JP2018148724A - DC voltage converter - Google Patents

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JP2018148724A JP2017042871A JP2017042871A JP2018148724A JP 2018148724 A JP2018148724 A JP 2018148724A JP 2017042871 A JP2017042871 A JP 2017042871A JP 2017042871 A JP2017042871 A JP 2017042871A JP 2018148724 A JP2018148724 A JP 2018148724A
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登 陳
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
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    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC voltage converter capable of maintaining a high conversion efficiency when adapting to a large-capacity load.SOLUTION: A DC voltage converter 10 comprises an auxiliary resonance circuit 20 which includes a first switch element SW1 connected to an inner power source line Ls, a low-pass filter 13, an auxiliary switch element SA serially connected, and an auxiliary reactor LA, and is connected to a first connection point N1 as a connection point of the first switch element SW1 and the low-pass filter 13. The DC voltage converter 10 further comprises: an auxiliary voltage apply part 12 that is electrically connected to the auxiliary resonance circuit 20 and a ground line Lg, and applies an auxiliary voltage VA of a constant voltage lower than a voltage value of an input voltage Vin to an auxiliary reactor LA through the auxiliary switch element SA; and a switch control part 11 that switches the first switch element SW1 with a zero voltage, and switches the auxiliary switch element SA with a zero-current.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書に開示される技術は、直流電圧変換装置に関し、詳しくは、補助共振回路を備えた直流電圧変換装置に関する。   The technology disclosed in the present specification relates to a DC voltage converter, and more particularly, to a DC voltage converter provided with an auxiliary resonance circuit.

従来、スイッチング素子をいわゆるソフトスイッチングさせることによって、スイッチングによるスイッチング損失と高周波ノイズとを抑制するために、直流電圧変換装置に補助共振回路を備える方法が幅広く行われている。このような補助共振回路を備えた直流電圧変換装置として、例えば、特許文献1に開示されたDC−DCコンバータ(直流電圧変換装置)が知られている。この文献のDC−DCコンバータでは、平滑リアクトルに流れる電流に基づいて、第2の主スイッチ(ローサイドスイッチ)と補助共振回路に含まれる補助スイッチとが同時にオンされる期間を最適化することによって、無駄な電力損失の発生を防止するものである。   2. Description of the Related Art Conventionally, in order to suppress switching loss and high frequency noise due to switching by so-called soft switching of a switching element, a method of providing an auxiliary resonant circuit in a DC voltage converter has been widely performed. As a DC voltage converter provided with such an auxiliary resonance circuit, for example, a DC-DC converter (DC voltage converter) disclosed in Patent Document 1 is known. In the DC-DC converter of this document, by optimizing the period in which the second main switch (low-side switch) and the auxiliary switch included in the auxiliary resonance circuit are simultaneously turned on based on the current flowing through the smoothing reactor, This prevents the generation of useless power loss.

特開2004−129393号公報JP 2004-129393 A

しかしながら、上記文献のDC−DCコンバータは、補助共振回路のエネルギー源、すなわち、電源は出力電圧Voutになっている。この出力電圧Voutは入力電圧Vinが変換されたものであるため、変換損失として補助共振回路での損失も上乗せされるこことなる。これは、コンバータの高効率化にとって有利であるとは言えなかった。また、このように出力電圧Voutを補助共振回路に印加する構成においては、入力電圧Vinを非常に低い出力電圧Voutに変換する場合、出力電圧Voutを補助共振回路に印加しても、文献1の図1のM点の電圧が入力電圧Vinに達せず、第1の主スイッチS1のソフトスイッチング(ゼロ電圧スイッチング)ができない虞があった。この場合、第1の主スイッチS1でのスイッチング損失が増加することとなる。   However, in the DC-DC converter of the above document, the energy source of the auxiliary resonance circuit, that is, the power source is the output voltage Vout. Since the output voltage Vout is obtained by converting the input voltage Vin, the loss in the auxiliary resonance circuit is also added as a conversion loss. This was not advantageous for improving the efficiency of the converter. Further, in the configuration in which the output voltage Vout is applied to the auxiliary resonance circuit in this way, when the input voltage Vin is converted to the very low output voltage Vout, even if the output voltage Vout is applied to the auxiliary resonance circuit, The voltage at point M in FIG. 1 does not reach the input voltage Vin, and there is a possibility that soft switching (zero voltage switching) of the first main switch S1 cannot be performed. In this case, the switching loss in the first main switch S1 increases.

また、近年、直流電圧変換装置が、電気自動車等、大電流が必要とされるパワー回路として使用される場合、言い換えれば大容量負荷に使用される場合、微小な変換効率の低下が大きな変換損失となってしまう。そのため、大容量負荷に適用される際であっても高効率の変換効率を維持できる直流電圧変換装置が所望されていた。   Also, in recent years, when a DC voltage converter is used as a power circuit that requires a large current, such as an electric vehicle, in other words, when used for a large capacity load, a small reduction in conversion efficiency causes a large conversion loss. End up. Therefore, a DC voltage converter that can maintain high conversion efficiency even when applied to a large-capacity load has been desired.

本明細書に開示される技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、大容量負荷に適用される際に、高効率の変換効率を維持できる直流電圧変換装置を提供する。   The technology disclosed in the present specification has been completed based on the above-described circumstances, and provides a DC voltage converter capable of maintaining high conversion efficiency when applied to a large-capacity load. To do.

本明細書に開示される直流電圧変換装置は、主電源から印加される直流の入力電圧を所定の電圧値を有する出力電圧に変換する直流電圧変換装置であって、前記主電源に接続される内部電源線と、前記内部電源線に接続された第1スイッチ素子と、一端が第1スイッチ素子の一端と接続されるローパスフィルタと、直列接続された補助スイッチ素子と補助リアクトルとを含み、前記補助リアクトルの一端が前記第1スイッチ素子と前記ローパスフィルタとの接続点である第1接続点に接続された補助共振回路と、前記補助共振回路とグランド線とに電気的に接続され、前記入力電圧の電圧値より低い一定電圧の補助電圧を、前記補助スイッチ素子を介して前記補助リアクトルに印加する補助電圧印加部と、前記第1接続点と前記グランド線との間に接続された還流部と、前記第1スイッチ素子をゼロ電圧スイッチングし、前記補助スイッチ素子をゼロ電流スイッチングするスイッチ制御部と、を備える。
本構成によれば、補助共振回路へ電力を供給する補助電圧印加部が設けられている。そのため、補助共振回路に起因する損失、例えば、補助スイッチ素子によるスイッチング損失は、入力電圧を出力電圧に変換する際の第1スイッチ素子のスイッチング損失に上乗せされない。また、第1スイッチ素子はゼロ電圧スイッチングされ、補助スイッチ素子はゼロ電流スイッチングされる。そのため、本構成の直流電圧変換装置によれば、大容量負荷に適用される際であっても、高効率の変換効率を維持できる。
A DC voltage converter disclosed in the present specification is a DC voltage converter that converts a DC input voltage applied from a main power source into an output voltage having a predetermined voltage value, and is connected to the main power source. An internal power line, a first switch element connected to the internal power line, a low-pass filter having one end connected to one end of the first switch element, an auxiliary switch element and an auxiliary reactor connected in series, One end of the auxiliary reactor is electrically connected to an auxiliary resonance circuit connected to a first connection point that is a connection point between the first switch element and the low-pass filter, and to the auxiliary resonance circuit and a ground line, and the input An auxiliary voltage applying unit that applies an auxiliary voltage having a constant voltage lower than a voltage value to the auxiliary reactor via the auxiliary switch element; the first connection point; and the ground line. Comprising a reflux portion connected between the first switching element and zero-voltage switching, and a switch control unit which zero current switching the auxiliary switching element.
According to this configuration, the auxiliary voltage application unit that supplies power to the auxiliary resonance circuit is provided. Therefore, a loss caused by the auxiliary resonance circuit, for example, a switching loss caused by the auxiliary switch element is not added to the switching loss of the first switch element when the input voltage is converted into the output voltage. The first switch element is zero-voltage switched and the auxiliary switch element is zero-current switched. Therefore, according to the direct-current voltage converter of this configuration, high conversion efficiency can be maintained even when applied to a large-capacity load.

