JP2022134863A - Power supply device - Google Patents
Power supply device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022134863A JP2022134863A JP2021034324A JP2021034324A JP2022134863A JP 2022134863 A JP2022134863 A JP 2022134863A JP 2021034324 A JP2021034324 A JP 2021034324A JP 2021034324 A JP2021034324 A JP 2021034324A JP 2022134863 A JP2022134863 A JP 2022134863A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bridge circuit
- voltage
- transformer
- power supply
- electrically connected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 57
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電源装置に関する。 The present invention relates to power supply devices.
特許文献1には、DAB(Dual Active Bridge)方式のDC-DCコンバータが記載されている。DABは、絶縁が可能であり、昇降圧動作、双方向電力変換が容易に可能である。しかし、DABは、入力側と出力側との間の電圧差が大きい場合、回路内に循環する電流が増大する特性がある。この特性は、出力電流の指令値である、入力側と出力側との間の位相差を0度にしても低下しない。そのため、出力側垂下(短絡)等の著しい入出力電圧差が発生する条件では、電流が流れているほぼ全ての素子において、通常動作範囲時以上の電流増大が発生する。これにより、回路のストレスや損失の著しい増大が発生する問題がある。
特許文献2には、トランジスタ単位の位相を制御することで上記問題を解決する、スイッチング電源装置が記載されている。
特許文献2記載のスイッチング電源装置では、制御する位相の数がトランジスタの数と同数であるので、制御演算量が多くなる。
In the switching power supply device described in
本発明は、制御演算量を抑制することができる電源装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power supply device capable of suppressing the amount of control calculations.
本発明の一態様の電源装置は、
第1端子及び第2端子に第1直流電圧が入力される第1ブリッジ回路と、
第1端子及び第2端子に前記第1直流電圧が入力される第2ブリッジ回路と、
1次巻線が前記第1ブリッジ回路の第3端子及び第4端子に電気的に接続された第1トランスと、
1次巻線が前記第2ブリッジ回路の第3端子及び第4端子に電気的に接続され、2次巻線の一端が前記第1トランスの2次巻線の一端に電気的に接続された第2トランスと、
一端が、前記第1トランスの2次巻線の他端に電気的に接続されたコイルと、
第1端子が前記コイルの他端に電気的に接続され、第2端子が前記第2トランスの2次巻線の他端に電気的に接続され、第3端子及び第4端子から第2直流電圧を出力する第3ブリッジ回路と、
前記第1直流電圧及び前記第2直流電圧に基づいて、前記第1トランス及び前記第2トランスの1次側電流及び2次側電流に基づいて、若しくは、前記第1直流電圧、前記第2直流電圧、前記第1トランス及び前記第2トランスの1次側電流及び2次側電流に基づいて、並びに、出力電流指令若しくは出力電力指令に基づいて、前記第1ブリッジ回路、前記第2ブリッジ回路及び前記第3ブリッジ回路の位相を制御する制御装置と、
を備える、
ことを特徴とする。
A power supply device according to one embodiment of the present invention includes
a first bridge circuit in which a first DC voltage is input to a first terminal and a second terminal;
a second bridge circuit in which the first DC voltage is input to a first terminal and a second terminal;
a first transformer having a primary winding electrically connected to third and fourth terminals of the first bridge circuit;
A primary winding was electrically connected to the third and fourth terminals of the second bridge circuit, and one end of the secondary winding was electrically connected to one end of the secondary winding of the first transformer. a second transformer;
a coil having one end electrically connected to the other end of the secondary winding of the first transformer;
A first terminal is electrically connected to the other end of the coil, a second terminal is electrically connected to the other end of the secondary winding of the second transformer, and a second direct current is generated from the third and fourth terminals. a third bridge circuit that outputs a voltage;
Based on the first DC voltage and the second DC voltage, based on the primary side current and the secondary side current of the first transformer and the second transformer, or the first DC voltage and the second DC voltage Based on the voltage, the primary side current and secondary side current of the first transformer and the second transformer, and based on the output current command or the output power command, the first bridge circuit, the second bridge circuit and a control device that controls the phase of the third bridge circuit;
comprising
It is characterized by
前記電源装置において、
前記制御装置は、
前記第1直流電圧に対する前記第2直流電圧の比の値に基づいて、前記第1ブリッジ回路、前記第2ブリッジ回路及び前記第3ブリッジ回路の位相を制御する、
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control device is
Controlling the phases of the first bridge circuit, the second bridge circuit and the third bridge circuit based on the value of the ratio of the second DC voltage to the first DC voltage;
It is characterized by
前記電源装置において、
前記制御装置は、
前記比の値が1から小さいほど、前記第1ブリッジ回路と前記第2ブリッジ回路との間の位相差を0度から大きくする、
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control device is
The phase difference between the first bridge circuit and the second bridge circuit increases from 0 degrees as the value of the ratio decreases from 1.
