JP2021168534A - Power conversion device - Google Patents

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JP2021168534A JP2020070236A JP2020070236A JP2021168534A JP 2021168534 A JP2021168534 A JP 2021168534A JP 2020070236 A JP2020070236 A JP 2020070236A JP 2020070236 A JP2020070236 A JP 2020070236A JP 2021168534 A JP2021168534 A JP 2021168534A
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Abstract

To solve the problem that adjustment of on/off timing of a switching element is difficult, a pulse transformer is required in driving of each switching element and miniaturization is difficult in a power conversion device of a phase shift-system full-bridge type.SOLUTION: A power conversion device comprises: a bridge circuit in which a plurality of switching elements becoming a pair are arranged; a driving circuit for driving the switching elements; a control part for PWM-controlling the driving circuit; an inverter part for generating AC via the bridge circuit from a DC power supply by opening/closing the switching elements by the driving circuit; and a converter part for converting AC output of the inverter part into DC. In the driving circuit, a pulse transformer and a gate driver IC are arranged in common in the switching elements to be paired.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。 The present application relates to a power converter.

パワー回路をコントロール制御する方式としては、位相シフト方式の電力変換装置が主流である。車載用のDC/DCコンバータでも、位相シフト方式を採用したものが一般的に使用されてきた。このような位相シフト方式では、スイッチング効率を高めるため、スイッチング素子を独立して駆動する駆動回路を、素子ごとに個別に設ける必要があった。一方、車載用の電力変換装置では、回路の小型化、低コスト化が要求されている。 As a method for controlling and controlling a power circuit, a phase shift type power conversion device is the mainstream. Even in-vehicle DC / DC converters that employ a phase shift method have generally been used. In such a phase shift method, in order to improve the switching efficiency, it is necessary to individually provide a drive circuit for independently driving the switching element for each element. On the other hand, in-vehicle power conversion devices are required to have smaller circuits and lower costs.

例えば、位相シフト方式を使った電力変換装置としては特許文献1がある。位相シフト方式フルブリッジ型の電源回路であり、トランスの漏れインダクタンスによる電圧を抑えたDC/DCコンバータを実現している。 For example, there is Patent Document 1 as a power conversion device using a phase shift method. It is a phase shift type full bridge type power supply circuit, and realizes a DC / DC converter that suppresses the voltage due to the leakage inductance of the transformer.

特開2017−127051号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-127051

位相シフト方式では、スイッチング素子のオン/オフタイミングを素子ごとにずらして所望の効率・電力伝送を実現する。高効率を実現させるためには、ZVS(Zero Voltage Switching)、ZCS(Zero Current Switching)といった技術が必要である。スイッチング周波数の高速化にともなってスイッチング素子のオン/オフタイミングの調整精度が要求される。そのため、GaN(窒化ガリウム)またはSiC(シリコンカーバイト)などのワイドギャップ半導体を使用してスイッチング周波数を上げようとすると、スイッチング素子のオン/オフタイミングの調整が難しいといった問題点があった。 In the phase shift method, the on / off timing of the switching element is shifted for each element to realize desired efficiency and power transmission. In order to realize high efficiency, technologies such as ZVS (Zero Voltage Switching) and ZCS (Zero Current Switching) are required. As the switching frequency becomes faster, the on / off timing adjustment accuracy of the switching element is required. Therefore, if a wide-gap semiconductor such as GaN (gallium nitride) or SiC (silicon carbide) is used to increase the switching frequency, there is a problem that it is difficult to adjust the on / off timing of the switching element.

