JP6792478B2

JP6792478B2 - Bidirectional isolated DC / DC converter

Info

Publication number: JP6792478B2
Application number: JP2017028099A
Authority: JP
Inventors: 宏坡李; 山口　雅史; 雅史山口
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: JP2018133964A

Description

本発明は、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。 The present invention relates to a bidirectional isolated DC / DC converter.

近年、地球温暖化対策として循環型社会の実現のため、電源機器の省エネルギー化、高効率化の実現が急務となっている。その中でも、太陽光発電装置、家庭用蓄電池、電気自動車等に搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータは、電源機器の中核として多様な用途に用いられている。特に、位相シフトフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータは、数キロから数十キロワットの中型高効率で、幅広い電圧に対応できる。 In recent years, in order to realize a recycling-oriented society as a measure against global warming, there is an urgent need to realize energy saving and high efficiency of power supply equipment. Among them, DC / DC converters mounted on photovoltaic power generation devices, household storage batteries, electric vehicles and the like are used for various purposes as the core of power supply equipment. In particular, the phase shift full bridge type DC / DC converter can handle a wide range of voltages with medium-sized high efficiency of several kilometers to several tens of kilowatts.

位相シフトフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータとしては、例えば、非特許文献１に記載のものが知られている。非特許文献１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータは、フルブリッジ回路を含む電圧型の１次側回路と、プッシュプル回路とＬＣ回路とを含む電流型の２次側回路と、フルブリッジ回路に対して位相シフト制御を行う一方、プッシュプル回路に対して同期整流制御を行う制御部と、を備える。 As a phase shift full bridge type DC / DC converter, for example, the one described in Non-Patent Document 1 is known. The DC / DC converter described in Non-Patent Document 1 is intended for a voltage type primary side circuit including a full bridge circuit, a current type secondary side circuit including a push-pull circuit and an LC circuit, and a full bridge circuit. It is provided with a control unit that performs synchronous rectification control for the push-pull circuit while performing phase shift control.

制御部は、１次側から２次側に電力を供給する順方向動作において、２次側の出力端の電圧または電流を監視し、フルブリッジ回路の位相シフト量を制御することで、順方向動作量（順方向電力変換量）を制御する。 In the forward operation of supplying power from the primary side to the secondary side, the control unit monitors the voltage or current at the output end of the secondary side and controls the phase shift amount of the full bridge circuit in the forward direction. Controls the amount of operation (forward power conversion amount).

図９に、従来の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂを示す。双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂは、例えば、入出力端Ｔ３の電圧が目標電圧以下のときに、１次側回路のフルブリッジ回路１１に対して位相シフト量を増加させる制御を行い、１次側から２次側に電力を供給する順方向電力変換動作を行う。この順方向電力変換時、１次側回路のスイッチングが低損失なゼロ電圧スイッチング（Zero Voltage Switching，ＺＶＳ）となるように、１次側回路が位相シフト制御される。ＺＶＳはスイッチＱ１〜Ｑ４のスイッチング時に共振用コイルＬ１と共振用コンデンサＣ１〜Ｃ４による部分共振によって行われる。また、入出力端Ｔ３、Ｔ４に回生能力を持つ負荷が接続され、入出力端Ｔ３の電圧が目標電圧を超えているときに、２次側から１次側に電力を供給する逆方向電力変換動作を行う。 FIG. 9 shows a conventional bidirectionally insulated DC / DC converter 1B. The bidirectionally isolated DC / DC converter 1B controls, for example, to increase the phase shift amount with respect to the full bridge circuit 11 of the primary side circuit when the voltage at the input / output end T3 is equal to or lower than the target voltage. A forward power conversion operation for supplying power from the secondary side to the secondary side is performed. At the time of this forward power conversion, the primary side circuit is phase-shift controlled so that the switching of the primary side circuit becomes zero voltage switching (ZVS) with low loss. ZVS is performed by partial resonance by the resonance coil L1 and the resonance capacitors C1 to C4 when the switches Q1 to Q4 are switched. Further, when a load having a regenerative ability is connected to the input / output ends T3 and T4 and the voltage of the input / output ends T3 exceeds the target voltage, reverse power conversion that supplies power from the secondary side to the primary side. Do the action.

図１０に、本願発明者等が提案した、図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂの逆方向電力変換動作時における、各スイッチＱ１〜Ｑ８のタイミングチャートを示す。各スイッチＱ１〜Ｑ８のタイミングは順方向電力変換動作時と同じであるが、逆方向電力変換動作時は１次側回路のフルブリッジ回路１１に対する位相シフト量ＴＤは小さい値になっている。なお、図１０では簡単のためにデッドタイムの表示を省略している。また、図１１、図１２に、図１０のタイミングチャートに従い逆方向電力変換動作を行ったときの電流経路を示す。 FIG. 10 shows a timing chart of each switch Q1 to Q8 during the reverse power conversion operation of the bidirectionally insulated DC / DC converter 1B shown in FIG. 9, which was proposed by the inventors of the present application. The timing of each switch Q1 to Q8 is the same as during the forward power conversion operation, but the phase shift amount TD with respect to the full bridge circuit 11 of the primary side circuit is a small value during the reverse power conversion operation. In FIG. 10, the display of the dead time is omitted for the sake of simplicity. Further, FIGS. 11 and 12 show current paths when the reverse power conversion operation is performed according to the timing chart of FIG.

制御部１４Ｂは、スイッチＱ１、Ｑ２を逆位相でスイッチングさせ、かつスイッチＱ３、Ｑ４を逆位相でスイッチングさせ、さらに、スイッチＱ１、Ｑ２の位相に対してスイッチＱ３、Ｑ４の位相をシフトさせる。また、制御部１４Ｂは、スイッチＱ３のオンに同期して、スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８をオフさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオンさせる一方、スイッチＱ４のオンに同期して、スイッチＱ５、Ｑ８をオンさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオフさせる。 The control unit 14B switches the switches Q1 and Q2 in opposite phases, switches the switches Q3 and Q4 in opposite phases, and further shifts the phases of the switches Q3 and Q4 with respect to the phases of the switches Q1 and Q2. Further, the control unit 14B turns off the switch elements Q5 and Q8 and turns on the switches Q6 and Q7 in synchronization with the on of the switch Q3, while turning on the switches Q5 and Q8 in synchronization with the on of the switch Q4. At the same time, the switches Q6 and Q7 are turned off.

