JP2018014852A - Insulated dc/dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁型DC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to an insulation type DC / DC converter.
近年、地球温暖化対策として循環型社会の実現のため、電源機器の省エネルギー化、高効率化の実現が急務となっている。その中でも、エアコンをはじめ、太陽光発電装置や、家庭用蓄電池、自動車等に搭載される絶縁型DC/DCコンバータは、電源機器の中核として多様な用途に用いられている。特に、位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータは、数キロから数十キロワットの中型高効率で、幅広い電圧に対応できる。このため、位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータの省エネルギー化、高効率化を実現することで、循環型社会の実現が大きく前進する。 In recent years, in order to realize a recycling society as a measure against global warming, it is urgently necessary to realize energy saving and high efficiency of power supply equipment. Among them, an insulation type DC / DC converter mounted on an air conditioner, a solar power generation device, a household storage battery, an automobile, or the like is used for various applications as a core of power supply equipment. In particular, the phase shift type full bridge type DC / DC converter has a medium size and high efficiency of several kilos to several tens of kilowatts and can correspond to a wide range of voltages. For this reason, realizing the energy saving and high efficiency of the phase shift type full bridge type DC / DC converter will greatly advance the realization of a recycling society.
図10に、非特許文献1に記載の位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータ1を示す。位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータ1では、省エネルギー化、高効率化を実現するために、変圧器TR1の漏れインダクタンスおよび/または外付け共振コイルL1と、スイッチ素子Q1〜Q4の寄生キャパシタおよび/または外付けコンデンサC1〜C4の働きにより、スイッチ素子Q1〜Q4をゼロ電圧スイッチング(ZVS)でON/OFF動作させることが好ましい。
FIG. 10 shows a phase shift type full bridge type DC /
外付け共振コイルL1と外付けコンデンサC1〜C4の働きによりゼロ電圧スイッチングを実現する場合、外付けコンデンサC1〜C4の充放電時間がスイッチ素子Q1〜Q4のターンオフ時間よりも長くなるように、外付けコンデンサC1〜C4の容量を決定するとともに、外付け共振コイルL1に蓄積されるエネルギーを、外付けコンデンサC1〜C4の充放電を完了させるのに十分な大きさにする必要がある。
If by the action of an external resonant coil L 1 and the external capacitor C 1 -C 4 realizing zero-voltage switching, charging and discharging time of the external capacitor C 1 -C 4 is from the turn-off time of the
しかしながら、外付け共振コイルL1に蓄積されるエネルギーは外付け共振コイルL1に流れる負荷電流の自乗に比例するので、低負荷電流時は、上記エネルギーが不足してゼロ電圧スイッチングを実現することができない。この場合、スイッチ素子Q1〜Q4をハードスイッチングでON/OFF動作させることになり、スイッチング損失が増大し、効率が低下してしまう。一方、これを回避しようとして外付け共振コイルL1のインダクタンス値を高くすると、共振時間が長くなりすぎるため、スイッチ素子Q1〜Q4のONデューティを確保することができず、出力が低下したり、高負荷電流時に損失が増大したりするおそれがある。 However, since the energy stored in the external resonant coil L 1 is proportional to the square of the load current flowing in the external resonant coil L 1, the low load current, to achieve zero-voltage switching in the energy shortage I can't. In this case, the switching elements Q 1 to Q 4 are turned on / off by hard switching, switching loss increases, and efficiency decreases. On the other hand, increasing the inductance value of the external resonant coil L 1 in an attempt to avoid this, since the resonance time is too long, can not be ensured ON duty of the switching element Q 1 to Q 4, the output is reduced Or the loss may increase at a high load current.
ところで、特許文献1には、可飽和リアクトルで構成された可変インピーダンス型の共振コイルとスイッチ素子とを備えた単純なインバータ装置において、共振振幅検知手段を設け、当該共振振幅検知手段の出力が一定値以下のときに共振コイルのインダクタンス値を増加させることが提案されている。
By the way, in
しかしながら、特許文献1に記載のインバータ装置は、上記の位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータ1とは構成が大きく異なる。しかも、可飽和リアクトルは、一般にインダクタンス値が急峻に変化する特性を有する。このため、位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータ1において特許文献1の提案を採用しても、低負荷電流時および高負荷電流時の双方において所望のインダクタンス値を得るのは困難である。
However, the inverter device described in
特許文献2には、DC/DCコンバータにおいてゼロ電圧スイッチングを実現するためには共振回路のインダクタンス値を調整することが有効であるとの知見に基づき、電流値に応じてインダクタンス値が変化するインダクタとして、特殊な曲面形状を有するギャップ型のコイル形状のコアを有する可変インダクタを使用することが提案されている。 Patent Document 2 discloses an inductor whose inductance value changes according to the current value based on the knowledge that adjusting the inductance value of the resonance circuit is effective for realizing zero voltage switching in the DC / DC converter. It has been proposed to use a variable inductor having a gap-shaped coil-shaped core having a special curved surface shape.
しかしながら、上記可変インダクタによって要求されるインダクタンス値を得ることができるかについての記載がなく、また、上記可変インダクタは、加工コストの増加、発熱による冷却対策の必要性、インダクタンス値の調整が困難、温度上昇で使用できない等の問題がある。このため、位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータ1において特許文献2の可変インダクタを使用することは、現実的に困難である。
However, there is no description about whether or not the inductance value required by the variable inductor can be obtained, and the variable inductor has an increased processing cost, the necessity of cooling measures due to heat generation, and the adjustment of the inductance value is difficult. There is a problem that it cannot be used due to temperature rise. For this reason, it is practically difficult to use the variable inductor of Patent Document 2 in the phase shift type full bridge type DC /
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、省エネルギー化、高効率化を実現すること可能な絶縁型DC/DCコンバータを提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The place made into the subject is providing the insulation type DC / DC converter which can implement | achieve energy saving and high efficiency.
