JP6579622B2 - Bi-directional isolated DC / DC converter - Google Patents

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Description

本発明は、双方向絶縁型DC/DCコンバータに関する。   The present invention relates to a bidirectional insulated DC / DC converter.

絶縁型DC/DCコンバータとしては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。図9に示すように、特許文献1に記載の絶縁型DC/DCコンバータ100Bは、トランスTsと、トランスTsの1次側に設けられたフルブリッジ回路13と、LLC共振回路(コイルL11、コンデンサC12およびトランスTsの1次巻線で構成された共振回路)と、トランスTsの2次側に設けられた同期整流スイッチ回路14と、コイルL21、L22およびコンデンサC21からなる整流平滑回路と、制御回路15とを備えている。   As an insulation type DC / DC converter, the thing of patent document 1 is known, for example. As shown in FIG. 9, an insulated DC / DC converter 100B described in Patent Document 1 includes a transformer Ts, a full bridge circuit 13 provided on the primary side of the transformer Ts, and an LLC resonance circuit (a coil L11, a capacitor). C12 and a resonance circuit composed of the primary winding of the transformer Ts), a synchronous rectification switch circuit 14 provided on the secondary side of the transformer Ts, a rectification smoothing circuit including coils L21 and L22, and a capacitor C21, and control Circuit 15.

さらに、絶縁型DC/DCコンバータ100Bは、1次側にクランプ用ダイオードD11、D12を備えている。クランプ用ダイオードD11は、アノードがトランスTsの1次巻線の他端に接続され、カソードが高電位側の入力端T1に接続されており、トランスTsの1次巻線の他端の電位を高電位側の電位にクランプするために設けられている。クランプ用ダイオードD12は、カソードがトランスTsの1次巻線の他端に接続され、アノードが低電位側の入力端T1’に接続されており、トランスTsの1次巻線の他端の電位を低電位側の電位にクランプするために設けられている。これにより2次側の同期整流スイッチ回路14のスイッチ素子Q15、Q16に過電圧が発生することを防止している。   Further, the insulation type DC / DC converter 100B includes clamping diodes D11 and D12 on the primary side. The clamp diode D11 has an anode connected to the other end of the primary winding of the transformer Ts and a cathode connected to the input terminal T1 on the high potential side, and the potential of the other end of the primary winding of the transformer Ts It is provided to clamp to the high potential side potential. The clamping diode D12 has a cathode connected to the other end of the primary winding of the transformer Ts, an anode connected to the input terminal T1 ′ on the low potential side, and a potential at the other end of the primary winding of the transformer Ts. Is clamped to a potential on the low potential side. This prevents an overvoltage from occurring in the switch elements Q15 and Q16 of the secondary side synchronous rectification switch circuit 14.

絶縁型DC/DCコンバータ100Bは、1次側から2次側に電力を供給することを目的としている。このため、制御回路15は、フルブリッジ回路13に対してLLC共振による制御を行い、フルブリッジ回路13のスイッチング損失を低減している。   The isolated DC / DC converter 100B is intended to supply power from the primary side to the secondary side. For this reason, the control circuit 15 controls the full bridge circuit 13 by LLC resonance to reduce the switching loss of the full bridge circuit 13.

なお、1次側が位相シフト制御に対応した回路構成の場合、制御回路15は、1次側のフルブリッジ回路に対して位相シフト制御を行うことで、1次側のフルブリッジ回路を構成するスイッチ素子の寄生キャパシタまたは外付けの共振コンデンサと共振コイルとの部分共振により、1次側のフルブリッジ回路のスイッチング損失を低減することができる。   In the case where the primary side has a circuit configuration corresponding to phase shift control, the control circuit 15 performs phase shift control on the primary side full bridge circuit, thereby forming a switch constituting the primary side full bridge circuit. The switching loss of the primary-side full bridge circuit can be reduced by the partial resonance of the element parasitic capacitor or the external resonance capacitor and the resonance coil.

特開2014−197942号公報JP 2014-197942 A

上記のとおり、従来の絶縁型DC/DCコンバータ100Bは、1次側から2次側に電力を供給する場合、LLC共振または部分共振によりスイッチング損失を低減することができる。しかしながら、従来の絶縁型DC/DCコンバータ100Bは、2次側から1次側に逆方向に電力を供給する場合、LLC共振または部分共振が働かず、ゼロ電流スイッチングまたはゼロ電圧スイッチングによるスイッチング損失を低減することができないという問題があった。具体的には、1次側のフルブリッジ回路を構成するスイッチ素子のスイッチング時に、上記スイッチング損失以外に当該スイッチ素子の寄生キャパシタまたは外付けの共振コンデンサの電荷が放出され、これにより電圧振動が生じて損失が発生してしまうという問題があった。   As described above, the conventional isolated DC / DC converter 100B can reduce the switching loss by LLC resonance or partial resonance when power is supplied from the primary side to the secondary side. However, when the conventional isolated DC / DC converter 100B supplies power from the secondary side to the primary side in the reverse direction, LLC resonance or partial resonance does not work, and switching loss due to zero current switching or zero voltage switching does not occur. There was a problem that it could not be reduced. Specifically, when switching the switch element constituting the primary-side full bridge circuit, in addition to the switching loss, the charge of the parasitic capacitor of the switch element or the external resonance capacitor is released, thereby causing voltage oscillation. There was a problem that a loss would occur.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、1次側から2次側への電力供給と2次側から1次側への電力供給とを効率よく行うことが可能な双方向絶縁型DC/DCコンバータを提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The place made into the subject performs efficiently the electric power supply from the primary side to the secondary side, and the electric power supply from the secondary side to the primary side. It is an object of the present invention to provide a bi-directional insulated DC / DC converter that is capable of performing the above.

