JP2019146411A - Step-up converter - Google Patents

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Abstract

To provide a step-up converter that can appropriately protect a small rated switch from excess current.SOLUTION: A step-up converter 10 comprises first to third reactors 11a to 11c, first to third lower arm switches S1L to S3L, first to third upper arm switches S1H to S3H, and a control device 30. A rated current Irc1 of the first lower arm switch S1L is smaller than rated currents Irc2 and Irc3 of the second and third lower arm switches S2L and S3L. The control device 30 performs switching control between the lower arm switches S1L to S3L so as to make a protection degree of the first lower arm switch S1L from excess current larger than a protection degree of the second and third lower arm switches S2L and S3L from excess current.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、昇圧コンバータに関する。   The present invention relates to a boost converter.

従来、特許文献1に見られるように、2つのリアクトルと、各リアクトルに対応して個別に設けられたスイッチと、各リアクトルに対応して個別に設けられたダイオードとを備える昇圧コンバータが知られている。各リアクトルの第1端には、昇圧コンバータの入力側が接続されている。各リアクトルの第2端には、スイッチが接続されている。各リアクトルの第2端と昇圧コンバータの出力側とは、ダイオードによって接続されている。   Conventionally, as can be seen in Patent Document 1, there is known a boost converter including two reactors, a switch provided individually corresponding to each reactor, and a diode provided individually corresponding to each reactor. ing. The input side of the boost converter is connected to the first end of each reactor. A switch is connected to the second end of each reactor. The second end of each reactor and the output side of the boost converter are connected by a diode.

特許第4844696号公報Japanese Patent No. 4844696

昇圧コンバータの各スイッチのうち、一方のスイッチである小定格スイッチの定格電流が、他方のスイッチである大定格スイッチの定格電流よりも小さくされている構成がある。この構成においては、過電流から小定格スイッチを適正に保護することが要求される。   Among the switches of the boost converter, there is a configuration in which the rated current of the small rated switch that is one switch is smaller than the rated current of the large rated switch that is the other switch. In this configuration, it is required to properly protect the small-rated switch from overcurrent.

本発明は、小定格スイッチを過電流から適正に保護できる昇圧コンバータを提供することを主たる目的とする。   The main object of the present invention is to provide a boost converter capable of appropriately protecting a small-rated switch from overcurrent.

本発明は、入力側に第1端が接続された複数のリアクトルと、前記各リアクトルに対応して個別に設けられ、前記リアクトルの第2端に接続されたスイッチと、前記各リアクトルに対応して個別に設けられるとともに前記リアクトルの第2端と出力側とを接続し、前記リアクトルから前記出力側へと向かう方向の電流の流通を許容してかつその方向とは逆方向の電流の流通を阻止する整流素子と、前記入力側から入力された直流電圧を昇圧して前記出力側から出力すべく、前記スイッチをスイッチング制御する制御装置と、を備える。前記各スイッチのうち、少なくとも1つであってかつ一部のスイッチである小定格スイッチの定格電流が、残りのスイッチである大定格スイッチの定格電流よりも小さくされている。前記制御装置は、前記小定格スイッチの過電流に対する保護度合いを前記大定格スイッチの過電流に対する保護度合いよりも大きくするように前記小定格スイッチ及び前記大定格スイッチをスイッチング制御する。   The present invention relates to a plurality of reactors having a first end connected to the input side, a switch provided individually corresponding to each of the reactors, connected to a second end of the reactor, and each of the reactors. And connecting the second end of the reactor and the output side, allowing the flow of current in the direction from the reactor toward the output side, and allowing the flow of current in the direction opposite to that direction. A rectifying element for blocking, and a control device for switching-controlling the switch so as to step up a DC voltage input from the input side and output the boosted voltage from the output side. Among the switches, the rated current of the small rated switch that is at least one and a part of the switches is smaller than the rated current of the large rated switch that is the remaining switches. The control device performs switching control of the small-rated switch and the large-rated switch so that the degree of protection against the overcurrent of the small-rated switch is larger than the degree of protection against the overcurrent of the large-rated switch.

本発明によれば、定格電流が大定格スイッチよりも小さい小定格スイッチを過電流から適正に保護することができる。   According to the present invention, a small-rated switch having a rated current smaller than that of a large-rated switch can be properly protected from overcurrent.

ここで、前記小定格スイッチの過電流に対する保護度合いを前記大定格スイッチの過電流に対する保護度合いよりも大きくするように前記小定格スイッチ及び前記大定格スイッチをスイッチング制御する手法を具体化した構成としては、例えば次に説明する構成が挙げられる。前記制御装置は、前記小定格スイッチの1スイッチング周期を前記大定格スイッチの1スイッチング周期よりも短くする。   Here, as a configuration embodying a method for switching control of the small rated switch and the large rated switch so that the degree of protection against the overcurrent of the small rated switch is larger than the degree of protection against the overcurrent of the large rated switch. For example, the configuration described below can be cited. The control device makes one switching cycle of the small rated switch shorter than one switching cycle of the large rated switch.

この構成によれば、小定格スイッチの電流制御の応答性を、大定格スイッチの電流制御の応答性よりも高めることができる。このため、定格電流が大定格スイッチよりも小さい小定格スイッチを過電流から適正に保護することができる。   According to this configuration, the current control response of the small-rated switch can be made higher than the current control response of the large-rated switch. For this reason, it is possible to appropriately protect a small rated switch having a smaller rated current than a large rated switch from an overcurrent.

また、前記小定格スイッチの過電流に対する保護度合いを前記大定格スイッチの過電流に対する保護度合いよりも大きくするように前記小定格スイッチ及び前記大定格スイッチをスイッチング制御する手法を具体化した構成としては、例えば次に説明する構成も挙げられる。昇圧コンバータは、前記各リアクトルのうち前記大定格スイッチに接続されたリアクトルである大定格側リアクトルに流れる電流を検出する大定格側検出部と、前記各リアクトルのうち前記小定格スイッチに接続されたリアクトルである小定格側リアクトルに流れる電流を検出する小定格側検出部と、を備え、前記制御装置は、前記大定格側検出部により検出された電流を大定格側指令電流に平均電流モード制御により制御すべく、前記大定格スイッチをスイッチング制御する大定格側制御部と、前記小定格側検出部により検出された電流を小定格側指令電流にピーク電流モード制御により制御すべく、前記小定格スイッチをスイッチング制御する小定格側制御部と、を有する。   Further, as a configuration embodying a method for switching control of the small rated switch and the large rated switch so that the degree of protection against the overcurrent of the small rated switch is larger than the degree of protection against the overcurrent of the large rated switch. For example, the structure described below is also included. The step-up converter is connected to the small rated switch of each of the reactors, a large rated side detection unit that detects a current flowing in a large rated side reactor that is a reactor connected to the large rated switch of each of the reactors. A small-rated-side detection unit that detects a current flowing through a small-rated reactor that is a reactor, and the control device controls the current detected by the large-rated side detecting unit to a large-rated-side command current in an average current mode control. In order to control by the peak current mode control to control the current detected by the small rated side detection unit to the small rated side command current to control the large rated switch by the peak current mode control A small-rated-side control unit that performs switching control of the switch.

ピーク電流モード制御では、小定格スイッチに流れる電流のピーク値を小定格側指令電流で制限できる。このため、平均電流モード制御によりスイッチング制御される大定格スイッチと比較して、小定格スイッチを過電流から適正に保護することができる。   In the peak current mode control, the peak value of the current flowing through the small rated switch can be limited by the small rated side command current. For this reason, it is possible to appropriately protect the small-rated switch from the overcurrent as compared with the large-rated switch that is switched by the average current mode control.

また、前記小定格スイッチの過電流に対する保護度合いを前記大定格スイッチの過電流に対する保護度合いよりも大きくするように前記小定格スイッチ及び前記大定格スイッチをスイッチング制御する手法を具体化した構成としては、例えば次に説明する構成も挙げられる。前記制御装置は、前記大定格側検出部により検出された電流を大定格側指令電流にピーク電流モード制御により制御すべく、前記大定格スイッチをスイッチング制御する大定格側制御部と、前記小定格側検出部により検出された電流を小定格側指令電流にピーク電流モード制御により制御すべく、前記小定格スイッチをスイッチング制御する小定格側制御部と、を有し、前記小定格側指令電流が前記大定格側指令電流よりも小さく設定されている。   Further, as a configuration embodying a method for switching control of the small rated switch and the large rated switch so that the degree of protection against the overcurrent of the small rated switch is larger than the degree of protection against the overcurrent of the large rated switch. For example, the structure described below is also included. The control device includes a large-rated-side control unit that performs switching control of the large-rated switch in order to control the current detected by the large-rated-side detection unit to a large-rated-side command current by peak current mode control, and the small-rated side A small-rated-side control unit that performs switching control of the small-rated switch in order to control the current detected by the side-detecting unit to a small-rated-side command current by peak current mode control. It is set smaller than the large rated side command current.

