JP5928913B2 - 共振形dc−dcコンバータの制御装置 - Google Patents
共振形dc−dcコンバータの制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5928913B2 JP5928913B2 JP2013556218A JP2013556218A JP5928913B2 JP 5928913 B2 JP5928913 B2 JP 5928913B2 JP 2013556218 A JP2013556218 A JP 2013556218A JP 2013556218 A JP2013556218 A JP 2013556218A JP 5928913 B2 JP5928913 B2 JP 5928913B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- frequency
- converter
- pulse width
- resonance type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 24
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 22
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- HCUOEKSZWPGJIM-IYNMRSRQSA-N (e,2z)-2-hydroxyimino-6-methoxy-4-methyl-5-nitrohex-3-enamide Chemical compound COCC([N+]([O-])=O)\C(C)=C\C(=N\O)\C(N)=O HCUOEKSZWPGJIM-IYNMRSRQSA-N 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 230000005279 excitation period Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/081—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters wherein the phase of the control voltage is adjustable with reference to the AC source
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/3353—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33538—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type
- H02M3/33546—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type with automatic control of the output voltage or current
- H02M3/33553—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type with automatic control of the output voltage or current with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
- H02M1/0054—Transistor switching losses
- H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/01—Resonant DC/DC converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Description
図14において、Edは直流電源、Q1〜Q4は半導体スイッチング素子としてのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、Trはトランス、NpはトランスTrの1次巻線(巻数もNpとする)、Nsは同じく2次巻線(巻数もNsとする)、D1〜D4はダイオード、Sn1〜Sn4はスナバ回路、Loはインダクタ、Coは平滑コンデンサである。また、Vout,Rtnは出力端子、Vinは直流入力電圧、Voは直流出力電圧を示す。
図15において、トランスTrの1次巻線NpにはLC直列共振回路を構成するインダクタLr及びコンデンサCrが接続されており、その他の素子については、図14と同じ記号を付してある。
図15の回路において、トランスTrの2次巻線Nsに発生した交流電圧はダイオードD1〜D4からなるブリッジ整流回路により全波整流され、直流電圧に変換される。そして、この直流電圧は平滑コンデンサCoにより平滑され、直流出力端子Vout,Rtnから出力される。
図16は、特許文献4に記載された周波数変調制御における基準化周波数Fと基準化電圧変換率Mとの関係を示している。ここで、基準化周波数Fは、図15のスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング周波数Fsと、インダクタLr及びコンデンサCrによる直列共振周波数Frとの比率であり、F=Fs/Frによって表される。
また、基準化電圧変換率Mは、直流出力電圧Voと直流入力電圧Vinとの比率(Vo/Vin)にトランスTrの巻数比n=Np/Nsを掛けたものであり、M=n・Vo/Vinによって表される。
