(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フルブリッジ回路に接続された共振コイルとトランスを備えるＤＣＤＣコンバータ回路のデッドタイム設定方法であって、
前記デッドタイムは、前記共振コイルのインダクタンスと前記トランスのリーケージインダクタンスに基いて算出され、
前記フルブリッジ回路は、
第１スイッチング素子と当該第１スイッチング素子と並列に接続される第１容量成分とにより構成される第１上アームと、
第２スイッチング素子と当該第２スイッチング素子と並列に接続される第２容量成分により構成されかつ前記第１上アームと直列に接続される第１下アームと、
第３スイッチング素子と当該第３スイッチング素子と並列に接続される第３容量成分とにより構成される第２上アームと、
第４スイッチング素子と当該第４スイッチング素子と並列に接続される第４容量成分により構成されかつ前記第２上アームと直列に接続される第２下アームと、を有し、
前記共振コイルは、前記第１上アームと前記第１下アームの接続点と前記トランスを繋ぐ配線に設けられ、
前記デッドタイムの始期は、前記第１容量成分の充電及び前記第２容量成分の放電が完了するタイミングより遅くかつ前記第１上アームと前記第１下アームと前記共振コイルと前記トランスを流れる循環電流の反転が完了するタイミングより早く、かつ、前記フルブリッジ回路の寄生抵抗成分、前記フルブリッジ回路に挿入されたゲート抵抗の抵抗値、前記各スイッチング素子の印加電圧０Ｖ時の入力容量に基いて設定されるＤＣＤＣコンバータ回路のデッドタイム設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣＤＣコンバータ回路のデッドタイム設定方法に関し、特に車両用電源に用いられるＤＣＤＣコンバータ回路のデッドタイム設定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用電源に用いられるＤＣＤＣコンバータ回路は、複数のスイッチング素子によりフルブリッジ回路を構成し、フルブリッジ回路を制御することによりトランスを介して昇圧又は降圧される。【０００３】
フルブリッジ回路は、上アームと下アームにより構成される直列回路を有する（特許文献１参照）。上アームと下アームの間で短絡電流が流れることを防止するために、上アームと下アームの同時オフ期間であるデッドタイムを設定する必要がある。【０００４】
このデッドタイムの期間中にスイッチング素子のスイッチング動作の損失が生じる場合がある。ＤＣＤＣコンバータ回路は、フルブリッジ回路とトランスとの間に接続される共振インダクタンスの大型化を抑制しつつスイッチング動作の損失を低減することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１１６４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明が解決しようとする課題は、共振インダクタンスの大型化を抑制しつつスイッチング動作の損失を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＤＣＤＣコンバータ回路のデッドタイム設定方法は、フルブリッジ回路に接続された共振コイルとトランスを備えるＤＣＤＣコンバータ回路のデッドタイム設定方法であって、前記デッドタイムは、前記共振コイルのインダクタンスと前記トランスのリーケージインダクタンスに基いて算出され、前記フルブリッジ回路は、第１スイッチング素子と当該第１スイッチング素子と並列に接続される第１容量成分とにより構成される第１上アームと、第２スイッチング素子と当該第２スイッチング素子と並列に接続される第２容量成分により構成されかつ前記第１上アームと直列に接続される第１下アームと、第３スイッチング素子と当該第３スイッチング素子と並列に接続される第３容量成分とにより構成される第２上アームと、第４スイッチング素子と当該第４スイッチング素子と並列に接続される第４容量成分により構成されかつ前記