JP6040799B2 - 昇圧コンバータ及び昇圧コンバータの制御方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる昇圧コンバータを具体化した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
Claims (10)
- 互いに直列接続された高電位側スイッチング素子(10H)及び低電位側スイッチング素子(10L)と、
前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の接続点に一端が接続されたリアクトル(12)と、
前記低電位側スイッチング素子の両端のうち前記接続点とは反対側から該接続点へと向かう規定方向の電流の流通を許容してかつ、該規定方向とは逆方向の電流の流通を規制する流通規制要素(15L)と、
前記高電位側スイッチング素子の両端のうち前記接続点とは反対側に一端が接続された平滑コンデンサ(14)と、を備える昇圧コンバータ(CV)において、
前記低電位側スイッチング素子がオン操作される場合における該低電位側スイッチング素子の端子間電圧を、前記リアクトルに流れる電流に応じた第1の電圧信号として出力する第1の電圧出力回路(42)と、
前記平滑コンデンサの端子間電圧に応じた第2の電圧信号を出力する第2の電圧出力回路(20)と、
前記第2の電圧出力回路から出力された前記第2の電圧信号及び基準電圧の偏差を増幅した誤差電圧を出力する誤差増幅器(26)と、
所定信号及びクロック信号を入力として、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子をオンオフ操作するための基準信号を出力するラッチ回路(38)と、
前記ラッチ回路から出力された前記基準信号を入力として、デッドタイムを付与しつつ、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子を相補的にオンオフ操作する相補駆動部(40)と、
前記リアクトルの両端のうち前記接続点とは反対側から該接続点へと向かう方向に流れる電流の極性を正とした場合、前記相補駆動部によって前記低電位側スイッチング素子がオン操作される状況下、前記リアクトルに流れる電流がその指令値を超えたタイミングで前記低電位側スイッチング素子をオフ操作するオフ操作部(34)と、
前記低電位側スイッチング素子の次回のオンオフ操作1周期における前記リアクトルに流れる電流のピーク値の極性を予測する極性予測部(28b,28c)と、
前記極性予測部によって前記ピーク値の極性が負であると予測された場合、前記次回のオンオフ操作1周期において前記オフ操作部による前記低電位側スイッチング素子のオフ操作タイミングを前記デッドタイムだけ早める進角部(28e,28f)と、
を備え、
前記オフ操作部は、前記誤差増幅器から出力された前記誤差電圧、及び前記第1の電圧出力回路から出力された前記第1の電圧信号の大小比較結果を前記所定信号として前記ラッチ回路に出力する比較器(34)を有し、
前記比較器は、前記第1の電圧信号が前記指令値としての前記誤差電圧を超えた場合、前記低電位側スイッチング素子をオフ操作する旨を前記所定信号として出力し、
前記極性予測部は、前記第1の電圧信号、前記リアクトルの両端のうち前記接続点とは反対側の印加電圧、前記リアクトルのインダクタンス及び前記誤差電圧に基づき、前記ピーク値を予測するピーク値予測部(28b)を有し、前記ピーク値予測部によって予測された前記ピーク値の極性を予測することを特徴とする昇圧コンバータ。 - 互いに直列接続された高電位側スイッチング素子(10H)及び低電位側スイッチング素子(10L)と、
前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の接続点に一端が接続されたリアクトル(12)と、
前記低電位側スイッチング素子の両端のうち前記接続点とは反対側から該接続点へと向かう規定方向の電流の流通を許容してかつ、該規定方向とは逆方向の電流の流通を規制する流通規制要素(15L)と、
前記高電位側スイッチング素子の両端のうち前記接続点とは反対側に一端が接続された平滑コンデンサ(14)と、を備える昇圧コンバータ(CV)において、
前記低電位側スイッチング素子がオン操作される場合における該低電位側スイッチング素子の端子間電圧を、前記リアクトルに流れる電流に応じた第1の電圧信号として出力する第1の電圧出力回路(18)と、
前記平滑コンデンサの端子間電圧に応じた第2の電圧信号を出力する第2の電圧出力回路(20)と、
前記第2の電圧出力回路から出力された前記第2の電圧信号及び基準電圧の偏差を増幅した誤差電圧を出力する誤差増幅器(26)と、
所定信号及びクロック信号を入力として、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子をオンオフ操作するための基準信号を出力するラッチ回路(38)と、
前記ラッチ回路から出力された前記基準信号を入力として、デッドタイムを付与しつつ、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子を相補的にオンオフ操作する相補駆動部(40)と、
前記リアクトルの両端のうち前記接続点とは反対側から該接続点へと向かう方向に流れる電流の極性を正とした場合、前記相補駆動部によって前記低電位側スイッチング素子がオン操作される状況下、前記リアクトルに流れる電流がその指令値を超えたタイミングで前記低電位側スイッチング素子をオフ操作するオフ操作部(44)と、
前記低電位側スイッチング素子の次回のオンオフ操作1周期における前記リアクトルに流れる電流のピーク値の極性を予測する極性予測部(28b,28c)と、
前記極性予測部によって前記ピーク値の極性が負であると予測された場合、前記次回のオンオフ操作1周期において前記オフ操作部による前記低電位側スイッチング素子のオフ操作タイミングを前記デッドタイムだけ早める進角部(28e,28f)と、
を備え、
前記オフ操作部は、
前記誤差増幅器から出力された前記誤差電圧及び前記第1の電圧出力回路から出力された前記第1の電圧信号に基づき、前記低電位側スイッチング素子のオン操作時間を算出する操作時間算出部(44a)と、
前記相補駆動部によって前記低電位側スイッチング素子がオン操作されてから、前記操作時間算出部によって算出された前記オン操作時間が経過したか否かを判断する判断部(44c)と、
を有し、
前記判断部は、前記オン操作時間が経過したと判断した場合、前記低電位側スイッチング素子をオフ操作する旨を前記所定信号として出力し、
前記極性予測部は、前記第1の電圧信号、前記リアクトルの両端のうち前記接続点とは反対側の印加電圧、前記リアクトルのインダクタンス及び前記誤差電圧に基づき、前記ピーク値を予測するピーク値予測部(28b)を有し、前記ピーク値予測部によって予測された前記ピーク値の極性を予測することを特徴とする昇圧コンバータ。 - 前記進角部は、
前記デッドタイムにおける前記リアクトルに流れる電流の増加分に応じた電圧信号であるオフセット電圧を算出するオフセット電圧算出部(28d)を有し、
前記誤差増幅器から出力された前記誤差電圧から前記オフセット電圧算出部によって算出された前記オフセット電圧を減算することで、前記低電位側スイッチング素子のオフ操作タイミングを前記デッドタイムだけ早めることを特徴とする請求項1又は2記載の昇圧コンバータ。 - 前記オフセット電圧算出部は、前記リアクトルの両端のうち前記接続点とは反対側の印加電圧及び前記第1の電圧信号に基づき、前記オフセット電圧を算出することを特徴とする請求項3記載の昇圧コンバータ。
- 前記リアクトルの温度を検出する温度検出部(24)と、
前記リアクトルの温度と関係付けられて前記インダクタンスが記憶された記憶部(28a)と、
を更に備え、
前記オフセット電圧算出部は、前記温度検出部によって検出された温度に対応した前記記憶部に記憶された前記インダクタンスを前記オフセット電圧の算出に用いることを特徴とする請求項4記載の昇圧コンバータ。 - 前記リアクトルの温度を検出する温度検出部(24)と、
前記リアクトルの温度と関係付けられて前記インダクタンスが記憶された記憶部(28a)と、
を更に備え、
前記ピーク値予測部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じた前記記憶部に記憶された前記インダクタンスを前記ピーク値の予測に用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の昇圧コンバータ。 - 前記低電位側スイッチング素子がオン操作される期間であってかつ該低電位側スイッチング素子がオン操作に切り替えられてから規定時間経過前の前記第1の電圧信号の使用を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の昇圧コンバータ。
- 前記低電位側スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、
前記流通規制要素は、前記低電位側スイッチング素子のボディダイオードであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の昇圧コンバータ。 - 互いに直列接続された高電位側スイッチング素子(10H)及び低電位側スイッチング素子(10L)と、
前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の接続点に一端が接続されたリアクトル(12)と、
前記低電位側スイッチング素子の両端のうち前記接続点とは反対側から該接続点へと向かう規定方向の電流の流通を許容してかつ、該規定方向とは逆方向の電流の流通を規制する流通規制要素(15L)と、
前記高電位側スイッチング素子の両端のうち前記接続点とは反対側に一端が接続された平滑コンデンサ(14)と、を備える昇圧コンバータ(CV)に適用され、
デッドタイムを付与しつつ、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子を相補的にオンオフ操作する基本操作ステップと、
前記リアクトルの両端のうち前記接続点とは反対側から該接続点へと向かう方向に流れる電流の極性を正とした場合、前記基本操作ステップによって前記低電位側スイッチング素子がオン操作される状況下、前記リアクトルに流れる電流がその指令値を超えたタイミングで前記低電位側スイッチング素子をオフ操作するオフ操作ステップと、
前記低電位側スイッチング素子の次回のオンオフ操作1周期における前記リアクトルに流れる電流のピーク値の極性を予測する極性予測ステップと、
前記極性予測ステップによって前記ピーク値の極性が負であると予測された場合、前記次回のオンオフ操作1周期において前記オフ操作ステップによる前記低電位側スイッチング素子のオフ操作タイミングを前記デッドタイムだけ早める進角ステップと、
前記平滑コンデンサの端子間電圧に応じた第2の電圧信号、及び基準電圧の偏差を増幅した誤差電圧を算出する誤差増幅ステップと、
前記デッドタイムにおける前記リアクトルに流れる電流の増加分に応じた電圧信号であるオフセット電圧を算出するオフセット電圧算出ステップと、
を備え、
前記低電位側スイッチング素子がオン操作される場合における該低電位側スイッチング素子の端子間電圧が、前記リアクトルに流れる電流に応じた第1の電圧信号とされており、
前記オフ操作ステップは、前記第1の電圧信号が、前記誤差増幅ステップによって算出された前記誤差電圧を超えたと判断された場合、前記低電位側スイッチング素子をオフ操作する旨の信号を生成し、
前記基本操作ステップは、
前記オフ操作ステップによって生成された前記オフ操作する旨の信号及びクロック信号を入力として、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子をオンオフ操作するための基準信号を生成する基準信号生成ステップと、
前記基準信号生成ステップによって生成された前記基準信号を入力として、前記デッドタイムを付与しつつ、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子を相補的にオンオフ操作する相補駆動ステップと、
を有し、
前記進角ステップは、前記誤差増幅ステップによって算出された前記誤差電圧から前記オフセット電圧算出ステップによって算出された前記オフセット電圧を減算することで、前記低電位側スイッチング素子のオフ操作タイミングを前記デッドタイムだけ早め、
前記極性予測ステップは、前記第1の電圧信号、前記リアクトルの両端のうち前記接続点とは反対側の印加電圧、前記リアクトルのインダクタンス、及び前記誤差電圧に基づき前記ピーク値を予測するピーク値予測ステップを有し、該ピーク値予測ステップによって予測された前記ピーク値の極性を予測することを特徴とする昇圧コンバータの制御方法。 - 前記リアクトルの温度を検出する温度検出ステップを更に備え、
前記ピーク値予測ステップは、前記温度検出ステップによって検出された温度に基づき、前記ピーク値の予測に用いる前記リアクトルのインダクタンスを可変設定することを特徴とする請求項9記載の昇圧コンバータの制御方法。
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