かう方向にトランス電流Iが流れる。また、第2のスイッチング・整流回路12bでは、スイッチング素子S4と絶縁トランスTの入力側のコイル巻線とを通り、スイッチング素子S1から絶縁トランスTの平滑インダクタンスLの平滑インダクタに至ってコンデンサCOUT及び負荷側へ向かう出力電流IOUTが流れると共に、コンデンサCcからスイッチング素子S0を通ってスイッチング素子S1に向かうコンデンサ電流ICcが流れる。このとき、コンデンサCOUTには出力電流IOUTの電荷が蓄えられ、コンデンサCcからはコンデンサ電流ICcの電荷が放電される。 Referring to FIG. 9, the control circuit 13 generates the control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value similarly generated by the efficiency improvement control unit 14 and the stabilization control unit 15 in the operation mode 2 described above. The control timing signal indicating the stabilized control command value is subjected to pulse width modulation PWM by the pulse conversion unit 16 and the switching elements H0, H1, H2, H3, H4 and the second in the first switching / rectifier circuit 12a A switching operation control signal for controlling on / off of the switching elements S0, S1, S2, S3, and S4 in the switching / rectifying circuit 12b is output. Specifically, the switching elements H0, H1, and H3 in the first switching / rectifying circuit 12a are turned on and the switching elements H2 and H4 are turned off, and at the same time, the switching in the second switching / rectifying circuit 12b is performed. The elements S0, S1, and S4 are turned on, and the switching elements S2 and S3 are turned off to perform rectification processing. Thus, in the first switching / rectifying circuit 12a, the direction toward the switching element H3 through the switching element H1 and the capacitor C at the lead-out portion of the coil winding on the input side of the insulating transformer T and the leakage inductor of the leakage inductance Lr. It flows transformer current I T to. In the second switching / rectifying circuit 12b, the switching element S4 and the coil winding on the input side of the insulating transformer T are passed through the switching element S1 to the smoothing inductor of the smoothing inductance L of the insulating transformer T, and the capacitors C OUT and An output current I OUT directed toward the load side flows, and a capacitor current I Cc flows from the capacitor Cc through the switching element S0 toward the switching element S1. At this time, the electric charge of the output current I OUT is stored in the capacitor C OUT, and the electric charge of the capacitor current I Cc is discharged from the capacitor Cc.

実施例に係るDC‐DCコンバータ装置では、制御回路13によって上述した動作モード0〜7に係るスイッチング動作を1周期で行い、これに継続する2周期以降についても同様に繰り返し動作を行うものであるが、動作モード1、2を予備処理動作としてトランス電流Iがプラス波形でスイッチング素子H1、H3を介して循環する動作モード3とマイナス波形で動作モード5、6を予備処理動作としてスイッチング素子H2、H4を介して循環する動作モード7とにおいて、波形上で平滑性の優れた循環電流の時間が1周期全体で長く保持され、DC‐DCコンバータ11の第1のスイッチング・整流回路12a及び第2のスイッチング・整流回路12bでの整流処理が安定して行われるため、電力変換の効率向上を図ることができる。特に、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置では、制御回路13内で効率向上制御部14における比較器17a、17bが絶縁トランスTの入力側のトランス電流Iと出力側のコンデンサ電流ICcとをDC‐DCコンバータ11における出力電流IOUTに対して比較した結果に応じてDC‐DCコンバータ11の変換効率が安全動作領域内で上昇して維持される予め定められた目標値となるように、絶縁トランスTの漏洩インダクタンスLrによる回路パラメータの変動に対応した制御タイミングの第1のスイッチング設定時間Δt1、第2のスイッチング設定時間Δt2を自動で可変可能に生成し、パルス変換部16で比較器17aに接続される論理回路18aからの第1のスイッチング設定時間Δt1に基づく制御動作指令信号をパルス幅変調PWMして生成したスイッチング動作制御信号により第1のスイッチング・整流回路12aにおけるトリガ機能を担うスイッチング素子H0をオン状態に維持しつつ、比較器17bに接続される論理回路18bからの第2のスイッチング設定時間Δt2に基づく制御動作指令信号をパルス幅変調PWMして生成したスイッチング動作制御信号により第2のスイッチング・整流回路12bにおけるトリガ機能を担うスイッチング素子S0のオン・オフを制御すると共に、第1のスイッチング・整流回路12aにおけるその他のスイッチング素子H1、H2、H3、H4と第2のスイッチング・整流回路12bにおけるその他のスイッチング素子S1、S2、S3、S4とのオン・オフをそれぞれスイッチング動作制御信号により制御して変換動作時に適確に整流処理を実施できるため、低コストで安全マージンと変換効率とを両立させた十分な特性向上が図られる。即ち、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置は、自動適応スイッチング動作を行うための制御機能を持つものであると言える。 