JP5355655B2 - DCDC converter and control method of DCDC converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子におけるソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧（Ｖｔｈ）のばらつきによる損失の低減化、または電圧変換用のトランスの磁気飽和による半導体スイッチング素子の故障防止を図り、装置全体の効率向上を実現し得る絶縁型のＤＣＤＣコンバータおよびＤＣＤＣコンバータの制御方法に関する。 The present invention reduces the loss due to variations in gate voltage (Vth) when a current starts to flow between the source and drain in a semiconductor switching element such as a MOSFET or IGBT, or semiconductor switching due to magnetic saturation of a voltage conversion transformer. The present invention relates to an insulation type DCDC converter capable of preventing an element failure and improving the efficiency of the entire apparatus, and a control method of the DCDC converter.
トランスの磁器飽和を抑制する従来のＤＣＤＣコンバータとしては、トランスの二次側にＬＣ共振回路が挿入されており、駆動手段で一対のスイッチング手段を交互にオン・オフすることで、トランスを介して二次側に出力が得られるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 As a conventional DC / DC converter that suppresses transformer saturation of a transformer, an LC resonance circuit is inserted on the secondary side of the transformer, and a pair of switching means are alternately turned on and off by a drive means, thereby A device that can obtain an output on the secondary side is known (for example, see Patent Document 1).
電流検出用変流器と電流値検知部と電流値比較部は、ＬＣ共振回路の作動による共振電流の値の半サイクル毎の差異を検出する。そして、この検出結果に応じて、駆動手段は、半サイクル毎の共振電流値が揃うように、スイッチング手段のオン・デューティを自動調整する。これにより、動作環境の変化や経年劣化などによるインダクタンスやキャパシタンスなどのパラメータ変化や、それらに起因する入力電圧や出力電流などの変化によって引き起こされる共振電流の差異を防止することができる。 The current detection current transformer, the current value detection unit, and the current value comparison unit detect a difference in the value of the resonance current due to the operation of the LC resonance circuit every half cycle. Then, according to the detection result, the driving means automatically adjusts the on-duty of the switching means so that the resonance current values for each half cycle are aligned. As a result, it is possible to prevent differences in resonance current caused by changes in parameters such as inductance and capacitance due to changes in the operating environment and aging, and changes in the input voltage and output current resulting from them.
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のＤＣＤＣコンバータは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のＶｔｈのばらつきにより変換効率が低下してしまうという問題、またはトランスの飽和によりＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子が故障してしまうという問題については、考慮されていない。
However, the prior art has the following problems.
Conventional DC-DC converters have been considered for the problem that the conversion efficiency decreases due to variations in Vth of MOSFET, IGBT, etc., or the problem that semiconductor switching elements such as MOSFET, IGBT, etc. fail due to transformer saturation. Not.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、特別な回路を用いることなく、トランスの飽和の抑制、損失の低減化を図ることのできるＤＣＤＣコンバータおよびＤＣＤＣコンバータの制御方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of suppressing transformer saturation and reducing loss without using a special circuit, and control of the DCDC converter. The purpose is to obtain a method.
本発明に係るＤＣＤＣコンバータは、一次巻線および二次巻線を有し、電圧変換比を決定するトランスと、トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、１次巻線側に入力されるＤＣ電圧を所望のＤＣ電圧に変換して２次巻線側に出力させる制御部とを備えたＤＣＤＣコンバータにおいて、制御部は、一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか１つ以上の計測値に基づいて、スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出するに当たって、トランスに流れる一次巻線側の電流計測値を指標値として算出し、一次巻線側の電流計測値が第１の所定値を超えた場合には指標値を調整する必要があると判定し、一次巻線側の電圧計測値をＶ１、一次巻線側の電流計測値をＩ１、二次巻線側の電圧計測値をＶ２、二次巻線側の電流計測値をＩ２とした際に、効率ηをη＝（Ｖ２×Ｉ２）／（Ｖ１×Ｉ１）として求め、効率ηを所定の期間累積した評価関数を生成し、最適化手法により評価関数が最大になるようにスイッチング素子のオン・オフ制御のターンオン時間、ターンオフ時間を調整することでスイッチング素子のタイミングを調整するものである。 A DCDC converter according to the present invention has a primary winding and a secondary winding, determines a voltage conversion ratio, a switching element connected to the primary winding side of the transformer, and on / off control of the switching element In the DCDC converter, the control unit converts the DC voltage input to the primary winding side into a desired DC voltage and outputs the DC voltage to the secondary winding side. Switching element based on one or more of the measured voltage value on the side, the measured current value on the primary winding side, the measured voltage value on the secondary winding side, and the measured current value on the secondary winding side In order to detect an index value indicating the influence of the variation amount of the gate voltage when current starts to flow between the source and drain, the measured current value on the primary winding flowing through the transformer is calculated as the index value, and the primary winding Side current measurement When the first predetermined value is exceeded, it is determined that the index value needs to be adjusted, the voltage measurement value on the primary winding side is V1, the current measurement value on the primary winding side is I1, and the secondary winding side When the voltage measurement value of V2 is V2 and the current measurement value on the secondary winding side is I2, the efficiency η is obtained as η = (V2 × I2) / (V1 × I1), and the efficiency η is accumulated for a predetermined period. The timing of the switching element is adjusted by generating an evaluation function and adjusting the turn-on time and turn-off time of the on / off control of the switching element so that the evaluation function is maximized by an optimization method .
また、本発明に係るＤＣＤＣコンバータの制御方法は、一次巻線および二次巻線を有し、電圧変換比を決定するトランスと、トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、１次巻線側に入力されるＤＣ電圧を所望のＤＣ電圧に変換して２次巻線側に出力させる制御部とを備えたＤＣＤＣコンバータに適用されるＤＣＤＣコンバータの制御方法であって、制御部において、一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか１つ以上の計測値に基づいて、スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出するに当たって、トランスに流れる一次巻線側の電流計測値を指標値として検出するステップと、検出するステップにおいて検出された一次巻線側の電流計測値が第１の所定値を超えた場合には指標値を調整する必要があると判定し、一次巻線側の電圧計測値をＶ１、一次巻線側の電流計測値をＩ１、二次巻線側の電圧計測値をＶ２、二次巻線側の電流計測値をＩ２とした際に、効率ηをη＝（Ｖ２×Ｉ２）／（Ｖ１×Ｉ１）として求め、効率ηを所定の期間累積した評価関数を生成し、最適化手法により評価関数が最大になるようにスイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整することでスイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整するステップとを有するものである。 The DCDC converter control method according to the present invention includes a transformer having a primary winding and a secondary winding and determining a voltage conversion ratio, a switching element connected to the primary winding side of the transformer, and a switching element. Is applied to a DCDC converter having a control unit that converts a DC voltage input to the primary winding side into a desired DC voltage and outputs the DC voltage to the secondary winding side A method for controlling a DC-DC converter, in which a voltage measurement value on a primary winding side, a current measurement value on a primary winding side, a voltage measurement value on a secondary winding side, a current measurement value on a secondary winding side in a control unit based on any one or more of the measured values of, against the detecting the index value indicating the influence of variations of the gate voltage when the current starts flowing between the source and the drain of the switching element, one flowing through the transformer primary Detecting a current measurement value of the line-side as an index value, it is necessary to adjust the index value when the current measured value of the detected primary winding in the step of detecting exceeds a first predetermined value The voltage measurement value on the primary winding side is V1, the current measurement value on the primary winding side is I1, the voltage measurement value on the secondary winding side is V2, and the current measurement value on the secondary winding side is I2. In this case, the efficiency η is calculated as η = (V2 × I2) / (V1 × I1), an evaluation function in which the efficiency η is accumulated for a predetermined period is generated, and switching is performed so that the evaluation function is maximized by an optimization method. Adjusting the turn-on time and turn-off time of the element to adjust the on / off control timing of the switching element .
