JP7615666B2

JP7615666B2 - POWER CONVERSION APPARATUS, CONTROL DEVICE FOR POWER CONVERSION APPARATUS, AND CON

Info

Publication number: JP7615666B2
Application number: JP2020215343A
Authority: JP
Inventors: 大悟郎蛭子本; 真吾長岡; 貴之川本; 充佐藤
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2025-01-17
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: TWI839659B; WO2022137669A1; TW202226732A; JP2022101013A

Description

本発明は、例えば絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ装置などの電力変換装置と、電力変換装置の制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device, such as an isolated DC/DC converter device, and a control device and control method for the power conversion device.

特許文献１において、一般的な絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。当該絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータはスイッチング回路を含み、当該スイッチング回路は、互いに並列に接続された第１及び第２のハーフブリッジ回路と、分圧回路と、ＤＣ入力電力とを備えて構成される。ここで、第１のハーフブリッジ回路は、直列接続されたスイッチの第１の対を含み、第２のハーフブリッジ回路は、直列接続されたスイッチの第２の対を含むことを特徴としている。 Patent Document 1 discloses a typical isolated DC/DC converter. The isolated DC/DC converter includes a switching circuit, which includes first and second half-bridge circuits connected in parallel to each other, a voltage divider circuit, and DC input power. Here, the first half-bridge circuit includes a first pair of switches connected in series, and the second half-bridge circuit includes a second pair of switches connected in series.

また、特許文献２において、種々の動作モードでも電流の逆流を防止し、安定した同期整流機能が実現できるスイッチング電源装置が開示されている。当該スイッチング電源装置は、
（１）入力直流電圧が直列共振回路に印加され、トランスを介して所定の出力電圧を発生し、負荷に電力供給するスイッチング電源装置において、
（２）電流共振インダクタと電流共振コンデンサを有する直列共振回路と、
（３）交互にオンオフして前記直列共振回路の電流経路を切り換える複数の主スイッチ素子もしくは主スイッチ素子群と、
（４）前記主スイッチ素子もしくは主スイッチ素子群を一次側でオンオフ制御することにより前記直列共振回路から二次側に電流を誘起させるトランスと、
（５）内蔵ダイオードが並列に接続され、それぞれ前記複数の主スイッチ素子もしくは主スイッチ素子群のいずれかに対応してオンオフして前記トランスの二次電流を整流する複数の同期整流用スイッチ素子と、
（６）前記主スイッチ素子もしくは主スイッチ素子群のオンタイミングに同期して前記同期整流用スイッチ素子に対する最大オン幅の開始を指示するとともに、所定時間後に前記最大オン幅の終了を指示する最大オン幅制御回路と、
（７）前記最大オン幅制御回路が前記最大オン幅の開始を指示するタイミング、あるいは前記同期整流用スイッチ素子の端子間電圧信号により検出される前記内蔵ダイオードの導通タイミングのいずれか遅いタイミングに同期して前記同期整流用スイッチ素子をターンオンさせるとともに、前記主スイッチ素子もしくは主スイッチ素子群のオフタイミング、あるいは前記最大オン幅制御回路が前記最大オン幅の終了を指示するタイミングのいずれか早いタイミングに同期して前記同期整流用スイッチ素子をターンオフさせるように、前記同期整流用スイッチ素子のオン期間を制御する同期制御回路と、
を備えたことを特徴としている。 Also, Patent Document 2 discloses a switching power supply device that can prevent reverse current flow in various operation modes and achieve a stable synchronous rectification function.
(1) A switching power supply device in which an input DC voltage is applied to a series resonant circuit, a predetermined output voltage is generated via a transformer, and power is supplied to a load,
(2) a series resonant circuit having a current resonant inductor and a current resonant capacitor;
(3) a plurality of main switching elements or a group of main switching elements which are alternately turned on and off to switch a current path of the series resonant circuit;
(4) a transformer that induces a current from the series resonant circuit to a secondary side by controlling on/off of the main switching element or a group of main switching elements on a primary side;
(5) a plurality of synchronous rectification switch elements each having built-in diodes connected in parallel, the synchronous rectification switch elements being turned on and off in correspondence with one of the plurality of main switch elements or the main switch element group to rectify the secondary current of the transformer;
(6) a maximum on-width control circuit that instructs the synchronous rectification switch element to start a maximum on-width in synchronization with an on-timing of the main switch element or a group of main switch elements and instructs the synchronous rectification switch element to end the maximum on-width after a predetermined time has elapsed;
(7) A synchronization control circuit that controls an on-period of the synchronous rectification switch element so as to turn on the synchronous rectification switch element in synchronization with a timing when the maximum on-width control circuit instructs the start of the maximum on-width or a conduction timing of the built-in diode detected by a terminal voltage signal of the synchronous rectification switch element, whichever is later, and to turn off the synchronous rectification switch element in synchronization with an off-timing of the main switch element or a group of main switch elements or a timing when the maximum on-width control circuit instructs the end of the maximum on-width, whichever is earlier;
The present invention is characterized by the following features.

