Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7535477B2 - DC/DC converter and power supply device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7535477B2 - DC/DC converter and power supply device - Google Patents

DC/DC converter and power supply device Download PDF

Info

Publication number
JP7535477B2
JP7535477B2 JP2021097278A JP2021097278A JP7535477B2 JP 7535477 B2 JP7535477 B2 JP 7535477B2 JP 2021097278 A JP2021097278 A JP 2021097278A JP 2021097278 A JP2021097278 A JP 2021097278A JP 7535477 B2 JP7535477 B2 JP 7535477B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
phase shift
arm
supply unit
shift amount
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
Application number
JP2021097278A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022188967A (en
Inventor
幹雄 佐々木
雅史 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichicon Corp
Original Assignee
Nichicon Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichicon Corp filed Critical Nichicon Corp
Priority to JP2021097278A priority Critical patent/JP7535477B2/en
Publication of JP2022188967A publication Critical patent/JP2022188967A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7535477B2 publication Critical patent/JP7535477B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

本発明は、DC/DCコンバータおよび電源装置に関する。 The present invention relates to a DC/DC converter and a power supply device.

近年、電気自動車用の急速充電器は、電気自動車のバッテリー容量の増加に伴い、100[kW]を超える大容量のものが増加しつつある。そのため、急速充電器で使用される電源装置の小型化、高効率化、低コスト化がより重要になっている。 In recent years, the number of high-capacity quick chargers for electric vehicles, exceeding 100 kW, has been increasing in line with the increase in battery capacity of electric vehicles. This has made it increasingly important to make the power supply devices used in quick chargers smaller, more efficient, and less expensive.

急速充電器の電源装置は、AC/DC電源部とDC/DC電源部とを備える。DC/DC電源部として、従来は電圧電流型のDC/DCコンバータが使用されていたが、近年は上記の背景を踏まえて、電流共振技術を利用したLLC方式、CLLC方式等の電流共振型のDC/DCコンバータが使用されつつある。 The power supply device of a quick charger is equipped with an AC/DC power supply unit and a DC/DC power supply unit. Conventionally, a voltage-current type DC/DC converter was used as the DC/DC power supply unit, but in recent years, in light of the above background, current-resonant type DC/DC converters such as the LLC type and CLLC type that utilize current-resonant technology are beginning to be used.

充電規格であるCHAdeMO規格は、急速充電器の電源装置の出力にダイオードを設けることを規定している。そのため、電源装置の出力を電気自動車のバッテリーに接続した時点では、DC/DCコンバータの出力端子に電気自動車のバッテリー電圧は印加されないので、DC/DCコンバータの出力電圧は0[V]である。 The CHAdeMO charging standard stipulates that a diode must be installed at the output of the power supply unit of a quick charger. Therefore, when the output of the power supply unit is connected to the electric vehicle's battery, the electric vehicle's battery voltage is not applied to the output terminal of the DC/DC converter, so the output voltage of the DC/DC converter is 0 V.

したがって、DC/DCコンバータでは、出力電圧が0[V]の状態から起動する必要があり、起動時に出力側のコンデンサに過大な突入電流が流れないよう電流制御を行いながら、出力電圧を徐々に立ち上げる起動制御が必要になる。 Therefore, DC/DC converters must start up from a state where the output voltage is 0 [V], and startup control is required to gradually increase the output voltage while controlling the current so that excessive inrush current does not flow to the output capacitor at startup.

特許文献1には、電流共振型コンバータ(電流共振型のDC/DCコンバータ)および昇圧用のDC/DCコンバータを備える電源装置が記載されている。特許文献1に記載の電源装置は、電流共振型コンバータのスイッチング動作を開始する前に昇圧用のDC/DCコンバータを動作させて、電流共振型コンバータの平滑コンデンサの電圧を、昇圧用のDC/DCコンバータの出力先の蓄電池の電圧よりも高い所定電圧に制御する。この制御により、起動時に過大な電流が流れるのを防止できる。しかしながら、特許文献1に記載の電源装置では、昇圧用のDC/DCコンバータを備えることが、電源装置の小型化および低コスト化の妨げとなる。 Patent Document 1 describes a power supply device that includes a current resonant converter (current resonant DC/DC converter) and a boost DC/DC converter. The power supply device described in Patent Document 1 operates the boost DC/DC converter before starting the switching operation of the current resonant converter, and controls the voltage of the smoothing capacitor of the current resonant converter to a predetermined voltage higher than the voltage of the storage battery to which the boost DC/DC converter is output. This control makes it possible to prevent excessive current from flowing at startup. However, in the power supply device described in Patent Document 1, the inclusion of the boost DC/DC converter hinders the miniaturization and cost reduction of the power supply device.

特許文献2にも、絶縁型共振コンバータ(電流共振型のDC/DCコンバータ)および直流コンバータを備える電源装置が記載されている。特許文献2に記載の電源装置は、起動時に絶縁型共振コンバータの第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子をスイッチングさせてスタートアップ処理を実施し、スタートアップ処理が開始された後に出力電圧の目標値への追従制御を開始する。これにより、起動時の突入電流や電圧サージの発生を抑えるソフトスタートが可能となる。しかしながら、特許文献2に記載の電源装置では、直流コンバータを備えること、および直流コンバータのスイッチング素子を制御して第1の直流電圧(絶縁型共振コンバータの入力電圧)を広い範囲で調整していることが、電源装置の小型化、高効率化、低コスト化の妨げとなる。 Patent Document 2 also describes a power supply device that includes an isolated resonant converter (current resonant DC/DC converter) and a DC converter. The power supply device described in Patent Document 2 switches the first and second switching elements of the isolated resonant converter at startup to perform startup processing, and starts tracking control of the output voltage to a target value after the startup processing has started. This enables a soft start that suppresses the occurrence of inrush current and voltage surges at startup. However, the power supply device described in Patent Document 2 includes a DC converter and controls the switching elements of the DC converter to adjust the first DC voltage (input voltage of the isolated resonant converter) over a wide range, which hinders the miniaturization, high efficiency, and low cost of the power supply device.

WO2017/022477号公報WO2017/022477 publication 特許第6021972号公報Patent No. 6021972

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、小型化、高効率化、低コスト化の妨げとなることなく、起動時に過大な電流が流れるのを防止することが可能なDC/DCコンバータおよび電源装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its objective is to provide a DC/DC converter and power supply device that can prevent excessive current from flowing during startup without impeding miniaturization, high efficiency, and low cost.

