JAJU988 設計ガイド

JAJU988 May 2025

3.3.4 デッドタイム補償

この設計ガイドの前のセクションで説明したように、ZVS 実現にはデッドタイムが重要な役割を果たします。残念ながら、電圧ゲインと負荷の全範囲で ZVS を実現することはできません。特に、モード変更点の場合です。コンバータがいずれかのレッグで ZVS を失うと、実効位相シフトが変化し、出力電流波形に歪みが生じます。

位相シフトが変化する理由は次のとおりです。実際のアプリケーションでは、本質的なデッドタイムを持つスイッチを使用して、貫通電流を防止し、スイッチ内で電流を放電できるようにしています。ゼロ電圧スイッチング (ZVS) が有効になると、相補型スイッチがオフになった時点で、1 次側と 2 次側の両方で変化が開始されます。適切な ZVS の場合、デッドタイムが終了する前に新しい電圧に達します。

ハードスイッチは、ターンオンイベントによってデッドタイムの終了時に電圧が強制的に新しいレベルになるまで、電圧を変更せずに維持します。

図 3-15 位相シフトの変動

デッドタイム効果によって実効位相シフトが変化する。異なるレッグにZVSを実装すると、D1 と D2 に異なる変化が生じます。表 3-1に、各種のレッグの補償値を示します。

表 3-1 デッドタイム補償の値

ZVS 実現	D1 の補償	D2 の補償
1 次リード	–DT_DC	+DT_DC/2
1 次ラグ	+DT_DC	+DT_DC/2
2 次側	0	–DT_AC

ZVS 実現を理解するため、コントローラはすべてのレッグのスイッチ電流を計算します。表 3-2ターンオフ電流の計算式を、に示します。

表 3-2 ターンオフ電流の式

	モード II	モード III
1 次リード	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} - D 2 + 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times 0.25}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$
1 次ラグ	$\frac{N \times V_{D C} \times (- D 1 + \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} + D 2 - 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (- D 1 + \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} + D 2 - 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$
2 次側	$\frac{N \times V_{D C} \times (2 \times D 2 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times 0.25}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (- \frac{D 1}{2} + D 2 + 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$

計算されたターンオフ電流が負である場合、これらのスイッチで補償を適用できます。ただし、実際のアプリケーションでは、ZVS　を実現するには正の電流だけでは不十分です。スイッチは、デッドタイム内に　C_OSS　を放電するために何らかの大量の電流を必要とするからです。この電流が十分でない場合、部分的なソフトスイッチングが発生する可能性があります。したがって、表 3-1 の補正値を線形化する必要があります。線形補償アプローチでは、追加の線形係数 K_COMP が式式 9 で計算され、表 3-1 のデッドタイム補償値に適用されます。.

式 9.

K_{C O M P} = m i n \{1, \frac{I_{Z V S} - I_{s}}{I_{Z V S}}\}

ここで、

I_S はスイッチ電流です
I_ZVS はフル ZVS に必要な電流です

係数により、このレッグにおけるスイッチングイベントの強度が決まります。係数のゼロクリアは、このレグのターンオフ電流が ZVS を完全に実現するのに十分であることを示しています。ただし、係数が 1 のとき、スイッチングイベントは完全にハードであり、コントローラは D1 および D2 の値に完全な補償を適用する必要があります。システム設計者は、システムの特性を評価した後、目的の I_ZVSを選択します。特に、C_OSS は変動するため、I_ZVS は 1 次側と 2 次側で異なる場合があります。

提案された補償対策を導入すると、グリッド内の電流スパイクが大幅に減少し、コンバータの THD が改善されます。

	モード II	モード III
1 次リード	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} - D 2 + 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times 0.25}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$
1 次ラグ	$\frac{N \times V_{D C} \times (- D 1 + \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} + D 2 - 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (- D 1 + \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} + D 2 - 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$
2 次側	$\frac{N \times V_{D C} \times (2 \times D 2 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times 0.25}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (- \frac{D 1}{2} + D 2 + 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$

3.3.4 デッド タイム補償

3.3.4 デッドタイム補償