上記直流電圧変換装置において、前記還流部は、前記スイッチ制御部によってゼロ電圧スイッチングされる第2スイッチ素子によって構成されるようにしてもよい。
本構成によれば、第2スイッチ素子のオンオフ制御によって還流期間の設定を適宜行えるとともに、ゼロ電圧スイッチングによって、第2スイッチ素子のスイッチング損失を抑制できる。
In the DC voltage converter, the reflux unit may be configured by a second switch element that is zero-voltage switched by the switch control unit.
According to this configuration, the return period can be appropriately set by on / off control of the second switch element, and the switching loss of the second switch element can be suppressed by zero voltage switching.

また、上記直流電圧変換装置において、前記第1スイッチ素子に並列に接続された第1並列容量と、前記還流部に並列に接続された第2並列容量とをさらに備えるようにしてもよい。
本構成によれば、第1スイッチ素子がオフされた際、いわゆるデッドタイムにおける、第1接続点の電位変化の速度を調整することができる。
The DC voltage converter may further include a first parallel capacitor connected in parallel to the first switch element and a second parallel capacitor connected in parallel to the reflux unit.
According to this configuration, when the first switch element is turned off, the speed of the potential change at the first connection point in the so-called dead time can be adjusted.

また、上記直流電圧変換装置において、前記補助リアクトルと前記補助スイッチ素子との接続点である第2接続点と前記グランド線との間に接続された第1ダイオードをさらに備えるようにしてもよい。
本構成によれば、第1ダイオードによって、補助スイッチ素子がオフの期間における第2接続点の電位を安定化できる。すなわち、補助スイッチ素子がオフで第2スイッチ素子がオンの期間においては、補助スイッチ素子としてMOSFETが使用される場合、補助スイッチ素子の寄生容量を介して、第2接続点の電位が変動することが考えられる。その際、第1ダイオードによって第2接続点の電位の変動が抑制される。
The DC voltage converter may further include a first diode connected between a second connection point that is a connection point between the auxiliary reactor and the auxiliary switch element, and the ground line.
According to this configuration, the first diode can stabilize the potential at the second connection point during the off-period of the auxiliary switch element. That is, when the auxiliary switch element is off and the second switch element is on, when the MOSFET is used as the auxiliary switch element, the potential at the second connection point varies via the parasitic capacitance of the auxiliary switch element. Can be considered. In that case, the fluctuation | variation of the electric potential of a 2nd connection point is suppressed by the 1st diode.

また、上記直流電圧変換装置において、前記補助スイッチ素子は、前記スイッチ制御部によって同時に制御される、直列に接続された二個の補助スイッチ素子によって構成されるようにしてもよい。
本構成によれば、補助スイッチ素子を直列に接続された二個の補助スイッチ素子によって構成することによって、補助スイッチ素子としてのオン抵抗が増加する。それによって、補助スイッチ素子のオン時に流れるオン電流が低減されることによって、補助スイッチ素子のオン抵抗損失が、補助スイッチ素子が一個の場合と比べて低減される。なお、損失(電力)は電流の二乗に比例するため、この場合、オン抵抗の増加に伴うオン抵抗損失の増加量よりも、オン電流の低減によるオン抵抗損失の低下量の方が大きくなる。そのため、オン抵抗損失が低減される。
In the DC voltage converter, the auxiliary switch element may be configured by two auxiliary switch elements connected in series that are simultaneously controlled by the switch control unit.
According to this configuration, by configuring the auxiliary switch element with two auxiliary switch elements connected in series, the on-resistance as the auxiliary switch element increases. Accordingly, the on-state current flowing when the auxiliary switch element is turned on is reduced, so that the on-resistance loss of the auxiliary switch element is reduced as compared with the case where there is only one auxiliary switch element. Since the loss (power) is proportional to the square of the current, in this case, the amount of decrease in the on-resistance loss due to the decrease in the on-current is greater than the amount of increase in the on-resistance loss that accompanies the increase in on-resistance. Therefore, on-resistance loss is reduced.

また、上記直流電圧変換装置において、前記二個の補助スイッチ素子の中間接続点である第3接続点と前記電源線との間に接続された第2ダイオードをさらに備えるようにしてもよい。
本構成によれば、第2ダイオードによって、補助電圧印加部に近い一方の補助スイッチ素子がオフの期間における第3接続点の電位を安定化できる。すなわち、一方の補助スイッチ素子がオフで、他方の補助スイッチ素子および第2スイッチ素子がオンの期間においては、一方の補助スイッチ素子としてMOSFETが使用される場合、一方の補助スイッチ素子の寄生容量を介して、第3接続点の電位が変動することが考えられる。その際、第2ダイオードによって第3接続点の電位の変動が抑制される。
The DC voltage converter may further include a second diode connected between a third connection point that is an intermediate connection point of the two auxiliary switch elements and the power supply line.
According to this configuration, the second diode can stabilize the potential at the third connection point in a period in which one auxiliary switch element close to the auxiliary voltage application unit is off. That is, when one auxiliary switch element is off and the other auxiliary switch element and the second switch element are on, when a MOSFET is used as one auxiliary switch element, the parasitic capacitance of one auxiliary switch element is reduced. Therefore, it is conceivable that the potential at the third connection point varies. In that case, the fluctuation | variation of the electric potential of a 3rd connection point is suppressed by the 2nd diode.

また、上記直流電圧変換装置において、前記主電源は複数のセルからなるバッテリから構成され、前記補助電圧印加部は、前記バッテリの中間電位部に接続される外部接続端子と、前記外部接続端子と前記補助スイッチ素子とを接続する電圧印加線とによって構成されるようにしてもよい。
本構成によれば、装置内部にバッテリ等の補助電源を設けなくても補助電圧印加部を簡易な構成で形成できる。
Further, in the DC voltage converter, the main power source is composed of a battery composed of a plurality of cells, and the auxiliary voltage application unit includes an external connection terminal connected to an intermediate potential part of the battery, and the external connection terminal You may make it comprise with the voltage application line which connects the said auxiliary | assistant switch element.
According to this configuration, the auxiliary voltage application unit can be formed with a simple configuration without providing an auxiliary power source such as a battery in the apparatus.

また、上記直流電圧変換装置において、前記補助電圧は、前記入力電圧の半分以上の電圧値を有するようにしてもよい。
本構成によれば、補助電圧の電圧値を入力電圧以下で入力電圧の半分以上とすることによって、確実に各スイッチ素子をソフトスイッチングすることができる。
In the DC voltage converter, the auxiliary voltage may have a voltage value that is half or more of the input voltage.
According to this configuration, each switch element can be soft-switched reliably by setting the voltage value of the auxiliary voltage to be equal to or lower than the input voltage and equal to or higher than half the input voltage.

本明細書に開示される直流電圧変換装置によれば、大容量負荷に適用される際に、高効率の変換効率を維持できる。   According to the DC voltage conversion device disclosed in the present specification, high conversion efficiency can be maintained when applied to a large capacity load.

