JP2018139465A - Dc/ac inverter - Google Patents

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静夫 森岡
Shizuo Morioka
静夫 森岡
鶴谷 守
Mamoru Tsuruya
守 鶴谷
彰 水谷
Akira Mizutani
彰 水谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress power loss of a DC/AC inverter.SOLUTION: A DC/AC inverter relating to one embodiment according to the present invention inputs a DC voltage via a first input terminal and a second input terminal, and outputs an AC voltage generated by converting the DC voltage, via a first output terminal and a second output terminal. The DC/AC inverter comprises a first transistor, a second transistor, a reactor, a current detection circuit, and a drive control circuit. The reactor is inserted between a node between the first transistor and the second transistor, and the first output terminal. The current detection circuit detects a reactor current flowing toward the first output terminal from the reactor. The drive control circuit controls each of the first transistor and the second transistor in such a manner that the reactor current crosses zero at least two times in a switching period of the first transistor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、DC/ACインバータに関する。   The present invention relates to a DC / AC inverter.

直流電力から交流電力を生成するために、DC(Direct Current)/AC(Alternative Current)インバータが利用される。DC/ACインバータは、直列接続された2つのFET(Field Effect Transistor)(これらは、それぞれ上アームおよび下アームとも呼ばれる)を含む。上アームおよび下アームは、それぞれ交互にON/OFFを繰り返す。但し、上下アームの短絡を防止するために、一方のアームがONからOFFに遷移してから他方のアームがOFFからONに遷移するまでの間に、上下アームが共にOFFとなるデッドタイムが設けられている。   In order to generate AC power from DC power, a DC (Direct Current) / AC (Alternative Current) inverter is used. The DC / AC inverter includes two FETs (Field Effect Transistors) connected in series (which are also referred to as an upper arm and a lower arm, respectively). The upper arm and the lower arm repeat ON / OFF alternately. However, in order to prevent a short circuit between the upper and lower arms, there is a dead time during which both the upper and lower arms are turned off between the time when one arm changes from ON to OFF and the time when the other arm changes from OFF to ON. It has been.

デッドタイム中に例えば下アームのボディ(寄生)ダイオードに電流が流れていた(すなわち、ボディダイオードがONであった)とする。この場合に、上アームは、OFFからONへと遷移した後に下アームの出力容量(Coss)を充電する必要があり、これに伴う電力損失が生じる。また、この場合に、下アームのボディダイオードにはリカバリ電流が流れる。リカバリ電流は、電力損失を生じさせるうえに、瞬間的に大きく電流を変化させるのでノイズの増大および下アームの破損を引き起こすおそれもある。   For example, it is assumed that a current flows through the body (parasitic) diode of the lower arm during the dead time (that is, the body diode is ON). In this case, it is necessary for the upper arm to charge the output capacity (Coss) of the lower arm after transition from OFF to ON, resulting in power loss. In this case, a recovery current flows through the body diode of the lower arm. In addition to causing power loss, the recovery current instantaneously changes the current greatly, which may increase noise and damage the lower arm.

特開2013−115933号公報JP 2013-115933 A

本発明は、DC/ACインバータの電力損失を抑制することを目的とする。   An object of this invention is to suppress the power loss of a DC / AC inverter.

本発明の一態様に係るDC/ACインバータは、第1の入力端子および第2の入力端子を介して直流電圧を入力し、直流電圧を変換することによって生成した交流電圧を第1の出力端子および第2の出力端子を介して出力する。DC/ACインバータは、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、リアクトルと、電流検出回路と、駆動制御回路とを含む。第1のトランジスタは、第1の端子、第2の端子および制御端子を備え、第1の端子が第1の入力端子に接続される。第2のトランジスタは、第1の端子、第2の端子および制御端子を備え、第1の端子が第1のトランジスタの第1の端子に接続され、第2の端子が第2の入力端子に接続される。リアクトルは、第1のトランジスタと第2のトランジスタとの間の節点と第1の出力端子との間に挿入される。電流検出回路は、リアクトルから第1の出力端子に向かって流れるリアクトル電流を検出する。駆動制御回路は、第1のトランジスタのスイッチング周期内にリアクトル電流が少なくとも2回ゼロクロスするように、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタをそれぞれ制御する。   A DC / AC inverter according to one embodiment of the present invention inputs a DC voltage via a first input terminal and a second input terminal and converts an AC voltage generated by converting the DC voltage into a first output terminal. And output via the second output terminal. The DC / AC inverter includes a first transistor, a second transistor, a reactor, a current detection circuit, and a drive control circuit. The first transistor includes a first terminal, a second terminal, and a control terminal, and the first terminal is connected to the first input terminal. The second transistor includes a first terminal, a second terminal, and a control terminal, the first terminal is connected to the first terminal of the first transistor, and the second terminal is connected to the second input terminal. Connected. The reactor is inserted between a node between the first transistor and the second transistor and the first output terminal. The current detection circuit detects a reactor current flowing from the reactor toward the first output terminal. The drive control circuit controls the first transistor and the second transistor so that the reactor current zero-crosses at least twice within the switching period of the first transistor.

本発明によれば、DC/ACインバータの電力損失を抑制することができる。   According to the present invention, power loss of a DC / AC inverter can be suppressed.

第1の実施形態に係るDC/ACインバータを例示するブロック図。1 is a block diagram illustrating a DC / AC inverter according to a first embodiment. 図1の駆動制御回路を例示するブロック図。FIG. 2 is a block diagram illustrating a drive control circuit in FIG. 1. 図2のイベント検出回路を例示するブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating the event detection circuit of FIG. 2. DC/ACインバータの基本回路を例示するブロック図。The block diagram which illustrates the basic circuit of a DC / AC inverter. 図4のDC/ACインバータの出力電圧と、リアクトル電流および出力電流とを示すグラフ。The graph which shows the output voltage of the DC / AC inverter of FIG. 4, a reactor current, and an output current. 図1のDC/ACインバータの出力電圧と、リアクトル電流および出力電流とを示すグラフ。The graph which shows the output voltage of the DC / AC inverter of FIG. 1, a reactor current, and an output current. デッドタイムにおけるDC/ACインバータの等価回路を例示する図。The figure which illustrates the equivalent circuit of the DC / AC inverter in dead time. スーパージャンクションFETの出力容量とドレイン−ソース間電圧との関係を例示するグラフ。The graph which illustrates the relationship between the output capacitance of a super junction FET, and the drain-source voltage. スーパージャンクションFETとしてのFET 102−4の振る舞いを例示するグラフ。The graph which illustrates the behavior of FET 102-4 as a super junction FET. 図3のイベント検出回路によって検出されるイベントの説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of events detected by the event detection circuit of FIG. 3.

以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。例えば、複数の同一または類似の要素が存在する場合に、各要素を区別せずに説明するために共通の符号を用いることがあるし、各要素を区別して説明するために当該共通の符号に加えて枝番号を用いることもある。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the same or similar elements as those already described are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is basically omitted. For example, when there are a plurality of identical or similar elements, a common reference may be used to explain each element without distinction, and the common reference may be used to distinguish each element. In addition, branch numbers may be used.

(第1の実施形態)
図4には、フルブリッジDC/ACインバータの基本回路が例示される。図4のDC/ACインバータは、後述される電力損失抑制のための機構を有しないものの、基本的な動作原理では第1の実施形態に係るDC/ACインバータと共通する。
(First embodiment)
FIG. 4 illustrates a basic circuit of a full bridge DC / AC inverter. Although the DC / AC inverter of FIG. 4 does not have a mechanism for suppressing power loss, which will be described later, the basic operation principle is common to the DC / AC inverter according to the first embodiment.

図4のDC/ACインバータは、第1の入力端子および第2の入力端子(例えば接地される)を介して直流電圧源201から直流電圧(Vin)を入力し、当該直流電圧を変換することによって生成した交流電圧(Vo)を第1の出力端子および第2の出力端子を介して負荷206(RL)へと出力する。直流電圧源201は、一例として、太陽電池モジュール(パネル)であってもよい。このように、負荷206(RL)が純抵抗または電力系統(逆潮流時)である場合には、DC/ACインバータの出力電流(Io)は、出力電圧(Vo)と同位相である。故に、出力電流(Io)を制御すれば、出力電圧(Vo)も同じタイミングで制御することができる。   The DC / AC inverter of FIG. 4 inputs a DC voltage (Vin) from the DC voltage source 201 via a first input terminal and a second input terminal (for example, grounded), and converts the DC voltage. Is output to the load 206 (RL) via the first output terminal and the second output terminal. For example, the DC voltage source 201 may be a solar cell module (panel). As described above, when the load 206 (RL) is a pure resistance or a power system (during reverse power flow), the output current (Io) of the DC / AC inverter is in phase with the output voltage (Vo). Therefore, if the output current (Io) is controlled, the output voltage (Vo) can also be controlled at the same timing.

