JP4876909B2 - Dc−dcコンバータおよびその制御方法 - Google Patents
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また、DC−DCコンバータの制御としては、DC−DCコンバータを構成するコイルに流れる電流(コイル電流)の挙動に基づく区分である電流連続モードおよび電流不連続モードと呼ばれる制御が知られている。
これに対して、電流連続モードはDC−DCコンバータのスイッチング素子のオン・オフに関わらず常にDC−DCコンバータのコイル電流がゼロにならない(コイル電流が連続的となる)ものである。
電流不連続モードのDC−DCコンバータは、当該コンバータを構成するスイッチング素子をオンにする際にコイル電流がゼロになっていることから、いわゆるソフトスイッチングを容易に達成することが可能であり、ひいてはスイッチングによる電力損失を低減することが可能である。
特に、近年はDC−DCコンバータを構成するスイッチング素子のスイッチング周波数が大きく(高く)なり、単位時間当たりのスイッチング動作の回数が多くなる傾向にあることから、ソフトスイッチングによる電力損失の低減の効果は大きい。
このような複数の入力変換回路を並列的に接続する形式のDC−DCコンバータの場合、通常は各入力変換回路のスイッチング素子がオンとなるタイミング(位相)をそれぞれずらすことにより、出力電圧の周期的な変動を抑制している。
このようなDC−DCコンバータの出力電圧を連続的に検出(アナログ検出)せずに周期的に検出(サンプリング)する場合、従来は入力変換回路のスイッチング素子がオフからオンになるタイミングを基準として(例えば、スイッチング素子がオンとなるタイミングに同期して)出力電圧を検出していた。
従って、スイッチング素子512がオフからオンになるタイミング(スイッチング周期内における固定点)で出力電圧を検出しても、出力電圧を検出するタイミングと出力電圧の上側ピークまたは下側ピークが現れるタイミングとが負荷の変動ひいてはデューティ比の変動によりずれてしまい、デューティ比の値によっては出力電圧の平均値が目標電圧値より高い場合や低い場合が起こるなど不規則であるため、出力電圧が安定せず出力電圧の制御が容易でないという問題がある。
さらに、複数の入力変換回路を並列的に接続する形式のDC−DCコンバータでは、負荷の増大に伴いスイッチング動作を行う入力変換回路の数(並列数)を適宜大きくする制御においても、上記の如くデューティ比に応じて出力電圧の検出値と出力電圧の平均値との関係が不規則に変化すると、並列数の変更の前後で出力電圧が変動しやすく、出力電圧が安定しないという問題がある。
スイッチング素子およびコイルを有し、前記スイッチング素子がスイッチング動作を行うことにより、入力された直流電圧を昇圧または降圧して出力する複数の入力変換回路を並列的に接続した入力変換部と、
前記入力変換部の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧検出部により検出された出力電圧に基づいて、電流不連続モードで前記複数の入力変換回路のスイッチング素子のデューティ比を制御するデューティ比制御部と、
を具備し、
前記出力電圧検出部は、前記複数の入力変換回路のスイッチング素子のいずれかがオンからオフになるタイミングに同期して前記入力変換部の出力電圧を検出するものである。
スイッチング素子およびコイルを有し、前記スイッチング素子がスイッチング動作を行うことにより、入力された直流電圧を昇圧または降圧して出力する複数の入力変換回路を並列的に接続した入力変換部を具備するDC−DCコンバータの制御方法であって、
前記複数の入力変換回路のスイッチング素子のいずれかがオンからオフになるタイミングに同期して前記入力変換部の出力電圧を検出し、
前記検出された出力電圧に基づいて、電流不連続モードで前記複数の入力変換回路のスイッチング素子のデューティ比を制御するものである。
入力変換回路111・111・・・はそれぞれ入力された直流電圧を昇圧して出力する回路、すなわち昇圧回路である。