特許文献2に開示された技術では、図17に示すように基準化周波数Fを1、つまりスイッチング周波数Fsを直列共振周波数Frと等しくして位相変調制御(位相シフト制御)することで、DC−DCコンバータの出力電圧範囲を図16よりも拡大している。
特許文献3に開示された技術では、図18に示すように、基準化周波数Fから最大周波数Fmaxまでの範囲では周波数変調制御とし、周波数変調制御では出力不可能な電圧範囲については、スイッチング周波数Fsを最大周波数Fmaxに固定した位相変調制御に切り替えることで、出力電圧範囲を図16よりも拡大している。
上記の導通期間tonは直流電源Edの電圧が直列共振回路に加わる期間、転流期間tcomは直流電源Edの電圧が直列共振回路に加わらない期間であり、MOSFETQ1〜Q4をオンまたはオフさせる位相をシフトして導通期間tonを制御することにより、直流出力電圧Voを所定値に制御することが可能である。
すなわち、図19において、MOSFET Q1,Q3またはMOSFET Q2,Q4の同時オンにより電圧Vuvが零になる転流期間tcomが長いほど、オン状態のMOSFETQ1,Q3間、または、MOSFET Q2,Q4間の還流電流に起因した導通損失が大きくなり、DC−DCコンバータとしての電力変換効率が低下する。
しかしながら、図18から明らかなように、スイッチング周波数Fsを直列共振周波数Frよりも高い領域で動作させることになり、MOSFETQ1〜Q4がターンオフするタイミングでMOSFETを流れる電流が共振電流のピーク値付近になる場合があるため、これがスイッチング損失の増大、変換効率の低下を招くという問題がある。
また、本発明の他の目的は、半導体スイッチング素子間の還流電流に起因する導通損失やターンオフ損失を低減し、共振形DC−DCコンバータの電力変換効率を向上させることにある。
そして、本発明は、前記制御量が、共振形DC−DCコンバータの直流出力電圧が固定周波数制御領域において出力可能な最大値を超えるような値になるときに、固定周波数制御から周波数変調制御に切り替えるものである。
この場合、固定周波数制御手段は、制御量とキャリア信号とを比較してパルス幅変調信号を生成し、このパルス幅変調信号と周波数変調信号とから位相変調信号を生成すると共に、コンバータの直流出力電流または直流出力電圧に応じて、パルス幅変調制御と位相変調制御とを切り替える。
また、固定周波数制御手段は、コンバータの起動時にパルス幅変調制御し、パルス幅が共振周波数の半周期よりも短い状態で平滑コンデンサを初期充電した後に、位相変調制御に切り替えてもよい。更に、上記平滑コンデンサを初期充電した後に、周波数変調制御に切り替えてもよい。
なお、前記制御量は、コンバータの直流出力電圧や直流出力電流が所定値になるように、これらの検出値を用いて誤差増幅器等により決定することが望ましい。
また、共振電流の半周期を過ぎてから半導体スイッチング素子をターンオフするため、ターンオフ時の共振電流瞬時値は共振電流のピーク値よりも十分小さくなり、ターンオフ損失を低減することができる。更に、位相変調制御時には、軽負荷時ほど半導体スイッチング素子間の還流電流による導通損失が増加するが、本発明では、軽負荷時にパルス幅変調制御を行うことにより、トランスの非励磁期間は半導体スイッチング素子がすべでオフの状態になるので、還流電流が発生せず、導通損失の低減が可能である。
このため、本発明によれば、共振形DC−DCコンバータの電力変換効率を向上させることができる。
まず、図1は、本発明の実施形態に係る共振形DC−DCコンバータの主回路100を制御装置Contと共に示した回路図である。
MOSFET Q1,Q2の直列接続点とMOSFET Q3,Q4の直列接続点との間には、インダクタLr、トランスTrの1次巻線Np、コンデンサCrが直列に接続されている。ここで、インダクタLr及びコンデンサCrはLC直列共振回路を構成している。
Vout,Rtnは直流出力端子であり、Vinは直流入力電圧、VuはMOSFETQ1,Q2の直列接続点の電圧、VvはMOSFET Q3,Q4の直列接続点の電圧、VuvはVuとVvとの差電圧である。
ここで、制御装置ContによりゲートパルスG1〜G4を生成するに当たっては、直流出力電圧検出値Vo及び直流出力電流検出値Ioに加えて、トランスTrの1次電流Ipや2次電流Isの検出値を追加的に用いてもよい。
図2は、基準化周波数Fと基準化電圧変換率Mとの関係を示す特性図であり、基準化周波数F=Fs/Fr(Fs:MOSFETQ1〜Q4のスイッチング周波数,Fr:共振周波数)、基準化電圧変換率M=n・Vo/Vin(n:トランスTrの巻数比,Vo:直流出力電圧,Vin:直流入力電圧)である。
そして、固定周波数制御領域において、直流出力電圧VoがDC−DCコンバータの出力可能な最大値を超えるときに、制御方法を固定周波数制御から周波数変調制御に切り替える。つまり、図2において、M=0から、F=1の特性線と負荷特性線(軽負荷特性線、中負荷特性線、重負荷特性線)との交点までの距離が、固定周波数制御領域における出力可能な電圧範囲に相当する。
また、Mが1を超える領域を周波数変調制御領域とすることで、固定周波数制御との切替前後において、DC−DCコンバータの出力電圧を急激に変化させずにシームレスに切り替えることができる。
制御量λは、図1における直流出力電圧検出値Vo及び直流出力電流検出値Ioに基づいて、直流出力電圧及び直流出力電流が所望の値となるように誤差増幅器などを用いて調整される。この制御量λの範囲は、0≦λ≦1である。
デューティDsは、後述する制御装置Contの第1実施例(図4)では、各MOSFETのオン時間とスイッチング周期との比とし、制御装置Contの第2実施例(図9)では、図1におけるMOSFETQ1,Q2の直列接続点の電圧VuとMOSFET Q3,Q4の直列接続点の電圧Vvとの位相変調時間と、スイッチング周期との比とする。