上記課題を解決するために、本発明に係る双方向絶縁型DC/DCコンバータは、
1次巻線および2次巻線を有する絶縁変圧部と、
前記絶縁変圧部の1次側に設けられたフルブリッジ回路を含む電圧型の1次側DC/DCコンバータ部と、
前記絶縁変圧部の2次側に設けられた電流型の2次側DC/DCコンバータ部と、
前記1次側DC/DCコンバータ部に対して位相シフト制御を行う一方、前記2次側DC/DCコンバータ部に対して同期整流制御を行う制御回路と、
を備えた双方向絶縁型DC/DCコンバータであって、
前記1次側DC/DCコンバータ部は、
一端が前記フルブリッジ回路の第1レグを構成する第1スイッチ素子および第2スイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記1次巻線の一端に接続された第1コイルと、
一端が前記フルブリッジ回路の第2レグを構成する第3スイッチ素子および第4スイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記1次巻線の他端に接続された第2コイルと、
アノードが前記第1コイルの他端に接続され、カソードが前記第1レグの一端に接続された第1整流素子と、
アノードが前記第1レグの他端に接続され、カソードが前記第1コイルの他端に接続された第2整流素子と、
アノードが前記第2コイルの他端に接続され、カソードが前記第2レグの一端に接続された第3整流素子と、
アノードが前記第2レグの他端に接続され、カソードが前記第2コイルの他端に接続された第4整流素子と、を含み、
前記制御回路では、2次側から1次側に電力を供給する逆方向電力変換動作時における、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の位相に対する前記第3スイッチ素子および前記第4スイッチ素子の位相のシフト量が、前記制御回路において設定可能な最小値に設定されており、
前記制御回路は、前記逆方向電力変換動作時において、1次側から2次側に電力を供給する量が最小またはゼロになるように前記シフト量を制御することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a bidirectional insulated DC / DC converter according to the present invention includes:
An insulating transformer having a primary winding and a secondary winding;
A voltage type primary side DC / DC converter part including a full bridge circuit provided on the primary side of the insulation transformer part;
A current-type secondary side DC / DC converter unit provided on the secondary side of the insulating transformer unit;
A control circuit that performs phase shift control on the primary DC / DC converter unit, and performs synchronous rectification control on the secondary DC / DC converter unit;
A bi-directional isolated DC / DC converter comprising:
The primary side DC / DC converter unit includes:
A first coil having one end connected to a connection point of the first switch element and the second switch element constituting the first leg of the full bridge circuit, and the other end connected to one end of the primary winding;
A second coil having one end connected to a connection point of the third switch element and the fourth switch element constituting the second leg of the full bridge circuit, and the other end connected to the other end of the primary winding;
A first rectifying element having an anode connected to the other end of the first coil and a cathode connected to one end of the first leg;
A second rectifying element having an anode connected to the other end of the first leg and a cathode connected to the other end of the first coil;
A third rectifying element having an anode connected to the other end of the second coil and a cathode connected to one end of the second leg;
The anode is connected to the other end of the second leg, and a fourth rectifier element having a cathode connected to the other end of the second coil, only including,
In the control circuit, the third switch element and the fourth switch element with respect to the phases of the first switch element and the second switch element during a reverse power conversion operation for supplying power from the secondary side to the primary side Is set to a minimum value that can be set in the control circuit,
The control circuit controls the shift amount so that the amount of power supplied from the primary side to the secondary side is minimized or zero during the reverse power conversion operation .

この構成によれば、第1コイルおよび第2コイルによりフルブリッジ回路−絶縁変圧部間にインピーダンスをもたせ、かつ第1〜第4整流素子により第1〜第4スイッチ素子を迂回する電流経路を形成して、逆方向電力変換動作時に第1〜第4スイッチ素子に電流が流れにくくすることで、第1〜第4スイッチ素子のスイッチング時に当該第1〜第4スイッチ素子の寄生キャパシタまたは外付けの共振コンデンサの電荷が放出されることにより発生する電圧振動を抑制することができる。   According to this configuration, the first coil and the second coil provide an impedance between the full bridge circuit and the insulating transformer, and the first to fourth rectifier elements form a current path that bypasses the first to fourth switch elements. Then, by making it difficult for the current to flow through the first to fourth switch elements during the reverse power conversion operation, the parasitic capacitors of the first to fourth switch elements or the externally attached capacitors are switched during the switching of the first to fourth switch elements. It is possible to suppress voltage oscillation that occurs when the electric charge of the resonant capacitor is released.

本発明によれば、1次側から2次側への電力供給と2次側から1次側への電力供給とを効率よく行うことが可能な双方向絶縁型DC/DCコンバータを提供することができる。   According to the present invention, a bidirectional insulated DC / DC converter capable of efficiently performing power supply from the primary side to the secondary side and power supply from the secondary side to the primary side is provided. Can do.

本発明の一実施形態に係る双方向絶縁型DC/DCコンバータの回路図である。1 is a circuit diagram of a bidirectional insulated DC / DC converter according to an embodiment of the present invention. 逆方向電力変換動作時におけるスイッチ素子のタイミングチャートである。It is a timing chart of the switch element at the time of reverse direction power conversion operation. 図2の各状態における双方向絶縁型DC/DCコンバータの電流経路を示す図であって、(A)は状態2−1、(B)は状態2−2、(C)は状態3−1、(D)は状態3−2に対応した図である。It is a figure which shows the current pathway of the bidirectional | two-way insulation type DC / DC converter in each state of FIG. 2, (A) is the state 2-1, (B) is the state 2-2, (C) is the state 3-1. (D) is a figure corresponding to the state 3-2. 図2の各状態における双方向絶縁型DC/DCコンバータの電流経路を示す図であって、(A)は状態4−1、(B)は状態4−2、(C)は状態1−1、(D)は状態1−2に対応した図である。It is a figure which shows the electric current path | route of the bidirectional | two-way insulation type DC / DC converter in each state of FIG. 2, (A) is the state 4-1, (B) is the state 4-2, (C) is the state 1-1. (D) is a figure corresponding to the state 1-2. 順方向電力変換動作時におけるスイッチ素子のタイミングチャートである。It is a timing chart of the switch element at the time of forward power conversion operation. 図5の各状態における双方向絶縁型DC/DCコンバータの電流経路を示す図であって、(A)は状態1−2、(B)は状態2−1、(C)は状態2−2、(D)は状態3−1に対応した図である。It is a figure which shows the current pathway of the bidirectional | two-way insulation type DC / DC converter in each state of FIG. 5, Comprising: (A) is the state 1-2, (B) is the state 2-1, (C) is the state 2-2. (D) is a figure corresponding to the state 3-1. 図5の各状態における双方向絶縁型DC/DCコンバータの電流経路を示す図であって、(A)は状態3−2、(B)は状態4−1、(C)は状態4−2、(D)は状態1−1に対応した図である。It is a figure which shows the current pathway of the bidirectional | two-way insulation type DC / DC converter in each state of FIG. 5, Comprising: (A) is the state 3-2, (B) is the state 4-1, and (C) is the state 4-2. (D) is a figure corresponding to the state 1-1. 本発明の変形例に係る双方向絶縁型DC/DCコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of the bidirectional | two-way insulation type DC / DC converter which concerns on the modification of this invention. 従来の絶縁型DC/DCコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of the conventional insulation type DC / DC converter.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る双方向絶縁型DC/DCコンバータの実施形態について説明する。   Embodiments of a bidirectional insulated DC / DC converter according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1に、本発明の一実施形態に係る双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aを示す。双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aは、1次側から2次側に電力を供給する順方向電力変換動作と、2次側から1次側に電力を供給する逆方向電力変換動作とを行う。   FIG. 1 shows a bidirectional insulated DC / DC converter 100A according to an embodiment of the present invention. The bidirectional insulated DC / DC converter 100A performs a forward power conversion operation for supplying power from the primary side to the secondary side and a reverse power conversion operation for supplying power from the secondary side to the primary side. .

