JP2024047816A - Switching Circuit - Google Patents

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Abstract

【課題】直列接続のスイッチング素子の電圧をバランスされた状態に制御する。【解決手段】スイッチング回路は、一端が直流電圧源の高電位側端子に接続され、複数のスイッチング素子が直列接続されたスイッチング部20と、スイッチング部と負荷100との間に接続されたインダクタ30と、カソードがスイッチング部側で、アノードが直流電圧源の低電位側となる1以上のダイオード41、42からなる導通部40と、スイッチング素子のターンON及びターンOFFの制御を行う制御部と、を有する。制御部は、出力端子における出力電圧の検出値が設定値となるように、各スイッチング素子のON・OFF動作のdutyを定める主制御部と、各スイッチング素子のOFF期間における各スイッチング素子の第1端子と第2端子との間の電位差が、夫々平均値に近づくように、各スイッチング素子のターンOFFのタイミングを補正するタイミング補正部と、を有する。【選択図】図1[Problem] To control the voltages of switching elements connected in series to a balanced state. [Solution] A switching circuit includes a switching section 20 having one end connected to a high potential terminal of a DC voltage source and including multiple switching elements connected in series, an inductor 30 connected between the switching section and a load 100, a conductive section 40 consisting of one or more diodes 41, 42 whose cathodes are on the switching section side and whose anodes are on the low potential side of the DC voltage source, and a control section that controls turning on and off the switching elements. The control section includes a main control section that determines the duty of the ON/OFF operation of each switching element so that the detected value of the output voltage at the output terminal becomes a set value, and a timing correction section that corrects the timing of turning off each switching element so that the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element during the OFF period of each switching element approaches the average value. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、スイッチング回路に関する。 The present invention relates to a switching circuit.

MOSFETの耐圧を超える回路ではMOSFETを直列接続することにより高耐圧化が図られる。しかし、直列接続のMOSFETは、電圧バランスが悪いなど、MOSFET同士でバラツキがあると、一部のMOSFETにデバイスの定格を超える高電圧が加わり最悪の場合に破損する恐れがある。 In circuits where the withstand voltage of a MOSFET is exceeded, the MOSFETs are connected in series to increase the withstand voltage. However, if there is variation between the MOSFETs connected in series, such as poor voltage balance, some MOSFETs may be subjected to a high voltage that exceeds the device's rated voltage, which may cause damage in the worst case scenario.

直列の各FETのドレインーソース間の電圧Vdsを測定して各Vdsをバランスされた状態に制御する制御方式が開示されている(特許文献1)。 A control method is disclosed in which the drain-source voltage Vds of each FET in series is measured and each Vds is controlled to be in a balanced state (Patent Document 1).

特開2020-114142号公報JP 2020-114142 A

しかし、各FETのVdsを測定する制御方式では、各FETの第1端子と第2端子との間の電位差を検出する検出器をFET毎に設ける必要があり、全体的に大型化してしまう。 However, a control method that measures the Vds of each FET requires a detector to be provided for each FET to detect the potential difference between the first and second terminals of the FET, resulting in an overall increase in size.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、直列接続のスイッチング素子におけるVdsを測定することなく各スイッチング素子の電圧をバランスされた状態に制御することが可能なスイッチング回路を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a switching circuit that can control the voltage of each switching element to a balanced state without measuring the Vds of the switching elements connected in series.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるスイッチング回路は、高電位側端子と低電位側端子とを有しており、設定された直流電圧を出力する直流電圧源と、一端が、前記直流電圧源の高電位側端子に接続されており、複数のスイッチング素子が直列に接続されたスイッチング部と、前記スイッチング部の他端と負荷との間に接続されたインダクタと、前記スイッチング部の他端と前記直流電圧源の低電位側端子との間に接続されているとともに、カソードが前記スイッチング部の他端側であり、アノードが前記直流電圧源の低電位側端子側となるように配置された少なくとも1つのダイオードで構成された導通部と、前記スイッチング部に含まれる各スイッチング素子のターンONおよびターンOFFのスイッチングの制御を行う制御部と、を有し、前記制御部は、出力端における出力電圧の検出値が設定値となるように、前記各スイッチング素子のON・OFF動作のディーティ比を定める主制御部と、前記各スイッチング素子のOFF期間における前記各スイッチング素子の第1端子と第2端子との間の電位差が、それぞれ平均値に近づくように、前記各スイッチング素子のターンOFFのタイミングを補正するタイミング補正部と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the switching circuit according to the present invention comprises a DC voltage source having a high potential terminal and a low potential terminal and outputting a set DC voltage, a switching unit having one end connected to the high potential terminal of the DC voltage source and having a plurality of switching elements connected in series, an inductor connected between the other end of the switching unit and a load, and at least one inductor connected between the other end of the switching unit and the low potential terminal of the DC voltage source and arranged so that its cathode is on the other end side of the switching unit and its anode is on the low potential terminal side of the DC voltage source. The switching unit has a conduction unit composed of another diode, and a control unit that controls the turning on and off of each switching element included in the switching unit, and the control unit has a main control unit that determines the duty ratio of the ON/OFF operation of each switching element so that the detected value of the output voltage at the output terminal becomes a set value, and a timing correction unit that corrects the timing of turning off each switching element so that the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element during the OFF period of each switching element approaches the average value.

本発明によれば、直列接続のスイッチング素子におけるVdsを測定することなく各スイッチング素子の電圧をバランスされた状態に制御することができる。 According to the present invention, it is possible to control the voltage of each switching element to a balanced state without measuring the Vds of the switching elements connected in series.

図1は、実施形態に係るスイッチング回路の構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a switching circuit according to an embodiment. 図2は、各スイッチング素子の第1端子と第2端子との間の電位差Vdsの変化割合を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the rate of change of the potential difference Vds between the first terminal and the second terminal of each switching element. 図3は、キャパシタンスにバラツキがある場合の各スイッチング素子の第1端子と第2端子との間の電位差の変化割合を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the rate of change in the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element when there is variation in capacitance. 図4は、各スイッチング素子や対応するゲート駆動回路の部品の精度のバラツキによって各スイッチング素子のターンOFFのタイミングにバラツキが生じる場合の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a case where variation occurs in the timing of turning OFF each switching element due to variation in precision of each switching element and the components of the corresponding gate drive circuit. 図5は、補正量を算出する方法を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a method for calculating the correction amount. 図6は、第2スイッチング素子のターンOFFのタイミングを6.66ns遅延させた場合の各電圧Vdsの変化の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of changes in each voltage Vds when the timing of turning off the second switching element is delayed by 6.66 ns. 図7は、実施形態に係るスイッチング回路の変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a modification of the switching circuit according to the embodiment.

以下に、本発明にかかるスイッチング回路の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Below, an embodiment of a switching circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment.

(実施形態)
図1は、実施形態に係るスイッチング回路の構成の一例を示す図である。直流電圧源10は、高電位側端子11と低電位側端子12とを有しており、設定された直流電圧Vinを出力する。直流電圧源10は、例えば、DC-DCコンバータによって構成されている。本実施形態において、直流電圧Viを1000Vとし、高電位側端子11を電位が1000Vのプラス端子とし、低電位側端子12をGND電位のGND端子としているが、これは一例であり、これに限定されるものではない。
(Embodiment)
1 is a diagram showing an example of the configuration of a switching circuit according to an embodiment. A DC voltage source 10 has a high potential side terminal 11 and a low potential side terminal 12, and outputs a set DC voltage Vin. The DC voltage source 10 is, for example, configured by a DC-DC converter. In this embodiment, the DC voltage Vi is set to 1000 V, the high potential side terminal 11 is a positive terminal with a potential of 1000 V, and the low potential side terminal 12 is a GND terminal with a GND potential, but this is just an example and is not limited to this.

