JP2020036396A - コンバータ - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係るDC−DCコンバータ1の回路図である。
以下に、各スイッチング素子Q11〜Q14、Q21〜Q24のスイッチング動作について説明する。なお、本実施の形態では、3-LEVEL方式のDAB制御が採用されている。
t0〜t1期間では、スイッチング素子Q11、Q14および、スイッチング素子Q21、Q24が共にオン、スイッチング素子Q12、Q13および、スイッチング素子Q22、Q23が共にオフである。この場合、図3(A)に示すように、直流電源E1から、スイッチング素子Q11、インダクタL、スイッチング素子Q21、直流電源E2、スイッチング素子Q24、スイッチング素子Q14の順に電流が流れる。インダクタLには、直流電源E1、E2の電源電圧が印加される。つまり、図2に示すように、インダクタ電流ILは増加する。
t1〜t2期間では、スイッチング素子Q11、Q13、および、スイッチング素子Q21、Q24が共にオン、スイッチング素子Q12、Q14、および、スイッチング素子Q22、Q23が共にオフである。この場合、図4(A)に示すように、直流電源E2から、スイッチング素子Q21、インダクタL、スイッチング素子Q11、スイッチング素子Q13、スイッチング素子Q24の順に電流が流れる。つまり、インダクタ電流ILは、t0〜t1期間とは逆方向に流れる。このため、図2に示すように、インダクタ電流ILは減少する。
t2〜t3期間では、スイッチング素子Q11、Q13、および、スイッチング素子Q21、Q23が共にオン、スイッチング素子Q12、Q14、および、スイッチング素子Q22、Q24が共にオフである。この場合、図4(B)に示す経路に電流が流れる。インダクタLには、直流電源E1、E2の電源電圧が印可されず、図2に示すように、インダクタ電流ILは変化しない。つまり、この期間のインダクタ電流ILは無効電流であり、この期間の電力は、無効電力である。
t3〜t4期間では、スイッチング素子Q12、Q13、および、スイッチング素子Q22、Q23が共にオン、スイッチング素子Q11、Q14、および、スイッチング素子Q21、Q24が共にオフである。この場合、図5に示す経路に電流が流れる。インダクタLには、直流電源E1、E2の電源電圧が、図3(A)の場合と逆方向に印可され、図2に示すように、インダクタ電流ILは減少する。
以下に、ZVSを実現するための条件について詳細に説明する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
10 :第1フルブリッジ回路
20 :第2フルブリッジ回路
30 :制御回路
C11、C12、C13、C14:キャパシタ
C21、C22、C23、C24:キャパシタ
D11、D12、D13、D14:ダイオード
D21、D22、D23、D24:ダイオード
E1 :直流電源
E2 :直流電源
IO11 :入出力端子
IO12 :入出力端子
IO21 :入出力端子
IO22 :入出力端子
L :インダクタ
L1 :インダクタ
Q11、Q12、Q13、Q14:スイッチング素子
Q21、Q22、Q23、Q24:スイッチング素子
T :トランス
Vx :電源電圧
Vy :電源電圧
V1 :電圧
V2 :電圧
n1 :第1巻線
n2 :第2巻線
Claims (6)
- 2つのスイッチング素子が直列接続された第1レグと、2つのスイッチング素子が直列接続された第2レグとを有する第1フルブリッジ回路と、
2つのスイッチング素子が直列接続された第3レグと、2つのスイッチング素子が直列接続された第4レグとを有する第2フルブリッジ回路と、
一端が前記第1レグの中点に接続され、他端が前記第2レグの中点に接続された第1巻線と、一端が前記第3レグの中点に接続され、他端が前記第4レグの中点に接続された第2巻線と、を有し、前記第1巻線と前記第2巻線とが磁気結合するトランスと、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路それぞれの各スイッチング素子をスイッチング制御する制御回路と、
を備え、
前記第1フルブリッジ回路は低圧側であり、前記第2フルブリッジ回路は高圧側であり、
前記制御回路は、
前記第2フルブリッジ回路の各スイッチング素子をソフトスイッチングし、
前記第1フルブリッジ回路が有するスイッチング素子のうち、少なくとも一つをハードスイッチングし、他をソフトスイッチングする、
コンバータ。 - 請求項1に記載のコンバータであって、
前記制御回路は、
前記第1レグまたは前記第2レグの一方が有する2つのスイッチング素子をハードスイッチングし、他方が有する2つのスイッチング素子をソフトスイッチングする、
コンバータ。 - 請求項1または請求項2に記載のコンバータであって、
前記制御回路は、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路の一方から他方へ出力される有効電力と無効電力とを制御し、前記無効電力から前記有効電力への切り替え時に、前記他方のスイッチング素子をハードスイッチングする、
コンバータ。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一つに記載のコンバータであって、
前記第1巻線または前記第2巻線に直列接続されたインダクタンス成分、
をさらに備え、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路それぞれの各スイッチング素子は、寄生容量であるキャパシタ、または、並列接続された外付けのキャパシタを有し、
ソフトスイッチングの対象となる前記スイッチング素子のターンオンとターンオフとの切り替えタイミングで、前記トランスおよび前記インダクタンス成分の等価インダクタに流れるインダクタ電流は、閾値電流以上であり、
前記閾値電流は、前記等価インダクタに蓄積されるエネルギーが、ソフトスイッチングの対象となる前記スイッチング素子が有する前記キャパシタに蓄積されるエネルギー以上となるように、設定されている、
コンバータ。 - 請求項4に記載のコンバータであって、
前記閾値電流をIref、前記第1フルブリッジ回路の入力電圧をVx、前記キャパシタのキャパシタンスをC、前記等価インダクタのインダクタンスをL、補正係数をαで表した場合、
Iref=α・Vx√(2C/L)、
を満たす、コンバータ。 - 請求項4に記載のコンバータであって、
前記閾値電流をIref、前記第1フルブリッジ回路の入力電圧をVx、前記キャパシタのキャパシタンスをC、前記等価インダクタのインダクタンスをL、補正係数をαで表した場合、
Iref=α・Vx√(4C/L)、
を満たす、コンバータ。
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