JP7375701B2 - Bidirectional isolated DC/DC converter and its control method - Google Patents
Bidirectional isolated DC/DC converter and its control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7375701B2 JP7375701B2 JP2020128815A JP2020128815A JP7375701B2 JP 7375701 B2 JP7375701 B2 JP 7375701B2 JP 2020128815 A JP2020128815 A JP 2020128815A JP 2020128815 A JP2020128815 A JP 2020128815A JP 7375701 B2 JP7375701 B2 JP 7375701B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase difference
- difference command
- gate
- signal
- enable signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
本発明は、入出力を絶縁しながら双方向に電力伝送を行う直流電源装置(双方向絶縁型DC/DCコンバータ)に係り、特に、初期駆動時のトランス電流の直流成分を抑制するための技術に関する。 The present invention relates to a DC power supply device (bidirectional isolated DC/DC converter) that performs bidirectional power transmission while insulating input and output, and in particular, technology for suppressing the DC component of transformer current during initial drive. Regarding.
双方向絶縁型DC/DCコンバータの一方式であるDual Active Bridge方式は非特許文献1,2に開示されている。Dual Active Bridge方式は、2台のフルブリッジインバータ(ハーフブリッジでもよい)、高周波トランスおよびインダクタ(もしくはトランスの漏れインダクタンスのみでもよい)で構成されている。各インバータ出力は方形波電圧であり、その位相差により伝送電力を制御する。
The Dual Active Bridge method, which is one method of a bidirectional isolated DC/DC converter, is disclosed in Non-Patent
Dual Active Bridge方式において、高周波トランスやインダクタに流れる電流は理想的には交流成分のみである。しかし、初期駆動において、位相差の初期値やゲートイネーブルのタイミングにより高周波トランスやインダクタに流れる電流が完全な交流にならず、直流成分が重畳する。それらの直流成分の発生により効率の低下もしくは高周波トランスが磁気飽和を起こし突入電流が流れ、機器の破損を招く場合がある。 In the Dual Active Bridge system, the current flowing through the high frequency transformer and inductor is ideally only an alternating current component. However, in the initial drive, the current flowing through the high frequency transformer or inductor does not become a complete alternating current due to the initial value of the phase difference and the timing of gate enable, and a direct current component is superimposed. The generation of these DC components may reduce efficiency or cause magnetic saturation of the high-frequency transformer, causing inrush current to flow and damaging equipment.
それらの対策として、トランス電流の正負をそれぞれサンプリングし、その和を零にすることで直流重畳を抑制する手法がある。この手法は定常的に発生する直流重畳の低減には有効である。しかし、この手法で過渡的に発生する直流重畳を抑制するためには高周波を正確に測定する高価なハードウェアが必要となる。 As a countermeasure against these problems, there is a method of suppressing DC superposition by sampling the positive and negative sides of the transformer current and making the sum zero. This method is effective in reducing DC superposition that occurs regularly. However, this method requires expensive hardware to accurately measure high frequencies in order to suppress DC superimposition that occurs transiently.
また、非特許文献2では急峻な位相差指令値変化時に発生する過渡的な直流重畳を抑制する方法が開示されている。これは各アームの位相差指令値の更新タイミングを分割する方式である。しかし、初期駆動における直流重畳の低減方法について検討されていない。
Furthermore, Non-Patent
以上示したようなことから、双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて、追加のハードウェアを必要とすることなく、初期駆動時における直流成分を抑制することが課題となる。 In view of the above, it is an issue to suppress the direct current component during initial drive in a bidirectional isolated DC/DC converter without requiring additional hardware.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第1直流電源に接続された第1インバータと、第2直流電源に接続された第2インバータと、前記第1インバータの交流側に1次巻線が接続され、前記第2インバータの交流側に2次巻線が接続されたトランスと、を備えた双方向絶縁型DC/DCコンバータであって、位相差指令としてφ*と零を切り替えて出力し、装置停止時は前記位相差指令として零を出力する位相差指令切替部と、前記位相差指令が零からφ*に切り替わった時、零からφ*に徐々に増加させて補正後位相差指令として出力するランプアップ部と、前記補正後位相差指令と矩形波に基づいて被比較波を生成する被比較波生成部と、キャリア信号と前記被比較波との比較に基づいて、ゲート信号を生成するPWM制御部と、装置停止時はゲートイネーブル信号を零とし、装置が初期駆動を開始し、かつ、前記キャリア信号が山頂点または谷頂点となった時点で前記ゲートイネーブル信号を1レベルにして保持するゲートイネーブル信号生成部と、前記ゲートイネーブル信号が1レベルの時は前記ゲート信号を前記第1,第2インバータに出力し、前記ゲートイネーブル信号が0レベルの時は前記ゲート信号を前記第1,第2インバータに出力しないゲート信号出力部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and one aspect thereof includes: a first inverter connected to a first DC power supply; a second inverter connected to a second DC power supply; A bidirectional isolated DC/DC converter comprising: a transformer having a primary winding connected to the AC side of the first inverter and a secondary winding connected to the AC side of the second inverter; A phase difference command switching unit outputs a phase difference command by switching between φ* and zero, and outputs zero as the phase difference command when the device is stopped; * A ramp-up unit that gradually increases the phase difference command and outputs it as a corrected phase difference command; a compared wave generation unit that generates a compared wave based on the corrected phase difference command and the rectangular wave; A PWM control unit generates a gate signal based on comparison with a comparison wave, and a gate enable signal is set to zero when the device is stopped, and the device starts initial drive and the carrier signal is set to a peak or a valley. a gate enable signal generation unit that sets and holds the gate enable signal at 1 level when the gate enable signal becomes 1 level; and a gate enable signal generator that outputs the gate signal to the first and second inverters when the gate enable signal is at 1 level; The present invention is characterized by comprising a gate signal output section that does not output the gate signal to the first and second inverters when the signal is at 0 level.