電源200からDC−DCコンバータ100に入力された直流電圧は入力側フィルタ102を経て入力変換回路111・111・・・に入力される。DC−DCコンバータ100に入力された直流電圧は入力変換回路111・111・・・により昇圧された後、出力側フィルタ103を経てDC−DCコンバータ100から出力される。本実施例の場合、DC−DCコンバータ100から出力された直流電圧は負荷たるモータ300に入力され、モータ300の駆動に用いられる。
入力側フィルタ102および出力側フィルタ103はそれぞれDC−DCコンバータ100に入力される直流電圧およびDC−DCコンバータ100から出力される直流電圧の所定の周波数成分を除去(減衰)するものである。
コイル113の一端は入力変換回路111の入力端子を成し、入力側フィルタ102の出力端子に接続される。コイル113の他端はスイッチング素子112のドレインに接続される。スイッチング素子112のソースはグラウンドに接続され、スイッチング素子112のゲートは対応するドライバ140に接続される。ダイオード115のアノードはコイル113の他端とスイッチング素子112のドレインとの接続部に接続される。ダイオード115のカソードは入力変換回路111の出力端子を成し、出力側フィルタ103の入力端子に接続される。出力側フィルタ103は、一例として入力変換部110の出力端子に一端を接続し、他端をグラウンドに接続するキャパシタで構成される。
また、出力電圧検出部120はDC−DCコンバータの出力電圧を連続的に検出(アナログ検出)せず、デューティ制御部130から出力される信号(検出タイミング信号)を取得し、当該信号を取得したときに入力変換部110の出力電圧を検出する。
従って、出力電圧検出部120は、予め定められた一つの入力変換回路111のスイッチング素子112(図1中のSW1)がオンからオフになるタイミングに同期して入力変換部110の出力電圧を検出することとなる。
また、デューティ比制御部130は、ドライバ140・140・・・に送信する動作信号の位相(タイミング)をずらすことにより、入力変換回路111・111・・・のスイッチング動作の位相(タイミング)をずらし、入力変換部110の出力電圧の変動を小さくしている。
なお、本実施例における入力変換回路111・111・・・のスイッチング動作の位相(タイミング)のずれの大きさは入力変換回路111・111・・・のスイッチング周期をスイッチング動作を行う入力変換回路111の数(並列数)で割ったものであるが、本発明はこれに限定されず、スイッチング動作の位相のずれを(全て同位相とすることも含めて)任意に設定することが可能である。
コイル113を流れる電流ILは、スイッチング素子112がオンになっている間はスイッチング素子112を経てグラウンドに流れ、スイッチング素子112がオフになっている間はダイオード115を経て出力側フィルタ(キャパシタ)103に流れる。従って、スイッチング素子112を流れる電流ISWはスイッチング素子112がオンになっている間におけるコイル113を流れる電流ILに対応し、ダイオード115を流れる電流IDはスイッチング素子112がオフになっている間におけるコイル113を流れる電流ILに対応する。
従って、当該入力変換回路111のスイッチング素子112がオンからオフになるタイミングに同期して出力電圧を検出する場合、当該入力変換回路111の出力電圧Voutの下側のピーク値を検出することとなる。図3および図4に示す如く、入力変換回路111のデューティ比が増大しても略同様である。
すなわち、出力電圧検出部120により検出された出力電圧の値は常に出力電圧の平均値よりは小さい値となるので、当該検出された出力電圧の値が目標電圧の値と同じ値になっているにも関わらず実際に負荷(モータ300)に供給される出力電圧の平均値が目標電圧値よりも低くなる(電圧不足)という事態を防止することが可能であり、出力電圧の制御が容易となる。
四つの入力変換回路111・入力変換回路111・・がそれぞれ位相をずらしてスイッチング動作を行う場合、入力変換部110の出力電圧Voutは四つの入力変換回路111・入力変換回路111・・・の出力電圧の和で表される。
図5乃至図7に示す如く、入力変換部110の出力電圧Voutは、負荷の大きさ(デューティ比の大きさ)にかかわらず、入力変換回路111・入力変換回路111・・・のいずれかのスイッチング素子112がオンからオフになるタイミングで下側のピーク(下降から上昇に転ずる点)となる略鋸刃状の波形を有する。
