JP2018078757A - Modulation method, and circuit using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a modulation method of a cascade multicell type DC/DC converter, by which input currents of respective cells can be balanced.SOLUTION: The problem is solved by a modulation method of a circuit having a pair of transformer driving means. The method comprises first and second procedures for lowering the degree of modulation, on the supposition that the degree of modulation is one(1) when the pair of transformer driving means output a positive voltage of 50% and a negative voltage of 50%, and they are in the same phase. The first procedure includes the step of decreasing the duty of a positive voltage that the first transformer driving means outputs to zero and in parallel, and decreasing the duty of a negative voltage that the second transformer driving means outputs to zero, and the second procedure includes the step of changing the phases of the first and second transformer driving means from the state of being identical with each other to the state of being opposite to each other.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は複数個のトランスを有し、これらのトランスの二次巻線を直列接続し、この直列回路に整流平滑回路を接続する構成のマルチレベルコンバータに用いる変調方法、及び、この変調方法を用いた回路に関するものである。   The present invention includes a plurality of transformers, a modulation method used in a multi-level converter having a configuration in which secondary windings of these transformers are connected in series, and a rectifying / smoothing circuit is connected to the series circuit. It relates to the circuit used.

カスケードマルチセル型力率改善コンバータの負荷として用いられるマルチレベルDC/DCコンバータが特許文献1で開示されている。図3にこの方式の回路図を示す。10はカスケードマルチセル型力率改善コンバータであり、二つの回路ブロック13の入力が直列接続され、この直列回路に交流電源11とチョーク12の直列回路が接続されている。回路ブロック13の中ではダイオード21、ダイオード22、MOSFET31、MOSFET32がブリッジ接続されており、このブリッジの直流出力にコンデンサ41が接続されている。   A multilevel DC / DC converter used as a load of a cascade multicell type power factor correction converter is disclosed in Patent Document 1. FIG. 3 shows a circuit diagram of this system. Reference numeral 10 denotes a cascade multicell power factor correction converter, in which inputs of two circuit blocks 13 are connected in series, and a series circuit of an AC power supply 11 and a choke 12 is connected to the series circuit. In the circuit block 13, a diode 21, a diode 22, a MOSFET 31, and a MOSFET 32 are bridge-connected, and a capacitor 41 is connected to the DC output of this bridge.

図3のカスケードマルチセル型力率改善コンバータ10以外はマルチレベルDC/DCコンバータである。MOSFET33、MOSFET34、MOSFET35、MOSFET36がブリッジ接続されてトランス駆動手段14を構成している。二つのトランス駆動手段14の直流入力はカスケードマルチセル型力率改善コンバータ10の出力にそれぞれ接続されており、交流出力にはトランス15の一次巻線とコンデンサ43の直列回路およびトランス16の一次巻線とコンデンサ44の直列回路が接続されている。トランス15の二次巻線とトランス16の二次巻線は直列接続され、この直列回路がダイオード23、ダイオード24、ダイオード25、ダイオード26からなる整流回路に接続され、この整流回路の出力にチョーク17、コンデンサ42からなる平滑回路が接続されている。平滑回路の出力には負荷18が接続されている。   A multi-level DC / DC converter other than the cascade multi-cell power factor correction converter 10 of FIG. 3 is a multi-level DC / DC converter. The MOSFET 33, MOSFET 34, MOSFET 35, and MOSFET 36 are bridge-connected to constitute the transformer driving means 14. The DC inputs of the two transformer driving means 14 are respectively connected to the outputs of the cascade multicell type power factor correction converter 10, and the AC output includes a primary winding of the transformer 15 and a series circuit of the capacitor 43 and a primary winding of the transformer 16. And a series circuit of a capacitor 44 are connected. The secondary winding of the transformer 15 and the secondary winding of the transformer 16 are connected in series, and this series circuit is connected to a rectifier circuit composed of a diode 23, a diode 24, a diode 25, and a diode 26, and choke the output of this rectifier circuit. 17, a smoothing circuit comprising a capacitor 42 is connected. A load 18 is connected to the output of the smoothing circuit.

なおコンデンサ43とコンデンサ44は特許文献1では図示されていないが、トランス駆動手段14が出力するパルス電圧に直流成分が含まれる場合に、その直流成分を除去する役割がある。   Although the capacitor 43 and the capacitor 44 are not shown in Patent Document 1, when the pulse voltage output from the transformer driving means 14 includes a DC component, the capacitor 43 and the capacitor 44 have a role of removing the DC component.