図2において、各負荷特性で基準化電圧変換率Mがピークとなる点よりも基準化周波数Fが小さくなると、共振はずれと呼ばれる状態になる。共振はずれが発生すると、図1における直列接続された2個のMOSFETのうち一方のMOSFETに流れる共振電流が寄生ダイオードに転流し、このタイミングで他方のMOSFETがオンする。このとき、一方のMOSFETの寄生ダイオードが急峻な電流変化率で逆回復することにより、MOSFETが破損する場合がある。これを防止するために、図3では、図2の特性において重負荷特性の基準化電圧変換率Mのピークとなる周波数より高い周波数にFminを設定し、λ>λlimの領域では基準化周波数FをFminに制限しているものである。
図4において、11は周波数変調制御手段としての周波数変調回路、21は固定周波数制御手段としてのパルス幅変調回路、31はパルス分配回路である。周波数変調回路11から出力される周波数変調信号Vpfmとパルス幅変調回路21から出力されるパルス幅変調信号Vpwmとはパルス分配回路31に入力されており、このパルス分配回路31における論理演算によりMOSFETQ1〜Q4のゲートパルスG1〜G4が生成される。
なお、コンパレータCMP1の基準電圧V1はλcと等しい値に設定されている。また、制御量λは、前述したように直流出力電圧検出値Vo及び直流出力電流検出値Ioに基づいて生成されるものとする。
また、コンパレータCMP1の出力信号はTフリップフロップT−FFにより分周され、TフリップフロップT−FFからはデューティ50%(Ds=0.5)の周波数変調信号Vpfmが出力される。
上記オンディレイ回路DT1,DT2は、MOSFET Q1,Q2の同時オン、または、MOSFET Q3,Q4の同時オンを防止するため、ゲートパルスG1,G4及びゲートパルスG2,G3を時間tdだけ遅延させるものである。
図5は、第1実施例におけるパルス幅変調制御時の制御装置Contの動作を説明するための波形図、図6は主回路の動作を説明するための波形図である。
図5に示すように、制御量λとキャリア信号Vtrとの大小関係に応じて、コンパレータCMP2からパルス幅変調信号Vpwmが出力される。一方、TフリップフロップT−FFからは、コンパレータCMP1の出力信号を分周した周波数変調信号Vpfmが出力される。
上記ゲートパルスG1〜G4によってMOSFET Q1〜Q4をスイッチングすることにより、図1の主回路における電圧Vuvは図5の下段に示すような波形となる。
また、電圧Vuvを含めて、図1の主回路における各部の電圧、電流波形は図6のようになる。
図7は、第1実施例における周波数変調制御時の制御装置Contの動作を説明するための波形図、図8は主回路の動作を説明するための波形図である。
周波数変調制御領域では、図8から明らかなように、共振電流の半周期を過ぎてからMOSFETをターンオフしているので、ターンオフ時の共振電流瞬時値は共振電流のピーク値よりも十分小さく、トランスTrの励磁電流(Ipの波形における破線部分)と等しくなる。このため、本実施例によれば、ターンオフ損失を低減することができる。
図9において、41は固定周波数制御手段としての位相変調回路であり、この位相変調回路41は、リミッタLIM2、コンパレータCMP2、及びエクスクルーシブオアゲートXOR1によって構成されている。エクスクルーシブオアゲートXOR1には、コンパレータCMP2の出力であるパルス幅変調信号Vpwmと、TフリップフロップT−FFの出力である周波数変調信号Vpfmとが入力され、エクスクルーシブオアゲートXOR1の出力である位相変調信号Vps及び前記周波数変調信号Vpfmがパルス分配回路32に入力されている。
この第2実施例においても、λとλcとの大小関係に応じて周波数変調信号Vpfm、パルス幅変調信号Vpwmが出力されるので、図10におけるVpfm,Vpwmの波形は図4と同一である。ただし、第2実施例では、図9,図10に示すように周波数変調信号Vpfmとパルス幅変調信号Vpwmとの排他的論理和により位相変調信号Vpsが生成され、この位相変調信号Vpsが周波数変調信号Vpfmと共にパルス分配回路32に与えられる。
図13に示すように、第3実施例の制御装置Contは、周波数変調回路11と、位相変調回路41と、位相変調・パルス幅変調切替回路51と、パルス分配回路33と、を備えている。ここで、周波数変調回路11及び位相変調回路41の構成は、図9と同一である。
DフリップフロップD−FFにはクロック信号として周波数変調信号Vpfmが入力されており、DフリップフロップD−FFはいわゆるリーディングエッジトリガ方式にて動作する。すなわち、状態判別回路51aによる状態判別結果が変化した際にゲートパルスG1〜G4が途中で切り替わるのを防ぐために、DフリップフロップD−FFを周波数変調信号Vpfmの立ち上がりのタイミングで動作させて位相変調制御とパルス幅変調制御とを切り替えるようになっている。
DフリップフロップD−FFのQ出力は、アンドゲートAND1〜AND4の各他方の入力端子に入力され、DフリップフロップD−FFの反転出力は、アンドゲートAND6,AND7の各他方の入力端子に入力されている。
そして、オアゲートOR1〜OR4の出力はオンディレイ回路DT1〜DT4にそれぞれ入力されて遅延時間tdが付され、MOSFETQ1〜Q4のゲートパルスG1〜G4として出力される。
Q1,Q2,Q3,Q4:MOSFET
Lr:インダクタ
Cr,Co:コンデンサ
Tr:トランス
Np:1次巻線
Ns:2次巻線
D1,D2,D3,D4:ダイオード
Ra,Rb:抵抗
LIM1,LIM2:リミッタ
INT1:積分器
CMP1,CMP2:コンパレータ
T−FF:Tフリップフロップ
D−FF:Dフリップフロップ
XOR1:エクスクルーシブオアゲート
