JP5176922B2 - Dc−dcコンバータおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
図1は,本発明の実施の形態1によるDC−DCコンバータ100の回路構成を示す回路図である。
図3を参照して、補助共振回路120を動作させることなく、メインコンバータ回路110においてスイッチング素子Q1,Q2をスイッチングした場合には、DC−DCコンバータ100の出力電力Poに対する効率特性は、点線500に示すようになる。
実施の形態1によるDC−DCコンバータ100では、補助共振回路120の動作を停止する軽負荷動作モードにおいて、インダクタ電流ILの反転に応じてスイッチング素子Q1,Q2のオンオフを制御するために電流リップルが増大するので、これによるインダクタL1での電力損失の増加が懸念される。また、出力電力が低下するに従って、インダクタ電流ILの平均電流が低下するので、インダクタ電流ILの反転に伴うスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周期が短くなることによって、スイッチング周波数が高くなり、この結果、スイッチング損失が却って増大することも懸念される。
Claims (10)
- 低圧電源および電源配線の間で直流電圧変換を行うためのDC−DCコンバータであって、
前記低圧電源および第1のノードの間に接続されるメインインダクタと、
前記電源配線および前記第1のノードの間に接続された第1のメインスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子と逆並列に接続された第1のメイン整流素子と、
基準電圧配線および前記第1のノードの間に接続された第2のメインスイッチング素子と、
前記第2のメインスイッチング素子と逆並列に接続された第2のメイン整流素子と、
前記第1および前記第2のメインスイッチング素子の少なくとも一方のメインスイッチング素子に対応して設けられた補助共振回路とを備え、
前記補助共振回路は、
前記少なくとも一方のメインスイッチング素子と並列に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタに対して並列に接続される、直列接続された補助スイッチング素子および補助インダクタと、
前記補助スイッチング素子のオン時の電流と逆方向の電流を阻止するように、前記補助スイッチング素子と直列に接続された補助整流素子とを含み、
前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のデューティ比を制御する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、
前記補助スイッチング素子のオンオフ制御によって前記補助共振回路に電流を生じさせるとともに前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をオンオフさせる第1の動作モードと、前記補助スイッチング素子をオフ固定した状態で前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をオンオフさせる第2の動作モードとを、前記DC−DCコンバータの出力レベルに応じて選択するモード選択部と、
前記第1および前記第2のメインスイッチング素子ならびに前記補助スイッチング素子のオンオフを制御するタイミング制御部とを含み、
前記タイミング制御部は、前記第1の動作モードの選択時には、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のオフ期間中における前記メインインダクタの電流方向が維持されるように、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のスイッチング周期を設定する一方で、前記第2の動作モードの選択時には、前記メインインダクタの電流方向が反転するまで前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のオフ期間が維持されるように、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のスイッチング周期を設定する、DC−DCコンバータ。 - 前記タイミング制御部は、前記第1の動作モードの選択時には、前記メインインダクタの電流方向が維持されている期間内に設けられた前記補助スイッチング素子のオン期間内に前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をターンオンする一方で、前記第2の動作モードの選択時には、前記メインインダクタの電流方向の反転後に、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をターンオンする、請求項1記載のDC−DCコンバータ。
- 前記モード選択部は、前記出力電力が所定値以上であるときに前記第1の動作モードを選択する一方で、前記出力電力が前記所定値より小さいときに前記第2の動作モードを選択する、請求項1または2記載のDC−DCコンバータ。
- 前記モード選択部は、前記第1および前記第2の動作モードと、前記補助スイッチング素子をオフ固定した状態下で、ターンオン時における制御電極の駆動速度を、ターンオフ時における駆動速度よりも低下させるように前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をオンオフさせる第3の動作モードとのうちから、前記DC−DCコンバータの出力電力に応じていずれかの動作モードを選択するように構成され、