In the DC-DC converter device according to the embodiment, the control circuit 13 performs the switching operation according to the operation modes 0 to 7 described above in one cycle, and the same operation is repeated in the subsequent two cycles. but the switching element operating modes 5 and 6 in the operation mode 3 and the negative waveform transformer current I T of the operation modes 1 and 2 as a pretreatment operation is circulated through the switching elements H1, H3 plus waveform as a preliminary processing operation H2 In the operation mode 7 that circulates through H4, the time of the circulating current excellent in smoothness on the waveform is kept long throughout the entire period, and the first switching and rectifying circuit 12a of the DC-DC converter 11 and the second Because the rectification process in the switching / rectifier circuit 12b of No. 2 is performed stably, the efficiency of power conversion can be improved. The In particular, in the DC-DC converter device according to the embodiment, the comparators 17a and 17b in the efficiency improvement control unit 14 in the control circuit 13 have the transformer current IT on the input side of the isolation transformer T and the capacitor current ICc on the output side. Is converted to the output current I OUT in the DC-DC converter 11 so that the conversion efficiency of the DC-DC converter 11 becomes a predetermined target value that is increased and maintained in the safe operation region. The first switching setting time Δt1 and the second switching setting time Δt2 of the control timing corresponding to the fluctuation of the circuit parameter due to the leakage inductance Lr of the insulating transformer T are generated automatically and variably. Control operation command signal based on the first switching set time Δt1 from the logic circuit 18a connected to 17a The switching operation control signal generated by the pulse width modulation PWM maintains the switching element H0 serving as the trigger function in the first switching / rectifying circuit 12a in the on state, while the first from the logic circuit 18b connected to the comparator 17b. The switching operation control signal generated by pulse width modulation PWM of the control operation command signal based on the switching setting time Δt2 of 2 is used to control on / off of the switching element S0 that performs the trigger function in the second switching / rectifier circuit 12b. The other switching elements H1, H2, H3, H4 in the first switching / rectifying circuit 12a and the other switching elements S1, S2, S3, S4 in the second switching / rectifying circuit 12b are switched on and off, respectively. Control by operation control signal As a result, the rectification process can be performed accurately at the time of the conversion operation, so that the characteristics can be sufficiently improved at a low cost while achieving both the safety margin and the conversion efficiency. That is, it can be said that the DC-DC converter device according to the embodiment has a control function for performing the automatic adaptive switching operation.

ところで、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置が適用される代表的な機器類の一例として、商用電源を利用した蓄電システムが挙げられる。この蓄電システムは、電力供給対象の負荷へ放電電力を供給するバッテリに対して付設される回路構成によって種別化され、常時インバータ方式、常時商用単方向型方式、常時商用双方向型方式と呼ばれるタイプが知られている。   By the way, as an example of typical equipment to which the DC-DC converter device according to the embodiment is applied, there is a power storage system using a commercial power source. This power storage system is classified according to the circuit configuration attached to the battery that supplies discharge power to the load to be supplied with power, and is called a constant inverter system, a constantly commercial unidirectional system, or a constantly commercial bidirectional system It has been known.

