JP2019154206A - LLC resonant circuit and power conversion device including the same - Google Patents

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Abstract

To provide an LLC resonance circuit capable of controlling an output voltage in a wide range.SOLUTION: An LLC resonance circuit 1 includes: a resonance unit 10 that receives a DC input voltage and outputs a voltage; a conversion unit 20 that converts the voltage output from the resonance unit into a predetermined DC output voltage and outputs the voltage. The conversion unit 20 includes: a boost capacitor C21 that forms a secondary winding of a transformer TR1 and a closed loop circuit 21; and a rectifier diode D21. Furthermore, a first switching element Q21 for controlling a charging voltage of the boost capacitor C21 by turning on and off in response to a predetermined control signal is provided in the closed loop circuit 21.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、LLC共振回路及びそれを備えた電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to an LLC resonant circuit and a power conversion device including the same.

近年、電力変換装置において、直流電源の低コスト化のために、低電圧・大電流の直流電力の直流電源を使用することが要請されている。電力変換装置において、低入力電圧で規定の出力電力が取れるようにすると、高入力電圧かつ低負荷のときに、出力電圧の制御が困難になるという問題がある。そこで、特許文献1では、フルブリッジ複合共振型のDC−DCコンバータにおいて、軽負荷時にフルブリッジ複合共振回路をバースト発振に移行させることが記載されている。   2. Description of the Related Art In recent years, in power converters, in order to reduce the cost of a DC power supply, it is required to use a DC power supply with a low voltage and large current DC power. In the power conversion device, if the specified output power can be obtained at a low input voltage, there is a problem that it becomes difficult to control the output voltage at a high input voltage and a low load. Therefore, Patent Document 1 describes that in a full-bridge composite resonance type DC-DC converter, the full-bridge composite resonance circuit is shifted to burst oscillation at light load.

特開2011−142765号JP 2011-142765 A

しかしながら、バースト発振を行うと、高い入力電圧に対してオン/オフ制御を繰り返すので、ノイズが発生し、EMI(Electromagnetic interference)の悪化、制御系の誤動作等を誘発させるおそれがある。   However, when burst oscillation is performed, ON / OFF control is repeated for a high input voltage, so that noise is generated, which may cause deterioration of EMI (Electromagnetic interference), malfunction of the control system, and the like.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バースト発振をすることなく、広範囲に出力電圧を制御できるLLC共振回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an LLC resonance circuit capable of controlling an output voltage over a wide range without causing burst oscillation.

本発明の第1態様に係るLLC共振回路は、スイッチング部と共振コンデンサとトランスとを有し、直流入力電圧を前記スイッチング部に受け、該スイッチング部の出力を、前記共振コンデンサを介して前記トランスの1次巻線に与えて共振させる共振部と、前記トランスの2次巻線と閉ループ回路を形成する昇圧コンデンサ及び整流ダイオードを含み、前記共振部の出力電圧を所定の直流出力電圧に変換して出力する変換部とを備え、前記閉ループ回路には、所定の制御信号を受けてオンオフすることで、前記昇圧コンデンサの充電電圧を制御する第1スイッチング素子が設けられていることを特徴とする。   An LLC resonant circuit according to a first aspect of the present invention includes a switching unit, a resonant capacitor, and a transformer, receives a DC input voltage at the switching unit, and outputs an output of the switching unit via the resonant capacitor. A resonance part that is fed to and resonates with the primary winding, a booster capacitor that forms a closed loop circuit with the secondary winding of the transformer, and a rectifier diode, and converts the output voltage of the resonance part into a predetermined DC output voltage. The closed loop circuit is provided with a first switching element that controls a charging voltage of the boost capacitor by turning on and off in response to a predetermined control signal. .

本発明の第2態様に係る電力変換装置は、第1態様に記載のLLC共振回路と、前記第1スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備えていることを特徴とする。   A power conversion device according to a second aspect of the present invention includes the LLC resonant circuit according to the first aspect and a control circuit that controls on / off of the first switching element.

上記第1及び第2態様では、変換部の閉ループ回路に第1スイッチング素子を設けたので、その第1スイッチング素子のオンオフにより、昇圧コンデンサの充電電圧を制御することができる。これにより、LLC共振回路及びこれを備える電力変換装置(以下、LLC共振回路(電力変換装置)と記載する)の出力電圧を任意の電圧に調整することができる。具体的に、例えば、第1スイッチング素子をオンのままにすれば、トランスの2次巻線電圧の倍電圧が出力される。一方で、第1スイッチング素子をオフのままにすれば、トランスの2次巻線電圧と昇圧コンデンサの充電電圧がキャンセルされ、LLC共振回路(電力変換装置)からの出力電圧はほぼ「0(ゼロ)」になる。すなわち、本態様のような構成にすることで、LLC共振回路(電力変換装置)の出力電圧を、ほぼゼロの状態から所望の出力電圧までの広い範囲で制御することができる。換言すると、第1スイッチング素子のオンオフにより、広範囲の入力電圧および負荷に対して、あらかじめ設定した出力電圧を安定して出力させることができる。   In the first and second aspects, since the first switching element is provided in the closed loop circuit of the conversion unit, the charging voltage of the boost capacitor can be controlled by turning on and off the first switching element. Thereby, the output voltage of an LLC resonance circuit and a power converter provided with the same (hereinafter referred to as an LLC resonance circuit (power converter)) can be adjusted to an arbitrary voltage. Specifically, for example, if the first switching element is kept on, a voltage doubled from the secondary winding voltage of the transformer is output. On the other hand, if the first switching element is kept off, the secondary winding voltage of the transformer and the charging voltage of the boost capacitor are canceled, and the output voltage from the LLC resonance circuit (power converter) is almost “0 (zero). )"become. That is, with the configuration as in this aspect, the output voltage of the LLC resonant circuit (power converter) can be controlled in a wide range from a substantially zero state to a desired output voltage. In other words, by turning on and off the first switching element, it is possible to stably output a preset output voltage for a wide range of input voltages and loads.

本発明によると、広範囲の入力電圧および負荷に対して、安定した共振動作を維持しつつ出力電圧を制御することができる。   According to the present invention, it is possible to control the output voltage while maintaining a stable resonance operation over a wide range of input voltages and loads.

電力変換装置の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structural example of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a power converter device. 図1の電力変換装置の動作例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation example of the power converter device of FIG. 図1の電力変換装置の他の動作例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the other operation example of the power converter device of FIG. 一般的なLLC共振回路のスイッチング周波数と出力電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the switching frequency and output voltage of a general LLC resonant circuit. 本実施形態の電力変換装置のスイッチング素子のオンするタイミングと出力電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the timing which the switching element of the power converter device of this embodiment turns on, and an output voltage. 電力変換装置の他の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the other circuit structural example of a power converter device. 図7の電力変換装置の動作例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation example of the power converter device of FIG.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用範囲あるいはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its scope of application, or its application.

図1は本実施形態に係る電力変換装置Aの回路構成例を示した図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the power conversion device A according to the present embodiment.

本実施形態に係る電力変換装置Aは、直流電源Eからの直流入力電圧Vi(以下、電源電圧Viという)を受けて、所定の直流出力電圧Vo(以下、単に出力電圧Voという)に変換して負荷RLに出力するLLC共振を用いた電力変換装置である。本電力変換装置Aは、広範囲な入力電圧変動及び/又は負荷変動に対して、安定した共振動作を維持しつつ所望の出力電圧Voを出力させることができる点に特徴がある。   The power conversion apparatus A according to the present embodiment receives a DC input voltage Vi (hereinafter referred to as power supply voltage Vi) from the DC power supply E, and converts it into a predetermined DC output voltage Vo (hereinafter simply referred to as output voltage Vo). This is a power conversion device using LLC resonance that is output to a load RL. This power converter A is characterized in that it can output a desired output voltage Vo while maintaining a stable resonance operation with respect to a wide range of input voltage fluctuations and / or load fluctuations.