AND1〜AND7:アンドゲート
OR1〜OR4:オアゲート
NOT1,NOT2:ノットゲート
NOR1:ノアゲート
DT1〜DT4:オンディレイ回路
Cont:制御装置
CT:電流検出器
11:周波数変調回路
21:パルス幅変調回路
31,32,33:パルス分配回路
41:位相変調回路
51:位相変調・パルス幅変調切替回路
51a:状態判別回路
100:主回路
Claims (10)
- 直流電源と、
前記直流電源の両端に入力側が接続され、かつ、出力側に直列共振回路を介してトランスの1次巻線が接続されると共に、半導体スイッチング素子により構成されたフルブリッジ回路と、
前記トランスの2次巻線に接続された整流回路と、
前記整流回路の出力側に接続された平滑コンデンサと、を備え、
前記半導体スイッチング素子をオンオフさせて前記直列共振回路に共振電流を流すことにより、前記トランス、前記整流回路及び前記平滑コンデンサを介して直流電圧を出力する共振形DC−DCコンバータにおいて、
前記共振形DC−DCコンバータの負荷の状態に応じた電気量を検出して前記半導体スイッチング素子のオンオフを制御するための制御量を決定する手段と、
前記制御量に基づいて、前記直列共振回路の共振周波数よりも低い周波数で前記半導体スイッチング素子を周波数変調制御する周波数変調制御手段と、
前記制御量に基づいて、前記共振周波数で前記半導体スイッチング素子をパルス幅変調制御または位相変調制御することにより固定周波数制御する固定周波数制御手段と、
前記周波数変調制御手段及び前記固定周波数制御手段の出力に基づいて前記半導体スイッチング素子の駆動パルスを生成するパルス分配手段と、を備え、
前記制御量が、前記共振形DC−DCコンバータの直流出力電圧が固定周波数制御領域において出力可能な最大値を超えるような値になるときに、前記固定周波数制御手段による制御動作から前記周波数変調制御手段による制御動作に切り替えることを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項1に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記固定周波数制御手段は、前記半導体スイッチング素子をパルス幅変調制御することを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項2に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記固定周波数制御手段は、前記制御量と前記周波数変調制御手段により生成されたキャリア信号とを比較してパルス幅変調信号を生成することを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項1に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記固定周波数制御手段は、前記半導体スイッチング素子を位相変調制御することを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項4に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記固定周波数制御手段は、前記制御量と前記周波数変調制御手段により生成されたキャリア信号とを比較してパルス幅変調信号を生成し、このパルス幅変調信号と前記周波数変調制御手段により生成された周波数変調信号とから位相変調信号を生成することを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項1に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記固定周波数制御手段は、前記半導体スイッチング素子をパルス幅変調制御及び位相変調制御することを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項6に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記固定周波数制御手段は、前記制御量と前記周波数変調制御手段により生成されたキャリア信号とを比較してパルス幅変調信号を生成し、このパルス幅変調信号と前記周波数変調制御手段により生成された周波数変調信号とから位相変調信号を生成すると共に、前記共振形DC−DCコンバータの直流出力電流または直流出力電圧に応じて、パルス幅変調制御と位相変調制御とを切り替えることを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項7に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記固定周波数制御手段は、前記共振形DC−DCコンバータの起動時にパルス幅変調制御し、パルス幅が前記直列共振回路の共振周波数の半周期よりも短い状態で前記平滑コンデンサを初期充電した後に、位相変調制御に切り替えることを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項2に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記共振形DC−DCコンバータの起動時には前記固定周波数制御手段がパルス幅変調制御し、パルス幅が前記直列共振回路の共振周波数の半周期よりも短い状態で前記平滑コンデンサを初期充電した後に、前記周波数変調制御手段による周波数変調制御に切り替えることを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。 - 請求項1〜9の何れか1項に記載した共振形DC−DCコンバータの制御装置において、