図10は、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置を適用した蓄電システムの概略構成を示した図であり、同図(a)は常時インバータ方式の蓄電システムに関する図、同図(b)は常時商用単方向型方式の蓄電システムに関する図、同図(c)は常時商用双方向型方式の蓄電システムに関する図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of a power storage system to which the DC-DC converter device according to the embodiment is applied. FIG. 10 (a) is a diagram related to a constant inverter type power storage system, and FIG. FIG. 5C is a diagram related to a commercial unidirectional power storage system, and FIG. 8C is a diagram related to a commercial bidirectional power storage system.

図10(a)を参照すれば、常時インバータ方式の蓄電システムは、商用電源と負荷との間に交流(AC)を直流(DC)に変換するAC/DCコンバータ、第1の単方向DC‐DCコンバータ、第2の単方向DC‐DCコンバータ、直流(DC)を交流(AC)に変換するDC/ACコンバータをこの順で直列に接続し、第1の単方向DC‐DCコンバータ及び第2の単方向DC‐DCコンバータの間の電線にバッテリを接続して構成される。そこで、この常時インバータ方式の蓄電システムにおける第1の単方向DC‐DCコンバータ及び第2の単方向DC‐DCコンバータの少なくとも一方について、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置を用いれば、安全に最高変換効率を維持するために、常時商用タイプの無停電電源装置(UPS)としてのバッテリにおける充放電機能を向上することができる。   Referring to FIG. 10 (a), an always-inverted storage system is an AC / DC converter that converts alternating current (AC) into direct current (DC) between a commercial power source and a load, and a first unidirectional DC- A DC converter, a second unidirectional DC-DC converter, a DC / AC converter that converts direct current (DC) to alternating current (AC) are connected in series in this order, and the first unidirectional DC-DC converter and the second The battery is connected to the electric wire between the unidirectional DC-DC converters. Therefore, if the DC-DC converter device according to the embodiment is used for at least one of the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter in the continuous inverter type power storage system, it is safest and safe. In order to maintain the conversion efficiency, it is possible to improve the charge / discharge function in the battery as a commercial type uninterruptible power supply (UPS).

また、図10(b)を参照すれば、常時商用単方向型方式の蓄電システムは、商用電源と負荷との間を接続した電線に対し、AC/DCコンバータ、第1の単方向DC‐DCコンバータ、第2の単方向DC‐DCコンバータ、DC/ACコンバータをこの順で並列に接続し、第1の単方向DC‐DCコンバータ及び第2の単方向DC‐DCコンバータの間の電線にバッテリを接続すると共に、DC/ACコンバータの出力側と負荷の入力側との間に商用電源からの電源電力供給系統とバッテリからの放電電力供給系統とを切り替えるための切り替えスイッチを設けて構成される。そこで、この常時商用単方向型方式の蓄電システムにおける第1の単方向DC‐DCコンバータ及び第2の単方向DC‐DCコンバータの少なくとも一方についても、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置を用いれば、同様に安全に最高変換効率を維持するために、常時商用タイプの無停電電源装置(UPS)としてのバッテリにおける充放電機能を向上することができる。   Referring to FIG. 10 (b), the always-universal unidirectional power storage system uses an AC / DC converter, a first unidirectional DC-DC for an electric wire connecting a commercial power source and a load. A converter, a second unidirectional DC-DC converter, and a DC / AC converter are connected in parallel in this order, and a battery is connected to an electric wire between the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter. And a changeover switch for switching between a power supply system from a commercial power supply and a discharge power supply system from a battery is provided between the output side of the DC / AC converter and the input side of the load. . Therefore, if the DC-DC converter device according to the embodiment is used also for at least one of the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter in the always commercial unidirectional power storage system. Similarly, in order to safely maintain the maximum conversion efficiency, it is possible to improve the charge / discharge function in the battery as a commercial type uninterruptible power supply (UPS).

