JP5950350B2 - Dc/dcコンバータ - Google Patents
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Description
このDC/DCコンバータでは、第1PWM信号と第2PWM信号とが同じデューティを有しており、各デューティが同じ量だけ調整されることによって、出力すべき直流出力電圧が調整される。
第1スイッチ手段や第2スイッチ手段としては、IGBTやMOSFET等のスイッチング素子が用いられる。
すなわち、同じデューティを有する第1PWM信号および第2PWM信号で第1スイッチ手段および第2スイッチ手段を駆動させた場合であっても、第1スイッチ手段のオン時間と第2スイッチ手段のオン時間とにズレが生じる場合がある。
その結果、このDC/DCコンバータでは、流れる電流の平均値の高いスイッチング素子や他の素子(トランスやコイル等)が劣化しやすくなるおそれがあった。
さらに、このDC/DCコンバータでは、補正をしなくても十分な精度で目標通りの出力を得られる場合には、デューティが補正されていることで、かえってリップルや直流出力電圧の変動が大きくなり、直流出力電圧が目標値から遠ざかってしまうおそれもあった。
第1PWM信号に対する第1スイッチ手段の応答特性と、第2PWM信号に対する第2スイッチ手段の応答特性との関係に応じて選択された応答特性パターンが予め格納された記憶部と、出力すべき直流出力電圧に基づいて第1PWM信号および第2PWM信号の目標デューティを決定する目標デューティ決定部と、目標デューティの補正が必要か否かを判定する補正判定部と、補正判定部で補正が不要と判定された場合は、第1PWM信号のデューティおよび第2PWM信号のデューティを目標デューティとし、補正判定部で補正が必要と判定された場合は、目標デューティに所定の補正量を加算または減算する補正を行い、応答特性パターンに基づいて、第1PWM信号のデューティまたは第2PWM信号のデューティの一方を補正後の目標デューティとするとともに他方を補正前の目標デューティとするPWM信号生成部と、を備え、
第1スイッチ手段の応答特性は、所定のデューティを有する第1PWM信号に対する第1スイッチ手段の第1オン時間であり、第2スイッチ手段の応答特性は、所定のデューティを有する第2PWM信号に対する第2スイッチ手段の第2オン時間であり、
記憶部には、
第1オン時間と第2オン時間の差分に相当するデューティ差が補正量よりも大きく、かつ第1オン時間が第2オン時間よりも長い場合は、目標デューティから補正量を減算したものを第1PWM信号のデューティとするか、または目標デューティに補正量を加算したものを第2PWM信号のデューティとする第1応答特性パターンが応答特性パターンとして予め格納され、
デューティ差が補正量よりも大きく、かつ第2オン時間が第1オン時間よりも長い場合は、目標デューティに補正量を加算したものを第1PWM信号のデューティとするか、または目標デューティから補正量を減算したものを第2PWM信号のデューティとする第2応答特性パターンが応答特性パターンとして予め格納され、
デューティ差が補正量以下の場合は、目標デューティに補正量を加算または減算したものを、一定周期毎交互に第1PWM信号のデューティまたは第2PWM信号のデューティとする第3応答特性パターンが応答特性パターンとして予め格納されていることを特徴とする。
応答特性パターン変更部は、デューティ差が補正量以下と判定された場合は第3応答特性パターンを選択し、第1オン時間が第2オン時間よりも長いと判定された場合は第1応答特性パターンを選択し、第2オン時間が第1オン時間よりも長いと判定された場合は第2応答特性パターンを選択することが好ましい。
(DC/DCコンバータ)
図1に、本発明の第1実施形態に係るDC/DCコンバータ1Aを示す。同図に示すように、DC/DCコンバータ1Aは、ブリッジ回路2と、ブリッジ回路2に1次側が接続されたトランス3と、トランス3の2次側に接続されたダイオードおよびLCローパスフィルタを有する出力部4と、制御回路10とを備えている。
スイッチング素子2a、2dは、本発明の第1スイッチ手段を構成し、制御回路10から出力される第1PWM信号により駆動される。一方、スイッチング素子2b、2cは、本発明の第2スイッチ手段を構成し、制御回路10から出力される第2PWM信号により駆動される。第1PWM信号と第2PWM信号とは位相が180°異なる。
目標デューティ決定部11では、所定時間毎(例えば、図6の△t毎)に、予め設定された直流出力電圧の目標値と目標デューティとの対応関係に基づいて、入力された目標値から目標デューティが決定される。上記対応関係は、例えば、目標値の変化に対して目標デューティがリニアに変化する1対1の関係である。
例えば、目標デューティ決定部11では、直前に目標デューティの調整が行われなかった場合は、上記差分の絶対値が所定の閾値よりも大きいときに目標デューティが調整される。一方、直前に目標デューティの調整が行われた場合は、上記差分の絶対値が所定の閾値以下のときでも目標デューティが調整される。
なお、目標デューティ決定部11は、目標デューティを調整した場合、補正判定部12に調整したことを示す信号を出力する。
一方、PWM信号生成部13は、補正判定部12で補正が必要と判定された場合には(S6、S8)、目標デューティに所定の補正量を加算または減算する補正を行い、記憶部14に予め格納された後述する応答特性パターンに基づいて、第1PWM信号のデューティまたは第2PWM信号のデューティの一方を補正後の目標デューティとするとともに他方を補正前の目標デューティとする。
補正量は、例えば、PWM信号生成部13が調整し得る目標デューティの最小刻み量である。なお、PWM信号生成部13は、目標デューティを補正した場合、補正判定部12に目標デューティを補正したことを示す信号を出力する。
第1スイッチ手段2a、2dの第1オン時間は、スイッチング素子2aおよびスイッチング素子2dの両方が実際にオンしている時間であり、第2スイッチ手段2b、2cの第2オン時間は、スイッチング素子2bおよびスイッチング素子2cの両方が実際にオンしている時間である。
第3応答特性パターンに基づいて補正が行われると、図5(C)に示すように、第1PWM信号および第2PWM信号のパルス幅が、一定周期毎交互に補正量に相当する幅t’だけ増加する。
この場合、第3応答特性パターンに基づいて補正が行われると、第1PWM信号および第2PWM信号のパルス幅が、一定周期毎交互に補正量に相当する幅t’だけ減少する。 このように、一定周期毎交互に補正量を加算(または減算)することで、長期的に平均オン時間を均等にする(長期間で偏りがない状態にする)ことができる。
第1応答特性パターンに基づいて補正が行われると、図5(A)に示すように、第2PWM信号のパルス幅が補正量に相当する幅t’だけ増加する。
この場合、第1応答特性パターンに基づいて補正が行われると、第1PWM信号のパルス幅が補正量に相当する幅t’だけ減少する。
第2応答特性パターンに基づいて補正が行われると、図5(B)に示すように、第1PWM信号のパルス幅が補正量に相当する幅t’だけ増加する。
この場合、第2応答特性パターンに基づいて補正が行われると、第2PWM信号のパルス幅が補正量に相当する幅t’だけ減少する。
次に、DC/DCコンバータ1Aの出力電圧調整方法について、目標デューティの補正を行わない場合(図6(A))と、目標デューティの補正を行う場合(図6(B))とに分けて具体的に説明する。
時間t1〜t5においては、補正判定部12で判定される所定の入出力条件が満たされているものとし、また、記憶部14には、図4に示すフローによって応答特性パターンが選択された結果、応答特性パターンとして第1応答特性パターンが予め格納されているものとする。
図6(A)に示すように、時間t1において目標デューティ決定部11では、実測値V1と目標値Vとの差分の絶対値|V−V1|が本発明の閾値に相当する許容誤差αよりも大きいので、上記差分V−V1に応じて目標デューティXが調整され、新たな目標デューティX’が決定される。本具体例では、目標デューティXに、PWM信号生成部13で調整し得る目標デューティの最小刻み量xが調整量として加算される。
これらの信号で第1スイッチ手段2a、2dおよび第2スイッチ手段2b、2cを駆動させた結果、時間t2において、直流出力電圧の実測値がV2になり、実測値V2と目標値Vとの差分の絶対値|V−V2|が許容誤差α以下になるので、補正は行われない。
これらの信号で第1スイッチ手段2a、2dおよび第2スイッチ手段2b、2cを駆動させた結果、時間t2〜t3において、直流出力電圧の実測値V2が維持される。なお、時間t3以降は、目標デューティ決定部11、補正判定部12およびPWM信号生成部13で、時間t2における動作と同様の動作が行われ、直流出力電圧の実測値V2が維持される。
図6(B)に示すように、時間t1において、目標デューティX’をデューティとした第1PWM信号および第2PWM信号で第1スイッチ手段2a、2dおよび第2スイッチ手段2b、2cを駆動させた結果、時間t2において、直流出力電圧の実測値がV3になり、実測値V3と目標値Vとの差分の絶対値|V−V3|が許容誤差αよりも大きくなると、補正が行われる。
より詳しくは、時間t2においてPWM信号生成部13では、応答特性パターンとして記憶部14に予め格納された第1応答特性パターンに基づいて、補正前のデューティXを有する第1PWM信号と補正後のデューティX’を有する第2PWM信号とが生成される。
これらの信号で第1スイッチ手段2a、2dおよび第2スイッチ手段2b、2cを駆動させることで、時間t3において、直流出力電圧の実測値がV4になり、実測値V4と目標値Vとの差分の絶対値|V−V4|が許容誤差αよりも小さくなる。
これらの信号で第1スイッチ手段2a、2dおよび第2スイッチ手段2b、2cを駆動させた結果、時間t3〜t4において、直流出力電圧の実測値V4が維持される。なお、時間t4以降は、目標デューティ決定部11、補正判定部12およびPWM信号生成部13では、時間t3における動作と同様の動作が行われ、直流出力電圧の実測値V4が維持される。
図7に、本発明の第2実施形態に係るDC/DCコンバータ1Bを示す。同図に示すように、DC/DCコンバータ1Bは、応答特性検出回路20を備えている点において、第1実施形態に係るDC/DCコンバータ1Aと異なっている。
応答特性検出回路20は、第1実施形態に係るDC/DCコンバータ1Aに使用された応答特性検出回路20’と同じ機能をもったものである。
例えば、ステップS1および/またはステップS7を省略してもよいし、ステップS5に替えて直流出力電圧の実測値と所定の2つの閾値(例えば、図6の目標値V+許容誤差αと目標値V−許容誤差α)との大小関係を判定するステップを追加してもよい。なお、実測値と2つの閾値との大小関係を判定する場合、2つの閾値における許容誤差は同じ値でなくてもよい。
但し、補正量を最小刻み量に設定することで、短時間であっても第1オン時間と第2オン時間との間のオン時間差を最小にすることができる。
例えば、2つのスイッチング素子を有するハーフブリッジ回路を用いることができる。ハーフブリッジ回路を用いた場合、一方のスイッチング素子が第1スイッチ手段を構成し、他方のスイッチング素子が第2スイッチ手段を構成する。
2 ブリッジ回路
2a〜2d、 スイッチング素子
3 トランス
4 出力部
10 制御回路
11 目標デューティ決定部
12 補正判定部
13 PWM信号生成部
14 記憶部
20、20’ 応答特性検出回路
21 オン時間測定部
22 オン時間判定部
23 応答特性パターン変更部
Claims (3)
- 第1PWM信号で駆動される第1スイッチ手段と、第2PWM信号で駆動される第2スイッチ手段とを含むブリッジ回路を備えたDC/DCコンバータであって、
前記第1PWM信号に対する前記第1スイッチ手段の応答特性と、前記第2PWM信号に対する前記第2スイッチ手段の応答特性との関係に応じて選択された応答特性パターンが予め格納された記憶部と、
出力すべき直流出力電圧に基づいて前記第1PWM信号および前記第2PWM信号の目標デューティを決定する目標デューティ決定部と、
前記目標デューティの補正が必要か否かを判定する補正判定部と、
前記補正判定部で補正が不要と判定された場合は、前記第1PWM信号のデューティおよび前記第2PWM信号のデューティを前記目標デューティとし、前記補正判定部で補正が必要と判定された場合は、前記目標デューティに所定の補正量を加算または減算する補正を行い、前記応答特性パターンに基づいて、前記第1PWM信号のデューティまたは前記第2PWM信号のデューティの一方を前記補正後の目標デューティとするとともに他方を前記補正前の目標デューティとするPWM信号生成部と、
を備え、
前記第1スイッチ手段の応答特性は、所定のデューティを有する前記第1PWM信号に対する前記第1スイッチ手段の第1オン時間であり、
前記第2スイッチ手段の応答特性は、前記所定のデューティを有する前記第2PWM信号に対する前記第2スイッチ手段の第2オン時間であり、
前記記憶部には、
前記第1オン時間と前記第2オン時間の差分に相当するデューティ差が前記補正量よりも大きく、かつ前記第1オン時間が前記第2オン時間よりも長い場合は、前記目標デューティから前記補正量を減算したものを前記第1PWM信号のデューティとするか、または前記目標デューティに前記補正量を加算したものを前記第2PWM信号のデューティとする第1応答特性パターンが前記応答特性パターンとして予め格納され、
前記デューティ差が前記補正量よりも大きく、かつ前記第2オン時間が前記第1オン時間よりも長い場合は、前記目標デューティに前記補正量を加算したものを前記第1PWM信号のデューティとするか、または前記目標デューティから前記補正量を減算したものを前記第2PWM信号のデューティとする第2応答特性パターンが前記応答特性パターンとして予め格納され、
前記デューティ差が前記補正量以下の場合は、前記目標デューティに前記補正量を加算または減算したものを、一定周期毎交互に前記第1PWM信号のデューティまたは前記第2PWM信号のデューティとする第3応答特性パターンが前記応答特性パターンとして予め格納されていることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記第1オン時間および前記第2オン時間を測定するオン時間測定部と、
前記オン時間測定部で測定された前記第1オン時間と前記第2オン時間との差に相当するデューティ差と前記補正量との大小関係を判定し、前記デューティ差が前記補正量よりも大きい場合にさらに前記第1オン時間と前記第2オン時間との長短関係を判定するオン時間判定部と、
前記オン時間判定部の判定結果に応じて、前記第1応答特性パターン、前記第2応答特性パターンおよび前記第3応答特性パターンのいずれか1つを選択して新たな応答特性パターンとし、前記記憶部に格納されている前記応答特性パターンを前記新たな応答特性パターンに置き換える応答特性パターン変更部と、
をさらに備え、
前記応答特性パターン変更部は、
前記デューティ差が前記補正量以下と判定された場合は前記第3応答特性パターンを選択し、前記第1オン時間が前記第2オン時間よりも長いと判定された場合は前記第1応答特性パターンを選択し、前記第2オン時間が前記第1オン時間よりも長いと判定された場合は前記第2応答特性パターンを選択することを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記補正量は、前記PWM信号生成部が調整し得る前記目標デューティの最小刻み量であることを特徴とする請求項1または2に記載のDC/DCコンバータ。
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