JP6531767B2 - Power converter - Google Patents
Power converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP6531767B2 JP6531767B2 JP2016574727A JP2016574727A JP6531767B2 JP 6531767 B2 JP6531767 B2 JP 6531767B2 JP 2016574727 A JP2016574727 A JP 2016574727A JP 2016574727 A JP2016574727 A JP 2016574727A JP 6531767 B2 JP6531767 B2 JP 6531767B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- state
- switching element
- semiconductor switching
- time
- reactor
- 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.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 495
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 214
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 58
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 120
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 56
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 22
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 17
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000007562 laser obscuration time method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 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
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Description
本発明は、電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power converter.
電源から出力された直流電圧を値の異なる直流電圧に変換して負荷に供給する電力変換装置が有する回路の一つに、1石型昇圧回路がある。一般的な1石型昇圧回路は、回路の入力側の電圧を平滑化するための第1のコンデンサーと、エネルギーを蓄積させるためのリアクトルと、リアクトルにエネルギーを充電する際にオン状態となる第1の半導体スイッチング素子とを備えている。そして、第1の半導体スイッチング素子には、第1の半導体スイッチング素子がオフ状態となる時に第1の半導体スイッチング素子に印加される高電圧から第1の半導体スイッチング素子を保護するための第1の整流素子が逆並列に接続されている。さらに、第1の半導体スイッチング素子がオフ状態のときにリアクトルに充電されたエネルギーを出力側に放出すると共に回路の出力側からの逆流を防止する第2の整流素子と、回路の出力側の電圧を平滑化するための第2のコンデンサーとを備えている。 One of the circuits included in a power conversion device that converts a DC voltage output from a power supply into a DC voltage having a different value and supplies the DC voltage to a load is a one-stone booster circuit. In a general single-stone booster circuit, a first capacitor for smoothing the voltage on the input side of the circuit, a reactor for storing energy, and an ON state when energy is charged to the reactor And one semiconductor switching element. The first semiconductor switching device further includes a first semiconductor switching device to protect the first semiconductor switching device from a high voltage applied to the first semiconductor switching device when the first semiconductor switching device is turned off. The rectifying elements are connected in reverse parallel. Furthermore, when the first semiconductor switching element is in the off state, the energy charged in the reactor is released to the output side, and the second rectifying element for preventing the backflow from the output side of the circuit, the voltage on the output side of the circuit And a second capacitor for smoothing.
このような一般的な1石型昇圧回路の第2の整流素子に、第2の半導体スイッチング素子を逆並列に接続し、第2の整流素子に電流が流れる期間に第2の半導体スイッチング素子をオン状態として第2の半導体スイッチング素子に電流を流す同期整流の動作を可能にした1石型昇圧回路がある。このような同期整流可能な1石型昇圧回路において、電源から供給される電圧が予め設定された電圧の閾値よりも高い電圧のときには、第2の半導体スイッチング素子をオフ状態に維持し、かつ第1の半導体スイッチング素子が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを行い、同期整流を行わない(この動作を非同期整流と呼ぶ。)。そして、電源から供給される電圧が予め設定された電圧の閾値よりも低いときには、第1の切り替えに同期して、第2の半導体スイッチング素子が第2のオン状態と第2のオフ状態とを切り替える第2の切り替えを行う同期整流を行う(例えば、特許文献1)。ここで、閾値電圧は、出力側からの逆流が生じないように設定されている。
The second semiconductor switching device is connected in anti-parallel to the second rectifying device of such a general 1-stone booster circuit, and the second semiconductor switching device is connected in a period in which current flows in the second rectifying device. There is a one-stone type booster circuit that enables an operation of synchronous rectification in which a current flows to the second semiconductor switching element in the on state. When the voltage supplied from the power supply is a voltage higher than a preset voltage threshold in such a synchronous rectification type single step-up circuit, the second semiconductor switching element is maintained in the OFF state, and The
しかしながら、このような非同期整流と同期整流との切り替えを行うことがある同期整流が可能な1石型昇圧回路においては、実際には非同期整流から同期整流へ切り替える際に問題が起きることがあった。 However, in a single-transistor boost circuit capable of synchronous rectification, which may switch between such asynchronous rectification and synchronous rectification, there may actually be a problem when switching from asynchronous rectification to synchronous rectification. .
第2の半導体スイッチング素子をオフ状態に維持し、かつ第1の半導体スイッチング素子が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを繰り返し、第1のオン状態の時間を示す第1のオン時間の方が第1のオフ状態の時間を示す第1のオフ時間よりも短く、リアクトルに蓄えられるエネルギーが少ない場合を考える。このとき、リアクトルに流れる電流が不連続となることがある。このリアクトルに流れる電流が不連続の場合に、非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行すると、逆方向、すなわち負荷から電源へ向かう方向に流れてしまう電流量が多くなり、電力変換装置が負荷に供給したい電力を負荷に供給出来ていない状態が発生してしまう。つまり、電力変換装置は負荷に供給するべき電力を負荷に供給することが出来ず、電力変換装置が負荷に供給する電力に変動が発生してしまう。 The first switching operation is repeated by maintaining the second semiconductor switching element in the off state and switching the first semiconductor switching element between the first on state and the first off state, and the time of the first on state A case is considered where the first on time shown is shorter than the first off time indicating the time in the first off state, and the energy stored in the reactor is small. At this time, the current flowing to the reactor may be discontinuous. When the current flowing to the reactor is discontinuous, transitioning from the asynchronous rectification state to the synchronous rectification state increases the amount of current flowing in the reverse direction, that is, from the load to the power supply, causing the power converter to There is a situation where the load can not be supplied with the power it wants to supply. That is, the power converter can not supply the load with the power to be supplied to the load, and a change occurs in the power supplied to the load by the power converter.
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行したときに、負荷に供給する電力の変動を抑制した電力変換装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a power conversion device in which fluctuations in power supplied to a load are suppressed when transitioning from an asynchronous rectification state to a synchronous rectification state. With the goal.
本発明にかかる電力変換装置は、第1の端子と第2の端子とを有し、第1の端子が電源の正極と接続されたリアクトルと、リアクトルの第2の端子と電源の負極との間に接続された第1の半導体スイッチング素子と、リアクトルの第2の端子と負荷の正側との間に接続され、第2の端子から送出された電流を負荷に送出するように整流する整流素子と、整流素子に並列に接続された第2の半導体スイッチング素子と、第1の半導体スイッチング素子及び第2の半導体スイッチング素子を駆動させる駆動信号を送出する駆動装置と、第1の半導体スイッチング素子及び第2の半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御信号を駆動装置へ送出する制御装置とを備え、第2の半導体スイッチング素子がオフ状態に維持され、かつ第1の半導体スイッチング素子が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを行う非同期整流の状態から、第1の切り替えに同期して、第2の半導体スイッチング素子が第2のオン状態と第2のオフ状態とを切り替える第2の切り替えを行う同期整流の状態へ移行する場合に、制御装置は、同期整流の状態において移行後の1回目の第1の切り替えにおける第1の半導体スイッチング素子が第1のオフ状態の時に、第1のオフ状態の時間を示す第1のオフ時間よりも短い第2のオン時間で移行後の1回目の第2の切り替えにおける第2の半導体スイッチング素子を第2のオン状態とするように制御し、第2のオン時間は、第1のオフ時間からデッドタイム期間を引いた時間よりも短くするように制御することを特徴とする。
A power converter according to the present invention has a first terminal and a second terminal, and the first terminal is connected to the positive electrode of the power supply, the second terminal of the reactor and the negative electrode of the power supply. A rectifier connected between the first semiconductor switching element connected between the second terminal and the second terminal of the reactor and the positive side of the load to rectify the current sent from the second terminal to be delivered to the load Device, a second semiconductor switching device connected in parallel to the rectifying device, a driving device for transmitting a drive signal for driving the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device, and the first semiconductor switching device And a control device for sending a control signal for controlling the driving of the second semiconductor switching device to the driving device, the second semiconductor switching device being maintained in the OFF state, and the first semiconductor device being The second semiconductor switching element operates in the second on state in synchronization with the first switching from the asynchronous rectification state in which the first switching element switches the first on state and the first off state. When transitioning to the synchronous rectification state in which the second switching is performed to switch between the second switching state and the second off state, the control device controls the first semiconductor switching in the first switching after the transition in the synchronous rectification state. The second semiconductor switching element in the first switching after transition at a second on time shorter than the first off time indicating the first off time when the element is in the first off state Is controlled to be in the second on state, and the second on time is controlled to be shorter than the time obtained by subtracting the dead time period from the first off time .
本発明にかかる電力変換装置は、非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行したときに、負荷に供給する電力の変動を抑制することができる。制御装置は、第2の半導体スイッチング素子のオン時間を、第1の半導体スイッチング素子のオフ時間よりも短くなるように制御しているので、電流が逆方向に流れる時間が短くなるからである。 The power conversion device according to the present invention can suppress fluctuations in the power supplied to the load when shifting from the asynchronous rectification state to the synchronous rectification state. This is because the control device controls the on time of the second semiconductor switching element to be shorter than the off time of the first semiconductor switching element, so the time in which the current flows in the reverse direction is shortened.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置の構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30を用いて構成された電力変換システム31を示す概略図である。図1において、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、電源301から出力された直流電圧を、昇圧して、負荷309に供給する電力変換システム31を構成する。
The configuration of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、同期整流が可能な1石型昇圧回路を有する。本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、第1のコンデンサー302と、第1の端子と第2の端子とを有し第1の端子が第1のコンデンサーの302の正側と接続されたリアクトル303とを有する。ここで、リアクトル303の第1の端子は、第1のコンデンサー302と接続されるので、図1において、リアクトル303の左端を示している。第2の端子は、リアクトル303の右端である。
The
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、さらに、リアクトル303の第2の端子と第1のコンデンサー302の負側との間に接続された第1の半導体スイッチング素子304と、第1の半導体スイッチング素子304と逆並列に接続され、第1の半導体スイッチング素子304がオフ状態となったときに第1の半導体スイッチング素子304を保護する第1の整流素子305とを有する。すなわち、第1の半導体スイッチング素子304は、正端子がリアクトル303の第2の端子に接続し、負端子が第1のコンデンサー302の負側に接続している。第1の整流素子305は、アノード側が第1のコンデンサー302の負側に接続し、カソード側がリアクトル303の第2の端子に接続している。
The
さらに、リアクトル303の第2の端子に接続され、第2の端子から送出された電流を整流する第2の整流素子306と、第2の整流素子306に逆並列に接続された第2の半導体スイッチング素子307と、第2の整流素子306によって整流された電流が流れる位置であって、第2の整流素子306と第1のコンデンサー302の負側に接続された第2のコンデンサー308とを有する。すなわち、第2の整流素子306は、アノード側がリアクトル303の第2の端子に接続し、カソード側が負荷309の正側に接続している。第2の半導体スイッチング素子307は、負端子がリアクトル303の第2の端子に接続し、正端子が第2のコンデンサー308の正側及び負荷309の正側に接続している。
Furthermore, a second rectifying
ここで、第1のコンデンサー302の正側とは、図1において第1のコンデンサー302の上端を示している。したがって、第1のコンデンサー302の負側とは、図1において第1のコンデンサー302の下端である。なお、第2の整流素子306は、図1に示されているように整流方向が左から右へ向かう方向が順方向で、右から左へ向かう方向が逆方向となっている。
Here, the positive side of the
電源301は二極を有し、正極はリアクトル303の第1の端子と接続し、負極は第1の半導体スイッチング素子304と接続されている。さらに、電源301には、第1のコンデンサー302が並列に接続されている。負荷309は、正側に第2の整流素子306によって整流された電流が入力されるように接続されている。
The
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、上述したような構成となっている同期整流が可能な1石型昇圧回路と、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307を駆動させる駆動信号を送出する駆動装置320と、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307の駆動を制御する制御信号を駆動装置320へ送出する制御装置321とを備えている。
The
駆動装置320は、第1の半導体スイッチング素子304の制御端子に対しては、第1の半導体スイッチング素子304を駆動する駆動信号315を送出し、第2の半導体スイッチング素子307の制御端子に対しては、第2の半導体スイッチング素子307を駆動する駆動信号316を送出する。制御装置321は、第1の半導体スイッチング素子304を制御する制御信号312と、第2の半導体スイッチング素子307を制御する制御信号314と、同期整流動作切り替え信号313とを駆動装置320へ送出する。
The
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、制御装置321によって生成された第1の半導体スイッチング素子304の制御信号312を受けた駆動装置320が、第1の半導体スイッチング素子304のオン状態とオフ状態を切り替えることによって、電源301から出力された電圧よりも高い電圧を負荷309に出力する。
In the
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、さらに、入力側電圧検出器310と、出力側電圧検出器311とを備えている。入力側電圧検出器310は、第1のコンデンサー302の両端にかかる電圧の値を測定している。出力側電圧検出器311は、第2のコンデンサー308の両端にかかる電圧の値を測定している。
The
ここで電源301は、本発明の実施の形態1では、直流安定化電源を使用した場合を想定して説明するが、蓄電池、太陽光電池などであってもよい。また、負荷309は、本発明の実施の形態1ではインバータを介した交流負荷を想定して説明するが、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が接続される負荷309は、インバータを介した交流負荷に替えて、純抵抗負荷、定電力負荷などであってもよい。
Here, in the first embodiment of the present invention, the
第1の整流素子305は、第1の半導体スイッチング素子304がオフ状態となったときに第1の半導体スイッチング素子304を保護するものであるので、還流ダイオード、フリーホイールダイオード(FWD:Free Wheel Diode)などと呼ばれるものである。
The
第2の半導体スイッチング素子307は、本発明の実施の形態1では、双方向に電流を流すことができる金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)としている。これに限ることはなく、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。第2の半導体スイッチング素子307にIGBTを使用する場合は、IGBTは片方向にのみ電流が流れるので、コレクタ電極側を第2のコンデンサー308の正側と接続する。
In the first embodiment of the present invention, the second
第1の半導体スイッチング素子304は、本発明の実施の形態1では、MOSFETとしているが、IGBTであってもよい。第1の半導体スイッチング素子304にIGBTを使用する場合は、IGBTは片方向にのみ電流が流れるので、コレクタ電極側をリアクトル303の第2の端子と接続する。
The first
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態に維持され、かつ第1の半導体スイッチング素子304が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを行う非同期整流の状態から、第1の切り替えに同期して、第2の半導体スイッチング素子307が第2のオン状態と第2のオフ状態とを切り替える第2の切り替えを行う同期整流の状態へ移行する場合に、制御装置321は、同期整流の状態において第1の半導体スイッチング素子304を第1のオフ状態とする時に、第1のオフ状態の時間を示す第1のオフ時間よりも短い第2のオン時間で第2の半導体スイッチング素子307を第2のオン状態とするように制御することを特徴としている。すなわち、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、制御装置321が本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30の主回路に対して送出する制御信号に特徴を有している。
In the
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、同期整流が可能な1石型昇圧回路において、非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行する際に起きる課題を解決する。本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30についてさらに詳細な説明をする前に、まず、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が解決するその課題について説明する。
The
図2は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が解決する課題を説明するための図であり、比較例の電力変換装置の制御装置が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the problem to be solved by the
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が有する主回路と、比較例の電力変換装置が有する主回路は同じ構成であるため、構成の図示は省略する。そのため、比較例の電力変換装置が有する主回路を構成しているものも、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が有する主回路を構成しているものと同じ名称及び符号を使用して図2を説明するが、図2は比較例の電力変換装置の制御装置が送出する制御信号の波形とリアクトルに流れる電流の波形である。
Since the main circuit of the
図2では、第1の半導体スイッチング素子304の駆動を制御する制御信号の波形が、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形5201として示されている。第2の半導体スイッチング素子307の駆動を制御する制御信号の波形は、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形5202として示されている。他に図2には、同期整流動作切り替え信号波形5204と、リアクトル303の電流波形5203とが示されている。リアクトル303の電流波形5203は、リアクトル303に流れる電流の波形を示しているが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。
In FIG. 2, the waveform of the control signal for controlling the driving of the first
第1のオン状態の時間を示す第1のオン時間は、図2ではT1として示し、第1のオフ状態の時間を示す第1のオフ時間はT2として示す。また、図2におけるスイッチング周期は、Tとして示され、第1の切り替えの1周期である。図2の動作を行う比較例の電力変換装置が備える回路において、第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態に維持し、かつ第1の半導体スイッチング素子304が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを繰り返している非同期整流の状態において、例えば、第1のオン時間T1の方が第1のオフ時間T2よりも短く、リアクトル303に蓄えられるエネルギーが少ない場合を考える。図2において、領域A1は非同期整流を行っている状態の範囲を示しているが、領域A1では、同期整流が可能な1石型昇圧回路の第1の半導体スイッチング素子304に対して送出されている制御信号の波形は、図2のスイッチング信号波形5201に示されるように、第1のオン時間T1が短いためにリアクトル303に蓄えられるエネルギーが少ない。第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態に維持し、かつ第1の半導体スイッチング素子304が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを行う非同期整流の状態とは、同期整流動作切り替え信号波形5204がオンになる前である。
A first on-time indicating a first on-time is shown as T1 in FIG. 2 and a first off-time indicating a first off-time is shown as T2. Also, the switching cycle in FIG. 2 is indicated as T, which is one cycle of the first switching. In the circuit included in the power conversion device of the comparative example performing the operation of FIG. 2, the second
図2に示すように、第1のオン時間T1の方が第1のオフ時間T2よりも短く、リアクトル303に蓄えられるエネルギーが少ないとき、リアクトル303に流れる電流が、一時的に0となって電流が不連続となることがある。このように、第1のオン時間T1が第1のオフ時間T2よりも短くするなどしたことで、電流が不連続に流れる状態する動作を、不連続モードと呼ぶことにする。
As shown in FIG. 2, when the first on-time T1 is shorter than the first off-time T2 and the energy stored in the
領域A1の状態では、図2の動作を行う比較例の電力変換装置は、第1の半導体スイッチング素子304をオン状態にしている間はリアクトル303にエネルギーを蓄積し、第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態としている間ではリアクトル303に蓄えられたエネルギーを第2の整流素子306を通過させて負荷309へと供給している。このとき、第2の整流素子306を通過した電流によって第2の整流素子306で電圧降下が発生する。第2の整流素子306に流れる電流と電圧降下した電圧の積が第2の整流素子306で発生する電力損失となる。
In the state of the area A1, the power conversion device of the comparative example performing the operation of FIG. 2 stores energy in the
ここで、リアクトル303に電流が流れなくなると、第2のコンデンサー308の両端にかかる電圧の方が、第1のコンデンサー302の両端にかかる電圧よりも高くなっている。そのため、第2の半導体スイッチング素子307がオン状態であれば、第2のコンデンサー308側から第1のコンデンサー302側へと電流が流れる。しかしながら、領域A1の状態では第2の半導体スイッチング素子307はオフ状態であり、かつ第2の整流素子306が逆方向への電流を防止しているので、第2のコンデンサー308側から第1のコンデンサー302側へと電流は流れない。したがって、第2のコンデンサー308から第1のコンデンサー302へ、すなわちリアクトル303の第2の端子から第1の端子へと電流が流れることはない。なお、以下では、リアクトル303の第1の端子から第2の端子へ電流が流れる方向を正方向(順方向)と呼び、第2の端子から第1の端子へ電流が流れる方向を負方向(逆方向)と呼ぶことにする。
Here, when the current does not flow in the
領域A1の非同期整流を行っている状態から、同期整流の状態へ移行する。同期整流は、同期整流動作切り替え信号がオン状態になることによって始まる。図2では、同期整流動作切り替え信号がオン状態となるタイミングと、制御装置321が第1の半導体スイッチング素子304をオン状態とするタイミングとが同じであるので、制御装置321が第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にする時に第2の半導体スイッチング素子307をオン状態とする。第1の半導体スイッチング素子304をオン状態にしている間はリアクトル303にエネルギーを蓄積し、制御装置321が第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態とし、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態とする間ではリアクトル303に蓄えられたエネルギーを第2の半導体スイッチング素子307を通過させて負荷309へと供給する。正方向に流れていた電流が0となると、第2のコンデンサー308の両端にかかる電圧の方が、第1のコンデンサー302の両端にかかる電圧よりも高くなっている。そのため、次は第2の半導体スイッチング素子307を通って負方向に電流が流れる。
A transition is made from the state where asynchronous rectification is performed in the area A1 to the state of synchronous rectification. The synchronous rectification starts by turning on the synchronous rectification operation switching signal. In FIG. 2, the timing at which the synchronous rectification operation switching signal is turned on and the timing at which the
第1のコンデンサー302に流れる電流は、リアクトル303を通過して流れる。したがって、第1のコンデンサー302への急激な電流増加は抑制される。負方向に流れる電流の増加量は、第1のコンデンサー302の両端の電圧の値と第2のコンデンサー308の両端の電圧の値とリアクトル303のインダクタンスの値によって決まるものである。
The current flowing to the
その後、制御装置321が次のスイッチング周期Tで第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態とし、第1の半導体スイッチング素子305をオン状態とすると、第2のコンデンサー308側から第1のコンデンサー302側へ電流が流れる経路は無くなる。そのため、負方向への電流増加はなくなり、負方向に流れていた電流は0となる。さらには正方向への電流となる。図2におけるリアクトル303の電流波形5203は概略図であるので、負方向に流れていた電流が0に近づいていくときの電流波形の傾きと、0から正方向へ電流が流れていくときの電流波形の傾きとを同じにして示している。しかしながら、上述したように、リアクトル303の電流波形5203は、本来はこのような直線のみで表されるものではないので、必ずしもこのように負方向に流れていた電流が0に近づいていくときの電流波形と、0から正方向へ電流が流れていくときの電流波形が同じ形状ではない。
Thereafter, when the
さらにその後、制御装置321が第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態とし、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態とすると、リアクトル303の正方向へ流れていた電流は0となり、負方向へ電流が流れ始める。そして、制御装置321が次のスイッチング周期Tで、再び第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態とし、第1の半導体スイッチング素子305をオン状態とする。比較例の電力変換装置では、第2の半導体スイッチング素子307の制御信号は、同期整流の状態へ移行した時点から、第1の半導体スイッチング素子304の制御信号の反転信号である。
After that, when the
ここで、同期整流を開始した直後の2回目のスイッチング周期Tである領域Pにおけるリアクトル303に流れる電流の平均値を求めると、その値は、負方向に流れる電流量が多いため、負の値となる。
Here, when the average value of the current flowing through
図2における第1のオン時間T1は、リアクトル303に流れる電流が正方向の状態で、第1のオフ時間T2よりも短く、負荷で消費される電力分を賄うことができるように求められたものである。したがって、リアクトル303に流れる逆方向の電流量が多くなり、1回のスイッチング周期T内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が負の値となると、第1のオン時間T1でリアクトル303を充電しただけでは、負荷で消費する電力を賄うことができなくなる。
The first on-time T1 in FIG. 2 is determined so that the current flowing through the
リアクトル303に流れる電流が負方向のとき、第2のコンデンサー308から第1のコンデンサー302へと電力が供給されている。1回のスイッチング周期T内にリアクトル303に流れる電流が負方向となるような状況が含まれていても、負荷に供給したい電力は、リアクトル303に流れる電流の平均値が正の値である限り、負荷に供給されている。しかしながら、1回のスイッチング周期T内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が負の値であるということは、第2のコンデンサー308から第1のコンデンサー302へと供給される電力が多く、負荷に供給したい電力が供給されていないということを表す。すなわち、図2の動作を行う比較例の電力変換装置が出力した電力の値は、領域Pにおいて図2の動作を行う比較例の電力変換装置が負荷に供給したい電力の値より低くなっていることになる。つまり、図2の動作を行う比較例の電力変換装置は、負荷が必要とする電力を供給出来ていないことになる。
When the current flowing through the
さらに、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング速度が低速である場合、かつ第2の半導体スイッチング素子307のオン時間が長い場合においては、リアクトル303に流れる負方向の電流が多くなってしまう。そのため、想定以上の電流が電源へ回生するということが発生したり、第1のコンデンサー302の両端の電圧が想定以上に大きくなったり、第2のコンデンサー308の両端の電圧が想定以下に小さくなったりする。その結果、図2の動作を行う比較例の電力変換装置の保護機能による動作停止など、望ましくない動作が生じてしまう可能性がある。
Furthermore, in the case where the switching speed of the first
例えば、電源が太陽電池である場合は、負荷は電力系統や交流負荷である。太陽電池と負荷との間には、昇圧回路とインバータとを有する太陽光発電用パワーコンディショナーがあり、電力変換装置は、太陽光発電用パワーコンディショナーの昇圧回路に相当する。電源が太陽電池である場合に、電力変換装置が不連続モードになるのは、例えば、太陽電池の出力電力が低く電力変換装置に流れる電流が少ない場合や、太陽光発電用パワーコンディショナーが接続する電力系統の状態によって太陽電池の出力電力が抑制されて電力変換装置に流れる電流が少ない場合などが考えられる。太陽電池は、出力する電流が小さい場合、太陽電池の電圧が高くなる特性を持っている。電力変換装置が不連続モードになる場合は、第1のコンデンサーが太陽電池と並列に接続されているために同じように第1のコンデンサーの電圧が高くなる。 For example, when the power supply is a solar cell, the load is an electric power system or an alternating current load. Between the solar cell and the load, there is a power conditioner for photovoltaic power generation having a boost circuit and an inverter, and the power conversion device corresponds to the boost circuit of the power conditioner for photovoltaic power generation. When the power supply is a solar cell, the power conversion device is in the discontinuous mode, for example, when the output power of the solar cell is low and the current flowing to the power conversion device is small, or the power conditioner for photovoltaic power generation is connected Depending on the state of the power system, the output power of the solar cell may be suppressed and the current flowing to the power conversion device may be small. The solar cell has a characteristic that when the output current is small, the voltage of the solar cell is high. When the power converter is in the discontinuous mode, the voltage of the first capacitor is similarly increased because the first capacitor is connected in parallel with the solar cell.
このとき、非同期整流の状態であれば、第2のコンデンサーから第1のコンデンサーへ流れる電流はない。しかしながら、非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行した場合には、第1のコンデンサーへの電流の流入があり、第1のコンデンサーの電圧が上昇する。太陽電池は、電池の特性上、ある一定以上の電圧の値以上に電圧の値は上がらないため、第1のコンデンサーの電圧が、太陽電池の電圧よりも高くなった場合は、太陽電池へ電流が流入する可能性がある。 At this time, in the non-synchronous rectification state, there is no current flowing from the second capacitor to the first capacitor. However, in the case of transition from the asynchronous rectification state to the synchronous rectification state, there is a current flow into the first capacitor, and the voltage of the first capacitor rises. Since the solar cell does not increase the voltage value above a certain voltage value due to the characteristics of the cell, when the voltage of the first capacitor becomes higher than the voltage of the solar cell, the current to the solar cell is May flow.
太陽電池にとって電流の逆流は非常に望ましくないため、太陽電池と直列にダイオードが挿入される場合が多いが、第1のコンデンサーの電圧の値が太陽電池の電圧よりも高い場合には、太陽光発電用パワーコンディショナーの動作を停止させるなどの保護機能が動作してしまい、電力変換装置を停止することが考えられる。 A diode is often inserted in series with the solar cell, since current reversal is very undesirable for the solar cell, but if the voltage value of the first capacitor is higher than that of the solar cell It is conceivable that the protective function such as stopping the operation of the power generation power conditioner operates to stop the power converter.
また、例えば、電源が蓄電池である場合は、電力変換装置は双方向の直流−直流変換器である。電源が蓄電池である場合に、例えば蓄電池が十分に充電されている状態で、上記のような非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行して、電流が逆流してくると、充電過多となることが考えられる。さらに、充電過多とならないように保護機能が動作して、電力変換装置を停止することも考えられる。 Also, for example, when the power source is a storage battery, the power conversion device is a bidirectional DC-DC converter. When the power supply is a storage battery, for example, when the storage battery is fully charged, transition from the non-synchronous rectification state to the synchronous rectification state as described above occurs, and if the current flows backward, the charge becomes excessive. It is conceivable. Furthermore, it is also conceivable to stop the power converter by operating the protection function to prevent overcharging.
図2の動作を行う比較例の電力変換装置では、1回のスイッチング周期T内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が負の値となったとき、すなわち負荷に供給したい電力の値よりも出力した電力の値の方が低くなってしまったとき、そこから制御装置が、第1のオン時間T1を、リアクトル303を十分に充電するために必要な第1の半導体スイッチング素子304のオン時間に調整していくこともある。図2の領域P以降は、制御装置が、必要な第1のオン時間T1を求めながら、第1の半導体スイッチング素子304のオン時間を変化させ、1回のスイッチング周期T内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が正の値となるように調整している様子を示している。
In the power converter of the comparative example performing the operation of FIG. 2, when the average value of the current flowing through the
しかしながら、1回のスイッチング周期T内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が負の値となっている状況をすぐに改善することは困難である。以上のように、図2の動作を行う比較例の電力変換装置では、非同期整流の状態から同期整流の状態に移行する際に、逆方向に流れる電流量が多くなり、負荷309に供給したい電力を負荷309に供給出来ていない状態が発生してしまうという課題があった。すなわち、図2の動作を行う比較例の電力変換装置は負荷309に供給するべき電力を負荷309に供給することが出来ず、図2の比較例の電力変換装置が負荷309に供給する電力に変動が発生してしまうという課題があった。
However, it is difficult to immediately improve the situation in which the average value of the current flowing through the
次に、以下では、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30について詳細な説明をする。本発明は、逆方向に流れる電流量を抑制した電力変換装置を得ることを目的としている。本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、制御装置321が第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態に維持し、かつ第1の半導体スイッチング素子304を第1のオン状態と第1のオフ状態とに切り替える第1の切り替えを行う非同期整流の状態から、第1の切り替えに同期して、第2の半導体スイッチング素子307を第2のオン状態と第2のオフ状態とに切り替える第2の切り替えを行う同期整流の状態へ移行する場合に起きる課題を解決する。
Next, the
図3は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30の制御装置321が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。図3では、第1の半導体スイッチング素子304の制御信号312の波形が、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形6201として示されている第2の半導体スイッチング素子307の制御信号314の波形は、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形6202として示されている。他に図3には、同期整流動作切り替え信号波形6204と、リアクトル303の電流波形6203とが示されている。リアクトル303の電流波形6203は、リアクトル303に流れる電流の波形を示しているが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。
FIG. 3 is a schematic view showing a waveform of a control signal transmitted by the
図3において、領域A1に示す信号波形及び電流波形は、図2の領域A1の信号波形及び電流波形と同じである。したがって、図3の領域A1は、制御装置321が第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態に維持し、かつ第1の半導体スイッチング素子304を第1のオン状態と第1のオフ状態とに切り替える第1の切り替えを行う非同期整流の状態を示している。この領域A1の状態から、同期整流の状態へ移行する。ここで、スイッチング周期Tは、第2の切り替えの1周期でもある。すなわち、第1の切り替えの1周期と第2の切り替えの1周期は同じであるので、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング周波数と第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング周波数は等しい。
In FIG. 3, the signal waveform and the current waveform shown in the area A1 are the same as the signal waveform and the current waveform of the area A1 in FIG. Therefore, in the region A1 of FIG. 3, the
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30の制御装置321は、領域A1の状態から同期整流の状態へ移行する場合に、同期整流の状態において制御装置321が第1の半導体スイッチング素子304を第1のオフ状態を維持している時に、第1のオフ状態の時間を示す第1のオフ時間T2よりも短い第2のオン時間T3で第2の半導体スイッチング素子307を第2のオン状態とするように制御することを特徴としている。第2のオン時間T3は、第1のオフ時間T2からデッドタイム期間(1μsから5μs程度)を引いた時間よりも短いものである。
When the
通常、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307がオン状態からオフ状態に切り替わるためには数百ns程度の時間を要する。また、オフ状態からオン状態に切り替わる場合も同様であり、制御装置321が第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態に切り換える信号と第2の半導体スイッチング307をオン状態に切り替える信号を同時に出力した場合、駆動装置320内部の信号伝達遅延によっては第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307が同時にオン状態となる期間が発生することがある。そして、第2のコンデンサー308は第2の半導体スイッチング素子307と第1の半導体スイッチング素子304によって正極と負極を短絡させられることがある。この場合、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307には短絡電流が流れ、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307を破壊する恐れがある。そのため、通常、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307のオン状態とオフ状態を切り替える場合にはデッドタイム期間を設ける。
In general, it takes about several hundreds ns to switch the first
同期整流は、同期整流動作切り替え信号313がオン状態になることによって始まる。同期整流切り替え信号313によって同期整流が可能となったところから、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にできるようになる。
The synchronous rectification starts when the synchronous rectification
制御装置321が第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にしている期間のみ、電流がリアクトル303を負方向に流れる。この期間は、本発明の実施の形態1では、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、第1の半導体スイッチング素子304のオフ時間よりも短くなっている。この動作によって、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、電流がリアクトル303を逆方向に流れる量を抑制することができる。すなわち、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置は、負荷309に供給する電力の変動を抑制することができる。第1のオフ時間T2よりも短くした第2のオン時間T3で第2の半導体スイッチング素子307をオン状態とする第2の切り替えは複数回あることが好ましく、それによってさらに電流がリアクトル303を逆方向に流れる量を抑制することができる。
A current flows through the
本発明の実施の形態1では、制御装置321が送出する第2の半導体スイッチング素子307の制御信号314は、図3の第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形6202に示すような波形であって、さらに、第1のオフ時間T2よりも短くした第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を徐々に長くするという特徴がある。最終的には第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、第1の半導体スイッチング素子304の第1のオフ時間T2と同じ長さにする。すなわち、同期整流の状態に移行後の2回目以降の第2の切り替えにおける第2のオン時間を、移行後の1回目の第2の切り替えにおける第2のオン時間よりも長くする。
In the first embodiment of the present invention, the
図3の第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形6202について、さらに詳しく説明する。まず、図3に示すように、同期整流の状態に移行後の1回目の第2の切り替えにおける第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を第2のオン時間T3とする。もちろん、第2のオン時間T3は、第1の半導体スイッチング素子304のオフ時間T2より短くなる。次のスイッチング周期T、すなわち同期整流の状態に移行後の2回目の第2の切り替えにおける第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、第2のオン時間T3よりも長いオン時間T5とする。そして、次のスイッチング周期Tにおける第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、オン時間T5よりも長いオン時間T7とする。さらに、次のスイッチング周期Tにおける第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、オン時間T7よりも長いオン時間T9とする。このようにして、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を徐々に長くし、最終的には、第1の半導体スイッチング素子304の第1のオフ時間T2と同じ長さにする。すなわち、最終的には、第2の半導体スイッチング素子307の駆動を制御する制御信号312は、第1の半導体スイッチング素子304の駆動を制御する制御信号314の反転信号となる。
The
第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307とがオフ状態で、電流が正方向に流れるときは、電流は第2の整流素子306を通るため、電圧降下が大きく、電力損失が大きくなってしまう。しかしながら、図3に示したように、第1の半導体スイッチング素子304のオフ時間T2よりも短くした第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を徐々に長くし、最終的には、第1のオフ時間T2と同じ長さにすれば、逆方向に流れる電流量を抑制することができ、かつ同期整流を行う本来の目的である電力損失を抑えることができる。第1の半導体スイッチング素子304も第2の半導体スイッチング素子307もオフ状態で、電流が正方向に流れるということが、最終的にはなくなるからである。
When the first
第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を増加させる際の増加量は、回路構成や制御の応答速度によって適切な量があると考えられるが、例えば、1秒で第1の半導体スイッチング素子304のオフ時間T2と同じ長さまで線形的に、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を増加させる方法がある。他にも、0.5秒で2次関数的に増加させる方法なども考えられるが、これらだけに限定されるものではなく、回路に流れる電流や電圧を検出して、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を増加させている途中で、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を再度減少させることも考えられる。
The amount of increase in increasing the on time of the second
さらに、図3に示すように、第2の半導体スイッチング素子307のオン状態にするタイミングは、リアクトル303に流れる電流が正方向に流れている間とする。特にここでは、第1の半導体スイッチング素子304のオン信号と、次のスイッチング周期Tの第1の半導体スイッチング素子304のオン信号との間の中央を中心に対称に、第2の半導体スイッチング素子307のオン信号を設けている。
Further, as shown in FIG. 3, the timing at which the second
これによって、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、第2の半導体スイッチング素子307がオンしている期間に第2の半導体スイッチング素子307を通る電流に、正方向の電流が含まれるので、逆方向に流れる電流量をさらに抑制することができている。
Thus, in the
第1のオフ時間T2よりもオン時間を短くしてオン状態にしていた第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態になると、次のスイッチング周期Tまでは、第1の半導体スイッチング素子304も第2の半導体スイッチング素子307もオフ状態である。図3に示すように、第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態となるときに、リアクトル303に流れる電流が正方向であれば、第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態となっても、リアクトル303に蓄えられたエネルギーは、第2の整流素子306を通って、電流は負荷309へ流れる。第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態となるときに、リアクトル303に流れる電流が負方向であれば、その電流は、第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態となったあと0となる。
When the second
図3におけるアクトル303の電流波形6203は概略波形であるが、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が逆方向に流れる電流量を抑制できていることは分かる。すなわち、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が負荷309に供給する電力の変動を抑制できていることは分かる。
Although the
図4は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30の制御装置321の変形例が送出する制御信号の波形とリアクトルに流れる電流の波形を示した概略図である。ここでは、第1の半導体スイッチング素子304の制御信号312の波形が、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形7101となる。第2の半導体スイッチング素子307制御信号314の波形は、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形7102となる。他に図4には、同期整流動作切り替え信号波形7104と、リアクトル303の電流波形7103とが示されている。リアクトル303の電流波形7103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示しているが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the waveform of a control signal sent by a modification of the
図4のスイッチング信号波形7101は、図3のスイッチング信号波形6201と同じである。図4のスイッチング信号波形7102に関して、図3のスイッチング信号波形6202と異なるところのみを説明する。第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形7202は、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングが、第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にするタイミングと同じである。本明細書において、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングが、第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にしたタイミングと同じという意味には、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングと第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にするタイミングとの間に、デットタイム期間(1μsから5μs程度)を設けた場合、すなわち、厳密に同じではなく、間が数μs程度空いた場合も含まれるものである。
The
第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にしたタイミングと第2の半導体スイッチング素子307のオン状態にするタイミングが同じであるので、電流がリアクトル303を負方向に流れる場合、それは必ず、リアクトル303に蓄えられたエネルギーを負荷309へ供給する電流の流れに引き続いて行われる。
Since the timing at which the first
第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にする時間が徐々に長くなっていくと、電流がリアクトル303を負方向に流れる時間も徐々に長くなってくる。そのため、1回のスイッチング周期T内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値は、徐々に低下する。このとき、図4のようなスイッチング信号波形7102とすると、電流がリアクトル303を負方向に流れる場合は、リアクトル303に蓄えられたエネルギーを負荷309へ供給する電流の流れに引き続いて行われるので、1回のスイッチング周期T内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が低下していく割合が図3の場合に比べて小さくて済む。そのため、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング速度が高速でない場合にも適している。
As the time for turning on the second
図4におけるリアクトル303の電流波形7103は概略波形であるが、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が逆方向に流れる電流量を抑制できていることは分かる。すなわち、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が負荷309に供給する電力の変動を抑制できていることは分かる。
Although the
図5は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30の制御装置321の別の変形例が送出する制御信号の波形とリアクトルに流れる電流の波形を示した概略図である。ここでは、第1の半導体スイッチング素子304の制御信号312の波形が、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形7201となる。第2の半導体スイッチング素子307の制御信号314の波形は、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形7202となる。他に図5には、同期整流動作切り替え信号波形7204と、リアクトル303の電流波形7203とが示されている。リアクトル303の電流波形7203は、リアクトル303に流れる電流の波形を示しているが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。
FIG. 5 is a schematic diagram showing waveforms of control signals transmitted by another modification of the
図5のスイッチング信号波形7201は、図3のスイッチング信号波形6201と同じである。図5のスイッチング信号波形7202に関して、図3のスイッチング信号波形6202と異なるところのみを説明する。第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形7202は、第2の半導体スイッチング素子307のオフ状態にするタイミングと第1の半導体スイッチング素子304をオン状態にするタイミングとが同じである。
The
図5におけるリアクトル303の電流波形7203は概略波形であるが、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30は、逆方向に流れる電流量を抑制できる。ただし、図5のような第2の半導体スイッチング素子307スイッチング信号波形7202とするときは、高速で動作する半導体スイッチング素子を第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307に用いることが望ましい。
Although
本発明の実施の形態1では、同期整流を開始するタイミングはスイッチング周期Tが切り替わるタイミングと同じとして説明した。同期整流を開始するタイミングはスイッチング周期Tの途中であってもよいが、同期整流を開始するタイミングはスイッチング周期Tが切り替わるタイミングと同じであることが好ましい。 In the first embodiment of the present invention, the timing at which the synchronous rectification is started is described as being the same as the timing at which the switching cycle T switches. The timing to start the synchronous rectification may be in the middle of the switching cycle T, but it is preferable that the timing to start the synchronous rectification is the same as the timing at which the switching cycle T switches.
実施の形態2.
本発明の実施の形態2では、本発明の実施の形態1と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態1で示した電力変換システム31は、同期整流可能な1石型昇圧回路の入力側に電源301が配置され、出力側に電力を消費する負荷309が配置されたものであり、電力が一方向に伝達されるものであった。本発明の実施の形態2では、一方方向ではなく双方向に電力が伝達される場合の電力変換装置及び電力変換システムについて説明する。本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30の負荷309が電源809となっている。Second Embodiment
In the second embodiment of the present invention, portions different from the first embodiment of the present invention will be described, and description of the same or corresponding portions will be omitted. In the
図6は、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80を用いて構成された電力変換システム81を示す概略図である。本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80が有する回路は、同期整流が可能な1石型昇圧回路であり、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30が有する回路と同じである。本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80が備える回路は、電源801と電源809とに接続されている。電源801の一方の極は、リアクトル303の第1の端子と接続され、他方の極は第1の半導体スイッチング素子304と接続している。さらに、電源801には、第1のコンデンサー302が並列に接続されている。電源809は、電源801のリアクトル303の第1の端子と接続している方の極と同じ極性の極側に、第2の整流素子306のカソード側が接続されている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a
本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80は、その他に、1回のスイッチング周期内におけるリアクトル303の電流の平均値を検出する検出装置810と、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307を駆動させる駆動信号を送出する駆動装置820とを備えている。さらに、第1の半導体スイッチング素子304及び第2の半導体スイッチング素子307の駆動を制御する制御信号を駆動装置820へ送出する制御装置821とを備えている。駆動装置820は、第1の半導体スイッチング素子304の制御端子に対しては、第1の半導体スイッチング素子304の駆動信号816を送出し、第2の半導体スイッチング素子307の制御端子に対しては、第2の半導体スイッチング素子307の駆動信号817を送出する。
The
制御装置821は、検出装置810によって検出された1回のスイッチング周期内におけるリアクトル303の電流の平均値から、第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307とのうちいずれがオフ状態に維持された同期スイッチング素子であるか、及び第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307とのうちいずれが第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子であるかを判断し、同期スイッチング素子判定信号812を駆動装置820へ送出する。ここで、検出装置810によって検出された1回のスイッチング周期内におけるリアクトル303の電流の平均値が正の値のときは、電源801から電源809へと電力を供給している昇圧回路動作であって、オフ状態に維持された同期スイッチング素子は第2の半導体スイッチング素子307であり、第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子は第1の半導体スイッチング素子304である。逆に、検出装置810によって検出された1回のスイッチング周期内におけるリアクトル303の電流の平均値が負の値のときは、電源809から電源801へと電力を供給している降圧回路動作であって、オフ状態に維持された同期スイッチング素子は第1の半導体スイッチング素子304であり、第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子は第2の半導体スイッチング素子307である。
Based on the average value of the current of
さらに、制御装置821は、第1の半導体スイッチング素子304の駆動を制御する制御信号813と、第2の半導体スイッチング素子307の駆動を制御する制御信号815と、同期整流切り替え信号814とを駆動装置820へ送出する。
Further, the
すなわち、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80は、非同期スイッチング素子が第1の半導体スイッチング素子304である場合は、制御装置821によって生成された第1の半導体スイッチング素子304の制御信号813を受けた駆動装置820が、第1の半導体スイッチング素子304のオン状態とオフ状態を切り替えることによって、電源801から出力された電圧よりも高い電圧を電源809に伝達することができる。非同期スイッチング素子が第2の半導体スイッチング素子307である場合は、制御装置821によって生成された第2の半導体スイッチング素子307の制御信号815を受けた駆動装置820が、第2の半導体スイッチング素子307のオン状態とオフ状態を切り替えることによって、電源809から出力された電圧よりも低い電圧を電源801に伝達することができる。
That is, in the
本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置30と同様に、さらに、入力側電圧検出器310と、出力側電圧検出器311とを備えている。入力側電圧検出器310は、第1のコンデンサー302の両端にかかる電圧の値を測定している。出力側電圧検出器311は、第2のコンデンサー308の両端にかかる電圧の値を測定している。
Similar to the
本発明の実施の形態2では、電力が電源801から電源809へと伝達される場合と、電源809から電源801へと伝達される場合の双方向を想定している。例えば、電源801が蓄電池で電源809が直流系統のような場合は、蓄電池を充電する場合には電源809から電源801へ電力を供給する。また、蓄電池の電力を直流系統へ送る場合は、電源801から電源809へと電力を伝達する。さらに、電源801及び809が電動機兼発電機を含むような場合なども考えられる。ここでは特に電源801及び809が何かについては指定せず、電力変換装置80に双方向に電力の流れがあることとする。また、以下でも、本発明の実施の形態1と同様に、リアクトル303の第1の端子から第2の端子へ電流が流れる方向を正方向(順方向)と呼び、第2の端子から第1の端子へ電流が流れる方向を負方向(逆方向)と呼ぶことにする。したがって、電力が電源809から電源801へと伝達される場合は、本発明の実施の形態1とは電流の流れる向きが逆であるので、正方向に流れる電流量を抑制することが目的となる。電流の流れる向きが逆であっても、本発明の実施の形態1も本発明の実施の形態2も供給する(伝達する)電力の変動を抑制した電力変換装置を得ることが目的である。
In the second embodiment of the present invention, it is assumed that the power is transferred from the
図7は、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80の制御装置821が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。図7において、領域A2に示す信号波形及び電流波形は、制御装置821が第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態に維持し、かつ第1の半導体スイッチング素子304を第3のオン状態と第3のオフ状態とに切り替える第3の切り替えを行う非同期整流の状態を示している。そして、第3のオン状態の時間を第3のオン時間T11、第3のオフ状態の時間を第3のオフ時間T12としている。ここで、リアクトル303に流れる電流は不連続であり、第3のオン時間T11よりも第3のオフ時間T12の方が長い。また、図7におけるスイッチング周期は、T10として示され、第3の切り替えの1周期である。この領域A2の状態から、同期整流の状態へ移行する。
FIG. 7 is a schematic view showing a waveform of a control signal transmitted by the
図7は、領域A2において、検出装置810によって検出された1回のスイッチング周期T10内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が正の値であり、電源801から電源809へ電力を伝達しているときの制御装置821が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示している。ここでは、検出装置810によって検出された1回のスイッチング周期T10内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値から、電力の供給方向を制御装置821で判断し、それを同期スイッチング素子判定信号812によって駆動装置820に送ることとしている。
In FIG. 7, in the region A2, the average value of the current flowing through the
電源801から電源809へ電力を供給しているとき、同期整流の状態へ移行する前に、オフ状態に維持されている同期スイッチング素子は第2の半導体スイッチング素子307であり、第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子は第1の半導体スイッチング素子304である。
When power is supplied from the
例えば、電源801から電源809へ電力を供給している場合には、同期スイッチング素子判定信号812として1を出力し、電源809から電源801へ電力を供給している場合には、同期スイッチング素子判定信号812として0を出力するなどして判別結果を伝達させることができる。判別結果を伝達することによって、駆動装置820は、第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のうちいずれがオフ状態に維持された同期スイッチング素子であるか、及び第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のうちいずれが第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子であるかが分かる。電力の供給方向の判別は、例えば、本発明の実施の形態2のように、検出器810によって1回のスイッチング周期T10におけるリアクトル303に流れる電流の平均値を検出し、その値が正か負かによって判断することができるが、この限りではない。検出器810によってリアクトル303に流れる瞬時の電流値を検出し、その電流値情報を取得した制御装置821で1回のスイッチング周期T10におけるリアクトル303に流れる電流の平均値を算出し、その値が正か負かによって電力の供給方向を判別するなどしてもよい。
For example, when power is supplied from the
本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80の制御装置821は、同期整流の状態へ移行する前、すなわち領域A2の状態のときに、検出装置810によって検出された1回のスイッチング周期T10内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値から、第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のうちいずれがオフ状態に維持された同期スイッチング素子であるか、及び第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のうちいずれが第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子であるかを判断する。そして、同期スイッチング素子がオフ状態に維持され、かつ非同期スイッチング素子が第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期整流の状態から、第3の切り替えに同期して、同期スイッチング素子が第4のオン状態と第4のオフ状態とを切り替える第4の切り替えを行う同期整流の状態へ移行する場合に、制御装置821は、同期整流の状態における非同期スイッチング素子が第3のオフ状態の時に、第3のオフ状態の時間を示す第3のオフ時間T12よりも短い第4のオン時間T13で同期スイッチング素子を第4のオン状態とするように制御することを特徴としている。ここで、第4の切り替えの1周期もT10である。すなわち、第3の切り替えの1周期と第4の切り替えの1周期は同じであるので、同期スイッチング素子のスイッチング周波数と非同期スイッチング素子のスイッチング周波数は等しい。
The
図7では、第1の半導体スイッチング素子304の制御信号813の波形が、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形9101として示される。第2の半導体スイッチング素子307の制御信号815の波形は、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形9102として示されている。他に図7には、同期整流動作切り替え信号波形9104と、リアクトル303の電流波形9103、同期スイッチング素子判定信号波形9105とが示される。リアクトル303の電流波形7103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示すが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。ここで例えば、電源801から電源809へ電力を供給している場合には、同期スイッチング素子判定信号812に1を出力することにしているので、同期スイッチング素子判定信号波形9105は、図7に示すような直線となっている。
In FIG. 7, the waveform of the control signal 813 of the first
本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80の制御装置821は、領域A2の状態から同期整流の状態へ移行する場合に、第1の半導体スイッチング素子304が第3のオフ状態の時に、第3のオフ状態の時間を示す第3のオフ時間T12よりも短い第4のオン時間T13で第2の半導体スイッチング素子307を第4のオン状態とするように制御することを特徴としている。第4のオン時間T13は、第3のオフ時間T12からデッドタイム期間(1μsから5μs程度)を引いた時間よりも短いものである。
When transitioning from the state of region A2 to the state of synchronous rectification,
同期整流は、同期整流動作切り替え信号814がオン状態になることによって始まる。同期整流切り替え信号814によって同期整流が可能となったところから、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にできるようになる。
The synchronous rectification starts by turning on the synchronous rectification operation switching signal 814. Since synchronous rectification is enabled by the synchronous rectification switching signal 814, the second
第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にしている期間のみ、電流がリアクトル303を負方向に流れる。この期間は、本発明の実施の形態2では、第1の半導体スイッチング素子304のオフ時間よりも短くなっている。これにより、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80は、電流がリアクトル303を逆方向に流れる量を抑制することができる。すなわち、電源801から電源809へ電力を供給する場合、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80は、電源809に供給する電力の変動を抑制することができる。第3のオフ時間T12よりも短くした第4のオン時間T13で第2の半導体スイッチング素子307をオン状態とする第4の切り替えは複数回あることが好ましく、それによってさらに電流がリアクトル303を逆方向に流れる量を抑制することができる。
A current flows through the
本発明の実施の形態2では、制御装置821が送出する第2の半導体スイッチング素子307の制御信号815は、図7の第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形9102に示すような波形であって、さらに、第1の半導体スイッチング素子304のオフ時間T12よりも短くした第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を徐々に長くするという特徴がある。最終的には第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、第1の半導体スイッチング素子304のオフ時間T12と同じ長さにする。すなわち、同期整流の状態に移行後の2回目以降の第4の切り替えにおける第4のオン時間を、移行後の1回目の第4の切り替えにおける第4のオン時間よりも長くする。
In the second embodiment of the present invention, control signal 815 of second
図7の第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形9102について、さらに詳しく説明する。まず、図7に示すように、同期整流の状態に移行後の1回目の第2の切り替えにおける第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を第4のオン時間T13とする。もちろん、第4のオン時間T13は、第1の半導体スイッチング素子304の第3のオフ時間T12より短くなる。次のスイッチング周期T10、すなわち同期整流の状態に移行後の2回目の第2の切り替えにおける第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、第4のオン時間T13よりも長いオン時間T15とする。そして、また次のスイッチング周期T10における第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、オン時間T15よりも長いオン時間T17とする。さらに、また次のスイッチング周期T10における第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は、オン時間T17よりも長いオン時間T19とする。このようにして、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を徐々に長くし、最終的には、第1の半導体スイッチング素子304の第1のオフ時間T12と同じ長さにする。すなわち、最終的には、第2の半導体スイッチング素子307の制御信号815は、第1の半導体スイッチング素子304の制御信号812の反転信号となる。
The
第1の半導体スイッチング素子304も第2の半導体スイッチング素子307もオフ状態で、電流が正方向に流れるときは、電流は第2の整流素子306を通るため、電圧降下が大きく、電力損失が大きくなってしまう。しかしながら、図7に示したように、第3のオフ時間T12よりも短くした第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を徐々に長くし、最終的には、第3のオフ時間T12と同じ長さにすれば、逆方向に流れる電流量を抑制することができ、かつ同期整流を行う本来の目的である電力損失を抑えることができる。第1の半導体スイッチング素子304も第2の半導体スイッチング素子307もオフ状態で、電流が正方向に流れるということが、最終的にはなくなるからである。
When both the first
第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を増加させる際の増加量は、回路構成制御の応答速度によって適切な量があると考えられるが、例えば、1秒で第1の半導体スイッチング素子304の第3のオフ時間T12と同じ長さまで線形的に増加させる方法がある。他にも、0.5秒で2次関数的に増加させる方法なども考えられるが、これらだけに限定されるものではなく、回路に流れる電流や電圧を検出して、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を増加させている途中で、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を再度減少させることも考えられる。
The amount of increase in increasing the on-time of the second
第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形7202は、第2の半導体スイッチング素子307のオン状態にするタイミングが、第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にするタイミングと同じである。第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にするタイミングと第2の半導体スイッチング素子307のオン状態にするタイミングが同じであるので、電流がリアクトル303を負方向に流れる場合、それは必ず、リアクトル303に蓄えられたエネルギーを電源809へ供給する電流の流れに引き続いて行われる。
The
第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にする時間が徐々に長くなっていくと、電流がリアクトル303を負方向に流れる時間も徐々に長くなってくる。そのため、1回のスイッチング周期T10内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値は、徐々に低下する。このとき、図7のような第2の半導体スイッチング素子307スイッチング信号波形9102とすると、電流がリアクトル303を負方向に流れる場合は、リアクトル303に蓄えられたエネルギーを電源809へ供給する電流の流れに引き続いて行われるので、1回のスイッチング周期T10内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が低下していく割合を小さくすることができる。そのため、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング速度が高速でない場合にも適している。
As the time for turning on the second
図7におけるアクトル303の電流波形9103は概略波形であるが、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80が逆方向に流れる電流量を抑制できていることは分かる。つまり、電源801から電源809へ電力を供給する場合、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80は、電源809に供給する電力の変動を抑制することができていることは分かる。
Although the
図7で示している制御装置821が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形は、本発明の実施の形態1における図4と特徴部分は変わらない。これは、電源801から電源809へ電力を伝達しているとき、非同期整流の状態で、オフ状態に維持されている同期スイッチング素子は第2の半導体スイッチング素子307であり、第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子は第1の半導体スイッチング素子304であるからである。したがって、図7は、図4に同期スイッチング素子判定信号波形9105が加わったものと同様である。図7に示した第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形9102を、図3及び図5のように変形することも可能である。
The waveform of the control signal sent from the
図8は、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80の制御装置821の変形例が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。図8において、領域A3に示す信号波形及び電流波形は、第1の半導体スイッチング素子304がオフ状態に維持され、かつ第2の半導体スイッチング素子307が第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期整流の状態を示す。そして、第3のオン状態の時間を第3のオン時間T11、第3のオフ状態の時間を第3のオフ時間T12としている。ここで、リアクトル303に流れる電流は不連続であり、第3のオン時間T11よりも第3のオフ時間T12の方が長い。この領域A3の状態から、同期整流の状態へ移行する。図8は、領域A3において、1回のスイッチング周期T10内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が負の値であり、電源809から電源801へ電力を伝達しているときの制御装置821が送出する制御信号の波形とリアクトルに流れる電流の波形を示す。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the waveform of a control signal sent by a modification of the
図8では、第1の半導体スイッチング素子304の制御信号813の波形が、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形9201として示される。第2の半導体スイッチング素子307の制御信号815の波形は、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形9202として示される。他に図8には、同期整流動作切り替え信号波形9204と、リアクトル303の電流波形9203、同期スイッチング素子判定信号波形9205とが示されている。リアクトル303の電流波形9103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示すが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。ここで例えば、電源809から電源801へ電力を供給している場合には、同期スイッチング素子判定信号812に0を出力することにしているので、同期スイッチング素子判定信号波形9105は、図8に示すような直線となっている。
In FIG. 8, the waveform of the control signal 813 of the first
電源809から電源801へ電力を供給しているとき、同期整流の状態へ移行する前に、オフ状態に維持されている同期スイッチング素子は第1の半導体スイッチング素子304であり、第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子は第2の半導体スイッチング素子307である。したがって、図8では、図7において第1の半導体スイッチング素子304に対して送出していた信号と、第2の半導体スイッチング素子307に対して送出していた信号とが入れ替わる。
When power is supplied from the
図8の第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形9201に関して、図7の第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形9102と異なるところのみを説明する。図8に示すように、第1の半導体スイッチング素子304のオン信号は、第2の半導体スイッチング素子307のオン信号と、次のスイッチング周期T10の第2の半導体スイッチング素子307のオン信号との間の中央、すなわち、第2の半導体スイッチング素子307のオフ信号の中央に設けている。
With respect to the
図8において、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にしてリアクトル303にエネルギーを蓄積しているとき、リアクトル303に蓄積したエネルギーを電源301へ伝達しているとき、及び第2の半導体スイッチング素子307がオン状態でリアクトル303に負方向の電流が流れるとき、これらのときのリアクトル303の電流波形6203の傾きも、必ずしも図3に図示した傾きではない。図8は、概略図であるが、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80は、電源809から電源801へ電力を伝達するとき、正方向に流れる電流量を抑制できていることは分かる。つまり、電源809から電源801へ電力を供給する場合、本発明の実施の形態2にかかる電力変換装置80は、電源801に供給する電力の変動を抑制することができていることは分かる。
In FIG. 8, when the second
図8で示している制御装置821が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形は、電源301から電源309へ電力を伝達しているときのものであるので、第1の半導体スイッチング素子304に対して送出していた信号と、第2の半導体スイッチング素子307に対して送出していた信号とが入れ替わるものであり、本発明の実施の形態1における図3と特徴部分は変わらない。図3に同期スイッチング素子判定信号波形9105が加わり、第1の半導体スイッチング素子304に対して送出していた信号と、第2の半導体スイッチング素子307に対して送出していた信号とを入れ替えたのみである。図8に示した第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形9201を、図4及び図5の第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形のように変形することも可能である。
The waveform of the control signal sent from the
以上のように、双方向に電力を供給することが出来る電力変換装置80においても、同期スイッチング素子が第1の半導体スイッチング素子304であるか第2の半導体スイッチング素子307であるかを見極め、非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行する場合に、非同期スイッチング素子が第3のオフ状態の時に、第3のオフ状態の時間を示す第3のオフ時間よりも短い第4のオン時間で同期スイッチング素子を第4のオン状態とするように制御することで、逆方向に流れる電流量を抑制することができる。すなわち、本発明の実施の形態2では、供給する電力の変動を抑制した電力変換装置80を得ることができる。
As described above, even in the
本発明の実施の形態2では、同期整流を開始するタイミングはスイッチング周期T10が切り替わるタイミングと同じとして説明した。同期整流を開始するタイミングはスイッチング周期T10の途中であってもよいが、同期整流を開始するタイミングはスイッチング周期T10が切り替わるタイミングと同じであることが好ましい。 In the second embodiment of the present invention, the timing to start the synchronous rectification has been described as being the same as the timing at which the switching cycle T10 switches. The timing to start synchronous rectification may be in the middle of the switching cycle T10, but it is preferable that the timing to start synchronous rectification is the same as the timing at which the switching cycle T10 switches.
実施の形態3.
本発明の実施の形態3では、本発明の実施の形態1及び本発明の実施の形態2と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態1及び本発明の実施の形態2では、非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行する場合について説明したが、本発明の実施の形態3では同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する場合について説明する。電力の伝達方向は、本発明の実施の形態3では本発明の実施の形態1と同様に、一方向である。Third Embodiment
In the third embodiment of the present invention, portions different from the first embodiment of the present invention and the second embodiment of the present invention will be described, and the description of the same or corresponding portions will be omitted. In the first embodiment of the present invention and the second embodiment of the present invention, the transition from the asynchronous rectification state to the synchronous rectification state has been described. However, in the third embodiment of the present invention, the asynchronous rectification is switched from the synchronous rectification state. The case of transition to the state of will be described. The power transmission direction is one direction in the third embodiment of the present invention as in the first embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態3では、本発明の実施の形態1で示した電力変換システム31と同じ図1の電力変換システム31が使用される。したがって、図1は、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30を用いて構成された電力変換システム31でもある。そのため、本発明の実施の形態3では、本発明の実施の形態1にかかる電力変換システム31を構成している物と同じ名称及び符号を使用して、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する場合について説明する。
In the third embodiment of the present invention, the same
本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30は、同期整流が可能な1石型昇圧回路において、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する際に起きる課題を解決する。まず、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30が解決する課題について説明する。
The
図9は、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30が解決する課題を説明するための図であり、比較例の電力変換装置の制御装置が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。なお以下では、本発明の実施の形態1にかかる電力変換システム31を構成している物と同じ名称及び符号を使用して説明する。図9には、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形8101と、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形8102と、同期整流動作切り替え信号波形8104と、リアクトル303の電流波形8103とが示される。リアクトル303の電流波形8103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示しているが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。
FIG. 9 is a diagram for explaining the problem to be solved by the
図9の領域A4は、第1の半導体スイッチング素子304が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを繰り返し、かつ第2の半導体スイッチング素子307が第2のオン状態と第2のオフ状態とを切り替える第2の切り替えを繰り返す同期整流の状態を示す。図9の領域A4より先は、第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態に維持され、かつ第1の半導体スイッチング素子304が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを繰り返す非同期整流の状態を示す。図9の動作を行う比較例の電力変換装置では、同期整流動作切り替え信号313がオフ状態になると、第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態に維持され、かつ第1の半導体スイッチング素子304が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを繰り返す非同期整流の状態になる。
Region A4 in FIG. 9 repeats the first switching in which the first
図9では第1のオン時間はT21として示し、第1のオフ時間はT22として示す。また、図9におけるスイッチング周期は、T20として示され、第1の半導体スイッチング素子304の第1の切り替え及び第2の半導体スイッチング素子307の第2の切り替えの1周期である。つまり、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング周波数と第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング周波数は等しい。同期整流の状態において、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形8102は、第1の半導体スイッチング素子304の反転信号である。
In FIG. 9, the first on-time is shown as T21 and the first off-time is shown as T22. The switching cycle in FIG. 9 is shown as T20 and is one cycle of the first switching of the first
図9の動作を行う比較例の電力変換装置において、例えば、第1の半導体スイッチング素子304の第1のオン時間T21の方が第1のオフ時間T22よりも短く、リアクトル303に蓄えられるエネルギーが少ない場合を考える。図9の領域A4では、第1の半導体スイッチング素子304がオン状態の間に、リアクトル303に流れる電流は正方向に増加し、第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にすると、リアクトル303に流れる電流は減少し0となる。図9の領域A4では、リアクトル303に流れる電流が0となった時、第2の半導体スイッチング素子307がオン状態であるので、リアクトル303に流れる電流は、そのまま負方向に流れる。図9の領域A4では、1回のスイッチング周期T20の間に、リアクトル303に流れる電流は、正方向と負方向の双方に流れる期間があるが、図9では、電力を電源301から負荷309へと供給しているので、第1の切り替えの1周期の間にリアクトル303に流れる電流の平均値は正である。
In the power conversion device of the comparative example performing the operation of FIG. 9, for example, the first on time T21 of the first
ここで、図9の動作を行う比較例の電力変換装置において、第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態となるタイミングで同期整流動作切り替え信号313がオフ状態になるとする。すなわち、同期整流の状態から非同期整流の状態に移行する。非同期整流の状態に移行後も、第1の半導体スイッチング素子304がオフ状態になってからリアクトル303に流れる電流は減少し0となるまでは、リアクトル303に流れる電流は同期整流の状態のときと同様である。しかしながら、非同期整流の状態では、第2の半導体スイッチング素子307が常にオフ状態であるので、電流がリアクトル303を負方向に流れる経路が無い。そのため、第1の半導体スイッチング素子304がオフ状態となった後、減少し0となったリアクトル303に流れる電流は、一時的に0のままとなり、リアクトル303に流れる電流が不連続となることがある。
Here, in the power conversion device of the comparative example performing the operation of FIG. 9, it is assumed that the synchronous rectification
図9の領域A4では、制御装置が、1回のスイッチング周期T20内においてリアクトル303に電流が負方向に流れる期間があることを前提に、第1の半導体スイッチング素子304の必要な第1のオン時間T21を決定していた。しかしながら、同期整流の状態を解消した直後は、電流はリアクトル303を負方向に流れないため、第1の半導体スイッチング素子304に、同期整流の状態を解消する直前と同じ時間の第1のオン時間T21を設けると、リアクトル303に流れる1回のスイッチング周期T20における電流の平均値が想定よりも増加してしまう。その結果、想定以上の電流を負荷309へ供給することが発生したり、負荷309の電圧が増加したりしてしまい、保護機能が動作して、図9の比較例の電力変換装置が停止する可能性がある。
In the region A4 of FIG. 9, the controller needs to turn on the necessary first ON of the first
もちろん、本発明の実施の形態1で説明したように、1回のスイッチング周期T20内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が想定よりも増加したとき、すなわち負荷309に供給したい電力の値よりも出力した電力が高くなってしまったとき、そこから制御装置が、第1のオン時間T21を、本来必要な第1の半導体スイッチング素子304のオン時間に調整していくこともある。しかしながら、このような1回のスイッチング周期T20内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が想定よりも増加した状況をすぐに改善することは困難である。
Of course, as described in the first embodiment of the present invention, when the average value of the current flowing through
以上のように、同期整流の状態から非同期整流の状態に移行する場合においても、1回のスイッチング周期T20内における正方向の電流量が多くなり、想定以上の電流を負荷309へ供給することが発生してしまうという課題があった。そのため、図9の動作を行う比較例の電力変換装置は負荷309に供給すべき電力を負荷309に供給することが出来ず、図9の動作を行う比較例の電力変換装置が負荷309に供給する電力に変動が発生してしまうという課題があった。
As described above, even in the case of transition from the synchronous rectification state to the asynchronous rectification state, the amount of current in the positive direction in one switching cycle T20 is large, and more current than expected may be supplied to the
次に、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30について説明する。図10は、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30の制御装置321が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。図10には、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形10101と、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形10102と、同期整流動作切り替え信号波形10104と、リアクトル303の電流波形6203とが示される。リアクトル303の電流波形10103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示すが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。図10において領域A4に示す信号波形及び電流波形は図9の領域A4の信号波形及び電流波形と同じである。
Next, the
この領域A4の状態から、非同期整流の状態へ移行する。本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30の制御装置321は、図10の領域A4の状態から非同期整流の状態へ移行する間に、第1の半導体スイッチング素子304が第1のオフ状態の時に、第1のオフ状態の時間を示す第1のオフ時間T22よりも短い第2のオン時間T23で第2の半導体スイッチング素子307を第2のオン状態とするように制御する期間を設ける。つまり、本発明の実施の形態3では、同期整流の状態を解消した後すぐに非同期整流の状態とするのではなく、同期整流の状態を解消した直後に、同期整流の状態から非同期整流の状態へと移行する期間(以下、移行期間と呼ぶ。)が設けられる。ここで、第2のオン時間T23は、第1のオフ時間T22からデッドタイム期間(1μsから5μs程度)を引いた時間よりも短いものである。
The state of this region A4 is shifted to the state of asynchronous rectification. While the
同期整流の状態を解消した直後から第2の半導体スイッチング素子307を常時オフ状態にするのではなく、同期整流の状態を解消した直後に移行期間を設けることによって、同期整流の状態に引き続いて、電流がリアクトル303の負方向に流れる時間を一部継続させる。
Immediately after the state of synchronous rectification is eliminated, the transition period is provided immediately after the state of synchronous rectification is eliminated, instead of always turning off the second
同期整流の状態を解消した後すぐに非同期整流の状態にすると、1回のスイッチング周期T20内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値は、同期整流の状態を解消する前よりも急激に上昇する。一方、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する場合に、本発明の実施の形態3のような移行期間を設けると、1回のスイッチング周期T20内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値の上昇を抑制することができる。同期整流の状態を解消しても、電流がリアクトル303の負方向に流れる時間を一部継続してから、非同期整流の状態となるからである。よって、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30は、供給する電力の変動を抑制することができる。
If the asynchronous rectification state is made immediately after the synchronous rectification state is canceled, the average value of the current flowing through the
移行期間において、第1の半導体スイッチング素子304が第1のオフ状態の時に、第1の半導体スイッチング素子304の第1のオフ時間T22よりも短くした第2の半導体スイッチング素子の第2のオン時間T23で第2の半導体スイッチング素子をオン状態とする第2の切り替えは複数回あることが好ましい。これにより、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行するときに、1回のスイッチング周期T20内におけるリアクトル30に流れる電流の平均値の上昇をさらに抑制することができる。
In the transition period, when the first
本発明の実施の形態3では、制御装置321が送出する第2の半導体スイッチング素子307の制御信号314は、図10に示すような移行期間において、第2の半導体スイッチング素子307の第2のオン時間T23を徐々に短くする。最終的には、第2の半導体スイッチング素子307の第2オン時間T23は0となり、第2の半導体スイッチング素子307が常にオフ状態となって、移行期間が終了し、非同期整流の状態となる。
In the third embodiment of the present invention, the
第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を減少させる際の変化量は、回路構成や制御の応答速度によって適切な量があると考えられるが、例えば、1sで第2の半導体スイッチング素子307を常にオフ状態とする非同期整流の状態まで線形的に、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を減少させる方法がある。他にも、0.5sで2次関数的に減少させる方法なども考えられるが、これらだけに限定されるものではなく、回路に流れる電流や電圧を検出して、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を減少させている途中で、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を再度増加させることも考えられる。
The amount of change in reducing the on-time of the second
さらに、図10に示すように、第2の半導体スイッチング素子307のオン状態にするタイミングも種々考えられ、例えば第2の半導体スイッチング素子307のオン状態とするタイミングを遅らせ、かつオフ状態とするタイミングを同じだけ早める方法がある。特に本発明の実施の形態3では、第1の半導体スイッチング素子304のオン信号と、次のスイッチング周期T20の第1の半導体スイッチング素子304のオン信号との間の中央を中心に対称に、第2の半導体スイッチング素子307のオン信号を設ける。
Furthermore, as shown in FIG. 10, various timings can be considered for turning on the second
また、本発明の実施の形態3では、図10に示すように、同期整流の状態を解消した後、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間は徐々に短くする。したがって、1回のスイッチング周期T20内のリアクトル303に流れる電流の平均値の上昇は緩やかになる。よって、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30は、負荷309に供給する電力の変動をさらに抑制することができる。また、1回のスイッチング周期T20内のリアクトル303に流れる電流の平均値の上昇が緩やかになると、制御装置321によって、迅速に負荷309への電力の供給量を調整することが可能となる。
Further, in the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10, after the state of synchronous rectification is eliminated, the on time of the second
同期整流の状態から非同期整流の状態への移行は、電源301から負荷309へ供給する電力が少ない場合などに行う。例えば、電流がリアクトル303を正方向に流れるときに、電流が第2の整流素子306を通ったときに生じる電力損失と、第2の半導体スイッチング素子307の起電力の大きさとを考慮した際に、電流は第2の整流素子306を通った方が良いと判断されると、同期整流の状態から非同期整流の状態へと移行する。
The transition from the synchronous rectification state to the asynchronous rectification state is performed, for example, when the amount of power supplied from the
図11は、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30の制御装置321の変形例が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。図11には、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形11101と、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形11102と、同期整流動作切り替え信号波形11104と、リアクトル303の電流波形11103とが示される。リアクトル303の電流波形11103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示すが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the waveform of a control signal sent by a modification of the
同期整流の状態を解消した直後の移行期間において、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングが、図10と図11とでは異なる。以下、図11については、図10との相違点のみ説明する。
10 and FIG. 11 differ in the timing which makes the 2nd
図11では、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形11102は、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングが、第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態とするタイミングと同じである。なお、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングが、第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にするタイミングと同じという意味には、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングと第1の半導体スイッチング素子304をオフ状態にするタイミングとの間に、デットタイム期間(1μsから5μs程度)を設けた場合、すなわち、厳密に同じではなく、間が数μs程度空いた場合も含まれるものである。
In FIG. 11, the
図11において、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を徐々に短くするにあたっては、第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態にするタイミングを徐々に早める。図11のような変形例の場合も、同期整流の状態を解消した後に、電流がリアクトル303を負方向に流れることができる期間を設けることで、負荷309に供給する電力の変動を抑制することができる。
In FIG. 11, in order to gradually shorten the on time of the second
ただし、図11と図10とを比較すると、図11に示すリアクトル303に流れる電流の方が、負方向に流れる電流を減少させる速度が速くなることが分かっている。したがって、図11に示すような第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形11102を使用するときは、スイッチング速度が高速である第2の半導体スイッチング素子307を用いることが好ましい。
However, when FIG. 11 and FIG. 10 are compared, it is known that the current flowing through the
図12は、本発明の実施の形態3にかかる電力変換装置30の制御装置321の別の変形例が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。図12には、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形12101と、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形12102と、同期整流動作切り替え信号波形12104と、リアクトル303の電流波形12103とが示される。リアクトル303の電流波形12103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示すが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。
FIG. 12 is a schematic diagram showing waveforms of control signals transmitted by another modification of the
同期整流の状態を解消した直後、移行期間において、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングが、図12は図10及び図11とでは異なる。以下、図12については、図10及び図11との相違点のみ説明する。
FIG. 12 is different from FIGS. 10 and 11 in the timing at which the second
図12では、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形12102は、第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態にするタイミングが、第1の半導体スイッチング素子304をオン状態とするタイミングと同じである。なお、第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態にするタイミングが、第1の半導体スイッチング素子304をオン状態にするタイミングと同じという意味には、第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態にするタイミングと第1の半導体スイッチング素子304をオン状態にするタイミングとの間に、デットタイム期間(1μsから5μs程度)を設けた場合、すなわち、厳密に同じではなく、間が数μs程度空いた場合も含まれるものである。
In FIG. 12, the
図12において、第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を徐々に短くするにあたっては、第2の半導体スイッチング素子307をオン状態にするタイミングを徐々に遅くする。図12のスイッチング信号12102によれば、第2の半導体スイッチング素子307がオン状態である間は必ず電流がリアクトル303を負方向に流れるようになる。したがって、図12のような変形例の場合も、同期整流の状態を解消した後に、電流がリアクトル303を負方向に流れることができる期間を設けることで、負荷309に供給する電力の変動を抑制することができる。
In FIG. 12, in order to gradually shorten the on-time of the second
さらに、図12と図10とを比較すると、図12に示すリアクトル303に流れる電流の方が、負方向に流れる電流を減少させる速度が遅くなることが分かっている。したがって、図12に示すような第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形12102を使用するときは、スイッチング速度が低速である第2の半導体スイッチング素子307を用いることができる。
Furthermore, when FIG. 12 is compared with FIG. 10, it is known that the current flowing through the
本発明の実施の形態3では、同期整流の状態を解消するタイミングは、スイッチング周期T20が切り替わるタイミングと同じとして説明した。同期整流の状態を解消するタイミングはスイッチング周期T20の途中であってもよいが、同期整流の状態を解消するタイミングはスイッチング周期T20が切り替わるタイミングと同じであることが好ましい。 In the third embodiment of the present invention, the timing at which the synchronous rectification state is canceled is described as being the same as the timing at which the switching cycle T20 switches. The timing for canceling the state of synchronous rectification may be in the middle of the switching cycle T20, but the timing for canceling the state of synchronous rectification is preferably the same as the timing at which the switching cycle T20 switches.
実施の形態4.
本発明の実施の形態4では、本発明の実施の形態1から本発明の実施の形態3と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態1及び本発明の実施の形態2では、非同期整流の状態から同期整流の状態へ移行する場合について説明したが、本発明の実施の形態4では本発明の実施の形態3と同様に、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する場合について説明する。電力の伝達方向は、本発明の実施の形態4では本発明の実施の形態2と同様に双方向である。Fourth Embodiment
In the fourth embodiment of the present invention, portions different from the first embodiment to the third embodiment of the present invention will be described, and the description of the same or corresponding portions will be omitted. In the first embodiment of the present invention and the second embodiment of the present invention, the transition from the asynchronous rectification state to the synchronous rectification state has been described. However, in the fourth embodiment of the present invention, the third embodiment of the present invention Similarly to the above, the case of transition from the state of synchronous rectification to the state of asynchronous rectification will be described. The power transfer direction is bi-directional in the fourth embodiment of the present invention as in the second embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態4では、本発明の実施の形態2で示した電力変換システム81と同じ図6の電力変換システム81が使用される。したがって、図6は、本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置80を用いて構成された電力変換システム81でもある。そのため、本発明の実施の形態4では、本発明の実施の形態2にかかる電力変換システム81を構成している物と同じ名称及び符号を使用して、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する場合について説明する。
In the fourth embodiment of the present invention, the same
本発明の実施の形態4では、本発明の実施の形態2と同様に、電力が電源801から電源809へと伝達される場合と、電源809から電源801へと伝達される場合の双方向を想定している。また、以下でも、本発明の実施の形態1から本発明の実施の形態3と同様に、リアクトル303の第1の端子から第2の端子へ電流が流れる方向を正方向(順方向)と呼び、第2の端子から第1の端子へ電流が流れる方向を負方向(逆方向)と呼ぶことにする。したがって、電力が電源809から電源801へと伝達される場合においては、同期整流の状態を解消した後、リアクトル303に流れる電流の平均値の下降(リアクトル303を負方向に流れる電流の平均値の上昇)を抑制することが目的となる。しかしながら、電力を伝達する向きが逆方向となることがあっても、本発明の実施の形態4も供給する(伝達する)電力の変動を抑制した電力変換装置を得ることが目的であることは、本発明の実施の形態1から本発明の実施の形態3と同じである。
In the fourth embodiment of the present invention, as in the second embodiment of the present invention, bidirectional transmission of power from the
図13は、本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置80の制御装置821が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。図13には、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形13101と、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形13102と、同期整流動作切り替え信号波形13104と、リアクトル303の電流波形13103と、同期スイッチング素子判定信号波形13105とが示される。リアクトル303の電流波形13103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示すが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a waveform of a control signal transmitted by the
図13において、領域A5に示す信号波形及び電流波形は、制御装置821が第1の半導体スイッチング素子304を第3のオン状態と第3のオフ状態とに切り替える第3の切り替えを繰り返させ、かつ第3の切り替えに同期して、第2の半導体スイッチング素子307を第4のオン状態と第4のオフ状態とを切り替える第4の切り替えを繰り返させる同期整流の状態を示す。図13では、第3のオン時間をT31、第3のオフ時間をT32として示す。また、図13におけるスイッチング周期は、T30として示され、第3の切り替え及び第4の切り替えの1周期である。つまり、第1の半導体スイッチング素子304の周波数と第2の半導体スイッチング素子307の周波数は等しい。第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形13102は、第1の半導体スイッチング素子304の反転信号である。
In FIG. 13, the signal waveform and current waveform shown in the region A5 repeat the third switching in which the
図13は、領域A5において、検出装置810によって検出された1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が正の値であるので、電源801から電源809へ電力を伝達しているときの制御装置821が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示す。つまり、図13の同期スイッチング素子判定信号波形13105は、同期スイッチング素子判定信号812として1を出力する。本発明の実施の形態2において説明したように、例えば、制御装置821は、電源801から電源809へ電力を供給している場合には、同期スイッチング素子判定信号812として1を出力し、電源809から電源801へ電力を供給している場合には、同期スイッチング素子判定信号812として0を出力するからである。
In FIG. 13, since the average value of the current flowing through
本発明の実施の形態4では、同期整流の状態である領域A5の状態から、非同期整流の状態へ移行する。本発明の実施の形態4のように電力の伝達が双方向である場合、まず、同期整流の状態を解消し非同期整流の状態とするために、第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のいずれのスイッチング信号波形を変更させるか判断する。本発明の実施の形態4では、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行するときに、第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のうちスイッチング信号波形が変更される方を、同期スイッチング素子と呼び、他方を、非同期スイッチング素子と呼ぶ。図13において、同期スイッチング素子は第2の半導体スイッチング素子307であり、非同期スイッチング素子は第1の半導体スイッチング素子304である。
In the fourth embodiment of the present invention, the state of the region A5 in the synchronous rectification state is shifted to the asynchronous rectification state. In the case where power transmission is bidirectional as in the fourth embodiment of the present invention, first, the first
本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置80の検出装置810は、1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値を検出する。制御装置821は、1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値を駆動装置820に伝達する。この動作によって、駆動装置820は、第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のうちいずれが非同期スイッチング素子であるか、及び第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のうちいずれが同期スイッチング素子であるか判断する。さらに、駆動装置820は、1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値から、電力の供給方向も判断する。
The
電力の供給方向の判別は、例えば、検出器810によって1回のスイッチング周期T10におけるリアクトル303に流れる電流の平均値を検出し、その値が正か負かによって判断することができるが、他の判別方法でも構わない。本発明の実施の形態4では、検出器810によってリアクトル303に流れる瞬時の電流値を検出し、その電流値情報を取得した制御装置821で1回のスイッチング周期T10におけるリアクトル303に流れる電流の平均値を算出し、その値が正か負かによって電力の供給方向を判別する。第1の半導体スイッチング素子304と第2の半導体スイッチング素子307のうち、いずれが非同期スイッチング素子であるか、及びいずれが同期スイッチング素子であるか判断する手段も電力の供給方向の判別と同様に行う。ただし、上述した内容に限られることはない。
The determination of the power supply direction can be made, for example, by detecting the average value of the current flowing through the
非同期整流の状態では、同期スイッチング素子である第2の半導体スイッチング素子307がオフ状態に維持され、非同期スイッチング素子である第1の半導体スイッチング素子304が第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを繰り返す。
In the asynchronous rectification state, the second
本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置80の制御装置821は、図13の領域A5の状態から非同期整流の状態へ移行する間に、非同期スイッチング素子が第3のオフ状態の時に、第3のオフ状態の時間を示す第3のオフ時間T32よりも短い第4のオン時間T33で同期スイッチング素子を第4のオン状態とするように制御する期間(移行期間)を設ける。つまり、同期整流の状態を解消した後すぐに非同期整流の状態とするのではなく、同期整流の状態を解消した直後に、移行期間が設けられていることを示す。ここで、第4のオン時間T33は、第3のオフ時間T32からデッドタイム期間(1μsから5μs程度)を引いた時間よりも短いものである。
The
同期整流を解消した直後から非同期スイッチング素子を常時オフ状態にするのではなく、移行期間を設けることによって、電流がリアクトル303の負方向に流れる時間を同期整流の状態を解消した直後に作る。つまり、同期整流の状態に引き続いて、電流がリアクトル303の負方向に流れる時間を一部継続させる。本発明の実施の形態3と同様に、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する場合に、図13のような移行期間を設けると、1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値の上昇を抑制することができるため、本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置80は、供給する(伝達する)電力の変動を抑制することができる。
Immediately after canceling the synchronous rectification, the asynchronous switching element is not always turned off, but by providing a transition period, the time when the current flows in the negative direction of the
移行期間において、第1の半導体スイッチング素子304が第3のオフ状態の時に、第1の半導体スイッチング素子304の第3のオフ時間T32よりも短くした第2の半導体スイッチング素子307の第4のオン時間T33で第2の半導体スイッチング素子をオン状態とする第4の切り替えは複数回あることが好ましい。これにより、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行するときに、1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル30に流れる電流の平均値の上昇をさらに抑制することができる。
In the transition period, when the first
本発明の実施の形態4では、制御装置821が送出する第2の半導体スイッチング素子307の制御信号815は、図13の第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形13102に示すような波形であって、第1の半導体スイッチング素子304の第3のオフ時間T32よりも短くした第2の半導体スイッチング素子307の第4のオン時間T33を徐々に短くする。最終的には、第2の半導体スイッチング素子307の第4オン時間T33は0となり、第2の半導体スイッチング素子307が常にオフ状態となって、移行期間が終了し、非同期整流の状態となる。
In the fourth embodiment of the present invention, control signal 815 of second
第2の半導体スイッチング素子307のオン時間を減少させる際の変化量は、回路構成や制御の応答速度によって適切な量があると考えられる。例としては、本発明の実施の形態3において上述した通りである。
The amount of change in reducing the on time of the second
さらに、実施の形態3と同様に、第2の半導体スイッチング素子307のオン状態にするタイミングも種々考えられ、本発明の実施の形態4では、第1の半導体スイッチング素子304のオン信号と、次のスイッチング周期T30の第1の半導体スイッチング素子304のオン信号との間の中央を中心として対称に、第2の半導体スイッチング素子307のオン信号を設ける。図13に示した第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形13102は、図11及び図12のように変形することも可能である。
Furthermore, as in the third embodiment, various timings of turning on the second
図14は、本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置80の制御装置821の変形例が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流の波形を示した概略図である。本発明の実施の形態4の変形例は、1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が負の値であり、電源809から電源801へ電力を伝達する場合である。図14には、第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形14101と、第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形14102と、同期整流動作切り替え信号波形14104と、リアクトル303の電流波形14103と、同期スイッチング素子判定信号波形14105とが示される。リアクトル303の電流波形14103は、リアクトル303に流れる電流の波形を示すが、これは概略波形であって、本来はこのように直線のみで表されるものではない。以下、図14については、図13との相違点のみ説明する。
FIG. 14 is a schematic diagram showing the waveform of a control signal sent by a modification of the
図14において、領域A5に示す信号波形及び電流波形は、図13と同様に、同期整流の状態を示す。図14は、領域A5において、検出装置810によって検出された1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値が負の値であるので、電源809から電源801へ電力を伝達しているときの制御装置821が送出する制御信号の波形とリアクトル303に流れる電流波形を示す。つまり、図14の同期スイッチング素子判定信号波形14105は、同期スイッチング素子判定信号812として0を出力する。
In FIG. 14, the signal waveform and the current waveform shown in the region A5 indicate the state of synchronous rectification as in FIG. In FIG. 14, since the average value of the current flowing through
図14において、第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを繰り返す非同期スイッチング素子は、第2の半導体スイッチング素子307である。第3の切り替えに同期して、第4のオン状態と第4のオフ状態とを切り替える第4の切り替えを繰り返す同期スイッチング素子は、第1の半導体スイッチング素子304である。つまり、図14では、図13において第1の半導体スイッチング素子304に対して送出していた信号と、第2の半導体スイッチング素子307に対して送出していた信号とが入れ替わる。
In FIG. 14, the second
本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置80の制御装置821は、本発明の実施の形態4の変形例においても、図14の領域A5の状態から非同期整流の状態へ移行する間に、非同期スイッチング素子が第3のオフ状態の時に、第3のオフ状態の時間を示す第3のオフ時間T32よりも短い第4のオン時間T33で同期スイッチング素子を第4のオン状態とするように制御する期間(移行期間)を設ける。つまり、同期整流の状態を解消した後すぐに非同期整流の状態とするのではなく、同期整流の状態を解消した直後に、移行期間が設けられていることを示す。ここで、第4のオン時間T33は、第3のオフ時間T32からデッドタイム期間(1μsから5μs程度)を引いた時間よりも短いものである。
The
同期整流を解消した直後から非同期スイッチング素子を常時オフ状態にするのではなく、同期整流の状態を解消した直後に移行期間を設けることによって、同期整流の状態に引き続いて、電流がリアクトル303の正方向に流れる時間を一部継続させる。 Immediately after the synchronous rectification is eliminated, the transition period is provided immediately after the elimination of the synchronous rectification, instead of keeping the asynchronous switching element in the off state all the time. Allow some time to flow in the direction.
同期整流の状態を解消した後すぐに非同期整流の状態にすると、1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値は、同期整流の状態を解消する前よりも急激に下降する。一方、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する場合に、図14のような移行期間を設けると、1回のスイッチング周期T30内におけるリアクトル303に流れる電流の平均値の下降を抑制することができる。同期整流の状態を解消しても、電流がリアクトル303の正方向に流れる時間を一部継続してから、非同期整流の状態となるからである。よって、本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置80は、供給する(伝達する)電力の変動を抑制することができる。
If the asynchronous rectification state is made immediately after canceling the synchronous rectification state, the average value of the current flowing through the
本発明の実施の形態4の変形例においても、第1の半導体スイッチング素子304のオン状態にするタイミングは種々考えられ、図14では、第1の半導体スイッチング素子304をオン状態とするタイミングと第2の半導体スイッチング素子307をオフ状態とするタイミングとを同じとする。図14に示した第1の半導体スイッチング素子304のスイッチング信号波形14101は、図10及び図12の第2の半導体スイッチング素子307のスイッチング信号波形のように変形することも可能である。
Also in the modification of the fourth embodiment of the present invention, various timings of turning on the first
以上のように、双方向に電力を供給することが出来る電力変換装置80においても、まず、同期スイッチング素子が第1の半導体スイッチング素子304であるか第2の半導体スイッチング素子307であるかを見極める。そして、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する場合において、同期整流の状態を解消した後、同期整流の状態から非同期整流の状態へ移行する間に、非同期スイッチング素子が第3のオフ状態の時に、第3のオフ状態の時間を示す第3のオフ時間よりも短い第4のオン時間で同期スイッチング素子を第4のオン状態とするように制御する期間を設ける。これにより、本発明の実施の形態4では、供給する電力の変動を抑制した電力変換装置80を得ることができる。
As described above, also in the
本発明の実施の形態4では、同期整流の状態を解消するタイミングは、スイッチング周期T20が切り替わるタイミングと同じとして説明した。同期整流の状態を解消するタイミングはスイッチング周期T20の途中であってもよいが、同期整流の状態を解消するタイミングはスイッチング周期T20が切り替わるタイミングと同じであることが好ましい。 In the fourth embodiment of the present invention, the timing at which the synchronous rectification state is canceled is described as being the same as the timing at which the switching cycle T20 switches. The timing for canceling the state of synchronous rectification may be in the middle of the switching cycle T20, but the timing for canceling the state of synchronous rectification is preferably the same as the timing at which the switching cycle T20 switches.
なお、図3から図5、図7、図8、図10から図14は、概略図であり、図3から図5、図7、図8、図10から図14において、デッドタイム期間は図示省略されている。 3 to 5, 7, 8, and 10 to 14 are schematic views, and the dead time period is illustrated in FIGS. 3 to 5, 7, 8, and 10 to 14. It is omitted.
また、上記の各実施の形態において、第1の半導体スイッチング素子304、第2の半導体スイッチング素子307、第1の整流素子305及び第2の整流素子306として、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された素子を適用すると、さらにスイッチング損失や導通損失が低減する。これにより、電力変換装置の電力供給を一層の高効率にできることは言うまでもない。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドなどがある。
In each of the above embodiments, an element formed of a wide band gap semiconductor as the first
このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、小型化が可能である。これら小型化された素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。また、耐熱性も高いため、放熱フィンの小型化、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。さらに電力損失が低いため、素子自身の特性の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。 An element formed of such a wide band gap semiconductor has high voltage resistance and a high allowable current density, so that miniaturization is possible. By using these miniaturized elements, it is possible to miniaturize a semiconductor module incorporating these elements. In addition, since the heat resistance is high, it is possible to miniaturize the radiation fin and further miniaturize the semiconductor module. Furthermore, since the power loss is low, the efficiency of the characteristics of the element itself can be enhanced, and hence the efficiency of the semiconductor module can be enhanced.
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 The present invention can freely combine each embodiment within the scope of the invention, and can appropriately modify or omit each embodiment.
30,80 電力変換装置
31,81 電力変換システム
301,801,809 電源
302 第1のコンデンサー
303 リアクトル
304 第1の半導体スイッチング素子
305 第1の整流素子
306 第2の整流素子
307 第2の半導体スイッチング素子
308 第2のコンデンサー
309 負荷
310 入力側電圧検出器
311 出力側電圧検出器
312,812 第1の半導体スイッチング素子の制御信号
313,814 同期整流動作切り替え信号
314,815 第2の半導体スイッチング素子の制御信号
315,816 第1の半導体スイッチング素子の駆動信号
316,817 第2の半導体スイッチング素子の駆動信号
320,820 駆動装置
321,821 制御装置
810 検出装置
5201,6201,7101,7201,8101,9101,9201,10101,11101,12101,13101,14101 第1の半導体スイッチング素子のスイッチング信号波形
5202,6202,7102,7202,8102,9102,9202,10102,11102,12102,13102,14102 第2の半導体スイッチング素子のスイッチング信号波形
5203,6203,7103,7203,8103,9103,9203,10103,11103,12103,13103,14103 リアクトルの電流波形
5204,6204,7104,7204,8104,9104,9204,10104,11104,12104,13104,14104 同期整流動作切り替え信号波形
9105,9205,13105,14105 同期スイッチング素子判定信号波形30, 80
Claims (12)
前記リアクトルの前記第2の端子と前記電源の負極との間に接続された第1の半導体スイッチング素子と、
前記リアクトルの前記第2の端子と負荷の正側との間に接続され、前記第2の端子から送出された電流を前記負荷に送出するように整流する整流素子と、
前記整流素子に並列に接続された第2の半導体スイッチング素子と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子を駆動させる駆動信号を送出する駆動装置と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御信号を前記駆動装置へ送出する制御装置と、
を備え、
前記第2の半導体スイッチング素子がオフ状態に維持され、かつ前記第1の半導体スイッチング素子が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを行う非同期整流の状態から、前記第1の切り替えに同期して、前記第2の半導体スイッチング素子が第2のオン状態と第2のオフ状態とを切り替える第2の切り替えを行う同期整流の状態へ移行する場合に、
前記制御装置は、前記同期整流の状態において前記移行後の1回目の前記第1の切り替えにおける前記第1の半導体スイッチング素子が前記第1のオフ状態の時に、前記第1のオフ状態の時間を示す第1のオフ時間よりも短い第2のオン時間で前記移行後の1回目の前記第2の切り替えにおける前記第2の半導体スイッチング素子を前記第2のオン状態とするように制御し、
前記第2のオン時間は、前記第1のオフ時間からデッドタイム期間を引いた時間よりも短いこと、
を特徴とした電力変換装置。 A reactor having a first terminal and a second terminal, wherein the first terminal is connected to a positive electrode of a power supply;
A first semiconductor switching element connected between the second terminal of the reactor and the negative electrode of the power supply;
A rectifying element connected between the second terminal of the reactor and the positive side of a load to rectify the current delivered from the second terminal to be delivered to the load;
A second semiconductor switching element connected in parallel to the rectifying element;
A driving device for transmitting a driving signal for driving the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device;
A control device for sending a control signal for controlling driving of the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device to the driving device;
Equipped with
The second semiconductor switching element is maintained in the OFF state, and from the state of the asynchronous rectifying the first semiconductor Control button quenching element performs the first switching switch first on state and a first off state In the case of transition to a state of synchronous rectification in which the second semiconductor switching element switches between a second on state and a second off state in synchronization with the first switching.
The control device is configured to perform the first off-state time when the first semiconductor switching element in the first switching after the transition is in the first off-state in the synchronous rectification state. The second semiconductor switching element in the first switching after the transition is controlled to be in the second on state in a second on time shorter than a first off time shown.
The second on-time is shorter than the first off-time minus a dead-time period,
Power converter characterized by.
前記リアクトルの前記第2の端子と前記電源の負極との間に接続された第1の半導体スイッチング素子と、
前記リアクトルの前記第2の端子と負荷の正側との間に接続され、前記第2の端子から送出された電流を前記負荷に送出するように整流する整流素子と、
前記整流素子に並列に接続された第2の半導体スイッチング素子と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子を駆動させる駆動信号を送出する駆動装置と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御信号を前記駆動装置へ送出する制御装置と、
を備え、
前記第1の半導体スイッチング素子が第1のオン状態と第1のオフ状態とを切り替える第1の切り替えを繰り返し、かつ前記第1の切り替えに同期して、前記第2の半導体スイッチング素子が第2のオン状態と第2のオフ状態とを切り替える第2の切り替えを繰り返す同期整流の状態から、前記第2の半導体スイッチング素子がオフ状態に維持され、かつ前記第1の半導体スイッチング素子が前記第1の切り替えを繰り返す非同期整流の状態へ移行する間に、
前記制御装置は、前記同期整流の状態を解消した直後において、前記第1の半導体スイッチング素子が前記第1のオフ状態の時に、前記第1のオフ状態の時間を示す第1のオフ時間よりも短い第2のオン時間で前記第2の半導体スイッチング素子を前記第2のオン状態とするように制御する期間を設け、
前記第2のオン時間は、前記第1のオフ時間からデッドタイム期間を引いた時間よりも短いこと、
を特徴とした電力変換装置。 A reactor having a first terminal and a second terminal, wherein the first terminal is connected to a positive electrode of a power supply;
A first semiconductor switching element connected between the second terminal of the reactor and the negative electrode of the power supply;
A rectifying element connected between the second terminal of the reactor and the positive side of a load to rectify the current delivered from the second terminal to be delivered to the load;
A second semiconductor switching element connected in parallel to the rectifying element;
A driving device for transmitting a driving signal for driving the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device;
A control device for sending a control signal for controlling driving of the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device to the driving device;
Equipped with
The first semiconductor switching element repeats a first switching to switch between a first on state and a first off state, and in synchronization with the first switching, the second semiconductor switching element is switched to a second switching state. The second semiconductor switching element is maintained in the off state from the synchronous rectification state in which the second switching is repeated to switch between the on state and the second off state, and the first semiconductor switching element is the first state. While switching to the state of asynchronous rectification
Immediately after the state of the synchronous rectification is eliminated, the control device is configured to have a time longer than the first off time indicating the time of the first off state when the first semiconductor switching element is in the first off state. A period is provided to control the second semiconductor switching element to be in the second on state with a short second on time.
The second on-time is shorter than the first off-time minus a dead-time period,
Power converter characterized by.
を特徴とした請求項1又は2に記載の電力変換装置。 Furthermore, the control device may perform the second semiconductor switching in a second on time shorter than a time obtained by subtracting the dead time period from the first off time indicating the time in the first off state after the transition. Controlling the second switching to put the element in the second on state a plurality of times;
The power converter device according to claim 1 or 2 characterized by.
を特徴とした請求項3に記載の電力変換装置。 Furthermore, the control device may set the second on-time in the second switching after the transition to a second time longer than the second on-time in the first switching after the transition. Control to do
The power converter according to claim 3, characterized in that
を特徴とした請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 Furthermore, the control device controls the timing at which the second semiconductor switching element is turned on so that the current flowing through the reactor flows from the first terminal to the direction of the second terminal. To do,
The power converter according to any one of claims 1 to 4, characterized by
を特徴とした請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 Furthermore, the control device controls the timing at which the second semiconductor switching element is turned on to be the same as the timing at which the first semiconductor switching element is turned off and the dead time period has elapsed. ,
The power converter according to any one of claims 1 to 4, characterized by
前記リアクトルの前記第2の端子と前記第1の電源の他方の極との間に接続された第1の半導体スイッチング素子と、
前記リアクトルの前記第2の端子と第2の電源の前記第1の電源の一方の極と同じ極性の極側との間に接続され、前記第2の端子から送出された電流を前記第2の電源に送出するように整流する整流素子と、
前記整流素子に並列に接続された第2の半導体スイッチング素子と、
前記リアクトルに流れる電流値を検出する検出装置と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子を駆動させる駆動信号を送出する駆動装置と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御信号を前記駆動装置へ送出する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電流値から、前記第1の半導体スイッチング素子と前記第2の半導体スイッチング素子とのうちいずれがオフ状態に維持された同期スイッチング素子であるか、及び前記第1の半導体スイッチング素子と前記第2の半導体スイッチング素子とのうちいずれが第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期スイッチング素子であるかを判断し、
前記同期スイッチング素子がオフ状態に維持され、かつ前記非同期スイッチング素子が第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを行う非同期整流の状態から、前記第3の切り替えに同期して、前記同期スイッチング素子が第4のオン状態と第4のオフ状態とを切り替える第4の切り替えを行う同期整流の状態へ移行する場合に、
前記制御装置は、前記同期整流の状態において前記移行後の1回目の前記第3の切り替えにおける前記非同期スイッチング素子が前記第3のオフ状態の時に、前記第3のオフ状態の時間を示す第3のオフ時間よりも短い第4のオン時間で前記移行後の1回目の前記第4の切り替えにおける前記同期スイッチング素子を前記第4のオン状態とするように制御し、
前記第4のオン時間は、前記第3のオフ時間からデッドタイム期間を引いた時間よりも短いこと、
を特徴とした電力変換装置。 A reactor having a first terminal and a second terminal, wherein the first terminal is connected to one pole of a first power supply;
A first semiconductor switching element connected between the second terminal of the reactor and the other pole of the first power supply;
The second terminal of the reactor is connected between the one pole of the first power source of the second power source and the pole side of the same polarity, and the current sent from the second terminal is transmitted to the second terminal. A rectifying element that rectifies to be sent to the power supply of
A second semiconductor switching element connected in parallel to the rectifying element;
A detection device that detects a current value flowing to the reactor;
A driving device for transmitting a driving signal for driving the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device;
A control device for sending a control signal for controlling driving of the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device to the driving device;
Equipped with
The controller is
From the current value, which of the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element is a synchronous switching element maintained in the off state, and the first semiconductor switching element and the second It is determined which of the semiconductor switching elements is an asynchronous switching element that performs a third switching that switches between the third on state and the third off state.
Synchronous to the third switching from the asynchronous rectification state in which the synchronous switching element is maintained in the off state and the asynchronous switching element performs the third switching to switch the third on state and the third off state When the synchronous switching element shifts to a state of synchronous rectification that performs a fourth switching that switches between the fourth on state and the fourth off state,
The controller indicates a third time of the third off state when the asynchronous switching element is in the third off state in the first switching after the transition in the state of the synchronous rectification. Controlling the synchronous switching element in the first switching after the transition to the fourth on state in a fourth on time shorter than the off time of the second switching device;
The fourth on-time is shorter than the third off-time minus a dead-time period,
Power converter characterized by.
前記リアクトルの前記第2の端子と前記第1の電源の他方の極との間に接続された第1の半導体スイッチング素子と、
前記リアクトルの前記第2の端子と第2の電源の前記第1の電源の一方の極と同じ極性の極側との間に接続され、前記第2の端子から送出された電流を前記第2の電源に送出するように整流する整流素子と、
前記整流素子に並列に接続された第2の半導体スイッチング素子と、
前記リアクトルに流れる電流値を検出する検出装置と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子を駆動させる駆動信号を送出する駆動装置と、
前記第1の半導体スイッチング素子及び前記第2の半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御信号を前記駆動装置へ送出する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電流値から、前記第1の半導体スイッチング素子と前記第2の半導体スイッチング素子とのうちいずれが第3のオン状態と第3のオフ状態とを切り替える第3の切り替えを繰り返す非同期スイッチング素子であるか、及び前記第1の半導体スイッチング素子と前記第2の半導体スイッチング素子とのうちいずれが第4のオン状態と第4のオフ状態とを切り替える第4の切り替えを繰り返す同期スイッチング素子であるかを判断し、
前記非同期スイッチング素子が前記第3の切り替えを繰り返し、かつ前記第3の切り替えに同期して、前記同期スイッチング素子が前記第4の切り替えを繰り返す同期整流の状態から、前記非同期スイッチング素子が前記第3の切り替えを繰り返し、かつ前記同期スイッチング素子がオフ状態に維持される非同期整流の状態へ移行する間に、
前記制御装置は、前記同期整流の状態を解消した直後において、前記非同期スイッチング素子が前記第3のオフ状態の時に、前記第3のオフ状態の時間を示す第3のオフ時間よりも短い第4のオン時間で前記同期スイッチング素子を前記第4のオン状態とするように制御する期間を設け、
前記第4のオン時間は、前記第3のオフ時間からデッドタイム期間を引いた時間よりも短いこと、
を特徴とした電力変換装置。 A reactor having a first terminal and a second terminal, wherein the first terminal is connected to one pole of a first power supply;
A first semiconductor switching element connected between the second terminal of the reactor and the other pole of the first power supply;
The second terminal of the reactor is connected between the one pole of the first power source of the second power source and the pole side of the same polarity, and the current sent from the second terminal is transmitted to the second terminal. A rectifying element that rectifies to be sent to the power supply of
A second semiconductor switching element connected in parallel to the rectifying element;
A detection device that detects a current value flowing to the reactor;
A driving device for transmitting a driving signal for driving the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device;
A control device for sending a control signal for controlling driving of the first semiconductor switching device and the second semiconductor switching device to the driving device;
Equipped with
The controller is
It is an asynchronous switching element which repeats a third switching in which any one of the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element switches between the third on state and the third off state from the current value. And which of the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element is a synchronous switching element that repeats a fourth switching to switch between the fourth on state and the fourth off state Judge
From the state of synchronous rectification in which the asynchronous switching element repeats the third switching, and in synchronization with the third switching, the synchronous switching element repeats the fourth switching, the asynchronous switching element receives the third switching. While switching to an asynchronous rectification state in which the synchronous switching element is maintained in the off state,
The control device, immediately after clearing the state of the synchronous rectification, when the asynchronous switching element is in the third off state, is shorter than a third off time indicating a time of the third off state. A period for controlling the synchronous switching element to be in the fourth on state at an on time of
The fourth on-time is shorter than the third off-time minus a dead-time period,
Power converter characterized by.
を特徴とした請求項7又は請求項8に記載の電力変換装置。 Further, the control device may be configured to set the synchronous switching element at a fourth on time shorter than a time obtained by subtracting the dead time period from the third off time indicating the third off time after the transition. Controlling the fourth switching to be in the fourth on state to be performed a plurality of times;
The power converter device according to claim 7 or 8 characterized by.
を特徴とした請求項9に記載の電力変換装置。 Furthermore, the control device is configured such that the fourth on-time in the fourth switching after the transition is longer than the fourth on-time in the first switching after the transition. Control to do
The power converter according to claim 9, characterized in that
を特徴とした請求項7から請求項10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 Furthermore, the control device controls the timing at which the synchronous switching element is turned on so that the current flowing through the reactor flows between the first terminal and the second terminal. ,
The power converter according to any one of claims 7 to 10, characterized in that
を特徴とした請求項7から請求項10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 Further, the control device may control the timing at which the synchronous switching element is turned on to be the same as the timing at which the asynchronous switching element is turned off and the dead time period has elapsed.
The power converter according to any one of claims 7 to 10, characterized in that
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015025984 | 2015-02-13 | ||
JP2015025984 | 2015-02-13 | ||
PCT/JP2016/052692 WO2016129415A1 (en) | 2015-02-13 | 2016-01-29 | Power conversion device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2016129415A1 JPWO2016129415A1 (en) | 2017-04-27 |
JP6531767B2 true JP6531767B2 (en) | 2019-06-19 |
Family
ID=56614646
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016574727A Active JP6531767B2 (en) | 2015-02-13 | 2016-01-29 | Power converter |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6531767B2 (en) |
WO (1) | WO2016129415A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018079929A1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-05-03 | 주식회사 지니틱스 | Dc-dc converter having stable output properties over wide range of input voltages and having device dealing with change in input voltage |
JP6495413B1 (en) * | 2017-10-19 | 2019-04-03 | 本田技研工業株式会社 | Power system |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0688194U (en) * | 1993-05-21 | 1994-12-22 | 東光株式会社 | Synchronous rectifier circuit |
JP2002064974A (en) * | 2000-08-17 | 2002-02-28 | Taiyo Yuden Co Ltd | Drive control method of power supply circuit and power supply circuit |
JP2006149128A (en) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Funai Electric Co Ltd | Switching regulator |
JP5029331B2 (en) * | 2007-12-06 | 2012-09-19 | パナソニック株式会社 | Vehicle power supply |
JP5428713B2 (en) * | 2009-09-30 | 2014-02-26 | サンケン電気株式会社 | DC-DC converter and control method thereof |
JP5586088B2 (en) * | 2010-06-07 | 2014-09-10 | ローム株式会社 | STEP-UP DC / DC CONVERTER AND ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME |
JP2013247766A (en) * | 2012-05-25 | 2013-12-09 | Toshiba Corp | Dc-dc converter |
-
2016
- 2016-01-29 JP JP2016574727A patent/JP6531767B2/en active Active
- 2016-01-29 WO PCT/JP2016/052692 patent/WO2016129415A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2016129415A1 (en) | 2017-04-27 |
WO2016129415A1 (en) | 2016-08-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6714039B2 (en) | Secondary controller for use in a synchronous flyback converter, power converter, and method of controlling a synchronous flyback converter | |
JP5556852B2 (en) | Bidirectional DCDC converter | |
US9160242B2 (en) | Electric power conversion device | |
JP6067116B2 (en) | DC / DC converter | |
JP4401418B2 (en) | Bi-directional DC / DC converter and power conditioner | |
JP5438282B2 (en) | Method and apparatus for controlling the maximum output power of a power converter | |
WO2013121665A1 (en) | Dc/dc converter | |
US9973101B2 (en) | Power conversion device that converts AC to AC | |
JP2013141409A (en) | Switching element drive circuit for electric power conversion system | |
JP2018046674A (en) | Switching power source device | |
JP5849599B2 (en) | Forward type DC-DC converter | |
JP2013176174A (en) | Bidirectional converter | |
JP6531767B2 (en) | Power converter | |
JP6009003B2 (en) | DC / DC converter | |
JP6452231B2 (en) | Switching power supply | |
JP2010178501A (en) | Power conversion device | |
JP2005354781A (en) | Uninterruptible power supply device | |
JP4683997B2 (en) | Synchronous rectifier converter | |
JP5930978B2 (en) | DC / DC converter | |
JP2016046838A (en) | Switching power supply | |
JP2019106809A (en) | Insulation type switching power supply | |
US11005383B2 (en) | Switching power supply device for switching between a synchronous and an asynchronous rectification control | |
JP5827521B2 (en) | Buck-boost chopper type power supply | |
JP6455406B2 (en) | Power converter | |
JP6567234B1 (en) | Power converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170117 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180320 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180510 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181106 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181115 |
|
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: 20190423 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190506 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6531767 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
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 |