実施形態1の直流電圧変換装置を示す概略的な回路図1 is a schematic circuit diagram illustrating a DC voltage converter according to a first embodiment. 直流電圧変換装置の動作を示す概略的なタイムチャートSchematic time chart showing the operation of the DC voltage converter 直流電圧変換装置の電流の流れを示す概略的な部分回路図Schematic partial circuit diagram showing the current flow of the DC voltage converter 直流電圧変換装置の電流の流れを示す概略的な部分回路図Schematic partial circuit diagram showing the current flow of the DC voltage converter 直流電圧変換装置の電流の流れを示す概略的な部分回路図Schematic partial circuit diagram showing the current flow of the DC voltage converter 直流電圧変換装置の電流の流れを示す概略的な部分回路図Schematic partial circuit diagram showing the current flow of the DC voltage converter 直流電圧変換装置の電流の流れを示す概略的な部分回路図Schematic partial circuit diagram showing the current flow of the DC voltage converter 直流電圧変換装置の電流の流れを示す概略的な部分回路図Schematic partial circuit diagram showing the current flow of the DC voltage converter 直流電圧変換装置の電流の流れを示す概略的な部分回路図Schematic partial circuit diagram showing the current flow of the DC voltage converter 実施形態2に係る補助電圧印加部を示す部分回路図The partial circuit diagram which shows the auxiliary voltage application part which concerns on Embodiment 2. 直流電圧変換装置を昇圧コンバータに適用した際の動作を示す概略的なタイムチャートSchematic time chart showing the operation when the DC voltage converter is applied to the boost converter

<実施形態1>
実施形態1に直流電圧変換装置10を、図1から図9を参照しつつ説明する。
1.直流電圧変換装置の構成
直流電圧変換装置10は、本実施形態では、いわゆるチョッパ型の降圧DC−DCコンバータであり、主電源40であるバッッテリーから印加される直流の入力電圧Vinを降圧して、所定の電圧値を有する直流の出力電圧Voutに変換する。入力電圧Vinは、例えば、48Vであり、出力電圧Voutは、例えば、24Vである。
<Embodiment 1>
A DC voltage converter 10 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
1. Configuration of DC Voltage Converter In this embodiment, the DC voltage converter 10 is a so-called chopper type step-down DC-DC converter, which steps down a DC input voltage Vin applied from a battery as a main power supply 40, and It is converted into a DC output voltage Vout having a predetermined voltage value. The input voltage Vin is 48V, for example, and the output voltage Vout is 24V, for example.

直流電圧変換装置10は、本実施形態、例えば、ガソリンエンジンと走行用モータとが搭載されたHV車用に配置され、走行用モータ等の大容量負荷50に電力を供給するパワー回路に適用される。なお、直流電圧変換装置10の適用は、HV車に限られず、また車両にも限られない。また、直流電圧変換装置10が適用される負荷は、必ずしも大容量負荷に限られない。さらには、降圧DC−DCコンバータにも限られず、後述するように昇圧DC−DCコンバータにも適用できる。   The DC voltage converter 10 is applied to the present embodiment, for example, an HV vehicle on which a gasoline engine and a travel motor are mounted, and is applied to a power circuit that supplies power to a large-capacity load 50 such as a travel motor. The Note that the application of the DC voltage converter 10 is not limited to HV vehicles, and is not limited to vehicles. Further, the load to which the DC voltage converter 10 is applied is not necessarily limited to a large capacity load. Furthermore, the present invention is not limited to a step-down DC-DC converter, and can be applied to a step-up DC-DC converter as described later.

直流電圧変換装置10は、図1に示されるように、内部電源線Ls、第1スイッチ素子SW1、第1並列容量C1、スイッチ制御部11、補助電圧印加部12、ローパスフィルタ13、還流部14、および補助共振回路20を含む。   As shown in FIG. 1, the DC voltage converter 10 includes an internal power line Ls, a first switch element SW1, a first parallel capacitor C1, a switch control unit 11, an auxiliary voltage application unit 12, a low-pass filter 13, and a reflux unit 14. , And an auxiliary resonant circuit 20.

内部電源線Lsは、バッッテリーBaに接続され、バッッテリーBaからの電力を直流電圧変換装置10の各部に供給する。   The internal power supply line Ls is connected to the battery Ba and supplies power from the battery Ba to each part of the DC voltage converter 10.

第1スイッチ素子SW1は、本実施形態ではボディダイオードD1を含むNチャネルMOSFETによって構成されている。第1スイッチ素子SW1のドレインが内部電源線Lsに接続されている。   In the present embodiment, the first switch element SW1 is configured by an N-channel MOSFET including a body diode D1. The drain of the first switch element SW1 is connected to the internal power supply line Ls.

第1並列容量C1は、第1スイッチ素子SW1に並列に接続されている。なお、第1並列容量C1は個別の素子に限られず、第1スイッチ素子SW1の寄生容量であってもよい。   The first parallel capacitor C1 is connected in parallel to the first switch element SW1. The first parallel capacitor C1 is not limited to an individual element, and may be a parasitic capacitor of the first switch element SW1.

ローパスフィルタ13は周知のものであり、図1に示されるように、例えば、平滑リアクトルLoおよび平滑コンデンサCoによって構成される。ローパスフィルタ13の入力端13a(ローパスフィルタの一端に相当)は第1スイッチ素子SW1のソース端子S(第1スイッチ素子の一端に相当)と接続され、その出力端13bは直流電圧変換装置10の出力端に接続される。ローパスフィルタ13は、第1接続点N1の電位Vn1、すなわち第1接続点電圧Vn1を入力し、第1接続点電圧Vn1が平滑された出力電圧Voutを出力する。   The low-pass filter 13 is a well-known filter, and includes, for example, a smoothing reactor Lo and a smoothing capacitor Co as shown in FIG. An input terminal 13a (corresponding to one end of the low-pass filter) of the low-pass filter 13 is connected to a source terminal S (corresponding to one end of the first switch element) of the first switch element SW1, and an output terminal 13b of the DC voltage converter 10 is connected. Connected to the output terminal. The low-pass filter 13 receives the potential Vn1 of the first connection point N1, that is, the first connection point voltage Vn1, and outputs the output voltage Vout obtained by smoothing the first connection point voltage Vn1.

還流部14は第1接続点N1とグランド線Lgとの間に接続され、周知のものである。本実施形態では、還流部14は、図1に示されるように、第2スイッチ素子SW2によって構成される。第2スイッチ素子SW2は、ボディダイオードD2をNチャネルMOSFETによって構成され、スイッチ制御部11によってゼロ電圧スイッチングされる。   The reflux unit 14 is connected between the first connection point N1 and the ground line Lg, and is well known. In the present embodiment, the reflux unit 14 is configured by the second switch element SW2 as shown in FIG. In the second switch element SW2, the body diode D2 is configured by an N-channel MOSFET, and zero voltage switching is performed by the switch control unit 11.

第2並列容量C2は、第2スイッチ素子SW2に並列に接続される。第2並列容量C2によって、第1スイッチ素子SW1および第2スイッチ素子SW2がオフ状態、いわゆるデッドタイムにおける、第1接続点電位Vn1の変化速度を調整することができる。なお、第2並列容量C2は、第1並列容量C1と同様に、個別の素子に限られず、第2スイッチ素子SW2の寄生容量であってもよい。   The second parallel capacitor C2 is connected in parallel to the second switch element SW2. The second parallel capacitor C2 can adjust the changing speed of the first connection point potential Vn1 when the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are in the off state, that is, the so-called dead time. Note that the second parallel capacitor C2 is not limited to an individual element, like the first parallel capacitor C1, and may be a parasitic capacitor of the second switch element SW2.

このように、還流部14が第2スイッチ素子SW2によって構成されることによって、第2スイッチ素子SW2のオンオフ制御によって還流期間の設定を適宜行えるとともに、ゼロ電圧スイッチングによって、第2スイッチ素子SW2のスイッチング損失を抑制できる。なお、還流部14の構成はこれに限られず、例えば、一個の還流ダイオードによって構成されてもよい。   As described above, since the reflux unit 14 is configured by the second switch element SW2, the setting of the reflux period can be appropriately performed by the on / off control of the second switch element SW2, and the switching of the second switch element SW2 by the zero voltage switching. Loss can be suppressed. The configuration of the reflux unit 14 is not limited to this, and may be configured by, for example, one reflux diode.

補助共振回路20は、直列接続された、補助スイッチ素子ASと補助リアクトルLA、第1安定化ダイオード(第1ダイオード)D21、および第2安定化ダイオード(第2ダイオード)D22を含む。補助共振回路20は、第1スイッチ素子SW1とローパスフィルタ13との接続点である第1接続点N1に接続されている。詳細には、補助共振回路20の補助リアクトルLAの一端La1が第1接続点N1に接続されている。一方、補助リアクトルLAの他端La2は、補助スイッチ素子AS22のドレインDに接続されている。なお、ここで補助リアクトルLAのリアクタンスは、平滑リアクトルLoに比べて、十分小さくなるように設定されている。   The auxiliary resonance circuit 20 includes an auxiliary switch element AS and an auxiliary reactor LA, a first stabilization diode (first diode) D21, and a second stabilization diode (second diode) D22 connected in series. The auxiliary resonance circuit 20 is connected to a first connection point N1 that is a connection point between the first switch element SW1 and the low-pass filter 13. Specifically, one end La1 of the auxiliary reactor LA of the auxiliary resonance circuit 20 is connected to the first connection point N1. On the other hand, the other end La2 of the auxiliary reactor LA is connected to the drain D of the auxiliary switch element AS22. Here, the reactance of the auxiliary reactor LA is set to be sufficiently smaller than the smoothing reactor Lo.