このマルチレベルDC/DCコンバータはトランス駆動手段14によってトランス15,16の一次巻線にパルス電圧が印加され、その電圧が巻数比変換されたうえで二次巻線の直列回路によって加算されることでマルチレベル変換を可能にしている。
したがってトランス駆動手段は2個に限定されているわけではなく、2個以上の任意の数にすることができる。また、これまでの説明ではスイッチ素子としてMOSFETを使う例を挙げたが、IGBTと逆並列ダイオードの並列回路を使っても、全く同様の効果を奏する。
In this multi-level DC / DC converter, a pulse voltage is applied to the primary windings of the transformers 15 and 16 by the transformer driving means 14, and the voltage is converted by the turns ratio and then added by the series circuit of the secondary windings. Enables multi-level conversion.
Therefore, the number of transformer driving means is not limited to two, but can be any number of two or more. Moreover, although the example which uses MOSFET as a switching element was given in the above description, even if it uses the parallel circuit of IGBT and an antiparallel diode, there exists the completely same effect.

このマルチレベルDC/DCコンバータの変調方法を本願発明者が発明し、特許出願(特願2016−177585)をした。トランスの数が偶数の場合の変調方法が図4であり、トランス2個のペアに対して図4の変調方法を順次適用していく。
図4の左上が変調度1の状態であり、矢印に沿ってトランス駆動手段の出力電圧波形を変えていくにしたがって変調度が下がっていき、右下で変調度が0となる。このようにすることで各トランスの励磁電流をゼロにすることなく変調度を変えられるため、この励磁電流を使ってMOSFETの出力容量を放電してゼロ電圧スイッチングを実現できるメリットがある。
The inventor of the present invention invented the modulation method of this multi-level DC / DC converter and applied for a patent (Japanese Patent Application No. 2006-177585). FIG. 4 shows a modulation method when the number of transformers is an even number, and the modulation method shown in FIG. 4 is sequentially applied to a pair of two transformers.
The upper left of FIG. 4 shows a state of modulation degree 1, and the degree of modulation decreases as the output voltage waveform of the transformer driving means is changed along the arrow, and the degree of modulation becomes 0 at the lower right. By doing so, the degree of modulation can be changed without making the exciting current of each transformer zero, and there is an advantage that zero voltage switching can be realized by discharging the output capacitance of the MOSFET using this exciting current.

この先行特許出願記載の変調方法を適用する回路は図3に限定されているわけではなく、図5の回路に適用してもよい。図3でコンデンサ43とコンデンサ44の電圧が十分小さければ、各トランス駆動手段の出力電圧が巻数比変換された電圧の和が二次巻線直列回路に現れると考えてよい。これに対して図5ではトランス駆動手段とトランス一次巻線の間に共振回路20が挿入されているので、この関係は成り立たない。しかしながらトランス駆動手段14の出力電圧が高くなれば、共振回路20に印加される電圧が高くなって、より多くの電力が共振回路を通過する。したがって変調度を上げれば出力電力が増えるという関係は変わらない。この事から前記先行特許出願記載の変調方法を図5の回路に適用することが可能である。   The circuit to which the modulation method described in the prior patent application is applied is not limited to FIG. 3, but may be applied to the circuit of FIG. In FIG. 3, if the voltages of the capacitors 43 and 44 are sufficiently small, it may be considered that the sum of the voltages obtained by converting the output voltage of each transformer driving means to the turns ratio appears in the secondary winding series circuit. On the other hand, in FIG. 5, since the resonance circuit 20 is inserted between the transformer driving means and the transformer primary winding, this relationship does not hold. However, if the output voltage of the transformer driving means 14 increases, the voltage applied to the resonance circuit 20 increases and more power passes through the resonance circuit. Therefore, the relationship that the output power increases as the degree of modulation increases does not change. Therefore, the modulation method described in the prior patent application can be applied to the circuit of FIG.

