JP2002247839A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置とその調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力と出力のリ
ップル電流を最小に設定するものである。 【解決手段】 降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ６，７をイン
ターリーブ制御するものにおいて、かつ各降圧ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ６，７のチョークコイル６ａ，７ａの中点
にフライホイルダイオード３ｂ，４ｂを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＣ入力電圧を所
要のＤＣ出力電圧に電圧変換する電力容量の比較的大き
なＤＣ−ＤＣコンバータ装置とその調整方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器のデジタル化が普及し、
その高速化・高機能化が進展するにつれて電子機器に電
力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータ装置（電圧変換装
置）も、その出力として、低電圧・大電流のものが求め
られている。しかし、低電圧・大電流化になるとＤＣ−
ＤＣコンバータ装置の変換効率が悪化、また大電流を１
個のＤＣ−ＤＣコンバータでは処理できなくなってく
る。

【０００３】その対策手段として、複数のＤＣ−ＤＣコ
ンバータを並列接続して構成するＤＣ−ＤＣコンバータ
装置がある。特に、大きな電流を効率良く処理する為に
は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力と出力のリップル
電流を出来るだけ小さくし、実効電流を小さくすること
が重要であり、リップル電流を小さくする技術として
は、各ＤＣ−ＤＣコンバータを、そのＰＷＭ制御に位相
差を付けて制御するインターリーブ制御が提案されてい
る。

【０００４】図３は従来の例を示し、降圧ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ３，４を２個並列接続したものである。図３に
おいて、１は入力直流電圧、２は入力平滑用のコンデン
サである。降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ３と４とが並列接
続され、それに出力端子５が接続されている。各降圧Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ３と４は、半導体スイッチ素子３
ａ，４ａ、フライホイルダイオード３ｂ，４ｂ、チョー
クコイル３ｃ，４ｃと出力平滑用のコンデンサ３ｄ，４
ｄとで構成されている。

【０００５】図４は図３のＤＣ−ＤＣコンバータ装置
で、各降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ３，４が同期して制御
された時の入力電流波形の一例を示している。各降圧Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ３，４の入力電流が加算された、平
均入力電流値に対してリップル電流の大きな入力電流と
なっている。

【０００６】図５は同じく上記ＤＣ−ＤＣコンバータ装
置で、各降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ３，４の制御にイン
ターリーブ制御を採用し、１８０度の位相差を設けて制
御した時の入力電流波形の一例を示している。

【０００７】図４の例に比べて、入力リップル電流が小
さくなることが判る。図３のＤＣ−ＤＣコンバータ装置
では、出力電圧と入力電圧との変換比率が約０．５の時
にリップル電流が最小になり、０．５から外れるに従っ
てリップル電流は大きくなる。並列接続する降圧ＤＣ−
ＤＣコンバータ３，４の数が変化すると、リップル電流
が最小になる位相差が異なってくる。例えば、３個の降
圧ＤＣ−ＤＣコンバータを並列接続したＤＣ−ＤＣコン
バータ装置では、各ＤＣ−ＤＣコンバータが１２０度の
位相差を持って駆動され、出力電圧と入力電圧との変換
比率が約０．３３の時にリップル電流は最小となる。

【０００８】以上の動作及びその効果は、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ装置の出力のリップル電流についても同様であ
り、また他の方式のコンバータ（例えば、昇圧ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータなど）も同様である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の回路構成で
は、インターリーブ制御で入力と出力のリップル電流を
最小にするには、各ＤＣ−ＤＣコンバータを駆動・制御
する最適な位相差量がある。一方、ＤＣ−ＤＣコンバー
タ装置の取り扱う電力容量によっては適切なＤＣ−ＤＣ
コンバータの並列数もあり、また変換する入力電圧値と
出力電圧値も装置によって異なってくる。よって、複数
のＤＣ−ＤＣコンバータを並列接続し、かつインターリ
ーブ制御を採用しただけでは、リップル電流の小さい最
適なＤＣ−ＤＣコンバータ装置が実現出来ないという問
題点を有していた。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、各種の仕様においても、リップル電流の小さい最適
なＤＣ−ＤＣコンバータ装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の発明は、ＰＷＭスイッチング方
式のＤＣ−ＤＣコンバータを、２個以上並列接続すると
ともに、各ＤＣ−ＤＣコンバータを、そのＰＷＭ制御に
位相差をつけたインターリーブ制御を行うＤＣ−ＤＣコ
ンバータ装置において、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバー
タの少なくとも一つはチョークコイルを有し、このチョ
ークコイルの中点に半導体素子を接続したものであり、
リップル電流の小さい最適なＤＣ−ＤＣコンバータ装置
が提供できる。