双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aは、本発明の「絶縁変圧部」に相当するトランスTR1と、トランスTR1の1次巻線側に設けられた電圧型の1次側DC/DCコンバータ部1と、トランスTR1の2次巻線側に設けられた電流型の2次側DC/DCコンバータ部2と、制御回路5とを備えている。   The bidirectional insulated DC / DC converter 100A includes a transformer TR1 corresponding to the “insulating transformer” of the present invention, and a voltage-type primary DC / DC converter unit 1 provided on the primary winding side of the transformer TR1. And a current type secondary DC / DC converter section 2 provided on the secondary winding side of the transformer TR1 and a control circuit 5.

1次側DC/DCコンバータ部1は、平滑コンデンサC1と、1次側フルブリッジ回路3と、第1コイルL1と、第2コイルL2と、第1〜第4整流素子D1〜D4とを備えている。   The primary side DC / DC converter unit 1 includes a smoothing capacitor C1, a primary side full bridge circuit 3, a first coil L1, a second coil L2, and first to fourth rectifying elements D1 to D4. ing.

平滑コンデンサC1は、一端が高電位側の入出力端T1に接続され、他端が低電位側の入出力端T1’に接続されている。   The smoothing capacitor C1 has one end connected to the high-potential side input / output terminal T1 and the other end connected to the low-potential side input / output terminal T1 '.

1次側フルブリッジ回路3は、第1スイッチ素子Q1と、第2スイッチ素子Q2と、第3スイッチ素子Q3と、第4スイッチ素子Q4とを含む。第1スイッチ素子Q1は第1レグの上アームを構成し、第2スイッチ素子Q2は第1レグの下アームを構成する。第3スイッチ素子Q3は第2レグの上アームを構成し、第4スイッチ素子Q4は第2レグの下アームを構成する。第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4は、制御回路5の制御下でスイッチング動作を行う。第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4としては、IGBTやMOSFET等のスイッチング動作を行うパワー素子を用いることができる。   The primary side full bridge circuit 3 includes a first switch element Q1, a second switch element Q2, a third switch element Q3, and a fourth switch element Q4. The first switch element Q1 constitutes the upper arm of the first leg, and the second switch element Q2 constitutes the lower arm of the first leg. The third switch element Q3 constitutes the upper arm of the second leg, and the fourth switch element Q4 constitutes the lower arm of the second leg. The first to fourth switch elements Q1 to Q4 perform a switching operation under the control of the control circuit 5. As the first to fourth switch elements Q1 to Q4, power elements that perform a switching operation such as an IGBT and a MOSFET can be used.

第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4のそれぞれには、ダイオードが逆並列接続されている。ダイオードとしては、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4の各寄生ダイオードや、当該寄生ダイオードとは別のダイオード素子を用いることができる。さらに、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4のそれぞれには、コンデンサが並列接続されている。コンデンサとしては、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4の各寄生キャパシタや、当該寄生キャパシタとは別の外付け共振コンデンサを用いることができる。本実施形態では、第3スイッチ素子Q3に共振コンデンサCaが並列接続され、第4スイッチ素子Q4に共振コンデンサCbが並列接続されている。   A diode is connected in antiparallel to each of the first to fourth switch elements Q1 to Q4. As the diode, each parasitic diode of the first to fourth switching elements Q1 to Q4 or a diode element different from the parasitic diode can be used. Furthermore, a capacitor is connected in parallel to each of the first to fourth switch elements Q1 to Q4. As the capacitor, the parasitic capacitors of the first to fourth switch elements Q1 to Q4 or an external resonant capacitor different from the parasitic capacitor can be used. In the present embodiment, a resonance capacitor Ca is connected in parallel to the third switch element Q3, and a resonance capacitor Cb is connected in parallel to the fourth switch element Q4.

第1コイルL1は、一端が1次側フルブリッジ回路3の第1レグを構成する第1スイッチ素子Q1および第2スイッチ素子Q2の接続点に接続され、他端がトランスTR1の1次巻線の一端に接続されている。第2コイルL2は、一端が1次側フルブリッジ回路3の第2レグを構成する第3スイッチ素子Q3および第4スイッチ素子Q4の接続点に接続され、他端がトランスTR1の1次巻線の他端に接続されている。すなわち、順方向電力変換動作時において、第1コイルL1、第2コイルL2および第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4の各寄生キャパシタや外付け共振コンデンサCa、Cbは、1次側フルブリッジ回路3の各スイッチ素子Q1〜Q4のスイッチング時に部分共振回路を構成し、ゼロ電圧スイッチングによりスイッチング損失を低減する。   The first coil L1 has one end connected to the connection point of the first switch element Q1 and the second switch element Q2 constituting the first leg of the primary side full bridge circuit 3, and the other end connected to the primary winding of the transformer TR1. It is connected to one end. The second coil L2 has one end connected to the connection point of the third switch element Q3 and the fourth switch element Q4 constituting the second leg of the primary side full bridge circuit 3, and the other end connected to the primary winding of the transformer TR1. Is connected to the other end. That is, at the time of forward power conversion operation, the parasitic capacitors of the first coil L1, the second coil L2, and the first to fourth switch elements Q1 to Q4 and the external resonance capacitors Ca and Cb are primary side full bridge circuits. A partial resonance circuit is configured at the time of switching of each of the three switching elements Q1 to Q4, and switching loss is reduced by zero voltage switching.

第1整流素子D1は、ダイオードからなり、アノードが第1コイルL1の他端に接続され、カソードが1次側フルブリッジ回路3の第1レグの一端に接続されている。すなわち、第1整流素子D1は、第1コイルL1を介して第1スイッチ素子Q1に並列接続され、逆方向電力変換動作におけるスイッチング時に第1コイルL1および第1スイッチ素子Q1を迂回する電流経路を形成する。   The first rectifier element D <b> 1 is formed of a diode, and has an anode connected to the other end of the first coil L <b> 1 and a cathode connected to one end of the first leg of the primary side full bridge circuit 3. That is, the first rectifier element D1 is connected in parallel to the first switch element Q1 via the first coil L1, and has a current path that bypasses the first coil L1 and the first switch element Q1 during switching in the reverse power conversion operation. Form.

第2整流素子D2は、ダイオードからなり、カソードが第1コイルL1の他端に接続され、アノードが1次側フルブリッジ回路3の第1レグの他端に接続されている。すなわち、第2整流素子D2は、第1コイルL1を介して第2スイッチ素子Q2に並列接続され、逆方向電力変換動作におけるスイッチング時に第1コイルL1および第2スイッチ素子Q2を迂回する電流経路を形成する。   The second rectifying element D <b> 2 is formed of a diode, and has a cathode connected to the other end of the first coil L <b> 1 and an anode connected to the other end of the first leg of the primary side full bridge circuit 3. That is, the second rectifier element D2 is connected in parallel to the second switch element Q2 via the first coil L1, and has a current path that bypasses the first coil L1 and the second switch element Q2 during switching in the reverse power conversion operation. Form.

第3整流素子D3は、ダイオードからなり、アノードが第2コイルL2の他端に接続され、カソードが1次側フルブリッジ回路3の第2レグの一端に接続されている。すなわち、第3整流素子D3は、第2コイルL2を介して第3スイッチ素子Q3に並列接続され、逆方向電力変換動作におけるスイッチング時に第2コイルL2および第3スイッチ素子Q3を迂回する電流経路を形成する。   The third rectifier element D3 is formed of a diode, and has an anode connected to the other end of the second coil L2 and a cathode connected to one end of the second leg of the primary side full bridge circuit 3. That is, the third rectifier element D3 is connected in parallel to the third switch element Q3 via the second coil L2, and has a current path that bypasses the second coil L2 and the third switch element Q3 during switching in the reverse power conversion operation. Form.

第4整流素子D4は、ダイオードからなり、カソードが第2コイルL2の他端に接続され、アノードが1次側フルブリッジ回路3の第2レグの他端に接続されている。すなわち、第4整流素子D4は、第2コイルL2を介して第4スイッチ素子Q4に並列接続され、逆方向電力変換動作におけるスイッチング時に第2コイルL2および第4スイッチ素子Q4を迂回する電流経路を形成する。   The fourth rectifying element D4 is formed of a diode, and has a cathode connected to the other end of the second coil L2 and an anode connected to the other end of the second leg of the primary side full bridge circuit 3. That is, the fourth rectifier element D4 is connected in parallel to the fourth switch element Q4 via the second coil L2, and has a current path that bypasses the second coil L2 and the fourth switch element Q4 during switching in the reverse power conversion operation. Form.

2次側DC/DCコンバータ部2は、2次側フルブリッジ回路4と、コイルL3および平滑コンデンサC2からなる2次側LC回路とを備えている。   The secondary side DC / DC converter unit 2 includes a secondary side full bridge circuit 4 and a secondary side LC circuit including a coil L3 and a smoothing capacitor C2.

2次側フルブリッジ回路4は、第5スイッチ素子Q5と、第6スイッチ素子Q6と、第7スイッチ素子Q7と、第8スイッチ素子Q8とを含む。第5スイッチ素子Q5は第1レグの上アームを構成し、第6スイッチ素子Q6は第1レグの下アームを構成する。第7スイッチ素子Q7は第2レグの上アームを構成し、第8スイッチ素子Q8は第2レグの下アームを構成する。第5〜第8スイッチ素子Q5〜Q8は、制御回路5の制御下でスイッチング動作を行う。第5〜第8スイッチ素子Q5〜Q8としては、IGBTやMOSFET等のスイッチング動作を行うパワー素子を用いることができる。   Secondary-side full bridge circuit 4 includes a fifth switch element Q5, a sixth switch element Q6, a seventh switch element Q7, and an eighth switch element Q8. The fifth switch element Q5 constitutes the upper arm of the first leg, and the sixth switch element Q6 constitutes the lower arm of the first leg. The seventh switch element Q7 constitutes the upper arm of the second leg, and the eighth switch element Q8 constitutes the lower arm of the second leg. The fifth to eighth switch elements Q5 to Q8 perform a switching operation under the control of the control circuit 5. As the fifth to eighth switch elements Q5 to Q8, a power element that performs a switching operation such as an IGBT or a MOSFET can be used.

第5〜第8スイッチ素子Q5〜Q8のそれぞれには、ダイオードが逆並列接続されている。ダイオードとしては、第5〜第8スイッチ素子Q5〜Q8の各寄生ダイオードや、当該寄生ダイオードとは別のダイオード素子を用いることができる。さらに、第5〜第8スイッチ素子Q5〜Q8のそれぞれには、コンデンサが並列接続されている。コンデンサとしては、第5〜第8スイッチ素子Q5〜Q8の各寄生キャパシタや、当該寄生キャパシタとは別の外付け共振コンデンサを用いることができる。本実施形態では、第5スイッチ素子Q5に共振コンデンサCcが並列接続され、第6スイッチ素子Q6に共振コンデンサCdが並列接続されている。   A diode is connected in antiparallel to each of the fifth to eighth switch elements Q5 to Q8. As the diode, each of the parasitic diodes of the fifth to eighth switch elements Q5 to Q8 or a diode element different from the parasitic diode can be used. Furthermore, a capacitor is connected in parallel to each of the fifth to eighth switch elements Q5 to Q8. As the capacitor, the parasitic capacitors of the fifth to eighth switch elements Q5 to Q8 or an external resonance capacitor different from the parasitic capacitor can be used. In the present embodiment, a resonance capacitor Cc is connected in parallel to the fifth switch element Q5, and a resonance capacitor Cd is connected in parallel to the sixth switch element Q6.

制御回路5は、例えば、マイコンやFPGA(フィールドプログラマブル・ゲートアレイ)等の制御用IC(集積回路)により構成される。制御回路5は、1次側フルブリッジ回路3および2次側フルブリッジ回路4を制御する。具体的には、制御回路5は、1次側フルブリッジ回路3に対して、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4の位相をシフトさせる位相シフト制御を行い、2次側フルブリッジ回路4に対して、第5〜第8スイッチ素子Q5〜Q8のスイッチング動作を1次側フルブリッジ回路3のスイッチング動作に同期させる同期整流制御を行う。   The control circuit 5 is configured by a control IC (integrated circuit) such as a microcomputer or FPGA (field programmable gate array). The control circuit 5 controls the primary side full bridge circuit 3 and the secondary side full bridge circuit 4. Specifically, the control circuit 5 performs phase shift control to shift the phases of the first to fourth switch elements Q1 to Q4 with respect to the primary side full bridge circuit 3, and the secondary side full bridge circuit 4 On the other hand, synchronous rectification control is performed in which the switching operation of the fifth to eighth switch elements Q5 to Q8 is synchronized with the switching operation of the primary side full bridge circuit 3.

次に、図2〜図4を参照して、逆方向電力変換動作時における制御回路5の制御方式を説明する。なお、図2に示すとおり、1次側フルブリッジ回路3のPWMデューティ(第1スイッチ素子Q1および第4スイッチ素子Q4のPWMデューティ)が50%に設定されているものとする。   Next, a control method of the control circuit 5 during the reverse power conversion operation will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, it is assumed that the PWM duty of the primary side full bridge circuit 3 (PWM duty of the first switch element Q1 and the fourth switch element Q4) is set to 50%.