更に、図10(c)を参照すれば、常時商用双方向型方式の蓄電システムは、商用電源と負荷との間を接続した電線に対し、双方向インバータ、双方向DC‐DCコンバータ、バッテリをこの順で接続すると共に、商用電源側の電線に逆潮流を防止するためのリレーを介在させて構成される。因みに、ここでのリレーは、通常時にはオン、停電時等のインバータ動作時にはオフとなるが、システム故障時には負荷への電源供給を継続するためにオンを保持する必要がある。そこで、この常時商用双方向型方式の蓄電システムにおける双方向DC‐DCコンバータについても、実施例に係るDC‐DCコンバータ装置を用いれば、同様に安全に最高変換効率を維持するために、常時商用タイプの無停電電源装置(UPS)としてのバッテリにおける充放電機能を向上することができる。   Further, referring to FIG. 10 (c), the always-on commercial bi-directional power storage system includes a bi-directional inverter, bi-directional DC-DC converter, and battery for the electric wire connecting the commercial power source and the load. In addition to connecting in this order, a relay for preventing a reverse power flow is interposed on the commercial power supply side electric wire. Incidentally, the relay here is normally on, and is turned off when the inverter is operating such as a power failure. However, it is necessary to keep the relay on in order to continue the power supply to the load when the system fails. Therefore, with respect to the bidirectional DC-DC converter in this always-on commercial bidirectional type power storage system, if the DC-DC converter device according to the embodiment is used, in order to safely maintain the maximum conversion efficiency, It is possible to improve the charge / discharge function in a battery as a type of uninterruptible power supply (UPS).

本発明のDC‐DCコンバータ装置は、上述した常時商用タイプの無停電電源装置(UPS)等の蓄電システムへ適用させる以外にも、電気・通信・情報処理装置へ適用させることができる。   The DC-DC converter device of the present invention can be applied to an electric / communication / information processing apparatus in addition to being applied to a power storage system such as the above-described constant commercial type uninterruptible power supply (UPS).

1、10 DC‐DCコンバータ
2a、2b、12a、12b スイッチング・整流回路
3、13 制御回路
4、14 効率向上制御部
5、15 安定化制御部
6、16 パルス変換部
17a、17b、27a〜27h 比較器
18a、18b、28a〜28h 論理回路(RS‐FF)
21 クロック発振器
22 タイミング生成部
23 カウンタ
T 絶縁トランス
1, 10 DC-DC converters 2a, 2b, 12a, 12b Switching / rectifying circuit 3, 13 Control circuit 4, 14 Efficiency improvement control unit 5, 15 Stabilization control unit 6, 16 Pulse conversion unit 17a, 17b, 27a-27h Comparator 18a, 18b, 28a-28h Logic circuit (RS-FF)
21 Clock Oscillator 22 Timing Generator 23 Counter T Isolation Transformer

Claims (7)

絶縁トランスの入力側と出力側とに複数のスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行うための第1のスイッチング回路と第2のスイッチング回路とが設けられたDC‐DCコンバータと、前記DC‐DCコンバータの変換効率を向上させるために当該DC‐DCコンバータにおける入力電流又は入力電圧、或いは出力電流又は出力電圧に応じて前記第1のスイッチング回路と前記第2のスイッチング回路とにおける前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのパルス幅変調されたスイッチング動作制御信号を生成する制御回路と、を備えたDC‐DCコンバータ装置において、
前記制御回路は、前記絶縁トランスにおける異なる箇所での電流又は電流を前記DC‐DCコンバータにおける前記入力電流又は前記入力電圧、或いは前記出力電流又は前記出力電圧と比較した結果に応じて当該DC‐DCコンバータの変換効率が安全動作領域内で上昇して維持される予め定められた目標値となるように、当該絶縁トランスの漏洩インダクタンスによる回路パラメータの変動に対応した制御タイミングのスイッチング設定時間を自動で可変的に生成する比較器と、回路内で生成される主制御タイミングの設定時間でセットされ、前記比較器からの可変可能なスイッチング設定時間でリセットされると共に、セットされると当該比較器の出力をリセットにして保持した当該可変可能なスイッチング設定時間での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を出力して前記スイッチング動作制御信号の生成に供する論理回路と、を備えたことを特徴とするDC‐DCコンバータ装置。
A DC-DC converter provided with a first switching circuit and a second switching circuit for performing rectification processing in accordance with switching operations of a plurality of switching elements on the input side and output side of the isolation transformer; -In order to improve the conversion efficiency of the DC converter, the plurality of the first switching circuit and the second switching circuit according to the input current or input voltage or the output current or output voltage of the DC-DC converter In a DC-DC converter apparatus comprising: a control circuit that generates a pulse width modulated switching operation control signal for controlling a switching operation of a switching element;
