JP5950350B2

JP5950350B2 - Ｄｃ／ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP5950350B2
Application number: JP2012278338A
Authority: JP
Inventors: 雄貴片山; 浩之炭村; 大隈　重男; 重男大隈
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP2014124029A

Description

本発明は、直流入力電圧を２以上のスイッチ手段でスイッチングして直流出力電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

従来から、第１ＰＷＭ信号で駆動される第１スイッチ手段と、第１ＰＷＭ信号とは位相が１８０°異なる第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（例えば、フルブリッジ回路）を備えたＤＣ／ＤＣコンバータが知られている。
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。

また、デューティの変化に対して直流出力電圧をリニアに変化させることができるＤＣ／ＤＣコンバータとして、第１ＰＷＭ信号のデューティおよび第２ＰＷＭ信号のデューティを予め補正しておき、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とが互いに異なるデューティを有するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４５３３９２７号公報

ところで、ＤＣ／ＤＣコンバータでは、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が、製造時の工程バラツキ等の影響により互いに異なる場合がある。
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。

この場合、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とが同じデューティを有する上記従来のＤＣ／ＤＣコンバータでは、オン時間が長いスイッチング素子とオン時間が短いスイッチング素子とに、流れる電流の平均値に偏り（以降、偏流）が生じる。
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。

一方、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とが異なるデューティを有する上記従来のＤＣ／ＤＣコンバータでも、偏流により素子が劣化するおそれがあり、特に、流れる電流の平均値の高いスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号に対して、デューティを大きくする補正が行われた場合には、偏流の傾向が強まるおそれがあった。
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。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、偏流による素子の劣化を防ぎつつ、目標通りの出力が可能なＤＣ／ＤＣコンバータおよび該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧調整方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、（１）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、
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。

この構成によれば、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に基づいて目標デューティが補正されるので、偏流による素子の劣化を防ぎつつ、目標通りの出力が可能となる。

上記（１）のＤＣ／ＤＣコンバータでは、（２）第１オン時間および第２オン時間を測定するオン時間測定部と、オン時間測定部で測定された第１オン時間と第２オン時間との差に相当するデューティ差と補正量との大小関係を判定し、デューティ差が補正量よりも大きい場合にさらに第１オン時間と第２オン時間との長短関係を判定するオン時間判定部と、オン時間判定部の判定結果に応じて、第１応答特性パターン、第２応答特性パターンおよび第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、記憶部に格納されている応答特性パターンを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、
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。

この構成によれば、長期間の使用により、第１ＰＷＭ信号に対する第１スイッチ手段の応答特性や第２ＰＷＭ信号に対する第２スイッチ手段の応答特性が変化した場合であっても、最新の応答特性に応じた応答特性パターンを記憶部に格納することができる。

上記（１）または（２）のＤＣ／ＤＣコンバータでは、例えば、（３）補正量を、ＰＷＭ信号生成部が調整し得る目標デューティの最小刻み量とすることができる。

本発明によれば、偏流による素子の劣化を防ぎつつ、目標通りの出力が可能なＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。第１実施形態における制御回路のブロック図である。第１実施形態における補正判定部の動作を示すフローチャートである。応答特性検出回路の動作を示すフローチャートである。第１実施形態における第１ＰＷＭ信号および第２ＰＷＭ信号の波形図であって、（Ａ）は第１応答特性パターンに基づいて補正した場合の波形図、（Ｂ）は第２応答特性パターンに基づいて補正した場合の波形図、（Ｃ）は第３応答特性パターンに基づいて補正した場合の波形図である。第１実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧波形図およびそのときのデューティの変化を示す図であって、（Ａ）は補正を行わなかった場合の図、（Ｂ）は補正を行った場合の図である。本発明の第２実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。第２実施形態における応答特性検出回路のブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータおよび該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧調整方法の好ましい実施形態について説明する。

［第１実施形態］
（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。

ブリッジ回路２は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の４つのスイッチング素子２ａ〜２ｄを有している。各スイッチング素子２ａ〜２ｄには、フリーホイールダイオードが並列接続されている。
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。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａでは、直流入力電圧がブリッジ回路２に入力された状態において、ブリッジ回路２で直流入力電圧から１次側交流電圧が生成され、トランス３で１次側交流電圧が昇圧または降圧されて２次側交流電圧に変換され、出力部４で２次側交流電圧から直流出力電圧が生成される。

制御回路１０は、例えばマイクロコンピュータとその上で実行されるプログラムとからなり、図２に示すように、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１１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１２と、第１ＰＷＭ信号および第２ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部１３と、記憶部１４とを有している。

目標デューティ決定部１１には、予め設定された直流出力電圧の目標値と、不図示の電圧測定手段により測定された直流出力電圧の実測値とが入力される。
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。

さらに、目標デューティ決定部１１では、目標値に基づいて決定された目標デューティをデューティとする第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が駆動された際に出力される直流出力電圧の実測値と上記目標値との差分に応じて目標デューティが調整され、調整後の目標デューティが新たな目標デューティとして決定される場合がある。
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。

補正判定部１２は、所定時間毎（例えば、図６の△ｔ毎）に、図３に示す手順で目標デューティの補正が必要か否かを判定する。同図に示すように、補正判定部１２では、まず目標デューティの調整が行われたか否かが判定される（Ｓ１）。

ステップＳ１において、目標デューティの調整が行われたと判定された場合には（Ｓ１でＹＥＳ）、補正が不要と判定され（Ｓ２）、該判定結果がＰＷＭ信号生成部１３に出力される。一方、ステップＳ１において、目標デューティの調整が行われていないと判定された場合には（Ｓ１でＮＯ）、続いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａが正常に動作しているか否か、すなわち、所定の入出力条件を満たすか否かが判定される（Ｓ３）。

本実施形態では、入出力条件として、直流入力電圧が所定値（例えば、３００Ｖ）よりも大きく、かつ出力部４から出力された直流出力電流が所定の範囲内（例えば、１５Ａ〜９０Ａ）に含まれているか否かが判定される。

ステップＳ３において、所定の入出力条件を満たさないと判定された場合には（Ｓ３でＮＯ）、補正が不要（本実施形態に示す補正対象外）と判定され（Ｓ４）、該判定結果がＰＷＭ信号生成部１３に出力される。一方、ステップＳ３において、所定の入出力条件を満たすと判定された場合には（Ｓ３でＹＥＳ）、続いて、直流出力電圧の目標値と電圧測定手段により測定された直流出力電圧の実測値との差分の絶対値が、所定の閾値（例えば、０．２Ｖ）よりも大きいか否かが判定される（Ｓ５）。

ステップＳ５において、上記差分の絶対値が閾値よりも大きいと判定された場合には（Ｓ５でＹＥＳ）、補正が必要と判定され（Ｓ６）、該判定結果がＰＷＭ信号生成部１３に出力される。一方、ステップＳ５において、上記差分の絶対値が閾値以下と判定された場合には（Ｓ５でＮＯ）、続いて、直前にＰＷＭ信号生成部１３で補正が行われたか否かが判定される（Ｓ７）。

ステップＳ７において、直前に補正が行われたと判定された場合には（Ｓ７でＹＥＳ）、補正が必要と判定され（Ｓ８）、該判定結果がＰＷＭ信号生成部１３に出力される。一方、ステップＳ７において、直前に補正が行われていないと判定された場合には（Ｓ７でＮＯ）、補正が不要と判定され（Ｓ９）、該判定結果がＰＷＭ信号生成部１３に出力される。

ＰＷＭ信号生成部１３は、所定時間毎（例えば、図６の△ｔ毎）に、第１ＰＷＭ信号および第２ＰＷＭ信号のデューティの見直しを行い、第１ＰＷＭ信号および第２ＰＷＭ信号を生成する。

具体的には、ＰＷＭ信号生成部１３は、補正判定部１２で補正が不要と判定された場合には（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ９）、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決定部１１で決定された目標デューティとする。
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。

記憶部１４には、第１ＰＷＭ信号に対する第１スイッチ手段２ａ、２ｄの応答特性と、第２ＰＷＭ信号に対する第２スイッチ手段２ｂ、２ｃ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ている。

具体的には、記憶部１４では、後述する第１応答特性パターン、第２応答特性パターンおよび第３応答特性パターンが選択可能になっており、選択されたいずれか１つパターンが応答特性パターンとして格納される。

図４に、応答特性パターンを記憶部１４に格納するための手順を示す。応答特性パターンの格納は、別途用意された応答特性検出回路２０’（図１参照）により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの出荷前に行われる。

図４に示すように、応答特性検出回路２０’では、まず、所定のデューティを有する第１ＰＷＭ信号で第１スイッチ手段２ａ、２ｄを駆動させた際にトランス３に流れる電流に基づいて、第１オン時間が測定され、上記所定のデューティを有する第２ＰＷＭ信号で第２スイッチ手段２ｂ、２ｃを駆動させた際にトランス３に流れる電流に基づいて、第２オン時間が測定される（Ｓ１１）。
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。

次いで、応答特性検出回路２０’では、第１オン時間と第２オン時間との差に相当するデューティ差が算出され、算出されたデューティ差と補正量との大小関係が判定される（Ｓ１２）。この補正量は、上述したように、ＰＷＭ信号生成部１３で補正を行う際に目標デューティに加算または減算されるものである。

ステップＳ１２において、デューティ差が補正量以下と判定された場合には（Ｓ１２でＮＯ）、応答特性検出回路２０’により、第３応答特性パターンが選択され、該第３応答特性パターンが応答特性パターンとして記憶部１４に格納される（Ｓ１３）。

本実施形態では、第３応答特性パターンは、目標デューティ決定部１１で決定された目標デューティに補正量を加算したものを、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ものである。
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。

第３応答特性パターンは、目標デューティ決定部１１で決定された目標デューティから補正量を減算したものを、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ものであってもよい。
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。

一方、ステップＳ１２において、デューティ差が補正量よりも大きいと判定された場合には（Ｓ１２でＹＥＳ）、さらに第１オン時間と第２オン時間との長短関係が判定される（Ｓ１４）。

ステップＳ１４において、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には（Ｓ１４でＹＥＳ）、応答特性検出回路２０’により、第１応答特性パターンが選択され、該第１応答特性パターンが応答特性パターンとして記憶部１４に格納される（Ｓ１５）。

本実施形態では、第１応答特性パターンは、目標デューティ決定部１１で決定された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ものである。
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。

第１応答特性パターンは、目標デューティ決定部１１で決定された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ものであってもよい。
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。

一方、ステップＳ１４において、第１オン時間が第２オン時間よりも短いと判定された場合には（Ｓ１４でＮＯ）、応答特性検出回路２０’により、第２応答特性パターンが選択され、該第２応答特性パターンが応答特性パターンとして記憶部１４に格納される（Ｓ１６）。

本実施形態では、第２応答特性パターンは、目標デューティ決定部１１で決定された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ものである。
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。

第２応答特性パターンは、目標デューティ決定部１１で決定された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ものであってもよい。
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。

上述したように、第１応答特性パターン、第２応答特性パターンおよび第３応答特性パターンには、いずれも補正量を加算する場合と減算する場合の２つパターンがあるが、応答特性パターンとして、これら２つのパターンが選択可能に格納されていてもよいし、いずれか一方のパターンのみが格納されていてもよい。

（ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧調整方法）
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。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａでは、目標デューティ決定部１１による目標デューティの決定と、補正判定部１２による補正の要否判定と、ＰＷＭ信号生成部１３による第１ＰＷＭ信号および第２ＰＷＭ信号のデューティの見直しとを含む一連の動作が、所定時間△ｔ毎に行われる。

時間ｔ_１における直流出力電圧の実測値Ｖ_１は、目標値Ｖに基づいて決定された目標デューティＸをデューティとする第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を駆動させた際に出力された直流出力電圧を、不図示の電圧測定手段で測定したものである。
時間ｔ_１〜ｔ_５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。

（補正を行わない場合）
図６（Ａ）に示すように、時間ｔ_１において目標デューティ決定部１１では、実測値Ｖ_１と目標値Ｖとの差分の絶対値｜Ｖ−Ｖ_１｜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−Ｖ_１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。

目標デューティ決定部１１で目標デューティＸ’（＝Ｘ＋ｘ）が決定されると、時間ｔ_１において補正判定部１２では、目標デューティの調整が行われたと判定されて（図３のＳ１でＹＥＳ）、補正が不要と判定される（Ｓ２）。

補正判定部１２で補正が不要と判定されると、時間ｔ_１においてＰＷＭ信号生成部１３では、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を駆動させた結果、時間ｔ_２において、直流出力電圧の実測値がＶ_２になり、実測値Ｖ_２と目標値Ｖとの差分の絶対値｜Ｖ−Ｖ_２｜が許容誤差α以下になるので、補正は行われない。

具体的には、時間ｔ_２において目標デューティ決定部１１では、時間ｔ_１において目標デューティＸの調整が行われたことにより上記差分の絶対値｜Ｖ−Ｖ_２｜が許容誤差α以下になったので、目標値Ｖに基づいて決定された目標デューティＸが調整され、目標デューティＸ’が決定される。

目標デューティ決定部１１で目標デューティＸ’が決定されると、時間ｔ_２において補正判定部１２では、目標デューティの調整が行われたと判定されて（Ｓ１でＹＥＳ）、補正が不要と判定される（Ｓ２）。

補正判定部１２で補正が不要と判定されると、時間ｔ_２においてＰＷＭ信号生成部１３では、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を駆動させた結果、時間ｔ_２〜ｔ_３において、直流出力電圧の実測値Ｖ_２が維持される。なお、時間ｔ_３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ｔ_２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Ｖ_２が維持される。

（補正を行う場合）
図６（Ｂ）に示すように、時間ｔ_１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ｔ_２において、直流出力電圧の実測値がＶ_３になり、実測値Ｖ_３と目標値Ｖとの差分の絶対値｜Ｖ−Ｖ_３｜が許容誤差αよりも大きくなると、補正が行われる。

具体的には、時間ｔ_２において目標デューティ決定部１１では、時間ｔ_１において目標デューティＸに加算された調整量が最小刻み量ｘであることからさらなる微調整はできないので、目標デューティＸの調整は行われず、目標デューティＸが目標デューティとして決定される。

目標デューティ決定部１１で目標デューティＸが決定されると、時間ｔ_２において補正判定部１２では、目標デューティの調整が行われていないと判定され（Ｓ１でＮＯ）、所定の入出力条件を満たすと判定され（Ｓ３でＹＥＳ）、さらに実測値Ｖ_３と目標値Ｖとの差分の絶対値｜Ｖ−Ｖ_３｜が許容誤差αよりも大きいと判定されるので（Ｓ５でＹＥＳ）、補正が必要と判定される（Ｓ６）。

補正判定部１２で補正が必要と判定されると、時間ｔ_２においてＰＷＭ信号生成部１３では、目標デューティＸに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補正量ｘを加算する補正が行われる。
より詳しくは、時間ｔ_２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ｔ_３において、直流出力電圧の実測値がＶ_４になり、実測値Ｖ_４と目標値Ｖとの差分の絶対値｜Ｖ−Ｖ_４｜が許容誤差αよりも小さくなる。

次いで、時間ｔ_３において目標デューティ決定部１１では、上記差分の絶対値｜Ｖ−Ｖ_４｜が許容誤差αよりも小さいので、目標デューティＸの調整は行われず、目標値Ｖに基づいて目標デューティＸが決定される。

目標デューティ決定部１１で目標デューティＸが決定されると、時間ｔ_３において補正判定部１２では、目標デューティの調整が行われていないと判定され（Ｓ１でＮＯ）、所定の入出力条件を満たすと判定され（Ｓ３でＹＥＳ）、上記差分の絶対値｜Ｖ−Ｖ_４｜が許容誤差α以下と判定され（Ｓ５でＮＯ）、さらに、直前に補正が行われたと判定されるので（Ｓ７でＹＥＳ）、補正が必要と判定される（Ｓ８）。

補正判定部１２で補正が必要と判定されると、時間ｔ_３においてＰＷＭ信号生成部１３では、上述したように、第１応答特性パターンに基づいてデューティＸを有する第１ＰＷＭ信号とデューティ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を駆動させた結果、時間ｔ_３〜ｔ_４において、直流出力電圧の実測値Ｖ_４が維持される。なお、時間ｔ_４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ｔ_３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Ｖ_４が維持される。

結局、本実施形態にかかるＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａおよび該ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの出力電圧調整方法によれば、第１ＰＷＭ信号に対する第１スイッチ手段２ａ、２ｄの応答特性と第２ＰＷＭ信号に対する第２スイッチ手段２ｂ、２ｃの応答特性との関係に応じて予め選択された応答特性パターンに基づいて、第１ＰＷＭ信号および／または第２ＰＷＭ信号のデューティ（目標デューティ）が補正されるので、偏流による第１スイッチ手段２ａ、２ｄまたは第２スイッチ手段２ｂ、２ｃ、およびトランス３等の素子の劣化を防ぎつつ、目標通りの出力が可能となる。

［第２実施形態］
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。

図８に示すように、応答特性検出回路２０は、オン時間測定部２１と、オン時間判定部２２と、応答特性パターン変更部２３とを有している。
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。

オン時間測定部２１は、所定のデューティを有する第１ＰＷＭ信号で第１スイッチ手段２ａ、２ｄを駆動させた際にトランス３に流れる電流に基づいて、第１オン時間を測定し、かつ上記所定のデューティを有する第２ＰＷＭ信号で第２スイッチ手段２ｂ、２ｃを駆動させた際にトランス３に流れる電流に基づいて、第２オン時間を測定する。

オン時間判定部２２は、第１オン時間と第２オン時間との差に相当するデューティ差を算出し、該デューティ差と補正量との大小関係を判定し、デューティ差が補正量よりも大きいと判定した場合にさらに第１オン時間と第２オン時間との長短関係を判定する。

応答特性パターン変更部２３は、オン時間判定部２２の判定結果に応じて、第１応答特性パターン、第２応答特性パターンおよび第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、記憶部１４に格納されている応答特性パターンを新たな応答特性パターンに置き換える。

具体的には、応答特性パターン変更部２３は、デューティ差が補正量以下と判定された場合には第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には第１応答特性パターンを選択し、第１オン時間が第２オン時間よりも短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。

本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂでは、応答特性検出回路２０により、第１ＰＷＭ信号に対する第１スイッチ手段２ａ、２ｄの応答特性および第２ＰＷＭ信号に対する第２スイッチ手段２ｂ、２ｃの応答特性を検出することができるので、長期間の使用により上記応答特性の少なくとも一方が変化した場合であっても、最新の応答特性に応じた応答特性パターンを記憶部１４に格納することができる。

その結果、本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂによれば、最新の応答特性パターンに基づいて、第１ＰＷＭ信号および／または第２ＰＷＭ信号のデューティ（目標デューティ）が補正されるので、偏流による第１スイッチ手段２ａ、２ｄまたは第２スイッチ手段２ｂ、２ｃ、およびトランス３等の素子の劣化を防ぎつつ、目標通りの出力が可能となる。

以上、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータおよび該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧調整方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。

上記各実施形態では、目標デューティ決定部１１は、出力すべき直流出力電圧に基づいて目標デューティを決定する方法として、直流出力電圧の目標値から目標デューティを決定し、直流出力電圧の実測値と上記目標値との差分に応じて目標デューティを調整する方法を採用しているが、直流出力電圧の実測値と上記目標値との差分から目標デューティを決定する方法を採用してもよい。

上記各実施形態では、補正判定部１２は、図３に示す手順で目標デューティの補正が必要か否かを判定しているが、各ステップの順番を入れ替えてもよいし、いずれかのステップを省略したり、別のステップを追加したりしてもよい。
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。

さらに、補正判定部１２では、ステップＳ３における入出力条件やステップＳ５における閾値も任意に変更可能である。

上記各実施形態では、応答特性検出回路２０、２０’は、図４に示す手順で応答特性パターンを選択しているが、第１ＰＷＭ信号に対する第１スイッチ手段２ａ、２ｄの応答特性と、第２ＰＷＭ信号に対する第２スイッチ手段２ｂ、２ｃの応答特性との関係に応じて応答特性パターンが選択されるのであれば、これ以外の手順で応答特性パターンを選択してもよい。

さらに、上記各実施形態では、補正量を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に設定しているが、最小刻み量よりも大きい値に設定してもよい。
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。

また、上記各実施形態では、ブリッジ回路として、４つのスイッチング素子２ａ〜２ｄを有するフルブリッジ回路２を用いているが、２以上のスイッチング素子を有するものであれば任意に変更することができる。
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。

１Ａ、１ＢＤＣ／ＤＣコンバータ
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
１３ＰＷＭ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

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。