双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂは、スイッチＱ１、Ｑ３が同時オン（図１１（Ａ）に示す状態２）またはスイッチＱ２、Ｑ４が同時オン（図１２（Ａ）に示す状態４）の場合に、チョークコイルＬ２にエネルギーを蓄積し、スイッチＱ２、Ｑ３が同時オン（図１１（Ｂ）に示す状態３）またはスイッチＱ１、Ｑ４が同時オン（図１２（Ｂ）に示す状態１）の場合に、２次側から１次側への電力伝達を行う。 In the bidirectional isolated DC / DC converter 1B, when switches Q1 and Q3 are simultaneously turned on (state 2 shown in FIG. 11A) or switches Q2 and Q4 are simultaneously turned on (state 4 shown in FIG. 12A). When energy is stored in the choke coil L2 and the switches Q2 and Q3 are simultaneously turned on (state 3 shown in FIG. 11B) or the switches Q1 and Q4 are simultaneously turned on (state 1 shown in FIG. 12B). In addition, power is transmitted from the secondary side to the primary side.

双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂの逆方向動作量（逆方向電力変換量）は、入出力端Ｔ３の電圧によって変動し、スイッチング周期の１／２の時間から位相シフト量の時間差に相当するシフト期間ＴＤを差し引いた時間によって自動的に決まってしまう。このため、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂは、逆方向電力変換動作時に出力電圧を一定に保つこと、言い換えれば、定電圧制御をすることができなかった。 The amount of reverse operation (reverse power conversion amount) of the bidirectionally isolated DC / DC converter 1B fluctuates depending on the voltage of the input / output end T3, and corresponds to the time difference of the phase shift amount from 1/2 of the switching cycle. It is automatically determined by the time after deducting the shift period TD. Therefore, the bidirectionally isolated DC / DC converter 1B could not keep the output voltage constant during the reverse power conversion operation, in other words, could not perform constant voltage control.

“同期整流制御内蔵、グリーン・モード、位相シフト・フルブリッジ・コントローラ”、[online]、2011年、日本テキサス・インスツルメンツ株式会社、［平成28年11月17日検索］、インターネット<URL:http://www.tij.co.jp/product/jp/ucc28950>"Built-in synchronous rectification control, green mode, phase shift full bridge controller", [online], 2011, Texas Instruments Japan Ltd., [Search November 17, 2016], Internet <URL: http: //www.tij.co.jp/product/jp/ucc28950>

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、逆方向電力変換動作時における定電圧制御または定電流制御が可能な双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a bidirectional isolated DC / DC converter capable of constant voltage control or constant current control during reverse power conversion operation. There is.

上記課題を解決するために、本発明に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、
１次側から２次側に電力を供給する順方向動作と、前記２次側から前記１次側に電力を供給する逆方向動作とを行う双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
１次巻線および２次巻線を有する絶縁トランスと、
前記１次側の入出力端と前記１次巻線との間に設けられた１次側フルブリッジ回路と、
前記２次巻線に接続された２次側フルブリッジ回路と、
前記２次側フルブリッジ回路と前記２次側の入出力端との間に設けられたＬＣ回路と、
前記逆方向動作および前記順方向動作のときに、前記１次側フルブリッジ回路に対して第１制御を行う一方、前記２次側フルブリッジ回路に対して第２制御を行う制御部と、
を備え、
前記第１制御は、位相シフト制御であり、
前記第２制御は、前記１次側フルブリッジ回路を構成するスイッチのオンに同期させて前記２次側フルブリッジ回路を構成するスイッチをオン／オフさせる制御であり、
前記１次側フルブリッジ回路は、第１レグおよび第２レグを有し、
前記１次側フルブリッジ回路を構成する前記スイッチは、前記第１レグの上アームを構成する第１スイッチと、前記第１レグの下アームを構成する第２スイッチと、前記第２レグの上アームを構成する第３スイッチと、前記第２レグの下アームを構成する第４スイッチとを含み、
前記制御部は、
前記逆方向動作において、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチがオンになっているか、または前記第２スイッチおよび前記第４スイッチがオンになっているシフト期間に、前記ＬＣ回路のチョークコイルにエネルギーが蓄積されるように、前記第１制御および前記第２制御を行うとともに、前記１次側の入出力端の電圧または電流に応じて前記シフト期間を制御することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the bidirectional isolated DC / DC converter according to the present invention is used.
A bidirectional isolated DC / DC converter that performs a forward operation that supplies power from the primary side to the secondary side and a reverse operation that supplies power from the secondary side to the primary side.
An isolation transformer with primary and secondary windings,
A primary side full bridge circuit provided between the primary side input / output end and the primary winding.
The secondary side full bridge circuit connected to the secondary winding and
An LC circuit provided between the secondary side full bridge circuit and the secondary side input / output end,
A control unit that performs the first control on the primary side full bridge circuit while performing the second control on the secondary side full bridge circuit during the reverse direction operation and the forward direction operation .
With
The first control is a phase shift control.
The second control is a control for turning on / off the switch constituting the secondary full bridge circuit in synchronization with the on of the switch constituting the primary full bridge circuit.
The primary side full bridge circuit has a first leg and a second leg.
The switches constituting the primary side full bridge circuit are the first switch forming the upper arm of the first leg, the second switch forming the lower arm of the first leg, and the upper part of the second leg. It includes a third switch that constitutes an arm and a fourth switch that constitutes the lower arm of the second leg.
The control unit
In the reverse operation , energy is applied to the choke coil of the LC circuit during a shift period in which the first switch and the third switch are turned on, or the second switch and the fourth switch are turned on. The first control and the second control are performed so that the above-mentioned is accumulated, and the shift period is controlled according to the voltage or current of the input / output end on the primary side.

この構成によれば、制御部は、逆方向動作時の位相シフト量の時間差に相当するシフト期間がチョークコイルにエネルギーが蓄積される蓄積期間となるように、１次側フルブリッジ回路および２次側フルブリッジ回路の各スイッチを制御するので、上記シフト期間を制御することにより１次側の入出力端の電圧または電流を所定の値に保つことができる。したがって、この構成によれば、逆方向動作時における定電圧制御または定電流制御が可能となる。 According to this configuration, the control unit has a primary side full bridge circuit and a secondary so that the shift period corresponding to the time difference of the phase shift amount during the reverse operation is the storage period in which energy is stored in the choke coil. Since each switch of the side full bridge circuit is controlled, the voltage or current at the input / output end on the primary side can be maintained at a predetermined value by controlling the shift period. Therefore, according to this configuration, constant voltage control or constant current control during reverse operation is possible.