本発明によれば、トランスに関する電気量の計測値に基づいて、半導体スイッチング素子のＶｔｈのばらつきの影響を示す指標値を検出し、この検出結果に応じて半導体スイッチング素子のターンオン・ターンオフ時間を調整することにより、特別な回路を用いることなく、トランスの飽和の抑制、損失の低減化を図ることのできるＤＣＤＣコンバータおよびＤＣＤＣコンバータの制御方法を得ることができる。 According to the present invention, an index value indicating the influence of variation in Vth of the semiconductor switching element is detected based on the measured value of the electrical quantity related to the transformer, and the turn-on / turn-off time of the semiconductor switching element is adjusted according to the detection result. Thus, it is possible to obtain a DCDC converter and a DCDC converter control method capable of suppressing transformer saturation and reducing loss without using a special circuit.
以下、添付図面に従って本発明のＤＣＤＣコンバータおよびＤＣＤＣコンバータの制御方法の好ましい実施の形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a DCDC converter and a DCDC converter control method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるＤＣＤＣコンバータの回路図である。図１に示した本実施の形態１におけるＤＣＤＣコンバータは、入力電源１から外部負荷２までの要素で構成されている。具体的には、制御部３、一対のスイッチング手段４−１、４−２、トランス８、二次側整流ダイオード９〜１２、平滑リアクトル１３、コンデンサ１４を備えるとともに、電気量の計測手段として、一次側電圧検出回路２０、一次側電流検出回路２１、二次側電圧検出回路２２、二次側電流検出回路２３を備えている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram of a DCDC converter according to Embodiment 1 of the present invention. The DCDC converter according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes elements from an input power supply 1 to an external load 2. Specifically, the control unit 3, the pair of switching units 4-1 and 4-2, the transformer 8, the secondary
入力電源１の後段には、４つの半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が接続されており、例えば、これらの半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴを用いることができる。 Four semiconductor switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 are connected to the subsequent stage of the input power supply 1. For example, MOSFETs can be used as these semiconductor switching elements.
制御部３は、Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ３で構成された一対のスイッチング手段４−１、４−２を交互にオン・オフ駆動する。第１のスイッチング素子Ｑ１および第３のスイッチング素子Ｑ３のドレインは、入力電源１のプラス出力端子１ａに接続され、第２のスイッチング素子Ｑ２および第４のスイッチング素子Ｑ４のソースは、入力電源１のマイナス出力端子１ｂに接続されている。
The control unit 3 alternately turns on and off the pair of switching means 4-1 and 4-2 configured by Q1 and Q4 and Q2 and Q3. The drains of the first switching element Q1 and the third switching element Q3 are connected to the positive output terminal 1a of the input power supply 1, and the sources of the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4 are the inputs of the input power supply 1. It is connected to the
また、トランス８の一次巻線は、一端が、第１の半導体スイッチング素子Ｑ１のソースと第２の半導体スイッチング素子Ｑ２のドレインとの接続点に接続され、他端が、第３の半導体スイッチング素子Ｑ３のソースと第４の半導体スイッチング素子Ｑ４のドレインとの接続点に接続されている。 The primary winding of the transformer 8 has one end connected to a connection point between the source of the first semiconductor switching element Q1 and the drain of the second semiconductor switching element Q2, and the other end connected to the third semiconductor switching element. It is connected to the connection point between the source of Q3 and the drain of the fourth semiconductor switching element Q4.
また、一次側電圧検出回路２０は、入力電源１と並列に接続されており、一次側電流検出回路２１は、トランス８の一次巻線側の一端と、第１の半導体スイッチング素子Ｑ１のソースと第２の半導体スイッチング素子Ｑ２のドレインとの接続点との間に、直列に接続されている。
Further, the primary side
また、トランス８の二次巻線には、二次側整流ダイオード９、１０、１１、１２がフルブリッジ構成で接続されている。二次側整流ダイオード９〜１２の後段には、平滑リアクトル１３、二次側電流検出回路２３が順に直列に接続される。さらに、コンデンサ１４が二次側整流ダイオード９〜１２と並列に接続されている。また、コンデンサ１４に並列に外部負荷２が接続され、二次側電圧検出回路２２がコンデンサ１４に並列に接続されている。
Further, secondary
制御部３は、信号線３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにより、それぞれ一次側電圧検出回路２０、一次側電流検出回路２１、二次側電圧検出回路２２、二次側電流検出回路２３から電流または電圧の検出値（計測値）を取得する。さらに、制御部３は、制御線３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄにより、それぞれ半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をオン・オフ制御する。
The control unit 3 receives current or voltage from the primary side
このような回路を備えるＤＣＤＣコンバータの基本的な動作について、図２、図３を用いて説明する。なお、本実施の形態１で例示するＤＣＤＣコンバータは、一般的なフルブリッジ型のＤＣＤＣコンバータである。図２は、本発明の実施の形態１に係るＤＣＤＣコンバータにおける半導体スイッチング素子の動作を説明する図である。なお、図２中のｆｄｃはスイッチング周波数を示しており、ｔｄはデッドタイムを示している。 A basic operation of the DCDC converter including such a circuit will be described with reference to FIGS. Note that the DCDC converter exemplified in the first embodiment is a general full-bridge type DCDC converter. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the semiconductor switching element in the DCDC converter according to Embodiment 1 of the present invention. Note that fdc in FIG. 2 indicates a switching frequency, and td indicates a dead time.
