專利名稱：一種控制dc-dc轉(zhuǎn)換器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制有半橋結(jié)構(gòu)的DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法。
技術(shù)背景圖5是一個(gè)傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框電路圖?，F(xiàn)參考圖5，傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器包括第一串聯(lián)電路，其包括 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 1和2且并聯(lián)到直流電源 10;第二串聯(lián)電路，其包括電容3和變壓器9的初級(jí)繞組，且并聯(lián)到 MOSFET 2; —緩沖電容4并聯(lián)到MOSFET 2上；以及包括二極管11 的整流及平滑電路5連接到變壓器9的次級(jí)繞組7，而二極管12連接 到變壓器9的另一次級(jí)繞組8。第一輸出電壓檢測電路16檢測輸出電 壓VQ。三角波發(fā)生器電路14產(chǎn)生三角波信號(hào)，其頻率相應(yīng)于輸出電壓 Vo與參考輸出電壓之差而變化。比較器15比較該三角波信號(hào)的頻率和 通斷比設(shè)定電路(on-offratio setting circuit) 13的輸出。驅(qū)動(dòng)器電路18 按固定的50%的通斷比交替地接通和斷開MOSFET 1和2。如上所述，圖5所示的傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器通過以固定的通斷比改 變MOSFET 1和2的開關(guān)頻率Fs而控制輸出電壓。因?yàn)樯鲜龅腄C-DC 轉(zhuǎn)換器是通常的電流共振型轉(zhuǎn)換器，且因?yàn)槠洳僮髋c普通的一樣，所 以省略對(duì)傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)說明。在傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器中，變壓器的激勵(lì)電感應(yīng)足夠低以防止開關(guān) 頻率增加太大。圖6是關(guān)于開關(guān)頻率Fs在DC電源電壓Ed為100V和400V下， 通斷比D對(duì)輸出功率Po的一組曲線。在傳統(tǒng)的DC-DC變壓器中，雖 然開關(guān)頻率根據(jù)負(fù)載條件和來自DC電源的輸入電壓而在一定程度上 變化，但通斷比D幾乎沒有顯示出變化。圖7是一波形圖，描述分別流經(jīng)MOSFET 1和2的電流IQ1和IQ2， 以及分別流經(jīng)二極管11和12的電流IDll和ID12，其中二極管11和12連接到額定負(fù)載條件下的變壓器次級(jí)繞組一側(cè)。圖8是一波形圖，描述分別流經(jīng)MOSFET 1和2的電流IQ1和IQ2，以及分別流經(jīng)二極 管11和12的電流IDll和ID12，其中二極管11和12連接到輕負(fù)載條 件下的變壓器次級(jí)繞組一側(cè)。減少變壓器的激勵(lì)電感從而防止在輕負(fù)載條件下開關(guān)頻率增加太 大，結(jié)果使得在額定負(fù)載和輕負(fù)載條件下高激勵(lì)電流流入變壓器，如 圖7和圖8所示的IQ1和IQ2。該激勵(lì)電流引起電抗性電流，其進(jìn)一步 引起在電路中阻抗上的損失，該阻抗例如為MOSFET和變壓器繞組的 電阻。由于所引起的損失，上述DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率低于輕負(fù)載 條件下的轉(zhuǎn)換效率。按前述觀點(diǎn)，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的 方法，其有利于防止開關(guān)頻率在輕負(fù)載條件下增加，且促進(jìn)DC-DC轉(zhuǎn) 換器的轉(zhuǎn)換效率。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了一種控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法，該DC-DC 轉(zhuǎn)換器包括第一串聯(lián)電路，其包括兩個(gè)開關(guān)器件且連接到DC電壓 的正端和負(fù)端之間；和第二串聯(lián)電路，其包括一個(gè)或多個(gè)電容和變壓 器的初級(jí)繞組且并聯(lián)地連接到一個(gè)開關(guān)器件上，該DC-DC轉(zhuǎn)換器接通 或斷開開關(guān)器件以于變壓器的次級(jí)繞組的兩端產(chǎn)生正的和負(fù)的電壓。 該DC-DC轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通產(chǎn)生于變壓器的次級(jí)繞組兩端的正和負(fù)的電壓的 半波整流或全波整流以得到一 DC輸出，所述方法包括:所述兩個(gè)開 關(guān)器件的通斷比相應(yīng)于輸出電壓而改變，所述開關(guān)頻率相應(yīng)于DC電 源電壓而改變，并且，對(duì)于所述通斷比，以額定負(fù)載時(shí)為50%附近、 或負(fù)載小時(shí)小于50%的方式分別進(jìn)行控制，對(duì)于所述開關(guān)頻率，以輸 入電壓高時(shí)則高、或輸入電壓低時(shí)則低的方式分別進(jìn)行控制。