前記制御量を決定するために、前記共振形DC−DCコンバータの直流出力電圧検出値及び直流出力電流検出値を用いることを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012021472 | 2012-02-03 | ||
JP2012021472 | 2012-02-03 | ||
PCT/JP2012/083068 WO2013114758A1 (ja) | 2012-02-03 | 2012-12-20 | 共振形dc-dcコンバータの制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2013114758A1 JPWO2013114758A1 (ja) | 2015-05-11 |
JP5928913B2 true JP5928913B2 (ja) | 2016-06-01 |
Family
ID=48904816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013556218A Expired - Fee Related JP5928913B2 (ja) | 2012-02-03 | 2012-12-20 | 共振形dc−dcコンバータの制御装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9379617B2 (ja) |
EP (1) | EP2811638B1 (ja) |
JP (1) | JP5928913B2 (ja) |
KR (1) | KR101964224B1 (ja) |
CN (1) | CN104040861B (ja) |
WO (1) | WO2013114758A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11108326B2 (en) | 2018-12-17 | 2021-08-31 | Fuji Electric Co., Ltd. | DC-DC converter |
Families Citing this family (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5995139B2 (ja) * | 2012-10-12 | 2016-09-21 | 富士電機株式会社 | 双方向dc/dcコンバータ |
US20140211515A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | Tdk Corporation | Dc-dc converter and power supply device having dc-dc converter |
KR20140145830A (ko) * | 2013-06-14 | 2014-12-24 | 삼성전기주식회사 | 전원 공급 장치 |
JP6402474B2 (ja) * | 2013-07-17 | 2018-10-10 | 富士電機株式会社 | スイッチング電源の制御装置 |
WO2015029374A1 (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 制御回路、スイッチング回路、電力変換装置、充電装置、車両、および、制御方法 |
US9680376B2 (en) | 2014-02-28 | 2017-06-13 | Cree, Inc. | Power conversion electronics having conversion and inverter circuitry |
US9461547B2 (en) * | 2014-03-07 | 2016-10-04 | Cree, Inc. | Converter circuitry |
US9509225B2 (en) * | 2014-09-16 | 2016-11-29 | Continental Automotive Systems, Inc. | Efficient LLC resonant converter having variable frequency control and fixed frequency phase-shift PWM |
KR20160070710A (ko) * | 2014-12-10 | 2016-06-20 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | 변조 모드 제어 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치 |
WO2016149319A1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-09-22 | Finsix Corporation | Control of resonant power converters |
DE102015106335A1 (de) * | 2015-04-24 | 2016-10-27 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines Gleichstromwandlers |
JP6141908B2 (ja) * | 2015-05-18 | 2017-06-07 | 東芝デベロップメントエンジニアリング株式会社 | 電流共振型dc−dcコンバータ |
JP6186392B2 (ja) * | 2015-05-27 | 2017-08-23 | 東芝デベロップメントエンジニアリング株式会社 | 電流共振型dc−dcコンバータ |
JP6573502B2 (ja) * | 2015-08-07 | 2019-09-11 | 新電元工業株式会社 | Dc−dcコンバータ |
JP6576737B2 (ja) * | 2015-08-21 | 2019-09-18 | 矢崎総業株式会社 | 電力変換装置 |
JP6526546B2 (ja) * | 2015-11-26 | 2019-06-05 | 株式会社日立情報通信エンジニアリング | 共振形電源装置 |
US9973097B2 (en) * | 2016-06-21 | 2018-05-15 | Astronics Advanced Electronic Systems Corp. | Regulating transformer rectifier unit with multiple circuits for preventing output overvoltage |
US10148200B2 (en) | 2016-08-06 | 2018-12-04 | Shawn David Coleman, JR. | Device and method for electrical energy synthesis |
US10097095B2 (en) * | 2016-09-21 | 2018-10-09 | General Electric Company | DC converters with modified droop control and method of use |
CN106787760B (zh) * | 2016-12-30 | 2018-05-08 | 珠海英搏尔电气股份有限公司 | 全桥谐振直流/直流变换器及其控制方法 |
CN106712528B (zh) * | 2017-01-10 | 2018-11-20 | 上海蔚来汽车有限公司 | Llc谐振变换器驱动脉冲个数调制方法及单元 |
CN106787768B (zh) * | 2017-02-17 | 2018-06-26 | 珠海英搏尔电气股份有限公司 | 一种双向全桥谐振直流/直流变换器及其控制方法 |
CN106877676B (zh) * | 2017-04-06 | 2018-08-07 | 珠海英搏尔电气股份有限公司 | 一种双向谐振变换电路、变换器及其控制方法 |
EP3419153A1 (en) * | 2017-06-20 | 2018-12-26 | Koninklijke Philips N.V. | A control circuit for controlling a resonant power converter |
EP3734828B1 (en) * | 2017-12-25 | 2023-06-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
JP6993905B2 (ja) * | 2018-03-06 | 2022-01-14 | 株式会社Soken | Dc・dcコンバータの制御装置 |
US11342841B2 (en) | 2018-03-07 | 2022-05-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Method for controlling resonance-type power converter, resonance-type power converter, and DC-DC converter |
US10770978B2 (en) * | 2018-03-23 | 2020-09-08 | Utah State University | DC power supply from a constant current source |
CN110535343A (zh) * | 2018-05-24 | 2019-12-03 | 雅达电子国际有限公司 | 用于谐振电路的控制器和控制方法以及直流-直流转换器 |
JP7133436B2 (ja) * | 2018-10-26 | 2022-09-08 | 富士フイルムヘルスケア株式会社 | 高電圧装置およびx線画像診断装置 |
CN109617416A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-12 | 华南理工大学 | Lcc谐振变换器实现稳定零电压开关的频率相位自动控制方法 |
US11820879B2 (en) | 2018-12-28 | 2023-11-21 | Braskem S.A. | Continuous feed of antistatic agent for gas phase polymerization process |
CN109546846B (zh) * | 2018-12-30 | 2020-11-06 | 国网北京市电力公司 | 谐振变换器的控制方法和装置 |
JP7332395B2 (ja) | 2019-09-02 | 2023-08-23 | 新電元工業株式会社 | 電源回路の制御装置及び制御方法 |
JP2022002454A (ja) * | 2020-06-22 | 2022-01-06 | 富士電機株式会社 | 電力変換装置 |
CN111786567A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-16 | 石家庄通合电子科技股份有限公司 | 用于减小全桥llc变换器间歇时输出纹波的控制方法 |
US11557978B2 (en) * | 2020-07-31 | 2023-01-17 | Lear Corporation | Converter module with phase shift |
CN112994467B (zh) * | 2021-02-25 | 2022-03-25 | 北京新雷能科技股份有限公司 | 应用于原边反馈反激式变换器的混合调制控制方法及电路 |