半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４（スイッチング手段４−１）をオンすると、トランス８の一次巻線側に流れる電流は、入力電源１→半導体スイッチング素子Ｑ１→トランス８（一次巻線側）→半導体スイッチング素子Ｑ４の経路で流れる。ここで、トランス８は、一次側から二次側に電力を伝達する。そして、トランス８の二次巻線側に流れる電流は、トランス８（二次巻線側）→二次側整流ダイオード９→平滑リアクトル→外部負荷２→二次側整流ダイオード１２の経路で流れる。
When the semiconductor switching elements Q1 and Q4 (switching means 4-1) are turned on, the current flowing to the primary winding side of the transformer 8 is input power source 1 → semiconductor switching element Q1 → transformer 8 (primary winding side) → semiconductor switching element. It flows in the route of Q4. Here, the transformer 8 transmits power from the primary side to the secondary side. The current flowing on the secondary winding side of the transformer 8 flows through the path of the transformer 8 (secondary winding side) →
半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４（スイッチング手段４−１）をオフすると、トランス８の一次側には電流が流れず、二次側へ電力は伝達されない。ただし、二次側では、平滑リアクトル１３の自己誘導により、平滑リアクトル１３→外部負荷２→二次側整流ダイオード９、１０、１１、１２→平滑リアクトル１３の経路で電流が流れる。
When the semiconductor switching elements Q1, Q4 (switching means 4-1) are turned off, no current flows on the primary side of the transformer 8, and no power is transmitted to the secondary side. However, on the secondary side, due to self-induction of the
次に、半導体スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３（スイッチング手段４−２）をオンすると、トランス８の一次巻線側に流れる電流は、入力電源１→半導体スイッチング素子Ｑ３→トランス８（一次巻線側）→半導体スイッチング素子Ｑ２の経路で流れる。トランス８は、先ほどと同様に、一次側から二次側に電力を伝達する。そして、トランス８の二次巻線側に流れる電流は、トランス８（二次巻線側）→二次側整流ダイオード１０→平滑リアクトル１３→外部負荷２→二次側整流ダイオード１１の経路で流れる。
Next, when the semiconductor switching elements Q2, Q3 (switching means 4-2) are turned on, the current flowing to the primary winding side of the transformer 8 is as follows: input power source 1 → semiconductor switching element Q3 → transformer 8 (primary winding side) → It flows along the path of the semiconductor switching element Q2. The transformer 8 transmits electric power from the primary side to the secondary side as before. The current flowing in the secondary winding side of the transformer 8 flows through the path of the transformer 8 (secondary winding side) →
半導体スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３（スイッチング手段４−２）をオフすると、トランス８の一次側には電流が流れず、二次側へ電力は伝達されない。ただし、二次側では、平滑リアクトル１３の自己誘導により、平滑リアクトル１３→外部負荷２→二次側整流ダイオード９、１０、１１、１２→平滑リアクトル１３の経路で電流が流れる。
When the semiconductor switching elements Q2, Q3 (switching means 4-2) are turned off, no current flows on the primary side of the transformer 8, and no power is transmitted to the secondary side. However, on the secondary side, due to self-induction of the
図３は、本発明の実施の形態１に係るＤＣＤＣコンバータの動作時における各電圧電流波形を示す図である。ここで、記号を次のように定義する。
Ｖｔｒ１：トランス８の一次側電圧
Ｉｔｒ１：トランス８の一次側電流
Ｖｔｒ２：トランス８の二次側電圧
Ｉｔｒ２：トランス８の二次側電流
Ｉｏｕｔ：二次側電流検出回路２３で検出される電流値。
また、図２にも示しているように、短絡防止のため、デッドタイムｔｄを設けている。
FIG. 3 is a diagram showing each voltage / current waveform during the operation of the DCDC converter according to Embodiment 1 of the present invention. Here, the symbols are defined as follows.
Vtr1: primary voltage of the transformer 8 Itr1: primary current of the transformer 8 Vtr2: secondary voltage of the transformer 8 Itr2: secondary current of the transformer 8 Iout: current value detected by the secondary
Also, as shown in FIG. 2, a dead time td is provided to prevent a short circuit.
ここで、問題となる半導体スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４、ＭＯＳＦＥＴ）のＶｔｈのばらつきによるトランス飽和、効率の低下について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係るＤＣＤＣコンバータの半導体スイッチング素子に使用されるＭＯＳＦＥＴの入力特性を示す図である。縦軸は、ドレイン・ソース電圧ＶＤＳ、ゲート・ソース電圧ＶＧＳを示しており、横軸は、ゲートチャージ電荷量Ｑｇを示している。 Here, a description will be given of transformer saturation and efficiency reduction due to variations in Vth of the semiconductor switching elements (Q1 to Q4, MOSFET) in question. FIG. 4 is a diagram showing the input characteristics of the MOSFET used for the semiconductor switching element of the DCDC converter according to Embodiment 1 of the present invention. The vertical axis represents the drain / source voltage VDS and the gate / source voltage VGS, and the horizontal axis represents the gate charge amount Qg.
一般的に、ＭＯＳＦＥＴの入力特性は一定でなく、通常、素子ごとにＶｔｈにばらつきがある。例えば、図４に示した２つの素子Ａ、素子Ｂでは、ゲートチャージ電荷量とドレイン・ソース電圧特性がわずかに異なっているため、Ｖｔｈが異なる。この結果、半導体スイッチング素子のターンオン・ターンオフのタイミングがずれてしまい、トランス８にかかる電圧に偏りが生じる。 In general, the input characteristics of a MOSFET are not constant, and there is usually a variation in Vth for each element. For example, in the two elements A and B shown in FIG. 4, the gate charge charge amount and the drain / source voltage characteristics are slightly different, so that Vth is different. As a result, the turn-on / turn-off timing of the semiconductor switching element is shifted, and the voltage applied to the transformer 8 is biased.
図５は、本発明の実施の形態１に係るＤＣＤＣコンバータのＶｔｈにばらつきが生じた場合のトランス一次側電圧波形のずれを示す図である。また、図６は、本発明の実施の形態１に係るＤＣＤＣコンバータのＶｔｈにばらつきが生じた場合のトランス一次側電圧波形、トランス一次側電流波形を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a deviation of the transformer primary-side voltage waveform when variation occurs in Vth of the DCDC converter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a transformer primary-side voltage waveform and a transformer primary-side current waveform when variation occurs in Vth of the DCDC converter according to Embodiment 1 of the present invention.
