JP2016025831A - Dc−dcコンバータの補助回路及びその補助回路を用いた双方向昇降圧dc−dcコンバータ - Google Patents
Dc−dcコンバータの補助回路及びその補助回路を用いた双方向昇降圧dc−dcコンバータ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016025831A JP2016025831A JP2014151277A JP2014151277A JP2016025831A JP 2016025831 A JP2016025831 A JP 2016025831A JP 2014151277 A JP2014151277 A JP 2014151277A JP 2014151277 A JP2014151277 A JP 2014151277A JP 2016025831 A JP2016025831 A JP 2016025831A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching element
- series
- parallel
- converter
- zcs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 title claims description 43
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 86
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 54
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 22
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 34
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
また、特許文献2の図7,図8に示されたDC−DCコンバータは、双方向に昇圧および降圧動作が可能な回路であるが、2つの主スイッチを同時に動作できないため、同一のパワーフローの中で電圧の上げ下げ(昇降圧)が実現できず、昇降圧動作の実現が困難であると考える。
そして、DC−DCコンバータが昇圧タイプの場合、昇圧用スイッチング素子の正極側に直列にZCS促進用インダクタが直列接続され、かつ、直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタが接続される。
ここで、直列共振型スイッチトキャパシタは、共振用のインダクタとキャパシタとを直列接続して直列共振回路を構成し、ソフトスイッチングにより高効率な補助スイッチ回路を実現するものである。
また、ZCS促進用インダクタは、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などのバイポーラトランジスタおよび還流ダイオードに対して、それらのオン/オフ遷移時に電流が傾斜を持って上昇および下降するソフトスイッチングであるZCS(Zero Current Soft-Switching)を行わせるためのインダクタである。
ツインハーフブリッジ構造は、直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、同様に、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の第1接続中点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の第2接続中点とを接続する平滑インダクタとから構成される。
補助回路は、ローサイドの第2スイッチング素子と第1接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、同様に、ローサイドの第4スイッチング素子と第2接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタとから構成される。
ツインハーフブリッジ構造は、直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、同様に、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の第1接続中点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の第2接続中点とを接続する平滑インダクタとから構成される。
補助回路は、ハイサイドの第1スイッチング素子に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、同様に、ハイサイドの第3スイッチング素子に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタとから構成される。
ツインハーフブリッジ構造は、直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、同様に、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の第1接続中点から分岐して接続される第1平滑インダクタと、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の第2接続中点から分岐して接続される第2平滑インダクタと、直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両端と、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の両端と、が接続され、それぞれの両端に並列接続される直流リンクキャパシタとから構成される。