以下、具体的に各構成要素について説明する。   Hereinafter, each component will be specifically described.

−電力変換装置の構成−
図1に示すように、電力変換装置Aは、LLC共振回路1と、LLC共振回路1の動作を制御する制御回路4とを備えている。本実施形態において、LLC共振回路とは、トランスの漏れインダクタンス及び励磁インダクタンス並びにコンデンサの共振を利用した共振回路を指すものとする。
-Configuration of power converter-
As shown in FIG. 1, the power conversion device A includes an LLC resonance circuit 1 and a control circuit 4 that controls the operation of the LLC resonance circuit 1. In the present embodiment, the LLC resonance circuit refers to a resonance circuit that utilizes the leakage inductance and excitation inductance of the transformer and the resonance of the capacitor.

LLC共振回路1は、電源電圧Viを入力端子INに受け、交流に変換して出力する共振部10と、共振部10の出力を所定の出力電圧Voに変換して出力端子OUTから出力する変換部20を備える。なお、以下の説明において、入力端子INのうち、正極側と負極側とを分けて説明する場合に、符号INP,INMを付して説明する場合がある。同様に、出力端子OUTのうち、正極側と負極側とを分けて説明する場合にそれぞれにOUTP,OUTMを付して説明する場合がある。   The LLC resonant circuit 1 receives a power supply voltage Vi at an input terminal IN, converts it to alternating current and outputs it, and converts the output of the resonant part 10 into a predetermined output voltage Vo and outputs it from the output terminal OUT. The unit 20 is provided. In the following description, when the input terminal IN is described separately on the positive electrode side and the negative electrode side, it may be described with reference numerals INP and INM. Similarly, when the output terminal OUT is described separately on the positive electrode side and the negative electrode side, it may be described with OUTP and OUTM, respectively.

共振部10は、スイッチング部11と、共振コンデンサC11,C12と、トランスTR1とを備える。   The resonance unit 10 includes a switching unit 11, resonance capacitors C11 and C12, and a transformer TR1.

スイッチング部11は、正極側の入力端子INPと負極側の入力端子INMとの間に直列に設けられた第1及び第2スイッチング素子Q11,Q12を有する。図1では、第1及び第2スイッチング素子Q11,Q12として、N型のMOS−FETを用いた例を示している。さらに、図1では、MOS−FETと並列に形成される寄生ダイオードをあわせて図示している。寄生ダイオードには、後述する共振動作において、MOS−FETのソースからドレインに向かう電流が通過する。なお、スイッチング部11の構成は、図1の構成に限定されず、同様の機能を有する他のスイッチング回路を適用してもよい。例えば、MOS−FETに対して、寄生ダイオードと並列に接続されるように高速ダイオード素子を外付けしてもよい。   The switching unit 11 includes first and second switching elements Q11 and Q12 provided in series between a positive input terminal INP and a negative input terminal INM. FIG. 1 shows an example in which N-type MOS-FETs are used as the first and second switching elements Q11 and Q12. Further, FIG. 1 also shows a parasitic diode formed in parallel with the MOS-FET. In the parasitic diode, a current from the source to the drain of the MOS-FET passes through the parasitic diode. Note that the configuration of the switching unit 11 is not limited to the configuration of FIG. 1, and other switching circuits having the same function may be applied. For example, a high-speed diode element may be externally attached to the MOS-FET so as to be connected in parallel with the parasitic diode.

共振コンデンサC11,C12は、電流共振用のコンデンサ(以下、第1共振コンデンサC11という)及び電圧共振用のコンデンサ(以下、第2共振コンデンサC12という)を含む。第2共振コンデンサC12は、第1スイッチング素子Q11に並列に接続される。同様に、第1共振コンデンサC11とトランスTR1の1次巻線との直列回路が、第1スイッチング素子Q11に並列に接続される。   The resonance capacitors C11 and C12 include a current resonance capacitor (hereinafter referred to as a first resonance capacitor C11) and a voltage resonance capacitor (hereinafter referred to as a second resonance capacitor C12). The second resonance capacitor C12 is connected in parallel to the first switching element Q11. Similarly, a series circuit of the first resonance capacitor C11 and the primary winding of the transformer TR1 is connected in parallel to the first switching element Q11.

換言すると、正極側の入力端子INPが、第1共振コンデンサC11を介して、トランスTR1の1次巻線の一端(例えば、巻始端)に接続される。そして、トランスTR1の1次巻線の他端(例えば、巻終端)が、第2スイッチング素子Q12を介して負極側の入力端子INMに接続され、第1電流経路Ia(図2C参照)を形成している。また、第1スイッチング素子Q11と、第1共振コンデンサC11と、トランスTR1の1次巻線とにより、閉ループ回路が形成されていて、第2電流経路Ib(図2A参照)を形成している。   In other words, the positive-side input terminal INP is connected to one end (for example, the winding start end) of the primary winding of the transformer TR1 via the first resonance capacitor C11. The other end (for example, the winding end) of the primary winding of the transformer TR1 is connected to the negative-side input terminal INM via the second switching element Q12 to form the first current path Ia (see FIG. 2C). is doing. Further, the first switching element Q11, the first resonance capacitor C11, and the primary winding of the transformer TR1 form a closed loop circuit, which forms the second current path Ib (see FIG. 2A).

なお、本開示において、「接続」との用語には、電気的に接続されるもの全般が含まれるものとする。すなわち、「接続」とは、直接接続されたものに限定されず、例えば、抵抗素子や半導体素子等を介して電気的に接続されるものを含む概念である。   In the present disclosure, the term “connection” includes all electrical connections. In other words, the “connection” is not limited to a direct connection, but includes a concept including an electrical connection via, for example, a resistance element or a semiconductor element.

変換部20は、共振部10から出力された電圧を、所定の出力電圧Voに変換して出力する回路である。具体的に、変換部20は、トランスTR1の2次巻線の一端(例えば、巻始端)と正極出力端子OUTPとの間に直列接続された第2コンデンサC21とダイオードD22とを備える。ダイオードD22は、トランスTR1の2次巻線の一端から正極側の出力端子OUTPに向かって順方向に接続される。トランスTR1の2次巻線の他端(例えば、巻終端)は、負極側の出力端子OUTMに接続される。   The conversion unit 20 is a circuit that converts the voltage output from the resonance unit 10 into a predetermined output voltage Vo and outputs the voltage. Specifically, the converter 20 includes a second capacitor C21 and a diode D22 connected in series between one end (for example, the winding start end) of the secondary winding of the transformer TR1 and the positive output terminal OUTP. The diode D22 is connected in the forward direction from one end of the secondary winding of the transformer TR1 toward the positive output terminal OUTP. The other end (for example, the winding end) of the secondary winding of the transformer TR1 is connected to the negative output terminal OUTM.

