JP2018129952A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電源と負荷との間に設けられる、ＤＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＡＣインバータなどの電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device such as a DC-DC converter or a DC-AC inverter provided between a direct-current power supply and a load.
たとえば、直流電源の電圧を昇圧または降圧して負荷へ供給するＤＣ−ＤＣコンバータは、各種機器の電源装置として今日広く用いられている。入力側と出力側がトランスによって絶縁された絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、トランスの一次側に、直流電源の直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換するスイッチング回路が設けられ、トランスの二次側に、変換された交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路が設けられている。 For example, a DC-DC converter that boosts or lowers the voltage of a DC power supply and supplies it to a load is widely used today as a power supply device for various devices. In an isolated DC-DC converter in which an input side and an output side are insulated by a transformer, a switching circuit for switching a DC voltage of a DC power source to convert it to an AC voltage is provided on the primary side of the transformer, and on the secondary side of the transformer. A rectifier circuit is provided for rectifying the converted AC voltage and converting it to a DC voltage.
このような絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、一次側のスイッチング回路の動作を制御する制御部と、二次側の出力電圧を検出する電圧検出器とが設けられる。電圧検出器で検出された出力電圧は、フィードバック信号として一次側の制御部に入力される。制御部は、このフィードバック信号に基づいて、スイッチング回路のスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成し、この駆動信号によりスイッチング素子をオン・オフさせる。駆動信号としては、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）信号や、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号などが用いられる。 In such an insulation type DC-DC converter, a control unit for controlling the operation of the primary side switching circuit and a voltage detector for detecting the output voltage on the secondary side are provided. The output voltage detected by the voltage detector is input to the primary side control unit as a feedback signal. Based on the feedback signal, the control unit generates a drive signal for driving the switching element of the switching circuit, and turns on / off the switching element by the drive signal. As the drive signal, a PFM (Pulse Frequency Modulation) signal, a PWM (Pulse Width Modulation) signal, or the like is used.
絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、入力側と出力側とが絶縁されているので、上述したフィードバック信号を信号線によって、直接出力側から入力側へ伝送することはできない。このため、フィードバック経路に、トランスやフォトカプラなどの絶縁通信部が必要となる。絶縁通信部は、出力側の電圧検出器からのフィードバック信号を受信し、これを絶縁しつつ入力側の制御部へ送信する。特許文献１〜３には、このような絶縁通信部を備えた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが記載されている。特許文献４には、入出力間の絶縁通信部として、従来のフォトカプラに代えて、非光半導体素子である逆レベルＨＶＩＣ（High Voltage Integrated Circuit）を用いることが記載されている。 In the isolated DC-DC converter, since the input side and the output side are insulated, the above-described feedback signal cannot be transmitted directly from the output side to the input side through the signal line. For this reason, an insulated communication unit such as a transformer or a photocoupler is required in the feedback path. The insulation communication unit receives the feedback signal from the output side voltage detector, and transmits the feedback signal to the input side control unit while insulating it. Patent Documents 1 to 3 describe an insulation type DC-DC converter including such an insulation communication unit. Patent Document 4 describes that a reverse voltage HVIC (High Voltage Integrated Circuit), which is a non-optical semiconductor element, is used instead of a conventional photocoupler as an insulating communication section between input and output.
ところで、電力変換装置には、ＤＣ−ＤＣコンバータ単体から構成されるものだけでなく、ＤＣ−ＤＣコンバータ（第１変換部）の後段に、ＤＣ−ＡＣインバータや他のＤＣ−ＤＣコンバータなど（第２変換部）が設けられたものがある。このような電力変換装置では、第２変換部もスイッチング回路を備えており、このスイッチング回路を制御するための制御部（第２制御部）が、第１変換部の制御部（第１制御部）とは別に設けられる。そして、第１制御部と第２制御部とは、前述の絶縁通信部により絶縁されている。 By the way, the power converter is not limited to a single DC-DC converter, but a DC-AC inverter, another DC-DC converter, etc. (2 conversion part) is provided. In such a power conversion device, the second conversion unit also includes a switching circuit, and a control unit (second control unit) for controlling the switching circuit is a control unit (first control unit) of the first conversion unit. ). And the 1st control part and the 2nd control part are insulated by the above-mentioned insulation communication part.
第１制御部は、第１変換部の出力電圧に基づいて、第１変換部のスイッチング回路を駆動するための駆動信号の生成に必要な指令値を演算し、この指令値に基づいて駆動信号を生成する。同様に、第２制御部は、第２変換部の出力電圧に基づいて、第２変換部のスイッチング回路を駆動するための駆動信号の生成に必要な指令値を演算し、この指令値に基づいて駆動信号を生成する。 The first control unit calculates a command value necessary for generating a drive signal for driving the switching circuit of the first conversion unit based on the output voltage of the first conversion unit, and the drive signal based on the command value Is generated. Similarly, the second control unit calculates a command value necessary for generating a drive signal for driving the switching circuit of the second conversion unit based on the output voltage of the second conversion unit, and based on the command value. To generate a drive signal.
本発明は、第１変換部と第２変換部とを有する電力変換装置において、第１変換部の動作を制御する第１制御部の演算負荷を軽減することを課題としている。 This invention makes it a subject to reduce the calculation load of the 1st control part which controls operation | movement of a 1st conversion part in the power converter device which has a 1st conversion part and a 2nd conversion part.
