JP5893089B2 - 直流変換装置の制御方法 - Google Patents
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Description
すなわち、特許文献1のスイッチング電源装置では、定常動作時の動作方法についてのみが記載されており、実際に温度変化や経年劣化により直列共振周波数が変化した場合におけるサージの発生や損失の増加、急激な負荷変動が発生したときの対応、保護動作については考慮されていないので、回路素子の破壊を招く恐れがあるという問題がある。
そのため、コンバータを2段構成とした直流変換装置を実際に適用した際に生ずる問題に対して、特別な回路を用いることなく、各コンバータの半導体スイッチング素子を制御することで、安定した出力の供給、EMCノイズの低減、保護動作を行うことができる。
図1は、この発明の実施の形態1に係る直流変換装置を示す概略構成図である。図1において、この直流変換装置は、絶縁型のLLC共振コンバータである共振コンバータ回路14の前段に昇圧コンバータ回路13を設けた2段構成のコンバータである。昇圧コンバータ回路13および共振コンバータ回路14の動作は、制御部12によって制御される。
そのため、コンバータを2段構成とした直流変換装置を実際に適用した際に生ずる問題に対して、特別な回路を用いることなく、各コンバータの半導体スイッチング素子を制御することで、安定した出力の供給、EMCノイズの低減、保護動作を行うことができる。
この発明の実施の形態2に係る直流変換装置は、上記実施の形態1で説明した直流変換装置と同じ回路構成を有している。この実施の形態2では、制御部12が半導体スイッチング素子3と半導体スイッチング素子6とのオンまたはオフタイミングを同期させることで、平滑コンデンサ4に流れる電流量を減らすことができる。
図11は、この発明の実施の形態3に係る直流変換装置を示す概略構成図である。図11において、この直流変換装置は、昇圧コンバータ回路13と共振コンバータ回路14とを備え、昇圧コンバータ回路13は、上記実施の形態1と同じ回路構成である。一方、共振コンバータ回路14のトランス9の2次側整流回路は、半導体スイッチング素子10、11を用いた同期整流の回路構成を有している。
図14は、この発明の実施の形態4に係る直流変換装置を示す概略構成図である。図14において、この直流変換装置は、図11に示した直流変換装置に加えて、トランス9の2次巻線に流れる電流値を取得する出力電流検出回路24を有している。
この発明の実施の形態5に係る直流変換装置は、上記実施の形態4で説明した直流変換装置と同じ回路構成を有している。この実施の形態5では、上記実施の形態4と同様に、経年変化による劣化や温度変化により、共振コンデンサ7の容量や共振リアクトル8のインダクタンスが変化し、直列共振周波数fsrが変化した場合に、半導体スイッチング素子10、11のターンオフ時に発生するスイッチング損失の発生およびサージの増大に対する課題を対象とする。
一般的に、一定のスイッチング周波数でスイッチング制御を行う場合には、一定の周波数に起因した高いスイッチングノイズが発生することがあり、そのときには、ノイズ発生源として、他の電子機器に対し、誤動作や機能停止等といった弊害を招く恐れがある。
Claims (18)
- 入力電圧を昇圧して直流電圧を出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータから出力された直流電圧を降圧して直流電圧を出力する絶縁型共振コンバータと、
前記昇圧コンバータは、昇圧リアクトル、ダイオードおよびコンデンサと、前記昇圧リアクトルへの通電を制御する第1スイッチング素子と、を有し、
前記絶縁型共振コンバータは、1次巻線および2次巻線を有するトランスと、前記トランスの1次側に接続された共振コンデンサおよび共振リアクトルと、前記共振コンデンサおよび前記共振リアクトルへの通電を制御する、互いに直列に接続された第2スイッチング素子および第3スイッチング素子と、前記トランスの2次側に接続された整流回路と、を有する直流変換装置の制御方法であって、
前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子を、デッドタイムを挟んで、固定オンデューティ比で交互にオンオフ制御する制御ステップを有し、
前記制御ステップは、前記絶縁型共振コンバータの出力電流があらかじめ定められた値を超えた場合に、前記昇圧コンバータから出力される直流電圧を低下させるステップを含む
直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記入力電圧があらかじめ定められた電圧よりも高い場合には、前記第1スイッチング素子のスイッチングを停止するとともに、前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子のデッドタイムを増加させて、前記絶縁型共振コンバータの出力電圧を低下させるステップを含む
請求項1に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記絶縁型共振コンバータの出力電流があらかじめ定められた値を超えた場合に、前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子のスイッチング周波数を増加させるステップを含む
請求項1または請求項2に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記絶縁型共振コンバータの出力電流があらかじめ定められた値を超えた場合に、前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子のデッドタイムを増加させるステップを含む
請求項1から請求項3までの何れか1項に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記第1スイッチング素子と前記昇圧コンバータから出力される直流電圧の負側に接続されている前記第3スイッチング素子とのオンオフタイミングを同期させるステップを含む
請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記整流回路は、同期整流回路である
請求項1から請求項5までの何れか1項に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、スイッチング周波数の半周期と、前記共振コンデンサと前記共振リアクトルとで構成される直列共振回路の直列共振周波数の半周期に、デッドタイムを加えた時間とが等しくなるように制御するステップを含む