上記課題を解決するために、本発明に係るDC/DCコンバータは、
1次側コイルおよび2次側コイルを含む絶縁トランスと、
前記1次側コイルに接続された1次側回路と、
前記2次側コイルに接続された2次側回路と、
前記1次側回路を制御する制御回路と、
を備える電流共振型のDC/DCコンバータであって、
前記1次側回路は、
第1アームおよび第2アームで構成される第1レグと第3アームおよび第4アームで構成される第2レグとが並列接続されたフルブリッジ回路と、共振コイルと、共振コンデンサと、を備え、
前記第1アームおよび前記第2アームの第1接続点と前記第3アームおよび前記第4アームの第2接続点との間において、前記共振コイル、前記共振コンデンサおよび前記1次側コイルが直列接続されており、
前記第1アーム、前記第2アーム、前記第3アーム、前記第4アームの各アームは、
前記制御回路の制御下でオン/オフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に逆方向に並列接続されたダイオードと、
前記スイッチング素子に並列接続されたコンデンサと、を備え、
前記制御回路は、
起動してから前記2次側回路の出力電圧が第1目標値に達するまでの起動期間において、前記フルブリッジ回路の駆動周波数を前記共振コイルおよび前記共振コンデンサで決まる共振周波数よりも大きい第1駆動周波数に設定して周波数制御を開始するとともに、
前記第1レグと前記第2レグとの間の位相シフト量を所定の第1位相シフト量に設定して位相シフト制御を開始し、前記起動期間の終了時までに前記位相シフト量を前記第1位相シフト量よりも小さい第2位相シフト量まで低減させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a DC/DC converter according to the present invention comprises:
an isolation transformer including a primary coil and a secondary coil;
A primary circuit connected to the primary coil;
A secondary circuit connected to the secondary coil;
A control circuit for controlling the primary side circuit;
A current resonance type DC/DC converter comprising:
The primary side circuit includes:
a full bridge circuit in which a first leg consisting of a first arm and a second arm and a second leg consisting of a third arm and a fourth arm are connected in parallel, a resonant coil, and a resonant capacitor;
the resonant coil, the resonant capacitor, and the primary coil are connected in series between a first connection point of the first arm and the second arm and a second connection point of the third arm and the fourth arm,
Each of the first arm, the second arm, the third arm, and the fourth arm is
A switching element that is turned on/off under the control of the control circuit;
a diode connected in parallel in a reverse direction to the switching element;
a capacitor connected in parallel to the switching element,
The control circuit includes:
during a startup period from startup until an output voltage of the secondary side circuit reaches a first target value, a drive frequency of the full bridge circuit is set to a first drive frequency higher than a resonant frequency determined by the resonant coil and the resonant capacitor, and a frequency control is started;
The phase shift control is started by setting a predetermined first phase shift amount between the first leg and the second leg, and the phase shift amount is reduced to a second phase shift amount smaller than the first phase shift amount by the end of the startup period.

この構成によれば、起動期間において周波数制御および位相シフト制御を行うことで、昇圧用のDC/DCコンバータや入力電圧を低下させるためのDC/DCコンバータ等の追加部品を用いることなく、起動時に過大な電流が流れるのを防止することができる。しかも、第1駆動周波数を共振周波数よりも大きく設定しているので、位相シフト制御によりスイッチング素子に貫通電流が発生するのを回避することができる。 With this configuration, by performing frequency control and phase shift control during the startup period, it is possible to prevent excessive current from flowing during startup without using additional components such as a DC/DC converter for boosting or a DC/DC converter for lowering the input voltage. Moreover, since the first drive frequency is set higher than the resonant frequency, it is possible to avoid the occurrence of through current in the switching element due to phase shift control.

前記DC/DCコンバータにおいて、
前記制御回路は、
前記起動期間の終了時までに前記駆動周波数を前記共振周波数以下の第2駆動周波数まで低減させるよう構成できる。
In the DC/DC converter,
The control circuit includes:
The drive frequency may be reduced to a second drive frequency that is equal to or lower than the resonant frequency by the end of the start-up period.

前記DC/DCコンバータにおいて、
前記制御回路は、
前記起動期間のうち、前記位相シフト量を前記第1位相シフト量から前記第1位相シフト量と前記第2位相シフト量との間の第3位相シフト量まで低減させる第1期間に、前記駆動周波数が前記共振周波数よりも常に大きくなるように前記駆動周波数を制御してもよい。
In the DC/DC converter,
The control circuit includes:
During the startup period, in a first period in which the phase shift amount is reduced from the first phase shift amount to a third phase shift amount between the first phase shift amount and the second phase shift amount, the drive frequency may be controlled so that the drive frequency is always greater than the resonant frequency.

前記DC/DCコンバータにおいて、
前記制御回路は、
前記起動期間において、前記出力電圧の目標値をゼロまたは前記第1目標値よりも小さい第2目標値に設定して前記周波数制御および前記位相シフト制御を開始し、前記目標値を時間の経過に応じて前記第1目標値まで上昇させてもよい。
In the DC/DC converter,
The control circuit includes:
During the startup period, the target value of the output voltage may be set to zero or a second target value smaller than the first target value to start the frequency control and the phase shift control, and the target value may be increased to the first target value over time.

上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、
交流入力電圧を直流出力電圧に変換するAC/DC電源部と、
前記いずれかのDC/DCコンバータを含み、前記直流出力電圧が入力されるDC/DC電源部と、
前記AC/DC電源部および前記DC/DC電源部を制御する制御部と、
を備える電源装置であって、
前記制御部は、
前記AC/DC電源部を起動させた後に前記DC/DC電源部を起動させ、
前記DC/DC電源部の起動期間において、前記AC/DC電源部の前記直流出力電圧が、前記AC/DC電源部が出力可能で、かつ前記DC/DC電源部が電力変換動作を実行可能な最低電圧となるように、前記AC/DC電源部を制御することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a power supply device according to the present invention comprises:
an AC/DC power supply unit that converts an AC input voltage into a DC output voltage;
a DC/DC power supply unit including any one of the DC/DC converters and receiving the DC output voltage;
A control unit that controls the AC/DC power supply unit and the DC/DC power supply unit;
A power supply device comprising:
The control unit is
starting the AC/DC power supply unit and then starting the DC/DC power supply unit;
The present invention is characterized in that, during a start-up period of the DC/DC power supply unit, the AC/DC power supply unit is controlled so that the DC output voltage of the AC/DC power supply unit becomes the minimum voltage that the AC/DC power supply unit can output and that the DC/DC power supply unit can perform power conversion operation.

本発明によれば、小型化、高効率化、低コスト化の妨げとなることなく、起動時に過大な電流が流れるのを防止することが可能なDC/DCコンバータおよび電源装置を提供することができる。 The present invention provides a DC/DC converter and a power supply device that can prevent excessive current from flowing during startup without impeding miniaturization, high efficiency, and low cost.

本発明に係るDC/DCコンバータの回路図である。1 is a circuit diagram of a DC/DC converter according to the present invention; 比較例に関する図であって、(A)は起動期間の駆動周波数の変化を示す図、(B)は起動期間の出力電圧の変化およびスイッチング素子の電流の変化を示す図である。10A and 10B are diagrams relating to a comparative example, in which FIG. 10A shows a change in drive frequency during a startup period, and FIG. 10B shows a change in output voltage and a change in current of a switching element during the startup period. 本発明に係るDC/DCコンバータの位相シフト量を示す図であって、(A)は起動期間の開始時の図、(B)は起動期間の終了時の図である。1A and 1B are diagrams showing the amount of phase shift in a DC/DC converter according to the present invention, where FIG. 1A is a diagram showing the amount of phase shift at the start of a start-up period, and FIG. 本発明に関する図であって、(A)は起動期間の位相シフト量の変化を示す図、(B)は起動期間の駆動周波数の変化を示す図、(C)は起動期間の出力電圧の変化およびスイッチング素子の電流の変化を示す図である。1A is a diagram showing a change in the amount of phase shift during the startup period; FIG. 1B is a diagram showing a change in the drive frequency during the startup period; and FIG. 1C is a diagram showing a change in the output voltage and a change in the current of the switching element during the startup period. 本発明に係る電源装置のブロック図である。1 is a block diagram of a power supply device according to the present invention. (A)は第1変形例に係るDC/DCコンバータの回路図である。(B)は第2変形例に係るDC/DCコンバータの回路図である。1A is a circuit diagram of a DC/DC converter according to a first modified example, and FIG. 1B is a circuit diagram of a DC/DC converter according to a second modified example.

以下、添付図面を参照して、本発明に係るDC/DCコンバータおよび電源装置の実施形態について説明する。 Below, we will explain the embodiments of the DC/DC converter and power supply device according to the present invention with reference to the attached drawings.

[DC/DCコンバータ]
図1に、本発明の一実施形態に係るDC/DCコンバータ10Aを示す。DC/DCコンバータ10Aは、絶縁トランスTrと、1次側回路11と、2次側回路12と、制御回路13と、各種検出回路(図示せず)を備える電流共振型のコンバータである。
[DC/DC converter]
1 shows a DC/DC converter 10A according to one embodiment of the present invention. The DC/DC converter 10A is a current resonance type converter including an insulating transformer Tr, a primary circuit 11, a secondary circuit 12, a control circuit 13, and various detection circuits (not shown).

