JP6573502B2 - Dc−dcコンバータ - Google Patents
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Description
以下、実施形態の駆動回路を、図面を用いて説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜のために、トーテンポール回路構成のLLC方式のDC−DCコンバータに基づいて駆動回路の構成を説明する。ただし、本明細書に記載された実施形態による構成をハーフブリッジ構成やフルブリッジ構成のLLC方式のDC−DCコンバータ等にも適用できる。
トーテンポール回路10は、複数のスイッチ素子を備える。例えば、図1に示すように、トーテンポール回路10は、第1トーテンポール回路10−1及び第2トーテンポール回路10−2を備える。第1トーテンポール回路10−1は、一対のスイッチ素子Q1及びスイッチ素子Q2を備える。第2トーテンポール回路10−2は、スイッチ素子Q3及びスイッチ素子Q4を備える。ただし、本実施形態において、トーテンポール回路10は、複数個のスイッチ素子を備えていればよく、偶数個のスイッチ素子を備えていることが望ましい。なお、本実施形態では、第1トーテンポール回路10−1及び第2トーテンポール回路10−2は、互いに並列に接続されている。
スイッチ素子Q1及びスイッチ素子Q2は、互いに直列接続されている。具体的には、スイッチ素子Q1のソースとスイッチ素子Q2のドレインとが接続されている。スイッチ素子Q1のドレインが電源5の正端子に接続されている。スイッチ素子Q2のソースが電源5の負端子に接続されている。スイッチ素子Q1のソースとスイッチ素子Q2のドレインとの接続点に第1共振回路40−1が接続されている。スイッチ素子Q1及びスイッチ素子Q2のゲートは、それぞれ制御部30に接続されている。したがって、スイッチ素子Q1及びスイッチ素子Q2は、制御部30から出力される制御信号がそれぞれのゲートに入力されて、交互にオン・オフ駆動される。
第2トーテンポール回路10−2のスイッチ素子Q3及びスイッチ素子Q4のスイッチング周波数がf2とする。すなわち、スイッチング周波数f2は、制御部30から第2トーテンポール回路10−2に出力される制御信号の周波数である。
第1共振回路40−1は、一端側が第1トーテンポール回路10−1のスイッチ素子Q1のソース及びスイッチ素子Q2のドレインの接続点に接続されると共に、他端側が第1トランス50−1の一次側巻線50−1aの一端側に接続されている。
第2共振回路40−2は、一端側が第2トーテンポール回路10−2のスイッチ素子Q3のソース及びスイッチ素子Q4のドレインの接続点に接続されると共に、他端側が第2トランス50−2の一次側巻線50−2aの一端側に接続されている。
第2共振回路40−2の共振コンデンサ41−2及び共振インダクタ42−2の各値は、第2共振回路40−2による第2トランス50−2の1次側での共振周波数をスイッチング周波数f2と一致させて、スイッチ素子Q3及びスイッチ素子Q4をソフトスイッチングさせることができるように予め規定されている。なお、共振インダクタ42−1又は共振インダクタ42−2は、トランス50の漏洩インダクタンスで構成することもできるし、トランス50とは異なる独立したインダクタで構成することもできる。
交直変換回路60は、トランス50の二次側巻線と一対の出力端子70a、70bとの間に配設されている。交直変換回路60は、二次側巻線50−1bに誘起される交流電圧Vac1と二次側巻線50−2bに誘起されたVac2との和を直流電圧としての出力電圧Voutに変換して一対の出力端子70a、70b間に出力する。なお、本実施形態では、整流素子としてのダイオードで構成されている。
制御部30は、スイッチ素子Q1〜Q4を駆動する。制御部30は、出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しいか否かを判定する(ステップS101)。出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しくない場合は、周波数制御を行う(ステップS102)。一方、出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しい場合は、制御を終了する。
制御部30は、周波数制御を行う際も、出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しいか否かを判定する(ステップS103)。出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しくない場合は、制御信号のスイッチング周波数が閾値に達したか否かを判定する(ステップS104)。一方、出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しい場合は、制御を終了する。制御部30は、制御信号の周波数が閾値に達した場合、制御信号の周波数を固定する。そして、制御部30は、第1トーテンポール回路10−1に対して第2トーテンポール回路10−2の制御信号の位相シフト制御を行う(ステップS105)。一方、制御部30は、制御信号の周波数が閾値に達していない場合、周波数制御を継続する(ステップS102)。
制御部30は、位相シフト制御を行う際も、出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しいか否かを判定する(ステップS106)。出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しくない場合は、位相シフト制御を継続する(ステップS105)。一方、出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しい場合は、制御を終了する。
なお、周波数が予め調整できている場合は周波数を固定にすることができる。この場合、周波数制御は行わないため、上記ステップS102〜ステップS104までが省略される。すなわち、出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しいか否かを判定し(ステップS101)、出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しくない場合は、位相シフト制御を行う(ステップS105)。
5 電源
10 トーテンポール回路
10−1 第1トーテンポール回路
10−2 第2トーテンポール回路
30 制御部
40 共振回路
40−1 第1共振回路
40−2 第2共振回路
50 トランス
50−1 第1トランス
50−2 第2トランス
60 交直変換回路
Q1〜Q4 スイッチ素子
Claims (3)
- 電源と、
前記電源に接続され、第1のスイッチ素子を備える第1のトーテンポール回路と、
前記電源に接続され、第2のスイッチ素子を備える第2のトーテンポール回路と、
前記第1のトーテンポール回路に接続された第1の一次側巻線と、第1の二次側巻線とを備える第1のトランスと、
前記第2のトーテンポール回路に接続されるともに、前記第1の一次側巻線と並列に接続された第2の一次側巻線と、前記第1の二次側巻線に直列に接続された第2の二次側巻線とを備える第2のトランスと、
前記第1のトーテンポール回路の出力部と前記第1の一次側巻線との間に接続された第1の共振回路と、
前記第2のトーテンポール回路の出力部と前記第2の一次側巻線との間に接続された第2の共振回路と、
前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子を制御して、前記第1のトランスと前記第2のトランスとを並列動作させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記並列動作において、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子を制御する各制御信号の周波数を調整する周波数制御と、前記第1のトーテンポール回路に対して前記第2のトーテンポール回路の前記制御信号の位相をシフトする位相シフト制御と、を切り替えるDC−DCコンバータ。 - 前記制御部は、前記周波数制御において前記制御信号の周波数が所定の周波数に達した場合には、前記周波数制御から前記位相シフト制御に切り替える請求項1に記載のDC−DCコンバータ。
- 前記制御部は、前記位相シフト制御において、前記第1のトランス及び第2のトランスの出力に応じて、前記位相のシフト量を変化させる請求項1又は請求項2に記載のDC−DCコンバータ。
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