上記課題を解決するために、本発明に係る絶縁型DC/DCコンバータは、
1次巻線および2次巻線を有する絶縁変圧部と、
前記絶縁変圧部の1次側に設けられた1次側スイッチ回路を含む1次側回路と、
前記絶縁変圧部の2次側に設けられた2次側回路と、
前記1次側スイッチ回路に対して位相シフト制御を行う制御回路と、
を備えた絶縁型DC/DCコンバータであって、
前記1次側回路は、前記1次側スイッチ回路と前記1次巻線との間に設けられた第1共振コイルおよび第2共振コイルを備え、
前記第1共振コイル、前記第2共振コイル、前記1次巻線は、互いに直列接続されており、
前記第1共振コイルおよび前記第2共振コイルは、
低負荷電流時において前記第2共振コイルのインダクタンス値が前記第1共振コイルのインダクタンス値よりも高く支配的になり、高負荷電流時において前記第1共振コイルのインダクタンス値が前記第2共振コイルのインダクタンス値よりも高く支配的になり、かつ、
前記第1共振コイルおよび前記第2共振コイルの合成インダクタンス値の変化率が、前記高負荷電流時よりも前記低負荷電流時の方が大きくなるように構成されており、
前記制御回路は、
前記低負荷電流時および前記高負荷電流時の双方において、前記1次側スイッチ回路をゼロ電圧スイッチングで動作させる
ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, an insulated DC / DC converter according to the present invention provides:
An insulating transformer having a primary winding and a secondary winding;
A primary side circuit including a primary side switch circuit provided on the primary side of the insulating transformer,
A secondary circuit provided on the secondary side of the insulating transformer,
A control circuit for performing phase shift control on the primary side switch circuit;
An isolated DC / DC converter comprising:
The primary side circuit includes a first resonance coil and a second resonance coil provided between the primary side switch circuit and the primary winding,
The first resonance coil, the second resonance coil, and the primary winding are connected in series with each other,
The first resonance coil and the second resonance coil are:
When the load current is low, the inductance value of the second resonance coil becomes higher than the inductance value of the first resonance coil, and when the load current is high, the inductance value of the first resonance coil is the same as that of the second resonance coil. Higher than the inductance value, and
The rate of change of the combined inductance value of the first resonance coil and the second resonance coil is configured to be larger at the low load current than at the high load current,
The control circuit includes:
The primary side switch circuit is operated by zero voltage switching both at the low load current and at the high load current.
この構成によれば、低負荷電流時および高負荷電流時の双方において、1次側スイッチ回路をゼロ電圧スイッチングで動作させるので、1次側スイッチ回路を構成するスイッチ素子のスイッチング損失を低減し、低負荷電流時および高負荷電流時の双方を含む広い負荷電流範囲に渡り効率の改善を行うことができ、省エネルギー化に貢献することができる。また、スイッチング損失が低減することで、当該絶縁型DC/DCコンバータを備える電源機器において、ヒートシンクの小型化および冷却ファンの能力低下による低騒音化を図ることができる。 According to this configuration, since the primary side switch circuit is operated with zero voltage switching at both low load current and high load current, the switching loss of the switch elements constituting the primary side switch circuit is reduced, Efficiency can be improved over a wide load current range including both low load current and high load current, which contributes to energy saving. In addition, since the switching loss is reduced, in a power supply device including the insulated DC / DC converter, it is possible to reduce the noise by reducing the size of the heat sink and reducing the capacity of the cooling fan.
上記絶縁型DC/DCコンバータでは、
前記1次側スイッチ回路は、フルブリッジ回路であり、
前記第1共振コイルは、一端が前記フルブリッジ回路の第1レグを構成する第1スイッチ素子および第2スイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記1次巻線の一端に接続され、
前記第2共振コイルは、一端が前記フルブリッジ回路の第2レグを構成する第3スイッチ素子および第4スイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記1次巻線の他端に接続された構成にすることができる。
In the insulation type DC / DC converter,
The primary side switch circuit is a full bridge circuit,
The first resonance coil has one end connected to a connection point of the first switch element and the second switch element constituting the first leg of the full bridge circuit, and the other end connected to one end of the primary winding,
One end of the second resonance coil is connected to a connection point of the third switch element and the fourth switch element constituting the second leg of the full bridge circuit, and the other end is connected to the other end of the primary winding. Can be configured.
上記絶縁型DC/DCコンバータでは、
アノードが前記第1共振コイルの他端に接続され、カソードが前記第1レグの一端に接続された第1整流素子と、
アノードが前記第1レグの他端に接続され、カソードが前記第1共振コイルの他端に接続された第2整流素子と、
アノードが前記第2共振コイルの他端に接続され、カソードが前記第2レグの一端に接続された第3整流素子と、
アノードが前記第2レグの他端に接続され、カソードが前記第2共振コイルの他端に接続された第4整流素子と、を備え、
前記2次側回路は、2次側スイッチ回路を含み、
前記制御回路は、前記2次側スイッチ回路に対して同期整流制御を行い、前記絶縁変圧部の2次側から1次側に電力を供給する逆方向電力変換動作を行わせる
ことが好ましい。
In the insulation type DC / DC converter,
A first rectifying element having an anode connected to the other end of the first resonance coil and a cathode connected to one end of the first leg;
A second rectifying element having an anode connected to the other end of the first leg and a cathode connected to the other end of the first resonance coil;
A third rectifying element having an anode connected to the other end of the second resonance coil and a cathode connected to one end of the second leg;
A fourth rectifying element having an anode connected to the other end of the second leg and a cathode connected to the other end of the second resonance coil,
The secondary side circuit includes a secondary side switch circuit,
The control circuit preferably performs synchronous rectification control on the secondary side switch circuit to perform a reverse power conversion operation for supplying power from the secondary side to the primary side of the insulating transformer.
この構成によれば、第1共振コイルおよび第2共振コイルによりフルブリッジ回路−絶縁変圧部間にインピーダンスをもたせ、かつ第1〜第4整流素子により第1〜第4スイッチ素子を迂回する電流経路を形成して、逆方向電力変換動作時に第1〜第4スイッチ素子に電流が流れにくくすることで、第1〜第4スイッチ素子のスイッチング時に当該第1〜第4スイッチ素子の寄生キャパシタまたは外付けの共振コンデンサの電荷が放出されることにより発生する電圧振動を抑制することができる。 According to this configuration, the first resonance coil and the second resonance coil provide impedance between the full bridge circuit and the insulating transformer, and the first to fourth rectifier elements bypass the first to fourth switch elements. To prevent the current from flowing through the first to fourth switch elements during the reverse power conversion operation, so that the parasitic capacitors or the outside of the first to fourth switch elements are switched when the first to fourth switch elements are switched. It is possible to suppress voltage oscillation generated by discharging the charge of the attached resonant capacitor.
上記絶縁型DC/DCコンバータでは、
前記第1共振コイルと前記第2共振コイルとは、材質、形状、大きさ、または巻き数の少なくとも1つが異なる
ように構成することができる。
In the insulation type DC / DC converter,
The first resonance coil and the second resonance coil may be configured such that at least one of a material, a shape, a size, and a number of turns is different.
本発明によれば、省エネルギー化、高効率化を実現すること可能な絶縁型DC/DCコンバータを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the insulation type DC / DC converter which can implement | achieve energy saving and high efficiency can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る絶縁型DC/DCコンバータ10の実施形態について説明する。
Hereinafter, an embodiment of an insulated DC /
[第1実施形態]
図1に、本発明の第1実施形態に係る絶縁型DC/DCコンバータ10を示す。絶縁型DC/DCコンバータ10は、1次巻線および2次巻線を有するトランスTR10(本発明の「絶縁変圧部」に相当)と、トランスTR10の1次側(1次巻線側)に設けられた電圧型の1次側回路11と、トランスTR10の2次側(2次巻線側)に設けられた電流型の2次側回路12と、制御回路13とを備える。ここで、トランスTR10は変換効率と発熱の抑制を考慮し、比較的結合度の高い(もれ磁束が少ない)トランスの使用を想定している。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an isolated DC /
絶縁型DC/DCコンバータ10は、位相シフト−同期整流方式フルブリッジ型DC/DCコンバータであり、トランスTR10の1次側から2次側に電力を供給する順方向電力変換動作と、トランスTR10の2次側から1次側に電力を供給する逆方向電力変換動作とを行う。
The isolated DC /
1次側回路11は、平滑コンデンサC10と、フルブリッジ回路14と、第1共振コイルL11と、第2共振コイルL12とを備える。
The
平滑コンデンサC10は、一端が高電位側の入出力端T11に接続され、他端が低電位側の入出力端T11’に接続されている。 Smoothing capacitor C 10 is connected at one end to the output terminal T 11 of the high potential side and the other end is connected to the low potential side of the input and output terminals T 11 '.