【００１２】次に本発明の請求項２の発明は、ＰＷＭス
イッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータを、２個以上並
列接続するとともに、各ＤＣ−ＤＣコンバータを、その
ＰＷＭ制御に位相差をつけたインターリーブ制御を行う
ＤＣ−ＤＣコンバータ装置において、前記複数のＤＣ−
ＤＣコンバータは、それぞれチョークコイルを有し、各
チョークコイルの中点に半導体素子を接続したものであ
り、リップル電流の小さい最適なＤＣ−ＤＣコンバータ
装置が提供できる。

【００１３】次に本発明の請求項３の発明は、ＰＷＭス
イッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータを、２個以上並
列接続するとともに、各ＤＣ−ＤＣコンバータを、その
ＰＷＭ制御に位相差をつけたインターリーブ制御を行う
ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、前記複数のＤＣ−ＤＣ
コンバータの少なくとも一つはチョークコイルを有し、
このＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力と出力のリップル
電流値が最小になるように、上記チョークコイルの中点
に半導体素子を接続するものであり、リップル電流の小
さい最適なＤＣ−ＤＣコンバータ装置が提供できる。

【００１４】次に本発明の請求項４の発明は、ＰＷＭス
イッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータを、２個以上並
列接続するとともに、各ＤＣ−ＤＣコンバータを、その
ＰＷＭ制御に位相差をつけたインターリーブ制御を行う
ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、前記複数のＤＣ−ＤＣ
コンバータはそれぞれチョークコイルを有し、このＤＣ
−ＤＣコンバータ装置の入力と出力のリップル電流値が
最小になるように、上記各チョークコイルの中点に半導
体素子を接続するものであり、リップル電流の小さい最
適なＤＣ−ＤＣコンバータ装置が提供できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、実施の形
態１を用いて、本発明の請求項１〜４に記載の発明につ
いて説明する。図１は本発明の実施の形態１の回路図、
図２は同実施の形態の波形図である。

【００１６】なお、図１において、図３の従来例と同様
の構成を有するものには同一符号を付しその説明を簡略
化する。図１において、従来の図３と相違する点は、チ
ョークコイル３ｃ，４ｃの代わりに、チョークコイル６
ａ，７ａを接続し、その巻線の中点に半導体素子の一例
としてフライホイルダイオード３ｂ，４ｂを接続し、降
圧ＤＣ−ＤＣコンバータ６，７を形成した点である。

【００１７】以上のような回路構成において、先ず１個
の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ６の動作を説明する。

【００１８】半導体スイッチ素子３ａが駆動され導通
（ＯＮ）すると、チョークコイル６ａの全ての巻線Ｎ１
とＮ２を介して出力端子５に向かって電流が供給される
とともに、チョークコイル６ａにエネルギーが蓄積され
る。次に半導体スイッチ素子３ａがＯＦＦに駆動される
と、チョークコイル６ａに蓄積されたエネルギーは、フ
ライホイルダイオード３ｂが導通し、チョークコイル６
ａの巻線Ｎ２を介して出力端子５に向かって放出され、
出力端子５に連続した電流を供給することが出来る。チ
ョークコイル６ａは巻線Ｎ１とＮ２で構成されている
が、磁気的に密に結合しているため、蓄積されたエネル
ギーは巻線Ｎ２から放出することが出来る。

【００１９】以上の動作により、降圧ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ６の出力電圧Ｖ０と入力電圧Ｖｉｎとの関係式は、
下記式（１）で関係づけられる。

【００２０】 Ｖ０＝（Ｄ／（１＋（Ｎ１／Ｎ２）・（１−Ｄ）））×Ｖｉｎ （１） ここで、Ｄは半導体スイッチ素子３ａのＯＮ時間とＯＦ
Ｆ時間よりＤ＝ＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）と
している。

【００２１】またチョークコイル６ａのフライホイルダ
イオード３ｂの接続点の左右巻線Ｎ１、巻線Ｎ２のそれ
ぞれの巻線数をＮ１，Ｎ２としている。

【００２２】ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の事例として、
例えば、入力電圧Ｖｉｎ＝３６Ｖ、出力電圧Ｖ０＝１２
Ｖ、出力電流Ｉ０＝４０ＡのＤＣ−ＤＣコンバータ装置
を、出力電流２０ＡのＤＣ−ＤＣコンバータ２個の並列
で構成するとする。

【００２３】図３に示す従来例では、図３における半導
体スイッチ素子３ａ，４ａのＯＮ時間とＯＦＦ時間は、
入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖ０の関係から一義的に設定
され、Ｄ＝１２Ｖ／３６Ｖ＝約０．３３と決まってしま
う。一方、２個の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ３，４の並
列構成で、入力と出力のリップル電流をインターリーブ
制御技術で最小にできるのは、Ｄ＝０．５の条件で、こ
れではリップル電流を小さくできない。

【００２４】これに対して本発明の一実施形態である図
１においては、Ｄ＝０．５となるように式（１）からチ
ョークコイル６ａ，７ａのそれぞれの巻線Ｎ１と巻線Ｎ
２との巻線比率Ｈを設定できる。

【００２５】Ｈ＝Ｎ１／Ｎ２ 式（１）に、Ｖｉｎ＝３６Ｖ、Ｖ０＝１２Ｖ、Ｄ＝０．
５を代入すると、 Ｈ＝１ が得られる、即ちチョークコイル６ａ，７ａのそれぞれ
の巻線Ｎ１と巻線Ｎ２との巻線比率を１：１に設定する
ことによって、インターリーブ制御技術の効果が発揮さ
れ、入力と出力とのリップル電流を最小にすることが可
能となる。図２（ａ）〜（ｃ）に上記実施の形態におけ
る入力電流波形を示しており、（ａ）は降圧ＤＣ−ＤＣ
コンバータ６、（ｂ）は降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ７、
（ｃ）はトータルのそれぞれ入力電流を示し、リップル
電流の極めて小さい入力電流波形となっている。

【００２６】また（ｄ）〜（ｆ）は出力電流波形を示
し、（ｄ）は降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ６、（ｅ）は降
圧ＤＣ−ＤＣコンバータ７、（ｆ）はトータルのそれぞ
れ出力電流を示し、リップル電流が極めて小さいものと
なっている。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ装置の各種の仕様に従って、半導体素子の
前後のチョークコイルの巻線比率を設定することで、入
力と出力のリップル電流を最小に設定できるため、ＤＣ
−ＤＣコンバータ装置の高効率化、小形化が実現できる
という効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるＤＣ−ＤＣコン
バータ装置の回路図

【図２】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ同実施の形態におけ
る波形図

【図３】従来のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路図

【図４】同入力電流波形図

【図５】同入力電流波形図

【符号の説明】

１ 入力直流電圧 ２ 入力平滑用コンデンサ ６，７ 降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ ３ａ，４ａ 半導体スイッチ素子 ３ｂ，４ｂ フライホイルダイオード ６ａ，７ａ チョークコイル ３ｄ，４ｄ 出力平滑用コンデンサ ５ 出力端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＷＭスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコ
   ンバータを、２個以上並列接続するとともに、各ＤＣ−
   ＤＣコンバータを、そのＰＷＭ制御に位相差をつけたイ
   ンターリーブ制御を行うＤＣ−ＤＣコンバータ装置にお
   いて、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータの少なくとも一
   つはチョークコイルを有し、このチョークコイルの中点
   に半導体素子を接続したＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
2. 【請求項２】 ＰＷＭスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコ
   ンバータを、２個以上並列接続するとともに、各ＤＣ−
   ＤＣコンバータを、そのＰＷＭ制御に位相差をつけたイ
   ンターリーブ制御を行うＤＣ−ＤＣコンバータ装置にお
   いて、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータは、それぞれチ
   ョークコイルを有し、各チョークコイルの中点に半導体
   素子を接続したＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
3. 【請求項３】 ＰＷＭスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコ
   ンバータを、２個以上並列接続するとともに、各ＤＣ−
   ＤＣコンバータを、そのＰＷＭ制御に位相差をつけたイ
   ンターリーブ制御を行うＤＣ−ＤＣコンバータにおい
   て、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータの少なくとも一つ
   はチョークコイルを有し、このＤＣ−ＤＣコンバータ装
   置の入力と出力のリップル電流値が最小になるように、
   上記チョークコイルの中点に半導体素子を接続するＤＣ
   −ＤＣコンバータ装置の調整方法。
4. 【請求項４】 ＰＷＭスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコ
   ンバータを、２個以上並列接続するとともに、各ＤＣ−
   ＤＣコンバータを、そのＰＷＭ制御に位相差をつけたイ
   ンターリーブ制御を行うＤＣ−ＤＣコンバータにおい
   て、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータはそれぞれチョー
   クコイルを有し、このＤＣ−ＤＣコンバータ装置の入力
   と出力のリップル電流値が最小になるように、上記各チ
   ョークコイルの中点に半導体素子を接続するＤＣ−ＤＣ
   コンバータ装置の調整方法。