図4のDC/ACインバータは、FET 202−1と、FET 202−2と、FET 202−3と、FET 202−4と、リアクトル204と、キャパシタ205とを含む。   The DC / AC inverter in FIG. 4 includes an FET 202-1, an FET 202-2, an FET 202-3, an FET 202-4, a reactor 204, and a capacitor 205.

FET 202−1は、そのドレイン端子がDC/ACインバータの第1の入力端子に接続され、そのゲート端子が図示されない駆動回路に接続され、そのソース端子がDC/ACインバータの第2の出力端子に接続される。FET 202−1は、ゲート端子を介して駆動回路から駆動信号を受け取り、当該駆動信号によってON/OFFされる。   The FET 202-1 has a drain terminal connected to the first input terminal of the DC / AC inverter, a gate terminal connected to a drive circuit (not shown), and a source terminal connected to the second output terminal of the DC / AC inverter. Connected to. The FET 202-1 receives a drive signal from the drive circuit via the gate terminal, and is turned ON / OFF by the drive signal.

FET 202−2は、そのドレイン端子がDC/ACインバータの第2の出力端子に接続され、そのゲート端子が図示されない駆動回路に接続され、そのソース端子がDC/ACインバータの第2の入力端子に接続される(例えば、接地される)。FET 202−2は、ゲート端子を介して駆動回路から駆動信号を受け取り、当該駆動信号によってON/OFFされる。   The FET 202-2 has a drain terminal connected to the second output terminal of the DC / AC inverter, a gate terminal connected to a drive circuit (not shown), and a source terminal connected to the second input terminal of the DC / AC inverter. (Eg, grounded). The FET 202-2 receives a drive signal from the drive circuit via the gate terminal, and is turned ON / OFF by the drive signal.

FET 202−3は、そのドレイン端子がDC/ACインバータの第1の入力端子に接続され、そのゲート端子が図示されない駆動回路に接続され、そのソース端子がリアクトル204(L1)を介してDC/ACインバータの第1の出力端子に接続される。FET 202−3は、ゲート端子を介して駆動回路から駆動信号を受け取り、当該駆動信号によってON/OFFされる。   The FET 202-3 has a drain terminal connected to the first input terminal of the DC / AC inverter, a gate terminal connected to a drive circuit (not shown), and a source terminal connected to the DC / DC via the reactor 204 (L1). Connected to the first output terminal of the AC inverter. The FET 202-3 receives a drive signal from the drive circuit via the gate terminal, and is turned ON / OFF by the drive signal.

FET 202−4は、そのドレイン端子がリアクトル204(L1)を介してDC/ACインバータの第1の出力端子に接続され、そのゲート端子が図示されない駆動回路に接続され、そのソース端子がDC/ACインバータの第2の入力端子に接続される(例えば、接地される)。FET 202−4は、ゲート端子を介して駆動回路から駆動信号を受け取り、当該駆動信号によってON/OFFされる。   The FET 202-4 has a drain terminal connected to the first output terminal of the DC / AC inverter via the reactor 204 (L1), a gate terminal connected to a drive circuit (not shown), and a source terminal connected to the DC / AC. Connected to the second input terminal of the AC inverter (eg, grounded). The FET 202-4 receives a drive signal from the drive circuit via the gate terminal, and is turned ON / OFF by the drive signal.

図示されない駆動回路は、FET 202−1、FET 202−2、FET 202−3およびFET202−4をそれぞれON/OFF駆動することにより、例えば商用周波数である50Hzまたは60Hzの交流電力をDC/ACインバータの第1の出力端子および第2の出力端子へと供給する。一例として、駆動回路は、FET 202−1およびFET 202−2をDC/ACインバータの出力電圧(Vo)と同じ周波数でスイッチングし、FET 202−3およびFET202−4をより高い周波数(fsw)でスイッチングする。   The drive circuit (not shown) drives the FET 202-1, FET 202-2, FET 202-3, and FET 202-4, respectively, to turn on or off AC power of, for example, 50 Hz or 60 Hz, which is a commercial frequency. To the first output terminal and the second output terminal. As an example, the drive circuit switches FET 202-1 and FET 202-2 at the same frequency as the output voltage (Vo) of the DC / AC inverter, and FET 202-3 and FET 202-4 at a higher frequency (fsw). Switch.

リアクトル204(L1)は、その一端がFET202−3のソース端子およびFET202−4のドレイン端子に共通に接続され、その他端がDC/ACインバータの第1の出力端子に接続される。キャパシタ205(C1)は、DC/ACインバータの第1の出力端子と第2の出力端子との間に挿入される。   Reactor 204 (L1) has one end connected in common to the source terminal of FET 202-3 and the drain terminal of FET 202-4, and the other end connected to the first output terminal of the DC / AC inverter. The capacitor 205 (C1) is inserted between the first output terminal and the second output terminal of the DC / AC inverter.

リアクトル204(L1)およびキャパシタ205(C1)は、平滑化(低域通過型)フィルタを構成する。この平滑化フィルタは、リアクトル204(L1)を流れるリアクトル電流(IL)を平滑化することによって、DC/ACインバータの出力電流(Io)を生成する。   Reactor 204 (L1) and capacitor 205 (C1) constitute a smoothing (low-pass filter). This smoothing filter generates the output current (Io) of the DC / AC inverter by smoothing the reactor current (IL) flowing through the reactor 204 (L1).

リアクトル電流(IL)は、概ね、DC/ACインバータの出力電圧(Vo)と同じ周波数および位相の低周波電流成分と、FET 202−3およびFET 202−4のスイッチング周波数(fsw)と同じ周波数の高周波電流成分とを含む。平滑化フィルタは、例えば図5に示されるように、リアクトル電流(IL)に含まれる高周波電流成分を抑圧することにより、略正弦波の出力電流(Io)を生成することができる。   The reactor current (IL) generally has a low frequency current component having the same frequency and phase as the output voltage (Vo) of the DC / AC inverter, and the same frequency as the switching frequency (fsw) of the FET 202-3 and the FET 202-4. High-frequency current component. For example, as shown in FIG. 5, the smoothing filter can generate a substantially sinusoidal output current (Io) by suppressing a high-frequency current component included in the reactor current (IL).

図4のDC/ACインバータでは、例えばデッドタイム中にFET 202−4のボディダイオード(図示されない)がONであったとすると、FET 202−3はOFFからONへと遷移した後にFET 202−4の出力容量(Coss,図示されない)を充電する必要がある。この電力損失の大きさは、下記数式(1)で表すことができる。   In the DC / AC inverter of FIG. 4, for example, if the body diode (not shown) of the FET 202-4 is ON during the dead time, the FET 202-3 transitions from OFF to ON after the FET 202-4 transitions from OFF to ON. The output capacity (Coss, not shown) needs to be charged. The magnitude of this power loss can be expressed by the following formula (1).

数式(1)に示されるように、この電力損失は、Cossの大きさに依存するが、Cossは概してON抵抗の小さいFETほど大きくなる。故に、導通損失を抑制するためにON抵抗の小さいFETがFET 202−4として採用されている場合には、当該FET 202−4の出力容量の充電に伴う電力損失は概して大きくなる。   As shown in Equation (1), this power loss depends on the magnitude of Coss, but Coss is generally larger as the FET has a smaller ON resistance. Therefore, when a FET having a small ON resistance is employed as the FET 202-4 in order to suppress conduction loss, the power loss accompanying charging of the output capacity of the FET 202-4 is generally large.

なお、Cossは、ドレイン−ソース間電圧(VDS)に依存して変化する。例えば、本願の出願時点で知られている最新のスーパージャンクションFETでは、VDSが低い領域でのCossは、VDSが最大定格に近い領域でのCossに比べて約300倍も大きい。そして、例えば、FET 202−4としてスーパージャンクションFETを採用した場合には、当該FET 202−4の出力容量の充電電力の大半が当該FET 202−4のVDSが電源電圧(Vin)の1/10位に上昇するまでの期間にFET 202−3によって消費される。   Coss changes depending on the drain-source voltage (VDS). For example, in the latest super junction FET known at the time of filing of the present application, Coss in a region where VDS is low is about 300 times larger than Coss in a region where VDS is close to the maximum rating. For example, when a super junction FET is adopted as the FET 202-4, most of the charging power of the output capacity of the FET 202-4 is 1/10 of the power supply voltage (Vin). It is consumed by the FET 202-3 during the period until it rises.

このようなFETの出力容量の充電に伴う電力損失は、当該FETのスイッチング速度を高速化したとしても低減することができないので、DC/ACインバータの効率を向上させるうえで大きな障害となる。   Since the power loss due to the charging of the output capacity of the FET cannot be reduced even if the switching speed of the FET is increased, it is a great obstacle to improving the efficiency of the DC / AC inverter.

