專利名稱：Dc-dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括升壓斬波電路的DC-DC (直流-直流)轉(zhuǎn)換器，特別涉及適用于混合動力汽車和電動汽車的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
近年來，由于地球環(huán)境和能源等諸多問題，加速了混合動力汽車和電動汽車的開發(fā)。搭載于混合動力汽車和電動汽車上的電動機(jī)通過在電動機(jī)驅(qū)動用功率變換器的前段附加電壓升壓電路并進(jìn)行高電壓驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出化。另外，近年中，對于用于混合動力汽車和電動汽車的車載用功率變換器，基于切換(switching)的高頻化的高性能化的要求也日益增大。目前，作為升壓變換器，日本國特開2010-4704號公報中記載有如下多相方式變壓器連接(trans-link)型升壓斬波電路通過抑制二極管恢復(fù)(dioderecovery)和開關(guān)接通(switch turn on)時的開關(guān)損失(switching loss)，能夠抑制開關(guān)的高頻化帶來的開關(guān)損失增大。在日本國特開2010-4704號公報所記載的升壓斬波電路中，在直流電源的兩端經(jīng)第一變壓器的1次線圈和第一電抗器連接有第一開關(guān)，在直流電源的兩端經(jīng)第二變壓器的 1次線圈和第二電抗器連接有第二開關(guān)。在第一電抗器與第一開關(guān)的串聯(lián)電路兩端連接有第一串聯(lián)電路，該第一串聯(lián)電路是與第一變壓器的1次線圈串聯(lián)連接的第一變壓器的提升 (卷上(f)線圈、第一二極管以及平滑電容器的串聯(lián)電路，在第一電抗器與第一開關(guān)的連接點以及在平滑電容器的一端連接有第二二極管。在第二電抗器與第二開關(guān)的串聯(lián)電路兩端連接有第二串聯(lián)電路，該第二串聯(lián)電路是與第二變壓器的1次線圈串聯(lián)連接的第二變壓器的提升線圈、第三二極管以及平滑電容器的串聯(lián)電路，在第二電抗器與第二開關(guān)的連接點以及在平滑電容器的一端連接有第四二極管。在第一變壓器的2次線圈與第二變壓器的2次線圈串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路的兩端連接有第三電抗器?？刂齐娐肥沟谝婚_關(guān)和第二開關(guān)每1/2周期交替接通，使第一開關(guān)在第二開關(guān)的接通期間斷開，使第二開關(guān)在第一開關(guān)的接通期間斷開。根據(jù)該構(gòu)成，由于在第一開關(guān)串聯(lián)連接第一電抗器，在第二開關(guān)串聯(lián)連接第二電抗器，因此能夠抑制第一、第二、第三以及第四二極管的恢復(fù)損失和第一以及第二開關(guān)的接通時的開關(guān)損失。但是，不能降低開關(guān)在斷開時的開關(guān)損失。當(dāng)功率變換器的輸出增大，通過開關(guān)變換大功率時產(chǎn)生的開關(guān)損失也會極大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低開關(guān)斷開時的開關(guān)損失的DC-DC轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的第一方面具有主開關(guān)，其經(jīng)變壓器的第一 1次線圈和與所述第一 1次線圈串聯(lián)連接的第二 1次線圈而與直流電源的兩端連接；第一串聯(lián)電路，其與所述主開關(guān)的兩端連接，包括與所述第二 1次線圈串聯(lián)連接的提升線圈、第一電抗器、第一二極管以及平滑電容器；第二串聯(lián)電路，其與所述主開關(guān)的兩端連接，包括第二二極管、第三二極管以及所述平滑電容器；控制電路，其使所述主開關(guān)接通、斷開；軟開關(guān)電路，其在所述主開關(guān)斷開時使所述主開關(guān)進(jìn)行軟開關(guān)動作；切換控制電路，其根據(jù)負(fù)載的狀態(tài)對所述軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換。


圖1是表示實施例1中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路構(gòu)成圖。圖2是設(shè)于實施例1中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輔助環(huán)動作切換控制電路的電路構(gòu)成圖。圖3是表示設(shè)于實施例1中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輔助環(huán)動作切換控制電路各部分動作的時間圖。圖4是表示實施例1中的DC-DC轉(zhuǎn)換器各部分動作的時間圖。圖5是表示實施例2中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路構(gòu)成圖。圖6是設(shè)于實施例2中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輔助環(huán)動作切換控制電路的電路構(gòu)成圖。圖7是表示實施例2中的DC-DC轉(zhuǎn)換器各部分動作的時間圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明DC-DC轉(zhuǎn)換器的實施方式。(實施例1)圖1是表示實施例1中DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路構(gòu)成圖。圖1所示的DC-DC轉(zhuǎn)換器為單相型升壓斬波電路，其特征在于，具有二極管Dal、輔助開關(guān)Tral、電抗器Lal以及電容器 Cal，并且設(shè)有在主開關(guān)Trl斷開時使主開關(guān)Trl進(jìn)行軟開關(guān)的軟開關(guān)電路。另外，DC-DC轉(zhuǎn)換器的特征為，設(shè)有根據(jù)負(fù)載Ro的狀態(tài)對軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換的輔助環(huán)動作切換控制電路20。也就是說，在負(fù)載Ro的狀態(tài)為穩(wěn)定行駛時等的輕負(fù)載的情況下，開關(guān)損失并不太大，但是在加速等時的重負(fù)載的情況下，開關(guān)損失將增大。因此，在重負(fù)載時使軟開關(guān)電路動作，降低主開關(guān)Trl斷開時的開關(guān)損失。DC-DC轉(zhuǎn)換器具有直流電源Vi、變壓器Tl、電抗器Ll (第一電抗器)、電抗器 Lal (第二電抗器)、主開關(guān)Trl、輔助開關(guān)Tral、二極管Dl、D2、D3、Dal、電容器Cal、平滑電容器Co、輸出控制電路10以及輔助環(huán)動作切換控制電路20。變壓器Tl具有第一 1次線圈 la(匝數(shù)nl)、與第一 1次線圈Ia串聯(lián)連接的第二 1次線圈Ib (匝數(shù)n2)以及與第二 1次線圈Ib串聯(lián)連接的提升線圈Ic (匝數(shù)π3)。由IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)構(gòu)成的主開關(guān)Trl的集電極-發(fā)射極間經(jīng)變壓器 Tl的第一 1次線圈Ia和第二 1次線圈Ib連接在直流電源Vi的兩端。包括變壓器Tl的提升線圈lc、電抗器Li、二極管Dl以及平滑電容器Co的串聯(lián)電路連接在主開關(guān)Trl的兩端。電抗器Ll可以為變壓器Tl的漏電感。另外，二極管D2、二極管D3以及平滑電容器Co 三者的串聯(lián)電路連接在主開關(guān)Trl的兩端。在平滑電容器Co的兩端連接有負(fù)載Ro。在平滑電容器Co與負(fù)載Ro之間插入用于檢測負(fù)載Ro中流過的電流(輸出電流)io的電流檢測器8。具有二極管Dal、由IGBT構(gòu)成的輔助開關(guān)Tral、電抗器Lal以及電容器Cal的串聯(lián)電路連接在連接點和直流電源Vi的負(fù)極之間，所述連接點是變壓器Tl的第一 1次線圈 Ia與第二 1次線圈Ib的連接點。電抗器Lal與電容器Cal的連接點連接于二極管D2與二極管D3的連接點。二極管Dal、輔助開關(guān)Tral、電抗器Lal以及電容器Cal構(gòu)成軟開關(guān)電路。輸出控制電路10基于負(fù)載Ro的輸出電壓Vo使主開關(guān)Trl接通、斷開。電流檢測器8檢測負(fù)載Ro中流動的電流io。輔助環(huán)動作切換控制電路20基于由電流檢測器8檢測出的電流io，即根據(jù)負(fù)載Ro的狀態(tài)(負(fù)載量)，來對上述軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換。圖2是設(shè)于實施例1中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輔助環(huán)動作切換控制電路的電路構(gòu)成圖。輔助環(huán)動作切換控制電路20具有比較器21、逆變器22、23、與電路對、25、觸發(fā)電路沈、 與電路27。對比較器21的反相端子施加基準(zhǔn)電壓Vref，對比較器21的非反相端子施加基于輸出電流io的電壓，在比較器21的輸出端子上連接有與電路M的一個輸入端子和逆變器 22的輸入端子。逆變器22的輸出端子與與電路25的一個輸入端子連接。逆變器23的輸入端子與輸出控制電路10的輸出(主開關(guān)柵極信號Trig輸出) 連接，逆變器23的輸出端子同與電路M的另一個輸入端子以及與電路25的另一個輸入端子連接。與電路M的輸出端子與觸發(fā)電路26的設(shè)置端子S連接，與電路25的輸出端子與觸發(fā)電路沈的重置端子R連接。與電路27的一個輸入端子與觸發(fā)電路沈的輸出端子Q連接，與電路27的另一個輸入端子與輸出控制電路10的輸出(輔助開關(guān)驅(qū)動定時信號Trait)連接，與電路27的輸出端子與輔助開關(guān)Tral的柵極連接。接下來，參照圖3所示的時間圖說明圖2所示的輔助環(huán)動作切換控制電路20對軟開關(guān)電路的動作或者非動作的切換控制動作。圖3中，Trig是從輸出控制電路10施加到主開關(guān)Trl的柵極的主開關(guān)柵極信號， Tralt是從輸出控制電路10輸出到與電路27的輔助開關(guān)驅(qū)動定時信號，Trlgn是將主開關(guān)柵極信號Trig反相后的信號，Trals是來自觸發(fā)電路沈的輔助環(huán)動作切換信號，Tralg是從與電路27施加到輔助開關(guān)Tral的柵極的輔助開關(guān)柵極信號。關(guān)于從主開關(guān)柵極信號Trig至輔助開關(guān)驅(qū)動定時信號Tralt的延遲時間 DT(tO-tl)，考慮了電抗器Ll以及二極管Dl中流過的電流的下降時間。關(guān)于從輔助開關(guān)驅(qū)動定時信號Tralt到主開關(guān)柵極信號Trig的寬裕(margin)時間MT (t2_t3)，考慮了電抗器 Lal與電容器Cal的半諧振時間。首先，在時刻t0 t3，通過逆變器23使來自輸出控制電路10的主開關(guān)柵極信號 Trig反相，反相信號Trlgn輸入到與電路M、25的一個輸入端子。在時刻tl t2，輔助開關(guān)驅(qū)動定時信號Tralt輸入到與電路27的一個輸入端子。比較器21對與輸出電流io對應(yīng)的電壓和基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，當(dāng)對應(yīng)于輸出電流io的電壓不足基準(zhǔn)電壓Vref時(時刻t0 t4)，也就是在負(fù)載Ro為輕負(fù)載時，輸出L電平(低電平)。由此，與電路M的輸出、觸發(fā)電路沈的設(shè)置端子S的輸入成為L電平， 所以觸發(fā)電路26的輸出Q(輔助環(huán)動作切換信號Trals)以及與電路27的輸出(輔助開關(guān)柵極信號Tralg)成為L電平。接下來，在時刻t4之后，對應(yīng)于輸出電流io的電壓在基準(zhǔn)電壓Vref以上。也就是說，負(fù)載Ro為重負(fù)載，因此比較器21輸出H電平(高電平)。為此，與電路M的輸出、觸發(fā)電路沈的設(shè)置端子S的輸入成為H電平，所以觸發(fā)電路沈的輸出Q (輔助環(huán)動作切換信號Trals)成為H電平。也就是說，僅在主開關(guān)Trl為斷開時能夠受理輔助環(huán)動作切換信號 Trals0接下來，在時刻t6，由于為H電平的輔助開關(guān)驅(qū)動定時信號Tralt以及為H電平的輔助環(huán)動作切換信號Trals被輸入與電路27，因此，與電路27的輸出(輔助開關(guān)柵極信號 Tralg)成為H電平，能夠使輔助開關(guān)Tral閉合。這樣，輔助環(huán)動作切換控制電路20能夠基于電流檢測器8檢測出的電流io，即根據(jù)負(fù)載Ro的狀態(tài)，對軟開關(guān)電路的動作(輔助開關(guān)Tral處于接通狀態(tài))或者非動作(輔助開關(guān)Tral處于斷開狀態(tài))進(jìn)行切換。接下來，將如上構(gòu)成的實施例1中DC-DC轉(zhuǎn)換器的動作表示在圖4中，參照圖4所示的時間圖，對軟開關(guān)電路的動作進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，在時刻tO，主開關(guān)Trl通過來自輸出控制電路10的主開關(guān)柵極信號Trig而接通。此時，電流的流動路徑為Vi+—la—lb —Trl—VI-。由此，變壓器Tl的1次線圈 Ia中流過的電流il增加。二極管Dl的電流Dli減少，二極管Dl在時刻tl斷開。接下來，在時刻t3，主開關(guān)Trl通過來自輸出控制電路10的柵極信號而斷開，主開關(guān)Trl的集電極-發(fā)射極間電壓Trlv上升。于是，電流的流動路徑為 Vi+— la — Ib — D2 — D3 — Co — Vi-。由此，在二極管D2中流過電流D2i，在二極管D3 中流過電流D3i。但是，由于施加在變壓器Tl的提升線圈Ic上的電壓，二極管D2中流過的電流轉(zhuǎn)流向二極管D1。因此，二極管Dl中流過的電流Dli增加。與此同時，二極管D2的電流D2i 以及二極管D3的電流D3i緩慢減少。變壓器Tl的1次線圈la、lb和提升線圈Ic的電流向二極管Dl轉(zhuǎn)流結(jié)束后，二極管D2、D3斷開。由于電流緩慢減少而致使二極管D2、D3斷開，因此抑制了二極管D2、D3中恢復(fù)損失的產(chǎn)生。接下來，在主開關(guān)Trl斷開期間中的時刻t4，負(fù)載為重負(fù)載，在基于輸出電流io的電壓超出基準(zhǔn)電壓Vref時，使輔助環(huán)動作切換信號Trals導(dǎo)通。接下來，在時刻t5，當(dāng)主開關(guān)Trl接通時，從時刻t5至?xí)r刻t6，主開關(guān)Trl中流過的電流直線增加。接下來，在時刻t6，當(dāng)輔助開關(guān)柵極信號Tralg成為H電平時，輔助開關(guān)Tral接通，在時刻t7，在輔助開關(guān)Tral中流過電流Trali。也就是說，在主開關(guān)Trl斷開時被充電的電容器Cal的電荷在主開關(guān)Trl接通期間使輔助開關(guān)Tral接通，從而通過電容器Cal與電抗器Lal的諧振，流過電流Trali、Dali直至?xí)r刻偽，再生至直流電源Vi。在時刻偽，當(dāng)電容器Cal的電荷完全放光時，亦即電容器Cal的電壓Calv為0時， 電抗器Lal的電流經(jīng)由二極管D2流動，在時刻t9，電抗器Lal的電流成為0 (輔助開關(guān)Tral 的電流Trali、二極管Dal的電流Dali為0)。這樣，二極管Dal阻止逆向的電流，因此在維持電容器Cal的零電壓狀態(tài)下結(jié)束輔助環(huán)的動作。此時，通過基于具有足夠大的電感的電抗器Lal的諧振，電流緩慢地變化，因此輔助環(huán)的二極管Dal的恢復(fù)和輔助開關(guān)Tral的開關(guān)損失不會成為很大的問題。另外，當(dāng)使輔助開關(guān)Tral斷開時，電容器Cal的電荷不會被放電，因此不再進(jìn)行主開關(guān)Trl的零電壓斷開動作。接下來，在時刻tlO tll，當(dāng)主開關(guān)Trl斷開時，電容器Cal從零電壓開始充電， 因此主開關(guān)Trl的電壓Trlv緩慢上升，能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓斷開軟開關(guān)。這樣，根據(jù)實施例1中的DC-DC轉(zhuǎn)換器，輔助環(huán)動作切換控制電路20根據(jù)負(fù)載Ro 的狀態(tài)對軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換，軟開關(guān)電路在進(jìn)行了動作時，在主開關(guān) Trl斷開時使主開關(guān)Trl進(jìn)行軟開關(guān)動作，因此能夠降低主開關(guān)Trl斷開時的開關(guān)損失。(實施例2)圖5是表示實施例2中DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路構(gòu)成圖。圖5中所示DC-DC轉(zhuǎn)換器包括多相方式變壓器連接型升壓斬波電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器具有直流電源Vi ；變壓器Tla(第一變壓器)；變壓器T2a(第二變壓器)；電抗器Ll (第一電抗器)；電抗器L2(第二電抗器)；電抗器Lal (第四電抗器)； 電抗器La2(第五電抗器)；電抗器L3(第三電抗器)；主開關(guān)Trl (第一主開關(guān))；主開關(guān) Tr2(第二主開關(guān))；輔助開關(guān)Tral (第一輔助開關(guān))；輔助開關(guān)Tra2 (第二輔助開關(guān))；二極管Dl D6、DaU Da2 ；電容器Cal、Ca2 ；滑電容器Co ；輸出控制電路IOa ；以及輔助環(huán)動作切換控制電路20b。變壓器Tla具有第一 1次線圈la(匝數(shù)nl)、與第一 1次線圈Ia串聯(lián)連接的第二 1次線圈Ib (匝數(shù)n2)、與第二 1次線圈Ib串聯(lián)連接的提升線圈Ic (匝數(shù)π3)、與1次線圈 IaUb以及提升線圈Ic電磁耦合的2次線圈Id(匝數(shù)n7)。變壓器T2a的構(gòu)成與變壓器 Tla相同，其具有第一 1次線圈2a(匝數(shù)n4)；與第一 1次線圈加串聯(lián)連接的第二 1次線圈2b (匝數(shù)η5)；與第二 1次線圈2b串聯(lián)連接的提升線圈2c (匝數(shù)η6)；與1次線圈h、2b 以及提升線圈2c電磁耦合的2次線圈2d(匝數(shù)n8)。由IGBT構(gòu)成的主開關(guān)Trl的集電極-發(fā)射極間經(jīng)變壓器Tla的第一 1次線圈Ia 和第二 1次線圈Ib連接在直流電源Vi的兩端。由IGBT構(gòu)成的主開關(guān)Tr2的集電極-發(fā)射極間經(jīng)變壓器T2a的第一 1次線圈加和第二 1次線圈2b連接在直流電源Vi的兩端。包括變壓器Tla的提升線圈lc、電抗器Li、二極管Dl以及平滑電容器Co的串聯(lián)電路連接在主開關(guān)Trl的兩端。電抗器Ll可以為變壓器Tla的漏電感。包括變壓器T2a 的提升線圈2c、電抗器L2、二極管D4以及平滑電容器Co的串聯(lián)電路連接在主開關(guān)Tr2的兩端。電抗器L2可以為變壓器T2a的漏電感。另外，具有二極管D2、二極管D3以及平滑電容器Co的串聯(lián)電路連接在主開關(guān)Trl 的兩端。具有二極管D5、二極管D6以及平滑電容器Co的串聯(lián)電路連接在主開關(guān)Tr2的兩端。在平滑電容器Co的兩端連接有負(fù)載Ro。在平滑電容器Co與負(fù)載Ro之間插入用于檢測負(fù)載Ro中流過的電流(輸出電流)io的電流檢測器8。具有二極管Dal、由IGBT構(gòu)成的輔助開關(guān)Tral、電抗器Lal以及電容器Cal的串聯(lián)電路連接在連接點和直流電源Vi的負(fù)極之間，所述連接點是變壓器Tla的第一 1次線圈 Ia與第二 1次線圈Ib的連接點。電抗器Lal與電容器Cal的連接點連接于二極管D2與二極管D3的連接點。二極管Dal、輔助開關(guān)Tral、電抗器Lal以及電容器Cal構(gòu)成第一軟開關(guān)電路。具有二極管Da2、由IGBT構(gòu)成的輔助開關(guān)Tra2、電抗器La2以及電容器Ca2的串聯(lián)電路連接在連接點和直流電源Vi的負(fù)極之間，所述連接點是變壓器Th的第一 1次線圈 2a與第二 1次線圈2b的連接點。電抗器La2與電容器Ca2的連接點連接于二極管D5與二極管D6的連接點。二極管Da2、輔助開關(guān)Tra2、電抗器La2以及電容器Ca2構(gòu)成第二軟開關(guān)電路。在變壓器Tla的2次線圈Id和變壓器T2a的2次線圈2d的串聯(lián)電路的兩端連接有電抗器L3。輸出控制電路IOa基于負(fù)載Ro的輸出電壓Vo使主開關(guān)Trl和主開關(guān)Tr2隔著共同接通的期間交替接通、斷開。輔助環(huán)動作切換控制電路20b基于由電流檢測器8檢測出的電流io，即根據(jù)負(fù)載Ro的狀態(tài)(負(fù)載量)，對第一軟開關(guān)電路以及第二軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換。圖6是設(shè)于實施例2中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輔助環(huán)動作切換控制電路的電路構(gòu)成圖。輔助環(huán)動作切換控制電路20b包括圖2所示的實施例1的輔助環(huán)動作切換控制電路 20 ；以及與該輔助環(huán)動作切換控制電路20構(gòu)成相同的輔助環(huán)動作切換控制電路20a。輔助環(huán)動作切換控制電路20a具有比較器21a、逆變器22a、23a、與電路Ma、25a、 觸發(fā)電路^a、以及與電路27a，輔助環(huán)動作切換控制電路20a通過來自與電路27a的信號使輔助開關(guān)Tra2接通、斷開。其中，變壓器Tla、電抗器Li、Lai、二極管Dl D3、Dal、電容器Cal、主開關(guān)Trl、 輔助開關(guān)Tral以及輔助環(huán)動作切換控制電路20構(gòu)成第一轉(zhuǎn)換器。變壓器T2a、電抗器L2、 La2、二極管D4 D6、Da2、電容器Ca2、主開關(guān)Tr2、輔助開關(guān)Tral以及輔助環(huán)動作切換控制電路20a構(gòu)成第二轉(zhuǎn)換器另外，圖6所示輔助環(huán)動作切換控制電路20b對軟開關(guān)電路的動作或者非動作的切換控制動作與圖2所示實施例1中輔助環(huán)動作切換控制電路20對軟開關(guān)電路的動作或者非動作的切換控制動作相同，因此在此省略對其說明。因此，通過輔助環(huán)動作切換控制電路20b，也可以基于由電流檢測器8檢測出的電流io，即根據(jù)負(fù)載Ro的狀態(tài)，對軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換。接下來，參照圖7所示時間圖對如上構(gòu)成的實施例2中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的動作進(jìn)行說明。其中，在圖7中，時刻t0 t2為1/2周期，時刻t0 tl、時刻t2 t3為主開關(guān) Trl與主開關(guān)Tr2同時接通的重復(fù)期間。另外，在圖7中，僅示出了主要各部分的動作波形， 包含上述主開關(guān)Trl的第一轉(zhuǎn)換器與包含上述主開關(guān)Tr2的第二轉(zhuǎn)換器錯開1/2周期地進(jìn)行動作。首先，在時刻t0，主開關(guān)Trl通過來自輸出控制電路IOa的柵極信號Trig而接通。 此時，由于電流的流動路徑為Vi+ -la-lb-Trl — Vi-,因此流過變壓器Tla的1次線圈 la、Ib的電流il增加。變壓器Tla的2次線圈Id也產(chǎn)生電壓，電流以路徑Id — 2d — L3 — Id 流過電抗器L3。接下來，在時刻tl，主開關(guān)Tr2通過來自輸出控制電路IOa的柵極信號Tr2g 而斷開，主開關(guān)Tr2的集電極-發(fā)射極間電壓Tr2v上升。于是，電流的流動路徑為Vi+ —加一2b — D5 — D6 — Co — Vi-,因此，二極管D5、D6中流過電流。由于施加在變壓器Th的提升線圈2c上的電壓，電抗器L2的電流增加。由此，二極管D5、D6的電流緩慢減少。變壓器T2a的1次線圈2a、2b的電流向二極管D4轉(zhuǎn)流結(jié)束時，二極管D5、D6斷開。平滑電容器Co的輸出電壓Vo為直流電源Vi的電壓(輸入電壓)、 變壓器T2a的1次線圈2a、2b產(chǎn)生的電壓、以及變壓器T2a的提升線圈2c產(chǎn)生的電壓的總和。在時刻t2，主開關(guān)Tr2通過來自輸出控制電路IOa的柵極信號Tr2g而接通時，變壓器T2a的1次線圈2a、2b和提升線圈2c的電流開始從二極管D4向主開關(guān)Tr2轉(zhuǎn)流。由于電流的流動路徑為Vi+ - 2a - 2b - Tr2 — Vi-,因此，流過變壓器T2a的1次線圈2a、 2b的電流i2增加。變壓器T2a的2次線圈2d也產(chǎn)生電壓，電流以路徑2d — L3 — Id — 2d 流過電抗器L3。在時刻t3，主開關(guān)Trl通過來自輸出控制電路IOa的柵極信號Trig而斷開，主開關(guān)Trl的集電極-發(fā)射極間電壓Trlv上升。于是，電流的流動路徑為 Vi+ — Ia — Ib — D2 — D3 — Co — Vi-,因此，電流流過二極管 D2、D3。由于施加在變壓器Tla的提升線圈Ic上的電壓，電抗器Ll的電流增加。由此，二極管D2、D3的電流緩慢減少。變壓器Tla的1次線圈la、lb的電流向二極管Dl轉(zhuǎn)流結(jié)束時，二極管D2、D3斷開。接下來，在主開關(guān)Trl斷開期間中的時刻t4，負(fù)載為重負(fù)載，在基于輸出電流io的電壓超出基準(zhǔn)電壓Vref時，使輔助環(huán)動作切換信號Trals導(dǎo)通。接下來，在時刻t5，主開關(guān) Trl接通時，從時刻t5至?xí)r刻t6，流過主開關(guān)Trl的電流直線增加。接下來，在時刻t6，輔助開關(guān)柵極信號Tralg成為H電平時，輔助開關(guān)Tral接通， 在時刻t7，在輔助開關(guān)Tral中流過電流Trali。也就是說，主開關(guān)Trl斷開時被充電的電容器Cal的電荷在主開關(guān)Trl接通期間使輔助開關(guān)Tral接通，從而通過電容器Cal與電抗器Lal的諧振，流過電流Trali、Dali直至?xí)r刻偽，再生給直流電源Vi。在時刻偽，電容器Cal的電荷完全放光時，亦即電容器Cal的電壓Calv為0時， 電抗器Lal的電流經(jīng)由二極管D2流動，在時刻t9，電抗器Lal的電流成為0。于是，二極管 Dal阻止逆向的電流，因此在維持電容器Cal的零電壓狀態(tài)下結(jié)束輔助環(huán)的動作。此時，通過基于具有足夠大的電感的電抗器Lal的諧振，電流緩慢地變化，因此輔助環(huán)的二極管Dal的恢復(fù)和輔助開關(guān)Tral的開關(guān)損失不會成為很大的問題。另外，當(dāng)使輔助開關(guān)Tral斷開時，電容器Cal的電荷不會被放電，因此不再進(jìn)行主開關(guān)Trl的零電壓斷開動作。接下來，在時刻tlO tll，主開關(guān)Trl斷開時，電容器Cal從零電壓開始被充電， 因此主開關(guān)Trl的電壓Trlv緩慢上升，能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓斷開軟開關(guān)。另一方面，在主開關(guān)Tr2斷開期間中的時刻t91，負(fù)載為重負(fù)載，在基于輸出電流 io的電壓超出基準(zhǔn)電壓Vref2時，使輔助環(huán)動作切換信號Tralk導(dǎo)通。接下來，在時刻 t92，主開關(guān)Tr2閉合時，從時刻t92至?xí)r刻tlO，流過主開關(guān)Tr2的電流直線增加。接下來，在時刻tlO，輔助開關(guān)柵極信號Tra2g成為H電平時，輔助開關(guān)Tra2接通， 在時刻tl2，在輔助開關(guān)Tra2中流過電流Tra2i。也就是說，主開關(guān)Tr2斷開時被充電的電容器Ca2的電荷在主開關(guān)Tr2接通期間使輔助開關(guān)Tra2接通，從而通過電容器Ca2與電抗器La2的諧振，流過電流Tra2i、Da2i直至?xí)r刻tl3，再生給直流電源Vi。在時刻tl3，當(dāng)電容器Ca2的電荷完全放光時，電抗器La2的電流經(jīng)由二極管D5流動，在時刻tl4，電抗器La2的電流成為0。于是，二極管Da2阻止逆向的電流，因此在維持電容器Ca2的零電壓狀態(tài)下結(jié)束輔助環(huán)的動作。此時，通過基于具有足夠大的電感的電抗器La2的諧振，電流緩慢地變化，因此輔助環(huán)的二極管Da2的恢復(fù)和輔助開關(guān)Tra2的開關(guān)損失不會成為很大的問題。另外，當(dāng)使輔助開關(guān)Tra2斷開時，電容器Ca2的電荷不會被放電，因此不再進(jìn)行主開關(guān)Tr2的零電壓斷開動作。接下來，在時刻tl5 tl6，主開關(guān)Tr2斷開時，電容器Ca2從零電壓開始被充電， 因此主開關(guān)Tr2的電壓Tr2v緩慢上升，能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓斷開軟開關(guān)。這樣，根據(jù)實施例2中的多相方式變壓器連接型升壓斬波電路，能夠與實施例1中的單相型升壓斬波電路同樣地動作，并取得同樣的效果。根據(jù)本發(fā)明，切換控制電路根據(jù)負(fù)載的狀態(tài)對軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換，軟開關(guān)電路在進(jìn)行了動作時，在主開關(guān)斷開時使主開關(guān)進(jìn)行軟開關(guān)動作，因此能夠降低主開關(guān)斷開時的開關(guān)損失。本發(fā)明可應(yīng)用于混合動力汽車和電動汽車。
權(quán)利要求
1.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括主開關(guān)，其經(jīng)變壓器的第一1次線圈和與所述第一1次線圈串聯(lián)連接的第二1次線圈與直流電源的兩端連接；第一串聯(lián)電路，其與所述主開關(guān)的兩端連接，包括與所述第二 1次線圈串聯(lián)連接的提升線圈、第一電抗器、第一二極管以及平滑電容器；第二串聯(lián)電路，其與所述主開關(guān)的兩端連接，包括第二二極管、第三二極管以及所述平滑電容器；控制電路，其使所述主開關(guān)接通、斷開；軟開關(guān)電路，其在所述主開關(guān)斷開時使所述主開關(guān)進(jìn)行軟開關(guān)動作；以及切換控制電路，其根據(jù)負(fù)載的狀態(tài)對所述軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述軟開關(guān)電路包括第三串聯(lián)電路，該第三串聯(lián)電路的一端連接于所述變壓器的第一 1次線圈與第二 1次線圈的連接點，另一端與所述直流電源的負(fù)極連接，該第三串聯(lián)電路具有第四二極管、輔助開關(guān)、第二電抗器以及電容器，所述第二電抗器與所述電容器的連接點連接于所述第二二極管與所述第三二極管的連接點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述第一電抗器由所述變壓器的漏電感構(gòu)成。
4.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括第一主開關(guān)，其經(jīng)第一變壓器的第一1次線圈和與所述第一1次線圈串聯(lián)連接的第二 1次線圈與直流電源的兩端連接；第一串聯(lián)電路，其與所述第一主開關(guān)的兩端連接，且包括與所述第一變壓器的第二 1 次線圈串聯(lián)連接的提升線圈、第一電抗器、第一二極管以及平滑電容器；第二串聯(lián)電路，其與所述第一主開關(guān)的兩端連接，且包括第二二極管、第三二極管以及所述平滑電容器，第二主開關(guān)，其經(jīng)第二變壓器的第一1次線圈和與所述第一1次線圈串聯(lián)連接的第二 1次線圈，與所述直流電源的兩端連接；第三串聯(lián)電路，其與所述第二主開關(guān)的兩端連接，且包括與所述第二變壓器的第二 1 次線圈串聯(lián)連接的提升線圈、第二電抗器、第四二極管以及所述平滑電容器；第四串聯(lián)電路，其與所述第二主開關(guān)的兩端連接，且包括第五二極管、第六二極管以及所述平滑電容器；第三電抗器，其連接于所述第一變壓器的2次線圈和所述第二變壓器的2次線圈的串聯(lián)電路的兩端；控制電路，其使所述第一主開關(guān)和所述第二主開關(guān)隔著共同接通的期間交替地接通、 斷開；第一軟開關(guān)電路，其在所述第一主開關(guān)斷開時使所述第一主開關(guān)進(jìn)行軟開關(guān)動作； 第二軟開關(guān)電路，其在所述第二主開關(guān)斷開時使所述第二主開關(guān)進(jìn)行軟開關(guān)動作；以及切換控制電路，其根據(jù)負(fù)載的狀態(tài)對所述第一軟開關(guān)電路以及所述第二軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一軟開關(guān)電路包括串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路的一端連接于所述第一變壓器的所述第一 1次線圈與所述第二 1次線圈的連接點，另一端與所述直流電源的負(fù)極連接，該串聯(lián)電路具有第七二極管、第一輔助開關(guān)、第四電抗器以及第一電容器，所述第四電抗器與所述第一電容器的連接點連接于所述第二二極管與所述第三二極管的連接點，所述第二軟開關(guān)電路包括串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路的一端連接于所述第二變壓器的所述第一 1次線圈與所述第二 1次線圈的連接點，另一端與所述直流電源的負(fù)極連接，該串聯(lián)電路具有第八二極管、第二輔助開關(guān)、第五電抗器以及第二電容器，所述第五電抗器與所述第二電容器的連接點連接于所述第五二極管與所述第六二極管的連接點。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一電抗器由所述第一變壓器的漏電感構(gòu)成，所述第二電抗器由所述第二變壓器的漏電感構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其具有主開關(guān)(Tr1)，其經(jīng)變壓器(T1)的第一1次線圈(1a)和與第一1次線圈串聯(lián)連接的第二1次線圈(1b)與直流電源(Vi)的兩端連接；串聯(lián)電路，其與主開關(guān)的兩端連接，包括與第二1次線圈串聯(lián)連接的提升線圈(1c)、電抗器(L1)、二極管(D1)以及平滑電容器(Co)；串聯(lián)電路，其與主開關(guān)的兩端連接，包括二極管(D2)、二極管(D3)以及平滑電容器；控制電路(10)，其使主開關(guān)接通、斷開；軟開關(guān)電路(Da1、Tra1、La1、Ca1)，其在主開關(guān)斷開時使主開關(guān)進(jìn)行軟開關(guān)動作；以及切換控制電路(20)，其根據(jù)負(fù)載的狀態(tài)對軟開關(guān)電路的動作或者非動作進(jìn)行切換。
文檔編號H02M3/335GK102244465SQ20111011618
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者山本真義, 足助英樹, 高野秀治 申請人:三墾電氣株式會社, 國立大學(xué)法人島根大學(xué)