詳細には、図1に示されるように、補助スイッチ素子ASは、スイッチ制御部11によって同時に制御される、直列に接続された二個の補助スイッチ素子SA(第1補助スイッチ素子SA21および第2補助スイッチ素子SA22)によって構成される。各補助スイッチ素子SA21、SA22は、本実施形態においてはNチャネルMOSFETによって構成されている。なお、以下において二個の補助スイッチ素子(SA21、SA22)を特に区別する必要がない場合、「補助スイッチ素子SA」と記す。   Specifically, as shown in FIG. 1, the auxiliary switch element AS is controlled by the switch control unit 11 at the same time, and is connected in series to two auxiliary switch elements SA (the first auxiliary switch element SA21 and the second auxiliary switch element SA21). It is constituted by an auxiliary switch element SA22). Each auxiliary switch element SA21, SA22 is configured by an N-channel MOSFET in this embodiment. In the following description, the two auxiliary switch elements (SA21, SA22) are referred to as “auxiliary switch elements SA” when it is not necessary to distinguish between them.

第1安定化ダイオードD21は、補助リアクトルLAと第2補助スイッチ素子SA22との接続点である第2接続点N2とグランド線Lgとの間に接続されている。詳細には、第1安定化ダイオードD21のカソードが第2接続点N2に接続され、第1安定化ダイオードD21のアノードがグランド線Lgに接続されている。   The first stabilization diode D21 is connected between the second connection point N2, which is a connection point between the auxiliary reactor LA and the second auxiliary switch element SA22, and the ground line Lg. Specifically, the cathode of the first stabilization diode D21 is connected to the second connection point N2, and the anode of the first stabilization diode D21 is connected to the ground line Lg.

また、第2安定化ダイオードD22は、二個の補助スイッチ素子SA21、SA22の中間接続点である第3接続点N3と内部電源線Lsとの間に接続されている。詳細には、第2安定化ダイオードD22のカソードが内部電源線Lsに接続され、第2安定化ダイオードD22のアノードが第3接続点N3に接続されている。第1安定化ダイオードD21および第2安定化ダイオードD22は、補助スイッチ素子SAのオフ時に、補助スイッチ素子SAのドレイン−ソース間の電圧Vsaを安定化させる。   The second stabilization diode D22 is connected between the third connection point N3, which is an intermediate connection point between the two auxiliary switch elements SA21 and SA22, and the internal power supply line Ls. Specifically, the cathode of the second stabilization diode D22 is connected to the internal power supply line Ls, and the anode of the second stabilization diode D22 is connected to the third connection point N3. The first stabilization diode D21 and the second stabilization diode D22 stabilize the voltage Vsa between the drain and the source of the auxiliary switch element SA when the auxiliary switch element SA is turned off.

補助電圧印加部12は、補助共振回路20とグランド線Lgとに電気的に接続され、入力電圧Vinの電圧値より低い一定電圧の補助電圧VAを、補助スイッチ素子SAを介して補助リアクトルLAに印加する。実施形態1では、補助電圧印加部は、補助電圧VAを出力するバッテリ12によって構成される。その際、バッテリ12の正極側出力は、補助共振回路20の第1補助スイッチ素子AS21のドレイン端子に接続され、バッテリ12の負極側出力は、グランド線Lgに接続される。   The auxiliary voltage application unit 12 is electrically connected to the auxiliary resonance circuit 20 and the ground line Lg, and supplies the auxiliary voltage VA having a constant voltage lower than the voltage value of the input voltage Vin to the auxiliary reactor LA via the auxiliary switch element SA. Apply. In the first embodiment, the auxiliary voltage application unit is configured by the battery 12 that outputs the auxiliary voltage VA. At that time, the positive output of the battery 12 is connected to the drain terminal of the first auxiliary switch element AS21 of the auxiliary resonance circuit 20, and the negative output of the battery 12 is connected to the ground line Lg.

ここで、補助電圧VAは、入力電圧Vinの半分以上で入力電圧Vin未満とされる。このように、補助電圧VAを設定することによって、確実に各スイッチ素子をソフトスイッチングすることができる。実施形態1では、補助電圧VAは、例えば、およそ30Vとされる。   Here, the auxiliary voltage VA is not less than half of the input voltage Vin and less than the input voltage Vin. Thus, by setting the auxiliary voltage VA, each switch element can be surely soft-switched. In the first embodiment, the auxiliary voltage VA is about 30 V, for example.

スイッチ制御部11は、各スイッチ素子(SW1、SW2、SA)に接続され、各スイッチ素子のオンオフのスイッチングを制御するゲート制御信号(G1、G2、GA)を生成する。詳細には、スイッチ制御部11は、ゲート制御信号(G1、G2)によって、第1、第2スイッチ素子(SW1、SW2)を、いわゆるゼロ電圧スイッチング(ZVS)によってスイッチングする。また、スイッチ制御部11は、ゲート制御信号GAによって、補助スイッチ素子SAを、いわゆるゼロ電流スイッチング(ZCS)によってスイッチングする。なお、各スイッチ素子(SW1、SW2、SA)は、NチャネルMOSFETに限られない。例えば、IGBT等であってもよい。   The switch control unit 11 is connected to each switch element (SW1, SW2, SA), and generates a gate control signal (G1, G2, GA) for controlling on / off switching of each switch element. Specifically, the switch control unit 11 switches the first and second switch elements (SW1, SW2) by so-called zero voltage switching (ZVS) according to the gate control signals (G1, G2). The switch control unit 11 switches the auxiliary switch element SA by so-called zero current switching (ZCS) by the gate control signal GA. Each switch element (SW1, SW2, SA) is not limited to an N-channel MOSFET. For example, an IGBT or the like may be used.

2.直流電圧変換装置の動作
次に、図2から図9を参照しつつ直流電圧変換装置10の動作を説明する。
図2に示されるように、第1スイッチ素子SW1がオフ状態で、第2スイッチ素子SW2はオン状態である還流状態、言い換えれば、同期整流状態の時刻t0において、補助スイッチ素子SAがゲート制御信号GAによってオンされると、すなわち、ゼロ電流スイッチング(ZCS)されると、補助共振回路20による共振動作が開始される。
2. Operation of DC Voltage Converter Next, the operation of the DC voltage converter 10 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, at time t0 in the return state where the first switch element SW1 is in the OFF state and the second switch element SW2 is in the ON state, in other words, at the time t0 in the synchronous rectification state, the auxiliary switch element SA is When turned on by the GA, that is, when zero current switching (ZCS) is performed, the resonance operation by the auxiliary resonance circuit 20 is started.

すると、時刻t0から時刻t1までの期間である第1期間K1において、図3に示されように電流が流れる。すなわち、補助スイッチ素子SAおよび補助リアクトルLAに流れる電流である共振電流Irsが増加し、それに伴って第2スイッチ素子SW2に流れる電流である第2電流Isw2が減少する。共振電流Irsの増加速度は補助リアクトルLAのリアクタンスの大きさに依存する。第1期間K1において、平滑リアクトルLoを流れる電流である出力電流Ioは一定である。なお、第1期間K1に限られず、出力電流Ioは、ほぼ一定とする。   Then, in the first period K1, which is a period from time t0 to time t1, a current flows as shown in FIG. That is, the resonance current Irs that is a current flowing through the auxiliary switch element SA and the auxiliary reactor LA is increased, and accordingly, the second current Isw2 that is a current flowing through the second switch element SW2 is decreased. The increasing speed of the resonance current Irs depends on the reactance magnitude of the auxiliary reactor LA. In the first period K1, an output current Io that is a current flowing through the smoothing reactor Lo is constant. Note that the output current Io is substantially constant without being limited to the first period K1.