スイッチングタイミングがばらつき、トランス８の一次側にかかる電圧に不平衡が生じ、片側の電圧印加時間が長くなることで、トランス８が飽和し、電流が一気に増大する。ここで、トランスの損失は、銅損、鉄損がある。そして、銅線の抵抗をＲ、電流量をＩとすると、電流による損失である銅損は、Ｗ＝Ｉ２Ｒで求まり、電流が増加すると指数関数的に損失が増加する。また、最悪の場合、過電流でスイッチング素子が破壊する。 The switching timing varies, the voltage applied to the primary side of the transformer 8 becomes unbalanced, and the voltage application time on one side becomes longer, so that the transformer 8 is saturated and the current increases at a stretch. Here, the loss of the transformer includes a copper loss and an iron loss. When the resistance of the copper wire is R and the current amount is I, the copper loss, which is a loss due to the current, is obtained by W = I 2 R, and the loss increases exponentially as the current increases. In the worst case, the switching element is destroyed by an overcurrent.
そこで、この問題を解決するために、本実施の形態１における制御部３は、スイッチングタイミングの不平衡によりトランスの飽和が発生しそうな状況を事前に検出し、その検出結果に基づいて、半導体スイッチング素子のターンオン・ターンオフタイミングを調整する。これにより、損失の低減化、または電圧変換用のトランス８の磁気飽和による半導体スイッチング素子の故障防止を図ることができる。 Therefore, in order to solve this problem, the control unit 3 in the first embodiment detects in advance a situation in which transformer saturation is likely to occur due to an imbalance in switching timing, and based on the detection result, the semiconductor switching is performed. Adjust the turn-on / turn-off timing of the element. Thereby, it is possible to reduce the loss or prevent the failure of the semiconductor switching element due to the magnetic saturation of the transformer 8 for voltage conversion.
図７は、本発明の実施の形態１に係るＤＣＤＣコンバータの誤差判定アルゴリズムを示すフローチャートである。まず始めに、ステップＳ１０１において、制御部３は、トランス８の一次側電流量の絶対値｜Ｉｔｒ１｜をばらつき量の影響を示す指標値として求め、この値｜Ｉｔｒ１｜が、閾値Ｓｈｉ１（第１の所定値に相当）以上か否かを判定する。そして、制御部３は、トランス８の一次側電流量の絶対値｜Ｉｔｒ１｜が、閾値Ｓｈｉ１未満であると判定した場合には、ばらつき量の影響が少なく、トランス８の飽和に至ることはないと判断し、一連の処理を終了する。 FIG. 7 is a flowchart showing an error determination algorithm of the DCDC converter according to Embodiment 1 of the present invention. First, in step S101, the control unit 3 obtains the absolute value | Itr1 | of the primary side current amount of the transformer 8 as an index value indicating the influence of the variation amount, and this value | Itr1 | is the threshold value Shi1 (first It is determined whether it is equal to or greater than a predetermined value. When the controller 3 determines that the absolute value | Itr1 | of the primary side current amount of the transformer 8 is less than the threshold value Shi1, the influence of the variation amount is small, and the transformer 8 is not saturated. Is determined, and the series of processing ends.
一方、ステップＳ１０１において、トランス８の一次側電流量の絶対値｜Ｉｔｒ１｜が、閾値Ｓｈｉ１以上と判定した場合には、ステップＳ１０２において、制御部３は、トランス８の一次側電流量の絶対値｜Ｉｔｒ１｜が、閾値Ｓｈｉ２（第２の所定値に相当）以上か否かを判定する。そして、制御部３は、トランス８の一次側電流量の絶対値｜Ｉｔｒ１｜が、閾値Ｓｈｉ２以上と判定した場合には、ステップＳ１０３に進み、トランス８が飽和状態であるとして、異常ありと判定し、ステップＳ１０４において、コンバータによる変換動作を中断する。 On the other hand, if it is determined in step S101 that the absolute value | Itr1 | of the primary current amount of the transformer 8 is equal to or greater than the threshold Shi1, the control unit 3 determines in step S102 the absolute value of the primary current amount of the transformer 8. It is determined whether or not | Itr1 | is equal to or greater than a threshold value Shi2 (corresponding to a second predetermined value). When the absolute value | Itr1 | of the primary current amount of the transformer 8 is determined to be equal to or greater than the threshold Shi2, the control unit 3 proceeds to step S103 and determines that the transformer 8 is in a saturated state and is abnormal. In step S104, the conversion operation by the converter is interrupted.
一方、ステップＳ１０２において、制御部３は、トランス８の一次側電流量の絶対値｜Ｉｔｒ１｜が、閾値Ｓｈｉ２未満と判定した場合には、ステップＳ１０５において、ばらつき量の影響がトランス８の飽和を招くおそれがあり、また、スイッチング素子のターンオン・ターンオフ時間がばらついているため二次側に電力を正しく供給できていないとして、誤差ありと判定し、ステップＳ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８において、スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを補正する。 On the other hand, in step S102, when the control unit 3 determines that the absolute value | Itr1 | of the primary current amount of the transformer 8 is less than the threshold value Shi2, the influence of the variation amount causes saturation of the transformer 8 in step S105. In addition, it is determined that there is an error on the assumption that the power cannot be correctly supplied to the secondary side because the turn-on / turn-off time of the switching element varies, and in steps S106, S107, S108, the switching element is turned on・ Correct the timing of off control.
本実施の形態１におけるオン・オフ制御タイミングの補正は、次のように行われる。まず、ステップＳ１０６において、制御部３は、トランス８の一次側の電流Ｉｔｒ１が、正か負かを判定する。ここで、図１において、Ｑ１→一次側電流検出回路２１→Ｑ４の方向に流れる電流の向きを正とする。ステップＳ１０６において、正と判定した場合には、制御部３は、ステップＳ１０７において、スイッチング手段４−１のオン時間を減らす。 The correction of the on / off control timing in the first embodiment is performed as follows. First, in step S106, the control unit 3 determines whether the primary current Itr1 of the transformer 8 is positive or negative. Here, in FIG. 1, the direction of the current flowing in the direction of Q1 → primary side current detection circuit 21 → Q4 is positive. When it determines with positive in step S106, the control part 3 reduces the ON time of the switching means 4-1 in step S107.
一方、ステップＳ１０６において、負と判定した場合には、制御部３は、ステップＳ１０８において、スイッチング手段４−２のオン時間を減らす。また、ステップＳ１０６において、正でも負でもない場合には、スイッチング手段４−１、４−２のいずれも調整しない。 On the other hand, when it determines with negative in step S106, the control part 3 reduces the ON time of the switching means 4-2 in step S108. If neither positive nor negative is determined in step S106, neither switching means 4-1 nor 4-2 is adjusted.
そして、ステップＳ１０７またはステップＳ１０８を実施後、制御部３は、処理をステップＳ１０１に戻し、それ以降の処理を繰り返すこととなる。 And after implementing step S107 or step S108, the control part 3 will return a process to step S101, and will repeat the process after it.