第２上アームと直列に接続される第２下アームと、を有し、前記共振コイルは、前記第１上アームと前記第１下アームの接続点と前記トランスを繋ぐ配線に設けられ、前記デッドタイムの始期は、前記第１容量成分の充電及び前記第２容量成分の放電が完了するタイミングより遅くかつ前記第１上アームと前記第１下アームと前記共振コイルと前記トランスを流れる循環電流の反転が完了するタイミングより早く、かつ、前記フルブリッジ回路の寄生抵抗成分、前記フルブリッジ回路に挿入されたゲート抵抗の抵抗値、前記各スイッチング素子の印加電圧０Ｖ時の入力容量に基いて設定される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、共振インダクタンスの大型化を抑制しつつスイッチング動作の損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の内部構成ブロック図である。
【図２】車両１００における電動化部品の接続を示す概略ブロック図である。
【図３（ａ）】スイッチング素子Ｈ１ないしＨ４のスイッチングタイミングを示す。
【図３（ｂ）】図３（ａ）の期間(1)における絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の１次側回路動作を示す。
【図３（ｃ）】図３（ａ）の期間(2)における絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の１次側回路動作を示す。
【図４】比較例としてＺＶＳ失敗時の絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の１次側回路動作を示す。
【図５】図３（ａ）の期間(1)、(2)、及び(3)における回路動作を示す。
【図６】本実施形態における効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る実施形態を図１から図６を用いて説明する。
【００１１】
図２は、車両１００における電動化部品の接続を示す概略ブロック図である。
【００１２】
車両１００は、電気自動車、或いはハイブリッド自動車であり、主機モータ１０１、インバータ１０２、高圧主機バッテリ２０１、低圧補機バッテリ２０２、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００、補機１０３を有する。
【００１３】
主機モータ１０１は、車両１００の走行用モータであり、インバータ１０２が出力する交流電力により駆動される。
【００１４】
インバータ１０２は、高圧主機バッテリ２０１の直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。
【００１５】
補機１０３は、低圧補機バッテリ２０２の直流電力を使用して動作する電子機器であり、図示しないが、ＥＣＵ、ヘッドライト等の総称である。
【００１６】
図１は、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の内部構成ブロック図である。
【００１７】
絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００は、高圧主機バッテリ２０１と低圧補機バッテリ２０２間の電力変換装置である。
【００１８】
高圧主機バッテリ２０１は、リチウムイオンバッテリ等を複数接続して構成される高電圧バッテリである。低圧補機バッテリ２０２は、鉛電池等の低電圧バッテリである。
【００１９】
フルブリッジ回路２０３は、４つのスイッチング素子を用いて電力変換する回路であり、スイッチング素子Ｈ１ないしＨ４を有し、直列に接続されたスイッチング素子Ｈ１とスイッチング素子Ｈ２でアームを構成し、同様に直列に接続されたスイッチング素子Ｈ３とスイッチング素子Ｈ４で構成したアームが並列接続された構成とする。スイッチング素子Ｈ１ないしＨ４は、半導体スイッチであり、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。