It is characterized by
前記電源装置において、
前記制御装置は、
前記比の値に基づいて、前記第1ブリッジ回路と基準位相との間及び前記基準位相と前記第2ブリッジ回路との間の第1位相差を決定し、前記第3ブリッジ回路の位相を前記基準位相に合わせる、
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control device is
determining a first phase difference between the first bridge circuit and the reference phase and between the reference phase and the second bridge circuit based on the ratio value; Align with the reference phase,
It is characterized by
前記電源装置において、
前記制御装置は、
前記比の値に基づいて、前記第1ブリッジ回路と前記第2ブリッジ回路との間の第2位相差を決定し、前記第1ブリッジ回路と前記第3ブリッジ回路との間及び前記第3ブリッジ回路と前記第2ブリッジ回路との間の第3位相差を、前記第2位相差の2分の1に決定する、
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control device is
determining a second phase difference between the first bridge circuit and the second bridge circuit based on the ratio value; determining a third phase difference between the circuit and the second bridge circuit to be one-half the second phase difference;
It is characterized by
本発明の一態様の電源装置は、制御演算量を抑制することができるという効果を奏する。 The power supply device of one embodiment of the present invention has the effect of reducing the amount of control computation.
以下に、本発明の電源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a power supply device of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited by this embodiment.
<実施の形態>
以下、実施の形態について説明するが、実施の形態の理解を容易にするため、先に比較例について説明する。
(比較例)
図1は、比較例の電源装置の構成を示す図である。電源装置101は、DAB(Dual Active Bridge)であり、電源2から出力されコンデンサ3で平滑化後の直流電圧Vinの供給を受けて、直流電圧Voutを負荷4に出力する。
<Embodiment>
Embodiments will be described below, but in order to facilitate understanding of the embodiments, a comparative example will be described first.
(Comparative example)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a power supply device of a comparative example. The
電源装置101は、ブリッジ回路11及び13と、トランス21と、コイル22と、コンデンサ23と、制御装置102と、を含む。
The
ブリッジ回路11は、トランジスタTr1からTr4までを含む単相フルブリッジ回路である。
The
なお、本開示では、各トランジスタがMOSFETであることとしたが、これに限定されない。各トランジスタは、シリコンパワーデバイス、GaNパワーデバイス、SiCパワーデバイス、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などでも良い。 Note that although each transistor is a MOSFET in the present disclosure, the present disclosure is not limited to this. Each transistor may be a silicon power device, a GaN power device, a SiC power device, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like.
各トランジスタは、寄生ダイオード(ボディダイオード)を有する。寄生ダイオードとは、MOSFETのバックゲートとソース及びドレインとの間のpn接合である。寄生ダイオードは、トランジスタのオフ時の過渡的な逆起電力を逃すためのフリーホイールダイオードとして利用可能である。 Each transistor has a parasitic diode (body diode). A parasitic diode is a pn junction between the back gate and the source and drain of a MOSFET. A parasitic diode can be used as a freewheeling diode to escape the transient back electromotive force when the transistor is turned off.
トランジスタTr1のソースは、トランジスタTr2のドレインに電気的に接続されている。トランジスタTr1のドレインは、トランジスタTr3のドレインに電気的に接続されている。トランジスタTr3のソースは、トランジスタTr4のドレインに電気的に接続されている。トランジスタTr2のソースは、トランジスタTr4のソースに電気的に接続されている。 The source of transistor Tr1 is electrically connected to the drain of transistor Tr2. A drain of the transistor Tr1 is electrically connected to a drain of the transistor Tr3. The source of transistor Tr3 is electrically connected to the drain of transistor Tr4. The source of transistor Tr2 is electrically connected to the source of transistor Tr4.
トランジスタTr1のドレインとトランジスタTr3のドレインとの接続点が、ブリッジ回路11の一方の入力端子11aである。トランジスタTr2のソースとトランジスタTr4のソースとの接続点が、ブリッジ回路11の他方の入力端子11bである。
One
トランジスタTr1のソースとトランジスタTr2のドレインとの接続点が、ブリッジ回路11の一方の出力端子11cである。トランジスタTr3のソースとトランジスタTr4のドレインとの接続点が、ブリッジ回路11の他方の出力端子11dである。
One
入力端子11aは、コンデンサ3の一端(高電位側端)に電気的に接続されている。入力端子11bは、コンデンサ3の他端(低電位側端)に電気的に接続されている。
The
入力端子11aと入力端子11bとの間には、直流電圧Vinが入力される。
A DC voltage Vin is input between the
トランス21は、1次巻線21aと、2次巻線21bと、コア21cと、を含む。1次巻線21a及び2次巻線21bは、コア21cに巻回されている。
The
1次巻線21aと2次巻線21bとの巻数比は、1:1が例示されるが、本開示はこれに限定されない。 The turns ratio between the primary winding 21a and the secondary winding 21b is exemplified as 1:1, but the present disclosure is not limited to this.