例えば、高電位側端子11の電位がGND電位であり、低電位側端子12の電位が-1000Vであってもよい。 For example, the potential of the high potential terminal 11 may be GND potential, and the potential of the low potential terminal 12 may be -1000V.

また、直流電圧Viは、10kV以上の高電圧であってもよい。このような高電圧の場合は、後述するスイッチング部20に含まれる直列のスイッチング素子の個数を多くして、スイッチング素子1つあたりにおける電位差を低減させることが望ましい。 The DC voltage Vi may be a high voltage of 10 kV or more. In the case of such a high voltage, it is desirable to increase the number of switching elements connected in series in the switching unit 20 described later, thereby reducing the potential difference per switching element.

スイッチング部20は、直列に接続された複数のスイッチング素子を有する。図1に示すMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)がスイッチング素子の一例である。複数のスイッチング素子Q1、Q2は、それぞれにおいて第1端子がMOSFETのドレインに対応し、第2端子がMOSFETのソースに対応し、第3端子がMOSFETのゲートに対応する。スイッチング素子Q1の第1端子がスイッチング部20の一端側に当たり、スイッチング素子Q2の第2端子がスイッチング部20の他端側に当たり、スイッチング部20の一端が直流電圧源10の高電位側端子11に接続されている。 The switching unit 20 has multiple switching elements connected in series. The MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) shown in FIG. 1 is an example of a switching element. In each of the multiple switching elements Q1 and Q2, the first terminal corresponds to the drain of the MOSFET, the second terminal corresponds to the source of the MOSFET, and the third terminal corresponds to the gate of the MOSFET. The first terminal of the switching element Q1 is connected to one end of the switching unit 20, the second terminal of the switching element Q2 is connected to the other end of the switching unit 20, and one end of the switching unit 20 is connected to the high potential terminal 11 of the DC voltage source 10.

インダクタ30は、スイッチング部20の他端と負荷100との間に接続されている。第1ノードN1は、スイッチング部20とインダクタ30との接続点のことを指す。 The inductor 30 is connected between the other end of the switching unit 20 and the load 100. The first node N1 refers to the connection point between the switching unit 20 and the inductor 30.

導通部40は、スイッチング部20の他端と直流電圧源10の低電位側端子12との間に接続されている。第2ノードN2は、導通部40と低電位側端子12との接続点のことを指す。 The conductive part 40 is connected between the other end of the switching part 20 and the low potential side terminal 12 of the DC voltage source 10. The second node N2 refers to the connection point between the conductive part 40 and the low potential side terminal 12.

本実施形態において、導通部40は2つのダイオード41、42が直列に接続された構成となっている。各ダイオード41、42は、カソードがスイッチング部20の他端側つまり第1ノードN1側で、アノードが直流電圧源10の低電位側端子12側つまり第2ノードN2側、となるように配置されている。なお、これらダイオードの数は限定されず、両端にかかる電位差等の使用環境によって、適切な数が設定される。 In this embodiment, the conductive section 40 is configured with two diodes 41, 42 connected in series. Each diode 41, 42 is arranged so that the cathode is on the other end side of the switching section 20, i.e., the first node N1 side, and the anode is on the low potential side terminal 12 side of the DC voltage source 10, i.e., the second node N2 side. Note that the number of these diodes is not limited, and an appropriate number is set depending on the usage environment, such as the potential difference across both ends.

平滑コンデンサ50は、スイッチング回路1の出力端における電圧を平滑化する。本実施形態において、平滑コンデンサ50は、高電位側出力端子T1と低電位側出力端子T2との間に接続されて、負荷抵抗100に出力される電圧を平滑化する。 The smoothing capacitor 50 smoothes the voltage at the output terminal of the switching circuit 1. In this embodiment, the smoothing capacitor 50 is connected between the high-potential side output terminal T1 and the low-potential side output terminal T2, and smoothes the voltage output to the load resistor 100.

電圧検出部60は、スイッチング回路1の出力端の電圧を検出し、その検出信号を出力電圧の検出値(Vout_det)として主制御部81に向けて出力する。出力端の電圧は高電位側出力端子T1と低電位側出力端子T2の間の電圧であり、これを出力電圧として検出する。出力電圧は、実際にはA/D変換器等を介して主制御部81に入力されるが、ここではA/D変換器等の図示を省略している。 The voltage detection unit 60 detects the voltage at the output terminal of the switching circuit 1 and outputs the detection signal to the main control unit 81 as the detection value of the output voltage (Vout_det). The voltage at the output terminal is the voltage between the high potential side output terminal T1 and the low potential side output terminal T2, and this is detected as the output voltage. The output voltage is actually input to the main control unit 81 via an A/D converter or the like, but the A/D converter or the like is not shown here.

電流検出部70は、第1ノードN1とインダクタ30との間に流れるインダクタ電流ILを検出し、その検出信号をインダクタ電流ILの検出値(IL_det)としてタイミング補正部82に向けて出力する。実際にはA/D変換器等を介してタイミング補正部82に入力されるが、ここではA/D変換器等の図示を省略している。 The current detection unit 70 detects the inductor current IL flowing between the first node N1 and the inductor 30, and outputs the detection signal to the timing correction unit 82 as the detection value (IL_det) of the inductor current IL. In practice, the inductor current IL is input to the timing correction unit 82 via an A/D converter or the like, but the A/D converter and the like are not shown here.

制御部80は、主制御部81およびタイミング補正部82を含んでいる。 The control unit 80 includes a main control unit 81 and a timing correction unit 82.

主制御部81は、スイッチング回路1の出力端における出力電圧の検出値(Vout_det)が設定値(Vout_set)となるように、各スイッチング素子Q1、Q2のON・OFF動作のディーティ比(duty)を定める。 The main control unit 81 determines the duty ratio (duty) of the ON/OFF operation of each switching element Q1, Q2 so that the detected value (Vout_det) of the output voltage at the output terminal of the switching circuit 1 becomes the set value (Vout_set).

具体的には、設定値として次の(1)~(3)の情報を主制御部81に入力する。これらの情報は、例えば、別の装置から主制御部81に入力してもよいし、図示しないユーザインタフェースを介して入力してもよい。 Specifically, the following information (1) to (3) is input to the main control unit 81 as setting values. For example, this information may be input to the main control unit 81 from another device, or may be input via a user interface (not shown).

(1)スイッチング回路1の出力端における出力電圧の設定値Vout_set (1) Set value of the output voltage at the output terminal of the switching circuit 1 Vout_set

(2)スイッチング周期の設定値Tsw_set又はスイッチング周波数の設定値Freq_set (2) Switching period setting value Tsw_set or switching frequency setting value Freq_set

(3)デューティ比の初期値Duty_ini (3) Initial value of the duty ratio Duty_ini

上記(2)と(3)の情報によって、各スイッチング素子Q1、Q2のON・OFF動作のデューティ比(duty)の初期値を定める。 The initial duty ratio (duty) of the ON/OFF operation of each switching element Q1 and Q2 is determined based on the information in (2) and (3) above.

また、検出値として次の情報を入力する。 Also, enter the following information as the detection value:

(4)スイッチング回路1の出力端における出力電圧の検出値Vout_det (4) Detected value Vout_det of the output voltage at the output terminal of the switching circuit 1

(4)の情報は、電圧検出部60から出力されたものである。この出力電圧の検出値Vout_detが(1)の出力電圧の設定値Vout_setとなるように、デューティ比(duty)の更新値(Duty)をタイミング補正部82に出力する。 The information (4) is output from the voltage detection unit 60. The updated value (Duty) of the duty ratio (duty) is output to the timing correction unit 82 so that the detected value Vout_det of the output voltage becomes the set value Vout_set of the output voltage (1).