国際公開第２０１８／００６９６１号パンフレットInternational Publication No. 2018/006961 特開２０１０－０９８９３５号公報JP 2010-098935 A

しかしながら、特許文献１において、入力電圧を下げてゆくと、電源装置側に逆流するという問題点があった。 However, in Patent Document 1, there was a problem in that as the input voltage was lowered, a backflow occurred into the power supply device.

また、特許文献２では、出力電力に応じて２次側スイッチング回路の駆動パターンを変えることで、電流の逆流を防止することができる。しかし、入力電圧の低下時には逆流を抑制することができないという問題点があった。 In addition, in Patent Document 2, the drive pattern of the secondary switching circuit is changed according to the output power, thereby making it possible to prevent backflow of current. However, there is a problem in that the backflow cannot be suppressed when the input voltage drops.

本発明の目的は以上の問題点を解決し、例えば絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換装置において、入力電圧の低下時であっても、逆流の発生を停止しかつ出力電圧を所定の電圧で保持することができる電力変換装置と、電力変換装置の制御装置及び制御方法とを提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above problems and provide a power conversion device, such as an isolated DC/DC converter, that can stop the occurrence of backflow and maintain the output voltage at a predetermined voltage even when the input voltage drops, as well as a control device and control method for the power conversion device.

本発明の一態様に係る電力変換装置は、
共振トランス回路の１次側に設けられた第１のスイッチング回路と、前記共振トランス回路の２次側に設けられた第２のスイッチング回路を備え、前記第１のスイッチング回路により直流の入力電圧を交流電圧に変換した後、前記共振トランス回路を介して前記第２のスイッチング回路に送り、前記変換された交流電圧を直流の出力電圧に変換して出力する電力変換装置であって、
前記出力電圧を検出して、前記出力電圧を所定の目標値に保持する制御回路を備え、
前記制御回路は、
（１）前記入力電圧が前記第２のスイッチング回路において逆流が発生する所定の基準値以下であることを検知すること、
（２）前記第１のスイッチング回路からの出力電流が前記第２のスイッチング回路において逆流が発生する所定の基準値以下であることを検知すること、
（３）前記第１のスイッチング回路からの出力電圧に対する出力電流の位相が前記第２のスイッチング回路において逆流が発生する所定の基準値以下であることを検知すること、
（４）前記第１のスイッチング回路からの出力電流の周波数を測定し、測定した周波数が所定の基準周波数以下であることを検知すること、
のいずれかであるときに、
（Ａ）前記第２のスイッチング回路に対する駆動を停止し、もしくは
（Ｂ）前記第２のスイッチング回路に対する駆動信号の時間幅を正常時に比較して短縮することで、
前記第２のスイッチング回路における逆流の発生を停止しかつ出力電圧を所定の電圧で保持することを特徴とする。 A power conversion device according to one aspect of the present invention includes:
A power conversion device comprising: a first switching circuit provided on a primary side of a resonant transformer circuit; and a second switching circuit provided on a secondary side of the resonant transformer circuit, wherein a DC input voltage is converted into an AC voltage by the first switching circuit, and then the converted AC voltage is sent to the second switching circuit via the resonant transformer circuit, and the converted AC voltage is converted into a DC output voltage and output,
a control circuit that detects the output voltage and maintains the output voltage at a predetermined target value;
The control circuit includes:
(1) detecting that the input voltage is equal to or lower than a predetermined reference value at which a backflow occurs in the second switching circuit;
(2) detecting that an output current from the first switching circuit is equal to or smaller than a predetermined reference value at which a backflow occurs in the second switching circuit;
(3) detecting that a phase of an output current with respect to an output voltage from the first switching circuit is equal to or smaller than a predetermined reference value at which a reverse current occurs in the second switching circuit;
(4) measuring a frequency of an output current from the first switching circuit and detecting that the measured frequency is equal to or lower than a predetermined reference frequency;
When either
(A) stopping the drive of the second switching circuit, or (B) shortening the time width of the drive signal for the second switching circuit compared to a normal time,
The present invention is characterized in that the occurrence of a backflow in the second switching circuit is stopped and the output voltage is maintained at a predetermined voltage.

従って、本発明に係る電力変換装置によれば、例えば絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換装置において、入力電圧の低下時であっても、逆流の発生を停止しかつ出力電圧を所定の電圧で保持することができる。 Therefore, with the power conversion device according to the present invention, even when the input voltage drops, for example in a power conversion device such as an isolated DC/DC converter, it is possible to stop the occurrence of backflow and maintain the output voltage at a predetermined voltage.

実施形態１に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of a power conversion device according to a first embodiment; 図１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の構成例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration example of an isolated DC/DC converter 3 in FIG. 1 . 図２の平常時のスイッチング回路２１，２２におけるゲート制御信号Ｇ１～Ｇ１２の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the operation of gate control signals G1 to G12 in the switching circuits 21 and 22 in FIG. 2 under normal conditions. 図１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３における課題及び動作を示す各電圧のタイミングチャートである。2 is a timing chart of each voltage illustrating problems and operations in the isolated DC/DC converter 3 of FIG. 1. 従来例の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて入力電圧が低下したときの電流波形図である。FIG. 11 is a current waveform diagram when the input voltage drops in a conventional isolated DC/DC converter. 実施形態１に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３において入力電圧が低下したときの電流波形図である。5 is a current waveform diagram when the input voltage drops in the isolated DC/DC converter 3 according to the first embodiment. FIG. 実施形態１の変形例に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３における動作を示す各電圧及び信号を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing voltages and signals indicating an operation of an isolated DC/DC converter 3 according to a modified example of the first embodiment. 実施形態２に係る電力変換装置の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａの構成例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of an isolated DC/DC converter 3A of a power conversion device according to a second embodiment. 実施形態３に係る電力変換装置の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂの構成例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of an isolated DC/DC converter 3B of a power conversion device according to a third embodiment.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that identical or similar components are given the same reference numerals.

（実施形態１）
図１は実施形態１に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。図１において、電力変換装置は、ＰＦＣ回路付きＡＣ／ＤＣコンバータ２と、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３とを備えて構成される。ＰＦＣ回路付きＡＣ／ＤＣコンバータ２は、交流電源１からの交流電圧を、ＰＦＣ回路により力率を改善しながら所定の直流電圧に変換して絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３に出力する。次いで、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、図２を参照して詳細後述するように共振トランス回路３１，３２，３３を有し、入力される直流電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換した後、共振トランス回路３１，３２，３３を介して得た交流電圧を所定の直流電圧Ｖｏｕｔに変換して負荷４に出力する。 (Embodiment 1)
Fig. 1 is a block diagram showing a configuration example of a power conversion device according to a first embodiment. In Fig. 1, the power conversion device is configured to include an AC/DC converter 2 with a PFC circuit and an isolated DC/DC converter 3. The AC/DC converter 2 with a PFC circuit converts an AC voltage from an AC power source 1 into a predetermined DC voltage while improving the power factor by the PFC circuit, and outputs the DC voltage to the isolated DC/DC converter 3. Next, the isolated DC/DC converter 3 has resonant transformer circuits 31, 32, and 33 as described in detail later with reference to Fig. 2, and converts an input DC voltage Vin into an AC voltage, and then converts the AC voltage obtained via the resonant transformer circuits 31, 32, and 33 into a predetermined DC voltage Vout and outputs the DC voltage to a load 4.

図２は図１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の構成例を示すブロック図である。図２において、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、スイッチング回路２１と、共振トランス回路３１，３２，３３と、スイッチング回路２２と、平滑キャパシタ２３と、制御回路１０とを備えて構成される。ここで、制御回路１０は例えばデジタル計算機等で構成されて絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の全体の動作を制御し、具体的には、誤差増幅器１１と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１２と、スイッチング駆動回路１３，１４と、逆流検知回路１５とを備えて構成される。 Figure 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the isolated DC/DC converter 3 in Figure 1. In Figure 2, the isolated DC/DC converter 3 is configured with a switching circuit 21, resonant transformer circuits 31, 32, and 33, a switching circuit 22, a smoothing capacitor 23, and a control circuit 10. Here, the control circuit 10 is configured, for example, by a digital computer or the like, and controls the overall operation of the isolated DC/DC converter 3, and specifically, is configured with an error amplifier 11, a voltage controlled oscillator (VCO) 12, switching drive circuits 13 and 14, and a reverse current detection circuit 15.

図３は図２の平常時のスイッチング回路２１，２２における、周期Ｔ０を有するゲート制御信号Ｇ１～Ｇ１２の動作を示すタイミングチャートである。 Figure 3 is a timing chart showing the operation of gate control signals G1 to G12 having a period T0 in the switching circuits 21 and 22 in Figure 2 under normal conditions.

スイッチング回路２１は例えばＭＯＳ電界効果トランジスタである６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を備え、いわゆる３相フルブリッジ型インバータ回路であって、スイッチング駆動回路１３からのゲート制御信号（ＰＦＭ制御信号）Ｇ１～Ｇ６（図３参照）に従って、入力される直流電圧Ｖｉｎを３相シフトでパルス幅変調（ＰＦＭ）することにより、３個の高周波交流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を発生してそれぞれ共振トランス回路３１，３２，３３を介してスイッチング回路２２に出力する。 The switching circuit 21 is a so-called three-phase full-bridge inverter circuit that includes six switching elements Q1 to Q6, which are, for example, MOS field-effect transistors. In accordance with gate control signals (PFM control signals) G1 to G6 (see FIG. 3) from the switching drive circuit 13, the input DC voltage Vin is pulse-width modulated (PFM) with a three-phase shift to generate three high-frequency AC voltages V1, V2, and V3, which are output to the switching circuit 22 via resonant transformer circuits 31, 32, and 33, respectively.