本發(fā)明還提供了一種控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法，該DC-DC轉(zhuǎn)換 器包括第一串聯(lián)電路，其包括兩個(gè)開關(guān)器件且連接到DC電壓的正 端和負(fù)端之間；和第二串聯(lián)電路，其包括一個(gè)或多個(gè)電容和變壓器的 初級(jí)繞組且并聯(lián)地連接到一個(gè)開關(guān)器件上，該DC-DC轉(zhuǎn)換器接通或斷 開開關(guān)器件以于變壓器的次級(jí)繞組的兩端產(chǎn)生正的和負(fù)的電壓。該DC-DC轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通產(chǎn)生于變壓器的次級(jí)繞組兩端的正和負(fù)的電壓的半波整流或全波整流以得到一 DC輸出，所述方法包括在使所述兩個(gè) 開關(guān)器件的通斷比為固定的狀態(tài)下，進(jìn)行改變所述開關(guān)頻率的控制， 而當(dāng)所述開關(guān)頻率達(dá)到一預(yù)定值后，在使所述開關(guān)頻率為固定的狀態(tài) 下改變所述通斷比，從而防止所述開關(guān)頻率為所述預(yù)定值以上，并且， 在負(fù)載大時(shí)固定通斷比而改變開關(guān)頻率，在負(fù)載小時(shí)固定開關(guān)頻率而 改變通斷比。


圖1是一 DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框電路圖，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過根 據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的控制方法來控制。圖2是電源電壓Ed為100V和400V時(shí)， 一組關(guān)于開關(guān)頻率Fs和 通斷比D與輸出功率Po的曲線。圖3是一 DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框電路圖，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過根 據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的控制方法來控制。圖4是電源電壓Ed為400V日寸， 一對(duì)關(guān)于開關(guān)頻率Fs和通斷比D 與輸出功率Po的曲線。圖5是一傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框電路圖。圖6是DC電源電壓Ed為100V和400V時(shí)， 一組關(guān)于開關(guān)頻率 Fs和通斷比D與輸出功率Po的曲線。圖7是一波形圖，說明在額定負(fù)載條件下，流過圖5中MOSFET 的電流，以及流過連接到圖5中變壓器的次級(jí)側(cè)的二極管的電流。圖8是一波形圖，說明在輕負(fù)載條件下，流過圖5中MOSFET的 電流，以及流過連接到圖5中變壓器的次級(jí)側(cè)的二極管的電流。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參考說明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的附圖而詳細(xì)說明本發(fā)明。 所有附圖中，如圖5到圖8中所用的相同的參考編號(hào)和符號(hào)代表相同 的構(gòu)成元件，為了簡潔起見，略去重復(fù)的說明。圖1是一 DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框圖，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過根據(jù)本 發(fā)明的第一實(shí)施方案的控制方法來控制。參考圖1，根據(jù)第一實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn)換器的主電路和傳統(tǒng)的 DC-DC轉(zhuǎn)換器的主電路相同。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn) 換器和傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器不同，這是因?yàn)楦鶕?jù)第一實(shí)施方案的 DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括了第二電壓檢測器電路17，其輸出被輸入到 三角波發(fā)生電路14，也因?yàn)榈谝浑妷簷z測電路16的輸出還被輸入到通 斷比設(shè)定電路13。圖2是DC電源電壓Ed為100V和400V時(shí)，關(guān)于開關(guān)頻率Fs和 通斷比D與輸出功率Po (電壓Vo與電流IDll和ID12的乘積)的一 組曲線。在上述電路中，由三角波發(fā)生電路14產(chǎn)生的三角波信號(hào)的振蕩頻 率，也就是開關(guān)頻率Fs，相應(yīng)于由DC電源饋入的輸入電壓Ed而改變， 且被第二電壓檢測器電路17檢測。使得對(duì)應(yīng)于100V和400V的輸入 電壓Ed的三角波信號(hào)的振蕩頻率互不相同。在同一時(shí)間，MOSFET 1 和2的通斷比D相應(yīng)于被第一電壓檢測器電路16檢測到的輸出電壓 Vo而調(diào)整(改變)，如圖2所示。由此控制輸出電壓Vo。對(duì)任意一 個(gè)DC電源電壓Ed，開關(guān)頻率Fs被預(yù)先設(shè)定為一個(gè)值，在該值下，通 斷比D在額定負(fù)載條件下大約是50%，因?yàn)樵诒景l(fā)明所應(yīng)用的DC-DC 轉(zhuǎn)換器中，最高轉(zhuǎn)換效率是在通斷比大約為50%時(shí)獲得的。