以上のように、実施の形態１によれば、制御部が、一次巻線側の電流計測値に基づいて、ゲート電圧Ｖｔｈのばらつき量の影響を示す指標値を検出し、検出した指標値を抑制するようにスイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整することができる。この結果、特別な回路を用いることなく、トランスの飽和の抑制、損失の低減化を図ることのできるＤＣＤＣコンバータおよびＤＣＤＣコンバータの制御方法を実現できる。 As described above, according to the first embodiment, the control unit detects the index value indicating the influence of the variation amount of the gate voltage Vth based on the current measurement value on the primary winding side, and the detected index value is obtained. The timing of the on / off control of the switching element can be adjusted so as to suppress it. As a result, it is possible to realize a DCDC converter and a DCDC converter control method capable of suppressing transformer saturation and reducing loss without using a special circuit.
実施の形態２．
先の実施の形態１では、Ｖｔｈのばらつき量の影響を示す指標値を、トランス８の一次巻線側の電流計測値（一次側電流検出回路２１による計測値）を用いて検出する場合について説明した。しかしながら、例えば、トランス８が大型であり、飽和しにくいものであった場合には、ＭＯＳＦＥＴがばらついていても、一次巻線側の電流は、極端には増加しない。このため、先の実施の形態１の方法では、ゲート電圧Ｖｔｈのばらつき量の影響を正確に検出できない場合が考えられる。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the case where the index value indicating the influence of the variation amount of Vth is detected using the current measurement value on the primary winding side of the transformer 8 (measurement value by the primary current detection circuit 21) will be described. did. However, for example, when the transformer 8 is large and is not easily saturated, the current on the primary winding side does not increase extremely even if the MOSFETs vary. For this reason, in the method of the first embodiment, there may be a case where the influence of the variation amount of the gate voltage Vth cannot be accurately detected.
そこで、本実施の形態２では、ゲート電圧Ｖｔｈのばらつき量の影響の判定を、トランス８の一次巻線側の電流計測値で判断する先の実施の形態１とは異なる判定方法について説明する。具体的には、本実施の形態２では、一次巻線側の電圧計測値と、二次巻線側の電圧計測値に基づいて、ゲート電圧Ｖｔｈのばらつき量の影響を示す指標値を定量化する方法について説明する。 Therefore, in the second embodiment, a determination method different from the first embodiment in which the determination of the influence of the variation amount of the gate voltage Vth is determined by the current measurement value on the primary winding side of the transformer 8 will be described. Specifically, in the second embodiment, the index value indicating the influence of the variation amount of the gate voltage Vth is quantified based on the voltage measurement value on the primary winding side and the voltage measurement value on the secondary winding side. How to do will be described.
本実施の形態２における制御部３は、各センサによる電圧計測値から求めた見かけ上のデューティ値（ｄｕｔｙ’）と、制御部３により制御している理論的なデューティ値（＊ｄｕｔｙ）に所定値以上の差分があれば、誤差ありと判定する。 The control unit 3 according to the second embodiment has predetermined values for the apparent duty value (duty ′) obtained from the voltage measurement values obtained by the sensors and the theoretical duty value (* duty) controlled by the control unit 3. If there is a difference greater than or equal to the value, it is determined that there is an error.
ここで、記号を次のように定義する。
＊ｄｕｔｙ：制御部３によるデューティ目標値であり、オン・オフ制御タイミングに基づく理論的なデューティ値に相当
ｄｕｔｙ’：一次巻線側の電圧計測値と二次巻線側の電圧計測値に基づいて求めた見かけ上のｄｕｔｙであり、半導体スイッチング素子の有する個別の特性を加味した実際のデューティ値に相当
Ｎ１：トランス８の一次側巻線数
Ｎ２：トランス８の二次側巻線数
Here, the symbols are defined as follows.
* Duty: Duty target value by the control unit 3, corresponding to the theoretical duty value based on the on / off control timing duty ': Based on the voltage measurement value on the primary winding side and the voltage measurement value on the secondary winding side N1: the number of primary windings of the transformer 8 N2: the number of secondary windings of the transformer 8
次に、本実施の形態２によるＤＣＤＣコンバータの処理フローについて、図８を用いて詳細に説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係るＤＣＤＣコンバータの誤差判定アルゴリズムを示すフローチャートである。 Next, the processing flow of the DCDC converter according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing an error determination algorithm of the DCDC converter according to Embodiment 2 of the present invention.
一次側電圧検出回路２０により取得した電圧値をＶ１、二次側電圧検出回路２２により取得した電圧値をＶ２、トランス巻線比をＮ１：Ｎ２とすると、見かけ上のデューティ値ｄｕｔｙ’は、下式（１）で求まる。
Assuming that the voltage value acquired by the primary side
そこで、制御部３は、ステップＳ２０１において、上式に基づいて、見かけ上のデューティ値（ｄｕｔｙ’）を算出する。次に、ステップＳ２０２において、制御部３は、デューティ目標値（＊ｄｕｔｙ）と見かけ上のデューティ値との差の絶対値ΔＥを、下式（２）を用いてばらつき量の影響を示す指標値として算出する。 Therefore, in step S201, the control unit 3 calculates an apparent duty value (duty ') based on the above equation. Next, in step S202, the control unit 3 uses the absolute value ΔE of the difference between the duty target value (* duty) and the apparent duty value as an index value indicating the influence of the variation amount using the following equation (2). Calculate as
そして、ステップＳ２０３において、制御部３は、ばらつき量の影響の指標値として求めたΔＥが、閾値Ｓｈｉ３（第３の所定値に相当）以上か否かを判定する。そして、制御部３は、ΔＥが、閾値Ｓｈｉ３未満であると判定した場合には、ばらつき量の影響の指標値が少なく、トランス８の飽和に至ることはないと判断し、一連の処理を終了する。 In step S203, the control unit 3 determines whether or not ΔE obtained as an index value of the influence of the variation amount is equal to or greater than a threshold value Shi3 (corresponding to a third predetermined value). When the control unit 3 determines that ΔE is less than the threshold value Shi3, the control unit 3 determines that the index value of the influence of the variation amount is small and does not lead to saturation of the transformer 8, and ends the series of processes. To do.
一方、ステップＳ２０３において、ΔＥが、閾値Ｓｈｉ３以上と判定した場合には、ステップＳ２０４において、制御部３は、ΔＥが、閾値Ｓｈｉ４（第４の所定値に相当）以上か否かを判定する。そして、制御部３は、ΔＥが、閾値Ｓｈｉ４以上と判定した場合には、ステップＳ２０５に進み、トランス８が飽和状態であるとして、異常ありと判定し、ステップＳ２０６において、コンバータによる変換動作を中断する。 On the other hand, if it is determined in step S203 that ΔE is equal to or greater than the threshold Shi3, in step S204, the control unit 3 determines whether ΔE is equal to or greater than the threshold Shi4 (corresponding to a fourth predetermined value). If the control unit 3 determines that ΔE is equal to or greater than the threshold Shi4, the control unit 3 proceeds to step S205, determines that the transformer 8 is saturated, determines that there is an abnormality, and interrupts the conversion operation by the converter in step S206. To do.
