JP7276064B2 - Dcdcコンバータ - Google Patents
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Description
第1導電路と第2導電路との間に設けられる電圧変換部と、
前記第1導電路及び前記第2導電路のいずれか一方の導電路と基準導電路との間に設けられるコンデンサと、
外部電源と前記コンデンサとの間に介在するスイッチと、
前記スイッチをオン状態とオフ状態とに切り替える制御部と、
を備え、
前記スイッチが前記オフ状態のときに前記外部電源から前記コンデンサへと電流が流れ込むことが遮断され、少なくとも前記スイッチが前記オン状態のときに前記外部電源から前記一方の導電路を介して前記コンデンサへと電流が流れ込むことが許容され、
前記制御部は、前記スイッチを前記オフ状態で維持する遮断制御から前記スイッチを前記オン状態で維持する通電制御へと切り替える場合において前記通電制御前に前記スイッチを間欠的にオン状態とする間欠制御を行う。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[本開示の実施形態の詳細]
〔DCDCコンバータ1の概要〕
図1に示すDCDCコンバータ1は、例えば、車載用の昇降圧型DCDCコンバータとして構成されており、第1導電路91又は第2導電路92の一方の導電路に印加された直流電圧を昇圧又は降圧して他方の導電路に出力する構成をなすものである。
次に、本開示のDCDCコンバータ1の動作について説明する。
車両に設けられた図示しないイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替わると、外部ECU等からイグニッションスイッチがオン状態であることを示すイグニッションオン信号が制御部12に入力される。すると、制御部12は、第1遮断スイッチ71及び第2遮断スイッチ72をオン状態で維持する通電制御へと切り替える前に第1遮断スイッチ71及び第2遮断スイッチ72を間欠的にオン状態とする間欠制御をする。詳しくは、制御部12は第1遮断スイッチ71をオフ状態で維持する第1遮断制御から第1遮断スイッチ71をオン状態で維持する第1通電制御へと切り替える前に第1遮断スイッチ71を間欠的にオン状態とする第1間欠制御を行う。そして、制御部12は第2遮断スイッチ72をオフ状態で維持する第2遮断制御から第2遮断スイッチ72をオン状態で維持する第2通電制御へと切り替える前に第2遮断スイッチ72を間欠的にオン状態とする第2間欠制御を行う。
第1変換動作(第2導電路92に印加される電圧を昇圧して第1導電路91に電圧を印加する動作、及び第1導電路91に印加される電圧を降圧して第2導電路92に電圧を印加する動作)について説明する。制御部12は電圧変換部6に向けて駆動信号を出力する。第1変換動作における駆動信号は電圧変換部6の第1スイッチ部S1(半導体スイッチT1,T2(駆動用スイッチング素子D1,D2))の各ゲートに対してデッドタイムを設定した形のPWM信号が相補的に出力される信号である。第1スイッチ部S1(半導体スイッチT1,T2(駆動用スイッチング素子D1,D2))は駆動信号によって電圧変換制御を行う。具体的には、半導体スイッチT1(駆動用スイッチング素子D1)へのオン信号(例えばHレベル信号)の出力中は、半導体スイッチT2(駆動用スイッチング素子D2)へオフ信号(例えばLレベル信号)が出力される。そして、半導体スイッチT2(駆動用スイッチング素子D2)へのオン信号(例えばHレベル信号)の出力中は、半導体スイッチT1(駆動用スイッチング素子D1)へオフ信号(例えばLレベル信号)が出力されるように電圧変換制御が行われる。