変換部20は、さらに、第2コンデンサC21とダイオードD22との間の中間ノードN21と負極側の出力端子OUTMとの間に、直列に接続された整流ダイオードD21及び第1スイッチング素子としての充電制御用スイッチング素子Q21(以下、充電制御スイッチQ21という)を備える。整流ダイオードD21は、上記中間ノードN21から負極側の出力端子OUTMに向かう方向に対して逆方向に接続される。また、両出力端子OUT間に、出力コンデンサC22が接続される。   The converter 20 further includes a rectifier diode D21 connected in series between the intermediate node N21 between the second capacitor C21 and the diode D22 and the output terminal OUTM on the negative electrode side, and charge control as the first switching element. Switching element Q21 (hereinafter referred to as charge control switch Q21). The rectifier diode D21 is connected in a direction opposite to the direction from the intermediate node N21 toward the negative output terminal OUTM. An output capacitor C22 is connected between the output terminals OUT.

換言すると、変換部20では、トランスTR1の2次巻線と、第2コンデンサC21と、整流ダイオードD21と、充電制御スイッチQ21によって閉ループ回路21(第3電流経路Ic(図2B参照))を形成している。また、正極側の出力端子OUTPから第2コンデンサC21を介して、トランスTR1の2次巻線を経由して出力端子OUTMへと接続されており、第4電流経路Id(図2C参照)を形成している。   In other words, in the converter 20, a closed loop circuit 21 (third current path Ic (see FIG. 2B)) is formed by the secondary winding of the transformer TR1, the second capacitor C21, the rectifier diode D21, and the charge control switch Q21. is doing. Further, the positive output terminal OUTP is connected to the output terminal OUTM via the second capacitor C21 and the secondary winding of the transformer TR1, thereby forming a fourth current path Id (see FIG. 2C). is doing.

制御回路4は、電力変換装置A全体の動作を制御するものであり、例えば、IC(Integrated Circuit)で実現することができる。制御回路4は、例えば、自機内にあらかじめ登録されたプログラムやシーケンス等にしたがって動作する。より具体的に、制御回路4は、例えば、スイッチング部11の第1及び第2スイッチング素子Q11,12、並びに変換部20の充電制御スイッチQ21を、それぞれオンオフ制御するための制御信号Vg11,Vg12,Vg21を出力する。   The control circuit 4 controls the operation of the entire power conversion apparatus A, and can be realized by, for example, an IC (Integrated Circuit). The control circuit 4 operates, for example, according to a program or sequence registered in advance in the own device. More specifically, the control circuit 4 includes, for example, control signals Vg11, Vg12, ON / OFF control for the first and second switching elements Q11, 12 of the switching unit 11 and the charge control switch Q21 of the conversion unit 20, respectively. Vg21 is output.

−電力変換装置の動作−
次に、電力変換装置Aの動作について、図2A〜図2C,図3,図4を参照しつつ具体的に説明する。図2A〜図2Cでは、各タイミングでのスイッチング素子のオン、オフの状態と、電流の流れる方向を模式的に示している。また、図3,4は、それぞれ、タイミングチャートの一例を示している。
-Operation of power converter-
Next, operation | movement of the power converter device A is demonstrated concretely, referring FIG. 2A-FIG. 2C, FIG. 3, FIG. 2A to 2C schematically show the ON / OFF state of the switching element and the current flowing direction at each timing. 3 and 4 each show an example of a timing chart.

なお、各スイッチング素子Q11,Q12,Q21は、図3、図4の信号波形が「HIGH」のときにオンし、「LOW」のときオフするものとして説明する。また、図2A〜図2Cでは、説明を理解しやすくするために、スイッチング素子Q11,Q12,Q21を構成するMOS−FETを、単純な接点記号で示している。また、以下の説明の時間Taの前に、時間Ta〜Tdの一連のプロセスを経ているものとする。   Each switching element Q11, Q12, Q21 will be described as being turned on when the signal waveform of FIGS. 3 and 4 is “HIGH” and turned off when “LOW”. 2A to 2C, the MOS-FETs that constitute the switching elements Q11, Q12, and Q21 are indicated by simple contact symbols for easy understanding of the description. Further, it is assumed that a series of processes from time Ta to Td is performed before time Ta described below.

また、説明の便宜上、1次側電流I1及び2次側電流I2の方向について以下のように定義する。1次側電流I1は、正極側の入力端子INPから負極側の入力端子INMに向かう方向(トランスTR1の1次巻線の巻始側から巻終側に向かう方向)を「順方向」、その反対を「逆方向」とする。同様に、変換部20では、正極側の出力端子OUTPから負極側の出力端子OUTMに向かう方向(トランスTR1の2次巻線の巻始側から巻終側に向かう方向)を「順方向」、その反対を「逆方向」とする。   For convenience of explanation, the directions of the primary side current I1 and the secondary side current I2 are defined as follows. The primary-side current I1 is defined as “forward” in the direction from the positive-side input terminal INP to the negative-side input terminal INM (the direction from the winding start side to the winding end side of the primary winding of the transformer TR1). The opposite is the “reverse direction”. Similarly, in the conversion unit 20, the direction from the positive output terminal OUTP to the negative output terminal OUTM (the direction from the winding start side to the winding end side of the secondary winding of the transformer TR1) is “forward direction”, The opposite is the “reverse direction”.

さらに、スイッチング素子Q11に流れる電流をIDH、スイッチング素子Q12に流れる電流をIDLと記載する。また、1次側電流I1とは、共振部10を含む電力変換装置Aの1次側回路に流れる電流であり、2次側電流I2とは、変換部20を含む電力変換装置Aの2次側回路に流れる電流である。   Furthermore, the current flowing through the switching element Q11 is described as IDH, and the current flowing through the switching element Q12 is described as IDL. The primary side current I1 is a current that flows in the primary side circuit of the power conversion device A including the resonance unit 10, and the secondary side current I2 is the secondary of the power conversion device A including the conversion unit 20. This is the current flowing in the side circuit.

(期間Taの動作)
まず、図3の期間Taでの電力変換装置Aの動作について説明する。
(Operation during period Ta)
First, operation | movement of the power converter device A in the period Ta of FIG. 3 is demonstrated.

図3の期間Taの始点である時刻T31において、制御回路4は、第1スイッチング素子Q11(Vg11)をオンさせ、第2スイッチング素子Q12(Vg12)をオフさせる。   At time T31, which is the start point of the period Ta in FIG. 3, the control circuit 4 turns on the first switching element Q11 (Vg11) and turns off the second switching element Q12 (Vg12).

具体的に、期間Taの前の期間Tdにおいて、共振部10では、共振現象により電流が第1スイッチング素子Q11のソース側からドレイン側に向かって流れている。すなわち、第1スイッチング素子Q11に流れる電流IDHがマイナスである。制御回路4は、この電流IDHがマイナスの期間中に、第1スイッチング素子Q11をオンさせる。ここでは、その第1スイッチング素子Q11をオンさせる時刻をT31としている。   Specifically, in the period Td before the period Ta, in the resonance unit 10, a current flows from the source side to the drain side of the first switching element Q11 due to a resonance phenomenon. That is, the current IDH flowing through the first switching element Q11 is negative. The control circuit 4 turns on the first switching element Q11 while the current IDH is negative. Here, the time when the first switching element Q11 is turned on is T31.

その後、電流IDHがプラスに転じ、電力変換装置Aの1次側回路には、第2電流経路Ibに図2Aに矢印で示す方向の1次側電流I1が流れる。このときの1次側電流I1は、共振コンデンサC11,C12とトランスTR1との共振電流であり、正弦波状に変化する電流である(図3参照)。これにより、トランスTR1の1次巻線には、順方向(図2で下向き)の1次巻線電圧V1が誘起される。   Thereafter, the current IDH changes to a plus, and the primary side current I1 in the direction indicated by the arrow in FIG. 2A flows through the second side current path Ib in the primary side circuit of the power converter A. The primary current I1 at this time is a resonance current between the resonance capacitors C11 and C12 and the transformer TR1, and is a current that changes in a sine wave shape (see FIG. 3). As a result, a primary winding voltage V1 in the forward direction (downward in FIG. 2) is induced in the primary winding of the transformer TR1.