一方、ステップＳ２０４において、制御部３は、ΔＥが、閾値Ｓｈｉ４未満と判定した場合には、ステップＳ２０７において、ばらつき量の影響の指標値がトランス８の飽和を招くおそれがあり、また、スイッチング素子のターンオン・ターンオフ時間がばらついているため二次側に電力を正しく供給できていないとして、誤差ありと判定する。 On the other hand, if the control unit 3 determines in step S204 that ΔE is less than the threshold Shi4, the index value of the influence of the variation amount may cause saturation of the transformer 8 in step S207, and the switching element Since the turn-on and turn-off times vary, power is not correctly supplied to the secondary side, and it is determined that there is an error.
そして、制御部３は、誤差ありと判定した場合には、ステップＳ２０８、Ｓ２０９において、スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを補正し、ΔＥが閾値Ｓｈｉ３未満となるように制御することとなる。 If it is determined that there is an error, the control unit 3 corrects the on / off control timing of the switching element in steps S208 and S209, and performs control so that ΔE is less than the threshold value Shi3.
本実施の形態２におけるオン・オフ制御タイミングの補正は、次のように行われる。まず、ステップＳ２０８において、制御部３は、一次側電圧検出回路２０の電圧計測値、一次側電流検出回路２１の電流計測値、二次側電圧検出回路２２の電圧計測値、二次側電流検出回路２３の電流計測値から効率ηを求め、所定の期間累積した効率の値を評価関数に設定する。
The correction of the on / off control timing in the second embodiment is performed as follows. First, in step S208, the control unit 3 determines the voltage measurement value of the primary side
次に、ステップＳ２０９において、制御部３は、各ＭＯＳＦＥＴのターンオン時間（ｔｏｎ）、ターンオフ時間（ｔｏｆｆ）をパラメータ化し、効率ηの値が最大となるように、最適化手法によって各パラメータを導出する。最適化手法によりオン・オフタイミングを導出することで、単純にばらつき量の影響を抑制する補正を行うだけでなく、効率ηが最大となるような各半導体スイッチング素子のターンオン時間（ｔｏｎ）、ターンオフ時間（ｔｏｆｆ）を決定することができる。 Next, in step S209, the control unit 3 parameterizes the turn-on time (t on ) and the turn-off time (t off ) of each MOSFET, and sets each parameter by an optimization method so that the value of efficiency η is maximized. To derive. By deriving the on / off timing by the optimization method, not only the correction that suppresses the influence of the variation amount is simply performed, but also the turn-on time (t on ) of each semiconductor switching element that maximizes the efficiency η, The turn-off time (t off ) can be determined.
より具体的には、一次側電圧検出回路２０の電圧計測値をＶ１、一次側電流検出回路２１の電流計測値をＩ１、二次側電圧検出回路２２の電圧計測値をＶ２、二次側電流検出回路２３の電流計測値をＩ２、効率をη、累積回数をＮ回、各半導体スイッチング素子のターンオン時間をｔＱ１ｏｎ・・・ｔＱ４ｏｎ、ターンオフ時間ｔｏＱ１ｆｆ・・・ｔＱ４ｏｆｆとおくと、最適化問題として、下式（３）（４）により定式化することができる。
More specifically, the voltage measurement value of the primary side
そこで、制御部３は、上記の最適化問題を解き得られたパラメータを用いて、スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを補正する。 Therefore, the control unit 3 corrects the on / off control timing of the switching element using the parameters obtained by solving the above optimization problem.
以上のように、実施の形態２によれば、制御部が、理論上のデューティ値と見かけ上のデューティ値との差分に基づいて、ゲート電圧Ｖｔｈのばらつき量の影響を示す指標値を検出し、さらに、各種計測値から求めた効率を最適化するように、スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整することができる。この結果、特別な回路を用いることなく、トランスの飽和の抑制、損失の低減化を図ることのできるＤＣＤＣコンバータおよびＤＣＤＣコンバータの制御方法を実現できる。さらに、単純にばらつき量の影響を抑制するだけでなく、効率が最大となるように、スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment, the control unit detects the index value indicating the influence of the variation amount of the gate voltage Vth based on the difference between the theoretical duty value and the apparent duty value. Furthermore, the timing of on / off control of the switching element can be adjusted so as to optimize the efficiency obtained from various measurement values. As a result, it is possible to realize a DCDC converter and a DCDC converter control method capable of suppressing transformer saturation and reducing loss without using a special circuit. Furthermore, it is possible not only to simply suppress the influence of the variation amount, but also to adjust the timing of on / off control of the switching element so as to maximize the efficiency.
なお、上述した実施の形態１、２では、整流方式はダイオード整流としているが、これに限ることはなく、例えば、同期整流方式でもよい。また、上述した実施の形態１、２では、ＤＣＤＣコンバータはフルブリッジ方式を採用しているが、これに限るものではなく、例えばハーフブリッジ方式でもよい。 In the first and second embodiments, the rectification method is diode rectification. However, the rectification method is not limited to this, and for example, a synchronous rectification method may be used. In the first and second embodiments described above, the DCDC converter employs the full bridge method, but is not limited to this, and may be a half bridge method, for example.
また、実施の形態２で説明した最適化問題は、実施の形態１と組み合わせることも可能である。すなわち、先の図７の処理において、ステップＳ１０６〜ステップＳ１０８の代わりに、先の図８におけるステップＳ２０８、ステップＳ２０９を用いることも可能である。 Further, the optimization problem described in the second embodiment can be combined with the first embodiment. That is, in the processing of FIG. 7, the steps S208 and S209 in FIG. 8 can be used instead of steps S106 to S108.
１ 入力電源、１ａ プラス出力端子、１ｂ マイナス出力端子、２ 外部負荷、３ 制御部、４−１、４−２ スイッチング手段、８ トランス、９〜１２ 二次側整流ダイオード、１３ 平滑リアクトル、１４ コンデンサ、２０ 一次側電圧検出回路、２１ 一次側電流検出回路、２２ 二次側電圧検出回路、２３ 二次側電流検出回路、３０ａ〜３０ｄ 信号線、３１ａ〜３１ｄ 制御線、Ｑ１〜Ｑ４ 半導体スイッチング素子。 1 input power source, 1a plus output terminal, 1b minus output terminal, 2 external load, 3 control unit, 4-1, 4-2 switching means, 8 transformer, 9-12 secondary side rectifier diode, 13 smoothing reactor, 14 capacitor , 20 Primary side voltage detection circuit, 21 Primary side current detection circuit, 22 Secondary side voltage detection circuit, 23 Secondary side current detection circuit, 30a-30d Signal line, 31a-31d Control line, Q1-Q4 Semiconductor switching element.
