JP7183919B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
[構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係るDC-DCコンバータ1の回路図を表したものである。DC-DCコンバータ1は、3つのインダクタL1,L2,L3と、2つのキャパシタC9,C10を備えており、これら3つのインダクタL1,L2,L3および2つのキャパシタC9,C10による共振を利用したCLLC方式のDC-DCコンバータである。DC-DCコンバータ1は、トランス10と、スイッチ素子SWとを備えている。
次に、DC-DCコンバータ1の充電動作および放電動作について説明する。DC-DCコンバータ1は、一次側に設けられた端子IO1およびグラウンド端子GNDから、二次側に設けられた端子IO2およびグラウンド端子GNDの方向へ電力を変換したり、二次側に設けられた端子IO2およびグラウンド端子GNDから、一次側に設けられた端子IO1およびグラウンド端子GNDの方向へ電力を変換したりすることができるようになっている。つまり、DC-DCコンバータ1は、双方向性を有している。DC-DCコンバータ1は、例えば、一次側に設けられた端子IO1およびグラウンド端子GNDから、二次側に設けられた端子IO2およびグラウンド端子GNDの方向へ電力を変換することにより、端子IO2およびグラウンド端子GNDに接続されたバッテリを充電する。DC-DCコンバータ1は、例えば、二次側に設けられた端子IO2およびグラウンド端子GNDから、一次側に設けられた端子IO1およびグラウンド端子GNDの方向へ電力を変換することにより、端子IO2およびグラウンド端子GNDに接続されたバッテリを放電する。
まず、DC-DCコンバータ1におけるバッテリの充電動作について説明する。図2は、DC-DCコンバータ1の充電動作における波形図である。図3、図4、図5は、DC-DCコンバータ1の充電動作の一例を表したものである。制御回路50は、充電動作時においてスイッチ素子SWは常にON状態を保つように制御している。DC-DCコンバータ1は、時間t1において、図3に示したように、制御回路50によってスイッチ素子Q1,Q4をオンして、電力を伝達する。このとき、DC-DCコンバータ1は、スイッチ素子Q5,Q8のボディダイオードで整流を行う。
続いて、DC-DCコンバータ1におけるバッテリの放電動作について説明する。図6は、DC-DCコンバータ1の放電動作における波形図である。制御回路50は、放電動作時においてスイッチ素子SWが常にOFF状態を保つように制御している。図7、図8、図9は、DC-DCコンバータ1の放電動作の一例を表したものである。DC-DCコンバータ1は、時間t1において、図7に示したように、制御回路50によってスイッチ素子Q5,Q8をオンして、電力を伝達する。このとき、DC-DCコンバータ1は、スイッチ素子Q1のボディダイオード、ダイオードD2および一次側コイルNP1で整流を行うとともに、スイッチ素子Q4のボディダイオード、ダイオードD3および一次側コイルNP2で整流を行う。
次に、本実施の形態に係るDC-DCコンバータ1の効果について説明する。
次に、上記実施の形態に係るDC-DCコンバータ1の変形例について説明する。
上記実施の形態では、2つの一次側コイルNP1,NP2および1つの二次側コイルNSが共通の磁心CRに巻かれていた。しかし、上記実施の形態において、トランス10が、例えば、図10に示したように、磁心CRの代わりに、スイッチ素子SWがオフすることによって分離されるコイル部(ここでは一次コイルNP1、一次コイルNP2)ごとに1つずつ別体で設けられた2つの磁心CR1,CR2を有していてもよい。
上記実施の形態および変形例Aでは、一次側ブリッジ回路20において、4つの整流素子のうち2つがFETで構成され、残りの2つがダイオードで構成されていた。さらに、一次側ブリッジ回路30においても、4つの整流素子のうち2つがFETで構成され、残りの2つがダイオードで構成されていた。しかし、上記実施の形態および変形例Aにおいて、例えば、図11、図12に示したように、一次側ブリッジ回路20,30において、4つの整流素子全てがFETで構成されていてもよい。このようにした場合には、同期整流により、導通損を低減できるため、効率を高めることができる。
上記実施の形態および変形例A,Bでは、一次側コイルを継断するスイッチ素子SWが1つだけ設けられていた。しかし、上記実施の形態および変形例A,Bにおいて、例えば、図13、図14に示したように、1次側コイルを継断するスイッチ素子SWが2以上設けられていてもよい。このようにした場合には、充電時のトランス10の巻線比と、放電時のトランス10の巻線比とを大きく変更することができる。
Claims (10)
- 複数の一次側コイルおよび1または複数の二次側コイルを有するトランスと、
前記複数の一次側コイルに直列接続され、前記複数の一次側コイルの直列接続と分離を制御する1または複数のスイッチ素子と、
前記複数の一次側コイルにおいて、前記1または複数のスイッチ素子がオフすることによって分離されるコイル部ごとに設けられた複数の一次側ブリッジ回路と、
前記1または複数の二次側コイルに接続された二次側ブリッジ回路と、
前記1または複数のスイッチ素子、前記複数の一次側ブリッジ回路および前記二次側ブリッジ回路のスイッチングを制御することにより、双方向の電力変換を可能にする制御回路と
を備えた
スイッチング電源装置。 - 各前記一次側ブリッジ回路は、4つのスイッチ素子を含み、
前記4つのスイッチ素子のうち2つの第1スイッチ素子の間の第1接続点が、対応する前記コイル部の一端に接続され、前記4つのスイッチ素子のうち2つの第2スイッチ素子の間の第2接続点が、対応する前記コイル部の他端に接続されている
請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 各前記一次側ブリッジ回路において、各前記第1スイッチ素子および各前記第2スイッチ素子がFETで構成されている
請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 各前記一次側ブリッジ回路において、各前記第1スイッチ素子がFETで構成され、各前記第2スイッチ素子がダイオードで構成されている
請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、前記複数の一次側コイルおよび前記1または複数の二次側コイルが巻かれた磁心を更に有する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、前記コイル部ごとに1つずつ別体で設けられた複数の磁心を更に有する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記第1接続点と前記コイル部との間に設けられた第1インダクタおよび第1キャパシタと、
前記二次側コイルと前記二次側ブリッジ回路との間に設けられた第2インダクタおよび第2キャパシタと
を更に備えた
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記二次側ブリッジ回路は、4つの整流素子を含み、
前記4つの整流素子のうち2つの第1整流素子の間の第1接続点が、1つの前記二次側コイルまたは互いに直列接続された複数の前記二次側コイルの一端に接続され、前記4つの整流素子のうち2つの第2整流素子の間の第2接続点が、1つの前記二次側コイルまたは互いに直列接続された複数の前記二次側コイルの他端に接続されている
請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記制御回路は、一次側から二次側に電力変換を行う際に、前記4つのスイッチ素子に対してゼロボルトスイッチングを行い、さらに、前記4つの整流素子に対してゼロボルトスイッチングとゼロカレントスイッチングとを行う
請求項8に記載のスイッチング電源装置。 - 前記制御回路は、二次側から一次側に電力変換を行う際に、前記4つの整流素子に対してゼロボルトスイッチングを行い、さらに、前記4つのスイッチ素子に対してゼロボルトスイッチングとゼロカレントスイッチングとを行う
請求項8に記載のスイッチング電源装置。
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