上記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記２次側フルブリッジ回路は、第３レグおよび第４レグを有し、
前記制御部は、前記逆方向動作のときの前記シフト期間において、
前記第３レグの上アームを構成する第５スイッチ、前記第４レグの下アームを構成する第８スイッチ、前記第２スイッチおよび前記第４スイッチをオン状態にするか、または、
前記第３レグの下アームを構成する第６スイッチ、前記第４レグの上アームを構成する第７スイッチ、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオン状態にするように構成できる。 In the bidirectional isolated DC / DC converter
The secondary full bridge circuit has a third leg and a fourth leg.
The control unit is in the shift period during the reverse operation .
Turn on or turn on the fifth switch that constitutes the upper arm of the third leg, the eighth switch that constitutes the lower arm of the fourth leg, the second switch, and the fourth switch.
The sixth switch constituting the lower arm of the third leg, the seventh switch constituting the upper arm of the fourth leg, the first switch, and the third switch can be configured to be turned on.

上記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
前記逆方向動作で前記位相シフト制御を開始する場合、前記逆方向動作のときの前記シフト期間を最小値から徐々に増加させるソフトスタート制御を行った後に、前記逆方向動作のときの前記シフト期間を制御することにより前記１次側の入出力端の電圧または電流を所定の値に保つように構成できる。 In the bidirectional isolated DC / DC converter
The control unit
When the phase shift control is started in the reverse direction operation, the shift period in the reverse direction operation is performed after the soft start control for gradually increasing the shift period in the reverse direction operation from the minimum value is performed. Can be configured to keep the voltage or current at the input / output end on the primary side at a predetermined value by controlling.

この構成によれば、チョークコイルにエネルギーが蓄積される蓄積期間が徐々に増加するので、スイッチに過電流が流れることなく、出力電圧を徐々に立ち上げることができる。さらに、この構成によれば、逆方向動作時にシフト期間が蓄積期間となるので、逆方向動作で起動することができる。 According to this configuration, since the storage period in which energy is stored in the choke coil is gradually increased, the output voltage can be gradually increased without overcurrent flowing through the switch. Further, according to this configuration, since the shift period becomes the accumulation period during the reverse operation, the operation can be started in the reverse direction.

本発明によれば、逆方向動作時における定電圧制御または定電流制御が可能な双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a bidirectional isolated DC / DC converter capable of constant voltage control or constant current control during reverse operation.

本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of the bidirectional insulation type DC / DC converter which concerns on this embodiment. 逆方向動作時におけるスイッチの制御タイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the control timing of a switch at the time of reverse operation. 本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向動作時の（Ａ）状態１および（Ｂ）状態２における、電流経路を示す図である。It is a figure which shows the current path in the (A) state 1 and (B) state 2 at the time of the reverse direction operation of the bidirectional insulation type DC / DC converter which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向動作時の（Ａ）状態３および（Ｂ）状態４における、電流経路を示す図である。It is a figure which shows the current path in (A) state 3 and (B) state 4 at the time of the reverse direction operation of the bidirectional insulation type DC / DC converter which concerns on this embodiment. 順方向動作時におけるスイッチの制御タイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the control timing of a switch at the time of forward operation. 本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、順方向動作時の（Ａ）状態１および（Ｂ）状態２における、電流経路を示す図である。It is a figure which shows the current path in (A) state 1 and (B) state 2 at the time of forward operation of the bidirectional insulation type DC / DC converter which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、順方向動作時の（Ａ）状態３および（Ｂ）状態４における、電流経路を示す図である。It is a figure which shows the current path in (A) state 3 and (B) state 4 at the time of forward operation of the bidirectional insulation type DC / DC converter which concerns on this embodiment. 変形例に係る制御部を示す図である。It is a figure which shows the control part which concerns on the modification. 従来の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of the conventional bidirectional insulation type DC / DC converter. 本願発明者等が提案した、図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向電力変換動作時におけるスイッチの制御タイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the control timing of the switch at the time of the reverse power conversion operation of the bidirectional insulation type DC / DC converter shown in FIG. 9 proposed by the present inventors. 図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向電力変換動作時の（Ａ）状態２および（Ｂ）状態３における、電流経路を示す図である。It is a figure which shows the current path in the (A) state 2 and (B) state 3 at the time of the reverse power conversion operation of the bidirectional insulation type DC / DC converter shown in FIG. 図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向電力変換動作時の（Ａ）状態４および（Ｂ）状態１における、電流経路を示す図である。It is a figure which shows the current path in (A) state 4 and (B) state 1 at the time of the reverse power conversion operation of the bidirectional insulation type DC / DC converter shown in FIG.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the bidirectionally insulated DC / DC converter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１に、本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの回路図を示す。双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、１次巻線および２次巻線を有する絶縁トランスＴＲと、１次側フルブリッジ回路１１と、２次側フルブリッジ回路１２と、ＬＣ回路１３と、制御部１４Ａとを備え、１次側から２次側に電力を供給する順方向動作と、２次側から１次側に電力を供給する逆方向動作とを行う。 FIG. 1 shows a circuit diagram of a bidirectionally insulated DC / DC converter 1A according to the present embodiment. The bidirectional isolated DC / DC converter 1A includes an isolation transformer TR having a primary winding and a secondary winding, a primary side full bridge circuit 11, a secondary side full bridge circuit 12, an LC circuit 13, and an LC circuit 13. A control unit 14A is provided, and a forward operation of supplying power from the primary side to the secondary side and a reverse operation of supplying power from the secondary side to the primary side are performed.

順方向動作では、１次側の入出力端Ｔ１、Ｔ２から供給された電力が、２次側の入出力端Ｔ３、Ｔ４に接続された回路に供給される。逆方向動作では、２次側の入出力端Ｔ３、Ｔ４から供給された電力が、１次側の入出力端Ｔ１、Ｔ２に供給される。 In the forward operation, the power supplied from the input / output terminals T1 and T2 on the primary side is supplied to the circuit connected to the input / output ends T3 and T4 on the secondary side. In the reverse operation, the power supplied from the input / output ends T3 and T4 on the secondary side is supplied to the input / output ends T1 and T2 on the primary side.

１次側フルブリッジ回路１１は、１次側の入出力端Ｔ１、Ｔ２と絶縁トランスＴＲの１次巻線との間に設けられている。１次側フルブリッジ回路１１と入出力端Ｔ１、Ｔ２の間には、コンデンサＣ１２が設けられている。コンデンサＣ１２の一端は、入出力端Ｔ１に接続され、コンデンサＣ１２の他端は、入出力端Ｔ２に接続されている。 The primary side full bridge circuit 11 is provided between the input / output ends T1 and T2 on the primary side and the primary winding of the isolation transformer TR. A capacitor C12 is provided between the primary side full bridge circuit 11 and the input / output ends T1 and T2. One end of the capacitor C12 is connected to the input / output end T1, and the other end of the capacitor C12 is connected to the input / output end T2.

