JP6698157B2 - 共振システムコントローラ及びサイクル毎の予測ソフトスイッチング - Google Patents
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Description
本発明の開示は、ある範囲のスイッチが有するおそれのある幾つかの種類の問題を要約するとともに、これらスイッチのサイクル毎の予測ソフトスイッチング(PSS)が如何に効率を向上させるかを説明するものである。リレー、IGBT、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、MOSFET、SiCトランジスタ又は窒化ゲルマニウム(GaN)パワートランジスタが存在するが、これら全ての種類のスイッチは、オン及びオフ状態間の遷移中に損失を生ぜしめる理想的でない特性を有する。デバイスに電流が流れているとともにその両端に電圧が加えられている双方の如何なる時でも、エネルギーが損失され、一般に熱として損失される。デバイスを流れる電流又はデバイスに印加される電圧のいずれもゼロ(又はほぼゼロ)となるようにすることにより、遷移中でも、上述した損失は最小となる。
[ソフトスイッチングD級フルブリッジインバータ]
[ミッドレールに対するハーフブリッジの例]
[RSC]
[ハーフブリッジ共振キャパシタの例]
[レールに対するハーフブリッジの例]
[共振駆動システムを含むフルブリッジ]
[サイクル毎のPSSトポロジー]
[自己共振の例]
[ブースタの例]
[ハーフブリッジのレール転流式ARCPの例]
[ハーフブリッジのミッドレール転流式ARCPの例]
[静的及び動的RSCのタイミング]
[共有のARCPを具えた対称性のフルブリッジ]
[ブリッジレス型PFC]
[ハードスイッチ及びスイッチングノードの電圧検出]
Claims (22)
- 第1の信号及び第2の信号にそれぞれ応答してスイッチング状態を切換える電気的に結合された第1のスイッチ及び第2のスイッチを有するスイッチモード電源(SMPS)の、第1のSMPSサイクル及び前記第1のSMPSサイクルに続く第2のSMPSサイクルを含む、順次のSMPSサイクル中のスイッチング損失を低減させる方法であって、
前記第1のSMPSサイクル中で第1の時間に前記第1のスイッチの第1のスイッチング状態を切換える前記第1の信号を発生させるステップと、
前記第1のSMPSサイクル中で第2の時間に前記第2のスイッチの第2のスイッチング状態を切換える前記第2の信号を発生させるステップであって、前記第2の時間はタイミングパラメータに基づいて前記第1の時間から時間的にずらされ、前記タイミングパラメータは、ソフトスイッチング条件が存在する際に前記第2のスイッチにそのスイッチング状態を切換えさせるように調整可能になっており、前記ソフトスイッチング条件は、前記第2のスイッチがそのスイッチング状態を切換えることにより生じるハードスイッチング損失及びダイオード導通損失が最小となる条件により特徴づけられている当該ステップと、
前記第1のSMPSサイクル中に前記第2のスイッチを適切にソフトスイッチングすることに対する失敗を検出し、前記失敗が、前記第2のスイッチがそのスイッチング状態を切換える時と、前記ソフトスイッチング条件が実際に前記第1のSMPSサイクルに対し生じる時との間の第1のタイミングエラー又は第2のタイミングエラーのいずれかに起因するかを検出するステップであって、前記第1のタイミングエラー及び前記第2のタイミングエラーは、前記第1のSMPSサイクルで前記ソフトスイッチング条件が実際に生じる前後に、それぞれ前記第2のスイッチがそのスイッチング状態を切替える時に生じる当該ステップと、
前記第1のタイミングエラーの検出に応答して、前記第2のSMPSサイクルに対し前記タイミングパラメータを調整して、前記第2のSMPSサイクル中に、前記第2の信号が生成される前記第2の時間を遅延させることによりハードスイッチング損失を低減させるようにするステップと、
前記第2のタイミングエラーの検出に応答して、前記第2のSMPSサイクルに対し前記タイミングパラメータを調整して、前記第2のSMPSサイクル中に、前記第2の信号が生成される前記第2の時間を早めることによりダイオード導通損失を低減させるようにするステップと、
を具えている方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記第2のスイッチのハードスイッチを表す信号を受信することにより、適切にソフトスイッチングすることに対する前記失敗を検出するステップを、更に具えている方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記第2のスイッチがそのスイッチング状態を切換えるのと、前記第2のスイッチに関連するスイッチングノードの状態変化との間の遅延を検出することにより、適切にソフトスイッチングすることに対する前記失敗を検出するステップを、更に具えている方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、前記第1の信号の少なくとも一部分に対応する共振パルスのパルス幅を変えることにより前記タイミングパラメータを調整するステップを、更に具えている方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、前記第1の信号と前記第2の信号との間のデッドタイムの変更を容易にするために前記タイミングパラメータを調整するステップを、更に具えている方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、適切にソフトスイッチングすることに対する前記失敗を検出するために前記第2のスイッチの両端間の電圧のレベルを検知するステップを、更に具えている方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、適切にソフトスイッチングすることに対する前記失敗を検出するために前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間のスイッチングノードにおける電圧のレベルを検知するステップを、更に具えている方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチは自己共振システム、強制共振システム、又は疑似共振システムのノードで互いに結合される方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、前記タイミングパラメータを調整して、前記第1のSMPSサイクルの開始と、前記第2のスイッチに関連するスイッチングノードにおける電圧の所望値のタイミングとの間に実質的に静的な期間を保つようにするステップを、更に具えている方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、前記タイミングパラメータを調整して、前記第1のSMPSサイクルの開始と、前記第2のスイッチに関連するスイッチングノードにおける電圧の所望値のタイミングとの間に動的なタイミングを保つようにするステップを、更に具えている方法。
- 第1の信号及び第2の信号にそれぞれ応答してスイッチング状態を切換える電気的に結合された第1のスイッチ及び第2のスイッチを有するスイッチモード電源(SMPS)の、第1のSMPSサイクル及び前記第1のSMPSサイクルに続く第2のSMPSサイクルを含む、順次のSMPSサイクル中のスイッチング損失を低減させる共振システムコントローラ(RSC)装置であって、
前記第1のSMPSサイクル中で第1の時間に前記第1のスイッチの第1のスイッチング状態を切換える前記第1の信号を発生させる第1の制御出力端と、
前記第1のSMPSサイクル中で第2の時間に前記第2のスイッチの第2のスイッチング状態を切換える前記第2の信号を発生させる第2の制御出力端であって、前記第2の時間はタイミングパラメータに基づいて前記第1の時間から時間的にずらされ、前記タイミングパラメータは、ソフトスイッチング条件が存在する際に前記第2のスイッチにそのスイッチング状態を切換えさせるように調整可能になっており、前記ソフトスイッチング条件は、前記第2のスイッチがそのスイッチング状態を切換えることにより生じるハードスイッチング損失及びダイオード導通損失が最小となる条件により特徴づけられている当該第2の制御出力端と、
前記第1のSMPSサイクル中に前記第2のスイッチを適切にソフトスイッチングすることに対する失敗を検出し、前記失敗が、前記第2のスイッチがそのスイッチング状態を切換える時と、前記ソフトスイッチング条件が実際に前記第1のSMPSサイクルに対し生じる時との間の第1のタイミングエラー又は第2のタイミングエラーのいずれかに起因するかを検出する情報を含む帰還信号を受信するセンサ帰還入力端であって、前記第1のタイミングエラー及び前記第2のタイミングエラーは、前記第1のSMPSサイクルで前記ソフトスイッチング条件が実際に生じる前後に、それぞれ前記第2のスイッチがそのスイッチング状態を切替える時に生じる当該センサ帰還入力端と、
前記第1のタイミングエラーの検出に応答して、前記第2のSMPSサイクルに対し前記タイミングパラメータを調整して、前記第2のSMPSサイクル中に、前記第2の信号が生成される前記第2の時間を遅延させることによりハードスイッチング損失を低減させ、前記第2のタイミングエラーの検出に応答して、前記第2のSMPSサイクルに対し前記タイミングパラメータを調整して、前記第2のSMPSサイクル中に、前記第2の信号が生成される前記第2の時間を早めることによりダイオード導通損失を低減させるように構成されている回路と、
を具えている装置。 - 請求項11に記載の装置であって、前記帰還信号の前記情報は、前記第2のスイッチのハードスイッチを表すタイミング情報を含む装置。
- 請求項12に記載の装置であって、前記タイミング情報が、前記第2のスイッチがそのスイッチング状態を切換えるのと、前記第2のスイッチに関連するスイッチングノードの状態変化との間の遅延を表す装置。
- 請求項11から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記回路は更に、前記第1の信号の少なくとも一部分に対応する共振パルスのパルス幅を変えることにより前記タイミングパラメータを調整するように構成されている装置。
- 請求項11から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記回路は更に、前記第1の信号と前記第2の信号との間のデッドタイムの変更を容易にするために前記タイミングパラメータを調整するように構成されている装置。
- 請求項11から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記帰還信号の前記情報は、前記第2のスイッチの両端間の電圧のレベルを含む装置。
- 請求項11から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記帰還信号の前記情報は、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間のスイッチングノードにおける電圧のレベルを含む装置。
- 請求項11から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチは、強制共振の補助共振転流ポール(ARCP)システムを形成するように共振結合されている装置。
- 請求項11から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチは自己共振システムのノードで互いに結合されている装置。
- 請求項11から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記回路は更に、タイミングパラメータを調整して、前記第1のSMPSサイクルの開始と、前記第2のスイッチに関連するスイッチングノードにおける電圧の所望値のタイミングとの間に実質的に静的な期間を保つように構成されている装置。
- 請求項11から13のいずれか一項に記載の装置であって、前記回路は更に、前記タイミングパラメータを調整して、前記第1のSMPSサイクルの開始と、前記第2のスイッチに関連するスイッチングノードにおける電圧の所望値のタイミングとの間に動的なタイミングを保つように構成されている装置。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法又は請求項11から13のいずれか一項に記載の装置を実施するように構成された電源システム。
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