しかしながら前記先行特許出願記載の変調方法には各トランス駆動手段の入力電流がバランスしない問題がある。バランスしないのは各トランス駆動手段に入力電流が流れる機会が均等に与えられていないためである。トランス駆動手段に入力電流が流れるのはトランス駆動手段の出力電圧がゼロでない時であるが、その時間が特許文献2の変調方法では均等になっていないために、入力電流が異なる値となってしまう。
具体例として、図5の回路に前記先行特許出願記載の変調方法を適用した場合の各トランス駆動手段の入力電流波形を図6に示す。この例では入力電流波形の平均値が2.21Aと26.9Aとなっており、10倍以上の差がついている。このように極端な差が生じてしまうと、カスケードマルチセル型力率改善コンバータ側の調整能力を超えてしまうため、各トランス駆動手段の入力電圧をバランスさせられない問題があった。
However, the modulation method described in the prior patent application has a problem that the input currents of the transformer driving means are not balanced. The reason why the balance is not achieved is that the opportunities for the input current to flow through the respective transformer driving means are not evenly given. The input current flows through the transformer driving means when the output voltage of the transformer driving means is not zero. However, since the time is not uniform in the modulation method of Patent Document 2, the input current becomes a different value. End up.
As a specific example, FIG. 6 shows the input current waveform of each transformer driving means when the modulation method described in the prior patent application is applied to the circuit of FIG. In this example, the average value of the input current waveform is 2.21 A and 26.9 A, which is a difference of 10 times or more. If such an extreme difference occurs, the adjustment capacity on the cascade multicell type power factor correction converter side is exceeded, and there is a problem that the input voltages of the respective transformer driving means cannot be balanced.

国際公開第2016/031061号International Publication No. 2016/031061

本発明はトランスの二次巻線を直列接続するタイプのマルチレベルコンバータにおいて、各トランス駆動手段の入力電流をバランスさせる具体的な変調方法を開示するものである。   The present invention discloses a specific modulation method for balancing the input current of each transformer driving means in a multilevel converter of the type in which the secondary windings of the transformer are connected in series.

特許文献1で開示されているトランスの二次巻線を直列接続するタイプのマルチレベルコンバータは、二次巻線の直列回路に現れる電圧をマルチレベルにすることができるが、特許文献1にその具体的な変調方法についての記述がない。
前記先行特許出願(特願2016−177585)には具体的な変調方法が記述されているが、この変調方法では各トランス駆動手段の入力電流が全く異なる値となる場合があり、カスケードマルチセル型力率改善コンバータ側の調整能力を超えてしまう問題があった。
The multilevel converter of the type in which the secondary windings of the transformer disclosed in Patent Document 1 are connected in series can make the voltage appearing in the series circuit of the secondary windings multi-level. There is no description about a specific modulation method.
A specific modulation method is described in the prior patent application (Japanese Patent Application No. 2006-177585). However, in this modulation method, the input current of each transformer driving means may be a completely different value. There was a problem that exceeded the adjustment capacity of the rate improvement converter.

本発明の変調方法はトランス駆動手段の数が複数である場合に適用され、
複数個のトランスと、
前記トランスの各々の一次巻線に正電圧、負電圧、ゼロ電圧を与えるトランス駆動手段と、
前記トランスの全ての二次巻線を直列接続した直列回路に接続された整流平滑回路と、
を有する回路の変調方法であって、
全ての前記トランス駆動手段が最大正電圧デューティと最大負電圧デューティを出力し、かつ同相である状態を変調度が最も大きい状態とし、
前記トランス駆動手段を二つ一組として、
前記一組の前記トランス駆動手段の一方の正電圧のデューティをゼロまで減らすと同時に、前記一組の前記トランス駆動手段の他方の負電圧のデューティをゼロまで減らすことを、前記変調度を下げるための第一の手順とし、
前記一組の前記トランス駆動手段の一方の位相と前記一組の前記トランス駆動手段の他方の位相を同相から逆相までずらすことを、前記変調度を下げるための第二の手順とし、
前記第一の手順において正電圧のデューティを減らす量と負電圧のデューティを減らす量を等しくし、
前記変調度を下げるために、前記第一の手順と前記第二の手順を全ての前記トランス駆動手段に順次適用することを特徴とする。
The modulation method of the present invention is applied when the number of transformer driving means is plural,
A plurality of transformers,
Transformer driving means for applying a positive voltage, a negative voltage, and a zero voltage to each primary winding of the transformer;
A rectifying and smoothing circuit connected to a series circuit in which all the secondary windings of the transformer are connected in series;
A circuit modulation method comprising:
All the transformer drive means output the maximum positive voltage duty and the maximum negative voltage duty, and the state that is in phase is the state where the modulation degree is the largest,
As a pair of the transformer driving means,
In order to reduce the modulation factor, the duty of one positive voltage of the set of the transformer driving means is reduced to zero and at the same time the duty of the other negative voltage of the set of the transformer driving means is reduced to zero. As the first step of
Shifting one phase of the set of transformer driving means and the other phase of the set of transformer driving means from the same phase to the opposite phase is a second procedure for reducing the modulation degree,
In the first procedure, the amount to reduce the duty of the positive voltage is equal to the amount to reduce the duty of the negative voltage,
In order to lower the modulation degree, the first procedure and the second procedure are sequentially applied to all the transformer driving means.