また、その一態様として、前記位相差指令切替部は、前記ゲートイネーブル信号が1レベルの時は前記位相差指令としてφ*を出力し、前記ゲートイネーブル信号が0レベルの時は前記位相差指令として零を出力することを特徴とする。 In one aspect, the phase difference command switching section outputs φ* as the phase difference command when the gate enable signal is at 1 level, and outputs φ* as the phase difference command when the gate enable signal is at 0 level. It is characterized by outputting zero as .
また、その一態様として、前記位相差指令切替部は、前記ゲートイネーブル信号が1レベルで、かつ、前記キャリア信号が山頂点または谷頂点となった時点で前記位相差指令をφ*にして保持し、前記ゲートイネーブル信号が0レベルで、かつ、前記キャリア信号が山頂点または谷頂点となった時点で前記位相差指令を零にして保持することを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the phase difference command switching unit maintains the phase difference command at φ* when the gate enable signal is at 1 level and the carrier signal reaches a peak or a valley peak. The phase difference command is set to zero and held at the time when the gate enable signal is at 0 level and the carrier signal reaches a peak or a valley.
本発明によれば、双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて、追加のハードウェアを必要とすることなく、初期駆動時における直流成分を抑制することが可能となる。 According to the present invention, in a bidirectional isolated DC/DC converter, it is possible to suppress a DC component during initial drive without requiring additional hardware.
以下、本願発明における双方向絶縁型DC/DCコンバータの実施形態1~3を図1~図13に基づいて詳述する。
[実施形態1]
図1に本実施形態1の制御方法を適用するDual Active Bridge方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータの主回路構成を示す。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows the main circuit configuration of a dual active bridge bidirectional isolated DC/DC converter to which the control method of the first embodiment is applied.
図1に示すように、第1直流電圧DC1の正極端と負極端との間には第1,第2半導体スイッチング素子1a,1bが直列接続される。また、第1直流電圧DC1の正極端と負極端との間には第3,第4半導体スイッチング素子1c,1dが直列接続される。第1~第4半導体スイッチング素子1a~1dが第1インバータを構成する。
As shown in FIG. 1, first and second
第1,第2半導体スイッチング素子1a,1bの接続点は、第1インダクタL1を介してトランスTrの1次巻線の一端に接続される。第3,第4半導体スイッチング素子1c,1dの接続点は、トランスTrの1次巻線の他端に接続される。すなわち、第1インバータの交流側にトランスTrの1次巻線が接続される。
A connection point between the first and second
第2直流電圧DC2の正極端と負極端との間には第5,第6半導体スイッチング素子2a,2bが直列接続される。また、第2直流電圧DC2の正極端と負極端との間には第7,第8半導体スイッチング素子2c,2dが直列接続される。第5~第8半導体スイッチング素子2a~2dが第2インバータを構成する。
Fifth and sixth
第5,第6半導体スイッチング素子2a,2bの接続点は、第2インダクタL2を介してトランスTrの2次巻線の一端に接続される。第7,第8半導体スイッチング素子2c,2dの接続点は、トランスTrの2次巻線の他端に接続される。すなわち、第2インバータの交流側にトランスTrの2次巻線が接続される。
A connection point between the fifth and sixth
なお、第1,第2インダクタL1,L2は省略し、トランスTrの漏れインダクタンスのみとしても良い。また、第1,第2インバータは、フルブリッジインバータの他、ハーフブリッジインバータでもよい。 Note that the first and second inductors L1 and L2 may be omitted and only the leakage inductance of the transformer Tr may be used. Furthermore, the first and second inverters may be half-bridge inverters as well as full-bridge inverters.