圖3是一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框電路圖，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過 根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案的控制方法來控制?，F(xiàn)參考圖3，根據(jù)第二實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn)換器的主電路和傳統(tǒng) DC-DC轉(zhuǎn)換器的主電路相同。根據(jù)該第二實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn)換器 則不同于傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器，這是因?yàn)槠渲衼碜缘谝浑妷簷z測器電 路16的輸出不僅被輸入到三角波發(fā)生器電路14，還被輸入到通斷比設(shè) 定電路13。圖4是DC電源電壓Ed為400V時(shí)，關(guān)于開關(guān)頻率Fs和通斷比D 與輸出功率Po的一對(duì)曲線。如圖3所示配置的電路基本通過改變開關(guān)頻率Fs同時(shí)將通斷比D 固定于50X來調(diào)整輸出電壓Vo。在輕負(fù)載和類似條件下，當(dāng)開關(guān)頻率 Fs超過一特定限制時(shí)，圖3中的DC-DC轉(zhuǎn)換器通過改變通斷比D同 時(shí)將開關(guān)頻率Fs固定于如圖4中所示的一個(gè)特定值來控制輸出電壓Vo。
發(fā)明效果
因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明而防止了開關(guān)頻率顯著增加，且減小了變壓器的 激勵(lì)電流，甚至當(dāng)變壓器的激勵(lì)電感比傳統(tǒng)的激勵(lì)電感高時(shí)，電抗性 電流所引起的損失也被減小。根據(jù)本發(fā)明，DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率 特別是在輕負(fù)載條件下得到了改進(jìn)。
參考數(shù)字和符號(hào)的指代物
1， 2:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 3， 4， 5:電容 6， 7， 8:繞組
9:變壓器
10: DC電壓源
11， 12: 二極管
13:通斷比設(shè)定電路
14:三角波發(fā)生電路
15:比較器
16:第一電壓檢測器電路 17:第二電壓檢測器電路 18:驅(qū)動(dòng)器電路
權(quán)利要求
1.一種控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法，該DC-DC轉(zhuǎn)換器包括第一串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路包括兩個(gè)開關(guān)器件且連接到DC電源的正端和負(fù)端之間，該DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括第二串聯(lián)電路，所述第二串聯(lián)電路包括一個(gè)或多個(gè)電容和一變壓器的初級(jí)繞組且并聯(lián)地連接到其中一個(gè)所述開關(guān)器件，該DC-DC轉(zhuǎn)換器接通或關(guān)斷所述開關(guān)器件，借此在所述變壓器的次級(jí)繞組兩端產(chǎn)生正的和負(fù)的電壓，且該DC-DC轉(zhuǎn)換器對(duì)在所述變壓器的次級(jí)繞組兩端所產(chǎn)生的正的和負(fù)的電壓進(jìn)行半波整流和全波整流，從而獲得DC輸出，所述方法包括所述兩個(gè)開關(guān)器件的通斷比相應(yīng)于所述DC輸出的輸出電壓而改變，開關(guān)頻率相應(yīng)于DC電源電壓而改變，并且，對(duì)于所述通斷比，以額定負(fù)載時(shí)為50％、或負(fù)載小時(shí)小于50％的方式分別進(jìn)行控制，對(duì)于所述開關(guān)頻率，以輸入電壓高時(shí)則高、或輸入電壓低時(shí)則低的方式分別進(jìn)行控制。
全文摘要
提供一種控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法，其在輕負(fù)載條件下，甚至DC-DC轉(zhuǎn)換器中變壓器的激勵(lì)電感較高時(shí)，有利于防止開關(guān)頻率增加，促進(jìn)DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器包括第一串聯(lián)電路，其包括連接到DC電源(10)的正、負(fù)端之間的開關(guān)器件(1)和(2)；第二串聯(lián)電路，其包括電容器(3)和變壓器(9)的初級(jí)繞組(6)，與開關(guān)器件(2)并聯(lián)。其交替接通和關(guān)斷開關(guān)器件(1)和(2)而在變壓器(9)的次級(jí)繞組(7)和(8)兩端產(chǎn)生正負(fù)電壓，通過產(chǎn)生于次級(jí)繞組(7)和(8)的正負(fù)電壓的全波整流而獲得DC輸出，且通過以驅(qū)動(dòng)電路(18)同時(shí)改變開關(guān)器件(1)和(2)的開關(guān)頻率和通斷比控制該DC輸出電壓，而無須減少變壓器的激勵(lì)電感。
文檔編號(hào)H02M3/28GK101242144SQ20081008663
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者小高章弘 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社