変換部20では、トランスTR1の2次巻線に、逆方向(図2で下向き)の2次巻線電圧V2が誘起される。ただし、期間Taでは、変換部20の充電制御スイッチQ21がオフ制御されているので、第3電流経路Ic(閉ループ回路21)には電流が流れない。また、ダイオードD22にブロックされるので、第4電流経路Idにも電流が流れない。したがって、この期間の2次側電流I2は、「0(ゼロ)」である。   In the converter 20, the secondary winding voltage V2 in the reverse direction (downward in FIG. 2) is induced in the secondary winding of the transformer TR1. However, in the period Ta, since the charge control switch Q21 of the conversion unit 20 is controlled to be off, no current flows through the third current path Ic (closed loop circuit 21). Further, since the current is blocked by the diode D22, no current flows through the fourth current path Id. Therefore, the secondary side current I2 in this period is “0 (zero)”.

(期間Tbの動作)
次に、図3の期間Tbでの電力変換装置Aの動作について説明する。
(Operation during period Tb)
Next, operation | movement of the power converter device A in the period Tb of FIG. 3 is demonstrated.

制御回路4は、第1スイッチング素子Q11をオン制御した時刻T31(Vg11がLowからHighになった時)から所定時間Taが経過した時刻T32に、充電制御スイッチQ21(Vg21)をオンさせる。このとき、制御回路4は、第1スイッチング素子Q11のオン制御、及び第2スイッチング素子Q12のオフ制御を継続している。そうすると、第1スイッチング素子Q11に流れる電流IDHがさらに増加し、それに応じて、第2電流経路Ib(図2Aの矢印参照)に流れる電流が増加する。これにより、変換部20では、2次巻線電圧V2が誘起され続ける。   The control circuit 4 turns on the charge control switch Q21 (Vg21) at time T32 when a predetermined time Ta has elapsed from time T31 when the first switching element Q11 is turned on (when Vg11 changes from Low to High). At this time, the control circuit 4 continues the on control of the first switching element Q11 and the off control of the second switching element Q12. Then, the current IDH flowing through the first switching element Q11 further increases, and accordingly, the current flowing through the second current path Ib (see the arrow in FIG. 2A) increases. Thereby, in the converter 20, the secondary winding voltage V2 is continuously induced.

変換部20では、上記2次巻線電圧V2により、第3電流経路Icに逆方向の電流(2次側電流I2)が流れる(図2Bの2次側矢印参照)。   In the converter 20, a reverse current (secondary current I2) flows through the third current path Ic by the secondary winding voltage V2 (see the secondary arrow in FIG. 2B).

この逆方向電流により、充電制御スイッチQ21のオン期間に応じた電荷が第2コンデンサC21に充電される。すなわち、第2コンデンサC21が、充電制御スイッチQ21のオン期間に応じた充電電圧に充電される。このとき、2次側電流I2は、第1スイッチング素子Q11がオフされるまで上昇を続ける。すなわち、期間Tbの間、2次側電流I2は上昇を続ける。一方で、1次側電流I1は、期間Tbの間「0(ゼロ)」に向かって徐々に減少する。   Due to the reverse current, the second capacitor C21 is charged with electric charge according to the ON period of the charge control switch Q21. That is, the second capacitor C21 is charged to a charging voltage corresponding to the ON period of the charging control switch Q21. At this time, the secondary current I2 continues to rise until the first switching element Q11 is turned off. That is, the secondary current I2 continues to increase during the period Tb. On the other hand, the primary current I1 gradually decreases toward “0 (zero)” during the period Tb.

(期間Tcの動作)
次に、図3の期間Tcでの電力変換装置Aの動作について説明する。
(Operation during period Tc)
Next, operation | movement of the power converter device A in the period Tc of FIG. 3 is demonstrated.

制御回路4は、充電制御スイッチQ21をオンしてから、期間Tbが経過した時刻T33に、第1スイッチング素子Q11をオフさせる。そうすると、第3電流経路Icに流れる2次側電流I2は、次第に減少し、時刻T33から期間Tcが経過した時刻T34に「0(ゼロ)」になる。   The control circuit 4 turns off the first switching element Q11 at time T33 when the period Tb has elapsed since turning on the charging control switch Q21. Then, the secondary current I2 flowing through the third current path Ic gradually decreases and becomes “0 (zero)” at time T34 when the period Tc has elapsed from time T33.

上記をまとめると、充電制御スイッチQ21をオンする第1タイミングと、第1スイッチング素子Q11をオフする第2タイミングにより、2次側電流I2が流れる期間が規定される。したがって、上記第1及び第2タイミングを制御することで、2次側電流I2が流れる期間である(Tb+Tc)の時間を制御することができ、結果として、第2コンデンサC21の充電電圧を制御することができる。   In summary, the period during which the secondary current I2 flows is defined by the first timing when the charge control switch Q21 is turned on and the second timing when the first switching element Q11 is turned off. Therefore, by controlling the first and second timings, it is possible to control the time (Tb + Tc) during which the secondary current I2 flows, and as a result, the charging voltage of the second capacitor C21 is controlled. be able to.

(期間Tdの動作)
次に、図3の期間Tdでの電力変換装置Aの動作について説明する。
(Operation during period Td)
Next, operation | movement of the power converter device A in the period Td of FIG. 3 is demonstrated.

時刻T34において、制御回路4は、第2スイッチング素子Q12をオンさせる。また、制御回路4は、共振部10の第1スイッチング素子Q1のオフ状態を維持し、充電制御スイッチQ21のオン状態を維持する。なお、図3において、第3電流経路Icに流れる2次側電流I2が「0(ゼロ)」になる時刻と、第2スイッチング素子Q12をオンさせる時刻がともにT34になっているが、後述する図4に示すように両時刻が互いに異なっていてもよい。   At time T34, the control circuit 4 turns on the second switching element Q12. In addition, the control circuit 4 maintains the off state of the first switching element Q1 of the resonance unit 10 and maintains the on state of the charge control switch Q21. In FIG. 3, the time when the secondary current I2 flowing through the third current path Ic becomes “0 (zero)” and the time when the second switching element Q12 is turned on are both T34, which will be described later. As shown in FIG. 4, both times may be different from each other.

制御回路4が第2スイッチング素子Q12をオンさせるタイミングは、例えば、上記逆方向の電流が図2Cの矢印で示す方向になる前、すなわち、第1電流経路Iaに流れる電流(1次側電流I1)が順方向に転じる前である。   The timing at which the control circuit 4 turns on the second switching element Q12 is, for example, before the current in the reverse direction is in the direction indicated by the arrow in FIG. 2C, that is, the current flowing through the first current path Ia (primary current I1 ) Before turning in the forward direction.

なお、図3では、2次側電流I2が「0(ゼロ)」になる第3タイミングと、制御回路4が第2スイッチング素子をオンさせる第4タイミングとを揃えているが、これに限定されない。例えば、後述する図4の例では、上記第3タイミングと上記第4タイミングとが互いに異なる例を示している。   In FIG. 3, the third timing at which the secondary current I2 becomes “0 (zero)” and the fourth timing at which the control circuit 4 turns on the second switching element are aligned. However, the present invention is not limited to this. . For example, in the example of FIG. 4 described later, an example in which the third timing and the fourth timing are different from each other is shown.