フルブリッジ回路14は、第1スイッチ素子Q11と、第2スイッチ素子Q12と、第3スイッチ素子Q13と、第4スイッチ素子Q14とを含む。第1スイッチ素子Q11は第1レグの上アーム、第2スイッチ素子Q12は第1レグの下アーム、第3スイッチ素子Q13は第2レグの上アーム、第4スイッチ素子Q14は第2レグの下アームを構成する。第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14は、制御回路13の制御下で、位相シフトでON/OFF動作を行う。すなわち、デューティ50%でON/OFF動作する第1スイッチ素子Q11と当該第1スイッチ素子Q11に対して180度位相反転した第2スイッチ素子Q12を基準として、デューティ50%でON/OFF動作する第3スイッチ素子Q13と当該第3スイッチ素子Q13に対して180度位相反転した第4スイッチ素子Q14とが、負荷に応じた位相シフト量で制御される。第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14としては、例えば、IGBTやMOSFET等のパワー素子を用いることができる。
Full-
第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14のそれぞれには、ダイオードD11〜D14が逆並列接続されている。ダイオードとしては、第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14の各寄生ダイオードや、当該寄生ダイオードとは別の外付けダイオード素子を用いることができる。さらに、第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14のそれぞれには、コンデンサC11〜C14が並列接続されている。コンデンサC11〜C14としては、第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14の各寄生キャパシタや、当該寄生キャパシタとは別の外付け共振コンデンサを用いることができる。
Each of the first to
第1共振コイルL11は、一端が第1スイッチ素子Q11および第2スイッチ素子Q12の接続点に接続され、他端がトランスTR10の1次巻線の一端に接続されている。第2共振コイルL12は、一端が第3スイッチ素子Q13および第4スイッチ素子Q14の接続点に接続され、他端がトランスTR10の1次巻線の他端に接続されている。すなわち、順方向電力変換動作時において、第1共振コイルL11、第2共振コイルL12およびコンデンサC11〜C14は、第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14のスイッチング時に部分共振回路を構成し、第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14のソフトスイッチング動作(ゼロ電圧スイッチング動作)を実現する。 The first resonance coil L 11 has one end connected to a connection point between the first switch element Q 11 and the second switch element Q 12 and the other end connected to one end of the primary winding of the transformer TR 10 . The second resonance coil L 12 has one end connected to the connection point of the third switch element Q 13 and the fourth switch element Q 14 and the other end connected to the other end of the primary winding of the transformer TR 10 . That is, during the forward power conversion operation, the first resonance coil L 11 , the second resonance coil L 12, and the capacitors C 11 to C 14 are partially resonant circuits when the first to fourth switch elements Q 11 to Q 14 are switched. And the soft switching operation (zero voltage switching operation) of the first to fourth switch elements Q 11 to Q 14 is realized.
上記部分共振回路の共振インダクタンスの適正範囲は、共振時間と第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14のONデューティとの関係から、絶縁型DC/DCコンバータ10の入力電圧および電流範囲によって定めることができる。例えば、共振インダクタンスの最小値および最大値は、下記の式によって定めることができる。
最小値=共振キャパシタンス×入力電圧/最小共振動作電流
最大値=トランス1次側電圧×トランスデッドタイム/トランス1次側ピーク電流
Appropriate range of the resonant inductance of the partial resonance circuit, the relationship between the resonance time and the. 1 to ON-duty of the fourth switching element Q 11 to Q 14, determined by the input voltage and current range of isolated DC /
Minimum value = Resonance capacitance x Input voltage / Minimum resonance operating current Maximum value = Transformer primary voltage x Trans dead time / Transformer primary peak current
上記の式において、共振キャパシタンスは、コンデンサC11〜C14のキャパシタンス値である。入力電圧は、絶縁型DC/DCコンバータ10の入出力端T11、T11’に入力される電圧の電圧値である。最小共振動作電流は、第1共振コイルL11、第2共振コイルL12およびコンデンサC11〜C14が部分共振を行うために必要な最小電流値である。なお、トランスTR10のもれ磁束が少ない場合を想定して、第1共振コイルL11、第2共振コイルL12のインダクタ値が支配的であるとするが、トランスTR10のもれ磁束が大きい場合はトランスTR10のもれ磁束を考慮する必要がある。トランス1次側電圧は、トランスTR10の1次巻線に印加される電圧の電圧値である。トランスデッドタイムは、フルブリッジ回路14において対角に位置するスイッチ素子が双方OFF状態となる時間である。トランス1次側ピーク電流は、トランスTR10の1次巻線に流れる電流のピーク値である。
In the above formula, the resonant capacitance is the capacitance value of the capacitors C 11 to C 14 . The input voltage is a voltage value of a voltage input to the input / output terminals T 11 and T 11 ′ of the isolated DC /
より実用的には、共振インダクタンスの理想インダクタンス特性は、規定の電流範囲において実験的に求めることができる。表1に、実験的に求めた共振インダクタンスのインダクタンス値および負荷電流値(トランスTR10の1次巻線に流れるピーク電流値)を示し、図2に、表1から近似算出した理想インダクタンス特性を示す。
図2に示すように、理想インダクタンス特性は、低負荷電流時(本実施形態では、4〜11[A])において、負荷電流に対するインダクタンス値の変化率が大となる一方、高負荷電流時(本実施形態では、11〜22[A])においては、上記変化率が小となる。一般的には低負荷電流時にインダクタンス値が大きいフェライトのようなコアは電流に対するインダクタンス値の変化率が大きく、高負荷電流時にはコアが飽和し、インダクタンス値を失ってしまう。一方、高負荷電流時にも所望のインダクタンス値を保持する鉄ダスト材のコアの場合、電流に対するインダクタンス値の変化率が小さく、低負荷電流時でも所望のインダクタンス値を得ることは難しい。このため、理想インダクタンス特性を1つの共振コイルで実現するのは、現実的ではない。 As shown in FIG. 2, the ideal inductance characteristic is such that the rate of change of the inductance value with respect to the load current becomes large at low load current (4 to 11 [A] in the present embodiment), while at high load current ( In the present embodiment, the rate of change is small in 11 to 22 [A]). In general, a core such as a ferrite having a large inductance value at a low load current has a large rate of change of the inductance value with respect to the current, and the core is saturated at a high load current and loses the inductance value. On the other hand, in the case of an iron dust material core that maintains a desired inductance value even at high load currents, the rate of change of the inductance value with respect to the current is small, and it is difficult to obtain a desired inductance value even at low load currents. For this reason, it is not realistic to realize the ideal inductance characteristic with one resonance coil.
