JP6909052B2 - 制御装置 - Google Patents

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Description

トランスの偏磁を抑制する制御装置に関する。
従来、トランスを介して一次側回路と二次側回路とを接続する電力変換装置が存在する。電力変換装置では、トランスに生じる、磁束が偏る偏磁が生じる場合がある。トランスの偏磁は、トランスに磁束を生じさせる電流である励磁電流の偏り量により推定することができる。
特許文献1に開示された電力変換システムでは、トランスの二次側コイルに電流検出素子が設けられており、この電流検出素子により検出された電流を、フィルタ回路を用いて平滑化する。そして、平滑化後の電流値から励磁電流の偏り量を示す偏磁量を推定している。
特開2016−192889号公報
特許文献1のように電流検出素子を用いて偏磁量を推定する場合、電流検出素子が検出した電流にオフセット誤差が重畳する場合がある。そのため、このオフセット誤差が偏磁量の推定精度を低下させる場合がある。オフセット誤差は、検出対象に実際に流れる電流値に対して電流検出素子の検出値が規定値だけずれる誤差のことである。偏磁量の推定精度が低下すると、トランスの偏磁を適正に抑制できないおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みたものであり、トランスの偏磁量を精度よく推定することで、偏磁を適正に抑制することができる制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、トランスと、第1スイッチ部及び第2スイッチ部のオン・オフを切り替えることで直流電流を交流電流に変換して前記トランスの一次側コイルに流す電流型の第1回路と、前記トランスの二次側コイルの交流電圧を直流電圧に変換する電圧型の第2回路と、前記第1回路又は前記第2回路に流れる電流を検出する電流センサと、を備える電力変換装置に適用される。制御装置は、前記第1スイッチ部が単独でオンする期間における前記電流センサの検出値を第1電流として取得する第1取得部と、前記第2スイッチ部が単独でオンする期間における前記電流センサの検出値を第2電流として取得する第2取得部と、を備えている。そして、前記第1電流と前記第2電流との差分に基づいて、前記トランスに流れる励磁電流の偏りを示す偏磁量を推定する推定部と、推定された前記偏磁量に基づいて、前記トランスの偏磁を抑制すべく、前記第1回路又は前記第2回路の駆動態様を変更する処理である抑制処理を行う抑制部と、を備える。
トランスに偏磁が生じている場合、第1入力スイッチ部と第2入力スイッチ部とが単独でオンする期間に第2回路に流れる電流は、偏磁の影響により値が変化している。また、電流センサの検出値に重畳される直流成分であるオフセット誤差は、電流の向きに関わらず一定である。そのため本発明では、第1入力側スイッチ部が単独でオンする期間における電流センサの検出値を第1電流として取得し、第2入力側スイッチ部が単独でオンする期間における電流センサの検出値を第2電流として取得する。そして、第1電流と第2電流との差分に基づいてトランスの偏磁量を推定することで、オフセット誤差が偏磁量の推定に及ぼす影響を抑制する。そして、推定した偏磁量に基づいて、トランスの偏磁を抑制すべく、第1回路又は第2回路の駆動態様を変更する処理である抑制処理を行うこととした。これにより、偏磁量を精度よく推定し、偏磁を適正に抑制することができる。
第1実施形態にかかる電力変換システムの構成図。 制御装置の機能を説明するブロック図。 DDCの動作を説明するシーケンス図。 励磁電流IMの波形を示す図。 抑制処理を説明するフローチャート。 第1電流IH1と第2電流IH2との取得時期を説明する図。 抑制処理を説明するシーケンス図。 制御装置の機能を説明するブロック図。 第2実施形態に係る抑制処理を説明するフローチャート。 第2実施形態に係る抑制処理を説明するシーケンス図。 第3実施形態に係る制御装置の機能を説明するブロック図。 第3実施形態に係る抑制処理を説明するフローチャート。 第3実施形態に係る抑制処理を説明するシーケンス図。 変形例としての抑制処理を説明するシーケンス図。 第4実施形態に係る、第1電流IH1と第2電流IH2との取得時期を説明する図。 第4実施形態において、図4のステップS12で実施される処理を説明するフローチャート。 変形例としての電力変換システムを説明する図。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る電力変換システム10の構成図である。電力変換システム10は、蓄電池100から供給される直流電圧を昇圧して、第1出力端子Tout1及び第2出力端子Tout2に接続された給電対象としての機器に電力を供給する。機器としては、例えば、車載機器や、蓄電池100以外の蓄電装置である。
電力変換システム10は、フィルタコンデンサ20と、DC/DCコンバータ90とを備えている。フィルタコンデンサ20は、蓄電池100のプラス端子とマイナス端子との間に並列に接続されている。
DC/DCコンバータ90は、第1回路40と、トランス30と、第2回路50とを備えている。第1回路40は、直流電流を交流電流に変換する電流型の変換回路である。また、第2回路50は、交流電圧を直流電圧に変換する電圧型の変換回路である。第1回路40と第2回路50とはトランス30を介して接続されており、第1回路40から第2回路50の向きで、蓄電池100の端子間電圧VBrを昇圧して出力電圧VHrを生成する。
本実施形態では、DC/DCコンバータ90が電力変換装置に相当する。以下では、DC/DCコンバータ90をDDC90と記載する。
トランス30は、一次側コイルである第1コイル31及び第2コイル32と、二次側コイルである第3コイル33とを備えている。トランス30の第1及び第2コイル31,32に電圧が印加されることで、トランス30には、磁束を生じさせる電流である励磁電流IMが流れる。励磁電流IMは第1〜第3コイル31〜33に鎖交磁束を生じさせることで、第3コイル33に二次巻線電圧Vtを生じさせる。励磁電流IMと二次巻線電圧Vtとの関係は下記式(1)により算出される。
Vt=Lm×(ΔIM/Δt) … (1)
Lmは、励磁インダクタンスLmであり、図1では、第3コイル33に並列接続される態様で励磁インダクタンスLmを示す。ΔIM/Δtは、励磁電流IMの時間変化を示す。
トランス30の第1及び第2コイル31,32には、第1回路40が接続されている。第1回路40は、第1及び第2低圧配線LL1,LL2と、リアクトル41と、第1スイッチQ1と、第2スイッチQ2とを備えている。
第1低圧配線LL1は、第1コイル31の第1端に接続され、第2低圧配線LL2は、第2コイル32の第1端に接続されている。第1低圧配線LL1の第1コイル31に接続される側と反対側には、第1入力端子Tin1が接続されている。この第1入力端子Tin1は、蓄電池100のプラス端子に接続されている。そして、第2低圧配線LL2の第2コイル32に接続される側と反対側は、第1低圧配線LL1に接続されている。第1低圧配線LL1における第2低圧配線LL2の接続点よりも第1入力端子Tin1側には、リアクトル41が直列接続されている。
第1及び第2スイッチQ1,Q2と、第1コイル31と, 第2コイル32とは、センタータップ型回路を構成している。第1スイッチQ1のドレインは第1コイル31の第2端に接続され、第2スイッチQ2のドレインは第2コイル32の第2端に接続されている。また、第1スイッチQ1のソースと第2スイッチQ2のソースとが第3低圧配線LL3に接続されている。第3低圧配線LL3は、蓄電池100のマイナス端子に接続された第2入力端子Tin2に接続されている。本実施形態では、第1及び第2スイッチQ1,Q2はMOS−FETによって構成されている。第1スイッチQ1が第1入力側スイッチ部に相当し、第2スイッチQ2が第2入力側スイッチ部に相当する。
第1スイッチQ1がオンすることで、蓄電池100と、リアクトル41と、第1コイル31とを含む閉回路が形成される。また、第2スイッチQ2がオンすることで、蓄電池100と、リアクトル41と、第2コイル32とを含む閉回路が形成される。