この構成によれば、小定格スイッチに流れる電流のピーク値を大定格スイッチに流れる電流のピーク値よりも小さくできる。これにより、小定格スイッチを過電流から適正に保護することができる。   According to this configuration, the peak value of the current flowing through the small rated switch can be made smaller than the peak value of the current flowing through the large rated switch. Thereby, a small rating switch can be protected appropriately from overcurrent.

第1実施形態に係る昇圧コンバータを示す図。The figure which shows the boost converter which concerns on 1st Embodiment. スイッチの電流電圧特性を示す図。The figure which shows the current-voltage characteristic of a switch. 制御装置の処理を示すブロック図。The block diagram which shows the process of a control apparatus. 各スイッチのスイッチング制御を示すタイムチャート。The time chart which shows switching control of each switch. 電流制御の応答性を示す図。The figure which shows the responsiveness of electric current control. 第2実施形態に係る制御装置の処理を示すブロック図。The block diagram which shows the process of the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る制御装置の処理を示すブロック図。The block diagram which shows the process of the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る昇圧コンバータを示す図。The figure which shows the boost converter which concerns on 4th Embodiment.

<第1実施形態>
以下、本発明に係る昇圧コンバータを具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。昇圧コンバータは、例えば車両に搭載されている。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment embodying a boost converter according to the present invention will be described with reference to the drawings. The boost converter is mounted on a vehicle, for example.

図1に示すように、昇圧コンバータ10は、第1〜第3リアクトル11a〜11c、整流素子に相当する第1〜第3上アームスイッチS1H〜S3H、第1〜第3下アームスイッチS1L〜S3L、入力側コンデンサ12、出力側コンデンサ13及び制御装置30を備えている。   As shown in FIG. 1, the boost converter 10 includes first to third reactors 11a to 11c, first to third upper arm switches S1H to S3H corresponding to rectifying elements, and first to third lower arm switches S1L to S3L. , Input side capacitor 12, output side capacitor 13, and control device 30.

本実施形態において、第1上,下アームスイッチS1H,S1Lは、SiCデバイスとしてのNチャネルMOSFETである。このため、第1上,下アームスイッチS1H,S1Lにおいて、高電位側端子はドレインであり、低電位側端子はソースである。第1上,下アームスイッチS1H,S1Lには、ボディダイオードが逆並列に接続されている。また、第2,第3上,下アームスイッチS2H,S3H,S2L,S3Lは、SiデバイスとしてのIGBTである。このため、第2,第3上,下アームスイッチS2H,S3H,S2L,S3L2において、高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。第2,第3上,下アームスイッチS2H,S3H,S2L,S3Lには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。   In the present embodiment, the first upper and lower arm switches S1H and S1L are N-channel MOSFETs as SiC devices. Therefore, in the first upper and lower arm switches S1H and S1L, the high potential side terminal is the drain and the low potential side terminal is the source. Body diodes are connected in antiparallel to the first upper and lower arm switches S1H and S1L. The second, third upper and lower arm switches S2H, S3H, S2L, S3L are IGBTs as Si devices. Therefore, in the second, third upper, and lower arm switches S2H, S3H, S2L, and S3L2, the high potential side terminal is a collector and the low potential side terminal is an emitter. Freewheel diodes are connected in antiparallel to the second, third, and upper arm switches S2H, S3H, S2L, and S3L.

図2に、スイッチに流れる電流とスイッチの端子間電圧Vonとの関係を示す。詳しくは、図2は、MOSFETのソース及びドレイン間電圧Vdsとドレイン電流Idとの電圧電流特性と、IGBTのコレクタ及びエミッタ間電圧Vceとコレクタ電流Icとの電圧電流特性とを示す。   FIG. 2 shows the relationship between the current flowing through the switch and the voltage Von between the terminals of the switch. Specifically, FIG. 2 shows the voltage-current characteristics of the MOSFET source-drain voltage Vds and drain current Id, and the IGBT collector-emitter voltage Vce and collector-current Ic voltage-current characteristics.

図2に示すように、電流が所定電流Iαよりも小さい小電流領域においては、ドレイン電流Idに対するドレイン及びソース間電圧Vdsが、コレクタ電流Icに対するコレクタ及びエミッタ間電圧Vceよりも低い。すなわち、小電流領域においては、MOSFETのオン抵抗がIGBTのオン抵抗よりも小さい。一方、電流が所定電流Iαよりも大きい大電流領域においては、コレクタ電流Icに対するコレクタ及びエミッタ間電圧Vceがドレイン電流Idに対するドレイン及びソース間電圧Vdsよりも低い。すなわち、大電流領域においては、IGBTのオン抵抗がMOSFETのオン抵抗よりも小さい。   As shown in FIG. 2, in the small current region where the current is smaller than the predetermined current Iα, the drain-source voltage Vds for the drain current Id is lower than the collector-emitter voltage Vce for the collector current Ic. That is, in the small current region, the on-resistance of the MOSFET is smaller than the on-resistance of the IGBT. On the other hand, in the large current region where the current is larger than the predetermined current Iα, the collector-emitter voltage Vce for the collector current Ic is lower than the drain-source voltage Vds for the drain current Id. That is, in the large current region, the on-resistance of the IGBT is smaller than the on-resistance of the MOSFET.

本実施形態では、第1上,下アームスイッチS1H,S1Lの定格電流である第1定格電流Irc1が、第2上,下アームスイッチS2H,S2Lの定格電流である第2定格電流Irc1、及び第3上,下アームスイッチS3H,S3Lの定格電流である第3定格電流Irc3よりも小さい。第2定格電流Irc1と第3定格電流Irc3とは同じ値である。本実施形態において、第1下アームスイッチS1Lが小定格スイッチに相当し、第2,第3下アームスイッチS2L,S3Lが大定格スイッチに相当する。   In the present embodiment, the first rated current Irc1 that is the rated current of the first upper and lower arm switches S1H and S1L is the second rated current Irc1 that is the rated current of the second upper and lower arm switches S2H and S2L, and 3 Lower than the third rated current Irc3 which is the rated current of the upper and lower arm switches S3H, S3L. The second rated current Irc1 and the third rated current Irc3 are the same value. In the present embodiment, the first lower arm switch S1L corresponds to a small rated switch, and the second and third lower arm switches S2L, S3L correspond to large rated switches.

図1の説明に戻り、昇圧コンバータ10の高電位側入力端子TIHには、直流電源20の正極端子が接続されている。昇圧コンバータ10の低電位側入力端子TILには、直流電源20の負極端子が接続されている。高電位側入力端子TIHと低電位側入力端子TILとは、入力側コンデンサ12により接続されている。   Returning to the description of FIG. 1, the positive terminal of the DC power supply 20 is connected to the high potential side input terminal TIH of the boost converter 10. The negative potential terminal of the DC power supply 20 is connected to the low potential side input terminal TIL of the boost converter 10. The high potential side input terminal TIH and the low potential side input terminal TIL are connected by an input side capacitor 12.

第1〜第3リアクトル11a〜11cの第1端には、高電位側入力端子TIHが接続されている。第1リアクトル11aの第2端には、第1上アームスイッチS1Hのソースと、第1下アームスイッチS1Lのドレインとが接続されている。第2リアクトル11bの第2端には、第2上アームスイッチS2Hのソースと、第2下アームスイッチS2Lのドレインとが接続されている。第3リアクトル11cの第2端には、第3上アームスイッチS3Hのソースと、第3下アームスイッチS3Lのドレインとが接続されている。   A high potential side input terminal TIH is connected to the first ends of the first to third reactors 11a to 11c. The source of the first upper arm switch S1H and the drain of the first lower arm switch S1L are connected to the second end of the first reactor 11a. The source of the second upper arm switch S2H and the drain of the second lower arm switch S2L are connected to the second end of the second reactor 11b. The second end of the third reactor 11c is connected to the source of the third upper arm switch S3H and the drain of the third lower arm switch S3L.

各上アームスイッチS1H〜S3Hのドレインには、昇圧コンバータ10の高電位側出力端子TOHが接続されている。昇圧コンバータ10の低電位側出力端子TOLには、各下アームスイッチS1L〜S3Lのソースが接続されている。高電位側出力端子TOHと低電位側出力端子TOLとは、出力側コンデンサ13により接続されている。高電位側出力端子TOHには、給電対象機器21の高電位側端子が接続され、低電位側出力端子TOLには、給電対象機器21の低電位側端子が接続されている。給電対象機器には、例えば、蓄電池及び電気負荷が含まれる。   The high potential side output terminal TOH of the boost converter 10 is connected to the drains of the upper arm switches S1H to S3H. The sources of the lower arm switches S1L to S3L are connected to the low potential side output terminal TOL of the boost converter 10. The high potential side output terminal TOH and the low potential side output terminal TOL are connected by an output side capacitor 13. The high potential side terminal of the power supply target device 21 is connected to the high potential side output terminal TOH, and the low potential side terminal of the power supply target device 21 is connected to the low potential side output terminal TOL. The power supply target device includes, for example, a storage battery and an electric load.