そこで、本実施形態では、第1共振コイルL11と第2共振コイルL12の2つの特性の異なる共振コイルで、上記の理想インダクタンス特性を実現している。すなわち、低負荷電流時にインダクタンス値が低く、高負荷電流時でもインダクタンス値の低下がゆるやかな特性を有する鉄ダスト材等の第1共振コイルL11と、低負荷電流時にインダクタンス値が高く、高負荷電流時にインダクタンス値の低下が大きい特性を有するフェライトやアモルファス材等の第2共振コイルL12との合成インダクタンスで、上記の理想インダクタンス特性を実現している。 Therefore, in the present embodiment, the above-described ideal inductance characteristic is realized by two resonance coils having different characteristics, the first resonance coil L 11 and the second resonance coil L 12 . That is, the inductance value at low load currents are low, the first resonance coil L 11 of iron dust material or the like having a the gradual deterioration of characteristics of the inductance even at a high load current, high inductance values at low load currents, a high load in the combined inductance of the second resonance coil L 12, such as ferrite or amorphous material with reduced large characteristic inductance value when current is realized ideal inductance characteristics described above.
言い換えれば、低負荷電流時において第2共振コイルL12のインダクタンス値が第1共振コイルL11のインダクタンス値よりも高く支配的になり、高負荷電流時において第1共振コイルL11のインダクタンス値が第2共振コイルL12のインダクタンス値よりも高く支配的になる。そして、第1共振コイルL11および第2共振コイルL12の合成インダクタンス値の変化率が、高負荷電流時よりも低負荷電流時の方が大きくなる。 In other words, the inductance value of the second resonance coil L 12 during low load current becomes higher dominant than the inductance value of the first resonance coil L 11, the inductance value of the first resonance coil L 11 is at the time of high load currents It becomes higher dominant than the inductance value of the second resonance coil L 12. Then, the change rate of the combined inductance value of the first resonance coil L 11 and the second resonance coil L 12 is better at low load current is greater than at high load currents.
表2に、実験的に求めた第1共振コイルL11のインダクタンス値および負荷電流値を示す。図3に、表1の高負荷電流の範囲(本実施形態では、11〜22[A])に合わせて表2から近似算出したインダクタンス特性を示す。
表3に、実験的に求めた第2共振コイルL12のインダクタンス値および負荷電流値を示す。図4に、表1の低負荷電流の範囲(本実施形態では、4〜11[A])に合わせて表3から近似算出したインダクタンス特性を示す。
表4に、図4のインダクタンス特性から算出した第2共振コイルL12のインダクタンス値と、図3のインダクタンス特性から算出した第1共振コイルL11のインダクタンス値と、第1共振コイルL11および第2共振コイルL12の合成インダクタンス値とを示す。図5に、表4から近似算出した合成インダクタンス特性と、図2の理想インダクタンス特性とを示す。
図5から、本実施形態では、第1共振コイルL11と第2共振コイルL12の合成インダクタンスにより、共振インダクタンスの理想インダクタンス特性を実現していることが分かる。これにより、本実施形態では、低負荷電流時および高負荷電流時の双方において、第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14のソフトスイッチング動作(ゼロ電圧スイッチング動作)を実現することができるので、省エネルギー化に貢献することができる。また、ソフトスイッチング動作によりスイッチング損失が低減することで、絶縁型DC/DCコンバータ10を備える電源機器において、ヒートシンクの小型化および冷却ファンの能力低下による低騒音化を図ることができる。
From Figure 5, in this embodiment, the first resonance coil L 11 by the combined inductance of the second resonance coil L 12, it can be seen that to achieve the ideal inductance characteristic of the resonant inductance. As a result, in the present embodiment, the soft switching operation (zero voltage switching operation) of the first to fourth switch elements Q 11 to Q 14 can be realized both in the low load current and the high load current. , Can contribute to energy saving. Further, since the switching loss is reduced by the soft switching operation, in the power supply device including the insulation type DC /
本実施形態では、第1共振コイルL11と第2共振コイルL12の合成インダクタンスで理想インダクタンス特性を実現するために、第1共振コイルL11は、飽和しにくい磁気コアとして鉄ダスト系を使用し、第2共振コイルL12は飽和し易い磁気コアとしてフェライト系やアモルファス材を使用している。 In the present embodiment, in order to realize an ideal inductance characteristic by the combined inductance of the first resonance coil L 11 and the second resonance coil L 12 , the first resonance coil L 11 uses an iron dust system as a magnetic core that is not easily saturated. and, the second resonance coil L 12 is using ferritic or amorphous material as easy magnetic core saturation.
また、第1共振コイルL11と第2共振コイルL12の巻き数を変えることで、図6に示すように、低負荷電流時におけるインダクタンス特性を変更することができる。具体的には、巻き数を増やすことで(巻き数C<巻き数B<巻き数A)、低負荷電流時におけるインダクタンス値を増加させることができる。 Further, by changing the first resonant coil L 11 the number of turns of the second resonance coil L 12, as shown in FIG. 6, it is possible to change the inductance characteristics at low load currents. Specifically, by increasing the number of turns (number of turns C <number of turns B <number of turns A), it is possible to increase the inductance value at the time of low load current.
再び図1を参照して、2次側回路12は、第5スイッチ素子Q15および第6スイッチ素子Q16からなる2次側スイッチ回路(プッシュプル回路)15と、コイルL13および平滑コンデンサC15からなるLC回路とを備える。
Referring again to FIG. 1, the
制御回路13は、例えば、マイコンやFPGA(フィールドプログラマブル・ゲートアレイ)等の制御用IC(集積回路)により構成される。順方向電力変換時における制御回路13は、フルブリッジ回路14に対して第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14のPWM信号の位相をシフトさせる位相シフト制御を行い、2次側スイッチ回路15に対して第5、第6スイッチ素子Q15、Q16のスイッチング動作を第1〜第4スイッチ素子Q11〜Q14のスイッチング動作に同期させる同期整流制御を行う。
The
制御回路13は、順方向電力変換時に2次側の端子間電圧VOUTが保持されるように位相シフト制御および同期整流制御を行うが、端子間電圧VOUTが外部電源等により予め規定された規定電圧よりも上昇した場合、上記の制御(フルブリッジ回路14に対して位相シフト制御、2次側スイッチ回路15に対して同期整流制御)を行ったまま、2次側から1次側に逆方向電力変換する。
The
具体的には、制御回路13は、第2スイッチ素子Q12のOFF時間を第1スイッチ素子Q11のON時間よりも若干長くして、第1スイッチ素子Q11と第2スイッチ素子Q12とがともにOFF状態になるデッドタイムを含むように、第1スイッチ素子Q11と第2スイッチ素子Q12の位相を反転させるとともに、第3スイッチ素子Q13のOFF時間を第4スイッチ素子Q14のON時間よりも若干長くして、第3スイッチ素子Q13と第4スイッチ素子Q14とがともにOFF状態になるデッドタイムを含むように、第3スイッチ素子Q13と第4スイッチ素子Q14の位相を反転させる。さらに、制御回路13は、第1スイッチ素子Q11および第2スイッチ素子Q12の位相に対して、第3スイッチ素子Q13および第4スイッチ素子Q14の位相をシフトさせる。逆方向電力変換動作時における位相のシフト量は、順方向の電力変換量を最小にするように制御されるため、最小化されている。
Specifically, the
また、制御回路13は、第1スイッチ素子Q11および第4スイッチ素子Q14がともにON状態のときにのみ第5スイッチ素子Q15をOFF状態にし、第2スイッチ素子Q12および第3スイッチ素子Q13がともにON状態のときにのみ第6スイッチ素子Q16をOFF状態にする。
Further, the
なお、順方向電力変換動作時における位相シフト制御は、位相のシフト量を除き、逆方向電力変換動作時における位相シフト制御と共通している。順方向電力変換動作時における位相のシフト量は、順方向の電力変換の量によって制御されるので、一般に逆方向電力変換動作時における位相のシフト量よりも大きな値に設定されている。一方、順方向電力変換動作時における同期整流制御は、逆方向電力変換動作時における同期整流制御と共通している。 The phase shift control during the forward power conversion operation is common to the phase shift control during the reverse power conversion operation, except for the phase shift amount. Since the phase shift amount during the forward power conversion operation is controlled by the forward power conversion amount, it is generally set to a value larger than the phase shift amount during the reverse power conversion operation. On the other hand, the synchronous rectification control during the forward power conversion operation is common to the synchronous rectification control during the reverse power conversion operation.
[第2実施形態]
図7に、本発明の第2実施形態に係る絶縁型DC/DCコンバータ20を示す。絶縁型DC/DCコンバータ20は、1次巻線および2次巻線を有するトランスTR20(本発明の「絶縁変圧部」に相当)と、トランスTR20の1次側(1次巻線側)に設けられた電圧型の1次側回路21と、トランスTR20の2次側(2次巻線側)に設けられた電流型の2次側回路22と、制御回路23とを備える。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows an insulated DC /
絶縁型DC/DCコンバータ20は、位相シフト−同期整流方式フルブリッジ型DC/DCコンバータであり、トランスTR20の1次側から2次側に電力を供給する順方向電力変換動作と、トランスTR20の2次側から1次側に電力を供給する逆方向電力変換動作とを行う。
The isolated DC /
1次側回路21は、平滑コンデンサC20と、1次側フルブリッジ回路24と、第1共振コイルL21と、第2共振コイルL22と、第1整流素子DAと、第2整流素子DBと、第3整流素子DCと、第4整流素子DDとを備える。1次側回路21は、第1〜第4整流素子DA〜DDを備える点を除いて、第1実施形態における1次側回路11と大部分が共通している。
第1整流素子DAは、ダイオードからなり、アノードが第1共振コイルL21の他端に接続され、カソードが1次側フルブリッジ回路24の第1レグの一端に接続されている。すなわち、第1整流素子DAは、第1共振コイルL21を介して第1スイッチ素子Q21に並列接続され、逆方向電力変換動作におけるスイッチング時に第1共振コイルL21および第1スイッチ素子Q21を迂回する電流経路を形成する。
The first rectifying element D A, a diode, an anode connected to the other end of the first resonance coil L 21, a cathode connected to one end of the first leg of the primary full-
第2整流素子DBは、ダイオードからなり、カソードが第1共振コイルL21の他端に接続され、アノードが1次側フルブリッジ回路24の第1レグの他端に接続されている。すなわち、第2整流素子DBは、第1共振コイルL21を介して第2スイッチ素子Q22に並列接続され、逆方向電力変換動作におけるスイッチング時に第1共振コイルL21および第2スイッチ素子Q22を迂回する電流経路を形成する。
Second rectifying element D B is a diode, the cathode is connected to the other end of the first resonance coil L 21, anode connected to the other end of the first leg of the primary full-
第3整流素子DCは、ダイオードからなり、アノードが第2共振コイルL22の他端に接続され、カソードが1次側フルブリッジ回路24の第2レグの一端に接続されている。すなわち、第3整流素子DCは、第2共振コイルL22を介して第3スイッチ素子Q23に並列接続され、逆方向電力変換動作におけるスイッチング時に第2共振コイルL22および第3スイッチ素子Q23を迂回する電流経路を形成する。
Third rectifying element D C is a diode, the anode is connected to the other end of the second resonance coil L 22, a cathode connected to one end of the second leg of the primary full-
第4整流素子DDは、ダイオードからなり、カソードが第2共振コイルL22の他端に接続され、アノードが1次側フルブリッジ回路24の第2レグの他端に接続されている。すなわち、第4整流素子DDは、第2共振コイルL22を介して第4スイッチ素子Q24に並列接続され、逆方向電力変換動作におけるスイッチング時に第2共振コイルL22および第4スイッチ素子Q24を迂回する電流経路を形成する。
Fourth rectifying element D D is a diode, the cathode is connected to the other end of the second resonance coil L 22, anode connected to the other end of the second leg of the primary full-
第1共振コイルL21は、一端が第1スイッチ素子Q21および第2スイッチ素子Q22の接続点に接続され、他端がトランスTR20の1次巻線の一端に接続されている。第2共振コイルL22は、一端が第3スイッチ素子Q23および第4スイッチ素子Q24の接続点に接続され、他端がトランスTR20の1次巻線の他端に接続されている。すなわち、順方向電力変換動作時において、第1共振コイルL21、第2共振コイルL22、各寄生キャパシタおよび外付け共振コンデンサCA〜CDは、第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24のスイッチング時に部分共振回路を構成し、第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24のソフトスイッチング動作(ゼロ電圧スイッチング動作)を実現する。 The first resonance coil L 21 has one end connected to a connection point between the first switch element Q 21 and the second switch element Q 22 , and the other end connected to one end of the primary winding of the transformer TR 20 . The second resonance coil L 22 has one end connected to the connection point of the third switch element Q 23 and the fourth switch element Q 24 , and the other end connected to the other end of the primary winding of the transformer TR 20 . That is, during the forward power conversion operation, the first resonance coil L 21 , the second resonance coil L 22 , each parasitic capacitor and the external resonance capacitors C A to C D are connected to the first to fourth switch elements Q 21 to Q. A partial resonance circuit is configured at the time of 24 switching, and a soft switching operation (zero voltage switching operation) of the first to fourth switching elements Q 21 to Q 24 is realized.