さらに、図4のDC/ACインバータでは、例えばデッドタイム中にFET 202−4のボディダイオードがONであったとすると、デッドタイムの終了後にFET 202−4のボディダイオードにリカバリ電流が流れる。リカバリ電流は、電力損失を生じさせるうえに、瞬間的に大きく電流を変化させるのでノイズの増大およびFET 202−4の破損を引き起こすおそれもある。   Furthermore, in the DC / AC inverter of FIG. 4, for example, if the body diode of the FET 202-4 is ON during the dead time, a recovery current flows through the body diode of the FET 202-4 after the dead time ends. In addition to causing power loss, the recovery current instantaneously changes the current greatly, and thus may increase noise and damage the FET 202-4.

ここで、デッドタイム中にFET 202−4のボディダイオードがONであるということは、デッドタイム中に当該ボディダイオードの順方向電流と同じ方向にリアクトル電流(IL)が流れ続けていることを意味する。   Here, the fact that the body diode of the FET 202-4 is ON during the dead time means that the reactor current (IL) continues to flow in the same direction as the forward current of the body diode during the dead time. To do.

そこで、第1の実施形態に係るDC/ACインバータは、ソース端子からドレイン端子に向かって電流が流れているFET(すなわち、ボディダイオードがONしているFET)をOFFにしてデッドタイムを開始するタイミングを以下のように定める。具体的には、このDC/ACインバータは、リアクトル電流の方向が反転(すなわち、ゼロクロス)する時またはそれ以降に、このFETをOFFにしてデッドタイムを開始する。この結果、以降に説明するように、デッドタイム中にこのFETの出力容量は反転したリアクトル電流によって充電され、さらに、デッドタイムの終了後に当該FETのボディダイオードにリカバリ電流は流れない。本実施形態に係るDC/ACインバータが図1に例示される。   Therefore, the DC / AC inverter according to the first embodiment starts the dead time by turning off the FET in which current flows from the source terminal to the drain terminal (that is, the FET in which the body diode is ON). The timing is determined as follows. Specifically, the DC / AC inverter starts the dead time by turning off the FET when the direction of the reactor current is reversed (that is, zero crossing) or thereafter. As a result, as will be described later, the output capacity of the FET is charged by the inverted reactor current during the dead time, and further, no recovery current flows through the body diode of the FET after the dead time ends. A DC / AC inverter according to this embodiment is illustrated in FIG.

図1のDC/ACインバータは、第1の入力端子および第2の入力端子(例えば接地される)を介して直流電圧源101から直流電圧を入力し、当該直流電圧を変換することによって生成した交流電圧を第1の出力端子および第2の出力端子を介して負荷106へと出力する。直流電圧源101は、一例として、太陽電池モジュール(パネル)であってもよい。このように、負荷106(RL)が純抵抗または電力系統(逆潮流時)である場合には、DC/ACインバータの出力電流(Io)は、出力電圧(Vo)と同位相である。故に、出力電流(Io)を制御すれば、出力電圧(Vo)も同じタイミングで制御することができる。   The DC / AC inverter shown in FIG. 1 is generated by inputting a DC voltage from a DC voltage source 101 via a first input terminal and a second input terminal (for example, grounded) and converting the DC voltage. An alternating voltage is output to the load 106 via the first output terminal and the second output terminal. For example, the DC voltage source 101 may be a solar cell module (panel). Thus, when the load 106 (RL) is a pure resistor or a power system (in reverse power flow), the output current (Io) of the DC / AC inverter is in phase with the output voltage (Vo). Therefore, if the output current (Io) is controlled, the output voltage (Vo) can also be controlled at the same timing.

図1のDC/ACインバータは、FET 102−1と、FET 102−2と、FET 102−3と、FET 102−4と、電流検出回路103と、リアクトル104と、キャパシタ105と、駆動制御回路110とを含む。なお、FETの代わりに他の種別のトランジスタを用いることも可能である。   The DC / AC inverter of FIG. 1 includes an FET 102-1, an FET 102-2, an FET 102-3, an FET 102-4, a current detection circuit 103, a reactor 104, a capacitor 105, and a drive control circuit. 110. Note that other types of transistors can be used instead of FETs.

FET 102−1は、そのドレイン端子がDC/ACインバータの第1の入力端子に接続され、そのゲート端子が駆動制御回路110に接続され、そのソース端子がDC/ACインバータの第2の出力端子に接続される。FET 102−1は、ゲート端子を介して駆動制御回路110から駆動信号を受け取り、当該駆動信号によってON/OFFされる。   The FET 102-1 has a drain terminal connected to the first input terminal of the DC / AC inverter, a gate terminal connected to the drive control circuit 110, and a source terminal connected to the second output terminal of the DC / AC inverter. Connected to. The FET 102-1 receives a drive signal from the drive control circuit 110 via the gate terminal, and is turned ON / OFF by the drive signal.

FET 102−2は、そのドレイン端子がDC/ACインバータの第2の出力端子に接続され、そのゲート端子が駆動制御回路110に接続され、そのソース端子がDC/ACインバータの第2の入力端子に接続される(例えば、接地される)。FET 102−2は、ゲート端子を介して駆動制御回路110から駆動信号を受け取り、当該駆動信号によってON/OFFされる。   The FET 102-2 has a drain terminal connected to the second output terminal of the DC / AC inverter, a gate terminal connected to the drive control circuit 110, and a source terminal connected to the second input terminal of the DC / AC inverter. (Eg, grounded). The FET 102-2 receives a drive signal from the drive control circuit 110 via the gate terminal, and is turned ON / OFF by the drive signal.

FET 102−3は、そのドレイン端子がDC/ACインバータの第1の入力端子に接続され、そのゲート端子が駆動制御回路110に接続され、そのソース端子が電流検出回路103およびリアクトル104を介してDC/ACインバータの第1の出力端子に接続される。FET 102−3は、ゲート端子を介して駆動制御回路110から駆動信号を受け取り、当該駆動信号によってON/OFFされる。   The FET 102-3 has its drain terminal connected to the first input terminal of the DC / AC inverter, its gate terminal connected to the drive control circuit 110, and its source terminal via the current detection circuit 103 and the reactor 104. Connected to the first output terminal of the DC / AC inverter. The FET 102-3 receives a drive signal from the drive control circuit 110 via the gate terminal, and is turned ON / OFF by the drive signal.

FET 102−4は、そのドレイン端子が電流検出回路103およびリアクトル104を介してDC/ACインバータの第1の出力端子に接続され、そのゲート端子が駆動制御回路110に接続され、そのソース端子がDC/ACインバータの第2の入力端子に接続される(例えば、接地される)。FET 102−4は、ゲート端子を介して駆動制御回路110から駆動信号を受け取り、当該駆動信号によってON/OFFされる。   The FET 102-4 has a drain terminal connected to the first output terminal of the DC / AC inverter via the current detection circuit 103 and the reactor 104, a gate terminal connected to the drive control circuit 110, and a source terminal connected to the first output terminal. Connected to the second input terminal of the DC / AC inverter (eg, grounded). The FET 102-4 receives a drive signal from the drive control circuit 110 via the gate terminal, and is turned ON / OFF by the drive signal.

電流検出回路103は、その第1の端子がFET 102−3のソース端子およびFET 102−4のドレイン端子に共通に接続され、その第2の端子がリアクトル104の一端に接続され、その出力端子が駆動制御回路110に接続される。電流検出回路103は、その一端から他端に流れる電流、言い換えれば、リアクトル104からDC/ACインバータの第1の出力端子に向かって流れるリアクトル電流(IL)を検出する。電流検出回路103は、例えば、リアクトル電流(IL)を電流−電圧変換し、この電圧を持つ信号を駆動制御回路110へと出力する。   The current detection circuit 103 has a first terminal commonly connected to the source terminal of the FET 102-3 and the drain terminal of the FET 102-4, a second terminal connected to one end of the reactor 104, and an output terminal thereof. Is connected to the drive control circuit 110. The current detection circuit 103 detects a current that flows from one end to the other end, in other words, a reactor current (IL) that flows from the reactor 104 toward the first output terminal of the DC / AC inverter. For example, the current detection circuit 103 performs a current-voltage conversion on the reactor current (IL) and outputs a signal having this voltage to the drive control circuit 110.

リアクトル104は、その一端が電流検出回路103に接続され、その他端がDC/ACインバータの第1の出力端子に接続される。キャパシタ105は、DC/ACインバータの第1の出力端子と第2の出力端子との間に挿入される。リアクトル104およびキャパシタ105は、平滑化フィルタを構成する。この平滑化フィルタは、リアクトル104を流れるリアクトル電流(IL)を平滑化することによって、DC/ACインバータの出力電流を生成する。   Reactor 104 has one end connected to current detection circuit 103 and the other end connected to the first output terminal of the DC / AC inverter. The capacitor 105 is inserted between the first output terminal and the second output terminal of the DC / AC inverter. Reactor 104 and capacitor 105 constitute a smoothing filter. The smoothing filter smoothes the reactor current (IL) flowing through the reactor 104, thereby generating an output current of the DC / AC inverter.

