JP7779670B2 - Power Conversion Device - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 (1) ▲1▼ ウェブサイトの掲載日 令和3年3月1日 ▲2▼ ウェブサイトのアドレス https://gakkai-web.net/p/iee/ippan/mod2.php ▲3▼ 公開者 古井崇介、大元靖理 (2) ▲1▼ 開催日 令和3年3月11日 ▲2▼ 開催場所 オンライン開催(Webex) ▲3▼ 公開者 古井崇介、大元靖理Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies (1) ▲1▼ Date of publication on the website: March 1, 2021 ▲2▼ Website address: https://gakkai-web.net/p/iee/ippan/mod2.php ▲3▼ Disclosed by: Furui Takasuke, Omoto Yasumichi (2) ▲1▼ Date of holding: March 11, 2021 ▲2▼ Venue: Online (Webex) ▲3▼ Disclosed by: Furui Takasuke, Omoto Yasumichi
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
従来、DC-DCコンバータにおいては、大電力化を図るために、コンバータ回路を並列化したインターリーブ方式の回路構成を備えるものがある。このインターリーブ方式の回路構成を小型化するために、各相のリアクトルを磁気結合した結合リアクトルを用いることが提案されている。 Conventionally, some DC-DC converters have an interleaved circuit configuration in which converter circuits are arranged in parallel to achieve higher power output. To reduce the size of this interleaved circuit configuration, it has been proposed to use a coupling reactor in which the reactors of each phase are magnetically coupled.
例えば、特許文献1及び2には、電源から入力される電圧を所定の電圧に変換する電力変換装置であって、2つのリアクトルが互いに磁気結合された結合リアクトルを有する電力変換装置について記載されている。特許文献2の電力変換装置では、結合リアクトルの結合率を所定値以下にすることで、電源と並列に接続されたコンデンサに流れるリプル電流を抑制している。 For example, Patent Documents 1 and 2 describe a power conversion device that converts the voltage input from a power source into a predetermined voltage, and that has a coupling reactor in which two reactors are magnetically coupled to each other. In the power conversion device of Patent Document 2, the coupling rate of the coupling reactor is set to a predetermined value or less, thereby suppressing the ripple current flowing through a capacitor connected in parallel to the power source.
しかしながら、上記した構成の電力変換装置では、スイッチングのオンデューティ比を50%未満にして、電流不連続モード(DCM:Discontinuous Conduction Mode)で駆動したときに、2つのリアクトルのうちの一方に逆電流が流れる場合がある。この場合、オンデューティ比の変化に対して出力電圧が追従しなくなる不感帯現象が起こることがある。この不感帯現象の発生している状態では、電力変換装置の制御が不安定になり、出力電圧が発振するおそれがあるという課題がある。 However, with a power conversion device configured as described above, when the switching on-duty ratio is set to less than 50% and the device is driven in discontinuous conduction mode (DCM), reverse current may flow through one of the two reactors. In this case, a dead band phenomenon may occur, in which the output voltage does not follow changes in the on-duty ratio. When this dead band phenomenon occurs, control of the power conversion device becomes unstable, posing a risk of output voltage oscillation.
本発明は、結合リアクトルの結合率を適切に設定することで、安定して制御可能な電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a power conversion device that can be stably controlled by appropriately setting the coupling ratio of the coupling reactor.
上記の課題を解決するために、本発明の態様1に係る電力変換装置は、入力電圧を所定の出力電圧に変換する電力変換装置であって、互いに磁気結合された第1のリアクトル及び第2のリアクトルを有する結合リアクトルと、前記第1のリアクトルの出力側に接続された第1のスイッチング素子と、前記第2のリアクトルの出力側に接続された第2のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備えている。前記結合リアクトルの結合率kは、前記入力電圧をVin、前記出力電圧をVoutとしたとき、k≦Vin/(Vout-Vin)の条件1を満たす値に設定されている。 To solve the above problem, a power conversion device according to aspect 1 of the present invention is a power conversion device that converts an input voltage into a predetermined output voltage, and includes a coupling reactor having a first reactor and a second reactor that are magnetically coupled to each other, a first switching element connected to the output side of the first reactor, a second switching element connected to the output side of the second reactor, and a control unit that controls the driving of the first switching element and the second switching element. The coupling ratio k of the coupling reactor is set to a value that satisfies condition 1, k≦Vin/(Vout-Vin), where Vin is the input voltage and Vout is the output voltage.
上記構成によれば、結合リアクトルの結合率kを、k≦Vin/(Vout-Vin)を満たす値に設定することにより、第1のリアクトル又は第2のリアクトルに逆電流が発生することを防止できる。これにより、オンデューティ比の変化に応じて出力電圧Voutが追従しなくなる不感帯現象の発生を防止でき、電力変換装置を制御部により安定して制御できる。 With the above configuration, by setting the coupling ratio k of the coupling reactor to a value that satisfies k≦Vin/(Vout-Vin), it is possible to prevent reverse current from occurring in the first reactor or the second reactor. This prevents the occurrence of a dead band, in which the output voltage Vout fails to follow changes in the on-duty ratio, and enables stable control of the power conversion device by the control unit.
本発明の態様2に係る電力変換装置では、前記結合率kは、前記出力電圧を前記入力電圧で割ることにより求められる昇圧比の最大値をBmaxとしたとき、k≦1/(Bmax-1)の条件2を満たす値に設定されている。 In a power conversion device according to aspect 2 of the present invention, the coupling ratio k is set to a value that satisfies condition 2, k≦1/(Bmax-1), where Bmax is the maximum value of the step-up ratio obtained by dividing the output voltage by the input voltage.
上記構成によれば、昇圧比の最大値をBmaxとしたとき、結合リアクトルの結合率kを、k≦1/(Bmax-1)を満たす値に設定することにより、不感帯現象の発生をより確実に防止できる。 With the above configuration, when the maximum step-up ratio is Bmax, the coupling ratio k of the coupling reactor can be set to a value that satisfies k≦1/(Bmax-1), thereby more reliably preventing the occurrence of dead zones.
本発明の態様3に係る電力変換装置では、前記制御部は、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のスイッチングのオンデューティ比が50%未満である場合に、前記第1のスイッチング素子をターンオフし、前記第1のリアクトルから出力側へ放電している期間に、前記第2のスイッチング素子をオフする。 In the power conversion device according to aspect 3 of the present invention, the control unit turns off the first switching element when the on-duty ratio of the switching of the first switching element and the second switching element is less than 50%, and turns off the second switching element during the period when the first reactor is discharging to the output side.
上記構成によれば、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子のスイッチングのオンデューティ比が50%未満である場合に、第1のスイッチング素子がターンオフし、第1のリアクトルから出力側へ放電している期間に、第2のスイッチング素子をオフしても、第2のリアクトルに逆電流が発生することを防止できる。 With the above configuration, when the on-duty ratio of the switching of the first switching element and the second switching element is less than 50%, even if the second switching element is turned off during the period when the first switching element is turned off and discharging from the first reactor to the output side, reverse current can be prevented from occurring in the second reactor.
本発明の態様4に係る電力変換装置では、前記結合リアクトルの入力側に接続された第1のコンデンサと、前記結合リアクトルの出力側に接続された第2のコンデンサと、を更に備えている。 The power conversion device according to aspect 4 of the present invention further includes a first capacitor connected to the input side of the coupling reactor and a second capacitor connected to the output side of the coupling reactor.
上記構成によれば、第1のコンデンサによりリプル電流を除去できると共に、結合リアクトルに蓄えられたエネルギーを第2のコンデンサに供給した後に放出することで、電力変換装置の出力を大きくできる。 With the above configuration, ripple current can be removed by the first capacitor, and the energy stored in the coupling reactor can be supplied to the second capacitor and then released, thereby increasing the output of the power conversion device.
本発明の態様5に係る電力変換装置では、前記第1のスイッチング素子の出力側に接続された第1のダイオードと、前記第2のスイッチング素子の出力側に接続された第2のダイオードと、を更に備えている。 The power conversion device according to aspect 5 of the present invention further includes a first diode connected to the output side of the first switching element and a second diode connected to the output side of the second switching element.
上記構成によれば、第1のスイッチング素子の出力側に第1のダイオードを接続し、第2のスイッチング素子の出力側に第2のダイオードを接続することで、第1のコンデンサから結合リアクトル側へ電流が逆流することを防止できる。 With the above configuration, by connecting a first diode to the output side of the first switching element and a second diode to the output side of the second switching element, it is possible to prevent current from flowing back from the first capacitor to the coupling reactor.
本発明の態様6に係る電力変換装置では、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子は、縦型のMOS型電界効果トランジスタであり、前記第1のスイッチング素子のドレインと、前記第1のダイオードのアノードとが接続され、前記第2のスイッチング素子のドレインと、前記第2のダイオードのアノードとが接続されている。 In a power conversion device according to aspect 6 of the present invention, the first switching element and the second switching element are vertical MOS field-effect transistors, and the drain of the first switching element is connected to the anode of the first diode, and the drain of the second switching element is connected to the anode of the second diode.
上記構成によれば、スイッチング素子として、縦型のMOS型電界効果トランジスタを用いることによって、耐圧を高め、且つ高速にスイッチングを行うことができる。 With the above configuration, by using vertical MOS field-effect transistors as switching elements, it is possible to increase the breakdown voltage and perform switching at high speed.
本発明の態様7に係る電力変換装置では、前記第1のスイッチング素子の出力側に接続された第3のスイッチング素子と、前記第2のスイッチング素子の出力側に接続された第4のスイッチング素子と、を更に備えている。前記制御部は、前記第1のスイッチング素子のオン時に前記第3のスイッチング素子がオフし、前記第1のスイッチング素子のオフ時に前記第3のスイッチング素子がオンし、前記第2のスイッチング素子のオン時に前記第4のスイッチング素子がオフし、前記第2のスイッチング素子のオフ時に前記第4のスイッチング素子がオンするように、前記第3のスイッチング素子及び前記第4のスイッチング素子の駆動を制御する。 The power conversion device according to aspect 7 of the present invention further includes a third switching element connected to the output side of the first switching element and a fourth switching element connected to the output side of the second switching element. The control unit controls the driving of the third switching element and the fourth switching element so that the third switching element is turned off when the first switching element is turned on, the third switching element is turned on when the first switching element is turned off, the fourth switching element is turned off when the second switching element is turned on, and the fourth switching element is turned on when the second switching element is turned off.
上記構成によれば、第1のスイッチング素子の出力側に第3のスイッチング素子を接続し、第2のスイッチング素子の出力側に第4のスイッチング素子を接続することで、第1のコンデンサから結合リアクトル側へ電流が逆流することを防止できる。また、同期整流方式の回路構成が形成されるので、態様5に係る電力変換装置と比べて、変換効率を高めることができる。 With the above configuration, by connecting a third switching element to the output side of the first switching element and a fourth switching element to the output side of the second switching element, it is possible to prevent current from flowing back from the first capacitor to the coupling reactor. Furthermore, because a synchronous rectification circuit configuration is formed, it is possible to improve conversion efficiency compared to the power conversion device of aspect 5.
本発明の一態様によれば、結合リアクトルの結合率を適切に設定することで、安定した制御を可能とした電力変換装置を実現できる。 According to one aspect of the present invention, by appropriately setting the coupling ratio of the coupling reactor, a power conversion device that enables stable control can be realized.
以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置10を含む電源装置100について、図1~図6を参照して説明する。 The following describes a power supply device 100 including a power conversion device 10 according to an embodiment of the present invention, with reference to Figures 1 to 6.
<電源装置の概略構成>
図1は、電力変換装置10を含む電源装置100の概略構成を示す図である。図1に示すように、電源装置100は、電源Eと、電力変換装置10とを備えている。電源装置100は、例えば、電気自動車及びハイブリッド自動車等の車両に搭載され、モータ30に接続される。
<General configuration of power supply device>
Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power supply device 100 including a power conversion device 10. As shown in Fig. 1, the power supply device 100 includes a power source E and the power conversion device 10. The power supply device 100 is mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and is connected to a motor 30.
電力変換装置10は、電源Eから供給される直流の入力電圧Vinを、所定の出力電圧Voutに変換する装置である。電力変換装置10は、例えば、昇圧コンバータ等のDC-DCコンバータである。電源Eは、例えば200〔V〕程度の高電圧電源である。電力変換装置10は、インバータ20に接続され、インバータ20に出力電圧Voutを供給する。なお、電力変換装置10は、DC-DCコンバータに限らず、他にも力率改善(PFC:Power Factor Correction)回路に用いてもよい。 The power conversion device 10 converts a DC input voltage Vin supplied from a power source E into a predetermined output voltage Vout. The power conversion device 10 is, for example, a DC-DC converter such as a boost converter. The power source E is a high-voltage power supply of, for example, about 200 V. The power conversion device 10 is connected to an inverter 20 and supplies the inverter 20 with an output voltage Vout. Note that the power conversion device 10 is not limited to DC-DC converters and may also be used in power factor correction (PFC) circuits.
電源装置100には、インバータ20が接続される。インバータ20には、三相交流式のモータ30が接続される。インバータ20は、電力変換装置10から供給される出力電圧Voutを3相の交流電圧に変換して、モータ30に出力する。モータ30は、車両の走行駆動源として機能する。 An inverter 20 is connected to the power supply device 100. A three-phase AC motor 30 is connected to the inverter 20. The inverter 20 converts the output voltage Vout supplied from the power conversion device 10 into a three-phase AC voltage and outputs it to the motor 30. The motor 30 functions as a drive source for the vehicle.
[電力変換装置の構成]
電力変換装置10は、図1に示すように、結合リアクトル1と、第1のスイッチング素子Tr1と、第2のスイッチング素子Tr2と、第1のダイオードD1と、第2のダイオードD2と、第1のコンデンサC1と、第2のコンデンサC2と、制御部15とを有している。
[Configuration of power conversion device]
As shown in FIG. 1 , the power conversion device 10 includes a coupling reactor 1, a first switching element Tr1, a second switching element Tr2, a first diode D1, a second diode D2, a first capacitor C1, a second capacitor C2, and a control unit 15.
電力変換装置10の入力端子Pinは、電源Eの正極に接続されている。一方、電力変換装置10の入力端子Ninは、電源Eの負極に接続されている。また、電力変換装置10の出力端子Poutは、インバータ20の正極側の入力端子21に接続されている。一方、電力変換装置10の出力端子Noutは、インバータ20の負極側の入力端子22に接続されている。電力変換装置10は、電源Eから入力される入力電圧Vinを所定の出力電圧Voutに昇圧する。 The input terminal Pin of the power conversion device 10 is connected to the positive electrode of the power source E. On the other hand, the input terminal Nin of the power conversion device 10 is connected to the negative electrode of the power source E. Furthermore, the output terminal Pout of the power conversion device 10 is connected to the positive input terminal 21 of the inverter 20. On the other hand, the output terminal Nout of the power conversion device 10 is connected to the negative input terminal 22 of the inverter 20. The power conversion device 10 boosts the input voltage Vin input from the power source E to a predetermined output voltage Vout.
結合リアクトル1は、コア11にコイルが巻回された第1のリアクトルL1と、コア11にコイルが巻回された第2のリアクトルL2とを有して構成される。結合リアクトル1の第1のリアクトルL1及び第2のリアクトルL2は、互いに磁気結合されている。結合リアクトル1は、第1のリアクトルL1及び第2のリアクトルL2は、互いに異なる方向に巻回された差動型の結合リアクトルである。 The coupling reactor 1 is composed of a first reactor L1, which has a coil wound around a core 11, and a second reactor L2, which also has a coil wound around a core 11. The first reactor L1 and second reactor L2 of the coupling reactor 1 are magnetically coupled to each other. The coupling reactor 1 is a differential coupling reactor in which the first reactor L1 and second reactor L2 are wound in different directions.
第1のリアクトルL1の入力側の端子T11は、電源Eの正極に接続される。第2のリアクトルL2の入力側の端子T21は、電源Eの正極に接続される。また、第1のリアクトルL1の出力側の端子T12には、第1のスイッチング素子Tr1及び第1のダイオードD1が接続されている。第2のリアクトルL2の出力側の端子T22には、第2のスイッチング素子Tr2及び第2のダイオードD2が接続されている。 The input terminal T11 of the first reactor L1 is connected to the positive electrode of the power supply E. The input terminal T21 of the second reactor L2 is connected to the positive electrode of the power supply E. The output terminal T12 of the first reactor L1 is connected to a first switching element Tr1 and a first diode D1. The output terminal T22 of the second reactor L2 is connected to a second switching element Tr2 and a second diode D2.
第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2は、例えば、パワーMOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2は、制御部15によって、オン及びオフ動作が制御される。なお、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2は、パワーMOSFETに限らず、他にもIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。 The first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 are, for example, power MOSFETs (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). The on/off operations of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 are controlled by the control unit 15. Note that the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 are not limited to power MOSFETs and may also be IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
第1のスイッチング素子Tr1のソースs1とドレインd1の間には、第1のボディダイオードDb1が形成されている。第1のボディダイオードDb1は、第1のスイッチング素子Tr1の寄生ダイオードである。第1のスイッチング素子Tr1がオンしているとき、第1のボディダイオードDb1よりも抵抗の小さいチャネル部分に電流が流れる。一方、第1のスイッチング素子Tr1がオフしているとき、第1のボディダイオードDb1を電流が流れる。 A first body diode Db1 is formed between the source s1 and drain d1 of the first switching element Tr1. The first body diode Db1 is a parasitic diode of the first switching element Tr1. When the first switching element Tr1 is on, current flows through a channel portion with lower resistance than the first body diode Db1. On the other hand, when the first switching element Tr1 is off, current flows through the first body diode Db1.
第2のスイッチング素子Tr2のソースs2とドレインd2の間には、第2のボディダイオードDb2が形成されている。第2のボディダイオードDb2は、第2のスイッチング素子Tr2の寄生ダイオードである。第2のスイッチング素子Tr2がオンしているとき、第2のボディダイオードDb2よりも抵抗の小さいチャネル部分に電流が流れる。一方、第2のスイッチング素子Tr2がオフしているとき、第2のボディダイオードDb2を電流が流れる。 A second body diode Db2 is formed between the source s2 and drain d2 of the second switching element Tr2. The second body diode Db2 is a parasitic diode of the second switching element Tr2. When the second switching element Tr2 is on, current flows through a channel portion with lower resistance than the second body diode Db2. On the other hand, when the second switching element Tr2 is off, current flows through the second body diode Db2.
第1のスイッチング素子Tr1のドレインd1は、第1のリアクトルL1の出力側の端子T12、及び第1のダイオードD1のアノードに接続される。第1のスイッチング素子Tr1のソースs1は、入力端子Nin及び出力端子Noutに接続される。第1のスイッチング素子Tr1のゲートg1は、制御部15に接続される。 The drain d1 of the first switching element Tr1 is connected to the output terminal T12 of the first reactor L1 and the anode of the first diode D1. The source s1 of the first switching element Tr1 is connected to the input terminal Nin and the output terminal Nout. The gate g1 of the first switching element Tr1 is connected to the control unit 15.
第2のスイッチング素子Tr2のドレインd2は、第2のリアクトルL2の出力側の端子T22、及び第2のダイオードD2のアノードに接続される。第2のスイッチング素子Tr2のソースs2は、入力端子Nin及び出力端子Noutに接続される。第2のスイッチング素子Tr2のゲートg2は、制御部15に接続される。 The drain d2 of the second switching element Tr2 is connected to the output terminal T22 of the second reactor L2 and the anode of the second diode D2. The source s2 of the second switching element Tr2 is connected to the input terminal Nin and the output terminal Nout. The gate g2 of the second switching element Tr2 is connected to the control unit 15.
第1のコンデンサC1の一端P1は、入力端子Pinと第1のリアクトルL1の入力側の端子T11との間に接続されている。第1のコンデンサC1の他端N1は、入力端子Ninと出力端子Noutとの間に接続されている。第1のコンデンサC1は、平滑コンデンサであり、電源Eから電力変換装置10に供給される入力電圧Vinに含まれるリプルを少なくする。 One end P1 of the first capacitor C1 is connected between the input terminal Pin and the input side terminal T11 of the first reactor L1. The other end N1 of the first capacitor C1 is connected between the input terminal Nin and the output terminal Nout. The first capacitor C1 is a smoothing capacitor that reduces the ripple contained in the input voltage Vin supplied from the power source E to the power conversion device 10.
第2のコンデンサC2の一端P2は、出力端子Poutを介して、インバータ20の正極の端子21に接続される。第2のコンデンサC2の他端N2は、出力端子Noutを介して、インバータ20の負極の端子22に接続される。 One end P2 of the second capacitor C2 is connected to the positive terminal 21 of the inverter 20 via the output terminal Pout. The other end N2 of the second capacitor C2 is connected to the negative terminal 22 of the inverter 20 via the output terminal Nout.
制御部15は、図1に示すように、制御信号Sig1を出力することにより、第1のスイッチング素子Tr1のオン及びオフ動作を制御する。また、制御部15は、制御信号Sig2を出力することにより、第2のスイッチング素子Tr2のオン及びオフ動作を制御する。これにより、制御部15は、第1のリアクトルL1及び第2のリアクトルL2に蓄積したエネルギーを、第2のコンデンサC2を介してインバータ20へ供給する。 As shown in FIG. 1, the control unit 15 controls the on/off operation of the first switching element Tr1 by outputting a control signal Sig1. The control unit 15 also controls the on/off operation of the second switching element Tr2 by outputting a control signal Sig2. As a result, the control unit 15 supplies the energy stored in the first reactor L1 and the second reactor L2 to the inverter 20 via the second capacitor C2.
[結合リアクトルの詳細構成]
次に、結合リアクトル1の詳細構成について、図2を参照して説明する。図2は、図1の電力変換装置10の昇圧比Bと結合リアクトル1の結合率kとの関係を示すグラフである。図2に示すように、昇圧比Bが大きくなるほど、逆電流が発生する結合率kの境界値が小さくなることが分かる。ここで、昇圧比Bは、B=Vout/Vinにより定義される。
[Detailed configuration of coupling reactor]
Next, the detailed configuration of the coupling reactor 1 will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a graph showing the relationship between the step-up ratio B of the power conversion device 10 of Fig. 1 and the coupling ratio k of the coupling reactor 1. As shown in Fig. 2, it can be seen that the larger the step-up ratio B, the smaller the boundary value of the coupling ratio k at which a reverse current occurs. Here, the step-up ratio B is defined as B = Vout/Vin.
本実施形態では、第1のリアクトルL1及び第2のリアクトルに、逆電流が流れないようにするために、結合リアクトル1の結合率kが、以下の式(1)に示される条件1を満たすように設定されている。 In this embodiment, to prevent reverse current from flowing through the first reactor L1 and the second reactor, the coupling ratio k of the coupling reactor 1 is set to satisfy condition 1 shown in the following equation (1).
k≦Vin/(Vout-Vin)・・・(1)
結合リアクトル1の結合率kが式(1)に示される条件1を満たす場合、図2の逆電流なしの矢印で示されるように、k≦1/(B-1)の範囲内に、昇圧比Bの値と結合率kの値が収まり、第1のリアクトルL1及び第2のリアクトルに逆電流が流れない。
k≦Vin/(Vout-Vin)...(1)
When the coupling ratio k of the coupling reactor 1 satisfies condition 1 shown in equation (1), the values of the step-up ratio B and the coupling ratio k fall within the range of k≦1/(B−1), as shown by the arrow indicating no reverse current in FIG. 2, and no reverse current flows through the first reactor L1 and the second reactor.
<電力変換装置の動作>
次に、電力変換装置10の動作の一例について、図3を参照して説明する。図3は、図1の電力変換装置10の動作の一例を説明するための図である。
<Operation of the power conversion device>
Next, an example of the operation of the power conversion device 10 will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the power conversion device 10 of Fig. 1 .
図3に示す電力変換装置10は、4つの動作モード1~4を有する。
動作モード1は、第1のスイッチング素子Tr1がオン、第2のスイッチング素子Tr2がオフの状態である。
動作モード2は、第1のスイッチング素子Tr1がオフ、第2のスイッチング素子Tr2がオンの状態である。
動作モード3は、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2がオフの状態である。
動作モード4は、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2がオンの状態である。各動作モード1~4では、第1のリアクトルL1及び第2のリアクトルL2は、互いに磁気結合した状態で動作する。
The power conversion device 10 shown in FIG.
In operation mode 1, the first switching element Tr1 is on and the second switching element Tr2 is off.
In operation mode 2, the first switching element Tr1 is turned off and the second switching element Tr2 is turned on.
In operation mode 3, the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 are in an off state.
In operation mode 4, the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 are in an on state. In each of operation modes 1 to 4, the first reactor L1 and the second reactor L2 operate in a state where they are magnetically coupled to each other.
制御部15は、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2を半周期ずらして、即ち180°位相をシフトさせて駆動させる。第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aが50%未満である場合、制御部15は、例えば、動作モード1→動作モード3→動作モード2→動作モード3のパターンが繰り返されるように、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2の駆動を制御する。 The control unit 15 drives the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 with a half-cycle shift, i.e., a 180° phase shift. When the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is less than 50%, the control unit 15 controls the driving of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 so that, for example, the pattern of operation mode 1 → operation mode 3 → operation mode 2 → operation mode 3 is repeated.
一方、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2スイッチングのオンデューティ比Aが50%よりも大きい場合、制御部15は、動作モード1→動作モード4→動作モード2→動作モード4のパターンが繰り返されるように、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2の駆動を制御する。また、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aが50%である場合、制御部15は、動作モード1と動作モード2を交互に繰り返す。なお、上記した電力変換装置10の動作パターンは、一例であり、適宜変更可能である。 On the other hand, when the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is greater than 50%, the control unit 15 controls the driving of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 so that the pattern of operation mode 1 → operation mode 4 → operation mode 2 → operation mode 4 is repeated. Also, when the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is 50%, the control unit 15 alternately repeats operation mode 1 and operation mode 2. Note that the above-described operation pattern of the power conversion device 10 is an example and can be changed as appropriate.
[逆電流の発生]
次に、結合リアクトル1の第1のリアクトルL1又は第2のリアクトルL2に逆電流が発生する条件、及び逆電流が発生しない条件について、図4~図6、及び表1を参照して説明する。図4は、図1の電力変換装置10における第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aの時間変化と出力電圧Voutの時間変化との関係を示すグラフである。図5は、図1の電力変換装置10の第2のリアクトルL2に逆電流が流れる様子を示す図である。図6は、図1の電力変換装置10の結合リアクトル1に不感帯現象が発生した場合の図4相当図である。ここで、「不感帯現象」とは、オンデューティ比Aの変化に対して、出力電圧Voutが追従しなくなる現象をいう。また、図6の時間t2~t3に示すように、不感帯現象が発生する領域を「不感帯領域」という。
[Occurrence of reverse current]
Next, conditions under which a reverse current occurs in the first reactor L1 or the second reactor L2 of the coupling reactor 1, and conditions under which a reverse current does not occur, will be described with reference to FIGS. 4 to 6 and Table 1. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the time change in the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 and the time change in the output voltage Vout in the power conversion device 10 of FIG. 1. FIG. 5 is a diagram showing the state in which a reverse current flows in the second reactor L2 of the power conversion device 10 of FIG. 1. FIG. 6 is a diagram equivalent to FIG. 4 showing a case in which a dead band phenomenon occurs in the coupling reactor 1 of the power conversion device 10 of FIG. 1. Here, the "dead band phenomenon" refers to a phenomenon in which the output voltage Vout does not follow changes in the on-duty ratio A. Furthermore, the region in which the dead band phenomenon occurs, as shown from time t2 to t3 in FIG. 6, is referred to as the "dead band region."
以下の表1に、逆電流が発生する条件を示す。表1において、電流連続モード(CCM:Continuous Conduction Mode)とは、第1のリアクトルL1又は第2のリアクトルL2に電流が連続的に流れるモードをいう。一方、電流不連続モード(DCM:Discontinuous Conduction Mode)とは、第1のリアクトルL1又は第2のリアクトルL2に流れる電流が、一周期中にゼロになる期間ができるモードをいう。 Table 1 below shows the conditions under which reverse current occurs. In Table 1, continuous conduction mode (CCM) refers to a mode in which current flows continuously through the first reactor L1 or the second reactor L2. On the other hand, discontinuous conduction mode (DCM) refers to a mode in which the current flowing through the first reactor L1 or the second reactor L2 becomes zero for a period during one cycle.
表1に示すように、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aが50%以上である場合、第1のリアクトルL1又は第2のリアクトルL2に逆電流は発生しない。また、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2が電流連続モードで駆動する場合、第1のリアクトルL1又は第2のリアクトルL2に逆電流は発生しない。
As shown in Table 1, when the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is 50% or more, no reverse current is generated in the first reactor L1 or the second reactor L2. Furthermore, when the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 are driven in the continuous current mode, no reverse current is generated in the first reactor L1 or the second reactor L2.
一方、例えば、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aが50%未満である場合、第2のスイッチング素子Tr2が電流不連続モードで駆動するとき、図5に示すように、第2のリアクトルL2にリアクトル電流IL2-1で示される逆電流が発生する。 On the other hand, for example, when the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is less than 50%, when the second switching element Tr2 is driven in the discontinuous current mode, as shown in FIG. 5, a reverse current indicated by the reactor current I L2 -1 is generated in the second reactor L2.
具体的には、上記した動作モード1から動作モード3へ状態が変化するとき、即ち、第1のスイッチング素子Tr1がターンオフし、第1のリアクトルL1から出力側へ放電している期間に、第2のスイッチング素子Tr2がオフしているとき、第2のボディダイオードDb2が導通することにより、第2のリアクトルL2に逆電流が発生する。 Specifically, when the state changes from operating mode 1 to operating mode 3 described above, that is, when the first switching element Tr1 is turned off and the first reactor L1 is discharging to the output side, and the second switching element Tr2 is off, the second body diode Db2 becomes conductive, causing a reverse current to flow in the second reactor L2.
この第2のリアクトルL2における逆電流は、図5に示すようにリアクトル電流IL1-1が出力側へ流れているとき、電力伝送を行っている相に対して、これを妨げる方向にリアクトル電流IL2-1が流れることにより起こる。このため、図6のt2~t3に示すように、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aの変化に対し、出力電圧Voutが追従しなくなる不感帯現象が発生する不感帯領域が現れる。 This reverse current in the second reactor L2 occurs when, when reactor current I L1-1 is flowing toward the output side, reactor current I L2-1 flows in a direction that obstructs power transmission to the phase in which power is being transmitted, as shown in Fig. 5. For this reason, a dead band region appears in which the output voltage Vout does not follow changes in the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2.
ここで、第1のリアクトルL1又は第2のリアクトルL2に逆電流が発生する条件は、結合率k、入力電圧Vin、及び出力電圧Voutを用いて、以下の式(2)により表されることが確認されている。 Here, it has been confirmed that the conditions under which a reverse current occurs in the first reactor L1 or the second reactor L2 can be expressed by the following equation (2) using the coupling ratio k, the input voltage Vin, and the output voltage Vout.
k>Vin/(Vout-Vin)・・・(2)
そこで、本実施形態では、式(2)の条件が除かれるように、結合率kの値を式(1)により示される条件1を満たす値に設定することで、結合リアクトル1に逆電流が発生しないようにしている。これにより、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aが50%未満である場合、第1のスイッチング素子Tr1がターンオフしている期間に、第2のスイッチング素子Tr2がオフであっても、図5に示すように第2のリアクトルL2に逆電流が流れることがない。
k>Vin/(Vout-Vin)...(2)
Therefore, in this embodiment, the value of the coupling ratio k is set to a value that satisfies condition 1 shown in equation (1) so as to eliminate the condition of equation (2), thereby preventing a reverse current from occurring in the coupling reactor 1. As a result, when the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is less than 50%, even if the second switching element Tr2 is off during the period in which the first switching element Tr1 is turned off, no reverse current will flow in the second reactor L2 as shown in FIG.
従って、電力変換装置10において、不感帯現象が発生することなく、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2を駆動することが可能である。即ち、図4の時間0~t1に示すように、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aの変化に応じて、出力電圧Voutが変化するようにできる。 Therefore, in the power conversion device 10, it is possible to drive the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 without the dead band phenomenon occurring. That is, as shown in Figure 4 from time 0 to t1, the output voltage Vout can be made to change in accordance with changes in the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2.
[実施形態の効果]
以上説明した電力変換装置10によれば、結合リアクトル1の結合率kを、式(1)により示される条件1を満たす値に設定することで、結合リアクトル1の第1のリアクトルL1又は第2のリアクトルL2に、逆電流が発生することを防止できる。
[Effects of the embodiment]
According to the power conversion device 10 described above, by setting the coupling ratio k of the coupling reactor 1 to a value that satisfies condition 1 shown in equation (1), it is possible to prevent a reverse current from occurring in the first reactor L1 or the second reactor L2 of the coupling reactor 1.
これにより、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aが50%未満である場合に、第1のスイッチング素子Tr1又は第2のスイッチング素子Tr2を電流不連続モードで駆動しても、図6に示す不感帯現象が発生する不感帯領域が現れることを防止できる。従って、制御部15により電力変換装置10を安定して制御できる。 As a result, when the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is less than 50%, even if the first switching element Tr1 or the second switching element Tr2 is driven in discontinuous current mode, the dead band region in which the dead band phenomenon shown in Figure 6 occurs can be prevented from appearing. Therefore, the control unit 15 can stably control the power conversion device 10.
また、結合リアクトル1の第1のリアクトルL1及び第2のリアクトルL2は、共通のコア11にコイルを巻回することにより構成されるので、電力変換装置10の小型化、且つ軽量化を図ることができる。特に、結合リアクトル1は、差動型の結合リアクトルであるので、コア11内に発生する各相の直流磁束を打ち消すことができ、磁気飽和に対する余裕度を向上させることができる。これにより、磁気飽和を抑制しながら、コア11のサイズを小型にすることができる。 Furthermore, because the first reactor L1 and second reactor L2 of the coupling reactor 1 are constructed by winding coils around a common core 11, the power conversion device 10 can be made smaller and lighter. In particular, because the coupling reactor 1 is a differential coupling reactor, it can cancel out the DC magnetic flux of each phase generated within the core 11, improving the tolerance for magnetic saturation. This allows the size of the core 11 to be reduced while suppressing magnetic saturation.
また、電源Eと結合リアクトル1との間に、第1のコンデンサC1に並列に接続することで、リプルを少なくできる。また、結合リアクトル1の出力側に第2のコンデンサC2を接続することにより、結合リアクトル1に蓄えられたエネルギーを、第2のコンデンサC2に供給した後にインバータ20へ放出することで、電力変換装置10の出力を大きくできる。 Furthermore, by connecting the first capacitor C1 in parallel between the power source E and the coupling reactor 1, ripple can be reduced. Furthermore, by connecting the second capacitor C2 to the output side of the coupling reactor 1, the energy stored in the coupling reactor 1 can be supplied to the second capacitor C2 and then released to the inverter 20, thereby increasing the output of the power conversion device 10.
また、第1のスイッチング素子Tr1の出力側に第1のダイオードD1を接続し、第2のスイッチング素子Tr2の出力側に第2のダイオードD2を接続することで、第2のコンデンサC2から結合リアクトル1側へ電流が逆流することを防止できる。 Furthermore, by connecting a first diode D1 to the output side of the first switching element Tr1 and a second diode D2 to the output side of the second switching element Tr2, it is possible to prevent current from flowing back from the second capacitor C2 to the coupling reactor 1.
また、第1のスイッチング素子Tr1又は第2のスイッチング素子Tr2として、縦型のMOS型電界効果トランジスタであるパワーMOSFETを用いることによって、耐圧を高め、且つ高速にスイッチングを行うことができる。 Furthermore, by using a power MOSFET, which is a vertical MOS field-effect transistor, as the first switching element Tr1 or the second switching element Tr2, it is possible to increase the breakdown voltage and perform high-speed switching.
〔変形例〕
次に、電力変換装置10の変形例について説明する。変形例では、結合リアクトル1の結合率kは、以下の式(3)により表される条件2を満たす値に設定されている。
[Modification]
Next, a description will be given of a modified example of the power conversion device 10. In this modified example, the coupling rate k of the coupling reactor 1 is set to a value that satisfies condition 2 expressed by the following equation (3).
k≦1/(Bmax-1)・・・(3)
ここで、Bmaxは、電力変換装置10の昇圧比Bの最大値である。変形例の電力変換装置10では、結合率kは、昇圧比Bが最大であるとき、条件2を満たす。例えば、図2では、昇圧比Bの最大値Bmaxは、3.0である。このとき、条件2は、k≦0.5となる。従って、変形例の電力変換装置10では、結合率kが0.5以下に設定された結合リアクトル1が用いられる。
k≦1/(Bmax-1)...(3)
Here, Bmax is the maximum value of the step-up ratio B of the power conversion device 10. In the power conversion device 10 of the modified example, the coupling factor k satisfies condition 2 when the step-up ratio B is maximum. For example, in FIG. 2 , the maximum value Bmax of the step-up ratio B is 3.0. In this case, condition 2 becomes k≦0.5. Therefore, the power conversion device 10 of the modified example uses a coupling reactor 1 in which the coupling factor k is set to 0.5 or less.
このような変形例の電力変換装置10においても、上記した実施形態と同様の効果を得ることができる。即ち、第1のスイッチング素子Tr1及び第2のスイッチング素子Tr2のスイッチングのオンデューティ比Aが50%未満の軽負荷時に、電流不連続モードで第1のスイッチング素子Tr1又は第2のスイッチング素子Tr2を駆動しても、図6に示す不感帯現象の発生を防止でき、電力変換装置10を安定して制御できる。 This modified power conversion device 10 can also achieve the same effects as the above-described embodiment. That is, even when the first switching element Tr1 or the second switching element Tr2 is driven in discontinuous current mode under a light load in which the on-duty ratio A of the switching of the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is less than 50%, the dead band phenomenon shown in Figure 6 can be prevented from occurring, and the power conversion device 10 can be stably controlled.
特に、変形例の電力変換装置10では、昇圧比Bを最大にできるので、結合リアクトル1に逆流が発生することなく、小さな入力電圧Vinから大きな出力電圧Voutを得ることができる。 In particular, the modified power conversion device 10 can maximize the step-up ratio B, preventing backflow in the coupling reactor 1 and enabling a large output voltage Vout to be obtained from a small input voltage Vin.
〔その他の実施形態〕
上記した実施形態の電力変換装置10では、2相の第1のリアクトルL1及び第2のリアクトルL2が磁気結合した結合リアクトル1が1つ配置された場合について説明したが、これに限らず、例えば4相のリアクトルからなる2つの結合リアクトル1が設けられていてもよい。
Other Embodiments
In the power conversion device 10 of the above embodiment, a case has been described in which one coupling reactor 1 is provided in which a two-phase first reactor L1 and a two-phase second reactor L2 are magnetically coupled. However, the present invention is not limited to this, and two coupling reactors 1 each consisting of a four-phase reactor may be provided, for example.
上記した実施形態の電力変換装置10では、第1のリアクトルL1の出力側に、第1のダイオードD1が接続され、第2のリアクトルL2の出力側に、第2のダイオードD2が接続されている構成としたが、これに限定されない。第1のダイオードD1及び第2のダイオードD2の代わりに、第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を配置した同期整流方式の回路構成としてもよい。即ち、電力変換装置10の回路構成を、第1のスイッチング素子Tr1の出力側に第3のスイッチング素子を接続し、第2のスイッチング素子Tr2の出力側に第4のスイッチング素子を接続した回路構成としてもよい。第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子としては、FET等を用いることができる。 In the power conversion device 10 of the above embodiment, the first diode D1 is connected to the output side of the first reactor L1, and the second diode D2 is connected to the output side of the second reactor L2. However, this is not limited to this. A synchronous rectification circuit configuration may be used in which a third switching element and a fourth switching element are arranged instead of the first diode D1 and the second diode D2. That is, the circuit configuration of the power conversion device 10 may be a circuit configuration in which a third switching element is connected to the output side of the first switching element Tr1, and a fourth switching element is connected to the output side of the second switching element Tr2. FETs, etc., may be used as the third switching element and the fourth switching element.
第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子のオン及びオフ動作は、制御部15によって制御される。具体的には、制御部15は、第1のスイッチング素子Tr1のオフ時に第3のスイッチング素子がオンし、第2のスイッチング素子Tr2のオフ時に第4のスイッチング素子がオンするように制御する。また、制御部15は、第1のスイッチング素子Tr1のオン時に第3のスイッチング素子がオフし、第2のスイッチング素子Tr2のオン時に第4のスイッチング素子がオフするように制御する。これにより、第1のスイッチング素子Tr1のオン時、及び第2のスイッチング素子Tr2のオン時に、第2のコンデンサC2から結合リアクトル1側へ電流が逆流することを防止できる。 The on and off operations of the third switching element and the fourth switching element are controlled by the control unit 15. Specifically, the control unit 15 controls the third switching element to be on when the first switching element Tr1 is off, and the fourth switching element to be on when the second switching element Tr2 is off. The control unit 15 also controls the third switching element to be off when the first switching element Tr1 is on, and the fourth switching element to be off when the second switching element Tr2 is on. This prevents current from flowing back from the second capacitor C2 to the coupling reactor 1 when the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 are on.
この場合、電源Eを二次電池とすることで、電力変換装置10によって、モータ30が発電された電力を、直流に変換して電源Eに充電することが可能である。また、同期整流方式の回路構成は、第1のダイオードD1及び第2のダイオードD2を備える非同期整流方式の回路構成と比べて、変換効率を高めることができる。 In this case, by using a secondary battery as power source E, the power conversion device 10 can convert the power generated by the motor 30 into direct current and charge the power source E. Furthermore, the synchronous rectification circuit configuration can achieve higher conversion efficiency than the asynchronous rectification circuit configuration that includes a first diode D1 and a second diode D2.
上記した実施形態の電力変換装置10では、電源Eと結合リアクトル1との間に、第1のコンデンサC1が並列に接続された構成としたが、これに限らず、第1のコンデンサC1はなくてもよい。 In the power conversion device 10 of the above embodiment, the first capacitor C1 is connected in parallel between the power source E and the coupling reactor 1, but this is not limiting, and the first capacitor C1 may be omitted.
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
1 結合リアクトル
10 電力変換装置
11 コア
15 制御部
20 インバータ
100 電源装置
L1 第1のリアクトル
L2 第2のリアクトル
Tr1 第1のスイッチング素子
Tr2 第2のスイッチング素子
C1 第1のコンデンサ
C2 第2のコンデンサ
D1 第1のダイオード
D2 第2のダイオード
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
A オンデューティ比
B 昇圧比
k 結合率
REFERENCE SIGNS LIST 1 Coupling reactor 10 Power conversion device 11 Core 15 Control unit 20 Inverter 100 Power supply device L1 First reactor L2 Second reactor Tr1 First switching element Tr2 Second switching element C1 First capacitor C2 Second capacitor D1 First diode D2 Second diode Vin Input voltage Vout Output voltage A On-duty ratio B Step-up ratio k Coupling ratio
Claims (5)
互いに磁気結合された第1のリアクトル及び第2のリアクトルを有する結合リアクトルと、
前記第1のリアクトルの出力側に接続された第1のスイッチング素子と、
前記第2のリアクトルの出力側に接続された第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記結合リアクトルの結合率kの値によっては、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のスイッチングのオンデューティ比が50%未満である場合に、前記第2のリアクトルに逆電流が発生することで、前記オンデューティ比の変化に対して出力電圧が追従しなくなる不感帯現象が発生する電力変換装置であって、
前記結合率kは、前記入力電圧をVin、前記出力電圧をVoutとしたとき、
k≦Vin/(Vout-Vin)
の条件1を満たし、且つ、
前記出力電圧を前記入力電圧で割ることにより求められる昇圧比の最大値をBmaxとしたとき、
k≦1/(Bmax-1)
の条件2を満たす値に設定され、
前記制御部は、
前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のスイッチングのオンデューティ比が50%未満である場合に、前記第1のスイッチング素子をターンオフし、前記第1のリアクトルから出力側へ放電している期間に、前記第2のスイッチング素子をオフすることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that converts an input voltage into a predetermined output voltage,
a coupling reactor having a first reactor and a second reactor that are magnetically coupled to each other;
a first switching element connected to an output side of the first reactor;
a second switching element connected to the output side of the second reactor;
a control unit that controls driving of the first switching element and the second switching element;
Equipped with
A power conversion device in which, depending on a value of a coupling rate k of the coupling reactor, when an on-duty ratio of switching of the first switching element and the second switching element is less than 50%, a reverse current is generated in the second reactor, causing a dead band phenomenon in which an output voltage does not follow a change in the on-duty ratio,
The coupling ratio k is expressed as follows , where Vin is the input voltage and Vout is the output voltage:
k≦Vin/(Vout-Vin)
Condition 1 is satisfied, and
When the maximum value of the step-up ratio obtained by dividing the output voltage by the input voltage is Bmax,
k≦1/(Bmax-1)
is set to a value that satisfies condition 2 of
The control unit
a power conversion device that turns off the first switching element when an on-duty ratio of switching of the first switching element and the second switching element is less than 50%, and turns off the second switching element during a period in which the first reactor is discharging to an output side .
前記結合リアクトルの出力側に接続された第2のコンデンサと、
を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 a first capacitor connected to the input side of the coupling reactor;
a second capacitor connected to the output side of the coupling reactor;
The power conversion device according to claim 1 , further comprising:
前記第2のスイッチング素子の出力側に接続された第2のダイオードと、
を更に備えていることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 a first diode connected to the output side of the first switching element;
a second diode connected to the output side of the second switching element;
The power conversion device according to claim 2 , further comprising:
前記第1のスイッチング素子のドレインと、前記第1のダイオードのアノードとが接続され、
前記第2のスイッチング素子のドレインと、前記第2のダイオードのアノードとが接続されていることを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 the first switching element and the second switching element are vertical MOS field effect transistors,
the drain of the first switching element and the anode of the first diode are connected;
4. The power conversion device according to claim 3 , wherein the drain of the second switching element and the anode of the second diode are connected together.
前記第2のスイッチング素子の出力側に接続された第4のスイッチング素子と、
を更に備え、
前記制御部は、
前記第1のスイッチング素子のオン時に前記第3のスイッチング素子がオフし、前記第1のスイッチング素子のオフ時に前記第3のスイッチング素子がオンし、前記第2のスイッチング素子のオン時に前記第4のスイッチング素子がオフし、前記第2のスイッチング素子のオフ時に前記第4のスイッチング素子がオンするように、前記第3のスイッチング素子及び前記第4のスイッチング素子の駆動を制御することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 a third switching element connected to the output side of the first switching element;
a fourth switching element connected to the output side of the second switching element;
Further provided with
The control unit
3. The power conversion device according to claim 2, wherein driving of the third switching element and the fourth switching element is controlled so that the third switching element is turned off when the first switching element is turned on, the third switching element is turned on when the first switching element is turned off, the fourth switching element is turned off when the second switching element is turned on, and the fourth switching element is turned on when the second switching element is turned off.
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