JP6746418B2 - POWER SUPPLY DEVICE AND POWER SUPPLY DEVICE CONTROL METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置、および、電源装置の制御方法に関する発明である。 The present invention relates to a power supply device and a method for controlling the power supply device.
例えば、従来の電源装置には、インターリーブ方式の力率改善（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を含むものがある（例えば、特許文献１参照。）。
For example, some conventional power supply devices include an interleave type power factor correction circuit (see
この従来の電源装置では、インターリーブ方式の力率改善回路として、２つのＭＯＳＦＥＴで構成されたマスターアームと、２つのＭＯＳＦＥＴで構成されたスレーブアームと、２つのＭＯＳＦＥＴで構成された極性切換アームと、を備える。 In this conventional power supply device, as an interleaved power factor correction circuit, a master arm composed of two MOSFETs, a slave arm composed of two MOSFETs, and a polarity switching arm composed of two MOSFETs, Equipped with.
この従来の電源装置では、ＺＶＳ（Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）動作が困難である。 With this conventional power supply device, it is difficult to perform ZVS (Zero Volt Switching) operation.
例えば、自由振動方式の場合には、入力電圧が高い時、出力電圧との差が小さくなり、ＺＶＳ動作ができない。 For example, in the case of the free vibration system, when the input voltage is high, the difference from the output voltage becomes small and the ZVS operation cannot be performed.
また、強制的にチョークコイルにＺＶＳ電流を印加する方式は、電流監視、電圧監視が複雑化し、回路規模が大きくなる。 Further, in the method of forcibly applying the ZVS current to the choke coil, current monitoring and voltage monitoring become complicated, and the circuit scale becomes large.
本発明では、簡素化された構成でＺＶＳ動作しつつ、力率改善を図ることが可能な電源装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power supply device capable of improving a power factor while performing ZVS operation with a simplified configuration.
本発明の一態様に係る実施例に従った電源装置は、
インターリーブ方式の力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、
交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、
前記負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子、および、前記負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、
前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、
一端が前記第１の電源端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイル、及び、一端が前記第１の電源端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、
一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２ノードに接続された電流蓄積用インダクタと、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子と、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続された、極性切換用の第３のスイッチ素子、及び、一端が前記第２の電源端子に接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された、極性切換用の第４のスイッチ素子と、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が前記第２ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子と、
前記第１の電源端子の入力電圧の極性に応じて、前記第１ないし第６のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする。
A power supply device according to an embodiment according to an aspect of the present invention is
A power supply device that includes an interleaved power factor correction circuit and supplies power to a load,
An AC power supply for outputting an AC voltage between the first power supply terminal and the second power supply terminal,
A first load terminal to which a high potential side terminal of the load is connected, and a second load terminal to which a low potential side terminal of the load is connected,
An output capacitor connected between the first load terminal and the second load terminal;
A first choke coil having one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to a first node, and one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to a second node A second choke coil that has been
A current storage inductor having one end connected to the first node and the other end connected to the second node;
A first switch element having one end connected to the first load terminal and the other end connected to the first node; and one end connected to the first node and the other end being the second load terminal A second switch element connected to
A third switch element for polarity switching, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second power supply terminal; and one end of which is connected to the second power supply terminal, A fourth switch element for switching polarity, the other end of which is connected to the second load terminal,
A fifth switch element, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second node, and one end of which is connected to the second node and the other end of which is the second load terminal A sixth switch element connected to
A control unit that controls the operation of the first to sixth switch elements according to the polarity of the input voltage of the first power supply terminal.
前記電源装置において、
前記制御部は、
前記入力電圧が正相である場合において、前記第２、第４及び第６のスイッチ素子をオンし且つ前記第１、第３及び第５のスイッチ素子をオフした第１の状態から、前記第２のスイッチ素子をオフし且つ第１のスイッチ素子をオンした第２の状態に制御し、
前記第２の状態に制御した後、前記第２の状態から前記第６のスイッチ素子をオフした第３の状態に制御し、前記第３の状態に制御した後、前記第３の状態から前記第５のスイッチ素子をオンした第４の状態に制御する
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control unit is
When the input voltage has a positive phase, the second, fourth, and sixth switch elements are turned on and the first, third, and fifth switch elements are turned off from the first state. The second switch element is turned off and the first switch element is turned on to a second state,
After controlling to the second state, controlling from the second state to the third state in which the sixth switch element is turned off, controlling to the third state, and then from the third state to the above The fifth switch element is controlled to the fourth state in which the fifth switch element is turned on.
前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第４の状態に制御した後、前記第４の状態から前記第１のスイッチ素子をオフした第５の状態に制御し、
前記第５の状態に制御した後、前記第５の状態から前記第２のスイッチ素子をオンした第６の状態に制御する
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control unit is
After controlling to the fourth state, controlling from the fourth state to a fifth state in which the first switch element is turned off,
After controlling to the fifth state, the fifth state is controlled to the sixth state in which the second switch element is turned on.
前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第６の状態に制御した後、前記第６の状態から前記第５のスイッチ素子をオフした第７の状態に制御し、
前記第７の状態に制御した後、前記第７の状態から前記第６のスイッチ素子をオンした第８の状態に制御する
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control unit is
After controlling to the sixth state, controlling from the sixth state to the seventh state in which the fifth switch element is turned off,
After controlling to the seventh state, the seventh state is controlled to the eighth state in which the sixth switch element is turned on.
前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第８の状態に制御した後、前記第８の状態から前記第２のスイッチ素子をオフした第９の状態に制御し、
前記第９の状態に制御した後、前記第９の状態から前記第１のスイッチ素子をオンした第１０の状態に制御する
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control unit is
After controlling to the eighth state, controlling from the eighth state to the ninth state in which the second switch element is turned off,
After controlling to the ninth state, the ninth state is controlled to the tenth state in which the first switch element is turned on.
前記電源装置において、
前記電流蓄積用インダクタの断面積は、前記第１および第２のチョークコイルの断面積よりも小さいことを特徴とする。
In the power supply device,
A cross-sectional area of the current storage inductor is smaller than cross-sectional areas of the first and second choke coils.
前記電源装置において、
前記電流蓄積用インダクタに流れる電流の平均値は、前記第１および第２のチョークコイルに流れる電流の平均値よりも小さい
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The average value of the current flowing through the current storage inductor is smaller than the average value of the current flowing through the first and second choke coils.
前記電源装置において、
前記電流蓄積用インダクタのインダクタンスは、前記第１および第２のチョークコイルのインダクタンスよりも大きい
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The inductance of the current storage inductor is larger than the inductance of the first and second choke coils.
前記電源装置において、
前記第１ないし第６のスイッチ素子は、それぞれＭＯＳトランジスタであり、前記制御部は、パルス波のＰＷＭ制御信号により、前記ＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電圧を制御して、前記ＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御する
ことを特徴とする。
In the power supply device,
Each of the first to sixth switch elements is a MOS transistor, and the control unit controls the voltage between the gate and the source of the MOS transistor by a PWM control signal of a pulse wave to turn on the MOS transistor. It is characterized by controlling on/off.
前記電源装置において、
前記第２のスイッチ素子を制御するＰＷＭ制御信号の位相は、前記第６のスイッチ素子を制御するＰＷＭ制御信号の位相に対して、ずれている
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The phase of the PWM control signal for controlling the second switch element is deviated from the phase of the PWM control signal for controlling the sixth switch element.
前記電源装置において、
前記負荷は、前記第１の負荷端子と第２の負荷端子との間の電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータである
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The load is a DC-DC converter that performs DC-DC conversion of the voltage between the first load terminal and the second load terminal and outputs the DC-DC converted voltage.
前記電源装置において、
前記第１ないし第６のスイッチ素子は、ＭＯＳトランジスタ、シリコンパワーデバイス、ＧａＮパワーデバイス、ＳｉＣパワーデバイス、又はＩＧＢＴの何れかである
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The first to sixth switch elements are any one of a MOS transistor, a silicon power device, a GaN power device, a SiC power device, and an IGBT.
本発明の一態様に係る実施例に従った電源装置の制御方法は、
インターリーブ方式の力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、前記負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子、および、前記負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、一端が前記第１の電源端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイル、及び、一端が前記第１の電源端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２ノードに接続された電流蓄積用インダクタと、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子と、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続された、極性切換用の第３のスイッチ素子、及び、一端が前記第２の電源端子に接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された、極性切換用の第４のスイッチ素子と、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が前記第２ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子と、前記第１の電源端子の入力電圧の極性に応じて、前記第１ないし第６のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備えた電源装置の制御方法であって、
前記制御部により、前記入力電圧が正相である場合において、前記第２、第４及び第６のスイッチ素子をオンし且つ前記第１、第３及び第５のスイッチ素子をオフした第１の状態から、前記第２のスイッチ素子をオフし且つ第１のスイッチ素子をオンした第２の状態に制御し、
前記制御部により、前記第２の状態に制御した後、前記第２の状態から前記第６のスイッチ素子をオフした第３の状態に制御し、前記第３の状態に制御した後、前記第３の状態から前記第５のスイッチ素子をオンした第４の状態に制御する
ことを特徴とする。
A control method of a power supply device according to an embodiment according to an aspect of the present invention is
A power supply device including an interleaved power factor correction circuit for supplying power to a load, the AC power supply outputting an AC voltage between a first power supply terminal and a second power supply terminal; A first load terminal to which a terminal on the potential side is connected, a second load terminal to which a terminal on the low potential side of the load is connected, and the first load terminal and the second load terminal An output capacitor connected in between, a first choke coil having one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to a first node, and one end connected to the first power supply terminal A second choke coil having the other end connected to a second node, a current storage inductor having one end connected to the first node and the other end connected to the second node, and one end having the first A first switch element connected to the load terminal and having the other end connected to the first node, and a first switch element having one end connected to the first node and the other end connected to the second load terminal. Two switching elements, a third switching element for polarity switching, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second power supply terminal, and one end of which is the second switching element A fourth switch element for polarity switching, which is connected to a power supply terminal and the other end of which is connected to the second load terminal, and one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is the second node A fifth switching element connected to the second switching element, a sixth switching element having one end connected to the second node and the other end connected to the second load terminal, and an input to the first power supply terminal. A control method for a power supply device, comprising: a control unit that controls the operation of the first to sixth switch elements according to the polarity of voltage.