リアクトル電流(IL)は、概ね、DC/ACインバータの出力電圧と同じ周波数および位相の低周波電流成分と、FET 102−3およびFET 102−4のスイッチング周波数と同じ周波数の高周波電流成分とを含む。平滑化フィルタは、リアクトル電流(IL)に含まれる高周波電流成分を抑圧することにより、略正弦波の出力電流を生成することができる。   Reactor current (IL) generally includes a low-frequency current component having the same frequency and phase as the output voltage of the DC / AC inverter and a high-frequency current component having the same frequency as the switching frequency of FET 102-3 and FET 102-4. . The smoothing filter can generate a substantially sinusoidal output current by suppressing the high-frequency current component contained in the reactor current (IL).

駆動制御回路110は、FET 102−1、FET 102−2、FET 102−3およびFET102−4をそれぞれON/OFF駆動することにより、例えば商用周波数である50Hzまたは60Hzの交流電力をDC/ACインバータの第1の出力端子および第2の出力端子へと供給する。   The drive control circuit 110 performs ON / OFF driving of the FET 102-1, the FET 102-2, the FET 102-3, and the FET 102-4, for example, so that AC power of 50 Hz or 60 Hz, which is a commercial frequency, is converted into a DC / AC inverter To the first output terminal and the second output terminal.

具体的には、駆動制御回路110は、図6に例示されるように、DC/ACインバータの出力電流(Io)の目標値を定める基準正弦波が正である期間には、FET 102−3のスイッチング周期内にリアクトル電流(IL)が少なくとも2回ゼロクロスする(すなわち、正→負→正と変化する)ように、電流検出回路103による検出結果に基づいてFET 102−3およびFET 102−4を制御する。同様に、駆動制御回路110は、DC/ACインバータの基準正弦波が負である期間には、FET 102−4のスイッチング周期内にリアクトル電流(IL)が少なくとも2回ゼロクロスする(すなわち、負→正→負と変化する)ように、電流検出回路103による検出結果に基づいてFET 102−3およびFET 102−4を制御する。   Specifically, as illustrated in FIG. 6, the drive control circuit 110 performs FET 102-3 during a period in which the reference sine wave that defines the target value of the output current (Io) of the DC / AC inverter is positive. FET 102-3 and FET 102-4 based on the detection result by the current detection circuit 103 so that the reactor current (IL) zero-crosses at least twice (that is, changes from positive → negative → positive) within the switching period of To control. Similarly, in the period in which the reference sine wave of the DC / AC inverter is negative, the drive control circuit 110 zero-crosses the reactor current (IL) at least twice within the switching period of the FET 102-4 (ie, negative → The FET 102-3 and the FET 102-4 are controlled based on the detection result by the current detection circuit 103 so as to change from positive to negative.

このように、駆動制御回路110は、基準正弦波が正である期間には、リアクトル電流(IL)の最大値を正弦波状に制御し、リアクトル電流(IL)の最小値を一定の負値になるように制御する。同様に、駆動制御回路110は、基準正弦波が負である期間には、リアクトル電流(IL)の最小値を正弦波状に制御し、リアクトル電流(IL)の最大値を一定の正値になるように制御する。このような制御は、図3に関して後述されるように、コンパレータを用いて実現可能である。この場合に、スイッチング周波数は、負荷106に流れる負荷電流およびDC/ACインバータの入出力電圧により自動的に決定されるので、制御の簡単化が可能である。   In this way, the drive control circuit 110 controls the maximum value of the reactor current (IL) to be a sine wave during the period in which the reference sine wave is positive, and sets the minimum value of the reactor current (IL) to a constant negative value. Control to be. Similarly, during a period in which the reference sine wave is negative, the drive control circuit 110 controls the minimum value of the reactor current (IL) to be a sine wave, and the maximum value of the reactor current (IL) becomes a constant positive value. To control. Such control can be realized using a comparator, as will be described later with reference to FIG. In this case, since the switching frequency is automatically determined by the load current flowing through the load 106 and the input / output voltage of the DC / AC inverter, the control can be simplified.

駆動制御回路110は、FET 102−1およびFET 102−2をDC/ACインバータの出力電圧と同じ周波数でスイッチングし、FET 102−3およびFET102−4をより高い周波数でスイッチングしてもよい。或いは、FET 102−1およびFET 102−2のスイッチング周波数は、FET 102−3およびFET102−4のスイッチング周波数と同一であってもよい。   The drive control circuit 110 may switch the FET 102-1 and the FET 102-2 at the same frequency as the output voltage of the DC / AC inverter, and may switch the FET 102-3 and the FET 102-4 at a higher frequency. Alternatively, the switching frequency of the FET 102-1 and the FET 102-2 may be the same as the switching frequency of the FET 102-3 and the FET 102-4.

図1のDC/ACインバータでは、FET 102−3がOFF状態であって、かつ、FET 102−4がON状態である状況では、リアクトル電流(IL)が減少する。他方、FET 102−3がON状態であって、かつ、FET 102−4がOFF状態である状況では、リアクトル電流(IL)が増加する。駆動制御回路110は、このような関係を利用して、リアクトル電流(IL)を基準正弦波に近づける制御を行う。例えば、リアクトル電流(IL)が過小(目標最小値以下)となると、駆動制御回路110は、デッドタイムを経てFET 102−3をON状態に設定する(後述されるイベント2およびイベント3)。他方、リアクトル電流(IL)が過大(目標最大値以上)となると、駆動制御回路110は、デッドタイムを経てFET 102−4をON状態に設定する(後述されるイベント1およびイベント4)。リアクトル電流(IL)の増減の傾きは、リアクトル104のインダクタンスに依存し、当該インダクタンスが小さいほど傾きは大きくなる。   In the DC / AC inverter of FIG. 1, the reactor current (IL) decreases in a situation where the FET 102-3 is in the OFF state and the FET 102-4 is in the ON state. On the other hand, in a situation where the FET 102-3 is in the ON state and the FET 102-4 is in the OFF state, the reactor current (IL) increases. The drive control circuit 110 performs control to bring the reactor current (IL) closer to the reference sine wave using such a relationship. For example, when the reactor current (IL) becomes too small (below the target minimum value), the drive control circuit 110 sets the FET 102-3 to the ON state after a dead time (event 2 and event 3 described later). On the other hand, when the reactor current (IL) becomes excessive (greater than or equal to the target maximum value), the drive control circuit 110 sets the FET 102-4 to the ON state after a dead time (event 1 and event 4 described later). The inclination of the increase / decrease of the reactor current (IL) depends on the inductance of the reactor 104, and the inclination increases as the inductance decreases.

例えば、駆動制御回路110は、基準正弦波が正である期間にリアクトル電流(IL)が過大となると、FET 102−4をON状態にしてリアクトル電流(IL)を減少させる。その後、駆動制御回路110は、再びFET 102−3をON状態に戻してリアクトル電流(IL)を増加させるために、FET 102−4をOFF状態に切り替えてデッドタイムを開始する。   For example, if the reactor current (IL) becomes excessive during a period in which the reference sine wave is positive, the drive control circuit 110 turns on the FET 102-4 and decreases the reactor current (IL). Thereafter, the drive control circuit 110 switches the FET 102-4 to the OFF state and starts the dead time in order to return the FET 102-3 to the ON state and increase the reactor current (IL).

このデッドタイムにおけるDC/ACインバータの等価回路が図7に例示される。仮に、リアクトル電流(IL)が正のままで、FET 102−4をOFFにしてデッドタイムを開始したとすると、FET 102−4のボディダイオードがONとなる。すなわち、その後にFET 102−3をONにしてデッドタイムを終了すると、FET 102−4の出力容量の充電が必要となるうえにリカバリ電流が生じることになる。   An equivalent circuit of the DC / AC inverter in this dead time is illustrated in FIG. If the reactor current (IL) remains positive and the FET 102-4 is turned off to start the dead time, the body diode of the FET 102-4 is turned on. That is, when the FET 102-3 is subsequently turned on to end the dead time, the output capacity of the FET 102-4 needs to be charged and a recovery current is generated.