タイミング補正部82は、各スイッチング素子Q1、Q2のOFF期間における各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差が、それぞれ平均値に近づくように、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングを補正する。これにより、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングが異なるので、各スイッチング素子Q1、Q2用のスイッチング制御信号Ssw1、Ssw2を生成して、対応するQ1用のゲート駆動回路91とQ2用のゲート駆動回路92に向けて出力する。 The timing correction unit 82 corrects the timing of turning OFF each of the switching elements Q1 and Q2 so that the potential difference between the first terminal and the second terminal of each of the switching elements Q1 and Q2 during the OFF period of each of the switching elements Q1 and Q2 approaches the average value. As a result, the timing of turning OFF each of the switching elements Q1 and Q2 differs, so switching control signals Ssw1 and Ssw2 for each of the switching elements Q1 and Q2 are generated and output to the corresponding gate drive circuit 91 for Q1 and gate drive circuit 92 for Q2.

なお、タイミング補正部82は、各スイッチング素子Q1、Q2がターンOFFした後に、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差が大きくなる過程を経て、それぞれの電位差の合計値が直流電圧源10の高電位側端子11と低電位側端子12との間の電位差、実施形態の一例では1000V、と等しくなったときに、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差が、いずれも平均値に近づくように、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングを補正してもよい。 The timing correction unit 82 may correct the timing of turning OFF each of the switching elements Q1 and Q2 so that when the potential difference between the first terminal and the second terminal of each of the switching elements Q1 and Q2 increases after each of the switching elements Q1 and Q2 is turned OFF and the sum of the potential differences becomes equal to the potential difference between the high potential side terminal 11 and the low potential side terminal 12 of the DC voltage source 10, which is 1000 V in one embodiment, the potential difference between the first terminal and the second terminal of each of the switching elements Q1 and Q2 approaches the average value.

具体的には、設定値として次の(1)~(8)の情報をタイミング補正部82に入力する。これらの情報は、例えば別の装置から入力してもよいし、図示しないユーザインタフェースを介して入力してもよい。 Specifically, the following information (1) to (8) is input to the timing correction unit 82 as setting values. This information may be input, for example, from another device or via a user interface (not shown).

タイミング補正部82は、(1)~(8)の情報を用いて補正時間を算出する。 The timing correction unit 82 calculates the correction time using information (1) to (8).

(1)スイッチング周期の設定値(Tsw_set)又はスイッチング周波数の設定値(Freq_set) (1) Switching period setting value (Tsw_set) or switching frequency setting value (Freq_set)

(2)直流電圧源10から出力される直流電圧の設定値(Vin_set) (2) Set value of the DC voltage output from the DC voltage source 10 (Vin_set)

(3)インダクタ30のインダクタンスL (3) Inductance L of inductor 30

(4)スイッチング素子Q1の寄生容量Coss1のキャパシタンスCcoss1 (4) Capacitance Ccoss1 of the parasitic capacitance Coss1 of the switching element Q1

(5)スイッチング素子Q2の寄生容量Coss2のキャパシタンスCcoss2 (5) Capacitance Ccoss2 of the parasitic capacitance Coss2 of the switching element Q2

(6)デューティ比(duty)の更新値(Duty) (6) Duty ratio (duty) update value (Duty)

また、検出値として次の情報を入力する。 Also, enter the following information as the detection value:

(7)電流検出部70から出力された第1ノードN1とインダクタ30との間に流れるインダクタ電流ILの検出値(IL_det) (7) The detection value (IL_det) of the inductor current IL flowing between the first node N1 and the inductor 30 output from the current detection unit 70

(8)電圧検出部60から出力されたスイッチング回路1の出力端における出力電圧の検出値(Vout_det) (8) The detected value of the output voltage at the output terminal of the switching circuit 1 output from the voltage detection unit 60 (Vout_det)

なお、(8)の検出値(Vout_det)の代わりに、次の(9)の設定値(Vout_set)を用いても良い。 In addition, the set value (Vout_set) in (9) below may be used instead of the detection value (Vout_det) in (8).

(9)スイッチング回路1の出力端における出力電圧の設定値(Vout_set) (9) Set value of the output voltage at the output terminal of the switching circuit 1 (Vout_set)

ただし、実際の検出値である(8)の検出値(Vout_det)を用いた方が、実際に即した制御ができるので好ましい。 However, it is preferable to use the actual detection value (8) (Vout_det), as this allows for more realistic control.

Q1用ゲート駆動回路91およびQ2用ゲート駆動回路92は、タイミング補正部82から出力された各スイッチング素子Q1、Q2用のスイッチング制御信号Ssw1、Ssw2に基づいて、対応するスイッチング素子Q1、Q2のそれぞれの第3端子と第2端子との間の電位差を制御して、各スイッチング素子Q1、Q2のON・OFF動作を制御する。 The gate drive circuit 91 for Q1 and the gate drive circuit 92 for Q2 control the potential difference between the third terminal and the second terminal of the corresponding switching elements Q1 and Q2 based on the switching control signals Ssw1 and Ssw2 for each switching element Q1 and Q2 output from the timing correction unit 82, thereby controlling the ON/OFF operation of each switching element Q1 and Q2.

<各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時の寄生容量Coss1、Coss2への充電動作の説明> <Explanation of the charging operation of the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 when the switching elements Q1 and Q2 are turned OFF>

上記の構成では、各スイッチング素子Q1、Q2がONのときに、第1ノードN1が直流電圧源10の高電位側端子11の電位(1000V)と同じ電位になる。このとき、導通部40は非導通なので、直流電圧源10から出力された直流電圧(1000V)はインダクタ30を介して負荷100に供給される。 In the above configuration, when each switching element Q1, Q2 is ON, the first node N1 has the same potential as the potential (1000 V) of the high potential side terminal 11 of the DC voltage source 10. At this time, the conductive part 40 is non-conductive, so the DC voltage (1000 V) output from the DC voltage source 10 is supplied to the load 100 via the inductor 30.

その後、各スイッチング素子Q1、Q2が同時にターンOFFすると、直流電圧源10の高電位側端子11と第1ノードN1との間が開放状態となるが、まだ導通部40が導通していないので、第1ノードN1の電位は、直流電圧源10の低電位側端子12の電位と同じではない。 After that, when the switching elements Q1 and Q2 are turned OFF simultaneously, the high potential side terminal 11 of the DC voltage source 10 and the first node N1 are in an open state. However, since the conductive part 40 is not yet conductive, the potential of the first node N1 is not the same as the potential of the low potential side terminal 12 of the DC voltage source 10.

この状態では、インダクタ30側からスイッチング部20に含まれる各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2に電流が流れる経路が生じて、寄生容量Coss1、Coss2が充電される。これにより、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差は絶対値が大きくなっていく。その結果、スイッチング部20の両端間(一端と他端との間)の電位差は絶対値が大きくなっていく。そして、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差の合計値が、高電位側端子11と低電位側端子12との間の電位差(1000V)と同じになると、電位差の変化が止まり、第1ノードN1の電位が、直流電圧源10の低電位側端子12の電位と同じになる。そのため、導通部40が導通する。 In this state, a path is created through which current flows from the inductor 30 to the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of the switching elements Q1 and Q2 included in the switching unit 20, and the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 are charged. As a result, the absolute value of the potential difference between the first and second terminals of each switching element Q1 and Q2 increases. As a result, the absolute value of the potential difference between both ends of the switching unit 20 (between one end and the other end) increases. Then, when the total value of the potential difference between the first and second terminals of each switching element Q1 and Q2 becomes the same as the potential difference (1000 V) between the high potential side terminal 11 and the low potential side terminal 12, the change in the potential difference stops, and the potential of the first node N1 becomes the same as the potential of the low potential side terminal 12 of the DC voltage source 10. Therefore, the conductive unit 40 is conductive.