絶縁トランスTrは、n1巻線からなる1次側コイルと、センタータップを介して直列接続されたn2巻線およびn3巻線からなる2次側コイルと、を含む高周波絶縁トランスである。絶縁トランスTrは容量に応じて1個または複数個で構成してもよい。 The isolation transformer Tr is a high-frequency isolation transformer that includes a primary coil consisting of an n1 winding and a secondary coil consisting of n2 windings and n3 windings connected in series via a center tap. The isolation transformer Tr may be configured with one or more units depending on the capacity.

1次側回路11は、入力端T1,T2と、フルブリッジ回路と、共振コンデンサCrと、共振コイルLrと、励磁コイルLmとを備える。共振コイルLrは、その一部またはすべてを絶縁トランスTrの漏れインダクタンスで構成することができ、励磁コイルLmは、絶縁トランスTrの励磁インダクタンスで構成することができる。 The primary circuit 11 includes input terminals T1 and T2, a full bridge circuit, a resonant capacitor Cr, a resonant coil Lr, and an exciting coil Lm. The resonant coil Lr can be partially or entirely composed of the leakage inductance of the insulating transformer Tr, and the exciting coil Lm can be composed of the exciting inductance of the insulating transformer Tr.

フルブリッジ回路は、直列接続された第1アームおよび第2アームで構成される第1レグと、直列接続された第3アームおよび第4アームで構成される第2レグとを備える。第1レグと第2レグとは、並列接続される。第1アームは、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、コンデンサC1を備える。第2アームは、スイッチング素子Q2、ダイオードD2、コンデンサC2を備える。第3アームは、スイッチング素子Q3、ダイオードD3、コンデンサC3を備える。第4アームは、スイッチング素子Q4、ダイオードD4、コンデンサC4を備える。 The full bridge circuit comprises a first leg consisting of a first arm and a second arm connected in series, and a second leg consisting of a third arm and a fourth arm connected in series. The first leg and the second leg are connected in parallel. The first arm comprises a switching element Q1, a diode D1, and a capacitor C1. The second arm comprises a switching element Q2, a diode D2, and a capacitor C2. The third arm comprises a switching element Q3, a diode D3, and a capacitor C3. The fourth arm comprises a switching element Q4, a diode D4, and a capacitor C4.

スイッチング素子Q1には、高周波でスイッチングが可能なスイッチング素子が用いられる。例えば、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)、SiC(シリコンカーバイド)-MOSFET、GaN(窒化ガリウム)-MOSFET等の電力半導体スイッチング素子である。スイッチング素子Q2~Q4についても同様である。 A switching element capable of switching at high frequencies is used for switching element Q1. For example, it is a power semiconductor switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor), MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor), SiC (silicon carbide)-MOSFET, or GaN (gallium nitride)-MOSFET. The same applies to switching elements Q2 to Q4.

ダイオードD1は、スイッチング素子Q1の電流路に逆方向に並列接続される。ダイオードD1は、スイッチング素子Q1の寄生ダイオードでもよいし、スイッチング素子Q1とは独立した個別ダイオードでもよい。ダイオードD2~D4についても同様である。 Diode D1 is connected in parallel in the reverse direction to the current path of switching element Q1. Diode D1 may be a parasitic diode of switching element Q1, or may be an individual diode independent of switching element Q1. The same applies to diodes D2 to D4.

コンデンサC1は、スイッチング素子Q1の電流路およびダイオードD1に並列接続される。コンデンサC1は、スイッチング素子Q1の寄生キャパシタでもよいし、スイッチング素子Q1とは独立した個別コンデンサでもよい。コンデンサC2~C4についても同様である。 Capacitor C1 is connected in parallel to the current path of switching element Q1 and diode D1. Capacitor C1 may be a parasitic capacitor of switching element Q1, or may be an individual capacitor independent of switching element Q1. The same applies to capacitors C2 to C4.

スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2の第1接続点X1と、スイッチング素子Q3およびスイッチング素子Q4の第2接続点X2は、共振コンデンサCrおよび共振コイルLrを介してn1巻線に直列接続される。励磁コイルLmは、n1巻線に並列接続される。 The first connection point X1 of the switching element Q1 and the switching element Q2 and the second connection point X2 of the switching element Q3 and the switching element Q4 are connected in series to the n1 winding via the resonant capacitor Cr and the resonant coil Lr. The excitation coil Lm is connected in parallel to the n1 winding.

図1では、共振コイルLrおよび励磁コイルLmを絶縁トランスTrのn1巻線と別に記載しているが、共振コイルLrおよび励磁コイルLmは、n1巻線に含めてもよい。さらに、図1では、第1接続点X1とn1巻線との間に共振コンデンサCrおよび共振コイルLrを設けているが、n1巻線と第2接続点X2との間に共振コンデンサCrおよび共振コイルLrを設けてもよい。または、共振コンデンサCrおよび共振コイルLrの一方を、第1接続点X1とn1巻線との間に設け、他方を、n1巻線と第2接続点X2との間に設けてもよい。または、共振コンデンサCrおよび共振コイルLrの定数を分割して、n1巻線の両側に設けてもよい。 In FIG. 1, the resonant coil Lr and the excitation coil Lm are shown separately from the n1 winding of the insulating transformer Tr, but the resonant coil Lr and the excitation coil Lm may be included in the n1 winding. Furthermore, in FIG. 1, the resonant capacitor Cr and the resonant coil Lr are provided between the first connection point X1 and the n1 winding, but the resonant capacitor Cr and the resonant coil Lr may be provided between the n1 winding and the second connection point X2. Alternatively, one of the resonant capacitor Cr and the resonant coil Lr may be provided between the first connection point X1 and the n1 winding, and the other may be provided between the n1 winding and the second connection point X2. Alternatively, the constants of the resonant capacitor Cr and the resonant coil Lr may be divided and provided on both sides of the n1 winding.

2次側回路12は、ダイオードD5,D6からなる整流回路と、コンデンサCoと、出力端T3,T4とを備える。2次側回路12は、n2巻線およびn3巻線の誘起電圧をダイオードD5,D6からなる整流回路で整流し、コンデンサCoで平滑することで、直流の電圧(出力電圧Vo)に変換して出力する。 The secondary circuit 12 includes a rectifier circuit consisting of diodes D5 and D6, a capacitor Co, and output terminals T3 and T4. The secondary circuit 12 rectifies the induced voltage of the n2 winding and the n3 winding with the rectifier circuit consisting of diodes D5 and D6, smoothes it with the capacitor Co, and converts it into a DC voltage (output voltage Vo) for output.

制御回路13は、スイッチング素子Q1~Q4をオン/オフさせるためのスイッチング素子Q1~Q4の各駆動回路と、各駆動回路に制御信号を送るための制御信号生成回路とを含む。制御回路13は、アナログ制御回路で構成されていてもよいし、マイクロコントローラ等を使用したデジタル制御回路で構成されていてもよいし、アナログ制御回路とデジタル制御回路とを組み合わせた回路で構成されていてもよい。 The control circuit 13 includes drive circuits for the switching elements Q1 to Q4 for turning the switching elements Q1 to Q4 on and off, and a control signal generation circuit for sending control signals to each drive circuit. The control circuit 13 may be configured as an analog control circuit, a digital control circuit using a microcontroller or the like, or a circuit that combines an analog control circuit and a digital control circuit.

制御回路13は、電源電圧が供給されると起動し、所定の起動期間に起動制御を実行して、起動期間の終了後の通常期間に通常制御を実行する。起動期間は、例えば、起動してから出力電圧Voが第1目標値(例えば、400[V])に達するまでの期間である。 The control circuit 13 starts up when the power supply voltage is supplied, executes startup control during a predetermined startup period, and executes normal control during a normal period after the startup period ends. The startup period is, for example, the period from startup to when the output voltage Vo reaches a first target value (for example, 400 [V]).

制御回路13は、起動期間において、出力電圧Voの目標値をゼロまたは第1目標値よりも小さい第2目標値に設定して出力制御(後述する位相シフト制御および周波数制御)を開始し、時間の経過に応じて目標値を第1目標値まで所定の電圧ステップまたは電圧変化率で上昇させる。電圧ステップまたは電圧変化率の値は、適宜設定できる。なお、起動期間には、出力端T3,T4に接続された負荷への給電は行われず、通常期間の開始時に、負荷への給電が開始される。 During the startup period, the control circuit 13 sets the target value of the output voltage Vo to zero or a second target value smaller than the first target value, starts output control (phase shift control and frequency control, described below), and increases the target value to the first target value at a predetermined voltage step or voltage change rate as time passes. The value of the voltage step or voltage change rate can be set appropriately. During the startup period, power is not supplied to the load connected to the output terminals T3 and T4, and power supply to the load is started at the start of the normal period.

電流共振型のDC/DCコンバータ10Aでは、スイッチング素子Q1~Q4を、共振コンデンサCrおよび共振コイルLrで決まる第1共振周波数(本発明の「共振周波数」に相当)よりも大きい駆動周波数でオン/オフさせた場合、出力ゲインが1より低下する。しかしながら、駆動周波数の変化に対して出力ゲインの低下の割合は少なく、制御性がよくない。このため、通常制御時の制御回路13は、スイッチング素子Q1~Q4の駆動周波数を、出力ゲインが1となる第1共振周波数以下で、かつ励磁コイルLmを含めて決定される第2共振周波数以上の周波数範囲内の値に設定して、出力電圧Voまたは出力電流の制御を行う。 In the current resonant DC/DC converter 10A, when the switching elements Q1 to Q4 are turned on/off at a drive frequency higher than the first resonant frequency (corresponding to the "resonant frequency" of the present invention) determined by the resonant capacitor Cr and the resonant coil Lr, the output gain falls below 1. However, the rate at which the output gain falls with respect to changes in drive frequency is small, and controllability is poor. For this reason, during normal control, the control circuit 13 sets the drive frequency of the switching elements Q1 to Q4 to a value within a frequency range that is lower than the first resonant frequency at which the output gain is 1 and higher than the second resonant frequency determined including the excitation coil Lm, and controls the output voltage Vo or output current.

なお、コンデンサCoに電荷が蓄積されていない起動期間に、制御回路13が通常制御を実行すると、コンデンサCoに過電流が流れるため、スイッチング素子Q1~Q4に過電流が流れ、共振コンデンサCrに過電圧が発生してしまう。この対策として起動期間にスイッチング素子Q1~Q4の駆動周波数を第1共振周波数よりも大きくすることが考えられるが、その場合、駆動周波数の制御とは別に過電流を制限する必要がある。さらに、駆動周波数を第1共振周波数よりも大きくし過ぎると、スイッチング素子Q1~Q4のスイッチング損失が増大し、かつスイッチング素子Q1~Q4の各駆動回路の電力消費も大きくなるため、むやみに駆動周波数を大きくすることはできない。 If the control circuit 13 executes normal control during the startup period when no charge is stored in the capacitor Co, an overcurrent will flow through the capacitor Co, causing an overcurrent to flow through the switching elements Q1 to Q4 and generating an overvoltage in the resonant capacitor Cr. One possible solution to this problem is to make the drive frequency of the switching elements Q1 to Q4 higher than the first resonant frequency during the startup period, but in that case, it is necessary to limit the overcurrent separately from controlling the drive frequency. Furthermore, if the drive frequency is made too high above the first resonant frequency, the switching loss of the switching elements Q1 to Q4 will increase and the power consumption of each drive circuit for the switching elements Q1 to Q4 will also increase, so the drive frequency cannot be increased unnecessarily.

図2に、比較例として、制御回路13が単に駆動周波数の制御のみを実行した時の、駆動周波数、出力電圧Voおよびスイッチング素子Q1の電流の変化を示す。同図の0~95[ms]が起動期間であり、95[ms]以降が通常期間である。また、共振コンデンサCrおよび共振コイルLrで決まる共振周波数は、128[kHz]である。 As a comparative example, Figure 2 shows the changes in drive frequency, output voltage Vo, and current of switching element Q1 when control circuit 13 simply controls the drive frequency. In the figure, 0 to 95 ms is the startup period, and 95 ms onwards is the normal period. The resonant frequency determined by resonant capacitor Cr and resonant coil Lr is 128 kHz.

図2(A)に示すように、制御回路13は、起動期間の開始時にスイッチング素子Q1~Q4の駆動周波数を共振周波数よりも大きい第1駆動周波数f1(f1=150[kHz])に設定して周波数制御を開始し、起動期間の終了時(95[ms])に共振周波数よりも小さい第2駆動周波数f2(f2=103[kHz])になるように駆動周波数を低減させる。なお、通常期間の100[ms]の時点において、駆動周波数は100[kHz]になる。 As shown in FIG. 2(A), the control circuit 13 starts frequency control by setting the drive frequency of the switching elements Q1 to Q4 to a first drive frequency f1 (f1 = 150 kHz) that is greater than the resonant frequency at the start of the startup period, and reduces the drive frequency to a second drive frequency f2 (f2 = 103 kHz) that is less than the resonant frequency at the end of the startup period (95 ms). Note that at the 100 ms point in the normal period, the drive frequency is 100 kHz.

制御回路13が単に駆動周波数の制御のみを実行した場合、図2(B)に示すように、出力電圧Voは、0[V]から400[V]まで上昇するが、起動期間の開始時には、スイッチング素子Q1に約200[A]の過電流が流れてしまう。 If the control circuit 13 simply controls the drive frequency, as shown in FIG. 2(B), the output voltage Vo rises from 0 [V] to 400 [V], but at the start of the startup period, an overcurrent of approximately 200 [A] flows through the switching element Q1.

そこで、本実施形態では起動制御として、周波数制御とともに位相シフト制御が実行される。具体的には、制御回路13は、起動期間において、第1レグ(スイッチング素子Q1,Q2)と第2レグ(スイッチング素子Q3,Q4)との間の位相シフト量を所定の第1位相シフト量に設定して位相シフト制御を開始し、起動期間の終了時までに第1位相シフト量よりも小さい第2位相シフト量になるまで位相シフト量を低減させる。 Therefore, in this embodiment, phase shift control is executed together with frequency control as startup control. Specifically, the control circuit 13 starts phase shift control by setting the phase shift amount between the first leg (switching elements Q1, Q2) and the second leg (switching elements Q3, Q4) to a predetermined first phase shift amount during the startup period, and reduces the phase shift amount until it becomes a second phase shift amount that is smaller than the first phase shift amount by the end of the startup period.

図3(A)に、第1位相シフト量θ1で位相シフト制御を実行したときのスイッチング素子Q1~Q4のオン/オフのタイミングを示す。第1位相シフト量θ1は、180度または180度に近い角度(例えば、150度以上の角度)である。図3(B)に、第2位相シフト量θ2で位相シフト制御を実行したときのスイッチング素子Q1~Q4のオン/オフのタイミングを示す。第2位相シフト量θ2は、0度または0度に近い角度(例えば、30度以下の角度)である。制御回路13は、起動期間において、位相シフト量が第1位相シフト量θ1から第2位相シフト量θ2になるように、一定時間毎に一定量または連続的に位相シフト量を低減させる。 Figure 3 (A) shows the on/off timing of the switching elements Q1 to Q4 when phase shift control is performed with a first phase shift amount θ1. The first phase shift amount θ1 is an angle of 180 degrees or close to 180 degrees (e.g., an angle of 150 degrees or more). Figure 3 (B) shows the on/off timing of the switching elements Q1 to Q4 when phase shift control is performed with a second phase shift amount θ2. The second phase shift amount θ2 is an angle of 0 degrees or close to 0 degrees (e.g., an angle of 30 degrees or less). During the startup period, the control circuit 13 reduces the phase shift amount by a fixed amount or continuously at regular intervals so that the phase shift amount becomes the second phase shift amount θ2 from the first phase shift amount θ1.

図4に、制御回路13が起動制御(位相シフト制御および周波数制御)を実行した時の、位相シフト量、駆動周波数、出力電圧Voおよびスイッチング素子Q1の電流の変化を示す。同図の0~95[ms]が起動期間であり、95[ms]以降が通常期間である。また、共振コンデンサCrおよび共振コイルLrで決まる共振周波数は、128[kHz]である。 Figure 4 shows the changes in the phase shift amount, drive frequency, output voltage Vo, and current of switching element Q1 when control circuit 13 executes startup control (phase shift control and frequency control). The period from 0 to 95 ms in the figure is the startup period, and the period from 95 ms onwards is the normal period. The resonant frequency determined by resonant capacitor Cr and resonant coil Lr is 128 kHz.

図4(A)に示すように、制御回路13は、起動期間の開始時に位相シフト量を第1位相シフト量θ1(θ1=160度)に設定して位相シフト制御を開始し、起動期間の終了時(95[ms])に第2位相シフト量θ2(θ2=6度)になるまで位相シフト量を徐々に低減させる。 As shown in FIG. 4(A), the control circuit 13 starts phase shift control by setting the phase shift amount to the first phase shift amount θ1 (θ1 = 160 degrees) at the start of the startup period, and gradually reduces the phase shift amount until it becomes the second phase shift amount θ2 (θ2 = 6 degrees) at the end of the startup period (95 ms).

また、図4(B)に示すように、制御回路13は、起動期間の開始時にスイッチング素子Q1~Q4の駆動周波数を共振周波数よりも大きい第1駆動周波数f1(f1=150[kHz])に設定して周波数制御を開始し、起動期間の終了時(95[ms])に共振周波数よりも小さい第2駆動周波数f2(f2=103[kHz])になるように駆動周波数を低減させる。なお、通常期間の100[ms]の時点においては、位相シフト量は0度になり、駆動周波数は100[kHz]になる。 Also, as shown in FIG. 4B, the control circuit 13 starts frequency control by setting the drive frequency of the switching elements Q1 to Q4 to a first drive frequency f1 (f1 = 150 kHz) that is greater than the resonant frequency at the start of the startup period, and reduces the drive frequency to a second drive frequency f2 (f2 = 103 kHz) that is less than the resonant frequency at the end of the startup period (95 ms). Note that at the 100 ms point in the normal period, the phase shift amount is 0 degrees and the drive frequency is 100 kHz.

制御回路13が位相シフト制御および周波数制御を実行した場合、図4(C)に示すように、出力電圧Voは、0[V]から400[V]まで上昇する。図2(B)と比較すると、図4(C)では、起動期間の開始時の過電流が大幅に抑制されていることが分かる。このように、第1駆動周波数f1を共振周波数よりも高い周波数に設定し(スイッチング素子Q1~Q4のスイッチング損失を許容できる範囲で)、かつ第1位相シフト量θ1を180度に近い角度に設定することによって、起動時の過電流を大幅に抑制することができる。 When the control circuit 13 executes phase shift control and frequency control, the output voltage Vo rises from 0 [V] to 400 [V], as shown in FIG. 4(C). Compared with FIG. 2(B), it can be seen that the overcurrent at the start of the startup period is significantly suppressed in FIG. 4(C). In this way, by setting the first drive frequency f1 to a frequency higher than the resonant frequency (within a range in which the switching losses of the switching elements Q1 to Q4 can be tolerated) and setting the first phase shift amount θ1 to an angle close to 180 degrees, the overcurrent at startup can be significantly suppressed.

なお、図4では、第1駆動周波数f1を150[kHz]とし、第1位相シフト量θ1を160度としているが、第1駆動周波数f1については、LLC共振回路の定数に合わせて選定すればよく、第1位相シフト量θ1についても、駆動周波数との組み合わせでスイッチング素子Q1~Q4に流れる電流および共振コンデンサCrに発生する電圧が許容範囲内であれば、任意に選定すればよい。 In FIG. 4, the first drive frequency f1 is set to 150 kHz and the first phase shift amount θ1 is set to 160 degrees, but the first drive frequency f1 can be selected according to the constants of the LLC resonant circuit, and the first phase shift amount θ1 can be selected arbitrarily as long as the current flowing through the switching elements Q1 to Q4 and the voltage generated in the resonant capacitor Cr in combination with the drive frequency are within the allowable range.

また、第2位相シフト量θ2については、第2駆動周波数f2と位相シフト期間によって決まる起動期間の終了時の出力電圧Voの値によって選定することができる。例えば、起動期間の終了後に、出力端T3,T4に電気自動車のリチウムイオンバッテリーが接続される場合、出力端T3,T4の電圧(出力電圧Vo)はリチウムイオンバッテリーのバッテリー電圧よりも低い方が好ましいので、起動期間の終了時の出力電圧Voがバッテリー電圧よりも低くなるように第2位相シフト量θ2を選定する。 The second phase shift amount θ2 can be selected based on the value of the output voltage Vo at the end of the startup period, which is determined by the second drive frequency f2 and the phase shift period. For example, when a lithium-ion battery of an electric vehicle is connected to the output terminals T3 and T4 after the startup period ends, it is preferable that the voltage (output voltage Vo) at the output terminals T3 and T4 be lower than the battery voltage of the lithium-ion battery. Therefore, the second phase shift amount θ2 is selected so that the output voltage Vo at the end of the startup period is lower than the battery voltage.

結局、本実施形態に係るDC/DCコンバータ10Aによれば、昇圧用のDC/DCコンバータや入力電圧を低下させるためのDC/DCコンバータ等の追加部品を用いることなく、起動時に過大な電流が流れるのを防止することができる。 In conclusion, the DC/DC converter 10A according to this embodiment can prevent excessive current from flowing at startup without using additional components such as a DC/DC converter for boosting the voltage or a DC/DC converter for lowering the input voltage.

また、本実施形態に係るDC/DCコンバータ10Aでは、位相シフト制御における位相シフト量が大きな角度(180度または180度に近い角度)であっても、駆動周波数を共振周波数よりも大きくしているので励磁電流が減少し、大きな位相シフト量の場合でも励磁電流の方向逆転が発生しにくくなり、スイッチング素子Q1~Q4に貫通電流が発生するのを回避でき、安全に起動制御を実行することができる。 In addition, in the DC/DC converter 10A according to this embodiment, even if the phase shift amount in the phase shift control is a large angle (180 degrees or an angle close to 180 degrees), the drive frequency is set higher than the resonant frequency, so the excitation current is reduced, and even in the case of a large phase shift amount, the direction reversal of the excitation current is unlikely to occur. This makes it possible to avoid the occurrence of through current in the switching elements Q1 to Q4, and thus allows startup control to be executed safely.

[電源装置]
図5に、本発明の一実施形態に係る電源装置1Aを示す。電源装置1Aは、交流端T5,T6と、AC/DC電源部20と、DC/DC電源部10と、制御部30とを備える。
[Power supply]
5 shows a power supply device 1A according to one embodiment of the present invention. The power supply device 1A includes AC terminals T5 and T6, an AC/DC power supply unit 20, a DC/DC power supply unit 10, and a control unit 30.

AC/DC電源部20は、交流端T5,T6に入力された交流入力電圧Vacを、直流電圧Viに変換してDC/DC電源部10に出力するAC/DC変換動作を行う。AC/DC電源部20は、複数のスイッチング素子で構成されたAC/DCインバータを含む。 The AC/DC power supply unit 20 performs an AC/DC conversion operation to convert the AC input voltage Vac input to the AC terminals T5 and T6 into a DC voltage Vi and output it to the DC/DC power supply unit 10. The AC/DC power supply unit 20 includes an AC/DC inverter composed of multiple switching elements.

DC/DC電源部10は、DC/DCコンバータ10Aを含む。具体的には、DC/DC電源部10は、DC/DCコンバータ10Aを構成する絶縁トランスTrと、1次側回路11と、2次側回路12とを含む。 The DC/DC power supply unit 10 includes a DC/DC converter 10A. Specifically, the DC/DC power supply unit 10 includes an insulating transformer Tr, a primary circuit 11, and a secondary circuit 12 that constitute the DC/DC converter 10A.

制御部30は、AC/DC電源部20およびDC/DC電源部10を制御する。制御部30は、例えば、AC/DC電源部20を制御する制御回路と、DC/DC電源部10を制御する制御回路(DC/DCコンバータ10Aの制御回路13)とを含む。 The control unit 30 controls the AC/DC power supply unit 20 and the DC/DC power supply unit 10. The control unit 30 includes, for example, a control circuit that controls the AC/DC power supply unit 20 and a control circuit (control circuit 13 of the DC/DC converter 10A) that controls the DC/DC power supply unit 10.

制御部30は、電源電圧が供給されると起動し、最初にAC/DC電源部20を起動させ、その後にDC/DC電源部10を起動させる。DC/DC電源部10を起動させる際、制御部30は、AC/DC電源部20の直流電圧Viが、AC/DC電源部20が出力可能で、かつDC/DC電源部10が電力変換動作を実行可能な最低電圧となるように、AC/DC電源部20を制御する。そして、制御部30は、直流電圧Viが最低電圧の状態で、DC/DC電源部10(DC/DCコンバータ10A)の起動制御を実行する。 The control unit 30 starts up when the power supply voltage is supplied, and starts up the AC/DC power supply unit 20 first, and then the DC/DC power supply unit 10. When starting up the DC/DC power supply unit 10, the control unit 30 controls the AC/DC power supply unit 20 so that the DC voltage Vi of the AC/DC power supply unit 20 becomes the minimum voltage that the AC/DC power supply unit 20 can output and that the DC/DC power supply unit 10 can perform power conversion operations. Then, the control unit 30 executes startup control of the DC/DC power supply unit 10 (DC/DC converter 10A) when the DC voltage Vi is at the minimum voltage.

DC/DC電源部10の1次側回路11に含まれるフルブリッジ回路(スイッチング素子Q1~Q4)の駆動周波数が一定であっても、直流電圧Viが小さいと、DC/DC電源部10の出力電圧Voも小さくなり、コンデンサCoに流れる過電流も相対的に抑制される。そのため、直流電圧Viを最低電圧に設定してDC/DC電源部10の起動制御を開始することで、第1駆動周波数f1および第1位相シフト量θ1をより小さい値の組み合わせで選定することが可能となり、起動時の過電流抑制効果は上昇する。 Even if the drive frequency of the full bridge circuit (switching elements Q1 to Q4) included in the primary circuit 11 of the DC/DC power supply unit 10 is constant, if the DC voltage Vi is small, the output voltage Vo of the DC/DC power supply unit 10 also becomes small, and the overcurrent flowing through the capacitor Co is relatively suppressed. Therefore, by setting the DC voltage Vi to the minimum voltage and starting the startup control of the DC/DC power supply unit 10, it becomes possible to select a combination of smaller values for the first drive frequency f1 and the first phase shift amount θ1, and the overcurrent suppression effect at startup is increased.

また、DC/DC電源部10では、直流電圧Viの低下に伴い励磁電流も減少するので、大きな位相シフト量の場合でも励磁電流の方向逆転が発生しにくくなり、スイッチング素子Q1~Q4に貫通電流が発生するのを回避でき、安全に起動制御を実行することができる。 In addition, in the DC/DC power supply unit 10, the excitation current also decreases as the DC voltage Vi decreases, so that even in the case of a large phase shift, the direction of the excitation current is unlikely to reverse, and the occurrence of through current in the switching elements Q1 to Q4 can be avoided, allowing startup control to be performed safely.

以上、本発明に係るDC/DCコンバータおよび電源装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The above describes the embodiments of the DC/DC converter and power supply device according to the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiments.

[第1変形例]
図6(A)に、第1変形例に係るDC/DCコンバータ10Bを示す。DC/DCコンバータ10Bは、絶縁トランスTr’の2次側コイルおよび2次側回路12’の構成を除いて、上記実施形態に係るDC/DCコンバータ10Aと共通する。
[First Modification]
6A shows a DC/DC converter 10B according to a first modified example. The DC/DC converter 10B has the same configuration as the DC/DC converter 10A according to the above embodiment, except for the configuration of the secondary coil of the insulating transformer Tr′ and the secondary circuit 12′.

絶縁トランスTr’は、1次側コイルと、センタータップを有しない2次側コイルと、を含む高周波絶縁トランスである。絶縁トランスTr’は容量に応じて1個または複数個で構成してもよい。 The insulating transformer Tr' is a high-frequency insulating transformer that includes a primary coil and a secondary coil that does not have a center tap. The insulating transformer Tr' may be configured with one or more transformers depending on the capacity.

2次側回路12’は、フルブリッジ接続されたダイオードD5~D8と、コンデンサCoと、出力端T3,T4とを備える。2次側回路12’は、絶縁トランスTr’の2次側コイルの誘起電圧をダイオードD5~D8からなる整流回路で整流し、コンデンサCoで平滑することで、直流の電圧(出力電圧Vo)に変換して出力する。 The secondary circuit 12' includes full-bridge-connected diodes D5 to D8, a capacitor Co, and output terminals T3 and T4. The secondary circuit 12' rectifies the induced voltage of the secondary coil of the isolation transformer Tr' using a rectifier circuit made up of diodes D5 to D8, smoothes it using the capacitor Co, and converts it into a DC voltage (output voltage Vo) for output.

DC/DCコンバータ10Bは、DC/DCコンバータ10Aと共通の効果を有する。さらに、DC/DCコンバータ10Bは、DC/DCコンバータ10Aと比較すると、大電力向けの回路構成となっている。 DC/DC converter 10B has the same effects as DC/DC converter 10A. Furthermore, DC/DC converter 10B has a circuit configuration designed for higher power compared to DC/DC converter 10A.

[第2変形例]
図6(B)に、第2変形例に係るDC/DCコンバータ10Cを示す。DC/DCコンバータ10Cは、2次側回路12’’の構成および制御回路13’が2次側回路12’’に対して同期整流制御を行うことを除いて、第1変形例と共通する。
[Second Modification]
6B shows a DC/DC converter 10C according to a second modification. The DC/DC converter 10C is the same as the first modification, except for the configuration of a secondary side circuit 12″ and the fact that a control circuit 13′ performs synchronous rectification control on the secondary side circuit 12″.

2次側回路12’’は、フルブリッジ回路と、コンデンサCoと、出力端T3,T4とを備える。フルブリッジ回路は、フルブリッジ接続された第5アーム~第8アームで構成される。第5アーム~第8アームは、上記実施形態に係るDC/DCコンバータ10Aの第1アーム~第4アームと共通の構成である。 The secondary circuit 12'' includes a full bridge circuit, a capacitor Co, and output terminals T3 and T4. The full bridge circuit is composed of a fifth arm to an eighth arm that are fully bridge connected. The fifth arm to the eighth arm have the same configuration as the first arm to the fourth arm of the DC/DC converter 10A according to the above embodiment.