When the input voltage has a positive phase, the controller turns on the second, fourth and sixth switch elements and turns off the first, third and fifth switch elements. From the state, the second switch element is turned off and the first switch element is turned on to a second state,
The control unit controls the second state, then controls the second state to a third state in which the sixth switch element is turned off, controls the third state, and then controls the third state. The third state is controlled to the fourth state in which the fifth switch element is turned on.
本発明の一態様に係る電源装置は、インターリーブ方式の力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子、および、負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、第１の負荷端子と第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、一端が第１の電源端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイル、及び、一端が第１の電源端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、一端が第１ノードに接続され、他端が第２ノードに接続された電流蓄積用インダクタと、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が第１ノードに接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子と、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第２の電源端子に接続された、極性切換用の第３のスイッチ素子、及び、一端が第２の電源端子に接続され、他端が第２の負荷端子に接続された、極性切換用の第４のスイッチ素子と、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が第２ノードに接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子と、第１の電源端子の入力電圧の極性に応じて、第１ないし第６のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備える。 A power supply device according to an aspect of the present invention is a power supply device that includes an interleaved power factor correction circuit and supplies power to a load, and applies an AC voltage between a first power supply terminal and a second power supply terminal. A first load terminal to which an alternating-current power supply for outputting to a high-potential side terminal of the load is connected, and a second load terminal to which a low-potential side terminal of the load is connected; and a first load terminal An output capacitor connected to the second load terminal, a first choke coil having one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to the first node, and one end connected to the first node. A second choke coil connected to the power supply terminal and the other end of which is connected to the second node; a current storage inductor whose one end is connected to the first node and whose other end is connected to the second node; A first switch element connected to the first load terminal and having the other end connected to the first node; and a second switch element having one end connected to the first node and the other end connected to the second load terminal. Switch element, a third switch element for polarity switching, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second power supply terminal, and one end of which is connected to the second power supply terminal And a fourth switch element for polarity switching, the other end of which is connected to the second load terminal, and a fifth switch element, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second node. Depending on the polarity of the input voltage of the switch element and the sixth switch element whose one end is connected to the second node and the other end is connected to the second load terminal, first to And a controller that controls the operation of the sixth switch element.
例えば、制御部は、入力電圧が正相である場合において、第２、第４及び第６のスイッチ素子をオンし且つ第１、第３及び第５のスイッチ素子をオフした第１の状態から、第２のスイッチ素子をオフし且つ第１のスイッチ素子をオンした第２の状態に制御し、第２の状態に制御した後、第２の状態から第６のスイッチ素子をオフした第３の状態に制御し、第３の状態に制御した後、第３の状態から第５のスイッチ素子をオンした第４の状態に制御する。 For example, when the input voltage has a positive phase, the control unit turns on the second, fourth and sixth switch elements and turns off the first, third and fifth switch elements from the first state. A second state in which the second switch element is turned off and the first switch element is turned on to the second state, the second state is controlled, and the sixth switch element is turned off from the second state; After controlling to the third state and controlling to the third state, the third state is controlled to the fourth state in which the fifth switch element is turned on.
これにより、第５のスイッチ素子をＺＶＳ動作させることができる。 As a result, the fifth switch element can be operated in ZVS.
このように、本発明に係る電源装置は、簡素化された構成でＺＶＳ動作しつつ、力率改善を図ることができる。 As described above, the power supply device according to the present invention can improve the power factor while performing ZVS operation with a simplified configuration.
以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明の一態様である第１の実施形態に係る電源装置１００の構成の一例を示す図である。
図１に示すように、この電源装置１００は、インターリーブ方式の力率改善回路を含み、負荷ＬＯＡＤに電源を供給するようになっている。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a
As shown in FIG. 1, the
この電源装置１００は、例えば、図１に示すように、交流電源ＡＣＳと、第１の電源端子ＴＳ１と、第２の電源端子ＴＳ２と、第１の負荷端子ＴＯＵＴ１と、第２の負荷端子ＴＯＵＴ２と、第１のチョークコイルＬ１と、第２のチョークコイルＬ２と、電流蓄積用インダクタＬＡと、第１のスイッチ素子Ｑ１と、第２のスイッチ素子Ｑ２と、極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３と、極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４と、第５のスイッチ素子Ｑ５と、第６のスイッチ素子Ｑ６と、第１の駆動部Ｘ１と、第２の駆動部Ｘ２と、第３の駆動部Ｘ３と、第４の駆動部Ｘ４と、第５の駆動部Ｘ５と、第６の駆動部Ｘ６と、制御部ＣＯＮと、出力コンデンサＣＯＵＴと、第１のノードＮ１と、第２のノードＮ２と、を備える。
そして、図１に示すように、交流電源ＡＣＳは、交流電圧Ｖｉｎを第１の電源端子ＴＳ１と第２の電源端子ＴＳ２との間に出力するようになっている。なお、交流電源ＡＣＳの交流電圧（入力電圧）Ｖｉｎの正相の期間と逆相の期間とは、例えば、約１０ｍｓである。
For example, as shown in FIG. 1, the
Then, as shown in FIG. 1, the AC power supply ACS outputs the AC voltage Vin between the first power supply terminal TS1 and the second power supply terminal TS2. The period of the positive phase and the period of the negative phase of the AC voltage (input voltage) Vin of the AC power supply ACS are, for example, about 10 ms.
また、第１の負荷端子ＴＯＵＴ１は、負荷ＬＯＡＤの高電位側の端子ＴＬ１が接続されている。 The first load terminal TOUT1 is connected to the terminal TL1 on the high potential side of the load LOAD.
また、第２の負荷端子ＴＯＵＴ２は、負荷ＬＯＡＤの低電位側の端子ＴＬ２が接続されている。 The second load terminal TOUT2 is connected to the low-potential-side terminal TL2 of the load LOAD.
なお、負荷ＬＯＡＤは、例えば、第１の負荷端子ＴＯＵＴ１と第２の負荷端子ＴＯＵＴ２との間の電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。 The load LOAD is, for example, a DC/DC converter that performs DC-DC conversion of the voltage between the first load terminal TOUT1 and the second load terminal TOUT2 and outputs the converted voltage.
また、図１に示すように、出力コンデンサＣＯＵＴは、第１の負荷端子ＴＯＵＴ１と第２の負荷端子ＴＯＵＴ２との間に接続されている。 Further, as shown in FIG. 1, the output capacitor COUT is connected between the first load terminal TOUT1 and the second load terminal TOUT2.
また、図１に示すように、第１のチョークコイルＬ１は、一端が第１の電源端子ＴＳ１に接続され、他端が第１ノードＮ１に接続されている。 In addition, as shown in FIG. 1, the first choke coil L1 has one end connected to the first power supply terminal TS1 and the other end connected to the first node N1.
また、第２のチョークコイルＬ２は、一端が第１の電源端子ＴＳ１に接続され、他端が第２ノードＮ２に接続されている。 The second choke coil L2 has one end connected to the first power supply terminal TS1 and the other end connected to the second node N2.
また、ハイサイドの第１のスイッチ素子Ｑ１は、一端（ドレイン）が第１の負荷端子ＴＯＵＴ１に接続され、他端（ソース）が第１ノードＮ１に接続されている。なお、この第１のスイッチ素子Ｑ１は、例えば、図１に示すように、寄生容量を有するｎＭＯＳトランジスタである。 Further, one end (drain) of the high-side first switch element Q1 is connected to the first load terminal TOUT1, and the other end (source) is connected to the first node N1. The first switch element Q1 is, for example, an nMOS transistor having a parasitic capacitance as shown in FIG.
そして、ローサイドの第２のスイッチ素子Ｑ２は、一端（ドレイン）が第１ノードＮ１に接続され、他端（ソース）が第２の負荷端子ＴＯＵＴ２に接続されている。なお、この第２のスイッチ素子Ｑ２は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。 The low-side second switch element Q2 has one end (drain) connected to the first node N1 and the other end (source) connected to the second load terminal TOUT2. The second switch element Q2 is, for example, an nMOS transistor as shown in FIG.
また、ハイサイドの極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３は、一端（ドレイン）が第１の負荷端子ＴＯＵＴ１に接続され、他端（ソース）が第２の電源端子ＴＳ２に接続されている。なお、この第３のスイッチ素子Ｑ３は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。 In addition, one end (drain) of the third switching element Q3 for polarity switching on the high side is connected to the first load terminal TOUT1, and the other end (source) is connected to the second power supply terminal TS2. The third switch element Q3 is, for example, an nMOS transistor as shown in FIG.
そして、ローサイドの極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４は、一端（ドレイン）が第２の電源端子ＴＳ２に接続され、他端（ソース）が第２の負荷端子ＴＯＵＴ２に接続されている。なお、この第４のスイッチ素子Ｑ４は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。 The fourth switching element Q4 for switching the low side polarity has one end (drain) connected to the second power supply terminal TS2 and the other end (source) connected to the second load terminal TOUT2. The fourth switch element Q4 is, for example, an nMOS transistor as shown in FIG.
