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JP7650219B2 - DC/DC converter and power supply device - Google Patents
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JP7650219B2 - DC/DC converter and power supply device - Google Patents

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Description

本発明は、DC/DCコンバータおよび当該DC/DCコンバータを備える電源装置に関する。 The present invention relates to a DC/DC converter and a power supply device equipped with the DC/DC converter.

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]から200[kW]等の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, rapid chargers for electric vehicles are becoming increasingly large, from 100 kW to 200 kW, as the battery capacity of electric vehicles increases. This has made it increasingly important to make the power supply devices used in rapid chargers smaller, more efficient, and less expensive.

急速充電器の電源装置は、AC/DCコンバータおよびDC/DCコンバータからなる電源ユニットを備える。DC/DCコンバータとして、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、小型化、高効率化、低コスト化が可能な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ている。電流共振型のDC/DCコンバータは、入力電圧、出力電圧および出力電流によって駆動周波数を広範囲に変化させて制御する必要がある。 The power supply device of a quick charger has a power supply unit consisting of an AC/DC converter and a DC/DC converter. Conventionally, voltage-current type DC/DC converters have been used as DC/DC converters, but in recent years, in light of the above-mentioned background, current-resonant type DC/DC converters such as LLC type and CLLC type, which allow for compact size, high efficiency and low cost, have been used. Current-resonant type DC/DC converters require control by changing the drive frequency over a wide range depending on the input voltage, output voltage and output current.

電気自動車の充電規格であるCHAdeMO規格は、急速充電器のリップルノイズを、例えば、10[Hz]以下1.5[App]未満、5[Hz]以下3[App]未満と規定している。電流共振型のDC/DCコンバータの場合、入力電圧に含まれるリップルノイズ(入力電圧リップル)は、1次側スイッチング回路から高周波絶縁トランス経由で2次側整流回路に伝搬し、出力電流に含まれるリップルノイズ(出力電流リップル)として出力される。リップルノイズは電気自動車のバッテリーに悪影響を与えるため、一般的には、DC/DCコンバータと前段のAC/DCコンバータとの間にフィルタ回路を設け、当該フィルタ回路によりリップルノイズを低減する。 The CHAdeMO standard, which is the standard for charging electric vehicles, specifies that the ripple noise of a quick charger should be, for example, less than 1.5 App at 10 Hz or less, and less than 3 App at 5 Hz or less. In the case of a current-resonant DC/DC converter, the ripple noise contained in the input voltage (input voltage ripple) propagates from the primary switching circuit via a high-frequency isolation transformer to the secondary rectifier circuit, and is output as ripple noise contained in the output current (output current ripple). As ripple noise has a negative effect on the battery of an electric vehicle, a filter circuit is generally provided between the DC/DC converter and the preceding AC/DC converter to reduce the ripple noise.

フィルタ回路の小型化および低コスト化を図るためには、フィルタ回路のカットオフ周波数を高くする必要がある。しかしながら、フィルタ回路のカットオフ周波数を高くすると、リップルノイズの低周波成分がフィルタ回路から流出してしまう。例えば、AC/DCコンバータの入力側に接続される交流電源が三相交流の場合、交流電源から入力される交流電流の6次高調波である300[Hz]または360[Hz]の高調波電流(ACリップル)が、フィルタ回路から流出してしまう。 In order to reduce the size and cost of a filter circuit, it is necessary to increase the cutoff frequency of the filter circuit. However, if the cutoff frequency of the filter circuit is increased, the low-frequency components of the ripple noise will flow out of the filter circuit. For example, if the AC power supply connected to the input side of the AC/DC converter is a three-phase AC power supply, the harmonic current (AC ripple) of 300 Hz or 360 Hz, which is the sixth harmonic of the AC current input from the AC power supply, will flow out of the filter circuit.

一方で、フィルタ回路のカットオフ周波数を低くすると、リップルノイズの低周波成分を低減できるが、フィルタ回路を構成するチョークコイルの大型化およびフィルタ回路を構成する電解コンデンサの大容量化を招く。その結果、フィルタ回路ひいては電源装置が、大型化および高コスト化してしまう。 On the other hand, lowering the cutoff frequency of the filter circuit can reduce the low-frequency components of the ripple noise, but it also leads to larger choke coils and larger electrolytic capacitors. As a result, the filter circuit and the power supply device become larger and more expensive.

非特許文献1には、フィードフォワード回路による高周波スイッチング整流器のリップル抑制方法が記載されている。高周波スイッチング整流器は、全波整流部とDC/DCコンバータ部とを含み、DC/DCコンバータ部は、フィルタ回路とDC/DCコンバータとを含む。 Non-Patent Document 1 describes a method for suppressing ripples in a high-frequency switching rectifier using a feedforward circuit. The high-frequency switching rectifier includes a full-wave rectifier section and a DC/DC converter section, and the DC/DC converter section includes a filter circuit and a DC/DC converter.

三相交流電源から入力される300[Hz]または360[Hz]の6次高調波ノイズを低減するために、フィルタ回路のカットオフ周波数を低くした場合(低周波設計の場合)、フィルタ回路の重量および体積は、高周波スイッチング整流器全体の10%以上を占めることになる。この点、非特許文献1の高周波スイッチング整流器では、フィードフォワード回路を付加することで、フィルタ回路のカットオフ周波数を高くしても、低周波設計の場合と同等以上の入出力リップル比を得ることができる。 If the cutoff frequency of the filter circuit is lowered (low-frequency design) to reduce the sixth harmonic noise of 300 Hz or 360 Hz input from the three-phase AC power supply, the weight and volume of the filter circuit will account for 10% or more of the entire high-frequency switching rectifier. In this regard, the high-frequency switching rectifier of Non-Patent Document 1 can obtain an input/output ripple ratio equal to or greater than that of a low-frequency design by adding a feedforward circuit, even if the cutoff frequency of the filter circuit is increased.

しかしながら、非特許文献1に記載のリップル抑制方法は、非特許文献1に記載のDC/DCコンバータ固有の回路方式に依存し、回路方式が異なるDC/DCコンバータには適用できない。したがって、非特許文献1に記載のリップル抑制方法は、電流共振型のDC/DCコンバータには適用できない。 However, the ripple suppression method described in Non-Patent Document 1 depends on the circuit type specific to the DC/DC converter described in Non-Patent Document 1, and cannot be applied to DC/DC converters with different circuit types. Therefore, the ripple suppression method described in Non-Patent Document 1 cannot be applied to current resonant DC/DC converters.

特許文献1には、LLC直列共振回路を備えるDC/DCコンバータにおいて、1次側回路のスイッチング素子のスイッチング周期およびデッドタイムの少なくとも一方を変化させる方法が記載されている。この方法によれば、2次側回路から出力される出力電流のリップルノイズを低減することができる。 Patent Document 1 describes a method for changing at least one of the switching period and the dead time of the switching elements in the primary circuit in a DC/DC converter equipped with an LLC series resonant circuit. This method makes it possible to reduce ripple noise in the output current output from the secondary circuit.

しかしながら、電流共振型のDC/DCコンバータにおいて、スイッチング素子のスイッチング周期は出力を制御する主制御要素であり、スイッチング素子のデッドタイムは共振条件に影響する要素である。したがって、リップルノイズを低減するためにスイッチング周期およびデッドタイムの少なくとも一方を変化させると、出力制御や共振条件に悪影響を与える可能性がある。 However, in a current resonant DC/DC converter, the switching period of the switching element is the main control element that controls the output, and the dead time of the switching element is an element that affects the resonance conditions. Therefore, changing at least one of the switching period and the dead time to reduce ripple noise may have a negative effect on the output control and the resonance conditions.

特許文献2には、交流電源から供給される交流電力を直流電流に変換して光源に出力する点灯装置において、フィードバック制御に加え、出力電圧の脈動の高さに応じたフィードフォワード制御を行う方法が記載されている。この方法によれば、交流電源の2倍周波数のリップルノイズを低減することができる。 Patent Document 2 describes a method for performing feedforward control according to the amplitude of the pulsation of the output voltage in addition to feedback control in a lighting device that converts AC power supplied from an AC power source into DC current and outputs it to a light source. This method makes it possible to reduce ripple noise at twice the frequency of the AC power source.