制御回路5は、順方向電力変換動作時に2次側の端子T2、T2’間電圧が外部電源等により予め規定された規定電圧より上昇すると、逆方向電力変換動作に対応した制御を行う。すなわち、制御回路5は、逆方向電力変換動作時に、1次側フルブリッジ回路3に対して位相シフト制御を行う。具体的には、制御回路5は、第2スイッチ素子Q2のOFF時間を第1スイッチ素子Q1のON時間よりも若干長くして、第1スイッチ素子Q1と第2スイッチ素子Q2とがともにOFF状態になるデッドタイム(図2の時間t〜t)を含むように、第1スイッチ素子Q1と第2スイッチ素子Q2の位相を反転させる。同様に、制御回路5は、第3スイッチ素子Q3のOFF時間を第4スイッチ素子Q4のON時間よりも若干長くして、第3スイッチ素子Q3と第4スイッチ素子Q4とがともにOFF状態になるデッドタイム(図2の時間t〜t)を含むように、第3スイッチ素子Q3と第4スイッチ素子Q4の位相を反転させる。 The control circuit 5 performs control corresponding to the reverse power conversion operation when the voltage between the terminals T2 and T2 ′ on the secondary side rises from a predetermined voltage defined in advance by an external power source or the like during the forward power conversion operation. That is, the control circuit 5 performs phase shift control on the primary side full bridge circuit 3 during the reverse power conversion operation. Specifically, the control circuit 5 makes the OFF time of the second switch element Q2 slightly longer than the ON time of the first switch element Q1, and both the first switch element Q1 and the second switch element Q2 are in the OFF state. The phases of the first switch element Q1 and the second switch element Q2 are inverted so as to include the dead time (time t 2 to t 3 in FIG. 2). Similarly, the control circuit 5 makes the OFF time of the third switch element Q3 slightly longer than the ON time of the fourth switch element Q4, and both the third switch element Q3 and the fourth switch element Q4 are turned off. to include a dead time (time t 4 ~t 5 in FIG. 2) inverts the third switching element Q3 the phase of the fourth switching element Q4.

さらに、制御回路5は、第1スイッチ素子Q1および第2スイッチ素子Q2の位相に対して、第3スイッチ素子Q3および第4スイッチ素子Q4の位相をシフトさせる。逆方向電力変換動作時における位相のシフト量は、順方向の電力変換量を最小にするように制御されるため、最小化されている。換言すれば、逆方向電力変換動作時における位相のシフト量は、制御回路5において設定可能な最小値に設定されている。なお、最小値が位相シフト量ゼロを含む値でもよい。   Further, the control circuit 5 shifts the phases of the third switch element Q3 and the fourth switch element Q4 with respect to the phases of the first switch element Q1 and the second switch element Q2. The amount of phase shift during the reverse power conversion operation is minimized because it is controlled to minimize the amount of power conversion in the forward direction. In other words, the phase shift amount during the reverse power conversion operation is set to the minimum value that can be set in the control circuit 5. The minimum value may be a value including zero phase shift amount.

制御回路5は、逆方向電力変換動作時に、2次側フルブリッジ回路4に対して同期整流制御を行う。具体的には、制御回路5は、第1スイッチ素子Q1および第4スイッチ素子Q4がともにON状態のときにのみ第6スイッチ素子Q6および第7スイッチ素子Q7をOFF状態にし、第2スイッチ素子Q2および第3スイッチ素子Q3がともにON状態のときにのみ第5スイッチ素子Q5および第8スイッチ素子Q8をOFF状態にする。   The control circuit 5 performs synchronous rectification control on the secondary full bridge circuit 4 during the reverse power conversion operation. Specifically, the control circuit 5 turns off the sixth switch element Q6 and the seventh switch element Q7 only when both the first switch element Q1 and the fourth switch element Q4 are in the ON state, and the second switch element Q2 Only when both the third switch element Q3 and the third switch element Q3 are in the ON state, the fifth switch element Q5 and the eighth switch element Q8 are in the OFF state.

時間t〜tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態2−1、状態2−2、状態3−1)は、図3(A)〜(C)のとおりである。状態2−1、状態2−2、状態3−1では、2次側フルブリッジ回路4の4つのスイッチ素子Q5〜Q8がON状態となるので、トランスTR1の2次巻線に電流が流れることなく2次側LC回路のコイルL3に電流が流れ、当該コイルL3にエネルギーが蓄積される。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 2 ~t 5 (state 2-1, state 2-2, state 3-1) are shown in Figure 3 (A) ~ (C) . In the state 2-1, the state 2-2, and the state 3-1, since the four switch elements Q5 to Q8 of the secondary side full bridge circuit 4 are in the ON state, a current flows through the secondary winding of the transformer TR1. Current flows through the coil L3 of the secondary LC circuit, and energy is accumulated in the coil L3.

時間t〜tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態3−2)は、図3(D)のとおりである。状態3−2では、第5スイッチ素子Q5および第8スイッチ素子Q8がOFF状態となるので、トランスTR1の2次巻線に電流が流れ、1次側に電力が供給される。1次側では、第3スイッチ素子Q3がターンONして第2スイッチ素子Q2および第3スイッチ素子Q3がON状態となるが、第2スイッチ素子Q2および第3スイッチ素子Q3には電流が流れず、第2整流素子D2および第3整流素子D3に電流が流れる。このため、第3スイッチ素子Q3のターンON時に当該第3スイッチ素子Q3の寄生キャパシタおよび外付けの共振コンデンサCaの電荷が放出されることにより発生する電圧振動が抑制される。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 5 ~t 6 (state 3-2) is as Figure 3 (D). In the state 3-2, the fifth switch element Q5 and the eighth switch element Q8 are turned off, so that a current flows through the secondary winding of the transformer TR1 and power is supplied to the primary side. On the primary side, the third switch element Q3 is turned on and the second switch element Q2 and the third switch element Q3 are turned on, but no current flows through the second switch element Q2 and the third switch element Q3. A current flows through the second rectifying element D2 and the third rectifying element D3. For this reason, when the third switch element Q3 is turned on, the voltage oscillation generated by the discharge of the parasitic capacitor of the third switch element Q3 and the external resonance capacitor Ca is suppressed.

時間t〜tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態4−1、状態4−2、状態1−1)は、図4(A)〜(C)のとおりである。状態4−1、状態4−2、状態1−1では、2次側フルブリッジ回路4の4つのスイッチ素子Q5〜Q8がON状態となるので、トランスTR1の2次巻線に電流が流れることなく2次側LC回路のコイルL3に電流が流れ、当該コイルL3にエネルギーが蓄積される。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 6 ~t 9 (state 4-1, state 4-2, state 1-1) are shown in Figure 4 (A) ~ (C) . In the state 4-1, the state 4-2, and the state 1-1, the four switch elements Q5 to Q8 of the secondary side full bridge circuit 4 are turned on, so that a current flows through the secondary winding of the transformer TR1. Current flows through the coil L3 of the secondary LC circuit, and energy is accumulated in the coil L3.

時間t〜t10における双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態1−2)は、図4(D)のとおりである。状態1−2では、第6スイッチ素子Q6および第7スイッチ素子Q7がOFF状態となるので、トランスTR1の2次巻線に状態3−2のときと逆向きの電流が流れ、1次側に電力が供給される。1次側では、第4スイッチ素子Q4がターンONして第1スイッチ素子Q1および第4スイッチ素子Q4がON状態となるが、第1スイッチ素子Q1および第4スイッチ素子Q4には電流が流れず、第1整流素子D1および第4整流素子D4に電流が流れる。このため、第4スイッチ素子Q4のターンON時に当該第4スイッチ素子Q4の寄生キャパシタおよび外付けの共振コンデンサCbの電荷が放出されることにより発生する電圧振動が抑制される。 State (state 2) of the time t 9 ~t 10 bidirectional insulated DC / DC converter 100A in is as FIG. 4 (D). In the state 1-2, since the sixth switch element Q6 and the seventh switch element Q7 are in the OFF state, a current in the direction opposite to that in the state 3-2 flows in the secondary winding of the transformer TR1, and the current flows to the primary side. Power is supplied. On the primary side, the fourth switch element Q4 is turned on and the first switch element Q1 and the fourth switch element Q4 are turned on, but no current flows through the first switch element Q1 and the fourth switch element Q4. A current flows through the first rectifying element D1 and the fourth rectifying element D4. For this reason, when the fourth switch element Q4 is turned on, the voltage oscillation generated by the discharge of the parasitic capacitor of the fourth switch element Q4 and the external resonance capacitor Cb is suppressed.

次に、図5〜図7を参照して、順方向電力変換動作時における制御回路5の制御方式を説明する。制御回路5は、順方向電力変換動作時において、1次側フルブリッジ回路3に対して位相シフト制御を行い、2次側フルブリッジ回路4に対して同期整流制御を行う。   Next, a control method of the control circuit 5 during the forward power conversion operation will be described with reference to FIGS. The control circuit 5 performs phase shift control on the primary side full bridge circuit 3 and performs synchronous rectification control on the secondary side full bridge circuit 4 during forward power conversion operation.

順方向電力変換動作時における位相シフト制御は、位相のシフト量を除き、逆方向電力変換動作時における位相シフト制御と共通している。順方向電力変換動作時における位相のシフト量は、順方向の電力変換の量によって制御されるので、図5と図2の比較から分かるように、一般に逆方向電力変換動作時における位相のシフト量よりも大きな値に設定されている。一方、順方向電力変換動作時における同期整流制御は、逆方向電力変換動作時における同期整流制御と共通している。   The phase shift control during the forward power conversion operation is common to the phase shift control during the reverse power conversion operation, except for the phase shift amount. Since the amount of phase shift during the forward power conversion operation is controlled by the amount of power conversion in the forward direction, as can be seen from a comparison between FIG. 5 and FIG. 2, generally the amount of phase shift during the reverse power conversion operation. Is set to a larger value. On the other hand, the synchronous rectification control during the forward power conversion operation is common to the synchronous rectification control during the reverse power conversion operation.

時間t〜tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態1−2)は、図6(A)のとおりである。状態1−2では、第1スイッチ素子Q1、第4スイッチ素子Q4、第5スイッチ素子Q5および第8スイッチ素子Q8がON状態となり、トランスTR1の1次巻線に電流が流れ、2次側に電力が供給される。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 1 ~t 2 (state 1-2) are shown in Figure 6 (A). In the state 1-2, the first switch element Q1, the fourth switch element Q4, the fifth switch element Q5, and the eighth switch element Q8 are turned on, current flows through the primary winding of the transformer TR1, and the secondary side Power is supplied.

時間tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態2−1)は、図6(B)のとおりである。状態2−1では、第1スイッチ素子Q1がゼロ電圧スイッチングでターンOFFし、第6スイッチ素子Q6および第7スイッチ素子Q7がハードスイッチングでターンONするとともに、第1スイッチ素子Q1の寄生キャパシタが充電され、第2スイッチ素子Q2の寄生キャパシタが放電する。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 2 (state 2-1) are shown in Figure 6 (B). In the state 2-1, the first switch element Q1 is turned OFF by zero voltage switching, the sixth switch element Q6 and the seventh switch element Q7 are turned ON by hard switching, and the parasitic capacitor of the first switch element Q1 is charged. As a result, the parasitic capacitor of the second switch element Q2 is discharged.

時間tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態2−2)は、図6(C)のとおりである。状態2−2では、第2スイッチ素子Q2がゼロ電圧スイッチングでターンONする。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 3 (condition 2-2) is shown in Figure 6 (C). In the state 2-2, the second switch element Q2 is turned on by zero voltage switching.

時間tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態3−1)は、図6(D)のとおりである。状態3−1では、第4スイッチ素子Q4がゼロ電圧スイッチングでターンOFFするとともに、第4スイッチ素子Q4の寄生キャパシタおよび共振コンデンサCbが充電され、第3スイッチ素子Q3の寄生キャパシタおよび共振コンデンサCaが放電する。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A (Condition 3-1) at time t 4 is shown in Figure 6 (D). In the state 3-1, the fourth switch element Q4 is turned OFF by zero voltage switching, the parasitic capacitor and the resonance capacitor Cb of the fourth switch element Q4 are charged, and the parasitic capacitor and the resonance capacitor Ca of the third switch element Q3 are charged. Discharge.

時間tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態3−2)は、図7(A)のとおりである。状態3−2では、第3スイッチ素子Q3がゼロ電圧スイッチングでターンONし、トランスTR1の1次巻線に状態1−2のときと逆向きの電流が流れ、2次側に電力が供給される。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 5 (state 3-2) are shown in Figure 7 (A). In the state 3-2, the third switch element Q3 is turned on by zero voltage switching, and a current in the opposite direction flows to the primary winding of the transformer TR1 and power is supplied to the secondary side. The

時間tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態4−1)は、図7(B)のとおりである。状態4−1では、第2スイッチ素子Q2がゼロ電圧スイッチングでターンOFFし、第5スイッチ素子Q5および第8スイッチ素子Q8がハードスイッチングでターンONするとともに、第2スイッチ素子Q2の寄生キャパシタが充電され、第1スイッチ素子Q1の寄生キャパシタが放電する。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A (Condition 4-1) at time t 6 is shown in Figure 7 (B). In state 4-1, the second switch element Q2 is turned OFF by zero voltage switching, the fifth switch element Q5 and the eighth switch element Q8 are turned ON by hard switching, and the parasitic capacitor of the second switch element Q2 is charged. As a result, the parasitic capacitor of the first switch element Q1 is discharged.