US11799382B2 (en) | 2021-03-03 | 2023-10-24 | Semiconductor Components Industries, Llc | Resonant converter with dual-mode control |
JP2023076204A (ja) * | 2021-11-22 | 2023-06-01 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01295675A (ja) | 1988-05-19 | 1989-11-29 | Fuji Electric Co Ltd | 直流電源装置用スナバ回路 |
US4951185A (en) | 1989-07-13 | 1990-08-21 | General Electric Company | Resonant inverter employing frequency and phase modulation using optimal trajectory control |
USRE33866E (en) | 1989-07-13 | 1992-03-31 | General Electric Company | Resonant inverter employing frequency and phase modulation using optimal trajectory control |
JP4217950B2 (ja) * | 2002-07-26 | 2009-02-04 | 富士電機デバイステクノロジー株式会社 | Dc/dcコンバータの制御方法 |
JP2006174571A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 電流共振コンバータ |
JP2006333690A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Sony Corp | 電流共振型電源装置 |
CN1992493B (zh) | 2005-12-30 | 2011-05-18 | 艾默生网络能源系统北美公司 | 一种谐振直流/直流变换器及其控制方法 |
CN100421342C (zh) * | 2006-07-06 | 2008-09-24 | 艾默生网络能源有限公司 | 谐振电路输出特性控制方法 |
TWI340528B (en) | 2007-04-03 | 2011-04-11 | Delta Electronics Inc | Resonant converter system and controlling method thereof having relatively better efficiency |
JP5050874B2 (ja) * | 2008-01-22 | 2012-10-17 | 富士電機株式会社 | スイッチング電源装置 |
TWI346440B (en) | 2008-01-31 | 2011-08-01 | Lite On Technology Corp | Controller for use in resonant direct current/direct current converter |
JP5691137B2 (ja) * | 2008-05-14 | 2015-04-01 | 富士電機株式会社 | スイッチング電源 |
JP4618339B2 (ja) * | 2008-06-20 | 2011-01-26 | ミツミ電機株式会社 | Dc−dcコンバータ |
JP2010011625A (ja) | 2008-06-26 | 2010-01-14 | Tdk-Lambda Corp | Dcdcコンバータ、スイッチング電源および無停電電源装置 |
US8279628B2 (en) * | 2008-07-25 | 2012-10-02 | Cirrus Logic, Inc. | Audible noise suppression in a resonant switching power converter |
US7796404B2 (en) * | 2008-10-23 | 2010-09-14 | Lineage Power Corporation | LLC converter synchronous FET controller and method of operation thereof |
WO2010107060A1 (ja) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | 株式会社ウインズ | Dc-dcコンバータ |
US8018740B2 (en) | 2010-01-07 | 2011-09-13 | Texas Instruments Incorporated | LLC soft start by operation mode switching |
US8638571B2 (en) * | 2010-02-19 | 2014-01-28 | Sparq Systems Inc. | Controller for a resonant power converter |
-
2012
- 2012-12-20 KR KR1020147019420A patent/KR101964224B1/ko active IP Right Grant
- 2012-12-20 WO PCT/JP2012/083068 patent/WO2013114758A1/ja active Application Filing
- 2012-12-20 EP EP12867379.5A patent/EP2811638B1/en active Active