図2は、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差Vdsの変化割合を説明する図である。図2(a)には、図1に示す回路を簡略して示している。図2(b)には、各スイッチング素子Q1、Q2のON・OFF動作下におけるそれぞれの第3端子と第2端子の間の電位差Vgs(Q1Vgs、Q2Vgs)と、それぞれの第1端子と第2端子の間の電位差Vds(Q1Vds、Q2Vds)と、インダクタ電流ILと、出力電圧Voutとの関係の一例を示している。 Figure 2 is a diagram explaining the rate of change of the potential difference Vds between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1, Q2. Figure 2(a) shows a simplified diagram of the circuit shown in Figure 1. Figure 2(b) shows an example of the relationship between the potential difference Vgs (Q1Vgs, Q2Vgs) between the third terminal and the second terminal of each switching element Q1, Q2 during ON/OFF operation, the potential difference Vds (Q1Vds, Q2Vds) between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1, Q2, the inductor current IL, and the output voltage Vout.

一例として、図2には、各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2のキャパシタンスCcoss1、Ccoss2にバラツキがなく同じキャパシタンスであるときのものを示している。上述したインダクタ30側から寄生容量Coss1、Coss2に電流が流れる経路で寄生容量Coss1、Coss2が充電される際、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差Vdsは、同じ変化割合で大きくなっていく。図2では、各スイッチング素子Q1、Q2のそれぞれの電位差Vdsの変化が同じ変化割合のため一つに重なっている。 As an example, FIG. 2 shows the case where the capacitances Ccoss1 and Ccoss2 of the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of each switching element Q1 and Q2 are the same with no variation. When the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 are charged along the path through which current flows from the inductor 30 side to the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 described above, the potential difference Vds between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1 and Q2 increases at the same rate of change. In FIG. 2, the changes in the potential difference Vds of each switching element Q1 and Q2 overlap because they change at the same rate.

同時に同じ変化割合で大きくなるため、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差の合計値が直流電圧源10の高電位側端子11と低電位側端子12との間の電位差と同じになったときのそれぞれの電位差は、平均値と同じになる。 Since they increase at the same rate at the same time, when the total potential difference between the first and second terminals of each switching element Q1 and Q2 becomes the same as the potential difference between the high potential side terminal 11 and the low potential side terminal 12 of the DC voltage source 10, each potential difference becomes the same as the average value.

図2に示すように、直流電圧源10の高電位側端子11の電位が1000V、第1スイッチング素子Q1の寄生容量Coss1のキャパシタンスCcoss1が100pF、第2スイッチング素子Q2の寄生容量Coss2のキャパシタンスCcoss2が100pFの場合、第1スイッチング素子Q1の第1端子と第2端子との間の電位差Q1Vdsは500V、第2スイッチング素子Q2の第1端子と第2端子との間の電位差Q2Vdsは500Vとなる。この例では、スイッチング素子Q1、Q2の2つなので、平均値は500Vとなる。すなわち、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2のそれぞれにおいて第1端子と第2端子との間の電位差Q1Vds、Q2Vdsは共に平均値500Vと同じになる。 As shown in FIG. 2, when the potential of the high potential side terminal 11 of the DC voltage source 10 is 1000V, the capacitance Ccoss1 of the parasitic capacitance Coss1 of the first switching element Q1 is 100pF, and the capacitance Ccoss2 of the parasitic capacitance Coss2 of the second switching element Q2 is 100pF, the potential difference Q1Vds between the first terminal and the second terminal of the first switching element Q1 is 500V, and the potential difference Q2Vds between the first terminal and the second terminal of the second switching element Q2 is 500V. In this example, since there are two switching elements Q1 and Q2, the average value is 500V. In other words, the potential differences Q1Vds and Q2Vds between the first terminal and the second terminal of each of the switching elements Q1 and Q2 are both the same as the average value of 500V.

<タイミング補正を行う理由について>
一方、各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2のキャパシタンスCcoss1、Ccoss2にバラツキがあるとする。この場合には、各スイッチング素子Q1、Q2のそれぞれにおいて、第1端子と第2端子との間の電位差Vds(電位差Q1Vdsと電位差Q2Vds)の変化割合が異なる。
<Reason for timing correction>
On the other hand, if there is variation in the capacitances Ccoss1 and Ccoss2 of the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of the switching elements Q1 and Q2, the rate of change in the potential difference Vds (potential difference Q1Vds and potential difference Q2Vds) between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1 and Q2 will be different.

図3は、キャパシタンスCcoss1、Ccoss2にバラツキがある場合の各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差Q1Vdsと電位差Q2Vdsの変化割合を説明する図である。図3(a)には、キャパシタンスCcoss1、Ccoss2にバラツキがある回路を簡略して示している。図3(b)には、図3(a)に示す回路における、電位差Vgs(Q1Vgs、Q2Vgs)と、電位差Vds(Q1Vds、Q2Vds)と、インダクタ電流ILと、出力電圧Voutとの関係の一例を示している。なお、図3(b)には、電位差Q1Vdsと電位差Q2Vdsとの変化割合の違いを示すためターンオフ時の拡大図を並べて示している。 Figure 3 is a diagram explaining the rate of change of the potential difference Q1Vds and the potential difference Q2Vds between the first and second terminals of each switching element Q1, Q2 when there is variation in the capacitances Ccoss1, Ccoss2. Figure 3(a) shows a simplified circuit with variation in the capacitances Ccoss1, Ccoss2. Figure 3(b) shows an example of the relationship between the potential difference Vgs (Q1Vgs, Q2Vgs), the potential difference Vds (Q1Vds, Q2Vds), the inductor current IL, and the output voltage Vout in the circuit shown in Figure 3(a). Note that Figure 3(b) also shows enlarged views at the time of turn-off to show the difference in the rate of change of the potential difference Q1Vds and the potential difference Q2Vds.

上述したインダクタ30側から寄生容量Coss1、Coss2に電流が流れる経路で寄生容量Coss1、Coss2が充電される際、図3(b)の拡大図に示されるように、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差Vdsは、異なる変化割合で大きくなっていく。同時に異なる変化割合で大きくなるため、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差の差が大きくなる。 When the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 are charged along the path through which current flows from the inductor 30 to the parasitic capacitances Coss1 and Coss2, as shown in the enlarged view of FIG. 3(b), the potential difference Vds between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1 and Q2 increases at different change rates. Since the potential difference Vds increases at different change rates at the same time, the difference in the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1 and Q2 increases.

図3に示すように、例えば、直流電圧源10の高電位側端子11の電位が1000V、第1スイッチング素子Q1の寄生容量Coss1のキャパシタンスCcoss1が200pF、第2スイッチング素子Q2の寄生容量Coss2のキャパシタンスCcoss2が100pFであったとする。この場合、拡大図に示されるように、充電動作で第1スイッチング素子Q1の第1端子と第2端子との間の電位差Q1Vdsは320V、第2スイッチング素子Q2の第1端子と第2端子との間の電位差Q2Vdsは680Vとなる。この段階で、導通部40が導通する。 As shown in FIG. 3, for example, assume that the potential of the high potential side terminal 11 of the DC voltage source 10 is 1000V, the capacitance Ccoss1 of the parasitic capacitance Coss1 of the first switching element Q1 is 200pF, and the capacitance Ccoss2 of the parasitic capacitance Coss2 of the second switching element Q2 is 100pF. In this case, as shown in the enlarged view, the potential difference Q1Vds between the first and second terminals of the first switching element Q1 during charging is 320V, and the potential difference Q2Vds between the first and second terminals of the second switching element Q2 is 680V. At this stage, the conductive part 40 is conductive.

すなわち、各スイッチング素子Q1、Q2のそれぞれの第1端子と第2端子との間の電位差Q1Vdsと電位差Q2Vdsとの間に差が生じる。この差が大きい場合には、スイッチング素子Q1またはスイッチング素子Q2の耐圧上限値を超えてしまう可能性がある。もし、スイッチング素子Q1またはスイッチング素子Q2で耐圧上限値を超えてしまうと、そのスイッチング素子(スイッチング素子Q1またはスイッチング素子Q2)が破損してしまう。 That is, a difference occurs between the potential difference Q1Vds and the potential difference Q2Vds between the first terminal and the second terminal of each of the switching elements Q1 and Q2. If this difference is large, there is a possibility that the upper limit of the withstand voltage of the switching element Q1 or the switching element Q2 will be exceeded. If the upper limit of the withstand voltage of the switching element Q1 or the switching element Q2 is exceeded, that switching element (switching element Q1 or switching element Q2) will be damaged.

<タイミング補正を行う理由について(その他の例)>
また、各スイッチング素子Q1、Q2や対応するゲート駆動回路91、92の部品の精度のバラツキによって、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングにバラツキが生じる可能性がある。
<Reasons for performing timing correction (other examples)>
Furthermore, due to variations in the precision of the switching elements Q1, Q2 and the components of the corresponding gate drive circuits 91, 92, there is a possibility that variations will occur in the timing at which the switching elements Q1, Q2 are turned OFF.

図4は、各スイッチング素子Q1、Q2や対応するゲート駆動回路91、92の部品の精度のバラツキによって各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングにバラツキが生じる場合の説明図である。図4には、図2などの回路において、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングにバラツキが生じる場合の、電位差Vgs(Q1Vgs、Q2Vgs)と、電位差Vds(Q1Vds、Q2Vds)と、インダクタ電流ILと、出力電圧Voutとの関係の一例を示している。また、電位差Q1Vdsと電位差Q2Vdsとのずれを示すためターンオフ時の拡大図を並べて示している。なお、図4に示す例では、各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2のキャパシタンスCcoss1、Ccoss2は、ともに100pFである。 Figure 4 is an explanatory diagram of a case where the timing of turning off each switching element Q1, Q2 varies due to the variation in the accuracy of the parts of each switching element Q1, Q2 and the corresponding gate drive circuits 91, 92. Figure 4 shows an example of the relationship between the potential difference Vgs (Q1Vgs, Q2Vgs), the potential difference Vds (Q1Vds, Q2Vds), the inductor current IL, and the output voltage Vout when the timing of turning off each switching element Q1, Q2 varies in a circuit such as Figure 2. In addition, enlarged views at the time of turn-off are shown side by side to show the deviation between the potential difference Q1Vds and the potential difference Q2Vds. In the example shown in Figure 4, the capacitances Ccoss1 and Ccoss2 of the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of each switching element Q1, Q2 are both 100 pF.

図4において、各スイッチング素子Q1、Q2の第3端子と第2端子との間の電位差(電位差Q1Vgsと電位差Q2Vgs)は、ターンOFFのタイミングにズレが生じる。 In FIG. 4, the potential difference between the third terminal and the second terminal of each switching element Q1, Q2 (potential difference Q1Vgs and potential difference Q2Vgs) causes a difference in the timing of turning OFF.

上述したインダクタ30側から寄生容量Coss1、Coss2に電流が流れる経路で寄生容量Coss1、Coss2が充電される際、図4の拡大図に示されるように、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差Vdsは、同じ変化割合で大きくなっていく。同じ変化割合で大きくなるが、ターンオフのタイミングが異なるので、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差に差が生じる。 When the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 are charged along the path through which current flows from the inductor 30 to the parasitic capacitances Coss1 and Coss2, as shown in the enlarged view of FIG. 4, the potential difference Vds between the first and second terminals of each switching element Q1 and Q2 increases at the same rate. Although the potential difference Vds increases at the same rate, the timing of turn-off differs, so a difference occurs in the potential difference between the first and second terminals of each switching element Q1 and Q2.

図4に示すように、例えば、第1スイッチング素子Q1よりも第2スイッチング素子Q2の方が、ターンOFFのタイミングが早い場合は、各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2のキャパシタンスCcoss1、Ccoss2が同じであっても、第2スイッチング素子Q2の方が、第1端子と第2端子との間の電位差Vdsの変化が早く始まる。そのために、それぞれの電位差Vds(電位差Q1Vdsと電位差Q2Vds)の合計値が直流電圧源10の高電位側端子11と低電位側端子12との間の電位差(例えば1000V)と等しくなったときに、第2スイッチング素子Q2の方が、電位差Vdsが大きくなる。具体的には、ターンOFFのタイミングが5ns早いとき、図4に示す例では第1スイッチング素子Q1の第1端子と第2端子との間の電位差Q1Vdsは310V、第2スイッチング素子Q2の第1端子と第2端子との間の電位差Q2Vdsは690Vとなる。なお、この段階で、導通部40が導通する。 4, for example, if the second switching element Q2 is turned OFF earlier than the first switching element Q1, even if the capacitances Ccoss1 and Ccoss2 of the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of the switching elements Q1 and Q2 are the same, the potential difference Vds between the first and second terminals of the second switching element Q2 starts to change earlier. Therefore, when the sum of the potential differences Vds (potential difference Q1Vds and potential difference Q2Vds) becomes equal to the potential difference (e.g., 1000V) between the high potential side terminal 11 and the low potential side terminal 12 of the DC voltage source 10, the potential difference Vds of the second switching element Q2 becomes larger. Specifically, when the timing of the turn-OFF is 5 ns earlier, in the example shown in FIG. 4, the potential difference Q1Vds between the first and second terminals of the first switching element Q1 is 310 V, and the potential difference Q2Vds between the first and second terminals of the second switching element Q2 is 690 V. At this stage, the conductive part 40 is conductive.

<タイミング補正の効果>
本実施形態のスイッチング回路1は、タイミング補正部82を有しており、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングを補正することができる。このため、たとえ、各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2のキャパシタンスCcoss1、Ccoss2にバラツキがあったり、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングにバラツキがあったりしても、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時における各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差のバラツキを低減させることができる。
<Effect of timing correction>
The switching circuit 1 of this embodiment has a timing correction unit 82, and can correct the timing of turning OFF each of the switching elements Q1 and Q2. Therefore, even if there is variation in the capacitances Ccoss1 and Ccoss2 of the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of each of the switching elements Q1 and Q2, or there is variation in the timing of turning OFF each of the switching elements Q1 and Q2, it is possible to reduce variation in the potential difference between the first terminal and the second terminal of each of the switching elements Q1 and Q2 when each of the switching elements Q1 and Q2 is turned OFF.

その結果、スイッチング素子Q1、Q2の耐圧上限値を超える可能性が低減し、ひいては、スイッチング損失の増加による破損の可能性を低減させることができる。 As a result, the possibility of exceeding the upper voltage limit of the switching elements Q1 and Q2 is reduced, which in turn reduces the possibility of damage due to increased switching losses.

<補正方法の実施例>
上記のように、各スイッチング素子Q1、Q2がターンOFFすると、インダクタ30側からスイッチング部20に含まれる各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2に電流が流れる経路が生じて、寄生容量Coss1、Coss2が充電される。これにより、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差は絶対値が大きくなっていく。
<Example of correction method>
As described above, when each of the switching elements Q1 and Q2 is turned OFF, a path through which a current flows from the inductor 30 to the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of each of the switching elements Q1 and Q2 included in the switching unit 20 is generated, and the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 are charged. As a result, the absolute value of the potential difference between the first terminal and the second terminal of each of the switching elements Q1 and Q2 increases.