本発明の変調方法には、次の効果がある。
本発明の変調方法によって、二次巻線の直列回路に現れる電圧をマルチレベルにすることができる。これに加えて変調度がゼロになっても各トランス 一次巻線の実効値電圧がゼロにならないため無負荷でも励磁電流を確保でき、この励磁電流を使ってMOSFETをゼロ電圧スイッチングさせることができる。
The modulation method of the present invention has the following effects.
By the modulation method of the present invention, the voltage appearing in the series circuit of the secondary winding can be made multilevel. In addition to this, even if the modulation degree becomes zero, the effective voltage of each transformer primary winding does not become zero, so an exciting current can be secured even without a load, and the MOSFET can be switched to zero voltage using this exciting current. .

さらに、各トランス駆動手段の入力電流を等しくすることができる。このためカスケードマルチセル型力率改善コンバータの負荷としてマルチレベルDC/DCコンバータを接続した場合でも、各トランス駆動手段の入力電圧をバランスさせられるメリットがある。   Furthermore, the input current of each transformer driving means can be made equal. For this reason, even when a multilevel DC / DC converter is connected as a load of the cascade multicell type power factor correction converter, there is an advantage that the input voltage of each transformer driving means can be balanced.

図1は本発明の変調方法の実施例である。FIG. 1 shows an embodiment of the modulation method of the present invention. 図2は本発明の変調方法においてトランス駆動手段の数が二つである場合に、変調度を下げるにしたがって各トランス駆動手段の波形をどのように変化させるかを説明した図である。FIG. 2 is a diagram for explaining how the waveform of each transformer driving means is changed as the modulation degree is lowered when the number of transformer driving means is two in the modulation method of the present invention. 図3はカスケードマルチセル型力率改善コンバータと、その負荷であるマルチレベルDC/DCコンバータの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a cascaded multi-cell type power factor correction converter and a multi-level DC / DC converter as a load thereof. 図4は従来の変調方法においてトランス駆動手段の数が二つである場合に、変調度を下げるにしたがって各トランス駆動手段の波形をどのように変化させるかを説明した図である。FIG. 4 is a diagram for explaining how the waveform of each transformer driving means is changed as the modulation degree is lowered when the number of transformer driving means is two in the conventional modulation method. 図5は図3のマルチレベルDC/DCコンバータの別の実施例である。FIG. 5 is another embodiment of the multilevel DC / DC converter of FIG. 図6は従来の変調方法における各トランス駆動手段の出力電圧と入力電流の波形である。FIG. 6 shows waveforms of output voltage and input current of each transformer driving means in the conventional modulation method. 図7は本発明の変調方法における各トランス駆動手段の出力電圧と入力電流の波形である。FIG. 7 shows waveforms of output voltage and input current of each transformer driving means in the modulation method of the present invention.

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかである。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。   The mode for carrying out the present invention will be apparent from the following description of the preferred embodiments when read with reference to the accompanying drawings. However, the drawings are for explanation only and do not limit the technical scope of the present invention.

トランス二次巻線直列回路の実効値電圧が最大になる状態を変調度1、最小になる状態を変調度0とする。変調度1は全てのトランス駆動手段が正電圧50%、負電圧50%を出力し、かつ同相である状態であり、変調度0はトランス二次巻線直列回路の電圧がゼロになる状態である。   A state in which the effective voltage of the transformer secondary winding series circuit is maximized is defined as a modulation degree 1, and a state in which the effective value voltage is minimized is defined as a modulation degree 0. Modulation degree 1 is a state in which all transformer drive means output positive voltage 50% and negative voltage 50% and are in phase, and modulation degree 0 is a state in which the voltage of the transformer secondary winding series circuit becomes zero. is there.