本実施形態では、第1リアクトル11aのインダクタンスLaが、第2,第3リアクトル11b,11cのインダクタンスLb,Lcよりも大きい。これは、各リアクトル11a〜11c及び各上アームスイッチS1H〜S3Hを介して高電位側入力端子TIH及び高電位側出力端子TOHの間を過電流が流れようとする場合において、第1上アームスイッチS1Hを過電流から保護するためである。   In the present embodiment, the inductance La of the first reactor 11a is larger than the inductances Lb and Lc of the second and third reactors 11b and 11c. This is because the first upper arm switch is used when overcurrent flows between the high potential side input terminal TIH and the high potential side output terminal TOH via the reactors 11a to 11c and the upper arm switches S1H to S3H. This is to protect S1H from overcurrent.

つまり、第1リアクトル11aのインダクタンスLaが、第2,第3リアクトル11b,11cのインダクタンスLb,Lcよりも大きいと、過電流が流れようとする場合において、第2,第3リアクトル11b,11cよりも第1リアクトル11aに過電流が流れにくくなる。その結果、第2,第3上アームスイッチS2H,S3Hよりも定格電流の小さい第1上アームスイッチS1Hを過電流から保護することができる。   That is, when the inductance La of the first reactor 11a is larger than the inductances Lb and Lc of the second and third reactors 11b and 11c, when the overcurrent tends to flow, the second and third reactors 11b and 11c Also, it becomes difficult for overcurrent to flow through the first reactor 11a. As a result, the first upper arm switch S1H having a smaller rated current than the second and third upper arm switches S2H and S3H can be protected from overcurrent.

なお、過電流は、例えば、車両の車輪が空転した後、車輪が路面を掴むスリップグリップが生じる場合に流れる。また、第2リアクトル11bのインダクタンスLbと第3リアクトル11cのインダクタンスとは同じ値である。また、第1リアクトル11aが小定格側リアクトルに相当し、第2,第3リアクトル11b,11cが大定格側リアクトルに相当する。   The overcurrent flows when, for example, a slip grip is generated in which the wheels grip the road surface after the wheels of the vehicle are idle. Further, the inductance Lb of the second reactor 11b and the inductance of the third reactor 11c are the same value. Further, the first reactor 11a corresponds to a small rated side reactor, and the second and third reactors 11b and 11c correspond to a large rated side reactor.

昇圧コンバータ10は、第1〜第3電流センサ14a〜14cと、電圧センサ15とを備えている。第1電流センサ14aは、第1リアクトル11aに流れる電流を第1リアクトル電流IL1として検出する。第2電流センサ14bは、第2リアクトル11bに流れる電流を第2リアクトル電流IL2として検出する。第3電流センサ14cは、第3リアクトル11cに流れる電流を第3リアクトル電流IL3として検出する。電圧センサ15は、出力側コンデンサ13の端子間電圧を昇圧コンバータ10の出力電圧Voutとして検出する。本実施形態では、第1〜第3電流センサ14a〜14cの応答性が互いに同じことを想定している。第1〜第3電流センサ14a〜14cとしては、例えば、ホール素子を備えるものを用いることができる。また、本実施形態において、第1電流センサ14aが小定格側検出部に相当し、第2,第3電流センサ14b,14cが大定格側検出部に相当する。各センサ14a〜14c,15の検出値は、制御装置30に入力される。   Boost converter 10 includes first to third current sensors 14 a to 14 c and voltage sensor 15. The first current sensor 14a detects a current flowing through the first reactor 11a as a first reactor current IL1. The second current sensor 14b detects the current flowing through the second reactor 11b as the second reactor current IL2. The third current sensor 14c detects the current flowing through the third reactor 11c as a third reactor current IL3. Voltage sensor 15 detects the voltage across terminals of output side capacitor 13 as output voltage Vout of boost converter 10. In the present embodiment, it is assumed that the responsiveness of the first to third current sensors 14a to 14c is the same. As the first to third current sensors 14a to 14c, for example, those having Hall elements can be used. In the present embodiment, the first current sensor 14a corresponds to a small rating side detection unit, and the second and third current sensors 14b and 14c correspond to a large rating side detection unit. Detection values of the sensors 14 a to 14 c and 15 are input to the control device 30.

制御装置30は、各入力端子TIH,TILから入力される入力電圧を昇圧して各出力端子TOH,TOLから出力すべく、各下アームスイッチS1L〜S3Lと、各上アームスイッチS1H〜S3Hとを交互にオンする。なお、各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとが交互にオンされるのは、同期整流を実施するためである。同期整流を実施しない場合、各上アームスイッチS1H〜S3Hは常時オフされればよい。   The control device 30 boosts the input voltage input from the input terminals TIH and TIL and outputs the lower arm switches S1L to S3L and the upper arm switches S1H to S3H to output from the output terminals TOH and TOL. Turn on alternately. In each phase, the upper arm switch and the lower arm switch are alternately turned on in order to perform synchronous rectification. When not performing synchronous rectification, each upper arm switch S1H-S3H should just be always turned off.

本実施形態において、制御装置30は、昇圧コンバータ10に要求される出力電力である指令出力電力Woutに基づいて、第1〜第3下アームスイッチS1L〜S3Lのうちどのスイッチを駆動するかを決定する。具体的には、制御装置30は、指令出力電力Woutが第1電力W1未満であると判定した場合、第1〜第3下アームスイッチS1L〜S3Lのうち第1下アームスイッチS1Lのみを駆動する。制御装置30は、指令出力電力Woutが第1電力W1以上であってかつ第2電力W2未満であると判定した場合、第1〜第3下アームスイッチS1L〜S3Lのうち第1,第2下アームスイッチS1L,S2Lのみを駆動する。制御装置30は、指令出力電力Woutが第2電力W2以上であると判定した場合、第1〜第3下アームスイッチS1L〜S3L全てを駆動する。以下では、第1〜第3下アームスイッチS1L〜S3L全てが駆動される場合を前提として説明する。   In the present embodiment, control device 30 determines which one of first to third lower arm switches S1L to S3L is to be driven based on command output power Wout that is output power required for boost converter 10. To do. Specifically, when it is determined that the command output power Wout is less than the first power W1, the control device 30 drives only the first lower arm switch S1L among the first to third lower arm switches S1L to S3L. . When it is determined that the command output power Wout is greater than or equal to the first power W1 and less than the second power W2, the control device 30 first and second lower of the first to third lower arm switches S1L to S3L. Only the arm switches S1L and S2L are driven. When it is determined that the command output power Wout is equal to or greater than the second power W2, the control device 30 drives all of the first to third lower arm switches S1L to S3L. The following description is based on the assumption that all of the first to third lower arm switches S1L to S3L are driven.

制御装置30は、検出された第1,第2,第3リアクトル電流IL1,IL2,IL3を第1,第2,第3指令電流Iref1,Iref2,Iref3に平均電流モード制御によりフィードバック制御する。制御装置30は、指令出力電力Wout及び出力電圧Voutに基づいて、昇圧コンバータ10に要求される出力電流である合計指令電流Itotalを算出する。制御装置30は、各指令電流Iref1,Iref2,Iref3の和が合計指令電流Itotalになるように、各指令電流Iref1,Iref2,Iref3を設定する。本実施形態では、第1指令電流Iref1が第2,第3指令電流Iref2,Iref3よりも小さく、第2指令電流Iref2と第3指令電流Iref3とが同じ値であるとする。各指令電流Iref1,Iref2,Iref3は、例えば、各定格電流Irc1,Irc2,Irc3よりも小さい。   The control device 30 feedback-controls the detected first, second, and third reactor currents IL1, IL2, and IL3 to the first, second, and third command currents Iref1, Iref2, and Iref3 by average current mode control. Control device 30 calculates total command current Itotal that is an output current required for boost converter 10 based on command output power Wout and output voltage Vout. The control device 30 sets the command currents Iref1, Iref2, and Iref3 so that the sum of the command currents Iref1, Iref2, and Iref3 becomes the total command current Itotal. In the present embodiment, it is assumed that the first command current Iref1 is smaller than the second and third command currents Iref2 and Iref3, and the second command current Iref2 and the third command current Iref3 have the same value. Each command current Iref1, Iref2, Iref3 is smaller than each rated current Irc1, Irc2, Irc3, for example.

図3に示すように、制御装置30は、第1〜第3制御部31〜33を備えている。第1制御部が小定格側制御部に相当し、第2,第3制御部32,33が大定格側制御部に相当する。第1制御部31は、平均電流モード制御により、第1リアクトル電流IL1を第1指令電流Iref1(小定格側指令電流に相当)に制御する。詳しくは、第1制御部31は、第1電流偏差算出部31a、第1フィードバック制御部31b、第1コンパレータ31c及び第1キャリア生成部31dを備えている。第1電流偏差算出部31aは、第1指令電流Iref1から第1リアクトル電流IL1を減算することにより、第1電流偏差ΔI1を算出する。   As illustrated in FIG. 3, the control device 30 includes first to third control units 31 to 33. The first control unit corresponds to a small rating side control unit, and the second and third control units 32 and 33 correspond to a large rating side control unit. The first control unit 31 controls the first reactor current IL1 to the first command current Iref1 (corresponding to the small rated side command current) by the average current mode control. Specifically, the first control unit 31 includes a first current deviation calculation unit 31a, a first feedback control unit 31b, a first comparator 31c, and a first carrier generation unit 31d. The first current deviation calculation unit 31a calculates the first current deviation ΔI1 by subtracting the first reactor current IL1 from the first command current Iref1.

