JAJU988 設計ガイド

JAJU988 May 2025

3.3.5 周波数変調

軌道が示すように、セクション 3.3.3 では、ZVS の実現は負荷、電圧、モードによって異なります。軽負荷時にはコントローラは 1 次側と 2 次側の ZVS 要件の間のスペースが広く、システム内で循環する電流が大量に存在することを意味します。周波数を変更することで、1 次側と 2 次側の ZVS 要件との距離を狭め、循環電流を低減できます。

ピークが高いグリッド正弦波では、負荷が低いため、1 次側 ZVS が不足しています。負荷係数 M は、I_REF と I_N の比として定義されます。I_N は L_K とスイッチング周波数に依存します。コントローラは、軽負荷時にスイッチング周波数を上げることができ、I_N を減らすことで相対負荷 M を増やすことができます。

最良のスイッチング周波数は、1 次側と 2 次側の ZVS 要件との間の目的の距離 Δ を達成する周波数によって定義されます。この Δ は、システムの詳細な特性評価に従ってシステム設計者が選定するものです。

最適なスイッチング周波数を求める式を、式 4 および式 6から導出します。式 10と式 11 は最終的な式です。

式 10.

F_{S W, I I I} = \frac{N \times V_{D C} \times {(\frac{m}{2} - 2 * Δ)}^{2} \times (1 - \frac{m}{2})}{4 \times L_{K} \times |I_{R E F}| \times m}

式 11.

F_{S W, I I} = \frac{N \times V_{D C} \times {(8 \times Δ}^{2} \times m^{2} + 16 \times Δ^{2} \times m + 16 \times Δ^{2} - 8 \times Δ \times m - 16 \times Δ - m^{2} + 4)}{16 \times L_{K} \times |I_{R E F}| \times m^{2}}

F_SW の増加は、コンバータの相対負荷 M の増加に起因します。モード III 動作で負荷が大きくなると、1 次側と 2 次側の ZVS 要件間の距離が短くなりましたが、同時に RMS 電流は減少しました。モード II では、F_SW の増加によって、1 次側立ち下がりアームが電流を正の電圧パルスに保持するために必要な最小負荷を確保し、ZVS を実現できます。

軌道からは、重負荷では、計算されるスイッチング周波数が低く、F_{SW_MIN}要件によって制限されることが明確に示されています。逆に、軽負荷で動作する場合、周波数は最大 (F_{SW_MAX}) 飽和値まで上昇します。ただし、中負荷の場合は、周波数の変動が大きくなり、広い範囲で ZVS を実現すると同時に、循環電流を低レベルに維持します。