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。

在本研究中，通过将间接混合电路应用于同步整流型隔离式DC-DC转换器的次级侧同步整流电路，我们实现了输出电感器损耗的显着降低，并且还实现了整体的降低我们正在致力于建立有关元件选择和电路设计的理论并进行实际演示，以提高效率。具体来说，本研究重点关注以下三个主题，第一年取得的成果总结如下。 1.稳态特性的理论分析和建模：采用间接混合电路作为有源钳位正激变换器（隔离式DC-DC变换器）的副边同步整流电路，并研究两个电路中各电压和电流的行为我们建立了一种找到占空比等工作点的方法。此外，我们提出了一种新的电路拓扑来抑制飞跨电容器的浪涌电流，这是间接混合电路的一个问题，并在实际设备上进行了演示。此时，主电路状态的数量从两种增加到四种，但结果表明，可以使用相同的分析方法来确定占空比等因素的工作点。 2.实现紧凑尺寸和高效率的元件选择和电路设计：基于稳态特性的理论分析和建模，我们明确了元件选择所需的电压、电流等，并创建了间接混合电路。组织了电路设计所需的信息。此外，根据变压器匝数比与降压比之间的关系，我们表明通过降低变压器匝数比可以使变压器更小、更高效。此外，通过抑制快速电容器的浪涌电流，可以减小电容器容量，目前我们正在研究这种可能性。 3.阐明考虑负载波动等的软开关条件：以使用变压器励磁电流的初级电路的零电压开关为中心，对每种操作模式进行详细的电路分析，并根据负载确定软开关操作我们考虑了是否可以。

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