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多相式のスイッチングコンバータとその制御方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P110005791
掲載日 2011年9月21日
出願番号 特願2005-139431
公開番号 特開2006-223088
登録番号 特許第4427667号
出願日 平成17年5月12日(2005.5.12)
公開日 平成18年8月24日(2006.8.24)
登録日 平成21年12月25日(2009.12.25)
優先権データ
  • 特願2005-008336 (2005.1.14) JP
発明者
  • 西嶋 仁浩
出願人
  • 学校法人大分大学
発明の名称 多相式のスイッチングコンバータとその制御方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】従来の多相式降圧形コンバータに比べてスイッチング損失が少なく、出力電圧リップルが小さく、かつ、各相のインダクタ電流にアンバランスが生じないコンバータを提供する。
【解決手段】従来の多相式の降圧形コンバータと異なり、本発明では、追加したコンデンサCiを、第1の降圧形コンバータの第1メインスイッチング素子Saに直列接続し、この接続点に、第2の降圧形コンバータの入力正側端子を接続する。この構成により、コンデンサCiが、入力電源電圧Eiを半分に分圧するため、見かけ上、半分の入力電圧で各コンバータが動作しているように作用する。この作用により、スイッチング損失や出力電圧リップルを低減する。また、コンデンサCiの電圧は、コンバータ内のインダクタLaとLbを流れる電流を自動的にバランス変化させる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


多相式の降圧形コンバータは、出力電圧リップルの低減や、負荷応答特性の向上のために、一般的に用いられている。多相式の降圧形コンバータとは、並列接続された複数の降圧形コンバータから成り、これらのコンバータの位相を所定角度ずらして駆動させることで、上記の特性が得られる。

産業上の利用分野


本発明は、多相式のスイッチングコンバータとその制御方法に関し、より詳しくは、電力効率の向上と低出力電圧リップル特性、インダクタ電流のバランス制御回路の除去を実現するための技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
入力電源の正極から負荷の正側端子へ第1のスイッチング素子、入力平滑コンデンサ、第1のインダクタを順に直列接続し、前記負荷の負側端子を入力電源のアースに接続し、前記負荷の正・負側端子両端に出力平滑コンデンサを並列接続し、前記入力平滑コンデンサと第1のインダクタとの中間点と前記入力電源のアースとの間に第1の整流素子を接続し、前記第1のスイッチング素子と入力平滑コンデンサの中間点から前記負荷の正側端子へ順に第2のスイッチング素子、第2のインダクタを接続し、前記第2のスイッチング素子と第2のインダクタの中間点と前記入力電源のアースとの間に第2の整流素子を接続したことを特徴とする多相式のスイッチングコンバータ。

【請求項2】
入力電源の正極から負荷の正側端子へ第1のスイッチング素子、入力平滑コンデンサ、第1のインダクタを順に直列接続し、前記負荷の負側端子を入力電源のアースに接続し、前記負荷の正・負側端子両端に出力平滑コンデンサを並列接続し、前記入力平滑コンデンサと第1のインダクタとの中間点と前記入力電源のアースとの間に第1の整流素子を接続し、前記第1のスイッチング素子と入力平滑コンデンサの中間点から前記負荷の正側端子へ順に第2のスイッチング素子、第2のインダクタを接続し、前記第2のスイッチング素子と第2のインダクタの中間点と前記入力電源のアースとの間に第2の整流素子を接続してスイッチングコンバータを構成し、前記第1及び第2のスイッチング素子を、所定角度の位相差、かつ、所定の時比率で駆動させて、第1の期間において第1のスイッチング素子のみをオンさせ、第2の期間において第1及び第2のスイッチング素子を両方ともオフさせ、第3の期間において第2のスイッチング素子のみをオンさせ、第4の期間において第1及び第2のスイッチング素子を両方ともオフさせる一連の制御を繰り返して直流電圧を負荷に供給することを特徴とする多相式のスイッチングコンバータの制御方法。

【請求項3】
入力電源の正極から負荷の正側端子へ第1のスイッチング素子、入力平滑コンデンサ、第1のインダクタを順に直列接続し、前記負荷の負側端子を入力電源のアースに接続し、前記負荷の正・負側端子両端に出力平滑コンデンサを並列接続し、前記入力平滑コンデンサと第1のインダクタとの中間点と前記入力電源のアースとの間に第3のスイッチング素子を接続し、前記第1のスイッチング素子と入力平滑コンデンサの中間点から前記負荷の正側端子へ順に第2のスイッチング素子、第2のインダクタを接続し、前記第2のスイッチング素子と第2のインダクタの中間点と前記入力電源のアースとの間に第4のスイッチング素子を接続したことを特徴とする多相式のスイッチングコンバータ。

【請求項4】
入力電源の正極から負荷の正側端子へ第1のスイッチング素子、入力平滑コンデンサ、第1のインダクタを順に直列接続し、前記負荷の負側端子を入力電源のアースに接続し、前記負荷の正・負側端子両端に出力平滑コンデンサを並列接続し、前記入力平滑コンデンサと第1のインダクタとの中間点と前記入力電源のアースとの間に第3のスイッチング素子を接続し、前記第1のスイッチング素子と入力平滑コンデンサの中間点から前記負荷の正側端子へ順に第2のスイッチング素子、第2のインダクタを接続し、前記第2のスイッチング素子と第2のインダクタの中間点と前記入力電源のアースとの間に第4のスイッチング素子を接続してスイッチングコンバータを構成し、前記第1及び第2のスイッチング素子を、所定角度の位相差、かつ、所定の時比率で駆動させて、第1の期間において第1のスイッチング素子のみをオンさせ、第2の期間において第1及び第2のスイッチング素子を両方ともオフさせ、第3の期間において第2のスイッチング素子のみをオンさせ、第4の期間において第1及び第2のスイッチング素子を両方ともオフさせる一連の制御を繰り返すと共に前記第3のスイッチ素子を前記第1のスイッチ素子と交互にスイッチングさせ、前記第4のスイッチ素子を前記第2のスイッチング素子と交互にスイッチングさせて直流電圧を負荷に供給することを特徴とする多相式のスイッチングコンバータの制御方法。

【請求項5】
請求項3に記載のスイッチングコンバータの第1および第2のインダクタを流れる電流波形が正負に振れるようにし、前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子のスイッチング転換時に、両方のスイッチング素子がオフとなるデッドタイム期間を作り、同様に、前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子のスイッチング転換時に、両方のスイッチング素子がオフとなるデッドタイム期間を作ることで、零電圧ソフトスイッチングを行うことを特徴とする請求項3に記載の多相式のスイッチングコンバータの制御方法。
産業区分
  • 固体素子
  • 変電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005139431thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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