1次巻線21aの一端は、出力端子11cに電気的に接続されている。1次巻線21aの他端は、出力端子11dに電気的に接続されている。
One end of the primary winding 21a is electrically connected to the
ブリッジ回路11は、直流電圧Vin、又は、直流電圧-Vinを、出力端子11cと出力端子11dとの間に出力する。
The
例えば、ブリッジ回路11は、トランジスタTr1及びトランジスタTr4がオン状態、且つ、トランジスタTr2及びトランジスタTr3がオフ状態に制御されている場合、直流電圧Vinを、出力端子11cと出力端子11dとの間に出力する。
For example, when the transistors Tr1 and Tr4 are controlled to be on and the transistors Tr2 and Tr3 are controlled to be off, the
また例えば、ブリッジ回路11は、トランジスタTr1及びトランジスタTr4がオフ状態、且つ、トランジスタTr2及びトランジスタTr3がオン状態に制御されている場合、直流電圧-Vinを、出力端子11cと出力端子11dとの間に出力する。
For example, when the transistors Tr1 and Tr4 are controlled to be off and the transistors Tr2 and Tr3 are controlled to be on, the
コイル22の一端は、2次巻線21bの一端に電気的に接続されている。
One end of the
ブリッジ回路13は、トランジスタTr5からTr8までを含む単相フルブリッジ回路である。
The
トランジスタTr5のソースは、トランジスタTr6のドレインに電気的に接続されている。トランジスタTr5のドレインは、トランジスタTr7のドレインに電気的に接続されている。トランジスタTr7のソースは、トランジスタTr8のドレインに電気的に接続されている。トランジスタTr6のソースは、トランジスタTr8のソースに電気的に接続されている。 The source of transistor Tr5 is electrically connected to the drain of transistor Tr6. A drain of the transistor Tr5 is electrically connected to a drain of the transistor Tr7. The source of transistor Tr7 is electrically connected to the drain of transistor Tr8. The source of transistor Tr6 is electrically connected to the source of transistor Tr8.
トランジスタTr5のソースとトランジスタTr6のドレインとの接続点が、ブリッジ回路13の一方の入力端子13aである。トランジスタTr7のソースとトランジスタTr8のドレインとの接続点が、ブリッジ回路13の他方の入力端子13bである。
One
トランジスタTr5のドレインとトランジスタTr7のドレインとの接続点が、ブリッジ回路13の一方の出力端子13cである。トランジスタTr6のソースとトランジスタTr8のソースとの接続点が、ブリッジ回路13の他方の出力端子13dである。
One
入力端子13aは、コイル22の他端に電気的に接続されている。入力端子13bは、2次巻線21bの他端に電気的に接続されている。
The
出力端子13cは、コンデンサ23の一端(高電位側端)に電気的に接続されている。出力端子13dは、コンデンサ23の他端(低電位側端)に電気的に接続されている。
The
コンデンサ23の電圧が、直流電圧Voutである。コンデンサ23の一端(高電位側端)は、負荷4の一端(高電位側端)に電気的に接続されている。コンデンサ23の他端(低電位側端)は、負荷4の他端(低電位側端)に電気的に接続されている。
The voltage of the
制御装置102は、ブリッジ回路11及び13を制御する。例えば、制御装置102は、トランジスタTr1からTr8までのスイッチング周波数を同一、且つ、デューティ比を0.5に制御することが例示される。また、DABでは、入力側と出力側との間の位相差が出力電流の指令値である。従って、制御装置102は、ブリッジ回路11とブリッジ回路13との間の位相差φ101を制御することにより、出力電流(電力)を制御する。
A
(実施の形態)
実施の形態の電源装置の構成要素のうち、比較例と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
(Embodiment)
Among the constituent elements of the power supply device of the embodiment, the constituent elements that are the same as those of the comparative example are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図2は、実施の形態の電源装置の構成を示す図である。電源装置1は、電源2から出力されコンデンサ3で平滑化後の直流電圧Vinの供給を受けて、直流電圧Voutを負荷4へ出力する。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the power supply device according to the embodiment. The
電源装置1は、電源装置101(図1参照)と比較して、トランス21に代えて、トランス21-1及び21-2を含む。また、電源装置1は、電源装置101と比較して、ブリッジ回路12を更に含む。また、電源装置1は、電源装置101と比較して、制御装置102に代えて、制御装置31を含む。また、電源装置1は、電源装置101と比較して、電圧センサ24及び25を更に含む。
The
ブリッジ回路11が、本開示の「第1ブリッジ回路」の一例に相当する。ブリッジ回路12が、本開示の「第2ブリッジ回路」の一例に相当する。ブリッジ回路13が、本開示の「第3ブリッジ回路」の一例に相当する。
The
トランス21-1が、本開示の「第1トランス」の一例に相当する。トランス21-2が、本開示の「第2トランス」の一例に相当する。 The transformer 21-1 corresponds to an example of the "first transformer" of the present disclosure. The transformer 21-2 corresponds to an example of the "second transformer" of the present disclosure.