(実施例1の構成)
本発明の変調方法の第一の実施例は、図1に示す様に補償器3の入力に目標電圧生成手段1の出力と出力電圧検出手段2の出力を接続し、変調手段4の入力に補償器3の出力を接続し、変調手段4の出力にデューティ設定手段5−1〜5−nの入力と位相シフト量設定手段6−1〜6−nの入力をトランスの数だけ接続し、各デューティ設定手段5−1〜5−nの出力と各位相シフト量設定手段6−1〜6−nの出力を各トランス駆動手段7−1〜7−nの入力に接続し、各トランス駆動手段7−1〜7−nの出力を各トランス8 −1〜8−nに接続している。
実施例1ではトランス駆動手段の数が偶数であるとする。
(Configuration of Example 1)
In the first embodiment of the modulation method of the present invention, the output of the target voltage generating means 1 and the output of the output voltage detecting means 2 are connected to the input of the compensator 3 as shown in FIG. The output of the compensator 3 is connected, and the inputs of the duty setting means 5-1 to 5-n and the inputs of the phase shift amount setting means 6-1 to 6-n are connected to the output of the modulation means 4 by the number of transformers, The outputs of the duty setting means 5-1 to 5-n and the outputs of the phase shift amount setting means 6-1 to 6-n are connected to the inputs of the transformer driving means 7-1 to 7-n to drive each transformer. The outputs of the means 7-1 to 7-n are connected to the transformers 8-1 to 8-n.
In the first embodiment, it is assumed that the number of transformer driving means is an even number.

ここで図3のトランス駆動手段14は図1のトランス駆動手段7の一部であり、図1のトランス駆動手段7はこれ以外にMOSFETの駆動回路や駆動信号生成手段を含むものとする。   3 is a part of the transformer driving means 7 in FIG. 1, and the transformer driving means 7 in FIG. 1 includes a MOSFET driving circuit and a driving signal generating means in addition to this.

(実施例1の動作)
このように構成された実施例1の変調方法において、補償器3とは位相補償をする手段であり、積分器やPI補償器、PID補償器などが使われる。アナログ回路の場合はオペアンプと抵抗、コンデンサを使って構成する誤差増幅回路が使われる。したがって補償器3の出力は変調度を表す信号となる。
(Operation of Example 1)
In the modulation method of the first embodiment configured as described above, the compensator 3 is a means for phase compensation, and an integrator, a PI compensator, a PID compensator, or the like is used. In the case of an analog circuit, an error amplifier circuit composed of an operational amplifier, a resistor, and a capacitor is used. Therefore, the output of the compensator 3 is a signal representing the modulation degree.

次にトランスが2個の場合における変調手段4の動作を、図2を使って説明する。この図は変調度を1から下げるときに1番目のトランス駆動手段7−1の出力と2番目のトランス駆動手段7−2の出力をどのように変化させていくのかを表したものである。図2の左上が変調度1であり、以下矢印に沿って変調度が下がっていき、左下が変調度0となる。   Next, the operation of the modulation means 4 when there are two transformers will be described with reference to FIG. This figure shows how the output of the first transformer driving means 7-1 and the output of the second transformer driving means 7-2 are changed when the modulation degree is lowered from 1. The upper left in FIG. 2 is the modulation degree 1, the modulation degree is lowered along the arrow, and the lower left is the modulation degree 0.

変調度を1から下げるときは、先ず1番目のトランス駆動手段7−1の正電圧デューティを50%から0%まで下げていくと同時に、2番目のトランス駆動手段7−2の負電圧デューティを50%から0%まで下げていく。図2の上段右は正電圧デューティと負電圧デューティを31.25%に減らした状態を表している。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、最大電圧を1として、1のデューティが減って1/2のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。   When the modulation degree is decreased from 1, first, the positive voltage duty of the first transformer driving means 7-1 is first lowered from 50% to 0%, and at the same time, the negative voltage duty of the second transformer driving means 7-2 is decreased. Decrease from 50% to 0%. The upper right of FIG. 2 shows a state where the positive voltage duty and the negative voltage duty are reduced to 31.25%. As a result of this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit assumes that the maximum voltage is 1, the duty of 1 decreases, the duty of 1/2 increases, and the effective voltage decreases.

1番目のトランス駆動手段7−1の正電圧デューティと2番目のトランス駆動手段7−2の負電圧デューティが0%に達すると、図2の中段右となる。この時トランス二次巻線直列回路の電圧は、全て1/2のデューティとなる。   When the positive voltage duty of the first transformer driving means 7-1 and the negative voltage duty of the second transformer driving means 7-2 reach 0%, the middle stage right in FIG. At this time, the voltage of the transformer secondary winding series circuit is all ½ duty.

ここからさらに変調度を下げるために、1番目のトランス駆動手段7−1と2番目のトランス駆動手段7−2の位相を同相から逆相までずらしていく。図2の中段左は位相をずらしている途中を表している。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、最大電圧を1として、1/2のデューティが減って0/2のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。   In order to further reduce the modulation degree from here, the phases of the first transformer driving means 7-1 and the second transformer driving means 7-2 are shifted from the same phase to the opposite phase. The middle left of FIG. 2 represents the middle of shifting the phase. As a result of this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit is set such that the maximum voltage is 1, the duty of 1/2 is decreased, the duty of 0/2 is increased, and the effective value voltage is decreased.

図2の下段左は完全に逆相になった状態を表している。この時トランス二次巻線直列回路の電圧は全て0/2のデューティとなり、変調度が0となる。   The lower left of FIG. 2 represents a state in which the phase is completely reversed. At this time, all voltages of the transformer secondary winding series circuit have a duty of 0/2, and the modulation degree becomes zero.

以上はトランスが2個の場合の説明だが、例えばトランスが4個の場合は続けて3番目のトランス駆動手段7−3と4番目のトランス駆動手段7−4に対して同じ変調方法を適用していけばよく、最終的に3番目のトランス駆動手段7−3の出力と4番目のトランス駆動手段7−4の出力が逆相となって、トランス二次巻線直列回路の電圧がゼロになる。
以上の考え方を拡張すると、図2で説明した変調方法をトランス2個のペアに対して順次適用すれば、トランスが偶数個の全ての場合に対応できることがわかる。トランスが奇数個の場合については説明していないが、対応できることは想定できる。
The above description is for the case where there are two transformers. For example, when there are four transformers, the same modulation method is applied to the third transformer driving means 7-3 and the fourth transformer driving means 7-4. Finally, the output of the third transformer driving means 7-3 and the output of the fourth transformer driving means 7-4 are out of phase, and the voltage of the transformer secondary winding series circuit becomes zero. Become.
When the above idea is expanded, it can be seen that if the modulation method described in FIG. 2 is sequentially applied to a pair of two transformers, it is possible to cope with all cases where there is an even number of transformers. The case of an odd number of transformers is not described, but it can be assumed that it can be handled.

(実施例1の効果)
次にこの変調方法のメリットを説明する。第一のメリットはMOSFETをゼロ電圧スイッチングさせられることである。
変調度1から変調度0までの全ての状態で1番目のトランス駆動手段7−1と2番目のトランス駆動手段7−2の電圧時間積がゼロになることはないので、トランスの励磁電流がゼロになることはない。したがって変調度によらず、この励磁電流を利用してMOSFETをゼロ電圧スイッチングさせることができる。
(Effect of Example 1)
Next, the merit of this modulation method will be described. The first merit is that the MOSFET can be zero-voltage switched.
Since the voltage time product of the first transformer driving means 7-1 and the second transformer driving means 7-2 never becomes zero in all states from the modulation degree 1 to the modulation degree 0, the excitation current of the transformer is It will never be zero. Therefore, the MOSFET can be zero-voltage switched using this exciting current regardless of the modulation factor.

第二のメリットは各トランス駆動手段の入力電流が等しくなることである。このことを説明するために、まずトランス駆動手段に入力電流が流れない条件を説明する。
トランス駆動手段の入力電流がゼロになるのは、トランス駆動手段の出力電圧がゼロになるときである。これはMOSFET33とMOSFET34がオンしている時、あるいはMOSFET35とMOSFET36がオンしている時にトランス駆動手段に入力電流が流れないことを考えれば明らかである。
The second merit is that the input current of each transformer driving means becomes equal. In order to explain this, first, the conditions under which the input current does not flow through the transformer driving means will be described.
The input current of the transformer driving means becomes zero when the output voltage of the transformer driving means becomes zero. This is apparent when considering that the input current does not flow to the transformer driving means when the MOSFET 33 and the MOSFET 34 are turned on, or when the MOSFET 35 and the MOSFET 36 are turned on.

トランス二次巻線直列回路の電圧は、最大電圧を1として、±1、±1/2、0の三つの状態を持つ。±1のときは両方のトランス駆動手段の出力電圧がゼロではないので、両方のトランス駆動手段に入力電流が流れる。各二次巻線は直列接続されて同じ電流が流れるので、入力電流も同じである。トランス二次巻線直列回路の電圧がゼロの時は両方のトランス駆動手段の出力電圧がゼロなので、各トランス駆動手段の入力電流は等しくゼロである。   The voltage of the transformer secondary winding series circuit has three states of ± 1, ± 1/2, and 0, where the maximum voltage is 1. When ± 1, the output voltage of both transformer driving means is not zero, so that an input current flows through both transformer driving means. Since each secondary winding is connected in series and the same current flows, the input current is also the same. When the voltage of the transformer secondary winding series circuit is zero, since the output voltage of both transformer driving means is zero, the input current of each transformer driving means is equally zero.

トランス二次巻線直列回路の電圧が±1/2のときは片方のトランス駆動手段の出力電圧がゼロで、もう片方のトランス駆動手段の出力電圧がゼロではない。したがってこの時にトランス駆動手段の入力電流が等しくなくなる。   When the voltage of the transformer secondary winding series circuit is ± 1/2, the output voltage of one transformer driving means is zero, and the output voltage of the other transformer driving means is not zero. Therefore, at this time, the input currents of the transformer driving means are not equal.

図2の変調方法では各トランス駆動手段の出力電圧が対称になっており、トランス二次巻線直列回路の電圧が±1/2のときに、各トランス駆動手段に入力電流が流れる機会が均等に与えられている。
つまりトランス二次巻線直列回路の電圧が±1/2のときに、トランス駆動手段7−1の出力電圧がゼロになる時間と、トランス駆動手段7−2の出力電圧がゼロになる時間が常に等しくなっている。したがって各トランス駆動手段の入力電流が等しくなる。
In the modulation method of FIG. 2, the output voltage of each transformer driving means is symmetric, and when the voltage of the transformer secondary winding series circuit is ± 1/2, the chance of input current flowing through each transformer driving means is equal. Is given to.
That is, when the voltage of the transformer secondary winding series circuit is ± 1/2, the time when the output voltage of the transformer driving means 7-1 becomes zero and the time when the output voltage of the transformer driving means 7-2 becomes zero. Always equal. Therefore, the input current of each transformer driving means becomes equal.

この変調方法を適用した具体例として、図7の回路に適用した場合の各トランス駆動手段の出力電圧波形と入力電流波形を図9に示す。各トランス駆動手段の入力電流波形が等しくなっていることがわかる。   As a specific example to which this modulation method is applied, FIG. 9 shows output voltage waveforms and input current waveforms of each transformer driving means when applied to the circuit of FIG. It can be seen that the input current waveforms of the respective transformer driving means are equal.

本発明は複数トランスの二次巻線を直列接続した直列回路に整流平滑回路を接続する構成のマルチレベルコンバータに適用できる変調方法であり、全ての変調度でトランスの励磁電流を確保できることから、MOSFETのゼロ電圧スイッチングを実現でき、スイッチング損失、スイッチングノイズを低減できるため産業上の利用可能性が高い。
加えて各トランス駆動手段の入力電流を等しくすることができるため、カスケードマルチセル型力率改善コンバータの負荷として上記のマルチレベルコンバータを使用することができる。
The present invention is a modulation method that can be applied to a multi-level converter configured to connect a rectifying and smoothing circuit to a series circuit in which secondary windings of a plurality of transformers are connected in series.Because the excitation current of the transformer can be secured at all modulation degrees, Since the zero voltage switching of the MOSFET can be realized and the switching loss and the switching noise can be reduced, the industrial applicability is high.
In addition, since the input current of each transformer driving means can be made equal, the above multilevel converter can be used as a load of the cascade multicell type power factor correction converter.