そこで、駆動制御回路110は、上記状況において、リアクトル電流(IL)が零以下となるのを待って、FET 102−4をOFFにしてデッドタイムを開始する。このようにFET 102−4を制御すれば、デッドタイム中にFET 102−4のボディダイオードはONとならない。さらに、デッドタイム中にリアクトル電流(IL)は零以下の範囲で減少し続けるので、DC/ACインバータの第1の出力端子からFET 102−4のドレイン端子へとリアクトル電流(IL)が流れる。すなわち、FET 102−4の出力容量を、このリアクトル電流によって充電(共振充電)することが可能である。故に、その後にFET 102−3をONにしてデッドタイムを終了しても、FET 102−4の出力容量の充電は不要となる(少なくとも、充電すべき電力は軽減される)うえにリカバリ電流は生じない。   Therefore, in the above situation, the drive control circuit 110 waits for the reactor current (IL) to become zero or less, and then turns off the FET 102-4 to start the dead time. If the FET 102-4 is controlled in this way, the body diode of the FET 102-4 is not turned ON during the dead time. Furthermore, since the reactor current (IL) continues to decrease in the range of zero or less during the dead time, the reactor current (IL) flows from the first output terminal of the DC / AC inverter to the drain terminal of the FET 102-4. That is, the output capacity of the FET 102-4 can be charged (resonant charging) by this reactor current. Therefore, even if the FET 102-3 is turned on after that to end the dead time, the charging of the output capacity of the FET 102-4 becomes unnecessary (at least the power to be charged is reduced) and the recovery current is Does not occur.

同様に、例えば、駆動制御回路110は、基準正弦波が負である期間にリアクトル電流(IL)が過小となると、FET 102−3をON状態にしてリアクトル電流(IL)を増加させる。その後、駆動制御回路110は、再びFET 102−4をON状態に戻してリアクトル電流(IL)を減少させるために、FET 102−3をOFF状態に切り替えてデッドタイムを開始する。   Similarly, for example, when the reactor current (IL) becomes excessive during the period in which the reference sine wave is negative, the drive control circuit 110 turns on the FET 102-3 and increases the reactor current (IL). Thereafter, the drive control circuit 110 switches the FET 102-3 to the OFF state and starts the dead time in order to return the FET 102-4 to the ON state again and reduce the reactor current (IL).

仮に、リアクトル電流(IL)が負のままで、FET 102−3をOFFにしてデッドタイムを開始したとすると、FET 102−3のボディダイオードがONとなる。すなわち、その後にFET 102−4をONにしてデッドタイムを終了すると、FET 102−3の出力容量の充電が必要となるうえにリカバリ電流が生じることになる。   If the reactor current (IL) remains negative and the FET 102-3 is turned off to start the dead time, the body diode of the FET 102-3 is turned on. That is, when the FET 102-4 is subsequently turned on to end the dead time, the output capacity of the FET 102-3 needs to be charged and a recovery current is generated.

そこで、駆動制御回路110は、上記状況において、リアクトル電流(IL)が零以上となるのを待って、FET 102−3をOFFにしてデッドタイムを開始する。このようにFET 102−3を制御すれば、デッドタイム中にFET 102−3のボディダイオードはONとならない。さらに、デッドタイム中にリアクトル電流(IL)が増加するので、FET 102−3のソース端子からDC/ACインバータの第1の出力端子へとリアクトル電流(IL)が流れる。すなわち、FET 102−3の出力容量を、このリアクトル電流によって充電(共振充電)することが可能である。故に、その後にFET 102−4をONにしてデッドタイムを終了しても、FET 102−3の出力容量の充電は不要となる(少なくとも、充電すべき電力は軽減される)うえにリカバリ電流は生じない。   Therefore, in the above situation, the drive control circuit 110 waits for the reactor current (IL) to become zero or more, and turns off the FET 102-3 to start the dead time. If the FET 102-3 is controlled in this way, the body diode of the FET 102-3 is not turned ON during the dead time. Furthermore, since the reactor current (IL) increases during the dead time, the reactor current (IL) flows from the source terminal of the FET 102-3 to the first output terminal of the DC / AC inverter. That is, the output capacity of the FET 102-3 can be charged (resonant charging) by this reactor current. Therefore, even if the FET 102-4 is turned ON after that to end the dead time, it is not necessary to charge the output capacity of the FET 102-3 (at least the power to be charged is reduced) and the recovery current is Does not occur.

従って、図1のDC/ACインバータは、デッドタイム終了後の電力損失を効果的に抑制し、高い電力変換効率を達成することができる。さらに、このDC/ACインバータは、リカバリ電流に起因するノイズやFETの破損を防止することも可能である。加えて、このDC/ACインバータは、リカバリ電流に起因するノイズ対策用の素子が不要となることによるコスト低減効果もある。   Accordingly, the DC / AC inverter of FIG. 1 can effectively suppress power loss after the dead time and can achieve high power conversion efficiency. Furthermore, this DC / AC inverter can also prevent noise and FET damage due to the recovery current. In addition, this DC / AC inverter also has an effect of reducing costs by eliminating the need for an element for countermeasures against noise caused by the recovery current.

なお、前述のように、駆動制御回路110は、基準正弦波が正(または負)である期間には、リアクトル電流(IL)が零以下(または零以上)となるのを待って、FET 102−4(またはFET 102−3)をOFFにしてデッドタイムを開始する。係る制御は、リアクトル電流(IL)が正(または負)のままデッドタイムを開始する場合に比べてFET 102−4(またはFET 102−3)を長時間に亘ってONに維持する(すなわち、FET 102−4(またはFET 102−3)のスイッチング周波数を低くする)必要がある。或いは、リアクトル104のインダクタンスを小さく設計すれば、リアクトル電流(IL)の増減の傾きは大きくなるので、短時間でリアクトル電流(IL)がゼロクロスする。すなわち、FET 102−4(またはFET 102−3)のスイッチング周波数を高く維持することができる。   As described above, the drive control circuit 110 waits for the reactor current (IL) to be less than or equal to (or greater than or equal to zero) during the period in which the reference sine wave is positive (or negative), and the FET 102 -4 (or FET 102-3) is turned OFF to start the dead time. Such control keeps the FET 102-4 (or FET 102-3) ON for a longer time than when the reactor current (IL) is positive (or negative) and the dead time is started (i.e., The switching frequency of the FET 102-4 (or the FET 102-3) needs to be lowered). Alternatively, if the inductance of the reactor 104 is designed to be small, the increase / decrease slope of the reactor current (IL) increases, so that the reactor current (IL) zero-crosses in a short time. That is, the switching frequency of the FET 102-4 (or the FET 102-3) can be kept high.

デッドタイムの開始タイミングは、リアクトル電流(IL)がゼロクロスするタイミング(以降、ゼロクロスタイミングと呼ばれる)に一致することが好ましい。仮に、デッドタイムの開始タイミングがゼロクロスタイミングよりも早ければ、FET 102−4(またはFET 102−3)のボディダイオードがデッドタイム中にONとなるので、前述の効果は損なわれる。他方、デッドタイムの開始タイミングがゼロクロスタイミングに一致していれば、FET 102−4(またはFET 102−3)の出力容量の充電を早期に開始することができる。故に、リアクトル電流(IL)を正→負→正と制御する場合の最小値の絶対値、ならびに、リアクトル電流(IL)を負→正→負と制御する場合の最大値の絶対値をそれぞれ最小化することができる。すなわち、FET 102−4(またはFET 102−3)の出力容量に対する充電電流の実効値、ひいては電力損失を最小化することができる。   It is preferable that the dead time start timing coincides with the timing at which the reactor current (IL) crosses zero (hereinafter referred to as zero cross timing). If the start time of the dead time is earlier than the zero cross timing, the body diode of the FET 102-4 (or the FET 102-3) is turned on during the dead time, so the above-described effect is impaired. On the other hand, if the start timing of the dead time coincides with the zero cross timing, the charging of the output capacity of the FET 102-4 (or the FET 102-3) can be started early. Therefore, the absolute value of the minimum value when the reactor current (IL) is controlled from positive to negative to positive, and the absolute value of the maximum value when the reactor current (IL) is controlled from negative to positive to negative are minimized. Can be That is, the effective value of the charging current with respect to the output capacity of the FET 102-4 (or the FET 102-3), and hence the power loss can be minimized.

しかしながら、仮に、リアクトル電流(IL)に対応する電圧が零に一致したことを例えばコンパレータによって検出し、直ちにFET 102−4(またはFET 102−3)をOFF状態に切り替えるための駆動信号を生成して当該FET 102−4(またはFET102−3)に供給したとしても、リアクトル電流(IL)が零に到達してからFET 102−4(またはFET 102−3)がOFF状態となるまでの間には遅延時間が存在する。故に、デッドタイムの開始タイミングは、ゼロクロスタイミングに比べてこの遅延時間に相当する分遅れることになる。   However, for example, it is detected by a comparator that the voltage corresponding to the reactor current (IL) matches zero, and a drive signal for immediately switching the FET 102-4 (or FET 102-3) to the OFF state is generated. Even if the current is supplied to the FET 102-4 (or FET 102-3), the time from when the reactor current (IL) reaches zero until the FET 102-4 (or FET 102-3) is turned off. There is a delay time. Therefore, the start timing of the dead time is delayed by an amount corresponding to this delay time compared to the zero cross timing.