図１に示すように、１次側フルブリッジ回路１１は、フルブリッジ接続されたスイッチＱ１〜Ｑ４を含む。スイッチＱ１は第１レグの上アームを構成し、スイッチＱ２は第１レグの下アームを構成する。スイッチＱ３は第２レグの上アームを構成し、スイッチＱ４は第２レグの下アームを構成する。スイッチＱ１、Ｑ２の接続点は、コイルＬ１を介して絶縁トランスＴＲの１次巻線の一端に接続され、スイッチＱ３、Ｑ４の接続点は、絶縁トランスＴＲの１次巻線の他端に接続される。スイッチＱ１〜Ｑ４としては、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体を用いることができる。共振用のコイルＬ１は、絶縁トランスＴＲの漏れインダクタンスであってもよいし、これとは別のコイルであってもよい。 As shown in FIG. 1, the primary side full bridge circuit 11 includes switches Q1 to Q4 connected in full bridge. Switch Q1 constitutes the upper arm of the first leg, and switch Q2 constitutes the lower arm of the first leg. Switch Q3 constitutes the upper arm of the second leg, and switch Q4 constitutes the lower arm of the second leg. The connection points of the switches Q1 and Q2 are connected to one end of the primary winding of the isolation transformer TR via the coil L1, and the connection points of the switches Q3 and Q4 are connected to the other end of the primary winding of the isolation transformer TR. Will be done. As the switches Q1 to Q4, for example, a power semiconductor such as an IGBT or MOSFET can be used. The coil L1 for resonance may be the leakage inductance of the isolation transformer TR, or may be a coil different from this.

スイッチＱ１〜Ｑ４には、ダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列接続されている。ダイオードとしては、スイッチＱ１〜Ｑ４の寄生ダイオード、または外付けダイオードを用いることができる。さらに、スイッチＱ１〜Ｑ４には、コンデンサＣ１〜Ｃ４が並列接続されている。コンデンサＣ１〜Ｃ４としては、スイッチＱ１〜Ｑ４の寄生キャパシタ、または外付け共振コンデンサを用いることができる。 Diodes D1 to D4 are connected in antiparallel to switches Q1 to Q4. As the diode, a parasitic diode of switches Q1 to Q4 or an external diode can be used. Further, capacitors C1 to C4 are connected in parallel to switches Q1 to Q4. As the capacitors C1 to C4, the parasitic capacitors of the switches Q1 to Q4 or the external resonance capacitors can be used.

２次側フルブリッジ回路１２は、フルブリッジ接続されたスイッチＱ５〜Ｑ８を含む。スイッチＱ５は第３レグの上アームを構成し、スイッチＱ６は第３レグの下アームを構成する。スイッチＱ７は第４レグの上アームを構成し、スイッチＱ８は第４レグの下アームを構成する。スイッチＱ５、Ｑ６の接続点は、絶縁トランスＴＲの２次巻線の一端に接続され、スイッチＱ７、Ｑ８の接続点は、絶縁トランスＴＲの２次巻線の他端に接続される。スイッチＱ５〜Ｑ８としては、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体を用いることができる。 The secondary side full bridge circuit 12 includes switches Q5 to Q8 connected in full bridge. The switch Q5 constitutes the upper arm of the third leg, and the switch Q6 constitutes the lower arm of the third leg. The switch Q7 constitutes the upper arm of the fourth leg, and the switch Q8 constitutes the lower arm of the fourth leg. The connection points of the switches Q5 and Q6 are connected to one end of the secondary winding of the isolation transformer TR, and the connection points of the switches Q7 and Q8 are connected to the other end of the secondary winding of the isolation transformer TR. As the switches Q5 to Q8, for example, a power semiconductor such as an IGBT or MOSFET can be used.

スイッチＱ５〜Ｑ８には、ダイオードＤ５〜Ｄ８が逆並列接続されている。ダイオードとしては、スイッチＱ５〜Ｑ８の寄生ダイオード、または外付けダイオードを用いることができる。さらに、スイッチＱ５〜Ｑ８には、コンデンサＣ５〜Ｃ８が並列接続されている。コンデンサＣ５〜Ｃ８としては、スイッチＱ５〜Ｑ８の寄生キャパシタ、または外付け共振コンデンサを用いることができる。 Diodes D5 to D8 are connected in antiparallel to switches Q5 to Q8. As the diode, a parasitic diode of switches Q5 to Q8 or an external diode can be used. Further, capacitors C5 to C8 are connected in parallel to switches Q5 to Q8. As the capacitors C5 to C8, the parasitic capacitors of the switches Q5 to Q8 or the external resonance capacitors can be used.

ＬＣ回路１３は、コイルＬ２およびコンデンサＣ３４からなり、２次側フルブリッジ回路１２と２次側の入出力端Ｔ３、Ｔ４との間に設けられている。より詳しくは、コンデンサＣ３４の一端は入出力端Ｔ３に接続され、コンデンサＣ３４の他端は入出力端Ｔ４に接続されている。コイルＬ２の一端はスイッチＱ５、Ｑ７に接続され、コイルＬ２の他端は入出力端Ｔ３に接続されている。 The LC circuit 13 is composed of a coil L2 and a capacitor C34, and is provided between the secondary side full bridge circuit 12 and the secondary side input / output ends T3 and T4. More specifically, one end of the capacitor C34 is connected to the input / output end T3, and the other end of the capacitor C34 is connected to the input / output end T4. One end of the coil L2 is connected to the switches Q5 and Q7, and the other end of the coil L2 is connected to the input / output end T3.

制御部１４Ａは、例えば、アナログＩＣ、マイコンやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の制御用ＩＣによって構成される。制御部１４Ａは、逆方向動作時および順方向動作時に、１次側フルブリッジ回路１１に対して位相シフト制御を行うとともに、２次側フルブリッジ回路１２に対して同期整流制御を行う。 The control unit 14A is composed of, for example, an analog IC, a control IC such as a microcomputer or an FPGA (Field-Programmable Gate Array). The control unit 14A performs phase shift control on the primary side full bridge circuit 11 and synchronous rectification control on the secondary side full bridge circuit 12 during reverse direction operation and forward direction operation.

続いて、図２を参照しながら、逆方向動作時におけるスイッチＱ１〜Ｑ８の制御タイミングについて説明する。制御部１４Ａは、スイッチＱ１〜Ｑ８のそれぞれに対して制御信号（例えば、位相シフト同期整流信号）を出力し、１次側フルブリッジ回路１１に対して位相シフト制御を行うとともに、２次側フルブリッジ回路１２に対して同期整流制御を行う。 Subsequently, the control timing of the switches Q1 to Q8 during the reverse operation will be described with reference to FIG. The control unit 14A outputs a control signal (for example, a phase shift synchronous rectifier signal) to each of the switches Q1 to Q8, performs phase shift control to the primary side full bridge circuit 11, and secondary side full. Synchronous rectification control is performed on the bridge circuit 12.