前記タイミング制御部は、前記第3の動作モードの選択時には、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のオフ期間中における前記メインインダクタの電流方向が維持されるように、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のスイッチング周期を設定する、請求項1記載のDC−DCコンバータ。 - 前記モード選択部は、前記出力電力が第1の基準値より大きいときに前記第1の動作モードを選択し、前記第1の基準値より小さい前記第2の基準値よりも前記出力電力が小さいときには前記第3の動作モードを選択する一方で、前記出力電力が前記第1および前記第2の基準値の間のときには前記第2の動作モードを選択する、請求項4記載のDC−DCコンバータ。
- 低圧電源および電源配線の間で直流電圧変換を行うためのDC−DCコンバータの制御方法であって、
前記DC−DCコンバータは、
前記低圧電源および第1のノードの間に接続されるメインインダクタと、
前記電源配線および前記第1のノードの間に接続された第1のメインスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子と逆並列に接続された第1のメイン整流素子と、
基準電圧配線および前記第1のノードとの間に接続された第2のメインスイッチング素子と、
前記第2のメインスイッチング素子と逆並列に接続された第2のメイン整流素子と、
前記第1および前記第2のメインスイッチング素子の少なくとも一方のメインスイッチング素子に対応して設けられた補助共振回路とを備え、
前記補助共振回路は、
前記少なくとも一方のメインスイッチング素子と並列に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタに対して並列に接続される、直列接続された補助スイッチング素子および補助インダクタと、
前記補助スイッチング素子のオン時の電流と逆方向の電流を阻止するように、前記補助スイッチング素子と直列に接続された補助整流素子とを含み、
前記制御方法は、
前記補助スイッチング素子のオンオフ制御によって前記補助共振回路に電流を生じさせるとともに前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をオンオフさせる第1の動作モードと、前記補助スイッチング素子をオフ固定した状態で前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をオンオフさせる第2の動作モードとを、前記DC−DCコンバータの出力レベルに応じて選択するステップと、
前記第1および前記第2の動作モードの選択結果、および、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のデューティ比制御に基づいて、前記第1および前記第2のメインスイッチング素子ならびに前記補助スイッチング素子のオンオフを制御するステップとを備え、
前記制御するステップは、前記第1の動作モードの選択時には、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のオフ期間中における前記メインインダクタの電流方向が維持されるように、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のスイッチング周期を設定する一方で、前記第2の動作モードの選択時には、前記メインインダクタの電流方向が反転するまで前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のオフ期間が維持されるように、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のスイッチング周期を設定する、DC−DCコンバータの制御方法。 - 前記制御するステップは、前記第1の動作モードの選択時には、前記メインインダクタの電流方向が維持されている期間内に設けられた前記補助スイッチング素子のオン期間内に前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をターンオンする一方で、前記第2の動作モードの選択時には、前記メインインダクタの電流方向の反転後に、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をターンオンする、請求項6記載のDC−DCコンバータの制御方法。
- 前記選択するステップは、前記出力電力が所定値以上であるときに前記第1の動作モードを選択する一方で、前記出力電力が前記所定値より小さいときに前記第2の動作モードを選択する、請求項6または7記載のDC−DCコンバータの制御方法。
- 前記選択するステップは、前記第1および前記第2の動作モードと、前記補助スイッチング素子をオフ固定した状態下で、ターンオン時における制御電極の駆動速度を、ターンオフ時における駆動速度よりも低下させるように前記少なくとも一方のメインスイッチング素子をオンオフさせる第3の動作モードとのうちから、前記DC−DCコンバータの出力電力に応じていずれかの動作モードを選択し、
前記制御するステップは、前記第3の動作モードの選択時には、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のオフ期間中における前記メインインダクタの電流方向が維持されるように、前記少なくとも一方のメインスイッチング素子のスイッチング周期を設定する、請求項6記載のDC−DCコンバータの制御方法。 - 前記選択するステップは、前記出力電力が第1の基準値より大きいときに前記第1の動作モードを選択し、前記第1の基準値より小さい前記第2の基準値よりも前記出力電力が小さいときには前記第3の動作モードを選択する一方で、前記出力電力が前記第1および前記第2の基準値の間のときには前記第2の動作モードを選択する、請求項9記載のDC−DCコンバータの制御方法。
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