図2に従来法の制御ブロック図を示す。位相差指令φ*は、電力制御、電圧制御や電流制御から出力される値である。キャリア生成部3はアップダウンカウントによりキャリア信号と矩形波を生成する。
FIG. 2 shows a control block diagram of the conventional method. The phase difference command φ* is a value output from power control, voltage control, or current control. The
被比較波生成部20は、ゲイン乗算部1と、リミッタ2と、乗算器4a,4bと、乗算器5と、を備える。被比較波生成部20は、位相差指令φ*と矩形波に基づいて被比較波を生成する。
The compared
ゲイン乗算部1は、位相差指令φ*にゲインを乗算し、出力αを計算する。ここでは、ゲインを1/πとしている。リミッタ2は、出力αを-0.5から0.5の範囲に制限する。
The
乗算器4a,4bは、リミッタ2の出力に矩形波を乗算し、被比較波を生成する。なお、各インバータの被比較波は180°の位相差を持たせるために片側の乗算器4bの入力を乗算器5で-1倍している。乗算器4aの出力を被比較波βとし、乗算器4bの出力を被比較波γとする。
PWM制御部21は、比較器6a~6dと、NOT素子7a~7dと、デッドタイム生成部8a~8hと、を備える。PWM制御部21は、キャリア信号と被比較波との比較に基づいてゲート信号を生成する。
The
具体的には、比較器6a~6dは、キャリア信号と被比較波β,γを比較する。NOT素子7a~7dは、上下アームで反転した信号を生成するため、比較器6a~6dの出力を反転させる。デッドタイム生成部8a~8hは、比較器6a~6dおよびNOT素子7a~7dの出力にデッドタイムを付加する。
Specifically, the
AND素子(ゲート信号出力部)9a~9hは、デッドタイム生成部8a~8hの出力と駆動開始信号との論理積を求める。AND素子9a~9hの出力がゲート信号として第1~第8半導体スイッチング素子1a~1d,2a~2dに出力される。駆動開始信号が0の場合はすべての半導体スイッチング素子はOFF状態になる。
AND elements (gate signal output sections) 9a to 9h calculate the AND of the outputs of the dead time generation sections 8a to 8h and the drive start signal. The outputs of the AND
図3に本実施形態1における制御部のブロックを示す。本実施形態1は初期駆動時の位相差指令の設定およびゲート信号出力タイミングの同期方法に特徴がある。本実施形態1の制御部は従来技術の制御部に以下の構成を追加している。 FIG. 3 shows a block diagram of the control section in the first embodiment. The first embodiment is characterized by the setting of the phase difference command at the time of initial driving and the method of synchronizing the gate signal output timing. The control unit of the first embodiment has the following configuration added to the control unit of the conventional technology.
セレクタ(位相差指令切替部)10は、位相差指令としてφ*と零とを切り替えて出力する。セレクタ10は、装置停止時は零、初期駆動信号が入力されたら位相差指令φ*を出力する。
A selector (phase difference command switching section) 10 switches and outputs φ* and zero as a phase difference command. The
移動平均部(ランプアップ部)11は、入力した位相差指令が零からφ*に切り替わった時、位相差指令をあらかじめ設定した時間で移動平均処理を行い、出力を零からφ*に徐々に増加させて補正後位相差指令として出力する。 When the input phase difference command switches from zero to φ*, the moving average unit (ramp up unit) 11 performs a moving average process on the phase difference command at a preset time, and gradually changes the output from zero to φ*. The phase difference command is increased and outputted as a corrected phase difference command.
キャリア生成部3は、キャリア信号と矩形波とトリガ信号を出力する。矩形波は、キャリア信号のアップカウント時に-1、ダウンカウント時に1となる信号である。トリガ信号は、キャリア信号の山頂点と谷頂点のタイミングでHighとなる信号である。本実施形態1の被比較波生成部20は、補正後位相差指令と矩形波に基づいて被比較波を生成する。
The
Dフリップフロップ(ゲートイネーブル信号生成部)12は、初期駆動信号とトリガ信号を入力し、ゲートイネーブル信号flgを出力する。装置停止時はゲートイネーブル信号を0レベルとし、装置が初期駆動を開始し、かつ、キャリア信号の山頂点または谷頂点となった時点でゲートイネーブル信号を1レベルにして保持する。すなわち、ゲートイネーブル信号flgのレベル変化のタイミングを、キャリア信号の山頂点もしくは谷頂点のタイミングと同期させる。 The D flip-flop (gate enable signal generation unit) 12 receives an initial drive signal and a trigger signal, and outputs a gate enable signal flg. When the device is stopped, the gate enable signal is set to 0 level, and when the device starts initial driving and reaches the peak or valley peak of the carrier signal, the gate enable signal is set to 1 level and held. That is, the timing of the level change of the gate enable signal flg is synchronized with the timing of the peak or valley peak of the carrier signal.