さらに、第1実施形態と同様に、低負荷電流時において第2共振コイルL22のインダクタンス値は第1共振コイルL21のインダクタンス値よりも高く支配的になり、高負荷電流時において第1共振コイルL21のインダクタンス値は第2共振コイルL22のインダクタンス値よりも高く支配的になる。そして、第1共振コイルL21および第2共振コイルL22の合成インダクタンス値の変化率が、高負荷電流時よりも低負荷電流時の方が大きくなる。このため、低負荷電流時および高負荷電流時の双方において、第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24のソフトスイッチング動作(ゼロ電圧スイッチング動作)を実現することができ、省エネルギー化に貢献することができる。 Furthermore, as in the first embodiment, the inductance value of the second resonance coil L 22 at the time of low load current becomes higher dominant than the inductance value of the first resonance coil L 21, a first resonance at the time of high load currents inductance value of the coil L 21 becomes higher dominant than the inductance value of the second resonance coil L 22. Then, the change rate of the combined inductance value of the first resonance coil L 21 and the second resonance coil L 22 is better at low load current is greater than at high load currents. For this reason, the soft switching operation (zero voltage switching operation) of the first to fourth switch elements Q 21 to Q 24 can be realized at both low load current and high load current, which contributes to energy saving. be able to.
2次側回路22は、2次側フルブリッジ回路25と、2次側フルブリッジ回路25の後段に設けられたコイルL23および平滑コンデンサC25からなる2次側LC回路とを備える。
The secondary side circuit 22 includes a secondary side
2次側フルブリッジ回路25は、第5スイッチ素子Q25と、第6スイッチ素子Q26と、第7スイッチ素子Q27と、第8スイッチ素子Q28とを含む。第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28は、制御回路23の制御下でスイッチング動作を行う。第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28としては、IGBTやMOSFET等のパワー素子を用いることができる。
The secondary
第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28のそれぞれには、ダイオードが逆並列接続されている。ダイオードとしては、第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28の各寄生ダイオードや、当該寄生ダイオードとは別のダイオード素子を用いることができる。さらに、第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28のそれぞれには、コンデンサが並列接続されている。コンデンサとしては、第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28の各寄生キャパシタや、当該寄生キャパシタとは別の外付け共振コンデンサを用いることができる。
Each of the first to
制御回路23は、例えば、マイコンやFPGA(フィールドプログラマブル・ゲートアレイ)等の制御用IC(集積回路)により構成される。制御回路23は、1次側フルブリッジ回路24に対して、第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24のPWM信号の位相をシフトさせる位相シフト制御を行い、2次側フルブリッジ回路25に対して、第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28のスイッチング動作を1次側フルブリッジ回路24のスイッチング動作に同期させる同期整流制御を行う。
The
図8に、逆方向電力変換動作時における第1〜第8スイッチ素子Q21〜Q28のタイミングチャートを示す。なお、図8に示すとおり、1次側フルブリッジ回路24のPWMデューティ(第1スイッチ素子Q21および第3スイッチ素子Q23のPWMデューティ)が50%に設定されているものとする。 FIG. 8 shows a timing chart of the first to eighth switch elements Q 21 to Q 28 during the reverse power conversion operation. Incidentally, as shown in FIG. 8, PWM duty of the primary full-bridge circuit 24 (PWM duty of the first switching element Q 21 and the third switch element Q 23) is assumed to be set to 50%.
制御回路23は、順方向電力変換動作時に2次側の端子T22、T22’間電圧が外部電源等により予め規定された規定電圧より上昇すると、1次側フルブリッジ回路24に対して位相シフト制御、2次側フルブリッジ回路25に対して同期整流制御を行ったまま、2次側から1次側に逆方向電力変換する。
When the voltage between the terminals T 22 and T 22 ′ on the secondary side rises above a specified voltage that is defined in advance by an external power source or the like during the forward power conversion operation, the
具体的には、制御回路23は、第2スイッチ素子Q22のOFF時間を第1スイッチ素子Q21のON時間よりも若干長くして、第1スイッチ素子Q21と第2スイッチ素子Q22とがともにOFF状態になるデッドタイム(図8の時間t2〜t3)を含むように、第1スイッチ素子Q21と第2スイッチ素子Q22の位相を反転させるとともに、第3スイッチ素子Q23のOFF時間を第4スイッチ素子Q24のON時間よりも若干長くして、第3スイッチ素子Q23と第4スイッチ素子Q24とがともにOFF状態になるデッドタイム(図8の時間t4〜t5)を含むように、第3スイッチ素子Q23と第4スイッチ素子Q24の位相を反転させる。さらに、制御回路23は、第1スイッチ素子Q21および第2スイッチ素子Q22の位相に対して、第3スイッチ素子Q23および第4スイッチ素子Q24の位相をシフトさせる。逆方向電力変換動作時における位相のシフト量は、順方向の電力変換量を最小にするように制御されるため、最小化されている。
Specifically, the
また、制御回路23は、第1スイッチ素子Q21および第4スイッチ素子Q24がともにON状態のときにのみ第6スイッチ素子Q26および第7スイッチ素子Q27をOFF状態にし、第2スイッチ素子Q22および第3スイッチ素子Q23がともにON状態のときにのみ第5スイッチ素子Q25および第8スイッチ素子Q28をOFF状態にする。
Further, the
時間t2〜t5における絶縁型DC/DCコンバータ20では、第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28がON状態となるので、トランスTR20の2次巻線に電流が流れることなく2次側LC回路のコイルL23に電流が流れ、当該コイルL23にエネルギーが蓄積される。
At time t 2 ~t Isolated in 5 DC /
時間t5〜t6において第5スイッチ素子Q25および第8スイッチ素子Q28がOFF状態となると、トランスTR20の2次巻線に電流が流れ、1次側に電力が供給される。1次側では、第3スイッチ素子Q23がターンONして第2スイッチ素子Q22および第3スイッチ素子Q23がON状態となるが、第1共振コイルL21、第2共振コイルL22が第2スイッチ素子Q22および第3スイッチ素子Q23に流れる電流を阻害するように働くので、第2整流素子DBおよび第3整流素子DCに電流が流れる。このため、第3スイッチ素子Q23のターンON時に当該第3スイッチ素子Q23の寄生キャパシタおよび外付けの共振コンデンサCCの電荷が放出されることにより発生する電圧振動が抑制される。 When the fifth switching element Q 25 and the eighth switch element Q 28 is turned OFF at time t 5 ~t 6, current flows through the secondary winding of the transformer TR 20, power is supplied to the primary side. On the primary side, the third switch element Q 23 is turned on and the second switch element Q 22 and the third switch element Q 23 are turned on, but the first resonance coil L 21 and the second resonance coil L 22 are turned on. since act to inhibit the current flowing through the second switching element Q 22 and the third switch element Q 23, current flows through the second rectifier element D B and the third rectifier element D C. Therefore, the voltage oscillation parasitic capacitor and an external charge resonant capacitor C C of the third switch turns ON at the third switching element Q 23 of the element Q 23 is produced by being released is suppressed.
時間t6〜t9における絶縁型DC/DCコンバータ20では、第5〜第8スイッチ素子Q25〜Q28がON状態となるので、トランスTR20の2次巻線に電流が流れることなく、コイルL23にエネルギーが蓄積される。
In the insulated DC /
時間t9〜t10において第6スイッチ素子Q26および第7スイッチ素子Q27がOFF状態となると、トランスTR20の2次巻線に時間t5〜t6のときと逆向きの電流が流れ、1次側に電力が供給される。1次側では、第4スイッチ素子Q24がターンONして第1スイッチ素子Q21および第4スイッチ素子Q24がON状態となるが、第1共振コイルL21、第2共振コイルL22が第1スイッチ素子Q21および第4スイッチ素子Q24に流れる電流を阻害するように働くので、第1整流素子DAおよび第4整流素子DDに電流が流れる。このため、第4スイッチ素子Q24のターンON時に当該第4スイッチ素子Q24の寄生キャパシタおよび外付けの共振コンデンサCDの電荷が放出されることにより発生する電圧振動が抑制される。 When the sixth switch element Q 26 and the seventh switch element Q 27 are turned off at time t 9 to t 10 , a current opposite to that at time t 5 to t 6 flows through the secondary winding of the transformer TR 20. Electric power is supplied to the primary side. On the primary side, the fourth switch element Q 24 is turned on and the first switch element Q 21 and the fourth switch element Q 24 are turned on, but the first resonance coil L 21 and the second resonance coil L 22 are turned on. since act to inhibit the current flowing through the first switching element Q 21 and the fourth switch element Q 24, current flows through the first rectifier element D a and a fourth rectifier element D D. Therefore, the voltage oscillation charge resonant capacitor C D of the parasitic capacitor and an external fourth switching element turns ON at the fourth switching element Q 24 of Q 24 is produced by being released is suppressed.
図9に、順方向電力変換動作時における第1〜第8スイッチ素子Q21〜Q28のタイミングチャートを示す。図9に示すとおり、順方向電力変換動作時における位相シフト制御は、位相のシフト量を除き、逆方向電力変換動作時における位相シフト制御と共通している。位相のシフト量は、順方向の電力変換の量によって制御されるので、逆方向電力変換動作時よりも大きな値になる。一方、順方向電力変換動作時における同期整流制御は、逆方向電力変換動作時における同期整流制御と共通している。 FIG. 9 shows a timing chart of the first to eighth switch elements Q 21 to Q 28 during the forward power conversion operation. As shown in FIG. 9, the phase shift control during the forward power conversion operation is common to the phase shift control during the reverse power conversion operation except for the phase shift amount. Since the amount of phase shift is controlled by the amount of power conversion in the forward direction, the phase shift amount is larger than that during reverse power conversion operation. On the other hand, the synchronous rectification control during the forward power conversion operation is common to the synchronous rectification control during the reverse power conversion operation.
結局、本実施形態では、第1共振コイルL21と第2共振コイルL22の合成インダクタンスにより理想インダクタンス特性を実現しているので、低負荷電流時および高負荷電流時の双方において、第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24のソフトスイッチング動作(ゼロ電圧スイッチング動作)を実現することができ、省エネルギー化に貢献することができる。また、ソフトスイッチング動作によりスイッチング損失が低減することで、絶縁型DC/DCコンバータ20を備える電源機器において、ヒートシンクの小型化および冷却ファンの能力低下による低騒音化を図ることができる。
Eventually, in the present embodiment, the ideal inductance characteristic is realized by the combined inductance of the first resonance coil L 21 and the second resonance coil L 22 , and therefore, the first to the first resonance coil L 21 at both low load current and high load current. The soft switching operation (zero voltage switching operation) of the fourth switch elements Q 21 to Q 24 can be realized, which can contribute to energy saving. Further, since the switching loss is reduced by the soft switching operation, in the power supply device including the insulated DC /
さらに、本実施形態では、第1〜第4整流素子DA〜DDにより第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24を迂回する電流経路を形成して、逆方向電力変換動作時に第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24に電流が流れにくくすることで、第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24のスイッチング時に当該第1〜第4スイッチ素子Q21〜Q24の寄生キャパシタおよび/または外付けの共振コンデンサCA〜CDの電荷が放出されることにより発生する電圧振動を抑制することができる。したがって、絶縁型DC/DCコンバータ20によれば、1次側から2次側への電力供給と2次側から1次側への電力供給とを効率よく行うことが可能になる。
Further, in the present embodiment, the first to fourth rectifying elements D A to D D form a current path that bypasses the first to fourth switch elements Q 21 to Q 24 , and the first power conversion operation is performed during the reverse power conversion operation. by hardly-current flows through the
以上、本発明に係る絶縁型DC/DCコンバータの実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of the insulation type DC / DC converter concerning the present invention was described, the present invention is not limited to each above-mentioned embodiment.
本発明では、位相シフト制御におけるスイッチングパターンまたは同期整流制御におけるスイッチングパターンの少なくとも一方を適宜変更することができる。例えば、上記第2実施形態において、第1スイッチ素子Q21の立ち上がりかつ第4スイッチ素子Q24の立ち下がり間で位相シフトを行うようにし、第1スイッチ素子Q21および第4スイッチ素子Q24が同時にONするときに、第6スイッチ素子Q26および第7スイッチ素子Q27をOFFして同期整流させるようにしてもよい。 In the present invention, at least one of the switching pattern in the phase shift control or the switching pattern in the synchronous rectification control can be appropriately changed. For example, in the second embodiment, to perform the phase shift between the rising and falling of the fourth switching element Q 24 edge of the first switching element Q 21, the first switching element Q 21 and the fourth switch element Q 24 is When the switches are simultaneously turned on, the sixth switch element Q 26 and the seventh switch element Q 27 may be turned off to perform synchronous rectification.
本発明の1次側回路は、回路トポロジが電圧型であり、1次側スイッチ回路、第1共振コイルおよび第2共振コイルを備え、第1共振コイル、第2共振コイル、絶縁変圧部の1次巻線が互いに直列接続されているのであれば、適宜構成を変更することができる。例えば、上記第1実施形態の第1共振コイルL11は、一端が第1スイッチ素子Q11および第2スイッチ素子Q12の接続点に接続され、他端が第2共振コイルL12を介してトランスTR10の1次巻線の一端に接続されていてもよい。
The primary side circuit of the present invention has a voltage topology circuit topology, includes a primary side switch circuit, a first resonance coil, and a second resonance coil, and includes a first resonance coil, a second resonance coil, and an insulating
本発明の第1共振コイルおよび第2共振コイルは、低負荷電流時において第2共振コイルのインダクタンス値が第1共振コイルのインダクタンス値よりも高く支配的になり、高負荷電流時において第1共振コイルのインダクタンス値が第2共振コイルのインダクタンス値よりも高く支配的になり、かつ、第1共振コイルおよび第2共振コイルの合成インダクタンス値の変化率が、高負荷電流時よりも低負荷電流時の方が大きくなるように構成されており、さらに、低負荷電流時および高負荷電流時の双方においてフルブリッジ回路のゼロ電圧スイッチングを実現できるのであれば、適宜構成を変更することができる。 In the first resonance coil and the second resonance coil of the present invention, the inductance value of the second resonance coil is dominantly higher than the inductance value of the first resonance coil at the time of low load current, and the first resonance coil at the time of high load current. The inductance value of the coil becomes dominant higher than the inductance value of the second resonance coil, and the rate of change of the combined inductance value of the first resonance coil and the second resonance coil is lower than when the load current is high. As long as the zero voltage switching of the full bridge circuit can be realized at both low load current and high load current, the configuration can be changed as appropriate.