本発明に係る電力変換装置は、直流電源と負荷との間に設けられる電力変換装置であって、直流電源の電圧が入力される第１変換部と、この第１変換部の出力電圧が入力される第２変換部と、第１変換部の動作を制御する第１制御部と、第２変換部の動作を制御する第２制御部とを備えている。第１変換部は、入力側と出力側が絶縁されていて、入力側に直流電源の電圧をスイッチングする第１スイッチング回路を有している。第２変換部は、第１変換部の出力電圧をスイッチングする第２スイッチング回路を有している。また、第１変換部の出力電圧を検出する電圧検出器と、第２制御部から受信した信号を第１制御部へ送信する絶縁通信部とが備わっている。絶縁通信部は、第１制御部と第２制御部との間に、両制御部を絶縁するように設けられる。第１制御部は、第１スイッチング回路を駆動する第１駆動信号を第１変換部へ出力し、第２制御部は、第２スイッチング回路を駆動する第２駆動信号を第２変換部へ出力する。第２制御部は、電圧検出器で検出された電圧に基づいて、第１駆動信号の生成に必要な第１指令値を演算し、第１指令値を含む第１制御指令信号を、絶縁通信部を介して第１制御部へ送信する。第１制御部は、第１制御指令信号に基づいて、第１駆動信号を生成する。第２制御部は、さらに、第２駆動信号の生成に必要な第２指令値を演算し、この第２指令値を含む第２制御指令信号に基づいて、第２駆動信号を生成する。 A power converter according to the present invention is a power converter provided between a DC power supply and a load, and includes a first converter to which a voltage of the DC power is input, and an output voltage of the first converter is input. A second conversion unit, a first control unit that controls the operation of the first conversion unit, and a second control unit that controls the operation of the second conversion unit. The first conversion unit is insulated from the input side and the output side, and has a first switching circuit for switching the voltage of the DC power source on the input side. The 2nd conversion part has the 2nd switching circuit which switches the output voltage of the 1st conversion part. Moreover, the voltage detector which detects the output voltage of a 1st conversion part, and the insulation communication part which transmits the signal received from the 2nd control part to a 1st control part are provided. The insulation communication unit is provided between the first control unit and the second control unit so as to insulate both control units. The first control unit outputs a first drive signal for driving the first switching circuit to the first conversion unit, and the second control unit outputs a second drive signal for driving the second switching circuit to the second conversion unit. To do. The second control unit calculates a first command value necessary for generating the first drive signal based on the voltage detected by the voltage detector, and insulates the first control command signal including the first command value. To the first control unit via the unit. The first control unit generates a first drive signal based on the first control command signal. The second control unit further calculates a second command value necessary for generating the second drive signal, and generates a second drive signal based on the second control command signal including the second command value.
このような電力変換装置によれば、第１駆動信号の生成に必要な第１指令値が、第２制御部で演算され、第１制御部は、第２制御部から絶縁通信部を介して、第１指令値を受信する。このため、第１制御部では、第１指令値の演算が不要となり、第２制御部から受信した第１指令値に基づいて、第１駆動信号を生成するだけでよいので、第１制御部の演算負荷を軽減することができる。 According to such a power conversion device, the first command value necessary for generating the first drive signal is calculated by the second control unit, and the first control unit passes through the insulated communication unit from the second control unit. The first command value is received. For this reason, the first control unit does not need to calculate the first command value, and only needs to generate the first drive signal based on the first command value received from the second control unit. The calculation load can be reduced.
本発明において、第１制御指令信号は、たとえば、第１指令値に基づいて第２制御部が生成したＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）信号である。この場合、第１制御部は、上記ＰＦＭ信号の周波数を監視し、当該周波数に追従してＰＦＭ信号を生成し、当該ＰＦＭ信号を第１駆動信号として第１変換部へ出力する。 In the present invention, the first control command signal is, for example, a PFM (Pulse Frequency Modulation) signal generated by the second control unit based on the first command value. In this case, the first control unit monitors the frequency of the PFM signal, generates a PFM signal following the frequency, and outputs the PFM signal as the first drive signal to the first conversion unit.
また、第１制御指令信号は、たとえば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号であってもよい。この場合、第１制御部は、上記ＰＷＭ信号のデューティ値を監視し、当該デューティ値に追従してＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号を第１駆動信号として第１変換部へ出力する。 The first control command signal may be, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) signal. In this case, the first control unit monitors the duty value of the PWM signal, generates a PWM signal following the duty value, and outputs the PWM signal to the first conversion unit as the first drive signal.
本発明において、第２制御部は、第１指令値を演算して第１制御指令信号を出力する第１制御演算部と、第２指令値を演算して第２制御指令信号を出力する第２制御演算部とを含むものであってもよい。 In the present invention, the second control unit calculates the first command value and outputs the first control command signal, and the second control unit calculates the second command value and outputs the second control command signal. 2 control calculating part may be included.
また、第２制御部は、第１指令値を演算して第１制御指令信号を出力するとともに、第２指令値を演算して第２制御指令信号を出力する、１つの制御演算部を含むものであってもよい。 The second control unit includes one control calculation unit that calculates the first command value and outputs the first control command signal, and calculates the second command value and outputs the second control command signal. It may be a thing.
本発明において、第１変換部は、直流電源の電圧を第１スイッチング回路によりスイッチングして、所定レベルの直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータであってもよく、第２変換部は、第１変換部の出力電圧を第２スイッチング回路によりスイッチングして、交流電圧に変換するＤＣ−ＡＣインバータであってもよい。 In the present invention, the first conversion unit may be a DC-DC converter that switches the voltage of the DC power supply to a DC voltage of a predetermined level by switching the voltage of the DC power supply with the first switching circuit, and the second conversion unit includes the first conversion unit It may be a DC-AC inverter that switches the output voltage of the conversion unit to the AC voltage by switching with the second switching circuit.