しかしながら、特許文献2に記載の方法は、入力電圧の変動に対する出力電流の変動割合が一定でない場合、上記の効果を期待できない。電流共振型のDC/DCコンバータの場合、入力電圧リップルは前段のAC/DCコンバータの出力電流値によって変動する。したがって、特許文献2に記載の方法を電流共振型のDC/DCコンバータに適用すると、かえって出力電流リップルが増大する可能性がある。 However, the method described in Patent Document 2 cannot achieve the above-mentioned effect if the rate of change in output current relative to input voltage change is not constant. In the case of a current-resonant DC/DC converter, the input voltage ripple varies depending on the output current value of the preceding AC/DC converter. Therefore, if the method described in Patent Document 2 is applied to a current-resonant DC/DC converter, there is a possibility that the output current ripple will increase.

特許第6132887号公報Patent No. 6132887 特開2020-173913号公報JP 2020-173913 A

青木忠一、他1名、「フィードフォワード回路による高周波スイッチング整流器の出力電圧リプル抑制方法について」、[online]、平成元年、電気学会論文誌D、109巻1号、[令和3年9月3日検索]、インターネット<URL:https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias1987/109/1/109_1_10/_pdf/-char/ja>Tadakazu Aoki and 1 other person, "A method for suppressing output voltage ripple of a high-frequency switching rectifier using a feedforward circuit," [online], 1989, IEEJ Transactions on Electrical Engineering, Vol. 109, No. 1, [searched on September 3, 2021], Internet <URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias1987/109/1/109_1_10/_pdf/-char/ja>

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、フィルタ回路の大型化および高コスト化を招くことなく、出力リップルを低減することが可能な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 has been made in consideration of the above circumstances, and its objective is to provide a DC/DC converter and a power supply device that can reduce output ripple without increasing the size and cost of the filter circuit.

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、
入力電圧をスイッチングするスイッチング素子を含む1次側スイッチング回路と、
絶縁トランスと、
前記絶縁トランスを介して前記1次側スイッチング回路に接続される2次側整流回路と、
少なくとも前記スイッチング素子を制御する制御部と、
を備えるDC/DCコンバータであって、
前記制御部は、
前記2次側整流回路からの出力を所定の目標値に近づけるための第1制御指令値を生成する第1制御部と、
前記2次側整流回路からの出力に含まれる出力リップルを抽出し、前記出力リップルを所定値以下にするためのゲインを生成するゲイン生成部と、
前記1次側スイッチング回路に入力される前記入力電圧に含まれる入力電圧リップルを抽出し、前記入力電圧リップルと前記ゲインとに基づいて第2制御指令値を生成する第2制御部と、
前記第1制御指令値および前記第2制御指令値に基づいて前記スイッチング素子の制御を行う第3制御部と、を備え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:
a primary side switching circuit including a switching element that switches an input voltage;
An isolation transformer,
a secondary side rectifier circuit connected to the primary side switching circuit via the isolation transformer;
A control unit that controls at least the switching element;
A DC/DC converter comprising:
The control unit is
a first control unit that generates a first control command value for bringing an output from the secondary side rectifier circuit closer to a predetermined target value;
a gain generating unit that extracts an output ripple included in an output from the secondary side rectifier circuit and generates a gain for making the output ripple equal to or smaller than a predetermined value;
a second control unit that extracts an input voltage ripple included in the input voltage input to the primary side switching circuit, and generates a second control command value based on the input voltage ripple and the gain;
and a third control unit that controls the switching element based on the first control command value and the second control command value.

この構成によれば、出力リップル(例えば、出力電流リップルまたは出力電圧リップル)を所定値以下にするためのゲインと入力電圧から抽出した入力電圧リップルとに基づいて第2制御指令値を生成し、2次側整流回路からの出力を所定の目標値に近づけるための第1制御指令値と第2制御指令値とに基づいてスイッチング素子の制御を行うので、的確に出力リップルを低減することができる。 With this configuration, a second control command value is generated based on the gain for reducing the output ripple (e.g., output current ripple or output voltage ripple) to a predetermined value or less and the input voltage ripple extracted from the input voltage, and the switching element is controlled based on the first control command value and the second control command value for bringing the output from the secondary rectifier circuit closer to a predetermined target value, so that the output ripple can be reduced accurately.

また、この構成によれば、DC/DCコンバータの前段に設けられたフィルタ回路のカットオフ周波数を高くしても低周波のリップルノイズを低減することができるので、フィルタ回路の小型化、低コスト化、軽量化を図ることができる。 In addition, with this configuration, low-frequency ripple noise can be reduced even if the cutoff frequency of the filter circuit provided in the front stage of the DC/DC converter is increased, making it possible to reduce the size, cost, and weight of the filter circuit.

前記DC/DCコンバータにおいて、
前記第1制御部は、前記2次側整流回路から出力される出力電流および出力電圧の少なくとも一方を前記所定の目標値に近づけるために前記第1制御指令値を生成し、
前記ゲイン生成部は、前記2次側整流回路からの出力として前記2次側整流回路から出力される出力電流に含まれる出力電流リップルを抽出し、前記出力電流リップルを所定値以下にするためのゲインを生成するよう構成できる。
In the DC/DC converter,
the first control unit generates the first control command value so as to bring at least one of an output current and an output voltage output from the secondary side rectifier circuit closer to the predetermined target value;
The gain generation unit can be configured to extract an output current ripple contained in the output current output from the secondary side rectifier circuit as an output from the secondary side rectifier circuit, and to generate a gain for reducing the output current ripple to a predetermined value or less.

前記DC/DCコンバータにおいて、
前記第1制御部は、
前記出力電流の電流値を検出する出力電流検出部と、
前記電流値と前記目標値との差分を算出する第1演算部と、
前記差分に基づくPI演算により前記第1制御指令値を生成する第1のPI制御部と、を含むよう構成できる。
In the DC/DC converter,
The first control unit is
an output current detection unit that detects a current value of the output current;
A first calculation unit that calculates a difference between the current value and the target value;
A first PI control unit that generates the first control command value by a PI calculation based on the difference.

前記DC/DCコンバータにおいて、
前記ゲイン生成部は、
前記出力電流リップルを抽出する電流リップル抽出部と、
前記出力電流リップルを整流する整流部と、
前記整流部で整流した前記出力電流リップルと前記所定値との差分を算出する第2演算部と、
前記差分に基づくPI演算により前記ゲインを生成する第2のPI制御部と、を含むよう構成できる。
In the DC/DC converter,
The gain generating unit is
a current ripple extraction unit that extracts the output current ripple;
a rectification unit that rectifies the output current ripple;
a second calculation unit that calculates a difference between the output current ripple rectified by the rectification unit and the predetermined value;
A second PI control unit that generates the gain by a PI calculation based on the difference.

前記DC/DCコンバータにおいて、
前記第2制御部は、
前記入力電圧リップルを抽出する入力電圧リップル抽出部と、
前記入力電圧リップルと前記ゲインとを乗算して前記第2制御指令値を生成する乗算器と、を含むよう構成できる。
In the DC/DC converter,
The second control unit is
an input voltage ripple extraction unit that extracts the input voltage ripple;
A multiplier that multiplies the input voltage ripple and the gain to generate the second control command value.

前記DC/DCコンバータにおいて、
前記ゲイン生成部は、N個(Nは2以上の整数)の周波数の前記出力リップルに対応したN個の前記ゲインを生成し、
前記第2制御部は、前記N個の周波数の前記入力電圧リップルとN個の前記ゲインとに基づいてN個の前記第2制御指令値を生成し、
前記第3制御部は、前記第1制御指令値およびN個の前記第2制御指令値に基づいて前記スイッチング素子の制御を行うよう構成できる。
In the DC/DC converter,
the gain generation unit generates N gains corresponding to the output ripples of N frequencies (N is an integer equal to or greater than 2);
the second control unit generates the N second control command values based on the input voltage ripples of the N frequencies and the N gains;
The third control unit can be configured to control the switching elements based on the first control command value and the N second control command values.