そこで、駆動制御回路110は、例えば、リアクトル電流(IL)に対応する電圧を所定の正の電流(または負の電流)に対応する基準電圧と比較してもよい。所定の正の電流(または負の電流)は、この遅延時間に亘るリアクトル電流(IL)の減少量(または増加量)に基づいて定められる。従って、駆動制御回路110は、リアクトル電流(IL)が実際に零に到達するよりもこの遅延時間に相当する分先行して、リアクトル電流(IL)が零に到達することを検出できる。すなわち、この遅延時間を補償して、デッドタイムの開始タイミングの遅れを抑制することができる。   Therefore, for example, the drive control circuit 110 may compare a voltage corresponding to the reactor current (IL) with a reference voltage corresponding to a predetermined positive current (or negative current). The predetermined positive current (or negative current) is determined based on the decrease amount (or increase amount) of the reactor current (IL) over this delay time. Therefore, the drive control circuit 110 can detect that the reactor current (IL) reaches zero earlier than the reactor current (IL) actually reaches zero by an amount corresponding to this delay time. In other words, this delay time can be compensated to suppress a delay in the start timing of the dead time.

デッドタイムの終了タイミングは、FET 102−4(またはFET 102−4)の出力容量の充電が終了する(すなわち、出力容量の両端の電圧が直流電圧源101の両端の電圧に略等しくなる)タイミング(以降、充電終了タイミングと呼ばれる)に一致することが好ましい。   The dead time end timing is the timing when the charging of the output capacitance of the FET 102-4 (or the FET 102-4) is completed (that is, the voltage across the output capacitance becomes substantially equal to the voltage across the DC voltage source 101). (Hereinafter referred to as charging end timing) is preferable.

仮に、デッドタイムの終了タイミングが充電終了タイミングよりも前であれば、FET 102−3(またはFET 102−4)の出力容量の充電が不十分なままデッドタイムが終了するので、デッドタイム終了後も当該出力容量を継続して充電しなければならない。他方、FET 102−4(またはFET 102−3)の出力容量の充電が終了したにも関わらずデッドタイムを継続すると、リアクトル電流(IL)が必要以上に減少または増加するので、当該出力容量の充電に伴う電力損失が増大する。さらに、駆動制御回路110は、リアクトル電流(IL)はその平均値が基準正弦波に一致するように制御する必要があるので、デッドタイム中にリアクトル電流(IL)が必要以上に減少(または増加)していれば、デッドタイム後にはリアクトル電流(IL)を大幅に増加(または減少)させる必要がある。故に、リアクトル電流(L1)の実効値およびピーク値、ひいてはリアクトル104における銅損およびコアロスが増大することになる。   If the dead time end timing is earlier than the charging end timing, the dead time ends with insufficient charging of the output capacity of the FET 102-3 (or FET 102-4). Must continue to charge the output capacity. On the other hand, if the dead time continues even though the charging of the output capacity of the FET 102-4 (or the FET 102-3) is completed, the reactor current (IL) decreases or increases more than necessary. Power loss associated with charging increases. Further, since the drive control circuit 110 needs to control the reactor current (IL) so that the average value thereof matches the reference sine wave, the reactor current (IL) decreases (or increases) more than necessary during the dead time. ), The reactor current (IL) needs to be significantly increased (or decreased) after the dead time. Therefore, the effective value and peak value of the reactor current (L1), and consequently the copper loss and core loss in the reactor 104 are increased.

なお、充電終了タイミングは、例えば充電終了時の出力容量の電気量に、リアクトル電流(IL)の時間積分値が等しくなる時間に基づいて予め導出することができる。故に、駆動制御回路110は、例えばデッドタイムの開始タイミングから上記時間が経過したタイミングでデッドタイムを終了してもよい。   Note that the charge end timing can be derived in advance based on, for example, the time when the time integral value of the reactor current (IL) becomes equal to the amount of electricity of the output capacity at the end of charge. Therefore, the drive control circuit 110 may end the dead time, for example, at the timing when the above time has elapsed from the start timing of the dead time.

或いは、FET 102−4(またはFET 102−3)としてスーパージャンクションFETが採用されるならば、以下に説明するように充電を自動的に適切なタイミングで終了することができる。   Alternatively, if a super junction FET is employed as the FET 102-4 (or FET 102-3), charging can be automatically terminated at an appropriate timing as described below.

図8には、スーパージャンクションFETの出力容量(Coss)とドレイン−ソース間電圧(VDS)との関係が例示される。図8の例では、VDS>100VではCossのキャパシタンスは30pF程度であるが、VDS<20VではCossのキャパシタンスは3000pFから最大で10000pF以上にもなる。このようにVDSがある程度上昇すると出力容量(Coss)のキャパシタンスが急激に低下するという特性を利用すると、FET 102−4の出力容量(Coss)の充電を必要最小限に抑えることができる。   FIG. 8 illustrates the relationship between the output capacitance (Coss) of the super junction FET and the drain-source voltage (VDS). In the example of FIG. 8, the capacitance of Coss is about 30 pF when VDS> 100V, but the capacitance of Coss increases from 3000 pF to 10000 pF or more at VDS <20V. If the characteristic that the capacitance of the output capacitance (Coss) rapidly decreases when the VDS rises to some extent in this way, the charging of the output capacitance (Coss) of the FET 102-4 can be suppressed to the necessary minimum.

具体的には、図9に例示されるように、FET 102−4の出力容量(Coss)の充電は、FET 102−4のゲート電圧が0になるタイミングAから開始する。それから、FET 102−4の出力容量(Coss)は、負方向のリアクトル電流(IL)によって充電されるが、FET 102−4のVDSが0付近にある段階では出力容量(Coss)のキャパシタンスが大きいので、FET 102−4のVDSは殆ど上昇しない(Q=CV)。なお、負方向のリアクトル電流(IL)の絶対値は徐々に増えていくので、FET 102−4に電荷が蓄積される速度も徐々に上昇する。そして、FET 102−4のVDSがある閾値(図9のVx)に到達すると、FET 102−4の出力容量(Coss)は急激に減少し、反対に、FET 102−4のVDSは急激に上昇し、直流電圧源101の発生する直流電圧(Vin)に近づく。この結果、FET 102−4の出力容量(Coss)は、図9の三角形ABCの面積で表される必要最小限の電気量だけ充電されることになる。   Specifically, as illustrated in FIG. 9, the charging of the output capacitance (Coss) of the FET 102-4 starts from timing A when the gate voltage of the FET 102-4 becomes 0. Then, the output capacitance (Coss) of the FET 102-4 is charged by the reactor current (IL) in the negative direction, but the capacitance of the output capacitance (Coss) is large when the VDS of the FET 102-4 is near 0. Therefore, the VDS of the FET 102-4 hardly increases (Q = CV). In addition, since the absolute value of the negative direction reactor current (IL) gradually increases, the rate at which charges are accumulated in the FET 102-4 also gradually increases. When the VDS of the FET 102-4 reaches a certain threshold value (Vx in FIG. 9), the output capacitance (Coss) of the FET 102-4 decreases rapidly, and conversely, the VDS of the FET 102-4 increases rapidly. Then, it approaches the DC voltage (Vin) generated by the DC voltage source 101. As a result, the output capacitance (Coss) of the FET 102-4 is charged by a necessary minimum amount of electricity represented by the area of the triangle ABC in FIG.

図9のVDSの挙動に着目すると、FET 102−4のVGSをタイミングAで0Vとしても、当該FET 102−4はしばらくの間あたかもON状態であるかのように振る舞っている(負方向のリアクトル電流(IL)が流れ込む)。そして、FET 102−4の出力容量(Coss)の充電が完了に近づいた時点(タイミングC)で、FET 102−4がOFF状態に切り替わったかのようにVDSが急上昇する。このように、FET 102−4としてスーパージャンクションFETのようなオン抵抗の低い(低損失な)FETを採用すれば、出力容量(Coss)のVDS依存性を利用して、当該出力容量(Coss)の充電終了タイミング(すなわち、FET 102−4の実質的なOFFタイミング)を最適化することができる。   When attention is paid to the behavior of the VDS in FIG. 9, even if the VGS of the FET 102-4 is set to 0 V at the timing A, the FET 102-4 behaves as if it is in an ON state (reactor in the negative direction). Current (IL) flows in). Then, at the time when the charging of the output capacitance (Coss) of the FET 102-4 is close to completion (timing C), the VDS rapidly increases as if the FET 102-4 has been switched to the OFF state. As described above, when a FET with low on-resistance (low loss) such as a super junction FET is used as the FET 102-4, the output capacitance (Coss) is obtained by utilizing the VDS dependency of the output capacitance (Coss). The charging end timing (that is, the substantial OFF timing of the FET 102-4) can be optimized.