本発明によれば、第１変換部と第２変換部とを有する電力変換装置において、第１変換部の動作を制御する第１制御部の演算負荷を軽減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the power converter device which has a 1st conversion part and a 2nd conversion part, the calculation load of the 1st control part which controls operation | movement of a 1st conversion part can be reduced.
本発明に係る電力変換装置の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一の符号を付してある。 An embodiment of a power conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts.
最初に、図１を参照して、電力変換装置の構成につき説明する。図１において、電力変換装置１００は、直流電源Ｂと負荷６との間に設けられる。この電力変換装置１００は、バッテリ（直流電源Ｂ）の電圧を昇圧または降圧して交流に変換し、交流電源を使用する家電製品（たとえばヘアドライヤー、掃除機）などの負荷６へ供給する電源装置として用いられる。
Initially, with reference to FIG. 1, it demonstrates per structure of a power converter device. In FIG. 1, the
電力変換装置１００には、第１変換部１、第２変換部２、第１制御部３、第２制御部４、絶縁通信部５、電圧検出器Ｖ１、電圧検出器Ｖ２、電流検出器Ａ、およびスイッチＳＷが備わっている。第１変換部１には、スイッチＳＷを介して直流電源Ｂの電圧が入力され、第２変換部２には、第１変換部１の出力電圧が入力される。第１制御部３は、第１変換部１の動作を制御し、第２制御部４は、第２変換部２の動作を制御する。絶縁通信部５は、第１制御部３と第２制御部４との間に設けられている。電圧検出器Ｖ１は、第１変換部１の出力電圧を検出する。電圧検出器Ｖ２は、第２変換部２の出力電圧を検出する。電流検出器Ａは、第２変換部２の出力電流を検出する。
The
第１変換部１は、直流電源Ｂの電圧をスイッチングして昇圧または降圧する、公知のＤＣ−ＤＣコンバータからなる。第１変換部１の入力側と出力側は、トランスＴＲによって絶縁されている。トランスＴＲの一次側（入力側）には、第１スイッチング回路１１、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、および一次巻線Ｗ１が設けられている。トランスＴＲの二次側（出力側）には、ダイオードＤ１〜Ｄ４、コンデンサＣ２、および二次巻線Ｗ２が設けられている。 The 1st conversion part 1 consists of a well-known DC-DC converter which switches the voltage of DC power supply B, and carries out pressure | voltage rise or pressure | voltage fall. The input side and the output side of the first converter 1 are insulated by a transformer TR. On the primary side (input side) of the transformer TR, a first switching circuit 11, an inductor L1, a capacitor C1, and a primary winding W1 are provided. Diodes D1 to D4, a capacitor C2, and a secondary winding W2 are provided on the secondary side (output side) of the transformer TR.
トランスＴＲの一次側において、第１スイッチング回路１１は、直流電源Ｂの電圧をスイッチングする回路であって、ブリッジ接続された４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有している。これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、それぞれＭＯＳ型のＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のドレインは、スイッチＳＷを介して直流電源Ｂの正極に接続される。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のソースは、それぞれスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のソースは、グランドに接地されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各ゲートは、第１制御部３の後述する第１駆動信号生成部３１に接続されている（接続線の図示は省略）。
On the primary side of the transformer TR, the first switching circuit 11 is a circuit that switches the voltage of the DC power supply B, and includes four switching elements Q1 to Q4 that are bridge-connected. These switching elements Q1 to Q4 are each composed of a MOS type FET. The drains of the switching elements Q1 and Q3 are connected to the positive electrode of the DC power source B through the switch SW. The sources of the switching elements Q1, Q3 are connected to the drains of the switching elements Q2, Q4, respectively. The sources of the switching elements Q2, Q4 are grounded. Each gate of the switching elements Q <b> 1 to Q <b> 4 is connected to a first drive
インダクタＬ１の一端は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点に接続されている。インダクタＬ１の他端は、一次巻線Ｗ１の一端に接続されている。一次巻線Ｗ１の他端には、コンデンサＣ１の一端が接続されている。コンデンサＣ１の他端は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点に接続されている。なお、インダクタＬ１としてトランスＴＲの漏れインダクタンスを利用する場合もある。 One end of the inductor L1 is connected to a connection point between the switching elements Q1 and Q2. The other end of the inductor L1 is connected to one end of the primary winding W1. One end of a capacitor C1 is connected to the other end of the primary winding W1. The other end of the capacitor C1 is connected to a connection point between the switching elements Q3 and Q4. Note that the leakage inductance of the transformer TR may be used as the inductor L1.
トランスＴＲの二次側において、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４は、ブリッジ接続されていて整流回路を構成している。コンデンサＣ２は、平滑用のコンデンサである。ダイオードＤ１、Ｄ３のカソードは、コンデンサＣ２の一端とともに、第１変換部１の出力ラインａに接続されている。ダイオードＤ１、Ｄ３のアノードは、それぞれダイオードＤ２、Ｄ４のカソードに接続されている。ダイオードＤ２、Ｄ４のアノードは、コンデンサＣ２の他端とともに、第１変換部１の出力ラインｂに接続されている。出力ラインｂは、グランドに接地されている。二次巻線Ｗ２の一端は、ダイオードＤ１、Ｄ２の接続点に接続され、二次巻線Ｗ２の他端は、ダイオードＤ３、Ｄ４の接続点に接続されている。 On the secondary side of the transformer TR, the four diodes D1 to D4 are bridge-connected to form a rectifier circuit. The capacitor C2 is a smoothing capacitor. The cathodes of the diodes D1 and D3 are connected to the output line a of the first converter 1 together with one end of the capacitor C2. The anodes of the diodes D1 and D3 are connected to the cathodes of the diodes D2 and D4, respectively. The anodes of the diodes D2 and D4 are connected to the output line b of the first converter 1 together with the other end of the capacitor C2. The output line b is grounded. One end of the secondary winding W2 is connected to the connection point of the diodes D1 and D2, and the other end of the secondary winding W2 is connected to the connection point of the diodes D3 and D4.