第1フィードバック制御部31bは、第1電流偏差ΔI1を0にフィードバック制御するための操作量として、第1時比率Duty1を算出する。本実施形態において、このフィードバック制御は、比例積分制御である。このため、第1時比率Duty1は、第1電流偏差ΔI1及び第1比例ゲインKp1の乗算値と、第1電流偏差ΔI1の時間積分値及び第1積分ゲインKi1の乗算値との加算値として算出される。本実施形態において、第1時比率Duty1は、0から1までの値を取り得る。   The first feedback control unit 31b calculates a first duty ratio Duty1 as an operation amount for performing feedback control of the first current deviation ΔI1 to zero. In the present embodiment, this feedback control is proportional-integral control. Therefore, the first duty ratio Duty1 is calculated as an addition value of the multiplication value of the first current deviation ΔI1 and the first proportional gain Kp1, the time integration value of the first current deviation ΔI1 and the multiplication value of the first integration gain Ki1. Is done. In the present embodiment, the first duty ratio Duty1 can take a value from 0 to 1.

第1フィードバック制御部31bにより算出された第1時比率Duty1は、第1コンパレータ31cの非反転入力端子に入力される。第1コンパレータ31cの反転入力端子には、第1キャリア生成部31dの第1キャリア信号が入力される。本実施形態において、第1キャリア信号は、最小値が0であり、最大値が1である鋸波信号である。第1キャリア信号の1周期が第1上,下アームスイッチS1H,S1Lの1スイッチング周期である第1スイッチング周期Tsw1となる。第1時比率Duty1が第1キャリア信号よりも大きい場合、第1コンパレータ31cの出力信号である第1ゲート信号G1の論理がHとなる。これにより、第1下アームスイッチS1Lがオンされ、第1上アームスイッチS1Hがオフされる。一方、第1時比率Duty1が第1キャリア信号よりも小さい場合、第1ゲート信号G1の論理がLとなる。これにより、第1上アームスイッチS1Hが同期整流のためにオンされ、第1下アームスイッチS1Lがオフされる。   The first duty ratio Duty1 calculated by the first feedback control unit 31b is input to the non-inverting input terminal of the first comparator 31c. The first carrier signal of the first carrier generation unit 31d is input to the inverting input terminal of the first comparator 31c. In the present embodiment, the first carrier signal is a sawtooth signal having a minimum value of 0 and a maximum value of 1. One cycle of the first carrier signal is a first switching cycle Tsw1 that is one switching cycle of the first upper and lower arm switches S1H and S1L. When the first duty ratio Duty1 is larger than the first carrier signal, the logic of the first gate signal G1 that is the output signal of the first comparator 31c becomes H. As a result, the first lower arm switch S1L is turned on and the first upper arm switch S1H is turned off. On the other hand, when the first duty ratio Duty1 is smaller than the first carrier signal, the logic of the first gate signal G1 becomes L. As a result, the first upper arm switch S1H is turned on for synchronous rectification, and the first lower arm switch S1L is turned off.

第2制御部32は、平均電流モード制御により、第2リアクトル電流IL2を第2指令電流Iref2(大定格側指令電流に相当)に制御する。詳しくは、第2制御部32は、第2電流偏差算出部32a、第2フィードバック制御部32b、第2コンパレータ32c及び第2キャリア生成部32dを備えている。第2電流偏差算出部32aは、第2指令電流Iref2から第2リアクトル電流IL2を減算することにより、第2電流偏差ΔI2を算出する。   The second control unit 32 controls the second reactor current IL2 to the second command current Iref2 (corresponding to the large rated side command current) by the average current mode control. Specifically, the second control unit 32 includes a second current deviation calculation unit 32a, a second feedback control unit 32b, a second comparator 32c, and a second carrier generation unit 32d. The second current deviation calculation unit 32a calculates the second current deviation ΔI2 by subtracting the second reactor current IL2 from the second command current Iref2.

第2フィードバック制御部32bは、第2電流偏差ΔI2を0にフィードバック制御するための操作量として、第2時比率Duty2を算出する。本実施形態において、このフィードバック制御は、比例積分制御である。このため、第2時比率Duty2は、第2電流偏差ΔI2及び第2比例ゲインKp2の乗算値と、第2電流偏差ΔI2の時間積分値及び第2積分ゲインKi2の乗算値との加算値として算出される。本実施形態において、第2時比率Duty2は、0から1までの値を取り得る。   The second feedback control unit 32b calculates the second duty ratio Duty2 as an operation amount for performing feedback control of the second current deviation ΔI2 to zero. In the present embodiment, this feedback control is proportional-integral control. Therefore, the second duty ratio Duty2 is calculated as an addition value of the multiplication value of the second current deviation ΔI2 and the second proportional gain Kp2, the time integration value of the second current deviation ΔI2 and the multiplication value of the second integration gain Ki2. Is done. In the present embodiment, the second duty ratio Duty2 can take a value from 0 to 1.

第2フィードバック制御部32bにより算出された第2時比率Duty2は、第2コンパレータ32cの非反転入力端子に入力される。第2コンパレータ32cの反転入力端子には、第2キャリア生成部32dの第2キャリア信号が入力される。本実施形態において、第2キャリア信号は、最小値が0であり、最大値が1である鋸波信号である。第2キャリア信号の1周期は、第1キャリア信号の1周期の2倍の周期であり、第2キャリア信号の1周期が第2上,下アームスイッチS2H,S2Lの1スイッチング周期である第2スイッチング周期Tsw2(=Tsw1×2)となる。第2時比率Duty2が第2キャリア信号よりも大きい場合、第2コンパレータ32cの出力信号である第2ゲート信号G2の論理がHとなる。これにより、第2下アームスイッチS2Lがオンされ、第2上アームスイッチS2Hがオフされる。一方、第2時比率Duty2が第2キャリア信号よりも小さい場合、第2ゲート信号G2の論理がLとなる。これにより、第2上アームスイッチS2Hが同期整流のためにオンされ、第2下アームスイッチS2Lがオフされる。   The second duty ratio Duty2 calculated by the second feedback control unit 32b is input to the non-inverting input terminal of the second comparator 32c. The second carrier signal of the second carrier generation unit 32d is input to the inverting input terminal of the second comparator 32c. In the present embodiment, the second carrier signal is a sawtooth signal having a minimum value of 0 and a maximum value of 1. One cycle of the second carrier signal is twice as long as one cycle of the first carrier signal, and one cycle of the second carrier signal is one switching cycle of the second upper and lower arm switches S2H and S2L. The switching cycle is Tsw2 (= Tsw1 × 2). When the second duty ratio Duty2 is larger than the second carrier signal, the logic of the second gate signal G2 that is the output signal of the second comparator 32c becomes H. As a result, the second lower arm switch S2L is turned on and the second upper arm switch S2H is turned off. On the other hand, when the second duty ratio Duty2 is smaller than the second carrier signal, the logic of the second gate signal G2 becomes L. As a result, the second upper arm switch S2H is turned on for synchronous rectification, and the second lower arm switch S2L is turned off.

なお、大定格スイッチである第2,第3下アームスイッチS2L,S3Lの第2スイッチング周期Tsw2は、小定格スイッチである第1下アームスイッチS1Lの第1スイッチング周期Tsw1に、大定格スイッチの数「2」を乗算した値に設定されていると見ることもできる。   The second switching cycle Tsw2 of the second and third lower arm switches S2L and S3L that are large rated switches is equal to the number of large rated switches in the first switching cycle Tsw1 of the first lower arm switch S1L that is a small rated switch. It can also be seen that the value is set to a value multiplied by “2”.

第3制御部33は、平均電流モード制御により、第3リアクトル電流IL3を第3指令電流Iref3(大定格側指令電流に相当)に制御する。詳しくは、第3制御部33は、第3電流偏差算出部33a、第3フィードバック制御部33b、第3コンパレータ33c及び第3キャリア生成部33dを備えている。第3電流偏差算出部33aは、第3指令電流Iref3から第3リアクトル電流IL3を減算することにより、第3電流偏差ΔI3を算出する。   The third control unit 33 controls the third reactor current IL3 to the third command current Iref3 (corresponding to the large rated side command current) by the average current mode control. Specifically, the third control unit 33 includes a third current deviation calculation unit 33a, a third feedback control unit 33b, a third comparator 33c, and a third carrier generation unit 33d. The third current deviation calculation unit 33a calculates the third current deviation ΔI3 by subtracting the third reactor current IL3 from the third command current Iref3.

第3フィードバック制御部33bは、第3電流偏差ΔI3を0にフィードバック制御するための操作量として、第3時比率Duty3を算出する。本実施形態において、このフィードバック制御は、比例積分制御である。第2時比率Duty2は、第3電流偏差ΔI3及び第2比例ゲインKp2の乗算値と、第3電流偏差ΔI3の時間積分値及び第2積分ゲインKi2の乗算値との加算値として算出される。本実施形態において、第3時比率Duty3は、0から1までの値を取り得る。   The third feedback control unit 33b calculates a third duty ratio Duty3 as an operation amount for performing feedback control of the third current deviation ΔI3 to zero. In the present embodiment, this feedback control is proportional-integral control. The second duty ratio Duty2 is calculated as an addition value of the multiplication value of the third current deviation ΔI3 and the second proportional gain Kp2, the time integration value of the third current deviation ΔI3 and the multiplication value of the second integration gain Ki2. In the present embodiment, the third duty ratio Duty3 can take a value from 0 to 1.

第3フィードバック制御部33bにより算出された第3時比率Duty3は、第3コンパレータ33cの非反転入力端子に入力される。第3コンパレータ33cの反転入力端子には、第3キャリア生成部33dの第3キャリア信号が入力される。本実施形態において、第3キャリア信号は、最小値が0であり、最大値が1である鋸波信号である。第3キャリア信号の1周期は、第2キャリア信号の1周期と同じ周期であり、第3キャリア信号の1周期が第3上,下アームスイッチS3H,S3Lの1スイッチング周期である第2スイッチング周期Tsw2となる。第3時比率Duty3が第3キャリア信号よりも大きい場合、第3コンパレータ33cの出力信号である第3ゲート信号G3の論理がHとなる。これにより、第3下アームスイッチS3Lがオンされ、第3上アームスイッチS3Hがオフされる。一方、第3時比率Duty3が第3キャリア信号よりも小さい場合、第3ゲート信号G3の論理がLとなる。これにより、第3上アームスイッチS3Hが同期整流のためにオンされ、第3下アームスイッチS3Lがオフされる。   The third duty ratio Duty3 calculated by the third feedback control unit 33b is input to the non-inverting input terminal of the third comparator 33c. The third carrier signal of the third carrier generation unit 33d is input to the inverting input terminal of the third comparator 33c. In the present embodiment, the third carrier signal is a sawtooth signal having a minimum value of 0 and a maximum value of 1. One period of the third carrier signal is the same period as one period of the second carrier signal, and one period of the third carrier signal is one switching period of the third upper and lower arm switches S3H and S3L. Tsw2. When the third duty ratio Duty3 is larger than the third carrier signal, the logic of the third gate signal G3 that is the output signal of the third comparator 33c becomes H. As a result, the third lower arm switch S3L is turned on and the third upper arm switch S3H is turned off. On the other hand, when the third duty ratio Duty3 is smaller than the third carrier signal, the logic of the third gate signal G3 becomes L. As a result, the third upper arm switch S3H is turned on for synchronous rectification, and the third lower arm switch S3L is turned off.

本実施形態では、第1制御部31の平均電流モード制御による第1指令電流Iref1に対する第1リアクトル電流IL1の応答性を、第2,第3制御部32,33の平均電流モード制御による第2,第3指令電流Iref2,Iref3に対する第2,第3リアクトル電流IL2,IL3の応答性よりも高くしている。その一例として、本実施形態では、第1比例ゲインKp1が第2比例ゲインKp2よりも大きく設定され、第1積分ゲインKi1が第2積分ゲインKi2よりも大きく設定されている。ただし、第1制御部31における応答性を第2,第3制御部32,33における応答性よりも高くするために、第1比例ゲインKp1が第2比例ゲインKp2よりも大きいとの条件、及び第1積分ゲインKi1が第2積分ゲインKi2よりも大きいとの条件の双方を満たすことは必須ではない。例えば、第1比例ゲインKp1が第2比例ゲインKp2よりも大きく、第1積分ゲインKi1が第2積分ゲインKi2以下であってもよい。   In the present embodiment, the responsiveness of the first reactor current IL1 to the first command current Iref1 by the average current mode control of the first control unit 31 is the second response by the average current mode control of the second and third control units 32 and 33. , The responsiveness of the second and third reactor currents IL2 and IL3 with respect to the third command currents Iref2 and Iref3 is set higher. As an example, in the present embodiment, the first proportional gain Kp1 is set larger than the second proportional gain Kp2, and the first integral gain Ki1 is set larger than the second integral gain Ki2. However, in order to make the responsiveness in the first control unit 31 higher than the responsiveness in the second and third control units 32 and 33, the condition that the first proportional gain Kp1 is larger than the second proportional gain Kp2, and It is not essential to satisfy both the conditions that the first integral gain Ki1 is larger than the second integral gain Ki2. For example, the first proportional gain Kp1 may be larger than the second proportional gain Kp2, and the first integral gain Ki1 may be equal to or less than the second integral gain Ki2.

図4に、本実施形態の各下アームスイッチS1L〜S3Lのスイッチング態様を示す。なお、図4には、電流連続モードにおいて各時比率Duty1〜Duty3が0.5(50%)となる場合を例示している。   FIG. 4 shows a switching mode of each of the lower arm switches S1L to S3L of the present embodiment. FIG. 4 illustrates a case where the respective time ratios Duty1 to Duty3 are 0.5 (50%) in the current continuous mode.

図4(a)に示すように、第1下アームスイッチS1Lは、第1スイッチング周期Tsw1でオンオフされる。図4(b)に示すように、第2下アームスイッチS2Lは、第2スイッチング周期Tsw2でオンオフされる。第1下アームスイッチS1Lのオン切替タイミングは、第2下アームスイッチS2Lのオン切替タイミングと同期している。   As shown in FIG. 4A, the first lower arm switch S1L is turned on / off in the first switching period Tsw1. As shown in FIG. 4B, the second lower arm switch S2L is turned on / off in the second switching period Tsw2. The ON switching timing of the first lower arm switch S1L is synchronized with the ON switching timing of the second lower arm switch S2L.

図4(c)に示すように、第3下アームスイッチS3Lは、第2スイッチング周期Tsw2でオンオフされる。第3下アームスイッチS3Lのオン切替タイミングと第2下アームスイッチS2Lのオン切替タイミングとは、第2スイッチング周期Tsw2の1/2だけずれている。   As shown in FIG. 4C, the third lower arm switch S3L is turned on / off in the second switching period Tsw2. The ON switching timing of the third lower arm switch S3L and the ON switching timing of the second lower arm switch S2L are shifted by ½ of the second switching cycle Tsw2.

図4(a)〜(c)に示したスイッチング態様により、第2リアクトル電流IL2及び第3リアクトル電流IL3の合計電流の変動周期は、第1リアクトル電流IL1の変動周期と等しくなる。また、この合計電流に対する第1リアクトル電流IL1の位相が、合計電流の変動周期の1/2ずれる。これにより、昇圧コンバータ10の出力電流のリップルを低減することができる。   With the switching modes shown in FIGS. 4A to 4C, the fluctuation cycle of the total current of the second reactor current IL2 and the third reactor current IL3 becomes equal to the fluctuation cycle of the first reactor current IL1. Further, the phase of the first reactor current IL1 with respect to the total current is shifted by a half of the fluctuation period of the total current. Thereby, the ripple of the output current of boost converter 10 can be reduced.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

定格電流の小さい第1下アームスイッチS1Lの第1スイッチング周期Tsw1が、定格電流の大きい第2,第3下アームスイッチS2L,S3Lの第2スイッチング周期Tsw2よりも短く設定されている。このため、第1下アームスイッチS1Lの電流制御の応答性を、第2,第3下アームスイッチS2L,S3Lの電流制御の応答性よりも高めることができる。これにより、定格電流が小さい第1下アームスイッチS1Lを過電流から適正に保護することができる。   The first switching period Tsw1 of the first lower arm switch S1L having a small rated current is set shorter than the second switching period Tsw2 of the second and third lower arm switches S2L and S3L having a large rated current. For this reason, the responsiveness of the current control of the first lower arm switch S1L can be made higher than the responsiveness of the current control of the second and third lower arm switches S2L, S3L. Thereby, 1st lower arm switch S1L with a small rated current can be protected appropriately from an overcurrent.

なお、昇圧コンバータ10において、第1上,下アームスイッチS1H,S1Lを有する相を1相目とし、第2上,下アームスイッチS2H,S2Lを有する相を2相目とし、第3上,下アームスイッチS3H,S3Lを有する相を3相目とする。1相目の電流制御の応答性のみを高くすることに代えて、全相の電流制御の応答性を高くする構成も考えられる。ただし、この場合、制御装置30として処理能力の高いものを用いる必要があり、昇圧コンバータ10のコストが増加してしまう。一方、制御装置30として処理能力の高いものを用いることができないときには、制御装置30の処理負荷がその許容値を超えてしまい、制御装置30が電流制御を適正に実施できなくなる懸念がある。   In step-up converter 10, the phase having the first upper and lower arm switches S1H and S1L is the first phase, the phase having the second upper and lower arm switches S2H and S2L is the second phase, and the third upper, lower The phase having the arm switches S3H and S3L is the third phase. Instead of increasing only the responsiveness of the current control of the first phase, a configuration of increasing the responsiveness of the current control of all phases is also conceivable. However, in this case, it is necessary to use a high processing capability as the control device 30, and the cost of the boost converter 10 increases. On the other hand, when a control device having a high processing capacity cannot be used, the processing load of the control device 30 exceeds the allowable value, and there is a concern that the control device 30 cannot properly perform current control.

第1制御部31の平均電流モード制御による第1指令電流Iref1に対する第1リアクトル電流IL1の応答性が、第2,第3制御部32,33の平均電流モード制御による第2,第3指令電流Iref2,Iref3に対する第2,第3リアクトル電流IL2,IL3の応答性よりも高くされている。これにより、第1下アームスイッチS1Lを過電流からより適正に保護することができる。   The responsiveness of the first reactor current IL1 to the first command current Iref1 by the average current mode control of the first control unit 31 is the second and third command currents by the average current mode control of the second and third control units 32 and 33. The responsiveness of the second and third reactor currents IL2 and IL3 with respect to Iref2 and Iref3 is set higher. Thereby, 1st lower arm switch S1L can be protected more appropriately from overcurrent.

<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、平均電流モード制御を行う第1制御部31に代えて、ピーク電流モード制御を行う第1制御部40が制御装置30に備えられている。ピーク電流モード制御により、第1リアクトル電流IL1が第1指令電流Iref1に制御される。
Second Embodiment
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment. In the present embodiment, the control device 30 includes a first control unit 40 that performs peak current mode control instead of the first control unit 31 that performs average current mode control. By the peak current mode control, the first reactor current IL1 is controlled to the first command current Iref1.

また、第1電流センサ14aの電流の応答性が、第2,第3電流センサ14b,14cの応答性よりも高い。本実施形態では、第1電流センサ14aとして、カレントトランスが用いられている。これにより、全ての各電流センサ14a〜14cがカレントランスとされる場合と比較して、昇圧コンバータ10のコストを低減できる。なお、図5には、各リアクトルに実際に流れる電流が一点鎖線で示すようにステップ状に変化した場合において、第1電流センサ14aの検出値の推移を実線で示し、第2,第3電流センサ14b,14cの検出値の推移を破線で示す。   Further, the current responsiveness of the first current sensor 14a is higher than the responsiveness of the second and third current sensors 14b and 14c. In the present embodiment, a current transformer is used as the first current sensor 14a. Thereby, the cost of step-up converter 10 can be reduced as compared with the case where all the current sensors 14a to 14c have current lances. FIG. 5 shows the transition of the detected value of the first current sensor 14a by a solid line when the current actually flowing through each reactor changes in a step shape as shown by a one-dot chain line, and shows the second and third currents. Transition of detection values of the sensors 14b and 14c is indicated by a broken line.

図6に、第1制御部40のブロック図を示す。第1制御部40は、第1コンパレータ40a、第1加算器40b及び第1RSフリップフロップ40cを備えている。第1コンパレータ40aの反転入力端子には、第1指令電流Iref1が入力される。第1加算器40bは、第1リアクトル電流IL1及びスロープ補償信号Slopeの加算値を第1補償後電流として出力する。第1補償後電流は、第1コンパレータ40aの非反転入力端子に入力される。第1コンパレータ40aは、第1補償後電流が第1指令電流Iref1より小さい場合、論理Lの信号を出力する。一方、第1コンパレータ40aは、第1補償後電流が第1指令電流Iref1より大きい場合、論理Hの信号を出力する。   FIG. 6 shows a block diagram of the first control unit 40. The first control unit 40 includes a first comparator 40a, a first adder 40b, and a first RS flip-flop 40c. The first command current Iref1 is input to the inverting input terminal of the first comparator 40a. The first adder 40b outputs the added value of the first reactor current IL1 and the slope compensation signal Slope as the first compensated current. The first post-compensation current is input to the non-inverting input terminal of the first comparator 40a. The first comparator 40a outputs a logic L signal when the first compensated current is smaller than the first command current Iref1. On the other hand, the first comparator 40a outputs a logic H signal when the first post-compensation current is larger than the first command current Iref1.

第1RSフリップフロップ40cのR端子には、第1コンパレータ40aの出力信号が入力される。第1RSフリップフロップ40cのS端子には、クロック信号が入力される。第1RSフリップフロップ40cの出力信号が、第1ゲート信号G1となる。なお、第1RSフリップフロップ40cのS端子に入力されるクロック信号の1周期は、第1スイッチング周期Tsw1に設定されている。   The output signal of the first comparator 40a is input to the R terminal of the first RS flip-flop 40c. A clock signal is input to the S terminal of the first RS flip-flop 40c. The output signal of the first RS flip-flop 40c is the first gate signal G1. Note that one cycle of the clock signal input to the S terminal of the first RS flip-flop 40c is set to the first switching cycle Tsw1.

ピーク電流モード制御では、第1下アームスイッチS1Lに流れる電流のピーク値を第1指令電流Iref1で制限できる。このため、平均電流モード制御によりスイッチング制御される第2,第3下アームスイッチS2L,S3Lと比較して、第1下アームスイッチS1Lを過電流から適正に保護することができる。また、第1電流センサ14aの応答性が第2,第3電流センサ14b,14cの応答性よりも高いことも、過電流から適正に保護できることに寄与している。   In the peak current mode control, the peak value of the current flowing through the first lower arm switch S1L can be limited by the first command current Iref1. Therefore, the first lower arm switch S1L can be appropriately protected from overcurrent as compared with the second and third lower arm switches S2L and S3L that are switching-controlled by the average current mode control. In addition, the fact that the responsiveness of the first current sensor 14a is higher than the responsiveness of the second and third current sensors 14b and 14c also contributes to appropriate protection from overcurrent.

<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第2実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、平均電流モード制御を行う第2,第3制御部32,33に代えて、ピーク電流モード制御を行う第2,第3制御部50,51が制御装置30に備えられている。ピーク電流モード制御により、第2,第3リアクトル電流IL2,IL3が第2,第3指令電流Iref2,Iref3に制御される。なお、制御装置30は、図6の第1制御部40を備えている。
<Third Embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the second embodiment. In the present embodiment, instead of the second and third control units 32 and 33 that perform average current mode control, the control device 30 includes second and third control units 50 and 51 that perform peak current mode control. . The second and third reactor currents IL2 and IL3 are controlled to the second and third command currents Iref2 and Iref3 by the peak current mode control. In addition, the control apparatus 30 is provided with the 1st control part 40 of FIG.

図7に、第2,第3制御部50,51のブロック図を示す。   FIG. 7 shows a block diagram of the second and third control units 50 and 51.

第2制御部50は、第2コンパレータ50a、第2加算器50b及び第2RSフリップフロップ50cを備えている。第2コンパレータ50aの反転入力端子には、第2指令電流Iref2が入力される。第2加算器50bは、第2リアクトル電流IL2及びスロープ補償信号Slopeの加算値を第2補償後電流として出力する。第2補償後電流は、第2コンパレータ50aの非反転入力端子に入力される。   The second control unit 50 includes a second comparator 50a, a second adder 50b, and a second RS flip-flop 50c. The second command current Iref2 is input to the inverting input terminal of the second comparator 50a. The second adder 50b outputs the added value of the second reactor current IL2 and the slope compensation signal Slope as the second post-compensation current. The second post-compensation current is input to the non-inverting input terminal of the second comparator 50a.

第2RSフリップフロップ50cのR端子には、第2コンパレータ50aの出力信号が入力される。第2RSフリップフロップ50cのS端子には、クロック信号が入力される。第2RSフリップフロップ50cの出力信号が、第2ゲート信号G2となる。なお、第2RSフリップフロップ50cのS端子に入力されるクロック信号の1周期は、第2スイッチング周期Tsw2に設定されている。   The output signal of the second comparator 50a is input to the R terminal of the second RS flip-flop 50c. A clock signal is input to the S terminal of the second RS flip-flop 50c. The output signal of the second RS flip-flop 50c becomes the second gate signal G2. Note that one cycle of the clock signal input to the S terminal of the second RS flip-flop 50c is set to the second switching cycle Tsw2.

第3制御部51は、第3コンパレータ51a、第3加算器51b及び第3RSフリップフロップ51cを備えている。第3コンパレータ51aの反転入力端子には、第3指令電流Iref3が入力される。第3加算器51bは、第3リアクトル電流IL3及びスロープ補償信号Slopeの加算値を第3補償後電流として出力する。第3補償後電流は、第3コンパレータ51aの非反転入力端子に入力される。なお、第3指令電流Iref3と第2指令電流Iref2とは、例えば同じ値に設定されている。   The third control unit 51 includes a third comparator 51a, a third adder 51b, and a third RS flip-flop 51c. The third command current Iref3 is input to the inverting input terminal of the third comparator 51a. The third adder 51b outputs the added value of the third reactor current IL3 and the slope compensation signal Slope as the third post-compensation current. The third post-compensation current is input to the non-inverting input terminal of the third comparator 51a. Note that the third command current Iref3 and the second command current Iref2 are set to the same value, for example.

