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公開番号2024054576
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-17
出願番号2022160879
出願日2022-10-05
発明の名称スイッチング制御装置、電力変換装置および電力供給システム
出願人TDK株式会社
代理人弁理士法人つばさ国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240410BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】効率を向上させつつ、信頼性を向上させることが可能なスイッチング制御装置等を提供する。
【解決手段】本発明の一実施の形態に係るスイッチング制御装置は、トランスと、複数の第1スイッチング素子を含むインバータ回路と、整流素子として機能する複数の第2スイッチング素子を含む同期整流回路と、平滑回路と、を備えた電力変換装置に適用される装置であって、2次側電流におけるピーク電流値を検出する第1電流検出回路と、出力電流値を検出する第2電流検出回路と、インバータ回路における第1スイッチング素子の動作と同期整流回路における第2スイッチング素子の動作とをそれぞれ制御する制御回路と、を備えている。制御回路は、第1電流検出回路によって検出されたピーク電流値と、第2電流検出回路によって検出された出力電流値とに基づいて、第2スイッチング素子におけるオン状態からオフ状態への切替タイミングを設定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
１次側巻線および２次側巻線を有するトランスと、入力電圧が入力される入力端子対と前記１次側巻線との間に配置されると共に複数の第１スイッチング素子を含むインバータ回路と、出力電圧が出力される出力端子対と前記２次側巻線との間に配置されると共に整流素子として機能する複数の第２スイッチング素子を含む同期整流回路と、前記出力端子対と前記２次側巻線との間に配置された平滑回路と、を備えた電力変換装置に適用されるスイッチング制御装置であって、
前記２次側巻線を流れる２次側電流におけるピーク電流値を検出する第１電流検出回路と、
前記出力端子対から出力される出力電流値を検出する第２電流検出回路と、
前記インバータ回路における前記第１スイッチング素子の動作と、前記同期整流回路における前記第２スイッチング素子の動作とを、それぞれ制御する制御回路と
を備え、
前記制御回路は、
前記第１電流検出回路によって検出された前記ピーク電流値と、前記第２電流検出回路によって検出された前記出力電流値とに基づいて、
前記第２スイッチング素子におけるオン状態からオフ状態への切替タイミングを設定する
スイッチング制御装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記制御回路は、
前記第２スイッチング素子における前記オン状態の期間をＴon、前記ピーク電流値をＩpk、前記出力電流値をＩout、スイッチング周波数をｆ、とした場合に、
以下の式を用いて、前記第２スイッチング素子における前記オン状態から前記オフ状態への切替タイミングを設定する
請求項１に記載のスイッチング制御装置。
Ｔon＝｛１／（２×ｆ）｝×（π／２）×（｜Ｉpk｜／Ｉout）
【請求項３】
前記式を用いて求められた前記Ｔonに対して、更にマージンが設定されている
請求項２に記載のスイッチング制御装置。
【請求項４】
前記Ｔonにおいて、１／（２×ｆ）が上限値として設定されている
請求項２に記載のスイッチング制御装置。
【請求項５】
前記ピーク電流値および前記出力電流値にそれぞれ、下限値が設定されている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスイッチング制御装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記第２スイッチング素子における前記オン状態から前記オフ状態への切替タイミングの設定を、
前記第２スイッチング素子のスイッチング周期における１周期ごと、または、複数周期ごとに、実行する
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスイッチング制御装置。
【請求項７】
前記制御回路は、
前記第２スイッチング素子における前記オフ状態から前記オン状態への切替タイミングを、
前記第１スイッチング素子における前記オフ状態から前記オン状態への切替タイミングと、同期させる
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスイッチング制御装置。
【請求項８】
前記同期整流回路が、４個の前記第２スイッチング素子を含むフルブリッジ回路である
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスイッチング制御装置。
【請求項９】
入力電圧が入力される入力端子対と、
出力電圧が出力される出力端子対と、
１次側巻線および２次側巻線を有するトランスと、
前記入力端子対と前記１次側巻線との間に配置されており、複数の第１スイッチング素子を含むインバータ回路と、
前記出力端子対と前記２次側巻線との間に配置されており、整流素子として機能する複数の第２スイッチング素子を含む同期整流回路と、
前記出力端子対と前記２次側巻線との間に配置された平滑回路と、
前記２次側巻線を流れる２次側電流におけるピーク電流値を検出する第１電流検出回路と、
前記出力端子対から出力される出力電流値を検出する第２電流検出回路と、
前記インバータ回路における前記第１スイッチング素子の動作と、前記同期整流回路における前記第２スイッチング素子の動作とを、それぞれ制御する制御回路と
を備え、
前記制御回路は、
前記第１電流検出回路によって検出された前記ピーク電流値と、前記第２電流検出回路によって検出された前記出力電流値とに基づいて、
前記第２スイッチング素子におけるオン状態からオフ状態への切替タイミングを設定する
電力変換装置。
【請求項１０】
入力電圧が入力される入力端子対と、
出力電圧が出力される出力端子対と、
前記入力端子対に対して前記入力電圧を供給する電源と、
１次側巻線および２次側巻線を有するトランスと、
前記入力端子対と前記１次側巻線との間に配置されており、複数の第１スイッチング素子を含むインバータ回路と、
前記出力端子対と前記２次側巻線との間に配置されており、整流素子として機能する複数の第２スイッチング素子を含む同期整流回路と、
前記出力端子対と前記２次側巻線との間に配置された平滑回路と、
前記２次側巻線を流れる２次側電流におけるピーク電流値を検出する第１電流検出回路と、
前記出力端子対から出力される出力電流値を検出する第２電流検出回路と、
前記インバータ回路における前記第１スイッチング素子の動作と、前記同期整流回路における前記第２スイッチング素子の動作とを、それぞれ制御する制御回路と
を備え、
前記制御回路は、
前記第１電流検出回路によって検出された前記ピーク電流値と、前記第２電流検出回路によって検出された前記出力電流値とに基づいて、
前記第２スイッチング素子におけるオン状態からオフ状態への切替タイミングを設定する
電力供給システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を用いて電力変換を行う電力変換装置、そのような電力変換装置に適用されるスイッチング制御装置、および、そのような電力変換装置を備えた電力供給システムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ＤＣ－ＤＣコンバータ等の電力変換装置（スイッチング電源装置）として、各種方式のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００１－２９２５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような電力変換装置では、効率を向上させたり、信頼性を向上させたりすることが求められている。効率を向上させつつ信頼性を向上させることが可能な、スイッチング制御装置、電力変換装置および電力供給システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施の形態に係るスイッチング制御装置は、１次側巻線および２次側巻線を有するトランスと、入力電圧が入力される入力端子対と１次側巻線との間に配置されると共に複数の第１スイッチング素子を含むインバータ回路と、出力電圧が出力される出力端子対と２次側巻線との間に配置されると共に整流素子として機能する複数の第２スイッチング素子を含む同期整流回路と、出力端子対と２次側巻線との間に配置された平滑回路と、を備えた電力変換装置に適用される装置であって、２次側巻線を流れる２次側電流におけるピーク電流値を検出する第１電流検出回路と、出力端子対から出力される出力電流値を検出する第２電流検出回路と、インバータ回路における第１スイッチング素子の動作と同期整流回路における第２スイッチング素子の動作とをそれぞれ制御する制御回路と、を備えたものである。制御回路は、第１電流検出回路によって検出されたピーク電流値と、第２電流検出回路によって検出された出力電流値とに基づいて、第２スイッチング素子におけるオン状態からオフ状態への切替タイミングを設定する。
【０００６】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置は、入力電圧が入力される入力端子対と、出力電圧が出力される出力端子対と、１次側巻線および２次側巻線を有するトランスと、入力端子対と１次側巻線との間に配置されており、複数の第１スイッチング素子を含むインバータ回路と、出力端子対と２次側巻線との間に配置されており、整流素子として機能する複数の第２スイッチング素子を含む同期整流回路と、出力端子対と２次側巻線との間に配置された平滑回路と、２次側巻線を流れる２次側電流におけるピーク電流値を検出する第１電流検出回路と、出力端子対から出力される出力電流値を検出する第２電流検出回路と、インバータ回路における第１スイッチング素子の動作と同期整流回路における第２スイッチング素子の動作とをそれぞれ制御する制御回路と、を備えたものである。制御回路は、第１電流検出回路によって検出されたピーク電流値と、第２電流検出回路によって検出された出力電流値とに基づいて、第２スイッチング素子におけるオン状態からオフ状態への切替タイミングを設定する。
【０００７】
本発明の一実施の形態に係る電力供給システムは、入力電圧が入力される入力端子対と、出力電圧が出力される出力端子対と、入力端子対に対して入力電圧を供給する電源と、１次側巻線および２次側巻線を有するトランスと、入力端子対と１次側巻線との間に配置されており、複数の第１スイッチング素子を含むインバータ回路と、出力端子対と２次側巻線との間に配置されており、整流素子として機能する複数の第２スイッチング素子を含む同期整流回路と、出力端子対と２次側巻線との間に配置された平滑回路と、２次側巻線を流れる２次側電流におけるピーク電流値を検出する第１電流検出回路と、出力端子対から出力される出力電流値を検出する第２電流検出回路と、インバータ回路における第１スイッチング素子の動作と同期整流回路における第２スイッチング素子の動作とをそれぞれ制御する制御回路と、を備えたものである。制御回路は、第１電流検出回路によって検出されたピーク電流値と、第２電流検出回路によって検出された出力電流値とに基づいて、第２スイッチング素子におけるオン状態からオフ状態への切替タイミングを設定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施の形態に係るスイッチング制御装置、電力変換装置および電力供給システムによれば、効率を向上させつつ、信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の概略構成例を表す回路図である。
図１に示した電力変換装置の動作例を表すタイミング図である。
図１に示した同期整流回路内のスイッチング素子における切替タイミングの設定について説明するためのタイミング図である。
変形例１に係る電力変換装置の概略構成例を表す回路図である。
変形例２に係る電力変換装置の概略構成例を表す回路図である。
変形例３に係る電力変換装置の概略構成例を表す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（１次側：フルブリッジ回路、２次側：フルブリッジ型の回路の例）
２．変形例
変形例１（１次側：フルブリッジ回路、２次側：センタタップ型の回路の例）
変形例２（１次側：ハーフブリッジ回路、２次側：フルブリッジ型の回路の例）
変形例３（１次側：ハーフブリッジ回路、２次側：センタタップ型の回路の例）
３．その他の変形例
（【００１１】以降は省略されています）

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