電圧検出器Ｖ１は、出力ラインａ、ｂ間の電圧、すなわち第１変換部１の出力電圧を検出する。電圧検出器Ｖ１で検出された電圧は、フィードバック信号として、第２制御部４の後述する第１制御演算部４１に与えられ、また後述する第２制御演算部４２にも与えられる。 The voltage detector V1 detects the voltage between the output lines a and b, that is, the output voltage of the first converter 1. The voltage detected by the voltage detector V1 is provided as a feedback signal to a first control calculation unit 41 (to be described later) of the second control unit 4 and also to a second control calculation unit 42 (to be described later).
第２変換部２は、第１変換部１の出力電圧を降圧して交流電圧に変換する、公知のＤＣ−ＡＣインバータからなる。第２変換部２には、第２スイッチング回路２１、インダクタＬ２、インダクタＬ３、およびコンデンサＣ３が設けられている。
The
第２スイッチング回路２１は、第１変換部１から出力される直流電圧をスイッチングする回路であって、ブリッジ接続された４つのスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を有している。これらのスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８も、それぞれＭＯＳ型のＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ５、Ｑ７のドレインは、第１変換部１の出力ラインａに接続されている。スイッチング素子Ｑ５、Ｑ７のソースは、それぞれスイッチング素子Ｑ６、Ｑ８のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ６、Ｑ８のソースは、第１変換部１の出力ラインｂに接続されている。スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８の各ゲートは、第２制御部４の後述する第２駆動信号生成部４３に接続されている（接続線の図示は省略）。
The
インダクタＬ２の一端は、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の接続点に接続されている。インダクタＬ２の他端は、コンデンサＣ３の一端とともに、第２変換部２の出力ラインｃに接続されている。インダクタＬ３の一端は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点に接続されている。インダクタＬ３の他端は、コンデンサＣ３の他端とともに、第２変換部２の出力ラインｄに接続されている。出力ラインｃ、ｄには、負荷６が接続される。
One end of the inductor L2 is connected to the connection point of the switching elements Q5 and Q6. The other end of the inductor L2 is connected to the output line c of the
電圧検出器Ｖ２は、出力ラインｃ、ｄ間の電圧、すなわち第２変換部２の出力電圧を検出する。電流検出器Ａは、出力ラインｃ、ｄに流れる電流、すなわち第２変換部２の出力電流を検出する。電圧検出器Ｖ２で検出された電圧と、電流検出器Ａで検出された電流とは、それぞれフィードバック信号として、後述する第２制御演算部４２に与えられる。
The voltage detector V2 detects the voltage between the output lines c and d, that is, the output voltage of the
第１制御部３は、マイクロコンピュータからなり、第１スイッチング回路１１を駆動するための第１駆動信号を生成する第１駆動信号生成部３１を有している。第２制御部４も、マイクロコンピュータからなり、第２スイッチング回路２１を駆動するための第２駆動信号を生成する第２駆動信号生成部４３を有している。また、第２制御部４には、第１制御演算部４１と、第２制御演算部４２とが備わっている。第１制御演算部４１は、電圧検出器Ｖ１で検出された電圧に基づいて、第１駆動信号の生成に必要な第１指令値を演算する。第２制御演算部４２は、電圧検出器Ｖ１で検出された電圧と、電圧検出器Ｖ２で検出された電圧と、電流検出器Ａで検出された電流とに基づいて、第２駆動信号の生成に必要な第２指令値を演算する。なお、これらの指令値は、具体的には、たとえば信号の周波数やデューティ値である（詳細は後述）。
The
絶縁通信部５は、第１制御部３と第２制御部４との間に、両制御部３、４を絶縁するように設けられている。絶縁通信部５としては、たとえばパルストランスが用いられる。また、パルストランスに代えて、フォトカプラを用いることもできる。絶縁通信部５の入力側（受信側）は、第２制御部４の第１制御演算部４１に接続され、出力側（送信側）は、第１制御部３の第１駆動信号生成部３１に接続されている。絶縁通信部５は、第１制御演算部４１から受信した信号を、絶縁しつつ第１駆動信号生成部３１へ送信する。
The insulating
次に、上記構成からなる電力変換装置１００の動作を説明する。以下では、公知の回路からなる第１変換部１と第２変換部２の動作については簡単に説明し、本発明の特徴である第１制御部３および第２制御部４の動作について詳細に説明する。
Next, the operation of the
第１変換部１は、スイッチＳＷがオンし、第１制御部３から第１駆動信号が入力されることにより、動作を開始する。第１スイッチング回路１１では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が、第１駆動信号生成部３１から与えられる第１駆動信号によりオン・オフ動作を行う。第１駆動信号は、たとえば、図２の（ｂ）〜（ｅ）に示されているような、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation：パルス周波数変調）信号である。（ｂ）〜（ｅ）のＰＦＭ信号は、それぞれスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートに与えられる。ＰＦＭ信号がＨ（ハイレベル）の区間ではスイッチング素子がオンとなり、ＰＦＭ信号がＬ（ローレベル）の区間ではスイッチング素子がオフとなる。
The first conversion unit 1 starts operating when the switch SW is turned on and the first drive signal is input from the
このＰＦＭ信号により、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４が対をなしてオン・オフし、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３が対をなしてオン・オフすることで、直流電源Ｂの電圧がスイッチングされ、交流電圧に変換される。この交流電圧は、インダクタＬ１、トランスＴＲの励磁インダクタンス、およびコンデンサＣ１によるＬＬＣ共振動作により昇圧され、トランスＴＲの二次側に伝達される。トランスＴＲの二次側では、昇圧された交流電圧がダイオードＤ１〜Ｄ４で整流され、コンデンサＣ２で平滑された後、直流電圧として出力ラインａ、ｂへ出力される。 By this PFM signal, the switching elements Q1 and Q4 are turned on and off in pairs, and the switching elements Q2 and Q3 are turned on and off in pairs to switch the voltage of the DC power supply B and convert it to an AC voltage. Is done. This AC voltage is boosted by the LLC resonance operation by the inductor L1, the exciting inductance of the transformer TR, and the capacitor C1, and transmitted to the secondary side of the transformer TR. On the secondary side of the transformer TR, the boosted AC voltage is rectified by the diodes D1 to D4, smoothed by the capacitor C2, and then output to the output lines a and b as a DC voltage.
