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公開番号2025095144
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023210954
出願日2023-12-14
発明の名称電流共振型DC/DCコンバータ
出願人ニチコン株式会社
代理人弁理士法人みのり特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250619BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】昇圧動作時の損失を低減できる電流共振型DC/DCコンバータを提供する。
【解決手段】トランスTr、1次側回路11、1次側共振回路12および2次側回路13Aを含む主回路部10Aと、制御部20Aとを備える電流共振型DC/DCコンバータ1Aであって、制御部20Aは、昇圧制御時に、オンすることで2次側回路13Aに短絡電流を発生させるスイッチング素子Q6(Q8)とは異なる2次側回路13Aのスイッチング素子Q8(Q6)のオン期間を、スイッチング素子Q1(Q2)のオン期間と当該オン期間を所定の第1位相角だけ位相シフトさせたオン期間との論理和の期間とすることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
主回路部および制御部を備え、
前記主回路部は、
１次巻き線および２次巻き線を含むトランスと、
第１レグと第２レグが並列に接続され、各レグが上アームおよび下アームを含む１次側回路と、
第１共振インダクタンスおよび第１共振キャパシタンスを含み、前記第１レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と前記第２レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と間に、前記第１共振インダクタンスおよび前記第１共振キャパシタンスが前記１次巻き線に直列に接続された１次側共振回路と、
第３レグと第４レグが並列に接続され、各レグが上アームおよび下アームを含み、前記第３レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と前記第４レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と間に、前記２次巻き線が接続される２次側回路と、
を備える電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記１次側回路の前記各レグの前記上アームおよび前記下アームは、少なくともスイッチング素子を含み、
前記２次側回路の前記各レグの前記上アームまたは前記下アームは、一方が少なくともスイッチング素子を含み、他方が少なくともダイオードを含み、
前記制御部は、前記主回路部に前記２次側回路を出力側として昇圧動作を行わせる第１の昇圧制御を行い、
前記１次側回路の前記スイッチング素子は、オンすることで前記１次側回路に共振電流を発生させる第１スイッチング素子を含み、
前記２次側回路の前記スイッチング素子は、オンすることで前記２次側回路に短絡電流を発生させる第２スイッチング素子と、前記短絡電流の電流経路に設けられた第３スイッチング素子とを含み、
前記第１の昇圧制御時の前記制御部は、
前記第３スイッチング素子のオン期間を、前記第１スイッチング素子のオン期間である第１オン期間と前記第１オン期間を所定の第１位相角だけ位相シフトさせたオン期間である第２オン期間との論理和の期間とする第１のオン期間制御を行う
ことを特徴とする電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
第２共振インダクタンスおよび第２共振キャパシタンスを含み、前記第３レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と前記第４レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と間に、前記第２共振インダクタンスおよび前記第２共振キャパシタンスが前記２次巻き線に直列に接続された２次側共振回路を備え、
前記２次側回路の前記各レグの前記上アームおよび前記下アームは、少なくともスイッチング素子を含み、
前記制御部は、前記主回路部に前記１次側回路を出力側として昇圧動作を行わせる第２の昇圧制御を行い、
前記２次側回路の前記スイッチング素子は、オンすることで前記２次側回路に共振電流を発生させる第４スイッチング素子を含み、
前記１次側回路の前記スイッチング素子は、オンすることで前記１次側回路に短絡電流を発生させる第５スイッチング素子と、前記短絡電流の電流経路に設けられた第６スイッチング素子とを含み、
前記第２の昇圧制御時の前記制御部は、
前記第６スイッチング素子のオン期間を、前記第４スイッチング素子のオン期間である第３オン期間と前記第３オン期間を所定の第２位相角だけ位相シフトさせたオン期間である第４オン期間との論理和の期間とする第２のオン期間制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記第１の昇圧制御時の前記制御部は、
前記２次側回路に同期整流動作を行わせるとともに、前記同期整流動作による電流が予め設定された第１設定値以下の場合、前記第３スイッチング素子をオフさせる
ことを特徴とする請求項１に記載の電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記第２の昇圧制御時の前記制御部は、
前記１次側回路に同期整流動作を行わせるとともに、前記同期整流動作による電流が予め設定された第２設定値以下の場合、前記第６スイッチング素子をオフさせる
ことを特徴とする請求項２に記載の電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
主回路部および制御部を備え、
前記主回路部は、
１次巻き線および２次巻き線を含むトランスと、
第１レグと第２レグが並列に接続され、各レグが上アームおよび下アームを含む１次側回路と、
第１共振インダクタンスおよび第１共振キャパシタンスを含み、前記第１レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と前記第２レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と間に、前記第１共振インダクタンスおよび前記第１共振キャパシタンスが前記１次巻き線に直列に接続された１次側共振回路と、
第３レグと第４レグが並列に接続され、各レグが上アームおよび下アームを含み、前記第３レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と前記第４レグの前記上アームおよび前記下アームの接続点と間に、前記２次巻き線が接続される２次側回路と、
を備える電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記１次側回路の前記各レグの前記上アームおよび前記下アームは、少なくともスイッチング素子を含み、
前記２次側回路の前記各レグの前記上アームまたは前記下アームは、一方が少なくともスイッチング素子を含み、他方が少なくともダイオードを含み、
前記制御部は、前記主回路部に前記２次側回路を出力側として昇圧動作を行わせる第１の昇圧制御を行い、
前記１次側回路の前記スイッチング素子は、オンすることで前記１次側回路に第１共振電流を発生させる第１スイッチング素子Ａと、オンすることで前記１次側回路に前記第１共振電流とは逆向きの第２共振電流を発生させる第１スイッチング素子Ｂとを含み、
前記２次側回路の前記スイッチング素子は、オンすることで前記２次側回路に短絡電流を発生させる第２スイッチング素子と、前記短絡電流の電流経路に設けられた第３スイッチング素子とを含み、
前記第１の昇圧制御時の前記制御部は、
前記第１スイッチング素子Ａのオン期間と当該オン期間を所定の第１位相角だけ位相シフトさせて反転させた期間との論理積Ａを算出し、前記第１スイッチング素子Ｂのオン期間と当該オン期間を前記第１位相角だけ位相シフトさせて反転させた期間との論理積Ｂを算出し、前記第３スイッチング素子のオン期間を前記論理積Ａと前記論理積Ｂとの論理和の期間とする反転オン期間制御を行う
ことを特徴とする電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車の普及に合わせて、電気自動車のバッテリーを充電する充電装置や電気自動車のバッテリー電圧を負荷に供給するＶ２Ｈ（Vehicle to Home）装置の小型化、低コスト化および高効率化が求められている。そのため、これらの装置の電源に使用されるＤＣ／ＤＣコンバータには、部品点数が少なく、高効率な電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＬＬＣ方式ＤＣ／ＤＣコンバータや双方向動作が可能なＣＬＬＣ方式ＤＣ／ＤＣコンバータ）が使用されている。
【０００３】
一方、電気自動車の充電規格であるＣＨＡｄｅＭＯ規格では、１５０［Ｖ］から４５０［Ｖ］と広いバッテリー電圧範囲が要求されている。このため、電気自動車用の充電装置およびＶ２Ｈ装置では、電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する直流電圧を、電気自動車のバッテリー電圧に合わせて降圧するだけでなく昇圧する必要がある。しかしながら、ＬＬＣ方式あるいはＣＬＬＣ方式の電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータは、出力可能な電圧範囲が狭いという問題がある。
【０００４】
図１５（Ａ）に、非特許文献１に記載のＬＬＣ方式ＤＣ／ＤＣコンバータの主回路部を示す。同図に示すように、主回路部の１次側回路は、各アームがスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のフルブリッジ構成である。主回路部の２次側回路は、上アームがダイオードＤ５、Ｄ７で下アームがスイッチング素子Ｑ６、Ｑ８の回路構成である。
【０００５】
非特許文献１に記載のＬＬＣ方式ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部（図示せず）は、図１５（Ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の駆動パルスを位相角θだけ位相シフトさせてスイッチング素子Ｑ６の駆動パルスとし、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４の駆動パルスを位相角θだけ位相シフトさせてスイッチング素子Ｑ８の駆動パルスとして、主回路部に昇圧（ブースト）動作と同期整流動作を行わせている。この制御方法では、モード３、４の期間が昇圧動作の期間となり、モード１、２の期間が同期整流動作の期間となる。このため、昇圧動作による電圧範囲の拡大と、同期整流動作による電力変換効率の改善が期待できる。
【０００６】
図１６（Ａ）に、モード３の期間における主回路部の電流経路を示し、図１６（Ｂ）に、モード４の期間における主回路部の電流経路を示す。モード３の期間では、スイッチング素子Ｑ６がオン、スイッチング素子Ｑ８がオフしているので、昇圧動作時の短絡電流がスイッチング素子Ｑ８の電流路に並列に接続されたダイオードＤ８を流れる。このため、短絡電流がスイッチング素子Ｑ８を流れる場合と比較して、損失が大きくなるという問題がある。モード４の期間では、スイッチング素子Ｑ８がオン、スイッチング素子Ｑ６がオフしているので、昇圧動作時の短絡電流がスイッチング素子Ｑ６の電流路に並列に接続されたダイオードＤ６を流れる。このため、短絡電流がスイッチング素子Ｑ６を流れる場合と比較して、損失が大きくなるという問題がある。
【０００７】
特許文献１には、双方向動作が可能なＣＬＬＣ方式ＤＣ／ＤＣコンバータが記載されている。特許文献１に記載のＣＬＬＣ方式ＤＣ／ＤＣコンバータでは、制御部は、入力電圧に対して出力電圧が一定値以下の場合に、スイッチング周波数を固定して、１次側回路と２次側回路との間で位相シフト制御を行い、昇圧動作を行わせる。この制御方法でも、非特許文献１に記載の制御方法と同様の問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
中国特許第１１３３６４３０１号明細書
【非特許文献】
【０００９】
Hongfei Wu, et al., "A Secondary-Side Phase-Shift-Controlled LLC Resonant Converter With Reduced Conduction Loss at Normal Operation for Hold-Up Time Compensation Application", IEEE Transactions on Power Electronics (Volume: 30, Issue: 10, October 2015), pp.5352-5357
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は、昇圧動作時の損失を低減できる電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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