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JP6183517B1 - Buck-boost converter, computer program, and control method for buck-boost converter - Google Patents

Buck-boost converter, computer program, and control method for buck-boost converter Download PDF

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JP6183517B1 JP2016162768A JP2016162768A JP6183517B1 JP 6183517 B1 JP6183517 B1 JP 6183517B1 JP 2016162768 A JP2016162768 A JP 2016162768A JP 2016162768 A JP2016162768 A JP 2016162768A JP 6183517 B1 JP6183517 B1 JP 6183517B1
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Abstract

【課題】昇圧変換の場合にもスイッチング損失を低減することができる昇降圧変換装置、コンピュータプログラム及び昇降圧変換装置の制御方法を提供する。【解決手段】制御部は、昇圧変換時に、第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、第1モードの後に第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして第1インダクタ、第2インダクタ及びキャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、第2モードで第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が所定の電圧閾値以下になった場合、第1低圧側スイッチングデバイスをオンして第1モードへ移行させる。【選択図】図1A buck-boost converter, a computer program, and a control method for the buck-boost converter that can reduce switching loss even in boost conversion. A control unit turns on a first low-voltage side switching device during a boost conversion to operate in a first mode in which a current flows through a second inductor, and turns off the first low-voltage side switching device after the first mode. When the first inductor, the second inductor, and the capacitor are operated in the second mode in which the resonance current flows, and the voltage of the first low-voltage side switching device becomes a predetermined voltage threshold value or less in the second mode, the first low-voltage side switching The device is turned on to shift to the first mode. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、昇降圧変換装置、該昇降圧変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及び前記昇降圧変換装置の制御方法に関する。   The present invention relates to a step-up / down converter, a computer program for controlling the step-up / down converter, and a method for controlling the step-up / down converter.

近年、自動車への48Vシステムへの搭載が検討されている。48Vシステムは、小容量のバッテリ、DC/DCコンバータ、モータ/オルタネータ等で構成され、減速エネルギーによりオルタネータで発電し、加速時にはバッテリ電力でモータがエンジンアシストすることで、燃費向上が可能なシステムである。   In recent years, mounting on a 48V system in an automobile has been studied. The 48V system consists of a small-capacity battery, DC / DC converter, motor / alternator, etc., and generates electricity with the alternator using deceleration energy. The motor assists the engine with the battery power during acceleration, which can improve fuel efficiency. is there.

このため、車両には、48Vと従来の12Vとの間で直流電圧を変換するDC/DCコンバータが搭載されている。また、近年では、機器の小型化要求が高く、受動素子の小型化のためDC/DCコンバータの駆動周波数が高くなってきている。しかし、駆動周波数を高くすると、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はFETなどのスイッチングデバイスのスイッチング損失が大きくなる。そこで、スイッチング損失を低減すべくゼロ電圧でスイッチングを行う降圧型コンバータが開示されている(特許文献1参照)。   For this reason, the vehicle is equipped with a DC / DC converter that converts a DC voltage between 48V and the conventional 12V. In recent years, there is a high demand for miniaturization of devices, and the driving frequency of DC / DC converters is increasing due to miniaturization of passive elements. However, when the drive frequency is increased, the switching loss of a switching device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or FET increases. Therefore, a step-down converter that performs switching at zero voltage to reduce switching loss is disclosed (see Patent Document 1).

特開2002−262552号公報JP 2002-262552 A

しかし、特許文献1のような従来のDC/DCコンバータでは、降圧変換を行う場合には、ゼロ電圧でスイッチングを行ってスイッチング損失を低減することができるが、昇圧変換を行う場合については考慮されていない。   However, in the conventional DC / DC converter as in Patent Document 1, when performing step-down conversion, switching at zero voltage can be performed to reduce switching loss, but the case of performing step-up conversion is considered. Not.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、昇圧変換の場合にもスイッチング損失を低減することができる昇降圧変換装置、該昇降圧変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及び前記昇降圧変換装置の制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a step-up / down conversion device that can reduce switching loss even in the case of step-up conversion, a computer program for controlling the step-up / down conversion device, and the step-up / down conversion device. It aims at providing the control method of a pressure converter.

本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタと、前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで動作させる制御部とを備える昇降圧変換装置であって、降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力し、前記制御部は、昇圧変換時に、前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が所定の電圧閾値以下になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる。   A step-up / down converter according to an embodiment of the present invention includes a high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series via a first inductor, the first inductor and the first low-voltage side switching device. A second inductor having one end connected to the connection point; a capacitor connected in parallel to the first low-voltage side switching device; and a predetermined operation mode by turning on / off the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device. A step-up / down converter including a control unit that is operated at a step of outputting a current through the second inductor at the time of step-down conversion, and the control unit turns on the first low-voltage side switching device at the time of step-up conversion. The first inductor is operated in a first mode in which a current is passed through the second inductor, and the first low voltage is applied after the operation in the first mode The second switching device is turned off to operate in a second mode in which a resonance current is flown by the first inductor, the second inductor, and the capacitor, and the voltage of the first low-voltage switching device is a predetermined voltage threshold value in the second mode. When it becomes below, this 1st low voltage | pressure side switching device is turned ON, and it transfers to the said 1st mode.

本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタとを備える昇降圧変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力させ、コンピュータを、前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで動作させる制御部として機能させ、該制御部は、昇圧変換時に、前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が0になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる処理を実行する。   A computer program according to an embodiment of the present invention includes a high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series via a first inductor to the computer, the first inductor and the first low-voltage side switching. A computer program for controlling a step-up / down converter comprising a second inductor having one end connected to a connection point of a device and a capacitor connected in parallel to the first low-voltage side switching device. Sometimes outputting a current through the second inductor, causing the computer to function as a controller that turns on and off the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device to operate in a predetermined operation mode, During the boost conversion, the first low pressure side switch The device is turned on to operate in a first mode in which current flows through the second inductor, and after the operation in the first mode, the first low-voltage side switching device is turned off to turn the first inductor, the second inductor, and the When operating in a second mode in which a resonant current is passed by a capacitor, and the voltage of the first low-voltage side switching device becomes 0 in the second mode, the first low-voltage side switching device is turned on to enter the first mode. Execute the migration process.

本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置の制御方法は、第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタとを備える昇降圧変換装置の制御方法であって、降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力し、前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで制御部が動作させ、該制御部は、昇圧変換時に、前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が0になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる。   A method for controlling a step-up / down converter according to an embodiment of the present invention includes a high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series via a first inductor, the first inductor, and the first low-voltage converter. A step-up / down converter apparatus control method comprising: a second inductor having one end connected to a connection point of a side switching device; and a capacitor connected in parallel to the first low-voltage side switching device. Through which the control unit operates in a predetermined operation mode by turning on / off the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device, and the control unit performs the first low-voltage side switching during boost conversion. The device is turned on to operate in a first mode in which current flows through the second inductor, and the operation in the first mode is performed. Later, the first low-voltage switching device is turned off to operate in a second mode in which a resonance current is flown by the first inductor, the second inductor, and the capacitor. In the second mode, the voltage of the first low-voltage switching device is When becomes 0, the first low-voltage side switching device is turned on to shift to the first mode.

本発明によれば、昇圧変換の場合にもスイッチング損失を低減することができる。   According to the present invention, switching loss can be reduced even in the case of step-up conversion.

本実施の形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the circuit structure of the buck-boost converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U1の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of state U1 of the pressure | voltage rise operation | movement of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U2の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of state U2 of the pressure | voltage rise operation | movement of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U3の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state U3 of the pressure | voltage rise operation | movement of the buck-boost converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U4の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of state U4 of the pressure | voltage rise operation | movement of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U5の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state U5 of the pressure | voltage rise operation of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U6の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state U6 of the pressure | voltage rise operation of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作時の各部の波形の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the waveform of each part at the time of the pressure | voltage rise operation of the buck-boost converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の回路構成の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the circuit structure of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の軽負荷時の昇圧動作の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the pressure | voltage rise operation | movement at the time of the light load of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作の状態D1の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of state D1 of the pressure | voltage fall operation | movement of the buck-boost converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作の状態D2の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of state D2 of the pressure | voltage fall operation | movement of the buck-boost converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作の状態D3の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the state D3 of the pressure | voltage fall operation | movement of the buck-boost converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作の状態D4の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of state D4 of the pressure | voltage fall operation | movement of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の処理手順の第1例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st example of the process sequence of the pressure | voltage rise operation | movement of the step-up / step-down converter of this Embodiment. 本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の処理手順の第2例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd example of the process sequence of the pressure | voltage rise operation of the buck-boost converter of this Embodiment.

[本願発明の実施形態の説明]
本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタと、前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで動作させる制御部とを備える昇降圧変換装置であって、降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力し、前記制御部は、昇圧変換時に、前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が所定の電圧閾値以下になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる。
[Description of Embodiment of Present Invention]
A step-up / down converter according to an embodiment of the present invention includes a high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series via a first inductor, the first inductor and the first low-voltage side switching device. A second inductor having one end connected to the connection point; a capacitor connected in parallel to the first low-voltage side switching device; and a predetermined operation mode by turning on / off the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device. A step-up / down converter including a control unit that is operated at a step of outputting a current through the second inductor at the time of step-down conversion, and the control unit turns on the first low-voltage side switching device at the time of step-up conversion. The first inductor is operated in a first mode in which a current is passed through the second inductor, and the first low voltage is applied after the operation in the first mode. The second switching device is turned off to operate in a second mode in which a resonance current is flown by the first inductor, the second inductor, and the capacitor, and the voltage of the first low-voltage switching device is a predetermined voltage threshold value in the second mode. When it becomes below, this 1st low voltage | pressure side switching device is turned ON, and it transfers to the said 1st mode.

本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタとを備える昇降圧変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力させ、コンピュータを、前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで動作させる制御部として機能させ、該制御部は、昇圧変換時に、前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が0になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる処理を実行する。   A computer program according to an embodiment of the present invention includes a high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series via a first inductor to the computer, the first inductor and the first low-voltage side switching. A computer program for controlling a step-up / down converter comprising a second inductor having one end connected to a connection point of a device and a capacitor connected in parallel to the first low-voltage side switching device. Sometimes outputting a current through the second inductor, causing the computer to function as a controller that turns on and off the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device to operate in a predetermined operation mode, During the boost conversion, the first low pressure side switch The device is turned on to operate in a first mode in which current flows through the second inductor, and after the operation in the first mode, the first low-voltage side switching device is turned off to turn the first inductor, the second inductor, and the When operating in a second mode in which a resonant current is passed by a capacitor, and the voltage of the first low-voltage side switching device becomes 0 in the second mode, the first low-voltage side switching device is turned on to enter the first mode. Execute the migration process.

本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置の制御方法は、第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタとを備える昇降圧変換装置の制御方法であって、降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力し、前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで制御部が動作させ、該制御部は、昇圧変換時に、前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が0になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる。   A method for controlling a step-up / down converter according to an embodiment of the present invention includes a high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series via a first inductor, the first inductor, and the first low-voltage converter. A step-up / down converter apparatus control method comprising: a second inductor having one end connected to a connection point of a side switching device; and a capacitor connected in parallel to the first low-voltage side switching device. Through which the control unit operates in a predetermined operation mode by turning on / off the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device, and the control unit performs the first low-voltage side switching during boost conversion. The device is turned on to operate in a first mode in which current flows through the second inductor, and the operation in the first mode is performed. Later, the first low-voltage switching device is turned off to operate in a second mode in which a resonance current is flown by the first inductor, the second inductor, and the capacitor. In the second mode, the voltage of the first low-voltage switching device is When becomes 0, the first low-voltage side switching device is turned on to shift to the first mode.

制御部は、昇圧変換時に、第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させる。第1低圧側スイッチングデバイスをオンにすることにより、第2インダクタにエネルギーが蓄積される。   The control unit turns on the first low-voltage side switching device and operates in the first mode in which current flows through the second inductor during boost conversion. By turning on the first low-voltage side switching device, energy is stored in the second inductor.

制御部は、第1モードでの動作後に第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして第1インダクタ、第2インダクタ及びキャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させる。第1低圧側スイッチングデバイスをオフにすることにより、第1低圧側スイッチングデバイスを流れていた電流は、第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続されたキャパシタを通じて流れるようになり、まず、キャパシタと第2インダクタとの共振電流が流れる。そして、キャパシタの電圧が上昇すると、第1インダクタ、第2インダクタ及びキャパシタによる共振電流が流れる。   The control unit turns off the first low-voltage side switching device after the operation in the first mode, and operates in the second mode in which the resonance current from the first inductor, the second inductor, and the capacitor flows. By turning off the first low-voltage side switching device, the current flowing through the first low-voltage side switching device flows through a capacitor connected in parallel to the first low-voltage side switching device. 2 Resonant current with the inductor flows. And when the voltage of a capacitor rises, the resonant current by a 1st inductor, a 2nd inductor, and a capacitor flows.

制御部は、第2モードで第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が所定の電圧閾値以下になった場合、第1低圧側スイッチングデバイスをオンして第1モードへ移行させる。前述の第2モードで動作中、共振によりキャパシタの電圧、すなわち第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が上昇した後に下降する。電圧閾値は、例えば、0V又は0V付近の電圧とすることができる。例えば、第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が0Vになった場合に、第1低圧側スイッチングデバイスをオンするので、第1低圧側スイッチングデバイスがオンしたときの電圧×電流で表されるスイッチング損失を低減することができる。   When the voltage of the first low-voltage side switching device becomes equal to or lower than a predetermined voltage threshold in the second mode, the control unit turns on the first low-voltage side switching device and shifts to the first mode. During operation in the aforementioned second mode, the voltage of the capacitor, that is, the voltage of the first low-voltage side switching device rises due to resonance and then drops. The voltage threshold can be set to, for example, 0V or a voltage near 0V. For example, since the first low voltage side switching device is turned on when the voltage of the first low voltage side switching device becomes 0 V, the switching loss represented by the voltage x current when the first low voltage side switching device is turned on is Can be reduced.

本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、前記制御部は、前記第2モードにて、前記高圧側スイッチングデバイスがオフの状態で、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す。   In the step-up / down converter according to the embodiment of the present invention, the control unit causes a resonance current to flow through the second inductor and the capacitor in the second mode in a state where the high-voltage side switching device is off.

本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、前記制御部は、前記第2モードにて、前記第1低圧側スイッチングデバイスがオフの状態で、該第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続されたダイオードを介して前記共振電流を流す。   In the step-up / down converter according to the embodiment of the present invention, the control unit is connected in parallel to the first low-voltage side switching device in the second mode when the first low-voltage side switching device is off. The resonance current is passed through the diode.

本発明の実施の形態に係る昇降圧変換装置は、前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧を検出する電圧検出部を備え、前記制御部は、前記電圧検出部で検出した電圧が前記電圧閾値以下である場合、前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる。   The step-up / down converter according to the embodiment of the present invention includes a voltage detection unit that detects a voltage of the first low-voltage side switching device, and the control unit detects that the voltage detected by the voltage detection unit is equal to or lower than the voltage threshold value. If so, the first low-voltage side switching device is turned on to shift to the first mode.

電圧検出部は、第1低圧側スイッチングデバイスの電圧を検出する。制御部は、電圧検出部で検出した電圧が電圧閾値以下である場合、第1低圧側スイッチングデバイスをオンして第1モードへ移行させる。   A voltage detection part detects the voltage of a 1st low voltage | pressure side switching device. When the voltage detected by the voltage detection unit is equal to or lower than the voltage threshold, the control unit turns on the first low-voltage side switching device to shift to the first mode.

第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が電圧閾値以下になった場合に、第1低圧側スイッチングデバイスをオンするので、第1低圧側スイッチングデバイスがオンしたときの電圧×電流で表されるスイッチング損失を低減することができる。   Since the first low voltage side switching device is turned on when the voltage of the first low voltage side switching device is equal to or lower than the voltage threshold, the switching loss represented by the voltage x current when the first low voltage side switching device is turned on is Can be reduced.

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は本実施の形態の昇降圧変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。本実施の形態の昇降圧変換装置は、高圧側の端子H及びG、低圧側の端子L及びGを備える。端子H及びGには、例えば、リチウムイオン電池などの比較的高い電圧(例えば、12V系のバッテリに比べて高い電圧)のバッテリを接続し、端子L及びGには、例えば、鉛蓄電池などの比較的低い電圧(例えば、12Vなど)のバッテリを接続することができる。なお、以下では、スイッチングデバイスをMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)として説明するが、スイッチングデバイスはMOSFETに限定されるものではなく、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのデバイスであってもよい。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the circuit configuration of the buck-boost converter according to the present embodiment. The step-up / down converter according to the present embodiment includes terminals H and G on the high voltage side and terminals L and G on the low voltage side. The terminals H and G are connected to a battery having a relatively high voltage such as a lithium ion battery (for example, a voltage higher than that of a 12V battery), and the terminals L and G are, for example, a lead storage battery. A battery having a relatively low voltage (for example, 12V) can be connected. In the following description, the switching device is described as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), but the switching device is not limited to a MOSFET, and may be a device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

昇降圧変換装置の端子Hには、高圧側スイッチングデバイス10のドレインを接続してあり、高圧側スイッチングデバイス10のソースには、第1インダクタ1の一端を接続してある。第1インダクタ1の他端には、低圧側スイッチングデバイス20のドレインを接続してあり、低圧側スイッチングデバイス20のソースは端子Gに接続してある。低圧側スイッチングデバイス20のドレイン・ソース間には、キャパシタ3を並列に接続してある。また、第1インダクタ1と低圧側スイッチングデバイス20との接続点には、第2インダクタ2の一端を接続してあり、第2インダクタ2の他端は端子Lに接続してある。端子H及びG間には、キャパシタ4を接続してあり、端子L及びG間には、キャパシタ5を接続してある。   The drain of the high-voltage side switching device 10 is connected to the terminal H of the step-up / down converter, and one end of the first inductor 1 is connected to the source of the high-voltage side switching device 10. The other end of the first inductor 1 is connected to the drain of the low-voltage side switching device 20, and the source of the low-voltage side switching device 20 is connected to the terminal G. A capacitor 3 is connected in parallel between the drain and source of the low-voltage side switching device 20. One end of the second inductor 2 is connected to the connection point between the first inductor 1 and the low voltage side switching device 20, and the other end of the second inductor 2 is connected to the terminal L. A capacitor 4 is connected between the terminals H and G, and a capacitor 5 is connected between the terminals L and G.

制御部50は、高圧側スイッチングデバイス10及び低圧側スイッチングデバイス20のオン・オフを制御する。また、制御部50は、昇降圧変換装置を後述の各動作モードで動作させる。また、制御部50は、低圧側スイッチングデバイス20のドレイン・ソース間の電圧、すなわちキャパシタ3の両端の電圧を検出する電圧検出部としての機能を有する。   The control unit 50 controls on / off of the high-voltage side switching device 10 and the low-voltage side switching device 20. Further, the control unit 50 operates the step-up / down converter in each operation mode described later. Further, the control unit 50 functions as a voltage detection unit that detects the voltage between the drain and the source of the low-voltage side switching device 20, that is, the voltage across the capacitor 3.

すなわち、昇降圧変換装置は、第1インダクタ1を介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス10及び第1低圧側スイッチングデバイス20と、第1インダクタ1及び第1低圧側スイッチングデバイス20の接続点に一端を接続した第2インダクタ2と、第1低圧側スイッチングデバイス20に並列に接続したキャパシタ3と、高圧側スイッチングデバイス10及び第1低圧側スイッチングデバイス20をオン/オフして所定の動作モードで動作させる制御部50とを備える。   In other words, the step-up / down converter includes a connection point between the high-voltage side switching device 10 and the first low-voltage side switching device 20 connected in series via the first inductor 1, and the first inductor 1 and the first low-voltage side switching device 20. The second inductor 2 having one end connected to the capacitor, the capacitor 3 connected in parallel to the first low-voltage side switching device 20, the high-voltage side switching device 10 and the first low-voltage side switching device 20 are turned on / off, and a predetermined operation mode is established. And a control unit 50 to be operated.