共振トランス回路３１は、絶縁用トランスＴＲ１と、インダクタＬ１，Ｌ１１と、共振キャパシタＣｒ１とを備えて構成され、ここで、インダクタＬ１及び共振キャパシタＣｒ１はトランスＴＲ１の１次巻線と直列に接続され、インダクタＬ１１はトランスＴＲ１の１次巻線と並列に接続される。また、共振トランス回路３２は、絶縁用トランスＴＲ２と、インダクタＬ２，Ｌ１２と、共振キャパシタＣｒ２とを備えて構成され、ここで、インダクタＬ２及び共振キャパシタＣｒ２はトランスＴＲ２の１次巻線と直列に接続され、インダクタＬ１２はトランスＴＲ２の１次巻線と並列に接続される。さらに、共振トランス回路３３は、絶縁用トランスＴＲ３と、インダクタＬ３，Ｌ１３と、共振キャパシタＣｒ３とを備えて構成され、ここで、インダクタＬ３及び共振キャパシタＣｒ３はトランスＴＲ３の１次巻線と直列に接続され、インダクタＬ１３はトランスＴＲ３の１次巻線と並列に接続される。なお、各共振キャパシタＣｒ１，Ｃｒ２，Ｃｒ３の他端は共に接続される。 The resonant transformer circuit 31 is configured with an insulating transformer TR1, inductors L1 and L11, and a resonant capacitor Cr1, where the inductor L1 and the resonant capacitor Cr1 are connected in series with the primary winding of the transformer TR1, and the inductor L11 is connected in parallel with the primary winding of the transformer TR1. The resonant transformer circuit 32 is configured with an insulating transformer TR2, inductors L2 and L12, and a resonant capacitor Cr2, where the inductor L2 and the resonant capacitor Cr2 are connected in series with the primary winding of the transformer TR2, and the inductor L12 is connected in parallel with the primary winding of the transformer TR2. The resonant transformer circuit 33 is configured with an insulating transformer TR3, inductors L3 and L13, and a resonant capacitor Cr3, where the inductor L3 and the resonant capacitor Cr3 are connected in series with the primary winding of the transformer TR3, and the inductor L13 is connected in parallel with the primary winding of the transformer TR3. The other ends of the resonant capacitors Cr1, Cr2, and Cr3 are connected together.

共振トランス回路３１は、入力される高周波交流電圧Ｖ１を所定の共振周波数の共振状態で高周波交流電圧Ｖ１１に変換した後、スイッチング回路２２に出力する。また、共振トランス回路３２は、入力される高周波交流電圧Ｖ２を所定の共振周波数の共振状態で高周波交流電圧Ｖ１２に変換した後、スイッチング回路２２に出力する。さらに、共振トランス回路３３は、入力される高周波交流電圧Ｖ３を所定の共振周波数の共振状態で高周波交流電圧Ｖ１３に変換した後、スイッチング回路２２に出力する。 The resonant transformer circuit 31 converts the input high-frequency AC voltage V1 into a high-frequency AC voltage V11 in a resonant state at a predetermined resonant frequency, and then outputs it to the switching circuit 22. The resonant transformer circuit 32 converts the input high-frequency AC voltage V2 into a high-frequency AC voltage V12 in a resonant state at a predetermined resonant frequency, and then outputs it to the switching circuit 22. The resonant transformer circuit 33 converts the input high-frequency AC voltage V3 into a high-frequency AC voltage V13 in a resonant state at a predetermined resonant frequency, and then outputs it to the switching circuit 22.

スイッチング回路２２は例えばＭＯＳ電界効果トランジスタである６個のスイッチング素子Ｑ７～Ｑ１２を備え、いわゆる３相フルブリッジ型インバータ回路であって、スイッチング駆動回路１４からのゲート制御信号（ＰＦＭ制御信号）Ｇ７～Ｇ１２（図３参照）に従って、入力される直流電圧Ｖｉｎを３相シフトでＰＦＭすることにより、交流電圧を発生して平滑キャパシタ２３を介して所定の直流出力電圧Ｖｏｕｔに変換した後、負荷４に出力する。 The switching circuit 22 is a so-called three-phase full-bridge inverter circuit that includes six switching elements Q7 to Q12, which are, for example, MOS field effect transistors. In accordance with gate control signals (PFM control signals) G7 to G12 (see FIG. 3) from the switching drive circuit 14, the input DC voltage Vin is PFM-shifted in three phases to generate an AC voltage, which is converted to a predetermined DC output voltage Vout via the smoothing capacitor 23 and then output to the load 4.