【００２０】
容量成分Ｈ１ＣないしＨ４Ｃは、等価回路的には、スイッチング素子Ｈ１ないしＨ４に並列接続されて見える容量成分であり、スイッチング素子の寄生容量、及び並列接続されたキャパシタから構成される。
【００２１】
共振インダクタ２０４は、フルブリッジ回路２０３に循環電流を流す為のインダクタンス成分である。共振インダクタ２０４は、変圧器２０５の漏れインダクタンス、及び共振コイルのインダクタンス成分を加えたもの、或いは、変圧器２０５の漏れインダクタンスのみでも良い。共振インダクタ２０４は、スイッチング素子Ｈ１とスイッチング素子Ｈ２の接続点と、変圧器２０５の間に実装される。
【００２２】
共振インダクタ２０４は、高圧主機バッテリ２０１が変圧器２０５を励磁する際の励磁電流をエネルギーとして蓄える。
【００２３】
図３で後述する循環電流は、共振インダクタ２０４が流す電流であり、フルブリッジ回路２０３内のスイッチング素子Ｈ１ないしＨ４が切り替わる際、即ち高圧主機バッテリ２０１が変圧器２０５を励磁していない時に流れる。
【００２４】
変圧器２０５は、１次巻線、２次巻線、コアを有し、１次巻線と２次巻線の巻数比に応じて電力変換する。１次巻線はフルブリッジ回路２０３と接続され、２次巻線は２次側整流回路２０６と接続される。
【００２５】
２次側整流回路２０６は、変圧器２０５の２次巻線と接続され、変圧器２０５が出力した電力を整流し、低圧補機バッテリ２０２へ出力する。図示しないが、チョークコイル、スイッチング素子、ダイオード等を有する。
【００２６】
制御信号生成部２０７は、２次側整流回路２０６の出力部電圧、同出力電流等を入力とし、スイッチング素子Ｈ１ないしＨ４のスイッチングタイミングを演算、夫々の制御信号を出力する。タイミング演算、信号生成は、ＤＳＰ或いはマイコン等が用いられる。
【００２７】
図３は、ＺＶＳ成功時の絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の１次側回路動作を示す。ＺＶＳとは、スイッチング素子Ｈ１ないしＨ４の両端電圧がほぼ０［Ｖ］の状態でスイッチングすることで損失をほぼ０［Ｗ］にする技術である。スイッチング素子の損失は、スイッチング素子の両端電圧とスイッチング素子を流れる電流の積によって求められ、スイッチング素子の両端電圧をほぼ０［Ｖ］にすることでＺＶＳが成立する。
【００２８】
図３（ａ）は、スイッチング素子Ｈ１ないしＨ４のスイッチングタイミングを示す。但し、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の全動作を示しているわけではない。
【００２９】
制御信号Ｈ１ｇａｔｅは、スイッチング素子Ｈ１の制御信号であり、制御信号生成部２０７が出力する信号である。スイッチング素子Ｈ１は、制御信号Ｈ１ｇａｔｅをオンすることで、多少の時差を伴ってオン状態へ移行し、制御信号Ｈ１ｇａｔｅをオフすることで、同様にオフ状態へ移行する。
【００３０】
制御信号Ｈ２ｇａｔｅは、制御信号Ｈ１ｇａｔｅ同様にスイッチング素子Ｈ２の制御信号である。制御信号Ｈ３ｇａｔｅは、制御信号Ｈ１ｇａｔｅ同様にスイッチング素子Ｈ３の制御信号である。制御信号Ｈ４ｇａｔｅは、制御信号Ｈ１ｇａｔｅ同様にスイッチング素子Ｈ４の制御信号である。
【００３１】
図３（ａ）の期間(1)は、スイッチング素子Ｈ１とスイッチング素子Ｈ３がオン状態であり、スイッチング素子Ｈ２とスイッチング素子Ｈ４がオフ状態である。
【００３２】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の期間(1)における絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の１次側回路動作を示す。
【００３３】
循環電流３０２ｂは、共振インダクタ２０４が流す電流であり、電流パスは図３（ｂ）内の太線矢印で示され、変圧器２０５、スイッチング素子Ｈ３、スイッチング素子Ｈ１を経由して共振インダクタ２０４へ戻る。
【００３４】
図３（ａ）の期間(2)は、図３（ａ）の期間(1)の状態からスイッチング素子Ｈ１がオフした状態であり、スイッチング素子Ｈ１、スイッチング素子Ｈ２、スイッチング素子Ｈ４がオフ状態、スイッチング素子Ｈ３がオン状態である。
【００３５】
図３（ｃ）は、図３（ａ）の期間(2)における絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の１次側回路動作を示す。
【００３６】
循環電流３０２ｃは、循環電流３０２ｂの電流パスが変わったものであり、図３（ｃ）内の太線矢印で示す。
【００３７】
循環電流３０２ｃは、変圧器２０５、スイッチング素子Ｈ３を流れるところまでは循環電流３０２ｂと同様であるが、スイッチング素子Ｈ１がオフ状態である為、スイッチング素子Ｈ１を流れることができず、高圧主機バッテリ２０１、スイッチング素子Ｈ２のボディダイオードを経由して共振インダクタ２０４へ戻る。
【００３８】
容量成分Ｈ１Ｃは、スイッチング素子Ｈ１がオフ状態になる為、両端に電圧が生じ、循環電流３０２ｃにより充電される。
【００３９】
容量成分Ｈ２Ｃは、スイッチング素子Ｈ１がオフ状態になる為、両端電圧が減少し、放電される。放電完了後、スイッチング素子Ｈ２のボディダイオードが導通し、循環電流３０２ｃが流れる。
【００４０】
循環電流３０２ｃは、容量成分Ｈ１Ｃの充電、及び配線経路の損失等により徐々に減少する。
【００４１】
図３（ａ）の期間(3)は、図３（ａ）の期間(2)の状態からスイッチング素子Ｈ２がオンした状態であり、スイッチング素子Ｈ２、スイッチング素子Ｈ３がオン状態、スイッチング素子Ｈ１、スイッチング素子Ｈ４がオフ状態である。
【００４２】
スイッチング素子Ｈ２の両端電圧は、図３（ａ）の期間(2)において容量成分Ｈ２Ｃが放電された状態、すなわちスイッチング素子Ｈ２のボディダイオードが導通し、循環電流３０２ｃが流れている状態ではスイッチング素子Ｈ２のボディダイオードの電圧降下分だけであり、ほぼ０［Ｖ］とみなすことが出来る。
【００４３】
スイッチング素子Ｈ２におけるＺＶＳは、スイッチング素子Ｈ２の両端電圧がほぼ０［Ｖ］の時にオンすることで成立する。
【００４４】
図４は、比較例としてＺＶＳ失敗時の絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の１次側回路動作を示す。
【００４５】
循環電流３０２ｃは、前述の通り、スイッチング素子Ｈ２におけるＺＶＳ成立時の循環電流であり、図４内の点線矢印で示す。循環電流３０２ｃは、徐々に減少し、いずれ流れなくなる。
【００４６】
共振インダクタ２０４は、循環電流３０２ｃが流れなくなることで、逆電圧がかかる。循環電流４０１は、共振インダクタ２０４に逆電圧がかかった際の循環電流の電流パスであり、図４内の太線矢印で示す。
【００４７】
容量成分Ｈ１Ｃは、循環電流４０１の電流パスを確保する為に放電される。容量成分Ｈ２Ｃは、両端に電圧が生じ、充電される。
【００４８】
スイッチング素子Ｈ２におけるＺＶＳは、容量成分Ｈ２Ｃが充電された状態、スイッチング素子の両端電圧が０［Ｖ］でない状態でオンすることで不成立となる。
【００４９】
ＺＶＳを成立させる為には、循環電流３０２ｃが流れている状態でスイッチング素子Ｈ２をオンさせる必要があり、図３（ａ）の期間(2)、すなわちスイッチング素子Ｈ１がオフしてからスイッチング素子Ｈ２がオンするまでの時間を調節すればよい。
【００５０】
図３（ａ）の期間(2)は、デッドタイムと呼ばれる。デッドタイムは、高圧主機バッテリ２０１のＰ／Ｎ短絡を防ぐ為、すなわちスイッチング素子Ｈ１とスイッチング素子Ｈ２の同時オンを防ぐ為に設ける期間である。
【００５１】
デッドタイムは、回路の安全を考慮すると、Ｐ／Ｎ短絡を避ける為に、長く設定するべきである。一方、デッドタイムは、低損失な回路を考慮すると、ＺＶＳを成立させる必要があり、循環電流３０２ｃが流れている状態でスイッチング素子Ｈ２をオンする必要がある為、短く設定するべきである。
【００５２】
本実施形態は、
ＺＶＳが成立するデッドタイムの範囲を考慮し、その範囲内で可能な限り長いデッドタイムを設定する手段を提案するものである。
【００５３】
図５は、図３（ａ）の期間(1)、(2)、及び(3)における回路動作を示す。図５は、横軸を時間とし、スイッチング素子Ｈ１、スイッチング素子Ｈ２の変化点を時間ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６で示し、共振インダクタ２０４の変化点をｔａ、ｔｂ、ｔｃで示す。
【００５４】
図５の中で、左上の回路動作図はスイッチング素子Ｈ１の動作を示す。
【００５５】
時間ｔ０は、スイッチング素子Ｈ１の制御信号Ｈ１ｇａｔｅのオフ指令が制御信号生成部２０７から出力された時間である。
【００５６】
スイッチング素子Ｈ１は、時間ｔ０において制御信号Ｈ１ｇａｔｅを受信する。厳密には制御信号Ｈ１ｇａｔｅが制御信号生成部２０７から出力されてからスイッチング素子Ｈ１に伝わるまでの時差があるが、極わずかである為、ここでは無視してよい。
【００５７】
ゲート信号Ｈ１Ｖｇｓは、制御信号Ｈ１ｇａｔｅを受信後、電圧降下を開始する。
【００５８】
時間ｔ１は、ゲート信号Ｈ１Ｖｇｓがプラトー電圧まで降下した時間である。
【００５９】
循環電流は、時間ｔ１においてはスイッチング素子Ｈ１がまだオフしていない為、循環電流３０２ｂの経路で流れている。
【００６０】
時間ｔ０から時間ｔ１までの経過時間を期間ｔ０１と表示し、同様の方式で時間ｔ１から時間ｔ２までの経過時間も期間ｔ１２と表示する。
【００６１】
期間ｔ０１は、（式１）で表すことが出来る。
【００６２】
【数１】
0006731076.tif 000002
【００６３】
Ｒｇは、配線パターン等の寄生抵抗成分である。Ｒｇ＿ａｐｐ＿offは、図示していないが、回路上に挿入したゲート抵抗の抵抗値である。ゲート抵抗は、スイッチオフ時とオン時で異なる定数を用いても良い。
【００６４】
Ｃｉｓｓ＠Ｖｄｓ＝０は、印加電圧０Ｖ時のスイッチング素子の入力容量であり、スイッチング素子に依存する容量である。
【００６５】
Ｖｇｓ＿ａｐｐは、スイッチング素子のゲート端子に印加する電圧を示す。Ｖｇｐは、プラトー電圧であり、スイッチング素子に依存する。
【００６６】
時間ｔ２は、ミラー容量の放電が終了した時間であり、ここからスイッチング素子Ｈ１のオフが開始される。
【００６７】
期間ｔ１２は、（式２）で表すことが出来る。
【００６８】
【数２】
0006731076.tif 000003
【００６９】
ゲート信号Ｈ１Ｖｇｓは、期間ｔ１２中はプラトー電圧を保ち続け、時間ｔ２から減少を開始する。
【００７０】
ドレイン電流Ｈ１Ｉｄｓは、スイッチング素子Ｈ１のドレインとソースとの間を流れる電流であり、時間ｔ２から減少を開始する。
【００７１】
時間ｔ３は、スイッチング素子Ｈ１が実質的にオフ状態になる時間である。
【００７２】
期間ｔ２３は、（式３）であらわすことが出来る。
【００７３】
【数３】
0006731076.tif 000004
【００７４】
Ｖｔｋは、スイッチング素子のスレッショルド電圧を示す。
【００７５】
ゲート信号Ｈ１Ｖｇｓは、期間ｔ２３中は減少を続け、時間ｔ３においてスレッショルド電圧となり、その後も減少を続ける。
【００７６】
ドレイン電流Ｈ１Ｉｄｓは、時間ｔ２から減少を開始し、時間ｔ３においてほぼ０［Ａ］となる。スイッチング素子Ｈ１は、ドレイン電流Ｈ１Ｉｄｓが０［Ａ］となる時間ｔ３においてオフ状態となる。
【００７７】
図５の中で、右上の回路動作図はスイッチング素子Ｈ２の動作を示す。
【００７８】
時間ｔ４は、スイッチング素子Ｈ２の制御信号Ｈ２ｇａｔｅのオン指令が制御信号生成部２０７から出力された時間である。
【００７９】
スイッチング素子Ｈ２は、時間ｔ４において制御信号Ｈ２ｇａｔｅを受信する。厳密には制御信号Ｈ２ｇａｔｅが制御信号生成部２０７から出力されてからスイッチング素子Ｈ２に伝わるまでの時差があるが、極わずかである為、ここでは無視してよい。ゲート信号Ｈ２Ｖｇｓは、制御信号Ｈ２ｇａｔｅを受信後、電圧上昇を開始する。