トランス21-1は、1次巻線21-1aと、2次巻線21-1bと、コア21-1cと、を含む。1次巻線21-1a、及び、2次巻線21-1bは、コア21-1cに巻回されている。 The transformer 21-1 includes a primary winding 21-1a, a secondary winding 21-1b, and a core 21-1c. The primary winding 21-1a and the secondary winding 21-1b are wound around the core 21-1c.
1次巻線21-1aと、2次巻線21-1bと、の巻数比は、2:1が例示されるが、本開示はこれに限定されない。 The turns ratio between the primary winding 21-1a and the secondary winding 21-1b is exemplified as 2:1, but the present disclosure is not limited to this.
1次巻線21-1aの一端は、ブリッジ回路11の一方の出力端子11cに電気的に接続されている。1次巻線21-1aの他端は、ブリッジ回路11の他方の出力端子11dに電気的に接続されている。
One end of the primary winding 21 - 1 a is electrically connected to one
ブリッジ回路12の回路構成は、ブリッジ回路11と同様であるので、説明を省略する。
Since the circuit configuration of the
ブリッジ回路12の一方の入力端子12aは、コンデンサ3の一端(高電位側端)に電気的に接続されている。ブリッジ回路12の他方の入力端子12bは、コンデンサ3の他端(低電位側端)に電気的に接続されている。
One
つまり、ブリッジ回路11とブリッジ回路12とは、入力側が並列接続されている。
That is, the input sides of the
トランス21-2は、1次巻線21-2aと、2次巻線21-2bと、コア21-2cと、を含む。1次巻線21-2a、及び、2次巻線21-2bは、コア21-2cに巻回されている。 The transformer 21-2 includes a primary winding 21-2a, a secondary winding 21-2b, and a core 21-2c. The primary winding 21-2a and the secondary winding 21-2b are wound around the core 21-2c.
1次巻線21-2aと、2次巻線21-2bと、の巻数比は、2:1が例示されるが、本開示はこれに限定されない。 The turns ratio between the primary winding 21-2a and the secondary winding 21-2b is exemplified as 2:1, but the present disclosure is not limited to this.
1次巻線21-2aの一端は、ブリッジ回路12の一方の出力端子12cに電気的に接続されている。1次巻線21-2aの他端は、ブリッジ回路12の他方の出力端子12dに電気的に接続されている。
One end of the primary winding 21 - 2 a is electrically connected to one
コイル22の一端は、2次巻線21-1bの一端に電気的に接続されている。2次巻線21-1bの他端は、2次巻線21-2bの一端に電気的に接続されている。
One end of the
つまり、2次巻線21-1bと2次巻線21-2bとは、直列接続されている。 That is, the secondary windings 21-1b and 21-2b are connected in series.
