JP6711449B2 - Dc−dcコンバータ - Google Patents
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第1ハイサイドスイッチおよび第1ローサイドスイッチで構成される第1レグと、第2ハイサイドスイッチおよび第2ローサイドスイッチで構成される第2レグと、を有し、前記第1レグおよび前記第2レグに第1直流電圧が印加される、第1フルブリッジ回路と、
第3ハイサイドスイッチおよび第3ローサイドスイッチで構成される第3レグと、第4ハイサイドスイッチおよび第4ローサイドスイッチで構成される第4レグと、を有し、前記第3レグおよび前記第4レグに第2直流電圧が印加される、第2フルブリッジ回路と、
前記第1フルブリッジ回路の入出力部に接続される1次巻線および前記第2フルブリッジ回路の入出力部に接続される2次巻線を有し、前記第1フルブリッジ回路と前記第2フルブリッジ回路との間を絶縁するトランスと、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路を制御する制御部と、
を有する。
前記第1ローサイドスイッチは、ローサイドラインに接続された第4スイッチング素子および当該第4スイッチング素子に直列接続された第3スイッチング素子で構成され、
前記第2ハイサイドスイッチは、ハイサイドラインに接続された第5スイッチング素子および当該第5スイッチング素子に直列接続された第6スイッチング素子で構成され、
前記第2ローサイドスイッチは、ローサイドラインに接続された第8スイッチング素子および当該第8スイッチング素子に直列接続された第7スイッチング素子で構成される。
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路の各スイッチング素子を同じ駆動周波数で動作させ、且つ、
前記駆動周波数の半周期に亘って、前記第1フルブリッジ回路の入出力部の電圧のピーク値の絶対値が前記第1直流電圧になるように、前記第1フルブリッジ回路の各スイッチング素子を制御するフルブリッジ動作モード、
前記半周期に亘って、前記第1フルブリッジ回路の入出力部の電圧のピーク値の絶対値が前記第1直流電圧の半分になるように、前記第1フルブリッジ回路の各スイッチング素子を制御するハーフブリッジ動作モード、または、
前記駆動周波数の1周期の期間中に、前記第1フルブリッジ回路の各スイッチング素子を、フルブリッジ動作させる状態とハーフブリッジ動作させる状態とを切り替えて、5レベルの電圧を前記第1フルブリッジ回路から出力する5レベル動作モード、
のいずれかの制御を行う。
前記フルブリッジ動作モード、前記ハーフブリッジ動作モードおよび前記5レベル動作モードのうち、一の動作モードから他の動作モードへ動作モードが切り替わる周期に、前記駆動周波数の基準周期タイミングで、前記第1ハイサイドスイッチおよび前記第2ローサイドスイッチのスイッチング位相をシフトさせ、前記駆動周波数の基準周期の半周期タイミングで、前記第1ローサイドスイッチおよび前記第2ハイサイドスイッチのスイッチング位相をシフトさせるとともに、前記動作モードが切り替わる前後で、前記第1フルブリッジ回路の出力電圧が正負で平衡するように、前記位相のシフト量を定める。
前記第1ハイサイドスイッチまたは前記第1ローサイドスイッチのスイッチング位相を定めるU相キャリアおよびU相反転キャリア、前記第2ハイサイドスイッチまたは前記第2ローサイドスイッチのスイッチング位相を定めるV相キャリアおよびV相反転キャリアに基づいて、前記第1フルブリッジ回路の各スイッチング素子のスイッチング位相を定め、前記駆動周波数の基準周期タイミングで、前記U相キャリアおよび前記V相反転キャリアの位相をシフトさせ、前記駆動周波数の基準周期の半周期タイミングで前記U相反転キャリアおよび前記V相キャリアの位相をシフトさせることが好ましい。
前記位相のシフト量は、前記カウント値の変更によって定めることが好ましい。
前記位相のシフト量は、前記基準値の変更によって定めてもよい。
スイッチング素子Q1,Q2,Q7,Q8がON、スイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6がOFFである状態では、図3(A)に示す経路で電流が流れる。この場合の出力電圧V1はVinである。この場合、電圧Vu=Vin、電圧Vv=0、電圧V1=Vu−Vv=Vinである。
スイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6がON、スイッチング素子Q1,Q2,Q7,Q8がOFFである状態では、図3(B)に示す経路で電流が流れる。この場合、トランスT1の1次巻線n1には、図3(A)の場合と反対の極性の電圧が印加され、電圧Vu=0、電圧Vv=Vin、電圧V1=Vu−Vv=−Vinである。
スイッチング素子Q1,Q3,Q6,Q8がON、スイッチング素子Q2,Q4,Q5,Q7がOFFである状態では、図3(C)に示す経路で電流が流れる。この場合、電圧Vu=Vin−Vc1である。ここでVc1は第1フローティングキャパシタCf1の充電電圧である。Vc1=Vin/2であるとすると、電圧Vu=Vin/2である。また、電圧Vv=Vc2である。ここでVc2は第2フローティングキャパシタCf2の充電電圧である。Vc2=Vin/2であるとすると、電圧Vu=Vin/2である。そして、電圧V1=Vu−Vv=0である。
スイッチング素子Q1,Q3,Q7,Q8がON、スイッチング素子Q2,Q4,Q5,Q6がOFFである状態では、図5(A)に示す経路で電流が流れる。この場合、電圧Vu=Vin−Vc1=Vin/2、電圧Vv=0、電圧V1=Vu−Vv=Vin/2である。また、スイッチング素子Q2,Q4,Q7,Q8がON、スイッチング素子Q1,Q3,Q5,Q6がOFFである状態では、図5(B)に示す経路で電流が流れる。この場合、電圧Vu=Vc1=Vin/2、電圧Vv=0、電圧V1=Vu−Vv=Vin/2である。なお、電圧Vuは、図5(A)の状態時に第1フローティングキャパシタCf1に充電された電圧Vc1である。
スイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q7がON、スイッチング素子Q1,Q2,Q6,Q8がOFFである状態では、図6(A)に示す経路で電流が流れる。この場合、電圧Vu=0、電圧Vv=Vin−Vc2=Vin/2、電圧V1=Vu−Vv=−Vin/2である。また、スイッチング素子Q3,Q4,Q6,Q8がON、スイッチング素子Q1,Q2,Q5,Q7がOFFである状態では、図6(B)に示す経路で電流が流れる。この場合、電圧Vu=0、電圧Vv=Vc2=Vin/2、電圧V1=Vu−Vv=−Vin/2である。なお、電圧Vvは、図6(A)の状態時に第2フローティングキャパシタCf2に充電された電圧Vc2である。
C2…入力コンデンサ
Cf1…第1フローティングキャパシタ
Cf2…第2フローティングキャパシタ
IO1,IO2,IO3,IO4…入出力端子
L1…インダクタ
n1…1次巻線
n2…2次巻線
Q1〜Q12…スイッチング素子
Q1,Q2…第1ハイサイドスイッチ
Q3,Q4…第1ローサイドスイッチ
Q5,Q6…第2ハイサイドスイッチ
Q7,Q8…第2ローサイドスイッチ
Q9…第3ハイサイドスイッチ
Q10…第3ローサイドスイッチ
Q11…第4ハイサイドスイッチ
Q12…第4ローサイドスイッチ
T1…トランス
U…接続点
V…接続点
W…接続点
X…接続点
1…DC−DCコンバータ
10…第1フルブリッジ回路
20…第2フルブリッジ回路
21…出力電圧検出回路
22…負荷電流検出回路
31,32…制御部
Claims (4)
- 第1ハイサイドスイッチおよび第1ローサイドスイッチで構成される第1レグと、第2ハイサイドスイッチおよび第2ローサイドスイッチで構成される第2レグと、を有し、前記第1レグおよび前記第2レグに第1直流電圧が印加される、第1フルブリッジ回路と、
第3ハイサイドスイッチおよび第3ローサイドスイッチで構成される第3レグと、第4ハイサイドスイッチおよび第4ローサイドスイッチで構成される第4レグと、を有し、前記第3レグおよび前記第4レグに第2直流電圧が印加される、第2フルブリッジ回路と、
前記第1フルブリッジ回路の入出力部に接続される1次巻線および前記第2フルブリッジ回路の入出力部に接続される2次巻線を有し、前記第1フルブリッジ回路と前記第2フルブリッジ回路との間を絶縁するトランスと、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路を制御する制御部と、
を有するDC−DCコンバータであって、
前記第1ハイサイドスイッチは、ハイサイドラインに接続された第1スイッチング素子および当該第1スイッチング素子に直列接続された第2スイッチング素子で構成され、
前記第1ローサイドスイッチは、ローサイドラインに接続された第4スイッチング素子および当該第4スイッチング素子に直列接続された第3スイッチング素子で構成され、
前記第2ハイサイドスイッチは、ハイサイドラインに接続された第5スイッチング素子および当該第5スイッチング素子に直列接続された第6スイッチング素子で構成され、
前記第2ローサイドスイッチは、ローサイドラインに接続された第8スイッチング素子および当該第8スイッチング素子に直列接続された第7スイッチング素子で構成され、
前記第1フルブリッジ回路は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点と、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との接続点と、の間に接続される第1フローティングキャパシタと、前記第5スイッチング素子と前記第6スイッチング素子との接続点と、前記第7スイッチング素子と前記第8スイッチング素子との接続点と、の間に接続される第2フローティングキャパシタと、を有し、
前記第1フルブリッジ回路の入出力部と前記1次巻線との間、または、前記第2フルブリッジ回路の入出力部と前記2次巻線との間、の少なくとも一方に直列接続されたインダクタを備え、
前記制御部は、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路の各スイッチング素子を同じ駆動周波数で動作させ、且つ、
前記駆動周波数の半周期に亘って、前記第1フルブリッジ回路の入出力部の電圧のピーク値の絶対値が前記第1直流電圧になるように、前記第1フルブリッジ回路の各スイッチング素子を制御するフルブリッジ動作モード、
前記半周期に亘って、前記第1フルブリッジ回路の入出力部の電圧のピーク値の絶対値が前記第1直流電圧の半分になるように、前記第1フルブリッジ回路の各スイッチング素子を制御するハーフブリッジ動作モード、または、
前記駆動周波数の1周期の期間中に、前記第1フルブリッジ回路の各スイッチング素子を、フルブリッジ動作させる状態とハーフブリッジ動作させる状態とを切り替えて、5レベルの電圧を前記第1フルブリッジ回路から出力する5レベル動作モード、
のいずれかの制御を行い、
前記フルブリッジ動作モード、前記ハーフブリッジ動作モードおよび前記5レベル動作モードのうち、一の動作モードから他の動作モードへ動作モードが切り替わる周期に、前記駆動周波数の基準周期タイミングで、前記第1ハイサイドスイッチおよび前記第2ローサイドスイッチのスイッチング位相をシフトさせ、前記駆動周波数の基準周期の半周期タイミングで、前記第1ローサイドスイッチおよび前記第2ハイサイドスイッチのスイッチング位相をシフトさせるとともに、前記動作モードが切り替わる前後で、前記第1フルブリッジ回路の出力電圧が正負で平衡するように、前記位相のシフト量を定めることを特徴とする、
DC−DCコンバータ。 - 前記制御部は、
前記第1ハイサイドスイッチまたは前記第1ローサイドスイッチのスイッチング位相を定めるU相キャリアおよびU相反転キャリア、前記第2ハイサイドスイッチまたは前記第2ローサイドスイッチのスイッチング位相を定めるV相キャリアおよびV相反転キャリアに基づいて、前記第1フルブリッジ回路の各スイッチング素子のスイッチング位相を定め、
前記駆動周波数の基準周期タイミングで、前記U相キャリアおよび前記V相反転キャリアの位相をシフトさせ、前記駆動周波数の基準周期の半周期タイミングで前記U相反転キャリアおよび前記V相キャリアの位相をシフトさせる、
請求項1に記載のDC−DCコンバータ。 - 前記U相キャリア、前記U相反転キャリア、前記V相キャリアおよび前記V相反転キャリアは基準クロックのカウント値であり、
前記制御部は、前記カウント値と基準値との比較に基づいて前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路を制御し、
前記位相のシフト量は、前記カウント値の変更によって定める、請求項2に記載のDC−DCコンバータ。 - 前記U相キャリア、前記U相反転キャリア、前記V相キャリアおよび前記V相反転キャリアは基準クロックのカウント値であり、
前記制御部は、前記カウント値と基準値との比較に基づいて前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路を制御し、
前記位相のシフト量は、前記基準値の変更によって定める、請求項2に記載のDC−DCコンバータ。
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