引き続き、共振部10では、第1電流経路Iaに逆方向電流(図2Bの1次側の矢印参照)が流れる。この1次側電流I1は、共振コンデンサC11と、昇圧コンデンサC21と、トランスTR1との共振電流であり、正弦波状に変化する電流である(図3参照)。   Subsequently, in the resonating unit 10, a reverse current (see the arrow on the primary side in FIG. 2B) flows through the first current path Ia. The primary current I1 is a resonance current of the resonance capacitor C11, the boost capacitor C21, and the transformer TR1, and is a current that changes in a sine wave shape (see FIG. 3).

2次側電流I2が「0(ゼロ)」になると、引き続き、トランスTR1の1次巻線には、逆方向(図2Bで上向き)の1次巻線電圧V1が誘起され、トランスTR1の2次側に、逆方向(図2Bで上向き)の2次巻線電圧V2が誘起される。   When the secondary-side current I2 becomes “0 (zero)”, the primary winding voltage V1 in the reverse direction (upward in FIG. 2B) is continuously induced in the primary winding of the transformer TR1, and 2 of the transformer TR1. A secondary winding voltage V2 in the reverse direction (upward in FIG. 2B) is induced on the secondary side.

そうすると、変換部20では、第4電流経路Idに、順方向電流(図2Cの2次側矢印参照)が流れる。このとき、先ほど期間Tbで昇圧コンデンサC21に充電されていた電荷もあわせて放電されるので、出力電圧Voが充電された電荷(充電電圧)に応じた分だけ上昇する。   Then, in the conversion unit 20, a forward current (see the secondary arrow in FIG. 2C) flows through the fourth current path Id. At this time, since the charge previously charged in the boost capacitor C21 in the period Tb is also discharged, the output voltage Vo rises by an amount corresponding to the charged charge (charge voltage).

次に、制御回路4は、時刻T36において、第2スイッチング素子Q12及び充電制御スイッチQ21をオフさせる。これにより、共振部10では、共振コンデンサC11と、昇圧コンデンサC21と、トランスTR1との共振作用により、第1スイッチング素子Q11の寄生ダイオードを介して、第1電流経路Iaに、図2Cに示す矢印と逆方向の電流が流れる。   Next, the control circuit 4 turns off the second switching element Q12 and the charging control switch Q21 at time T36. As a result, in the resonance unit 10, due to the resonance action of the resonance capacitor C11, the boost capacitor C21, and the transformer TR1, the arrow shown in FIG. 2C is passed through the parasitic diode of the first switching element Q11 to the first current path Ia. And reverse current flows.

このとき、変換部20では、図2Cに示す第4電流経路Idの電流が、期間Tcで2次側電流I2が「0(ゼロ)」になった時点(時刻T34)から流れ始める。そして、時刻T36において第2スイッチング素子Q12オフされると、2次側電流I2は、短時間で「0(ゼロ)」になる(図3の時刻T36から時刻T37の間を参照)。   At this time, in the conversion unit 20, the current in the fourth current path Id shown in FIG. 2C starts to flow from the time (time T34) when the secondary current I2 becomes “0 (zero)” in the period Tc. Then, when the second switching element Q12 is turned off at time T36, the secondary current I2 becomes “0 (zero)” in a short time (see between time T36 and time T37 in FIG. 3).

以上をまとめると、本実施形態では、変換部20において、トランスTR1の2次巻線と昇圧コンデンサC21及び整流ダイオードD21とで形成された閉ループ回路21に充電制御スイッチQ21を設けている。そして、このような充電制御スイッチQ21を設けることで、昇圧コンデンサC21の充電電圧を制御することができる。具体的に、充電制御スイッチQ21をオンさせるまでの時間Ta及びオン制御する時間(Tb+Tc)を変更することで、昇圧コンデンサC21に充電する電荷量、ひいては、昇圧コンデンサC21の充電電圧を制御することができる。この昇圧コンデンサC21は、出力電圧Voの昇圧の際に放電するコンデンサなので、昇圧コンデンサC21の充電量を制御することで、電力変換装置Aの出力電圧Voを制御することができる。   In summary, in this embodiment, in the converter 20, the charge control switch Q21 is provided in the closed loop circuit 21 formed by the secondary winding of the transformer TR1, the boost capacitor C21, and the rectifier diode D21. By providing such a charging control switch Q21, the charging voltage of the boost capacitor C21 can be controlled. Specifically, by changing the time Ta until the charge control switch Q21 is turned on and the time (Tb + Tc) during which the charge control switch Q21 is turned on, the amount of charge charged in the boost capacitor C21 and thus the charge voltage of the boost capacitor C21 is controlled. Can do. Since the boost capacitor C21 is a capacitor that is discharged when the output voltage Vo is boosted, the output voltage Vo of the power converter A can be controlled by controlling the charge amount of the boost capacitor C21.

なお、図3の例では、Tdの期間内に2次側電流I2がプラスに転じていないので、第2スイッチング素子Q12のオン期間は、時間(Tb+Tc)よりも大きく、次のサイクルが始まる時刻T37(T31)までの期間で任意に設定することができる。2次側電流I2がプラスに転じると、逆起電力が発生する場合があるが、本実施形態ではそのようなことがない。   In the example of FIG. 3, since the secondary current I2 does not turn positive within the period of Td, the ON period of the second switching element Q12 is longer than the time (Tb + Tc), and the time when the next cycle starts It can be arbitrarily set in the period up to T37 (T31). When the secondary current I2 turns to positive, a counter electromotive force may be generated, but this is not the case in the present embodiment.

−出力電圧Voの制御について−
以下において、電力変換装置Aの出力電圧Voの制御に関し、より具体的に説明する。
-Control of output voltage Vo-
Hereinafter, the control of the output voltage Vo of the power conversion device A will be described more specifically.

図5は、一般的なLLC共振回路のスイッチング周波数と出力電圧との関係を示したグラフである。具体的に、図5に特性を例示するLLC共振回路は、本実施形態のように変換部20の閉ループ回路21に充電制御スイッチQ21を設けていないものである。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the switching frequency and the output voltage of a general LLC resonant circuit. Specifically, the LLC resonance circuit whose characteristics are illustrated in FIG. 5 is one in which the charge control switch Q21 is not provided in the closed loop circuit 21 of the conversion unit 20 as in this embodiment.

図5において、三角印でプロットしたものが「低入力電圧かつ重負荷」の場合の特性であり、丸印でプロットしたものが「高入力電圧かつ軽負荷」の場合の特性である。図5からわかるように、入力電圧が高くなり、負荷が軽くなると、特性曲線は上側に移動する。   In FIG. 5, what is plotted with a triangle mark is the characteristic when “low input voltage and heavy load”, and what is plotted with a circle mark is the characteristic when “high input voltage and light load”. As can be seen from FIG. 5, when the input voltage increases and the load decreases, the characteristic curve moves upward.

図5では、例えば、規定の出力電圧がV21であり、「高入力電圧かつ軽負荷(丸印)」において、出力電圧V21が安定して出力できるように設計した例を示している。このように設計した場合、図5の三角印で示す「低入力電圧かつ重負荷」において規定の出力電圧V21となるように制御ができない。   For example, FIG. 5 shows an example in which the specified output voltage is V21 and the output voltage V21 is designed to be stably output at “high input voltage and light load (circle)”. In the case of such a design, control cannot be performed so that the output voltage V21 becomes a specified value at “low input voltage and heavy load” indicated by a triangle mark in FIG.