時間tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態4−2)は、図7(C)のとおりである。状態4−2では、第1スイッチ素子Q1がゼロ電圧スイッチングでターンONする。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 7 (state 4-2) are shown in Figure 7 (C). In state 4-2, the first switch element Q1 is turned on by zero voltage switching.

時間tにおける双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aの状態(状態1−1)は、図7(D)のとおりである。状態1−1では、第3スイッチ素子Q3がゼロ電圧スイッチングでターンOFFするとともに、第3スイッチ素子Q3の寄生キャパシタおよび共振コンデンサCaが充電され、第4スイッチ素子Q4の寄生キャパシタおよび共振コンデンサCbが放電する。 State of the bidirectional insulated DC / DC converter 100A at time t 8 (state 1-1) are shown in Figure 7 (D). In the state 1-1, the third switch element Q3 is turned OFF by zero voltage switching, the parasitic capacitor and the resonance capacitor Ca of the third switch element Q3 are charged, and the parasitic capacitor and the resonance capacitor Cb of the fourth switch element Q4 are charged. Discharge.

結局、双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aによれば、第1コイルL1および第2コイルL2により1次側フルブリッジ回路3−トランスTR1間にインピーダンスをもたせることで、順方向電力変換動作時において、第1コイルL1、第2コイルL2と第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4の各寄生キャパシタや外付け共振コンデンサCa、Cbは、1次側フルブリッジ回路3の各スイッチ素子Q1〜Q4のスイッチング時に部分共振回路を構成し、ゼロ電圧スイッチングによりスイッチング損失を低減することができる。さらに、第1〜第4整流素子D1〜D4により第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4を迂回する電流経路を形成して、逆方向電力変換動作時に第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4に電流が流れにくくすることで、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4のスイッチング時に当該第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4の寄生キャパシタおよび/または外付けの共振コンデンサCa、Cbの電荷が放出されることにより発生する電圧振動を抑制することができる。したがって、双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aによれば、1次側から2次側への電力供給と2次側から1次側への電力供給とを効率よく行うことが可能になる。   Eventually, according to the bidirectional insulated DC / DC converter 100A, the first coil L1 and the second coil L2 provide impedance between the primary side full bridge circuit 3 and the transformer TR1, so that the forward power conversion operation can be performed. The first coil L1, the second coil L2, the first to fourth switch elements Q1 to Q4, the parasitic capacitors and the external resonant capacitors Ca and Cb are connected to the switch elements Q1 to Q4 of the primary side full bridge circuit 3, respectively. A partial resonance circuit can be formed at the time of switching, and switching loss can be reduced by zero voltage switching. Furthermore, a current path that bypasses the first to fourth switch elements Q1 to Q4 is formed by the first to fourth rectifier elements D1 to D4, and the first to fourth switch elements Q1 to Q4 are connected to each other during reverse power conversion operation. By making the current difficult to flow, the charges of the parasitic capacitors of the first to fourth switch elements Q1 to Q4 and / or the external resonance capacitors Ca and Cb are released when the first to fourth switch elements Q1 to Q4 are switched. Thus, the voltage oscillation generated can be suppressed. Therefore, according to the bidirectional insulated DC / DC converter 100A, it is possible to efficiently perform power supply from the primary side to the secondary side and power supply from the secondary side to the primary side.

以上、本発明に係る双方向絶縁型DC/DCコンバータの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   Although the embodiment of the bidirectional insulated DC / DC converter according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

[変形例1]
図8に、本発明の変形例1に係る双方向絶縁型DC/DCコンバータ100A’の回路図を示す。双方向絶縁型DC/DCコンバータ100A’は、上記実施形態に係る双方向絶縁型DC/DCコンバータ100Aに、コイルL3’と、開閉手段S1、S2と、第4コイルL4と、第5コイルL5と、第5〜第8整流素子D5〜D8とを追加したものである。
[Modification 1]
FIG. 8 shows a circuit diagram of a bidirectional insulated DC / DC converter 100A ′ according to the first modification of the present invention. The bidirectional insulated DC / DC converter 100A ′ is different from the bidirectional insulated DC / DC converter 100A according to the above embodiment in that the coil L3 ′, the open / close means S1 and S2, the fourth coil L4, and the fifth coil L5. And fifth to eighth rectifying elements D5 to D8 are added.

開閉手段S1、S2は、リレーや、スイッチング動作を行うIGBTやMOSFET等のパワー素子で構成され、制御回路5の制御下で導通状態と非導通状態とが切り替わる。開閉手段S1は、1次側のコイルL3’に並列接続されており、開閉手段S2は、2次側のコイルL3に並列接続されている。   The opening / closing means S1 and S2 are configured by relays, power elements such as IGBTs and MOSFETs that perform a switching operation, and are switched between a conductive state and a non-conductive state under the control of the control circuit 5. The opening / closing means S1 is connected in parallel to the primary side coil L3 ', and the opening / closing means S2 is connected in parallel to the secondary side coil L3.

開閉手段S1が導通状態で開閉手段S2が非導通状態の場合、上記実施形態と同様に、1次側DC/DCコンバータ部1の回路トポロジは電圧型となり、2次側DC/DCコンバータ部2の回路トポロジは電流型となる。当該回路トポロジの双方向絶縁型DC/DCコンバータ100A’は、通常、1次側から2次側に電力を供給する順方向電力変換動作を行い、2次側の端子T2、T2’間電圧が外部電源等により予め規定された規定電圧より上昇すると逆方向電力変換動作を行う。当該逆方向電力変換動作時における第1〜第4整流素子D1〜D4は、第1〜第4スイッチ素子Q1〜Q4を迂回する電流経路を形成する。   When the switching means S1 is in a conductive state and the switching means S2 is in a non-conductive state, the circuit topology of the primary side DC / DC converter unit 1 is a voltage type and the secondary side DC / DC converter unit 2 as in the above embodiment. The circuit topology is a current type. The bidirectionally isolated DC / DC converter 100A ′ having the circuit topology normally performs a forward power conversion operation for supplying power from the primary side to the secondary side, and the voltage between the terminals T2 and T2 ′ on the secondary side is increased. When the voltage rises above a specified voltage specified in advance by an external power source or the like, a reverse power conversion operation is performed. The first to fourth rectifying elements D1 to D4 during the reverse power conversion operation form a current path that bypasses the first to fourth switch elements Q1 to Q4.