そのため、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時のインダクタ電流ILの電流値(以下、インダクタ電流ILの電流値のことをインダクタ電流値と称する)が分かれば、インダクタ電流値と他の既知の値とに基づいてタイミング補正部82における補正量を算出することができる。 Therefore, if the current value of the inductor current IL when each switching element Q1, Q2 is turned OFF (hereinafter, the current value of the inductor current IL is referred to as the inductor current value), the correction amount in the timing correction unit 82 can be calculated based on the inductor current value and other known values.

以下、インダクタ電流値と他の既知の値とに基づいてタイミング補正部82が補正量を算出する方法を図5を参照しながら詳しく説明する。 Below, we will explain in detail how the timing correction unit 82 calculates the correction amount based on the inductor current value and other known values, with reference to Figure 5.

図5は、補正量を算出する方法を説明するための図である。 Figure 5 is a diagram to explain how to calculate the correction amount.

[ステップ1]
次の式(1)を用いて、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時のインダクタ電流値IL_peakを算出する。式(1)に使用する値は、下記の(a)~(e)である。本実施形態における条件を式(1)に当てはめると、インダクタ電流値IL_peakは7.5Aとなる。
[Step 1]
The inductor current value IL_peak when each of the switching elements Q1 and Q2 is turned OFF is calculated using the following formula (1). The values used in formula (1) are (a) to (e) below. When the conditions in this embodiment are applied to formula (1), the inductor current value IL_peak becomes 7.5 A.

なお、この段階では、スイッチング部20に含まれる全てのスイッチング素子Q1、Q2が同時にターンONおよびターンOFFするものとする。 At this stage, all switching elements Q1 and Q2 included in the switching unit 20 are turned ON and OFF simultaneously.

IL_peak = IL_0+(Vin-Vout)/L×Ton
= 7.5A ・・・・ (1)
IL_peak = IL_0 + (Vin - Vout) / L x Ton
= 7.5A ... (1)

(a)~(e)について図5を参照しながら説明する。
(a)IL_0
(a) to (e) will be described with reference to FIG.
(a) IL_0

各スイッチング素子Q1、Q2のターンON時のインダクタ30のインダクタ電流値である。このインダクタ電流値IL_0は、例えば、電流検出部70で検出すればよい。 This is the inductor current value of the inductor 30 when each switching element Q1, Q2 is turned ON. This inductor current value IL_0 may be detected, for example, by the current detection unit 70.

本実施形態の場合、図5に示される、各スイッチング素子Q1、Q2のターンON時に電流検出部70で検出したインダクタ30のインダクタ電流値IL_0は、2.5Aであるとする。 In this embodiment, the inductor current value IL_0 of the inductor 30 detected by the current detection unit 70 when each switching element Q1 and Q2 is turned ON, as shown in FIG. 5, is assumed to be 2.5 A.

なお、本実施形態では、スイッチング回路1が降圧チョッパとして機能するので、インダクタ30のインダクタ電流値ILは、図5に示されるように、各スイッチング素子Q1、Q2のON期間(Ton)に一定の傾き、すなわち単位時間当たりの電流変化量で上昇していき、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時に最大値(ピーク値)IL_peakとなる。また、上記の傾きは、式(1)中の「(Vin-Vout)/L×Ton」で表される。 In this embodiment, since the switching circuit 1 functions as a step-down chopper, the inductor current value IL of the inductor 30 rises at a constant gradient, i.e., at a current change rate per unit time, during the ON period (Ton) of each switching element Q1, Q2, as shown in FIG. 5, and reaches a maximum value (peak value) IL_peak when each switching element Q1, Q2 is turned OFF. The gradient is expressed by "(Vin-Vout)/L×Ton" in formula (1).

これまでの説明で分かるように、式(1)は一次関数なので、必ずしも各スイッチング素子Q1、Q2のターンON時にインダクタ電流値IL_0を検出する必要はない。すなわち、各スイッチング素子Q1、Q2のON期間中に、インダクタ30のインダクタ電流値を検出すれば、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時のインダクタ電流値IL_peakを算出することができる。 As can be seen from the explanation so far, since equation (1) is a linear function, it is not necessary to detect the inductor current value IL_0 when each switching element Q1, Q2 is turned ON. In other words, if the inductor current value of inductor 30 is detected during the ON period of each switching element Q1, Q2, the inductor current value IL_peak when each switching element Q1, Q2 is turned OFF can be calculated.

ただし、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時の直前にインダクタ電流値を検出すると、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時までにタイミング補正部82において、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングの補正量を算出することができないので、算出時間を考慮して、インダクタ電流値の検出タイミングを定める必要がある。 However, if the inductor current value is detected immediately before each switching element Q1, Q2 is turned OFF, the timing correction unit 82 cannot calculate the correction amount for the turn OFF timing of each switching element Q1, Q2 by the time each switching element Q1, Q2 is turned OFF, so the detection timing of the inductor current value must be determined taking into account the calculation time.

(b)Vin
各スイッチング素子Q1、Q2のターンON時のインダクタ30の一端(入力側)における電圧値である。なお、この電圧値は、直流電圧源10の端子間(高電位側端子11と低電位側端子12との間)の電位差(1000V)を代用できる。また、直流電圧源10から出力する直流電圧(1000V)は安定しているので、直流電圧源10から出力する直流電圧の設定値Vin_setを用いることができる。設定値Vin_setは既知の値である。なお、本実施形態では、直流電圧源10から出力する直流電圧(1000V)の設定値Vin_setは、1000Vである。
(b) Vin
This is the voltage value at one end (input side) of the inductor 30 when each of the switching elements Q1 and Q2 is turned ON. This voltage value can be substituted for the potential difference (1000V) between the terminals (between the high potential side terminal 11 and the low potential side terminal 12) of the DC voltage source 10. Since the DC voltage (1000V) output from the DC voltage source 10 is stable, the set value Vin_set of the DC voltage output from the DC voltage source 10 can be used. The set value Vin_set is a known value. In this embodiment, the set value Vin_set of the DC voltage (1000V) output from the DC voltage source 10 is 1000V.

(c)Vout
各スイッチング素子Q1、Q2のターンON時のインダクタ30の他端(出力側)における電圧値である。なお、この電圧値はスイッチング回路1の出力端電圧Vout(スイッチング回路1の高電位側出力端子T1と低電位側出力端子T2との間の電位差)と同じである。また、上記のように、電圧検出部60で検出した出力端電圧Voutをフィードバックすることによって、出力端電圧Voutの安定化を図っているので、既知の値である出力端電圧Voutの設定値Vout_setを用いることができる。もちろん、電圧検出部60で検出した出力端電圧Voutを用いてもよい。なお、本実施形態では、出力端電圧Voutの設定値Vout_setは、500Vである。
(c) Vout
It is a voltage value at the other end (output side) of the inductor 30 when each switching element Q1, Q2 is turned ON. Note that this voltage value is the same as the output end voltage Vout of the switching circuit 1 (the potential difference between the high potential side output terminal T1 and the low potential side output terminal T2 of the switching circuit 1). Also, as described above, the output end voltage Vout detected by the voltage detection unit 60 is fed back to stabilize the output end voltage Vout, so that the set value Vout_set of the output end voltage Vout, which is a known value, can be used. Of course, the output end voltage Vout detected by the voltage detection unit 60 may also be used. Note that in this embodiment, the set value Vout_set of the output end voltage Vout is 500V.