これに対し、「低入力電圧かつ重負荷(三角印)」で出力電圧V21が安定して出力できるようにすることも考えられるが、そうすると「高入力電圧かつ軽負荷(丸印)」で規定の出力電圧V21となるように制御できない。すなわち、一般的なLLC共振回路では、広範囲な入力電圧変動及び負荷変動に対して、規定の出力電圧Voを出力できるように制御することは非常に困難である。   On the other hand, it is conceivable that the output voltage V21 can be output stably with “low input voltage and heavy load (triangle mark)”, but in that case, it is defined by “high input voltage and light load (circle mark)”. The output voltage V21 cannot be controlled. That is, in a general LLC resonance circuit, it is very difficult to control so that a specified output voltage Vo can be output with respect to a wide range of input voltage fluctuations and load fluctuations.

例えば、太陽光発電等の自然エネルギーを用いた発電装置では、日射の状態等の環境要因により、電力変換装置に入力される入力電圧が、低電圧から高電圧に大きく触れる可能性がある。また、負荷の状態においても大きく変動する可能性がある。例えば、負荷が需要家内に設置されていると仮定した場合には、電力をほとんど消費しない軽負荷の状態から、電力を大量に消費する重負荷の状態まで幅広く変化する可能性がある。そうすると、一般的なLLC回路では、上記図5で示したような問題が発生する。これに対し、本実施形態に係る電力変換装置Aでは、充電制御スイッチQ21をオン制御する期間である所定時間(Tb+Tc)の長さを変更して昇圧コンデンサC21の充電電圧を制御することで、出力電圧の値を制御できるようにしている。   For example, in a power generation device using natural energy such as solar power generation, there is a possibility that the input voltage input to the power conversion device may greatly come from a low voltage to a high voltage due to environmental factors such as solar radiation. Moreover, there is a possibility that the load state may vary greatly. For example, when it is assumed that the load is installed in a consumer, there is a possibility of a wide change from a light load state that hardly consumes power to a heavy load state that consumes a large amount of power. Then, a problem as shown in FIG. 5 occurs in a general LLC circuit. On the other hand, in the power conversion device A according to the present embodiment, by changing the length of the predetermined time (Tb + Tc) that is a period during which the charge control switch Q21 is on-controlled, by controlling the charging voltage of the boost capacitor C21, The output voltage value can be controlled.

図6は、本実施形態に係る電力変換装置Aにおいて、変換部20の充電制御スイッチQ21のオンするタイミング(図6では位相と記載)と出力電圧との関係を示す図である。図6では、スイッチング周波数を60[kHz]に固定し、充電制御スイッチQ21のオンするタイミングを変えた例を示している。なお、第1スイッチング素子Q11と第2スイッチング素子Q12とのデューティ比は、0.5に設定している。   FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the output voltage and the timing at which the charging control switch Q21 of the conversion unit 20 is turned on (indicated as phase in FIG. 6) in the power conversion device A according to the present embodiment. FIG. 6 shows an example in which the switching frequency is fixed to 60 [kHz] and the timing at which the charging control switch Q21 is turned on is changed. The duty ratio between the first switching element Q11 and the second switching element Q12 is set to 0.5.

また、図6において、位相0[度]は、充電制御スイッチQ21が共振部10の第1スイッチング素子Q11と同時にオンするタイミングを示している。そして、位相180[度]は、2次巻線電圧V2が逆方向から順方向に切り換わるタイミングを示している。図6に示すように、位相、すなわち、充電制御スイッチQ21のオンするタイミングを変化させることで、出力電圧VoがV21からほぼ「0(ゼロ)」まで変化させることができる(図5では範囲D1に相当)。このように、充電制御スイッチQ21のオンするタイミングで出力電圧を広範囲に制御することができるので、入力電圧変動や負荷変動が発生した場合においても、所望の出力電圧を負荷に供給できるように調整することが可能になる。   In FIG. 6, the phase 0 [degree] indicates the timing when the charging control switch Q <b> 21 is turned on simultaneously with the first switching element Q <b> 11 of the resonance unit 10. The phase 180 [degrees] indicates the timing at which the secondary winding voltage V2 switches from the reverse direction to the forward direction. As shown in FIG. 6, the output voltage Vo can be changed from V21 to almost “0 (zero)” by changing the phase, that is, the timing when the charging control switch Q21 is turned on (in FIG. 5, the range D1). Equivalent). As described above, since the output voltage can be controlled over a wide range at the timing when the charging control switch Q21 is turned on, it is adjusted so that a desired output voltage can be supplied to the load even when an input voltage fluctuation or a load fluctuation occurs. It becomes possible to do.

なお、出力電圧Voがほぼ「0(ゼロ)」になる場合は、充電制御スイッチQ21が常時オフ設定されているときである。以下、具体的に説明する。   The case where the output voltage Vo is substantially “0 (zero)” is when the charge control switch Q21 is always set to OFF. This will be specifically described below.

まず、図3の期間Tdにおいて、制御回路4は、第1スイッチング素子Q11をオフさせ、第2スイッチング素子Q12をオンさせる。そうすると、図2Cに示すように、順方向(図2で上向き)の2次巻線電圧V2が誘起され、昇圧コンデンサC21が逆方向(図2で左向き)に充電される。   First, in the period Td in FIG. 3, the control circuit 4 turns off the first switching element Q11 and turns on the second switching element Q12. Then, as shown in FIG. 2C, the secondary winding voltage V2 in the forward direction (upward in FIG. 2) is induced, and the boost capacitor C21 is charged in the reverse direction (leftward in FIG. 2).

次に、期間Taから期間Tcにおいて、制御回路4は、第1スイッチング素子Q11をオンさせ、第2スイッチング素子Q12をオフさせる。そうすると、図2Aに示すように、逆方向(図2で下向き)の2次巻線電圧V2が誘起される。ただし、充電制御スイッチQ21がオフ制御されているので第3電流経路Icには電流が流れず、かつ、ダイオードD22にブロックされ第4電流経路Idにも電流が流れないので、昇圧コンデンサC21の充電状態が維持される。   Next, in the period Ta to the period Tc, the control circuit 4 turns on the first switching element Q11 and turns off the second switching element Q12. Then, as shown in FIG. 2A, the secondary winding voltage V2 in the reverse direction (downward in FIG. 2) is induced. However, since the charge control switch Q21 is off-controlled, no current flows through the third current path Ic, and no current flows through the fourth current path Id since it is blocked by the diode D22. State is maintained.

その後、図3の期間Tdに進むと、順方向(図2で上向き)の2次巻線電圧V2と、昇圧コンデンサC21の充電電圧とが互いに相殺しあってキャンセルされ、出力電圧Voがほぼ「0(ゼロ)」になる。   Thereafter, when the period Td in FIG. 3 is reached, the secondary winding voltage V2 in the forward direction (upward in FIG. 2) and the charging voltage of the boost capacitor C21 cancel each other and are canceled, and the output voltage Vo is substantially “ 0 (zero) ".

−無負荷の場合の動作について−
本実施形態におけるLLC共振回路1(電力変換装置A)は、無負荷状態においても安定した安定した共振動作を維持しつつ出力電圧を制御することができるという特徴がある。
-Operation under no load-
The LLC resonant circuit 1 (power converter A) in the present embodiment has a feature that it can control the output voltage while maintaining a stable and stable resonant operation even in a no-load state.

以下において、図4を参照しつつ、具体的に説明する。図4では、制御回路4が、第1スイッチング素子Q11をオンさせてから充電制御スイッチQ21をオンさせるまでの時間をT1、2次側電流I2が流れている期間をT2、充電制御スイッチQ21のオン期間をT3として説明する。   Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIG. In FIG. 4, the time from when the control circuit 4 turns on the first switching element Q11 to when the charge control switch Q21 is turned on is T1, the period during which the secondary current I2 flows is T2, and the charge control switch Q21 The on period will be described as T3.