The control circuit is configured to determine whether the current or current at different points in the isolation transformer is compared with the input current or the input voltage, or the output current or the output voltage in the DC-DC converter. The switching setting time of the control timing corresponding to the fluctuation of the circuit parameter due to the leakage inductance of the insulation transformer is automatically set so that the conversion efficiency of the converter becomes a predetermined target value that is raised and maintained within the safe operation range. A comparator that is variably generated and set at the set time of the main control timing generated in the circuit, reset at a variable set switching time from the comparator, and when set, An efficiency control controller with the variable switching setting time held with the output reset. DC-DC converter apparatus characterized by comprising: a logic circuit, a which outputs a control operation command signal indicating the timing command value subjected to the generation of the switching operation control signal.
請求項1記載のDC‐DCコンバータ装置において、
前記比較器は、前記DC‐DCコンバータにおける前記出力電流又は前記出力電圧と前記絶縁トランスの特定箇所での電流又は電圧とを比較した結果に応じて可変可能な第1のスイッチング設定時間を生成する第1の比較器と、前記DC‐DCコンバータにおける前記出力電流又は前記出力電圧と前記絶縁トランスにおける特定箇所以外の箇所での電流又は電圧とを比較した結果に応じて可変可能な第2のスイッチング設定時間を生成する第2の比較器と、を備え、
前記論理回路は、セットを前記主制御タイミングの設定時間で設定し、リセットを前記第1の比較器からの前記可変可能な第1のスイッチング設定時間で設定すると共に、セットされると当該第1の比較器の出力をリセットにして保持した当該可変可能な第1のスイッチング設定時間での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を前記第1のスイッチング回路におけるトリガ機能を担うスイッチング素子を制御対象として出力する第1の論理回路と、セットを前記主制御タイミングの設定時間で設定し、リセットを前記第2の比較器からの前記可変可能な第2のスイッチング設定時間で設定すると共に、セットされると当該第2の比較器の出力をリセットにして保持した当該可変可能な第2のスイッチング設定時間での効率向上制御タイミング指令値を示す制御動作指令信号を第2のスイッチング回路におけるトリガ機能を担うスイッチング素子を制御対象として出力する第2の論理回路と、を備えたことを特徴とするDC‐DCコンバータ装置。
The DC-DC converter apparatus according to claim 1,
The comparator generates a first switching setting time variable according to a result of comparing the output current or the output voltage in the DC-DC converter with a current or voltage at a specific location of the isolation transformer. Second switching that is variable according to a result of comparing the output current or the output voltage of the first comparator and the DC-DC converter with the current or voltage at a location other than the specific location of the isolation transformer. A second comparator for generating a set time;
The logic circuit sets a set with a set time of the main control timing, sets a reset with the variable first switching set time from the first comparator, and sets the first when set. A switching element that takes a trigger function in the first switching circuit, and outputs a control operation command signal indicating an efficiency improvement control timing command value at the variable first switching setting time held by resetting the output of the comparator of the first switching circuit; A first logic circuit to be output as a control target, a set is set with the set time of the main control timing, a reset is set with the variable second switching set time from the second comparator, and When set, the efficiency of the variable second switching setting time held by resetting the output of the second comparator. A second logic circuit for outputting a switching element as a control object responsible for triggering a control operation command signal indicating the control timing command value of the second switching circuits, DC-DC converter apparatus, comprising the.