補助回路は、ローサイドの第2スイッチング素子と第1接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、同様に、ローサイドの第4スイッチング素子と第2接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタとから構成される。
ツインハーフブリッジ構造は、直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、同様に、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の第1接続中点から分岐して接続される第1平滑インダクタと、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の第2接続中点から分岐して接続される第2平滑インダクタと、直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両端と、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の両端と、が接続され、それぞれの両端に並列接続される直流リンクキャパシタとから構成される。
補助回路は、ハイサイドの第1スイッチング素子と第1接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、同様に、ハイサイドの第3スイッチング素子と第2接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタとから構成される。
また本発明の双方向昇降圧DC−DCコンバータによれば、2直流電源間で両電力フローにおいて昇圧/降圧あるいは昇降圧動作が可能な多機能形の高効率双方向DC−DCコンバータを実現できるといった効果がある。
図1に示すように、昇圧形DC−DCコンバータに付加した補助回路1は、直列共振型スイッチトキャパシタ2とZCS促進用インダクタ3とから成り、昇圧用スイッチング素子の正極側に直列にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、昇圧用スイッチング素子とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。
図2に示すように、降圧形DC−DCコンバータに付加した補助回路1は、直列共振型スイッチトキャパシタ2とZCS促進用インダクタ3とから成り、還流ダイオードの正極側に直列にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、還流ダイオードとZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。
図3に示すように、昇圧形/降圧形DC−DCコンバータに付加した補助回路1は、直列共振型スイッチトキャパシタ2とZCS促進用インダクタ3とから成り、昇圧用スイッチング素子とそれに逆並列接続されるダイオードから成るスイッチの正極側に直列にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、昇圧用スイッチング素子とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。
なお、図1〜3に示す直列共振型スイッチトキャパシタの一実施形態としては、正極から順に共振インダクタ、共振キャパシタ、およびスイッチング素子が直列に接続され、かつ、スイッチング素子に並列にダイオードが接続される構造である。
図4に示す双方向昇降圧DC−DCコンバータは、直列接続された主スイッチ1と主スイッチ2の接続中点と、直列接続された主スイッチ3と主スイッチ4の接続中点とが、平滑インダクタを介して接続されたLリンク型のツインハーフブリッジ構造である。
Lリンク型の場合、平滑インダクタを介して左右対称構造であり、それを電流源としてそれぞれのハーフブリッジ(レッグ)は独立に昇圧または降圧することが可能であり、双方向に電力伝送可能となる。
主スイッチ1〜4は、半導体スイッチとそれに並列接続された逆並列ダイオードから成る。
双方向昇降圧DC−DCコンバータにおける補助回路1は、直列共振型スイッチトキャパシタ2とZCS促進用インダクタ3から成り、それぞれのハーフブリッジ構造のローサイドにそれぞれ設けられる。ハーフブリッジ構造のローサイドに設けられる一方の補助回路1は、主スイッチ2と接続中点との間にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、主スイッチ2とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。ハーフブリッジ構造のローサイドに設けられる他方の補助回路1は、主スイッチ4と接続中点との間にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、主スイッチ4とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。
図5に示す双方向昇降圧DC−DCコンバータは、図4と同様に、直列接続された主スイッチ1と主スイッチ2の接続中点と、直列接続された主スイッチ3と主スイッチ4の接続中点とが、平滑インダクタを介して接続されたLリンク型のツインハーフブリッジ構造である。
主スイッチ1〜4は、半導体スイッチとそれに並列接続された逆並列ダイオードから成る。