図4に示すように、無負荷の場合、充電制御スイッチQ21をオンさせるタイミングを規定する時間T1が、図3の場合と異なっている。具体的に、時間T1は、第1スイッチング素子Q11のオン期間よりも長い時間、又は、第1スイッチング素子Q11のオン期間の後半と充電制御スイッチQ21のオン期間の前半とが少し重なるような時間に設定するのが好ましい。   As shown in FIG. 4, when there is no load, the time T1 that defines the timing for turning on the charging control switch Q21 is different from that in FIG. Specifically, the time T1 is longer than the ON period of the first switching element Q11, or the time when the second half of the ON period of the first switching element Q11 and the first half of the ON period of the charge control switch Q21 slightly overlap. It is preferable to set to.

また、充電制御スイッチQ21のオン期間T3は、2次側電流I2がプラスに転じている期間T2よりも長く設定するのが好ましい。充電制御スイッチQ21のオン期間T3が前述の期間T2より短いと、2次巻線電圧V2に逆起電力が発生する場合があるためである。さらに、充電制御スイッチQ21をオンさせた後に、オフさせるタイミングは、2次電流I2が逆方向から順方向に転じる前に設定するのが好ましい。これにより、2次巻線電圧V2に、逆起電力が発生するのを回避することができる。   Moreover, it is preferable to set the ON period T3 of the charging control switch Q21 to be longer than the period T2 in which the secondary current I2 turns to plus. This is because if the ON period T3 of the charging control switch Q21 is shorter than the above-described period T2, back electromotive force may be generated in the secondary winding voltage V2. Furthermore, it is preferable to set the timing for turning off the charging control switch Q21 before turning the secondary current I2 from the reverse direction to the forward direction. Thereby, it is possible to avoid the generation of the counter electromotive force in the secondary winding voltage V2.

(その他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、種々の改変が可能である。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications can be made.

例えば、図3の例では、時刻T36において、第2スイッチング素子Q12と充電制御スイッチQ21とを同時にオフさせるものとしているがこれに限定されない。具体的に、充電制御スイッチQ21をオフさせるタイミングは、時刻T34以降であり、第3電流経路Icに流れる電流(2次側電流I2)が順方向に転じるまでの間で任意に設定することが可能である。プラスに転じてからオフさせると、2次巻線電圧に逆起電力が発生する場合があるためである。ただし、充電制御スイッチQ21をオフさせるタイミングを、2次側電流I2が順方向に転じた後に設定してもよい。この場合、閉ループ回路21のスイッチング素子Q21に逆起電力が発生するが、例えば、スイッチング素子Q21の耐圧を高めることで、逆起電力の影響が出ないようにすることができる。   For example, in the example of FIG. 3, the second switching element Q12 and the charging control switch Q21 are simultaneously turned off at time T36, but the present invention is not limited to this. Specifically, the timing for turning off the charging control switch Q21 is after time T34, and can be arbitrarily set until the current flowing in the third current path Ic (secondary current I2) turns in the forward direction. Is possible. This is because a counter electromotive force may be generated in the secondary winding voltage if it is turned off after turning to plus. However, the timing for turning off the charging control switch Q21 may be set after the secondary current I2 turns in the forward direction. In this case, a counter electromotive force is generated in the switching element Q21 of the closed loop circuit 21, but for example, by increasing the breakdown voltage of the switching element Q21, it is possible to prevent the influence of the counter electromotive force.

また、図7に例示するように、電力変換装置Aに回生部3を設けてもよい。回生部3は、トランスTR1の2次巻線に発生した逆起電力を1次側入力部に回生させるための回路であり、充電制御スイッチQ21に逆起電力に起因する高電圧が印加されるのを防ぐことができる。   Moreover, you may provide the regeneration part 3 in the power converter device A so that it may illustrate in FIG. The regenerative unit 3 is a circuit for regenerating the back electromotive force generated in the secondary winding of the transformer TR1 to the primary side input unit, and a high voltage resulting from the back electromotive force is applied to the charge control switch Q21. Can be prevented.

図7の電力変換装置Aにおいて、回生部3は、トランスTR1の2次巻線の一端と昇圧コンデンサC21との間の中間ノードN22と、トランスTR1の2次巻線の他端との間に接続される。   In the power conversion device A of FIG. 7, the regenerative unit 3 is between the intermediate node N22 between one end of the secondary winding of the transformer TR1 and the boost capacitor C21 and the other end of the secondary winding of the transformer TR1. Connected.

回生部3は、コンデンサC31を介して上記中間ノードN22に1次巻線の一端が接続されたトランスTR3と、トランスTR3の他端と上記中間ノードN22との間に接続されたスイッチング素子Q32とを備えている。さらに、トランスTR3の1次巻線の一端と、トランスTR1の2次巻線の他端との間には、逆方向に接続されたダイオードD31と第2スイッチング素子としてのスイッチング素子Q31が直列に接続されている。   The regenerative unit 3 includes a transformer TR3 having one end of a primary winding connected to the intermediate node N22 via a capacitor C31, and a switching element Q32 connected between the other end of the transformer TR3 and the intermediate node N22. It has. Furthermore, between one end of the primary winding of the transformer TR3 and the other end of the secondary winding of the transformer TR1, a diode D31 connected in the reverse direction and a switching element Q31 as a second switching element are connected in series. It is connected.

そして、回生部3のトランスTR3の2次巻線の一端が順方向接続されたダイオードD32を介して正極側の入力端子INPに接続され、同他端が負極側の入力端子INMに接続されている。上記のトランスTR3、スイッチング素子Q32及びダイオードD32により、フライバック電源が構成されている。   One end of the secondary winding of the transformer TR3 of the regenerative unit 3 is connected to the positive input terminal INP via the diode D32 connected in the forward direction, and the other end is connected to the negative input terminal INM. Yes. The transformer TR3, the switching element Q32, and the diode D32 constitute a flyback power source.

さらに、制御回路4は、制御信号Vg11,Vg12,Vg21に加えて、スイッチング素子Q31,Q32をそれぞれオンオフ制御するための制御信号Vg31,Vg32を出力する。   In addition to the control signals Vg11, Vg12, and Vg21, the control circuit 4 outputs control signals Vg31 and Vg32 for on / off control of the switching elements Q31 and Q32, respectively.

それ以外の構成は、図1と同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。   Other configurations are the same as those in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted here.

次に、図7の電力変換装置Aの動作について、図8を参照しつつ具体的に説明する。図8では、時間Th〜Tkが、それぞれ、図3の時間Ta〜Tdに対応している。以下の説明では、図3との相違点を中心に説明する。   Next, the operation of the power conversion device A of FIG. 7 will be specifically described with reference to FIG. In FIG. 8, times Th to Tk correspond to times Ta to Td in FIG. 3, respectively. In the following description, differences from FIG. 3 will be mainly described.

図8の期間Thにおいて、充電制御スイッチQ21がオフする少し前の時刻((期間Thの開始時刻)+(T11:Q21のオン期間)−T13)でスイッチング素子Q31に制御信号Vg31として「HIGH」を与えて、スイッチング素子Q31をオンさせる。これにより、仮に充電制御スイッチQ21をオフさせたとしても、2次側電流I2が途切れることなく、コンデンサC31へと流れる。このとき、コンデンサC31の充電が終わるまで、すなわち、充電電流がゼロになるまで、スイッチング素子Q31をオンさせるようにする。これにより、トランスTR1の2次巻線に、逆起電力が発生しない。   In the period Th of FIG. 8, “HIGH” is given to the switching element Q31 as the control signal Vg31 at a time just before the charge control switch Q21 is turned off ((start time of the period Th) + (T11: on period of Q21) −T13). To turn on the switching element Q31. Thereby, even if the charging control switch Q21 is turned off, the secondary current I2 flows to the capacitor C31 without interruption. At this time, the switching element Q31 is turned on until charging of the capacitor C31 is completed, that is, until the charging current becomes zero. As a result, no back electromotive force is generated in the secondary winding of the transformer TR1.