トランス30の第3コイル33には、第2回路50が接続されている。第2回路50は、第3スイッチQ3と、第4スイッチQ4と、第5スイッチQ5と、第6スイッチQ6と、第1高圧配線HL1と、第2高圧配線HL2と、平滑コンデンサ51とを備えている。
第3〜第6スイッチQ3〜Q6は、フルブリッジ回路を構成している。第3〜第6スイッチQ3〜Q6の内、第3スイッチQ3のソースと第5スイッチQ5のドレインとが直列接続されることで第1レグが形成されている。また、第4スイッチQ4のソースと第6スイッチQ6のドレインとが直列接続されることで第2レグが形成されている。第1レグ及び第2レグは、第1及び第2高圧配線HL1,HL2の間に並列接続されている。また、第3スイッチQ3と第5スイッチQ5との接続点は、第3コイル33の第1端に接続されており、第4スイッチQ4と第6スイッチQ6との接続点は、第3コイル33の第2端に接続されている。
本実施形態では、第3〜第6スイッチQ3〜Q6はMOS−FETによって構成されている。また、第3〜第6スイッチQ3〜Q6のドレインとソース間には、還流ダイオードD1〜D4がそれぞれ接続されている。第3及び第6スイッチQ3,Q6が第1出力側スイッチ部に相当し、第4及び第5スイッチQ4,Q5が第2出力側スイッチ部に相当する。
第1高圧配線HL1は、第3及び第4スイッチQ3,Q4が接続される側と反対側で第1出力端子Tout1に接続されている。また、第2高圧配線HL2は、第5及び第6スイッチQ5,Q6が接続される側と反対側で第2出力端子Tout2に接続されている。また、平滑コンデンサ51は、第3〜第6スイッチQ3〜Q6よりも出力側で、第1高圧配線HL1と第2高圧配線HL2とに並列接続されている。
電力変換システム10は、制御装置60を備えている。制御装置60は、周知のマイクロコンピュータにより構成されており、第1回路40及び第2回路50が備える各スイッチQ1〜Q6のオン・オフを制御する。なお、制御装置60は、例えば、複数の機能ブロックを備える集積回路により構成されていればよい。制御装置60の各機能については後述する。
電力変換システム10は、入力電圧センサ11、出力電圧センサ12、第1電流センサ13、及び第2電流センサ14を備えている。入力電圧センサ11は、第1入力端子Tin1と蓄電池100のプラス端子とを接続するプラス側配線Lpと、第2入力端子Tin2と蓄電池100のマイナス端子とを接続するマイナス側配線Lnとの間に接続されており、蓄電池100の端子間電圧VBrを検出する。出力電圧センサ12は、第1出力端子Tout1と第2出力端子Tout2との間に並列接続されており、平滑コンデンサ51の端子間電圧を出力電圧VHrとして検出する。
第1電流センサ13は、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2に流れる電流を一次側電流ILとして検出する。本実施形態では、第1電流センサ13は、第1回路40において、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2それぞれのソースと第2入力端子Tin2とを接続する第3低圧配線LL3に設けられている。第2電流センサ14は、第3〜第6スイッチQ3〜Q6に流れる電流を二次側電流IHとして検出する。本実施形態では、第2電流センサ14は、第2回路50において、第3〜第6スイッチQ3〜Q6により構成されたフルブリッジ回路よりも第1出力端子Tout1側の第1高圧配線HL1に設けられている。入力電圧センサ11、出力電圧センサ12、第1電流センサ13、及び第2電流センサ14の検出値VBr、VHr、IL,IHは制御装置60に入力される。
次に、制御装置60の機能を説明する。図2は、制御装置60の機能を説明するブロック図である。制御装置60は、第1及び第2スイッチQ1,Q2のオン期間を設定する一次側設定部65を備えている。
図2に示すように、一次側設定部65は、主として、定電圧制御部61と、定電流制御部62と、最小値選択部63と、平均電流モード制御部64とを備えている。
定電圧制御部61は、出力電圧VHrを出力電圧指令値VH*にフィードバック制御すべく定電圧制御を実施する。本実施形態では、定電圧制御部61は、出力電圧VHrを出力電圧指令値VH*にフィードバック制御するための操作量として、DDC90の出力電流の目標値である目標電流値Iref1を算出する。
定電流制御部62は、上限電流値Iref2を算出する。上限電流値Iref2はDDC90の定格電流に応じて設定されている。例えば、トランス30の巻数比、リアクトル41に流れるリプル電流などを考慮し、上限電流値Iref2が定められている。
最小値選択部63は、定電圧制御部61から出力される目標電流値Iref1と、定電流制御部62から出力される上限電流値Iref2とを比較し、いずれか小さい方の値を指令電流値Iref3として出力する。
平均電流モード制御部64は、二次側電流IHを指令電流値Iref3に制御すべく、平均電流モード制御により第1及び第2スイッチQ1,Q2のオン期間を設定する。例えば、平均電流モード制御部64は、指令電流値Iref3と、二次側電流IHとの偏差を算出し、この偏差が0となるよう第1及び第2スイッチQ1,Q2のオン期間を定める第1駆動指令値Dcc1及び第2駆動指令値Dcc2を算出する。第1駆動指令値Dcc1は、第1スイッチQ1の1スイッチング周期Tswにおけるオン期間を定める指令値である。第2駆動指令値Dcc2は、第2スイッチQ2の1スイッチング周期Tswにおけるオン期間を定める指令値である。本実施形態では、第1駆動指令値Dcc1は、第2駆動指令値Dcc2よりも半周期分(=Tsw/2)だけ位相がずれている。
制御装置60は、トランス30の偏磁を抑制する抑制処理を実施する。制御装置60は、抑制処理を実施するために、第1取得部71と、第2取得部72と、推定部73と、抑制部74とを備えている。各部71〜74の機能については後述する。
次に、DDC90の動作を説明する。図3は、DDC90の動作を説明するシーケンス図である。図3(a)は、二次側電流IHの推移を示す。図3(b)は、第1スイッチQ1の駆動状態の推移を示し、図3(c)は、第2スイッチQ2の駆動状態の推移を示す。図3(d)は、二次巻線電圧Vtの推移を示す。図3(d)では、二次巻線電圧Vtの最大値をE+として示し、最小値をE−として示している。図3(e)は、第3及び第6スイッチQ3、Q6の駆動状態の推移を示す。図3(f)は、第4及び第5スイッチQ4、Q5の駆動状態の推移を示す。
DDC90は、Aモード、Bモード、Cモード,Bモードの順序で、動作モードが変化する。Bモードでは、第1及び第2スイッチQ1,Q2が共にオンすることで、トランス30の第3コイル33に二次巻線電圧Vtを生じさせない。Aモードは、第1スイッチQ1のみが単独でオンすることで、第3コイル33にプラスの二次巻線電圧Vtを生じさせる。Cモードでは、第2スイッチQ2のみが単独でオンすることで、第3コイル33にマイナスの二次巻線電圧Vtを生じさせる。なお、A,B,Cモードでは、第3〜第6スイッチQ3〜Q6がオフする。
本実施形態では、第1スイッチQ1の1スイッチング周期と、第2スイッチQ2の1スイッチング周期とが同じ周期Tswに設定されている。また、第1スイッチQ1がオンする期間の開始タイミングと、第2スイッチQ2がオンする期間の開始タイミングとが1スイッチング周期Tswの1/2だけずらされている。
Bモードでは、第1及び第2スイッチQ1,Q2が共にオンすることで、第1コイル31及び第2コイル32を含む閉回路が形成され、第1及び第2コイル31,32の電位差がなくなる。そのため、第3コイル33に二次巻線電圧Vtが生じず、第2回路50には二次側電流IHが流れない。また、Bモードでは、リアクトル41に流れる電流が増大し、リアクトル41に磁気エネルギがチャージされる。
BモードからAモードへ移行することで、第1及び第2スイッチQ1,Q2が共にオンする状態から第1スイッチQ1のみが単独でオンする状態となる。そのため、第1コイル31を含む閉回路に電流が流れ、第1コイル31に電圧が印加される。また、リアクトル41にチャージされた電流が第1コイル31に流れることで、第1コイル31に印加される電圧は端子間電圧VBrとリアクトル41に生じる電圧の和となる。そのため、第3コイル33に二次巻線電圧Vtを生じさせ、第2回路50に二次側電流IHが流れる。Aモードでは、第3コイル33にはプラスの二次巻線電圧Vtが生じる。