双方向昇降圧DC−DCコンバータにおける補助回路1は、直列共振型スイッチトキャパシタ2とZCS促進用インダクタ3から成り、図4と異なり、それぞれのハーフブリッジ構造のハイサイドにそれぞれ設けられる。ハーフブリッジ構造のローサイドに設けられる一方の補助回路1は、主スイッチ1の正極側にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、主スイッチ1とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。ハーフブリッジ構造のローサイドに設けられる他方の補助回路1は、主スイッチ3の正極側にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、主スイッチ3とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。
なお、ハーフブリッジ構造のハイサイドに補助回路を設ける場合、それぞれのハーフブリッジ構造のZCS促進インダクタ3は、それぞれ主スイッチ1の上および主スイッチ3の上に配置する方が実用用好ましい。その理由としては、上記の配置にすることで、各ハーフブリッジ構造において、主スイッチ1および2を一体化したモジュール、また主スイッチ3と4を一体化したモジュールが使用できるため、回路パッケージングの容易化など利点があるからである。
図6に示す双方向昇降圧DC−DCコンバータは、直列接続された主スイッチ1と主スイッチ2の接続中点と、直列接続された主スイッチ3と主スイッチ4の接続中点とが、それぞれ平滑インダクタを介して直流電力源(V1,V2)と接続され、直列接続された主スイッチ1と主スイッチ2の両端と、直列接続された主スイッチ3と主スイッチ4の両端とが接続され、それぞれの両端に並列に直流リンクキャパシタが接続されたCリンク型のツインハーフブリッジ構造である。
Cリンク型の場合、直流リンクキャパシタを介して左右対称構造であり、それを電圧源としてそれぞれのハーフブリッジ(レッグ)は独立に昇圧または降圧することが可能であり、双方向に電力伝送可能となる。直流リンクキャパシタに適切な変換器(DC−DCコンバータ、DC−ACインバータ)を介して別電源と結合が可能である。すなわち、直流電力源(V1,V2)と共に、3ポートの複合電源システムに応用できる。さらに、各ポート間それぞれ独立して、すなわち、相互に非干渉に、双方向に電力伝送ができることから、多機能形の電源システムを実現することが可能である。
主スイッチ1〜4は、半導体スイッチとそれに並列接続された逆並列ダイオードから成る。
双方向昇降圧DC−DCコンバータにおける補助回路1は、直列共振型スイッチトキャパシタ2とZCS促進用インダクタ3から成り、それぞれのハーフブリッジ構造のローサイドにそれぞれ設けられる。ハーフブリッジ構造のローサイドに設けられる一方の補助回路1は、主スイッチ2と接続中点との間にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、主スイッチ2とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。ハーフブリッジ構造のローサイドに設けられる他方の補助回路1は、主スイッチ4と接続中点との間にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、主スイッチ4とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。
図7に示す双方向昇降圧DC−DCコンバータは、直列接続された主スイッチ1と主スイッチ2の接続中点と、直列接続された主スイッチ3と主スイッチ4の接続中点とが、それぞれ平滑インダクタを介して直流電力源(V1,V2)と接続され、直列接続された主スイッチ1と主スイッチ2の両端と、直列接続された主スイッチ3と主スイッチ4の両端とが接続され、それぞれの両端に並列に直流リンクキャパシタが接続されたCリンク型のツインハーフブリッジ構造である。
主スイッチ1〜4は、半導体スイッチとそれに並列接続された逆並列ダイオードから成る。
双方向昇降圧DC−DCコンバータにおける補助回路1は、直列共振型スイッチトキャパシタ2とZCS促進用インダクタ3から成り、それぞれのハーフブリッジ構造のハイサイドにそれぞれ設けられる。ハーフブリッジ構造のローサイドに設けられる一方の補助回路1は、主スイッチ1にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、主スイッチ1とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。ハーフブリッジ構造のローサイドに設けられる他方の補助回路1は、主スイッチ3にZCS促進用インダクタ3が直列接続され、かつ、主スイッチ3とZCS促進用インダクタ3から成る直列接続構造の両端に並列に直列共振型スイッチトキャパシタ2が接続される。
昇圧形/降圧形DC−DCコンバータの回路構成を図8に示す。
図8に示す回路において、直流電圧源V1から直流電圧源V2への電力フローを昇圧動作、その逆を降圧動作と定義する。昇圧動作では主スイッチとなるQ1、降圧動作では主スイッチとなるQ2に対し、両動作ともに補助スイッチとなるQ3を設ける。これに加えて、Q1及びQ2のターンオン電流の緩やかにするZCS促進インダクタとしてLsをQ1と直列に挿入し、さらにQ1およびQ2のゼロ電流・ゼロ電圧ソフトスイッチング(Zero Current and Zero Voltage Soft-Switching, ZCZVS)ターンオフとQ3のZCSターンオンおよびZCZVSターンオフを得るため、Q3と直列に共振キャパシタCrおよび共振インダクタLrを直列に設ける構造を有する。
そして、昇圧動作ではQ2のスイッチ部が常時オフしてその逆並列ダイオードD2を還流ダイオードとして用い、一方、降圧動作ではQ1のスイッチ部が常時オフしてその逆並列ダイオードD1を還流ダイオードとする。
また、補助スイッチQ3のオン期間については、直列共振型スイッチトキャパシタの共振周波数および平滑インダクタLdの最大電流等から固定値として設定可能である。
[Mode1:Q1 ZCSターンオンモード] (t0≦t<t1)
主スイッチQ1をターンオンすると、Ldに流れる電流ILdは、D2からS1へ転流し始める。このときLsの作用により、Q1の電流iQ1はゼロ電流の状態から緩やかに上昇し、Q1のZCSターンオン動作が可能となる。同時に、D2の電流は徐々に減少し、自然にゼロまで下降するとZCSターンオフとなる。この区間はS1への転流が完了するまで継続する。
時刻t1にて、S1への転流が完了すると、電流ILdはV1−Ld−Ls−S1の経路を流れ、Ldに磁気エネルギーを蓄積する定常状態となる。この期間は補助スイッチQ3をターンオンするまで続く。
時刻t2にて、Q3をターンオンするとLrとCrの部分共振を得る。これによりQ3の電流iQ3はゼロ電流の状態から緩やかに上昇し、Q3のZCSターンオン動作を達成する。
時刻t3にて、Q1を流れる電流iQ1 がILd以下となると、Q3を流れる電流iQ3 がS3からD3へ転流し部分共振を継続する。
Mode4より継続する共振により、時刻t4にてQ1を流れる電流iQ1がS1からD1へ転流するとQ1,Q3共に電流は逆並列ダイオードを流れる。この間にS1,S3のゲート信号を取り除くと、それらのZCZVSターンオフ動作を実現する。
時刻t5にて、iQ1が自然にゼロに近づくと同時にD2が順バイアスとなり導通し、D3からD2へ転流を開始する。このときD2はZCSターンオン動作を実現する。
時刻t6にて、D3からD2への転流が完了し、ILdはV1−Ld−D2−V2の経路を巡る定常状態となる。時刻t7にて、再びMode1に戻る。
[Mode1:Q2 ZCSターンオンモード] (t0≦t<t1)
時刻t0にて、主スイッチQ2をターンオンすると、LS,Lr,Crの部分共振を得る。これによりQ3の電流iQ3はゼロから緩やかに上昇し、Q3のZCSターンオンを達成する。これと同時に、D1に流れる電流は次第に減少し自然にゼロに達するZCSターンオフを開始する。
時刻t1にて、D1からS3への転流が完了した後、前モードからのLr,Crによる部分共振が継続する。共振キャパシタCrが充電され、その端子電圧が上昇してV2と等しくなり、Q3の電流iQ3がゼロとなるまでこの期間は継続する。
時刻t2にて、iQ3がゼロになると電源であるV2から負荷であるV1へILdが流れる電力供給の定常状態となる。
時刻t3にて、補助スイッチQ3をターンオンすると、再びLr,Crの部分共振を得る。これによりQ3の電流iQ3はゼロから緩やかに上昇して、Q3のZCSターンオンを達成する。
時刻t4にて、iQ2がゼロになると、S2から逆並列ダイオードのD2へ転流する。この間にS2のゲート信号を取り除いて、Q2のZCZVSターンオフを実現する。
時刻t5にて、iQ2が自然にゼロとなると時に、Ldの電流ILdはS3を介した還流モードとなり、Crの蓄積エネルギーは放電を開始する。
時刻t6にて、vCrがゼロまで低下すると同時にQ1の逆並列ダイオードD1が順バイアスとなり、Ls,Lr,Crの部分共振を得る。このとき、D1の電流iD1が緩やかに上昇するため、D1はZCSターンオンを達成する。さらに、この区間ではセル内部に発生する共振電流により、iQ3が次第に減少し始める。
時刻t7にて、iQ3がゼロクロスしてS3から逆並列ダイオードD3への転流を開始する。この間にS3のゲート信号を取り除くとQ3のZCZVSターンオフを実現する。
時刻t8にて、共振状のiQ3が再びゼロになると、S3はすでにオフ状態であり、Q3は再導通せず、Ldでの蓄積されたエネルギーにともに、負荷電流、すなわちILdは、Ld−V1−D1−Lsの経路を還流する定常状態となる。
双方向昇降圧DC−DCコンバータ(Lリンク型)の回路構成を図17に示す。
主スイッチ(Q1/Q2)とそれらのZCS転流を実現する補助スイッチQ3、さらにZCS促進インダクタLS1、共振インダクタLr1および共振キャパシタCr1からなる補助スイッチングセルを含むハーブブリッジHB1と、同じく主スイッチ(Q4/Q5)とそれらのZCS転流を実現する補助スイッチQ6、さらにZCS促進インダクタLs2、共振インダクタLr2および共振キャパシタCr2からなる補助スイッチングセルを含むハーブブリッジHB2とが、平滑インダクタLdを介して接続されることにより形成される。
また、直流電圧源V2からV1への電力変換の際における主スイッチ(Q1,Q2,Q4,Q5)および補助スイッチ(Q3,Q6)の状態について表3に示す。
表2および表3は、それぞれ昇圧、降圧、昇降圧の3種類の電力変換について纏めている。
なお、表中において、ONは“常時スイッチオン”、OFFは“常時スイッチオフ”、SWは“スイッチング(ON/OFF)”を意味する。
時刻t0にて、Q1,Q5を同時にターンオンすると、HB1ではLS1,Lr1,Cr1の部分共振を得る。これよりQ1の電流iQ1はゼロから緩やかに上昇しQ1のZCSターンオンを達成する。これと同時に、D2に流れる電流は次第に減少する。
一方、HB2ではD4からS5へ転流となるが、Lr2の作用によりQ5の電流iQ5はゼロ電流の状態から緩やかに上昇してQ5のZCSターンオン動作となる。同時に、D4の電流は徐々に減少し、自然にゼロまで下降するとZCSターンオフとなる。この区間はS5への転流完了まで継続する。
時刻t1にて、D4からS5への転流が完了した後、HB1では前モードより続く部分共振により、D2導通電流が自然にゼロに至りZCSターンオフとなる。この間、電源電流は、V1−S1−LS2−S5の経路を流れて、Ldに磁気エネルギーを蓄積する定常状態となる。
時刻t2にて、D2からS1への転流が完了した後、前モードからのLr1,Cr1による部分共振は維持する。これより、共振キャパシタCr1は充電を続け、その端子電圧が次第に上昇してV2と等しくなると、Q3の電流iQ3はゼロとなる。
時刻t3にて、iQ2がゼロになると、電源電流は、V1−S1−Ld−LS2−S5と流れて電力供給の定常状態となる。
