フライングキャパシタを相互に組入れたインターリーブ式ソフトスイッチングコンバータ

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K04361
• Research Institution: Akita National College of Technology
• Principal Investigator: 安東 至 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (20212665)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: インターリーブ / フライングキャパシタ / ソフトスイッチング / 昇圧コンバータ / 高入力力率

Outline of Annual Research Achievements

令和3年度は，モード分けした効率的制御プログラミングの改善と，ソフトスイッチング実現のためハードウエアによる待ち時間生成回路を導入したスイッチング制御法を導入し，有効性を確認した。
効率的制御プログラムは，電流制御手法において複数のスイッチングモードからの選択ではなく，次のモードへの移行タイミングのみ確認する手法へ変更した。これにより，プログラム実行時間は大幅に短縮された。
本コンバータでは完全ソフトスイッチングを実現している。ゼロ電圧スイッチングにおいてはロスレススナバコンデンサへの充電時間を確保した上で，次のスイッチングモードへ移行することが必要である。本コンバータは10μs毎にサンプリングとスイッチングの出力更新をしており，10μs以下での上記充電・移行時間の待ち時間確保調整は難しい。そこで，16種類の待ち時間を設定した単安定マルチバイブレータをICによるハードウエアで準備し，コントローラにおいては充電モード開始時の各サンプリング値から必要な待ち時間演算と選択のみを行うこととした。これにより，コントローラは充電モードを考慮せずに更に次モードへの移行信号を出力でき，回路は16種類の中の適切な時間の充電モードを経て充電モード後の次モードへ自動的に切り替わる。
試作機での実験により，完全ソフトスイッチング・インターリーブ動作・変動率1％以下の出力電圧一定制御・入力力率99％の正弦波入力電流，負荷容量700Wで入力電流歪率5.2％を達成できた。また，出力700W以下で入力側整流器も含めた効率は84-80％であり，SW素子のON抵抗損失が大きいこともわかった。
以上の結果より，本研究は数世代前の半導体SW素子を用いた試作であったこともあり，一部は目標にわずかに届かなかった特性もあるものの基本的には当初の目的は達成できたと思われる。