制御部１４Ａは、スイッチＱ１〜Ｑ４のオンデューティを約５０％にするとともに、スイッチＱ１、Ｑ２を逆位相でスイッチングさせ、かつスイッチＱ３、Ｑ４を逆位相でスイッチングさせ、さらに、スイッチＱ１、Ｑ２の位相に対してスイッチＱ３、Ｑ４の位相をシフトさせる。制御部１４Ａは、位相シフト量の時間差に相当するシフト期間ＴＤを、１次側の入出力端Ｔ１の電圧に応じて制御する。 The control unit 14A sets the on-duty of switches Q1 to Q4 to about 50%, switches switches Q1 and Q2 in opposite phases, switches switches Q3 and Q4 in opposite phases, and further switches switches Q1 and Q2. The phase of the switches Q3 and Q4 is shifted with respect to the phase. The control unit 14A controls the shift period TD corresponding to the time difference of the phase shift amount according to the voltage of the input / output end T1 on the primary side.

なお、本来は、ゼロ電圧スイッチングを行うための、スイッチＱ１、Ｑ２がともにオフになるデッドタイムと、スイッチＱ３、Ｑ４がともにオフになるデッドタイムとを設けているが、図２では省略する。 Originally, a dead time for switching the switches Q1 and Q2 to be turned off and a dead time for switching the switches Q3 and Q4 to be turned off are provided for performing zero voltage switching, but they are omitted in FIG.

制御部１４Ａは、基準レグである第２レグの上アームを構成するスイッチＱ３のオンに同期して、スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８をオフさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオンさせる。また、制御部１４Ａは、第２レグの下アームを構成するスイッチＱ４のオンに同期して、スイッチＱ５、Ｑ８をオンさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオフさせる。 The control unit 14A turns off the switch elements Q5 and Q8 and turns on the switches Q6 and Q7 in synchronization with the on of the switch Q3 constituting the upper arm of the second leg which is the reference leg. Further, the control unit 14A turns on the switches Q5 and Q8 and turns off the switches Q6 and Q7 in synchronization with the on of the switch Q4 constituting the lower arm of the second leg.

図２に示すように、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、制御部１４Ａの制御下で４つの状態（状態１〜状態４）をとる。各状態における電流経路を図３、図４に示す。 As shown in FIG. 2, the bidirectionally insulated DC / DC converter 1A takes four states (states 1 to 4) under the control of the control unit 14A. The current paths in each state are shown in FIGS. 3 and 4.

図３（Ａ）に示す状態１では、スイッチＱ５、Ｑ８がオンとなり、かつスイッチＱ２、Ｑ４がオンとなるので、チョークコイルＬ２には絶縁トランスＴＲを経由した短絡電流が流れる。これにより、チョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される。 In the state 1 shown in FIG. 3A, the switches Q5 and Q8 are turned on and the switches Q2 and Q4 are turned on, so that a short-circuit current flows through the choke coil L2 via the isolation transformer TR. As a result, energy is stored in the choke coil L2.

図３（Ｂ）に示す状態２では、スイッチＱ２がオフするとともにスイッチＱ１がオンする。これにより、入出力端Ｔ２からスイッチＱ４、絶縁トランスＴＲの１次巻線、スイッチＱ１を経由して入出力端Ｔ１に電流が流れる。すなわち、２次側から１次側にチョークコイルＬ２に蓄積されたエネルギーが伝達される。 In the state 2 shown in FIG. 3B, the switch Q2 is turned off and the switch Q1 is turned on. As a result, a current flows from the input / output end T2 to the input / output end T1 via the switch Q4, the primary winding of the isolation transformer TR, and the switch Q1. That is, the energy stored in the choke coil L2 is transmitted from the secondary side to the primary side.

図４（Ａ）に示す状態３では、スイッチＱ６、Ｑ７がオンとなり、かつスイッチＱ１、Ｑ３がオンとなるので、チョークコイルＬ２には絶縁トランスＴＲを経由した短絡電流が流れる。これにより、チョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される。 In the state 3 shown in FIG. 4A, the switches Q6 and Q7 are turned on and the switches Q1 and Q3 are turned on, so that a short-circuit current flows through the choke coil L2 via the isolation transformer TR. As a result, energy is stored in the choke coil L2.

図４（Ｂ）に示す状態４では、スイッチＱ１がオフするとともにスイッチＱ２がオンする。これにより、入出力端Ｔ２からスイッチＱ２、絶縁トランスＴＲの１次巻線、スイッチＱ３を経由して入出力端Ｔ１に電流が流れる。すなわち、２次側から１次側にチョークコイルＬ２に蓄積されたエネルギーが伝達される。 In the state 4 shown in FIG. 4B, the switch Q1 is turned off and the switch Q2 is turned on. As a result, a current flows from the input / output end T2 to the input / output end T1 via the switch Q2, the primary winding of the isolation transformer TR, and the switch Q3. That is, the energy stored in the choke coil L2 is transmitted from the secondary side to the primary side.

上記のとおり、制御部１４Ａは、逆方向動作時に、シフト期間ＴＤがチョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される蓄積期間となるように、スイッチＱ１〜Ｑ８を制御する。さらに、制御部１４Ａは、１次側の入出力端Ｔ１の電圧に応じて、シフト期間ＴＤを制御する。その結果、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、逆方向動作時に入出力端Ｔ１の電圧を所定の値に保つことが可能となり、逆方向動作時における定電圧制御が可能となる。 As described above, the control unit 14A controls the switches Q1 to Q8 so that the shift period TD becomes the storage period in which energy is stored in the choke coil L2 during the reverse operation. Further, the control unit 14A controls the shift period TD according to the voltage of the input / output terminal T1 on the primary side. As a result, the bidirectionally insulated DC / DC converter 1A can maintain the voltage of the input / output end T1 at a predetermined value during reverse operation, and can control constant voltage during reverse operation.

続いて、図５を参照しながら、順方向動作時におけるスイッチＱ１〜Ｑ８の制御タイミングについて説明する。 Subsequently, the control timing of the switches Q1 to Q8 during the forward operation will be described with reference to FIG.

制御部１４Ａは、スイッチＱ１〜Ｑ４のオンデューティを約５０％にするとともに、スイッチＱ１、Ｑ２を逆位相でスイッチングさせ、かつスイッチＱ３、Ｑ４を逆位相でスイッチングさせ、さらに、スイッチＱ１、Ｑ２の位相に対してスイッチＱ３、Ｑ４の位相をシフトさせる。制御部１４Ａは、位相シフト量の時間差に相当するシフト期間ＴＤを、２次側の入出力端Ｔ３の電圧に応じて制御する。 The control unit 14A sets the on-duty of switches Q1 to Q4 to about 50%, switches switches Q1 and Q2 in opposite phases, switches switches Q3 and Q4 in opposite phases, and further switches switches Q1 and Q2. The phase of the switches Q3 and Q4 is shifted with respect to the phase. The control unit 14A controls the shift period TD corresponding to the time difference of the phase shift amount according to the voltage of the input / output end T3 on the secondary side.