2次巻線21-2bの他端は、ブリッジ回路13の他方の入力端子13bに電気的に接続されている。
The other end of the secondary winding 21 - 2 b is electrically connected to the
電圧センサ24は、電源装置1の入力電圧、即ち直流電圧Vinを検出して制御装置31に出力する。
The
電圧センサ25は、電源装置1の出力電圧、即ち直流電圧Voutを検出して制御装置31に出力する。
The voltage sensor 25 detects the output voltage of the
制御装置31は、第1スイッチング制御部31aと、第2スイッチング制御部31bと、第3スイッチング制御部31cと、位相制御部31dと、を含む。
The
例えば、第1スイッチング制御部31a、第2スイッチング制御部31b及び第3スイッチング制御部31cは、ブリッジ回路11、12及び13内のトランジスタのスイッチング周波数を同一、且つ、デューティ比を0.5に制御することが例示される。
For example, the first
位相制御部31dは、直流電圧Vinに対する直流電圧Voutの比の値、及び、出力電流(又は出力電力)指令に基づいて、ブリッジ回路11とブリッジ回路12との間の位相差φ1-2、並びに、ブリッジ回路11及び12とブリッジ回路13との間の位相差φを決定する。第1スイッチング制御部31a及び第2スイッチング制御部31bは、位相差φ1-2に基づいて、ブリッジ回路11及びブリッジ回路12に、スイッチング制御信号を夫々出力する。第3スイッチング制御部31cは、位相差φに基づき、ブリッジ回路13にスイッチング制御信号を出力する。これにより、制御装置31は、出力電流(電力)を制御する。
The
なお、第1、第2及び第3スイッチング制御部31a、31b及び31cは、ブリッジ回路(3個)単位の位相を制御すれば良く、トランジスタ(12個)単位の位相を制御する必要はない。
The first, second, and third
実施の形態では、一例として、位相制御部31dは、基準位相φREFを設定し、基準位相φREFに対する、ブリッジ回路11、12及び13の位相差を決定する。
In the embodiment, as an example, the
図3は、実施の形態の基準位相とブリッジ回路との位相差の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a phase difference between a reference phase and a bridge circuit according to the embodiment;
点201で示すように、直流電圧Vinと直流電圧Voutとの比が1:1の場合、つまり直流電圧Vinに対する直流電圧Voutの比の値が1の場合は、位相制御部31dは、基準位相φREFとブリッジ回路11及び12との間の位相差を±0度に決定する。つまり、位相制御部31dは、ブリッジ回路11とブリッジ回路12との間の位相差φ1-2を0度に決定する。
As indicated by
基準位相φREFとブリッジ回路11及び12との間の位相差が、本開示の「第1位相差」の一例に相当する。
A phase difference between the reference phase φ REF and the
なお、実施の形態では、理解の容易のため、基準位相φREFを設定することとしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、位相制御部31dは、直流電圧Vinに対する直流電圧Voutの比の値に基づいて、ブリッジ回路11とブリッジ回路12との間の第2位相差を決定しても良い。そして、位相制御部31dは、ブリッジ回路11とブリッジ回路13との間及びブリッジ回路13とブリッジ回路12との間の第3位相差を決定(例えば、第2位相差の2分の1に決定)しても良い。
In addition, in the embodiment, for ease of understanding, the reference phase φ REF is set, but the present disclosure is not limited to this. For example, the
図4は、実施の形態及び比較例の電源装置のシミュレーション波形を示す図である。図4では、電圧の比が1:0.5の場合を示している。また、出力電力は0Wであり、出力指令値である位相差φは0度である。 FIG. 4 is a diagram showing simulation waveforms of the power supply devices of the embodiment and the comparative example. FIG. 4 shows the case where the voltage ratio is 1:0.5. Also, the output power is 0 W, and the phase difference φ, which is the output command value, is 0 degrees.
先に説明したように、実施の形態では、直流電圧Vinと直流電圧Voutとの比が1:0.5の場合は、位相差φ1-2は120度である。 As described above, in the embodiment, the phase difference φ 1-2 is 120 degrees when the ratio of the DC voltage Vin to the DC voltage Vout is 1:0.5.
図4(a)は、実施の形態の2次巻線21-1b及び21-2bのトランス電圧Vt、並びに、比較例の2次巻線21bのトランス電圧Vt101を示す。 FIG. 4A shows the transformer voltage Vt of the secondary windings 21-1b and 21-2b of the embodiment and the transformer voltage Vt 101 of the secondary winding 21b of the comparative example.
図4(b)は、実施の形態のコイル22のコイル電圧VL、及び、比較例のコイル22のコイル電圧VL101を示す。
FIG. 4B shows the coil voltage VL of the
図4(c)は、実施の形態の2次巻線21-1b及び21-2bのトランス電流It、並びに、比較例の2次巻線21bのトランス電流It101を示す。 FIG. 4(c) shows the transformer current It of the secondary windings 21-1b and 21-2b of the embodiment and the transformer current It 101 of the secondary winding 21b of the comparative example.
図4(d)は、実施の形態の2次側の電流I2、及び、比較例の2次側の電流I2101を示す。 FIG. 4(d) shows the current I2 on the secondary side of the embodiment and the current I2 101 on the secondary side of the comparative example.
図4(a)に示すように、トランス電圧Vtは、ブリッジ回路11が正相且つブリッジ回路12が正相の期間T0では、プラス電圧となる。また、トランス電圧Vtは、ブリッジ回路11が逆相且つブリッジ回路12が逆相負の期間T1では、マイナス電圧となる。トランス電圧Vtは、その他の期間では、0Vになる。制御装置31は、位相差φ1-2を制御することで、トランス電圧Vtがプラスの期間T0及びマイナスの期間T1の長さを制御できる。つまり、制御装置31は、位相差φ1-2を制御することで、トランス電圧Vtの実効値を制御できる。
As shown in FIG. 4A, the transformer voltage Vt becomes a positive voltage during the period T0 when the
図4(b)に示すように、コイル電圧VLは、ブリッジ回路13が正相の期間T2では、トランス電圧Vtがマイナス方向に直流電圧Vout分だけオフセットした電圧である。また、コイル電圧VLは、ブリッジ回路13が逆相の期間T3では、トランス電圧Vtがプラス方向に直流電圧Vout分だけオフセットした電圧である。制御装置31は、位相差φを制御することで、コイル電圧VLを制御できる。
As shown in FIG . 4B, the coil voltage VL is a voltage obtained by offsetting the transformer voltage Vt in the negative direction by the DC voltage Vout during the period T2 in which the
図4(c)に示すように、トランス電流Itは、コイル電圧VLがプラス電圧の期間T4では、直線的に上昇し、コイル電圧VLがマイナス電圧の期間T5では、直線的に下降する。 As shown in FIG. 4 ( c), the transformer current It rises linearly during the period T4 when the coil voltage VL is positive and decreases linearly during the period T5 when the coil voltage VL is negative. .
図4(d)に示すように、電流I2は、電流I2101と比較して、小さくなる。 As shown in FIG. 4(d), the current I2 becomes smaller than the current I2 101. FIG.
図5は、実施の形態及び比較例の電源装置のシミュレーション波形を示す図である。図5では、電圧の比が1:0の場合を示している。また、出力電力は0Wであり、出力指令値である位相差φは0度である。 FIG. 5 is a diagram showing simulation waveforms of the power supply devices of the embodiment and the comparative example. FIG. 5 shows the case where the voltage ratio is 1:0. Also, the output power is 0 W, and the phase difference φ, which is the output command value, is 0 degrees.
先に説明したように、実施の形態では、直流電圧Vinと直流電圧Voutとの比が1:0の場合は、位相差φ1-2は180度である。 As described above, in the embodiment, the phase difference φ 1-2 is 180 degrees when the ratio between the DC voltage Vin and the DC voltage Vout is 1:0.
図5(a)は、実施の形態の2次巻線21-1b及び21-2bのトランス電圧Vt、並びに、比較例の2次巻線21bのトランス電圧Vt101を示す。 FIG. 5(a) shows the transformer voltage Vt of the secondary windings 21-1b and 21-2b of the embodiment and the transformer voltage Vt 101 of the secondary winding 21b of the comparative example.
図5(b)は、実施の形態のコイル22のコイル電圧VL、及び、比較例のコイル22のコイル電圧VL101を示す。
FIG. 5B shows the coil voltage VL of the
図5(c)は、実施の形態の2次巻線21-1b及び21-2bのトランス電流It、並びに、比較例の2次巻線21bのトランス電流It101を示す。 FIG. 5(c) shows the transformer current It of the secondary windings 21-1b and 21-2b of the embodiment and the transformer current It 101 of the secondary winding 21b of the comparative example.
図5(d)は、実施の形態の2次側の電流I2、及び、比較例の2次側の電流I2101を示す。 FIG. 5(d) shows the current I2 on the secondary side of the embodiment and the current I2 101 on the secondary side of the comparative example.
図5(a)に示すように、トランス電圧Vtは、ブリッジ回路11の位相とブリッジ回路12の位相とが180度ずれているので、全期間に渡って0Vとなる。
As shown in FIG. 5A, the transformer voltage Vt is 0 V over the entire period because the phase of the
図5(b)に示すように、コイル電圧VLは、トランス電圧Vtが全期間に渡って0Vであり且つ直流電圧Voutが0Vであるので、全期間に渡って0Vである。 As shown in FIG. 5(b), the coil voltage VL is 0V over the entire period because the transformer voltage Vt is 0V over the entire period and the DC voltage Vout is 0V.
図5(c)に示すように、トランス電流Itは、コイル電圧VLが全期間に渡って0Vであるので、全期間に渡って0Aである。 As shown in FIG. 5(c), the transformer current It is 0 A over the entire period because the coil voltage VL is 0 V over the entire period.
図5(d)に示すように、電流I2は、全期間に渡って0Aである。 As shown in FIG. 5(d), the current I2 is 0 A over the entire period.
図6は、実施の形態の電源装置の正規化したトランス電流を示す図である。図6では、直流電圧Vinと直流電圧Voutとの比が1:1(比の値が1)から1:0(比の値が0)までの範囲を示している。 FIG. 6 is a diagram showing normalized transformer currents of the power supply device according to the embodiment. FIG. 6 shows a range of the ratio of the DC voltage Vin to the DC voltage Vout from 1:1 (ratio value is 1) to 1:0 (ratio value is 0).
波形211は、実施の形態の電源装置1の正規化したトランス電流Itを示す。波形212は、比較例の電源装置101の正規化したトランス電流It101を示す。符号221は、直流電圧Vinと直流電圧Voutとの比が1:0.5(比の値が0.5)の場合(図4のシミュレーション波形参照)を示す。符号222は、直流電圧Vinと直流電圧Voutとの比が1:0(比の値が0)の場合(図5のシミュレーション波形参照)を示す。
A
図6に示すように、電源装置1は、トランス電流Itを、電源装置101のトランス電流It101よりも抑制することができる。特に、電源装置1は、直流電圧Vinと直流電圧Voutとの比が1:0、つまり、2次側が垂下(短絡)の場合のトランス電流Itを、電源装置101のトランス電流It101よりも大幅に抑制することができる。
As shown in FIG. 6 , the
また、電源装置1は、ブリッジ回路(3個)単位の位相を制御すれば良い。従って、電源装置1は、特許文献2(トランジスタ単位の位相を制御)と比較して、制御する位相の数を抑制できるので、制御演算量を抑制できる。
Also, the
また、電源装置1の1次側では、2個のブリッジ回路11及び12に1次電流が分流するので、低廉な部品を1次側のブリッジ回路11及び12に使用可能であり、部品コストを抑制できる。
Further, on the primary side of the
なお、実施の形態では、ブリッジ回路11、12及び13が単相フルブリッジ回路としたが、本開示はこれに限定されない。ブリッジ回路11、12及び13は、3相ブリッジ回路であっても良い。
Although the
また、実施の形態では、制御装置31は、直流電圧Vinに対する直流電圧Voutの比の値に基づいて、ブリッジ回路11、12及び13の位相を制御することとしたが、本開示はこれに限定されない。制御装置31は、トランス21-1及びトランス21-2の1次側電流及び2次側電流に基づいて、ブリッジ回路11、12及び13の位相を制御しても良い。また、制御装置31は、直流電圧Vin、直流電圧Vout、トランス21-1及びトランス21-2の1次側電流及び2次側電流に基づいて、ブリッジ回路11、12及び13の位相を制御しても良い。
Further, in the embodiment, the
<付記>
各ブリッジ回路にDCカットコンデンサを設けても良い。例えば、ブリッジ回路11の出力端子11c、11d、ブリッジ回路12の出力端子12c、12d、ブリッジ回路の入力端子13a、13bにDCカットコンデンサを設けても良い。
<Appendix>
A DC cut capacitor may be provided in each bridge circuit. For example, DC cut capacitors may be provided at the
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1、101 電源装置
2 電源
3、23 コンデンサ
4 負荷
11、12、13 ブリッジ回路
21、21-1、21-2 トランス
22 コイル
24、25 電圧センサ
31、102 制御装置
31a 第1スイッチング制御部
31b 第2スイッチング制御部
31c 第3スイッチング制御部
31d 位相制御部
1, 101
Claims (5)
第1端子及び第2端子に前記第1直流電圧が入力される第2ブリッジ回路と、
1次巻線が前記第1ブリッジ回路の第3端子及び第4端子に電気的に接続された第1トランスと、
1次巻線が前記第2ブリッジ回路の第3端子及び第4端子に電気的に接続され、2次巻線の一端が前記第1トランスの2次巻線の一端に電気的に接続された第2トランスと、
一端が、前記第1トランスの2次巻線の他端に電気的に接続されたコイルと、
第1端子が前記コイルの他端に電気的に接続され、第2端子が前記第2トランスの2次巻線の他端に電気的に接続され、第3端子及び第4端子から第2直流電圧を出力する第3ブリッジ回路と、
前記第1直流電圧及び前記第2直流電圧に基づいて、前記第1トランス及び前記第2トランスの1次側電流及び2次側電流に基づいて、若しくは、前記第1直流電圧、前記第2直流電圧、前記第1トランス及び前記第2トランスの1次側電流及び2次側電流に基づいて、並びに、出力電流指令若しくは出力電力指令に基づいて前記第1ブリッジ回路、前記第2ブリッジ回路及び前記第3ブリッジ回路の位相を制御する制御装置と、
を備える、
ことを特徴とする、電源装置。 a first bridge circuit in which a first DC voltage is input to a first terminal and a second terminal;
a second bridge circuit in which the first DC voltage is input to a first terminal and a second terminal;
a first transformer having a primary winding electrically connected to third and fourth terminals of the first bridge circuit;
A primary winding was electrically connected to the third and fourth terminals of the second bridge circuit, and one end of the secondary winding was electrically connected to one end of the secondary winding of the first transformer. a second transformer;
a coil having one end electrically connected to the other end of the secondary winding of the first transformer;
A first terminal is electrically connected to the other end of the coil, a second terminal is electrically connected to the other end of the secondary winding of the second transformer, and a second direct current is generated from the third and fourth terminals. a third bridge circuit that outputs a voltage;
Based on the first DC voltage and the second DC voltage, based on the primary side current and the secondary side current of the first transformer and the second transformer, or the first DC voltage and the second DC voltage Based on the voltage, the primary side current and secondary side current of the first transformer and the second transformer, and based on the output current command or the output power command, the first bridge circuit, the second bridge circuit and the a controller for controlling the phase of the third bridge circuit;
comprising
A power supply device characterized by:
前記第1直流電圧に対する前記第2直流電圧の比の値に基づいて、前記第1ブリッジ回路、前記第2ブリッジ回路及び前記第3ブリッジ回路の位相を制御する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の電源装置。 The control device is
Controlling the phases of the first bridge circuit, the second bridge circuit and the third bridge circuit based on the value of the ratio of the second DC voltage to the first DC voltage;