時刻t4にて、HB2の補助スイッチQ6をターンオンすると、LS2,Lr2,Cr2の部分共振を得る。これによりQ6の電流iQ6はゼロから緩やかに上昇して、Q6のZCSターンオンを達成する。
時刻t5にて、iQ6がスイッチ部S6から逆並列ダイオードD6へ転流しながら部分共振が継続される。
時刻t6にて、iQ6に続き、Q5の電流iQ5も同様にS5からD5へ転流が完了しながら、部分共振を継続する。
時刻t7にて、HB1の補助スイッチQ3をターンオンすると、Lr1,Cr1の部分共振を得る。Q3の電流iQ3はゼロから緩やかに上昇して、Q3のZCSターンオンを達成する。同時に、S1に流れる電流は次第に減少する。
時刻t8にて、Q2の電流iQ2がゼロクロスして、S2からD2への転流を開始する。これにより、Mode7から続くD5への転流と合わせてS1,S5の導通電流がゼロとなり、この間にS1,S5のゲート信号を同時に取り除くとQ1,Q5のZCZVSターンオフを実現する。
時刻t9にて、共振状のiQ1が再びゼロになると、S1はすでにオフ状態でありQ1は再導通せず、Ldの平滑作用によりiQ3は定電流となる。さらに、LS2,Lr2,Cr2の部分共振は継続し、この期間にS6のゲート信号を取り除くと、Q6のZCZVSターンオフを達成する。
時刻t10にて、iQ5が緩やかにゼロになるとS5の再導通はなく、Ld−Lr2−Cr2−D5−S3−Cr1−Lr1の経路を還流する定常状態となる。
時刻t11にて、vD4がゼロまで低下すると同時に、Q4の逆並列ダイオードD4が順バイアスとなり、Lr2,Cr2の部分共振を得る。このとき、D4の電流iD4が緩やかに上昇するため、D4はZCSターンオンを達成する。また、iQ6は緩やかにゼロに向かう。
時刻t12にて、iQ6がゼロに達すると、S6のゲート信号が既に取り除かれており、Q6は導通しない。これより、電流はLd−D4−V2−S3−Cr1−Lr1の経路を還流する定常状態となる。
時刻t13にて、vCr1がゼロまで低下すると同時に、Q2の逆並列ダイオードD2が順バイアスとなり、LS1,Lr1,Cr1の部分共振を得る。この際に、D2の電流iD2は共振状に上昇するため、D2はZCSターンオンを達成する。また、同時にiQ3は共振状にゼロに向かう。
時刻t14にて、iQ3が自然にゼロクロスするとS3から逆並列ダイオードD3へ転流し、前モードからの部分共振を継続する。この期間にS3のゲート信号を取り除くことでQ3のZCZVSターンオフを実現する。
時刻t15にて、iQ3がゼロに達すると、Mode15にてS3のゲート信号をオフとしているため、Q6の再導通はなく、平滑インダクタの電流は、Ld−D4−V2−D2−LS1の経路を循環する定常状態となり、時刻t16にて再びMode1へと戻る。
2 直列共振型スイッチトキャパシタ
2a 共振インダクタ
2b 共振キャパシタ
2c スイッチング素子
2d ダイオード
3 ZCS促進用インダクタ
Claims (10)
- 入力直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するDC−DCコンバータの補助回路であって、
前記補助回路は、
直列共振型スイッチトキャパシタとZCS促進用インダクタとから成り、
DC−DCコンバータが昇圧タイプの場合、
昇圧用スイッチング素子の正極側に直列に前記ZCS促進用インダクタが直列接続され、かつ、直列接続構造の両端に並列に前記直列共振型スイッチトキャパシタが接続される、
ことを特徴とするDC−DCコンバータの補助回路。 - 入力直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するDC−DCコンバータの補助回路であって、
前記補助回路は、
直列共振型スイッチトキャパシタとZCS促進用インダクタとから成り、
DC−DCコンバータが降圧タイプの場合、
還流ダイオードの正極側に直列に前記ZCS促進用インダクタが直列接続され、かつ、直列接続構造の両端に並列に前記直列共振型スイッチトキャパシタが接続される、
ことを特徴とするDC−DCコンバータの補助回路。 - 入力直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するDC−DCコンバータの補助回路であって、
前記補助回路は、
直列共振型スイッチトキャパシタとZCS促進用インダクタとから成り、
DC−DCコンバータが昇降圧タイプの場合、
昇圧用スイッチング素子とそれに逆並列接続されるダイオードから成るスイッチの正極側に直列に前記ZCS促進用インダクタが直列接続され、かつ、直列接続構造の両端に並列に前記直列共振型スイッチトキャパシタが接続される、
ことを特徴とするDC−DCコンバータの補助回路。 - 前記直列共振型スイッチトキャパシタは、正極から順に共振インダクタ、共振キャパシタ、およびスイッチング素子が直列に接続され、かつ、前記スイッチング素子に並列にダイオードが接続されることを特徴とする請求項1〜3の何れかのDC−DCコンバータの補助回路。
- 請求項1〜4の何れかのDC−DCコンバータの補助回路を備えたDC−DCコンバータ。
- 入力直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するDC−DCコンバータにおいて、
直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、
同様に、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、
第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の第1接続中点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の第2接続中点とを接続する平滑インダクタと、から成るツインハーフブリッジ構造であり、
ローサイドの第2スイッチング素子と第1接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、
同様に、ローサイドの第4スイッチング素子と第2接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、を備えることを特徴とする双方向昇降圧DC−DCコンバータ。 - 入力直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するDC−DCコンバータにおいて、
直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、
同様に、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、
第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の第1接続中点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の第2接続中点とを接続する平滑インダクタとから成るツインハーフブリッジ構造であり、
ハイサイドの第1スイッチング素子に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、
同様に、ハイサイドの第3スイッチング素子に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、を備えることを特徴とする双方向昇降圧DC−DCコンバータ。 - 入力直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するDC−DCコンバータにおいて、
直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、
同様に、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、
第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の第1接続中点から分岐して接続される第1平滑インダクタと、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の第2接続中点から分岐して接続される第2平滑インダクタと、
直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両端と、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の両端と、が接続され、それぞれの両端に並列接続される直流リンクキャパシタとから成るツインハーフブリッジ構造であり、
ローサイドの第2スイッチング素子と第1接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、
同様に、ローサイドの第4スイッチング素子と第2接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、を備えることを特徴とする双方向昇降圧DC−DCコンバータ。 - 入力直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するDC−DCコンバータにおいて、
直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、
同様に、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子にそれぞれ並列接続された逆並列ダイオードと、
第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の第1接続中点から分岐して接続される第1平滑インダクタと、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の第2接続中点から分岐して接続される第2平滑インダクタと、
直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の両端と、直列接続された第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の両端と、が接続され、それぞれの両端に並列接続される直流リンクキャパシタとから成るツインハーフブリッジ構造であり、
ハイサイドの第1スイッチング素子と第1接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、
同様に、ハイサイドの第3スイッチング素子と第2接続中点との間に直列接続されたZCS促進用インダクタと、直列接続構造の両端に並列接続された直列共振型スイッチトキャパシタと、を備えることを特徴とする双方向昇降圧DC−DCコンバータ。 - 前記直列共振型スイッチトキャパシタは、正極から順に共振インダクタ、共振キャパシタ、およびスイッチング素子が直列に接続され、かつ、前記スイッチング素子に並列にダイオードが接続されることを特徴とする請求項6〜9の何れかの双方向昇降圧DC−DCコンバータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014151277A JP6452226B2 (ja) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Dc−dcコンバータの補助回路及びその補助回路を用いた双方向昇降圧dc−dcコンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014151277A JP6452226B2 (ja) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Dc−dcコンバータの補助回路及びその補助回路を用いた双方向昇降圧dc−dcコンバータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016025831A true JP2016025831A (ja) | 2016-02-08 |
JP6452226B2 JP6452226B2 (ja) | 2019-01-16 |
Family
ID=55272156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014151277A Active JP6452226B2 (ja) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Dc−dcコンバータの補助回路及びその補助回路を用いた双方向昇降圧dc−dcコンバータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6452226B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108418436A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-17 | 合肥博鳌电气科技有限公司 | 一种基于半桥三电平结构的双向llc直流变换器及其控制方法 |
KR102031009B1 (ko) * | 2018-04-23 | 2019-11-08 | 성균관대학교산학협력단 | 직류-직류 벅 컨버터 |
CN114301293A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-08 | 华东交通大学 | 一种双向能量流动的升降压多功能对称电路 |
CN115037181A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-09-09 | 北京交通大学 | 基于非谐振软开关的两级式升压逆变器 |
US11784600B2 (en) | 2017-01-25 | 2023-10-10 | General Electric Company | Systems and methods for a soft switching DC-DC converter |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070230228A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Hong Mao | Zero-voltage-switching DC-DC converters with synchronous rectifiers |
JP2013115017A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Kobe Univ | 誘導加熱用高周波インバータとその制御方法 |
WO2014024184A1 (en) * | 2012-08-05 | 2014-02-13 | Ben-Gurion University Of The Negev Research & Development Authority | A high efficiency resonant switched capacitor converter with continuous conversion ratio |
-
2014
- 2014-07-24 JP JP2014151277A patent/JP6452226B2/ja active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070230228A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Hong Mao | Zero-voltage-switching DC-DC converters with synchronous rectifiers |
JP2013115017A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Kobe Univ | 誘導加熱用高周波インバータとその制御方法 |
WO2014024184A1 (en) * | 2012-08-05 | 2014-02-13 | Ben-Gurion University Of The Negev Research & Development Authority | A high efficiency resonant switched capacitor converter with continuous conversion ratio |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11784600B2 (en) | 2017-01-25 | 2023-10-10 | General Electric Company | Systems and methods for a soft switching DC-DC converter |
KR102031009B1 (ko) * | 2018-04-23 | 2019-11-08 | 성균관대학교산학협력단 | 직류-직류 벅 컨버터 |
CN108418436A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-17 | 合肥博鳌电气科技有限公司 | 一种基于半桥三电平结构的双向llc直流变换器及其控制方法 |
CN114301293A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-08 | 华东交通大学 | 一种双向能量流动的升降压多功能对称电路 |