請求項2記載のDC‐DCコンバータ装置において、
前記絶縁トランスの前記特定箇所での電流又は電圧は、前記第1のスイッチング回路に含まれる前記複数のスイッチング素子及び当該絶縁トランスの入力側を流れるトランス電流、又は当該絶縁トランスの入力側で当該複数のスイッチング素子及び当該絶縁トランスに印加される入力側トランス電圧であり、
前記絶縁トランスの前記特定箇所以外の箇所での電流又は電圧は、前記第2のスイッチング回路に含まれる前記複数のスイッチング素子及び当該絶縁トランスの出力側を流れてコンデンサで蓄電されるか、或いは当該コンデンサから放電されて当該複数のスイッチング素子を流れるコンデンサ電流、又は当該絶縁トランスの出力側で当該複数のスイッチング素子及び当該コンデンサに変圧されて印加される出力側トランス電圧であることを特徴とするDC‐DCコンバータ装置。
The DC-DC converter device according to claim 2,
The current or voltage at the specific location of the isolation transformer is a plurality of switching elements included in the first switching circuit and a transformer current flowing through an input side of the isolation transformer, or a plurality of currents or voltages at an input side of the isolation transformer. Switching element and the input-side transformer voltage applied to the insulation transformer,
A current or voltage at a location other than the specific location of the isolation transformer flows through the output side of the plurality of switching elements and the isolation transformer included in the second switching circuit and is stored by a capacitor, or A capacitor current discharged from the capacitor and flowing through the plurality of switching elements, or an output-side transformer voltage transformed and applied to the plurality of switching elements and the capacitor on the output side of the isolation transformer -DC converter device.
請求項3記載のDC‐DCコンバータ装置において、
前記目標値は、前記制御回路において初期動作開始時間で前記第1の論理回路が前記可変可能な第1のスイッチング設定時間での効率向上制御タイミング指令値を示す前記制御動作指令信号により前記第1のスイッチング回路の制御対象に対応する前記トリガ機能を担うスイッチング素子のオン状態を継続させた条件下で指示設定される動作モードの時間で前記絶縁トランスの変換動作を開始した後に前記第2の論理回路が前記可変可能な第2のスイッチング設定時間での効率向上制御タイミング指令値を示す前記制御動作指令信号により前記第2のスイッチング回路の制御対象に対応する前記トリガ機能を担うスイッチング素子のオン状態を継続させることで自動生成される次の動作モードで前記トランス電流がプラス波形では増加から減少へ推移したとき、マイナス波形では減少から増加へ推移したときに当該トリガ機能を担うスイッチング素子をオフ状態にして設定される継続する動作モードで当該トランス電流が前記第1のスイッチング回路の所定のスイッチング素子を循環するときの循環電流の最適値を示すことを特徴とするDC‐DCコンバータ装置。
The DC-DC converter device according to claim 3,
The target value is determined by the control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the first switching setting time at which the first logic circuit is variable at an initial operation start time in the control circuit. The second logic after the conversion operation of the isolation transformer is started in the time of the operation mode instructed and set under the condition that the ON state of the switching element responsible for the trigger function corresponding to the control target of the switching circuit is continued. An ON state of a switching element that is responsible for the trigger function corresponding to the control target of the second switching circuit by the control operation command signal indicating the efficiency improvement control timing command value at the second switching setting time that can be varied by the circuit In the next operation mode that is automatically generated by continuing In the negative waveform, when the transition from decrease to increase is made, the transformer current is set to the predetermined switching of the first switching circuit in the continuous operation mode set by turning off the switching element responsible for the trigger function. A DC-DC converter device characterized by showing an optimum value of a circulating current when circulating through an element.