また、車載装置としては、単にスイッチングの効率の高い位相シフト方式を用いただけでは、解決できない問題があった。パワー回路と制御回路の絶縁するためにパルストランスを使用している。位相シフト方式ではスイッチング素子ごとに個別に駆動を制御するため、スイッチング素子ごとに1つのパルストランスと1つのゲートドライバICを設ける必要があった。そのため、駆動回路の小型化の弊害になっていた。また、パルストランスは、そのサイズが1つあたり10mm角程度の立方体であり、車の振動対策として、取付け強度を上げるための構造が必要であった。 Further, as an in-vehicle device, there is a problem that cannot be solved simply by using a phase shift method having high switching efficiency. A pulse transformer is used to insulate the power circuit and the control circuit. In the phase shift method, since the drive is controlled individually for each switching element, it is necessary to provide one pulse transformer and one gate driver IC for each switching element. Therefore, it has been a hindrance to the miniaturization of the drive circuit. Further, each pulse transformer is a cube having a size of about 10 mm square, and a structure for increasing the mounting strength is required as a measure against vibration of the vehicle.

以上のような課題に対して、本願はスイッチング素子の駆動タイミングの調整が不要で、また、回路の小型化と低コスト化が図れる電力変換装置を得ることを目的とする。 In order to solve the above problems, it is an object of the present application to obtain a power conversion device that does not require adjustment of the drive timing of the switching element and can reduce the size and cost of the circuit.

本願に係わる電力変換装置は、複数のペアとなるスイッチング素子を並べたブリッジ回路と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記駆動回路をPWM制御する制御部と、前記駆動回路によって前記スイッチング素子を開閉することにより、直流電源から前記ブリッジ回路を介して交流をつくるインバータ部と、前記インバータ部の交流出力を直流に変換するコンバータ部と、を備え、前記駆動回路にはペアとなる前記スイッチング素子に共通にパルストランスとゲートドライバICが設けられたものである。 The power conversion device according to the present application includes a bridge circuit in which a plurality of pairs of switching elements are arranged, a drive circuit for driving the switching elements, a control unit for PWM control of the drive circuit, and the switching element by the drive circuit. The switching unit is provided with an inverter unit that creates alternating current from a DC power supply via the bridge circuit by opening and closing, and a converter unit that converts the alternating current output of the inverter unit into direct current, and the drive circuit is paired with the switching unit. A pulse transformer and a gate driver IC are provided in common to the elements.

本願の電力変換装置は、ブリッジ回路の前記スイッチング素子をPWM制御することで直流電源から交流出力を得るインバータ部と、その交流出力で直流出力を得るコンバータ部と、で構成されているので、位相シフト方式のような複雑なタイミング調整が不要である。 The power conversion device of the present application is composed of an inverter unit that obtains an AC output from a DC power supply by PWM controlling the switching element of the bridge circuit, and a converter unit that obtains a DC output from the AC output. There is no need for complicated timing adjustment such as the shift method.

また、前記駆動回路はペアとなる前記スイッチング素子に共通にパルストランスおよびゲートドライバICを設けたので、パルストランスおよびゲートドライバICの部品点数を減らし、装置全体の小型化と部品コスト削減が可能である。 Further, since the drive circuit is provided with the pulse transformer and the gate driver IC in common to the paired switching elements, the number of parts of the pulse transformer and the gate driver IC can be reduced, and the size of the entire device and the cost of the parts can be reduced. be.

実施の形態1に係わる電力変換装置のインバータ部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the inverter part of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わる電力変換装置の全体を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the whole power conversion apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係わる電力変換装置の制御部が出力する駆動信号を示すタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart showing a drive signal output by a control unit of the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態1に係わる電力変換装置のスイッチング素子の駆動信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the drive signal of the switching element of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係わる電力変換装置の全体を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the whole of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG.

実施の形態1.
図1は、本願の実施の形態1に係わる電力変換装置のインバータ部を示す回路図である。インバータ部10は直流入力から交流出力を得るDC/ACの電力変換部であり、スイッチング素子Qa、Qb、Qc、Qdの4つによるフルブリッジ回路20を有する。スイッチング素子QaからQdは直流入力電圧の高圧側と低圧側のそれぞれに、アームと呼ばれるペアとなるスイッチング素子Qa、Qb、およびスイッチング素子Qc、Qdがあり、素子の各々には、電圧と逆方向に導通のあるダイオードが並列に設けられる。各ペアとなるスイッチング素子Qa、Qb、およびスイッチング素子Qc、Qdのそれぞれの中点から交流出力が取り出される。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an inverter portion of the power conversion device according to the first embodiment of the present application. The inverter unit 10 is a DC / AC power conversion unit that obtains an AC output from a DC input, and has a full bridge circuit 20 composed of four switching elements Qa, Qb, Qc, and Qd. Switching elements Qa to Qd have paired switching elements Qa and Qb called arms and switching elements Qc and Qd on the high-voltage side and low-voltage side of the DC input voltage, respectively, and each of the elements has a direction opposite to the voltage. A diode with continuity is provided in parallel. The AC output is taken out from the midpoints of the switching elements Qa and Qb and the switching elements Qc and Qd of each pair.

これらの素子のペアであるスイッチング素子Qa、Qbおよびスイッチング素子Qc、Qdのそれぞれの素子のゲートを駆動する駆動回路1にはペアごとに共通するパルストランス5がそれぞれ設けられ、PWM制御を行う制御部30からの信号で2出力を有する1つのゲートドライバIC6のドライブ出力により起動される。ゲートドライバIC6とパルストランス5との間にはゲート抵抗7aと直流カット用のコンデンサ8が設けられる。また、スイッチング素子QaからQdの各ゲートには、パルストランス5の出力がゲート抵抗7bを介して入力される。 A pulse transformer 5 common to each pair is provided in the drive circuit 1 that drives the gates of the switching elements Qa and Qb and the switching elements Qc and Qd, which are a pair of these elements, to control PWM control. It is activated by the drive output of one gate driver IC 6 having two outputs by the signal from the unit 30. A gate resistor 7a and a DC cut capacitor 8 are provided between the gate driver IC 6 and the pulse transformer 5. Further, the output of the pulse transformer 5 is input to each gate of the switching elements Qa to Qd via the gate resistor 7b.

フルブリッジ回路20に設けられるスイッチング素子QaからQdは、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)である。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、もしくは、GaNおよびSiCなど次世代ワイドバンドギャップ半導体などの半導体を用いることも可能であるが、本実施例ではMOSFETとして説明する。MOSFETは電圧駆動のため駆動損失が小さく、高周波動作にも適している。 The switching elements Qa to Qd provided in the full bridge circuit 20 are MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors). Although it is possible to use a semiconductor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a next-generation wide bandgap semiconductor such as GaN and SiC, it will be described as a MOSFET in this embodiment. Since MOSFETs are voltage-driven, drive loss is small, and they are also suitable for high-frequency operation.

制御部30は、出力端子GaおよびGbを有し、基準となる正弦波信号をベースにキャリア波(例えば、三角波)と比較し、その結果でパルス幅をもった矩形波のオンオフ信号を出力端子GaおよびGbに出力する。出力端子GaおよびGbの出力は互いに位相をずらした信号であり、同時にオンになることがない。このように正弦波信号に合わせた出力信号でフルブリッジ回路20の対角に配置されたスイッチング素子Qaとスイッチング素子Qd、および、スイッチング素子Qbとスイッチング素子Qcをそれぞれセットにしてオン/オフすることで交流出力を出力することができる。このような制御形態をPWM制御と呼んでいる。 The control unit 30 has output terminals Ga and Gb, compares a carrier wave (for example, a triangular wave) with a carrier wave (for example, a triangular wave) based on a reference sine wave signal, and outputs a square wave on / off signal having a pulse width as a result. Output to Ga and Gb. The outputs of the output terminals Ga and Gb are signals that are out of phase with each other and are not turned on at the same time. The switching element Qa and the switching element Qd, and the switching element Qb and the switching element Qc, which are diagonally arranged in the full bridge circuit 20 with the output signal matched to the sinusoidal signal, are turned on / off as a set. AC output can be output with. Such a control form is called PWM control.