Claims (8)
前記トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、１次巻線側に入力されるＤＣ電圧を所望のＤＣ電圧に変換して２次巻線側に出力させる制御部と
を備えたＤＣＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか１つ以上の計測値に基づいて、前記スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出するに当たって、前記トランスに流れる一次巻線側の電流計測値を前記指標値として算出し、
前記一次巻線側の電流計測値が第１の所定値を超えた場合には前記指標値を調整する必要があると判定し、一次巻線側の電圧計測値をＶ１、一次巻線側の電流計測値をＩ１、二次巻線側の電圧計測値をＶ２、二次巻線側の電流計測値をＩ２とした際に、効率ηを
η＝（Ｖ２×Ｉ２）／（Ｖ１×Ｉ１）
として求め、前記効率ηを所定の期間累積した評価関数を生成し、最適化手法により前記評価関数が最大になるように前記スイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整することで前記スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整する
ことを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。 A transformer having a primary winding and a secondary winding and determining a voltage conversion ratio;
A switching element connected to the primary winding side of the transformer;
A DCDC converter comprising: a control unit that performs on / off control of the switching element to convert a DC voltage input to the primary winding side into a desired DC voltage and output the DC voltage to the secondary winding side. ,
The controller is
Based on one or more of measured values of primary winding side voltage measurement, primary winding side current measurement value, secondary winding side voltage measurement value, secondary winding side current measurement value In detecting the index value indicating the influence of the variation amount of the gate voltage when the current starts to flow between the source and drain of the switching element, the measured current value on the primary winding side flowing in the transformer is used as the index value. Calculate
When the measured current value on the primary winding side exceeds the first predetermined value, it is determined that the index value needs to be adjusted, and the measured voltage value on the primary winding side is set to V1, the primary winding side When the measured current value is I1, the measured voltage value on the secondary winding side is V2, and the measured current value on the secondary winding side is I2, the efficiency η is
η = (V2 × I2) / (V1 × I1)
And generating an evaluation function obtained by accumulating the efficiency η for a predetermined period , and adjusting the turn-on time and the turn-off time of the switching element so that the evaluation function is maximized by an optimization method. A DCDC converter characterized by adjusting the timing of off control.
前記制御部は、前記トランスに流れる一次巻線側の電流計測値が前記第１の所定値より大きい第２の所定値を超えた場合には、前記トランスが飽和したと判定し、前記オン・オフ制御の動作を停止する
ことを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。 The DCDC converter according to claim 1 , wherein
The control unit determines that the transformer is saturated when the measured current value on the primary winding flowing through the transformer exceeds a second predetermined value that is greater than the first predetermined value, and the on / A DCDC converter characterized in that the off-control operation is stopped.
前記トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、１次巻線側に入力されるＤＣ電圧を所望のＤＣ電圧に変換して２次巻線側に出力させる制御部と
を備えたＤＣＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか１つ以上の計測値に基づいて、前記スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出するに当たって、一次巻線側の電圧計測値をＶ１、二次巻線側の電圧計測値をＶ２、前記トランス巻線比をＮ１：Ｎ２とした際に、
（Ｖ２／Ｖ１）×（Ｎ１／Ｎ２）
により見かけ上のｄｕｔｙ値を求めるとともに、前記オン・オフ制御を行った際のタイミングから理論上のｄｕｔｙ値を求め、前記理論上のｄｕｔｙ値と前記見かけ上のｄｕｔｙ値との差の絶対値に相当する誤差を前記指標値として算出し、
前記誤差が第３の所定値を超えた場合には前記指標値を調整する必要があると判定し、一次巻線側の電圧計測値をＶ１、一次巻線側の電流計測値をＩ１、二次巻線側の電圧計測値をＶ２、二次巻線側の電流計測値をＩ２とした際に、効率ηを
η＝（Ｖ２×Ｉ２）／（Ｖ１×Ｉ１）
として求め、前記効率ηを所定の期間累積した評価関数を生成し、最適化手法により前記評価関数が最大になるように前記スイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整することで前記スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整する
ことを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。 A transformer having a primary winding and a secondary winding and determining a voltage conversion ratio;
A switching element connected to the primary winding side of the transformer;
A DCDC converter comprising: a control unit that performs on / off control of the switching element to convert a DC voltage input to the primary winding side into a desired DC voltage and output the DC voltage to the secondary winding side. ,
The controller is
Based on one or more of measured values of primary winding side voltage measurement, primary winding side current measurement value, secondary winding side voltage measurement value, secondary winding side current measurement value In detecting the index value indicating the influence of the variation amount of the gate voltage when the current starts to flow between the source and drain of the switching element, the measured voltage value on the primary winding side is V1, the secondary winding side is measured. When the voltage measurement value is V2 and the transformer winding ratio is N1: N2,
(V2 / V1) × (N1 / N2)
To obtain an apparent duty value, obtain a theoretical duty value from the timing when the on / off control is performed, and obtain an absolute value of a difference between the theoretical duty value and the apparent duty value. The corresponding error is calculated as the index value ,
When the error exceeds a third predetermined value, it is determined that the index value needs to be adjusted, the voltage measurement value on the primary winding side is V1, the current measurement value on the primary winding side is I1, 2 When the voltage measurement value on the secondary winding side is V2 and the current measurement value on the secondary winding side is I2, the efficiency η is
η = (V2 × I2) / (V1 × I1)
And generating an evaluation function obtained by accumulating the efficiency η for a predetermined period , and adjusting the turn-on time and the turn-off time of the switching element so that the evaluation function is maximized by an optimization method. A DCDC converter characterized by adjusting the timing of off control.
前記制御部は、前記誤差が前記第３の所定値より大きい第４の所定値を超えた場合には、前記トランスが飽和したと判定し、前記オン・オフ制御の動作を停止する
ことを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。 The DCDC converter according to claim 3 ,
The control unit determines that the transformer is saturated when the error exceeds a fourth predetermined value that is greater than the third predetermined value, and stops the operation of the on / off control. DCDC converter.
前記トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、１次巻線側に入力されるＤＣ電圧を所望のＤＣ電圧に変換して２次巻線側に出力させる制御部と
を備えたＤＣＤＣコンバータに適用されるＤＣＤＣコンバータの制御方法であって、
前記制御部において、
一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか１つ以上の計測値に基づいて、前記スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出するに当たって、前記トランスに流れる一次巻線側の電流計測値を前記指標値として検出するステップと、
前記検出するステップにおいて検出された前記一次巻線側の電流計測値が第１の所定値を超えた場合には前記指標値を調整する必要があると判定し、一次巻線側の電圧計測値をＶ１、一次巻線側の電流計測値をＩ１、二次巻線側の電圧計測値をＶ２、二次巻線側の電流計測値をＩ２とした際に、効率ηを
η＝（Ｖ２×Ｉ２）／（Ｖ１×Ｉ１）
として求め、前記効率ηを所定の期間累積した評価関数を生成し、最適化手法により前記評価関数が最大になるように前記スイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整することで前記スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整するステップと、
を有することを特徴とするＤＣＤＣコンバータの制御方法。 A transformer having a primary winding and a secondary winding and determining a voltage conversion ratio;
A switching element connected to the primary winding side of the transformer;
A DCDC converter comprising: a controller that converts the DC voltage input to the primary winding side into a desired DC voltage and outputs the DC voltage to the secondary winding side by performing on / off control of the switching element. A method of controlling a DCDC converter applied,
In the control unit,
Based on one or more of measured values of primary winding side voltage measurement, primary winding side current measurement value, secondary winding side voltage measurement value, secondary winding side current measurement value In detecting the index value indicating the influence of the variation amount of the gate voltage when the current starts to flow between the source and drain of the switching element, the measured current value on the primary winding side flowing in the transformer is used as the index value. Detecting step;
When the measured current value on the primary winding side detected in the detecting step exceeds a first predetermined value, it is determined that the index value needs to be adjusted, and the measured voltage value on the primary winding side Is V1, the measured current value on the primary winding side is I1, the measured voltage value on the secondary winding side is V2, and the measured current value on the secondary winding side is I2.
η = (V2 × I2) / (V1 × I1)
And generating an evaluation function obtained by accumulating the efficiency η for a predetermined period , and adjusting the turn-on time and the turn-off time of the switching element so that the evaluation function is maximized by an optimization method. A step of adjusting the timing of the off control ;
A control method for a DCDC converter, comprising:
前記制御部において、In the control unit,
前記一次巻線側の電流計測値が前記第１の所定値より大きい第２の所定値を超えた場合には、前記トランスが飽和したと判定し、前記オン・オフ制御の動作を停止するステップA step of determining that the transformer is saturated and stopping the operation of the on / off control when the measured current value on the primary winding side exceeds a second predetermined value larger than the first predetermined value;
をさらに有することを特徴とするＤＣＤＣコンバータの制御方法。A control method for a DCDC converter, further comprising:
前記トランスの一次巻線側に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで、１次巻線側に入力されるＤＣ電圧を所望のＤＣ電圧に変換して２次巻線側に出力させる制御部と
を備えたＤＣＤＣコンバータに適用されるＤＣＤＣコンバータの制御方法であって、
前記制御部において、
一次巻線側の電圧計測値、一次巻線側の電流計測値、二次巻線側の電圧計測値、二次巻線側の電流計測値のうち何れか１つ以上の計測値に基づいて、前記スイッチング素子のソースとドレインの間に電流が流れ始めるときのゲート電圧のばらつき量の影響を示す指標値を検出するに当たって、一次巻線側の電圧計測値をＶ１、二次巻線側の電圧計測値をＶ２、前記トランス巻線比をＮ１：Ｎ２とした際に、
（Ｖ２／Ｖ１）×（Ｎ１／Ｎ２）
により見かけ上のｄｕｔｙ値を求めるとともに、前記オン・オフ制御を行った際のタイミングから理論上のｄｕｔｙ値を求め、前記理論上のｄｕｔｙ値と前記見かけ上のｄｕｔｙ値との差の絶対値に相当する誤差を前記指標値として検出するステップと、
前記検出するステップにおいて検出された前記誤差が第３の所定値を超えた場合には前記指標値を調整する必要があると判定し、一次巻線側の電圧計測値をＶ１、一次巻線側の電流計測値をＩ１、二次巻線側の電圧計測値をＶ２、二次巻線側の電流計測値をＩ２とした際に、効率ηを
η＝（Ｖ２×Ｉ２）／（Ｖ１×Ｉ１）
として求め、前記効率ηを所定の期間累積した評価関数を生成し、最適化手法により前記評価関数が最大になるように前記スイッチング素子のターンオン時間、ターンオフ時間を調整することで前記スイッチング素子のオン・オフ制御のタイミングを調整するステップと、
を有することを特徴とするＤＣＤＣコンバータの制御方法。 A transformer having a primary winding and a secondary winding and determining a voltage conversion ratio;
A switching element connected to the primary winding side of the transformer;
A DCDC converter comprising: a controller that converts the DC voltage input to the primary winding side into a desired DC voltage and outputs the DC voltage to the secondary winding side by performing on / off control of the switching element. A method of controlling a DCDC converter applied,
In the control unit,
Based on one or more of measured values of primary winding side voltage measurement, primary winding side current measurement value, secondary winding side voltage measurement value, secondary winding side current measurement value In detecting the index value indicating the influence of the variation amount of the gate voltage when the current starts to flow between the source and drain of the switching element, the measured voltage value on the primary winding side is V1, the secondary winding side is measured. When the voltage measurement value is V2 and the transformer winding ratio is N1: N2,
(V2 / V1) × (N1 / N2)
To obtain an apparent duty value, obtain a theoretical duty value from the timing when the on / off control is performed, and obtain an absolute value of a difference between the theoretical duty value and the apparent duty value. Detecting a corresponding error as the index value ;
When the error detected in the detecting step exceeds a third predetermined value, it is determined that the index value needs to be adjusted, and the voltage measurement value on the primary winding side is V1, the primary winding side When the current measurement value of I1 is I1, the voltage measurement value of the secondary winding side is V2, and the current measurement value of the secondary winding side is I2, the efficiency η is
η = (V2 × I2) / (V1 × I1)
And generating an evaluation function obtained by accumulating the efficiency η for a predetermined period , and adjusting the turn-on time and the turn-off time of the switching element so that the evaluation function is maximized by an optimization method. A step of adjusting the timing of the off control ;
A control method for a DCDC converter, comprising:
前記制御部において、In the control unit,
前記一次巻線側の電流計測値が前記第３の所定値より大きい第４の所定値を超えた場合には、前記トランスが飽和したと判定し、前記オン・オフ制御の動作を停止するステップA step of determining that the transformer is saturated and stopping the operation of the on / off control when the measured current value on the primary winding side exceeds a fourth predetermined value larger than the third predetermined value;
をさらに有することを特徴とするＤＣＤＣコンバータの制御方法。A control method for a DCDC converter, further comprising:
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| JP2011230846A JP5355655B2 (en) | 2011-10-20 | 2011-10-20 | DCDC converter and control method of DCDC converter |
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