本実施形態1は初期駆動信号と同じタイミングで位相差指令φ*の出力が開始される。また、初期駆動信号が1レベルとなり、キャリア信号が山頂点、または、谷頂点となった時点でゲート信号の出力が開始される。駆動中は所望の位相差を常に達成するようにDual Active Bridgeを駆動する。 In the first embodiment, output of the phase difference command φ* is started at the same timing as the initial drive signal. Furthermore, when the initial drive signal becomes 1 level and the carrier signal reaches the peak or valley peak, output of the gate signal is started. During driving, the Dual Active Bridge is driven so as to always achieve the desired phase difference.
位相差指令φ*は一般的な電圧制御や電流制御の他に、非特許文献1で示されている伝送電力の以下の(1)式により求めてもよい。
In addition to general voltage control and current control, the phase difference command φ* may be obtained using the following equation (1) for transmission power shown in
ただし、Pは伝送電力、E1は第1直流電圧、E2は第2直流電圧、Nはトランス巻数比、ωはスイッチング角周波数、φは各インバータ出力電圧の位相差(位相差範囲は-π/2≦φ≦π/2)、Lは1次側に等価換算したインダクタとトランスの漏れインダンクタンスの和である。 However, P is the transmission power, E 1 is the first DC voltage, E 2 is the second DC voltage, N is the transformer turns ratio, ω is the switching angular frequency, and φ is the phase difference between each inverter output voltage (the phase difference range is - π/2≦φ≦π/2), and L is the sum of the leakage inductance of the inductor and transformer equivalently converted to the primary side.
その後、被比較波β,γがキャリア信号の振幅となるように移動平均部11の出力に対して1/πを乗算する。なお、その値を矩形波と乗算することで矩形波の振幅が位相指令値となる。
Thereafter, the output of the moving
本実施形態1ではDフリップフロップ12を用いてゲートイネーブル信号のタイミングをキャリア信号の山頂点もしくは谷頂点と同期させる。励磁電流の直流重畳を抑制するために励磁電流がゼロとなるタイミングとゲートイネーブル信号を同期させる。
In the first embodiment, the D flip-
Dual Active Bridge方式において、各インバータの出力電圧は方形波であるため、励磁電流は三角波となる。したがって、方形波の立ち上がりのタイミングをθ=0radとした場合、励磁電流iLmは以下の(2)式で計算できる。 In the Dual Active Bridge method, the output voltage of each inverter is a square wave, so the exciting current is a triangular wave. Therefore, when the rising timing of the square wave is set to θ=0 rad, the excitation current i Lm can be calculated using the following equation (2).
ただし、fswはスイッチング周波数、Lmは励磁インダクタンスである。(2)式から励磁電流iLmがゼロとなる位相はθ=π/2,3π/2となる。これは方形波電圧の正もしくは負電圧期間の中間点である。また、方形波電圧の正期間の中間点がキャリア信号の谷頂点に負期間の中間点がキャリア信号の山頂点と同期している。したがって、本実施形態1では図4に示すように、ゲートイネーブル信号flgをキャリア信号の山頂点もしくは谷頂点に同期させる。 However, f sw is the switching frequency, and L m is the excitation inductance. From equation (2), the phases at which the excitation current i Lm becomes zero are θ=π/2, 3π/2. This is the midpoint of the positive or negative voltage period of the square wave voltage. Furthermore, the midpoint of the positive period of the square wave voltage is synchronized with the trough and peak of the carrier signal, and the midpoint of the negative period is synchronized with the peak of the carrier signal. Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the gate enable signal flg is synchronized with the peak or valley peak of the carrier signal.
また、位相差指令φ*が急峻に変化するとトランスおよびインダクタ電流に直流重畳が発生する。そのため、図4に示すように、位相差指令を零から所望のφ*にランプアップさせることで、位相差指令φ*(補正後位相差指令)の急峻な変化を抑制し、インダクタ電流の直流重畳を低減できる。 Furthermore, when the phase difference command φ* changes abruptly, DC superposition occurs in the transformer and inductor currents. Therefore, as shown in Fig. 4, by ramping up the phase difference command from zero to the desired φ*, a steep change in the phase difference command φ* (corrected phase difference command) can be suppressed, and the DC current of the inductor current can be reduced. Superimposition can be reduced.