制御回路１０の誤差増幅器１１は直流出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔと比較して、比較結果の誤差電圧を電圧制御発振器（ＶＣＯ）１２に出力する。電圧制御発振器１２は、入力される誤差電圧に応じて発振周波数を変化して発振信号を発生してスイッチング駆動回路１３，１４に出力する。各スイッチング駆動回路１３，１４は、入力される発振信号に応じてゲート制御信号Ｇ１～Ｇ６、Ｇ７～Ｇ１２の周波数を変化させる。具体的には例えば、直流出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔよりも高くなり、誤差電圧がプラス方向で大きくなれば、発振信号の発振周波数を高くし、ゲート制御信号Ｇ１～Ｇ６、Ｇ７～Ｇ１２の周波数を高くする一方、直流出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｔａｒｇｅｔよりも低くなり、誤差電圧がマイナス方向で大きくなれば、発振信号の発振周波数を低くし、ゲート制御信号Ｇ１～Ｇ６、Ｇ７～Ｇ１２の周波数を低くする。 The error amplifier 11 of the control circuit 10 compares the DC output voltage Vout with a predetermined target voltage Vtarget, and outputs the error voltage of the comparison result to the voltage-controlled oscillator (VCO) 12. The voltage-controlled oscillator 12 changes the oscillation frequency according to the input error voltage to generate an oscillation signal and outputs it to the switching drive circuits 13 and 14. Each switching drive circuit 13 and 14 changes the frequency of the gate control signals G1 to G6 and G7 to G12 according to the input oscillation signal. Specifically, for example, if the DC output voltage Vout becomes higher than the target voltage Vtarget and the error voltage increases in the positive direction, the oscillation frequency of the oscillation signal is increased and the frequencies of the gate control signals G1 to G6 and G7 to G12 are increased, whereas if the DC output voltage Vout becomes lower than the target voltage Vtarget and the error voltage increases in the negative direction, the oscillation frequency of the oscillation signal is decreased and the frequencies of the gate control signals G1 to G6 and G7 to G12 are decreased.

逆流検知回路１５は本実施形態の特徴となる回路であって、入力電圧Ｖｉｎを検出し、入力電圧Ｖｉｎを所定の基準値Ｖｒｅｆと比較して、入力電圧Ｖｉｎが基準値Ｖｒｅｆ以下となったことを検知したとき、駆動停止信号をスイッチング駆動回路１４に出力する。スイッチング駆動回路１４は、駆動停止信号に応答してゲート制御信号Ｇ７～Ｇ１７の出力を停止する。なお、基準値Ｖｒｅｆは、実際に作成した電力変換装置において、逆流するときの入力電圧Ｖｉｎの基準値を測定することにより予め設定される。なお、出願人が作成した試作機によれば、正常時の入力電圧Ｖｉｎが４００Ｖのとき、基準値Ｖｒｅｆは３１０Ｖであった。 The reverse current detection circuit 15 is a circuit that characterizes this embodiment, and detects the input voltage Vin, compares it with a predetermined reference value Vref, and outputs a drive stop signal to the switching drive circuit 14 when it detects that the input voltage Vin is equal to or lower than the reference value Vref. In response to the drive stop signal, the switching drive circuit 14 stops outputting the gate control signals G7 to G17. The reference value Vref is set in advance by measuring the reference value of the input voltage Vin when reverse current occurs in an actually created power conversion device. According to a prototype created by the applicant, when the input voltage Vin under normal conditions was 400V, the reference value Vref was 310V.

次いで、前記逆流検知回路１５の動作の意義について以下に説明する。 Next, the significance of the operation of the backflow detection circuit 15 will be explained below.

図４は図１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３における課題及び動作を示す各電圧のタイミングチャートであり、図５は従来例の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて入力電圧が低下したときの電流波形図の一例である。また、実施形態１に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３において入力電圧が低下したときの電流波形図の一例である。 Figure 4 is a timing chart of each voltage showing the problems and operation of the isolated DC/DC converter 3 in Figure 1, and Figure 5 is an example of a current waveform diagram when the input voltage drops in a conventional isolated DC/DC converter. Also, Figure 5 is an example of a current waveform diagram when the input voltage drops in the isolated DC/DC converter 3 according to the first embodiment.

交流電源１の停電などの異常で電力供給が止まった場合、電力変換装置である絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを所定の電圧に保持する必要があり、出力電圧の保持によりこの間に接続している負荷４の機器の誤動作防止制御やコンピュータのバックアップを行うことができる。 If the power supply is interrupted due to an abnormality such as a power outage in the AC power source 1, the output voltage Vout of the isolated DC/DC converter 3, which is a power conversion device, must be maintained at a specified voltage. By maintaining the output voltage, it is possible to control the load 4 connected to prevent malfunctions and to back up the computer.

すなわち、例えば図４に示すように、停電により入力電圧Ｖｉｎが低下したときに、一定時間出力電圧を図４の電圧Ｖｏｕｔｉｄｅａｌのように保持しないといけないが、実際は図４の電圧Ｖｏｕｔｒｅａｌのように異常時に入力電圧Ｖｉｎが低下したときに、スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１２に逆流（図５のＩｑ参照）が発生し、当該逆流により出力電圧Ｖｏｕｔが下がっていき、図４に示すように保持時間Ｔｒｅａｌが理想時間Ｔｉｄｅａｌより短くなる。本実施形態では、逆流発生条件である「入力電圧Ｖｉｎが基準値Ｖｒｅｆ以下となったときにスイッチング駆動回路２２のスイッチング素子Ｑ７～Ｑ１２に対する駆動を停止する。これにより、スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１２において逆流は発生しなくなり（図６）、入力電圧Ｖｉｎが低下しても逆流しない。 That is, for example, as shown in FIG. 4, when the input voltage Vin drops due to a power outage, the output voltage must be held for a certain period of time as shown in FIG. 4 as voltage Voutreal. However, in reality, when the input voltage Vin drops due to an abnormality as shown in FIG. 4 as voltage Voutreal, a backflow (see Iq in FIG. 5) occurs in the switching elements Q7 to Q12, and the output voltage Vout drops due to this backflow, and as shown in FIG. 4, the holding time Treal becomes shorter than the ideal time Tideal. In this embodiment, when the backflow occurrence condition "the input voltage Vin becomes equal to or lower than the reference value Vref, the switching drive circuit 22 stops driving the switching elements Q7 to Q12. As a result, backflow does not occur in the switching elements Q7 to Q12 (FIG. 6), and no backflow occurs even if the input voltage Vin drops.

以上説明したように、本実施形態によれば、入力電圧Ｖｉｎが所定の基準値Ｖｒｅｆ以下となったときに駆動停止信号Ｓｓｔｏｐを発生してスイッチング駆動回路１４の駆動を停止する逆流検知回路１５を備える。従って、交流電源１の停電などの異常で電力供給が止まった場合であっても、電力変換装置である絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを、従来例よりも長い時間期間において、所定の電圧に保持するころができ、出力電圧の保持によりこの間に接続している負荷４の機器の誤動作防止制御やコンピュータのバックアップを行うことができる。 As described above, according to this embodiment, the reverse current detection circuit 15 generates a drive stop signal Sstop when the input voltage Vin falls below a predetermined reference value Vref, thereby stopping the drive of the switching drive circuit 14. Therefore, even if the power supply is stopped due to an abnormality such as a power outage in the AC power source 1, the output voltage Vout of the isolated DC/DC converter 3, which is a power conversion device, can be maintained at a predetermined voltage for a longer period of time than in the conventional example, and by maintaining the output voltage, it is possible to prevent malfunction of the equipment of the connected load 4 and back up the computer during this time.

（実施形態１の変形例）
図７は実施形態１の変形例に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３における動作を示す各電圧及び信号を示すタイミングチャートである。 (Modification of the first embodiment)
FIG. 7 is a timing chart showing voltages and signals indicating the operation of the isolated DC/DC converter 3 according to the modified example of the first embodiment.

実施形態１では、入力電圧Ｖｉｎが所定の基準値Ｖｒｅｆ以下となったときに駆動停止信号Ｓｓｔｏｐを発生してスイッチング駆動回路１４の駆動を停止している。本発明はこれに限らず、入力電圧Ｖｉｎが所定の基準値Ｖｒｅｆ以下となったときに、スイッチング回路２２に対するゲート制御信号Ｇ７～Ｇ１２のオン時間を通常動作時に比較して短くするように構成してもよい。この変形例は、実施形態１のみならず、後述する実施形態２～４に適用することができる。 In the first embodiment, when the input voltage Vin becomes equal to or lower than a predetermined reference value Vref, a drive stop signal Sstop is generated to stop driving the switching drive circuit 14. The present invention is not limited to this, and may be configured such that when the input voltage Vin becomes equal to or lower than a predetermined reference value Vref, the on-time of the gate control signals G7 to G12 for the switching circuit 22 is shortened compared to normal operation. This modified example can be applied not only to the first embodiment, but also to the second to fourth embodiments described below.

この場合においても、交流電源１の停電などの異常で電力供給が止まった場合であっても、電力変換装置である絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを、従来例よりも長い時間期間において、所定の電圧に保持するころができ、出力電圧の保持によりこの間に接続している負荷４の機器の誤動作防止制御やコンピュータのバックアップを行うことができる。 Even in this case, if the power supply is stopped due to an abnormality such as a power outage in the AC power source 1, the output voltage Vout of the isolated DC/DC converter 3, which is a power conversion device, can be maintained at a predetermined voltage for a longer period of time than in the conventional example, and by maintaining the output voltage, it is possible to perform control to prevent malfunction of the connected load 4 equipment and back up the computer during this time.

