インダイレクト型ハイブリッド回路の同期整流式絶縁型DC-DCコンバータへの応用

间接混合电路在同步整流隔离DC-DC变换器中的应用

• 批准号: 22K14235
• 负责人: 畑 勝裕
• 金额: $ 3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14235/
• 关键词: DC-DCコンバータ; ハイブリッドDC-DCコンバータ; 電源回路; インダクタ電流低減; ソフトスイッチング

本研究ではインダイレクト型ハイブリッド回路を同期整流式絶縁型DC-DCコンバータの二次側同期整流回路に応用することで，出力インダクタにおける大幅な損失低減を実現し，さらに，電源回路全体を小型・高効率化するための素子選定と回路設計に関する理論構築と実機実証に取り組んでいる。特に，本研究では以下に示す3つのテーマを実施しており，初年度で得られた成果を以下にまとめる。1．定常特性の理論解析とモデル化：インダイレクト型ハイブリッド回路を絶縁型DC-DCコンバータであるアクティブクランプフォワードコンバータの二次側同期整流回路として採用し，2つの回路状態における各電圧電流の振る舞いを解析し，デューティ比等に対する動作点を求める手法を確立した。さらに，インダイレクト型ハイブリッド回路の課題であったフライングキャパシタからの突入電流を抑制するための新たな回路トポロジーを提案し，実機実証を行った。このとき，主な回路状態は2つから4つに増加したが，同様な解析手法によってデューティ比等に対する動作点を求められることを示した。2．小型・高効率化を実現するための素子選定と回路設計：定常特性の理論解析とモデル化に基づいて素子選定に必要となる各素子にかかる電圧・電流等を明らかにし，インダイレクト型ハイブリッド回路の回路設計に必要となる情報を整理した。また，トランス巻き数比と降圧比の関係より，トランス巻き数比を削減することで小型・高効率化できる可能性を示した。さらに，フライングキャパシタからの突入電流を抑制することでキャパシタ容量を低減できる可能性があり，検討を進めている。3．負荷変動等を考慮したソフトスイッチング成立条件の明確化：トランスの励磁電流を利用した一次側回路のゼロ電圧スイッチングに着目し，各動作モードの詳細な回路解析を行い，負荷条件に対するソフトスイッチング動作の可否を検討した。

在这项研究中，通过将间接混合电路应用于同步整流器类型DC-DC转换器的次级同步整流器电路，我们已经显着减少了输出电感器的损失，并且我们正在研究实际机器的理论和演示元素和电路设计的实际电源和较小电源的电路设计。特别是，这项研究实施了以下三个主题，下面总结了第一年获得的结果。 1. Theoretical analysis and modeling of steady-state characteristics: An indirect hybrid circuit was adopted as a secondary-side synchronous rectifier circuit for an active clamp forward converter, an isolated DC-DC converter, and analysed the behavior of each voltage and current in two circuit states, and a method of determining the operating point for the duty ratio, etc. Furthermore, we proposed a new circuit topology to suppress inrush current from the flying电容器，这是间接混合电路的挑战，并证明了实际机器。目前，主电路状态从2个增加到四个，但显示出占空比等的工作点可以通过类似的分析方法确定。 2。元素选择和电路设计以达到紧凑性和高效率：根据稳态特性的理论分析和建模，阐明了每个元素所需的电压和电流，并且已经编译了间接混合电路的电路设计所需的信息。此外，变压器数量比与降低比率之间的关系之间的关系表明，减少变压器的弯道比率可以使得可以使变压器的数量紧凑且高效。此外，有可能通过抑制飞行电容器的冲洗电流来降低电容器容量，而我们目前正在进行研究。 3。考虑到负载波动等，澄清软开关机构条件：使用变压器的激发电流重点关注主电路的零电压切换，我们对每个操作模式进行了详细的电路分析，并检查了是否可以针对负载条件进行软切换操作。

项目成果

キャパシタ分圧方式2相同期整流回路を用いた車載向けアクティブクランプフォワードコンバータ

采用电容分压器型两相同步整流电路的汽车有源钳位正激变换器

• 发表时间: 2023
• 作者: 畑勝裕;鈴木定典;渡辺健一;永吉謙一;高宮真
• 通讯作者: 高宮真

2-Phase Series Capacitor Synchronous Rectifier in Active Clamp Forward Converter

有源钳位正激变换器中的两相串联电容同步整流器

• 发表时间: 2023
• 作者: K. Hata;S. Suzuki;K. Watanabe;K. Nagayoshi;M. Takamiya
• 通讯作者: M. Takamiya