以上示したように、本実施形態1によれば、Dual Active Bridge駆動時の高周波トランスに流れる励磁電流の直流成分を抑制することが可能となる。また、トランスの磁気飽和を防ぐことができ、トランス鉄心断面積の低減・小型化を図ることが可能となり、突入電流発生・機器破損を抑制できる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to suppress the DC component of the excitation current flowing through the high frequency transformer during Dual Active Bridge driving. In addition, magnetic saturation of the transformer can be prevented, the cross-sectional area of the transformer core can be reduced and the size can be reduced, and inrush current generation and equipment damage can be suppressed.
[実施形態2]
図5に本実施形態2における制御部のブロック図を示す。本実施形態2では、セレクタ(位相差指令切替部)10の出力信号変更を初期駆動信号ではなくゲートイネーブル信号flgで行う。
[Embodiment 2]
FIG. 5 shows a block diagram of the control section in the second embodiment. In the second embodiment, the output signal of the selector (phase difference command switching unit) 10 is changed using the gate enable signal flg instead of the initial drive signal.
実施形態1では、スイッチング周波数が低くなると、図4に示すように初期駆動信号とゲートイネーブル信号flgのずれが大きくなるため、初期駆動直後に位相差指令値がゼロとならず、初期駆動時にインダクタ電流に直流成分が重畳する。 In the first embodiment, as the switching frequency becomes lower, the deviation between the initial drive signal and the gate enable signal flg increases as shown in FIG. A DC component is superimposed on the current.
本実施形態2では、位相差指令を0からφ*に変更するタイミングをゲートイネーブル信号flgに同期させる。すなわち、ゲートイネーブル信号が1レベルの時は位相差指令としてφ*を出力し、ゲートイネーブル信号が0レベルの時は位相差指令として0を出力する。 In the second embodiment, the timing at which the phase difference command is changed from 0 to φ* is synchronized with the gate enable signal flg. That is, when the gate enable signal is at 1 level, φ* is output as the phase difference command, and when the gate enable signal is at 0 level, 0 is output as the phase difference command.
これにより、ゲート信号出力と位相差指令φ*のランプアップ開始が同期し、Dual Active Bridgeの駆動時における励磁電流とインダクタ電流の直流重畳を抑制できる。 As a result, the gate signal output and the ramp-up start of the phase difference command φ* are synchronized, and it is possible to suppress DC superposition of the excitation current and the inductor current when driving the Dual Active Bridge.
本実施形態2によれば、位相差指令φ*の変更をゲート信号出力のタイミングと同期させることでインダクタ電流の直流成分を抑制できる。トランスやインダクタの銅損、Dual Active Bridge方式の導通損を低減できる。特にスイッチング周波数が低い場合に直流成分の抑制効果が大きい。 According to the second embodiment, the DC component of the inductor current can be suppressed by synchronizing the change in the phase difference command φ* with the timing of the gate signal output. Copper loss in transformers and inductors, and conduction loss in dual active bridge systems can be reduced. Particularly when the switching frequency is low, the effect of suppressing the DC component is large.
[実施形態3]
図7に本実施形態3における制御部のブロック図を示す。本実施形態3では、実施形態2における制御部に対して、セレクタ10と移動平均部11の間にDフリップフロップ13を追加したものである。Dフリップフロップ13は、位相差指令がφ*(ゲートイネーブル信号が1レベル)で、かつ、キャリア信号が山頂点、または、谷頂点となった時点で位相差指令をφ*として出力し保持する。また、Dフリップフロップ13は、位相差指令が0(ゲートイネーブル信号が0レベル)で、かつ、キャリア信号が山頂点、または、谷頂点となった時点で位相差指令を0として出力し保持する。本実施形態3では、セレクタ10とDフリップフロップ13とで位相差指令切替部を構成する。
[Embodiment 3]
FIG. 7 shows a block diagram of the control section in the third embodiment. In the third embodiment, a D flip-
実施形態2の図6に示すように、移動平均部11の周期が短い場合は位相差指令の更新直後にキャリア信号と被比較波の大小関係(位相差指令値)が変化するため、半導体スイッチング素子のオン期間とオフ期間の差(図6中Toff_2とTon_2の差)が大きくなる可能性がある。この差はインバータ出力電圧の直流分の原因となり、高周波トランスおよびインダクタ電流の直流成分増加を招く。
As shown in FIG. 6 of the second embodiment, when the period of the moving
本実施形態3では、Dフリップフロップ13により、位相差指令を更新するタイミングをキャリア信号の山頂点と谷頂点に同期させる。
In the third embodiment, the D flip-
本実施形態3により、図8に示すように位相差指令の更新直後(被比較波の最大値はキャリア信号のピーク値に対して半分の値である)はキャリア信号の現在値が被比較波よりも大きく、オン期間の変化量が小さくなる。したがって、インダクタ電流の直流成分を抑制できる。 According to the third embodiment, as shown in FIG. 8, immediately after the phase difference command is updated (the maximum value of the compared wave is half the peak value of the carrier signal), the current value of the carrier signal is the same as that of the compared wave. , and the amount of change in the on period becomes smaller. Therefore, the DC component of the inductor current can be suppressed.