制御回路13’は、2次側回路12’’に対して同期整流制御を行う。同期整流制御時の制御回路13’は、第5アーム~第8アームのスイッチング動作を、2次側共振電流の向きに同期させてオンオフする。例えば、制御回路13’は、絶縁トランスTr’の2次側コイルの電流の向き(極性)を検出し、電流の向きが正になるタイミングで第5アームのスイッチング素子Q5と第8アームのスイッチング素子Q8をオンさせ、電流が0になるタイミングで第5アームのスイッチング素子Q5と第8アームのスイッチング素子Q8をオフさせる。同様に、制御回路13’は、絶縁トランスTr’の2次側コイルの電流の向きを検出し、電流の向きが負になるタイミングで第6アームのスイッチング素子Q6と第7アームのスイッチング素子Q7をオンさせ、電流が0になるタイミングで第6アームのスイッチング素子Q6と第7アームのスイッチング素子Q7をオフさせる。 The control circuit 13' performs synchronous rectification control on the secondary circuit 12". During synchronous rectification control, the control circuit 13' turns on and off the switching operations of the fifth arm to the eighth arm in synchronization with the direction of the secondary resonant current. For example, the control circuit 13' detects the direction (polarity) of the current in the secondary coil of the insulating transformer Tr', turns on the switching element Q5 of the fifth arm and the switching element Q8 of the eighth arm when the current direction becomes positive, and turns off the switching element Q5 of the fifth arm and the switching element Q8 of the eighth arm when the current becomes zero. Similarly, the control circuit 13' detects the direction of the current in the secondary coil of the insulating transformer Tr', turns on the switching element Q6 of the sixth arm and the switching element Q7 of the seventh arm when the current direction becomes negative, and turns off the switching element Q6 of the sixth arm and the switching element Q7 of the seventh arm when the current becomes zero.

DC/DCコンバータ10Cは、DC/DCコンバータ10Bと共通の効果を有する。さらに、DC/DCコンバータ10Cは、DC/DCコンバータ10Bと比較すると、2次側回路12’’のオン抵抗が減少するので、電力変換効率を向上させることができる。 DC/DC converter 10C has the same effects as DC/DC converter 10B. Furthermore, compared to DC/DC converter 10B, DC/DC converter 10C has a reduced on-resistance of secondary circuit 12'', which improves power conversion efficiency.

[その他の変形例]
本発明の制御回路は、起動期間において、フルブリッジ回路の駆動周波数を共振コイルおよび共振コンデンサで決まる共振周波数よりも大きい第1駆動周波数に設定して周波数制御を開始し、駆動周波数を第1駆動周波数に維持したまま、位相シフト制御を行うよう構成できる。例えば、制御回路は、第1駆動周波数f1を150[kHz]とし、第1位相シフト量θ1を160度とし、第2位相シフト量θ2を0度または0度に近い値として、位相シフト制御を実行してもよい。
[Other Modifications]
The control circuit of the present invention can be configured to set the drive frequency of the full-bridge circuit to a first drive frequency higher than the resonant frequency determined by the resonant coil and the resonant capacitor during the startup period, start frequency control, and perform phase shift control while maintaining the drive frequency at the first drive frequency. For example, the control circuit may perform phase shift control by setting the first drive frequency f1 to 150 kHz, the first phase shift amount θ1 to 160 degrees, and the second phase shift amount θ2 to 0 degrees or a value close to 0 degrees.

上記実施形態では、フルブリッジ回路の駆動周波数と位相シフト量を同時に線形に変化させたが、第1位相シフト量θ1>第3位相シフト量θ3>第2位相シフト量θ2となる第3位相シフト量θ3を設けてもよい。この場合、位相シフト量を第1位相シフト量θ1から第3位相シフト量θ3まで減少させる第1期間は、駆動周波数が共振周波数よりも大きい周波数になるように起動制御を実行し、位相シフト量を第3位相シフト量θ3から第2位相シフト量θ2まで減少させる第2期間は、駆動周波数が共振周波数以下になるように起動制御を実行してもよい。 In the above embodiment, the drive frequency and phase shift amount of the full bridge circuit are changed linearly at the same time, but a third phase shift amount θ3 may be provided such that the first phase shift amount θ1 > the third phase shift amount θ3 > the second phase shift amount θ2. In this case, during the first period in which the phase shift amount is reduced from the first phase shift amount θ1 to the third phase shift amount θ3, startup control may be performed so that the drive frequency becomes a frequency higher than the resonant frequency, and during the second period in which the phase shift amount is reduced from the third phase shift amount θ3 to the second phase shift amount θ2, startup control may be performed so that the drive frequency becomes equal to or lower than the resonant frequency.

上記のように、第1期間では、駆動周波数が共振周波数よりも大きいので、励磁電流が減少し、大きな位相シフト量の場合でも励磁電流の方向が逆転してフルブリッジ回路に貫通電流が発生するのを回避できる。 As described above, in the first period, the drive frequency is greater than the resonant frequency, so the excitation current decreases, and even in the case of a large phase shift, the direction of the excitation current is reversed, preventing a through current from occurring in the full bridge circuit.

起動制御時に駆動周波数と位相シフト量を同時に変化させる方法は、駆動周波数一定で位相シフト量を変化させる方法に比べて、駆動周波数が徐々に小さくなるので、起動制御開始時の過電流抑制効果は共通するが、その後の電流の増加が大きくなるので、短時間で起動期間の終了時の目標電圧に到達することができる。 The method of simultaneously changing the drive frequency and phase shift amount during startup control reduces the drive frequency gradually compared to the method of changing the phase shift amount while keeping the drive frequency constant, so the effect of suppressing overcurrent at the start of startup control is the same, but the increase in current thereafter is greater, so the target voltage at the end of the startup period can be reached in a short time.

本発明のDC/DCコンバータは、電流共振型であれば、LLC方式に限らず、CLLC方式、CLLLC方式等を採用することができる。 The DC/DC converter of the present invention is not limited to the LLC type, and can also adopt the CLLC type, CLLLC type, etc., as long as it is a current resonance type.

上記実施形態では、片方向動作を行うDC/DCコンバータ10Aおよび電源装置1Aについて説明したが、本発明は、双方向動作を行うDC/DCコンバータおよび電源装置にも適用可能であり、追加部品を用いることなく、起動時に過大な電流が流れるのを防止することができる。 In the above embodiment, a DC/DC converter 10A and a power supply unit 1A that perform unidirectional operation are described, but the present invention can also be applied to a DC/DC converter and a power supply unit that perform bidirectional operation, and can prevent excessive current from flowing at startup without using additional components.

1A 電源装置
10 DC/DC電源部
10A~10C DC/DCコンバータ
11 1次側回路
12,12’,12’’ 2次側回路
13,13’ 制御回路
20 AC/DC電源部
30 制御部
1A Power supply device 10 DC/DC power supply units 10A to 10C DC/DC converter 11 Primary side circuits 12, 12', 12'' Secondary side circuits 13, 13' Control circuit 20 AC/DC power supply unit 30 Control unit

Claims (5)

1次側コイルおよび2次側コイルを含む絶縁トランスと、
前記1次側コイルに接続された1次側回路と、
前記2次側コイルに接続された2次側回路と、
前記1次側回路を制御する制御回路と、
を備える電流共振型のDC/DCコンバータであって、
前記1次側回路は、
第1アームおよび第2アームで構成される第1レグと第3アームおよび第4アームで構成される第2レグとが並列接続されたフルブリッジ回路と、共振コイルと、共振コンデンサと、を備え、
前記第1アームおよび前記第2アームの第1接続点と前記第3アームおよび前記第4アームの第2接続点との間において、前記共振コイル、前記共振コンデンサおよび前記1次側コイルが直列接続されており、
前記第1アーム、前記第2アーム、前記第3アーム、前記第4アームの各アームは、
前記制御回路の制御下でオン/オフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に逆方向に並列接続されたダイオードと、
前記スイッチング素子に並列接続されたコンデンサと、を備え、
前記制御回路は、
起動してから前記2次側回路の出力電圧が第1目標値に達するまでの起動期間において、前記フルブリッジ回路の駆動周波数を前記共振コイルおよび前記共振コンデンサで決まる共振周波数よりも大きい第1駆動周波数に設定して周波数制御を開始するとともに、
前記第1レグと前記第2レグとの間の位相シフト量を所定の第1位相シフト量に設定して位相シフト制御を開始し、前記起動期間の終了時までに前記位相シフト量を前記第1位相シフト量よりも小さい第2位相シフト量まで低減させる
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。
an isolation transformer including a primary coil and a secondary coil;
A primary circuit connected to the primary coil;
A secondary circuit connected to the secondary coil;
A control circuit for controlling the primary side circuit;
A current resonance type DC/DC converter comprising:
The primary side circuit includes:
a full bridge circuit in which a first leg consisting of a first arm and a second arm and a second leg consisting of a third arm and a fourth arm are connected in parallel, a resonant coil, and a resonant capacitor;
the resonant coil, the resonant capacitor, and the primary coil are connected in series between a first connection point of the first arm and the second arm and a second connection point of the third arm and the fourth arm,
Each of the first arm, the second arm, the third arm, and the fourth arm is
A switching element that is turned on/off under the control of the control circuit;
a diode connected in parallel in a reverse direction to the switching element;
a capacitor connected in parallel to the switching element,
The control circuit includes:
during a startup period from startup until an output voltage of the secondary side circuit reaches a first target value, a drive frequency of the full bridge circuit is set to a first drive frequency higher than a resonant frequency determined by the resonant coil and the resonant capacitor, and a frequency control is started;
a phase shift amount between the first leg and the second leg is set to a predetermined first phase shift amount to start phase shift control, and the phase shift amount is reduced to a second phase shift amount smaller than the first phase shift amount by the end of the startup period.
前記制御回路は、
前記起動期間の終了時までに前記駆動周波数を前記共振周波数以下の第2駆動周波数まで低減させる
ことを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
The control circuit includes:
2. The DC/DC converter according to claim 1, wherein the drive frequency is reduced to a second drive frequency that is equal to or lower than the resonance frequency by the end of the start-up period.
前記制御回路は、
前記起動期間のうち、前記位相シフト量を前記第1位相シフト量から前記第1位相シフト量と前記第2位相シフト量との間の第3位相シフト量まで低減させる第1期間に、前記駆動周波数が前記共振周波数よりも常に大きくなるように前記駆動周波数を制御する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のDC/DCコンバータ。
The control circuit includes:
3. The DC/DC converter according to claim 1, wherein, during a first period of the startup period, the phase shift amount is reduced from the first phase shift amount to a third phase shift amount between the first phase shift amount and the second phase shift amount, the drive frequency is controlled so that the drive frequency is always higher than the resonant frequency.
前記制御回路は、
前記起動期間において、前記出力電圧の目標値をゼロまたは前記第1目標値よりも小さい第2目標値に設定して前記周波数制御および前記位相シフト制御を開始し、前記目標値を時間の経過に応じて前記第1目標値まで上昇させる
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のDC/DCコンバータ。
The control circuit includes:
4. The DC/DC converter according to claim 1, wherein, during the start-up period, a target value of the output voltage is set to zero or a second target value smaller than the first target value, and the frequency control and the phase shift control are started, and the target value is increased to the first target value over time.
交流入力電圧を直流出力電圧に変換するAC/DC電源部と、
請求項1~4のいずれかのDC/DCコンバータを含み、前記直流出力電圧が入力されるDC/DC電源部と、
前記AC/DC電源部および前記DC/DC電源部を制御する制御部と、
を備える電源装置であって、
前記制御部は、
前記AC/DC電源部を起動させた後に前記DC/DC電源部を起動させ、
前記DC/DC電源部の起動期間において、前記AC/DC電源部の前記直流出力電圧が、前記AC/DC電源部が出力可能で、かつ前記DC/DC電源部が電力変換動作を実行可能な最低電圧となるように、前記AC/DC電源部を制御する
ことを特徴とする電源装置。
an AC/DC power supply unit that converts an AC input voltage into a DC output voltage;
a DC/DC power supply unit including the DC/DC converter according to any one of claims 1 to 4 and receiving the DC output voltage;
A control unit that controls the AC/DC power supply unit and the DC/DC power supply unit;
A power supply device comprising:
The control unit is
starting the AC/DC power supply unit and then starting the DC/DC power supply unit;
A power supply device characterized by controlling the AC/DC power supply unit so that, during a startup period of the DC/DC power supply unit, the DC output voltage of the AC/DC power supply unit becomes the minimum voltage that the AC/DC power supply unit can output and that the DC/DC power supply unit can perform power conversion operation.
JP2021097278A 2021-06-10 2021-06-10 DC/DC converter and power supply device Active JP7535477B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021097278A JP7535477B2 (en) 2021-06-10 2021-06-10 DC/DC converter and power supply device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021097278A JP7535477B2 (en) 2021-06-10 2021-06-10 DC/DC converter and power supply device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022188967A JP2022188967A (en) 2022-12-22
JP7535477B2 true JP7535477B2 (en) 2024-08-16

Family

ID=84532663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021097278A Active JP7535477B2 (en) 2021-06-10 2021-06-10 DC/DC converter and power supply device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7535477B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6754332B2 (en) * 2017-07-28 2020-09-09 株式会社日立産機システム Resonant power supply
JP2020010444A (en) * 2018-07-04 2020-01-16 古河電気工業株式会社 Power converter
US11121634B2 (en) * 2018-12-07 2021-09-14 Sharp Kabushiki Kaisha Bidirectional DC-to-DC converter with inrush current suppression

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022188967A (en) 2022-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10833594B2 (en) System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding
CN102783004B (en) LLC soft start by operation mode switching
US10770979B2 (en) LLC resonant converter
CN108028605B (en) Converter with hold-up operation
JP5050874B2 (en) Switching power supply
KR102122651B1 (en) New Phase-Shifted Full-Bridge DC-DC Converter Using Center-Tapped Clamp Circuit
JP2009247132A (en) Snubber circuit
US7944188B1 (en) Power converter circuits having bipolar outputs and bipolar inputs
US9768702B2 (en) Converter with power factor correction
JP5516055B2 (en) Power converter
US11356029B2 (en) Rectifying circuit and switched-mode power supply incorporating rectifying circuit
JP7535477B2 (en) DC/DC converter and power supply device
JP2012039779A (en) Power conversion device
JP7767874B2 (en) Power Conversion Device
JP2024097584A (en) Current resonant DC/DC converter
JP6485366B2 (en) Phase shift type full bridge type power supply circuit
KR101518943B1 (en) Transfomer, dc-dc converter comprsing the transfomer, and charger converter comprising the dc-dc converter
JP2006158137A (en) Switching power supply
JP7481510B1 (en) Power supply circuit, power supply circuit control method, and program
JP4657062B2 (en) Resonant type converter
JP2024129512A (en) Three-phase current resonant DC/DC converter
CN112994462A (en) LLC circuit
EP4614790A1 (en) Current resonant dc/dc converter
US20260018983A1 (en) Dc/dc converter and power source device
JP6994580B2 (en) Power converter and control method of power converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231208

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: 20240731

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240731

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240805

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7535477

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150