(d)Ton
スイッチング素子Q1、Q2のON・OFF動作の1周期中のON期間の時間である。そのため、スイッチング周期の設定値Tsw_setとデューティ比dutyとに基づいて、時間Tonを算出することができる。もちろん、スイッチング周波数の設定値Freq_setとデューティ比dutyを用いて時間Tonを算出してもよい。スイッチング周期の設定値Tsw_set、スイッチング周波数の設定値Freq_setおよびデューティ比dutyは既知の値である。なお、本実施形態では、デューティ比dutyは50%である。
(d) Ton
It is the time of the ON period during one cycle of the ON/OFF operation of the switching elements Q1 and Q2. Therefore, the time Ton can be calculated based on the setting value Tsw_set of the switching cycle and the duty ratio duty. Of course, the time Ton may be calculated using the setting value Freq_set of the switching frequency and the duty ratio duty. The setting value Tsw_set of the switching cycle, the setting value Freq_set of the switching frequency, and the duty ratio duty are known values. In this embodiment, the duty ratio duty is 50%.

(e)L
インダクタ30のインダクタンスLである。インダクタ30のインダクタンスLは予め測定しているので、既知の値である。なお、本実施形態では、インダクタ30のインダクタンスLは500μHである。
(e) L
This is the inductance L of the inductor 30. The inductance L of the inductor 30 is a known value since it has been measured in advance. In this embodiment, the inductance L of the inductor 30 is 500 μH.

[ステップ2]
次に、ステップ1で算出した各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時のインダクタ電流値IL_peakを用いて、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差が、それぞれ平均値に近づくように、各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFFのタイミングを補正するための補正時間Δtnを算出する。補正時間Δtnは、一例としてターンOFFのタイミングを遅延させる遅延時間として利用できる。
[Step 2]
Next, a correction time Δtn for correcting the timing of turning OFF each of the switching elements Q1 and Q2 is calculated so that the potential difference between the first terminal and the second terminal of each of the switching elements Q1 and Q2 approaches the average value, using the inductor current value IL_peak when each of the switching elements Q1 and Q2 is turned OFF, calculated in step 1. The correction time Δtn can be used as a delay time for delaying the timing of turning OFF, for example.

例えば、直流電圧源10の高電位側端子11の電位が1000V、第1スイッチング素子Q1の寄生容量Coss1のキャパシタンスCcoss1が200pF、第2スイッチング素子Q2の寄生容量Coss2のキャパシタンスCcoss2が100pFの場合に、ステップ1で算出したIL_peakが7.5Aであったとする。また、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差の平均値Vaveは500Vである。 For example, suppose that the potential of the high potential side terminal 11 of the DC voltage source 10 is 1000 V, the capacitance Ccoss1 of the parasitic capacitance Coss1 of the first switching element Q1 is 200 pF, and the capacitance Ccoss2 of the parasitic capacitance Coss2 of the second switching element Q2 is 100 pF, and the IL_peak calculated in step 1 is 7.5 A. In addition, the average value Vave of the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1 and Q2 is 500 V.

この条件において、各スイッチング素子Q1、Q2がターンOFFした後に、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差が大きくなる過程を経て、各電位差が上記の平均値Vaveになればよい。 Under these conditions, after each switching element Q1, Q2 is turned OFF, the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1, Q2 increases, and each potential difference becomes the average value Vave.

そこで、スイッチング素子Q1、Q2毎に、第1端子と第2端子との間の電位差の変化割合を算出する。 Therefore, the rate of change in the potential difference between the first terminal and the second terminal is calculated for each switching element Q1 and Q2.

第1スイッチング素子Q1の第1端子と第2端子との間の電位差の変化割合ΔVds1/Δtは、下記の式(2)で表わされ、第2スイッチング素子Q2の第1端子と第2端子との間の電位差の変化割合ΔVds2/Δtは、下記の式(3)で表わされる。 The rate of change ΔVds1/Δt of the potential difference between the first terminal and the second terminal of the first switching element Q1 is expressed by the following formula (2), and the rate of change ΔVds2/Δt of the potential difference between the first terminal and the second terminal of the second switching element Q2 is expressed by the following formula (3).

ただし、第1スイッチング素子Q1の寄生容量Coss1のキャパシタンスをCcoss1とし、第2スイッチング素子Q2の寄生容量Coss2のキャパシタンスをCcoss2とする。 However, the capacitance of the parasitic capacitance Coss1 of the first switching element Q1 is Ccoss1, and the capacitance of the parasitic capacitance Coss2 of the second switching element Q2 is Ccoss2.

ΔVds1/Δt = IL_peak/ Ccoss1
=7.5A/200pF = 37.5/ns ・・・(2)
ΔVds1/Δt=IL_peak/Ccoss1
= 7.5 A / 200 pF = 37.5 / ns ... (2)

ΔVds2/Δt = IL_peak/ Ccoss2
= 7.5A/100pF = 75/ns ・・・(3)
ΔVds2/Δt=IL_peak/Ccoss2
= 7.5A/100pF = 75/ns ... (3)

次に、上記の式(2)および式(3)で算出した変化割合のときに、各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差が上記の平均値Vaveまで変化する時間である変化時間を算出する。 Next, calculate the change time, which is the time it takes for the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1, Q2 to change to the average value Vave when the change rate is calculated using the above formulas (2) and (3).

第1スイッチング素子Q1の変化時間Tq1は次の式(4)で表わされ、第2スイッチング素子Q2の変化時間Tq2は次の式(5)で表わされる。 The change time Tq1 of the first switching element Q1 is expressed by the following equation (4), and the change time Tq2 of the second switching element Q2 is expressed by the following equation (5).

Tq1 = Vave/(ΔVds1/Δt)
= 500/(37.5V/ns) = 13.33ns ・・・(4)
Tq1 = Vave / (ΔVds1 / Δt)
= 500 / (37.5 V / ns) = 13.33 ns ... (4)

Tq2 = Vave/(ΔVds2/Δt)
= 500/(75V/ns) = 6.66ns ・・・(5)
Tq2 = Vave / (ΔVds2 / Δt)
= 500 / (75 V / ns) = 6.66 ns ... (5)

したがって、式(4)と式(5)との差が補正時間Δtnとなり、寄生容量のキャパシタンスが小さいスイッチング素子のターンOFFのタイミングを、式(4)と式(5)との差だけ遅延させればよい。上記の例では、第2スイッチング素子Q2のターンOFFのタイミングを6.66ns遅延させればよい。 Therefore, the difference between equation (4) and equation (5) is the correction time Δtn, and the timing of turning OFF the switching element with a small parasitic capacitance can be delayed by the difference between equation (4) and equation (5). In the above example, the timing of turning OFF the second switching element Q2 can be delayed by 6.66 ns.

図6は、第2スイッチング素子Q2のターンOFFのタイミングを6.66ns遅延させた場合のQ1VdsとQ2Vdsの変化の一例を示す図である。 Figure 6 shows an example of the changes in Q1Vds and Q2Vds when the timing of turning off the second switching element Q2 is delayed by 6.66 ns.

タイミング補正部82が第2スイッチング素子Q2のターンOFFのタイミングを6.66ns遅延させたことにより、図6に示されるようにQ1Vgsに対しQ2Vgsが遅延時間の6.66nsに基づいて遅れて変化し、これらの変化に基づいてQ1VdsとQ2Vdsがそれぞれの変化割合で大きくなり、それぞれが平均値Vaveの500Vもしくは500V付近で収まる。 The timing correction unit 82 delays the timing of turning OFF the second switching element Q2 by 6.66 ns, so that Q2Vgs changes with a delay based on the delay time of 6.66 ns relative to Q1Vgs, as shown in FIG. 6. Based on these changes, Q1Vds and Q2Vds increase at their respective rates, and each settles at or near the average value Vave of 500 V.