本実施形態3によれば、移動平均の周期がスイッチング周期より短い条件であっても位相差指令変更時に発生する直流成分も抑制することができる。また、Dual Active Bridgeの応答速度を高め、性能を向上させることができる。 According to the third embodiment, even under conditions where the period of the moving average is shorter than the switching period, it is possible to suppress the DC component that occurs when changing the phase difference command. Furthermore, the response speed of the Dual Active Bridge can be increased and the performance can be improved.
図9に初期駆動時における従来法の動作波形を示す。インバータ出力電圧が発生するタイミングと位相差指令の更新タイミングとゲート信号を出力するタイミングがキャリア信号の山頂点もしくは谷頂点に同期しておらず、励磁電流におよびインダクタ電流に直流成分が重畳している。 FIG. 9 shows operating waveforms of the conventional method during initial drive. The timing at which the inverter output voltage is generated, the timing at which the phase difference command is updated, and the timing at which the gate signal is output are not synchronized with the peak or valley peaks of the carrier signal, and DC components are superimposed on the excitation current and inductor current. There is.
図10に駆動時における実施形態1の動作波形を示す。位相差指令φ*をランプアップさせ、かつ、ゲート信号を出力するタイミングがキャリア信号の山頂点もしくは谷頂点に同期しており、励磁電流の直流成分を抑制している。しかし、ゲートイネーブル信号と位相差指令の変更タイミングが非同期であるため、インダクタ電流の平均値がゼロになっておらず、インダクタ電流に直流成分が重畳している。 FIG. 10 shows operational waveforms of the first embodiment during driving. The timing of ramping up the phase difference command φ* and outputting the gate signal is synchronized with the peak or valley peak of the carrier signal, suppressing the DC component of the excitation current. However, since the timing of changing the gate enable signal and the phase difference command are asynchronous, the average value of the inductor current is not zero, and a DC component is superimposed on the inductor current.
図11および図12に駆動中における実施形態2の動作波形を示す。図11は移動平均部11の周期がスイッチング周期の2倍、図12は移動平均部11の周期がスイッチング周期の0.5倍の波形である。図11ではインダクタ電流の直流重畳が図10と比較して低減している。しかし、図12のように、移動平均部11の周期が短くなると(具体的にはスイッチング周期の1倍以下)インダクタ電流の直流成分が増加する。
FIGS. 11 and 12 show operational waveforms of the second embodiment during driving. 11 shows a waveform in which the period of the moving
図13に駆動中における実施形態3の動作波形を示す。位相差指令φ*の更新タイミングをキャリア信号の山頂点もしくは谷頂点と同期することで移動平均部11の周期が短い条件であってもインダクタ電流の直流成分を抑制している。
FIG. 13 shows operational waveforms of the third embodiment during driving. By synchronizing the update timing of the phase difference command φ* with the peak or valley peak of the carrier signal, the DC component of the inductor current is suppressed even under conditions where the period of the moving
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although only the specific examples described in the present invention have been described in detail above, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Naturally, such variations and modifications fall within the scope of the claims.
1…ゲイン乗算部
2…リミッタ
3…キャリア生成部
4a,4b,5…乗算器
6a~6d…比較器
7a~7d…NOT素子
8a~8h…デッドタイム生成部
9a~9h…AND素子(ゲート信号出力部)
10…セレクタ(位相差指令切替部)
11…移動平均部(ランプアップ部)
12…Dフリップフロップ(ゲートイネーブル信号生成部)
13…Dフリップフロップ
20…被比較波生成部
21…PWM制御部
DC1,DC2…第1,第2直流電圧
1a~1d,2a~2d…第1~第8半導体スイッチング素子
1...