第2変換動作(第2導電路92に印加される電圧を降圧して第1導電路91に電圧を印加する動作、及び第1導電路91に印加される電圧を昇圧して第2導電路92に電圧を印加する動作)について説明する。制御部12は電圧変換部6に向けて駆動信号を出力する。第2変換動作における駆動信号は電圧変換部6の第2スイッチ部S2(半導体スイッチT3,T4(駆動用スイッチング素子D3,D4))の各ゲートに対してデッドタイムを設定した形のPWM信号が相補的に出力される信号である。第2スイッチ部S2(半導体スイッチT3,T4(駆動用スイッチング素子D3,D4))は駆動信号によって電圧変換制御を行う。具体的には、半導体スイッチT3(駆動用スイッチング素子D3)へのオン信号(例えばHレベル信号)の出力中は、半導体スイッチT4(駆動用スイッチング素子D4)へオフ信号(例えばLレベル信号)が出力される。そして、半導体スイッチT4(駆動用スイッチング素子D4)へのオン信号(例えばHレベル信号)の出力中は、半導体スイッチT3(駆動用スイッチング素子D3)へオフ信号(例えばLレベル信号)が出力されるように電圧変換制御が行われる。
本開示のDCDCコンバータ1は、電圧変換部6、第1コンデンサC1、第2コンデンサC2、第1遮断スイッチ71、第2遮断スイッチ72、及び制御部12を備えている。電圧変換部6は第1導電路91と第2導電路92との間に設けられる。第1コンデンサC1は第1導電路91と基準導電路93との間に設けられる。第2コンデンサC2は第2導電路92と基準導電路93との間に設けられる。制御部12は第1遮断スイッチ71及び第2遮断スイッチ72をオン状態とオフ状態とに切り替える。
セラミックコンデンサは電解コンデンサと比べて内部抵抗が小さいため、電解コンデンサに比べて突入電流が大きくなり易い傾向がある。このため、DCDCコンバータ1は、セラミックコンデンサを用いた場合であっても、間欠制御を行うことによって、1つのオン状態において第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2への突入電流の大きさを良好に抑えることができる。
次に、実施形態2のDCDCコンバータ2について図4等を参照しつつ説明する。DCDCコンバータ2は、第1外部電源及び第1遮断スイッチが設けられていない点、第1変換動作を実行する前に電圧変換部6の半導体スイッチT3を間欠制御する点等が実施形態1と異なる。同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
DCDCコンバータ2の第1導電路91には第1外部電源が接続されていない。第1導電路91には負荷7が接続されている。負荷7は、例えば第2外部電源62から電力供給を受ける構成をなす。負荷7は公知の車載用の電気部品であり特に種類は限定されない。
DCDCコンバータ2の動作について説明する。
制御部12は、外部ECU等からイグニッションスイッチがオン状態であることを示すイグニッションオン信号が入力されると第2遮断スイッチ72を間欠制御する。
制御部12は、第2遮断スイッチ72(スイッチS)を間欠制御させる。具体的には、実施形態1における第2遮断スイッチ72の第2間欠制御(間欠制御)と同様である。そして、第2コンデンサC2に対する充電が進み、間欠制御を終了させる条件が成立すると、制御部12は第2遮断スイッチ72に対する間欠制御を終了し、第2遮断スイッチ72をオン状態に維持する。間欠制御を終了させる条件は、例えば、第2コンデンサC2に流れる電流が所定の値よりも小さくなった場合や、間欠制御を開始してから所定の時間が経過した場合等である。第2コンデンサC2に流れる電流が所定の値よりも小さくなった場合とは、すなわち、第2電流検知部82、及び第3電流検知部83において検出した電流値が所定の閾値よりも小さくなった場合である。
第2遮断スイッチ72がオン状態に維持された状態において、半導体スイッチT3は、第2外部電源62と第1コンデンサC1との間に介在した状態である。制御部12は第1変換動作(第2導電路92に印加される電圧を昇圧して第1導電路91に電圧を印加する動作)を行う前に半導体スイッチT3を間欠制御する。半導体スイッチT3は第1変換動作の際には、電圧変換制御されることはなくオン状態に維持される。第1変換動作において半導体スイッチT3は電圧変換部6の一部をなすスイッチSである。