パルストランス5は、1入力2出力タイプのトランスであり、前記MOSFETのスイッチング素子Qa、Qbとスイッチング素子Qc、Qdの組合せで片側アームずつ駆動する。また、パルストランスの適用により、高圧のパワー回路側と低圧の制御回路側を絶縁でき、また、MOSFETを駆動するために新たな電源回路を追加する必要がない。よって、電源回路数を必要最小限にできる。 The pulse transformer 5 is a 1-input 2-output type transformer, and is driven by a combination of switching elements Qa and Qb of the MOSFET and switching elements Qc and Qd, one arm at a time. Further, by applying the pulse transformer, the high voltage power circuit side and the low voltage control circuit side can be insulated, and it is not necessary to add a new power supply circuit to drive the MOSFET. Therefore, the number of power supply circuits can be minimized.

本実施の形態では、スイッチング素子Qaとスイッチング素子Qdをオンしている際には、スイッチング素子Qbとスイッチング素子Qcをオフするようパルストランス5の出力側極性を相互逆に接続する。このようにすることで、スイッチング素子Qaとスイッチング素子Qb、および、スイッチング素子Qcとスイッチング素子Qdが同時にオンとなるアーム短絡を防止することができる。また、フルブリッジ回路の対角に位置するスイッチング素子QaからQdのオン/オフタイミングの遅延を軽減できる。 In the present embodiment, when the switching element Qa and the switching element Qd are turned on, the polarities on the output side of the pulse transformer 5 are connected to each other so as to turn off the switching element Qb and the switching element Qc. By doing so, it is possible to prevent an arm short circuit in which the switching element Qa and the switching element Qb, and the switching element Qc and the switching element Qd are turned on at the same time. Further, it is possible to reduce the on / off timing delay of Qd from the switching element Qa located diagonally of the full bridge circuit.

ゲートドライバIC6は、それらパルストランス5を介して、各々MOSFETを駆動する。なお、本実施の形態では2出力を有する1つのゲートドライバIC6としたが、1出力タイプのゲートドライバIC6を2個使用する、あるいは、ディスクリート回路で構成しても構わない。 The gate driver IC 6 drives MOSFETs via these pulse transformers 5. In the present embodiment, one gate driver IC6 having two outputs is used, but two one-output type gate driver ICs 6 may be used or a discrete circuit may be used.

コンデンサ8は、パルストランス5の入力への直流成分をカットするために設けたものである。これにより、パルストランス5の損失を軽減し、パルストランス5の磁気飽和を抑制する。 The capacitor 8 is provided to cut the DC component to the input of the pulse transformer 5. As a result, the loss of the pulse transformer 5 is reduced and the magnetic saturation of the pulse transformer 5 is suppressed.

図2は、電力変換装置の全体を示す回路図である。図2では、図1に加えて、インバータ部10の交流出力を変換して直流出力するコンバータ部40を追加して示す。図1で示した交流出力を電圧変換するトランス41、電圧変換された交流を整流するダイオード42、変換された整流電圧を平滑化するリアクタンス43とコンデンサ44から構成される。 FIG. 2 is a circuit diagram showing the entire power conversion device. In FIG. 2, in addition to FIG. 1, a converter unit 40 that converts the AC output of the inverter unit 10 and outputs a direct current is additionally shown. It is composed of a transformer 41 that converts the AC output shown in FIG. 1 into a voltage, a diode 42 that rectifies the voltage-converted AC, a reactance 43 that smoothes the converted rectified voltage, and a capacitor 44.

また、図2では制御部30に位相シフト方式のコントローラICを使用した場合を例に示す。制御部からは図3のタイミングチャートに示すようにスイッチング素子QaからQdの駆動信号が、出力端子OutAからOutDから出力される。これらのタイミングはスイッチング素子Qa、Qbのオン/オフをDuty比50%で駆動し、スイッチング素子Qc、Qdの位相をずらして所望の効率・電力伝送を実現するものである。ここで、高効率を実現させるためにはZVS、ZCSを実現する必要があり、それにはデッドタイム(td)の調整が必要になる。 Further, FIG. 2 shows an example in which a phase shift type controller IC is used for the control unit 30. As shown in the timing chart of FIG. 3, the control unit outputs drive signals from the switching elements Qa to Qd from the output terminals OutA to OutD. These timings drive the on / off of the switching elements Qa and Qb at a duty ratio of 50%, and shift the phases of the switching elements Qc and Qd to realize desired efficiency and power transmission. Here, in order to realize high efficiency, it is necessary to realize ZVS and ZCS, and it is necessary to adjust the dead time (td) for that.

実施の形態1においては、制御部30に設けたAND回路31を設けることによって、スイッチング素子QaからQdを駆動させる。フルブリッジ回路20の対角に配置されたスイッチング素子Qaとスイッチング素子Qd、および、スイッチング素子Qbとスイッチング素子Qcをそれぞれセットにして同時にオン/オフするPWM制御で、スイッチング素子QaからQdを動作させるので、デッドタイム(td)の調整を必要としない。 In the first embodiment, Qd is driven from the switching element Qa by providing the AND circuit 31 provided in the control unit 30. The switching element Qa and the switching element Qd arranged diagonally of the full bridge circuit 20 and the switching element Qb and the switching element Qc are set and turned on / off at the same time by PWM control to operate the switching element Qa to Qd. Therefore, it is not necessary to adjust the dead time (td).

ここで、位相シフト方式ではスイッチング素子QaからQdに対する制御部30の出力はスイッチング素子Qaと出力端子OutA、スイッチング素子Qbと出力端子OutB、スイッチング素子Qcと出力端子OutC、スイッチング素子Qdと出力端子OutDがそれぞれ対応するが、ゲートドライバIC6と制御部30との間にAND回路31を設けて、制御部30の出力端子OutAとOutD、出力端子OutBとOutCのゲート信号のそれぞれをANDし、図4のようなスイッチング制御信号を形成することができる。 Here, in the phase shift method, the output of the control unit 30 from the switching element Qa to the Qd is the switching element Qa and the output terminal OutA, the switching element Qb and the output terminal OutB, the switching element Qc and the output terminal OutC, and the switching element Qd and the output terminal OutD. However, an AND circuit 31 is provided between the gate driver IC 6 and the control unit 30, and the gate signals of the output terminals OutA and OutD and the output terminals OutB and OutC of the control unit 30 are ANDed. It is possible to form a switching control signal such as.

以上のように、ペアとなるスイッチング素子Qaとスイッチング素子Qb、および、スイッチング素子Qcとスイッチング素子Qdのそれぞれで素子を駆動するためのパルストランス5およびゲートドライバIC6を共通にすることができ、部品点数を減らすことになり、コスト削減できる。また、パルストランス5が4つから2つになったことで、耐振のための取付け強度を上げる構造が簡素化できる。 As described above, the paired switching element Qa and switching element Qb, and the pulse transformer 5 and gate driver IC 6 for driving the elements in each of the switching element Qc and the switching element Qd can be shared. The points will be reduced, and the cost can be reduced. Further, since the number of pulse transformers 5 is changed from four to two, the structure for increasing the mounting strength for vibration resistance can be simplified.

また、ゲート抵抗7aおよび7bにより、MOSFETの駆動部に印加される波形を調整でき、主回路のスイッチング動作時のサージ電圧を抑制できる。これにより、主回路のスイッチングに起因するノイズ発生を抑制できる。 Further, the gate resistors 7a and 7b can adjust the waveform applied to the drive unit of the MOSFET, and can suppress the surge voltage during the switching operation of the main circuit. As a result, noise generation due to switching of the main circuit can be suppressed.