AモードからBモードへ移行することで、第1及び第2スイッチQ1,Q2が共にオンし、第1コイル31と第2コイル32との電位差がなくなる。そのため、二次巻線電圧Vtは生じず、第2回路50には、二次側電流IHが流れない。また、リアクトル41に磁気エネルギがチャージされる。
BモードからCモードへ移行することで、第1及び第2スイッチQ1,Q2が共にオンする状態から、第2スイッチQ2のみが単独でオンする状態となる。そのため、第2コイル32を含む閉回路に電流が流れる。このCモードにおいても、第2コイル32に印加される電圧は、端子間電圧VBrとリアクトル41に生じる電圧の和となる。そのため、第3コイル33に二次巻線電圧Vtを生じさせ、第2回路50に二次側電流IHが流れる。また、Cモードでは、第2コイル32に印加される電圧の向きは、Aモードでの第1コイル31に印加される電圧と反対となるため、第3コイル33にはマイナスの二次巻線電圧Vtが生じる。
図3で示すDDC90の動作において、第1及び第2スイッチQ1,Q2のオン期間は、トランス30の磁束が飽和しないようその値が定められている。具体的には、第1及び第2スイッチQ1,Q2の1スイッチング周期Tswでのトランス30のET積の収支が下記式(2)に示す関係となるように、第1及び第2スイッチQ1,Q2のオン期間が定められている。ET積は、トランス30の一次側から二次側を通過する電圧の電圧時間積を示し、本実施形態では、二次巻線電圧Vtと、この二次巻線電圧Vtが印加される時間の積により算出される。
ΣET=ET1+ET2+ET3+ET4=0 … (2)
ET1は、Aモードでの二次巻線電圧Vtと第1スイッチQ1が単独でオンする期間との積を示す。ET3は、Cモードでの二次巻線電圧Vtと第2スイッチQ2が単独でオンする期間との積を示す。なお、ET2,ET4はBモードでのET積を示し、理想的には、二次巻線電圧Vtが0となるため、0となる。
トランス30に偏磁が生じている場合、二次巻線電圧Vtがプラス側又はマイナス側へ偏ることで、ET積の収支が0とならなくなる。トランス30の偏磁は、励磁電流IMの波形となって表れる。図4は、励磁電流IMの波形を示す図である。図4(a)は、偏磁が生じていない場合の励磁電流IMを示す。図4(b)は、偏磁が生じている場合の励磁電流IMを示す。なお、本実施形態では、励磁電流IMは、第3,第5スイッチQ3,Q5の接続点から第4,第6スイッチQ4,Q6の接続点の向きで流れる場合をプラスとする。また、励磁電流IMは、第4,第6スイッチQ4,Q6の接続点から第3,第5スイッチQ3,Q5の接続点の向きで流れる場合をマイナスとする。
励磁電流IMは、プラスの二次巻線電圧Vtが生じるAモードにおいて増加した後、磁束密度が変化しないBモードにおいて一定となる。そして、励磁電流IMは、マイナスの二次巻線電圧Vtが生じるCモードにおいて減少する。ここで、トランス30に偏磁が生じていない場合、励磁電流IMの平均値を示すAveIMが0となる。一方、トランス30に偏磁が生じている場合、励磁電流IMの平均値AveIMがプラス側又はマイナス側に偏る。図4(b)では、励磁電流IMの平均値AveIMがプラス側に偏っている。以下では、トランス30に偏磁が生じない場合の励磁電流IMの平均値とトランス30に励磁が生じる場合の励磁電流IMの平均値との差をトランス30の偏磁量を示す偏磁電流Ibcとする。なお、本実施形態では、偏磁電流Ibcは、第3,第5スイッチQ3,Q5の接続点から第4,第6スイッチQ4,Q6の接続点の向きで流れる場合をプラスとする。また、偏磁電流Ibcは、第4,第6スイッチQ4,Q6の接続点から第3,第5スイッチQ3,Q5の接続点の向きで流れる場合をマイナスとする。
二次巻線電圧VtのプラスのET積(図3では、ET1+ET2)がマイナスのET積(図3では、ET3+ET4)よりも大きい場合、偏磁電流Ibcはプラスとなる。一方、二次巻線電圧VtのプラスのET積がマイナスのET積よりも小さい場合、偏磁電流Ibcはマイナスとなる。そのため、偏磁電流Ibcを推定することで、トランス30の偏磁度合いを求めることができる。
次に、図2に戻り、制御装置60の内、第1取得部71と、第2取得部72と、推定部73と、抑制部74との各機能を説明する。第1取得部71は、Aモードでの二次側電流IHを第1電流IH1として取得する。また、第2取得部72は、Cモードでの二次側電流IHを第2電流IH2として取得する。
トランス30の一次側と二次側の起磁力が同じであると仮定すると、第1及び第2電流IH1,IH2は、下記式(3),(4)により示される。
IH1=(IH1tr+DC)=IL/N−Ibc … (3)
IH2=(IH2tr+DC)=IL/N+Ibc … (4)
DCはオフセット誤差を示す。IH1trはオフセット誤差DCがないと仮定した場合の第1電流IH1を示し、IH2trはオフセット誤差DCがあると仮定した場合の第2電流IH2を示す。Nはトランス30の巻数比であり、二次側の巻数を分子とし、一次側の巻数を分母とする値である。
上記式(3),(4)に示すように、第1及び第2電流IH1,IH2にはオフセット誤差DCが重畳している。このオフセット誤差DCは、電流の向きに関わらず一定の値となる。そのため、オフセット誤差DCを相殺できるよう第1及び第2電流IH1,IH2を取得し、取得した第1及び第2電流IH1,IH2の差分を算出することで、オフセット誤差DCを相殺しつつ、偏磁電流Ibcを推定することができる。
推定部73は、第1電流IH1と第2電流IH2とに基づいて、偏磁電流Ibcを算出する。詳しくは、下式(5)に基づいて偏磁電流Ibcを算出する。
Ibc=(IH2−IH1)/2 … (5)
第1電流IH1が第2電流IH2よりも大きい場合、偏磁電流Ibcは、マイナスとなり、トランス30のET積の収支がマイナス側に偏っていることを示す。一方、第2電流IH2が第1電流IH1よりも大きい場合、偏磁電流Ibcは、プラスとなり、トランス30のET積の収支がプラス側に偏っていることを示す。
抑制部74は、推定部73で算出された偏差に基づいて、トランス30の偏磁を抑制すべく第1回路40の動作を制御する抑制処理を実施する。本実施形態では、抑制部74は、推定した偏磁電流Ibcに基づいて、トランス30のET積の収支が0となるように、第1及び第2スイッチQ1,Q2のオン期間を調整する。
抑制部74は、負帰還用除算器101と、PI制御部102と、リミッタ103と、加算器104と、除算器105とを備えている。負帰還用除算器101は、偏磁電流Ibcの目標値から偏磁電流Ibcを引いた値をPI制御部102に出力する。PI制御部102は、負帰還用除算器101の出力値を0にフィードバック制御するための操作量として、第1補正値Dbias1を算出する。第1補正値Dbias1は、トランス30のET積の収支が0となるように、第1及び第2駆動指令値Dcc1,Dcc2のオン期間を調整するものである。
本実施形態では、偏磁電流Ibcがプラスである場合、PI制御部102からは、マイナスの第1補正値Dbiasが出力される。また、偏磁電流Ibcがマイナスである場合、PI制御部102からは、プラスの第1補正値Dbias1が出力される。
リミッタ103は、PI制御部102から出力された第1補正値Dbias1をその上限値又は下限値で制限する。加算器104は、第1駆動指令値Dcc1に第1補正値Dbias1を加算することで、第1スイッチQ1のオン期間を定める第1デューティ指令値Duty1を設定する。また、除算器105は、第2駆動指令値Dcc2から第1補正値Dbias1を除算することで、第2スイッチQ2のオン期間を定める第2デューティ指令値Duty2を設定する。
次に、制御装置60により実施される抑制処理を説明する。図5は、抑制処理を説明するフローチャートである。図5に示す処理は、制御装置60により所定周期毎に繰り返し実施される。
ステップS11では、第1電流IH1を取得する。本実施形態では、Aモードにおいて第2スイッチQ2がターンオフしてから所定期間経過したタイミングで第2電流センサ14により検出された電流値を第1電流IH1として取得する。Aモードにおいて、第2スイッチQ2がターンオフしてから第1電流IH1が取得されるまでの期間を第1取得時期Taq1と記載する。ステップS11が第1取得部に相当する。