（実施形態２）
図８は実施形態２に係る電力変換装置の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａの構成例を示すブロック図である。実施形態２に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａは、図２の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３に比較して、以下の相違点を有する。
（１）図２の入力電圧Ｖｉｎの電圧検出に代えて、スイッチング回路２１から出力される高周波交流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３により流れる高周波電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を検出する電圧検出器ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を備える。
（２）図２の逆流検知回路１５に代えて、逆流検知回路１５Ａを備える。逆流検知回路１５Ａは、電圧検出器ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３によりそれぞれ検出された電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の各周波数を、内蔵する周波数カウンタを用いて測定し、測定した電流Ｉ１の周波数ｆ１、電流Ｉ２の周波数ｆ２、電流Ｉ３の周波数ｆ３のうちの少なくとも１つが、所定の基準周波数ｆｒｅｆ以下になったときに、駆動停止信号Ｓｓｔｏｐをスイッチング駆動回路１４に出力する。 (Embodiment 2)
Fig. 8 is a block diagram showing a configuration example of an isolated DC/DC converter 3A of a power conversion device according to embodiment 2. The isolated DC/DC converter 3A according to embodiment 2 has the following differences compared to the isolated DC/DC converter 3 in Fig. 2.
(1) Instead of detecting the input voltage Vin in FIG. 2, voltage detectors CS1, CS2, CS3 are provided which detect high frequency currents I1, I2, I3 flowing due to high frequency AC voltages V1, V2, V3 output from the switching circuit 21.
(2) A reverse current detection circuit 15A is provided instead of the reverse current detection circuit 15 in Fig. 2. The reverse current detection circuit 15A measures the frequencies of the currents I1, I2, and I3 detected by the voltage detectors CS1, CS2, and CS3, respectively, using a built-in frequency counter, and outputs a drive stop signal Sstop to the switching drive circuit 14 when at least one of the measured frequency f1 of the current I1, the frequency f2 of the current I2, and the frequency f3 of the current I3 becomes equal to or lower than a predetermined reference frequency fref.

出願人が作成した試作機によれば、正常時の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３が１００ｋＨｚのとき、基準値ｆｒｅｆは７２ｋＨｚであった。 According to a prototype created by the applicant, when the normal frequencies f1, f2, and f3 were 100 kHz, the reference value fref was 72 kHz.

以上のように構成された実施形態２によれば、逆流検知回路１５Ａを備えることで、実施形態１と同様の作用効果を有する。 According to the second embodiment configured as described above, by including the backflow detection circuit 15A, it has the same effect as the first embodiment.

（実施形態３）
図９は実施形態３に係る電力変換装置の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂの構成例を示すブロック図である。実施形態３に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ｂは、図２の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３に比較して、以下の相違点を有する。
（１）図２の入力電圧Ｖｉｎの電圧検出に代えて、スイッチング回路２１から出力される高周波交流電圧Ｖ３により流れる高周波電流Ｉ３を検出する電圧検出器ＣＳを備える。
（２）図２の逆流検知回路１５に代えて、逆流検知回路１５Ｂを備える。逆流検知回路１５Ｂは、前記高周波交流電圧Ｖ３に対する、電圧検出器ＣＳにより検出された電流Ｉ３の位相を検出し、検出した位相が、所定の基準値θＲｅｆ以下になったときに、駆動停止信号Ｓｓｔｏｐをスイッチング駆動回路１４に出力する。 (Embodiment 3)
Fig. 9 is a block diagram showing a configuration example of an isolated DC/DC converter 3B of a power conversion device according to embodiment 3. The isolated DC/DC converter 3B according to embodiment 3 has the following differences compared to the isolated DC/DC converter 3 in Fig. 2.
(1) Instead of detecting the input voltage Vin in FIG. 2, a voltage detector CS is provided that detects high frequency current I3 that flows due to high frequency AC voltage V3 output from switching circuit 21.
(2) A reverse current detection circuit 15B is provided instead of the reverse current detection circuit 15 in Fig. 2. The reverse current detection circuit 15B detects the phase of the current I3 detected by the voltage detector CS relative to the high frequency AC voltage V3, and outputs a drive stop signal Sstop to the switching drive circuit 14 when the detected phase becomes equal to or smaller than a predetermined reference value θRef.

なお、検出する電流及び高周波交流電圧は、電圧Ｖ１又はＶ２に係る電流及び電圧であってもよい。出願人が作成した試作機によれば、正常時の位相が４５゜のとき、基準値θｒｅｆは３０゜であった。 The current and high-frequency AC voltage to be detected may be the current and voltage related to voltage V1 or V2. According to a prototype created by the applicant, when the normal phase is 45°, the reference value θref is 30°.

以上のように構成された実施形態３によれば、逆流検知回路１５Ｂを備えることで、実施形態１と同様の作用効果を有する。 According to the third embodiment configured as described above, by including the backflow detection circuit 15B, it has the same effect as the first embodiment.

（変形例）
以上の実施形態においては、電流検出器ＣＳ，ＣＳ１～ＣＳ３を用いて、電流を検出しているが、本発明はこれに限らず、電流センサ又は電流検出ＩＣを用いて電流を検出してもよい。 (Modification)
In the above embodiment, the current is detected using the current detectors CS, CS1 to CS3, but the present invention is not limited to this, and the current may be detected using a current sensor or a current detection IC.