- 2012-12-20 US US14/372,449 patent/US9379617B2/en active Active
- 2012-12-20 CN CN201280066796.XA patent/CN104040861B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-12-20 JP JP2013556218A patent/JP5928913B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11108326B2 (en) | 2018-12-17 | 2021-08-31 | Fuji Electric Co., Ltd. | DC-DC converter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2013114758A1 (ja) | 2015-05-11 |
KR101964224B1 (ko) | 2019-04-01 |
WO2013114758A1 (ja) | 2013-08-08 |
EP2811638A4 (en) | 2016-04-20 |
CN104040861B (zh) | 2016-12-14 |
KR20140123046A (ko) | 2014-10-21 |
CN104040861A (zh) | 2014-09-10 |
EP2811638A1 (en) | 2014-12-10 |
US20140355313A1 (en) | 2014-12-04 |
EP2811638B1 (en) | 2017-12-20 |
US9379617B2 (en) | 2016-06-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5928913B2 (ja) | 共振形dc−dcコンバータの制御装置 | |
US10819222B2 (en) | Circuitry for power factor correction and methods of operation | |
US10211719B2 (en) | Power converter | |
JP5279797B2 (ja) | 電力変換装置 | |
US20150124490A1 (en) | Electric power conversion device | |
US9871455B2 (en) | Current resonance type power supply device | |
US10097106B1 (en) | Power converter | |
US8830701B2 (en) | DC-DC converter | |
US9343973B2 (en) | Power conversion apparatus | |
JP5849599B2 (ja) | フォワード形直流−直流変換装置 | |
JP6065753B2 (ja) | Dc/dcコンバータおよびバッテリ充放電装置 | |
KR101518336B1 (ko) | 배터리를 충방전하기 위한 양방향 dc-dc 컨버터 및 이를 이용한 배터리 충방전 방법 | |
US10003264B2 (en) | DC/DC converter | |
JP6009003B2 (ja) | Dc/dcコンバータ | |
Nachankar et al. | Design of electric vehicle battery charger with reduced switching frequency variation | |
US11309794B2 (en) | Switching power supply device | |
WO2017090118A1 (ja) | 電力変換装置および鉄道車両 | |
JP2010172146A (ja) | スイッチング電源および電源制御用半導体集積回路 | |
WO2021090522A1 (ja) | 電力変換装置およびプレス装置 | |
JP5797142B2 (ja) | 直流電源装置およびその制御方法 | |
JP7250097B1 (ja) | 電力変換装置 | |
Beyer et al. | Design of a universal charger for a light electric vehicle with effect of an RCD snubber on peak current control | |
JP6066898B2 (ja) | 電力変換装置、および電力変換方法 | |
JP6455406B2 (ja) | 電力変換装置 | |
CN112714999A (zh) | 一种供电控制方法和装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150520 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150710 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160401 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160414 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5928913 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D02 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |