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高効率LLC共振型DC-DCコンバータの高度ディジタル制御

概要

共振型LLC降圧コンバータは簡単な回路構成と少ない部品点数で実現できる降圧コンバータで, 効率は90%以上と従来のDC-DCコンバータよりも高効率なコンバータとして注目を集めています.

動作原理

回路構成は以下の図のようにインダクタLr, トランスのインダクタLm,キャパシタCから成っており, これらの素子の共振を利用することから共振型LLCコンバータと呼ばれます.

LLCコンバータの動作原理図

では,共振型LLCコンバータの動作を説明します. まず,高電圧入力を,MOSFETを用いてPFM(Pulse Frequency Modulation)変調することにより 矩形波のパルス状にします.これをLr,Lm,Cで構成される回路に入力すると PFMの周波数に応じた正弦波が出てきます.これをトランスで降圧, ダイオードで整流,キャパシタで平滑化することで低電圧を出力します.

研究内容

共振型LLCコンバータは出力電圧の制御が難しいとされています. そこで,本研究室では,出力電圧をマイコンのA-Dコンバータで取り込み, 近似的2自由度制御を適用し,PFMの周波数を変化させることで, 負荷変動,スタートアップ特性の改善を図っています.