駆動制御回路110は、図2に例示されるように、イベント検出回路120と、駆動信号発生器130とを含む。イベント検出回路120は、リアクトル電流(IL)の検出結果を受け取り、基準正弦波および基準電圧とそれぞれ比較し、所定のデッドタイム開始イベントの発生を検出する。イベント検出回路120は、検出結果を示す信号を駆動信号発生器130へと出力する。駆動信号発生器130は、イベント検出回路120における検出結果に基づいて、FET 102−1、FET 102−2、FET 102−3およびFET 102−4をそれぞれON/OFF駆動するための駆動信号を発生して出力する。   The drive control circuit 110 includes an event detection circuit 120 and a drive signal generator 130 as illustrated in FIG. The event detection circuit 120 receives the detection result of the reactor current (IL), compares it with the reference sine wave and the reference voltage, and detects the occurrence of a predetermined dead time start event. The event detection circuit 120 outputs a signal indicating the detection result to the drive signal generator 130. The drive signal generator 130 generates drive signals for ON / OFF driving the FET 102-1, the FET 102-2, the FET 102-3, and the FET 102-4 based on the detection result in the event detection circuit 120. And output.

具体的には、イベント検出回路120は、図3に例示されるように、基準正弦波発生器121と、基準電圧源122と、コンパレータ123と、コンパレータ124とを含む。   Specifically, the event detection circuit 120 includes a reference sine wave generator 121, a reference voltage source 122, a comparator 123, and a comparator 124, as illustrated in FIG.

基準正弦波発生器121は、基準正弦波を発生し、コンパレータ123の反転入力端子に印加する。基準電圧源122は、基準電圧を発生し、コンパレータ124の非反転入力端子に印加する。   The reference sine wave generator 121 generates a reference sine wave and applies it to the inverting input terminal of the comparator 123. The reference voltage source 122 generates a reference voltage and applies it to the non-inverting input terminal of the comparator 124.

コンパレータ123は、非反転入力端子において電流検出回路103の出力信号を受け取り、反転入力端子において基準正弦波を受け取る。コンパレータ123は、非反転入力端子に印加される電圧を反転入力端子に印加される電圧と比較し、前者が後者より小さければLレベル、そうでなければHレベルの信号を出力する。すなわち、コンパレータ123は、リアクトル電流(IL)(に対応する電圧)が基準正弦波(OSC)以上であるか否かを示す出力信号を生成する。   The comparator 123 receives the output signal of the current detection circuit 103 at the non-inverting input terminal, and receives the reference sine wave at the inverting input terminal. The comparator 123 compares the voltage applied to the non-inverting input terminal with the voltage applied to the inverting input terminal, and outputs an L level signal if the former is smaller than the latter, and an H level signal otherwise. That is, the comparator 123 generates an output signal indicating whether or not the reactor current (IL) (the voltage corresponding to it) is equal to or higher than the reference sine wave (OSC).

コンパレータ124は、非反転入力端子において基準電圧を受け取り、反転入力端子において電流検出回路103の出力信号を受け取る。コンパレータ124は、非反転入力端子に印加される電圧を反転入力端子に印加される電圧と比較し、前者が後者より小さければLレベル、そうでなければHレベルの信号を出力する。すなわち、コンパレータ124は、基準電圧がリアクトル電流(IL)に対応する電圧以上であるか否かを示す出力信号を生成する。   The comparator 124 receives the reference voltage at the non-inverting input terminal, and receives the output signal of the current detection circuit 103 at the inverting input terminal. The comparator 124 compares the voltage applied to the non-inverting input terminal with the voltage applied to the inverting input terminal, and outputs an L level signal if the former is smaller than the latter, and an H level signal otherwise. That is, the comparator 124 generates an output signal indicating whether or not the reference voltage is equal to or higher than a voltage corresponding to the reactor current (IL).

イベント検出回路120は、図10に例示されるように、リアクトル電流(IL)の変化を増加から減少に、または、減少から増加に折り返すためのデッドタイム開始イベントの発生を検出する。各イベントの詳細が下記の表1に示される。   As illustrated in FIG. 10, the event detection circuit 120 detects the occurrence of a dead time start event for turning back the change in the reactor current (IL) from increase to decrease or from decrease to increase. Details of each event are shown in Table 1 below.

イベント検出回路120は、基準正弦波(OSC)が正の期間において、リアクトル電流(IL)がOSCまで増加すること、すなわち、コンパレータ123の出力がLからHに遷移することをトリガとしてイベント1を検出する。イベント1が検出されると、駆動信号発生器130は、FET 102−3をOFFにするための駆動信号を発生し、FET 102−3へと出力する。リアクトル電流(IL)がOSCまで増加してからFET 102−3がOFFされるまで多少の遅延があるので、ILはOSCを超えてから折り返して減少することになる。FET 102−3がOFFされることでイベント1におけるデッドタイムが開始する。このデッドタイムの終了後、駆動信号発生器130は、FET 102−4をONにするための駆動信号を発生し、FET 102−4へと出力する。   The event detection circuit 120 triggers an event 1 triggered by the reactor current (IL) increasing to OSC during a period in which the reference sine wave (OSC) is positive, that is, when the output of the comparator 123 transitions from L to H. To detect. When event 1 is detected, the drive signal generator 130 generates a drive signal for turning off the FET 102-3 and outputs the drive signal to the FET 102-3. Since there is a slight delay from when the reactor current (IL) increases to the OSC until the FET 102-3 is turned off, the IL turns back and decreases after the OSC is exceeded. The dead time in the event 1 starts when the FET 102-3 is turned off. After the dead time ends, the drive signal generator 130 generates a drive signal for turning on the FET 102-4 and outputs the drive signal to the FET 102-4.

イベント検出回路120は、基準正弦波(OSC)が正の期間において、リアクトル電流(IL)が0まで減少すること、すなわち、コンパレータ124の出力がLからHに遷移することをトリガとしてイベント2を検出する。イベント2が検出されると、駆動信号発生器130は、FET 102−4をOFFにするための駆動信号を発生し、FET 102−4へと出力する。FET 102−4がOFFされることでイベント2におけるデッドタイムが開始する。イベント2において、リアクトル電流(IL)は、前述のように、少なくとも2回ゼロクロスする。このデッドタイムの終了後、駆動信号発生器130は、FET 102−3をONにするための駆動信号を発生し、FET 102−3へと出力する。   The event detection circuit 120 triggers an event 2 triggered by the fact that the reactor current (IL) decreases to 0 in a period in which the reference sine wave (OSC) is positive, that is, the output of the comparator 124 transitions from L to H. To detect. When event 2 is detected, the drive signal generator 130 generates a drive signal for turning off the FET 102-4 and outputs the drive signal to the FET 102-4. When the FET 102-4 is turned off, the dead time in the event 2 starts. In event 2, the reactor current (IL) zero-crosses at least twice as described above. After the end of the dead time, the drive signal generator 130 generates a drive signal for turning on the FET 102-3 and outputs the drive signal to the FET 102-3.

イベント検出回路120は、基準正弦波(OSC)が負の期間において、リアクトル電流(IL)がOSCまで減少すること、すなわち、コンパレータ123の出力がHからLに遷移することをトリガとしてイベント3を検出する。イベント3が検出されると、駆動信号発生器130は、FET 102−4をOFFにするための駆動信号を発生し、FET 102−4へと出力する。リアクトル電流(IL)がOSCまで減少してからFET 102−4がOFFされるまで多少の遅延があるので、ILはOSCを下回ってから折り返して増加することになる。FET 102−4がOFFされることでイベント3におけるデッドタイムが開始する。このデッドタイムの終了後、駆動信号発生器130は、FET 102−3をONにするための駆動信号を発生し、FET 102−3へと出力する。   The event detection circuit 120 triggers an event 3 triggered by a decrease in the reactor current (IL) to OSC, that is, when the output of the comparator 123 transitions from H to L during a period in which the reference sine wave (OSC) is negative. To detect. When event 3 is detected, the drive signal generator 130 generates a drive signal for turning off the FET 102-4 and outputs the drive signal to the FET 102-4. Since there is a slight delay from when the reactor current (IL) decreases to the OSC until the FET 102-4 is turned off, the IL falls below the OSC and then increases. When the FET 102-4 is turned off, the dead time in the event 3 starts. After the end of the dead time, the drive signal generator 130 generates a drive signal for turning on the FET 102-3 and outputs the drive signal to the FET 102-3.