第1期間K1内において、第2スイッチ素子SW2がオフされる。第2スイッチ素子SW2のオフに伴って、時刻t1において第2電流Isw2がさらに減少しゼロとなる。   Within the first period K1, the second switch element SW2 is turned off. As the second switch element SW2 is turned off, the second current Isw2 further decreases and becomes zero at time t1.

図4には、時刻t1から第1接続点電圧Vn1が入力電圧Vinより大きくなる時刻t2までの期間(第2期間K2)における電流の流れが、示される。第2期間K2において、第1、第2スイッチ素子(SW1、SW2)がオフ状態(いわゆる、デッドタイム)であるため、共振電流Irsは、主に、第1並列容量C1および第2並列容量C2を介して流れる(図4の電流Ic1、Ic2参照)。このとき、第1並列容量C1は放電し、一方、第2並列容量C2は充電される。そのため、第1接続点電圧Vn1が上昇する。なお、ここで、第1接続点電圧Vn1と、第2スイッチ素子SW2のドレイン−ソース間電圧である第2電圧Vsw2とは等しい。そのため、図2に示されるように、第2期間K2において第2電圧Vsw2は上昇する。   FIG. 4 shows a current flow in a period (second period K2) from time t1 to time t2 when the first connection point voltage Vn1 becomes larger than the input voltage Vin. In the second period K2, since the first and second switch elements (SW1, SW2) are in the off state (so-called dead time), the resonance current Irs mainly includes the first parallel capacitor C1 and the second parallel capacitor C2. (See currents Ic1 and Ic2 in FIG. 4). At this time, the first parallel capacitor C1 is discharged, while the second parallel capacitor C2 is charged. Therefore, the first connection point voltage Vn1 increases. Here, the first connection point voltage Vn1 is equal to the second voltage Vsw2 that is the drain-source voltage of the second switch element SW2. Therefore, as shown in FIG. 2, the second voltage Vsw2 increases in the second period K2.

そして、時刻t2において、第1接続点電圧Vn1(第2電圧Vsw2)が入力電圧Vinより大きくなると、第1スイッチ素子SW1のボディダイオードD1が導通して、第1スイッチ素子SW1のドレイン−ソース間電圧である第1電圧Vsw1がゼロとなる。図5に、ボディダイオードD1の導通期間である時刻t2から時刻t3(第3期間K3)の状態が示される。このとき、ボディダイオードD1を介して逆方向の第1電流Isw1が流れる。   At time t2, when the first connection point voltage Vn1 (second voltage Vsw2) becomes higher than the input voltage Vin, the body diode D1 of the first switch element SW1 becomes conductive, and the drain-source between the first switch element SW1. The first voltage Vsw1, which is a voltage, becomes zero. FIG. 5 shows a state from time t2 to time t3 (third period K3), which is a conduction period of the body diode D1. At this time, the first current Isw1 in the reverse direction flows through the body diode D1.

そして、ボディダイオードD1の導通中に、第1スイッチ素子SW1がオンされる(時刻t3)。すなわち、第1スイッチ素子SW1がゼロ電圧スイッチング(ZVS)される。このとき、補助リアクトルLAには逆方向の電圧(入力電圧Vin−補助電圧VA)が印加される。すると、図2に示されるように、時刻t3以降において、第1スイッチ素子SW1に流れる電流である第1電流Isw1が増加するとともに、共振電流Irsが減少する。そして第1電流Isw1の値が出力電流Ioに達した後において、共振電流Irsがゼロとなる(時刻t4)。図6には、時刻t3から時刻t4までの期間(第4期間K4)における電流の流れが示される。第4期間K4においては、最初、ボディダイオードD1を介して逆方向の第1電流Isw1が流れるが、共振電流Irsが減少して出力電流Ioより小さくなった時点で、順方向の第1電流Isw1が流れ始める。   Then, the first switch element SW1 is turned on while the body diode D1 is conducting (time t3). That is, the first switch element SW1 is zero voltage switched (ZVS). At this time, a reverse voltage (input voltage Vin−auxiliary voltage VA) is applied to the auxiliary reactor LA. Then, as shown in FIG. 2, after time t3, the first current Isw1, which is the current flowing through the first switch element SW1, increases, and the resonance current Irs decreases. Then, after the value of the first current Isw1 reaches the output current Io, the resonance current Irs becomes zero (time t4). FIG. 6 shows a current flow in a period (fourth period K4) from time t3 to time t4. In the fourth period K4, the first current Isw1 in the reverse direction first flows through the body diode D1, but when the resonance current Irs decreases and becomes smaller than the output current Io, the first current Isw1 in the forward direction. Begins to flow.

そして、共振電流Irsがゼロとなる時刻t4の直後において、補助スイッチ素子SAがオフ、すなわち、ゼロ電流スイッチング(ZCS)される。次いで、時刻t4からの所定時間経過後の時刻t5において、第1スイッチ素子SW1がオフ、すなわち、ゼロ電圧スイッチングされる。図7には、時刻t4から時刻t5までの期間(第5期間K5)における電流の流れが示される。第5期間K5においては、第2スイッチ素子SW2はオフ状態であり、補助共振回路20は動作していないため、通常の変換動作が行われる。   Immediately after time t4 when the resonance current Irs becomes zero, the auxiliary switch element SA is turned off, that is, zero current switching (ZCS) is performed. Next, at a time t5 after the elapse of a predetermined time from the time t4, the first switch element SW1 is turned off, that is, zero voltage switching is performed. FIG. 7 shows a current flow in a period (fifth period K5) from time t4 to time t5. In the fifth period K5, the second switch element SW2 is in the off state, and the auxiliary resonance circuit 20 is not operating, so that a normal conversion operation is performed.

時刻t5において第1スイッチ素子SW1がオフされた直後において、第1電流Isw1が、第1並列容量C1および第2並列容量C2に転流される(図8の電流Ic1、Ic2参照)。このとき、第1接続点電圧Vn1(第2電圧Vsw2)が急激に降下する。そして、第1接続点電位Vn1がゼロVより低くなる時刻t6以降において、ボディダイオードD2および第1安定化ダイオードD21が導通する(図9の電流Id21参照)。第1安定化ダイオードD21が導通することによって補助リアクトルLAの一端(第2接続点N2)の電位がゼロV付近に維持され、第2接続点N2の電位の振動が抑制される。   Immediately after the first switch element SW1 is turned off at time t5, the first current Isw1 is commutated to the first parallel capacitor C1 and the second parallel capacitor C2 (see currents Ic1 and Ic2 in FIG. 8). At this time, the first connection point voltage Vn1 (second voltage Vsw2) drops rapidly. Then, after time t6 when the first connection point potential Vn1 becomes lower than zero V, the body diode D2 and the first stabilization diode D21 become conductive (see current Id21 in FIG. 9). When the first stabilization diode D21 is turned on, the potential at one end (second connection point N2) of the auxiliary reactor LA is maintained near zero V, and the oscillation of the potential at the second connection point N2 is suppressed.

そして、ボディダイオードD2が導通する時刻t6以降の時刻t7において、第2スイッチ素子SW2がオンされて、すなわち、ゼロ電圧スイッチングされて、いわゆる同期整流が開始される。ここで、時刻t5から時刻t7までの期間は、いわゆるデッドタイムである。図8には、デッドタイムの前半である時刻t5から時刻t6までの期間(第6期間K6)における電流の流れが示され、図9には、デッドタイムの後半である時刻t6から時刻t7までの期間(第7期間K7)における電流の流れが示される。   Then, at time t7 after time t6 when the body diode D2 becomes conductive, the second switch element SW2 is turned on, that is, zero voltage switching is performed, so-called synchronous rectification is started. Here, the period from time t5 to time t7 is a so-called dead time. FIG. 8 shows a current flow in a period (sixth period K6) from time t5 to time t6, which is the first half of the dead time, and FIG. 9 shows from time t6 to time t7, which is the second half of the dead time. The flow of current in the period (seventh period K7) is shown.