ステップS12では、第2電流IH2を取得する。本実施形態では、Cモードにおいて第1スイッチQ1がターンオフしてから所定期間経過したタイミングで第2電流センサ14により検出された電流値を第2電流IH2として取得する。Cモードにおいて、第1スイッチQ1がターンオフしてから第2電流IH2が取得されるまでの期間を第2取得時期Taq2と記載する。ステップS12が第2取得部に相当する。
図6は、第1及び第2取得時期Taq1,Taq2を説明する図である。図6では、実際に第2電流センサ14により検出された第1及び第2電流IH1,IH2を実線で示している。また、偏磁電流Ibcが重畳していないと仮定した場合の理想的な第1及び第2電流IH1tr,IH2trを破線で示している。
第1回路40が備えるリアクトル41により、第1電流IH1と第2電流IH2とには時間変化が生じる。そのため、理想的な第1電流IH1tr及び第2電流IH2trが同じ値である時期で第1及び第2電流IH1,IH2を取得しないと、第1電流IH1と第2電流IH2との差分に偏磁電流Ibc以外の値が含まれてしまう。本実施形態では、第1電流IH1の取得タイミングと、第2電流IH2の取得タイミングとが1スイッチング周期の1/2だけずらされている。
BモードからAモードへ移行する際、第2スイッチQ2がターンオフすることで、二次側電流IHにノイズが重畳する。また、BモードからCモードへ移行する際、第1スイッチQ1がターンオフすることで、二次側電流IHにノイズが重畳する。そこで、第1及び第2取得時期Taq1,Taq2は、第1スイッチQ1又は第2スイッチQ2がターンオフしてから第1及び第2電流IH1,IH2にノイズが重畳する期間を避けた時期に定められている。
ステップS13では、ステップS11で取得した第1電流IH1とステップS12で取得した第2電流IH2との差分により、偏磁電流Ibcを推定する。本実施形態では、上記式(5)を用いて、偏磁電流Ibcを推定する。ステップS13が推定部に相当する。
ステップS14では、ステップS13で推定した偏磁電流Ibcに応じて、第1補正値Dbias1を算出する。本実施形態では、ステップS13で推定した偏磁電流IbcをPI制御部102に入力することで、PI制御部102の出力を第1補正値Dbias1として設定する。PI制御部102から出力された第1補正値Dbias1は、リミッタ103に入力され、上限値及び下限値が制限されて出力される。
ステップS15では、第1及び第2駆動指令値Dcc1,Dcc2を算出する。ステップS16では、ステップS15で算出した第1及び第2駆動指令値Dcc1,Dcc2で定められるオン期間を、ステップS14で算出した第1補正値Dbias1で調整する。そして調整した値を、第1スイッチQ1の第1デューティ指令値Duty1として設定する。本実施形態では、図4で示したように、第1駆動指令値Dcc1と第1補正値Dbias1とを加算器104に入力し、加算器104の出力値を第1デューティ指令値Duty1に設定する。
ステップS17では、第2駆動指令値Dcc2により定められるオン期間を、第1補正値Dbias1で調整する。そして調整した値を、第2スイッチQ2の第2デューティ指令値Duty2として設定する。本実施形態では、図4で示したように、第2駆動指令値Dcc2と第1補正値Dbias1とを除算器105に入力し、除算器105の出力値を第2デューティ指令値Duty2として設定する。
ステップS18では、第3スイッチQ3のオン期間を定める第3デューティ指令値Duty3、及び第6スイッチQ6のオン期間を定める第6デューティ指令値Duty6を設定する。また、ステップS19では、第4スイッチQ4のオン期間を定める第4デューティ指令値Duty4、及び第5スイッチQ5のオン期間を定める第5デューティ指令値Duty5を設定する。本実施形態では、第3〜第5デューティ指令値Duty3〜Duty5が0とされる。このため、第3〜第5スイッチQ3〜Q5はオフ状態に維持される。
ステップS20では、設定した第1〜第6デューティ指令値Duty1〜6により、第1〜第6スイッチQ1〜Q6を駆動する。このとき、ステップS16,S17でオン期間を調整した第1及び第2デューティ指令値Duty1,Duty2により、第1及び第2スイッチQ1,Q2を駆動する。ステップS14〜S20が抑制部に相当する。
次に、ステップS20の処理によりトランス30の偏磁が抑制される作用を、図7のシーケンス図を用いて説明する。なお図7(a)〜図7(f)は、先の図3(a)〜図3(f)に対応している。
図7では、偏磁電流Ibcがマイナスである場合を例示している。図7(a)では、偏磁が生じていないと仮定した場合の二次側電流IHを点線で示し、実際の二次側電流IHを実線で示している。偏磁電流Ibcがマイナスであるため、Aモードでの二次側電流IHがCモードでの二次側電流IHよりも大きくなっている。
偏磁電流Ibcがマイナスの値として推定されることで、第1補正値Dbias1がプラスの値となる。その結果、第1駆動指令値Dcc1により設定されたオン期間よりも、第1補正値Dbias1に応じた期間TB1だけ増加したオン期間に渡って、第1スイッチQ1がオンされる。また、第2駆動指令値Dcc2により設定されたオン期間よりも、第1補正値Dbias1に応じた期間TB1だけ減少したオン期間に渡って、第2スイッチQ2がオンされる。そのため、第1スイッチQ1が単独でオンするAモードの期間が増加し、第2スイッチQ2が単独でオンするCモードの期間が減少することで、トランス30における二次巻線電圧Vtの平均値AveVtを増加させる。その結果、トランス30のプラスのET積が増加し、マイナスのET積が減少することで、ET積の収支が改善され、偏磁が抑制される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
・制御装置60は、第1電流IH1と第2電流IH2との差分により、偏磁電流Ibcを推定することで、オフセット誤差DCを相殺する。そして、推定した偏磁電流Ibcに基づいて、トランス30の偏磁を抑制するように、第1回路40の駆動態様を制御することとした。この場合、第1及び第2電流IH1,IH2に重畳するオフセット誤差DCを相殺することができるため、偏磁電流Ibcの推定精度を高めることができる。その結果、トランス30の偏磁を適正に抑制することができる。
・トランス30を通過する電圧の電圧時間積を示すET積を調整することで、トランス30の磁束の偏り調整することができる。この点、制御装置60は、抑制処理として、推定された偏磁電流Ibcに基づいて、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2のうち少なくとも一方のオン期間を調整する処理を行う。この場合、第1スイッチQ1と第2スイッチQ2とのオン期間を用いた既存の構成を流用して、トランス30の偏磁を抑制することができる。
・制御装置60は、第2回路50に流れる電流が所定値となるよう第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2のオン期間を設定する平均電流モード制御を実施する。そして、制御装置60は、推定した偏磁電流Ibcに基づいて平均電流モード制御により設定したオン期間を調整する。これにより、第1及び第2スイッチQ1,Q2のオン期間を平均電流モード制御により定める場合においても、トランス30の偏磁を抑制することができる。
・第1及び第2スイッチQ1,Q2が単独でオンしてから所定期間では、二次側電流IHにはノイズが重畳する。第1及び第2電流IH1,IH2にノイズが重畳すると、偏磁電流Ibcの推定精度を低下させるため望ましくない。この点、制御装置60は、Aモード又はCモードにおいて、第1又は第2スイッチQ1,Q2のターンオフ単独オンから第1及び第2取得時期Taq1,Taq2の経過後のタイミングで第1及び第2電流IH1,IH2を取得することとした。この場合、ノイズに起因した偏磁電流Ibcの推定精度の低下を防止することができる。
・トランス30を介して昇圧動作を行う構成では、第2回路50に流れる二次側電流IHは、第1回路40に流れる一次側電流ILよりも小さくなる。この点、制御装置60は、第2回路50に設けられた第2電流センサ14の検出結果を、第1電流IH1及び第2電流IH2として取得することとした。この場合、第2電流センサ14の定格電流を小さくすることで体格を小さくすることができ、ひいてはDDC90の体格を小さくすることができる。
・第1取得部71による第1電流IH1の取得タイミングと、第2取得部72による第2電流IH2の取得タイミングとを1スイッチング周期Tswの1/2だけずらした。この場合、第1電流IH1と第2電流IH2との差分に基づいて算出される偏磁電流Ibcの推定精度を高めることができる。
(第1実施形態の変形例)
図2の推定部73は、第1電流IH1と第2電流IH2との偏差を算出して出力してもよい。この場合、PI制御部102は、算出された偏差を0にフィードバック制御するための操作量として、第1補正値Dbias1を算出すればよい。
(第2実施形態)
第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
第2実施形態では、制御装置60は、第1回路40に流れる一次側電流ILのピーク値に基づいて、第1及び第2スイッチQ1,Q2のオフタイミングを設定するピーク電流モード制御を実施する。
図8は、制御装置60の機能の内、ピーク電流モード制御に係る機能を説明する機能ブロック図である。図8において、一次側設定部65は、第1スイッチQ1の第1駆動指令値Dcc1を設定する第1ピーク電流モード制御部67と、第2スイッチQ2の第2駆動指令値Dcc2を設定する第2ピーク電流モード制御部68とを備えている。
第1ピーク電流モード制御部67は、DA変換器341と、コンパレータ342と、加算器343と、RSフリップフロップ347と、Duty制限部348とを備えている。まず、最小値選択部63により選択された指令電流値Iref3は、DA変換器341に入力される。DA変換器341は、入力された指令電流値Iref3をデジタル値からアナログ値に変換する。アナログ値に変換された指令電流値Iref3は、コンパレータ342の反転入力端子に入力される。加算器343は、一次側電流ILとスロープ補償信号Slopeとを加算し、補償後スイッチ電流として出力する。加算器343の出力信号は、コンパレータ342の非反転入力端子に入力される。なお、スロープ補償信号は、リアクトル41に流れる電流の変動に伴う発振を抑制するものである。
本実施形態では、指令電流値Iref3を一次側電流ILのピーク値として用いている。具体的には、コンパレータ342は、指令電流値Iref3と補償後スイッチ電流とを比較し、補償後スイッチ電流が指令電流値Iref3より小さい期間において、ロー状態の信号をRSフリップフロップ347のR端子に入力する。また、コンパレータ342は、補償後スイッチ電流が指令電流値Iref3より大きい期間において、ハイ状態の信号をRSフリップフロップ347のR端子に入力する。更に、RSフリップフロップ347のS端子には、クロック信号が入力される。RSフリップフロップ347の出力は、Duty制限部348によってデューティの上限を設定された上で、第1駆動指令値Dcc1として出力される。
第2ピーク電流モード制御部68は、第1ピーク電流モード制御部67と同様、DA変換器341と、コンパレータ342と、加算器343と、RSフリップフロップ347と、Duty制限部348とを備えている。第2ピーク電流モード制御部68のRSフリップフロップ347の出力は、Duty制限部348によってデューティの上限値を設定された上で、第2駆動指令値Dcc2として出力される。
制御装置60により実施されるピーク電流モード制御では、一次側電流ILがピーク値である指令電流値Iref3を超えないように第1及び第2駆動指令値Dcc1,Dcc2のオン期間が設定される。そのため、ピーク電流モード制御は、DDC90の出力側に接続された給電対象の負荷が変動する場合でも、第1回路40に流れる過電流の抑制に有効となる。そのため、ピーク電流モード制御では、DDC90の定格電流の増加を抑制でき、ひいてはDDC90の体格の増加を抑制できる。
本実施形態では、抑制部74は、第1及び第2ピーク電流モード制御部67,68により設定されたオフタイミングを遅延補正することにより、オン期間を調整するDelay部75を備えている。Delay部75は、偏磁電流Ibcに基づいて算出される第2補正値Dbias2(遅延補正量に相当)の正負(符号)の向きに基づいて、第1スイッチQ1又は第2スイッチQ2のいずれかのオフタイミングを遅延補正する。Delay部75は、第2補正値Dbias2がプラスである場合、第1及び第2駆動指令値Dcc1,Dcc2の内、第1駆動指令値Dcc1により定められるオフタイミングを遅延補正する。また、Delay部75は、第2補正値Dbias2がマイナスである場合、第1及び第2駆動指令値Dcc1,Dcc2の内、第2駆動指令値Dcc2により定められるオフタイミングを遅延補正する。
次に、第2実施形態に係る抑制処理を、図9を用いて説明する。図9に示す処理は、制御装置60により所定周期毎に繰り返し実施される。なお図9において、先の図5に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。
ステップS31では、ステップS13で推定した偏磁電流Ibcに基づいて、第1及び第2スイッチQ1,Q2のオフタイミングの遅延時間を規定する第2補正値Dbias2を算出する。本実施形態では、PI制御部102により、第2補正値Dbias2を算出する。
ステップS32では、ステップS31で算出した第2補正値Dbias2の符号を判定する。第2補正値Dbias2がプラスであれば、ステップS33に進む。ステップS33では、第1駆動指令値Dcc1により定められるオン期間のオフタイミングを第2補正値Dbias2だけ遅延補正した値を、第1デューティ指令値Duty1として設定する。ステップS34では、第2駆動指令値Dcc2をそのまま第2デューティ指令値Duty2として設定する。
第2補正値Dbias2がマイナスであれば、ステップS35に進む。ステップS35では、第2駆動指令値Dcc2により定められるオン期間のオフタイミングを第2補正値Dbias2だけ遅延補正した値を第2デューティ指令値Duty2として設定する。ステップS36では、第1駆動指令値Dcc1をそのまま第1デューティ指令値Duty1として設定する。
ステップS20では、第1〜第6スイッチQ1〜Q6を駆動する。このとき、ステップS33,S34又はステップS35,S36で設定した第1及び第2デューティ指令値Duty1,Duty2により、第1及び第2スイッチQ1,Q2を駆動する。そして、ステップS20の処理が終了すると、図8に示す処理を一旦終了する。
次に、ステップS20の処理によるトランス30の偏磁抑制効果を、図10のシーケンス図を用いて説明する。図10(a)は、二次側電流IHの推移を示す。図10(b)は、一次側電流ILの推移を示す。図10(c)は、第1スイッチQ1の駆動状態の推移を示し、図10(d)は第2スイッチQ2の駆動状態の推移を示す。図10(e)は、二次巻線電圧Vtの推移を示す。図10(f)は、第3及び第6スイッチQ3、Q6の駆動状態の推移を示す。図10(g)は、第4及び第5スイッチQ4、Q5の駆動状態の推移を示す。なお、説明を容易にするため、一次側電流ILを、増加と減少とを所定周期で繰り返す波形としている。
図10では、偏磁電流Ibcがマイナスである場合を例示している。図10(a)では、偏磁が生じていないと仮定した場合の二次側電流IHを破線で示し、実際の二次側電流IHを実線で示している。偏磁電流Ibcがマイナスであるため、Aモードでの二次側電流IHがCモードでの二次側電流IHよりも大きくなっている。
偏磁電流Ibcがマイナスの値として推定されることで、第2補正値Dbias2がプラスの値となる。そのため、制御装置60は、第2補正値Dbias2により、第1スイッチQ1のオフタイミングを遅延させる。図10(c)では、第1スイッチQ1のオフタイミングは、一次側電流ILとスロープ補償信号Slopeとの加算結果である補償後スイッチ電流が、指令電流値Iref3に到達したタイミングよりも第2補正値Dbias2だけ遅延している。一方で、第2スイッチQ2のオフタイミングは、一次側電流ILとスロープ補償信号Slopeとの加算結果である補償後スイッチ電流が、指令電流値Iref3に到達したタイミングとなっている。
第1スイッチQ1のオフタイミングの遅延により、Cモードの期間が減少する。そのため、第2スイッチQ2が単独でオンする期間が減少し、二次巻線電圧Vtの平均値AveVtをプラス側に増加させる。その結果、トランス30のマイナスのET積が減少することで、ET積の収支が改善され、ひいては偏磁が抑制される。
上記構成により、本実施形態に係る電力変換システム10は、以下の効果を奏する。
・制御装置60は、第1回路40に流れる電流が所定上限値を超えないように第1及び第2スイッチQ1,Q2のオフタイミングを設定するピーク電流モード制御を実施する。また、制御装置60は、推定した偏磁電流Ibcに基づいて、第1及び第2スイッチQ1,Q2のオフタイミングを遅延補正することにより、オン期間を調整する。この場合、制御装置60による抑制処理とピーク電流モード制御とを併存させることで、ピーク電流モード制御によるDDC90の体格の抑制効果と、抑制処理によるトランス30の体格の抑制効果とを得ることができる。
・制御装置60は、推定された偏磁電流Ibcに基づく第2補正値Dbias2の正負に応じて、第1スイッチQ1のオフタイミング、又は第2スイッチQ2のオフタイミングのいずれかを遅延補正する。上記構成により、第1及び第2スイッチQ1,Q2のいずれかのオフタイミングのみを変更すればよいため、抑制処理に要する時間を短くすることができる。
(第3実施形態)
この第3実施形態では、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
第3実施形態では、第2回路50の第3〜第6スイッチQ3〜Q6のオン期間を変更することで、トランス30のVT積を調整し、偏磁を抑制する。
Aモードにおいて、第3及び第6スイッチQ3,Q6を共にオフさせた場合、第3コイル33に生じる二次巻線電圧Vtは、下記式(6)により算出される。
Vt(Aoff)=VHr+Vf1+Vf4 … (6)
Vt(Aoff)は、Aモードにおいて、第3及び第6スイッチQ3,Q6を共にオフさせた場合の二次巻線電圧Vtである。Vf1,Vf4は、第1及び第4還流ダイオードD1,D4の順方向電圧である。
Aモードにおいて、第3及び第6スイッチQ3,Q6を共にオンさせた場合、二次巻線電圧Vtは、下記式(7)により算出される。
Vt(Aon)=VHr+Vrom3+Vrom6 … (7)
Vt(Aon)は、Aモードにおいて、第3及び第6スイッチQ3,Q6を共にオンさせた場合の二次巻線電圧Vtである。Vrom3,Vrom6は、第3及び第6スイッチQ3,Q6に電流が流れる場合のオン抵抗の電圧降下分である。電圧降下分Vrom3,Vrom6は、順方向電圧Vf1,Vf4よりも小さい。
Cモードにおける二次巻線電圧Vtは、下記式(8),(9)により算出される。
Vt(Coff)=VHr+Vf2+Vf3 … (8)
Vt(Con)=VHr+Vrom4+Vrom5 … (9)
Vt(Coff)は、Cモードにおいて、第4及び第5スイッチQ4,Q5を共にオフさせた場合の二次巻線電圧Vtである。Vf2,Vf3は、第2及び第3還流ダイオードD2,D3の順方向電圧である。Vt(Con)は、Cモードにおいて、第4及び第5スイッチQ4,Q5を共にオンさせた場合の二次巻線電圧Vtである。Vrom4,Vrom5は、第4及び第5スイッチQ4,Q5に電流が流れる場合のオン抵抗の電圧降下分である。電圧降下分Vrom4,Vrom5は、順方向電圧Vf2,Vf3よりも小さい。
上記式(6),(7)により、第3及び第6スイッチQ3,Q6のオン期間を調整することで、Aモードにおいて、二次巻線電圧VtをVt(Aoff)又はVt(Aon)に変化させることができる。また、上記式(8),(9)により、第4及び第5スイッチQ4,Q5のオン期間を調整することで、Cモードにおいて、二次巻線電圧VtをVt(Coff)又はVt(Con)に変化させることができる。そのため、第3〜第6スイッチQ3〜Q6のオン期間の調整により、トランス30のET積を調整することが可能となる。
図11は、第3実施形態において、制御装置60の各機能を主に示すブロック図である。制御装置60は、第3及び第6スイッチQ3,Q6のオン期間を定める第3駆動指令値Dcc3と、第4及び第5スイッチQ4,Q5のオン期間を定める第4駆動指令値Dcc4を設定する信号処理部111を備えている。本実施形態では、信号処理部111は、第1デューティ指令値Duty1に応じて第3駆動指令値Dcc3を設定する。また、信号処理部111は、第2デューティ指令値Duty2に応じて、第4駆動指令値Dcc4を設定する。
図12は、第3実施形態において、制御装置60により実施される抑制処理を説明するフローチャートである。図12に示す処理は、制御装置60により所定周期毎に繰り返し実施される。
ステップS41では、ステップS13で推定した偏磁電流Ibcに応じて、第2回路50の第3〜第6スイッチQ3〜Q6のオン期間を調整するための第3補正値Dbias3を算出する。
ステップS42では、第1スイッチQ1のオン期間を定める第1デューティ指令値Duty1を設定する。本実施形態では、第1駆動指令値Dcc1をそのまま第1デューティ指令値Duty1として設定する。ステップS43では、第2スイッチQ2のオン期間を定める第2デューティ指令値Duty2を設定する。本実施形態では、第2駆動指令値Dcc2をそのまま第2デューティ指令値Duty2として設定する。
ステップS44では、第3駆動指令値Dcc3で定められたオン期間を、第3補正値Dbias3で調整した値を第3及び第6デューティ指令値Duty3,Duty6として設定する。本実施形態では、図11に示したように、第3駆動指令値Dcc3と第3補正値Dbias3とを加算器104に入力し、加算器104の出力を第3及び第6デューティ指令値Duty3,Duty6として設定する。
ステップS45では、第4駆動指令値Dcc4で定められたオン期間を、第3補正値Dbias3で調整した値を第4及び第5デューティ指令値Duty4,Duty5として設定する。本実施形態では、図11に示したように、第4駆動指令値Dcc4と第3補正値Dbias3とを除算器105に入力し、除算器105の出力を第4及び第5デューティ指令値Duty4,Duty5として設定する。
ステップS20では、第1〜第6デューティ指令値Duty1〜Duty6に応じて、第1〜第6スイッチQ1〜Q6を駆動する。ステップS20の処理が終了すると、図12に示す処理を一旦終了する。
次に、第3実施形態において、ステップS20の処理によりトランス30の偏磁が抑制される作用を、図13のシーケンス図を用いて説明する。なお図13(a)〜図13(f)は、先の図3(a)〜図3(f)に対応している。
図13では、偏磁電流Ibcがプラスである場合を例示している。図13(a)では、偏磁が生じていないと仮定した場合の二次側電流IHを破線で示し、実際の二次側電流IHを実線で示している。偏磁電流Ibcがプラスであるため、Cモードでの二次側電流IHがAモードでの二次側電流IHよりも大きくなっている。
偏磁電流Ibcがプラスの値であるため、1スイッチング周期におけるET積の収支を減少させるよう第3〜第6スイッチQ3〜Q6のオン期間が調整される。図13(f)の例では、Cモードにおいて、第4及び第5スイッチQ4,Q5のオン期間を第3補正値Dbias3に応じた期間TB3だけ延長している。その結果、Cモードの内、第4及び第5スイッチQ4,Q5のオン期間が延長された期間において、第2及び第3還流ダイオードD2,D3の電圧降下分と、第4及び第5スイッチQ4,Q5のオン抵抗による電圧降下分Vrom4,Vrom5との電圧差だけ二次巻線電圧Vtの値が減少している。その結果、トランス30のET積の収支が減少し、偏磁が抑制される。
上記構成により、本実施形態に係る電力変換システム10は、以下の効果を奏する。
第3〜第6スイッチQ3〜Q6のオン期間を調整することで、トランス30の偏磁を抑制することができる。そのため、Aモード及びCモードの期間を変更することなく抑制処理を実施することができる。
(第3実施形態の変形例)
第3実施形態において、第3〜第6スイッチQ3〜Q6のオン期間の調整をBモードで実施してもよい。第1及び第2スイッチQ1,Q2が共にオンするBモードにおいても、二次巻線電圧Vtは厳密には0とならず、第2回路50には電流が流れている。そのため、Bモードにおいても、第3〜第6スイッチQ3〜Q6の各オン期間を調整することで、二次巻線電圧Vtを調整することができる。
図14は、変形例に係るトランス30の抑制処理を説明するシーケンス図である。偏磁電流Ibcに応じて、第4及び第5スイッチQ4,Q5のオン期間がAモードからBモードまで延長している。また、第3及び第6スイッチQ3,Q6のオン期間がCモードからBモードまで延長している。そのため、Bモードの内、第3及び第6スイッチQ3,Q6のオン期間において、第1及び第4還流ダイオードD1,D4の電圧降下分と、第3及び第6スイッチQ3,Q6のオン抵抗による電圧降下分Vrom3,Vrom6との電圧差だけ、二次巻線電圧Vtの値が増加している。また、Cモードの内、第4及び第5スイッチQ4,Q5のオン期間において、第2及び第3還流ダイオードD2,D3の電圧降下分と、第4及び第5スイッチQ4,Q5のオン抵抗による電圧降下分Vrom4,Vrom5との電圧差だけ、二次巻線電圧Vtの値が増加している。その結果、トランス30のET積を調整し、偏磁を抑制することが可能となる。
(第4実施形態)
この第4実施形態では、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
この第4実施形態では、第1電流IH1の取得タイミングを規定する第1取得時期Taq1と、第2電流IH2の取得タイミングを規定する第2取得時期Taq2とは個別に設定される。そして、第1及び第2取得時期Taq1,Taq2の内、一方を基準とし、他方を基準とした時期での二次側電流IHとなるよう補正することで、偏磁電流Ibcの推定精度の低下を抑制する。
図15は、Aモード及びBモードにおける第1及び第2電流IH1,IH2の取得時期Taqのばらつきを説明する図である。図15では、第2電流IH2にノイズが重畳するのを避けるために、第1取得時期Taq1は第2取得時期Taq2よりも長くなっている。
制御装置60は、第1取得時期Taq1を基準とする場合、第1取得時期Taq1経過時点での第2電流IH2の推定値を算出し、算出した値を第2電流IH2とする。一方、制御装置60は、第2取得時期Taq2を基準とする場合、第2取得時期Taq2での第1電流IH1の推定値を算出し、算出した値を第1電流IH1とする。第1取得時期Taq1が第1期間に相当し、第2取得時期Taq2が第2期間に相当する。
図16は、第4実施形態において、図5のステップS12で実施される処理を説明するフローチャートである。図16では、第1電流IH1の第1取得時期Taq1を基準として、第2電流IH2の推定値を算出する場合を例示している。
ステップS51では、第2取得時期Taq2に応じて第2電流IH2を取得する。本実施形態では、第2取得時期Taq2は、ノイズの重畳が収まる期間に応じて定められており、第1電流IH1の第1取得時期Taq1と異なっている。
ステップS52では、第1及び第2取得時期の差ΔTaqを算出する。具体的には、取得時期の差ΔTaqは、下記式(10)を用いて算出される。
ΔTaq=Taq1−Taq2 … (10)
ステップS52が期間差算出部に相当する。
ステップS53では、第2電流IH2の傾きを算出する。本実施形態では、リアクトル41に流れるリプル電流の変化を第2電流の傾きとして算出する。リプル電流の変化は、リアクトル41の両端に生じる電圧と、リアクトル41のインダクタンスLiを用いて下記式(11)により算出される。
ΔI/Δt=(VBr−VHr/N)/Li … (11)
Nはトランス30の巻数比を示す。ステップS53が傾き算出部に相当する。
ステップS54では、ステップS52で算出した取得時間の差ΔTaqと、ステップS53で算出した傾き(ΔI/Δt)とに基づいて第1取得時期Taq1での第2電流IH2の推定値を算出する。本実施形態では、下記式(12)により、第2電流IH2の推定値を算出する。
IH2es=IH2+(ΔI/Δt)×ΔTaq … (12)
IH2esが第2電流IH2の推定値を示す。ステップS54が電流算出部に相当する。
図5のステップS13では、第1電流IH1と、第1取得時期Taq1を基準として算出された第2電流の推定値IH2esとに基づいて偏磁電流Ibcを推定する。
上記構成により、本実施形態に係る電力変換システム10は、以下の効果を奏する。
制御装置60は、第1取得時期Taq1での第2電流IH2の推定値を算出する。そして、基準とした取得時期Taq1により取得される第1電流IH1と、推定値とに基づいて、偏磁電流Ibcを算出する。そのため、AモードとCモードとの間で、ノイズが重畳する期間にばらつきが生じている場合でも、オフセット誤差を適正に相殺することが可能となる。また、第1及び第2電流IH1,IH2を取得する時期を柔軟に設定することができ、設計の自由度を高めることができる。
(第4実施形態の変形例)
第2取得時期Taq2での第1電流IH1の推定値を算出するものであってもよい。この場合、ステップS54において、ステップS52で算出した取得時間の差ΔTaqと、ステップS53で算出した第1電流IH1の傾き(ΔI/Δt)とに基づいて第2取得時期Taq2での第1電流IH1の推定値を算出すればよい。
(その他の実施形態)
第1回路40を、センタータップ型の電流型回路に代えて、フルブリッジ型の電流型回路により構成してもよい。図17は、変形例としての電力変換システム10を示す図である。第1回路40は、第7スイッチQ7のソースと第9スイッチQ9のドレインとを直列接続した第3レグ、及び第8スイッチQ8のソースと第10スイッチQ10のドレインとを直列接続した第4レグを備えている。第3レグ及び第4レグは、第1及び第2低圧配線LL1,LL2の間に並列接続されている。また、第7スイッチQ7と第9スイッチQ9との接続点は、第4コイル34の第1端に接続されており、第8スイッチQ8と第10スイッチQ10との接続点は、第4コイル34の第2端に接続されている。
また、第2回路50において、第2電流センサ14が、第2高圧配線HL2に接続されている。制御装置60は、偏磁電流Ibcがマイナスである場合、第7及び第10スイッチQ7,Q10のオン期間を低下させ、第8及び第9スイッチQ8,Q9スイッチのオン期間を増加させる。また、制御装置60は、偏磁電流Ibcがプラスである場合、第7及び第10スイッチQ7,Q10のオン期間を増加させ、第8及び第9スイッチQ8,Q9スイッチのオン期間を低下させる。
・第1及び第2電流IH1,IH2を、第1回路40に備えられた第1電流センサ13により検出するものであってもよい。
・第2電流センサ14は、第3〜第6スイッチQ3〜Q6に流れる電流を検出できるものであればよく、第3コイル33に直列に接続されていてもよい。
・第2回路50を、同期整流式の電圧型変換回路で構成することに代えて、非同期整流式の電圧型変換回路により構成してもよい。この場合、第2回路50は、ダイオードによりトランス30の第3コイル33の交流電圧を整流するダイオード整流回路により構成される。
第3スイッチ部と第4スイッチ部とをフルブリッジ回路により構成することに代えて、ハーフブリッジ回路により構成するものであってもよい。
DDC90を昇圧型の変換装置としたことは一例であり、降圧型の変換装置であってもよい。
10…電力変換システム、30…トランス、31…第1コイル、32…第2コイル、33…第3コイル、40…第1回路、50…第2回路、60…制御装置、90…DC/DCコンバータ、IH1…第2電流、IH2…第2電流、Q1…第1スイッチ、Q2…第2スイッチ。

Claims (10)

  1. トランス(30)と、
    第1入力側スイッチ部(Q1,Q7,Q10)及び第2入力側スイッチ部(Q2,Q8,Q9)のオン・オフを切り替えることで直流電流を交流電流に変換して前記トランスの一次側コイル(31,32,34)に流す電流型の第1回路(40)と、
    前記トランスの二次側コイル(33)の交流電圧を直流電圧に変換する電圧型の第2回路(50)と、
    前記第1回路又は前記第2回路に流れる電流を検出する電流センサ(13,14)と、を備える電力変換装置(10)に適用され、
    前記第1入力側スイッチ部が単独でオンされることにより、前記二次側コイルに正の電圧が発生する正電圧期間における前記電流センサの検出値を第1電流として取得する第1取得部と、
    前記第2入力側スイッチ部が単独でオンされることにより、前記二次側コイルに負の電圧が発生する負電圧期間における前記電流センサの検出値を第2電流として取得する第2取得部と、
    前記第1電流と前記第2電流との差分に基づいて、前記トランスに流れる励磁電流の偏りを示す偏磁量を推定する推定部と、
    推定された前記偏磁量に基づいて、前記トランスの偏磁を抑制すべく、前記第1回路又は前記第2回路の駆動態様を変更する処理である抑制処理を行う抑制部と、を備え
    前記第1取得部は、前記正電圧期間の内、前記第2入力側スイッチ部がターンオフしてから第1期間の経過後に前記電流センサの検出値を前記第1電流として取得し、
    前記第2取得部は、前記負電圧期間の内、前記第1入力側スイッチ部がターンオフしてから第2期間の経過後に前記電流センサの検出値を前記第2電流として取得し、
    前記電流センサの検出値の傾きを算出する傾き算出部と、
    前記第1期間と前記第2期間との差である期間差、前記傾き算出部により算出された前記傾き及び前記第2取得部により取得された前記第2電流に基づいて、前記第2入力側スイッチ部がターンオフしてから前記第1期間の経過タイミングでの前記第2電流の推定値を算出する電流算出部と、を備え、
    前記推定部は、前記電流算出部により算出された前記第2電流の推定値と、前記第1電流とに基づいて、前記偏磁量を推定する、制御装置(60)。
  2. トランス(30)と、
    第1入力側スイッチ部(Q1,Q7,Q10)及び第2入力側スイッチ部(Q2,Q8,Q9)のオン・オフを切り替えることで直流電流を交流電流に変換して前記トランスの一次側コイル(31,32,34)に流す電流型の第1回路(40)と、
    前記トランスの二次側コイル(33)の交流電圧を直流電圧に変換する電圧型の第2回路(50)と、
    前記第1回路又は前記第2回路に流れる電流を検出する電流センサ(13,14)と、を備える電力変換装置(10)に適用され、
    前記第1入力側スイッチ部が単独でオンされることにより、前記二次側コイルに正の電圧が発生する正電圧期間における前記電流センサの検出値を第1電流として取得する第1取得部と、
    前記第2入力側スイッチ部が単独でオンされることにより、前記二次側コイルに負の電圧が発生する負電圧期間における前記電流センサの検出値を第2電流として取得する第2取得部と、
    前記第1電流と前記第2電流との差分に基づいて、前記トランスに流れる励磁電流の偏りを示す偏磁量を推定する推定部と、
    推定された前記偏磁量に基づいて、前記トランスの偏磁を抑制すべく、前記第1回路又は前記第2回路の駆動態様を変更する処理である抑制処理を行う抑制部と、を備え
    前記第1取得部は、前記正電圧期間の内、前記第2入力側スイッチ部がターンオフしてから第1期間の経過後に前記電流センサの検出値を前記第1電流として取得し、
    前記第2取得部は、前記負電圧期間の内、前記第1入力側スイッチ部がターンオフしてから第2期間の経過後に前記電流センサの検出値を前記第2電流として取得し、
    前記電流センサの検出値の傾きを算出する傾き算出部と、
    前記第1期間と前記第2期間との差である期間差、前記傾き算出部により算出された前記傾き及び前記第1取得部により取得された前記第1電流に基づいて、前記第1入力側スイッチ部がターンオフしてから前記第2期間の経過タイミングでの前記第1電流の推定値を算出する電流算出部と、を備え、
    前記推定部は、前記電流算出部により算出された前記第1電流の推定値と、前記第2電流とに基づいて、前記偏磁量を推定する、制御装置(60)。
  3. トランス(30)と、
    第1入力側スイッチ部(Q1,Q7,Q10)及び第2入力側スイッチ部(Q2,Q8,Q9)のオン・オフを切り替えることで直流電流を交流電流に変換して前記トランスの一次側コイル(31,32,34)に流す電流型の第1回路(40)と、
    第1出力側スイッチ部(Q3,Q6)及び第2出力側スイッチ部(Q4,Q5)のオン・オフを切り替えることで前記トランスの二次側コイル(33)の交流電圧を直流電圧に変換する電圧型の第2回路(50)と、
    前記第1回路又は前記第2回路に流れる電流を検出する電流センサ(13,14)と、を備える電力変換装置(10)に適用され、
    前記第1入力側スイッチ部が単独でオンされることにより、前記二次側コイルに正の電圧が発生する正電圧期間における前記電流センサの検出値を第1電流として取得する第1取得部と、
    前記第2入力側スイッチ部が単独でオンされることにより、前記二次側コイルに負の電圧が発生する負電圧期間における前記電流センサの検出値を第2電流として取得する第2取得部と、
    前記第1電流と前記第2電流との差分に基づいて、前記トランスに流れる励磁電流の偏りを示す偏磁量を推定する推定部と、
    推定された前記偏磁量に基づいて、前記トランスの偏磁を抑制すべく、前記第2回路の駆動態様を変更する処理である抑制処理を行う抑制部と、を備え
    前記抑制部は、前記抑制処理として、推定された前記偏磁量に基づいて、前記第1入力側スイッチ部、前記第2入力側スイッチ部、前記第1出力側スイッチ部及び前記第2出力側スイッチ部のうち、前記第1出力側スイッチ部及び前記第2出力側スイッチ部の少なくとも一方のオン期間を調整する処理を行う、制御装置(60)。
  4. 前記抑制部は、前記抑制処理として、推定された前記偏磁量に基づいて、前記第1入力側スイッチ部及び前記第2入力側スイッチ部のうち少なくとも一方のオン期間を調整する処理を行う、請求項1又は2に記載の制御装置。
  5. 前記第1回路又は前記第2回路に流れる電流が所定値となるよう前記第1入力側スイッチ部及び前記第2入力側スイッチ部のオン期間を設定する平均電流モード制御を実施する平均電流モード制御部(64)を備え、
    前記抑制部は、推定された前記偏磁量に基づいて前記平均電流モード制御部により設定された前記オン期間を調整する請求項に記載の制御装置。
  6. 前記第1回路に流れる電流のピーク値に基づいて、前記第1入力側スイッチ部及び前記第2入力側スイッチ部のオフタイミングを設定するピーク電流モード制御を実施するピーク電流モード制御部(67,68)を備え、
    前記抑制部は、推定された前記偏磁量に基づいて、前記ピーク電流モード制御部により設定された前記オフタイミングを遅延補正することにより、前記オン期間を調整する、請求項に記載の制御装置。
  7. 前記抑制部は、推定された前記偏磁量に基づいて前記オフタイミングの遅延補正量を算出し、算出した前記遅延補正量の符号に応じて、前記第1入力側スイッチ部のオフタイミング、又は前記第2入力側スイッチ部のオフタイミングのいずれかを遅延補正する、請求項に記載の制御装置。
  8. 前記第1入力側スイッチ部の1スイッチング周期と、前記第2入力側スイッチ部の1スイッチング周期とが同じ周期に設定されており、
    前記第1入力側スイッチ部がオンする期間の開始タイミングと、前記第2入力側スイッチ部がオンする期間の開始タイミングとが前記1スイッチング周期の1/2だけずらされており、
    前記第1取得部による前記第1電流の取得タイミングと、前記第2取得部による前記第2電流の取得タイミングとが前記1スイッチング周期の1/2だけずらされている、請求項1〜のいずれか一項に記載の制御装置。
  9. 前記第1取得部は、前記正電圧期間の内、前記第2入力側スイッチ部がターンオフしてから第1期間の経過後に前記電流センサの検出値を前記第1電流として取得し、
    前記第2取得部は、前記負電圧期間の内、前記第1入力側スイッチ部がターンオフしてから第2期間の経過後に前記電流センサの検出値を前記第2電流として取得する、請求項に記載の制御装置。
  10. 前記電流センサ(14)は、前記第2回路に流れる電流を検出する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の制御装置。
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