従って、個々の入力変換回路111・入力変換回路111・・・の間の出力電圧のバラツキを無視できる場合、四つの入力変換回路111・入力変換回路111・・・のうちの一つのスイッチング素子112がオンからオフになるタイミングに同期して出力電圧を検出すれば、入力変換部110の出力電圧Voutの下側のピーク値を検出することとなる。
スイッチング素子112およびコイル113を有し、スイッチング素子112がスイッチング動作を行うことにより、入力された直流電圧を昇圧または降圧して出力する入力変換回路111・入力変換回路111・・・を並列的に接続した入力変換部110と、
入力変換部110の出力電圧を検出する出力電圧検出部120と、
出力電圧検出部120により検出された出力電圧に基づいて、電流不連続モードで入力変換回路111・入力変換回路111・・・のスイッチング素子112・112・・・のデューティ比を制御するデューティ比制御部130と、
を具備し、
出力電圧検出部120は、入力変換回路111・入力変換回路111・・・のスイッチング素子112のいずれかがオンからオフになるタイミングに同期して入力変換部110の出力電圧を検出するものである。
このように構成することにより、出力電圧の検出タイミングと出力側のキャパシタ(本実施例では出力側フィルタ103)の充填開始のタイミングとが同期し、デューティ比および並列数が変化しても容易に出力電圧を制御することが可能である。
スイッチング素子112およびコイル113を有し、スイッチング素子112がスイッチング動作を行うことにより、入力された直流電圧を昇圧または降圧して出力する入力変換回路111・入力変換回路111・・・を並列的に接続した入力変換部110を具備するDC−DCコンバータ100の制御方法であって、
入力変換回路111・入力変換回路111・・・のスイッチング素子112・112・・・のいずれかがオンからオフになるタイミングに同期して入力変換部110の出力電圧を検出し、
前記検出された出力電圧に基づいて、電流不連続モードで入力変換回路111・入力変換回路111・・・のスイッチング素子112・112・・・のデューティ比を制御するものである。
このように構成することにより、出力電圧の検出タイミングと出力側のキャパシタ(本実施例では出力側フィルタ103)の充填開始のタイミングとが同期し、デューティ比および並列数が変化しても容易に出力電圧を制御することが可能である。
110 入力変換部
111 入力変換回路
112 スイッチング素子
113 コイル
120 出力電圧検出部
130 デューティ比制御部
Claims (2)
- スイッチング素子およびコイルを有し、前記スイッチング素子がスイッチング動作を行うことにより、入力された直流電圧を昇圧または降圧して出力する複数の入力変換回路を並列的に接続した入力変換部と、
前記入力変換部の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記出力電圧検出部により検出された出力電圧に基づいて、電流不連続モードで前記複数の入力変換回路のスイッチング素子のデューティ比を制御するデューティ比制御部と、
を具備し、
前記出力電圧検出部は、前記複数の入力変換回路のスイッチング素子のいずれかがオンからオフになるタイミングに同期して前記入力変換部の出力電圧を検出するDC−DCコンバータ。 - スイッチング素子およびコイルを有し、前記スイッチング素子がスイッチング動作を行うことにより、入力された直流電圧を昇圧または降圧して出力する複数の入力変換回路を並列的に接続した入力変換部を具備するDC−DCコンバータの制御方法であって、
前記複数の入力変換回路のスイッチング素子のいずれかがオンからオフになるタイミングに同期して前記入力変換部の出力電圧を検出し、
前記検出された出力電圧に基づいて、電流不連続モードで前記複数の入力変換回路のスイッチング素子のデューティ比を制御するDC−DCコンバータの制御方法。
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