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JP7658293B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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本開示は、電力変換装置に関する。 This disclosure relates to a power conversion device.

近年、DC/DCコンバータに要求される出力電流が増大してきている。出力電流の増大に伴い、トランスの2次側回路を流れる電流が増大し、その結果、2次側回路における損失が増大している。このような問題に対して、トランスを含む2次側回路を並列化することにより、2次側回路を流れる電流を分散させる構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, the output current required of DC/DC converters has been increasing. As the output current increases, the current flowing through the secondary circuit of the transformer increases, resulting in increased losses in the secondary circuit. In response to this problem, a configuration has been proposed in which the secondary circuit, including the transformer, is connected in parallel to distribute the current flowing through the secondary circuit (see, for example, Patent Document 1).

中国特許出願公開第105743356号明細書Chinese Patent Publication No. 105743356

しかしながら、特許文献1に記載の回路構成では、2つのトランスが必要となるので、回路規模が増大する。並列化した2つの回路に流れる電流のバランスを制御するために、一般的に当該並列化した2つの回路のそれぞれに電流検出装置が設けられる。 However, the circuit configuration described in Patent Document 1 requires two transformers, which increases the circuit size. In order to control the balance of the currents flowing through the two parallel circuits, a current detection device is generally provided in each of the two parallel circuits.

本開示は、回路規模の増大を抑えつつ、2次側回路における損失を低減可能であり、電流検出装置を用いることなく、出力電流が分流して流れる回路の電流分割比を制御できる電力変換装置を説明する。 This disclosure describes a power conversion device that can reduce losses in the secondary circuit while suppressing an increase in circuit size, and can control the current division ratio of the circuit through which the output current flows without using a current detection device.

本開示の一側面に係る電力変換装置は、フォワード型の電力変換装置である。この電力変換装置は、1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、1次巻線と直列に接続された第1スイッチング素子と、2次巻線の一端と2次側接地電位との間に直列に接続されたキャパシタ及び第1整流素子と、2次巻線の他端と2次側接地電位との間に接続された第2整流素子と、正極出力端子と、2次側接地電位に接続された負極出力端子と、キャパシタと第1整流素子との第1接続点と正極出力端子との間に接続された第1インダクタと、2次巻線の一端と正極出力端子との間に直列に接続された第2スイッチング素子及び第2インダクタと、第2スイッチング素子と第2インダクタとの第2接続点と2次側接地電位との間に接続された第3整流素子と、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子の導通/非導通状態を切り替える制御装置と、を備える。制御装置は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを一定周期で交互に導通状態に設定する。 The power conversion device according to one aspect of the present disclosure is a forward type power conversion device. This power conversion device includes a transformer having a primary winding and a secondary winding, a first switching element connected in series with the primary winding, a capacitor and a first rectifying element connected in series between one end of the secondary winding and a secondary side ground potential, a second rectifying element connected between the other end of the secondary winding and the secondary side ground potential, a positive output terminal, a negative output terminal connected to the secondary side ground potential, a first inductor connected between a first connection point between the capacitor and the first rectifying element and the positive output terminal, a second switching element and a second inductor connected in series between one end of the secondary winding and the positive output terminal, a third rectifying element connected between a second connection point between the second switching element and the second inductor and the secondary side ground potential, and a control device that switches the conductive/non-conductive states of the first switching element and the second switching element. The control device alternately sets the first switching element and the second switching element to a conductive state at a constant period.

この電力変換装置では、第1スイッチング素子が導通状態に設定され、第2スイッチング素子は非導通状態に設定された場合には、2次巻線に電圧が生じ、2次巻線に生じた電圧からキャパシタの両端電圧及び出力電圧を引くことによって得られる電圧が、第1インダクタに印加される。これにより、第1インダクタに流れる電流が増加し、キャパシタが充電される。このとき、第2インダクタには出力電圧が逆方向に印加されるので、第2インダクタに流れる電流は減少する。一方、第2スイッチング素子が導通状態に設定され、第1スイッチング素子は非導通状態に設定された場合には、キャパシタの両端電圧から出力電圧を引くことによって得られる電圧が第2インダクタに印加される。これにより、第2インダクタに流れる電流が増加し、キャパシタが放電される。このとき、第1インダクタには出力電圧が逆方向に印加されるので、第1インダクタに流れる電流は減少する。このように、トランスを並列化することなく、第1インダクタと第2インダクタとに分散して電流が流れる。したがって、回路規模の増大を抑えつつ、第1インダクタ及び第2インダクタにおける直流損失を含む2次側回路での損失を低減することが可能となる。さらに、第1スイッチング素子のデューティー比と第2スイッチング素子のデューティー比とを調整することによって、第1インダクタに流れる電流と第2インダクタに流れる電流との割合(電流分割比)を変えることができる。したがって、電流検出装置を用いることなく、出力電流が分流して流れる回路の電流分割比を制御することが可能となる。 In this power conversion device, when the first switching element is set to a conductive state and the second switching element is set to a non-conductive state, a voltage is generated in the secondary winding, and a voltage obtained by subtracting the voltage across the capacitor and the output voltage from the voltage generated in the secondary winding is applied to the first inductor. As a result, the current flowing through the first inductor increases, and the capacitor is charged. At this time, the output voltage is applied to the second inductor in the reverse direction, so the current flowing through the second inductor decreases. On the other hand, when the second switching element is set to a conductive state and the first switching element is set to a non-conductive state, a voltage obtained by subtracting the output voltage from the voltage across the capacitor is applied to the second inductor. As a result, the current flowing through the second inductor increases, and the capacitor is discharged. At this time, the output voltage is applied to the first inductor in the reverse direction, so the current flowing through the first inductor decreases. In this way, the current flows in a distributed manner between the first inductor and the second inductor without paralleling the transformer. Therefore, it is possible to reduce losses in the secondary circuit, including DC losses in the first inductor and the second inductor, while suppressing an increase in the circuit size. Furthermore, by adjusting the duty ratio of the first switching element and the duty ratio of the second switching element, the ratio (current division ratio) of the current flowing through the first inductor and the current flowing through the second inductor can be changed. Therefore, it is possible to control the current division ratio of the circuit through which the output current flows in a divided manner without using a current detection device.

いくつかの実施形態では、制御装置は、第1スイッチング素子のデューティー比と第2スイッチング素子のデューティー比とが等しくなるように、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子の導通/非導通状態を切り替えてもよい。この場合、第1インダクタを流れる電流の平均値と、第2インダクタを流れる電流の平均値とを等しくすることができる。 In some embodiments, the control device may switch the conductive/non-conductive states of the first switching element and the second switching element so that the duty ratio of the first switching element is equal to the duty ratio of the second switching element. In this case, the average value of the current flowing through the first inductor can be made equal to the average value of the current flowing through the second inductor.

いくつかの実施形態では、制御装置は、第1スイッチング素子を非導通状態から導通状態に切り替えてから第2スイッチング素子を非導通状態から導通状態に切り替えるまでの時間差を調整してもよい。この場合、出力電流の高調波成分を調整することができる。例えば、特定の周波数帯域に存在する高調波成分を低減することができる。 In some embodiments, the control device may adjust the time difference between when the first switching element is switched from a non-conductive state to a conductive state and when the second switching element is switched from a non-conductive state to a conductive state. In this case, the harmonic components of the output current can be adjusted. For example, the harmonic components present in a specific frequency band can be reduced.

いくつかの実施形態では、第1整流素子は、スイッチング素子であってもよい。制御装置は、第1スイッチング素子が導通状態である期間には、第1整流素子を非導通状態に制御し、第1スイッチング素子が非導通状態である期間には、第1整流素子を導通状態に制御してもよい。この場合、第1整流素子がダイオードである場合と比較して、第1整流素子における損失を低減することが可能となる。 In some embodiments, the first rectifying element may be a switching element. The control device may control the first rectifying element to a non-conductive state during a period in which the first switching element is in a conductive state, and control the first rectifying element to a conductive state during a period in which the first switching element is in a non-conductive state. In this case, it is possible to reduce losses in the first rectifying element compared to when the first rectifying element is a diode.

いくつかの実施形態では、第2整流素子は、スイッチング素子であってもよい。制御装置は、第1スイッチング素子が導通状態である期間には、第2整流素子を導通状態に制御し、第1スイッチング素子が非導通状態である期間には、第2整流素子を非導通状態に制御してもよい。この場合、第2整流素子がダイオードである場合と比較して、第2整流素子における損失を低減することが可能となる。 In some embodiments, the second rectifier element may be a switching element. The control device may control the second rectifier element to a conductive state during a period in which the first switching element is in a conductive state, and control the second rectifier element to a non-conductive state during a period in which the first switching element is in a non-conductive state. In this case, it is possible to reduce losses in the second rectifier element compared to when the second rectifier element is a diode.

いくつかの実施形態では、第3整流素子は、スイッチング素子であってもよい。制御装置は、第2スイッチング素子が導通状態である期間には、第3整流素子を非導通状態に制御し、第2スイッチング素子が非導通状態である期間には、第3整流素子を導通状態に制御してもよい。この場合、第3整流素子がダイオードである場合と比較して、第3整流素子における損失を低減することが可能となる。 In some embodiments, the third rectifier element may be a switching element. The control device may control the third rectifier element to a non-conductive state during a period in which the second switching element is in a conductive state, and control the third rectifier element to a conductive state during a period in which the second switching element is in a non-conductive state. In this case, it is possible to reduce losses in the third rectifier element compared to when the third rectifier element is a diode.

本開示によれば、回路規模の増大を抑えつつ、2次側回路における損失を低減でき、電流検出装置を用いることなく、出力電流が分流して流れる回路の電流分割比を制御することができる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce losses in the secondary circuit while suppressing an increase in circuit size, and to control the current division ratio of the circuit through which the output current flows without using a current detection device.

図1は、一実施形態に係る電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a power conversion device according to an embodiment. 図2は、図1に示される各スイッチング素子のスイッチングタイミングを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the switching timing of each switching element shown in FIG. 図3は、図2に示されるフェーズΦ1における電流経路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a current path in phase Φ1 shown in FIG. 図4は、図2に示されるフェーズΦ2,Φ4における電流経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing current paths in phases Φ2 and Φ4 shown in FIG. 図5は、図2に示されるフェーズΦ3における電流経路を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a current path in phase Φ3 shown in FIG. 図6は、図1に示される電力変換装置の定常状態を解析するための回路モデルを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a circuit model for analyzing the steady state of the power conversion device shown in FIG. 図7は、図1に示される電力変換回路の回路構成の別例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of the circuit configuration of the power conversion circuit shown in FIG.

以下、添付図面を参照しながら一実施形態に係る電力変換装置を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。 The power conversion device according to one embodiment will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or equivalent elements are designated by the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.

図1を参照しながら、一実施形態に係る電力変換装置の回路構成を説明する。図1は、一実施形態に係る電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。図1に示される電力変換装置1は、直流電圧を変換する装置(DC/DCコンバータ)である。電力変換装置1は、例えば、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、及び電気自動車(EV)等の電動車で用いられる。この場合、電力変換装置1は、例えば、高圧バッテリの電圧を補機電圧に変換する。電力変換装置1は、フォワード型の電力変換装置である。フォワード型は、トランスの1次巻線が一方向にのみ励磁され、1次巻線の励磁期間中だけ、トランスを介して2次側にエネルギーを伝達する方式である。 With reference to FIG. 1, the circuit configuration of a power conversion device according to one embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing an example of the circuit configuration of a power conversion device according to one embodiment. The power conversion device 1 shown in FIG. 1 is a device (DC/DC converter) that converts direct current voltage. The power conversion device 1 is used in electric vehicles such as hybrid vehicles (HVs), plug-in hybrid vehicles (PHVs), and electric vehicles (EVs). In this case, the power conversion device 1 converts, for example, the voltage of a high-voltage battery into an auxiliary voltage. The power conversion device 1 is a forward-type power conversion device. The forward type is a method in which the primary winding of a transformer is excited in only one direction, and energy is transmitted to the secondary side via the transformer only during the excitation period of the primary winding.

電力変換装置1は、トランス11と、キャパシタ12と、インダクタ13(第1インダクタ)と、インダクタ14(第2インダクタ)と、キャパシタ15と、制御装置16と、スイッチング素子Qp(第1スイッチング素子)と、整流素子Q1(第2整流素子)と、整流素子Q2(第1整流素子)と、スイッチング素子Q3(第2スイッチング素子)と、整流素子Q4(第3整流素子)と、正極出力端子1Pと、負極出力端子1Nと、を含む。本実施形態では、整流素子Q1、整流素子Q2、及び整流素子Q4として、スイッチング素子が用いられる。 The power conversion device 1 includes a transformer 11, a capacitor 12, an inductor 13 (first inductor), an inductor 14 (second inductor), a capacitor 15, a control device 16, a switching element Qp (first switching element), a rectifying element Q1 (second rectifying element), a rectifying element Q2 (first rectifying element), a switching element Q3 (second switching element), a rectifying element Q4 (third rectifying element), a positive output terminal 1P, and a negative output terminal 1N. In this embodiment, switching elements are used as the rectifying element Q1, the rectifying element Q2, and the rectifying element Q4.

各スイッチング素子は、その主端子間の電気的な状態を導通状態(オン状態)と非導通状態(オフ状態)との間で切り替え可能な回路要素である。本実施形態では、スイッチング素子は、逆並列ダイオードが接続された金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。MOSFETの場合、主端子はドレイン及びソースである。逆並列ダイオードのカソードは、MOSFETのドレインに接続されており、逆並列ダイオードのアノードは、MOSFETのソースに接続されている。スイッチング素子は、逆並列ダイオードが並列に接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。IGBTの場合、主端子はコレクタ及びエミッタである。各スイッチング素子のゲートに、制御装置16からゲート電圧が印加されることによって、スイッチング素子の主端子間が導通状態と非導通状態との間で切り替えられる。本明細書では、スイッチング素子又は整流素子の主端子間の導通状態/非導通状態を、単に「スイッチング素子又は整流素子の導通状態/非導通状態」と記す。 Each switching element is a circuit element that can switch the electrical state between its main terminals between a conductive state (on state) and a non-conductive state (off state). In this embodiment, the switching element is a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) with an anti-parallel diode connected. In the case of a MOSFET, the main terminals are the drain and source. The cathode of the anti-parallel diode is connected to the drain of the MOSFET, and the anode of the anti-parallel diode is connected to the source of the MOSFET. The switching element may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) with an anti-parallel diode connected in parallel. In the case of an IGBT, the main terminals are the collector and emitter. A gate voltage is applied from the control device 16 to the gate of each switching element, thereby switching the main terminals of the switching element between a conductive state and a non-conductive state. In this specification, the conductive/non-conductive state between the main terminals of a switching element or rectifier element is simply referred to as the "conductive/non-conductive state of the switching element or rectifier element."

トランス11は、1次巻線11a及び2次巻線11bを有する。具体的には、1次巻線11aと2次巻線11bとがコアに巻回されている。1次巻線11aにおいて、図1中の黒丸が付された側の電位が、黒丸が付されていない側の電位よりも高くなるように、1次巻線11aに電圧が印加された場合、2次巻線11bの黒丸が付された側の電圧が、黒丸が付されていない側の電位よりも高くなるように、2次巻線11bに電圧が発生するものとする。以下、1次巻線11a及び2次巻線11bともに、黒丸が付された側を正極端、黒丸が付されていない側を負極端と呼ぶ。1次巻線11aの正極端には入力電圧が印加される。1次巻線11aの負極端は、スイッチング素子Qpを介して1次側接地電位に接続されている。スイッチング素子Qpは、1次巻線11aと直列に接続されている。具体的には、スイッチング素子Qpの一端(ドレイン)は、1次巻線11aの負極端に接続されている。スイッチング素子Qpの他端(ソース)は、1次側接地電位に接続されている。 The transformer 11 has a primary winding 11a and a secondary winding 11b. Specifically, the primary winding 11a and the secondary winding 11b are wound around a core. When a voltage is applied to the primary winding 11a so that the potential on the side marked with a black circle in FIG. 1 is higher than the potential on the side not marked with a black circle, a voltage is generated in the secondary winding 11b so that the voltage on the side marked with a black circle of the secondary winding 11b is higher than the potential on the side not marked with a black circle. Hereinafter, the side marked with a black circle and the side not marked with a black circle of both the primary winding 11a and the secondary winding 11b are referred to as the positive terminal and the negative terminal, respectively. An input voltage is applied to the positive terminal of the primary winding 11a. The negative terminal of the primary winding 11a is connected to the primary side ground potential via a switching element Qp. The switching element Qp is connected in series with the primary winding 11a. Specifically, one end (drain) of the switching element Qp is connected to the negative terminal of the primary winding 11a. The other end (source) of the switching element Qp is connected to the primary side ground potential.

キャパシタ12及び整流素子Q2は、2次巻線11bの正極端と2次側接地電位との間に直列に接続されている。具体的には、キャパシタ12の一端は、2次巻線11bの正極端に接続されている。キャパシタ12の他端と整流素子Q2の一端(ドレイン)とは、接続点CP1(第1接続点)において互いに接続されている。整流素子Q2の他端(ソース)は、2次側接地電位に接続されている。 The capacitor 12 and the rectifier element Q2 are connected in series between the positive terminal of the secondary winding 11b and the secondary ground potential. Specifically, one end of the capacitor 12 is connected to the positive terminal of the secondary winding 11b. The other end of the capacitor 12 and one end (drain) of the rectifier element Q2 are connected to each other at a connection point CP1 (first connection point). The other end (source) of the rectifier element Q2 is connected to the secondary ground potential.

インダクタ13は、接続点CP1と正極出力端子1Pとの間に接続されている。具体的には、インダクタ13の一端は接続点CP1に接続され、インダクタ13の他端は正極出力端子1Pに接続されている。 The inductor 13 is connected between the connection point CP1 and the positive output terminal 1P. Specifically, one end of the inductor 13 is connected to the connection point CP1, and the other end of the inductor 13 is connected to the positive output terminal 1P.

整流素子Q1は、2次巻線11bの負極端と2次側接地電位との間に接続されている。具体的には、整流素子Q1の一端(ドレイン)は2次巻線11bの負極端に接続され、整流素子Q1の他端(ソース)は2次側接地電位に接続されている。 The rectifying element Q1 is connected between the negative terminal of the secondary winding 11b and the secondary ground potential. Specifically, one end (drain) of the rectifying element Q1 is connected to the negative terminal of the secondary winding 11b, and the other end (source) of the rectifying element Q1 is connected to the secondary ground potential.

スイッチング素子Q3及びインダクタ14は、2次巻線11bの正極端と正極出力端子1Pとの間に直列に接続されている。具体的には、スイッチング素子Q3の一端(ドレイン)は、2次巻線11bの正極端に接続されている。スイッチング素子Q3の他端(ソース)とインダクタ14の一端とは、接続点CP2(第2接続点)において互いに接続されている。インダクタ14の他端は、正極出力端子1Pに接続されている。 The switching element Q3 and the inductor 14 are connected in series between the positive terminal of the secondary winding 11b and the positive output terminal 1P. Specifically, one end (drain) of the switching element Q3 is connected to the positive terminal of the secondary winding 11b. The other end (source) of the switching element Q3 and one end of the inductor 14 are connected to each other at a connection point CP2 (second connection point). The other end of the inductor 14 is connected to the positive output terminal 1P.

整流素子Q4は、接続点CP2と2次側接地電位との間に接続されている。具体的には、整流素子Q4の一端(ドレイン)は接続点CP2に接続され、整流素子Q4の他端(ソース)は2次側接地電位に接続されている。 The rectifier element Q4 is connected between the connection point CP2 and the secondary ground potential. Specifically, one end (drain) of the rectifier element Q4 is connected to the connection point CP2, and the other end (source) of the rectifier element Q4 is connected to the secondary ground potential.

キャパシタ15は、正極出力端子1Pと負極出力端子1Nとの間に接続されている。具体的には、キャパシタ15の一端は正極出力端子1Pに接続され、キャパシタ15の他端は負極出力端子1Nに接続されている。負極出力端子1Nは、2次側接地電位に接続されている。 Capacitor 15 is connected between positive output terminal 1P and negative output terminal 1N. Specifically, one end of capacitor 15 is connected to positive output terminal 1P, and the other end of capacitor 15 is connected to negative output terminal 1N. Negative output terminal 1N is connected to the secondary side ground potential.

制御装置16は、各スイッチング素子の導通/非導通状態を切り替える回路である。制御装置16は、各スイッチング素子にゲート電圧を供給することによって、スイッチング素子の導通/非導通状態を切り替える。 The control device 16 is a circuit that switches the conductive/non-conductive state of each switching element. The control device 16 switches the conductive/non-conductive state of each switching element by supplying a gate voltage to each switching element.

次に、図2~図5を参照しながら、電力変換装置1の動作を説明する。図2は、図1に示される各スイッチング素子のスイッチングタイミングを示す図である。図2において、斜線を施した期間に、該当するスイッチング素子が導通状態なることを示している。図3は、図2に示されるフェーズΦ1における電流経路を示す図である。図4は、図2に示されるフェーズΦ2,Φ4における電流経路を示す図である。図5は、図2に示されるフェーズΦ3における電流経路を示す図である。 Next, the operation of the power conversion device 1 will be described with reference to Figs. 2 to 5. Fig. 2 is a diagram showing the switching timing of each switching element shown in Fig. 1. In Fig. 2, the hatched periods indicate that the corresponding switching elements are in a conductive state. Fig. 3 is a diagram showing the current path in phase Φ1 shown in Fig. 2. Fig. 4 is a diagram showing the current path in phases Φ2 and Φ4 shown in Fig. 2. Fig. 5 is a diagram showing the current path in phase Φ3 shown in Fig. 2.

図2に示されるように、制御装置16は、スイッチング素子Qpの導通/非導通状態と整流素子Q1の導通/非導通状態とを同期して切り替える。具体的には、制御装置16は、スイッチング素子Qpが導通状態である期間には、整流素子Q1を導通状態に制御し、スイッチング素子Qpが非導通状態である期間には、整流素子Q1を非導通状態に制御する。制御装置16は、スイッチング素子Qpの導通/非導通状態と整流素子Q2の導通/非導通状態とを相補的に切り替える。具体的には、制御装置16は、スイッチング素子Qpが導通状態である期間には、整流素子Q2を非導通状態に制御し、スイッチング素子Qpが非導通状態である期間には、整流素子Q2を導通状態に制御する。 As shown in FIG. 2, the control device 16 synchronously switches the conductive/non-conductive state of the switching element Qp and the conductive/non-conductive state of the rectifier element Q1. Specifically, the control device 16 controls the rectifier element Q1 to a conductive state during a period in which the switching element Qp is in a conductive state, and controls the rectifier element Q1 to a non-conductive state during a period in which the switching element Qp is in a non-conductive state. The control device 16 complementarily switches the conductive/non-conductive state of the switching element Qp and the conductive/non-conductive state of the rectifier element Q2. Specifically, the control device 16 controls the rectifier element Q2 to a non-conductive state during a period in which the switching element Qp is in a conductive state, and controls the rectifier element Q2 to a conductive state during a period in which the switching element Qp is in a non-conductive state.

制御装置16は、スイッチング素子Qpとスイッチング素子Q3とを交互に導通状態に設定する。ここで、「交互に導通状態に設定する」とは、スイッチング素子Qpとスイッチング素子Q3とがともに導通状態にはならないことを意味しており、両者がともに非導通状態になる時間が存在する場合も含む。本実施形態では、制御装置16は、スイッチング素子Qpを非導通状態から導通状態に切り替えてから時間差Δ×Tだけ経過したことに応じて、スイッチング素子Q3を非導通状態から導通状態に切り替える。制御装置16は、スイッチング素子Q3の導通/非導通状態と整流素子Q4の導通/非導通状態とを相補的に切り替える。具体的には、制御装置16は、スイッチング素子Q3が導通状態である期間には、整流素子Q4を非導通状態に制御し、スイッチング素子Q3が非導通状態である期間には、整流素子Q4を導通状態に制御する。 The control device 16 alternately sets the switching element Qp and the switching element Q3 to a conductive state. Here, "alternately sets the switching element Qp and the switching element Q3 to a conductive state" means that the switching element Qp and the switching element Q3 are not both in a conductive state, and includes the case where there is a time when both are in a non-conductive state. In this embodiment, the control device 16 switches the switching element Q3 from a non-conductive state to a conductive state in response to the passage of a time difference Δ×T after the switching element Qp is switched from a non-conductive state to a conductive state. The control device 16 complementarily switches the conductive/non-conductive state of the switching element Q3 and the conductive/non-conductive state of the rectifying element Q4. Specifically, the control device 16 controls the rectifying element Q4 to a non-conductive state during a period when the switching element Q3 is in a conductive state, and controls the rectifying element Q4 to a conductive state during a period when the switching element Q3 is in a non-conductive state.

なお、スイッチング素子Qpのデューティー比をd、スイッチング素子Q3のデューティー比をdとする。デューティー比とは、1周期中のスイッチング素子が導通状態となっている時間の割合である。つまり、スイッチング素子Qpは、デューティー比dに1周期の時間Tを乗算することによって得られる時間(d×T)だけ導通状態となっている。スイッチング素子Q3は、デューティー比dに1周期の時間Tを乗算することによって得られる時間(d×T)だけ導通状態となっている。スイッチング素子Qpとスイッチング素子Q3とは同時に導通状態となることはないので、時間差Δ×Tは時間(d×T)よりも大きい。 The duty ratio of the switching element Qp is d1 , and the duty ratio of the switching element Q3 is d3 . The duty ratio is the ratio of the time during one cycle during which the switching element is in a conductive state. In other words, the switching element Qp is in a conductive state for a time ( d1 x T) obtained by multiplying the duty ratio d1 by the time T of one cycle. The switching element Q3 is in a conductive state for a time ( d3 x T) obtained by multiplying the duty ratio d3 by the time T of one cycle. Since the switching elements Qp and Q3 are not in a conductive state at the same time, the time difference Δ x T is greater than the time ( d1 x T).

本実施形態における制御装置16は、各スイッチング素子のスイッチングタイミングを制御することにより、デューティー比d、デューティー比d、及び時間差Δ×Tを調整する。例えば、制御装置16は、デューティー比dとデューティー比dとが等しくなるように、スイッチング素子Qp及びスイッチング素子Q3の導通/非導通状態を一定周期で切り替える。 In this embodiment, the control device 16 controls the switching timing of each switching element to adjust the duty ratio d1 , the duty ratio d3 , and the time difference Δ×T. For example, the control device 16 switches the conductive/non-conductive states of the switching elements Qp and Q3 at regular intervals so that the duty ratio d1 and the duty ratio d3 are equal to each other.

上述のように各スイッチング素子の導通/非導通状態が切り替えられることによって、フェーズΦ1、フェーズΦ2、フェーズΦ3、及びフェーズΦ4がその順に繰り返される。以下に、各フェーズにおける電流経路を説明する。以下の説明において、電力変換装置1の回路は定常状態にあると仮定している。なお、実際の動作では、フェーズΦ1~フェーズΦ4以外にデッドタイムの期間が含まれる。 As described above, by switching the conductive/non-conductive state of each switching element, phase Φ1, phase Φ2, phase Φ3, and phase Φ4 are repeated in that order. The current path in each phase is explained below. In the following explanation, it is assumed that the circuit of the power conversion device 1 is in a steady state. Note that in actual operation, a dead time period is included in addition to phases Φ1 to Φ4.

<フェーズΦ1>
図3に示されるように、フェーズΦ1では、スイッチング素子Qp及び整流素子Q1,Q4が導通状態であり、整流素子Q2及びスイッチング素子Q3が非導通状態である。スイッチング素子Qpが非導通状態から導通状態になるので、1次巻線11aには、正極端の電位が負極端の電位よりも高くなるように、入力電圧が印加され、2次巻線11bに電圧V(図6参照)が、正極端の電位が負極端の電位よりも高くなるように生じる。これにより、2次巻線11bの正極端からキャパシタ12、インダクタ13、正極出力端子1P、負荷、及び整流素子Q1を順に通って2次巻線11bの負極端に戻る電流経路に電流Iが流れる。このとき、インダクタ13には、2次巻線11bに生じる電圧Vから、キャパシタ12の両端電圧V(図6参照)と電力変換装置1の出力電圧V(図6参照)とを引くことによって得られる電圧が印加される。このため、インダクタ13を流れる電流Iは増加する。キャパシタ12は、電流Iによって充電される。
<Phase Φ1>
As shown in Fig. 3, in phase Φ1, the switching element Qp and the rectifying elements Q1 and Q4 are in a conducting state, and the rectifying element Q2 and the switching element Q3 are in a non-conducting state. Since the switching element Qp changes from a non-conducting state to a conducting state, an input voltage is applied to the primary winding 11a so that the potential of the positive terminal is higher than the potential of the negative terminal, and a voltage V S (see Fig. 6) is generated in the secondary winding 11b so that the potential of the positive terminal is higher than the potential of the negative terminal. As a result, a current I 1 flows through a current path that runs from the positive terminal of the secondary winding 11b through the capacitor 12, the inductor 13, the positive output terminal 1P, the load, and the rectifying element Q1 in this order, and returns to the negative terminal of the secondary winding 11b. At this time, a voltage obtained by subtracting the voltage V C (see FIG. 6) across the capacitor 12 and the output voltage V O (see FIG. 6) of the power conversion device 1 from the voltage V S generated in the secondary winding 11b is applied to the inductor 13. Therefore, the current I 1 flowing through the inductor 13 increases. The capacitor 12 is charged by the current I 1 .

フェーズΦ4からフェーズΦ1に切り替わっても、インダクタ14を流れる電流Iの電流経路は変化しない。具体的には、インダクタ14の他端から正極出力端子1P、負荷、及び整流素子Q4を順に通ってインダクタ14の一端に戻る電流経路に電流Iが流れる。このとき、インダクタ14には、出力電圧Vが逆方向に印加されるので、インダクタ14を流れる電流Iは減少する。 Even when the phase is switched from Φ4 to Φ1, the current path of the current I2 flowing through the inductor 14 does not change. Specifically, the current I2 flows through a current path that runs from the other end of the inductor 14 through the positive output terminal 1P, the load, and the rectifier element Q4 in this order, and returns to one end of the inductor 14. At this time, the output voltage VO is applied to the inductor 14 in the reverse direction, so that the current I2 flowing through the inductor 14 decreases.

<フェーズΦ2>
図4に示されるように、フェーズΦ2では、整流素子Q2,Q4が導通状態であり、スイッチング素子Qp,Q3及び整流素子Q1が非導通状態である。スイッチング素子Qp及び整流素子Q1が導通状態から非導通状態となり、整流素子Q2が非導通状態から導通状態となるので、電流Iの連続性により、インダクタ13の他端から正極出力端子1P、負荷、及び整流素子Q2を順に通ってインダクタ13の一端に戻る電流経路に電流Iが流れる。このとき、インダクタ13には、出力電圧Vが逆方向に印加されるので、電流Iは減少に転じる。フェーズΦ1からフェーズΦ2に切り替わっても、電流Iの電流経路は変化しないので、電流Iは減少し続ける。フェーズΦ2では、キャパシタ12は充電も放電もされない。
<Phase Φ2>
As shown in Fig. 4, in phase Φ2, the rectifier elements Q2 and Q4 are in a conducting state, and the switching elements Qp, Q3 and the rectifier element Q1 are in a non-conducting state. The switching element Qp and the rectifier element Q1 go from a conducting state to a non-conducting state, and the rectifier element Q2 goes from a non-conducting state to a conducting state. Therefore, due to the continuity of the current I1 , the current I1 flows through a current path that goes from the other end of the inductor 13 to the positive output terminal 1P, the load, and the rectifier element Q2 in this order, and returns to one end of the inductor 13. At this time, the output voltage V0 is applied to the inductor 13 in the reverse direction, so the current I1 starts to decrease. Even when the phase is switched from Φ1 to Φ2, the current path of the current I2 does not change, so the current I2 continues to decrease. In phase Φ2, the capacitor 12 is neither charged nor discharged.

<フェーズΦ3>
図5に示されるように、フェーズΦ3では、整流素子Q2及びスイッチング素子Q3が導通状態であり、スイッチング素子Qp及び整流素子Q1,Q4が非導通状態である。フェーズΦ2からフェーズΦ3に切り替わっても、電流Iの電流経路は変化しないので、電流Iは減少し続ける。スイッチング素子Q3が非導通状態から導通状態となり、整流素子Q4が導通状態から非導通状態となるので、インダクタ14には両端電圧Vから出力電圧Vを引くことによって得られる電圧が印加される。これにより、電流Iは増加に転じる。キャパシタ12は、電流Iによって放電される。
<Phase Φ3>
As shown in Fig. 5, in phase Φ3, the rectifier element Q2 and the switching element Q3 are in a conducting state, and the switching element Qp and the rectifier elements Q1 and Q4 are in a non-conducting state. Even when the phase is switched from Φ2 to Φ3, the current path of the current I1 does not change, so the current I1 continues to decrease. Since the switching element Q3 goes from a non-conducting state to a conducting state and the rectifier element Q4 goes from a conducting state to a non-conducting state, a voltage obtained by subtracting the output voltage V0 from the voltage Vc across the inductor 14 is applied to the inductor 14. As a result, the current I2 starts to increase. The capacitor 12 is discharged by the current I2 .

<フェーズΦ4>
図4に示されるように、フェーズΦ4では、整流素子Q2,Q4が導通状態であり、スイッチング素子Qp,Q3及び整流素子Q1が非導通状態である。フェーズΦ4での電流経路は、フェーズΦ2での電流経路と同じである。具体的には、フェーズΦ3からフェーズΦ4に切り替わっても、電流Iの電流経路は変化しないので、電流Iは減少し続ける。スイッチング素子Q3が導通状態から非導通状態となり、整流素子Q4が非導通状態から導通状態となるので、電流Iの連続性により、インダクタ14の他端から正極出力端子1P、負荷、及び整流素子Q4を順に通ってインダクタ14の一端に戻る電流経路に電流Iが流れる。このとき、インダクタ14には、出力電圧Vが逆方向に印加されるので、インダクタ14を流れる電流Iは減少に転じる。フェーズΦ4では、キャパシタ12は充電も放電もされない。
<Phase Φ4>
As shown in FIG. 4, in phase Φ4, the rectifier elements Q2 and Q4 are in a conducting state, and the switching elements Qp and Q3 and the rectifier element Q1 are in a non-conducting state. The current path in phase Φ4 is the same as the current path in phase Φ2. Specifically, even when switching from phase Φ3 to phase Φ4, the current path of the current I1 does not change, so the current I1 continues to decrease. Since the switching element Q3 goes from a conducting state to a non-conducting state, and the rectifier element Q4 goes from a non-conducting state to a conducting state, the current I2 flows through the current path from the other end of the inductor 14 to the positive output terminal 1P, the load, and the rectifier element Q4 in this order, and returns to one end of the inductor 14, due to the continuity of the current I2 . At this time, the output voltage VO is applied to the inductor 14 in the reverse direction, so the current I2 flowing through the inductor 14 starts to decrease. In phase Φ4, the capacitor 12 is neither charged nor discharged.

なお、フォワード型DC/DCコンバータにおいては、スイッチング素子Qpが非導通状態となった後に、トランスの励磁インダクタに蓄えられたエネルギーを処理するための回路が、1次側に設けられるのが通常である。当該回路がない場合、励磁インダクタに蓄えられたエネルギーのために、スイッチング素子Qpに過大な電圧が印加され、スイッチング素子Qpが破損することもある。励磁インダクタに蓄えられたエネルギーを処理する回路として、アクティブクランプ回路、回生回路、及びスナバ回路等が知られている。本実施形態でも、励磁インダクタに蓄えられたエネルギーを処理する回路が適宜設けられているものとするが、一般的な技術であるため、ここでは図示及び説明を割愛する。 In a forward DC/DC converter, a circuit for processing the energy stored in the excitation inductor of the transformer after the switching element Qp becomes non-conductive is usually provided on the primary side. Without this circuit, an excessive voltage may be applied to the switching element Qp due to the energy stored in the excitation inductor, causing the switching element Qp to be damaged. Active clamp circuits, regenerative circuits, snubber circuits, etc. are known as circuits for processing the energy stored in the excitation inductor. In this embodiment, a circuit for processing the energy stored in the excitation inductor is also provided as appropriate, but since this is a common technique, illustrations and explanations are omitted here.

次に、図6を参照しながら、電力変換装置1の定常状態を説明する。図6は、図1に示される電力変換装置の定常状態を解析するための回路モデルを示す図である。なお、各電流値及び電圧値は、スイッチング周期の1周期における平均値である。以下の解析においては、デューティー比dとデューティー比dとが異なる場合も含まれている。 Next, the steady state of the power conversion device 1 will be described with reference to Fig. 6. Fig. 6 is a diagram showing a circuit model for analyzing the steady state of the power conversion device shown in Fig. 1. Note that each current value and voltage value is an average value in one switching period. The following analysis also includes a case where the duty ratio d1 and the duty ratio d3 are different.

式(1)に示されるように、電圧Vは、入力電圧Vと1次巻線11aの巻数Nと2次巻線11bの巻数Nとによって決まる。

Figure 0007658293000001
As shown in equation (1), the voltage V S is determined by the input voltage V P , the number of turns N P of the primary winding 11a and the number of turns N S of the secondary winding 11b.
Figure 0007658293000001

インダクタ13におけるET積のバランスにより、電圧V、両端電圧V、出力電圧V、インダクタ13のデューティー比d、及び1周期の時間Tとの間に、式(2)の関係が成立する。

Figure 0007658293000002
Due to the balance of the ET product in the inductor 13, the relationship of equation (2) holds among the voltage V S , the voltage across both ends V C , the output voltage V O , the duty ratio d 1 of the inductor 13, and the time T of one period.
Figure 0007658293000002

式(2)から式(3)が得られる。

Figure 0007658293000003
Equation (3) is obtained from equation (2).
Figure 0007658293000003

インダクタ14におけるET積のバランスにより、両端電圧V、出力電圧V、インダクタ14のデューティー比d、及び1周期の時間Tとの間に、式(4)の関係が成立する。

Figure 0007658293000004
Due to the balance of the ET product in the inductor 14, the relationship of equation (4) holds among the voltage V C across both ends, the output voltage V O , the duty ratio d 3 of the inductor 14, and the time T of one period.
Figure 0007658293000004

式(4)から式(5)が得られる。

Figure 0007658293000005
Equation (5) is obtained from equation (4).
Figure 0007658293000005

式(3)及び式(5)から式(6)及び式(7)が得られる。

Figure 0007658293000006

Figure 0007658293000007
Equations (6) and (7) are obtained from equations (3) and (5).
Figure 0007658293000006

Figure 0007658293000007

キャパシタ12における電荷バランスにより、電流I、電流I、デューティー比d、デューティー比d、及び1周期の時間Tとの間に、式(8)の関係が成立する。

Figure 0007658293000008
Due to charge balance in the capacitor 12, the relationship of equation (8) holds among the current I 1 , the current I 2 , the duty ratio d 1 , the duty ratio d 3 , and the time T of one period.
Figure 0007658293000008

式(8)から式(9)が得られる。

Figure 0007658293000009
Equation (9) is obtained from equation (8).
Figure 0007658293000009

以上のように、電圧V、両端電圧V、出力電圧V、電流I、及び電流Iは、いずれも時間差比Δに依存しないことが分かる。 As described above, it is understood that the voltage V S , the voltage across both ends V C , the output voltage V O , the current I 1 , and the current I 2 do not depend on the time difference ratio Δ.

デューティー比dとデューティー比dとが等しい場合には、式(6)、式(7)、及び式(9)からそれぞれ式(10)~(12)が得られる。

Figure 0007658293000010

Figure 0007658293000011

Figure 0007658293000012
When the duty ratio d 1 and the duty ratio d 3 are equal, the following equations (10) to (12) are obtained from the equations (6), (7), and (9), respectively.
Figure 0007658293000010

Figure 0007658293000011

Figure 0007658293000012

この場合、出力電圧Vの最大値は、電圧Vの4分の1となる。キャパシタ12の両端電圧Vは、電圧Vの半分となる。さらに、インダクタ13,14のインダクタンスによらずに、電流I(の平均値)と電流I(の平均値)とが等しくなる。したがって、電流I(の平均値)と電流I(の平均値)とを等しくするために電流検出センサを設けたり、電流バランス制御を行ったりする必要が無い。 In this case, the maximum value of the output voltage V0 is one-fourth of the voltage Vs. The voltage Vc across the capacitor 12 is half of the voltage Vs. Furthermore, the currents I1 (the average values) and I2 (the average values) become equal regardless of the inductances of the inductors 13 and 14. Therefore, there is no need to provide a current detection sensor or perform current balance control in order to make the currents I1 (the average values) and I2 (the average values) equal.

次に、出力電流波形をフーリエ級数に展開して、デューティー比d、デューティー比d、及び時間差比Δによる高調波成分の変化を考察する。簡単な計算により、出力電流i(t)のフーリエ級数展開が得られる。出力電流i(t)のフーリエ級数展開を式(13)とすると、フーリエ係数a、フーリエ係数a、及びフーリエ係数bは、それぞれ式(14)~式(16)で表される。なお、インダクタンスLは、インダクタ13のインダクタンスであり、インダクタンスLは、インダクタ14のインダクタンスである。

Figure 0007658293000013

Figure 0007658293000014

Figure 0007658293000015

Figure 0007658293000016
Next, the output current waveform is expanded into a Fourier series to consider changes in harmonic components due to the duty ratio d 1 , duty ratio d 3 , and time difference ratio Δ. A Fourier series expansion of the output current i O (t) can be obtained by simple calculation. If the Fourier series expansion of the output current i O (t) is given by equation (13), the Fourier coefficients a 0 , a n , and b n are expressed by equations (14) to (16), respectively. Note that inductance L 1 is the inductance of inductor 13, and inductance L 2 is the inductance of inductor 14.
Figure 0007658293000013

Figure 0007658293000014

Figure 0007658293000015

Figure 0007658293000016

式(15)及び式(16)によれば、時間差比Δを調整することにより、特定の高周波成分の大きさが調整可能であることが分かる。したがって、時間差比Δを調整することによって、ノイズ、並びに、出力電流及び出力電圧のリプルを低減することが可能となる。このとき、デューティー比d及びデューティー比dが一定であれば、時間差比Δが変更されても出力電圧に影響は無い。例えば、デューティー比dとデューティー比dとが等しく、インダクタンスLとインダクタンスLとが等しいという条件の下で、時間差比Δを0.5とすると、nが奇数の時にフーリエ係数a及びフーリエ係数bをともに0とすることができる。 According to the formulas (15) and (16), it can be seen that the magnitude of a specific high-frequency component can be adjusted by adjusting the time difference ratio Δ. Therefore, by adjusting the time difference ratio Δ, it is possible to reduce noise, as well as ripples in the output current and output voltage. At this time, if the duty ratios d1 and d3 are constant, there is no effect on the output voltage even if the time difference ratio Δ is changed. For example, under the condition that the duty ratios d1 and d3 are equal, and the inductances L1 and L2 are equal, if the time difference ratio Δ is set to 0.5, both the Fourier coefficients an and bn can be set to 0 when n is an odd number.

以上説明した電力変換装置1では、スイッチング素子Qpが導通状態に設定され、スイッチング素子Q3は非導通状態に設定された場合には、2次巻線11bに電圧Vが生じる。そして、電圧Vからキャパシタ12の両端電圧V及び出力電圧Vを引くことによって得られる電圧が、インダクタ13に印加される。これにより、インダクタ13に流れる電流Iが増加し、キャパシタ12が充電される。このとき、インダクタ14には出力電圧Vが逆方向に印加されるので、インダクタ14に流れる電流Iは減少する。一方、スイッチング素子Q3が導通状態に設定され、スイッチング素子Qpは非導通状態に設定された場合には、キャパシタ12の両端電圧Vから出力電圧Vを引くことによって得られる電圧がインダクタ14に印加される。これにより、インダクタ14に流れる電流Iが増加し、キャパシタ12が放電される。このとき、インダクタ13には出力電圧Vが逆方向に印加されるので、インダクタ13に流れる電流Iは減少する。このように、トランスを並列化することなく、インダクタ13とインダクタ14とに分散して電流が流れる。したがって、回路規模の増大を抑えつつ、2次側回路における損失、特にインダクタ13とインダクタ14の抵抗成分による直流損失を低減することが可能となる。 In the power conversion device 1 described above, when the switching element Qp is set to a conductive state and the switching element Q3 is set to a non-conductive state, a voltage V S is generated in the secondary winding 11b. Then, a voltage obtained by subtracting the voltage V C across the capacitor 12 and the output voltage V O from the voltage V S is applied to the inductor 13. As a result, the current I 1 flowing through the inductor 13 increases, and the capacitor 12 is charged. At this time, the output voltage V O is applied to the inductor 14 in the reverse direction, so the current I 2 flowing through the inductor 14 decreases. On the other hand, when the switching element Q3 is set to a conductive state and the switching element Qp is set to a non-conductive state, a voltage obtained by subtracting the output voltage V O from the voltage V C across the capacitor 12 is applied to the inductor 14. As a result, the current I 2 flowing through the inductor 14 increases, and the capacitor 12 is discharged. At this time, the output voltage V O is applied to the inductor 13 in the reverse direction, so the current I 1 flowing through the inductor 13 decreases. In this way, without connecting the transformers in parallel, the current flows in a distributed manner through the inductors 13 and 14. This makes it possible to reduce losses in the secondary circuit, particularly DC losses due to the resistance components of the inductors 13 and 14, while suppressing an increase in the circuit size.

式(9)によれば、デューティー比dとデューティー比dとを調整することによって、インダクタ13を流れる電流Iの平均値とインダクタ14を流れる電流Iの平均値との割合(電流分割比)を変えることができる。したがって、電流検出装置を用いることなく、出力電流が分流して流れる回路の電流分割比を制御することが可能となる。 According to formula (9), by adjusting the duty ratios d1 and d3 , it is possible to change the ratio (current division ratio) between the average value of the current I1 flowing through the inductor 13 and the average value of the current I2 flowing through the inductor 14. Therefore, it is possible to control the current division ratio of the circuit through which the output current flows in a divided manner without using a current detection device.

制御装置16は、デューティー比dとデューティー比dとが等しくなるように、スイッチング素子Qp及びスイッチング素子Q3の導通/非導通状態を切り替えてもよい。この場合、追加の電流バランス制御を行うことなく、インダクタ13を流れる電流Iの平均値とインダクタ14を流れる電流Iの平均値とを自動的に等しくすることができる。この構成により、例えば、インダクタ13とインダクタ14とが同仕様である場合、電流Iの平均値と電流Iの平均値とを等しくすることにより、インダクタ13,14における直流損失が最小になる。 The control device 16 may switch the conductive/non-conductive states of the switching element Qp and the switching element Q3 so that the duty ratio d1 and the duty ratio d3 are equal. In this case, the average value of the current I1 flowing through the inductor 13 and the average value of the current I2 flowing through the inductor 14 can be automatically made equal without performing additional current balance control. With this configuration, for example, when the inductors 13 and 14 have the same specifications, the DC loss in the inductors 13 and 14 is minimized by making the average value of the current I1 and the average value of the current I2 equal.

式(15)及び式(16)によれば、制御装置16が時間差比Δを調整することによって、出力電流の高調波成分を調整することができる。例えば、AM(Amplitude Modulation)帯といった特定の周波数帯域に存在する高調波成分を低減することができる。 According to equations (15) and (16), the control device 16 can adjust the time difference ratio Δ to adjust the harmonic components of the output current. For example, it is possible to reduce harmonic components that exist in a specific frequency band, such as the AM (Amplitude Modulation) band.

上記実施形態では、整流素子Q1は、スイッチング素子である。制御装置16は、スイッチング素子Qpが導通状態である期間には、整流素子Q1を導通状態に制御し、スイッチング素子Qpが非導通状態である期間には、整流素子Q1を非導通状態に制御する。スイッチング素子Qpが導通状態である期間に整流素子Q1には電流が流れるので、当該期間に整流素子Q1を導通状態に設定することにより、スイッチング素子(トランジスタ)に電流が流れる。スイッチング素子(トランジスタ)における電圧降下は、ダイオードにおける電圧降下よりも小さい。したがって、整流素子Q1がダイオードである場合と比較して、整流素子Q1における損失を低減することが可能となる。 In the above embodiment, the rectifying element Q1 is a switching element. The control device 16 controls the rectifying element Q1 to a conductive state during the period when the switching element Qp is in a conductive state, and controls the rectifying element Q1 to a non-conductive state during the period when the switching element Qp is in a non-conductive state. Since a current flows through the rectifying element Q1 during the period when the switching element Qp is in a conductive state, a current flows through the switching element (transistor) by setting the rectifying element Q1 to a conductive state during that period. The voltage drop in the switching element (transistor) is smaller than the voltage drop in a diode. Therefore, it is possible to reduce the loss in the rectifying element Q1 compared to when the rectifying element Q1 is a diode.

上記実施形態では、整流素子Q2は、スイッチング素子である。制御装置16は、スイッチング素子Qpが導通状態である期間には、整流素子Q2を非導通状態に制御し、スイッチング素子Qpが非導通状態である期間には、整流素子Q2を導通状態に制御する。スイッチング素子Qpが非導通状態である期間に整流素子Q2には電流が流れるので、当該期間に整流素子Q2を導通状態に設定することにより、スイッチング素子(トランジスタ)に電流が流れる。スイッチング素子(トランジスタ)における電圧降下は、ダイオードにおける電圧降下よりも小さい。したがって、整流素子Q2がダイオードである場合と比較して、整流素子Q2における損失を低減することが可能となる。 In the above embodiment, the rectifying element Q2 is a switching element. The control device 16 controls the rectifying element Q2 to a non-conducting state during the period when the switching element Qp is in a conducting state, and controls the rectifying element Q2 to a conducting state during the period when the switching element Qp is in a non-conducting state. Since a current flows through the rectifying element Q2 during the period when the switching element Qp is in a non-conducting state, a current flows through the switching element (transistor) by setting the rectifying element Q2 to a conducting state during that period. The voltage drop in the switching element (transistor) is smaller than the voltage drop in a diode. Therefore, it is possible to reduce the loss in the rectifying element Q2 compared to when the rectifying element Q2 is a diode.

上記実施形態では、整流素子Q4は、スイッチング素子である。制御装置16は、スイッチング素子Q3が導通状態である期間には、整流素子Q4を非導通状態に制御し、スイッチング素子Q3が非導通状態である期間には、整流素子Q4を導通状態に制御する。スイッチング素子Q3が非導通状態である期間に整流素子Q4には電流が流れるので、当該期間に整流素子Q4を導通状態に設定することにより、スイッチング素子(トランジスタ)に電流が流れる。スイッチング素子(トランジスタ)における電圧降下は、ダイオードにおける電圧降下よりも小さい。したがって、整流素子Q4がダイオードである場合と比較して、整流素子Q4における損失を低減することが可能となる。 In the above embodiment, the rectifying element Q4 is a switching element. The control device 16 controls the rectifying element Q4 to a non-conducting state during the period when the switching element Q3 is in a conducting state, and controls the rectifying element Q4 to a conducting state during the period when the switching element Q3 is in a non-conducting state. Since a current flows through the rectifying element Q4 during the period when the switching element Q3 is in a non-conducting state, a current flows through the switching element (transistor) by setting the rectifying element Q4 to a conducting state during that period. The voltage drop in the switching element (transistor) is smaller than the voltage drop in a diode. Therefore, it is possible to reduce the loss in the rectifying element Q4 compared to when the rectifying element Q4 is a diode.

以上、本開示の一実施形態について詳細に説明されたが、本開示に係る電力変換装置は上記実施形態に限定されない。 One embodiment of the present disclosure has been described in detail above, but the power conversion device according to the present disclosure is not limited to the above embodiment.

電力変換装置1は、キャパシタ15を含まなくてもよい。 The power conversion device 1 does not need to include a capacitor 15.

整流素子Q1、整流素子Q2、及び整流素子Q4の少なくとも1つは、ダイオードであってもよい。図7は、図1に示される電力変換回路の回路構成の別例を示す図である。図7に示される電力変換装置1Aは、整流素子Q1、整流素子Q2、及び整流素子Q4に代えて、整流素子D1(第2整流素子)、整流素子D2(第1整流素子)、及び整流素子D4(第3整流素子)を含む点において電力変換装置1と主に相違する。整流素子D1、整流素子D2、及び整流素子D4は、ダイオードである。整流素子D1、整流素子D2、及び整流素子D4がダイオードである場合、主端子はアノード及びカソードである。 At least one of the rectifying elements Q1, Q2, and Q4 may be a diode. FIG. 7 is a diagram showing another example of the circuit configuration of the power conversion circuit shown in FIG. 1. The power conversion device 1A shown in FIG. 7 differs from the power conversion device 1 mainly in that it includes rectifying elements D1 (second rectifying element), D2 (first rectifying element), and D4 (third rectifying element) instead of the rectifying elements Q1, Q2, and Q4. The rectifying elements D1, D2, and D4 are diodes. When the rectifying elements D1, D2, and D4 are diodes, the main terminals are the anode and the cathode.

整流素子D1のカソードは2次巻線11bの負極端に接続され、整流素子D1のアノードは2次側接地電位に接続されている。整流素子D2のカソードは接続点CP1を介してキャパシタ12の他端に接続され、整流素子D2のアノードは2次側接地電位に接続されている。整流素子D4のカソードは接続点CP2に接続され、整流素子D4のアノードは2次側接地電位に接続されている。 The cathode of rectifying element D1 is connected to the negative terminal of secondary winding 11b, and the anode of rectifying element D1 is connected to the secondary ground potential. The cathode of rectifying element D2 is connected to the other end of capacitor 12 via connection point CP1, and the anode of rectifying element D2 is connected to the secondary ground potential. The cathode of rectifying element D4 is connected to connection point CP2, and the anode of rectifying element D4 is connected to the secondary ground potential.

電力変換装置1Aにおいても、電力変換装置1と共通の構成については、電力変換装置1と同様の効果が奏される。さらに、電力変換装置1Aでは、整流素子D1、整流素子D2、及び整流素子D4がダイオードであるので、制御装置16はこれらの整流素子を制御する必要が無い。したがって、回路構成を簡易化することが可能となる。 In the power conversion device 1A, the same effects as those of the power conversion device 1 can be achieved with respect to the configuration common to the power conversion device 1. Furthermore, in the power conversion device 1A, since the rectifying element D1, the rectifying element D2, and the rectifying element D4 are diodes, the control device 16 does not need to control these rectifying elements. Therefore, it is possible to simplify the circuit configuration.

1,1A…電力変換装置、1N…負極出力端子、1P…正極出力端子、11…トランス、11a…1次巻線、11b…2次巻線、12…キャパシタ、13…インダクタ(第1インダクタ)、14…インダクタ(第2インダクタ)、15…キャパシタ、16…制御装置、CP1…接続点(第1接続点)、CP2…接続点(第2接続点)、D1…整流素子(第2整流素子)、D2…整流素子(第1整流素子)、D4…整流素子(第3整流素子)、Q1…整流素子(第2整流素子)、Q2…整流素子(第1整流素子)、Q3…スイッチング素子(第2スイッチング素子)、Q4…整流素子(第3整流素子)、Qp…スイッチング素子(第1スイッチング素子)。 1, 1A...power conversion device, 1N...negative output terminal, 1P...positive output terminal, 11...transformer, 11a...primary winding, 11b...secondary winding, 12...capacitor, 13...inductor (first inductor), 14...inductor (second inductor), 15...capacitor, 16...control device, CP1...connection point (first connection point), CP2...connection point (second connection point), D1...rectifier element (second rectifier element), D2...rectifier element (first rectifier element), D4...rectifier element (third rectifier element), Q1...rectifier element (second rectifier element), Q2...rectifier element (first rectifier element), Q3...switching element (second switching element), Q4...rectifier element (third rectifier element), Qp...switching element (first switching element).

Claims (6)

フォワード型の電力変換装置であって、
1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、
前記1次巻線と直列に接続された第1スイッチング素子と、
前記2次巻線の一端と2次側接地電位との間に直列に接続されたキャパシタ及び第1整流素子と、
前記2次巻線の他端と2次側接地電位との間に接続された第2整流素子と、
正極出力端子と、
前記2次側接地電位に接続された負極出力端子と、
前記キャパシタと前記第1整流素子との第1接続点と前記正極出力端子との間に接続された第1インダクタと、
前記2次巻線の前記一端と前記正極出力端子との間に直列に接続された第2スイッチング素子及び第2インダクタと、
前記第2スイッチング素子と前記第2インダクタとの第2接続点と前記2次側接地電位との間に接続された第3整流素子と、
前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の導通/非導通状態を切り替える制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを一定周期で交互に導通状態に設定する、電力変換装置。
A forward type power conversion device,
a transformer having a primary winding and a secondary winding;
a first switching element connected in series with the primary winding;
a capacitor and a first rectifying element connected in series between one end of the secondary winding and a secondary side ground potential;
a second rectifier element connected between the other end of the secondary winding and a secondary side ground potential;
A positive output terminal;
A negative output terminal connected to the secondary side ground potential;
a first inductor connected between a first connection point between the capacitor and the first rectifying element and the positive output terminal;
a second switching element and a second inductor connected in series between the one end of the secondary winding and the positive output terminal;
a third rectifier element connected between a second connection point between the second switching element and the second inductor and the secondary side ground potential;
a control device for switching between a conductive state and a non-conductive state of the first switching element and the second switching element;
Equipped with
The control device alternately sets the first switching element and the second switching element to a conductive state at a constant cycle.
前記制御装置は、前記第1スイッチング素子のデューティー比と前記第2スイッチング素子のデューティー比とが等しくなるように、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の導通/非導通状態を切り替える、請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the control device switches the conductive/non-conductive states of the first switching element and the second switching element so that the duty ratio of the first switching element and the duty ratio of the second switching element are equal. 前記制御装置は、前記第1スイッチング素子を非導通状態から導通状態に切り替えてから前記第2スイッチング素子を非導通状態から導通状態に切り替えるまでの時間差を調整する、請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the control device adjusts the time difference between when the first switching element is switched from a non-conductive state to a conductive state and when the second switching element is switched from a non-conductive state to a conductive state. 前記第1整流素子は、スイッチング素子であり、
前記制御装置は、前記第1スイッチング素子が導通状態である期間には、前記第1整流素子を非導通状態に制御し、前記第1スイッチング素子が非導通状態である期間には、前記第1整流素子を導通状態に制御する、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
the first rectifying element is a switching element,
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device controls the first rectifier element to a non-conductive state during a period in which the first switching element is in a conductive state, and controls the first rectifier element to a conductive state during a period in which the first switching element is in a non-conductive state.
前記第2整流素子は、スイッチング素子であり、
前記制御装置は、前記第1スイッチング素子が導通状態である期間には、前記第2整流素子を導通状態に制御し、前記第1スイッチング素子が非導通状態である期間には、前記第2整流素子を非導通状態に制御する、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
the second rectifying element is a switching element,
The control device controls the second rectifier element to a conductive state during a period in which the first switching element is in a conductive state, and controls the second rectifier element to a non-conductive state during a period in which the first switching element is in a non-conductive state. The power conversion device according to any one of claims 1 to 4.
前記第3整流素子は、スイッチング素子であり、
前記制御装置は、前記第2スイッチング素子が導通状態である期間には、前記第3整流素子を非導通状態に制御し、前記第2スイッチング素子が非導通状態である期間には、前記第3整流素子を導通状態に制御する、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
the third rectifying element is a switching element,
The control device controls the third rectifier element to a non-conductive state during a period in which the second switching element is in a conductive state, and controls the third rectifier element to a conductive state during a period in which the second switching element is in a non-conductive state. The power conversion device according to any one of claims 1 to 5.
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