なお、上記では、スイッチング部20にスイッチング素子Q1、Q2が含まれる例を示したが、スイッチング素子の数は2つに限定されない。3つ以上の場合は、電位差の平均値Vaveが異なるが、その他は同様にして、各スイッチング素子の第1端子と第2端子との間の電位差が、それぞれ平均値に近づくように、各スイッチング素子のターンOFFのタイミングを補正する補正時間を算出することができる。 In the above, an example was shown in which the switching unit 20 includes switching elements Q1 and Q2, but the number of switching elements is not limited to two. If there are three or more switching elements, the average value Vave of the potential difference will be different, but otherwise, in the same manner, a correction time can be calculated to correct the timing of turning off each switching element so that the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element approaches the average value.

このように、本実施形態に係るスイッチング回路は、従来技術のように、スイッチング素子の耐圧上限値を超えないように、スイッチング素子毎に、各スイッチング素子の第1端子と第2端子との間の電位差を検出する検出器を設ける必要がないので、小型化が可能である。 In this way, the switching circuit according to this embodiment can be made smaller because it is not necessary to provide a detector for each switching element that detects the potential difference between the first and second terminals of each switching element so as not to exceed the upper voltage resistance value of the switching element, as is the case with conventional technology.

<実施形態の変形例>
図7は、実施形態に係るスイッチング回路の変形例を示す図である。各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2のキャパシタンスCcoss1、Ccoss2は予め測定することができる。そのため、各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2のバラツキを小さくするようなコンデンサ(C_add1、C_Add2)を、図7に示されるように各スイッチング素Q1、Q2に外付けする。このようにコンデンサ(C_add1、C_Add2)を設けることで各スイッチング素子Q1、Q2のターンOFF時における各スイッチング素子Q1、Q2の第1端子と第2端子との間の電位差のバラツキを低減させることができる。
<Modifications of the embodiment>
7 is a diagram showing a modification of the switching circuit according to the embodiment. The capacitances Ccoss1 and Ccoss2 of the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of the switching elements Q1 and Q2 can be measured in advance. Therefore, capacitors (C_add1 and C_Add2) that reduce the variation in the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of the switching elements Q1 and Q2 are externally attached to the switching elements Q1 and Q2 as shown in FIG. 7. By providing the capacitors (C_add1 and C_Add2) in this way, the variation in the potential difference between the first terminal and the second terminal of each switching element Q1 and Q2 when each switching element Q1 and Q2 is turned OFF can be reduced.

なお、市販されているコンデンサは、キャパシタンスが段階的に設定されているため、各スイッチング素子Q1、Q2の寄生容量Coss1、Coss2のバラツキを0(ゼロ)にすることは困難であるが、バラツキを小さくすることができる。 Note that commercially available capacitors have capacitances set in stages, so it is difficult to reduce the variation in the parasitic capacitances Coss1 and Coss2 of each switching element Q1 and Q2 to 0 (zero), but it is possible to reduce the variation.

そのため、上記のタイミング補正部における補正時間が短くてすむ。ひいては、補正精度を高めることができる。 As a result, the correction time in the timing correction section can be shortened, which in turn improves the correction accuracy.

本発明は、上述した実施形態以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施形態にて実施されてよいものである。 In addition to the above-described embodiments, the present invention may be implemented in various different embodiments within the scope of the technical ideas described in the claims.

1 スイッチング回路
10 直流電圧源
11 高電位側端子
12 低電位側端子
20 スイッチング部
30 インダクタ
40 導通部
41、42 ダイオード
50 平滑コンデンサ
60 電圧検出部
70 電流検出部
80 制御部
81 主制御部
82 タイミング補正部
91 Q1用のゲート駆動回路
92 Q2用のゲート駆動回路
100 負荷
Coss1、Coss2 寄生容量
Ccoss1 スイッチング素子Q1の規制容量のキャパシタンス
Ccoss2 スイッチング素子Q2の規制容量のキャパシタンス
IL インダクタ電流
L インダクタンス
N1 第1ノード
N2 第2ノード
Q1、Q2 スイッチング素子
Ssw1 スイッチング素子Q1用のスイッチング制御信号
Ssw2 スイッチング素子Q2用のスイッチング制御信号
T1 高電位側出力端子
T2 低電位側出力端子
REFERENCE SIGNS LIST 1 Switching circuit 10 DC voltage source 11 High potential side terminal 12 Low potential side terminal 20 Switching section 30 Inductor 40 Conduction section 41, 42 Diode 50 Smoothing capacitor 60 Voltage detection section 70 Current detection section 80 Control section 81 Main control section 82 Timing correction section 91 Gate drive circuit for Q1 92 Gate drive circuit for Q2 100 Load Coss1, Coss2 Parasitic capacitance Ccoss1 Capacitance of regulated capacitance of switching element Q1 Ccoss2 Capacitance of regulated capacitance of switching element Q2 IL Inductor current L Inductance N1 First node N2 Second node Q1, Q2 Switching elements Ssw1 Switching control signal for switching element Q1 Ssw2 Switching control signal for switching element Q2 T1 High potential side output terminal T2 Low potential side output terminal

Claims (3)

高電位側端子と低電位側端子とを有しており、設定された直流電圧を出力する直流電圧源と、
一端が、前記直流電圧源の高電位側端子に接続されており、複数のスイッチング素子が直列に接続されたスイッチング部と、
前記スイッチング部の他端と負荷との間に接続されたインダクタと、
前記スイッチング部の他端と前記直流電圧源の低電位側端子との間に接続されているとともに、カソードが前記スイッチング部の他端側であり、アノードが前記直流電圧源の低電位側端子側となるように配置された少なくとも1つのダイオードで構成された導通部と、
前記スイッチング部に含まれる各スイッチング素子のターンONおよびターンOFFのスイッチングの制御を行う制御部と、
を有し、
前記制御部は、
出力端における出力電圧の検出値が設定値となるように、前記各スイッチング素子のON・OFF動作のデューティ比を定める主制御部と、
前記各スイッチング素子のOFF期間における前記各スイッチング素子の第1端子と第2端子との間の電位差が、それぞれ平均値に近づくように、前記各スイッチング素子のターンOFFのタイミングを補正するタイミング補正部と、
を有するスイッチング回路。
a DC voltage source having a high potential terminal and a low potential terminal and outputting a set DC voltage;
a switching unit having one end connected to a high potential terminal of the DC voltage source and including a plurality of switching elements connected in series;
an inductor connected between the other end of the switching unit and a load;
a conduction unit including at least one diode connected between the other end of the switching unit and a low potential side terminal of the DC voltage source, the cathode of the diode being located on the other end side of the switching unit and the anode of the diode being located on the low potential side terminal side of the DC voltage source;
A control unit that controls turning on and off each of the switching elements included in the switching unit;
having
The control unit is
a main control unit that determines a duty ratio of an ON/OFF operation of each of the switching elements so that a detected value of an output voltage at an output terminal becomes a set value;
a timing correction unit that corrects a timing of turning off each of the switching elements so that a potential difference between a first terminal and a second terminal of each of the switching elements during an OFF period of each of the switching elements approaches an average value;
A switching circuit having a
前記タイミング補正部における補正量は、前記各スイッチング素子のON期間中の前記インダクタのインダクタ電流の電流値と既知の値とに基づいて算出する、
請求項1に記載のスイッチング回路。
a correction amount in the timing correction unit is calculated based on a current value of an inductor current of the inductor during an ON period of each of the switching elements and a known value;
2. The switching circuit of claim 1.
前記スイッチング部に含まれる各スイッチング素子の寄生容量のバラツキを小さくする外付けのコンデンサを有する、
請求項1または2に記載のスイッチング回路。
an external capacitor for reducing the variation in parasitic capacitance of each switching element included in the switching unit;
A switching circuit according to claim 1 or 2.
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