本発明の2次側回路に含まれる2次側スイッチ回路は、本発明の制御回路により同期整流制御が行われるのであれば、適宜構成を変更することができる。 The secondary side switch circuit included in the secondary side circuit of the present invention can be appropriately changed in configuration as long as the synchronous rectification control is performed by the control circuit of the present invention.
本発明に係る絶縁型DC/DCコンバータは、第1共振コイルおよび第2共振コイルを用いる部分共振または共振型等のソフトスイッチング型であればよい。例えば、上記第1実施形態のような電圧型フルブリッジ+電流型プッシュプル回路や、上記第2実施形態のような電圧型フルブリッジ+電流型フルブリッジ回路に代えて、電圧型ハーフブリッジ+電流型プッシュプル回路や、電圧型ハーフブリッジ+電流型フルブリッジ回路等を採用してもよい。 The insulated DC / DC converter according to the present invention may be a soft switching type such as a partial resonance or resonance type using the first resonance coil and the second resonance coil. For example, instead of the voltage type full bridge + current type push-pull circuit as in the first embodiment or the voltage type full bridge + current type full bridge circuit as in the second embodiment, a voltage type half bridge + current A type push-pull circuit, a voltage type half bridge + current type full bridge circuit, or the like may be employed.
本発明の絶縁変圧部は、例えば、直列または並列接続された複数のトランスで構成されていてもよい。 The insulation transformer part of the present invention may be composed of, for example, a plurality of transformers connected in series or in parallel.
10、20 絶縁型DC/DCコンバータ
11、21 1次側回路
12、22 2次側回路
13、23 制御回路
14 フルブリッジ回路
15 2次側スイッチ回路(プッシュプル回路)
24 1次側フルブリッジ回路
25 2次側フルブリッジ回路
10, 20 Insulation type DC /
24 Primary side
Claims (4)
前記絶縁変圧部の1次側に設けられた1次側スイッチ回路を含む1次側回路と、
前記絶縁変圧部の2次側に設けられた2次側回路と、
前記1次側スイッチ回路に対して位相シフト制御を行う制御回路と、
を備えた絶縁型DC/DCコンバータであって、
前記1次側回路は、前記1次側スイッチ回路と前記1次巻線との間に設けられた第1共振コイルおよび第2共振コイルを備え、
前記第1共振コイル、前記第2共振コイル、前記1次巻線は、互いに直列接続されており、
前記第1共振コイルおよび前記第2共振コイルは、
低負荷電流時において前記第2共振コイルのインダクタンス値が前記第1共振コイルのインダクタンス値よりも高く支配的になり、高負荷電流時において前記第1共振コイルのインダクタンス値が前記第2共振コイルのインダクタンス値よりも高く支配的になり、かつ、
前記第1共振コイルおよび前記第2共振コイルの合成インダクタンス値の変化率が、前記高負荷電流時よりも前記低負荷電流時の方が大きくなるように構成されており、
前記制御回路は、
前記低負荷電流時および前記高負荷電流時の双方において、前記1次側スイッチ回路をゼロ電圧スイッチングで動作させる
ことを特徴とする絶縁型DC/DCコンバータ。 An insulating transformer having a primary winding and a secondary winding;
A primary side circuit including a primary side switch circuit provided on the primary side of the insulating transformer,
A secondary circuit provided on the secondary side of the insulating transformer,
A control circuit for performing phase shift control on the primary side switch circuit;
An isolated DC / DC converter comprising:
The primary side circuit includes a first resonance coil and a second resonance coil provided between the primary side switch circuit and the primary winding,
The first resonance coil, the second resonance coil, and the primary winding are connected in series with each other,
The first resonance coil and the second resonance coil are:
When the load current is low, the inductance value of the second resonance coil becomes higher than the inductance value of the first resonance coil, and when the load current is high, the inductance value of the first resonance coil is the same as that of the second resonance coil. Higher than the inductance value, and
The rate of change of the combined inductance value of the first resonance coil and the second resonance coil is configured to be larger at the low load current than at the high load current,
The control circuit includes:
An isolated DC / DC converter, wherein the primary side switch circuit is operated with zero voltage switching both at the low load current and at the high load current.
前記第1共振コイルは、一端が前記フルブリッジ回路の第1レグを構成する第1スイッチ素子および第2スイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記1次巻線の一端に接続され、
前記第2共振コイルは、一端が前記フルブリッジ回路の第2レグを構成する第3スイッチ素子および第4スイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記1次巻線の他端に接続された
ことを特徴とする請求項1に記載の絶縁型DC/DCコンバータ。 The primary side switch circuit is a full bridge circuit,
The first resonance coil has one end connected to a connection point of the first switch element and the second switch element constituting the first leg of the full bridge circuit, and the other end connected to one end of the primary winding,
One end of the second resonance coil is connected to a connection point of the third switch element and the fourth switch element constituting the second leg of the full bridge circuit, and the other end is connected to the other end of the primary winding. The insulated DC / DC converter according to claim 1, wherein:
アノードが前記第1レグの他端に接続され、カソードが前記第1共振コイルの他端に接続された第2整流素子と、
アノードが前記第2共振コイルの他端に接続され、カソードが前記第2レグの一端に接続された第3整流素子と、
アノードが前記第2レグの他端に接続され、カソードが前記第2共振コイルの他端に接続された第4整流素子と、を備え、
前記2次側回路は、2次側スイッチ回路を含み、
前記制御回路は、前記2次側スイッチ回路に対して同期整流制御を行い、前記絶縁変圧部の2次側から1次側に電力を供給する逆方向電力変換動作を行わせる
ことを特徴とする請求項2に記載の絶縁型DC/DCコンバータ。 A first rectifying element having an anode connected to the other end of the first resonance coil and a cathode connected to one end of the first leg;
A second rectifying element having an anode connected to the other end of the first leg and a cathode connected to the other end of the first resonance coil;
A third rectifying element having an anode connected to the other end of the second resonance coil and a cathode connected to one end of the second leg;
A fourth rectifying element having an anode connected to the other end of the second leg and a cathode connected to the other end of the second resonance coil,
The secondary side circuit includes a secondary side switch circuit,
The control circuit performs synchronous rectification control on the secondary side switch circuit, and performs a reverse power conversion operation for supplying power from the secondary side to the primary side of the insulation transformer. The insulated DC / DC converter according to claim 2.
ことを請求項1〜3のいずれか一項に記載の絶縁型DC/DCコンバータ。 The insulated DC / DC converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the first resonance coil and the second resonance coil are different in at least one of material, shape, size, and number of turns. .
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