また、ハイサイドの第５のスイッチ素子Ｑ５は、一端（ドレイン）が第１の負荷端子ＴＯＵＴ１に接続され、他端（ソース）が第２ノードＮ２に接続されている。なお、この第５のスイッチ素子Ｑ５は、例えば、図１に示すように、寄生容量を有するｎＭＯＳトランジスタである。 Further, the fifth switching element Q5 on the high side has one end (drain) connected to the first load terminal TOUT1 and the other end (source) connected to the second node N2. The fifth switch element Q5 is, for example, an nMOS transistor having a parasitic capacitance as shown in FIG.
そして、ローサイドの第６のスイッチ素子Ｑ６は、一端（ドレイン）が第２ノードＮ２に接続され、他端（ソース）が第２の負荷端子ＴＯＵＴ２に接続されている。なお、この第６のスイッチ素子Ｑ６は、例えば、図１に示すように、寄生容量を有するｎＭＯＳトランジスタである。 The low-side sixth switch element Q6 has one end (drain) connected to the second node N2 and the other end (source) connected to the second load terminal TOUT2. The sixth switch element Q6 is, for example, an nMOS transistor having a parasitic capacitance as shown in FIG.
なお、第１ないし第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６にｎＭＯＳトランジスタを用いているが、例えば、シリコンパワーデバイス、ＧａＮパワーデバイス、ＳｉＣパワーデバイス、ＩＧＢＴなどであってもよい。 Although nMOS transistors are used for the first to sixth switch elements Q1 to Q6, they may be silicon power devices, GaN power devices, SiC power devices, IGBTs or the like, for example.
また、第１の駆動部Ｘ１は、ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）ＧＰ１を第１のスイッチ素子Ｑ１であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間に印加するようになっている。 Further, the first drive section X1 is adapted to apply a gate pulse signal (PWM control signal of a pulse wave) GP1 between the gate and source of the nMOS transistor which is the first switch element Q1.
また、第２の駆動部Ｘ２は、ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）ＧＰ２を第２のスイッチ素子Ｑ２であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間に印加するようになっている。 The second drive unit X2 applies a gate pulse signal (a PWM control signal of a pulse wave) GP2 between the gate and source of the nMOS transistor that is the second switch element Q2.
また、第３の駆動部Ｘ３は、ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）ＧＰ３を第３のスイッチ素子Ｑ３であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間に印加するようになっている。 The third drive unit X3 is adapted to apply a gate pulse signal (PWM control signal of pulse wave) GP3 between the gate and source of the nMOS transistor which is the third switch element Q3.
また、第４の駆動部Ｘ４は、ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）ＧＰ４を第４のスイッチ素子Ｑ４であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間に印加するようになっている。 The fourth drive unit X4 is adapted to apply a gate pulse signal (PWM control signal of a pulse wave) GP4 between the gate and source of the nMOS transistor which is the fourth switch element Q4.
また、第５の駆動部Ｘ５は、ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）ＧＰ５を第５のスイッチ素子Ｑ５であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間に印加するようになっている。 The fifth drive unit X5 is adapted to apply a gate pulse signal (a PWM control signal of a pulse wave) GP5 between the gate and the source of the nMOS transistor which is the fifth switch element Q5.
また、第６の駆動部Ｘ６は、ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）ＧＰ６を第６のスイッチ素子Ｑ６であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間に印加するようになっている。 The sixth drive unit X6 is adapted to apply a gate pulse signal (PWM control signal of pulse wave) GP6 between the gate and source of the nMOS transistor which is the sixth switch element Q6.
また、電流蓄積用インダクタＬＡは、例えば、図１に示すように、一端が第１ノードＮ１に接続され、他端が第２ノードＮ２に接続されている。 In addition, for example, as shown in FIG. 1, the current storage inductor LA has one end connected to the first node N1 and the other end connected to the second node N2.
さらに、この電流蓄積用インダクタＬＡの断面積は、第１および第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２の断面積よりも小さくなるように設定されているとよい。 Furthermore, the cross-sectional area of the current storage inductor LA is preferably set to be smaller than the cross-sectional area of the first and second choke coils L1 and L2.
さらに、この電流蓄積用インダクタＬＡに流れる電流の平均値は、第１および第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２に流れる電流の平均値よりも小さくなるように設定されているとよい。 Further, it is preferable that the average value of the current flowing through the current storage inductor LA is set to be smaller than the average value of the current flowing through the first and second choke coils L1 and L2.
さらに、この電流蓄積用インダクタＬＡのインダクタンスは、第１および第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２のインダクタンスよりも大きくなるように設定されているとよい。 Further, the inductance of the current storage inductor LA may be set to be larger than the inductances of the first and second choke coils L1 and L2.
また、制御部ＣＯＮは、第１ないし第６の駆動部Ｘ１〜Ｘ６を制御することで、第１ないし第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電圧（ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）ＧＰ１〜ＧＰ６）を制御して、当該ｎＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御するようになっている。なお、上記ＰＷＭ制御信号のパルス波には、デッドタイムが設定されている。 In addition, the control unit CON controls the first to sixth driving units X1 to X6 so that the gate-source voltage (gate pulse signal) of the nMOS transistors, which are the first to sixth switching devices Q1 to Q6, is controlled. (PWM control signal of pulse wave) GP1 to GP6) is controlled to control ON/OFF of the nMOS transistor. A dead time is set in the pulse wave of the PWM control signal.
特に、制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＳ１の入力電圧Ｖｉｎの極性に応じて、第１ないし第６の駆動部Ｘ１〜Ｘ６により第１ないし第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６の動作を制御して、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）動作を実行するようになっている。 In particular, the control unit CON controls the operations of the first to sixth switch elements Q1 to Q6 by the first to sixth drive units X1 to X6 according to the polarity of the input voltage Vin of the first power supply terminal TS1. Then, a PFC (Power Factor Correction) operation is executed.
既述のように、本実施形態においては、第１ないし第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６は、それぞれ寄生容量を有するＭＯＳトランジスタである。そして、制御部ＣＯＮは、パルス波のＰＷＭ制御信号ＧＰ１〜ＧＰ６により、ＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電圧を制御して、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフを制御するようになっている。 As described above, in the present embodiment, the first to sixth switch elements Q1 to Q6 are MOS transistors each having a parasitic capacitance. Then, the control unit CON controls the gate-source voltage of the MOS transistors by the pulse wave PWM control signals GP1 to GP6 to control ON/OFF of the MOS transistors Q1 to Q6.
ここで、制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＳ１の入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合には、ＰＦＣ動作時において、極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３をオフし且つ極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４をオンするようになっている。 Here, when the polarity of the input voltage Vin of the first power supply terminal TS1 is a positive phase, the control unit CON turns off the third switching element Q3 for polarity switching and switches the polarity during PFC operation. The fourth switch element Q4 for use is turned on.
そして、制御部ＣＯＮは、この入力電圧Ｖｉｎが正相である場合、第３のスイッチ素子Ｑ３をオフし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオンした状態で、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を相補的にオン／オフを切り替えるように制御しつつ第５及び第６のスイッチ素子Ｑ５、Ｑ６を相補的にオン／オフを切り替えるように制御してＰＦＣ動作を実行するようになっている。 When the input voltage Vin has a positive phase, the control unit CON turns off the third switch element Q3 and turns on the fourth switch element Q4, and then the first and second switch elements Q1, The PFC operation is executed by controlling the Q2 so as to complementarily switch on/off and controlling the fifth and sixth switching elements Q5 and Q6 so as to complementarily switch on/off. ..
例えば、制御部ＣＯＮは、入力電圧Ｖｉｎが正相である場合において、第２、第４及び第６のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をオンし且つ第１、第３及び第５のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５をオフした第１の状態から、第２のスイッチ素子Ｑ２をオフし且つ第１のスイッチ素子Ｑ１をオンした第２の状態に制御するようになっている。 For example, the control part CON turns on the second, fourth and sixth switch elements Q2, Q4, Q6 and the first, third and fifth switch element Q1 when the input voltage Vin has a positive phase. , Q3, Q5 are turned off from the first state, and the second switch element Q2 is turned off and the first switch element Q1 is turned on.
さらに、制御部ＣＯＮは、上記第２の状態に制御した後、この第２の状態から第６のスイッチ素子Ｑ６をオフした第３の状態に制御するようになっている。 Further, the control unit CON is configured to control the second state and then to the third state in which the sixth switch element Q6 is turned off from the second state.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第３の状態に制御した後、この第３の状態から第５のスイッチ素子Ｑ５をオンした第４の状態に制御するようになっている。 Then, the control unit CON is configured to control the third state and then to control the fifth state from the third state to the fourth state in which the fifth switch element Q5 is turned on.
また、制御部ＣＯＮは、上記第４の状態に制御した後、この第４の状態から第１のスイッチ素子Ｑ１をオフした第５の状態に制御するようになっている。 In addition, the control unit CON is configured to, after controlling to the fourth state, control from the fourth state to the fifth state in which the first switch element Q1 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第５の状態に制御した後、この第５の状態から第２のスイッチ素子Ｑ２をオンした第６の状態に制御するようになっている。
また、制御部ＣＯＮは、上記第６の状態に制御した後、この第６の状態から第５のスイッチ素子Ｑ５をオフした第７の状態に制御するようになっている。
Then, the control unit CON controls the fifth state and then controls the fifth state to the sixth state in which the second switch element Q2 is turned on.
In addition, the control unit CON is configured to control the sixth state and then control the sixth state to the seventh state in which the fifth switch element Q5 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第７の状態に制御した後、この第７の状態から第６のスイッチ素子Ｑ６をオンした第８の状態に制御するようになっている。 Then, the control unit CON is configured to, after controlling to the seventh state, control from the seventh state to the eighth state in which the sixth switch element Q6 is turned on.