【００８０】
時間ｔ５は、ゲート信号Ｈ２Ｖｇｓがスレッショルド電圧まで上昇した時間である。
【００８１】
スイッチング素子Ｈ２は、時間ｔ５においてオンを開始する。ドレイン電流Ｈ２Ｉｄｓは、時間ｔ５において上昇を開始する。
【００８２】
期間ｔ４５は、（式４）で表すことが出来る。
【００８３】
【数４】
0006731076.tif 000005
【００８４】
Ｒｇ＿ａｐｐ＿ｏｎは、図示していないが、回路上に挿入したゲート抵抗の抵抗値を示す。
【００８５】
時間ｔ６は、ゲート信号Ｈ２Ｖｇｓがプラトー電圧まで上昇した時間である。スイッチング素子Ｈ２は、時間ｔ６において実質的にオン状態となる。
【００８６】
期間ｔ５６は、（式５）で表すことが出来る。
【００８７】
【数５】
0006731076.tif 000006
【００８８】
図５の中で、下の回路動作図は共振インダクタ２０４と容量成分Ｈ２＿Ｃの動作を示す。
【００８９】
電圧ＶＨ２Ｃは、容量成分Ｈ２Ｃの両端電圧を示す。
【００９０】
図１に示される容量成分Ｈ２Ｃは、時間ｔ３においてスイッチング素子Ｈ１がオフ状態となる為、放電が開始され、両端電圧は減少する。
【００９１】
図１に示される容量成分Ｈ１Ｃは、時間ｔ３においてスイッチング素子Ｈ１がオフ状態となる為、両端電圧が生じ、循環電流により充電が開始される。
【００９２】
循環電流ＩＬｒは、共振インダクタ２０４を流れる電流、すなわち循環電流を示し、時間ｔ３において、容量成分Ｈ１Ｃを充電する為に、緩やかに減少を開始する。
【００９３】
時間ｔａは、容量成分Ｈ１Ｃの充電、及び容量成分Ｈ２Ｃの放電が完了する時間を示す。
【００９４】
電圧ＶＨ２Ｃは、容量成分Ｈ２Ｃの放電が完了する為、ほぼ０［Ｖ］となる。
【００９５】
期間ｔ３ａは、時間ｔ３において容量成分Ｈ２Ｃの放電、及び容量成分Ｈ１Ｃの充電が開始されてから、時間ｔａにおいて容量成分Ｈ２Ｃの放電、及び容量成分Ｈ１Ｃの充電が完了されるまでの経過時間であり、（式６）で表すことが出来る。
【００９６】
【数６】
0006731076.tif 000007
【００９７】
Ｃは、容量成分Ｈ２Ｃ及び容量成分Ｈ１Ｃの容量である。ここでは容量成分Ｈ２Ｃと容量成分Ｈ１Ｃの容量は同容量として扱うが、異なっても良い。
【００９８】
Ｖｉｎは、高圧主機バッテリ２０１の電圧値であり、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の入力電圧である。
【００９９】
ＩＬｒ（０）は、循環電流の初期値であり、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の出力電流に依存する。
【０１００】
時間ｔｂは、循環電流ＩＬｒの反転が完了する時間を示す。循環電流ＩＬｒは、時間ｔａから入力電圧Ｖｉｎと共振インダクタ２０４のインダクタンスの関数で減少し、期間ｔａｂの中心で反転を開始し、時間ｔｂにおいて反転が完了する。
【０１０１】
電圧ＶＨ２Ｃは、放電が完了した時間ｔａから時間ｔｂまでほぼ０［Ｖ］とみなすことが出来る。
【０１０２】
期間ｔａｂは、時間ｔａにおいて容量成分Ｈ１Ｃの充電、容量成分Ｈ２Ｃの放電が完了してから、時間ｔｂにおいて循環電流ＩＬｒの反転が完了するまでの経過時間であり、（式７）で表すことが出来る。
【０１０３】
【数７】
0006731076.tif 000008
【０１０４】
Ｌｒは、共振インダクタ２０４のインダクタンスである。時間ｔｃは、容量成分Ｈ１Ｃの放電、容量成分Ｈ２Ｃの充電が完了する時間を示す。
【０１０５】
容量成分Ｈ１Ｃは、時間ｔｂにおいて循環電流ＩＬｒの反転が完了した後、放電を開始し、時間ｔｃにおいて放電が完了する。
【０１０６】
容量成分Ｈ２Ｃは、時間ｔｂにおいて循環電流ＩＬｒの反転が完了した後、充電を開始し、時間ｔｃにおいて充電が完了する。
【０１０７】
期間ｔｂｃは、時間ｔｂにおいて循環電流ＩＬｒの反転が完了してから、時間ｔｃにおいて容量成分Ｈ１Ｃの放電、及び容量成分Ｈ２Ｃの充電が完了するまでの経過時間を示す。
【０１０８】
スイッチング素子Ｈ２におけるＺＶＳは、スイッチング素子Ｈ２の両端電圧がほぼ０［Ｖ］、即ち、容量成分Ｈ２Ｃの両端電圧が０［Ｖ］であれば成立する。
【０１０９】
容量成分Ｈ２Ｃの両端電圧は、時間ｔａでほぼ０［Ｖ］となり、時間ｔｂから再度上昇を開始する。即ち、期間ｔａｂにおいてほぼ０［Ｖ］である。
【０１１０】
スイッチング素子Ｈ２におけるＺＶＳは、期間ｔａｂ内にスイッチング素子Ｈ２が実質的にオン状態となればよい為、時間ｔ６が期間ｔａｂ内にあれば成立し、即ち、（式８）を満たせばよい。
【０１１１】
【数８】
0006731076.tif 000009
【０１１２】
期間ｔ０ａは、期間ｔ０１、期間ｔ１２、期間ｔ２３、期間ｔ３ａの合計であり、（式９）で表すことが出来る。
【０１１３】
【数９】
0006731076.tif 000010
【０１１４】
期間ｔ０６は、期間ｔ０４、期間ｔ４５、期間ｔ５６の合計であり、（式１０）で表すことが出来る。
【０１１５】
【数１０】
0006731076.tif 000011
【０１１６】
期間ｔ０ｂは、期間ｔ０ａ、期間ｔａｂの合計であり、（式１１）で表すことが出来る。
【０１１７】
【数１１】
0006731076.tif 000012
【０１１８】
期間ｔ０４は、スイッチング素子Ｈ１の制御信号Ｈ１ｇａｔｅのオフ指令が制御信号生成部２０７から出力されてから、スイッチング素子Ｈ２の制御信号Ｈ２ｇａｔｅのオン指令が制御信号生成部２０７から出力されるまでの経過時間であり、図３（ａ）の期間(2)で示され、デッドタイムと呼ばれる。
【０１１９】
最適なデッドタイムｔ０４は、（式９）、（式１０）、（式１１）を用いて、（式８）を満足する時間ｔ４を設定することで求めることが出来る。
【０１２０】
図６は、本実施形態における効果を示すグラフである。図６は、縦軸にスイッチング素子のターンオン時の損失［Ｗ］を示し、横軸に絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の負荷電流［Ａ］を示す。
【０１２１】
損失カーブ６０１は、比較例としてデッドタイムを２００［ｎｓ］に設定した時の損失を示す。損失カーブ６０２は、本実施形態に従ってデッドタイムを１５０［ｎｓ］に設定した時の損失を示す。
【０１２２】
損失カーブ６０２は、図示する全負荷領域に渡って、損失カーブ６０１よりも損失が少ないことを示す。損失カーブ６０２は、図示しない軽負荷領域では損失が大きくなることが予想されるが、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ２００の出力仕様として、中負荷（およそ１００［Ａ］）から重負荷（２００［Ａ］以上）で最も損失が少なくなる様に最適化した結果であり、軽負荷領域を低損失に最適化することも可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１００…車両、１０１…主機モータ、１０２…インバータ、１０３…補機、２００…絶縁型ＤＣＤＣコンバータ、２０１…高圧主機バッテリ、２０２…低圧補機バッテリ、２０３…フルブリッジ回路、２０４…共振インダクタ、２０５…変圧器、２０６…２次側整流回路、２０７…制御信号生成部、３０２ｂ…循環電流、３０２ｃ…循環電流、４０１…循環電流、６０１…損失カーブ、６０２…損失カーブ、Ｈ１…スイッチング素子、Ｈ２…スイッチング素子、Ｈ３…スイッチング素子、Ｈ４…スイッチング素子、Ｈ１Ｃ…容量成分、Ｈ２Ｃ…容量成分、Ｈ３Ｃ…容量成分、Ｈ４Ｃ…容量成分、Ｈ１ｇａｔｅ…制御信号、Ｈ２ｇａｔｅ…制御信号、Ｈ１Ｉｄｓ…ドレイン電流、Ｈ２Ｉｄｓ…ドレイン電流、Ｈ３ｇａｔｅ…制御信号、Ｈ４ｇａｔｅ…制御信号、Ｈ１Ｖｇｓ…ゲート信号、Ｈ２Ｖｇｓ…ゲート信号、ＩＬｒ…循環電流
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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