今度は、次の周期のコンデンサC31の充電開始までに、コンデンサC31に充電された電荷を放電させる必要がある。そこで、制御回路4は、コンデンサC31の充電電圧が、フライバック電源(トランスTR3,スイッチング素子Q32及びダイオードD32)の入力電圧として与えられるようにする。具体的に、制御回路4は、スイッチング素子Q31がオフしてから、すなわち、制御信号Vg31のオン期間T12が経過してから、次回スイッチング素子Q11がオンするまで(次の期間Thが始まるまで)の期間内に、スイッチング素子Q32をオンさせ、コンデンサC31に蓄積された電荷をLLC共振回路1の一次側回路の入力部に回生させる。   This time, it is necessary to discharge the charge charged in the capacitor C31 before the start of charging of the capacitor C31 in the next cycle. Therefore, the control circuit 4 causes the charging voltage of the capacitor C31 to be given as the input voltage of the flyback power supply (transformer TR3, switching element Q32 and diode D32). Specifically, the control circuit 4 determines that after the switching element Q31 is turned off, that is, after the on period T12 of the control signal Vg31 has elapsed, until the next switching element Q11 is turned on (until the next period Th starts). In the period, the switching element Q32 is turned on, and the electric charge accumulated in the capacitor C31 is regenerated at the input part of the primary side circuit of the LLC resonant circuit 1.

以上のように、回生部3を設けることにより、充電制御スイッチQ21をオフ制御することによる逆起電力が、トランスTR3を介して電力変換装置Aの入力端子INに回生されるので、充電制御スイッチQ21に逆起電力がかかるのを防ぐことができる。   As described above, since the regenerative unit 3 is provided, the back electromotive force generated by turning off the charge control switch Q21 is regenerated to the input terminal IN of the power conversion device A via the transformer TR3. It is possible to prevent back electromotive force from being applied to Q21.

本発明によると、広範囲な入力電圧変動、負荷変動に対応させてLLC共振回路の出力電圧を制御することができるので、極めて有用である。   According to the present invention, the output voltage of the LLC resonant circuit can be controlled in response to a wide range of input voltage fluctuations and load fluctuations, which is extremely useful.

10 共振部
11 スイッチング回路
20 整流部
21 閉ループ回路
C11,C12 共振コンデンサ
TR1 トランス
Q21 スイッチング素子(第1スイッチング素子)
C21 昇圧コンデンサ
D21 整流ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Resonant part 11 Switching circuit 20 Rectifier 21 Closed loop circuit C11, C12 Resonance capacitor TR1 Transformer Q21 Switching element (first switching element)
C21 Boost capacitor D21 Rectifier diode

Claims (9)

スイッチング部と共振コンデンサとトランスとを有し、直流入力電圧を前記スイッチング部に受け、該スイッチング部の出力を、前記共振コンデンサを介して前記トランスの1次巻線に与えて共振させる共振部と、
前記トランスの2次巻線と閉ループ回路を形成する昇圧コンデンサ及び整流ダイオードを含み、前記共振部の出力電圧を所定の直流出力電圧に変換して出力する変換部とを備え、
前記閉ループ回路には、所定の制御信号を受けてオンオフすることで、前記昇圧コンデンサの充電電圧を制御する第1スイッチング素子が設けられている
ことを特徴とするLLC共振回路。
A resonance unit having a switching unit, a resonance capacitor, and a transformer, receiving a DC input voltage at the switching unit, and applying an output of the switching unit to the primary winding of the transformer through the resonance capacitor to resonate; ,
Including a step-up capacitor and a rectifier diode that form a closed loop circuit with the secondary winding of the transformer, and a conversion unit that converts the output voltage of the resonance unit into a predetermined DC output voltage and outputs the converted voltage.
The LLC resonant circuit, wherein the closed loop circuit is provided with a first switching element that controls a charging voltage of the boost capacitor by being turned on and off in response to a predetermined control signal.
請求項1に記載のLLC共振回路において、
前記昇圧コンデンサは、前記トランスの2次巻線の一端と前記LLC共振回路の一方の出力端子との間に設けられ、
前記整流ダイオード及び前記第1スイッチング素子は、前記昇圧コンデンサの出力側のノードと前記2次巻線の他端との間に直列接続される
ことを特徴とするLLC共振回路。
The LLC resonant circuit according to claim 1,
The boost capacitor is provided between one end of the secondary winding of the transformer and one output terminal of the LLC resonant circuit,
The LLC resonant circuit, wherein the rectifier diode and the first switching element are connected in series between a node on the output side of the boost capacitor and the other end of the secondary winding.
請求項1に記載のLLC共振回路において、
前記閉ループ回路の電圧を前記スイッチング部に回生する回生部と、
前記回生部を動作させるか否かをオンオフ制御するものであり、前記第1スイッチング素子がオフするタイミングにあわせてオンする第2スイッチング素子とを備えている
ことを特徴とするLLC共振回路。
The LLC resonant circuit according to claim 1,
A regenerative unit for regenerating the voltage of the closed loop circuit to the switching unit;
An LLC resonance circuit, comprising: a second switching element that controls whether or not to operate the regeneration unit and that is turned on in accordance with a timing at which the first switching element is turned off.
請求項3に記載のLLC共振回路において、
前記回生部は、前記昇圧コンデンサの入力側のノードと前記2次巻線の他端との間に接続される
ことを特徴とするLLC共振回路。
The LLC resonant circuit according to claim 3,
The LLC resonance circuit, wherein the regeneration unit is connected between an input side node of the boost capacitor and the other end of the secondary winding.
請求項1から4のいずれか1項に記載のLLC共振回路と、
前記第1スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置。
The LLC resonant circuit according to any one of claims 1 to 4,
And a control circuit that controls on / off of the first switching element.
請求項5記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記共振コンデンサの放電開始時刻から前記第1スイッチング素子をオン制御するまでの時間を調整することで、前記昇圧コンデンサへの充電量を制御する
ことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 5, wherein
The control circuit controls the amount of charge to the boost capacitor by adjusting a time from the discharge start time of the resonant capacitor to the on-control of the first switching element.
請求項6記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記閉ループ回路の電流が停止してから前記第1スイッチング素子をオフ制御する
ことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 6, wherein
The power converter according to claim 1, wherein the control circuit controls the first switching element to be turned off after the current of the closed loop circuit is stopped.
請求項5において、
前記制御回路は、前記直流入力電圧及び/又は前記変換部に接続される負荷に応じて前記第1スイッチング素子をオン制御する期間を調整する
ことを特徴とする電力変換装置。
In claim 5,
The control circuit adjusts a period during which the first switching element is on-controlled according to the DC input voltage and / or a load connected to the converter.
請求項5において、
前記制御回路は、前記LLC共振回路の出力電圧が所定の制御電圧に到達したときに前記第1スイッチング素子をオンする
ことを特徴とする電力変換装置。
In claim 5,
The power converter according to claim 1, wherein the control circuit turns on the first switching element when an output voltage of the LLC resonant circuit reaches a predetermined control voltage.
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