制御部12は半導体スイッチT3に対してオン信号(例えばHレベル信号)を継続して出力し、半導体スイッチT3をオン状態に維持すると共に、半導体スイッチT4にオフ信号(例えばLレベル信号)を継続して出力し半導体スイッチT4をオフ状態に維持する。さらに、制御部12は第1スイッチ部S1(駆動用スイッチング素子D1,D2)に向けて駆動信号を出力して、第1スイッチ部S1に対して電圧変換制御を行う。こうしてDCDCコンバータ2は第1変換動作を開始するのである。この制御によって、第2導電路92に印加された直流の第2電圧(入力電圧)を昇圧して、第1導電路91に第2導電路92に印加された第2電圧よりも高い出力電圧が印加される。
制御部12は第2変換動作(第2導電路92に印加される電圧を降圧して第1導電路91に電圧を印加する動作)を行う場合、第2スイッチ部S2に対して電圧変換制御を行う。第2変換動作における電圧変換制御の際には、半導体スイッチT3,T4(駆動用スイッチング素子D3,D4)がオンオフ動作をする。このときの半導体スイッチT3は、半導体スイッチT3が間欠制御を実行しているときと同様に、第2外部電源62から第1コンデンサC1へ間欠的に電流を流すことができる。これによって、第1コンデンサC1に流れる電流が過剰に大きくなることを抑えることができるのである。つまり、DCDCコンバータ2が第2変換動作を実行する際には、第2スイッチ部S2(半導体スイッチT3,T4(駆動用スイッチング素子D3,D4))が電圧変換動作をすることによって、半導体スイッチT3が間欠制御を行うことなく第2外部電源62から第1コンデンサC1に対して間欠的に電流を流す。そして、第1コンデンサC1の充電が進んだ後も電圧変換動作を継続することによって第2導電路92に印加された直流の第2電圧(入力電圧)を降圧して、第1導電路91に第2導電路92に印加された第2電圧よりも低い出力電圧が印加される。
本開示のDCDCコンバータ2のスイッチSは、第2導電路92において第2外部電源62と電圧変換部6との間に設けられる第2遮断スイッチ72を含む。第2遮断スイッチ72は自身がオン状態のときに第2外部電源62側から電圧変換部6側への通電を許容し、自身がオフ状態のときに第2外部電源62側から電圧変換部6側への通電を遮断する。
この構成によれば、DCDCコンバータ2は、特別な専用部品等が増加することを抑えつつ、電圧変換部6の機能を実現する上で必要な半導体スイッチT3を用いて遮断制御解除時の過剰な電流を抑えることができる。よって、DCDCコンバータ2は、より簡易な構成で、第1コンデンサC1への突入電流を抑制することができる。
<他の実施形態>
本構成は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
6…電圧変換部
7…負荷
12…制御部
61…第1外部電源
62…第2外部電源
70…遮断スイッチ
71…第1遮断スイッチ
71A…寄生ダイオード
72…第2遮断スイッチ
72A…寄生ダイオード
81…第1電流検知部
82…第2電流検知部
83…第3電流検知部
91…第1導電路
92…第2導電路
93…基準導電路
A1,A2,A3…矢印
C1…第1コンデンサ
C2…第2コンデンサ
D1,D2,D3,D4…駆動用スイッチング素子
G…グラウンド
L…インダクタ
S…スイッチ
S1…第1スイッチ部
S2…第2スイッチ部
T1,T2,T3,T4…半導体スイッチ
T11,T12,T13,T14…寄生ダイオード
Claims (5)
- 第1導電路と第2導電路との間に設けられる電圧変換部と、
前記第1導電路及び前記第2導電路のいずれか一方の導電路と基準導電路との間に設けられるコンデンサと、
外部電源と前記コンデンサとの間に介在するスイッチと、
前記スイッチをオン状態とオフ状態とに切り替える制御部と、
を備え、
