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。

In this paper, the application of synchronous rectifier circuit in secondary side synchronous rectifier circuit of synchronous rectifier type isolated DC-DC converter is studied, and the large loss reduction of output power is realized. In addition, the whole power circuit is small and high efficiency, and the element selection and circuit design are related to the theoretical construction and practical demonstration of the machine. In particular, this study shows the following results: 1. Theoretical analysis and simulation of steady-state characteristics: the secondary-side synchronous rectifier circuit of the DC-DC converter of the isolated type, the analysis of the oscillation of each voltage current and the method for calculating the operating point of the isolated DC-DC converter of the isolated type. In addition, the problem of the circuit is to suppress the inrush current and to propose a new circuit to realize it. The main loop status is 2, 4, and 6. The same analysis method is used to calculate the action point. 2. Small size, high efficiency, element selection and circuit design: theoretical analysis of steady state characteristics, basic element selection, voltage, current, etc. of each element, and arrangement of necessary information for circuit design. The relationship between the number ratio and the reduction ratio shows the possibility of miniaturization and high efficiency. In this case, the possibility of reducing the inrush current of the battery is discussed. 3. The load variation and other factors are considered to clarify the establishment conditions of the system. The excitation current of the system is utilized. The voltage of the primary circuit is analyzed. The detailed circuit analysis of each operation is carried out. The load conditions are discussed.

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