請求項6に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記絶縁型共振コンバータの出力電圧があらかじめ定められた値を超えた場合に、前記昇圧コンバータから出力される直流電圧を増加させるステップを含む
請求項6に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記絶縁型共振コンバータは、前記トランスの2次巻線に流れる電流値を取得する出力電流検出回路をさらに有し、
前記制御ステップは、前記出力電流検出回路から取得した電流値が0Aとなるタイミングで、前記同期整流回路のスイッチング素子をオフするステップを含む
請求項6に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記出力電流検出回路から取得した電流値に応じて、前記絶縁型共振コンバータのスイッチング周波数を制御するステップを含む
請求項9に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記直流変換装置は、温度センサをさらに備え、
前記制御ステップは、前記温度センサで検出された温度に応じて、前記絶縁型共振コンバータのスイッチング周波数を制御するステップを含む
請求項6に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子のスイッチング周波数を、第1スイッチング周波数から前記第1スイッチング周波数よりも高い第2スイッチング周波数の間まで、あらかじめ定められた周期で増減させ、この周期毎にスイッチング周波数の増減を繰り返すステップを含む
請求項1から請求項6までの何れか1項に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記あらかじめ定められた周期毎に前記昇圧コンバータから出力される前記直流電圧を増減させるステップを含む
請求項12に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記あらかじめ定められた周期の逆数が、前記スイッチング素子のオンオフにより発生するノイズを測定する受信機の分解能帯域幅以上となるように、前記あらかじめ定められた周期を設定するステップを含む
請求項12に記載の直流変換装置の制御方法。 - 前記制御ステップは、前記第1スイッチング周波数を、前記トランスが磁束飽和に至らない周波数となるように設定するステップを含む
請求項12に記載の直流変換装置の制御方法。 - 入力電圧を昇圧して直流電圧を出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータから出力された直流電圧を降圧して直流電圧を出力する絶縁型共振コンバータと、
前記昇圧コンバータは、昇圧リアクトル、ダイオードおよびコンデンサと、前記昇圧リアクトルへの通電を制御する第1スイッチング素子と、を有し、
前記絶縁型共振コンバータは、1次巻線および2次巻線を有するトランスと、前記トランスの1次側に接続された共振コンデンサおよび共振リアクトルと、前記共振コンデンサおよび前記共振リアクトルへの通電を制御する、互いに直列に接続された第2スイッチング素子および第3スイッチング素子と、前記トランスの2次側に接続された整流回路と、を有する直流変換装置の制御方法であって、
前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子を、デッドタイムを挟んで、固定オンデューティ比で交互にオンオフ制御する制御ステップを有し、
前記制御ステップは、前記入力電圧があらかじめ定められた電圧よりも高い場合には、前記第1スイッチング素子のスイッチングを停止するとともに、前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子のデッドタイムを増加させて、前記絶縁型共振コンバータの出力電圧を低下させるステップを含む
直流変換装置の制御方法。 - 入力電圧を昇圧して直流電圧を出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータから出力された直流電圧を降圧して直流電圧を出力する絶縁型共振コンバータと、
前記昇圧コンバータは、昇圧リアクトル、ダイオードおよびコンデンサと、前記昇圧リアクトルへの通電を制御する第1スイッチング素子と、を有し、
前記絶縁型共振コンバータは、1次巻線および2次巻線を有するトランスと、前記トランスの1次側に接続された共振コンデンサおよび共振リアクトルと、前記共振コンデンサおよび前記共振リアクトルへの通電を制御する、互いに直列に接続された第2スイッチング素子および第3スイッチング素子と、前記トランスの2次側に接続された整流回路と、を有する直流変換装置の制御方法であって、
前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子を、デッドタイムを挟んで、固定オンデューティ比で交互にオンオフ制御する制御ステップを有し、
前記制御ステップは、前記絶縁型共振コンバータの出力電流があらかじめ定められた値を超えた場合に、前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子のデッドタイムを増加させるステップを含む
直流変換装置の制御方法。 - 入力電圧を昇圧して直流電圧を出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータから出力された直流電圧を降圧して直流電圧を出力する絶縁型共振コンバータと、
前記昇圧コンバータは、昇圧リアクトル、ダイオードおよびコンデンサと、前記昇圧リアクトルへの通電を制御する第1スイッチング素子と、を有し、
前記絶縁型共振コンバータは、1次巻線および2次巻線を有するトランスと、前記トランスの1次側に接続された共振コンデンサおよび共振リアクトルと、前記共振コンデンサおよび前記共振リアクトルへの通電を制御する、互いに直列に接続された第2スイッチング素子および第3スイッチング素子と、前記トランスの2次側に接続された整流回路と、を有する直流変換装置の制御方法であって、
前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子を、デッドタイムを挟んで、固定オンデューティ比で交互にオンオフ制御する制御ステップを有し、
前記制御ステップは、スイッチング周波数の半周期と、前記共振コンデンサと前記共振リアクトルとで構成される直列共振回路の直列共振周波数の半周期に、デッドタイムを加えた時間とが等しくなるように制御するステップを含む
直流変換装置の制御方法。
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