次に、本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作(昇圧変換)について説明する。図2は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U1の一例を示す説明図である。状態U1は、第1モードに対応する。図2に示すように、制御部50は、高圧側スイッチングデバイス10をオフにし、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンにして第2インダクタ2に電流を流す第1モードで動作させる。第1低圧側スイッチングデバイス20をオンにすることにより、端子L及びG側から第2インダクタ2、第1低圧側スイッチングデバイス20を介して電流が流れ、第2インダクタ2にエネルギーが蓄積される。   Next, the boosting operation (boost conversion) of the buck-boost converter according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the state U1 of the step-up operation of the step-up / step-down converter according to the present embodiment. The state U1 corresponds to the first mode. As shown in FIG. 2, the control unit 50 operates in the first mode in which the high-voltage side switching device 10 is turned off and the first low-voltage side switching device 20 is turned on to allow current to flow through the second inductor 2. By turning on the first low-voltage switching device 20, current flows from the terminals L and G via the second inductor 2 and the first low-voltage switching device 20, and energy is stored in the second inductor 2.

図3は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U2の一例を示す説明図である。状態U2は、第2モードに対応する。図3に示すように、図2に示す第1モードでの動作後に、制御部50は、第1低圧側スイッチングデバイス20をオフにする。これにより、第2インダクタ2とキャパシタ3との共振による電流が流れる。キャパシタ3の電圧が端子L及びG間の電圧を超えると、第2インダクタ2に流れる電流が減少し始める。   FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of the state U2 of the boosting operation of the step-up / down converter according to the present embodiment. State U2 corresponds to the second mode. As shown in FIG. 3, after the operation in the first mode shown in FIG. 2, the control unit 50 turns off the first low-voltage side switching device 20. As a result, a current due to resonance between the second inductor 2 and the capacitor 3 flows. When the voltage of the capacitor 3 exceeds the voltage between the terminals L and G, the current flowing through the second inductor 2 starts to decrease.

図4は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U3の一例を示す説明図である。状態U3も第2モードに対応する。図3に示す状態で、共振によりキャパシタ3の電圧が上昇し、キャパシタ3の電圧が端子H及びG間の電圧を超えると、図4に示すように、高圧側スイッチングデバイス10を通じて端子H及びG(負荷側)に電流が流れ、第1インダクタ1、第2インダクタ2及びキャパシタ3による共振に移行する。このとき、制御部50は、高圧側スイッチングデバイス10をオンにする。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the state U3 of the step-up operation of the step-up / step-down converter according to the present embodiment. State U3 also corresponds to the second mode. In the state shown in FIG. 3, when the voltage of the capacitor 3 rises due to resonance and the voltage of the capacitor 3 exceeds the voltage between the terminals H and G, the terminals H and G are passed through the high-voltage side switching device 10 as shown in FIG. A current flows through (load side) and shifts to resonance by the first inductor 1, the second inductor 2 and the capacitor 3. At this time, the control unit 50 turns on the high-voltage side switching device 10.

図5は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U4の一例を示す説明図である。状態U4も第2モードに対応する。第1インダクタ1、第2インダクタ2及びキャパシタ3による共振により、キャパシタ3に流れる電流の向きが逆転し、キャパシタ3に蓄えられた電荷が放電するとともに、キャパシタ3の電圧が下がる。この状態では、高圧側スイッチングデバイス10を通じて端子H及びG(負荷側)に電流が流れている。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the state U4 of the step-up operation of the step-up / down converter according to the present embodiment. State U4 also corresponds to the second mode. The resonance of the first inductor 1, the second inductor 2, and the capacitor 3 reverses the direction of the current flowing through the capacitor 3, discharges the electric charge stored in the capacitor 3, and lowers the voltage of the capacitor 3. In this state, current flows to the terminals H and G (load side) through the high-voltage side switching device 10.

図6は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U5の一例を示す説明図である。状態U5も第2モードに対応する。キャパシタ3の電圧が下がり、所定の電圧閾値(例えば、0V付近の値)になると、第1低圧側スイッチングデバイス20のダイオードが逆バイアスの状態から順バイアスの状態となり、当該ダイオードを通じて端子H及びG(負荷側)に電流が流れる。図6に示す状態では、第1低圧側スイッチングデバイス20のドレイン・ソース間の電圧は、所定の電圧閾値以下である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the state U5 of the step-up operation of the step-up / step-down converter according to the present embodiment. State U5 also corresponds to the second mode. When the voltage of the capacitor 3 decreases and reaches a predetermined voltage threshold value (for example, a value near 0 V), the diode of the first low-voltage side switching device 20 changes from the reverse bias state to the forward bias state, and the terminals H and G pass through the diode. Current flows through (load side). In the state shown in FIG. 6, the voltage between the drain and the source of the first low-voltage side switching device 20 is not more than a predetermined voltage threshold.

図7は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の状態U6の一例を示す説明図である。状態U6において、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンする。第1低圧側スイッチングデバイス20のドレイン・ソース間の電圧は、所定の電圧閾値以下であるので、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンしても、第1低圧側スイッチングデバイス20がオンしたときの電圧×電流で表されるスイッチング損失を低減することができる。また、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンすることにより、第2インダクタ2には、端子L及びGから電流が流れ、端子H及びGへ流れる電流は消滅して、第1モード(図2に示す状態U1)に移行する。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the state U6 of the step-up operation of the step-up / step-down converter according to the present embodiment. In the state U6, the first low-voltage side switching device 20 is turned on. Since the voltage between the drain and the source of the first low voltage side switching device 20 is equal to or lower than a predetermined voltage threshold, even when the first low voltage side switching device 20 is turned on, the first low voltage side switching device 20 is turned on. Switching loss expressed by voltage × current can be reduced. Further, by turning on the first low-voltage side switching device 20, current flows from the terminals L and G to the second inductor 2, and the current flowing to the terminals H and G disappears, and the first mode (see FIG. 2). Transition to state U1) shown.

図8は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作時の各部の波形の一例を示す説明図である。図8において横軸は時間を示す。上段の図から順番に、第2インダクタ2の電圧波形及び電流波形、第1低圧側スイッチングデバイス20の電圧波形及び電流波形、キャパシタ3の電圧波形及び電流波形、高圧側スイッチングデバイス10の電圧波形及び電流波形、第1インダクタ1の電圧波形及び電流波形を示す。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of the waveform of each part during the boosting operation of the buck-boost converter according to the present embodiment. In FIG. 8, the horizontal axis indicates time. The voltage waveform and current waveform of the second inductor 2, the voltage waveform and current waveform of the first low voltage side switching device 20, the voltage waveform and current waveform of the capacitor 3, the voltage waveform of the high voltage side switching device 10 and The current waveform, the voltage waveform of the first inductor 1 and the current waveform are shown.

図8に示すように、状態U1では、第2インダクタ2に電流が流れ、第2インダクタ2にエネルギーが蓄積される様子がわかる。   As shown in FIG. 8, it can be seen that in the state U <b> 1, a current flows through the second inductor 2 and energy is stored in the second inductor 2.

状態U2では、第1低圧側スイッチングデバイス20がオンからオフになり、キャパシタ3の電流が増加するとともに、キャパシタ3の電圧は、第2インダクタ2との共振により正弦波状に増加している。   In the state U <b> 2, the first low-voltage side switching device 20 is turned off from on, the current of the capacitor 3 increases, and the voltage of the capacitor 3 increases in a sinusoidal shape due to resonance with the second inductor 2.

状態U3では、高圧側スイッチングデバイス10がオフからオンになり、キャパシタ3の電圧が端子H及びG間の電圧を超え、高圧側スイッチングデバイス10を通じて、第1インダクタ1、第2インダクタ2及びキャパシタ3の共振による正弦波状の電流が端子H及びG間へ流れる。   In the state U3, the high-voltage side switching device 10 is turned on from off, the voltage of the capacitor 3 exceeds the voltage between the terminals H and G, and the first inductor 1, the second inductor 2, and the capacitor 3 are passed through the high-voltage side switching device 10. A sinusoidal current due to resonance flows between the terminals H and G.

状態U4では、キャパシタ3の電圧が増加から減少へ転じ、電圧が0に近づく。   In state U4, the voltage of capacitor 3 turns from increasing to decreasing and the voltage approaches zero.

状態U5では、キャパシタ3の電圧が0になり、第1低圧側スイッチングデバイス20のドレイン・ソース間の電圧も0となる。   In the state U5, the voltage of the capacitor 3 becomes 0, and the voltage between the drain and source of the first low-voltage side switching device 20 also becomes 0.

状態U6では、第1低圧側スイッチングデバイス20がオフからオンになる。このとき、第1低圧側スイッチングデバイス20のドレイン・ソース間の電圧は0Vであるので、第1低圧側スイッチングデバイス20の電流が急激に増加しても、スイッチング損失を低減することができる(図8の符号Aで示す箇所)。状態U6の後は状態U1に移行する。   In the state U6, the first low-voltage switching device 20 is turned on from off. At this time, since the voltage between the drain and the source of the first low-voltage side switching device 20 is 0 V, the switching loss can be reduced even if the current of the first low-voltage side switching device 20 suddenly increases (see FIG. 8 and a portion indicated by a symbol A) After state U6, the state shifts to state U1.

上述のように、制御部50は、第1モードの後に第1低圧側スイッチングデバイス20をオフにして第1インダクタ1、第2インダクタ2及びキャパシタ3による共振電流を流す第2モードで動作させる。第1低圧側スイッチングデバイス20をオフにすることにより、第1低圧側スイッチングデバイス20を流れていた電流は、第1低圧側スイッチングデバイス20に並列に接続されたキャパシタ3を通じて流れるようになり、まず、キャパシタ3と第2インダクタ2との共振電流が流れる。そして、キャパシタ3の電圧が上昇すると、第1インダクタ1、第2インダクタ2及びキャパシタ3による共振電流が流れる。   As described above, the control unit 50 operates in the second mode in which the first low voltage side switching device 20 is turned off after the first mode and the resonance current is generated by the first inductor 1, the second inductor 2, and the capacitor 3. By turning off the first low voltage side switching device 20, the current flowing through the first low voltage side switching device 20 flows through the capacitor 3 connected in parallel to the first low voltage side switching device 20. A resonance current flows between the capacitor 3 and the second inductor 2. And when the voltage of the capacitor 3 rises, the resonance current by the 1st inductor 1, the 2nd inductor 2, and the capacitor 3 flows.

制御部50は、第2モードで第1低圧側スイッチングデバイス20の電圧が所定の電圧閾値以下になった場合、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンして第1モードへ移行させる。前述の第2モードで動作中、共振によりキャパシタ3の電圧、すなわち第1低圧側スイッチングデバイス20の電圧が上昇した後に下降する。電圧閾値は、例えば、0V付近の電圧とすることができる。例えば、第1低圧側スイッチングデバイス20の電圧が0V付近になった場合に、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンするので、第1低圧側スイッチングデバイス20がオンしたときの電圧×電流で表されるスイッチング損失を低減することができる。   When the voltage of the first low-voltage side switching device 20 becomes equal to or lower than a predetermined voltage threshold in the second mode, the control unit 50 turns on the first low-voltage side switching device 20 and shifts to the first mode. During operation in the second mode described above, the voltage of the capacitor 3, that is, the voltage of the first low-voltage side switching device 20 rises due to resonance and then drops. For example, the voltage threshold value may be a voltage in the vicinity of 0V. For example, since the first low voltage side switching device 20 is turned on when the voltage of the first low voltage side switching device 20 is close to 0V, it is expressed as voltage × current when the first low voltage side switching device 20 is turned on. Switching loss can be reduced.

また、制御部50は、電圧検出部としての機能を有し、第1低圧側スイッチングデバイス20のドレイン・ソース間の電圧を検出する。制御部50は、検出した電圧が電圧閾値以下である場合、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンして第1モードへ移行させる。第1低圧側スイッチングデバイス20の電圧が電圧閾値以下になった場合に、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンするので、第1低圧側スイッチングデバイス20がオンしたときの電圧×電流で表されるスイッチング損失を低減することができる。   In addition, the control unit 50 functions as a voltage detection unit, and detects the voltage between the drain and the source of the first low-voltage side switching device 20. When the detected voltage is equal to or lower than the voltage threshold, the control unit 50 turns on the first low-voltage side switching device 20 to shift to the first mode. Since the first low voltage side switching device 20 is turned on when the voltage of the first low voltage side switching device 20 is equal to or lower than the voltage threshold value, it is expressed as voltage × current when the first low voltage side switching device 20 is turned on. Switching loss can be reduced.

図9は本実施の形態の昇降圧変換装置の回路構成の他の例を示す説明図である。図1に示す例との相違点は、図9では、高圧側スイッチングデバイス10と第1インダクタ1との接続点に接続され、高圧側スイッチングデバイス10と直列をなす第2低圧側スイッチングデバイス30を備える。図9は第3モードとしての昇圧動作の状態U7を示す。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing another example of the circuit configuration of the step-up / down converter according to the present embodiment. The difference from the example shown in FIG. 1 is that in FIG. 9, a second low-voltage side switching device 30 connected in series to the high-voltage side switching device 10 is connected to the connection point between the high-voltage side switching device 10 and the first inductor 1. Prepare. FIG. 9 shows a state U7 of the boosting operation as the third mode.

制御部50は、図5で例示した状態U4(第2モード)において、第2低圧側スイッチングデバイス30をオンにする第3モードで動作させる。第1インダクタ1、第2インダクタ2及びキャパシタ3による共振電流を流す第2モードで動作させた場合に、キャパシタ3の電圧が上昇した後に下降するが、キャパシタ3の電圧が十分に低下しないときは、第2低圧側スイッチングデバイス30をオンにすることにより、キャパシタ3の電荷を、第1インダクタ1を介して第2低圧側スイッチングデバイス30へ流し、キャパシタ3の電圧を低下させ、所定の電圧閾値以下にする。   The controller 50 operates in the third mode in which the second low-voltage side switching device 30 is turned on in the state U4 (second mode) illustrated in FIG. When operating in the second mode in which the resonance current from the first inductor 1, the second inductor 2 and the capacitor 3 flows, the voltage of the capacitor 3 decreases after increasing, but when the voltage of the capacitor 3 does not decrease sufficiently By turning on the second low voltage side switching device 30, the charge of the capacitor 3 flows to the second low voltage side switching device 30 via the first inductor 1, and the voltage of the capacitor 3 is lowered to a predetermined voltage threshold value. Below.

制御部50は、状態U7(第3モード)の後に第1低圧側スイッチングデバイス20をオンして、図6に例示する状態U5へ移行させる。状態U7(第3モード)にて、キャパシタ3の電圧、すなわち第1低圧側スイッチングデバイス20の電圧は電圧閾値以下に低下しているので、第1低圧側スイッチングデバイス20がオンしたときの電圧×電流で表されるスイッチング損失を低減することができる。   The controller 50 turns on the first low-voltage switching device 20 after the state U7 (third mode), and shifts to the state U5 illustrated in FIG. In the state U7 (third mode), since the voltage of the capacitor 3, that is, the voltage of the first low-voltage side switching device 20 has dropped below the voltage threshold, the voltage when the first low-voltage side switching device 20 is turned on × Switching loss expressed by current can be reduced.

図10は本実施の形態の昇降圧変換装置の軽負荷時の昇圧動作の一例を示す説明図である。昇降圧変換装置の構成は、図9に例示した構成と同じである。端子H及びG間の負荷が軽負荷である場合(例えば、電流値が小さい場合)、第1低圧側スイッチングデバイス20を常時オフにし、第2低圧側スイッチングデバイス30を、第2インダクタ2及びキャパシタ3の共振周波数よりも高い周波数でオン・オフを繰り返す。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a boosting operation at a light load of the step-up / down converter according to the present embodiment. The configuration of the step-up / down converter is the same as the configuration illustrated in FIG. When the load between the terminals H and G is a light load (for example, when the current value is small), the first low-voltage side switching device 20 is always turned off, and the second low-voltage side switching device 30 is connected to the second inductor 2 and the capacitor. ON / OFF is repeated at a frequency higher than the resonance frequency of 3.

第2低圧側スイッチングデバイス30がオンの状態では、図10の実線の符号で示す向きに電流が流れ、第1インダクタ1及び第2インダクタ2にエネルギーが蓄積される。第2低圧側スイッチングデバイス30がオフの状態では、図10の破線の符号で示す向きに電流が流れ、端子H及びGを通じて負荷に電流が供給される。軽負荷である場合には、スイッチングデバイスのスイッチング損失を抑制することができる。   When the second low-voltage switching device 30 is on, current flows in the direction indicated by the solid line in FIG. 10, and energy is stored in the first inductor 1 and the second inductor 2. When the second low-voltage side switching device 30 is off, a current flows in a direction indicated by a broken line in FIG. 10 and a current is supplied to the load through the terminals H and G. When the load is light, the switching loss of the switching device can be suppressed.

次に、本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作について説明する。図11は本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作の状態D1の一例を示す説明図である。状態D1では、高圧側スイッチングデバイス10をオンし、第1低圧側スイッチングデバイス20をオフする。端子H及びG側から高圧側スイッチングデバイス10を通じて、第1インダクタ1とキャパシタ3の共振電流が流れる。また、端子H及びG間の電圧と、端子L及びG間の電圧との差に応じて、第2インダクタ2を通じて端子L及びG側(負荷側)に電流が流れる。   Next, the step-down operation of the buck-boost converter according to the present embodiment will be described. FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an example of a state D1 of the step-down operation of the step-up / down converter according to the present embodiment. In the state D1, the high voltage side switching device 10 is turned on, and the first low voltage side switching device 20 is turned off. The resonance current of the first inductor 1 and the capacitor 3 flows from the terminals H and G through the high voltage side switching device 10. Further, a current flows through the second inductor 2 to the terminals L and G (load side) according to the difference between the voltage between the terminals H and G and the voltage between the terminals L and G.

図12は本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作の状態D2の一例を示す説明図である。状態D2では、高圧側スイッチングデバイス10はオンのままであり、第1低圧側スイッチングデバイス20はオフのままである。状態D2では、第1インダクタ1とキャパシタ3の共振電流の向きが逆転し、高圧側スイッチングデバイス10に流れる電流が減少する。   FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a state D2 of the step-down operation of the step-up / down converter according to the present embodiment. In the state D2, the high-voltage side switching device 10 remains on and the first low-voltage side switching device 20 remains off. In the state D2, the directions of the resonance currents of the first inductor 1 and the capacitor 3 are reversed, and the current flowing through the high-voltage side switching device 10 is reduced.

図13は本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作の状態D3の一例を示す説明図である。前述の状態D2において、高圧側スイッチングデバイス10に流れる電流が0又は0に近い小さい値になったときに、高圧側スイッチングデバイス10をオフにすることで状態D3となる。状態D3では、キャパシタ3の残留電荷が端子L及びG側(負荷側)に放出され、キャパシタ3の電圧が下がる。   FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of a state D3 of the step-down operation of the step-up / down converter according to the present embodiment. In the aforementioned state D2, when the current flowing through the high-voltage side switching device 10 becomes 0 or a small value close to 0, the high-voltage side switching device 10 is turned off to enter the state D3. In the state D3, the residual charge of the capacitor 3 is released to the terminals L and G side (load side), and the voltage of the capacitor 3 decreases.

図14は本実施の形態の昇降圧変換装置の降圧動作の状態D4の一例を示す説明図である。状態D4では、高圧側スイッチングデバイス10がオフのままであり、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンする。キャパシタ3の電圧が0Vに近づくと、第1低圧側スイッチングデバイス20のダイオードが逆バイアスから順バイアスとなり、当該ダイオードに電流が流れる。第1低圧側スイッチングデバイス20のドレイン・ソース間の電圧が0V又は0V程度の小さい電圧になったときに、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンするので、第1低圧側スイッチングデバイス20のスイッチング損失を低減することができる。また、状態D4の後は状態D1に移行する。   FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a state D4 of the step-down operation of the step-up / down converter according to the present embodiment. In the state D4, the high voltage side switching device 10 remains off, and the first low voltage side switching device 20 is turned on. When the voltage of the capacitor 3 approaches 0 V, the diode of the first low-voltage side switching device 20 changes from reverse bias to forward bias, and current flows through the diode. Since the first low voltage side switching device 20 is turned on when the voltage between the drain and source of the first low voltage side switching device 20 becomes a low voltage of about 0V or 0V, the switching loss of the first low voltage side switching device 20 Can be reduced. Further, after the state D4, the state shifts to the state D1.

次に、本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の処理手順について説明する。図15は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の処理手順の第1例を示すフローチャートである。制御部50は、高圧側スイッチングデバイス10をオフし(S11)、低圧側スイッチングデバイス20をオンし(S12)、第2インダクタ2に電流を流す。制御部50は、低圧側スイッチングデバイス20をオフにして、第2インダクタ2とキャパシタ3とで共振させ(S13)、高圧側スイッチングデバイス10をオンし(S14)、第1インダクタ1、第2インダクタ2及びキャパシタ3とで共振させる(S15)。   Next, the processing procedure of the boosting operation of the step-up / down converter according to the present embodiment will be described. FIG. 15 is a flowchart showing a first example of the processing procedure of the boosting operation of the buck-boost converter according to the present embodiment. The control unit 50 turns off the high-voltage side switching device 10 (S11), turns on the low-voltage side switching device 20 (S12), and passes a current through the second inductor 2. The control unit 50 turns off the low-voltage side switching device 20 to resonate with the second inductor 2 and the capacitor 3 (S13), turns on the high-voltage side switching device 10 (S14), and the first inductor 1 and the second inductor. 2 and the capacitor 3 are resonated (S15).

制御部50は、低圧側スイッチングデバイス20の電圧が所定の電圧閾値以下であるか否かを判定し(S16)、低圧側スイッチングデバイス20の電圧が所定の電圧閾値以下でない場合(S16でNO)、ステップS16の処理を続ける。   The control unit 50 determines whether or not the voltage of the low-voltage side switching device 20 is equal to or lower than a predetermined voltage threshold (S16), and when the voltage of the low-voltage side switching device 20 is not equal to or lower than the predetermined voltage threshold (NO in S16). The process of step S16 is continued.

低圧側スイッチングデバイス20の電圧が所定の電圧閾値以下である場合(S16でYES)、制御部50は、低圧側スイッチングデバイス20をオンする(S17)。制御部50は、第1インダクタ1に流れる電流が減少すると(S18)、高圧側スイッチングデバイス10をオフし(S19)、昇圧変換(昇圧動作)を終了するか否かを判定する(S20)。昇圧変換を終了しない場合(S20でNO)、制御部50は、ステップS13以降の処理を続け、昇圧変換を終了する場合(S20でYES)、処理を終了する。   When the voltage of the low-voltage side switching device 20 is equal to or lower than the predetermined voltage threshold (YES in S16), the control unit 50 turns on the low-voltage side switching device 20 (S17). When the current flowing through the first inductor 1 decreases (S18), the control unit 50 turns off the high-voltage side switching device 10 (S19), and determines whether or not to finish the boost conversion (boost operation) (S20). When the boost conversion is not finished (NO in S20), the control unit 50 continues the process after step S13, and when the boost conversion is finished (YES in S20), the process is finished.

図16は本実施の形態の昇降圧変換装置の昇圧動作の処理手順の第2例を示すフローチャートである。制御部50は、高圧側スイッチングデバイス10をオフし(S31)、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンし(S32)、第2インダクタ2に電流を流す。制御部50は、第1低圧側スイッチングデバイス20をオフにして、第2インダクタ2とキャパシタ3とで共振させ(S33)、高圧側スイッチングデバイス10をオンし(S34)、第1インダクタ1、第2インダクタ2及びキャパシタ3とで共振させる(S35)。   FIG. 16 is a flowchart showing a second example of the processing procedure of the boosting operation of the step-up / down converter of the present embodiment. The control unit 50 turns off the high-voltage side switching device 10 (S31), turns on the first low-voltage side switching device 20 (S32), and passes a current through the second inductor 2. The control unit 50 turns off the first low-voltage side switching device 20 to resonate with the second inductor 2 and the capacitor 3 (S33), turns on the high-voltage side switching device 10 (S34), the first inductor 1, (2) The inductor 2 and the capacitor 3 are resonated (S35).

制御部50は、第2低圧側スイッチングデバイス30をオンし(S36)、キャパシタ3の電荷を、第2低圧側スイッチングデバイス30を通じて放出させることにより、キャパシタ3の電圧を0Vに近づける。   The control unit 50 turns on the second low voltage side switching device 30 (S36), and discharges the electric charge of the capacitor 3 through the second low voltage side switching device 30, thereby bringing the voltage of the capacitor 3 close to 0V.

制御部50は、第1低圧側スイッチングデバイス20をオンし(S37)、第2低圧側スイッチングデバイス30をオフにする(S38)。制御部50は、第1インダクタ1に流れる電流が減少すると(S39)、高圧側スイッチングデバイス10をオフし(S40)、昇圧変換(昇圧動作)を終了するか否かを判定する(S41)。昇圧変換を終了しない場合(S41でNO)、制御部50は、ステップS33以降の処理を続け、昇圧変換を終了する場合(S41でYES)、処理を終了する。   The control unit 50 turns on the first low-voltage side switching device 20 (S37) and turns off the second low-voltage side switching device 30 (S38). When the current flowing through the first inductor 1 decreases (S39), the control unit 50 turns off the high-voltage side switching device 10 (S40), and determines whether or not to finish the boost conversion (boost operation) (S41). When the boost conversion is not finished (NO in S41), the control unit 50 continues the process after step S33, and when the boost conversion is finished (YES in S41), the process is finished.

本実施の形態の昇降圧変換装置の制御方法は、制御部50を、例えば、CPU(プロセッサ)、RAM(メモリ)などで構成し、図15及び図16に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをRAM(メモリ)にロードし、コンピュータプログラムをCPU(プロセッサ)で実行することにより、コンピュータ上で昇降圧変換装置の制御方法を実現することができる。   In the control method of the step-up / down converter according to the present embodiment, the control unit 50 is constituted by, for example, a CPU (processor), a RAM (memory), etc., and the procedure of each process as shown in FIGS. 15 and 16 is performed. By loading a predetermined computer program into a RAM (memory) and executing the computer program by a CPU (processor), a method for controlling the step-up / down converter can be realized on the computer.

上述のように、本実施の形態の昇降圧変換装置では、例えば、スイッチングデバイス、インダクタ、ダイオードなどの部品を追加することなく、昇圧動作でのスイッチングデバイスのスイッチング損失を低減することができる。   As described above, in the step-up / step-down converter according to the present embodiment, for example, the switching loss of the switching device in the boosting operation can be reduced without adding components such as a switching device, an inductor, and a diode.

以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。   The embodiments and examples disclosed above should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. .

1 第1インダクタ
2 第2インダクタ
3 キャパシタ
10 高圧側スイッチングデバイス
20 第1低圧側スイッチングデバイス
30 第2低圧側スイッチングデバイス
50 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st inductor 2 2nd inductor 3 Capacitor 10 High voltage side switching device 20 1st low voltage side switching device 30 2nd low voltage side switching device 50 Control part

Claims (6)

第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタと、前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで動作させる制御部とを備える昇降圧変換装置であって、
降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力し、
前記制御部は、昇圧変換時に、
前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、
該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、
前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が所定の電圧閾値以下になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる昇降圧変換装置。
A high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series via a first inductor, a second inductor having one end connected to a connection point of the first inductor and the first low-voltage side switching device, A step-up / down converter comprising: a capacitor connected in parallel to a first low-voltage side switching device; and a controller that turns on and off the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device to operate in a predetermined operation mode. And
Outputs current through the second inductor during step-down conversion,
The control unit at the time of boost conversion,
Turning on the first low-voltage switching device and operating in a first mode in which current flows through the second inductor;
After the operation in the first mode, the first low-voltage side switching device is turned off, and the operation is performed in the second mode in which a resonance current from the first inductor, the second inductor, and the capacitor flows.
A step-up / down converter for turning on the first low-voltage side switching device and shifting to the first mode when the voltage of the first low-voltage side switching device becomes a predetermined voltage threshold value or less in the second mode.
前記制御部は、
前記第2モードにて、前記高圧側スイッチングデバイスがオフの状態で、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す請求項1に記載の昇降圧変換装置。
The controller is
2. The step-up / down converter according to claim 1, wherein in the second mode, a resonance current is caused to flow by the second inductor and the capacitor while the high-voltage side switching device is turned off.
前記制御部は、
前記第2モードにて、前記第1低圧側スイッチングデバイスがオフの状態で、該第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続されたダイオードを介して前記共振電流を流す請求項1又は請求項2に記載の昇降圧変換装置。
The controller is
In the second mode, the resonance current is allowed to flow through a diode connected in parallel to the first low-voltage switching device when the first low-voltage switching device is off. The described buck-boost converter.
前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記制御部は、
前記電圧検出部で検出した電圧が前記電圧閾値以下である場合、前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の昇降圧変換装置。
A voltage detection unit for detecting a voltage of the first low-voltage side switching device;
The controller is
4. The device according to claim 1, wherein when the voltage detected by the voltage detection unit is equal to or lower than the voltage threshold, the first low-voltage side switching device is turned on to shift to the first mode. 5. Buck-boost converter.
コンピュータに、第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタとを備える昇降圧変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータに、
降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力させ、
コンピュータを、
前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで動作させる制御部として機能させ、
該制御部は、昇圧変換時に、
前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、
該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、
前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が0になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる処理を実行するコンピュータプログラム。
A high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series to a computer via a first inductor, and a second inductor having one end connected to a connection point of the first inductor and the first low-voltage side switching device And a computer program for controlling a step-up / down converter comprising a capacitor connected in parallel to the first low-voltage side switching device,
On the computer,
Output current through the second inductor during step-down conversion,
Computer
Enabling the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device to be turned on / off to function in a predetermined operation mode;
The control unit at the time of boost conversion,
Turning on the first low-voltage switching device and operating in a first mode in which current flows through the second inductor;
After the operation in the first mode, the first low-voltage side switching device is turned off, and the operation is performed in the second mode in which a resonance current from the first inductor, the second inductor, and the capacitor flows.
A computer program for executing processing for turning on the first low-voltage side switching device and shifting to the first mode when the voltage of the first low-voltage side switching device becomes 0 in the second mode.
第1インダクタを介して直列に接続された高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスと、前記第1インダクタ及び前記第1低圧側スイッチングデバイスの接続点に一端を接続した第2インダクタと、前記第1低圧側スイッチングデバイスに並列に接続したキャパシタとを備える昇降圧変換装置の制御方法であって、
降圧変換時に前記第2インダクタを通じて電流を出力し、
前記高圧側スイッチングデバイス及び第1低圧側スイッチングデバイスをオン/オフして所定の動作モードで制御部が動作させ、
該制御部は、昇圧変換時に、
前記第1低圧側スイッチングデバイスをオンにして前記第2インダクタに電流を流す第1モードで動作させ、
該第1モードでの動作後に前記第1低圧側スイッチングデバイスをオフにして前記第1インダクタ、前記第2インダクタ及び前記キャパシタによる共振電流を流す第2モードで動作させ、
前記第2モードで前記第1低圧側スイッチングデバイスの電圧が0になった場合、該第1低圧側スイッチングデバイスをオンして前記第1モードへ移行させる昇降圧変換装置の制御方法。
A high-voltage side switching device and a first low-voltage side switching device connected in series via a first inductor, a second inductor having one end connected to a connection point of the first inductor and the first low-voltage side switching device, A control method of a step-up / down converter comprising a capacitor connected in parallel to a first low-voltage side switching device,
Outputs current through the second inductor during step-down conversion,
The control unit operates in a predetermined operation mode by turning on / off the high-voltage side switching device and the first low-voltage side switching device,
The control unit at the time of boost conversion,
Turning on the first low-voltage switching device and operating in a first mode in which current flows through the second inductor;
After the operation in the first mode, the first low-voltage side switching device is turned off, and the operation is performed in the second mode in which a resonance current from the first inductor, the second inductor, and the capacitor flows.
A control method of a step-up / down converter according to which, when the voltage of the first low-voltage side switching device becomes 0 in the second mode, the first low-voltage side switching device is turned on to shift to the first mode.
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