第3RSフリップフロップ51cのR端子には、第3コンパレータ51aの出力信号が入力される。第3RSフリップフロップ51cのS端子には、クロック信号が入力される。第3RSフリップフロップ51cの出力信号が、第3ゲート信号G3となる。なお、第3RSフリップフロップ51cのS端子に入力されるクロック信号の1周期は、第2スイッチング周期Tsw2に設定されている。また、このクロック信号の位相と、第2RSフリップフロップ50cのS端子に入力されるクロック信号の位相とは、第2スイッチング周期Tsw2の1/2だけずれている。   The output signal of the third comparator 51a is input to the R terminal of the third RS flip-flop 51c. A clock signal is input to the S terminal of the third RS flip-flop 51c. The output signal of the third RS flip-flop 51c is the third gate signal G3. Note that one cycle of the clock signal input to the S terminal of the third RS flip-flop 51c is set to the second switching cycle Tsw2. Further, the phase of this clock signal and the phase of the clock signal input to the S terminal of the second RS flip-flop 50c are shifted by ½ of the second switching period Tsw2.

本実施形態において、第1指令電流Iref1は、第2,第3指令電流Iref2,Iref3よりも小さく設定されている。このため、定格電流の小さい第1下アームスイッチS1Lに流れる電流のピーク値を、定格電流の大きい第2,第3下アームスイッチS2L,S3Lに流れる電流のピーク値よりも小さくできる。これにより、第1下アームスイッチS1Lを過電流から適正に保護することができる。   In the present embodiment, the first command current Iref1 is set smaller than the second and third command currents Iref2 and Iref3. For this reason, the peak value of the current flowing through the first lower arm switch S1L having a small rated current can be made smaller than the peak value of the current flowing through the second and third lower arm switches S2L and S3L having a large rated current. Thereby, 1st lower arm switch S1L can be protected appropriately from an overcurrent.

ちなみに、各指令電流は、例えば、検出された出力電圧Voutを、昇圧コンバータ10の指令出力電圧Vo*にフィードバック制御するための操作量として算出される。この場合、第1指令電流Iref1を算出するためのフィードバック制御で用いられる比例,積分ゲイン等のフィードバックゲインを、第2,第3指令電流Iref2,Iref3を算出するためのフィードバック制御で用いられる比例,積分ゲイン等のフィードバックゲインよりも大きくしてもよい。   Incidentally, each command current is calculated as an operation amount for feedback-controlling the detected output voltage Vout to the command output voltage Vo * of the boost converter 10, for example. In this case, the proportional gain used in the feedback control for calculating the first command current Iref1 and the feedback gain such as the integral gain are proportional to the proportional gain used in the feedback control for calculating the second and third command currents Iref2 and Iref3. It may be larger than a feedback gain such as an integral gain.

<第4実施形態>
以下、第4実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、リアクトル電流の検出手法を変更する。
<Fourth embodiment>
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment. In the present embodiment, the method for detecting the reactor current is changed.

図8に、本実施形態に係る昇圧コンバータ10を示す。なお、図8において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。   FIG. 8 shows a boost converter 10 according to the present embodiment. In FIG. 8, the same components as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals for the sake of convenience.

第1下アームスイッチS1Lは、自身に流れる電流と相関を有する微小電流を出力する第1センス端子St1を備えている。第1下アームスイッチS1Lがオンされている期間における第1センス端子St1の出力電流が、第1リアクトル11aに流れる電流として検出される。第1センス端子St1の出力電流は、制御装置30に入力される。本実施形態において、第1センス端子St1が小定格側センス端子に相当する。   The first lower arm switch S1L includes a first sense terminal St1 that outputs a minute current having a correlation with a current flowing through the first lower arm switch S1L. The output current of the first sense terminal St1 during the period in which the first lower arm switch S1L is on is detected as the current flowing through the first reactor 11a. The output current of the first sense terminal St1 is input to the control device 30. In the present embodiment, the first sense terminal St1 corresponds to a low-rated side sense terminal.

第2下アームスイッチS2Lは、自身に流れる電流と相関を有する微小電流を出力する第2センス端子St2を備えている。第2下アームスイッチS2Lがオンされている期間における第2センス端子St2の出力電流が、第2リアクトル11bに流れる電流として検出される。第3下アームスイッチS3Lは、自身に流れる電流と相関を有する微小電流を出力する第3センス端子St3を備えている。第3下アームスイッチS3Lがオンされている期間における第3センス端子St3の出力電流が、第3リアクトル11cに流れる電流として検出される。第2,第3センス端子St2,St3の出力電流は、制御装置30に入力される。本実施形態において、第2,第3センス端子St2,St3が大定格側センス端子に相当する。   The second lower arm switch S2L includes a second sense terminal St2 that outputs a minute current having a correlation with a current flowing through the second lower arm switch S2L. The output current of the second sense terminal St2 during the period when the second lower arm switch S2L is on is detected as the current flowing through the second reactor 11b. The third lower arm switch S3L includes a third sense terminal St3 that outputs a minute current having a correlation with a current flowing through the third lower arm switch S3L. The output current of the third sense terminal St3 during the period when the third lower arm switch S3L is on is detected as the current flowing through the third reactor 11c. The output currents of the second and third sense terminals St2 and St3 are input to the control device 30. In the present embodiment, the second and third sense terminals St2 and St3 correspond to the large rating side sense terminals.

本実施形態では、各電流センサ14a〜14cの検出値に代えて、各センス端子St1〜St3の出力電流が図3に示す平均電流モード制御で用いられる。   In this embodiment, instead of the detection values of the current sensors 14a to 14c, the output currents of the sense terminals St1 to St3 are used in the average current mode control shown in FIG.

ちなみに、図8に示す構成において、各電流センサ14a〜14cは必須ではない。各電流センサ14a〜14cが昇圧コンバータ10に備えられないことにより、昇圧コンバータ10の部品数を削減でき、昇圧コンバータ10のコストを低減できる。   Incidentally, in the configuration shown in FIG. 8, each of the current sensors 14a to 14c is not essential. Since each current sensor 14a to 14c is not provided in boost converter 10, the number of components of boost converter 10 can be reduced, and the cost of boost converter 10 can be reduced.

以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。   According to the present embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・図3の各フィードバック制御部31b,32b,33bにおいて、例えば、微分制御が含まれていてもよい。   -In each feedback control part 31b, 32b, 33b of FIG. 3, for example, differentiation control may be included.

・整流素子としては、各上アームスイッチS1H〜S3Hに限らず、例えばダイオードであってもよい。この場合、ダイオードのカソードが高電位側出力端子TOH側に接続され、アノードがリアクトル側に接続される。   The rectifying element is not limited to the upper arm switches S1H to S3H, and may be a diode, for example. In this case, the cathode of the diode is connected to the high potential side output terminal TOH, and the anode is connected to the reactor.

・図3において、第2フィードバック制御部32bの比例ゲインと第3フィードバック制御部33bの比例ゲインとが異なっていてもよい。また、第2フィードバック制御部32bの積分ゲインと第3フィードバック制御部33bの積分ゲインとが異なっていてもよい。   In FIG. 3, the proportional gain of the second feedback control unit 32b and the proportional gain of the third feedback control unit 33b may be different. Further, the integral gain of the second feedback control unit 32b and the integral gain of the third feedback control unit 33b may be different.

・第1スイッチング周期Tsw1が第2スイッチング周期Tsw2よりも短いことを条件として、Tsw1≠Tsw2/2としてもよい。   -It is good also as Tsw1 <> Tsw2 / 2 on the condition that 1st switching period Tsw1 is shorter than 2nd switching period Tsw2.

・リアクトル及び下アームスイッチの組の数としては、3つに限らず、2つであったり、4つ以上であったりしてもよい。   -The number of sets of reactors and lower arm switches is not limited to three, and may be two or four or more.

・下アームスイッチの組み合わせとしては、IGBT及びMOSFETの組み合わせに限らず、他の組み合わせであってもよい。   -The combination of the lower arm switch is not limited to the combination of IGBT and MOSFET, but may be other combinations.

10…昇圧コンバータ、11a〜11c…第1〜第3リアクトル、30…制御装置、S1L〜S3L…第1〜第3下アームスイッチ、S1H〜S3H…第1〜第3上アームスイッチ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Boost converter, 11a-11c ... 1st-3rd reactor, 30 ... Control apparatus, S1L-S3L ... 1st-3rd lower arm switch, S1H-S3H ... 1st-3rd upper arm switch.