イベント検出回路120は、基準正弦波(OSC)が負の期間において、リアクトル電流(IL)が0まで増加すること、すなわち、コンパレータ124の出力がHからLに遷移することをトリガとしてイベント4を検出する。イベント4が検出されると、駆動信号発生器130は、FET 102−3をOFFにするための駆動信号を発生し、FET 102−3へと出力する。FET 102−3がOFFされることでイベント4におけるデッドタイムが開始する。イベント4において、リアクトル電流(IL)は、前述のように、少なくとも2回ゼロクロスする。このデッドタイムの終了後、駆動信号発生器130は、FET 102−4をONにするための駆動信号を発生し、FET 102−4へと出力する。   The event detection circuit 120 triggers an event 4 triggered by the fact that the reactor current (IL) increases to 0 during the period in which the reference sine wave (OSC) is negative, that is, the output of the comparator 124 transitions from H to L. To detect. When event 4 is detected, the drive signal generator 130 generates a drive signal for turning off the FET 102-3 and outputs the drive signal to the FET 102-3. When the FET 102-3 is turned off, the dead time in the event 4 starts. At event 4, the reactor current (IL) zero crosses at least twice as described above. After the dead time ends, the drive signal generator 130 generates a drive signal for turning on the FET 102-4 and outputs the drive signal to the FET 102-4.

以上説明したように、第1の実施形態に係るDC/ACインバータは、トランジスタのスイッチング周期内にリアクトル電流が少なくとも2回ゼロクロスするように当該トランジスタを制御する。従って、このDC/ACインバータによれば、デッドタイム中にトランジスタのボディダイオードはONとならない。さらに、DC/ACインバータの出力端子からトランジスタのドレイン端子へとリアクトル電流が流れる。すなわち、トランジスタの出力容量を、このリアクトル電流によって充電(共振充電)することが可能である。故に、その後にデッドタイムを終了しても、トランジスタの出力容量の充電は不要となる(少なくとも、充電すべき電力は軽減される)うえにリカバリ電流は生じない。   As described above, the DC / AC inverter according to the first embodiment controls the transistor so that the reactor current zero-crosses at least twice within the switching period of the transistor. Therefore, according to this DC / AC inverter, the body diode of the transistor is not turned ON during the dead time. Further, a reactor current flows from the output terminal of the DC / AC inverter to the drain terminal of the transistor. In other words, the output capacity of the transistor can be charged (resonant charging) by this reactor current. Therefore, even if the dead time is ended after that, charging of the output capacitance of the transistor becomes unnecessary (at least power to be charged is reduced) and no recovery current is generated.

上述の実施形態は、本発明の概念の理解を助けるための具体例を示しているに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図されていない。実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な構成要素の付加、削除または転換をすることができる。   The above-described embodiments are merely specific examples for helping understanding of the concept of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. The embodiment can add, delete, or convert various components without departing from the gist of the present invention.

101,201・・・直流電圧源
102−1,102−2,102−3,102−4,202−1,202−2,202−3,202−4・・・トランジスタ
103・・・電流検出回路
104,204・・・リアクトル
105,205・・・キャパシタ
106,206・・・負荷
110・・・駆動制御回路
120・・・イベント検出回路
121・・・基準正弦波発生器
122・・・基準電圧源
123,124・・・コンパレータ
130・・・駆動信号発生器
101, 201: DC voltage source 102-1, 102-2, 102-3, 102-4, 202-1, 202-2, 202-3, 202-4 ... transistor 103 ... current detection Circuits 104, 204 ... Reactors 105, 205 ... Capacitors 106, 206 ... Load 110 ... Drive control circuit 120 ... Event detection circuit 121 ... Reference sine wave generator 122 ... Reference Voltage source 123, 124 ... Comparator 130 ... Drive signal generator

Claims (6)

第1の入力端子および第2の入力端子を介して直流電圧を入力し、当該直流電圧を変換することによって生成した交流電圧を第1の出力端子および第2の出力端子を介して出力するDC/ACインバータであって、
第1の端子、第2の端子および制御端子を備え、当該第1の端子が前記第1の入力端子に接続される第1のトランジスタと、
第1の端子、第2の端子および制御端子を備え、当該第1の端子が前記第1のトランジスタの第1の端子に接続され、当該第2の端子が前記第2の入力端子に接続される第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとの間の節点と前記第1の出力端子との間に挿入されるリアクトルと、
前記リアクトルから前記第1の出力端子に向かって流れるリアクトル電流を検出する電流検出回路と、
前記第1のトランジスタのスイッチング周期内に前記リアクトル電流が少なくとも2回ゼロクロスするように、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタをそれぞれ制御する駆動制御回路と
を具備する、DC/ACインバータ。
DC which inputs a DC voltage through the first input terminal and the second input terminal, and outputs an AC voltage generated by converting the DC voltage through the first output terminal and the second output terminal / AC inverter,
A first transistor comprising a first terminal, a second terminal and a control terminal, the first terminal being connected to the first input terminal;
A first terminal; a second terminal; and a control terminal, wherein the first terminal is connected to a first terminal of the first transistor, and the second terminal is connected to the second input terminal. A second transistor,
A reactor inserted between a node between the first transistor and the second transistor and the first output terminal;
A current detection circuit for detecting a reactor current flowing from the reactor toward the first output terminal;
A DC / AC inverter comprising: a drive control circuit that controls each of the first transistor and the second transistor so that the reactor current zero crosses at least twice within a switching period of the first transistor.
前記駆動制御回路は、前記第1のトランジスタがONからOFFへと遷移してから前記第2のトランジスタがONからOFFへと遷移するまでのデッドタイムに亘って前記リアクトル電流が零または負値に維持されるように、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタをそれぞれ制御する、請求項1に記載のDC/ACインバータ。   In the drive control circuit, the reactor current becomes zero or negative over a dead time from when the first transistor transitions from ON to OFF until the second transistor transitions from ON to OFF. The DC / AC inverter of claim 1, wherein each of the first transistor and the second transistor is controlled to be maintained. 前記駆動制御回路は、
前記リアクトル電流が零に到達することを検出するイベント検出回路と、
前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタを駆動する第1の駆動信号および第2の駆動信号をそれぞれ発生し、前記第1のトランジスタの制御端子および前記第2のトランジスタの制御端子へとそれぞれ供給する駆動信号発生器と
を備え、
前記駆動信号発生器は、前記第1のトランジスタがON状態であるときに前記リアクトル電流が零に到達することが検出されると、前記第1のトランジスタをONからOFFへと遷移させる第1の駆動信号を発生する、
請求項1または請求項2に記載のDC/ACインバータ。
The drive control circuit includes:
An event detection circuit for detecting that the reactor current reaches zero;
A first drive signal and a second drive signal for driving the first transistor and the second transistor are generated, respectively, to the control terminal of the first transistor and the control terminal of the second transistor, respectively. A drive signal generator for supplying,
When it is detected that the reactor current reaches zero when the first transistor is in the ON state, the drive signal generator causes the first transistor to transition from ON to OFF. Generate a drive signal,
The DC / AC inverter according to claim 1 or 2.
前記電流検出回路は、前記リアクトル電流を対応する電圧の形式で検出し、
前記イベント検出回路は、前記リアクトル電流に対応する電圧を所定の正の電流に対応する基準電圧と比較し、比較結果に基づいて前記リアクトル電流が零に到達することを検出する、
請求項3に記載のDC/ACインバータ。
The current detection circuit detects the reactor current in the form of a corresponding voltage;
The event detection circuit compares a voltage corresponding to the reactor current with a reference voltage corresponding to a predetermined positive current, and detects that the reactor current reaches zero based on a comparison result.
The DC / AC inverter according to claim 3.
前記基準電圧は、前記リアクトル電流が零に到達することを検出されてから前記第1のトランジスタがOFF状態に遷移するまでの遅延時間に亘る前記リアクトル電流の減少量に基づいて定められる、請求項4に記載のDC/ACインバータ。   The reference voltage is determined based on a decrease amount of the reactor current over a delay time from when it is detected that the reactor current reaches zero until the first transistor transitions to an OFF state. 4. The DC / AC inverter according to 4. 第1の端子、第2の端子および制御端子を備え、当該第1の端子が前記第1の入力端子に接続される第3のトランジスタと、
第1の端子、第2の端子および制御端子を備え、当該第1の端子が前記第3のトランジスタの第1の端子に接続され、当該第2の端子が前記第2の入力端子に接続される第4のトランジスタと
をさらに具備し、
前記駆動制御回路は、さらに、前記第3のトランジスタおよび前記第4のトランジスタをそれぞれ制御し、
前記第3のトランジスタおよび前記第4のトランジスタのスイッチング周波数は、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタのスイッチング周波数に比べて低い、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のDC/ACインバータ。
A third transistor comprising a first terminal, a second terminal and a control terminal, wherein the first terminal is connected to the first input terminal;
A first terminal; a second terminal; and a control terminal, wherein the first terminal is connected to the first terminal of the third transistor, and the second terminal is connected to the second input terminal. A fourth transistor, and
The drive control circuit further controls each of the third transistor and the fourth transistor,
The switching frequency of the third transistor and the fourth transistor is lower than the switching frequency of the first transistor and the second transistor,
The DC / AC inverter according to any one of claims 1 to 5.
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