以上詳述したように、本発明によれば、逆流検知回路１５，１５Ａ～１５Ｃを備えることで、例えば絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換装置において、入力電圧の低下時であっても、逆流の発生を停止しかつ出力電圧を所定の電圧で保持することができる。 As described above in detail, according to the present invention, by providing the reverse current detection circuits 15, 15A to 15C, it is possible to stop the occurrence of reverse current and maintain the output voltage at a predetermined voltage, even when the input voltage drops, in a power conversion device such as an isolated DC/DC converter.

１交流電源
２ＰＦＣ回路付きＡＣ／ＤＣコンバータ
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ
４負荷
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ制御回路
１１誤差増幅器
１２電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１３，１４，１４Ｃスイッチング駆動回路
１５，１５Ａ、１５Ｂ，逆流検知回路
２１，２２スイッチング回路
２３平滑キャパシタ
３１～３３共振トランス回路
Ｃｒ１～Ｃｒ３共振キャパシタ
ＣＳ，ＣＳ１～ＣＳ３電流検出器
Ｇ１～Ｇ１２ゲート制御信号
Ｌ１～Ｌ１３インダクタ
Ｑ１～Ｑ１２スイッチング素子
ＴＲ１～ＴＲ３絶縁トランス 1 AC power supply 2 AC/DC converter with PFC circuit 3, 3A, 3B, 3C Insulated DC/DC converter 4 Load 10, 10A, 10B, 10C Control circuit 11 Error amplifier 12 Voltage controlled oscillator (VCO)
13, 14, 14C Switching drive circuits 15, 15A, 15B, reverse current detection circuits 21, 22 Switching circuit 23 Smoothing capacitors 31 to 33 Resonant transformer circuits Cr1 to Cr3 Resonant capacitors CS, CS1 to CS3 Current detectors G1 to G12 Gate control signals L1 to L13 Inductors Q1 to Q12 Switching elements TR1 to TR3 Isolation transformer

Claims

A power conversion device comprising: a first switching circuit provided on a primary side of a resonant transformer circuit; and a second switching circuit provided on a secondary side of the resonant transformer circuit, wherein a DC input voltage is converted into an AC voltage by the first switching circuit, and then the converted AC voltage is sent to the second switching circuit via the resonant transformer circuit, and the converted AC voltage is converted into a DC output voltage and output,
a control circuit that detects the output voltage and maintains the output voltage at a predetermined target value;
The control circuit includes:
(1) detecting that a phase of an output current relative to an output voltage from the first switching circuit is equal to or smaller than a predetermined reference value at which a reverse current occurs in the second switching circuit;
(2) measuring a frequency of an output current from the first switching circuit and detecting that the measured frequency is equal to or lower than a predetermined reference frequency;
When either
(A) stopping the drive of the second switching circuit, or (B) shortening the time width of the drive signal for the second switching circuit compared to a normal time,
a second switching circuit that switches the output of the power converter from a first switching circuit to a second switching circuit;

A control circuit for a power conversion device comprising: a first switching circuit provided on a primary side of a resonant transformer circuit; and a second switching circuit provided on a secondary side of the resonant transformer circuit, the control circuit converting a DC input voltage into an AC voltage by the first switching circuit, sending the AC voltage to the second switching circuit via the resonant transformer circuit, and converting the converted AC voltage into a DC output voltage for output;
The control circuit detects the output voltage and maintains the output voltage at a predetermined target value;
The control circuit includes:
(1) detecting that a phase of an output current with respect to an output voltage from the first switching circuit is equal to or smaller than a predetermined reference value at which a reverse current occurs in the second switching circuit;
(2) measuring a frequency of an output current from the first switching circuit and detecting that the measured frequency is equal to or lower than a predetermined reference frequency;
When either
(A) stopping the drive of the second switching circuit, or (B) shortening the time width of the drive signal for the second switching circuit compared to a normal time,
A control circuit for a power conversion device, characterized in that it stops occurrence of a backflow in said second switching circuit and maintains an output voltage at a predetermined voltage.

A control method for a power conversion device comprising a first switching circuit provided on a primary side of a resonant transformer circuit and a second switching circuit provided on a secondary side of the resonant transformer circuit, converting a DC input voltage into an AC voltage by the first switching circuit, sending the AC voltage to the second switching circuit via the resonant transformer circuit, and converting the converted AC voltage into a DC output voltage for output, comprising:
The power conversion device includes a control circuit that detects the output voltage and maintains the output voltage at a predetermined target value,
The control method includes the control circuit:
(1) detecting that a phase of an output current with respect to an output voltage from the first switching circuit is equal to or smaller than a predetermined reference value at which a reverse current occurs in the second switching circuit;
(2) measuring a frequency of an output current from the first switching circuit and detecting that the measured frequency is equal to or lower than a predetermined reference frequency;
When either
(A) stopping the drive of the second switching circuit, or (B) shortening the time width of the drive signal for the second switching circuit compared to a normal time,
A method for controlling a power conversion device, comprising the steps of: stopping generation of a backflow in the second switching circuit and maintaining an output voltage at a predetermined voltage.