なお、本来は、ゼロ電圧スイッチングを行うための、スイッチＱ１、Ｑ２がともにオフになるデッドタイムと、スイッチＱ３、Ｑ４がともにオフになるデッドタイムとを設けているが、図５では省略する。 Originally, a dead time for switching the switches Q1 and Q2 to be turned off and a dead time for switching the switches Q3 and Q4 to be turned off are provided for performing zero voltage switching, but they are omitted in FIG.

制御部１４Ａは、第２レグの上アームを構成するスイッチＱ３のオンに同期して、スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８をオフさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオンさせる。また、制御部１４Ａは、第２レグの下アームを構成するスイッチＱ４のオンに同期して、スイッチＱ５、Ｑ８をオンさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオフさせる。 The control unit 14A turns off the switch elements Q5 and Q8 and turns on the switches Q6 and Q7 in synchronization with the on of the switch Q3 constituting the upper arm of the second leg. Further, the control unit 14A turns on the switches Q5 and Q8 and turns off the switches Q6 and Q7 in synchronization with the on of the switch Q4 constituting the lower arm of the second leg.

図５に示すように、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、制御部１４Ａの制御下で４つの状態（状態１〜状態４）をとる。各状態における電流経路を図６、図７に示す。 As shown in FIG. 5, the bidirectionally insulated DC / DC converter 1A takes four states (states 1 to 4) under the control of the control unit 14A. The current paths in each state are shown in FIGS. 6 and 7.

図６、図７に示すように、制御部１４Ａは、順方向動作時に、位相シフト量の時間差に相当するシフト期間ＴＤが１次側から２次側へのエネルギー伝達期間となるように、スイッチＱ１〜Ｑ８を制御する。さらに、制御部１４Ａは、２次側の入出力端Ｔ３の電圧に応じて、シフト期間ＴＤを制御する。その結果、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、順方向動作時における定電圧制御が可能となる。 As shown in FIGS. 6 and 7, the control unit 14A switches the control unit 14A so that the shift period TD corresponding to the time difference of the phase shift amount becomes the energy transfer period from the primary side to the secondary side during forward operation. Control Q1 to Q8. Further, the control unit 14A controls the shift period TD according to the voltage of the input / output terminal T3 on the secondary side. As a result, the bidirectionally isolated DC / DC converter 1A can perform constant voltage control during forward operation.

以上、本発明に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 Although the embodiment of the bidirectionally insulated DC / DC converter according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

［変形例］
上記実施形態において制御部１４Ａは、順方向動作時と逆方向動作時のそれぞれにおいて、各スイッチＱ１〜Ｑ８の制御信号（例えば、位相シフト同期整流信号）を発生させているが、発生させる制御信号の数を減らすことができる。例えば、順方向動作時のスイッチＱ１〜Ｑ４の制御信号を順にＡ〜Ｄとすると、逆方向動作時の制御信号はＣ、Ｄ、Ｂ、Ａと外部で切換えて使用することも可能である。スイッチＱ５、Ｑ８の制御信号については、順方向動作時はＣの反転信号×（Ｄ＋Ａ）で実現でき、逆方向動作時はＢの反転信号×（Ａ＋Ｃ）で実現できる。またスイッチＱ６、Ｑ７の制御信号については、順方向動作時はＤの反転信号×（Ｂ＋Ｃ）で実現でき、逆方向動作時はＡの反転信号×（Ｂ＋Ｄ）で実現できる。なお、「×」は論理積記号、「＋」は論理和記号を表すものとする。図８に、当該変形例に係る制御部１４Ａ’を示す。 [Modification example]
In the above embodiment, the control unit 14A generates control signals (for example, phase shift synchronous rectification signals) of the switches Q1 to Q8 in each of the forward operation and the reverse operation, but the control signals to be generated are generated. You can reduce the number of. For example, if the control signals of the switches Q1 to Q4 during forward operation are sequentially A to D, the control signals during reverse operation can be switched between C, D, B, and A externally. The control signals of the switches Q5 and Q8 can be realized by the inverted signal × (D + A) of C during the forward operation, and can be realized by the inverted signal × (A + C) of B during the reverse operation. Further, the control signals of the switches Q6 and Q7 can be realized by the inverted signal × (B + C) of D during the forward operation, and can be realized by the inverted signal × (B + D) of A during the reverse operation. In addition, "x" represents a logical product symbol, and "+" represents a logical sum symbol. FIG. 8 shows the control unit 14A'related to the modified example.

制御部１４Ａ’は、スイッチＱ１〜Ｑ４の制御信号Ａ〜Ｄのみを出力するスイッチ制御部３１と、ゲート部３２と、ゲート部３２を制御するゲート制御部３３と、を備える。スイッチ制御部３１は、例えば、位相シフト制御専用ＩＣによって構成される。スイッチ制御部３１は、順方向動作時は入出力端Ｔ３の電圧に応じてシフト期間ＴＤを制御し、逆方向動作時は入出力端Ｔ１の電圧に応じてシフト期間ＴＤを制御する。 The control unit 14A'includes a switch control unit 31 that outputs only the control signals A to D of the switches Q1 to Q4, a gate unit 32, and a gate control unit 33 that controls the gate unit 32. The switch control unit 31 is composed of, for example, a phase shift control dedicated IC. The switch control unit 31 controls the shift period TD according to the voltage of the input / output end T3 during forward operation, and controls the shift period TD according to the voltage of the input / output end T1 during reverse operation.

ゲート部３２は、方向切換えスイッチＳＷ１〜ＳＷ６と、論理回路Ｌ１〜Ｌ４と、を備える。論理回路Ｌ１〜Ｌ４は、論理積回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４と、論理和回路ＯＲ１〜ＯＲ４と、否定回路ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４とで構成される。ゲート制御部３３は、順方向動作時において方向切換えスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の接点１と接点３を導通させ、逆方向動作時において方向切換えスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の接点２と接点３を導通させる。 The gate portion 32 includes direction changeover switches SW1 to SW6 and logic circuits L1 to L4. The logic circuits L1 to L4 are composed of a logical product circuit AND1 to AND4, a logical sum circuit OR1 to OR4, and a negative circuit NOT1 to NOT4. The gate control unit 33 conducts the contact 1 and the contact 3 of the direction changeover switches SW1 to SW6 during the forward operation, and conducts the contact 2 and the contact 3 of the direction changeover switches SW1 to SW6 during the reverse direction operation.

その結果、スイッチＱ１〜Ｑ４に対しては、順方向動作時においてデッドタイムが発生するように制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが供給される一方、逆方向動作時においてデッドタイムが発生するように制御信号Ｃ、Ｄ、Ｂ、Ａが供給される。スイッチＱ５、Ｑ８に対しては、順方向動作時において制御信号Ａ、ＤのＯＲ信号と制御信号Ｃの反転（ＮＯＴ）信号のＡＮＤ信号が方向切換えスイッチＳＷ５を介して供給される一方、逆方向動作時において制御信号Ａ、ＣのＯＲ信号と制御信号Ｂの反転（ＮＯＴ）信号のＡＮＤ信号が方向切換えスイッチＳＷ５を介して供給される。また、スイッチＱ６、Ｑ７に対しては、順方向動作時において制御信号Ｂ、ＣのＯＲ信号と制御信号Ｄの反転（ＮＯＴ）信号のＡＮＤ信号が方向切換えスイッチＳＷ６を介して供給される一方、逆方向動作時において制御信号Ｂ、ＤのＯＲ信号と制御信号Ａの反転（ＮＯＴ）信号のＡＮＤ信号が方向切換えスイッチＳＷ６を介して供給される。 As a result, the control signals A, B, C, and D are supplied to the switches Q1 to Q4 so that the dead time occurs during the forward operation, while the dead time occurs during the reverse operation. The control signals C, D, B, and A are supplied to. For switches Q5 and Q8, the AND signal of the OR signal of the control signals A and D and the inverted (NOT) signal of the control signal C is supplied via the direction changeover switch SW5 during forward operation, while in the reverse direction. During operation, the OR signal of the control signals A and C and the AND signal of the inverted (NOT) signal of the control signal B are supplied via the direction changeover switch SW5. Further, to the switches Q6 and Q7, the AND signal of the OR signal of the control signals B and C and the inversion (NOT) signal of the control signal D is supplied via the direction changeover switch SW6 during the forward operation. In the reverse direction operation, the AND signal of the OR signal of the control signals B and D and the inverted (NOT) signal of the control signal A is supplied via the direction changeover switch SW6.

上記実施形態において制御部１４Ａは、逆方向で起動する場合に、位相シフト量（シフト期間ＴＤ）を最小値から徐々に増加させるソフトスタート制御を行うよう構成できる。これにより、スイッチＱ１〜Ｑ８に過電流が流れることなく、出力電圧を徐々に立ち上げることができる。図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂ（図１０に示す逆方向電力変換動作時のスイッチ切換え制御）では、逆方向電力変換動作で起動すると位相シフト量が最大になり、過電流が発生し、場合によってはスイッチング素子の破壊に至るため、順方向電力変換動作で起動させ、入出力端Ｔ３の電圧が規定電圧に到達後、逆方向電力変換動作させる必要があるが、上記実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａでは、シフト期間ＴＤが蓄積期間（状態１、３）となるので、逆方向動作で起動することが可能となる。 In the above embodiment, the control unit 14A can be configured to perform soft start control that gradually increases the phase shift amount (shift period TD) from the minimum value when the control unit 14A is started in the opposite direction. As a result, the output voltage can be gradually increased without an overcurrent flowing through the switches Q1 to Q8. In the bidirectional isolated DC / DC converter 1B shown in FIG. 9 (switch switching control during the reverse power conversion operation shown in FIG. 10), the phase shift amount becomes maximum when started in the reverse power conversion operation, resulting in overcurrent. Since it occurs and in some cases leads to the destruction of the switching element, it is necessary to start it in the forward power conversion operation, and after the voltage of the input / output end T3 reaches the specified voltage, perform the reverse power conversion operation. In the bidirectionally insulated DC / DC converter 1A according to the above, since the shift period TD is the accumulation period (states 1 and 3), it is possible to start the converter in the reverse direction.

また、図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂでは、起動時に目標電圧よりも高い電圧が入出力端Ｔ３にかかった場合や、負荷変動や、温度変動等により出力電圧（入出力端Ｔ３の電圧）が不安定になった場合、順方向の位相シフト量（シフト期間ＴＤ）が小さい値になるため、逆方向電力変換動作時に大きな逆変換電圧が発生し、２次側フルブリッジ回路１２のダイオードＤ５〜Ｄ８にサージによる過電圧が印加されたり、スイッチＱ５〜Ｑ８に過電流が流れたりして、素子破壊に至ることがある。これに対して、上記実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａでは、上記のとおり逆方向で起動する場合にもソフトスタート制御を行うよう構成できるので、素子破壊に至ることなく逆方向で起動することができる。 Further, in the bidirectional isolated DC / DC converter 1B shown in FIG. 9, the output voltage (input / output end) is applied when a voltage higher than the target voltage is applied to the input / output terminal T3 at the time of starting, or due to load fluctuation, temperature fluctuation, or the like. When the voltage of T3) becomes unstable, the phase shift amount in the forward direction (shift period TD) becomes a small value, so that a large reverse conversion voltage is generated during the reverse power conversion operation, and the secondary side full bridge circuit. An overvoltage due to a surge may be applied to the diodes D5 to D8 of the twelve, or an overcurrent may flow through the switches Q5 to Q8, leading to element destruction. On the other hand, in the bidirectional isolated DC / DC converter 1A according to the above embodiment, since the soft start control can be performed even when the DC / DC converter 1A is started in the reverse direction as described above, the soft start control can be performed in the reverse direction without causing element destruction. Can be started with.

上記実施形態において制御部１４Ａは、逆方向動作時に、１次側の入出力端Ｔ１の電圧に応じてシフト期間ＴＤを制御しているが、１次側の入出力端Ｔ１の電流に応じてシフト期間ＴＤを制御してもよい。この場合、１次側の入出力端Ｔ１の電圧を検出するための電圧センサの代わりに、１次側の入出力端Ｔ１の電流を検出するための電流センサを用いる。 In the above embodiment, the control unit 14A controls the shift period TD according to the voltage of the input / output end T1 on the primary side during the reverse operation, but according to the current of the input / output end T1 on the primary side. The shift period TD may be controlled. In this case, instead of the voltage sensor for detecting the voltage at the input / output end T1 on the primary side, a current sensor for detecting the current at the input / output end T1 on the primary side is used.

上記実施形態において制御部１４Ａは、順方向動作時に、２次側の入出力端Ｔ３の電圧に応じてシフト期間ＴＤを制御しているが、２次側の入出力端Ｔ３の電流に応じてシフト期間ＴＤを制御してもよい。この場合、２次側の入出力端Ｔ３の電圧を検出するための電圧センサの代わりに、２次側の入出力端Ｔ３の電流を検出するための電流センサを用いる。 In the above embodiment, the control unit 14A controls the shift period TD according to the voltage of the input / output end T3 on the secondary side during forward operation, but according to the current of the input / output end T3 on the secondary side. The shift period TD may be controlled. In this case, instead of the voltage sensor for detecting the voltage at the input / output end T3 on the secondary side, a current sensor for detecting the current at the input / output end T3 on the secondary side is used.

本発明の制御部は、１次側フルブリッジ回路１１に対して位相シフト制御を行う一方、２次側フルブリッジ回路１２に対して同期整流制御を行い、逆方向動作時に、シフト期間ＴＤをＬＣ回路１３のチョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される蓄積期間をとし、１次側の入出力端Ｔ１の電圧または電流に応じてシフト期間ＴＤを制御するのであれば、適宜構成を変更することができる。また、位相シフト制御におけるスイッチングパターンおよび同期整流制御におけるスイッチングパターンは、適宜変更することができる。 The control unit of the present invention performs phase shift control on the primary side full bridge circuit 11, while performing synchronous rectification control on the secondary side full bridge circuit 12, and LCs the shift period TD during reverse operation. If the storage period in which energy is stored in the choke coil L2 of the circuit 13 is set and the shift period TD is controlled according to the voltage or current of the input / output end T1 on the primary side, the configuration can be appropriately changed. .. Further, the switching pattern in the phase shift control and the switching pattern in the synchronous rectification control can be changed as appropriate.

１Ａ双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１１次側フルブリッジ回路
１２２次側フルブリッジ回路
１３ＬＣ回路
１４Ａ、１４Ａ’ 制御部
３１スイッチ制御部
３２ゲート部
３３ゲート制御部 1A Bidirectional insulation type DC / DC converter 11 Primary side full bridge circuit 12 Secondary side full bridge circuit 13 LC circuit 14A, 14A'Control unit 31 Switch control unit 32 Gate unit 33 Gate control unit

Claims

１次側から２次側に電力を供給する順方向動作と、前記２次側から前記１次側に電力を供給する逆方向動作とを行う双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
１次巻線および２次巻線を有する絶縁トランスと、
前記１次側の入出力端と前記１次巻線との間に設けられた１次側フルブリッジ回路と、
前記２次巻線に接続された２次側フルブリッジ回路と、
前記２次側フルブリッジ回路と前記２次側の入出力端との間に設けられたＬＣ回路と、
前記逆方向動作および前記順方向動作のときに、前記１次側フルブリッジ回路に対して第１制御を行う一方、前記２次側フルブリッジ回路に対して第２制御を行う制御部と、
を備え、
前記第１制御は、位相シフト制御であり、
前記第２制御は、前記１次側フルブリッジ回路を構成するスイッチのオンに同期させて前記２次側フルブリッジ回路を構成するスイッチをオン／オフさせる制御であり、
前記１次側フルブリッジ回路は、第１レグおよび第２レグを有し、
前記１次側フルブリッジ回路を構成する前記スイッチは、前記第１レグの上アームを構成する第１スイッチと、前記第１レグの下アームを構成する第２スイッチと、前記第２レグの上アームを構成する第３スイッチと、前記第２レグの下アームを構成する第４スイッチとを含み、
前記制御部は、
前記逆方向動作において、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチがオンになっているか、または前記第２スイッチおよび前記第４スイッチがオンになっているシフト期間に、前記ＬＣ回路のチョークコイルにエネルギーが蓄積されるように、前記第１制御および前記第２制御を行うとともに、前記１次側の入出力端の電圧または電流に応じて前記シフト期間を制御する
ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。 A bidirectional isolated DC / DC converter that performs a forward operation that supplies power from the primary side to the secondary side and a reverse operation that supplies power from the secondary side to the primary side.
An isolation transformer with primary and secondary windings,
A primary side full bridge circuit provided between the primary side input / output end and the primary winding.
The secondary side full bridge circuit connected to the secondary winding and
An LC circuit provided between the secondary side full bridge circuit and the secondary side input / output end,
A control unit that performs the first control on the primary side full bridge circuit while performing the second control on the secondary side full bridge circuit during the reverse direction operation and the forward direction operation .
With
The first control is a phase shift control.
The second control is a control for turning on / off the switch constituting the secondary full bridge circuit in synchronization with the on of the switch constituting the primary full bridge circuit.
The primary side full bridge circuit has a first leg and a second leg.
The switches constituting the primary side full bridge circuit are the first switch forming the upper arm of the first leg, the second switch forming the lower arm of the first leg, and the upper part of the second leg. It includes a third switch that constitutes an arm and a fourth switch that constitutes the lower arm of the second leg.
The control unit
In the reverse operation , energy is applied to the choke coil of the LC circuit during a shift period in which the first switch and the third switch are turned on, or the second switch and the fourth switch are turned on. The bidirectional insulation type is characterized in that the first control and the second control are performed so that the above-mentioned is accumulated, and the shift period is controlled according to the voltage or current of the input / output end on the primary side. DC / DC converter.

前記２次側フルブリッジ回路は、第３レグおよび第４レグを有し、
前記制御部は、前記逆方向動作のときの前記シフト期間において、
前記第３レグの上アームを構成する第５スイッチ、前記第４レグの下アームを構成する第８スイッチ、前記第２スイッチおよび前記第４スイッチをオン状態にするか、または、
前記第３レグの下アームを構成する第６スイッチ、前記第４レグの上アームを構成する第７スイッチ、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオン状態にする
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。 The secondary full bridge circuit has a third leg and a fourth leg.
The control unit is in the shift period during the reverse operation .
Turn on or turn on the fifth switch that constitutes the upper arm of the third leg, the eighth switch that constitutes the lower arm of the fourth leg, the second switch, and the fourth switch.
1. The first aspect of the present invention is that the sixth switch constituting the lower arm of the third leg, the seventh switch constituting the upper arm of the fourth leg, the first switch and the third switch are turned on. The bidirectional isolated DC / DC converter described in 1.

前記制御部は、
前記逆方向動作で前記位相シフト制御を開始する場合、前記逆方向動作のときの前記シフト期間を最小値から徐々に増加させるソフトスタート制御を行った後に、前記逆方向動作のときの前記シフト期間を制御することにより前記１次側の入出力端の電圧または電流を所定の値に保つ
ことを特徴とする請求項１または２に記載の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。 The control unit
When the phase shift control is started in the reverse direction operation, the shift period in the reverse direction operation is performed after the soft start control for gradually increasing the shift period in the reverse direction operation from the minimum value is performed. The bidirectionally insulated DC / DC converter according to claim 1 or 2, wherein the voltage or current at the input / output end on the primary side is maintained at a predetermined value by controlling the above.