また、コンデンサ8により、パルストランス入力への直流成分がカットされるので、パルストランスの損失を軽減し、パルストランスの磁気飽和を抑制することができる。これにより、パルストランスの容量を減らすことができるので、小型化につながる。 Further, since the DC component to the pulse transformer input is cut by the capacitor 8, the loss of the pulse transformer can be reduced and the magnetic saturation of the pulse transformer can be suppressed. As a result, the capacity of the pulse transformer can be reduced, leading to miniaturization.

また、PWM制御によりインバータ部10から交流出力し、その交流出力をコンバータ部40で直流化するというシンプルな構造とした。位相シフト方式と異なり、対角アームを交互にオン/オフするシンプルな方式であるので、ZVS、ZCSのためのスイッチング素子のオン/オフタイミングの調整が必要なくなった。スイッチング周波数を上げるとこの調整が難しいとされていたものが不要となるため、変換効率を高めるための高速スイッチング駆動が可能となる。 Further, it has a simple structure in which AC output is output from the inverter unit 10 by PWM control, and the AC output is converted to DC by the converter unit 40. Unlike the phase shift method, it is a simple method in which the diagonal arms are turned on / off alternately, so that it is no longer necessary to adjust the on / off timing of the switching element for ZVS and ZCS. Increasing the switching frequency eliminates the need for what was considered difficult to adjust, enabling high-speed switching drive to increase conversion efficiency.

さらに、高速スイッチング駆動が容易となることで、電力変換装置においても高速スイッチング駆動に適した次世代半導体デバイスの利用が可能となる。 Further, since the high-speed switching drive becomes easy, the next-generation semiconductor device suitable for the high-speed switching drive can be used in the power conversion device.

以上、DC/DCコンバータを例に説明したが、車載充電器、AC/DCコンバータ、及びインバータなどの電力変換装置などでも同様に適用が可能である。前述の例と同様に主回路にブリッジ回路を備えていれば、本願技術の適用が可能であり、同様の効果が期待できる。 Although the DC / DC converter has been described above as an example, it can be similarly applied to a power conversion device such as an in-vehicle charger, an AC / DC converter, and an inverter. If the main circuit is provided with a bridge circuit as in the above example, the technique of the present application can be applied, and the same effect can be expected.

実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係わる電力変換装置の全体を示す回路図である。実施の形態1のパルストランス5を2個使用する構成に替えて、実施の形態2では、図5のように1個の1入力4出力タイプのパルストランス51を使用したものである。
Embodiment 2.
FIG. 5 is a circuit diagram showing the entire power conversion device according to the second embodiment. Instead of the configuration in which two pulse transformers 5 of the first embodiment are used, in the second embodiment, one 1-input 4-output type pulse transformer 51 is used as shown in FIG.

このようにすることで、パルストランス1個で駆動できるので、さらなる小型化と低コスト化が実現できる。 By doing so, since it can be driven by one pulse transformer, further miniaturization and cost reduction can be realized.

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations. Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.

Qa,Qb,Qc,Qd スイッチング素子、Ga,Gb 出力端子、OutA,OutB,OutC,OutD 出力端子、1 駆動回路、5 パルストランス、6 ゲートドライバIC、7a,7b ゲート抵抗、8 コンデンサ、10 インバータ部、20 フルブリッジ回路、30 制御部、31 AND回路、40 コンバータ部、41 トランス、42 ダイオード、43 リアクタンス、44 コンデンサ、51 パルストランス。 Qa, Qb, Qc, Qd switching element, Ga, Gb output terminal, OutA, OutB, OutC, OutD output terminal, 1 drive circuit, 5 pulse transformer, 6 gate driver IC, 7a, 7b gate resistor, 8 capacitors, 10 inverters Part, 20 full bridge circuit, 30 control part, 31 AND circuit, 40 converter part, 41 transformer, 42 diode, 43 reactors, 44 capacitor, 51 pulse transformer.

本願に係わる電力変換装置は、四角形の各頂点にスイッチング素子が配置されたフルブリッジ回路と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記駆動回路をPWM制御する制御部と、前記駆動回路によって前記スイッチング素子を開閉することにより、直流電源から前記フルブリッジ回路を介して交流をつくるインバータ部と、前記インバータ部の交流出力を直流に変換するコンバータ部と、を備え、前記制御部は位相シフト方式のコントローラICを含み、前記コントローラICからの信号のうち、対角に配置された前記スイッチング素子の2つの駆動用信号が、AND回路によって組み合わされて前記駆動回路のゲートドライバICに入力され、前記ゲートドライバICの出力信号がパルストランスに入力され、前記パルストランスの出力信号により、対角に配置された前記スイッチング素子が駆動されるものである。


The power conversion device according to the present application includes a full bridge circuit in which switching elements are arranged at each apex of a square, a drive circuit for driving the switching element, a control unit for PWM control of the drive circuit, and the drive circuit. The control unit includes an inverter unit that creates alternating current from a DC power supply via the full bridge circuit by opening and closing the switching element, and a converter unit that converts the alternating current output of the inverter unit into DC. Of the signals from the controller IC, two driving signals of the switching elements arranged diagonally are combined by an AND circuit and input to the gate driver IC of the driving circuit. The output signal of the gate driver IC is input to the pulse transformer, and the output signal of the pulse transformer drives the switching elements arranged diagonally .


Claims (10)

複数のペアとなるスイッチング素子を並べたブリッジ回路と、
前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路をPWM制御する制御部と、
前記駆動回路によって前記スイッチング素子を開閉することにより、
直流電源から前記ブリッジ回路を介して交流をつくるインバータ部と、
前記インバータ部の交流出力を直流に変換するコンバータ部と、
を備え、
前記駆動回路にはペアとなる前記スイッチング素子に共通にパルストランスとゲートドライバICが設けられていることを特徴とする電力変換装置。
A bridge circuit in which multiple pairs of switching elements are lined up,
The drive circuit that drives the switching element and
A control unit that PWM-controls the drive circuit and
By opening and closing the switching element by the drive circuit,
An inverter unit that creates alternating current from a DC power supply via the bridge circuit,
A converter unit that converts the AC output of the inverter unit into direct current,
With
A power conversion device characterized in that a pulse transformer and a gate driver IC are provided in common to the switching elements to be paired in the drive circuit.
前記スイッチング素子は、4つ設けられフルブリッジ型に配置されていることを特徴とする請求項1項記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein four switching elements are provided and arranged in a full bridge type. 前記スイッチング素子はMOSFETであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the switching element is a MOSFET. 前記パルストランスは1入力2出力のパルストランスであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pulse transformer is a pulse transformer having one input and two outputs. 前記パルストランスの入力側と出力側のそれぞれに、ゲート抵抗が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein gate resistors are provided on each of the input side and the output side of the pulse transformer. 前記パルストランスの入力側には、コンデンサが設けられている請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein a capacitor is provided on the input side of the pulse transformer. 前記制御部は位相シフト方式のコントローラICであり、前記フルブリッジ型に配置された4つの前記スイッチング素子のうち、対角線上に配置された前記スイッチング素子の2つの駆動用信号をAND回路によって組み合わせて前記駆動回路を駆動することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 The control unit is a phase shift type controller IC, and of the four switching elements arranged in the full bridge type, two driving signals of the switching elements arranged diagonally are combined by an AND circuit. The power conversion device according to claim 2, wherein the drive circuit is driven. 前記パルストランスは1入力4出力のパルストランスであることを特徴とする請求項2から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 2 to 7, wherein the pulse transformer is a pulse transformer having one input and four outputs. 前記スイッチング素子は、IGBTであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the switching element is an IGBT. 前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the switching element is a wide bandgap semiconductor.
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