また、制御部ＣＯＮは、上記第８の状態に制御した後、この第８の状態から第２のスイッチ素子Ｑ２をオフした第９の状態に制御するようになっている。 Further, the control unit CON is configured to, after controlling to the eighth state, control from the eighth state to the ninth state in which the second switch element Q2 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第９の状態に制御した後、この第９の状態から第１のスイッチ素子Ｑ１をオンした第１０の状態に制御するようになっている。 Then, the control unit CON is configured to, after controlling to the ninth state, control from the ninth state to the tenth state in which the first switch element Q1 is turned on.
この制御により、入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合には、第１、第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２に流れる電流が、第４のスイッチ素子Ｑ４を介して第２の電源端子ＴＳ２に流れることとなる。 By this control, when the polarity of the input voltage Vin is a positive phase, the currents flowing through the first and second choke coils L1 and L2 are supplied to the second power supply terminal TS2 via the fourth switch element Q4. It will flow.
一方、制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＳ１の入力電圧Ｖｉｎの極性が逆相である場合には、ＰＦＣ動作時において、極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３をオンし且つ極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４をオフするようになっている。 On the other hand, when the polarities of the input voltage Vin of the first power supply terminal TS1 have opposite phases, the control unit CON turns on the third switching element Q3 for polarity switching and switches the polarity during PFC operation. The fourth switch element Q4 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、この入力電圧Ｖｉｎが逆相である場合、第３のスイッチ素子Ｑ３をオンし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオフした状態で、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を相補的にオン／オフを切り替えるように制御しつつ第５及び第６のスイッチ素子Ｑ５、Ｑ６を相補的にオン／オフを切り替えるように制御してＰＦＣ動作を実行するようになっている。 When the input voltage Vin has a reverse phase, the control unit CON turns on the third switch element Q3 and turns off the fourth switch element Q4, and then the first and second switch elements Q1, The PFC operation is executed by controlling the Q2 so as to complementarily switch on/off and controlling the fifth and sixth switching elements Q5 and Q6 so as to complementarily switch on/off. ..
この制御により、入力電圧Ｖｉｎの極性が逆相である場合には、第１、第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２に流れる電流が、第３のスイッチ素子Ｑ３を介して第１の電源端子ＴＳ１に流れることとなる。 By this control, when the polarities of the input voltage Vin are opposite phases, the currents flowing through the first and second choke coils L1 and L2 are supplied to the first power supply terminal TS1 via the third switch element Q3. It will flow.
なお、入力電圧Ｖｉｎの極性が逆相である場合、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を相補的にオン／オフを切り替えるように制御しつつ第５及び第６のスイッチ素子Ｑ５、Ｑ６を相補的にオン／オフを切り替えるように制御する具体的な動作は、上述の入力電圧Ｖｉｎが正相である場合の第１から第１０の状態の制御と同様である。 When the polarities of the input voltage Vin are opposite phases, the fifth and sixth switching elements Q5 and Q6 are controlled while controlling the first and second switching elements Q1 and Q2 to be turned on/off in a complementary manner. The specific operation of controlling so as to complementarily switch ON/OFF is the same as the control of the first to tenth states when the input voltage Vin is in the positive phase.
次に、以上のような構成を有する電源装置１００の動作の一例について説明する。図２は、図１に示す電源装置１００の入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合における動作を説明するための図である。また、図３は、図１に示す電源装置１００の入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合における動作波形の一例を示す図である。なお、図２においては、簡単のため、図１に示す第１ないし第６の駆動部Ｘ１〜Ｘ６および制御部ＣＯＮの構成を省略している。
Next, an example of the operation of the
既述のように、制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＳ１の入力電圧の極性に応じて、第１ないし第６の駆動部Ｘ１〜Ｘ６により第１ないし第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６の動作を制御して、ＰＦＣ動作を実行するようになっている。 As described above, the control unit CON controls the first to sixth switching devices Q1 to Q6 by the first to sixth driving units X1 to X6 according to the polarity of the input voltage of the first power supply terminal TS1. The operation is controlled to execute the PFC operation.
ここで、例えば、制御部ＣＯＮは、入力電圧Ｖｉｎが正相である場合において、第２、第４及び第６のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をオンし且つ第１、第３及び第５のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５をオフした第１の状態（図３の時刻ｔ１）から、デッドタイムｔｄの経過後、第２のスイッチ素子Ｑ２をオフし且つ第１のスイッチ素子Ｑ１をオンした第２の状態に制御する（図３の時刻ｔ２）。 Here, for example, the control unit CON turns on the second, fourth, and sixth switch elements Q2, Q4, and Q6 and turns on the first, third, and fifth switches when the input voltage Vin has a positive phase. After the dead time td has passed from the first state (time t1 in FIG. 3) in which the switch elements Q1, Q3, and Q5 are turned off, the second switch element Q2 is turned off and the first switch element Q1 is turned on. The state is controlled to 2 (time t2 in FIG. 3).
そして、制御部ＣＯＮは、上記第２の状態に制御した後、この第２の状態から第６のスイッチ素子Ｑ６をオフした第３の状態（図３の時刻ｔ３）に制御する。 Then, the control unit CON controls the second state and then controls the second state to the third state (time t3 in FIG. 3) in which the sixth switch element Q6 is turned off.
これにより、電流蓄積用インダクタＬＡにはマスターアーム（Ｑ１、Ｑ２）とスレーブアーム（Ｑ５、Ｑ６）の位相差の時間だけ、出力電圧Ｖｏｕｔ相当の電圧が印加され、電流蓄積用インダクタＬＡに電流ＩＬＡが蓄積される。このとき、電流蓄積用インダクタＬＡが第５のスイッチ素子（ｎＭＯＳトランジスタ）Ｑ５の寄生容量を放電し、第６のスイッチ素子Ｑ６の電位Ｑ６Ｖｄｓが出力電圧Ｖｏｕｔに到達する。 As a result, a voltage equivalent to the output voltage Vout is applied to the current storage inductor LA for the time of the phase difference between the master arm (Q1, Q2) and the slave arm (Q5, Q6), and the current ILA is supplied to the current storage inductor LA. Is accumulated. At this time, the current storage inductor LA discharges the parasitic capacitance of the fifth switch element (nMOS transistor) Q5, and the potential Q6Vds of the sixth switch element Q6 reaches the output voltage Vout.
これにより、第５のスイッチ素子Ｑ５のＺＶＳ動作が可能になる。 This enables the ZVS operation of the fifth switch element Q5.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第３の状態に制御した後、デッドタイムｔｄの経過後、この第３の状態から第５のスイッチ素子Ｑ５をオンした第４の状態に制御する（図３の時刻ｔ４）。このとき、電流蓄積用インダクタＬＡが第１のスイッチ素子Ｑ１及び第５のスイッチ素子Ｑ５に短絡され、電流蓄積用インダクタＬＡの電流が保持される。 Then, the control unit CON controls the third state and then, after the dead time td elapses, controls the fifth state from the third state to the fourth state in which the fifth switch element Q5 is turned on (see FIG. 3). Time t4). At this time, the current storage inductor LA is short-circuited to the first switch element Q1 and the fifth switch element Q5, and the current of the current storage inductor LA is held.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第４の状態に制御した後、この第４の状態から第１のスイッチ素子Ｑ１をオフした第５の状態に制御する（図３の時刻ｔ５）。このとき、電流蓄積用インダクタＬＡが第２のスイッチ素子（ｎＭＯＳトランジスタ）Ｑ２の寄生容量を放電し、第２のスイッチ素子Ｑ２の電位Ｑ２Ｖｄｓがゼロになる。 Then, the control unit CON, after controlling to the fourth state, controls from the fourth state to the fifth state in which the first switch element Q1 is turned off (time t5 in FIG. 3). At this time, the current storage inductor LA discharges the parasitic capacitance of the second switch element (nMOS transistor) Q2, and the potential Q2Vds of the second switch element Q2 becomes zero.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第５の状態に制御した後、この第５の状態から第２のスイッチ素子Ｑ２をオンした第６の状態に制御する（図３の時刻ｔ６）。 Then, the control unit CON controls the fifth state and then controls the fifth state to the sixth state in which the second switch element Q2 is turned on (time t6 in FIG. 3).
これにより、第２のスイッチ素子Ｑ２のＺＶＳ動作が可能になる。 This enables the ZVS operation of the second switch element Q2.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第６の状態に制御した後、この第６の状態から第５のスイッチ素子Ｑ５をオフした第７の状態に制御する（図３の時刻ｔ７）。これにより、電流蓄積用インダクタＬＡにはマスターアーム（Ｑ１、Ｑ２）とスレーブアーム（Ｑ５、Ｑ６）の位相差の時間だけ、上記第３の状態と逆方向の出力電圧Ｖｏｕｔ相当の電圧が印加され、電流蓄積用インダクタＬＡに電流ＩＬＡが蓄積される。このとき、電流蓄積用インダクタＬＡが第６のスイッチ素子（ｎＭＯＳトランジスタ）Ｑ６の寄生容量を放電し、第６のスイッチ素子Ｑ６の電位Ｑ６Ｖｄｓがゼロになる。 Then, the control unit CON controls the sixth state, and then controls the sixth state to the seventh state in which the fifth switch element Q5 is turned off (time t7 in FIG. 3 ). As a result, a voltage equivalent to the output voltage Vout in the opposite direction to the third state is applied to the current storage inductor LA for the time of the phase difference between the master arm (Q1, Q2) and the slave arm (Q5, Q6). The current ILA is stored in the current storage inductor LA. At this time, the current storage inductor LA discharges the parasitic capacitance of the sixth switch element (nMOS transistor) Q6, and the potential Q6Vds of the sixth switch element Q6 becomes zero.