一方、開閉手段S1が非導通状態で開閉手段S2が導通状態の場合、1次側DC/DCコンバータ部1の回路トポロジは電流型となり、2次側DC/DCコンバータ部2の回路トポロジは電圧型となる。当該回路トポロジの双方向絶縁型DC/DCコンバータ100A’は、通常、2次側から1次側に電力を供給する順方向電力変換動作を行い、1次側の端子T1、T1’間電圧が外部電源等により予め規定された規定電圧より上昇すると、1次側から2次側に電力を供給する逆方向電力変換動作を行う。当該逆方向電力変換動作時における第5〜第8整流素子D5〜D8は、第5〜第8スイッチ素子Q5〜Q8を迂回する電流経路を形成する。   On the other hand, when the switching means S1 is in a non-conductive state and the switching means S2 is in a conductive state, the circuit topology of the primary side DC / DC converter unit 1 is a current type, and the circuit topology of the secondary side DC / DC converter unit 2 is a voltage. Become a mold. The bidirectionally isolated DC / DC converter 100A ′ having the circuit topology normally performs a forward power conversion operation for supplying power from the secondary side to the primary side, and the voltage between the terminals T1 and T1 ′ on the primary side is When the voltage rises above a specified voltage that is specified in advance by an external power source or the like, a reverse power conversion operation for supplying power from the primary side to the secondary side is performed. The fifth to eighth rectifier elements D5 to D8 during the reverse power conversion operation form a current path that bypasses the fifth to eighth switch elements Q5 to Q8.

[その他の変形例]
本発明では、位相シフト制御におけるスイッチングパターンまたは同期整流制御におけるスイッチングパターンの少なくとも一方を適宜変更することができる。例えば、第1スイッチ素子Q1の立ち上がりかつ第4スイッチ素子Q4の立ち下がり間で位相シフトを行うようにし、第1および第4スイッチ素子Q1およびQ4が同時にONするときに第6および第7スイッチ素子Q6およびQ7をOFFし、同期整流させるようにしてもよい。
[Other variations]
In the present invention, at least one of the switching pattern in the phase shift control or the switching pattern in the synchronous rectification control can be appropriately changed. For example, the phase shift is performed between the rise of the first switch element Q1 and the fall of the fourth switch element Q4, and the sixth and seventh switch elements are turned on when the first and fourth switch elements Q1 and Q4 are simultaneously turned on. Q6 and Q7 may be turned off to perform synchronous rectification.

1次側DC/DCコンバータ部1は、回路トポロジが電圧型であり、1次側フルブリッジ回路3と、第1コイルL1と、第2コイルL2と、第1〜第4整流素子D1〜D4とを備えているのであれば、適宜構成を変更することができる。   The primary DC / DC converter unit 1 has a voltage topology circuit topology, a primary full bridge circuit 3, a first coil L1, a second coil L2, and first to fourth rectifying elements D1 to D4. Can be changed as appropriate.

2次側DC/DCコンバータ部2は、回路トポロジが電流型であり、1次側DC/DCコンバータ部1との間で双方向の電力供給が可能であれば、適宜構成を変更することができる。   If the circuit topology of the secondary side DC / DC converter unit 2 is a current type and bi-directional power supply to the primary side DC / DC converter unit 1 is possible, the configuration can be changed as appropriate. it can.

絶縁変圧部は、例えば、複数のトランスで構成されていてもよい。   The insulation transformer unit may be composed of a plurality of transformers, for example.

1 1次側DC/DCコンバータ部
2 2次側DC/DCコンバータ部
3 1次側フルブリッジ回路
4 2次側フルブリッジ回路
5 制御回路
100A、100A’ 双方向絶縁型DC/DCコンバータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Primary side DC / DC converter part 2 Secondary side DC / DC converter part 3 Primary side full bridge circuit 4 Secondary side full bridge circuit 5 Control circuit 100A, 100A 'Bidirectional insulation type DC / DC converter

Claims (1)

1次巻線および2次巻線を有する絶縁変圧部と、
前記絶縁変圧部の1次側に設けられたフルブリッジ回路を含む電圧型の1次側DC/DCコンバータ部と、
前記絶縁変圧部の2次側に設けられた電流型の2次側DC/DCコンバータ部と、
前記1次側DC/DCコンバータ部に対して位相シフト制御を行う一方、前記2次側DC/DCコンバータ部に対して同期整流制御を行う制御回路と、
を備えた双方向絶縁型DC/DCコンバータであって、
前記1次側DC/DCコンバータ部は、
一端が前記フルブリッジ回路の第1レグを構成する第1スイッチ素子および第2スイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記1次巻線の一端に接続された第1コイルと、
一端が前記フルブリッジ回路の第2レグを構成する第3スイッチ素子および第4スイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記1次巻線の他端に接続された第2コイルと、
アノードが前記第1コイルの他端に接続され、カソードが前記第1レグの一端に接続された第1整流素子と、
アノードが前記第1レグの他端に接続され、カソードが前記第1コイルの他端に接続された第2整流素子と、
アノードが前記第2コイルの他端に接続され、カソードが前記第2レグの一端に接続された第3整流素子と、
アノードが前記第2レグの他端に接続され、カソードが前記第2コイルの他端に接続された第4整流素子と、を含み、
前記制御回路では、2次側から1次側に電力を供給する逆方向電力変換動作時における、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の位相に対する前記第3スイッチ素子および前記第4スイッチ素子の位相のシフト量が、前記制御回路において設定可能な最小値に設定されており、
前記制御回路は、前記逆方向電力変換動作時において、1次側から2次側に電力を供給する量が最小またはゼロになるように前記シフト量を制御することを特徴とする双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
An insulating transformer having a primary winding and a secondary winding;
A voltage type primary side DC / DC converter part including a full bridge circuit provided on the primary side of the insulation transformer part;
A current-type secondary side DC / DC converter unit provided on the secondary side of the insulating transformer unit;
A control circuit that performs phase shift control on the primary DC / DC converter unit, and performs synchronous rectification control on the secondary DC / DC converter unit;
A bi-directional isolated DC / DC converter comprising:
The primary side DC / DC converter unit includes:
A first coil having one end connected to a connection point of the first switch element and the second switch element constituting the first leg of the full bridge circuit, and the other end connected to one end of the primary winding;
A second coil having one end connected to a connection point of the third switch element and the fourth switch element constituting the second leg of the full bridge circuit, and the other end connected to the other end of the primary winding;
A first rectifying element having an anode connected to the other end of the first coil and a cathode connected to one end of the first leg;
A second rectifying element having an anode connected to the other end of the first leg and a cathode connected to the other end of the first coil;
A third rectifying element having an anode connected to the other end of the second coil and a cathode connected to one end of the second leg;
The anode is connected to the other end of the second leg, and a fourth rectifier element having a cathode connected to the other end of the second coil, only including,
In the control circuit, the third switch element and the fourth switch element with respect to the phases of the first switch element and the second switch element during a reverse power conversion operation for supplying power from the secondary side to the primary side Is set to a minimum value that can be set in the control circuit,
The control circuit controls the shift amount so that the amount of power supplied from the primary side to the secondary side is minimized or zero during the reverse power conversion operation. DC / DC converter.
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