前記スイッチが前記オフ状態のときに前記外部電源から前記コンデンサへと電流が流れ込むことが遮断され、少なくとも前記スイッチが前記オン状態のときに前記外部電源から前記一方の導電路を介して前記コンデンサへと電流が流れ込むことが許容され、
前記制御部は、前記スイッチを前記オフ状態で維持する遮断制御から前記スイッチを前記オン状態で維持する通電制御へと切り替える場合において前記通電制御前に前記スイッチを間欠的に前記オン状態とする間欠制御を行い、
前記コンデンサは、前記第1導電路と前記基準導電路との間に設けられる第1コンデンサを含み、
前記外部電源は、前記第1導電路に接続される第1外部電源を含み、
前記スイッチは、前記第1導電路において前記第1外部電源と前記電圧変換部との間に設けられる第1遮断スイッチを含み、
前記第1遮断スイッチは、前記第1外部電源と前記第1コンデンサとの間に介在し、
前記第1遮断スイッチは、自身が前記オン状態のときに前記第1外部電源側から前記電圧変換部側への通電を許容し、自身が前記オフ状態のときに前記第1外部電源側から前記電圧変換部側への通電を遮断し、
前記制御部は、前記第1遮断スイッチを前記オフ状態で維持する第1遮断制御から前記第1遮断スイッチを前記オン状態で維持する第1通電制御へと切り替える場合において前記第1通電制御前に前記第1遮断スイッチを間欠的に前記オン状態とする前記間欠制御である第1間欠制御を行い、
前記電圧変換部は、駆動用スイッチング素子を備え、前記駆動用スイッチング素子のオンオフ動作に応じて前記第1導電路及び前記第2導電路の一方に印加された電圧を昇圧又は降圧して他方に出力電圧を印加し、
前記制御部は、前記駆動用スイッチング素子をオンオフさせる電圧変換制御を行い、前記第1間欠制御における前記第1遮断スイッチのオンオフ動作の周波数を前記電圧変換制御における前記駆動用スイッチング素子のオンオフ動作の周波数よりも大きくし、前記第1間欠制御が終了した後、前記電圧変換制御を行うDCDCコンバータ。 - 前記コンデンサは、前記第2導電路と前記基準導電路との間に設けられる第2コンデンサを含み、
前記外部電源は、前記第2導電路に接続される第2外部電源を含み、
前記スイッチは、前記第2導電路において第2外部電源と前記電圧変換部との間に設けられる第2遮断スイッチと、を含み、
前記第2遮断スイッチは、前記第2外部電源と前記第2コンデンサとの間に介在し、
前記第2遮断スイッチは、自身が前記オン状態のときに前記第2外部電源側から前記電圧変換部側への通電を許容し、自身が前記オフ状態のときに前記第2外部電源側から前記電圧変換部側への通電を遮断し、
前記制御部は、前記第2遮断スイッチを前記オフ状態で維持する第2遮断制御から前記第2遮断スイッチを前記オン状態で維持する第2通電制御へと切り替える場合において前記第2通電制御前に前記第2遮断スイッチを間欠的に前記オン状態とする前記間欠制御である第2間欠制御を行い、前記第2間欠制御における前記第2遮断スイッチのオンオフ動作の周波数を前記電圧変換制御における前記駆動用スイッチング素子のオンオフ動作の周波数よりも大きくし、前記第2間欠制御が終了した後、前記電圧変換制御を行う請求項1に記載のDCDCコンバータ。 - 前記スイッチは、前記電圧変換部の一部をなす半導体スイッチを含む請求項1又は請求項2に記載のDCDCコンバータ。
- 前記制御部は、前記間欠制御を行う全期間のうちの一部期間における前記スイッチのオン時間を前記一部期間よりも前の期間における前記スイッチの前記オン時間よりも長くする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のDCDCコンバータ。
- 前記コンデンサはセラミックコンデンサである請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のDCDCコンバータ。
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