10...Selector (phase difference command switching section)
11...Moving average part (ramp up part)
12...D flip-flop (gate enable signal generation section)
13...D flip-
Claims (4)
第2直流電源に接続された第2インバータと、
前記第1インバータの交流側に1次巻線が接続され、前記第2インバータの交流側に2次巻線が接続されたトランスと、を備えた双方向絶縁型DC/DCコンバータであって、
位相差指令としてφ*と零を切り替えて出力し、装置停止時は前記位相差指令として零を出力する位相差指令切替部と、
前記位相差指令が零からφ*に切り替わった時、零からφ*に徐々に増加させて補正後位相差指令として出力するランプアップ部と、
前記補正後位相差指令と矩形波に基づいて被比較波を生成する被比較波生成部と、
キャリア信号と前記被比較波との比較に基づいて、ゲート信号を生成するPWM制御部と、
装置停止時はゲートイネーブル信号を零とし、装置が初期駆動を開始し、かつ、前記キャリア信号が山頂点または谷頂点となった時点で前記ゲートイネーブル信号を1レベルにして保持するゲートイネーブル信号生成部と、
前記ゲートイネーブル信号が1レベルの時は前記ゲート信号を前記第1,第2インバータに出力し、前記ゲートイネーブル信号が0レベルの時は前記ゲート信号を前記第1,第2インバータに出力しないゲート信号出力部と、
を備えたことを特徴とする双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 a first inverter connected to a first DC power supply;
a second inverter connected to a second DC power supply;
A bidirectional isolated DC/DC converter comprising: a transformer having a primary winding connected to the AC side of the first inverter and a secondary winding connected to the AC side of the second inverter,
a phase difference command switching unit that switches and outputs φ* and zero as a phase difference command, and outputs zero as the phase difference command when the device is stopped;
a ramp-up unit that gradually increases the phase difference command from zero to φ* when the phase difference command is switched from zero to φ* and outputs it as a corrected phase difference command;
a compared wave generation unit that generates a compared wave based on the corrected phase difference command and the rectangular wave;
a PWM control unit that generates a gate signal based on a comparison between the carrier signal and the compared wave;
Gate enable signal generation that sets the gate enable signal to zero when the device is stopped, and sets and holds the gate enable signal at 1 level when the device starts initial driving and the carrier signal reaches the peak or valley peak. Department and
A gate that outputs the gate signal to the first and second inverters when the gate enable signal is at 1 level, and does not output the gate signal to the first and second inverters when the gate enable signal is at 0 level. a signal output section;
A bidirectional isolated DC/DC converter characterized by comprising:
前記ゲートイネーブル信号が1レベルの時は前記位相差指令としてφ*を出力し、前記ゲートイネーブル信号が0レベルの時は前記位相差指令として零を出力することを特徴とする請求項1記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The phase difference command switching section is
2. The phase difference command according to claim 1, wherein when the gate enable signal is at 1 level, φ* is output as the phase difference command, and when the gate enable signal is at 0 level, zero is output as the phase difference command. Bidirectional isolated DC/DC converter.
前記ゲートイネーブル信号が1レベルで、かつ、前記キャリア信号が山頂点または谷頂点となった時点で前記位相差指令をφ*にして保持し、
前記ゲートイネーブル信号が0レベルで、かつ、前記キャリア信号が山頂点または谷頂点となった時点で前記位相差指令を零にして保持することを特徴とする請求項1記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータ。 The phase difference command switching section is
When the gate enable signal is at 1 level and the carrier signal reaches the peak or valley peak, the phase difference command is set to φ* and held;
2. The bidirectional isolated DC according to claim 1, wherein the phase difference command is set to zero and held at the time when the gate enable signal is at 0 level and the carrier signal reaches a peak or a valley peak. /DC converter.
第2直流電源に接続された第2インバータと、
前記第1インバータの交流側に1次巻線が接続され、前記第2インバータの交流側に2次巻線が接続されたトランスと、を備えた双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御方法であって、
位相差指令切替部が、位相差指令としてφ*と零を切り替えて出力し、装置停止時は前記位相差指令として零を出力し、
ランプアップ部が、前記位相差指令が零からφ*に切り替わった時、零からφ*に徐々に増加させて補正後位相差指令として出力し、
被比較波生成部が、前記補正後位相差指令と矩形波に基づいて被比較波を生成し、
PWM制御部が、キャリア信号と前記被比較波との比較に基づいて、ゲート信号を生成し、
ゲートイネーブル信号生成部が、装置停止時はゲートイネーブル信号を零とし、装置が初期駆動を開始し、かつ、前記キャリア信号が山頂点または谷頂点となった時点で前記ゲートイネーブル信号を1レベルにして保持し、
ゲート信号出力部が、前記ゲートイネーブル信号が1レベルの時は前記ゲート信号を前記第1,第2インバータに出力し、前記ゲートイネーブル信号が0レベルの時は前記ゲート信号を前記第1,第2インバータに出力しない
ことを特徴とする双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御方法。 a first inverter connected to a first DC power supply;
a second inverter connected to a second DC power supply;
A method for controlling a bidirectional isolated DC/DC converter, comprising: a transformer having a primary winding connected to the AC side of the first inverter and a secondary winding connected to the AC side of the second inverter. There it is,
A phase difference command switching unit outputs a phase difference command by switching between φ* and zero, and outputs zero as the phase difference command when the device is stopped;
When the phase difference command is switched from zero to φ*, the ramp up section gradually increases it from zero to φ* and outputs it as a corrected phase difference command;
a compared wave generation unit generates a compared wave based on the corrected phase difference command and the rectangular wave,
a PWM control unit generates a gate signal based on a comparison between the carrier signal and the compared wave;
The gate enable signal generation section sets the gate enable signal to zero when the device is stopped, and sets the gate enable signal to one level when the device starts initial driving and the carrier signal reaches the peak or valley peak. and hold
A gate signal output section outputs the gate signal to the first and second inverters when the gate enable signal is at 1 level, and outputs the gate signal to the first and second inverters when the gate enable signal is at 0 level. 2. A control method for a bidirectional isolated DC/DC converter characterized by not outputting to two inverters.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020128815A JP7375701B2 (en) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Bidirectional isolated DC/DC converter and its control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020128815A JP7375701B2 (en) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Bidirectional isolated DC/DC converter and its control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022025755A JP2022025755A (en) | 2022-02-10 |
| JP7375701B2 true JP7375701B2 (en) | 2023-11-08 |
Family
ID=80264820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020128815A Active JP7375701B2 (en) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Bidirectional isolated DC/DC converter and its control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7375701B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013251998A (en) | 2012-06-01 | 2013-12-12 | Meidensha Corp | Controller of bidirectional insulation dc-dc converter |
| JP2014087134A (en) | 2012-10-22 | 2014-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Dc/dc converter |
| WO2018159437A1 (en) | 2017-03-01 | 2018-09-07 | 株式会社村田製作所 | Dc-dc converter |
| JP2020108246A (en) | 2018-12-27 | 2020-07-09 | 株式会社ダイヘン | Control circuit, and dc/dc converter device |
-
2020
- 2020-07-30 JP JP2020128815A patent/JP7375701B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013251998A (en) | 2012-06-01 | 2013-12-12 | Meidensha Corp | Controller of bidirectional insulation dc-dc converter |
| JP2014087134A (en) | 2012-10-22 | 2014-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Dc/dc converter |
| WO2018159437A1 (en) | 2017-03-01 | 2018-09-07 | 株式会社村田製作所 | Dc-dc converter |
| JP2020108246A (en) | 2018-12-27 | 2020-07-09 | 株式会社ダイヘン | Control circuit, and dc/dc converter device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022025755A (en) | 2022-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3631959B1 (en) | Soft-starting control method for electrical converter | |
| US7379309B2 (en) | High-frequency DC-DC converter control | |
| US7859861B2 (en) | Insulated power transfer device | |
| JP6526546B2 (en) | Resonant type power supply | |
| US10256738B2 (en) | Dual bridge DC/DC power converter | |
| CN107104588A (en) | Isolated DC converter Soft Starting System and method applied to DC distribution net | |
| JP2016012970A (en) | DC / DC converter control device and control method thereof | |
| US20120114009A1 (en) | Forward-flyback power supply using an inductor in the transformer primary and method of using same | |
| JP7305068B2 (en) | power converter | |
| JP2016012969A (en) | DC / DC converter control device and control method thereof | |
| JP2019118234A (en) | Isolated bidirectional dc/dc converter and control method of the same | |
| US20190356239A1 (en) | Method for controlling inverter during startup and control device | |
| US11973440B2 (en) | Isolated DC/DC converter with secondary-side full bridge diode rectifier and asymmetrical auxiliary capacitor | |
| JP7384136B2 (en) | Bidirectional isolated DC/DC converter and its control method | |
| CN101242144A (en) | A method of controlling a DC-DC converter | |
| JP7375701B2 (en) | Bidirectional isolated DC/DC converter and its control method | |
| JP7298448B2 (en) | Isolated DC/DC converter | |
| Moriyasu et al. | Surge current reduction in LLC resonant converter with a hybrid control strategy of PFM and PSM for expansion of output voltage range | |
| JP4929863B2 (en) | Power converter | |
| JP2011125175A (en) | Power conversion apparatus | |
| JP7226219B2 (en) | Isolated DC/DC converter | |
| CN212324012U (en) | Phase-shift frequency-doubling switch power amplifier | |
| JP6333699B2 (en) | Series resonant power transfer device | |
| JPH0161023B2 (en) | ||
| JP7683801B1 (en) | Power Conversion Systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230911 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230926 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231009 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7375701 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |