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JP6137947B2 - Bi-directional isolated DC-DC converter - Google Patents
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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 insulated DC-DC converter.

電動バイク、電気自動車等に使用される電池パックの容量を大きくすれば航続距離が伸びるが、容量を大きくするにつれ電池パックも重くなる。このため、電池パックを車両へ取りつけたり、充電のために取り外すことが困難になってくる。また、電池パック自体の価格も高くなってしまう。   Increasing the capacity of battery packs used in electric motorcycles, electric vehicles, etc. will increase the cruising range, but as the capacity increases, the battery pack becomes heavier. For this reason, it becomes difficult to attach the battery pack to the vehicle or to remove it for charging. In addition, the price of the battery pack itself increases.

そのため、標準的な電池パックを並列に複数接続することで、電池パック全体の容量を増やすことが考えられている。例えば、複数の電池パックを並列接続する場合には、充放電可能な双方向DC−DCコンバータでそれらを接続する。この双方向DC−DCコンバータは、電池を有効に使用するために、高効率であることが望まれる。また、数個以上接続する標準的電池パックそれぞれに取り付けることから、小型かつ安価であることが望ましい。   Therefore, it is considered to increase the capacity of the entire battery pack by connecting a plurality of standard battery packs in parallel. For example, when connecting a plurality of battery packs in parallel, they are connected by a chargeable / dischargeable bidirectional DC-DC converter. This bidirectional DC-DC converter is desired to be highly efficient in order to use the battery effectively. Moreover, since it attaches to each standard battery pack to connect several or more, it is desirable that it is small and cheap.

特に、トランスを使用する絶縁電源装置では、トランスが大きいため、装置を小型化できない。また、トランスのコアによる損失が大きく効率を上げられないという問題がある。   In particular, in an insulated power supply apparatus using a transformer, the transformer cannot be reduced in size because the transformer is large. In addition, there is a problem that the loss due to the core of the transformer is large and the efficiency cannot be increased.

このためトランスの代わりにキャパシタを用いた絶縁電源装置が提案されている。しかし、片方向の電源装置は提案されているが、双方向の電源装置は提案されていない。また、キャパシタを用いた双方向絶縁電源の制御方法についても提案されていない。   For this reason, an insulated power supply device using a capacitor instead of a transformer has been proposed. However, although a unidirectional power supply device has been proposed, a bidirectional power supply device has not been proposed. In addition, a method for controlling a bidirectional insulated power supply using a capacitor has not been proposed.

特開2004−282828号公報JP 2004-282828 A 特開平2−123967号公報JP-A-2-123967 特開2001−78459号公報JP 2001-78459 A 特開2011−239492号公報JP 2011-239492 A

従って、本発明の目的は、小型な双方向絶縁型DC−DCコンバータを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a small bidirectional insulated DC-DC converter.

本発明に係る双方向絶縁型DC−DCコンバータは、(A)絶縁用の第1のキャパシタと第1のインダクタとが直列に接続された第1の共振回路と、(B)絶縁用の第2のキャパシタと第2のインダクタとが直列に接続された第2の共振回路と、(C)第1のハイサイドスイッチと第1のローサイドスイッチとを含み、第1のハイサイドスイッチと第1のローサイドスイッチとの間で第1の共振回路の一端と接続される第1の駆動回路と、(D)第2のハイサイドスイッチと第2のローサイドスイッチとを含み、第2のハイサイドスイッチと第2のローサイドスイッチとの間で第2の共振回路の一端と接続される第2の駆動回路と、(E)第3のハイサイドスイッチと第3のローサイドスイッチとを含み、第3のハイサイドスイッチと第3のローサイドスイッチとの間で第1の共振回路の他端と接続される第3の駆動回路と、(F)第4のハイサイドスイッチと第4のローサイドスイッチとを含み、第4のハイサイドスイッチと第4のローサイドスイッチとの間で第2の共振回路の他端と接続される第4の駆動回路と、(G)第1乃至第4の駆動回路のスイッチングを制御する制御回路とを有する。そして、第1及び第2の駆動回路が接続されており、第3及び第4の駆動回路が接続されている。   A bidirectional insulation type DC-DC converter according to the present invention includes (A) a first resonance circuit in which a first capacitor for insulation and a first inductor are connected in series, and (B) a first resonance circuit. A second resonance circuit in which a second capacitor and a second inductor are connected in series; and (C) a first high-side switch and a first low-side switch. A first drive circuit connected to one end of the first resonance circuit with the low-side switch, and (D) a second high-side switch and a second low-side switch. A second drive circuit connected to one end of the second resonance circuit between the first low-side switch and the second low-side switch; and (E) a third high-side switch and a third low-side switch, High side switch and third A third drive circuit connected to the other end of the first resonance circuit between the first side circuit and the second side switch; and (F) a fourth high side switch and a fourth low side switch. A fourth drive circuit connected to the other end of the second resonance circuit between the switch and the fourth low-side switch; and (G) a control circuit for controlling switching of the first to fourth drive circuits. Have. The first and second drive circuits are connected, and the third and fourth drive circuits are connected.

さらに、上で述べた制御回路が、(g1)第1乃至第4のハイサイドスイッチがオンである期間を、制御目標に基づき設定し、(g2)第1及び第2の駆動回路側の第1の電圧と第3及び第4の駆動回路側の第2の電圧とのうち高い方の電圧に係る2つの駆動回路において、ハイサイドスイッチがオフである期間に応じて、ローサイドスイッチがオンである期間を設定し、(g3)第1の電圧と第2の電圧のうち高い方の電圧に係る2つの駆動回路間では、ハイサイドスイッチがオンである期間をスイッチング周期の半周期だけずらし、(g4)第1の電圧と第2の電圧のうち低い方の電圧に係る2つの駆動回路において、ハイサイドスイッチがオンである期間とローサイドスイッチがオンである期間とが同じ長さであり且つスイッチング周期の半周期だけずらすように制御する。   Further, the control circuit described above sets (g1) the period during which the first to fourth high-side switches are on based on the control target, and (g2) the first and second drive circuit side In the two drive circuits related to the higher one of the first voltage and the second voltage on the third and fourth drive circuit sides, the low-side switch is turned on according to the period during which the high-side switch is turned off. A period is set, (g3) between the two drive circuits related to the higher one of the first voltage and the second voltage, the period during which the high-side switch is on is shifted by a half cycle of the switching period, (G4) In the two drive circuits according to the lower one of the first voltage and the second voltage, the period during which the high-side switch is on and the period during which the low-side switch is on are the same length and Switching lap It controls so shifted by a half cycle only.

このように2つのLC共振回路の両端にフルブリッジの駆動回路を配置した上で、上で述べたように制御回路でスイッチングを制御することで、双方向で電力を変換できる小型の絶縁型DC−DCコンバータが得られる。なお、制御目標は、第1の電圧及び第2の電圧に基づく場合もあれば、固定のデューティー比である場合も定電流制御の場合もある。   In this way, a full-bridge drive circuit is arranged at both ends of the two LC resonance circuits, and switching is controlled by the control circuit as described above, so that a small isolated DC that can convert power bidirectionally. -A DC converter is obtained. The control target may be based on the first voltage and the second voltage, or may be a fixed duty ratio or constant current control.

なお、上で述べた制御回路が、第1の電圧と第2の電圧との差の絶対値が所定値以下である場合には、(g5)第1乃至第4のハイサイドスイッチがオンである期間を、第1及び第2の共振回路による共振の共振周波数に対応する周期の半分を基に設定し、(g6)第1乃至第4の駆動回路におけるハイサイドスイッチがオンである期間とローサイドスイッチがオンである期間とをスイッチング周期の半周期だけずらすように制御するようにしても良い。第1の電圧と第2の電圧とがおおよそ同じであれば、このような制御を行うことで、簡易な動作で効率的な動作が可能になる。   In the control circuit described above, when the absolute value of the difference between the first voltage and the second voltage is not more than a predetermined value, (g5) the first to fourth high-side switches are turned on. A certain period is set based on half of the period corresponding to the resonance frequency of resonance by the first and second resonance circuits, and (g6) a period during which the high-side switch in the first to fourth drive circuits is on. Control may be performed so that the period during which the low-side switch is on is shifted by a half cycle of the switching cycle. If the first voltage and the second voltage are approximately the same, by performing such control, an efficient operation can be performed with a simple operation.

さらに、上で述べた双方向絶縁型DC−DCコンバータと、双方向絶縁型DC−DCコンバータにおける第1及び第2の駆動回路側に接続された蓄電池とを含む装置を、直列又は並列に複数接続した電源装置であっても良い。このようにすれば、標準的な蓄電池を用いて小型な電源装置を構成できる。   Further, a plurality of devices including the above-described bidirectional insulated DC-DC converter and a storage battery connected to the first and second drive circuit sides in the bidirectional insulated DC-DC converter are connected in series or in parallel. A connected power supply may be used. If it does in this way, a small-sized power supply device can be constituted using a standard storage battery.

以下に述べる実施の形態は一例に過ぎず、本発明の主旨に従う様々な変形が可能である。   The embodiment described below is only an example, and various modifications can be made in accordance with the gist of the present invention.

小型な双方向絶縁型DC−DCコンバータが得られる。   A small bidirectional insulated DC-DC converter can be obtained.

図1は、実施の形態に係る双方向絶縁型DC−DCコンバータの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a bidirectional insulated DC-DC converter according to an embodiment. 図2(a)乃至(d)は、V1>V2におけるFETの駆動信号を示す図である。2A to 2D are diagrams showing FET drive signals when V1> V2. 図3(a)乃至(d)は、V1<V2におけるFETの駆動信号を示す図である。FIGS. 3A to 3D are diagrams showing FET drive signals when V1 <V2. 図4(a)乃至(d)は、V1とV2がほぼ同じ場合におけるFETの駆動信号を示す図である。4A to 4D are diagrams showing FET drive signals when V1 and V2 are substantially the same. 図5は、V1>V2におけるFETの駆動信号の詳細を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing details of the drive signal of the FET when V1> V2. 図6は、おおよそV1=V2におけるFETの駆動信号の詳細を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing details of the drive signal of the FET at approximately V1 = V2. 図7は、デューティー比とVout/Vinの関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the duty ratio and Vout / Vin. 図8は、電圧及び電流を特定するための図である。FIG. 8 is a diagram for specifying a voltage and a current. 図9(a)乃至(n)は、V1>V2における各種波形を表す図である。FIGS. 9A to 9N are diagrams showing various waveforms when V1> V2. 図10(a)乃至(n)は、おおよそV1=V2における各種波形を表す図である。FIGS. 10A to 10N are diagrams showing various waveforms at approximately V1 = V2. 図11は、双方向絶縁型DC−DCコンバータを応用した電源装置の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a power supply device to which a bidirectional insulated DC-DC converter is applied. 図12は、双方向絶縁型DC−DCコンバータを応用した電源装置の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a power supply device to which a bidirectional insulated DC-DC converter is applied. 図13は、双方向絶縁型DC−DCコンバータを応用した電源装置の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a power supply device to which a bidirectional insulated DC-DC converter is applied.

[実施の形態]
本実施の形態に係る双方向絶縁型DC−DCコンバータの基本回路例を図1に示す。本実施の形態に係る双方向絶縁型DC−DCコンバータは、インダクタLr1と絶縁用のキャパシタCr1とが直列に接続された第1の共振回路と、インダクタLr2と絶縁用のキャパシタCr2とが直列に接続された第2の共振回路と、インダクタLr1の一端が中点に接続された第1のフルブリッジ駆動回路と、インダクタLr2の一端が中点に接続された第2のフルブリッジ駆動回路と、キャパシタCr1の一端が中点に接続された第3のフルブリッジ駆動回路と、キャパシタCr2の一端が中点に接続された第4のフルブリッジ駆動回路と、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路と並列に接続されるキャパシタC1と、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路と並列に接続されるキャパシタC2と、第1乃至第4のフルブリッジ駆動回路を制御する制御回路100とを有する。
[Embodiment]
FIG. 1 shows a basic circuit example of a bidirectional insulation type DC-DC converter according to the present embodiment. In the bidirectional insulation type DC-DC converter according to the present embodiment, a first resonance circuit in which an inductor Lr1 and an insulation capacitor Cr1 are connected in series, an inductor Lr2 and an insulation capacitor Cr2 in series. A second resonant circuit connected; a first full-bridge driving circuit in which one end of the inductor Lr1 is connected to the midpoint; a second full-bridge driving circuit in which one end of the inductor Lr2 is connected to the midpoint; A third full-bridge driving circuit in which one end of the capacitor Cr1 is connected to the middle point, a fourth full-bridge driving circuit in which one end of the capacitor Cr2 is connected to the middle point, and first and second full-bridge driving circuits A capacitor C1 connected in parallel with each other, a capacitor C2 connected in parallel with the third and fourth full-bridge drive circuits, and first to fourth full-bridge drive circuits. And a control circuit 100 for controlling.

一例では、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側には蓄電池が接続され、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側には充電器及び負荷が接続される。   In one example, a storage battery is connected to the first and second full bridge drive circuit sides, and a charger and a load are connected to the third and fourth full bridge drive circuit sides.

第1のフルブリッジ駆動回路は、ハイサイドスイッチであるFET(Q1AH)とローサイドスイッチであるFET(Q1AL)とを含む。FET(Q1AH)のドレインは、第2のフルブリッジ駆動回路におけるハイサイドスイッチとキャパシタC1の一端とに接続されている。FET(Q1AH)のソースは、FET(Q1AL)のドレインと接続されており、FET(Q1AL)のソースは接地されている。   The first full-bridge drive circuit includes an FET (Q1AH) that is a high-side switch and an FET (Q1AL) that is a low-side switch. The drain of the FET (Q1AH) is connected to the high side switch and one end of the capacitor C1 in the second full bridge drive circuit. The source of the FET (Q1AH) is connected to the drain of the FET (Q1AL), and the source of the FET (Q1AL) is grounded.

第2のフルブリッジ駆動回路は、ハイサイドスイッチであるFET(Q1BH)とローサイドスイッチであるFET(Q1BL)とを含む。FET(Q1BH)のドレインは、第1のフルブリッジ駆動回路におけるハイサイドスイッチとキャパシタC1の一端とに接続されている。FET(Q1BH)のソースは、FET(Q1BL)のドレインと接続されており、FET(Q1BL)のソースは接地されている。なお、キャパシタC1の他端も接地されている。   The second full bridge drive circuit includes an FET (Q1BH) that is a high-side switch and an FET (Q1BL) that is a low-side switch. The drain of the FET (Q1BH) is connected to the high side switch and one end of the capacitor C1 in the first full bridge drive circuit. The source of the FET (Q1BH) is connected to the drain of the FET (Q1BL), and the source of the FET (Q1BL) is grounded. The other end of the capacitor C1 is also grounded.

第3のフルブリッジ駆動回路は、ハイサイドスイッチであるFET(Q2AH)とローサイドスイッチであるFET(Q2AL)とを含む。FET(Q2AH)のドレインは、第4のフルブリッジ駆動回路におけるハイサイドスイッチとキャパシタC2の一端とに接続されている。FET(Q2AH)のソースは、FET(Q2AL)のドレインと接続されており、FET(Q2AL)のソースは接地されている。   The third full bridge drive circuit includes an FET (Q2AH) that is a high-side switch and an FET (Q2AL) that is a low-side switch. The drain of the FET (Q2AH) is connected to the high side switch and one end of the capacitor C2 in the fourth full bridge drive circuit. The source of the FET (Q2AH) is connected to the drain of the FET (Q2AL), and the source of the FET (Q2AL) is grounded.

第4のフルブリッジ駆動回路は、ハイサイドスイッチであるFET(Q2BH)とローサイドスイッチであるFET(Q2BL)とを含む。FET(Q2BH)のドレインは、第3のフルブリッジ駆動回路におけるハイサイドスイッチとキャパシタC2の一端とに接続されている。FET(Q2BH)のソースは、FET(Q2BL)のドレインと接続されており、FET(Q2BL)のソースは接地されている。なお、キャパシタC2の他端も接地されている。   The fourth full bridge drive circuit includes an FET (Q2BH) that is a high-side switch and an FET (Q2BL) that is a low-side switch. The drain of the FET (Q2BH) is connected to the high side switch and one end of the capacitor C2 in the third full bridge drive circuit. The source of the FET (Q2BH) is connected to the drain of the FET (Q2BL), and the source of the FET (Q2BL) is grounded. The other end of the capacitor C2 is also grounded.

制御回路100は、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路のスイッチングを行う第1FETドライバ回路120と、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側の電圧V1を検出するV1検出回路110と、第1FETドライバ回路120とV1検出回路110とに接続されており且つ第1FETドライバ回路120のスイッチングを制御する信号を出力する第1駆動信号生成回路130と、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路のスイッチングを行う第2FETドライバ回路140と、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側の電圧V2を検出するV2検出回路150と、第2FETドライバ回路140とV2検出回路150とに接続されており且つ第2FETドライバ回路140のスイッチングを制御する信号を出力する第2駆動信号生成回路160と、第1駆動信号生成回路130と第2駆動信号生成回路160との間を絶縁しつつ接続させるためのアイソレータ170とを有する。   The control circuit 100 includes a first FET driver circuit 120 that performs switching of the first and second full-bridge drive circuits, a V1 detection circuit 110 that detects a voltage V1 on the first and second full-bridge drive circuits, A first drive signal generation circuit 130 which is connected to the 1FET driver circuit 120 and the V1 detection circuit 110 and outputs a signal for controlling the switching of the first FET driver circuit 120; and third and fourth full-bridge drive circuits A second FET driver circuit 140 that performs switching, a V2 detection circuit 150 that detects a voltage V2 on the third and fourth full-bridge drive circuit sides, a second FET driver circuit 140, and a V2 detection circuit 150; Second drive signal generation circuit for outputting a signal for controlling the switching of the second FET driver circuit 140 Has a 160, the isolator 170 to be connected to the first drive signal generation circuit 130 while insulating the second drive signal generation circuit 160.

第1駆動信号生成回路130と第2駆動信号生成回路160とは、アイソレータ170を介して通信を行う。より具体的には、同期信号と、V1及びV2と、第1FETドライバ回路120によって駆動されているFETのゲートがオンとなる期間に相当するデューティー比等の信号とを交換する。場合によっては、第1乃至第4のフルブリッジ駆動回路における中点(FETとFETとの接続点)に流れる電流の値、その他の電流値(例えば第1及び第2のフルブリッジ駆動回路に流れる電流)を交換する場合もある。   The first drive signal generation circuit 130 and the second drive signal generation circuit 160 communicate via the isolator 170. More specifically, the synchronization signal, V1 and V2, and a signal such as a duty ratio corresponding to a period in which the gate of the FET driven by the first FET driver circuit 120 is turned on are exchanged. In some cases, the value of the current flowing at the midpoint (the connection point between the FET and the FET) in the first to fourth full-bridge driving circuits, and other current values (for example, flowing through the first and second full-bridge driving circuits). (Current) may be exchanged.

アイソレータ170は、フォトカプラ、デジタルアイソレータ、アナログアイソレータなどの絶縁素子である。   The isolator 170 is an insulating element such as a photocoupler, a digital isolator, or an analog isolator.

次に、図2乃至図10を用いて、制御回路100による第1乃至第4のフルブリッジ駆動回路の制御モードについて説明する。   Next, control modes of the first to fourth full-bridge drive circuits by the control circuit 100 will be described with reference to FIGS.

本実施の形態に係る双方向絶縁型DC−DCコンバータの制御回路100は、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側の電圧V1が第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側の電圧V2よりも高ければ、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側から、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側へ電力を伝えるように、制御を行う。   In the control circuit 100 of the bidirectional insulated DC-DC converter according to the present embodiment, the voltage V1 on the first and second full bridge drive circuit side is higher than the voltage V2 on the third and fourth full bridge drive circuit side. If higher, control is performed so that power is transmitted from the first and second full bridge drive circuit sides to the third and fourth full bridge drive circuit sides.

すなわち、図2(a)に示すように、第1のフルブリッジ駆動回路におけるFET(Q1AH)のゲートに対する駆動信号(VG_1A_H)がオンとなる期間に応じて、FET(Q1AL)のゲートに対する駆動信号(VG_1A_L)がオフとなり、駆動信号(VG_1A_H)がオフとなる期間に応じて、駆動信号(VG_1A_L)がオンとなる。このような制御は、非対称制御と呼ぶ。駆動信号(VG_1A_H)がオンとなる期間は、例えばV1及びV2に基づき決定されるが、その他の制御目標に応じて設定される場合もある。なお、オンとオフとの切り替え時には、貫通電流防止のためのデッドタイムが設けられているが、図2では省略されている。   That is, as shown in FIG. 2 (a), the drive signal for the gate of the FET (Q1AL) in accordance with the period during which the drive signal (VG_1A_H) for the gate of the FET (Q1AH) is turned on in the first full bridge drive circuit. The drive signal (VG_1A_L) is turned on in accordance with a period in which (VG_1A_L) is turned off and the drive signal (VG_1A_H) is turned off. Such control is called asymmetric control. The period during which the drive signal (VG_1A_H) is on is determined based on, for example, V1 and V2, but may be set according to other control targets. Note that a dead time for preventing a through current is provided when switching between ON and OFF, but is omitted in FIG.

同様に、図2(b)に示すように、第2のフルブリッジ駆動回路におけるFET(Q1BH)のゲートに対する駆動信号(VG_1B_H)がオンとなる期間に応じて、FET(Q1BL)のゲートに対する駆動信号(VG_1B_L)がオフとなり、駆動信号(VG_1B_H)がオフとなる期間に応じて、駆動信号(VG_1B_L)がオフとなる。このように非対称制御が行われる。なお、駆動信号(VG_1B_H)がオンとなる期間は、駆動信号(VG_1A_H)がオンとなる期間と長さが同じであり、この期間からスイッチング周期の半周期ずれるようになっている。   Similarly, as shown in FIG. 2B, the driving of the gate of the FET (Q1BL) according to the period during which the driving signal (VG_1B_H) for the gate of the FET (Q1BH) is turned on in the second full bridge driving circuit. The drive signal (VG_1B_L) is turned off in accordance with a period in which the signal (VG_1B_L) is turned off and the drive signal (VG_1B_H) is turned off. Thus, asymmetric control is performed. Note that the period during which the drive signal (VG_1B_H) is on is the same as the period during which the drive signal (VG_1A_H) is on, and is shifted from this period by a half cycle of the switching period.

一方、図2(c)及び(d)に示すように、第3のフルブリッジ駆動回路におけるFET(Q2AH)のゲートに対する駆動信号(VG_2A_H)がオンとなる期間と、第4のフルブリッジ駆動回路におけるFET(Q2BH)のゲートに対する駆動信号(VG_2B_H)がオンとなる期間とは、例えばV1及びV2に基づき決定されるが、その他の制御目標に応じて設定される場合もある。また、駆動信号(VG_2A_H)がオンとなる期間と、FET(Q2AL)の駆動信号(VG_2A_L)がオンとなる期間とは同じ長さを有し、スイッチング周期の半周期ずれるようになっている。同様に、また、駆動信号(VG_2B_H)がオンとなる期間と、FET(Q2BL)の駆動信号(VG_2B_L)がオンとなる期間とは同じ長さを有し、スイッチング周期の半周期ずれるようになっている。また、駆動信号(VG_2A_H)の位相と駆動信号(VG_2B_H)の位相もスイッチング周期の半周期ずれるようになっている。このような制御を対称制御と呼ぶものとする。   On the other hand, as shown in FIGS. 2C and 2D, a period during which the drive signal (VG_2A_H) for the gate of the FET (Q2AH) in the third full bridge drive circuit is on, and the fourth full bridge drive circuit. The period during which the drive signal (VG_2B_H) for the gate of the FET (Q2BH) is turned on is determined based on, for example, V1 and V2, but may be set according to other control targets. Further, the period in which the drive signal (VG_2A_H) is turned on and the period in which the drive signal (VG_2A_L) of the FET (Q2AL) is turned on have the same length and are shifted by a half cycle of the switching period. Similarly, the period in which the drive signal (VG_2B_H) is on and the period in which the drive signal (VG_2B_L) of the FET (Q2BL) is on have the same length and are shifted by a half cycle of the switching period. ing. Further, the phase of the drive signal (VG_2A_H) and the phase of the drive signal (VG_2B_H) are also shifted by a half cycle of the switching cycle. Such control is called symmetric control.

このように、高い方の電圧V1側のFETについては非対称制御を行い、低い方の電圧V2側のFETについては対称制御を行うことで、電力を伝達させる。   As described above, power is transmitted by performing asymmetric control on the FET on the higher voltage V1 side and performing symmetrical control on the FET on the lower voltage V2 side.

一方、逆に、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側の電圧V1よりも第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側の電圧V2が高ければ、制御回路100は、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側から、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側へ電力を伝えるように、制御を行う。   On the other hand, if the voltage V2 on the third and fourth full-bridge drive circuit side is higher than the voltage V1 on the first and second full-bridge drive circuit side, the control circuit 100 causes the third and fourth Control is performed so that power is transmitted from the full bridge drive circuit side to the first and second full bridge drive circuit sides.

具体的に、図3(c)に示すように、第3のフルブリッジ駆動回路におけるFET(Q2AH)のゲートに対する駆動信号(VG_2A_H)がオンとなる期間に応じて、FET(Q2AL)のゲートに対する駆動信号(VG_2A_L)がオフとなり、駆動信号(VG_2A_H)がオフとなる期間に応じて、駆動信号(VG_2A_L)がオンとなる。すなわち、非対称制御が行われる。駆動信号(VG_2A_H)がオンとなる期間は、例えばV1及びV2に基づき決定されるが、その他の制御目標に応じて設定される場合もある。なお、オンとオフとの切り替え時には、貫通電流防止のためのデッドタイムが設けられているが、図3でも省略されている。   Specifically, as shown in FIG. 3C, the gate of the FET (Q2AL) is turned on according to the period during which the drive signal (VG_2A_H) for the gate of the FET (Q2AH) is turned on in the third full-bridge drive circuit. The drive signal (VG_2A_L) is turned on in accordance with a period in which the drive signal (VG_2A_L) is turned off and the drive signal (VG_2A_H) is turned off. That is, asymmetric control is performed. The period during which the drive signal (VG_2A_H) is on is determined based on, for example, V1 and V2, but may be set according to other control targets. When switching between ON and OFF, a dead time for preventing a through current is provided, but is omitted in FIG.

同様に、図3(d)に示すように、第4のフルブリッジ駆動回路におけるFET(Q2BH)のゲートに対する駆動信号(VG_2B_H)がオンとなる期間に応じて、FET(Q2BL)のゲートに対する駆動信号(VG_2B_L)がオフとなり、駆動信号(VG_2B_H)がオフとなる期間に応じて、駆動信号(VG_2B_L)がオンとなる。このように非対称制御が行われる。なお、駆動信号(VG_2B_H)がオンとなる期間は、駆動信号(VG_2A_H)がオンとなる期間と長さが同じであり、この期間からスイッチング周期の半周期ずれるようになっている。   Similarly, as shown in FIG. 3D, the driving of the gate of the FET (Q2BL) according to the period during which the driving signal (VG_2B_H) for the gate of the FET (Q2BH) is turned on in the fourth full-bridge driving circuit. The drive signal (VG_2B_L) is turned on in accordance with a period in which the signal (VG_2B_L) is turned off and the drive signal (VG_2B_H) is turned off. Thus, asymmetric control is performed. Note that the period in which the drive signal (VG_2B_H) is on is the same as the period in which the drive signal (VG_2A_H) is on, and is shifted from this period by a half cycle of the switching period.

一方、図3(a)及び(b)に示すように、第1のフルブリッジ駆動回路におけるFET(Q1AH)のゲートに対する駆動信号(VG_1A_H)がオンとなる期間と、第2のフルブリッジ駆動回路におけるFET(Q1BH)のゲートに対する駆動信号(VG_1B_H)がオンとなる期間とは、例えばV1及びV2に基づき決定されるが、その他の制御目標に応じて設定される場合もある。また、駆動信号(VG_1A_H)がオンとなる期間と、FET(Q1AL)の駆動信号(VG_1A_L)がオンとなる期間とは同じ長さを有し、スイッチング周期の半周期ずれるようになっている。同様に、また、駆動信号(VG_1B_H)がオンとなる期間と、FET(Q1BL)の駆動信号(VG_1B_L)がオンとなる期間とは同じ長さを有し、スイッチング周期の半周期ずれるようになっている。また、駆動信号(VG_1A_H)の位相と駆動信号(VG_1B_H)の位相もスイッチング周期の半周期ずれるようになっている。このように対称制御が行われる。   On the other hand, as shown in FIGS. 3A and 3B, a period when the drive signal (VG_1A_H) for the gate of the FET (Q1AH) in the first full bridge drive circuit is on, and the second full bridge drive circuit The period during which the drive signal (VG_1B_H) for the gate of the FET (Q1BH) is turned on is determined based on, for example, V1 and V2, but may be set according to other control targets. In addition, the period in which the drive signal (VG_1A_H) is on and the period in which the drive signal (VG_1A_L) of the FET (Q1AL) is on have the same length and are shifted by a half cycle of the switching period. Similarly, the period in which the drive signal (VG_1B_H) is on and the period in which the drive signal (VG_1B_L) of the FET (Q1BL) is on have the same length and are shifted by a half cycle of the switching period. ing. Further, the phase of the drive signal (VG_1A_H) and the phase of the drive signal (VG_1B_H) are also shifted by a half cycle of the switching cycle. In this way, symmetrical control is performed.

このように、高い方の電圧V2側については非対称制御を行い、低い方の電圧V1側については対称制御を行うことで、電力を伝えるようになる。   Thus, power is transmitted by performing asymmetric control on the higher voltage V2 side and performing symmetric control on the lower voltage V1 side.

これに対して、電圧V1とV2がほぼ同じ(差の絶対値が数ボルト=例えばボディダイオード1−2個分程度)である場合には、デューティー比最大、すなわち共振周波数に対応する周期の半周期をオン期間に設定して、第1乃至第4のフルブリッジ駆動回路に対して対称制御を行う。   On the other hand, when the voltages V1 and V2 are substantially the same (the absolute value of the difference is several volts = for example, about 1-2 body diodes), the duty ratio is maximum, that is, half of the period corresponding to the resonance frequency. The cycle is set to the ON period, and symmetry control is performed on the first to fourth full bridge drive circuits.

すなわち図4(a)乃至(d)に示すように、各FETのゲートには、デューティー比最大でオンになるように駆動される。また、ハイサイドスイッチであるFETの駆動信号と、ローサイドスイッチであるFETの駆動信号とは、位相がスイッチング周期の半周期だけずれている。また、駆動信号(VG_1A_H)と駆動信号(VG_1B_H)も、位相がスイッチング周期の半周期だけずれている。同様に、駆動信号(VG_2A_H)と駆動信号(VG_2B_H)も、位相がスイッチング周期の半周期だけずれている。   That is, as shown in FIGS. 4A to 4D, the gates of the FETs are driven to turn on at the maximum duty ratio. In addition, the drive signal of the FET that is the high-side switch and the drive signal of the FET that is the low-side switch are shifted in phase by a half cycle of the switching cycle. In addition, the phases of the drive signal (VG_1A_H) and the drive signal (VG_1B_H) are also shifted by a half cycle of the switching cycle. Similarly, the phases of the drive signal (VG_2A_H) and the drive signal (VG_2B_H) are also shifted by a half cycle of the switching cycle.

このように、PWM(Pulse Width Modulation)制御によって、低電圧側の電圧(又は電流)を制御するものである。   Thus, the voltage (or current) on the low voltage side is controlled by PWM (Pulse Width Modulation) control.

次に、より詳細に双方向絶縁型DC−DCコンバータの動作を説明する。このため、以下のようなパラメータ値を想定する。すなわち、例えば、C1=C2=10μF、Lr1=Lr2=2.2μH、Cr1=Cr2=0.22μF、スイッチング周波数fsw=200kHz、スイッチング周期Ts(sw)=5μsとする。なお、以下のような関係が成り立つ。

Figure 0006137947
Next, the operation of the bidirectional insulated DC-DC converter will be described in more detail. For this reason, the following parameter values are assumed. That is, for example, C1 = C2 = 10 μF, Lr1 = Lr2 = 2.2 μH, Cr1 = Cr2 = 0.22 μF, switching frequency fsw = 200 kHz, and switching cycle Ts (sw) = 5 μs. The following relationship holds.
Figure 0006137947

DTは、デッドタイムであり、frは共振周波数であり、TonMaxは、オン時間の最大値であり、DutyMaxは、駆動信号の最大デューティー比を表す。   DT is a dead time, fr is a resonance frequency, TonMax is a maximum value of on-time, and DutyMax represents a maximum duty ratio of a drive signal.

上で述べたパラメータ値からすると、共振周波数frに対応する周期T(r)=4.37μsであり、DutyMax=43.7%となる。   From the parameter values described above, the period T (r) corresponding to the resonance frequency fr is 4.37 μs, and DutyMax = 43.7%.

図2をより詳しく示すと、図5のようになる。図5は、V1>V2の状況を表しており、非対称制御においては例えばローサイドスイッチであるFETがオンとなる期間を短くすることで、デッドタイム(Dead Time)が設けられている。また、この例では、デューティー比がおよそ25%の状態を示しているので、スイッチング周期Tsは4つの期間に分かれているように見える。第1の期間をST_1と表し、第2の期間をST_2と表し、第3の期間をST_3と表し、第4の期間をST_4と表す。しかし、デューティー比が上昇した場合、例えば、おおよそV1=V2であれば、図6に示すように、デューティー比がDutyMaxとなり、スイッチング周期Tsのおよそ半周期でオンオフが繰り返されるようになる。   2 is shown in more detail in FIG. FIG. 5 shows a situation where V1> V2. In the asymmetric control, for example, a dead time is provided by shortening a period during which an FET that is a low-side switch is turned on. In this example, since the duty ratio is about 25%, the switching cycle Ts seems to be divided into four periods. The first period is represented as ST_1, the second period is represented as ST_2, the third period is represented as ST_3, and the fourth period is represented as ST_4. However, when the duty ratio rises, for example, if V1 = V2, for example, as shown in FIG. 6, the duty ratio becomes DutyMax, and ON / OFF is repeated in approximately a half cycle of the switching cycle Ts.

また、図7に、スイッチング周期に対するハイサイドスイッチのオン期間の割合であるデューティー比(Duty)と、Vout/Vin(高い電圧の方がVin)との関係を表す。このように、デューティー比を変えることにより、Vout/Vinを変化させることができる。但し、降圧方向に制御されるので、降圧降圧双方向コンバータであることが分かる。なお、DutyMaxになっても、Vout/Vin=1とならないのは、FETのボディダイオードによる電圧降下、あるいは電力ラインに流れる電流により、電力ライン自体やその電力ラインに含まれる部品の抵抗成分による損失があるためである。   FIG. 7 shows the relationship between the duty ratio (Duty), which is the ratio of the high-side switch ON period to the switching period, and Vout / Vin (the higher voltage is Vin). Thus, Vout / Vin can be changed by changing the duty ratio. However, since it is controlled in the step-down direction, it can be seen that it is a step-down step-down bidirectional converter. Note that Vout / Vin = 1 does not become 1 even when DutyMax is reached because the voltage drop due to the body diode of the FET or the current flowing in the power line causes a loss due to the resistance component of the power line itself and components included in the power line. Because there is.

なお、図8に示すように、第1の共振回路に流れる電流をI_Lr1Cr1とし、第2の共振回路に流れる電流I_Lr2Cr2とする。また、インダクタLr1の両端の電圧をV_Lr1とし、キャパシタCr1の両端の電圧をV_Cr1とする。同様に、インダクタLr2の両端の電圧をV_Lr2とし、キャパシタCr2の両端の電圧をV_Cr2とする。また、FET(Q1AH)に流れる電流をI_Q1AHとし、FET(Q1AL)に流れる電流をI_Q1ALとし、FET(Q1BH)に流れる電流をI_Q1BHとし、FET(Q1BL)に流れる電流をI_Q1BLとする。なお、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側には、直流電源が接続され、その電源電圧Vsupを15Vとする。また、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側に流れる電流をI1とする。   As shown in FIG. 8, the current flowing through the first resonance circuit is I_Lr1Cr1, and the current I_Lr2Cr2 flowing through the second resonance circuit. The voltage across the inductor Lr1 is V_Lr1, and the voltage across the capacitor Cr1 is V_Cr1. Similarly, the voltage across the inductor Lr2 is V_Lr2, and the voltage across the capacitor Cr2 is V_Cr2. Further, the current flowing through the FET (Q1AH) is I_Q1AH, the current flowing through the FET (Q1AL) is I_Q1AL, the current flowing through the FET (Q1BH) is I_Q1BH, and the current flowing through the FET (Q1BL) is I_Q1BL. A DC power supply is connected to the first and second full bridge drive circuit sides, and the power supply voltage Vsup is set to 15V. Further, the current flowing to the first and second full bridge drive circuit sides is I1.

同様に、FET(Q2AH)に流れる電流をI_Q2AHとし、FET(Q2AL)に流れる電流をI_Q2ALとし、FET(Q2BH)に流れる電流をI_Q2BHとし、FET(Q2BL)に流れる電流をI_Q2BLとする。なお、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側には、負荷が接続され、その負荷に流れる電流をIoとする。また、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側に流れる電流をI2とする。   Similarly, the current flowing through the FET (Q2AH) is I_Q2AH, the current flowing through the FET (Q2AL) is I_Q2AL, the current flowing through the FET (Q2BH) is I_Q2BH, and the current flowing through the FET (Q2BL) is I_Q2BL. A load is connected to the third and fourth full bridge drive circuit sides, and the current flowing through the load is Io. Further, the current flowing to the third and fourth full bridge drive circuit sides is I2.

そして、V1>V2であれば、上で述べた電圧及び電流の波形は図9に示すようになる。図9(a)乃至(d)については、図5と同様である。図9(e)は、V1>V2である状態を示している。例えば、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側に接続されている負荷に電力を供給する場合には、制御回路100は、定電圧制御のためV2/V1が所望の値になるように図7に示すような関係に基づきデューティー比を決定して、各FETの駆動信号を生成して出力する。   If V1> V2, the voltage and current waveforms described above are as shown in FIG. FIGS. 9A to 9D are the same as FIG. FIG. 9E shows a state where V1> V2. For example, when power is supplied to the loads connected to the third and fourth full bridge drive circuit sides, the control circuit 100 performs a constant voltage control so that V2 / V1 becomes a desired value. The duty ratio is determined based on the relationship shown in FIG. 7, and a drive signal for each FET is generated and output.

一方、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側に接続されている電池が蓄電池で充電する場合には、V1<V2となるが、上で述べたように、対称制御と非対称制御とを、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路と第3及び第4のフルブリッジ駆動回路との間で入れ替えればよい。なお、例えばV1が適正な値になるように蓄電池に一定電流で充電すべくデューティー比を決定して、各FETの駆動信号を生成し出力する。   On the other hand, when the battery connected to the first and second full bridge drive circuit side is charged by the storage battery, V1 <V2, but as described above, the symmetric control and the asymmetric control are performed. The first and second full bridge drive circuits may be interchanged with the third and fourth full bridge drive circuits. For example, the duty ratio is determined so that the storage battery is charged with a constant current so that V1 becomes an appropriate value, and a drive signal for each FET is generated and output.

図9(f)乃至(n)によれば、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側から第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側へ、主にST_1及びST_3に電力が伝達されていることが分かる。この際、第1の共振回路及び第2の共振回路の効果で、ST_1及びST_2でキャパシタCr2に電力を溜めてST_3で吐き出し、ST_3及びST_4でキャパシタCr1に電力を溜めてST_1で吐き出すようになっている。共振周波数frに対応する周期1/frの1/2よりも短い期間でオンオフがなされるため、電流の波形は、共振による電流変化(半波波形)が途中で打ち切られるような形になる。   According to FIGS. 9F to 9N, power is mainly transmitted to ST_1 and ST_3 from the first and second full bridge drive circuit sides to the third and fourth full bridge drive circuit sides. I understand that. At this time, due to the effect of the first resonance circuit and the second resonance circuit, power is accumulated in the capacitor Cr2 at ST_1 and ST_2 and discharged at ST_3, and power is accumulated at the capacitor Cr1 at ST_3 and ST_4 and discharged at ST_1. ing. Since the on / off operation is performed in a period shorter than 1/2 of the period 1 / fr corresponding to the resonance frequency fr, the current waveform is shaped such that the current change due to resonance (half-wave waveform) is interrupted halfway.

また、V1とV2がほぼ同じ場合に、図8に示した電圧及び電流の波形は図10に示すようになる。   When V1 and V2 are substantially the same, the voltage and current waveforms shown in FIG. 8 are as shown in FIG.

図10(a)乃至(d)については、図6と同様である。図10(e)は、V1とV2とがおおよそ同じである状態を示している。この場合には、第1乃至第4のフルブリッジ駆動回路は、皆対称制御がなされ、デューティー比はDutyMaxに固定される。   10A to 10D are the same as those in FIG. FIG. 10E shows a state where V1 and V2 are approximately the same. In this case, the first to fourth full bridge drive circuits are all controlled symmetrically, and the duty ratio is fixed to DutyMax.

図10(f)乃至(n)では、図9よりも波形を強調して示しているが、V1とV2とがほぼ同じ状態なので、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側と第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側との間でほとんど電流は流れない。従って、FETスイッチングによる損失も少なくなる。電流の波形は、共振による半波波形となる。   10 (f) to (n), the waveforms are shown more emphasized than in FIG. 9, but since V 1 and V 2 are substantially in the same state, the first and second full bridge drive circuit sides and the third and third Almost no current flows between the fourth full bridge drive circuit side. Therefore, the loss due to FET switching is also reduced. The current waveform is a half-wave waveform due to resonance.

また、対称制御を採用することで、V1>V2やV2>V1の状態に遷移しても、電圧の高い方から低い方へ電力を自動的に伝えることになるため、制御を頻繁に切り替えなくても良い。従って、制御が簡略化され、電力の伝達の双方向化がなされる。   In addition, by adopting symmetric control, power is automatically transmitted from the higher voltage to the lower voltage even when the state changes to V1> V2 or V2> V1, so the control is not frequently switched. May be. Therefore, control is simplified and bidirectional transmission of power is achieved.

以上のような制御を行うことで、トランスを用いずとも、LC共振回路のCで絶縁を行いつつ、効率的な双方向絶縁型DC−DCコンバータが実現される。   By performing the control as described above, an efficient bidirectional insulation type DC-DC converter is realized while performing insulation at C of the LC resonance circuit without using a transformer.

なお、上でデューティー比をDutyMaxに設定する例においては、DutyMaxよりも少々低いデューティー比を用いる場合においても、効率がやや落ちるだけで同様の効果を得ることができる。   In the example in which the duty ratio is set to DutyMax above, even when a duty ratio slightly lower than DutyMax is used, the same effect can be obtained with only a slight decrease in efficiency.

[応用例1]
実施の形態においても簡単に説明したが、実施の形態に係る双方向絶縁型DC−DCコンバータは、例えば図11に示すような電源装置に応用されることもある。
[Application Example 1]
Although briefly described in the embodiment, the bidirectionally insulated DC-DC converter according to the embodiment may be applied to a power supply device as shown in FIG. 11, for example.

図11に示す電源装置において、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側に、蓄電池及び当該蓄電池に流れる電流を検出する電流検出器を直列に接続する。蓄電池は、例えば、リチウムイオン電池、NiH電池、NiCd電池、鉛電池などの2次電池である。一方、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側に、直流電源又は充電器と、負荷とがスイッチにより切り替え可能に接続されている。   In the power supply device shown in FIG. 11, a storage battery and a current detector for detecting a current flowing through the storage battery are connected in series to the first and second full bridge drive circuit sides. The storage battery is, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a NiH battery, a NiCd battery, or a lead battery. On the other hand, a DC power source or a charger and a load are connected to the third and fourth full bridge drive circuit sides so as to be switchable by a switch.

例えば、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側の電圧V1が、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側の電圧V2より高く、蓄電池から放電させる場合には、以下のような制御がなされる。
(A)デューティー比をDutyMax(又はDutyMaxに近い値)に設定し、固定する
(B)負荷に合わせて定電圧制御を行う(PWM制御)
For example, when the voltage V1 on the first and second full bridge drive circuit side is higher than the voltage V2 on the third and fourth full bridge drive circuit side and the storage battery is discharged, the following control is performed. The
(A) Set the duty ratio to DutyMax (or a value close to DutyMax) and fix it (B) Perform constant voltage control according to the load (PWM control)

一方、第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側の電圧V1より、第3及び第4のフルブリッジ駆動回路側の電圧V2が高く、直流電源又は充電器から、蓄電池へ充電する場合には、以下のような制御がなされる。
(A)第1及び第2のフルブリッジ駆動回路側の電圧V1が所定の電圧に達するまでは、電流検出器により検出される電流に基づき定電流制御を行い、電圧V1が所定の電圧に達すると定電圧制御を行う。共にPWM制御を行う。
On the other hand, when the voltage V2 on the third and fourth full bridge drive circuit side is higher than the voltage V1 on the first and second full bridge drive circuit side, and the battery is charged from the DC power supply or the charger, The following control is performed.
(A) Until the voltage V1 on the first and second full bridge drive circuit sides reaches a predetermined voltage, constant current control is performed based on the current detected by the current detector, and the voltage V1 reaches the predetermined voltage. Then, constant voltage control is performed. Both perform PWM control.

このようにすれば、双方向絶縁型DC−DCコンバータを用いて双方向絶縁電源装置を実現できる。   In this way, a bidirectional insulated power supply device can be realized using a bidirectional insulated DC-DC converter.

[応用例2]
第1の応用例に係る双方向絶縁電源装置を単独ではなく複数直列に接続すれば図12に示すような電源装置が得られる。これによって、負荷に対する出力電圧を高くすることができる。また、蓄電池毎の電位のアンバランスを解消できる。
[Application 2]
If a plurality of bidirectional insulated power supply devices according to the first application example are connected in series rather than individually, a power supply device as shown in FIG. 12 is obtained. Thereby, the output voltage with respect to the load can be increased. Moreover, the potential imbalance of each storage battery can be eliminated.

さらに、第1の応用例に係る双方向絶縁電源装置を複数並列に接続すれば図13に示すような電源装置が得られる。これによって、蓄電池の容量を増加させることができるようになる。また、蓄電池毎の電位のアンバランスを解消できる。   Furthermore, if a plurality of bidirectional insulated power supply devices according to the first application example are connected in parallel, a power supply device as shown in FIG. 13 can be obtained. As a result, the capacity of the storage battery can be increased. Moreover, the potential imbalance of each storage battery can be eliminated.

以上本発明の実施の形態を述べたが、上記の趣旨に沿った様々な変形が可能である。特に、上で述べた応用例は例に過ぎず、様々な応用が可能である。   Although the embodiment of the present invention has been described above, various modifications can be made in accordance with the above-described purpose. In particular, the application examples described above are merely examples, and various applications are possible.

100 制御回路
110 V1検出回路
120 第1FETドライバ回路
130 第1駆動信号生成回路
140 第2FETドライバ回路
150 V2検出回路
160 第2駆動信号生成回路
170 アイソレータ
100 control circuit 110 V1 detection circuit 120 first FET driver circuit 130 first drive signal generation circuit 140 second FET driver circuit 150 V2 detection circuit 160 second drive signal generation circuit 170 isolator

Claims (4)

絶縁用の第1のキャパシタと第1のインダクタとが直列に接続された第1の共振回路と、
絶縁用の第2のキャパシタと第2のインダクタとが直列に接続された第2の共振回路と、
第1のハイサイドスイッチと第1のローサイドスイッチとを含み、前記第1のハイサイドスイッチと前記第1のローサイドスイッチとの間で前記第1の共振回路の一端と接続される第1の駆動回路と、
第2のハイサイドスイッチと第2のローサイドスイッチとを含み、前記第2のハイサイドスイッチと前記第2のローサイドスイッチとの間で前記第2の共振回路の一端と接続される第2の駆動回路と、
第3のハイサイドスイッチと第3のローサイドスイッチとを含み、前記第3のハイサイドスイッチと前記第3のローサイドスイッチとの間で前記第1の共振回路の他端と接続される第3の駆動回路と、
第4のハイサイドスイッチと第4のローサイドスイッチとを含み、前記第4のハイサイドスイッチと前記第4のローサイドスイッチとの間で前記第2の共振回路の他端と接続される第4の駆動回路と、
前記第1乃至第4の駆動回路のスイッチングを制御する制御回路と、
を有し、
前記第1及び第2の駆動回路は互いに接続されており、
前記第3及び第4の駆動回路は互いに接続されており、
前記制御回路が、
前記第1乃至第4のハイサイドスイッチがオンである期間を、制御目標に従って設定し、
前記第1及び第2の駆動回路側の第1の電圧と前記第3及び第4の駆動回路側の第2の電圧とのうち高い方の電圧に係る2つの駆動回路において、ハイサイドスイッチがオフである期間に応じて、ローサイドスイッチがオンである期間を設定し、
前記第1の電圧と前記第2の電圧のうち高い方の電圧に係る2つの駆動回路間では、ハイサイドスイッチがオンである期間をスイッチング周期の半周期だけずらし、
前記第1の電圧と前記第2の電圧のうち低い方の電圧に係る2つの駆動回路において、ハイサイドスイッチがオンである期間とローサイドスイッチがオンである期間とが同じ長さであり且つ前記スイッチング周期の半周期だけずらす
ように制御する双方向絶縁型DC−DCコンバータ。
A first resonant circuit in which a first capacitor for insulation and a first inductor are connected in series;
A second resonance circuit in which a second capacitor for insulation and a second inductor are connected in series;
A first drive including a first high-side switch and a first low-side switch and connected to one end of the first resonant circuit between the first high-side switch and the first low-side switch; Circuit,
A second drive including a second high-side switch and a second low-side switch and connected to one end of the second resonant circuit between the second high-side switch and the second low-side switch; Circuit,
A third high-side switch and a third low-side switch, and a third high-side switch connected to the other end of the first resonance circuit between the third high-side switch and the third low-side switch. A drive circuit;
A fourth high-side switch and a fourth low-side switch, the fourth high-side switch being connected to the other end of the second resonance circuit between the fourth high-side switch and the fourth low-side switch; A drive circuit;
A control circuit for controlling switching of the first to fourth drive circuits;
Have
The first and second drive circuits are connected to each other ;
The third and fourth drive circuits are connected to each other ;
The control circuit comprises:
A period during which the first to fourth high-side switches are on is set according to a control target,
In the two drive circuits according to the higher one of the first voltage on the first and second drive circuit sides and the second voltage on the third and fourth drive circuit sides, a high-side switch includes: Set the period when the low-side switch is on according to the period when it is off,
Between the two drive circuits related to the higher one of the first voltage and the second voltage, the period during which the high-side switch is on is shifted by a half cycle of the switching period,
In the two drive circuits according to the lower one of the first voltage and the second voltage, the period during which the high-side switch is on and the period during which the low-side switch is on have the same length, and Bidirectional insulation type DC-DC converter that is controlled so as to be shifted by half the switching period.
前記制御回路が、
前記第1の電圧と前記第2の電圧との差の絶対値が所定値以下である場合には、
前記第1乃至第4のハイサイドスイッチがオンである期間を、前記第1及び第2の共振回路による共振の共振周波数に対応する周期の半分を基に設定し、
前記第1乃至第4の駆動回路におけるハイサイドスイッチがオンである期間とローサイドスイッチがオンである期間とを前記スイッチング周期の半周期だけずらす
ように制御する請求項1記載の双方向絶縁型DC−DCコンバータ。
The control circuit comprises:
When the absolute value of the difference between the first voltage and the second voltage is not more than a predetermined value,
A period in which the first to fourth high-side switches are on is set based on a half of a period corresponding to a resonance frequency of resonance by the first and second resonance circuits;
2. The bidirectional insulated DC circuit according to claim 1, wherein the period in which the high-side switch is on and the period in which the low-side switch is on in the first to fourth drive circuits are controlled to be shifted by a half cycle of the switching cycle. DC converter.
前記制御回路が、The control circuit comprises:
前記第1の電圧と前記第2の電圧のうち低い方の電圧と高い方の電圧との比を、前記スイッチング周期に対するハイサイドスイッチがオンである期間の割合で制御するThe ratio between the lower voltage and the higher voltage of the first voltage and the second voltage is controlled by a ratio of a period during which the high-side switch is on with respect to the switching period.
請求項1又は2記載の双方向絶縁型DC−DCコンバータ。The bidirectional insulation type DC-DC converter according to claim 1 or 2.
請求項1乃至3のいずれか1つ記載の双方向絶縁型DC−DCコンバータと、
前記双方向絶縁型DC−DCコンバータにおける前記第1及び第2の駆動回路側に接続された蓄電池と、
を含む装置を、直列又は並列に複数接続した電源装置。
A bidirectional insulation type DC-DC converter according to any one of claims 1 to 3 ,
A storage battery connected to the first and second drive circuit sides in the bidirectional insulated DC-DC converter;
A power supply device in which a plurality of devices are connected in series or in parallel.
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