Claims (10)

入力側に第1端が接続された複数のリアクトル(11a〜11c)と、
前記各リアクトルに対応して個別に設けられ、前記リアクトルの第2端に接続されたスイッチ(S1L〜S3L)と、
前記各リアクトルに対応して個別に設けられるとともに前記リアクトルの第2端と出力側とを接続し、前記リアクトルから前記出力側へと向かう方向の電流の流通を許容してかつその方向とは逆方向の電流の流通を阻止する整流素子(S1H〜S3H)と、
前記入力側から入力された直流電圧を昇圧して前記出力側から出力すべく、前記スイッチをスイッチング制御する制御装置(30)と、を備え、
前記各スイッチのうち、少なくとも1つであってかつ一部のスイッチである小定格スイッチ(S1L)の定格電流が、残りのスイッチである大定格スイッチ(S2L,S3L)の定格電流よりも小さくされており、
前記制御装置は、前記小定格スイッチの過電流に対する保護度合いを前記大定格スイッチの過電流に対する保護度合いよりも大きくするように前記小定格スイッチ及び前記大定格スイッチをスイッチング制御する昇圧コンバータ(10)。
A plurality of reactors (11a to 11c) whose first ends are connected to the input side;
A switch (S1L to S3L) provided individually corresponding to each of the reactors and connected to a second end of the reactor;
Provided individually corresponding to each reactor and connecting the second end of the reactor and the output side, allowing the flow of current in the direction from the reactor to the output side, and opposite to that direction Rectifying elements (S1H to S3H) for blocking the flow of current in the direction;
A control device (30) for switching control of the switch to boost the DC voltage input from the input side and output the DC voltage from the output side,
The rated current of the small rated switch (S1L) which is at least one of the switches and a part of the switches is made smaller than the rated current of the large rated switches (S2L, S3L) which are the remaining switches. And
The control device is a boost converter (10) that performs switching control of the small-rated switch and the large-rated switch so that the degree of protection of the small-rated switch against overcurrent is larger than the degree of protection of the large-rated switch against overcurrent. .
前記制御装置は、前記小定格スイッチの1スイッチング周期を前記大定格スイッチの1スイッチング周期よりも短くする請求項1に記載の昇圧コンバータ。   2. The boost converter according to claim 1, wherein the control device makes one switching cycle of the small-rated switch shorter than one switching cycle of the large-rated switch. 前記小定格スイッチのスイッチング制御により前記出力側に流れる電流の変動周期と、前記大定格スイッチのスイッチング制御により前記出力側に流れる電流の変動周期とを等しくして、かつ、前記小定格スイッチのスイッチング制御により前記出力側に流れる電流と前記大定格スイッチのスイッチング制御により前記出力側に流れる電流との位相が前記変動周期の1/2ずれるように、前記制御装置は、前記大定格スイッチ及び前記小定格スイッチの双方をスイッチング制御する請求項2に記載の昇圧コンバータ。   The fluctuation cycle of the current flowing to the output side by switching control of the small-rated switch is equal to the fluctuation cycle of the current flowing to the output side by switching control of the large-rated switch, and the switching of the small-rated switch The control device is configured so that the phase of the current flowing to the output side by control and the current flowing to the output side by switching control of the large rated switch is shifted by a half of the fluctuation period. The boost converter according to claim 2, wherein both of the rated switches are switching-controlled. 前記各リアクトルのうち前記大定格スイッチに接続されたリアクトルである大定格側リアクトル(11b,11c)に流れる電流を検出する大定格側検出部(14b,14c,St2,St3)と、
前記各リアクトルのうち前記小定格スイッチに接続されたリアクトルである小定格側リアクトル(11a)に流れる電流を検出する小定格側検出部(14a,St1)と、を備え、
前記制御装置は、
前記大定格側検出部により検出された電流を大定格側指令電流に平均電流モード制御により制御すべく、前記大定格スイッチをスイッチング制御する大定格側制御部(32,33)と、
前記小定格側検出部により検出された電流を小定格側指令電流にピーク電流モード制御により制御すべく、前記小定格スイッチをスイッチング制御する小定格側制御部(40)と、を有する請求項1に記載の昇圧コンバータ。
A large rated side detector (14b, 14c, St2, St3) for detecting a current flowing through a large rated side reactor (11b, 11c) that is a reactor connected to the large rated switch among the reactors;
A small rated side detector (14a, St1) that detects a current flowing through a small rated side reactor (11a) that is a reactor connected to the small rated switch among the reactors,
The controller is
A large rated side control unit (32, 33) for controlling the switching of the large rated switch so as to control the current detected by the large rated side detection unit to a large rated side command current by average current mode control;
2. A small-rated side control unit (40) that performs switching control of the small-rated switch so as to control the current detected by the small-rated side detection unit to a small-rated side command current by peak current mode control. Boost converter described in 1.
前記大定格側検出部は、前記大定格スイッチに流れる電流と相関を有する微小電流を出力する大定格側センス端子(St2,St3)を有し、前記大定格側センス端子の出力電流を前記大定格側リアクトルに流れる電流として検出し、
前記小定格側検出部は、前記小定格スイッチに流れる電流と相関を有する微小電流を出力する小定格側センス端子(St1)を有し、前記小定格側センス端子の出力電流を前記小定格側リアクトルに流れる電流として検出する請求項4に記載の昇圧コンバータ。
The large rated side detection unit includes large rated side sense terminals (St2, St3) that output a minute current having a correlation with a current flowing through the large rated switch, and outputs an output current of the large rated side sense terminal to the large rated side sense terminal. Detects the current flowing through the rated reactor,
The small rated side detection unit has a small rated side sense terminal (St1) that outputs a minute current having a correlation with a current flowing through the small rated switch, and outputs an output current of the small rated side sense terminal to the small rated side. The boost converter according to claim 4, wherein the boost converter detects the current flowing through the reactor.
前記小定格側リアクトルに流れる電流の変化に対する前記小定格側検出部により検出された電流の応答性が、前記大定格側リアクトルに流れる電流の変化に対する前記大定格側検出部により検出された電流の応答性よりも高くされている請求項4又は5に記載の昇圧コンバータ。   The responsiveness of the current detected by the small rated side detector to the change in the current flowing through the small rated side reactor corresponds to the current detected by the large rated side detector from the change in the current flowing through the large rated side reactor. 6. The boost converter according to claim 4 or 5, wherein the boost converter is higher than the responsiveness. 前記各リアクトルのうち前記大定格スイッチに接続されたリアクトルである大定格側リアクトル(11b,11c)に流れる電流を検出する大定格側検出部(14b,14c,St2,St3)と、
前記各リアクトルのうち前記小定格スイッチに接続されたリアクトルである小定格側リアクトル(11a)に流れる電流を検出する小定格側検出部(14a,St1)と、を備え、
前記制御装置は、
前記大定格側検出部により検出された電流を大定格側指令電流にピーク電流モード制御により制御すべく、前記大定格スイッチをスイッチング制御する大定格側制御部(50,51)と、
前記小定格側検出部により検出された電流を小定格側指令電流にピーク電流モード制御により制御すべく、前記小定格スイッチをスイッチング制御する小定格側制御部(40)と、を有し、
前記小定格側指令電流が前記大定格側指令電流よりも小さく設定されている請求項1に記載の昇圧コンバータ。
A large rated side detector (14b, 14c, St2, St3) for detecting a current flowing through a large rated side reactor (11b, 11c) that is a reactor connected to the large rated switch among the reactors;
A small rated side detector (14a, St1) that detects a current flowing through a small rated side reactor (11a) that is a reactor connected to the small rated switch among the reactors,
The controller is
A large rated side control unit (50, 51) for switching the large rated switch so as to control the current detected by the large rated side detection unit to a large rated side command current by peak current mode control;
A small-rated-side control unit (40) that controls the small-rated switch so as to control the current detected by the small-rated-side detecting unit to a small-rated-side command current by peak current mode control,
2. The boost converter according to claim 1, wherein the small rated side command current is set smaller than the large rated side command current.
前記小定格側制御部で用いられるフィードバック制御のフィードバックゲインが、前記大定格側制御部で用いられるフィードバック制御のフィードバックゲインよりも大きく設定されている請求項4〜7のいずれか1項に記載の昇圧コンバータ。   The feedback gain of feedback control used in the small rated side control unit is set larger than the feedback gain of feedback control used in the large rated side control unit. Boost converter. 前記各リアクトルのうち前記小定格スイッチに接続されたリアクトルである小定格側リアクトル(11a)のインダクタンスが、前記各リアクトルのうち前記大定格スイッチに接続されたリアクトルである大定格側リアクトル(11b,11c)のインダクタンスよりも大きくされている請求項1〜8のいずれか1項に記載の昇圧コンバータ。   Among the reactors, the inductance of the small-rated reactor (11a) that is a reactor connected to the small-rated switch is the large-rated reactor (11b, 11) that is the reactor connected to the large-rated switch among the reactors. The boost converter according to any one of claims 1 to 8, wherein the boost converter is larger than the inductance of 11c). 前記小定格スイッチは、所定電流(Iα)よりも小さい小電流領域においてオン抵抗が前記大定格スイッチよりも小さくなり、
前記大定格スイッチは、前記所定電流以上の大電流領域においてオン抵抗が前記小定格スイッチよりも小さくなる請求項1〜9のいずれか1項に記載の昇圧コンバータ。
The small rated switch has an on-resistance smaller than the large rated switch in a small current region smaller than a predetermined current (Iα),
The boost converter according to any one of claims 1 to 9, wherein the large-rated switch has an on-resistance that is smaller than that of the small-rated switch in a large current region that is equal to or greater than the predetermined current.
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