CN114301293B (zh) * | 2021-12-31 | 2024-02-27 | 华东交通大学 | 一种双向能量流动的升降压多功能对称电路 |
CN115037181A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-09-09 | 北京交通大学 | 基于非谐振软开关的两级式升压逆变器 |
CN115037181B (zh) * | 2022-05-11 | 2024-05-24 | 北京交通大学 | 基于非谐振软开关的两级式升压逆变器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6452226B2 (ja) | 2019-01-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220094274A1 (en) | Single phase single stage bi-directional level 1 electric vehicle battery charger | |
Moo et al. | Twin-buck converter with zero-voltage transition | |
Hsieh et al. | An interleaved boost converter with zero-voltage transition | |
CN109560711B (zh) | 一种隔离型双向dc-dc变换器及其调制方法 | |
US9490709B2 (en) | Hybrid DC-DC converter with LLC converter and full-bridge converter | |
WO2006098376A1 (ja) | チョッパ回路 | |
WO2008020629A1 (fr) | Convertisseur cc/cc à commutation souple pousser-tirer de type poussée d'isolation | |
US10381951B1 (en) | Family of modular quasi-resonant inverters | |
JP6452226B2 (ja) | Dc−dcコンバータの補助回路及びその補助回路を用いた双方向昇降圧dc−dcコンバータ | |
CN105991021B (zh) | 双向dc-dc变换器 | |
Kim et al. | Soft-switching step-up converter with ripple-free output current | |
JP2000116120A (ja) | 電力変換装置 | |
CN203827175U (zh) | 一种新型软开关双向dc-dc变换器 | |
Lin et al. | Analysis of an integrated flyback and zeta converter with active clamping technique | |
Moradisizkoohi et al. | A quasi-resonant bi-directional buck-boost converter for Electric Vehicle applications | |
Hsieh et al. | An interleaved bidirectional DC-DC converter with zero-voltage-switching | |
KR101649109B1 (ko) | 듀얼 풀브리지 컨버터 | |
TWI501527B (zh) | 單輔助開關之交錯式高升壓比柔切式轉換器 | |
Wu et al. | Analysis and design for a new ZVS dc–dc converter with active clamping | |
JP4806325B2 (ja) | Dc−dcコンバータ | |
Moradisizkoohi et al. | Ultra-high step-up DC/DC converter based on dual-coupled-inductors with low voltage stress and input current ripple for renewable energy applications | |
CN103490625B (zh) | 一种升压式直流变换器 | |
Vinnikov et al. | qZS-based soft-switching DC/DC converter with a series resonant LC circuit | |
Ma et al. | A high frequency 40kW step-up converter for fuel cell electrical vehicles based on SiC MOSFET | |
Das et al. | A novel ZVS-PWM DC-DC converter for bidirectional applications with steep conversion ratio |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180426 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180605 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181210 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6452226 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |