JP5983403B2 - 双方向昇降圧回路の制御方法及び双方向昇降圧回路 - Google Patents
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Description
このような双方向昇降圧回路では、その機能上、コイルにより橋絡されたH型ブリッジの各枝にスイッチを配設して、コイルを中心に対称に構成されている。このような構成により、コイルに電流を通流させる各スイッチのオン/オフの組合せ動作と、コイルに誘導電流を発生させる各スイッチのオン/オフの組合せ動作とを繰返し、直列接続された2つのスイッチの両端に印加された電圧を昇圧又は降圧する。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る双方向昇降圧回路の制御方法及び双方向昇降圧回路の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この双方向昇降圧回路は、H型ブリッジを橋絡するコイルLと、H型ブリッジの各枝に配設されたスイッチSA,SB,SC,SDと備えている。スイッチSA,SBは、ハイサイドにスイッチSA、ローサイドにスイッチSBとなるように直列に接続されている。スイッチSC,SDは、ハイサイドにスイッチSD、ローサイドにスイッチSCとなるように直列に接続されている。
スイッチSA,SB,SC,SDは、Nチャネル型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor電界効果トランジスタ)であり、それぞれ寄生ダイオードが形成されている。
スイッチSD,SCの直列回路には、平滑コンデンサ5、バッテリ6及び負荷(群)7がそれぞれ並列に接続されている。バッテリ6のプラス電極はスイッチSD側に接続されている。
この昇降圧制御部8は、昇降圧方向及び出力電圧値の指示、並びにバッテリ2,6の各電圧値に基づくPWM信号PWM1,PWM2及びその各反転信号を、図示しない制御部から与えられ、制御部から別途与えられる電流方向切替え信号P2に基づき出力先を切替える切替回路10を備えている。
昇降圧制御部8は、また、切替回路10が切替え出力したPWM信号PWM1,PWM2及びその各反転信号をそれぞれ与えられるORゲート11A,11B,11C,11Dを備えている。
PWM信号PWM1は、ハイサイドのスイッチSA,SDをPWM制御し、PWM信号PWM2は、ローサイドのスイッチSB,SCをPWM制御し、それぞれ昇圧降圧に応じてデューティ比が増減される。
昇降圧制御部8は、また、与えられた電流方向切替え信号P2、出力有効信号、パワー回路電流値信号及び立上完了電流値信号に基づき、コイルLの通流電流が逆流しないように、ANDゲート12A,12B,12C,12Dをオン/オフ制御する為の信号Po,Pa,Pdを出力する逆流防止回路13を備えている。
信号Poは、ANDゲート12A,12B,12C,12Dに与えられ、信号Paは、ANDゲート12A,12Cに与えられ、信号Pdは、ANDゲート12B,12Dに与えられる。
昇降圧制御部8は、先ず、スイッチSA,SB,SC,SDをオフにしてリセットし(S1)、次いで、昇圧/降圧及び電流方向の指示信号並びに出力有効信号を受信する迄待機する(S3)。
次に、昇降圧制御部8は、電流センサ4が検出した電流値(パワー回路電流値)Icを読込み(S9)、読込んだパワー回路電流値Icが、逆流する虞がない十分な量に達したか否かを判定する為の電流値(立上完了電流値)Is以上であるか否かを判定する(S11)。
昇降圧制御部8は、読込んだパワー回路電流値Icが、立上完了電流値Is以上であると判定すると(S11)、以下、PWM信号PWM1、PWM1の反転信号、PWM信号PWM2及びPWM2の反転信号に従って、第1の組合せ動作及び第2の組合せ動作(同期整流スイッチのオンも実行)を繰り返す(S13,15)。
また、昇降圧制御部8は、昇圧/降圧の指示信号を受信したときは(S21)、リセットせずに、第1の組合せ動作(S5)から実行する。
昇降圧制御部8は、出力有効信号の停止信号を受信したときは、直ちに停止する。
双方向昇降圧回路が始動する以前、電流方向切替え信号P2がHレベル(順方向)である場合(図4D)、逆流防止回路13は、信号PoをLレベルに(図4C)、信号Pd,PaをHレベルに保持している(図4E,F)。この場合、ANDゲート12A,12B,12C,12Dは、Lレベル信号を出力し、スイッチSA,SB,SC,SDは全てオフになっている。
順方向昇圧の場合、PWM信号PWM1,PWM2が、周期の頭からオンになるが,PWM信号PWM1,PWM2の各反転信号が遮断され、オフになる。ここでは、図6A,Bに示すように、第1組合せ及び第2組合せにおいて、スイッチSAはオンであるので、PWM信号PWM1のデューティ比は100%とする。
続いて、スイッチSA,SDオンの第2組合せに入り、コイルLに蓄えられたエネルギーの働きで図6Bに示すように、スイッチSA,コイルL,スイッチSDの寄生ダイオードを通じて順方向に電流が流れる。スイッチSA,SDが常時オフにされるので、負荷7側の電圧が高くても逆方向の電流は流れない。
以下、第1組合せ動作と第2組合せ動作とが繰返され、順方向の電流が増加し、順方向に入力電圧を昇圧して出力することができる。
双方向昇降圧回路が始動する以前、順方向昇圧の場合と同様、電流方向切替え信号P2がHレベル(順方向)である場合(図4D)、逆流防止回路13は、信号PoをLレベルに(図4C)、信号Pd,PaをHレベルに保持している(図4E,F)。ANDゲート12A,12B,12C,12Dは、Lレベル信号を出力し、スイッチSA,SB,SC,SDは全てオフになっている。
続いて、スイッチSA,SDオンの第2組合せ動作に移り、コイルLに蓄えられたエネルギーの働きで図7Bに示すように、スイッチSBの寄生ダイオード、コイルL、スイッチSDの寄生ダイオードを通じて順方向に電流が流れる。スイッチSB,SDが常時オフにされるので、逆方向の電流は流れない。
以下,第1組合せ動作と第2組合せ動作とが繰返され,順方向の電流が増加し,順方向に入力電圧を降圧して出力することができる。
図5は、逆方向(スイッチSD,SCが入力側)で昇圧又は降圧する場合の逆流防止回路13の入出力信号を示すタイミングチャートである。
双方向昇降圧回路が始動する以前、電流方向切替え信号P2がLレベル(逆方向)である場合(図5D)、逆流防止回路13は、信号PoをLレベルに(図5C)、信号Pd,PaをHレベルに保持している(図5E,F)。ANDゲート12A,12B,12C,12Dは、Lレベル信号を出力し、スイッチSA,SB,SC,SDは全てオフになっている。
この状態で、PWM信号PWM1,PWM2がLレベルとなっても、スイッチSB,SC,SDがオフとなるので、誘導電流は発生しない。
以下、第1組合せ動作と第2組合せ動作とが繰返され、逆方向の電流が増加し,逆方向に入力電圧を昇圧して出力することができる。
双方向昇降圧回路が始動する以前、電流方向切替え信号P2がLレベル(逆方向)である場合(図5D)、逆流防止回路13は、信号PoをLレベルに(図5C)、信号Pd,PaをHレベルに保持している(図5E,F)。この場合、ANDゲート12A,12B,12C,12Dは、Lレベル信号を出力し、スイッチSA,SB,SC,SDは全てオフになっている。
逆方向降圧の場合、PWM信号PWM1とPWM信号PWM2の反転信号とが、周期の頭からオンになる。ここでは、図9A,Bに示すように、第1組合せ及び第2組合せにおいて、スイッチSAはオンであるので、PWM信号PWM2の反転信号のデューティ比は100%とする。
続いて、スイッチSA,SDオンの第2組合せ動作に移り、コイルLに蓄えられたエネルギーの働きで図8Bに示すように、スイッチSD、コイルL、スイッチSAの寄生ダイオードを通じて逆方向に電流が流れる。スイッチSA,SCが常時オフにされるので,順方向の電流は流れない。
以下,第1組合せ動作と第2組合せ動作とが繰返され、逆方向の電流が増加し、逆方向に入力電圧を降圧して出力することができる。
図10は、本発明に係る双方向昇降圧回路の制御方法及び双方向昇降圧回路の実施の形態の昇降圧制御部の内部構成例を示すブロック図である。
この昇降圧制御部8は、昇降圧方向及び出力電圧値の指示、並びにバッテリ2,6(図1)の各電圧値に基づくPWM信号PWM1,PWM2及びその各反転信号を、図示しない制御部から与えられ、制御部から別途与えられる電流方向切替え信号P2に基づき出力先を切替える切替回路10を備えている。
昇降圧制御部8は、また、切替回路10が切替え出力したPWM信号PWM1,PWM2及びその各反転信号をそれぞれ与えられるORゲート11A,11B,11C,11Dを備えている。
昇降圧制御部8は、また、与えられた電流方向切替え信号P2、出力有効信号、パワー回路電流値信号及び立上完了電流値信号に基づき、信号C1,C2,Poを出力するパルス生成回路14と、電流方向切替え信号P2及び信号C1が与えられるNANDゲート17とを備えている。
NANDゲート16は信号Paを出力して、ANDゲート12A,12Cに与える。NANDゲート17は信号Pdを出力して、ANDゲート12B,12Dに与える。
双方向昇降圧回路が始動する以前、電流方向切替え信号P2がHレベル(順方向)である場合(図11E)、パルス生成回路14は、信号PoをLレベルに(図11D)、信号C1をLレベルにしており(図11C)、その結果、信号Pd,PaはHレベルに保持されている(図11F,G)。この場合、ANDゲート12A,12B,12C,12Dは、Lレベル信号を出力し、スイッチSA,SB,SC,SDは全てオフになっている。尚、信号C2は任意レベルで良い。
順方向昇圧の場合、PWM信号PWM1,PWM2が、周期の頭からオンになる。ここでは、図6A,Bに示すように、第1組合せ及び第2組合せにおいて、スイッチSAはオンであるので、PWM信号PWM1のデューティ比は100%とする。
双方向昇降圧回路が始動する以前、順方向昇圧の場合と同様、電流方向切替え信号P2がHレベル(順方向)である場合(図11E)、パルス生成回路14は、信号PoをLレベルに(図11D)、信号C1をLレベルにしており(図11C)、その結果、信号Pd,PaはHレベルに保持されている(図11F,G)。ANDゲート12A,12B,12C,12Dは、Lレベル信号を出力し、スイッチSA,SB,SC,SDは全てオフになっている。尚、信号C2は任意レベルで良い。
この状態で、PWM信号PWM1とPWM信号PWM2の反転信号とがLレベルとなっても、スイッチSA,SB,SCがオフとなるので、誘導電流は発生しない。
図12は、逆方向(スイッチSD,SCが入力側)で昇圧又は降圧する場合のパルス生成回路14の入出力信号を示すタイミングチャートである。
双方向昇降圧回路が始動する以前、電流方向切替え信号P2がLレベル(逆方向)である場合(図12E)、パルス生成回路14は、信号PoをLレベルに(図12D)、信号C2をLレベルにしており(図12C)、その結果、信号Pd,PaはHレベルに保持されている(図12F,G)。ANDゲート12A,12B,12C,12Dは、Lレベル信号を出力し、スイッチSA,SB,SC,SDは全てオフになっている。尚、信号C1は任意レベルで良い。
この状態で、PWM信号PWM1,PWM2がLレベルとなっても、スイッチSB,SC,SDがオフとなるので、誘導電流は発生しない。
双方向昇降圧回路が始動する以前、電流方向切替え信号P2がLレベル(逆方向)である場合(図12E)、パルス生成回路14は、信号PoをLレベルに(図12D)、信号C2をLレベルにしており(図12C)、その結果、信号Pd,PaはHレベルに保持されている(図12F,G)。この場合、ANDゲート12A,12B,12C,12Dは、Lレベル信号を出力し、スイッチSA,SB,SC,SDは全てオフになっている。尚、信号C1は任意レベルで良い。
逆方向降圧の場合、PWM信号PWM1とPWM信号PWM2の反転信号とが、周期の頭からオンになる。ここでは、図9A,Bに示すように、第1組合せ及び第2組合せにおいて、スイッチSAはオンであるので、PWM信号PWM2の反転信号のデューティ比は100%とする。
2,6 バッテリ
3,5 平滑コンデンサ
4 電流センサ(検出器)
8 昇降圧制御部
10 切替回路
11A,11B,11C,11D ORゲート
12A,12B,12C,12D ANDゲート
13 逆流防止回路
14 パルス生成回路
15 インバータ
16,17 NANDゲート
L コイル
SA,SB,SC,SD スイッチ
Claims (2)
- コイルにより橋絡されたH型ブリッジの各枝にスイッチを配設し、前記コイルに電流を通流させる前記各スイッチのオン/オフの第1組合せと、前記コイルに誘導電流を発生させる前記各スイッチのオン/オフの第2組合せとを繰返し、直列接続された2つの前記スイッチの両端に印加された電圧を昇圧又は降圧する双方向昇降圧回路の制御方法において、
前記コイルに通流する電流値を検出する検出器を用意し、始動する際は、該検出器が検出した電流値が所定値に達する迄、前記各スイッチのオン/オフの第2組合せの内、オンにすべき同期整流スイッチのオンを禁止することを特徴とする双方向昇降圧回路の制御方法。 - コイルにより橋絡されたH型ブリッジの各枝にスイッチを配設し、前記コイルに電流を通流させる前記各スイッチのオン/オフの第1組合せと、前記コイルに誘導電流を発生させる前記各スイッチのオン/オフの第2組合せとを繰返し、直列接続された2つの前記スイッチの両端に印加された電圧を昇圧又は降圧する双方向昇降圧回路において、
前記コイルに通流する電流値を検出する検出器と、始動する際に、該検出器が検出した電流値が所定値に達したか否かを判定する手段と、該手段が所定値に達したと判定する迄、前記各スイッチのオン/オフの第2組合せの内、オンにすべき同期整流スイッチのオンを禁止する手段とを備えることを特徴とする双方向昇降圧回路。
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