第２変換部２の第２スイッチング回路２１では、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８が、第２駆動信号生成部４３から与えられる第２駆動信号によりオン・オフ動作を行う。この第２駆動信号は、本実施形態ではＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号である（図示は省略）。この信号により、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ８が対をなしてオン・オフし、スイッチング素子Ｑ６、Ｑ７が対をなしてオン・オフすることで、第１変換部１から出力された直流電圧がスイッチングされ、交流電圧に変換される。この交流電圧は、平滑用のインダクタＬ２、Ｌ３により平滑化されて降圧された後、出力ラインｃ、ｄへ出力されて負荷６に供給される。
In the
ところで、第１駆動信号生成部３１において図２（ｂ）〜（ｅ）のようなＰＦＭ信号を生成するためには、第１変換部１の出力電圧、すなわち電圧検出器Ｖ１の検出値のフィードバックにより、ＰＦＭ信号の生成に必要な指令値を算出する必要がある。ＰＦＭ信号の場合は、図２（ｂ）に示した周波数ｆ１〜ｆ３が指令値となる。従来は、第１変換部１の出力電圧を一次側の第１制御部３にフィードバックして、第１制御部３で指令値の演算を行っていたが、本発明では、第１変換部１の出力電圧を二次側の第２制御部４にフィードバックして、第１制御演算部４１で指令値の演算を行う。
By the way, in order to generate the PFM signal as shown in FIGS. 2B to 2E in the first drive
詳しくは、第１制御演算部４１では、電圧検出器Ｖ１からフィードバックされる第１変換部１の出力電圧値と、所定の目標電圧値とを比較して、その偏差を算出し、当該偏差がゼロとなるように、生成すべきＰＦＭ信号の周波数（第１指令値）を演算する。そして、この演算結果に基づき、第１制御演算部４１は、図２（ａ）に示すような第１制御指令信号を生成する。この第１制御指令信号は、演算された周波数ｆ１〜ｆ３を持ったＰＦＭ信号である。つまり、第１制御指令信号は、第１指令値を含む信号である。第１制御演算部４１は、この第１制御指令信号を、絶縁通信部５を介して第１制御部３の第１駆動信号生成部３１へ送信する。
Specifically, the first
第１駆動信号生成部３１は、絶縁通信部５から第１制御指令信号を受信すると、当該信号の周波数を監視し、その周波数に追従して第１駆動信号であるＰＦＭ信号を生成する。より具体的には、図２において、（ａ）のように、時刻ｔ１では第１制御指令信号の周波数はｆ１であるから、第１駆動信号生成部３１は、これに追従して（ｂ）〜（ｅ）のような周波数がｆ１である４つのＰＦＭ信号を生成する。なお、（ｃ）、（ｄ）のＰＦＭ信号は、（ｂ）、（ｅ）のＰＦＭ信号を反転した信号となっている。その後、（ａ）のように、時刻ｔ２で第１制御指令信号の周波数がｆ１からｆ２に変化すると、第１駆動信号生成部３１は、これに追従して（ｂ）〜（ｅ）のように、周波数がｆ２である４つのＰＦＭ信号を生成する。さらにその後、（ａ）のように、時刻ｔ３で第１制御指令信号の周波数がｆ２からｆ３に変化すると、第１駆動信号生成部３１は、これに追従して（ｂ）〜（ｅ）のように、周波数がｆ３である４つのＰＦＭ信号を生成する。前述したように、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４が対をなしてオン・オフするので、（ｂ）と（ｅ）のＰＦＭ信号は同じ信号となる。また、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３が対をなしてオン・オフするので、（ｃ）と（ｄ）のＰＦＭ信号は同じ信号となる。
When receiving the first control command signal from the insulating
一方、第２制御部４においては、第２駆動信号の生成に必要な第２指令値を、第２制御演算部４２が演算する。これは従来から行われている処理である。第２制御演算部４２は、電圧検出器Ｖ１、Ｖ２の各検出値と、電流検出器Ａの検出値とに基づいて、第２駆動信号（ＰＷＭ信号）の第２指令値（デューティ値）を演算し、この第２指令値を含む第２制御指令信号を第２駆動信号生成部４３へ出力する。第２駆動信号生成部４３は、第２制御指令信号により与えられる第２指令値に基づいて、第２スイッチング回路２１を駆動するＰＷＭ信号（図示省略）を生成する。
On the other hand, in the second control unit 4, the second
上述した実施形態によると、第１スイッチング回路１１を駆動するＰＦＭ信号（第１駆動信号）の生成に必要な第１指令値は、第１制御部３ではなく、第２制御部４で演算される。そして、第２制御部４は、演算した第１指令値を含む第１制御指令信号を、絶縁通信部５を介して、第１制御部３へ出力する。すなわち、従来は第１制御部３で行っていた第１指令値の演算を第２制御部４が行い、第１制御部３は、第２制御部４からＰＦＭ信号の形で第１指令値を受信するようになっている（図２（ａ））。このため、第１制御部３では、第１指令値の演算が不要となり、第２制御部４から受信した第１指令値に基づいて、第１駆動信号生成部３１でＰＦＭ信号を生成するだけでよいので、第１制御部３の演算負荷を軽減することができる。その結果、第１制御部３に安価なマイクロコンピュータを使用することができる。一方、第２制御部４を構成するマイクロコンピュータは、もともと演算機能を有していることから、第１指令値の演算処理が追加されても、コストが極端に上昇することはない。
According to the above-described embodiment, the first command value necessary for generating the PFM signal (first drive signal) for driving the first switching circuit 11 is calculated by the second control unit 4 instead of the
なお、第１制御部３と第２制御部４の一方の演算負荷を軽減しようとした場合、第１制御部３に演算処理を集約する（制御演算部４１、４２を第１制御部３に設ける）と、絶縁通信部５を複数設ける必要があり、部品点数が増えるという問題がある。しかるに、本実施形態のように第２制御部４に演算処理を集約することで、絶縁通信部５は１つで済み、部品点数の増加を抑制することができる。
In addition, when it is going to reduce one calculation load of the
図３は、第１制御演算部４１が出力する第１制御指令信号と、第１駆動信号生成部３１が生成する第１駆動信号の他の例を示している。本例では、第１駆動信号が、（ｂ）〜（ｅ）に示されているような、ＰＷＭ信号である。（ｂ）〜（ｅ）のＰＷＭ信号は、それぞれスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートに与えられる。ＰＷＭ信号がＨ（ハイレベル）の区間ではスイッチング素子がオンとなり、ＰＷＭ信号がＬ（ローレベル）の区間ではスイッチング素子がオフとなる。
FIG. 3 shows another example of the first control command signal output from the first
ＰＷＭ信号の場合は、図３（ｂ）に示したデューティ値Ｄ１〜Ｄ３が、第１指令値となる。ＴはＰＷＭ信号の周期を表している。第１制御演算部４１は、生成すべきＰＷＭ信号のデューティ値（第１指令値）を演算し、その演算結果に基づき、図３（ａ）に示すような第１制御指令信号を生成する。この第１制御指令信号は、演算されたデューティ値Ｄ１〜Ｄ３を持ったＰＷＭ信号、すなわち第１指令値を含む信号である。第１制御演算部４１は、この第１制御指令信号を、絶縁通信部５を介して第１駆動信号生成部３１へ送信する。
In the case of a PWM signal, the duty values D1 to D3 shown in FIG. 3B are the first command values. T represents the period of the PWM signal. The first
第１駆動信号生成部３１は、絶縁通信部５から第１制御指令信号を受信すると、当該信号のデューティ値を監視し、そのデューティ値に追従して第１駆動信号であるＰＷＭ信号を生成する。より具体的には、図３において、（ａ）のように、時刻ｔ１では第１制御指令信号のデューティ値はＤ１であるから、第１駆動信号生成部３１は、これに追従して（ｂ）、（ｅ）のようなデューティ値がＤ１であるＰＷＭ信号と、これらを反転した（ｃ）、（ｄ）のようなＰＷＭ信号を生成する。その後、（ａ）のように、時刻ｔ２で第１制御指令信号のデューティ値がＤ１からＤ２に変化すると、第１駆動信号生成部３１は、これに追従して（ｂ）、（ｅ）のようなデューティ値がＤ２であるＰＷＭ信号と、これらを反転した（ｃ）、（ｄ）のようなＰＷＭ信号を生成する。さらにその後、（ａ）のように、時刻ｔ３で第１制御指令信号のデューティ値がＤ２からＤ３に変化すると、第１駆動信号生成部３１は、これに追従して（ｂ）、（ｅ）のようなデューティ値がＤ３であるＰＷＭ信号と、これらを反転した（ｃ）、（ｄ）のようなＰＷＭ信号を生成する。前述したように、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４が対をなしてオン・オフするので、（ｂ）と（ｅ）のＰＷＭ信号は同じ信号となる。また、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３が対をなしてオン・オフするので、（ｃ）と（ｄ）のＰＷＭ信号は同じ信号となる。
When the first drive
図４は、第１制御指令信号と第１駆動信号のさらに他の例を示している。本例は、図２の変形例である。図２においては、（ａ）のように、周波数が変化するまでの間、第１制御指令信号が連続して出力されたが、図４においては、（ａ）のように、周波数が変化した場合だけ、第１制御指令信号（ＰＦＭ信号）が出力される。 FIG. 4 shows still another example of the first control command signal and the first drive signal. This example is a modification of FIG. In FIG. 2, the first control command signal is continuously output until the frequency changes as shown in (a), but in FIG. 4, the frequency changes as shown in (a). Only in the case, the first control command signal (PFM signal) is output.
図５は、第１制御指令信号と第１駆動信号のさらに他の例を示している。本例は、図３の変形例である。図３においては、（ａ）のように、デューティ値が変化するまでの間、第１制御指令信号が連続して出力されたが、図５においては、（ａ）のように、デューティ値が変化した場合だけ、第１制御指令信号（ＰＷＭ信号）が出力される。 FIG. 5 shows still another example of the first control command signal and the first drive signal. This example is a modification of FIG. In FIG. 3, the first control command signal is continuously output until the duty value changes as shown in (a). In FIG. 5, the duty value is changed as shown in (a). Only when it has changed, the first control command signal (PWM signal) is output.
図６は、第１制御指令信号と第１駆動信号のさらに他の例を示している。本例は、図２の変形例である。図２においては、第１制御指令信号が、演算された第１指令値（周波数）に基づいて生成されたＰＦＭ信号であったが、図６においては、第１制御指令信号が、演算された第１指令値（周波数）を２値化した信号となっている。 FIG. 6 shows still another example of the first control command signal and the first drive signal. This example is a modification of FIG. In FIG. 2, the first control command signal is a PFM signal generated based on the calculated first command value (frequency). However, in FIG. 6, the first control command signal is calculated. It is a signal obtained by binarizing the first command value (frequency).
図７は、第１制御指令信号と第１駆動信号のさらに他の例を示している。本例は、図３の変形例である。図３においては、第１制御指令信号が、演算された第１指令値（デューティ値）に基づいて生成されたＰＷＭ信号であったが、図７においては、第１制御指令信号が、演算された第１指令値（デューティ値）を２値化した信号となっている。 FIG. 7 shows still another example of the first control command signal and the first drive signal. This example is a modification of FIG. In FIG. 3, the first control command signal is a PWM signal generated based on the calculated first command value (duty value). However, in FIG. 7, the first control command signal is calculated. The first command value (duty value) is a binary signal.
図８は、本発明の他の実施形態による電力変換装置を示している。図１の電力変換装置１００では、第２制御部４に２つの制御演算部４１、４２が設けられているが、図８の電力変換装置２００では、第２制御部４に１つの制御演算部４０が設けられている。制御演算部４０は、図１の制御演算部４１、４２が個々に行っていた演算を統合して行う。すなわち、制御演算部４０は、第１指令値を演算して、第１制御指令信号を第１駆動信号生成部３１へ出力するとともに、第２指令値を演算して、第２制御指令信号を第２駆動信号生成部４３へ出力する。その他の構成については、図１と同じであるので、重複部分の説明は省略する。
FIG. 8 shows a power converter according to another embodiment of the present invention. In the
本発明では、以上述べた実施形態以外にも、以下のような種々の実施形態を採用することができる。 In the present invention, the following various embodiments can be adopted in addition to the embodiments described above.
前記の実施形態においては、第２変換部２が、入力側と出力側とが絶縁されていない非絶縁型のＤＣ−ＡＣインバータであったが、第２変換部２は、入力側と出力側とが絶縁された絶縁型のＤＣ−ＡＣインバータであってもよい。この場合、電圧検出器Ｖ２および電流検出器Ａから第２制御部４へ至るフィードバック経路に、絶縁通信部５と同様の絶縁通信部が設けられる。
In the above-described embodiment, the
前記の実施形態においては、第２駆動信号生成部４３で生成される第２駆動信号がＰＷＭ信号であったが、第２駆動信号は、第１駆動信号と同様のＰＦＭ信号であってもよい。
In the above embodiment, the second drive signal generated by the second drive
前記の実施形態においては、第１変換部１がＤＣ−ＤＣコンバータで、第２変換部２がＤＣ−ＡＣインバータであったが、第１変換部１は、ＡＣ−ＤＣコンバータまたはＤＣ−ＡＣインバータであってもよい。また、第２変換部２は、ＤＣ−ＤＣコンバータまたはＡＣ−ＤＣコンバータであってもよい。
In the above embodiment, the first conversion unit 1 is a DC-DC converter and the
前記の実施形態においては、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８としてＦＥＴを用いたが、ＦＥＴの替わりにトランジスタやＩＧＢＴなどを用いてもよい。 In the above embodiment, FETs are used as the switching elements Q1 to Q8. However, transistors or IGBTs may be used instead of FETs.
前記の実施形態においては、第１変換部１の二次側の整流素子としてダイオードＤ１〜Ｄ４を用いたが、ダイオードの替わりにＦＥＴを用いてもよい。 In the above-described embodiment, the diodes D1 to D4 are used as the rectifying elements on the secondary side of the first conversion unit 1. However, FETs may be used instead of the diodes.
前記の実施形態においては、家電製品の電源として用いられる電力変換装置を例に挙げたが、本発明は、家電用以外の電力変換装置にも適用することができる。 In the said embodiment, although the power converter device used as a power supply of household appliances was mentioned as an example, this invention is applicable also to power converter devices other than for household appliances.
１ 第１変換部
２ 第２変換部
３ 第１制御部
４ 第２制御部
５ 絶縁通信部
６ 負荷
１１ 第１スイッチング回路
２１ 第２スイッチング回路
３１ 第１駆動信号生成部
４０ 制御演算部
４１ 第１制御演算部
４２ 第２制御演算部
４３ 第２駆動信号生成部
１００、２００ 電力変換装置
Ｂ 直流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記直流電源の電圧が入力される第１変換部と、
前記第１変換部の出力電圧が入力される第２変換部と、
前記第１変換部の動作を制御する第１制御部と、
前記第２変換部の動作を制御する第２制御部と、を備え、
前記第１変換部は、入力側と出力側が絶縁されていて、入力側に前記直流電源の電圧をスイッチングする第１スイッチング回路を有し、
前記第２変換部は、前記第１変換部の出力電圧をスイッチングする第２スイッチング回路を有する、電力変換装置において、
前記第１変換部の出力電圧を検出する電圧検出器と、
前記第１制御部と前記第２制御部との間に、両制御部を絶縁するように設けられ、前記第２制御部から受信した信号を前記第１制御部へ送信する、絶縁通信部と、をさらに備え、
前記第１制御部は、前記第１スイッチング回路を駆動する第１駆動信号を前記第１変換部へ出力し、
前記第２制御部は、前記第２スイッチング回路を駆動する第２駆動信号を前記第２変換部へ出力し、
前記第２制御部は、前記電圧検出器で検出された電圧に基づいて、前記第１駆動信号の生成に必要な第１指令値を演算し、前記第１指令値を含む第１制御指令信号を、前記絶縁通信部を介して前記第１制御部へ送信し、
前記第１制御部は、前記第１制御指令信号に基づいて、前記第１駆動信号を生成し、
前記第２制御部は、さらに、前記第２駆動信号の生成に必要な第２指令値を演算し、前記第２指令値を含む第２制御指令信号に基づいて、前記第２駆動信号を生成する、ことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device provided between a DC power source and a load,
A first converter to which the voltage of the DC power supply is input;
A second converter to which an output voltage of the first converter is input;
A first control unit for controlling the operation of the first conversion unit;
A second control unit for controlling the operation of the second conversion unit,
The first conversion unit includes a first switching circuit that is insulated on an input side and an output side, and switches a voltage of the DC power source on the input side,
In the power conversion device, the second conversion unit includes a second switching circuit that switches an output voltage of the first conversion unit.
A voltage detector for detecting an output voltage of the first converter;
An insulation communication unit provided between the first control unit and the second control unit so as to insulate both control units, and transmitting a signal received from the second control unit to the first control unit; Further comprising
The first controller outputs a first drive signal for driving the first switching circuit to the first converter,
The second control unit outputs a second drive signal for driving the second switching circuit to the second conversion unit,
The second control unit calculates a first command value necessary for generating the first drive signal based on the voltage detected by the voltage detector, and includes a first control command signal including the first command value. Is transmitted to the first control unit via the insulated communication unit,
The first control unit generates the first drive signal based on the first control command signal,
The second control unit further calculates a second command value necessary for generating the second drive signal, and generates the second drive signal based on a second control command signal including the second command value. A power conversion device characterized by that.
前記第１制御指令信号は、前記第１指令値に基づいて前記第２制御部が生成したＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）信号であり、
前記第１制御部は、前記ＰＦＭ信号の周波数を監視し、当該周波数に追従してＰＦＭ信号を生成し、当該ＰＦＭ信号を前記第１駆動信号として前記第１変換部へ出力する、ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The first control command signal is a PFM (Pulse Frequency Modulation) signal generated by the second control unit based on the first command value,
The first control unit monitors a frequency of the PFM signal, generates a PFM signal following the frequency, and outputs the PFM signal to the first conversion unit as the first drive signal. A power converter.
前記第１制御指令信号は、前記第１指令値に基づいて前記第２制御部が生成したＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号であり、
前記第１制御部は、前記ＰＷＭ信号のデューティ値を監視し、当該デューティ値に追従してＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号を前記第１駆動信号として前記第１変換部へ出力する、ことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The first control command signal is a PWM (Pulse Width Modulation) signal generated by the second control unit based on the first command value,
The first control unit monitors a duty value of the PWM signal, generates a PWM signal following the duty value, and outputs the PWM signal to the first conversion unit as the first drive signal. The power converter characterized by this.
前記第２制御部は、
前記第１指令値を演算して前記第１制御指令信号を出力する第１制御演算部と、
前記第２指令値を演算して前記第２制御指令信号を出力する第２制御演算部と、を含むことを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1 thru | or 3,
The second controller is
A first control calculation unit that calculates the first command value and outputs the first control command signal;
And a second control calculation unit that calculates the second command value and outputs the second control command signal.
前記第２制御部は、
前記第１指令値を演算して前記第１制御指令信号を出力するとともに、前記第２指令値を演算して前記第２制御指令信号を出力する、１つの制御演算部を含む、ことを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1 thru | or 3,
The second controller is
And a first control calculation unit that calculates the first command value and outputs the first control command signal, and calculates the second command value and outputs the second control command signal. A power converter.
前記第１変換部は、前記直流電源の電圧を前記第１スイッチング回路によりスイッチングして、所定レベルの直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータであり、
前記第２変換部は、前記第１変換部の出力電圧を前記第２スイッチング回路によりスイッチングして、交流電圧に変換するＤＣ−ＡＣインバータである、ことを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1 thru | or 5,
The first converter is a DC-DC converter that switches the voltage of the DC power supply to the DC voltage of a predetermined level by switching the voltage of the DC power supply by the first switching circuit,
The power conversion device, wherein the second conversion unit is a DC-AC inverter that switches the output voltage of the first conversion unit by the second switching circuit and converts the output voltage into an AC voltage.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2009033800A (en) * | 2007-07-24 | 2009-02-12 | Toyota Industries Corp | Bidirectional dc/ac inverter |
| WO2016081803A1 (en) * | 2014-11-20 | 2016-05-26 | Microchip Technology Incorporated | Start-up controller for a power converter |
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