上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、
AC/DCコンバータと、
前記AC/DCコンバータの直流端側に設けられたフィルタ回路と、
前記フィルタ回路を介して前記AC/DCコンバータに接続された前記いずれかのDC/DCコンバータと、を備え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 converter;
A filter circuit provided on a DC end side of the AC/DC converter;
and any one of the DC/DC converters connected to the AC/DC converter via the filter circuit.

本発明によれば、フィルタ回路の大型化および高コスト化を招くことなく、出力リップルを低減することが可能な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 reduce output ripple without increasing the size and cost of the filter circuit.

第1実施形態に係る電源装置のブロック図の例である。1 is an example of a block diagram of a power supply device according to a first embodiment; 第1実施形態に係るDC/DCコンバータのブロック図の例である。1 is an example of a block diagram of a DC/DC converter according to a first embodiment; 入力電圧リップルと出力電流リップルとの関係を示す波形図の例であって、(A)は従来のDC/DCコンバータの波形図、(B)は第1実施形態に係るDC/DCコンバータの波形図である。1A and 1B are examples of waveform diagrams showing the relationship between input voltage ripple and output current ripple, in which (A) is a waveform diagram of a conventional DC/DC converter, and (B) is a waveform diagram of the DC/DC converter according to the first embodiment. 第2実施形態に係る電源装置のブロック図の例である。FIG. 11 is an example of a block diagram of a power supply device according to a second embodiment. 第2実施形態に係るDC/DCコンバータのブロック図の例である。FIG. 11 is an example of a block diagram of a DC/DC converter according to a second embodiment.

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 an embodiment of a DC/DC converter and a power supply device according to the present invention with reference to the attached drawings.

[第1実施形態]
図1に、本発明の第1実施形態に係る電源装置1Aのブロック図の例を示し、図2に、本発明の第1実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aのブロック図の例を示す。
[First embodiment]
FIG. 1 shows an example of a block diagram of a power supply device 1A according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an example of a block diagram of a DC/DC converter 2A according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、電源装置1Aは、AC/DCコンバータ3と、フィルタ回路4と、DC/DCコンバータ2Aとを備える。電源装置1Aは、交流電源5(例えば、三相交流出力の商用電源)から供給された交流電力に基づいて所望の直流電流を生成し、当該直流電流をバッテリー6(例えば、電気自動車のリチウムイオンバッテリー)に供給する。 As shown in FIG. 1, the power supply device 1A includes an AC/DC converter 3, a filter circuit 4, and a DC/DC converter 2A. The power supply device 1A generates a desired DC current based on AC power supplied from an AC power source 5 (e.g., a commercial power source with a three-phase AC output), and supplies the DC current to a battery 6 (e.g., a lithium-ion battery of an electric vehicle).

AC/DCコンバータ3は、複数のスイッチング素子(例えば、三相交流電源の場合3つのアームを構成する6つのスイッチング素子)で構成されたAC/DC変換動作を行う電力変換部と、当該電力変換部を制御する制御部とで構成される。AC/DCコンバータ3は、交流電源5から入力された交流電力をAC/DC変換動作により直流電力に変換し、フィルタ回路4を介してDC/DCコンバータ2Aに出力する。 The AC/DC converter 3 is composed of a power conversion unit that performs AC/DC conversion operations and is composed of multiple switching elements (for example, six switching elements that make up three arms in the case of a three-phase AC power supply), and a control unit that controls the power conversion unit. The AC/DC converter 3 converts AC power input from the AC power supply 5 into DC power through AC/DC conversion operations, and outputs it to the DC/DC converter 2A via the filter circuit 4.

フィルタ回路4は、チョークコイルおよび電解コンデンサで構成されるLCフィルタ回路である。フィルタ回路4は、AC/DCコンバータ3のスイッチングに起因するリップルノイズを遮断するようにカットオフ周波数が比較的高く設定されており、低周波のリップルノイズ(例えば、300[Hz]または360[Hz]のリップルノイズ)は通過させるよう構成されている。なお、フィルタ回路4は、少なくとも一部または全てがAC/DCコンバータ3に含まれていてもよいし、DC/DCコンバータ2Aに含まれていてもよい。 The filter circuit 4 is an LC filter circuit composed of a choke coil and an electrolytic capacitor. The cutoff frequency of the filter circuit 4 is set relatively high so as to block ripple noise caused by switching of the AC/DC converter 3, and is configured to pass low-frequency ripple noise (e.g., ripple noise of 300 Hz or 360 Hz). Note that at least a part or all of the filter circuit 4 may be included in the AC/DC converter 3, or may be included in the DC/DC converter 2A.

DC/DCコンバータ2Aは、AC/DCコンバータ3から入力された直流の入力電圧に基づいて所望の直流電流(充電電流)を生成し、当該直流電流をバッテリー6に供給する。DC/DCコンバータ2Aは端子T1~T4を有し、端子T1,T2はフィルタ回路4を介してAC/DCコンバータ3に接続され、端子T3,T4にはバッテリー6が接続される。 The DC/DC converter 2A generates a desired DC current (charging current) based on the DC input voltage input from the AC/DC converter 3, and supplies the DC current to the battery 6. The DC/DC converter 2A has terminals T1 to T4, with terminals T1 and T2 connected to the AC/DC converter 3 via the filter circuit 4, and terminals T3 and T4 connected to the battery 6.

DC/DCコンバータ2Aに入力されるリップルノイズは、通常、AC/DCコンバータ3のスイッチング素子のスイッチング周波数に同期して発生するスイッチングノイズおよびスイッチングリップルと、交流電源5の周波数(50[Hz]または60[Hz])に同期して発生するACリップルとを含む。 The ripple noise input to the DC/DC converter 2A typically includes switching noise and switching ripple that occurs in synchronization with the switching frequency of the switching elements of the AC/DC converter 3, and AC ripple that occurs in synchronization with the frequency of the AC power source 5 (50 Hz or 60 Hz).

スイッチング周波数は数10[kHz]から100[kHz]程度であるため、スイッチングノイズおよびスイッチングリップルは、カットオフ周波数が比較的高く設定されたフィルタ回路4で大部分カットすることができる。ACリップルは、例えば、交流電源5の周波数(50[Hz]または60[Hz])の6倍の高調波であり、300[Hz]または360[Hz]の低周波となる。このため、ACリップルはフィルタ回路4を通過してしまう。 Since the switching frequency is on the order of several tens of kHz to 100 kHz, the switching noise and switching ripple can be largely cut by the filter circuit 4, which has a relatively high cutoff frequency. The AC ripple is, for example, a harmonic six times the frequency of the AC power supply 5 (50 Hz or 60 Hz), and has a low frequency of 300 Hz or 360 Hz. For this reason, the AC ripple passes through the filter circuit 4.

DC/DCコンバータ2Aに入力される入力電圧のリップルノイズ(入力電圧リップル)が、DC/DCコンバータ2Aから出力される出力電流にリップルノイズ(出力電流リップル)として重畳されると、出力電流リップルはバッテリー6に悪影響を与えてしまう。そこで、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aでは、出力電流リップルを所定値以下にするための電流ゲイン(本発明の「ゲイン」に相当)を生成し、当該電流ゲインを用いて入力電圧リップルをフィードフォワード制御することで、出力電流リップルを低減する。 When ripple noise (input voltage ripple) of the input voltage input to the DC/DC converter 2A is superimposed as ripple noise (output current ripple) on the output current output from the DC/DC converter 2A, the output current ripple will adversely affect the battery 6. Therefore, in the DC/DC converter 2A according to this embodiment, a current gain (corresponding to the "gain" of the present invention) is generated to reduce the output current ripple to a predetermined value or less, and the output current ripple is reduced by using the current gain to feedforward control the input voltage ripple.

図2に示すように、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aは、電力変換部10と、制御部20Aとで構成される。 As shown in FIG. 2, the DC/DC converter 2A according to this embodiment is composed of a power conversion unit 10 and a control unit 20A.

電力変換部10は、1次側スイッチング回路11と、LC共振回路12と、絶縁トランス13と、2次側整流回路14とを備える。1次側スイッチング回路11およびLC共振回路12は、本発明の「1次側スイッチング回路」に相当する。 The power conversion unit 10 includes a primary side switching circuit 11, an LC resonant circuit 12, an isolation transformer 13, and a secondary side rectifier circuit 14. The primary side switching circuit 11 and the LC resonant circuit 12 correspond to the "primary side switching circuit" of the present invention.

1次側スイッチング回路11は、複数のスイッチング素子を含むフルブリッジ回路またはハーフブリッジ回路で構成される。スイッチング素子は、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を用いることができる。スイッチング素子の電流路には、ダイオードが逆方向に並列接続される(内蔵ダイオードを含む)とともに、コンデンサが並列接続される。 The primary side switching circuit 11 is composed of a full bridge circuit or a half bridge circuit including multiple switching elements. The switching elements may be power semiconductor switching elements such as IGBTs (insulated gate bipolar transistors), MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors), SiC (silicon carbide)-MOSFETs, and GaN (gallium nitride)-MOSFETs. In the current path of the switching elements, diodes (including built-in diodes) are connected in parallel in the reverse direction, and a capacitor is connected in parallel.

LC共振回路12は、1次側スイッチング回路の一部であり、共振コイルと共振コンデンサとで構成される。本実施形態では、LC共振回路12は、さらに励磁コイルを含み、LLC方式の共振回路を構成する。共振コイルは、その一部または全てを絶縁トランス13の漏れインダクタンスで構成することができ、励磁コイルは、絶縁トランス13の励磁インダクタンスで構成することができる。なお、LC共振回路12は、1次側スイッチング回路11に含めてもよい。 The LC resonant circuit 12 is part of the primary switching circuit and is composed of a resonant coil and a resonant capacitor. In this embodiment, the LC resonant circuit 12 further includes an excitation coil to form an LLC type resonant circuit. The resonance coil can be composed of a leakage inductance of the isolation transformer 13 in part or in whole, and the excitation coil can be composed of the excitation inductance of the isolation transformer 13. The LC resonant circuit 12 may be included in the primary switching circuit 11.

絶縁トランス13は、1次側コイルと2次側コイルとを含む高周波絶縁トランスである。1次側コイルは、LC共振回路12を介して1次側スイッチング回路11に接続され、2次側コイルは、2次側整流回路14に接続される。絶縁トランス13は、容量に応じて1個または複数個の高周波絶縁トランスで構成してもよい。 The isolation transformer 13 is a high-frequency isolation transformer including a primary coil and a secondary coil. The primary coil is connected to the primary switching circuit 11 via the LC resonant circuit 12, and the secondary coil is connected to the secondary rectifier circuit 14. The isolation transformer 13 may be composed of one or more high-frequency isolation transformers depending on the capacity.

2次側整流回路14は、ダイオードを含む整流回路と、コンデンサを含む平滑回路とで構成される。整流回路は、スイッチング素子で構成される同期整流回路でもよい。同期整流回路は、例えば、パワー半導体等のスイッチング素子をフルブリッジ接続したものであり、各スイッチング素子は1次側スイッチング回路11の状態および2次側整流回路14の電圧または電流状態により、同期整流制御によりオン/オフされる。 The secondary rectifier circuit 14 is composed of a rectifier circuit including a diode and a smoothing circuit including a capacitor. The rectifier circuit may be a synchronous rectifier circuit composed of switching elements. The synchronous rectifier circuit is, for example, a full-bridge connection of switching elements such as power semiconductors, and each switching element is turned on/off by synchronous rectification control depending on the state of the primary switching circuit 11 and the voltage or current state of the secondary rectifier circuit 14.

制御部20Aは、出力電流検出部21と、第1演算部22と、第1のPI制御部23と、電流リップル抽出部24と、整流部25と、第2演算部26と、第2のPI制御部27と、入力電圧リップル抽出部28と、乗算器29と、第3演算部30と、パルス生成部31とを含む。なお、制御部20Aは、2次側整流回路14が同期整流を行う場合は、2次側整流回路14の電流または電圧を検知し、1次側スイッチング回路11のスイッチング状態と合わせて、同期整流用のスイッチング素子のオン/オフ制御を行うものとする。 The control unit 20A includes an output current detection unit 21, a first calculation unit 22, a first PI control unit 23, a current ripple extraction unit 24, a rectification unit 25, a second calculation unit 26, a second PI control unit 27, an input voltage ripple extraction unit 28, a multiplier 29, a third calculation unit 30, and a pulse generation unit 31. When the secondary side rectification circuit 14 performs synchronous rectification, the control unit 20A detects the current or voltage of the secondary side rectification circuit 14 and performs on/off control of the switching element for synchronous rectification in accordance with the switching state of the primary side switching circuit 11.

出力電流検出部21、第1演算部22および第1のPI制御部23は、本発明の「第1制御部」に相当する。電流リップル抽出部24、整流部25、第2演算部26および第2のPI制御部27は、本発明の「ゲイン生成部」に相当する。入力電圧リップル抽出部28および乗算器29は、本発明の「第2制御部」に相当する。第3演算部30およびパルス生成部31は、本発明の「第3制御部」に相当する。 The output current detection unit 21, the first calculation unit 22, and the first PI control unit 23 correspond to the "first control unit" of the present invention. The current ripple extraction unit 24, the rectification unit 25, the second calculation unit 26, and the second PI control unit 27 correspond to the "gain generation unit" of the present invention. The input voltage ripple extraction unit 28 and the multiplier 29 correspond to the "second control unit" of the present invention. The third calculation unit 30 and the pulse generation unit 31 correspond to the "third control unit" of the present invention.

出力電流検出部21は、2次側整流回路14から出力される出力電流を検出し、検出した電流値に関する信号を第1演算部22および電流リップル抽出部24に出力する。 The output current detection unit 21 detects the output current output from the secondary side rectifier circuit 14 and outputs a signal related to the detected current value to the first calculation unit 22 and the current ripple extraction unit 24.

第1演算部22は、出力電流検出部21から入力された出力電流の電流値と外部(例えば、上位装置)から入力された目標値(本実施形態では、出力電流の目標値)との差分を算出する。第1演算部22は、算出した差分に関する信号を第1のPI制御部23に出力する。 The first calculation unit 22 calculates the difference between the current value of the output current input from the output current detection unit 21 and a target value (in this embodiment, the target value of the output current) input from outside (e.g., a higher-level device). The first calculation unit 22 outputs a signal related to the calculated difference to the first PI control unit 23.

第1のPI制御部23は、第1演算部22で算出された差分に基づくPI(比例積分)演算により、上記差分がゼロに近づくような「第1制御指令値」を生成する。第1のPI制御部23は、生成した第1制御指令値を第3演算部30に出力する。 The first PI control unit 23 generates a "first control command value" that brings the difference closer to zero by a PI (proportional integral) calculation based on the difference calculated by the first calculation unit 22. The first PI control unit 23 outputs the generated first control command value to the third calculation unit 30.

電流リップル抽出部24は、出力電流検出部21で検出した出力電流に含まれるリップルノイズ(出力電流リップル)を抽出する。電流リップル抽出部24は、例えば、LPF(低域通過濾波器)とHPF(高域通過濾波器)とを組み合わせたバンドパスフィルタで構成される。 The current ripple extraction unit 24 extracts ripple noise (output current ripple) contained in the output current detected by the output current detection unit 21. The current ripple extraction unit 24 is composed of a bandpass filter that combines, for example, an LPF (low pass filter) and an HPF (high pass filter).

整流部25は、電流リップル抽出部24で抽出した出力電流リップルを整流する。具体的には、整流部25は、出力電流リップルの絶対値の直流分を抽出する。整流部25は、電流リップル抽出部24に含まれていてもよい。 The rectifier 25 rectifies the output current ripple extracted by the current ripple extraction unit 24. Specifically, the rectifier 25 extracts the DC component of the absolute value of the output current ripple. The rectifier 25 may be included in the current ripple extraction unit 24.

第2演算部26は、整流部25で整流した出力電流リップルとリップル目標値(本発明の「所定値」に相当)との差分を算出する。リップル目標値は、出力電流リップルのピーク間電流値の目標値であり、本実施形態では、0[App]に設定されている。第2演算部26は、算出した差分に関する信号を第2のPI制御部27に出力する。 The second calculation unit 26 calculates the difference between the output current ripple rectified by the rectification unit 25 and a ripple target value (corresponding to the "predetermined value" of the present invention). The ripple target value is a target value of the peak-to-peak current value of the output current ripple, and in this embodiment, is set to 0 [App]. The second calculation unit 26 outputs a signal related to the calculated difference to the second PI control unit 27.

第2のPI制御部27は、第2演算部26で算出された差分に基づくPI(比例積分)演算により、上記差分がゼロに近づくような電流ゲインを生成する。第2のPI制御部27は、生成した電流ゲインを乗算器29に出力する。 The second PI control unit 27 generates a current gain that brings the difference closer to zero by a PI (proportional integral) calculation based on the difference calculated by the second calculation unit 26. The second PI control unit 27 outputs the generated current gain to the multiplier 29.

入力電圧リップル抽出部28は、入力電圧に含まれるリップルノイズ(入力電圧リップル)を抽出する。入力電圧リップル抽出部28は、例えば、LPF(低域通過濾波器)とHPF(高域通過濾波器)とを組み合わせたバンドパスフィルタで構成される。 The input voltage ripple extraction unit 28 extracts ripple noise (input voltage ripple) contained in the input voltage. The input voltage ripple extraction unit 28 is composed of a bandpass filter that combines an LPF (low pass filter) and an HPF (high pass filter), for example.

乗算器29は、入力電圧リップル抽出部28で抽出した入力電圧リップルと第2のPI制御部27から入力された電流ゲインとを乗算して、「第2制御指令値」を生成する。乗算器29は、生成した第2制御指令値を第3演算部30に出力する。 The multiplier 29 multiplies the input voltage ripple extracted by the input voltage ripple extraction unit 28 by the current gain input from the second PI control unit 27 to generate a "second control command value." The multiplier 29 outputs the generated second control command value to the third calculation unit 30.

第3演算部30は、第1のPI制御部23から入力された第1制御指令値と乗算器29から入力された第2制御指令値とを加算して「第3制御指令値」を生成し、当該第3制御指令値をパルス生成部31に出力する。 The third calculation unit 30 adds the first control command value input from the first PI control unit 23 and the second control command value input from the multiplier 29 to generate a "third control command value" and outputs the third control command value to the pulse generation unit 31.

パルス生成部31は、第3制御指令値に基づいて、1次側スイッチング回路11に含まれるスイッチング素子をオン/オフさせるためのスイッチングパルスを生成し、当該スイッチングパルスを1次側スイッチング回路11に出力する。2次側整流回路14で同期整流制御を行う場合、パルス生成部31は、1次側スイッチング回路11の状態に加え、2次側から必要な情報を取得して、2次側整流回路14に含まれるスイッチング素子をオン/オフさせるためのスイッチングパルスを生成し、当該スイッチングパルスを2次側整流回路14に出力する。 The pulse generating unit 31 generates switching pulses for turning on/off the switching elements included in the primary side switching circuit 11 based on the third control command value, and outputs the switching pulses to the primary side switching circuit 11. When performing synchronous rectification control in the secondary side rectifier circuit 14, the pulse generating unit 31 acquires necessary information from the secondary side in addition to the state of the primary side switching circuit 11, generates switching pulses for turning on/off the switching elements included in the secondary side rectifier circuit 14, and outputs the switching pulses to the secondary side rectifier circuit 14.

図3(A)に、従来のDC/DCコンバータにおける入力電圧リップルおよび出力電流リップルの波形図の例を示し、図3(B)に本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aにおける入力電圧リップルおよび出力電流リップルの波形図の例を示す。なお、電圧目盛の単位は、両者共通しているが、電流目盛の単位は、図3(A)では2[A/div]であるのに対して、図3(B)では0.4[A/div]である。 Figure 3(A) shows an example of a waveform diagram of the input voltage ripple and output current ripple in a conventional DC/DC converter, and Figure 3(B) shows an example of a waveform diagram of the input voltage ripple and output current ripple in the DC/DC converter 2A according to this embodiment. Note that the units of the voltage scale are the same in both cases, but the units of the current scale are 2 [A/div] in Figure 3(A) and 0.4 [A/div] in Figure 3(B).

従来のDC/DCコンバータは、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aからゲイン生成部(電流リップル抽出部24、整流部25、第2演算部26および第2のPI制御部27)と、第2制御部(入力電圧リップル抽出部28および乗算器29)とを除いた構成となる。 The conventional DC/DC converter has a configuration similar to that of the DC/DC converter 2A according to this embodiment, except that the gain generation unit (current ripple extraction unit 24, rectification unit 25, second calculation unit 26, and second PI control unit 27) and the second control unit (input voltage ripple extraction unit 28 and multiplier 29) are removed.

図3(A)および図3(B)では、従来のDC/DCコンバータおよび本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aにおいて、450[V]の入力電圧に300[Hz]/10[Vpp]の入力電圧リップルが重畳されており、出力電圧が400[V]、出力電流の目標値が31[A]であるものとする。 In Figures 3(A) and 3(B), in a conventional DC/DC converter and DC/DC converter 2A according to this embodiment, an input voltage ripple of 300 [Hz]/10 [Vpp] is superimposed on an input voltage of 450 [V], the output voltage is 400 [V], and the target value of the output current is 31 [A].

図3(A)に示すように、従来のDC/DCコンバータでは出力電流リップルが4[App]であるのに対して、図3(B)に示すように、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aでは、出力電流リップルが0.4[App]まで低減されている。CHAdeMO規格では、急速充電器のリップルノイズを3[App]未満と規定しているが、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aでは、上記のとおり0.4[App]と規定よりも十分小さい値になっている。 As shown in Fig. 3(A), the output current ripple is 4 [App] in a conventional DC/DC converter, whereas as shown in Fig. 3(B), the output current ripple is reduced to 0.4 [App] in the DC/DC converter 2A according to this embodiment. The CHAdeMO standard specifies that the ripple noise of a quick charger must be less than 3 [App], but as shown above, the DC/DC converter 2A according to this embodiment has a value of 0.4 [App], which is much smaller than the specified value.

このように、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aでは、出力電流リップルを所定値以下にするための電流ゲインを生成し、当該電流ゲインによって入力電圧リップルをフィードフォワード制御するので、従来のDC/DCコンバータと比較して、出力電流リップルを10分の1程度に低減することができる。 In this way, the DC/DC converter 2A according to this embodiment generates a current gain for keeping the output current ripple below a predetermined value, and feed-forward controls the input voltage ripple using this current gain, so that the output current ripple can be reduced to about one-tenth of that of conventional DC/DC converters.

また、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Aでは、前段に設けられたフィルタ回路4のカットオフ周波数を高くしても低周波のリップルノイズを低減することができるので、フィルタ回路4の小型化、低コスト化、軽量化を図ることができる。
[第2実施形態]
図4に、本発明の第2実施形態に係る電源装置1Bのブロック図の例を示し、図5に、本発明の第2実施形態に係るDC/DCコンバータ2Bのブロック図の例を示す。
Furthermore, in the DC/DC converter 2A of this embodiment, low-frequency ripple noise can be reduced even if the cutoff frequency of the filter circuit 4 provided in the upstream stage is increased, so that the filter circuit 4 can be made smaller, less expensive, and lighter.
[Second embodiment]
FIG. 4 shows an example of a block diagram of a power supply device 1B according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows an example of a block diagram of a DC/DC converter 2B according to the second embodiment of the present invention.

図4に示すように、電源装置1Bは、DC/DCコンバータ2Bを除いて、第1実施形態と同じ構成である。図5に示すように、DC/DCコンバータ2Bは、電力変換部10と、制御部20Bとで構成される。電力変換部10は、第1実施形態と同じ構成である。 As shown in FIG. 4, the power supply device 1B has the same configuration as the first embodiment, except for the DC/DC converter 2B. As shown in FIG. 5, the DC/DC converter 2B is composed of a power conversion unit 10 and a control unit 20B. The power conversion unit 10 has the same configuration as the first embodiment.

制御部20Bは、第1制御部(出力電流検出部21、第1演算部22および第1のPI制御部23)と、第3制御部(第3演算部30およびパルス生成部31)とが第1実施形態と同じ構成であり、ゲイン生成部K,L,Mと、第2制御部(入力電圧リップル抽出部28K,28L,28Mおよび乗算器29K,29L,29M)とが第1実施形態と異なる構成である。 The control unit 20B has the same configuration as the first embodiment in the first control unit (output current detection unit 21, first calculation unit 22, and first PI control unit 23) and the third control unit (third calculation unit 30 and pulse generation unit 31), but has different configurations from the first embodiment in the gain generation units K, L, and M and the second control unit (input voltage ripple extraction units 28K, 28L, and 28M and multipliers 29K, 29L, and 29M).

ゲイン生成部Kは、K次の周波数の出力電流リップルを所定値以下にするための電流ゲインKを生成し、ゲイン生成部Lは、L次の周波数の出力電流リップルを所定値以下にするための電流ゲインLを生成し、ゲイン生成部Mは、M次の周波数の出力電流リップルを所定値以下にするための電流ゲインMを生成する。 Gain generation unit K generates a current gain K for reducing the output current ripple of the Kth frequency to a predetermined value or less, gain generation unit L generates a current gain L for reducing the output current ripple of the Lth frequency to a predetermined value or less, and gain generation unit M generates a current gain M for reducing the output current ripple of the Mth frequency to a predetermined value or less.

ゲイン生成部K,L,Mは、それぞれ電流リップル抽出部24K,24L,24M、整流部25K,25L,25M、第2演算部26K,26L,26Mおよび第2のPI制御部27K,27L,27Mで構成される。各構成は、それぞれK次、L次、M次の周波数に対応している点を除いて、第1実施形態と共通する。 The gain generating units K, L, and M are respectively composed of current ripple extracting units 24K, 24L, and 24M, rectifying units 25K, 25L, and 25M, second calculating units 26K, 26L, and 26M, and second PI control units 27K, 27L, and 27M. Each configuration is the same as in the first embodiment, except that it corresponds to the Kth, Lth, and Mth frequencies, respectively.

例えば、電流リップル抽出部24Kは、K次の周波数の出力電流リップルが通過するバンドパスフィルタで構成され、電流リップル抽出部24Lは、L次の周波数の出力電流リップルが通過するバンドパスフィルタで構成され、電流リップル抽出部24Mは、M次の周波数の出力電流リップルが通過するバンドパスフィルタで構成される。 For example, the current ripple extraction unit 24K is configured with a bandpass filter through which the output current ripple of the Kth frequency passes, the current ripple extraction unit 24L is configured with a bandpass filter through which the output current ripple of the Lth frequency passes, and the current ripple extraction unit 24M is configured with a bandpass filter through which the output current ripple of the Mth frequency passes.

第2制御部も、それぞれK次、L次、M次の周波数に対応している点を除いて、第1実施形態と共通する。入力電圧リップル抽出部28K,28L,28Mは、それぞれK次、L次、M次の周波数の入力電圧リップルを抽出する。乗算器29K,29L,29Mは、それぞれK次、L次、M次の周波数の入力電圧リップルとK次、L次、M次のゲイン生成部K,L,Mの出力である電流ゲインK,L,Mとを乗算して、「第2制御指令値K,L,M」を生成する。 The second control unit is the same as in the first embodiment, except that it corresponds to the Kth, Lth, and Mth frequencies. Input voltage ripple extraction units 28K, 28L, and 28M extract input voltage ripples of the Kth, Lth, and Mth frequencies, respectively. Multipliers 29K, 29L, and 29M multiply the input voltage ripples of the Kth, Lth, and Mth frequencies by the current gains K, L, and M, which are the outputs of the Kth, Lth, and Mth gain generation units K, L, and M, respectively, to generate "second control command values K, L, and M".

第3演算部30は、第1のPI制御部23から入力された第1制御指令値と乗算器29K,29L,29Mから入力された第2制御指令値K,L,Mとを加算して「第3制御指令値」を生成し、当該第3制御指令値をパルス生成部31に出力する。 The third calculation unit 30 adds the first control command value input from the first PI control unit 23 to the second control command values K, L, and M input from the multipliers 29K, 29L, and 29M to generate a "third control command value" and outputs the third control command value to the pulse generation unit 31.

本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Bでは、K次、L次、M次の周波数の出力電流リップルを所定値以下にするための電流ゲインK,L,Mを生成し、当該電流ゲインK,L,MによってK次、L次、M次の周波数の入力電圧リップルをフィードフォワード制御する。したがって、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Bによれば、より的確にK次、L次、M次の周波数の出力電流リップルを低減することができる。 The DC/DC converter 2B according to this embodiment generates current gains K, L, and M for reducing the output current ripples of the Kth, Lth, and Mth frequencies to a predetermined value or less, and feed-forward controls the input voltage ripples of the Kth, Lth, and Mth frequencies using the current gains K, L, and M. Therefore, the DC/DC converter 2B according to this embodiment can more accurately reduce the output current ripples of the Kth, Lth, and Mth frequencies.

また、本実施形態に係るDC/DCコンバータ2Bでは、第1実施形態と同様に、前段に設けられたフィルタ回路4のカットオフ周波数を高くしても低周波のリップルノイズを低減することができるので、フィルタ回路4の小型化、低コスト化、軽量化を図ることができる。 Furthermore, in the DC/DC converter 2B according to this embodiment, as in the first embodiment, low-frequency ripple noise can be reduced even if the cutoff frequency of the filter circuit 4 provided in the upstream stage is increased, so that the filter circuit 4 can be made smaller, less expensive, and lighter.

[変形例]
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。
[Modification]
Although the embodiments of the DC/DC converter and the power supply device according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments.

上記実施形態では、入力電圧をスイッチングするスイッチング素子を含む1次側スイッチング回路と、絶縁トランスと、絶縁トランスを介して1次側スイッチング回路に接続される2次側整流回路と、1次側スイッチング回路(2次側整流回路が同期整流の場合、1次側スイッチング回路と2次側整流回路)を制御する制御部とを備え、制御部は、2次側整流回路から出力される出力電流および出力電圧の少なくとも一方を所定の目標値に近づけるための第1制御指令値を生成する第1制御部と、出力電流に含まれる出力電流リップルを抽出し、出力電流リップルを所定値以下にするためのゲインを生成するゲイン生成部と、1次側スイッチング回路に入力される入力電圧に含まれる入力電圧リップルを抽出し、入力電圧リップルとゲインとに基づいて第2制御指令値を生成する第2制御部と、第1制御指令値および第2制御指令値に基づいてスイッチング素子の制御を行う第3制御部と、を備えるDC/DCコンバータについて説明したが、これに限定されず適宜構成を変更できる。 In the above embodiment, a DC/DC converter has been described that includes a primary switching circuit including a switching element that switches an input voltage, an isolation transformer, a secondary rectifier circuit connected to the primary switching circuit via the isolation transformer, and a control unit that controls the primary switching circuit (the primary switching circuit and the secondary rectifier circuit when the secondary rectifier circuit is synchronous rectifier). The control unit includes a first control unit that generates a first control command value for bringing at least one of the output current and the output voltage output from the secondary rectifier circuit closer to a predetermined target value, a gain generation unit that extracts an output current ripple contained in the output current and generates a gain for making the output current ripple equal to or less than a predetermined value, a second control unit that extracts an input voltage ripple contained in the input voltage input to the primary switching circuit and generates a second control command value based on the input voltage ripple and the gain, and a third control unit that controls the switching element based on the first control command value and the second control command value. However, the configuration can be changed as appropriate without being limited to this.

例えば、上記実施形態では、出力電流リップルについて説明したが、出力電圧リップルについても同様である。すなわち、出力電圧リップルの場合は、出力電流検出部21における出力電流検出に代えて出力電圧検出部による出力電圧検出を行い、電流リップル抽出部24における出力電流リップル抽出に代えて電圧リップル抽出部による出力電圧リップル抽出を行う。電圧リップル抽出部は出力電圧に含まれる出力電圧リップルを抽出し、ゲイン生成部は出力電圧リップルを所定値以下にするためのゲインを生成する。 For example, in the above embodiment, the output current ripple has been described, but the same applies to the output voltage ripple. That is, in the case of the output voltage ripple, instead of the output current detection in the output current detection unit 21, the output voltage detection unit detects the output voltage, and instead of the output current ripple extraction in the current ripple extraction unit 24, the output voltage ripple is extracted by the voltage ripple extraction unit. The voltage ripple extraction unit extracts the output voltage ripple contained in the output voltage, and the gain generation unit generates a gain to keep the output voltage ripple below a predetermined value.

本発明に係るDC/DCコンバータは、双方向動作が可能なCLLC、CLLLC方式の電流共振型DC/DCコンバータであってもよいし、他の方式の電流共振型DC/DCコンバータであってもよいし、電圧電流型DC/DCコンバータ、DAB(Dual Active Bridge)方式等のDC/DCコンバータであってもよい。 The DC/DC converter according to the present invention may be a current resonant DC/DC converter of the CLLLC or CLLLC type capable of bidirectional operation, or may be a current resonant DC/DC converter of another type, or may be a voltage-current type DC/DC converter, a DAB (Dual Active Bridge) type DC/DC converter, etc.

本発明に係る電源装置は、AC/DCコンバータと、AC/DCコンバータの直流端側に設けられたフィルタ回路と、フィルタ回路を介してAC/DCコンバータに接続された本発明に係るDC/DCコンバータと、を備えるのであれば、適宜構成を変更できる。例えば、本発明に係る電源装置は、DC/DCコンバータを複数備えていてもよいし、AC/DCコンバータ、フィルタ回路およびDC/DCコンバータからなる電源ユニットを複数備えていてもよい。また、フィルタ回路の一部または全てを、AC/DCコンバータあるいはDC/DCコンバータに含めてもよい。また、AC/DCコンバータとDC/DCコンバータとを一体化した電源装置であってもよい。 The power supply device according to the present invention can be modified as appropriate as long as it includes an AC/DC converter, a filter circuit provided on the DC end side of the AC/DC converter, and a DC/DC converter according to the present invention connected to the AC/DC converter via the filter circuit. For example, the power supply device according to the present invention may include multiple DC/DC converters, or multiple power supply units each consisting of an AC/DC converter, a filter circuit, and a DC/DC converter. In addition, part or all of the filter circuit may be included in the AC/DC converter or the DC/DC converter. In addition, the power supply device may be an integrated AC/DC converter and DC/DC converter.

本発明の制御部は、各構成をハードウェア回路で構成してもよく、各構成の少なくとも一部をマイクロプロセッサなどのソフトウェア処理を行うソフトウェア回路で構成してもよい。例えば、第1実施形態において、出力電流検出部21の出力、入力電圧リップル抽出部28の出力および整流部25の出力をA/D変換してマイクロプロセッサなどで読み取り、残りの処理をソフトウェア処理し、パルス生成部31の出力をD/A変換処理して、1次側スイッチング回路11にPWM信号としてスイッチングパルスを出力してもよい。第2実施形態についても同様である。 The control unit of the present invention may be configured with each component as a hardware circuit, or at least a part of each component may be configured as a software circuit that performs software processing on a microprocessor or the like. For example, in the first embodiment, the output of the output current detection unit 21, the output of the input voltage ripple extraction unit 28, and the output of the rectification unit 25 may be A/D converted and read by a microprocessor or the like, the remaining processing may be performed by software, and the output of the pulse generation unit 31 may be D/A converted to output a switching pulse as a PWM signal to the primary side switching circuit 11. The same applies to the second embodiment.

第2実施形態において、K次、L次、M次の周波数の出力電流リップルについて、1つのリップル目標値を用いて各周波数の電流ゲインK,L,Mを生成したが、各周波数の出力電流リップルについてそれぞれ個別にリップル目標値を設定し、電流ゲインK,L,Mを生成してもよい。 In the second embodiment, a single ripple target value was used to generate the current gains K, L, and M for the output current ripples of the Kth, Lth, and Mth frequencies, but a ripple target value may be set individually for the output current ripple of each frequency to generate the current gains K, L, and M.

1A,1B 電源装置
2A,2B DC/DCコンバータ
3 AC/DCコンバータ
4 フィルタ回路
5 交流電源
6 バッテリー
10 電力変換部
11 1次側スイッチング回路
12 LC共振回路
13 絶縁トランス
14 2次側整流回路
20A,20B 制御部
21 出力電流検出部
22 第1演算部
23 第1のPI制御部
24,24K~24M 電流リップル抽出部
25,25K~25M 整流部
26,26K~26M 第2演算部
27,27K~27M 第2のPI制御部
28,28K~28M 入力電圧リップル抽出部
29,29K~29M 乗算器
30 第3演算部
31 パルス生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B Power supply devices 2A, 2B DC/DC converter 3 AC/DC converter 4 Filter circuit 5 AC power supply 6 Battery 10 Power conversion section 11 Primary side switching circuit 12 LC resonant circuit 13 Isolation transformer 14 Secondary side rectifier circuit 20A, 20B Control section 21 Output current detection section 22 First calculation section 23 First PI control section 24, 24K to 24M Current ripple extraction section 25, 25K to 25M Rectification section 26, 26K to 26M Second calculation section 27, 27K to 27M Second PI control section 28, 28K to 28M Input voltage ripple extraction section 29, 29K to 29M Multiplier 30 Third calculation section 31 Pulse generation section

Claims (6)

入力電圧をスイッチングするスイッチング素子を含む1次側スイッチング回路と、
絶縁トランスと、
前記絶縁トランスを介して前記1次側スイッチング回路に接続される2次側整流回路と、
少なくとも前記スイッチング素子を制御する制御部と、
を備えるDC/DCコンバータであって、
前記制御部は、
前記2次側整流回路からの出力を所定の目標値に近づけるための第1制御指令値を生成する第1制御部と、
前記2次側整流回路からの出力に含まれる出力リップルを抽出し、前記出力リップルを所定値以下にするためのゲインを生成するゲイン生成部と、
前記1次側スイッチング回路に入力される前記入力電圧に含まれる入力電圧リップルを抽出し、前記入力電圧リップルと前記ゲインとに基づいて第2制御指令値を生成する第2制御部と、
前記第1制御指令値および前記第2制御指令値に基づいて前記スイッチング素子の制御を行う第3制御部と、を備え
前記第1制御部は、前記2次側整流回路から出力される出力電流および出力電圧の少なくとも一方を前記所定の目標値に近づけるために前記第1制御指令値を生成し、
前記ゲイン生成部は、
前記2次側整流回路からの出力として前記2次側整流回路から出力される出力電流に含まれる出力電流リップルを抽出し、前記出力電流リップルを所定値以下にするためのゲインを生成し、
前記出力電流リップルを抽出する電流リップル抽出部と、
前記出力電流リップルを整流する整流部と、
前記整流部で整流した前記出力電流リップルと前記所定値との差分を算出する第2演算部と、
前記差分に基づくPI演算により前記ゲインを生成する第2のPI制御部と、を含む
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。
a primary side switching circuit including a switching element that switches an input voltage;
An isolation transformer,
a secondary side rectifier circuit connected to the primary side switching circuit via the isolation transformer;
A control unit that controls at least the switching element;
A DC/DC converter comprising:
The control unit is
a first control unit that generates a first control command value for bringing an output from the secondary side rectifier circuit closer to a predetermined target value;
a gain generating unit that extracts an output ripple included in an output from the secondary side rectifier circuit and generates a gain for making the output ripple equal to or smaller than a predetermined value;
a second control unit that extracts an input voltage ripple included in the input voltage input to the primary side switching circuit, and generates a second control command value based on the input voltage ripple and the gain;
a third control unit that controls the switching element based on the first control command value and the second control command value ,
the first control unit generates the first control command value so as to bring at least one of an output current and an output voltage output from the secondary side rectifier circuit closer to the predetermined target value;
The gain generating unit is
extracting an output current ripple contained in an output current output from the secondary side rectifier circuit as an output from the secondary side rectifier circuit, and generating a gain for making the output current ripple equal to or less than a predetermined value;
a current ripple extraction unit that extracts the output current ripple;
a rectification unit that rectifies the output current ripple;
a second calculation unit that calculates a difference between the output current ripple rectified by the rectification unit and the predetermined value;
a second PI control unit that generates the gain by a PI calculation based on the difference.
A DC/DC converter comprising:
前記第1制御部は、
前記出力電流の電流値を検出する出力電流検出部と、
前記電流値と前記目標値との差分を算出する第1演算部と、
前記差分に基づくPI演算により前記第1制御指令値を生成する第1のPI制御部と、を含む
ことを特徴とする請求項に記載のDC/DCコンバータ。
The first control unit is
an output current detection unit that detects a current value of the output current;
A first calculation unit that calculates a difference between the current value and the target value;
2. The DC/DC converter according to claim 1 , further comprising: a first PI control unit that generates the first control command value by a PI calculation based on the difference.
前記第2制御部は、
前記入力電圧リップルを抽出する入力電圧リップル抽出部と、
前記入力電圧リップルと前記ゲインとを乗算して前記第2制御指令値を生成する乗算器と、を含む
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 second control unit is
an input voltage ripple extraction unit that extracts the input voltage ripple;
3. The DC/DC converter according to claim 1, further comprising: a multiplier that multiplies the input voltage ripple by the gain to generate the second control command value.
入力電圧をスイッチングするスイッチング素子を含む1次側スイッチング回路と、
絶縁トランスと、
前記絶縁トランスを介して前記1次側スイッチング回路に接続される2次側整流回路と、
少なくとも前記スイッチング素子を制御する制御部と、
を備えるDC/DCコンバータであって、
前記制御部は、
前記2次側整流回路からの出力を所定の目標値に近づけるための第1制御指令値を生成する第1制御部と、
前記2次側整流回路からの出力に含まれる出力リップルを抽出し、前記出力リップルを所定値以下にするためのゲインを生成するゲイン生成部と、
前記1次側スイッチング回路に入力される前記入力電圧に含まれる入力電圧リップルを抽出し、前記入力電圧リップルと前記ゲインとに基づいて第2制御指令値を生成する第2制御部と、
前記第1制御指令値および前記第2制御指令値に基づいて前記スイッチング素子の制御を行う第3制御部と、を備え、
前記ゲイン生成部は、N個(Nは2以上の整数)の周波数の前記出力リップルに対応したN個の前記ゲインを生成し、
前記第2制御部は、前記N個の周波数の前記入力電圧リップルとN個の前記ゲインとに基づいてN個の前記第2制御指令値を生成し、
前記第3制御部は、前記第1制御指令値およびN個の前記第2制御指令値に基づいて前記スイッチング素子の制御を行う
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。
a primary side switching circuit including a switching element that switches an input voltage;
An isolation transformer,
a secondary side rectifier circuit connected to the primary side switching circuit via the isolation transformer;
A control unit that controls at least the switching element;
A DC/DC converter comprising:
The control unit is
a first control unit that generates a first control command value for bringing an output from the secondary side rectifier circuit closer to a predetermined target value;
a gain generating unit that extracts an output ripple included in an output from the secondary side rectifier circuit and generates a gain for making the output ripple equal to or smaller than a predetermined value;
a second control unit that extracts an input voltage ripple included in the input voltage input to the primary side switching circuit, and generates a second control command value based on the input voltage ripple and the gain;
a third control unit that controls the switching element based on the first control command value and the second control command value,
the gain generation unit generates N gains corresponding to the output ripples of N frequencies (N is an integer equal to or greater than 2);
the second control unit generates the N second control command values based on the input voltage ripples of the N frequencies and the N gains;
The DC/DC converter, wherein the third control unit controls the switching elements based on the first control command value and N second control command values.
入力電圧をスイッチングするスイッチング素子を含む1次側スイッチング回路と、a primary side switching circuit including a switching element that switches an input voltage;
絶縁トランスと、An isolation transformer,
前記絶縁トランスを介して前記1次側スイッチング回路に接続される2次側整流回路と、a secondary side rectifier circuit connected to the primary side switching circuit via the isolation transformer;
少なくとも前記スイッチング素子を制御する制御部と、A control unit that controls at least the switching element;
を備えるDC/DCコンバータであって、A DC/DC converter comprising:
前記制御部は、The control unit is
前記2次側整流回路からの出力を所定の目標値に近づけるための第1制御指令値を生成する第1制御部と、a first control unit that generates a first control command value for making an output from the secondary side rectifier circuit approach a predetermined target value;
前記2次側整流回路からの出力に含まれる出力リップルを抽出し、前記出力リップルを所定値以下にするためのゲインを生成するゲイン生成部と、a gain generating unit that extracts an output ripple included in an output from the secondary side rectifier circuit and generates a gain for making the output ripple equal to or smaller than a predetermined value;
前記1次側スイッチング回路に入力される前記入力電圧に含まれる入力電圧リップルを抽出し、前記入力電圧リップルと前記ゲインとに基づいて第2制御指令値を生成する第2制御部と、a second control unit that extracts an input voltage ripple included in the input voltage input to the primary side switching circuit, and generates a second control command value based on the input voltage ripple and the gain;
前記第1制御指令値および前記第2制御指令値に基づいて前記スイッチング素子の制御を行う第3制御部と、を備え、a third control unit that controls the switching element based on the first control command value and the second control command value,
前記第1制御部は、前記2次側整流回路から出力される出力電流および出力電圧の少なくとも一方を前記所定の目標値に近づけるために前記第1制御指令値を生成し、the first control unit generates the first control command value so as to bring at least one of an output current and an output voltage output from the secondary side rectifier circuit closer to the predetermined target value;
前記ゲイン生成部は、The gain generating unit is
前記2次側整流回路からの出力として前記2次側整流回路から出力される出力電流に含まれる出力電流リップルを抽出し、前記出力電流リップルをゼロに近づけるためのゲインを生成し、An output current ripple included in an output current output from the secondary side rectifier circuit is extracted as an output from the secondary side rectifier circuit, and a gain is generated for making the output current ripple closer to zero;
前記出力電流リップルを抽出する電流リップル抽出部と、a current ripple extraction unit that extracts the output current ripple;
前記出力電流リップルを整流する整流部と、a rectification unit that rectifies the output current ripple;
前記整流部で整流した前記出力電流リップルに基づくPI演算により前記ゲインを生成する第2のPI制御部と、を含むa second PI control unit that generates the gain by a PI calculation based on the output current ripple rectified by the rectification unit.
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。A DC/DC converter comprising:
AC/DCコンバータと、
前記AC/DCコンバータの直流端側に設けられたフィルタ回路と、
前記フィルタ回路を介して前記AC/DCコンバータに接続された請求項1~のいずれかのDC/DCコンバータと、を備える
ことを特徴とする電源装置。
An AC/DC converter;
A filter circuit provided on a DC end side of the AC/DC converter;
A power supply device comprising: a DC/DC converter according to any one of claims 1 to 5 , connected to the AC/DC converter via the filter circuit.
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