The power supply device according to claim 1, characterized in that:
前記比の値が1から小さいほど、前記第1ブリッジ回路と前記第2ブリッジ回路との間の位相差を0度から大きくする、
ことを特徴とする、請求項2に記載の電源装置。 The control device is
The phase difference between the first bridge circuit and the second bridge circuit increases from 0 degrees as the value of the ratio decreases from 1.
3. The power supply device according to claim 2, characterized by:
前記比の値に基づいて、前記第1ブリッジ回路と基準位相との間及び前記基準位相と前記第2ブリッジ回路との間の第1位相差を決定し、前記第3ブリッジ回路の位相を前記基準位相に合わせる、
ことを特徴とする、請求項2又は3に記載の電源装置。 The control device is
determining a first phase difference between the first bridge circuit and the reference phase and between the reference phase and the second bridge circuit based on the ratio value; Align with the reference phase,
4. The power supply device according to claim 2 or 3, characterized in that:
前記比の値に基づいて、前記第1ブリッジ回路と前記第2ブリッジ回路との間の第2位相差を決定し、前記第1ブリッジ回路と前記第3ブリッジ回路との間及び前記第3ブリッジ回路と前記第2ブリッジ回路との間の第3位相差を、前記第2位相差の2分の1に決定する、
ことを特徴とする、請求項2又は3に記載の電源装置。 The control device is
determining a second phase difference between the first bridge circuit and the second bridge circuit based on the ratio value; determining a third phase difference between the circuit and the second bridge circuit to be one-half the second phase difference;
4. The power supply device according to claim 2 or 3, characterized in that:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021034324A JP2022134863A (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Power supply device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021034324A JP2022134863A (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Power supply device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022134863A true JP2022134863A (en) | 2022-09-15 |
Family
ID=83231575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021034324A Pending JP2022134863A (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Power supply device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022134863A (en) |
-
2021
- 2021-03-04 JP JP2021034324A patent/JP2022134863A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10193459B2 (en) | High static gain bi-directional DC-DC resonant converter | |
US8368364B2 (en) | DC-DC converter with snubber circuit | |
US10622905B2 (en) | DC-DC converter | |
US10819247B2 (en) | Direct-current power supply device with primary and secondary magnetic cores | |
US9577540B1 (en) | Multi-stage flyback converter for wide input voltage range applications | |
JP5006863B2 (en) | Switching power supply | |
US20210226547A1 (en) | Interleaved llc resonant converter | |
WO2016117157A1 (en) | Dc/dc converter | |
US11664721B2 (en) | Multiphase interleaved forward power converters including clamping circuits | |
WO2000072433A1 (en) | Switching circuit | |
US11362654B2 (en) | Auxiliary circuit | |
TWI719877B (en) | Isolated converter with high boost ratio | |
JP2022134863A (en) | Power supply device | |
JP7472818B2 (en) | Power Conversion Equipment | |
JP7376247B2 (en) | power converter | |
JP7329972B2 (en) | Converter and converter control method | |
JP6314734B2 (en) | Power converter | |
JP2021132418A (en) | Switching power supply | |
JP2016158422A (en) | Forward type dc-dc converter circuit | |
WO2022168635A1 (en) | Power conversion system and control method | |
JP2023082523A (en) | Power supply device | |
JP7444114B2 (en) | power converter | |
JP2024034591A (en) | Power supply device and control method of power supply device | |
JP2024064538A (en) | Power supply device and control method of power supply device | |
JP2024002604A (en) | Power supply device and control method for power supply device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231211 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240910 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240911 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240926 |