時刻t7から次に第2スイッチ素子SW2がオフされる時刻t8までの期間(第8期間K8)が同期整流期間に相当する。時刻t8以降は、上記時刻t0からの動作が繰り返される。なお、時刻t0から時刻t8までの1周期は、例えば、10μs(マイクロ秒)である。   A period (eighth period K8) from time t7 to time t8 when the second switch element SW2 is turned off next corresponds to a synchronous rectification period. After time t8, the operation from time t0 is repeated. Note that one cycle from time t0 to time t8 is, for example, 10 μs (microseconds).

ここで、各ゲート制御信号(G1、G2、GA)のオンオフタイミングの決定は、周知の方法によって行われる。すなわち、オンオフタイミングは、例えば、共振電流Irs等の電気量を検知する検知回路(図示せず)からの検知信号と、基準値との比較に基づいて、スイッチ制御部11によって決定される。または、補助リアクトルLAのリアクタンス値等の回路定数に基づく計算によって予め決定される。この場合、決定されたタイミングデータがスイッチ制御部11のメモリ等に格納され、スイッチ制御部11は、その格納データに基づいてオンオフタイミングを決定する。あるいは、オンオフタイミングは、検知信号と格納データの両方に基づいて決定される。   Here, the on / off timing of each gate control signal (G1, G2, GA) is determined by a known method. That is, the on / off timing is determined by the switch control unit 11 based on a comparison between a detection signal from a detection circuit (not shown) that detects an electrical quantity such as the resonance current Irs and a reference value, for example. Alternatively, it is determined in advance by calculation based on circuit constants such as the reactance value of the auxiliary reactor LA. In this case, the determined timing data is stored in a memory or the like of the switch control unit 11, and the switch control unit 11 determines the on / off timing based on the stored data. Alternatively, the on / off timing is determined based on both the detection signal and the stored data.

3.実施形態1の効果
実施形態1では、補助共振回路20へ電力を供給する補助電圧印加部12が設けられている。そのため、補助共振回路20に起因する損失、例えば、補助スイッチ素子(SA21,SA22)によるスイッチング損失は、入力電圧Vinを出力電圧Voutに変換する際の第1スイッチ素子SW1のスイッチング損失に上乗せされない。また、第1スイッチ素子SW1および第2スイッチ素子SW2はゼロ電圧スイッチングされ、補助スイッチ素子(SA21,SA22)はゼロ電流スイッチングされる。そのため、実施形態1の直流電圧変換装置10によれば、大容量負荷に適用される際であっても、高効率の変換効率を維持できる。
3. Effects of First Embodiment In the first embodiment, an auxiliary voltage application unit 12 that supplies power to the auxiliary resonance circuit 20 is provided. Therefore, the loss due to the auxiliary resonance circuit 20, for example, the switching loss due to the auxiliary switch elements (SA21, SA22) is not added to the switching loss of the first switch element SW1 when the input voltage Vin is converted to the output voltage Vout. The first switch element SW1 and the second switch element SW2 are zero-voltage switched, and the auxiliary switch elements (SA21, SA22) are zero-current switched. Therefore, according to the direct-current voltage converter 10 of the first embodiment, high conversion efficiency can be maintained even when applied to a large-capacity load.

また、実施形態1では、第2接続点N2とグランド線Lgとの間に接続された第1安定化ダイオードD21が設けられている。この第1安定化ダイオードD21によって、補助スイッチ素子SAがオフの期間における第2接続点N2の電位を安定化できる。すなわち、補助スイッチ素子SA21がオフで第2スイッチ素子SW2がオンの期間(第7期間K7)においては、実施形態1のように補助スイッチ素子SAとしてNチャネルMOSFETが使用される場合、補助スイッチ素子SAの寄生容量を介して、第2接続点N2の電位が変動し、第2接続点N2の電位が入力電圧Vinより大きく上昇することが考えられる。しかしながら、その際、第1安定化ダイオードD21によって第2接続点N2の電位の変動が抑制される。なお、第1安定化ダイオードD21は、省略されてもよい。   In the first embodiment, the first stabilization diode D21 connected between the second connection point N2 and the ground line Lg is provided. The first stabilization diode D21 can stabilize the potential at the second connection point N2 during the period when the auxiliary switch element SA is off. That is, in the period when the auxiliary switch element SA21 is off and the second switch element SW2 is on (seventh period K7), when the N-channel MOSFET is used as the auxiliary switch element SA as in the first embodiment, the auxiliary switch element It is conceivable that the potential at the second connection point N2 fluctuates via the parasitic capacitance of SA, and the potential at the second connection point N2 rises more than the input voltage Vin. However, at that time, the fluctuation of the potential at the second connection point N2 is suppressed by the first stabilization diode D21. Note that the first stabilization diode D21 may be omitted.

また、実施形態1では、補助スイッチ素子SAは、直列に接続され、スイッチ制御部11によって同時に制御される二個の補助スイッチ素子(SA21、SA22)によって構成されている。そのため、補助スイッチ素子SAとしてのオン抵抗が増加する。それによって、補助スイッチ素子SAのオン時に流れるオン電流が減少し、補助スイッチ素子SAのオン抵抗損失が、補助スイッチ素子SAが一個の場合と比べて低減される。すなわち、損失(電力)は電流の二乗に比例するため、この場合、オン抵抗の増加に伴うオン抵抗損失の増加量よりも、オン電流の減少によるオン抵抗損失の低下量の方が大きくなる。そのため、オン抵抗損失が低減される。   In the first embodiment, the auxiliary switch element SA is composed of two auxiliary switch elements (SA21 and SA22) that are connected in series and controlled simultaneously by the switch control unit 11. For this reason, the on-resistance as the auxiliary switch element SA increases. Accordingly, the on-current that flows when the auxiliary switch element SA is turned on is reduced, and the on-resistance loss of the auxiliary switch element SA is reduced as compared with the case where the number of the auxiliary switch element SA is one. That is, the loss (power) is proportional to the square of the current. In this case, the amount of decrease in the on-resistance loss due to the decrease in the on-current is greater than the amount of increase in the on-resistance loss associated with the increase in on-resistance. Therefore, on-resistance loss is reduced.

また、実施形態1では、二個の補助スイッチ素子(SA21、SA2)の中間接続点である第3接続点N3と内部電源線Lsとの間に接続された第2安定化ダイオードD22が設けられている。この第2安定化ダイオードD22によって、補助電圧印加部12に近い第1補助スイッチ素子(一方の補助スイッチ素子)SA21がオフの期間における第3接続点N3の電位を安定化できる。すなわち、第1補助スイッチ素子SA21がオフで、第2補助スイッチ素子(他方の補助スイッチ素子)SA22および第2スイッチ素子SW2がオンの期間においては、実施形態1のように第1補助スイッチ素子SA21としてNチャネルMOSFETが使用される場合、第1補助スイッチ素子SA21の寄生容量を介して、第3接続点N3の電位が変動することが考えられる。その際、第2安定化ダイオードD22によって第3接続点N3の電位の変動が抑制される。なお、第2安定化ダイオードD22は、省略されてもよい。   In the first embodiment, the second stabilization diode D22 connected between the third connection point N3, which is an intermediate connection point between the two auxiliary switch elements (SA21, SA2), and the internal power supply line Ls is provided. ing. The second stabilization diode D22 can stabilize the potential at the third connection point N3 during the period in which the first auxiliary switch element (one auxiliary switch element) SA21 close to the auxiliary voltage applying unit 12 is off. That is, during the period when the first auxiliary switch element SA21 is off and the second auxiliary switch element (the other auxiliary switch element) SA22 and the second switch element SW2 are on, the first auxiliary switch element SA21 as in the first embodiment. When an N-channel MOSFET is used, it is conceivable that the potential of the third connection point N3 varies via the parasitic capacitance of the first auxiliary switch element SA21. At this time, the fluctuation of the potential at the third connection point N3 is suppressed by the second stabilization diode D22. Note that the second stabilization diode D22 may be omitted.

また、各スイッチ素子(SW1、SW2、SA)に印加される電圧を入力電圧Vinとほぼ同一レベルにできるとともに、各スイッチ素子に流れる電流を出力電流Ioほぼ同一レベルにできる。そのため、各スイッチ素子を定格の小さい部品とすることができ、それによって導通損失を低減できる。   In addition, the voltage applied to each switch element (SW1, SW2, SA) can be made substantially the same level as the input voltage Vin, and the current flowing through each switch element can be made almost the same level as the output current Io. Therefore, each switch element can be a component with a small rating, thereby reducing conduction loss.

<実施形態2>
実施形態2を、図10を参照して説明する。実施形態1とは補助電圧印加部12の構成のみが異なる。そのため、以下において、補助電圧印加部12の相違点のみを説明する。
<Embodiment 2>
A second embodiment will be described with reference to FIG. Only the configuration of the auxiliary voltage applying unit 12 is different from the first embodiment. Therefore, only the differences of the auxiliary voltage application unit 12 will be described below.

図10に示されるように、実施形態2における補助電圧印加部12Aは、電圧値が「VA」であるバッテリ40の中間電位部40mに接続される外部接続端子J1と、外部接続端子J1と補助スイッチ素子SA21とを接続する電圧印加線Lvと、によって構成される。この場合、電圧印加線Lvは補助共振回路20の第1補助スイッチ素子AS21のドレイン端子に接続され、外部接続端子J1はバッテリ40を介してグランド線Lgに接続される。   As shown in FIG. 10, the auxiliary voltage applying unit 12A in the second embodiment includes an external connection terminal J1 connected to the intermediate potential unit 40m of the battery 40 having a voltage value “VA”, an external connection terminal J1, and an auxiliary And a voltage application line Lv connecting the switch element SA21. In this case, the voltage application line Lv is connected to the drain terminal of the first auxiliary switch element AS21 of the auxiliary resonance circuit 20, and the external connection terminal J1 is connected to the ground line Lg via the battery 40.

実施形態2における補助電圧印加部12Aによれば、直流電圧変換装置10の内部にバッテリ等の補助電源の構成を別途に設ける必要がなく、補助電圧印加部を簡易な構成によって形成できる。   According to the auxiliary voltage application unit 12A in the second embodiment, it is not necessary to separately provide a configuration of an auxiliary power source such as a battery in the DC voltage converter 10, and the auxiliary voltage application unit can be formed with a simple configuration.

なお、補助電圧印加部の構成はこれに限られず、例えば、入力電圧Vinを補助電圧VAに変換する変換器を設け、この変換器によって補助電圧印加部12を構成するようにしてもよい。あるいは、主電源としてのバッテリ40を直流電圧変換装置10の構成として備え、そのバッテリの一部によって補助電圧印加部を構成するようにしてもよい。   Note that the configuration of the auxiliary voltage application unit is not limited to this, and for example, a converter that converts the input voltage Vin into the auxiliary voltage VA may be provided, and the auxiliary voltage application unit 12 may be configured by this converter. Alternatively, the battery 40 as the main power source may be provided as the configuration of the DC voltage conversion device 10 and the auxiliary voltage application unit may be configured by a part of the battery.

<他の実施形態>
本発明は上記記述および図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described above with reference to the drawings, and for example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

(1)上記実施形態では、補助スイッチ素子SAは、二個の補助スイッチ素子(SA21、SA2)によって構成する例を示したが、これに限られない。例えば、補助スイッチ素子SAは、一個の補助スイッチ素子SA21によって構成されてもよい。   (1) In the above-described embodiment, the auxiliary switch element SA is configured by two auxiliary switch elements (SA21, SA2), but is not limited thereto. For example, the auxiliary switch element SA may be configured by one auxiliary switch element SA21.

(2)上記実施形態では、還流部14が第2スイッチ素子SW2と第2並列容量C2とによって構成される例を示したがこれに限られない。例えば、還流部14は、一個の還流ダイオードによって構成されてもよい。   (2) In the above embodiment, the example in which the reflux unit 14 is configured by the second switch element SW2 and the second parallel capacitor C2 is shown, but the present invention is not limited thereto. For example, the reflux unit 14 may be configured by a single reflux diode.

(3)上記実施形態では、直流電圧変換装置10をチョッパ型の降圧DC−DCコンバータに適用する例を示したが、これに限られず、例えば、直流電圧変換装置10をチョッパ型の昇圧DC−DCコンバータに適用することもできる。図11に、直流電圧変換装置10をチョッパ型の昇圧DC−DCコンバータに適用した際の、制御および動作の例を示す。なお、詳しくは、図11においては、入力側と出力側とを反対にすることが可能な双方向型の降圧−昇圧型DC−DCコンバータにおける、昇圧モードにおける制御および動作の例が示される。また、例えば、直流電圧変換装置10の入力側が48Vのバッテリに接続され、出力側が12Vのバッテリに接続されていると仮定する。   (3) In the above embodiment, the DC voltage converter 10 is applied to a chopper type step-down DC-DC converter. However, the present invention is not limited to this. For example, the DC voltage converter 10 is replaced with a chopper type step-up DC-DC. It can also be applied to a DC converter. FIG. 11 shows an example of control and operation when the DC voltage converter 10 is applied to a chopper type step-up DC-DC converter. Specifically, FIG. 11 shows an example of control and operation in the boost mode in a bidirectional step-down / step-up DC-DC converter in which the input side and the output side can be reversed. For example, it is assumed that the input side of the DC voltage converter 10 is connected to a 48V battery and the output side is connected to a 12V battery.

図11において、時刻t0はゲート制御信号GAがオンとなる時刻を示し、時刻t1はゲート制御信号G2がオフとなる時刻を示し、時刻t2はゲート制御信号G1がオンとなる時刻を示す。また、時刻t3はゲート制御信号G1がオフとなる時刻を示し、時刻t4はゲート制御信号GAがオフとなる時刻を示し、時刻t5はゲート制御信号G2がオンとなる時刻を示す。また、時刻t6は、再びゲート制御信号GAがオンとなる時刻を示す。
ここで、昇圧モードは、図1に示す実施形態1と同一の回路構成で実現でき、各ゲート制御信号(G1、G2、GA)のオンオフタイミングのみが、実施形態1とは異なる。言い換えれば、各ゲート制御信号(G1、G2、GA)のオンオフタイミングのみを変更することによって、図1に示される降圧DC−DCコンバータを、昇圧DC−DCコンバータとして動作させることができる
In FIG. 11, time t0 indicates the time when the gate control signal GA is turned on, time t1 indicates the time when the gate control signal G2 is turned off, and time t2 indicates the time when the gate control signal G1 is turned on. Time t3 indicates the time when the gate control signal G1 is turned off, time t4 indicates the time when the gate control signal GA is turned off, and time t5 indicates the time when the gate control signal G2 is turned on. Time t6 indicates the time when the gate control signal GA is turned on again.
Here, the step-up mode can be realized with the same circuit configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and only the on / off timing of each gate control signal (G1, G2, GA) is different from that of the first embodiment. In other words, the step-down DC-DC converter shown in FIG. 1 can be operated as a step-up DC-DC converter by changing only the on / off timing of each gate control signal (G1, G2, GA).

すなわち、降圧動作時は、電流が高圧側(図1の左側)から低圧側(右側)に流れる。その際、第1スイッチ素子SW1のオン時間(図11の時刻t2から時刻t3までの時間)を長くすれば出力電流Ioが大きくなり、短くすれば出力電流Ioが小さくなる。そして、出力電流Ioがゼロになった時点の第1スイッチ素子SW1のオン時間を更に短くする場合、直流電圧変換装置10の電流が逆方向(低圧側から高圧側)に流れ始め、昇圧モードに変わる。これは、出力側(図1の右側)の低圧が入力側(図1の左側)の高圧に変換されたことを意味する。この場合、通常のチョッパ方式と同様に、降圧時には第2スイッチ素子SW2は同期整流素子になり、昇圧時には第1スイッチ素子SW1は同期整流素子になる。そして、昇圧時においても、各スイッチ素子(SW1、SW1、SA)は、全てゼロ電圧あるいはゼロ電流スイッチング(ソフスイッチング)される。   That is, during the step-down operation, current flows from the high voltage side (left side in FIG. 1) to the low voltage side (right side). At this time, the output current Io increases as the ON time of the first switch element SW1 (the time from time t2 to time t3 in FIG. 11) is increased, and the output current Io decreases as the time is shortened. When the ON time of the first switch element SW1 at the time when the output current Io becomes zero is further shortened, the current of the DC voltage converter 10 starts to flow in the reverse direction (from the low voltage side to the high voltage side) and enters the boost mode. change. This means that the low pressure on the output side (right side in FIG. 1) has been converted to the high pressure on the input side (left side in FIG. 1). In this case, similarly to the normal chopper method, the second switch element SW2 becomes a synchronous rectifier element at the time of step-down, and the first switch element SW1 becomes a synchronous rectifier element at the time of step-up. Even at the time of boosting, all the switch elements (SW1, SW1, SA) are zero-voltage or zero-current switching (soft switching).

このように、実施形態1の直流電圧変換装置10は、何ら回路構成を変更することなしに、単に各ゲート制御信号(G1、G2、GA)のオンオフタイミングのみを変更することによって、双方向型の降圧−昇圧型DC−DCコンバータを実現できる。
なお、直流電圧変換装置10は、これに限られず、入力側と出力側が固定された通常の一方向の昇圧型DC−DCコンバータにも適用できる。
As described above, the DC voltage conversion apparatus 10 according to the first embodiment is a bidirectional type by simply changing the on / off timing of each gate control signal (G1, G2, GA) without changing the circuit configuration. The step-down / step-up DC-DC converter can be realized.
The DC voltage converter 10 is not limited to this, and can also be applied to a normal unidirectional step-up DC-DC converter in which the input side and the output side are fixed.

10…直流電圧変換装置
11…スイッチ制御部
12…補助電圧印加部
13…ローパスフィルタ
14…還流部
20…補助共振回路
40…主電源
C1…第1並列容量
C2…第2並列容量
D21…第1安定化ダイオード(第1ダイオード)
D22…第2安定化ダイオード(第2ダイオード)
J1…外部接続端子(補助電圧印加部)
LA…補助リアクトル
Lg…グランド線
Ls…内部電源線
Lv…電圧印加線(補助電圧印加部)
N1…第1接続点
N2…第2接続点
N3…第3接続点
SA…補助スイッチ素子
SA21…第1補助スイッチ素子(NチャネルMOSFET)
SA22…第2補助スイッチ素子(NチャネルMOSFET)
SW1…第1スイッチ素子(NチャネルMOSFET)
SW2…第2スイッチ素子(NチャネルMOSFET)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... DC voltage converter 11 ... Switch control part 12 ... Auxiliary voltage application part 13 ... Low pass filter 14 ... Recirculation | reflux part 20 ... Auxiliary resonance circuit 40 ... Main power supply C1 ... 1st parallel capacitance C2 ... 2nd parallel capacitance D21 ... 1st Stabilization diode (first diode)
D22: Second stabilizing diode (second diode)
J1 ... External connection terminal (auxiliary voltage application unit)
LA ... auxiliary reactor Lg ... ground line Ls ... internal power supply line Lv ... voltage application line (auxiliary voltage application unit)
N1 ... first connection point N2 ... second connection point N3 ... third connection point SA ... auxiliary switch element SA21 ... first auxiliary switch element (N-channel MOSFET)
SA22: second auxiliary switch element (N-channel MOSFET)
SW1... First switch element (N-channel MOSFET)
SW2: Second switch element (N-channel MOSFET)

Claims (8)

主電源から印加される直流の入力電圧を所定の電圧値を有する出力電圧に変換する直流電圧変換装置であって、
前記主電源に接続される内部電源線と、
前記内部電源線に接続された第1スイッチ素子と、
一端が第1スイッチ素子の一端と接続されるローパスフィルタと、
直列接続された補助スイッチ素子と補助リアクトルとを含み、前記補助リアクトルの一端が前記第1スイッチ素子と前記ローパスフィルタとの接続点である第1接続点に接続された補助共振回路と、
前記補助共振回路とグランド線とに電気的に接続され、前記入力電圧の電圧値より低い一定電圧の補助電圧を、前記補助スイッチ素子を介して前記補助リアクトルに印加する補助電圧印加部と、
前記第1接続点と前記グランド線との間に接続された還流部と、
前記第1スイッチ素子をゼロ電圧スイッチングし、前記補助スイッチ素子をゼロ電流スイッチングするスイッチ制御部と、
を備えた直流電圧変換装置。
A DC voltage converter that converts a DC input voltage applied from a main power source into an output voltage having a predetermined voltage value,
An internal power line connected to the main power source;
A first switch element connected to the internal power line;
A low-pass filter having one end connected to one end of the first switch element;
An auxiliary resonance circuit including an auxiliary switch element and an auxiliary reactor connected in series, wherein one end of the auxiliary reactor is connected to a first connection point that is a connection point between the first switch element and the low-pass filter;
An auxiliary voltage applying unit electrically connected to the auxiliary resonant circuit and a ground line, and applying an auxiliary voltage having a constant voltage lower than a voltage value of the input voltage to the auxiliary reactor via the auxiliary switch element;
A reflux portion connected between the first connection point and the ground line;
A switch controller for zero voltage switching the first switch element and zero current switching the auxiliary switch element;
DC voltage converter with
請求項1に記載の直流電圧変換装置において、
前記還流部は、前記スイッチ制御部によってゼロ電圧スイッチングされる第2スイッチ素子によって構成される、直流電圧変換装置。
In the DC voltage converter according to claim 1,
The reflux unit is a DC voltage converter configured by a second switch element that is zero-voltage switched by the switch control unit.
請求項1または請求項2に記載の直流電圧変換装置において、
前記第1スイッチ素子に並列に接続された第1並列容量と、
前記還流部に並列に接続された第2並列容量をさらに備える、直流電圧変換装置。
In the direct-current voltage converter according to claim 1 or 2,
A first parallel capacitor connected in parallel to the first switch element;
The direct-current voltage converter further comprising a second parallel capacitor connected in parallel to the reflux unit.
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の直流電圧変換装置において、
前記補助リアクトルと前記補助スイッチ素子との接続点である第2接続点と前記グランド線との間に接続された第1ダイオードをさらに備える、直流電圧変換装置。
In the direct-current voltage converter according to any one of claims 1 to 3,
The direct-current voltage converter, further comprising a first diode connected between a second connection point, which is a connection point between the auxiliary reactor and the auxiliary switch element, and the ground line.
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の直流電圧変換装置において、
前記補助スイッチ素子は、前記スイッチ制御部によって同時に制御される、
直列に接続された二個の補助スイッチ素子によって構成される、直流電圧変換装置。
In the direct-current voltage converter according to any one of claims 1 to 4,
The auxiliary switch element is simultaneously controlled by the switch control unit,
A direct-current voltage converter comprising two auxiliary switch elements connected in series.
請求項5に記載の直流電圧変換装置において、
前記二個の補助スイッチ素子の中間接続点である第3接続点と前記内部電源線との間に接続された第2ダイオードをさらに備える、直流電圧変換装置。
In the DC voltage converter according to claim 5,
The direct-current voltage converter, further comprising: a second diode connected between a third connection point that is an intermediate connection point of the two auxiliary switch elements and the internal power supply line.
請求項1から請求項6の何れか一項に記載の直流電圧変換装置において、
前記主電源は複数のセルからなるバッテリから構成され、
前記補助電圧印加部は、
前記バッテリの中間電位部に接続される外部接続端子と、
前記外部接続端子と前記補助スイッチ素子とを接続する電圧印加線と、
によって構成される、直流電圧変換装置。
In the DC voltage converter as described in any one of Claims 1-6,
The main power source is composed of a battery composed of a plurality of cells,
The auxiliary voltage application unit includes:
An external connection terminal connected to the intermediate potential portion of the battery;
A voltage application line connecting the external connection terminal and the auxiliary switch element;
A DC voltage converter configured by
請求項1から請求項7の何れか一項に記載の直流電圧変換装置において、
前記補助電圧は、前記入力電圧の半分以上の電圧値を有する、直流電圧変換装置。
In the DC voltage converter as described in any one of Claims 1-7,
The auxiliary voltage has a voltage value that is more than half of the input voltage.
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