商用電源と電力供給対象の負荷との間に交流を直流に変換するAC/DCコンバータ、第1の単方向DC‐DCコンバータ、第2の単方向DC‐DCコンバータ、直流を交流に変換するDC/ACコンバータをこの順で直列に接続し、当該第1の単方向DC‐DCコンバータ及び当該第2の単方向DC‐DCコンバータの間の電線にバッテリを接続して構成される常時インバータ方式の蓄電システムにおいて、
前記第1の単方向DC‐DCコンバータ及び前記第2の単方向DC‐DCコンバータの少なくとも一方に請求項1〜4の何れか1項記載のDC‐DCコンバータ装置を用いて構成されたことを特徴とする蓄電システム。
AC / DC converter that converts alternating current into direct current between a commercial power source and a load to be supplied with power, a first unidirectional DC-DC converter, a second unidirectional DC-DC converter, and a DC that converts direct current into alternating current / AC converters are connected in series in this order, and a continuous inverter system configured by connecting a battery to the wire between the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter In power storage systems,
The DC-DC converter device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter are configured using at least one of the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter. A featured power storage system.
商用電源と電力供給対象の負荷との間を接続した電線に対し、交流を直流に変換するAC/DCコンバータ、第1の単方向DC‐DCコンバータ、第2の単方向DC‐DCコンバータ、直流を交流に変換するDC/ACコンバータをこの順で並列に接続し、当該第1の単方向DC‐DCコンバータ及び当該第2の単方向DC‐DCコンバータの間の電線にバッテリを接続すると共に、当該DC/ACコンバータの出力側と当該負荷の入力側との間に当該商用電源からの電源電力供給系統と当該バッテリからの放電電力供給系統とを切り替えるための切り替えスイッチを設けて構成される常時商用単方向型方式の蓄電システムにおいて、
前記第1の単方向DC‐DCコンバータ及び前記第2の単方向DC‐DCコンバータの少なくとも一方に請求項1〜4の何れか1項記載のDC‐DCコンバータ装置を用いて構成されたことを特徴とする蓄電システム。
AC / DC converter, first unidirectional DC-DC converter, second unidirectional DC-DC converter, DC that converts AC to DC for electric wires connected between the commercial power supply and the load to be supplied with power Are connected in parallel in this order, and a battery is connected to the wire between the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter, Always configured by providing a changeover switch for switching between a power supply system from the commercial power supply and a discharge power supply system from the battery between the output side of the DC / AC converter and the input side of the load. In a commercial unidirectional power storage system,
The DC-DC converter device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter are configured using at least one of the first unidirectional DC-DC converter and the second unidirectional DC-DC converter. A featured power storage system.
商用電源と電力供給対象の負荷との間を接続した電線に対し、双方向インバータ、双方向DC‐DCコンバータ、バッテリをこの順で接続すると共に、当該商用電源側の当該電線に逆潮流を防止するためのリレーを介在させて構成される常時商用双方向型方式の蓄電システムにおいて、
前記双方向インバータに請求項1〜4の何れか1項記載のDC‐DCコンバータ装置を用いて構成されたことを特徴とする蓄電システム。
A bidirectional inverter, bidirectional DC-DC converter, and battery are connected in this order to the electric wire connected between the commercial power supply and the load to be supplied with power, and reverse power flow is prevented in the electric wire on the commercial power supply side. In a regular commercial bidirectional type power storage system configured by interposing a relay for
A power storage system comprising the bidirectional inverter using the DC-DC converter device according to any one of claims 1 to 4.
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