JP4836980B2 - Dc/dc電力変換装置 - Google Patents
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図1は本発明の実施の形態1におけるDC/DC電力変換装置を示す回路構成図である。
平滑コンデンサCs1の両端子は、それぞれ電圧端子VLとVcomに接続され、電圧端子Vcomは接地されている。平滑コンデンサCs1のVL側電圧端子は、平滑コンデンサCs2の一方の端子に接続され、平滑コンデンサCs2の他方の端子は平滑コンデンサCs3の一方の端子に、平滑コンデンサCs3の他方の端子は平滑コンデンサCs4の一方の端子に、平滑コンデンサCs4の他方の端子は電圧端子VHに接続されている。
(1)昇圧動作
上述したように、電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約4倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VH−Vcom間に出力するため、電圧端子VH−Vcom間に負荷が接続される。したがって、負荷電流によって電圧端子VH−Vcom間の電圧V2は幾分降下し、その結果、電圧V2は4・V1よりも低い値となっている(V2<4・V1)。また、定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V1の電圧が充電されており、各平滑コンデンサCs2,Cs3,Cs4には(V2−V1)間の電圧が平均的に3分割された(V2−V1)/3の電圧が充電されている。
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2
また、整流回路A2〜A4のMOSFETは、インバータ回路A1のMOSFETと同時にオンし、期間tの範囲内でインバータ回路A1のMOSFETより早くオフする。整流回路A2〜A4のMOSFETのオン期間を共振周期の1/2のtと一致させると導通損失を最小にできるが、上記のようにMOSFETのオン状態を早く終了させても、寄生ダイオードを介して導通するため、その期間もエネルギは移行でき、また制御に係る遅延などによる問題を回避できるので、信頼性が向上する。
電圧端子VH−Vcom間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VL−Vcom間に出力するため、電圧端子VL−Vcom間には負荷が接続される。したがって、その負荷電流によって電圧端子VL−Vcom間の電圧V1は幾分降下し、その結果、電圧V2は4・V1よりも高い値となっている(V2>4・V1)。
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs3⇒Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2H
Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3H
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Mos1L
Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos2L
Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Mos3L
また、整流回路A1〜A3のMOSFETは、インバータ回路A4のMOSFETと同時にオンとし、期間tの範囲内でインバータ回路A4のMOSFETより早くオフする。整流回路A1〜A3のMOSFETのオン期間を共振周期の1/2の期間tと一致させると導通損失を最小にできるが、上記のようにMOSFETのオン状態を早く終了させても、寄生ダイオードを介して導通するためその期間もエネルギは移行でき、また制御に係る遅延などによる問題を回避でき、信頼性が向上する。
図8はこの実施の形態2のDC/DC電力変換装置における昇降圧判別部の構成を示す回路図、図9は同昇降圧判別部の動作説明に供するタイミングチャートである。
10 DC/DCコンバータ、13 主回路部、14 昇降圧判別部、
15 ゲート信号生成部、A1〜A4 回路(インバータ回路/整流回路)、
Cs1〜Cs4 平滑コンデンサ、
Mos1L〜Mos4L,Mos1H〜Mos4H MOSFET、
Cr12,Cr23,Cr34 コンデンサ、
Lr12,Lr23,Lr34 インダクタ、
LC12,LC23,LC34 LC直列体、
Gate1L〜Gate4L,Gate1H〜Gate4H ゲート信号、
t 共振周期/2、Vs1〜Vs4 電源、VH,VL,Vcom 電圧端子。
Claims (9)
- ゲート信号によりオンオフ動作が制御される高圧側と低圧側の半導体スイッチング素子の直列体に平滑コンデンサを並列接続してなる複数の回路を備え、上記複数の回路の各回路を、その隣接回路間にそれぞれコンデンサおよびインダクタの直列体を配して互いに直列接続するとともに、電圧入出力用の低圧側の電圧端子対と高圧側の電圧端子対を設け、かつ上記複数の回路の内、所定の回路をインバータ回路として、他の回路を整流回路として用いて、上記各直列体のコンデンサの充放電により直流/直流変換を行うDC/DC電力変換装置であって、
上記低圧側の電圧端子対間と上記高圧側の電圧端子対間でのエネルギの流れる方向をそれぞれ判別する判別手段と、上記判別手段によるエネルギの流れる方向の判別に応じて、上記所定の回路がインバータ回路として動作するように当該回路の上記各半導体スイッチング素子に対してオンオフ制御用のインバータ用ゲート信号を、上記他の回路が整流回路として動作するように当該回路の上記各半導体スイッチング素子に対してオンオフ制御用の整流用ゲート信号を、それぞれ個別に生成するゲート信号生成手段と、を備えることを特徴とするDC/DC電力変換装置。 - 上記判別手段は、上記低圧側の電圧端子対の電圧と上記高圧側の電圧端子対の電圧をそれぞれ検出することによりエネルギの流れる方向を判別するものであることを特徴とする請求項1記載のDC/DC電力変換装置。
- 上記判別手段は、上記低圧側の電圧端子対に流入出する電流を検出することによりエネルギの流れる方向を判別するものであることを特徴とする請求項1記載のDC/DC電力変換装置。
- 上記判別手段は、上記高圧側の電圧端子対に流入出する電流を検出することによりエネルギの流れる方向を判別するものであることを特徴とする請求項1記載のDC/DC電力変換装置。
- 上記判別手段は、上記高圧側の電圧端子対の電圧を検出値として低圧側の電圧端子対の電圧に基づいて得られる基準電圧と比較、または上記低圧側あるいは高圧側の電圧端子対に流入出する電流を検出値として予め設定される基準値とを比較する比較手段を備え、この比較手段は上記検出値に対してヒステリシス特性を有していることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載のDC/DC電力変換装置。
- 上記各コンデンサのコンデンサ容量とこの各コンデンサの充放電経路内の上記各インダクタのインダクタンスとで決まる共振周期はそれぞれ等しく、かつ、上記整流用ゲート信号は、上記インバータ用ゲート信号の各パルスの立ち上がりタイミングから上記共振周期の1/2の期間の範囲内で発生されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のDC/DC電力変換装置。
- 上記整流用ゲート信号は、上記インバータ用ゲート信号と立ち上がりタイミングが一致する一方、上記インバータ用ゲート信号よりも立ち下がりタイミングが所定時間分だけ早いことを特徴とする請求項6に記載のDC/DC電力変換装置。
- 上記整流用ゲート信号は、そのパルス幅が上記共振周期の1/2と略一致することを特徴とする請求項6に記載のDC/DC電力変換装置。
- 上記各半導体スイッチング素子は、ソース・ドレイン間に寄生ダイオードを有するパワーMOSFETであることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のDC/DC電力変換装置。
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