1 目標電圧生成手段
2 出力電圧検出手段
3 補償器
4 変調手段
5−1〜5−n デューティ設定手段
6−1〜6−n 位相シフト量設定手段
7−1〜7−n トランス駆動手段
8−1〜8−n トランス
10 カスケードマルチセル型力率改善コンバータ
11 交流電源
12 チョーク
13 回路ブロック
14 トランス駆動手段
15、16 トランス
17 チョーク
18 負荷
20 共振回路
21〜26 ダイオード
31〜36 MOSFET
41〜44 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target voltage generation means 2 Output voltage detection means 3 Compensator 4 Modulation means 5-1 to 5-n Duty setting means 6-1 to 6-n Phase shift amount setting means 7-1 to 7-n Transformer driving means 8- 1 to 8-n Transformer 10 Cascade multi-cell type power factor correction converter 11 AC power supply 12 Choke 13 Circuit block 14 Transformer drive means 15, 16 Transformer 17 Choke 18 Load 20 Resonance circuit 21 to 26 Diode 31 to 36 MOSFET
41-44 capacitors

Claims (5)

複数個のトランスと、
前記トランスの各々の一次巻線に正電圧、負電圧、ゼロ電圧を与えるトランス駆動手段と、
前記トランスの全ての二次巻線を直列接続した直列回路に接続された整流平滑回路と、
を有する回路の変調方法であって、
全ての前記トランス駆動手段が最大正電圧デューティと最大負電圧デューティを出力し、かつ同相である状態を変調度が最も大きい状態とし、
前記トランス駆動手段を二つ一組として、
前記一組の前記トランス駆動手段の一方の正電圧のデューティをゼロまで減らすと同時に、前記一組の前記トランス駆動手段の他方の負電圧のデューティをゼロまで減らすことを、前記変調度を下げるための第一の手順とし、
前記一組の前記トランス駆動手段の一方の位相と前記一組の前記トランス駆動手段の他方の位相を同相から逆相までずらすことを、前記変調度を下げるための第二の手順とし、
前記第一の手順において正電圧のデューティを減らす量と負電圧のデューティを減らす量を等しくし、
前記変調度を下げるために、前記第一の手順と前記第二の手順を全ての前記トランス駆動手段に順次適用する変調方法。
A plurality of transformers,
Transformer driving means for applying a positive voltage, a negative voltage, and a zero voltage to each primary winding of the transformer;
A rectifying and smoothing circuit connected to a series circuit in which all the secondary windings of the transformer are connected in series;
A circuit modulation method comprising:
All the transformer drive means output the maximum positive voltage duty and the maximum negative voltage duty, and the state that is in phase is the state where the modulation degree is the largest,
As a pair of the transformer driving means,
In order to reduce the modulation factor, the duty of one positive voltage of the set of the transformer driving means is reduced to zero and at the same time the duty of the other negative voltage of the set of the transformer driving means is reduced to zero. As the first step of
Shifting one phase of the set of transformer driving means and the other phase of the set of transformer driving means from the same phase to the opposite phase is a second procedure for reducing the modulation degree,
In the first procedure, the amount to reduce the duty of the positive voltage is equal to the amount to reduce the duty of the negative voltage,
A modulation method in which the first procedure and the second procedure are sequentially applied to all the transformer driving means in order to lower the modulation degree.
前記複数個のトランスは、偶数個である請求項1記載の変調方法。 The modulation method according to claim 1, wherein the plurality of transformers is an even number. 前記各トランス駆動手段と前記各トランスの間、もしくは前記二次巻線の直列回路と前記整流平滑回路の間に、共振回路を有する請求項1、請求項2のいずれかに記載の変調方法。 The modulation method according to claim 1, further comprising a resonance circuit between each of the transformer driving units and each of the transformers, or between a series circuit of the secondary winding and the rectifying and smoothing circuit. 請求項1、請求項2、請求項3のいずれか1項に記載の変調方法を用いた回路。 A circuit using the modulation method according to any one of claims 1, 2, and 3. 前記各トランス駆動手段がカスケードマルチセル型力率改善コンバータの負荷として接続されている請求項4記載の回路。 5. The circuit according to claim 4, wherein each of the transformer driving means is connected as a load of a cascade multicell type power factor correction converter.
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