これにより、第６のスイッチ素子Ｑ６のＺＶＳ動作が可能になる。 This enables the ZVS operation of the sixth switch element Q6.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第７の状態に制御した後、この第７の状態から第６のスイッチ素子Ｑ６をオンした第８の状態に制御する（図３の時刻ｔ８）。このとき、電流蓄積用インダクタＬＡが第２のスイッチ素子Ｑ２及び第６のスイッチ素子Ｑ６に短絡され、電流蓄積用インダクタＬＡの電流が保持される。 After controlling the seventh state, the control unit CON controls the seventh state to turn on the sixth switch element Q6 to the eighth state (time t8 in FIG. 3). At this time, the current storage inductor LA is short-circuited to the second switch element Q2 and the sixth switch element Q6, and the current of the current storage inductor LA is held.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第８の状態に制御した後、この第８の状態から第２のスイッチ素子Ｑ２をオフした第９の状態に制御する（図３の時刻ｔ９）。このとき、電流蓄積用インダクタＬＡが第１のスイッチ素子（ｎＭＯＳトランジスタ）Ｑ１の寄生容量を放電し、第１のスイッチ素子Ｑ１の電位Ｑ６Ｖｄｓがゼロになる。 Then, the control unit CON, after controlling to the eighth state, controls from the eighth state to the ninth state in which the second switch element Q2 is turned off (time t9 in FIG. 3). At this time, the current storage inductor LA discharges the parasitic capacitance of the first switch element (nMOS transistor) Q1 and the potential Q6Vds of the first switch element Q1 becomes zero.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第９の状態に制御した後、この第９の状態から第１のスイッチ素子Ｑ１をオンした第１０の状態に制御する（図３の時刻ｔ１０）。 Then, the control unit CON, after controlling to the ninth state, controls the ninth state to the tenth state in which the first switch element Q1 is turned on (time t10 in FIG. 3).
これにより、第１のスイッチ素子Ｑ１のＺＶＳ動作が可能になる。 This enables the ZVS operation of the first switch element Q1.
以降同様の動作を制御部ＣＯＮが実行することとなる。 After that, the control unit CON executes the same operation.
これにより、入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合には、第１、第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２に流れる電流が、第４のスイッチ素子Ｑ４を介して第２の電源端子ＴＳ２に流れることとなる。 Thereby, when the polarity of the input voltage Vin is a positive phase, the currents flowing through the first and second choke coils L1 and L2 flow into the second power supply terminal TS2 via the fourth switch element Q4. It will be.
なお、第２のスイッチ素子Ｑ２を制御するＰＷＭ制御信号ＧＰ２の位相は、第６のスイッチ素子Ｑ６を制御するＰＷＭ制御信号ＧＰ６の位相に対して、ずれている。 The phase of the PWM control signal GP2 that controls the second switch element Q2 is deviated from the phase of the PWM control signal GP6 that controls the sixth switch element Q6.
以上のように、本発明の一態様に係る電源装置は、インターリーブ方式の力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子、および、負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、第１の負荷端子と第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、一端が第１の電源端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイル、及び、一端が第１の電源端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、一端が第１ノードに接続され、他端が第２ノードに接続された電流蓄積用インダクタと、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が第１ノードに接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子と、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第２の電源端子に接続された、極性切換用の第３のスイッチ素子、及び、一端が第２の電源端子に接続され、他端が第２の負荷端子に接続された、極性切換用の第４のスイッチ素子と、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が第２ノードに接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子と、第１の電源端子の入力電圧の極性に応じて、第１ないし第６のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備える。 As described above, the power supply device according to one embodiment of the present invention is a power supply device that includes an interleaved power factor correction circuit and supplies power to a load, and supplies an AC voltage to the first power supply terminal and the second power supply terminal. An alternating-current power supply for outputting between the power supply terminal, a first load terminal to which a high potential side terminal of the load is connected, a second load terminal to which a low potential side terminal of the load is connected, An output capacitor connected between the first load terminal and the second load terminal; a first choke coil having one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to the first node; and A second choke coil having one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to the second node, and a current storage device having one end connected to the first node and the other end connected to the second node An inductor, a first switch element having one end connected to the first load terminal and the other end connected to the first node, and one end connected to the first node and the other end to the second load terminal A second switch element connected, a third switch element for polarity switching, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second power supply terminal, and one end of which is the second switch element. Connected to the power supply terminal and the other end connected to the second load terminal, and a fourth switching element for polarity switching, one end connected to the first load terminal and the other end connected to the second node. The fifth switch element, the sixth switch element having one end connected to the second node and the other end connected to the second load terminal, and the polarity of the input voltage of the first power supply terminal. And a control unit that controls the operation of the first to sixth switch elements.
例えば、制御部は、入力電圧が正相である場合において、第２、第４及び第６のスイッチ素子をオンし且つ第１、第３及び第５のスイッチ素子をオフした第１の状態から、第２のスイッチ素子をオフし且つ第１のスイッチ素子をオンした第２の状態に制御し、第２の状態に制御した後、第２の状態から第６のスイッチ素子をオフした第３の状態に制御し、第３の状態に制御した後、第３の状態から第５のスイッチ素子をオンした第４の状態に制御する。これにより、第５のスイッチ素子をＺＶＳ動作させることができる。 For example, when the input voltage has a positive phase, the control unit turns on the second, fourth and sixth switch elements and turns off the first, third and fifth switch elements from the first state. A second state in which the second switch element is turned off and the first switch element is turned on to the second state, the second state is controlled, and the sixth switch element is turned off from the second state; After controlling to the third state and controlling to the third state, the third state is controlled to the fourth state in which the fifth switch element is turned on. As a result, the fifth switch element can be operated in ZVS.
このように、本発明に係る電源装置は、簡素化された構成でＺＶＳ動作しつつ、力率改善を図ることができる。 As described above, the power supply device according to the present invention can improve the power factor while performing ZVS operation with a simplified configuration.
（変形例）
ここで、図４は、本発明の一態様である第１の実施形態の変形例に係る電源装置２００の構成の一例を示す図である。なお、図４において、図１と同じ符号は、図１に示す電源装置１００と同様の構成を示し、その説明を省略する。また、図４においては、簡単のため、駆動部および制御部の構成を省略している。
(Modification)
Here, FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of the power supply device 200 according to the modification of the first embodiment, which is an aspect of the present invention. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configurations as those of the
図４に示すように、変形例に係る電源装置２００は、例えば、交流電源ＡＣＳと、第１の電源端子ＴＳ１と、第２の電源端子ＴＳ２と、第１の負荷端子ＴＯＵＴ１と、第２の負荷端子ＴＯＵＴ２と、第１のチョークコイルＬ１と、第２のチョークコイルＬ２と、電流蓄積用インダクタＬＡと、第１のスイッチ素子Ｑ１と、第２のスイッチ素子Ｑ２と、極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３と、極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４と、第５のスイッチ素子Ｑ５と、第６のスイッチ素子Ｑ６と、出力コンデンサＣＯＵＴと、第１のノードＮ１と、第２のノードＮ２と、第３のチョークコイルＬ３と、第４のチョークコイルＬ４と、電流蓄積用インダクタＬＢと、第７のスイッチ素子Ｑ７と、第８のスイッチ素子Ｑ８と、第９のスイッチ素子Ｑ９と、第１０のスイッチ素子Ｑ１０と、第３のノードＮ３と、第４のノードＮ４と、を備える。 As illustrated in FIG. 4, the power supply device 200 according to the modification includes, for example, an AC power supply ACS, a first power supply terminal TS1, a second power supply terminal TS2, a first load terminal TOUT1, and a second power supply terminal TOUT1. The load terminal TOUT2, the first choke coil L1, the second choke coil L2, the current storage inductor LA, the first switch element Q1, the second switch element Q2, and the third polarity switching element. Switch element Q3, a fourth switch element Q4 for switching the polarity, a fifth switch element Q5, a sixth switch element Q6, an output capacitor COUT, a first node N1 and a second node. N2, a third choke coil L3, a fourth choke coil L4, a current storage inductor LB, a seventh switch element Q7, an eighth switch element Q8, and a ninth switch element Q9, It includes a tenth switch element Q10, a third node N3, and a fourth node N4.
すなわち、図４に示す変形例に係る電源装置２００は、図１に示す電源装置１００と比較して、第３のチョークコイルＬ３と、第４のチョークコイルＬ４と、電流蓄積用インダクタＬＢと、第７のスイッチ素子Ｑ７と、第８のスイッチ素子Ｑ８と、第９のスイッチ素子Ｑ９と、第１０のスイッチ素子Ｑ１０と、第３のノードＮ３と、第４のノードＮ４とを、さらに備えている。
That is, the power supply device 200 according to the modified example shown in FIG. 4 has a third choke coil L3, a fourth choke coil L4, a current storage inductor LB, as compared with the
例えば、図４に示すように、第３のチョークコイルＬ３は、一端が第１の電源端子ＴＳ１に接続され、他端が第３ノードＮ３に接続されている。 For example, as shown in FIG. 4, the third choke coil L3 has one end connected to the first power supply terminal TS1 and the other end connected to the third node N3.
また、第４のチョークコイルＬ４は、一端が第１の電源端子ＴＳ１に接続され、他端が第４ノードＮ４に接続されている。 The fourth choke coil L4 has one end connected to the first power supply terminal TS1 and the other end connected to the fourth node N4.
また、ハイサイドの第７のスイッチ素子Ｑ７は、一端（ドレイン）が第１の負荷端子ＴＯＵＴ１に接続され、他端（ソース）が第３ノードＮ３に接続されている。なお、この第７のスイッチ素子Ｑ７は、例えば、図１に示すように、寄生容量を有するｎＭＯＳトランジスタである。 The high-side seventh switch element Q7 has one end (drain) connected to the first load terminal TOUT1 and the other end (source) connected to the third node N3. The seventh switch element Q7 is, for example, an nMOS transistor having a parasitic capacitance as shown in FIG.
そして、ローサイドの第８のスイッチ素子Ｑ８は、一端（ドレイン）が第３ノードＮ３に接続され、他端（ソース）が第２の負荷端子ＴＯＵＴ２に接続されている。なお、この第８のスイッチ素子Ｑ８は、例えば、図１に示すように、寄生容量を有するｎＭＯＳトランジスタである。 The eighth switch element Q8 on the low side has one end (drain) connected to the third node N3 and the other end (source) connected to the second load terminal TOUT2. The eighth switch element Q8 is, for example, an nMOS transistor having a parasitic capacitance as shown in FIG.
また、ハイサイドの第９のスイッチ素子Ｑ９は、一端（ドレイン）が第１の負荷端子ＴＯＵＴ１に接続され、他端（ソース）が第４ノードＮ４に接続されている。なお、この第９のスイッチ素子Ｑ９は、例えば、図１に示すように、寄生容量を有するｎＭＯＳトランジスタである。 Further, the high-side ninth switch element Q9 has one end (drain) connected to the first load terminal TOUT1 and the other end (source) connected to the fourth node N4. The ninth switch element Q9 is, for example, an nMOS transistor having a parasitic capacitance as shown in FIG.
そして、ローサイドの第１０のスイッチ素子Ｑ１０は、一端（ドレイン）が第４ノードＮ４に接続され、他端（ソース）が第２の負荷端子ＴＯＵＴ２に接続されている。なお、この第１０のスイッチ素子Ｑ１０は、例えば、図１に示すように、寄生容量を有するｎＭＯＳトランジスタである。 The tenth switching element Q10 on the low side has one end (drain) connected to the fourth node N4 and the other end (source) connected to the second load terminal TOUT2. The tenth switch element Q10 is, for example, an nMOS transistor having a parasitic capacitance as shown in FIG.
なお、第７ないし第１０のスイッチ素子Ｑ７〜Ｑ１０にｎＭＯＳトランジスタを用いているが、例えば、シリコンパワーデバイス、ＧａＮパワーデバイス、ＳｉＣパワーデバイス、ＩＧＢＴなどであってもよい。 Although nMOS transistors are used for the seventh to tenth switch elements Q7 to Q10, they may be silicon power devices, GaN power devices, SiC power devices, IGBTs, or the like, for example.
また、電流蓄積用インダクタＬＢは、例えば、図１に示すように、一端が第３ノードＮ３に接続され、他端が第４ノードＮ４に接続されている。 Further, for example, as shown in FIG. 1, the current storage inductor LB has one end connected to the third node N3 and the other end connected to the fourth node N4.
さらに、この電流蓄積用インダクタＬＢの断面積は、第３および第４のチョークコイルＬ３、Ｌ４の断面積よりも小さいくなるように設定されているとよい。 Furthermore, the cross-sectional area of the current storage inductor LB may be set to be smaller than the cross-sectional areas of the third and fourth choke coils L3 and L4.
さらに、この電流蓄積用インダクタＬＢに流れる電流の平均値は、第３および第４のチョークコイルＬ３、Ｌ４に流れる電流の平均値よりも小さくなるように設定されているとよい。 Furthermore, it is preferable that the average value of the current flowing through the current storage inductor LB be set to be smaller than the average value of the current flowing through the third and fourth choke coils L3 and L4.
さらに、この電流蓄積用インダクタＬＢのインダクタンスは、第３および第４のチョークコイルＬ３、Ｌ４のインダクタンスよりも大きくなるように設定されているとよい。 Further, the inductance of the current storage inductor LB may be set to be larger than the inductances of the third and fourth choke coils L3 and L4.
また、制御部ＣＯＮは、第１ないし第１０のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ１０であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電圧（ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）ＧＰ１〜ＧＰ１０）を制御して、当該ｎＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御するようになっている。なお、上記ＰＷＭ制御信号のパルス波には、デッドタイムが設定されている。 Further, the control unit CON controls the gate-source voltage (gate pulse signal (PWM control signal of pulse wave) GP1 to GP10) of the nMOS transistors that are the first to tenth switch elements Q1 to Q10, ON/OFF of the nMOS transistor is controlled. A dead time is set in the pulse wave of the PWM control signal.
特に、制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＳ１の入力電圧Ｖｉｎの極性に応じて、第１ないし第１０のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ１０の動作を制御して、ＰＦＣ動作を実行するようになっている。 In particular, the control unit CON controls the operations of the first to tenth switch elements Q1 to Q10 according to the polarity of the input voltage Vin of the first power supply terminal TS1 to perform the PFC operation. There is.
既述のように、本実施形態においては、第１ないし第１０のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ１０は、それぞれ寄生容量を有するＭＯＳトランジスタである。そして、制御部ＣＯＮは、パルス波のＰＷＭ制御信号ＧＰ１〜ＧＰ１０により、ＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電圧を制御して、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ１０のオン／オフを制御するようになっている。 As described above, in the present embodiment, the first to tenth switch elements Q1 to Q10 are MOS transistors each having a parasitic capacitance. Then, the control unit CON is configured to control the gate-source voltage of the MOS transistors by the PWM control signals GP1 to GP10 of the pulse wave to control the ON/OFF of the MOS transistors Q1 to Q10.
なお、第１のチョークコイルＬ１、第２のチョークコイルＬ２、及び電流蓄積用インダクタＬＡと、第３のチョークコイルＬ３、第４のチョークコイルＬ４、及び電流蓄積用インダクタＬＢとは、回路的に対称の関係になっている。さらに、第１、第２、第５、第６のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６と、第７ないし第１０のスイッチ素子Ｑ７〜Ｑ１０とは、回路的に対称の関係になっており、動作位相が１８０度ずれている。 The first choke coil L1, the second choke coil L2, and the current storage inductor LA, and the third choke coil L3, the fourth choke coil L4, and the current storage inductor LB are circuit-wise. It has a symmetrical relationship. Furthermore, the first, second, fifth, and sixth switch elements Q1, Q2, Q5, Q6 and the seventh to tenth switch elements Q7 to Q10 have a circuit-symmetrical relationship. The operating phase is 180 degrees out of phase.
すなわち、制御部ＣＯＮは、例えば、第１のスイッチ素子Ｑ１に供給するＰＷＭ制御信号ＧＰ１と、第７のスイッチ素子Ｑ７に供給するＰＷＭ制御信号ＧＰ７との位相が１８０度ずれるように制御する。さらに、制御部ＣＯＮは、例えば、第２のスイッチ素子Ｑ２に供給するＰＷＭ制御信号ＧＰ２と、第８のスイッチ素子Ｑ８に供給するＰＷＭ制御信号ＧＰ８との位相が１８０度ずれるように制御する。さらに、制御部ＣＯＮは、例えば、第５のスイッチ素子Ｑ５に供給するＰＷＭ制御信号ＧＰ５と、第９のスイッチ素子Ｑ９に供給するＰＷＭ制御信号ＧＰ９との位相が１８０度ずれるように制御する。さらに、制御部ＣＯＮは、例えば、第６のスイッチ素子Ｑ６に供給するＰＷＭ制御信号ＧＰ６と、第１０のスイッチ素子Ｑ１０に供給するＰＷＭ制御信号ＧＰ１０とが同様になるように制御する。 That is, for example, the control unit CON controls the PWM control signal GP1 supplied to the first switch element Q1 and the PWM control signal GP7 supplied to the seventh switch element Q7 so that their phases are shifted by 180 degrees. Further, the control unit CON controls the PWM control signal GP2 supplied to the second switch element Q2 and the PWM control signal GP8 supplied to the eighth switch element Q8, for example, so that the phase of the PWM control signal GP2 is shifted by 180 degrees. Further, the control unit CON controls, for example, the PWM control signal GP5 supplied to the fifth switch element Q5 and the PWM control signal GP9 supplied to the ninth switch element Q9 to be out of phase by 180 degrees. Further, the control unit CON controls, for example, the PWM control signal GP6 supplied to the sixth switch element Q6 and the PWM control signal GP10 supplied to the tenth switch element Q10 to be the same.
ここで、制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＳ１の入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合には、ＰＦＣ動作時において、極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３をオフし且つ極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４をオンするようになっている。 Here, when the polarity of the input voltage Vin of the first power supply terminal TS1 is a positive phase, the control unit CON turns off the third switching element Q3 for polarity switching and switches the polarity during PFC operation. The fourth switch element Q4 for use is turned on.
そして、制御部ＣＯＮは、この入力電圧Ｖｉｎが正相である場合、第３のスイッチ素子Ｑ３をオフし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオンした状態で、第７及び第８のスイッチ素子Ｑ７、Ｑ２８を相補的にオン／オフを切り替えるように制御しつつ第９及び第１０のスイッチ素子Ｑ９、Ｑ１０を相補的にオン／オフを切り替えるように制御してＰＦＣ動作を実行するようになっている。 When the input voltage Vin has a positive phase, the control unit CON turns off the third switch element Q3 and turns on the fourth switch element Q4, and then the seventh and eighth switch elements Q7, The PFC operation is executed by controlling the Q28 so as to complementarily switch on/off while controlling the ninth and tenth switching elements Q9 and Q10 so as to complementarily switch on/off. ..
例えば、制御部ＣＯＮは、入力電圧Ｖｉｎが正相である場合において、第８、第４及び第１０のスイッチ素子Ｑ８、Ｑ４、Ｑ１０をオンし且つ第７、第３及び第９のスイッチ素子Ｑ７、Ｑ３、Ｑ９をオフした第１の状態から、第８のスイッチ素子Ｑ８をオフし且つ第７のスイッチ素子Ｑ７をオンした第２の状態に制御するようになっている。 For example, the control part CON turns on the eighth, fourth and tenth switch elements Q8, Q4 and Q10 and the seventh, third and ninth switch element Q7 when the input voltage Vin has a positive phase. , Q3 and Q9 are turned off from the first state in which the eighth switch element Q8 is turned off and the seventh switch element Q7 is turned on.
さらに、制御部ＣＯＮは、上記第２の状態に制御した後、この第２の状態から第１０のスイッチ素子Ｑ１０をオフした第３の状態に制御するようになっている。 Further, the control unit CON is configured to control the second state and then control the second state to the third state in which the tenth switch element Q10 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第３の状態に制御した後、この第３の状態から第９のスイッチ素子Ｑ９をオンした第４の状態に制御するようになっている。 Then, after the control unit CON controls the third state, the control unit CON controls the third state to the fourth state in which the ninth switch element Q9 is turned on.
これにより、第９のスイッチ素子Ｑ９のＺＶＳ動作が可能になる。 This enables the ZVS operation of the ninth switch element Q9.
また、制御部ＣＯＮは、上記第４の状態に制御した後、この第４の状態から第７のスイッチ素子Ｑ７をオフした第５の状態に制御するようになっている。 In addition, the control unit CON is configured to control the fourth state and then control the fourth state to the fifth state in which the seventh switch element Q7 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第５の状態に制御した後、この第５の状態から第８のスイッチ素子Ｑ８をオンした第６の状態に制御するようになっている。
これにより、第８のスイッチ素子Ｑ８のＺＶＳ動作が可能になる。
Then, after the control unit CON controls the fifth state, the control unit CON controls the fifth state to the sixth state in which the eighth switch element Q8 is turned on.
This enables the ZVS operation of the eighth switch element Q8.
また、制御部ＣＯＮは、上記第６の状態に制御した後、この第６の状態から第９のスイッチ素子Ｑ９をオフした第７の状態に制御するようになっている。 In addition, the control unit CON is configured to control the sixth state and then control the sixth state to the seventh state in which the ninth switch element Q9 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第７の状態に制御した後、この第７の状態から第１０のスイッチ素子Ｑ１０をオンした第８の状態に制御するようになっている。 Then, the control unit CON is configured to control the seventh state and then control the seventh state to the eighth state in which the tenth switching element Q10 is turned on.
これにより、第１０のスイッチ素子Ｑ１０のＺＶＳ動作が可能になる。 This enables the ZVS operation of the tenth switch element Q10.
これらの動作において、第２のスイッチＱ２と第６のスイッチＱ６、第１のスイッチＱ１と第５のスイッチＱ５、第８のスイッチＱ８と第１０のスイッチＱ１０、および、第７のスイッチＱ７と第９のスイッチＱ９、のぞれぞれの動作時間差は小さく設定されている。 In these operations, the second switch Q2 and sixth switch Q6, the first switch Q1 and fifth switch Q5, the eighth switch Q8 and tenth switch Q10, and the seventh switch Q7 and The operation time difference between the switch Q9 and the switch Q9 is set small.
また、制御部ＣＯＮは、上記第８の状態に制御した後、この第８の状態から第８のスイッチ素子Ｑ８をオフした第９の状態に制御するようになっている。 In addition, the control unit CON is configured to control the eighth state, and then control the eighth state to the ninth state in which the eighth switch element Q8 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、上記第９の状態に制御した後、この第９の状態から第７のスイッチ素子Ｑ７をオンした第１０の状態に制御するようになっている。 Then, the control unit CON controls the ninth state and then controls the seventh state to the tenth state in which the seventh switch element Q7 is turned on.
これにより、第７のスイッチ素子Ｑ７のＺＶＳ動作が可能になる。 This enables the ZVS operation of the seventh switch element Q7.
この制御により、入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合には、第３、第４のチョークコイルＬ３、Ｌ４に流れる電流が、第４のスイッチ素子Ｑ４を介して第２の電源端子ＴＳ２に流れることとなる。 By this control, when the polarity of the input voltage Vin is a positive phase, the currents flowing through the third and fourth choke coils L3 and L4 are supplied to the second power supply terminal TS2 via the fourth switch element Q4. It will flow.
一方、制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＳ１の入力電圧Ｖｉｎの極性が逆相である場合には、ＰＦＣ動作時において、極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３をオンし且つ極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４をオフするようになっている。 On the other hand, when the polarities of the input voltage Vin of the first power supply terminal TS1 have opposite phases, the control unit CON turns on the third switching element Q3 for polarity switching and switches the polarity during PFC operation. The fourth switch element Q4 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、この入力電圧Ｖｉｎが逆相である場合、第３のスイッチ素子Ｑ３をオンし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオフした状態で、第７及び第８のスイッチ素子Ｑ７、Ｑ８を相補的にオン／オフを切り替えるように制御しつつ第９及び第１０のスイッチ素子Ｑ９、Ｑ１０を相補的にオン／オフを切り替えるように制御してＰＦＣ動作を実行するようになっている。 Then, when the input voltage Vin has a reverse phase, the control unit CON turns on the third switch element Q3 and turns off the fourth switch element Q4, and then the seventh and eighth switch elements Q7, The PFC operation is executed by controlling the Q8 so as to complementarily switch on/off while controlling the ninth and tenth switch elements Q9 and Q10 so as to complementarily switch on/off. ..
この制御により、入力電圧Ｖｉｎの極性が逆相である場合には、第３、第４のチョークコイルＬ３、Ｌ４に流れる電流が、第３のスイッチ素子Ｑ３を介して第１の電源端子ＴＳ１に流れることとなる。 By this control, when the polarities of the input voltage Vin are opposite phases, the currents flowing through the third and fourth choke coils L3 and L4 are supplied to the first power supply terminal TS1 via the third switch element Q3. It will flow.
なお、入力電圧Ｖｉｎが逆相である場合、第７及び第８のスイッチ素子Ｑ７、Ｑ８を相補的にオン／オフを切り替えるように制御しつつ第９及び第１０のスイッチ素子Ｑ９、Ｑ１０を相補的にオン／オフを切り替えるように制御する具体的な動作は、上述の入力電圧Ｖｉｎが正相である場合の第１から第１０の状態の制御と同様である。 When the input voltage Vin is in the opposite phase, the ninth and tenth switch elements Q9 and Q10 are complemented while controlling the seventh and eighth switch elements Q7 and Q8 so as to complementarily switch on/off. The specific operation of controlling to switch on/off physically is the same as the control of the first to tenth states when the input voltage Vin is in the positive phase.
この電源装置２００のその他の構成及び機能は、図１に示す第１の実施形態に係る電源装置１００と同様である。
Other configurations and functions of the power supply device 200 are similar to those of the
次に、以上のような構成を有する変形例に係る電源装置２００の動作の一例について説明する。 Next, an example of the operation of the power supply device 200 according to the modification having the above configuration will be described.
また、図５は、図４に示す電源装置２００の入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合における動作波形の一例を示す図である。また、図５においては、省略されているゲートパルス信号ＧＰ２、ＧＰ６は、ＰＦＣ動作においては、ゲートパルス信号ＧＰ１、ＧＰ５を反転した信号である。 Further, FIG. 5 is a diagram showing an example of operation waveforms when the polarity of the input voltage Vin of the power supply device 200 shown in FIG. 4 is a positive phase. Further, in FIG. 5, the omitted gate pulse signals GP2 and GP6 are signals obtained by inverting the gate pulse signals GP1 and GP5 in the PFC operation.
制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＳ１の入力電圧Ｖｉｎの極性が逆相である場合には、ＰＦＣ動作時において、極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３をオンし且つ極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４をオフする。 When the polarity of the input voltage Vin of the first power supply terminal TS1 has a reverse phase, the control unit CON turns on the third switching element Q3 for polarity switching and switches the polarity switching third switch element Q3 during PFC operation. The switch element Q4 of No. 4 is turned off.
そして、制御部ＣＯＮは、この入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合、例えば、図５に示すように、第３のスイッチ素子Ｑ３をオフし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオンした状態で、第７及び第８のスイッチ素子Ｑ７、Ｑ８を相補的にオン／オフを切り替えるように制御しつつ第９及び第１０のスイッチ素子Ｑ９、Ｑ１０を相補的にオン／オフを切り替えるように制御してＰＦＣ動作を実行する。 When the polarity of the input voltage Vin is a positive phase, the control unit CON turns off the third switch element Q3 and turns on the fourth switch element Q4 as shown in FIG. 5, for example. , The seventh and eighth switching elements Q7, Q8 are controlled to complementarily switch on/off, and the ninth and tenth switching elements Q9, Q10 are controlled to complementarily switch on/off. To perform the PFC operation.
この制御により、入力電圧Ｖｉｎの極性が正相である場合には、第３、第４のチョークコイルＬ３、Ｌ４に流れる電流が、第４のスイッチ素子Ｑ４を介して第１の電源端子ＴＳ１に流れることとなる。 By this control, when the polarity of the input voltage Vin is a positive phase, the currents flowing through the third and fourth choke coils L3 and L4 are supplied to the first power supply terminal TS1 via the fourth switch element Q4. It will flow.
そして、第１の実施形態と同様に、第１、第２、第５、第６のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６と、第７ないし第１０のスイッチ素子Ｑ７〜Ｑ１０とが、ＺＶＳ動作することとなる。 Then, as in the first embodiment, the first, second, fifth, and sixth switch elements Q1, Q2, Q5, and Q6 and the seventh to tenth switch elements Q7 to Q10 perform the ZVS operation. Will be done.
すなわち、変形例に係る電源装置２００は、第１の実施形態と同様に、簡素化された構成でＺＶＳ動作しつつ、力率改善を図ることができる。 That is, the power supply device 200 according to the modified example can improve the power factor while performing the ZVS operation with the simplified configuration, as in the first embodiment.
また、第１、第２、第５、第６のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６と、第７ないし第１０のスイッチ素子Ｑ７〜Ｑ１０と、の間で１８０度インターリーブ動作が可能になる。 In addition, a 180-degree interleave operation can be performed between the first, second, fifth, and sixth switch elements Q1, Q2, Q5, Q6 and the seventh to tenth switch elements Q7 to Q10.
さらに、電流蓄積用インダクタＬＡおよび電流蓄積用インダクタＬＢの小型化を図ることもできる。 Further, the current storage inductor LA and the current storage inductor LB can be downsized.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. The embodiments and their modifications are included in the scope of the invention and the scope thereof, as well as in the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof.
１００ 電源装置
ＡＣＳ 交流電源
ＴＳ１ 第１の電源端子
ＴＳ２ 第２の電源端子
ＴＯＵＴ１ 第１の負荷端子
ＴＯＵＴ２ 第２の負荷端子
Ｌ１ 第１のチョークコイル
Ｌ２ 第２のチョークコイル
Ｌ３ 第３のチョークコイル
Ｌ４ 第４のチョークコイル
Ｑ１ 第１のスイッチ素子
Ｑ２ 第２のスイッチ素子
Ｑ３ 第３のスイッチ素子
Ｑ４ 第４のスイッチ素子
Ｑ５ 第５のスイッチ素子
Ｑ６ 第６のスイッチ素子
Ｑ７ 第７のスイッチ素子
Ｑ８ 第８のスイッチ素子
Ｑ９ 第９のスイッチ素子
Ｑ１０ 第１０のスイッチ素子
Ｘ１ 第１の駆動部
Ｘ２ 第２の駆動部
Ｘ３ 第３の駆動部
Ｘ４ 第４の駆動部
Ｘ５ 第５の駆動部
Ｘ６ 第６の駆動部
ＣＯＮ 制御部
ＣＯＵＴ 出力コンデンサ
Ｎ１ 第１のノード
Ｎ２ 第２のノード
Ｎ３ 第３のノード
Ｎ４ 第４のノード
ＬＡ 電流蓄積用インダクタ
ＬＢ 電流蓄積用インダクタ
100 power supply device ACS AC power supply TS1 first power supply terminal TS2 second power supply terminal TOUT1 first load terminal TOUT2 second load terminal L1 first choke coil L2 second choke coil L3 third choke coil L4 4 choke coil Q1 1st switch element Q2 2nd switch element Q3 3rd switch element Q4 4th switch element Q5 5th switch element Q6 6th switch element Q7 7th switch element Q8 8th Switch element Q9 Ninth switch element Q10 Tenth switch element X1 First drive section X2 Second drive section X3 Third drive section X4 Fourth drive section X5 Fifth drive section X6 Sixth drive section CON control unit COUT output capacitor N1 first node N2 second node N3 third node N4 fourth node LA current storage inductor LB current storage inductor
Claims (12)
前記負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子、および、前記負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、
前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、
一端が前記第１の電源端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイル、及び、一端が前記第１の電源端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、
一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２ノードに接続された電流蓄積用インダクタと、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子と、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続された、極性切換用の第３のスイッチ素子、及び、一端が前記第２の電源端子に接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された、極性切換用の第４のスイッチ素子と、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が前記第２ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子と、
前記第１の電源端子の入力電圧の極性に応じて、前記第１ないし第６のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする電源装置。 A power supply device that includes an interleaved power factor correction circuit and supplies power to a load, the AC power supply outputting an AC voltage between a first power supply terminal and a second power supply terminal,
A first load terminal to which a high potential side terminal of the load is connected, and a second load terminal to which a low potential side terminal of the load is connected,
An output capacitor connected between the first load terminal and the second load terminal;
A first choke coil having one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to a first node, and one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to a second node Second choke coil
A current storage inductor having one end connected to the first node and the other end connected to the second node;
A first switch element having one end connected to the first load terminal and the other end connected to the first node; and one end connected to the first node and the other end being the second load terminal A second switch element connected to
A third switch element for polarity switching, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second power supply terminal; and one end of which is connected to the second power supply terminal, A fourth switch element for switching polarity, the other end of which is connected to the second load terminal,
A fifth switch element, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second node, and one end of which is connected to the second node and the other end of which is the second load terminal A sixth switch element connected to
A control unit that controls the operation of the first to sixth switch elements according to the polarity of the input voltage of the first power supply terminal.
前記入力電圧が正相である場合において、前記第２、第４及び第６のスイッチ素子をオンし且つ前記第１、第３及び第５のスイッチ素子をオフした第１の状態から、前記第２のスイッチ素子をオフし且つ第１のスイッチ素子をオンした第２の状態に制御し、
前記第２の状態に制御した後、前記第２の状態から前記第６のスイッチ素子をオフした第３の状態に制御し、前記第３の状態に制御した後、前記第３の状態から前記第５のスイッチ素子をオンした第４の状態に制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。 The control unit is
When the input voltage has a positive phase, the second, fourth, and sixth switch elements are turned on and the first, third, and fifth switch elements are turned off from the first state. The second switch element is turned off and the first switch element is turned on to a second state,
After controlling to the second state, controlling from the second state to the third state in which the sixth switch element is turned off, controlling to the third state, and then from the third state to the above The power supply device according to claim 1, wherein the fifth switch element is controlled to a fourth state in which the fifth switch element is turned on.
前記第４の状態に制御した後、前記第４の状態から前記第１のスイッチ素子をオフした第５の状態に制御し、
前記第５の状態に制御した後、前記第５の状態から前記第２のスイッチ素子をオンした第６の状態に制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。 The control unit is
After controlling to the fourth state, controlling from the fourth state to a fifth state in which the first switch element is turned off,
After controlling to the said 5th state, it controls to the 6th state which turned on the said 2nd switch element from the said 5th state. The power supply device of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
前記第６の状態に制御した後、前記第６の状態から前記第５のスイッチ素子をオフした第７の状態に制御し、
前記第７の状態に制御した後、前記第７の状態から前記第６のスイッチ素子をオンした第８の状態に制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。 The control unit is
After controlling to the sixth state, controlling from the sixth state to the seventh state in which the fifth switch element is turned off,
The power supply device according to claim 3, wherein after controlling to the seventh state, control is performed from the seventh state to an eighth state in which the sixth switch element is turned on.
前記第８の状態に制御した後、前記第８の状態から前記第２のスイッチ素子をオフした第９の状態に制御し、
前記第９の状態に制御した後、前記第９の状態から前記第１のスイッチ素子をオンした第１０の状態に制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の電源装置。 The control unit is
After controlling to the eighth state, controlling from the eighth state to the ninth state in which the second switch element is turned off,
After controlling to the 9th state, it controls to the 10th state which turned on the 1st switch element from the 9th state. The power supply device according to claim 4 characterized by things.
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 2, wherein an average value of currents flowing through the current storage inductors is smaller than an average value of currents flowing through the first and second choke coils.
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 2, wherein the inductance of the current storage inductor is larger than the inductances of the first and second choke coils.
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。 Each of the first to sixth switch elements is a MOS transistor, and the control unit controls the voltage between the gate and the source of the MOS transistor by a PWM control signal of a pulse wave to turn on the MOS transistor. The power supply device according to claim 2, wherein the power supply device is controlled to be turned on/off.
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 2, wherein the phase of the PWM control signal that controls the second switch element is deviated from the phase of the PWM control signal that controls the sixth switch element. ..
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 2, wherein the first to sixth switch elements are any one of a MOS transistor, a silicon power device, a GaN power device, a SiC power device, and an IGBT.
前記制御部により、前記入力電圧が正相である場合において、前記第２、第４及び第６のスイッチ素子をオンし且つ前記第１、第３及び第５のスイッチ素子をオフした第１の状態から、前記第２のスイッチ素子をオフし且つ第１のスイッチ素子をオンした第２の状態に制御し、
前記制御部により、前記第２の状態に制御した後、前記第２の状態から前記第６のスイッチ素子をオフした第３の状態に制御し、前記第３の状態に制御した後、前記第３の状態から前記第５のスイッチ素子をオンした第４の状態に制御する
ことを特徴とする電源装置の制御方法。 A power supply device including an interleaved power factor correction circuit for supplying power to a load, the AC power supply outputting an AC voltage between a first power supply terminal and a second power supply terminal; A first load terminal to which a terminal on the potential side is connected, a second load terminal to which a terminal on the low potential side of the load is connected, and the first load terminal and the second load terminal An output capacitor connected in between, a first choke coil having one end connected to the first power supply terminal and the other end connected to a first node, and one end connected to the first power supply terminal A second choke coil having the other end connected to a second node, a current storage inductor having one end connected to the first node and the other end connected to the second node, and one end having the first A first switch element connected to the load terminal and having the other end connected to the first node, and a first switch element having one end connected to the first node and the other end connected to the second load terminal. Two switching elements, a third switching element for polarity switching, one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is connected to the second power supply terminal, and one end of which is the second switching element A fourth switch element for polarity switching, which is connected to a power supply terminal and the other end of which is connected to the second load terminal, and one end of which is connected to the first load terminal and the other end of which is the second node A fifth switching element connected to the second switching element, a sixth switching element having one end connected to the second node and the other end connected to the second load terminal, and an input to the first power supply terminal. A control method for a power supply device, comprising: a control unit that controls the operation of the first to sixth switch elements according to the polarity of voltage.
When the input voltage has a positive phase, the controller turns on the second, fourth and sixth switch elements and turns off the first, third and fifth switch elements. From the state, the second switch element is turned off and the first switch element is turned on to a second state,
The control unit controls the second state, then controls the second state to a third state in which the sixth switch element is turned off, controls the third state, and then controls the third state. A method for controlling a power supply device, comprising: controlling from a state 3 to a fourth state in which the fifth switch element is turned on.
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