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JP7602368B2 - Power supply device and method for controlling the power supply device - Google Patents

Power supply device and method for controlling the power supply device Download PDF

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JP7602368B2
JP7602368B2 JP2020213482A JP2020213482A JP7602368B2 JP 7602368 B2 JP7602368 B2 JP 7602368B2 JP 2020213482 A JP2020213482 A JP 2020213482A JP 2020213482 A JP2020213482 A JP 2020213482A JP 7602368 B2 JP7602368 B2 JP 7602368B2
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和之 指田
健一 岩尾
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Description

本発明は、電源装置及び電源装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply device and a method for controlling the power supply device.

特許文献1には、第1から第3のスイッチングレグの全てのスイッチング素子をスイッチング動作させる第1の動作モードと、第1から第3のスイッチングレグのうち少なくとも1つ以上のスイッチングレグの上下どちらか一方のスイッチング素子を常にオンとし、他方のスイッチング素子を常にオフとなるように動作させる第2の動作モードと、を備える電力変換装置が、記載されている。 Patent document 1 describes a power conversion device that has a first operating mode in which all switching elements of the first to third switching legs are switched, and a second operating mode in which at least one of the first to third switching legs, either the upper or lower switching element, is always on, and the other switching element is always off.

特開2016-173961号公報JP 2016-173961 A

複数の電流共振コンバータを直列接続した電源装置において、電源オン時に、大きな突入電流が流れる。 In a power supply device in which multiple current resonant converters are connected in series, a large inrush current flows when the power is turned on.

本発明は、突入電流を抑制できる電源装置及び電源装置の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a power supply device and a method for controlling the power supply device that can suppress inrush current.

本発明の一態様の電源装置は、
複数のコンバータと、
前記複数のコンバータの巻線電圧を整流して負荷へ出力する複数の整流アームを含む、整流回路と、
前記複数のコンバータを制御する制御回路と、
を備え、
前記複数のコンバータの各々の一方の出力端子は、各々の隣のコンバータの他方の出力端子に電気的に接続されるとともに、前記複数の整流アームの内の1つの整流アームに電気的に接続され、
前記制御回路は、
電源オン時に、前記複数のコンバータを、1つずつ動作開始させる制御を行う、
ことを特徴とする。
A power supply device according to one aspect of the present invention comprises:
A plurality of converters;
a rectifier circuit including a plurality of rectifier arms that rectify the winding voltages of the plurality of converters and output the rectified voltages to a load;
A control circuit for controlling the plurality of converters;
Equipped with
one output terminal of each of the plurality of converters is electrically connected to the other output terminal of each adjacent converter and is electrically connected to one rectifier arm of the plurality of rectifier arms;
The control circuit includes:
When the power supply is turned on, the plurality of converters are controlled to start operating one by one.
It is characterized by:

前記電源装置において、
前記制御回路は、
前記複数のコンバータの内の1つのコンバータを動作開始させてから予め定められた閾値時間が経過したタイミングで、次のコンバータを動作開始させる制御を行う、
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control circuit includes:
a control unit that controls a next converter to start operating when a predetermined threshold time has elapsed since one converter of the plurality of converters started operating;
It is characterized by:

前記電源装置において、
前記制御回路は、
前記複数のコンバータの内の1つのコンバータを動作開始させ、出力電流が予め定められた閾値電流以下になったタイミングで、次のコンバータを動作開始させる制御を行う、
ことを特徴とする。
In the power supply device,
The control circuit includes:
One of the plurality of converters is started to operate, and when an output current of the one converter becomes equal to or lower than a predetermined threshold current, a control is performed to start the operation of the next converter.
It is characterized by:

前記電源装置において、
前記複数のコンバータの各々は、電流共振コンバータである、
ことを特徴とする。
In the power supply device,
Each of the plurality of converters is a current resonant converter.
It is characterized by:

本発明の一態様の電源装置の制御方法は、
複数のコンバータと、前記複数のコンバータの巻線電圧を整流して負荷へ出力する複数の整流アームを含む、整流回路と、前記複数のコンバータを制御する制御回路と、を備え、前記複数のコンバータの各々の一方の出力端子は、各々の隣のコンバータの他方の出力端子に電気的に接続されるとともに、前記複数の整流アームの内の1つの整流アームに電気的に接続された、電源装置の制御方法であって、
電源オン時に、前記複数のコンバータを、1つずつ動作開始させる、
ことを特徴とする。
A method for controlling a power supply device according to one aspect of the present invention includes:
A control method for a power supply device comprising: a rectifier circuit including a plurality of converters; a plurality of rectifier arms that rectify winding voltages of the plurality of converters and output the rectified voltages to a load; and a control circuit that controls the plurality of converters, wherein one output terminal of each of the plurality of converters is electrically connected to the other output terminal of an adjacent converter and is also electrically connected to one rectifier arm of the plurality of rectifier arms,
When power is turned on, the plurality of converters are started to operate one by one.
It is characterized by:

本発明の一態様の電源装置及び電源装置の制御方法は、突入電流を抑制できるという効果を奏する。 The power supply device and the method for controlling the power supply device according to one aspect of the present invention have the effect of suppressing inrush current.

図1は、第1の実施の形態の電源装置の回路構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a power supply device according to a first embodiment. 図2は、第1の実施の形態の電源装置のフルブリッジ回路の回路構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a full-bridge circuit of the power supply device according to the first embodiment. 図3は、第1の実施の形態の電源装置のモードを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating modes of the power supply device according to the first embodiment. 図4は、第1の実施の形態の電源装置の2次巻線側の電圧(電流)の方向を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the direction of voltage (current) on the secondary winding side of the power supply device according to the first embodiment. 図5は、比較例の電源装置の出力電圧及び出力電流を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the output voltage and the output current of the power supply device of the comparative example. 図6は、第1の実施の形態の電源装置の制御回路の電源オン時の動作を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flow chart showing the operation of the control circuit of the power supply device according to the first embodiment when the power supply is turned on. 図7は、第1の実施の形態の電源装置の出力電圧及び出力電流を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an output voltage and an output current of the power supply device according to the first embodiment.

以下に、本発明の電源装置及び電源装置の制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Below, an embodiment of the power supply device and the method for controlling the power supply device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment.

<第1の実施の形態及び比較例>
(全体構成)
図1は、第1の実施の形態の電源装置の回路構成を示す図である。電源装置1は、直流電源21から出力されコンデンサ22で平滑化後の直流電圧Vinの供給を受けて、出力電圧Voutを負荷23へ出力する。
First embodiment and comparative example
(Overall composition)
1 is a diagram showing a circuit configuration of a power supply device according to a first embodiment. The power supply device 1 receives a DC voltage Vin that is output from a DC power supply 21 and smoothed by a capacitor 22, and outputs an output voltage Vout to a load 23.

電源装置1は、第1電流共振コンバータ2-1から第4電流共振コンバータ2-4までと、整流回路3と、制御回路4と、コンデンサ5と、電圧センサ6と、電流センサ7と、を含む。 The power supply device 1 includes a first current resonant converter 2-1 to a fourth current resonant converter 2-4, a rectifier circuit 3, a control circuit 4, a capacitor 5, a voltage sensor 6, and a current sensor 7.

なお、第1の実施の形態では、電流共振コンバータの数を偶数(偶数の代表として4個)としたが、本開示はこれに限定されない。電流共振コンバータの数は、奇数であっても良い。第1の実施の形態では、電流共振コンバータの数を4個としたが、電流共振コンバータの数は、2個であっても良いし、6個以上であっても良い。 In the first embodiment, the number of current resonant converters is an even number (four as a representative even number), but the present disclosure is not limited to this. The number of current resonant converters may be an odd number. In the first embodiment, the number of current resonant converters is four, but the number of current resonant converters may be two, or six or more.

また、各コンバータは、電流共振コンバータに限定されない。 In addition, each converter is not limited to a current resonant converter.

第1電流共振コンバータ2-1から第4電流共振コンバータ2-4までの各々は、LLC共振を利用した電流共振コンバータ(LLCコンバータ)である。第1電流共振コンバータ2-1から第4電流共振コンバータ2-4までの各々は、コンデンサ22に電気的に接続されている。第1電流共振コンバータ2-1から第4電流共振コンバータ2-4までの各々には、直流電源21から出力されコンデンサ22で平滑化後の直流電圧Vinが入力される。 Each of the first current resonant converter 2-1 to the fourth current resonant converter 2-4 is a current resonant converter (LLC converter) that uses LLC resonance. Each of the first current resonant converter 2-1 to the fourth current resonant converter 2-4 is electrically connected to a capacitor 22. A DC voltage Vin that is output from a DC power source 21 and smoothed by the capacitor 22 is input to each of the first current resonant converter 2-1 to the fourth current resonant converter 2-4.

第1電流共振コンバータ2-1は、第1フルブリッジ回路FB1と、第1トランスT1と、を含む。第1電流共振コンバータ2-1は、第1フルブリッジ回路FB1と第1トランスT1との間に、漏れインダクタンス14-1と、コンデンサ15-1と、を含む。漏れインダクタンス14-1は、第1トランスT1に含んでも良い。 The first current resonant converter 2-1 includes a first full-bridge circuit FB1 and a first transformer T1. The first current resonant converter 2-1 includes a leakage inductance 14-1 and a capacitor 15-1 between the first full-bridge circuit FB1 and the first transformer T1. The leakage inductance 14-1 may be included in the first transformer T1.

第2電流共振コンバータ2-2は、第2フルブリッジ回路FB2と、第2トランスT2と、を含む。第2電流共振コンバータ2-2は、第2フルブリッジ回路FB2と第2トランスT2との間に、漏れインダクタンス14-2と、コンデンサ15-2と、を含む。漏れインダクタンス14-2は、第2トランスT2に含んでも良い。 The second current resonant converter 2-2 includes a second full-bridge circuit FB2 and a second transformer T2. The second current resonant converter 2-2 includes a leakage inductance 14-2 and a capacitor 15-2 between the second full-bridge circuit FB2 and the second transformer T2. The leakage inductance 14-2 may be included in the second transformer T2.

第3電流共振コンバータ2-3は、第3フルブリッジ回路FB3と、第3トランスT3と、を含む。第3電流共振コンバータ2-3は、第3フルブリッジ回路FB3と第3トランスT3との間に、漏れインダクタンス14-3と、コンデンサ15-3と、を含む。漏れインダクタンス14-3は、第3トランスT3に含んでも良い。 The third current resonant converter 2-3 includes a third full-bridge circuit FB3 and a third transformer T3. The third current resonant converter 2-3 includes a leakage inductance 14-3 and a capacitor 15-3 between the third full-bridge circuit FB3 and the third transformer T3. The leakage inductance 14-3 may be included in the third transformer T3.

第4電流共振コンバータ2-4は、第4フルブリッジ回路FB4と、第4トランスT4と、を含む。第4電流共振コンバータ2-4は、第4フルブリッジ回路FB4と第4トランスT4との間に、漏れインダクタンス14-4と、コンデンサ15-4と、を含む。漏れインダクタンス14-4は、第4トランスT4に含んでも良い。 The fourth current resonant converter 2-4 includes a fourth full-bridge circuit FB4 and a fourth transformer T4. The fourth current resonant converter 2-4 includes a leakage inductance 14-4 and a capacitor 15-4 between the fourth full-bridge circuit FB4 and the fourth transformer T4. The leakage inductance 14-4 may be included in the fourth transformer T4.

図2は、第1の実施の形態の電源装置のフルブリッジ回路の回路構成を示す図である。なお、図2では、第1フルブリッジ回路FB1の回路構成を示しているが、第2フルブリッジ回路FB2から第4フルブリッジ回路FB4までの回路構成は、第1フルブリッジ回路FB1の回路構成と同様であるので、図示及び説明を省略する。 Figure 2 is a diagram showing the circuit configuration of the full bridge circuit of the power supply device of the first embodiment. Note that while Figure 2 shows the circuit configuration of the first full bridge circuit FB1, the circuit configurations of the second full bridge circuit FB2 to the fourth full bridge circuit FB4 are similar to the circuit configuration of the first full bridge circuit FB1, and therefore illustration and description are omitted.

第1フルブリッジ回路FB1は、第1アーム30-1及び第2アーム30-2を含む。第1アーム30-1は、ハイサイドのトランジスタTr1-1と、ローサイドのトランジスタTr1-2と、を含む。第2アーム30-2は、ハイサイドのトランジスタTr2-1と、ローサイドのトランジスタTr2-2と、を含む。 The first full-bridge circuit FB1 includes a first arm 30-1 and a second arm 30-2. The first arm 30-1 includes a high-side transistor Tr1-1 and a low-side transistor Tr1-2. The second arm 30-2 includes a high-side transistor Tr2-1 and a low-side transistor Tr2-2.

なお、本開示では、各トランジスタがMOSFETであることとしたが、これに限定されない。各トランジスタは、シリコンパワーデバイス、GaNパワーデバイス、SiCパワーデバイス、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などでも良い。 In this disclosure, each transistor is described as a MOSFET, but is not limited to this. Each transistor may be a silicon power device, a GaN power device, a SiC power device, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), etc.

各トランジスタは、寄生ダイオード(ボディダイオード)を有する。寄生ダイオードとは、MOSFETのバックゲートとソース及びドレインとの間のpn接合である。寄生ダイオードは、トランジスタのオフ時の過渡的な逆起電力を逃すためのフリーホイールダイオードとして利用可能である。 Each transistor has a parasitic diode (body diode). A parasitic diode is a pn junction between the back gate of a MOSFET and the source and drain. The parasitic diode can be used as a freewheeling diode to release the transient back electromotive force when the transistor is turned off.

トランジスタTr1-1のソースは、トランジスタTr1-2のドレインに電気的に接続されている。トランジスタTr2-1のソースは、トランジスタTr2-2のドレインに電気的に接続されている。 The source of transistor Tr1-1 is electrically connected to the drain of transistor Tr1-2. The source of transistor Tr2-1 is electrically connected to the drain of transistor Tr2-2.

トランジスタTr1-1のドレイン及びトランジスタTr2-1のドレインは、コンデンサ22の一端(高電位側端)に電気的に接続されている。トランジスタTr1-2のソース及びトランジスタTr2-2のソースは、コンデンサ22の他端(低電位側端)に電気的に接続されている。 The drain of transistor Tr1-1 and the drain of transistor Tr2-1 are electrically connected to one end (high potential end) of capacitor 22. The source of transistor Tr1-2 and the source of transistor Tr2-2 are electrically connected to the other end (low potential end) of capacitor 22.

トランジスタTr1-1のドレインとトランジスタTr2-1のドレインとの接続点が、第1フルブリッジ回路FB1の一方の入力端子である。トランジスタTr1-2のソースとトランジスタTr2-2のソースとの接続点が、第1フルブリッジ回路FB1の他方の入力端子である。 The connection point between the drain of transistor Tr1-1 and the drain of transistor Tr2-1 is one input terminal of the first full bridge circuit FB1. The connection point between the source of transistor Tr1-2 and the source of transistor Tr2-2 is the other input terminal of the first full bridge circuit FB1.

第1フルブリッジ回路FB1の2つの入力端子には、直流電圧Vinが入力される。 A DC voltage Vin is input to the two input terminals of the first full-bridge circuit FB1.

トランジスタTr1-1のソースとトランジスタTr1-2のドレインとの接続点が、第1フルブリッジ回路FB1の一方の出力端子である。トランジスタTr1-2のソースとトランジスタTr2-2のドレインとの接続点が、第1フルブリッジ回路FB1の他方の出力端子である。 The connection point between the source of transistor Tr1-1 and the drain of transistor Tr1-2 is one output terminal of the first full bridge circuit FB1. The connection point between the source of transistor Tr1-2 and the drain of transistor Tr2-2 is the other output terminal of the first full bridge circuit FB1.

第1フルブリッジ回路FB1は、直流電圧Vin、直流電圧-Vin、又は、ゼロ電圧を、一方の出力端子と他方の出力端子との間に出力する。 The first full-bridge circuit FB1 outputs a DC voltage Vin, a DC voltage -Vin, or zero voltage between one output terminal and the other output terminal.

例えば、第1フルブリッジ回路FB1は、トランジスタTr1-1及びトランジスタTr2-2がオン状態、且つ、トランジスタTr1-2及びトランジスタTr2-1がオフ状態の場合、直流電圧Vinを、一方の出力端子と他方の出力端子との間に出力する。 For example, when transistors Tr1-1 and Tr2-2 are on and transistors Tr1-2 and Tr2-1 are off, the first full-bridge circuit FB1 outputs a DC voltage Vin between one output terminal and the other output terminal.

また例えば、第1フルブリッジ回路FB1は、トランジスタTr1-1及びトランジスタTr2-2がオフ状態、且つ、トランジスタTr1-2及びトランジスタTr2-1がオン状態の場合、直流電圧-Vinを、一方の出力端子と他方の出力端子との間に出力する。 For example, when transistors Tr1-1 and Tr2-2 are in the off state and transistors Tr1-2 and Tr2-1 are in the on state, the first full-bridge circuit FB1 outputs a DC voltage -Vin between one output terminal and the other output terminal.

また例えば、第1フルブリッジ回路FB1は、トランジスタTr1-1からトランジスタTr2-2までがオフ状態の場合、ゼロ電圧を、一方の出力端子と他方の出力端子との間に出力する。 For example, when transistors Tr1-1 to Tr2-2 are in the off state, the first full-bridge circuit FB1 outputs zero voltage between one output terminal and the other output terminal.

再び図1を参照すると、第1トランスT1は、1次巻線10-1と、2次巻線11-1と、コア12-1と、を含む。1次巻線10-1及び2次巻線11-1は、コア12-1に巻回されている。 Referring again to FIG. 1, the first transformer T1 includes a primary winding 10-1, a secondary winding 11-1, and a core 12-1. The primary winding 10-1 and the secondary winding 11-1 are wound around the core 12-1.

1次巻線10-1は、励磁インダクタンス13-1と、漏れインダクタンス14-1と、を含む。1次巻線10-1の一端は、コンデンサ15-1を介して、第1フルブリッジ回路FB1の一方の出力端子に電気的に接続されている。1次巻線10-1の他端は、第1フルブリッジ回路FB1の他方の出力端子に電気的に接続されている。励磁インダクタンス13-1、漏れインダクタンス14-1及びコンデンサ15-1は、LLC共振回路を構成する。 The primary winding 10-1 includes an excitation inductance 13-1 and a leakage inductance 14-1. One end of the primary winding 10-1 is electrically connected to one output terminal of the first full-bridge circuit FB1 via a capacitor 15-1. The other end of the primary winding 10-1 is electrically connected to the other output terminal of the first full-bridge circuit FB1. The excitation inductance 13-1, the leakage inductance 14-1, and the capacitor 15-1 form an LLC resonant circuit.

なお、本開示では、LLC共振回路が1次巻線10-1の側にあることとしたが、これに限定されない。LLC共振回路は、2次巻線11-1の側にあっても良い。また、LLC共振回路は、1次巻線10-1の側と、2次巻線11-1の側と、の両側にあっても良い。 In this disclosure, the LLC resonant circuit is located on the primary winding 10-1 side, but this is not limited to the above. The LLC resonant circuit may be located on the secondary winding 11-1 side. The LLC resonant circuit may also be located on both the primary winding 10-1 side and the secondary winding 11-1 side.

第2トランスT2は、1次巻線10-2と、2次巻線11-2と、コア12-2と、を含む。1次巻線10-2は、励磁インダクタンス13-2と、漏れインダクタンス14-2と、を含む。第2トランスT2のこれらの要素の接続関係は、第1トランスT1と同様であるので、説明を省略する。 The second transformer T2 includes a primary winding 10-2, a secondary winding 11-2, and a core 12-2. The primary winding 10-2 includes an excitation inductance 13-2 and a leakage inductance 14-2. The connection relationship between these elements of the second transformer T2 is similar to that of the first transformer T1, so a description is omitted.

第3トランスT3は、1次巻線10-3と、2次巻線11-3と、コア12-3と、を含む。1次巻線10-3は、励磁インダクタンス13-3と、漏れインダクタンス14-3と、を含む。第3トランスT3のこれらの要素の接続関係は、第1トランスT1と同様であるので、説明を省略する。 The third transformer T3 includes a primary winding 10-3, a secondary winding 11-3, and a core 12-3. The primary winding 10-3 includes an excitation inductance 13-3 and a leakage inductance 14-3. The connection relationship between these elements of the third transformer T3 is similar to that of the first transformer T1, so a description is omitted.

第4トランスT4は、1次巻線10-4と、2次巻線11-4と、コア12-4と、を含む。1次巻線10-4は、励磁インダクタンス13-4と、漏れインダクタンス14-4と、を含む。第4トランスT4のこれらの要素の接続関係は、第1トランスT1と同様であるので、説明を省略する。 The fourth transformer T4 includes a primary winding 10-4, a secondary winding 11-4, and a core 12-4. The primary winding 10-4 includes an excitation inductance 13-4 and a leakage inductance 14-4. The connection relationship between these elements of the fourth transformer T4 is similar to that of the first transformer T1, so a description is omitted.

整流回路3は、ブリッジダイオードである。整流回路3は、第1整流アーム3-1から第5整流アーム3-5までを含む。 The rectifier circuit 3 is a bridge diode. The rectifier circuit 3 includes a first rectifier arm 3-1 to a fifth rectifier arm 3-5.

第1整流アーム3-1は、ハイサイドのダイオードD1-1と、ローサイドのダイオードD1-2と、を含む。ダイオードD1-1のアノードは、ダイオードD1-2のカソードに電気的に接続されている。 The first rectifier arm 3-1 includes a high-side diode D1-1 and a low-side diode D1-2. The anode of the diode D1-1 is electrically connected to the cathode of the diode D1-2.

ダイオードD1-1のアノードとダイオードD1-2のカソードとの接続点が、第1整流アーム3-1の入力端子である。ダイオードD1-1のカソードが、第1整流アーム3-1の一方(高電位側)の出力端子である。ダイオードD1-2のアノードが、第1整流アーム3-1の他方(低電位側)の出力端子である。 The connection point between the anode of diode D1-1 and the cathode of diode D1-2 is the input terminal of the first rectifier arm 3-1. The cathode of diode D1-1 is one output terminal (high potential side) of the first rectifier arm 3-1. The anode of diode D1-2 is the other output terminal (low potential side) of the first rectifier arm 3-1.

第2整流アーム3-2は、ハイサイドのダイオードD2-1と、ローサイドのダイオードD2-2と、を含む。ダイオードD2-1のアノードは、ダイオードD2-2のカソードに電気的に接続されている。 The second rectifier arm 3-2 includes a high-side diode D2-1 and a low-side diode D2-2. The anode of the diode D2-1 is electrically connected to the cathode of the diode D2-2.

ダイオードD2-1のアノードとダイオードD2-2のカソードとの接続点が、第2整流アーム3-2の入力端子である。ダイオードD2-1のカソードが、第2整流アーム3-2の一方(高電位側)の出力端子である。ダイオードD2-2のアノードが、第2整流アーム3-2の他方(低電位側)の出力端子である。 The connection point between the anode of diode D2-1 and the cathode of diode D2-2 is the input terminal of the second rectifier arm 3-2. The cathode of diode D2-1 is one output terminal (high potential side) of the second rectifier arm 3-2. The anode of diode D2-2 is the other output terminal (low potential side) of the second rectifier arm 3-2.

第3整流アーム3-3は、ハイサイドのダイオードD3-1と、ローサイドのダイオードD3-2と、を含む。ダイオードD3-1のアノードは、ダイオードD3-2のカソードに電気的に接続されている。 The third rectifier arm 3-3 includes a high-side diode D3-1 and a low-side diode D3-2. The anode of the diode D3-1 is electrically connected to the cathode of the diode D3-2.

ダイオードD3-1のアノードとダイオードD3-2のカソードとの接続点が、第3整流アーム3-3の入力端子である。ダイオードD3-1のカソードが、第3整流アーム3-3の一方(高電位側)の出力端子である。ダイオードD3-2のアノードが、第3整流アーム3-3の他方(低電位側)の出力端子である。 The connection point between the anode of diode D3-1 and the cathode of diode D3-2 is the input terminal of the third rectifier arm 3-3. The cathode of diode D3-1 is one output terminal (high potential side) of the third rectifier arm 3-3. The anode of diode D3-2 is the other output terminal (low potential side) of the third rectifier arm 3-3.

第4整流アーム3-4は、ハイサイドのダイオードD4-1と、ローサイドのダイオードD4-2と、を含む。ダイオードD4-1のアノードは、ダイオードD4-2のカソードに電気的に接続されている。 The fourth rectifier arm 3-4 includes a high-side diode D4-1 and a low-side diode D4-2. The anode of the diode D4-1 is electrically connected to the cathode of the diode D4-2.

ダイオードD4-1のアノードとダイオードD4-2のカソードとの接続点が、第4整流アーム3-4の入力端子である。ダイオードD4-1のカソードが、第4整流アーム3-4の一方(高電位側)の出力端子である。ダイオードD4-2のアノードが、第4整流アーム3-4の他方(低電位側)の出力端子である。 The connection point between the anode of diode D4-1 and the cathode of diode D4-2 is the input terminal of the fourth rectifier arm 3-4. The cathode of diode D4-1 is one output terminal (high potential side) of the fourth rectifier arm 3-4. The anode of diode D4-2 is the other output terminal (low potential side) of the fourth rectifier arm 3-4.

第5整流アーム3-5は、ハイサイドのダイオードD5-1と、ローサイドのダイオードD5-2と、を含む。ダイオードD5-1のアノードは、ダイオードD5-2のカソードに電気的に接続されている。 The fifth rectifier arm 3-5 includes a high-side diode D5-1 and a low-side diode D5-2. The anode of the diode D5-1 is electrically connected to the cathode of the diode D5-2.

ダイオードD5-1のアノードとダイオードD5-2のカソードとの接続点が、第5整流アーム3-5の入力端子である。ダイオードD5-1のカソードが、第5整流アーム3-5の一方の出力端子である。ダイオードD5-2のアノードが、第5整流アーム3-5の他方の出力端子である。 The connection point between the anode of diode D5-1 and the cathode of diode D5-2 is the input terminal of the fifth rectifier arm 3-5. The cathode of diode D5-1 is one output terminal of the fifth rectifier arm 3-5. The anode of diode D5-2 is the other output terminal of the fifth rectifier arm 3-5.

第1整流アーム3-1の入力端子は、第1トランスT1の2次巻線11-1の一端11-1aに電気的に接続されている。第2整流アーム3-2の入力端子は、第1トランスT1の2次巻線11-1の他端11-1b及び第2トランスT2の2次巻線11-2の一端11-2aに電気的に接続されている。第3整流アーム3-3の入力端子は、第2トランスT2の2次巻線11-2の他端11-2b及び第3トランスT3の2次巻線11-3の一端11-3aに電気的に接続されている。 The input terminal of the first rectifier arm 3-1 is electrically connected to one end 11-1a of the secondary winding 11-1 of the first transformer T1. The input terminal of the second rectifier arm 3-2 is electrically connected to the other end 11-1b of the secondary winding 11-1 of the first transformer T1 and one end 11-2a of the secondary winding 11-2 of the second transformer T2. The input terminal of the third rectifier arm 3-3 is electrically connected to the other end 11-2b of the secondary winding 11-2 of the second transformer T2 and one end 11-3a of the secondary winding 11-3 of the third transformer T3.

第4整流アーム3-4の入力端子は、第3トランスT3の2次巻線11-3の他端11-3b及び第4トランスT4の2次巻線11-4の一端11-4aに電気的に接続されている。第5整流アーム3-5の入力端子は、第4トランスT4の2次巻線11-4の他端11-4bに電気的に接続されている。 The input terminal of the fourth rectifier arm 3-4 is electrically connected to the other end 11-3b of the secondary winding 11-3 of the third transformer T3 and one end 11-4a of the secondary winding 11-4 of the fourth transformer T4. The input terminal of the fifth rectifier arm 3-5 is electrically connected to the other end 11-4b of the secondary winding 11-4 of the fourth transformer T4.

つまり、第1電流共振コンバータ2-1から第4電流共振コンバータ2-4までの各々の一方の出力端子は、各々の隣(図1中で1つ上)の電流共振コンバータの他方の出力端子に電気的に接続されているとともに、第1整流アーム3-1から第5整流アーム3-5までの内の1つの整流アームに電気的に接続されている。例えば、第4電流共振コンバータ2-4の一方の出力端子(2次巻線11-4の一端11-4a)は、隣(図1中で1つ上)の第3電流共振コンバータ2-3の他方の出力端子(2次巻線11-3の他端11-3b)に電気的に接続されているとともに、第4整流アーム3-4に電気的に接続されている。なお、第1電流共振コンバータ2-1の一方の出力端子(2次巻線11-1の一端11-1a)は、単独で、第1整流アーム3-1に電気的に接続されている。 That is, one output terminal of each of the first current resonant converter 2-1 to the fourth current resonant converter 2-4 is electrically connected to the other output terminal of the adjacent (one above in FIG. 1) current resonant converter, and is also electrically connected to one of the rectifier arms from the first rectifier arm 3-1 to the fifth rectifier arm 3-5. For example, one output terminal (one end 11-4a of the secondary winding 11-4) of the fourth current resonant converter 2-4 is electrically connected to the other output terminal (the other end 11-3b of the secondary winding 11-3) of the adjacent (one above in FIG. 1) third current resonant converter 2-3, and is also electrically connected to the fourth rectifier arm 3-4. Note that one output terminal (one end 11-1a of the secondary winding 11-1) of the first current resonant converter 2-1 is electrically connected alone to the first rectifier arm 3-1.

なお、本開示において、隣の電流共振コンバータとは、地理的な配置が隣であることに限定されず、電気的(配線的)に隣であれば良い。例えば、図1において、第1電流共振コンバータ2-1と第2電流共振コンバータ2-2とが、地理的に隣に配置されていることに限定されない。但し、配線の簡易化、配線長の抑制等の観点から、隣の電流共振コンバータとは、地理的な配置が隣であり、且つ、電気的(配線的)に隣であることが好ましい。 In the present disclosure, adjacent current resonant converters are not limited to being adjacent geographically, but may be adjacent electrically (in terms of wiring). For example, in FIG. 1, the first current resonant converter 2-1 and the second current resonant converter 2-2 are not limited to being adjacent geographically. However, from the standpoint of simplifying wiring, reducing wiring length, etc., it is preferable that adjacent current resonant converters are adjacent geographically and adjacent electrically (in terms of wiring).

ダイオードD1-1からD5-1までのカソードは、電気的に接続されており、整流回路3の一方(高電位側)の出力端子である。ダイオードD1-2からD5-2までのアノードは、電気的に接続されており、整流回路3の他方(低電位側)の出力端子である。ダイオードD1-1からD5-1までのカソードは、コンデンサ5の一端(高電位側端)に電気的に接続されている。ダイオードD1-2からD5-2までのアノードは、コンデンサ5の他端(低電位側端)に電気的に接続されている。 The cathodes of diodes D1-1 to D5-1 are electrically connected and form one (high potential side) output terminal of rectifier circuit 3. The anodes of diodes D1-2 to D5-2 are electrically connected and form the other (low potential side) output terminal of rectifier circuit 3. The cathodes of diodes D1-1 to D5-1 are electrically connected to one end (high potential side end) of capacitor 5. The anodes of diodes D1-2 to D5-2 are electrically connected to the other end (low potential side end) of capacitor 5.

整流回路3は、2次巻線11-1から11-4までに励磁される電圧を全波整流して、コンデンサ5に出力する。コンデンサ5は、整流回路3で全波整流された電圧を平滑化する。コンデンサ5の電圧が、出力電圧Voutである。 The rectifier circuit 3 full-wave rectifies the voltage excited in the secondary windings 11-1 to 11-4 and outputs the full-wave rectified voltage to the capacitor 5. The capacitor 5 smoothes the voltage that has been full-wave rectified by the rectifier circuit 3. The voltage of the capacitor 5 is the output voltage Vout.

コンデンサ5の一端(高電位側端)は、負荷23の一端(例えば、リチウムイオン電池の正極)に電気的に接続されている。コンデンサ5の他端(低電位側端)は、負荷23の他端(例えば、リチウムイオン電池の負極)に電気的に接続されている。 One end (high potential end) of the capacitor 5 is electrically connected to one end (e.g., the positive electrode of a lithium ion battery) of the load 23. The other end (low potential end) of the capacitor 5 is electrically connected to the other end (e.g., the negative electrode of a lithium ion battery) of the load 23.

負荷23には、コンデンサ5で平滑化された出力電圧Voutが入力される。例えば、負荷23がリチウムイオン電池である場合には、リチウムイオン電池は、コンデンサ5で平滑化された出力電圧Voutによって、充電される。 The output voltage Vout smoothed by the capacitor 5 is input to the load 23. For example, if the load 23 is a lithium ion battery, the lithium ion battery is charged by the output voltage Vout smoothed by the capacitor 5.

電圧センサ6は、出力電圧Voutを検出して、電圧検出信号Sを制御回路4に出力する。電流センサ7は、負荷23に流れる出力電流Ioutを検出して、電流検出信号Sを制御回路4に出力する。 The voltage sensor 6 detects the output voltage Vout and outputs a voltage detection signal S1 to the control circuit 4. The current sensor 7 detects the output current Iout flowing through the load 23 and outputs a current detection signal S2 to the control circuit 4.

出力設定部24は、出力電圧Voutの電圧設定値信号S及び出力電流Ioutの電流設定値信号Sを制御回路4に出力する。 The output setting unit 24 outputs a voltage setting value signal S3 of the output voltage Vout and a current setting value signal S4 of the output current Iout to the control circuit 4.

例えば、負荷23がリチウムイオン電池である場合に、出力設定部24は、出力電流Ioutを5Aで一定に維持したまま出力電圧Voutを50Vから1000Vまで変化させる電圧設定値信号S及び電流設定値信号Sを、制御回路4に出力する。つまり、出力設定部24は、電流設定値信号Sの信号値を「5A」に維持したまま、電圧設定値信号Sの信号値を「50V」から「1000V」まで変化させる。そして、出力設定部24は、出力電圧Voutが1000Vに達したら、出力電圧Voutを1000Vで一定に維持したまま出力電流Ioutを5Aから0Aまで変化させる電圧設定値信号S及び電流設定値信号Sを、制御回路4に出力する。つまり、出力設定部24は、電圧設定値信号Sの信号値を「1000V」に維持したまま、電流設定値信号Sの信号値を「5A」から「0A」まで変化させる。 For example, when the load 23 is a lithium ion battery, the output setting unit 24 outputs to the control circuit 4 a voltage set value signal S3 and a current set value signal S4 that change the output voltage Vout from 50 V to 1000 V while maintaining the output current Iout constant at 5 A. That is, the output setting unit 24 changes the signal value of the voltage set value signal S3 from "50 V" to "1000 V" while maintaining the signal value of the current set value signal S4 at "5 A". Then, when the output voltage Vout reaches 1000 V, the output setting unit 24 outputs to the control circuit 4 a voltage set value signal S3 and a current set value signal S4 that change the output current Iout from 5 A to 0 A while maintaining the output voltage Vout constant at 1000 V. That is, the output setting section 24 changes the signal value of the current setting value signal S4 from "5 A" to "0 A" while maintaining the signal value of the voltage setting value signal S3 at "1000 V".

電圧設定値信号S及び電流設定値信号Sは、CHAdeMO(商標)に則った信号であることが例示されるが、本開示はこれに限定されない。 The voltage setpoint signal S3 and the current setpoint signal S4 are illustrated as signals conforming to CHAdeMO™, but the present disclosure is not limited thereto.

制御回路4は、電圧センサ6から入力される電圧検出信号S、電流センサ7から入力される電流検出信号S、出力設定部24から入力される電圧設定値信号S及び電流設定値信号Sに基づき、モード(動作するコンバータの数)を切り替える。そして、制御回路4は、出力電圧Vout及び出力電流Ioutの各々が設定値になるように、スイッチング制御信号を第1フルブリッジ回路FB1から第4フルブリッジ回路FB4までに出力する。 The control circuit 4 switches the mode (the number of operating converters) based on the voltage detection signal S1 input from the voltage sensor 6, the current detection signal S2 input from the current sensor 7, and the voltage set value signal S3 and current set value signal S4 input from the output setting unit 24. Then, the control circuit 4 outputs switching control signals to the first full bridge circuit FB1 to the fourth full bridge circuit FB4 so that the output voltage Vout and the output current Iout each become the set value.

図3は、第1の実施の形態の電源装置のモードを示す図である。電源装置1は、第1モードから第4モードまでの4つのモードを有する。 Figure 3 is a diagram showing the modes of the power supply device of the first embodiment. The power supply device 1 has four modes, from the first mode to the fourth mode.

表50の第1列51に示すように、第1モードでは、第1電流共振コンバータ2-1から第4電流共振コンバータ2-4までの全部がオン(動作)する。第1モードが、出力が最も大きいモードである。 As shown in the first column 51 of Table 50, in the first mode, all of the first current resonant converter 2-1 to the fourth current resonant converter 2-4 are on (operating). The first mode is the mode with the highest output.

表50の第2列52に示すように、第2モードでは、第1電流共振コンバータ2-1から第3電流共振コンバータ2-3までがオンし、第4電流共振コンバータ2-4がオフ(停止)する。第2モードが、出力が2番目に大きいモードである。 As shown in the second column 52 of Table 50, in the second mode, the first current resonant converter 2-1 to the third current resonant converter 2-3 are turned on, and the fourth current resonant converter 2-4 is turned off (stopped). The second mode is the mode with the second largest output.

表50の第3列53に示すように、第3モードでは、第1電流共振コンバータ2-1及び第2電流共振コンバータ2-2がオンし、第3電流共振コンバータ2-3及び第4電流共振コンバータ2-4がオフする。第3モードが、出力が3番目に大きいモードである。 As shown in the third column 53 of Table 50, in the third mode, the first current resonant converter 2-1 and the second current resonant converter 2-2 are turned on, and the third current resonant converter 2-3 and the fourth current resonant converter 2-4 are turned off. The third mode is the mode with the third largest output.

表50の第4列54に示すように、第4モードでは、第1電流共振コンバータ2-1がオンし、第2電流共振コンバータ2-2から第4電流共振コンバータ2-4までがオフする。第4モードが、出力が最も小さいモードである。 As shown in the fourth column 54 of Table 50, in the fourth mode, the first current resonant converter 2-1 is turned on, and the second current resonant converter 2-2 to the fourth current resonant converter 2-4 are turned off. The fourth mode is the mode with the smallest output.

図4は、第1の実施の形態の電源装置の2次巻線側の電圧(電流)の方向を示す図である。詳しくは、図4は、第1トランスT1の1次巻線10-1に正極性の電圧61が印加され、第2トランスT2の1次巻線10-2に正極性の電圧62が印加される場合の、第1トランスT1及び第2トランスT2の2次巻線側の電圧(電流)の方向を示す図である。 Figure 4 is a diagram showing the direction of the voltage (current) on the secondary winding side of the power supply device of the first embodiment. In detail, Figure 4 is a diagram showing the direction of the voltage (current) on the secondary winding side of the first transformer T1 and the second transformer T2 when a positive voltage 61 is applied to the primary winding 10-1 of the first transformer T1 and a positive voltage 62 is applied to the primary winding 10-2 of the second transformer T2.

この場合、第1トランスT1の1次巻線10-1には、矢印63で示す方向に電圧が生じ、第2トランスT2の1次巻線10-2には、矢印64で示す方向に電圧が生じる。従って、第1トランスT1及び第2トランスT2の2次巻線側には、矢印65で示すように、ダイオードD1-2→第1トランスT1の2次巻線11-1の一端11-1a→第1トランスT1の2次巻線11-1の他端11-1b→第2トランスT2の2次巻線11-2の一端11-2a→第2トランスT2の2次巻線11-2の他端11-2b→ダイオードD3-1の経路に、電圧が生じる。 In this case, a voltage is generated in the primary winding 10-1 of the first transformer T1 in the direction indicated by the arrow 63, and a voltage is generated in the primary winding 10-2 of the second transformer T2 in the direction indicated by the arrow 64. Therefore, on the secondary winding side of the first transformer T1 and the second transformer T2, as indicated by the arrow 65, a voltage is generated on the path of the diode D1-2 → one end 11-1a of the secondary winding 11-1 of the first transformer T1 → the other end 11-1b of the secondary winding 11-1 of the first transformer T1 → one end 11-2a of the secondary winding 11-2 of the second transformer T2 → the other end 11-2b of the secondary winding 11-2 of the second transformer T2 → diode D3-1.

つまり、1つの電流共振コンバータと隣の電流共振コンバータとの出力極性が同じの場合は、2次巻線側は、直列接続(電圧加算)となる。 In other words, if the output polarity of one current resonant converter is the same as that of the adjacent current resonant converter, the secondary windings are connected in series (voltage addition).

制御回路4は、1つの電流共振コンバータと隣の電流共振コンバータとの出力極性を同じに制御することにより、電流を維持したまま、電圧を高くすることができる。 The control circuit 4 can increase the voltage while maintaining the current by controlling the output polarity of one current resonant converter to be the same as that of the adjacent current resonant converter.

(比較例)
比較例では、制御回路4は、電源オン時に、第1電流共振コンバータ2-1から第4電流共振コンバータ2-4までの全部を一斉に動作開始させる。
Comparative Example
In the comparative example, when the power supply is turned on, the control circuit 4 simultaneously starts the operation of all of the first current resonant converter 2-1 to the fourth current resonant converter 2-4.

図5は、比較例の電源装置の出力電圧及び出力電流を示す図である。波形71は、出力電流Ioutの波形である。波形72は、出力電圧Voutの波形である。 Figure 5 shows the output voltage and output current of a power supply device of a comparative example. Waveform 71 is the waveform of the output current Iout. Waveform 72 is the waveform of the output voltage Vout.

タイミングtにおいて、第1電流共振コンバータ2-1から第4電流共振コンバータ2-4までの全部が一斉に動作開始すると、波形71で示すように、出力電流Ioutは、大きな突入電流Iとなる。出力電流Ioutは、時間が経過するに従って減少して行き、やがて電流Iに収束する。また、波形72で示すように、出力電圧Voutは、時間が経過するに従って上昇して行き、やがて電圧Vに収束する。 At timing t0 , when all of the first current resonant converter 2-1 to the fourth current resonant converter 2-4 start operating simultaneously, the output current Iout becomes a large inrush current I0 , as shown by a waveform 71. The output current Iout decreases as time passes and eventually converges to a current I1 . Also, as shown by a waveform 72, the output voltage Vout increases as time passes and eventually converges to a voltage V0 .

このように大きな突入電流Iが流れると、直流電源21、コンデンサ22、ダイオードD1-1からD5-2まで、コンデンサ5及び負荷23等へのピーク電流の負担が大きい。また、コンデンサ22、ダイオードD1-1からD5-2まで及びコンデンサ5を大きな部品にする必要があるので、装置が大型化し、高コスト化する。 When such a large inrush current I0 flows, the burden of the peak current is large on the DC power supply 21, the capacitor 22, the diodes D1-1 to D5-2, the capacitor 5, the load 23, etc. In addition, since the capacitor 22, the diodes D1-1 to D5-2, and the capacitor 5 must be made large components, the device becomes larger and more expensive.

(第1の実施の形態)
図6は、第1の実施の形態の電源装置の制御回路の電源オン時の動作を示すフローチャートである。
(First embodiment)
FIG. 6 is a flow chart showing the operation of the control circuit of the power supply device according to the first embodiment when the power supply is turned on.

図6を参照すると、制御回路4は、ステップS10において、第1電流共振コンバータ2-1を動作開始させる。つまり、制御回路4は、電源装置1を第4モードで動作させる。 Referring to FIG. 6, in step S10, the control circuit 4 starts the operation of the first current resonant converter 2-1. In other words, the control circuit 4 operates the power supply device 1 in the fourth mode.

制御回路4は、ステップS12において、予め定められた閾値時間が経過したか否かを判定する。制御回路4は、閾値時間が経過していないと判定したら(ステップS12でNo)、ステップS12で待機する。制御回路4は、閾値時間が経過したと判定したら(ステップS12でYes)、処理をステップS14に進める。 In step S12, the control circuit 4 determines whether or not a predetermined threshold time has elapsed. If the control circuit 4 determines that the threshold time has not elapsed (No in step S12), it waits in step S12. If the control circuit 4 determines that the threshold time has elapsed (Yes in step S12), it advances the process to step S14.

制御回路4は、ステップS14において、第2電流共振コンバータ2-2を動作開始させる。つまり、制御回路4は、電源装置1を第3モードで動作させる。 In step S14, the control circuit 4 starts the operation of the second current resonant converter 2-2. In other words, the control circuit 4 operates the power supply device 1 in the third mode.

制御回路4は、ステップS16において、閾値時間が経過したか否かを判定する。制御回路4は、閾値時間が経過していないと判定したら(ステップS16でNo)、ステップS16で待機する。制御回路4は、閾値時間が経過したと判定したら(ステップS16でYes)、処理をステップS18に進める。 In step S16, the control circuit 4 determines whether the threshold time has elapsed. If the control circuit 4 determines that the threshold time has not elapsed (No in step S16), it waits in step S16. If the control circuit 4 determines that the threshold time has elapsed (Yes in step S16), it advances the process to step S18.

制御回路4は、ステップS18において、第3電流共振コンバータ2-3を動作開始させる。つまり、制御回路4は、電源装置1を第2モードで動作させる。 In step S18, the control circuit 4 starts the operation of the third current resonant converter 2-3. In other words, the control circuit 4 operates the power supply device 1 in the second mode.

制御回路4は、ステップS20において、閾値時間が経過したか否かを判定する。制御回路4は、閾値時間が経過していないと判定したら(ステップS20でNo)、ステップS20で待機する。制御回路4は、閾値時間が経過したと判定したら(ステップS20でYes)、処理をステップS22に進める。 In step S20, the control circuit 4 determines whether the threshold time has elapsed. If the control circuit 4 determines that the threshold time has not elapsed (No in step S20), it waits in step S20. If the control circuit 4 determines that the threshold time has elapsed (Yes in step S20), it advances the process to step S22.

制御回路4は、ステップS22において、第4電流共振コンバータ2-4を動作開始させる。つまり、制御回路4は、電源装置1を第1モードで動作させる。その後、制御回路4は、電源オン時の処理を終了する。 In step S22, the control circuit 4 starts the operation of the fourth current resonant converter 2-4. In other words, the control circuit 4 operates the power supply device 1 in the first mode. After that, the control circuit 4 ends the power-on processing.

このように、第1の実施の形態の電源装置1の制御回路4は、複数の電流共振コンバータを、1つずつ動作開始させる。 In this way, the control circuit 4 of the power supply device 1 of the first embodiment starts the operation of multiple current resonant converters one by one.

図7は、第1の実施の形態の電源装置の出力電圧及び出力電流を示す図である。波形73は、出力電流Ioutの波形である。波形74は、出力電圧Voutの波形である。 Figure 7 shows the output voltage and output current of the power supply device of the first embodiment. Waveform 73 is the waveform of the output current Iout. Waveform 74 is the waveform of the output voltage Vout.

タイミングt10において、第1電流共振コンバータ2-1が動作開始すると、波形73で示すように、出力電流Ioutは、小さな突入電流I10となる。ここで、I10<Iである。出力電流Ioutは、時間が経過するに従って減少して行き、やがて電流I11に収束する。また、波形74で示すように、出力電圧Voutは、時間が経過するに従って上昇して行く。 At timing t10 , when the first current resonant converter 2-1 starts operating, the output current Iout becomes a small inrush current I10 as shown by a waveform 73. Here, I10 < I0 . The output current Iout decreases as time passes and eventually converges to a current I11 . Also, as shown by a waveform 74, the output voltage Vout increases as time passes.

タイミングt10から閾値時間経過後のタイミングt11において、第2電流共振コンバータ2-2が動作開始すると、波形73で示すように、出力電流Ioutは、小さな突入電流となる。出力電流Ioutは、時間が経過するに従って減少して行き、やがて収束する。また、波形74で示すように、出力電圧Voutは、時間が経過するに従って上昇して行く。 When the second current resonant converter 2-2 starts operating at timing t11 after a threshold time has elapsed since timing t10 , the output current Iout becomes a small inrush current as shown by a waveform 73. The output current Iout decreases over time and eventually converges. Also, as shown by a waveform 74, the output voltage Vout increases over time.

タイミングt11から閾値時間経過後のタイミングt12において、第3電流共振コンバータ2-3が動作開始すると、波形73で示すように、出力電流Ioutは、小さな突入電流となる。出力電流Ioutは、時間が経過するに従って減少して行き、やがて収束する。また、波形74で示すように、出力電圧Voutは、時間が経過するに従って上昇して行く。 When the third current resonant converter 2-3 starts operating at timing t12 after the threshold time has elapsed since timing t11 , the output current Iout becomes a small inrush current as shown by a waveform 73. The output current Iout decreases over time and eventually converges. Also, the output voltage Vout increases over time as shown by a waveform 74.

タイミングt12から閾値時間経過後のタイミングt13において、第4電流共振コンバータ2-4が動作開始すると、波形73で示すように、出力電流Ioutは、小さな突入電流となる。出力電流Ioutは、時間が経過するに従って減少して行き、やがて収束する。また、波形74で示すように、出力電圧Voutは、時間が経過するに従って上昇して行く。 When the fourth current resonant converter 2-4 starts operating at timing t13 after the threshold time has elapsed since timing t12 , the output current Iout becomes a small inrush current as shown by a waveform 73. The output current Iout decreases over time and eventually converges. Also, as shown by a waveform 74, the output voltage Vout increases over time.

以上説明したように、第1の実施の形態の電源装置1は、比較例と比較して、突入電流I10を、突入電流Iよりも小さくすることができる。これにより、電源装置1は、直流電源21、コンデンサ22、ダイオードD1-1からD5-2まで、コンデンサ5及び負荷23等へのピーク電流の負担を軽減できる。また、電源装置1は、コンデンサ22、ダイオードD1-1からD5-2まで及びコンデンサ5を大きな部品にしなくて済むので、装置を小型化でき、低コスト化することができる。 As described above, the power supply device 1 of the first embodiment can make the inrush current I10 smaller than the inrush current I0 , compared to the comparative example. This allows the power supply device 1 to reduce the burden of peak currents on the DC power supply 21, the capacitor 22, the diodes D1-1 to D5-2, the capacitor 5, the load 23, etc. Furthermore, the power supply device 1 does not require the capacitor 22, the diodes D1-1 to D5-2, and the capacitor 5 to be large components, making it possible to reduce the size and cost of the device.

<第2の実施の形態>
第2の実施の形態の電源装置の回路構成は、第1の実施の形態の電源装置1の回路構成と同様であるので、図示及び説明を省略する。
Second Embodiment
The circuit configuration of the power supply device of the second embodiment is similar to the circuit configuration of the power supply device 1 of the first embodiment, and therefore illustration and description thereof will be omitted.

第1の実施の形態では、制御回路4は、1つの電流共振コンバータを動作開始させてから閾値時間が経過したタイミングで、次の電流共振コンバータを動作開始させる。 In the first embodiment, the control circuit 4 starts the operation of the next current resonant converter when a threshold time has elapsed since the start of operation of one current resonant converter.

一方、第2の実施の形態では、制御回路4は、1つの電流共振コンバータを動作開始させ、出力電流Ioutが予め定められた閾値電流以下になったタイミングで、次の電流共振コンバータを動作開始させる。 On the other hand, in the second embodiment, the control circuit 4 starts operation of one current resonant converter, and when the output current Iout becomes equal to or lower than a predetermined threshold current, starts operation of the next current resonant converter.

この場合、制御回路4は、第1の実施の形態で説明した図6のフローチャートのステップS12、S16及びS20の各々において、出力電流Ioutが閾値電流以下になったか否かを判定すれば良い。 In this case, the control circuit 4 only needs to determine whether the output current Iout is equal to or lower than the threshold current in each of steps S12, S16, and S20 of the flowchart in FIG. 6 described in the first embodiment.

第2の実施の形態の電源装置は、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。 The power supply device of the second embodiment has the same effects as the first embodiment.

本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.

1 電源装置
2-1 第1電流共振コンバータ
2-2 第2電流共振コンバータ
2-3 第3電流共振コンバータ
2-4 第4電流共振コンバータ
3 整流回路
4 制御回路
5、22 コンデンサ
6 電圧センサ
7 電流センサ
21 直流電源
23 負荷
24 出力設定部
FB1 第1フルブリッジ回路
FB2 第2フルブリッジ回路
FB3 第3フルブリッジ回路
FB4 第4フルブリッジ回路
T1 第1トランス
T2 第2トランス
T3 第3トランス
T4 第4トランス
REFERENCE SIGNS LIST 1 Power supply device 2-1 First current resonant converter 2-2 Second current resonant converter 2-3 Third current resonant converter 2-4 Fourth current resonant converter 3 Rectifier circuit 4 Control circuit 5, 22 Capacitor 6 Voltage sensor 7 Current sensor 21 DC power supply 23 Load 24 Output setting unit FB1 First full bridge circuit FB2 Second full bridge circuit FB3 Third full bridge circuit FB4 Fourth full bridge circuit T1 First transformer T2 Second transformer T3 Third transformer T4 Fourth transformer

Claims (4)

複数のコンバータと、
前記複数のコンバータの出力電圧を整流して1個の負荷へ出力する複数の整流アームを含む、整流回路と、
前記複数のコンバータを制御する制御回路と、
を備え、
前記複数のコンバータの各々の一方の出力端子は、各々の隣のコンバータの他方の出力端子に電気的に接続されるとともに、前記複数の整流アームの内の1つの整流アームに電気的に接続され、
前記制御回路は、
第1タイミングにおいて、前記複数のコンバータの内の第1コンバータを動作開始させ、前記第1コンバータの出力電圧を前記1個の負荷に出力し、
前記第1タイミングの後で前記第1コンバータの出力電流が予め定められた閾値電流以下になった第2タイミングにおいて、前記第1コンバータの電気的に隣の第2コンバータを、前記第1コンバータと同じ出力極性で動作開始させることにより、前記第1コンバータの出力と前記第2コンバータの出力とを直列接続し、前記第1コンバータの出力電圧と前記第2コンバータの出力電圧との和の電圧を前記1個の負荷に出力する、
ことを特徴とする、電源装置。
A plurality of converters;
a rectifier circuit including a plurality of rectifier arms that rectify output voltages of the plurality of converters and output the rectified output voltages to a single load;
A control circuit for controlling the plurality of converters;
Equipped with
one output terminal of each of the plurality of converters is electrically connected to the other output terminal of each adjacent converter and is electrically connected to one rectifier arm of the plurality of rectifier arms;
The control circuit includes:
At a first timing, a first converter among the plurality of converters is started to operate, and an output voltage of the first converter is output to the one load;
At a second timing when the output current of the first converter becomes equal to or lower than a predetermined threshold current after the first timing, a second converter electrically adjacent to the first converter is started to operate with the same output polarity as the first converter, thereby connecting the output of the first converter and the output of the second converter in series, and outputting a voltage which is the sum of the output voltage of the first converter and the output voltage of the second converter to the one load.
A power supply device comprising:
前記制御回路は、
前記第2タイミングの後で前記第1コンバータ及び前記第2コンバータの出力電流が前記閾値電流以下になった第3タイミングにおいて、前記第2コンバータの電気的に隣の第3コンバータを、前記第1コンバータ及び前記第2コンバータと同じ出力極性で動作開始させることにより、前記第1コンバータから前記第3コンバータまでの出力を直列接続し、前記第1コンバータから前記第3コンバータまでの出力電圧の和の電圧を前記1個の負荷に出力し、
前記第3タイミングの後で前記第1コンバータから前記第3コンバータまでの出力電流が前記閾値電流以下になった第4タイミングにおいて、前記第3コンバータの電気的に隣の第4コンバータを、前記第1コンバータから前記第3コンバータまでと同じ出力極性で動作開始させることにより、前記第1コンバータから前記第4コンバータまでの出力を直列接続し、前記第1コンバータから前記第4コンバータまでの出力電圧の和の電圧を前記1個の負荷に出力し、
前記1個の負荷へ出力する出力電流の突入電流を、前記第1コンバータから前記第4コンバータまでの全部を一斉に動作開始させた場合と比較して、抑制する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の電源装置。
The control circuit includes:
at a third timing when the output currents of the first converter and the second converter become equal to or lower than the threshold current after the second timing, a third converter electrically adjacent to the second converter is started to operate with the same output polarity as the first converter and the second converter, thereby connecting the outputs of the first converter to the third converter in series and outputting a voltage that is the sum of the output voltages of the first converter to the third converter to the single load;
At a fourth timing when the output current from the first converter to the third converter becomes equal to or less than the threshold current after the third timing, a fourth converter electrically adjacent to the third converter is started to operate with the same output polarity as the first converter to the third converter, thereby connecting the outputs from the first converter to the fourth converter in series and outputting a voltage that is the sum of the output voltages from the first converter to the fourth converter to the single load;
The inrush current of the output current output to the one load is suppressed compared to a case where all of the first converter to the fourth converter are started to operate simultaneously.
2. The power supply device according to claim 1 .
前記複数のコンバータの各々は、電流共振コンバータである、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の電源装置。
Each of the plurality of converters is a current resonant converter.
3. The power supply device according to claim 1 or 2 .
複数のコンバータと、前記複数のコンバータの出力電圧を整流して1個の負荷へ出力する複数の整流アームを含む、整流回路と、前記複数のコンバータを制御する制御回路と、を備え、前記複数のコンバータの各々の一方の出力端子は、各々の隣のコンバータの他方の出力端子に電気的に接続されるとともに、前記複数の整流アームの内の1つの整流アームに電気的に接続された、電源装置の制御方法であって、
第1タイミングにおいて、前記複数のコンバータの内の第1コンバータを動作開始させ、前記第1コンバータの出力電圧を前記1個の負荷に出力し、
前記第1タイミングの後で前記第1コンバータの出力電流が予め定められた閾値電流以下になった第2タイミングにおいて、前記第1コンバータの電気的に隣の第2コンバータを、前記第1コンバータと同じ出力極性で動作開始させることにより、前記第1コンバータの出力と前記第2コンバータの出力とを直列接続し、前記第1コンバータの出力電圧と前記第2コンバータの出力電圧との和の電圧を前記1個の負荷に出力する、
ことを特徴とする、電源装置の制御方法。
A control method for a power supply device comprising: a rectifier circuit including a plurality of converters; a plurality of rectifier arms that rectify output voltages of the plurality of converters and output the rectified output voltages to a single load; and a control circuit that controls the plurality of converters, wherein one output terminal of each of the plurality of converters is electrically connected to the other output terminal of an adjacent converter and is also electrically connected to one rectifier arm of the plurality of rectifier arms,
At a first timing, a first converter among the plurality of converters is started to operate, and an output voltage of the first converter is output to the one load;
At a second timing when the output current of the first converter becomes equal to or lower than a predetermined threshold current after the first timing, a second converter electrically adjacent to the first converter is started to operate with the same output polarity as the first converter, thereby connecting the output of the first converter and the output of the second converter in series, and outputting a voltage which is the sum of the output voltage of the first converter and the output voltage of the second converter to the one load.
23. A method for controlling a power supply device comprising:
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