專利名稱：轉(zhuǎn)換器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如由太陽能電池及其備用二次電池等構(gòu)成的混合電源用轉(zhuǎn)換器電路(DC/DC轉(zhuǎn)換器)。
背景技術(shù)：
在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，通過太陽能電池發(fā)電產(chǎn)生的電力被氣象條件等所左右，并且電壓根據(jù)太陽能電池自身的溫度變化等而發(fā)生變動(dòng)。因此，以二次電池作為備用，在太陽能電池的發(fā)電量少的情況下從二次電池放電，來使向負(fù)載供給的電力穩(wěn)定。二次電池的電壓被設(shè)定成稍低于太陽能電池的發(fā)電穩(wěn)定時(shí)的電壓，在負(fù)載的功耗少時(shí)從太陽能電池對(duì)二次電池進(jìn)行充電。在像這樣由太陽能電池及其備用二次電池等構(gòu)成的混合電源中，由于太陽能電池的電壓及二次電池與負(fù)載的額定電壓不同，因此在利用DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓進(jìn)行升壓或降壓之后向負(fù)載供給電力。另外，在電路結(jié)構(gòu)上，一般針對(duì)太陽能電池和二次電池分別設(shè)置DC/DC轉(zhuǎn)換器。在設(shè)計(jì)DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，兼顧DC/DC轉(zhuǎn)換器的小型化和高效化是重要的課題，提出了針對(duì)多個(gè)直流電源將變壓器和整流電路共用化的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)I)。上述專利文獻(xiàn)I沒有示出DC/DC轉(zhuǎn)換器的具體電路結(jié)構(gòu)，而圖12表示將普通的MOSFET用作開關(guān)元件的DC/DC轉(zhuǎn)換器50的具體電路結(jié)構(gòu)。在變壓器53的初級(jí)側(cè)設(shè)置有與第一直流電源51及第二直流電源52對(duì)應(yīng)的第一初級(jí)繞組N51及第二初級(jí)繞組N52，在次級(jí)側(cè)設(shè)置有與負(fù)載57對(duì)應(yīng)的一個(gè)次級(jí)繞組N53。由四個(gè)開關(guān)元件Q51 Q54構(gòu)成的全橋結(jié)構(gòu)的第一振蕩電路54與第一初級(jí)繞組N51相連接。另外，由四個(gè)開關(guān)元件Q55 Q58構(gòu)成的全橋結(jié)構(gòu)的第二振蕩電路55與第二初級(jí)繞組N52相連接。整流電路56與次級(jí)繞組N53相連接。將第一直流電源51設(shè)為太陽能電池，將第二直流電源52設(shè)為二次電池。將太陽能電池的電壓設(shè)為VDC1，將太陽能電池電壓的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)為Vrefl，將二次電池的電壓設(shè)為VDC2，將二次電池電壓的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)為Vref2，將第一初級(jí)繞組N51和第二初級(jí)繞組N52的匝數(shù)分別設(shè)為nl和n2，當(dāng)考慮使由太陽能電池發(fā)電以及從二次電池進(jìn)行的放電所產(chǎn)生的負(fù)載的輸出電壓固定時(shí)，優(yōu)選的是將初級(jí)繞組N51與N52的匝數(shù)比n2/nl設(shè)定成Vrefl Xn2/nl=Vref2ο另一方面，當(dāng)考慮從太陽能電池向二次電池的充電時(shí)，優(yōu)選的是將初級(jí)繞組N51與N52的匝數(shù)比n2/nl設(shè)定成Vref I Xn2/nl>Vref2。實(shí)際上對(duì)負(fù)載57施加的電壓并不是固定的，允許少許的誤差，因此設(shè)為VreflXn2/nl>Vref2。然而，為了易于說明本發(fā)明的課題的本質(zhì)，而以阻數(shù)比Vrefl Xn2/nl=Vref2為前提如下說明課題點(diǎn)。圖13表示在VDClXn2/nl>VDC2的情況下例如在太陽能電池的電壓發(fā)生變動(dòng)而大于標(biāo)準(zhǔn)值Vref1、二次電池電壓是標(biāo)準(zhǔn)值Vref2的條件(VDCDVref1、VDC2=Vref2)下將開關(guān)元件Q55 Q58斷開、將開關(guān)元件Q51和Q54以及開關(guān)元件Q52和Q53交替地接通來從第一直流電源51向負(fù)載57供給電力的狀態(tài)。在圖13中，設(shè)開關(guān)兀件Q51和Q54處于接通。在從第一直流電源51和第二直流電源52這兩方向負(fù)載57供給電力的情況下，只要按Q51和Q54、Q52和Q53、Q55和Q58、Q56和Q57的順序使各開關(guān)元件分時(shí)接通即可。
基于VDCDVrefl、VDC2=Vref2的條件，通過從初級(jí)繞組N51向N52產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，初級(jí)繞組 N52 的電壓為 VN52=VDC1 Xn2/nl=VDCl X Vref2/Vref 1>VDC2，初級(jí)繞組 N52的電壓大于VDC2。MOSFET具有體二極管(寄生二極管)，因此，經(jīng)由開關(guān)元件Q55和Q58的體二極管，通過在初級(jí)繞組N52中產(chǎn)生的電動(dòng)勢而在第二直流電源52中流過反向電流。在開關(guān)元件Q52和Q53處于接通時(shí)也同樣。由于該反向電流成為對(duì)二次電池的充電電流，因此，實(shí)質(zhì)上第一直流電源51在向負(fù)載57供給電力的同時(shí)對(duì)二次電池進(jìn)行充電,在第一直流電源51側(cè)的第一振蕩電路54中流動(dòng)的電流增加。與此相伴，構(gòu)成第一振蕩電路54的開關(guān)元件Q51 Q54所引起的損失也增加，第一直流電源51的電力供給效率也下降。并且，經(jīng)由開關(guān)元件Q55 Q58的體二極管對(duì)二次電池進(jìn)行充電，產(chǎn)生無法在任意的定時(shí)進(jìn)行充電(導(dǎo)致在不想充電時(shí)也隨意地進(jìn)行充電)的問題。同樣地，在VDClXn2/nl〈VDC2的條件下，在從第二直流電源52輸出了電力時(shí)，在第一直流電源51中流過反向電流。即，在圖13的結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生如下問題:在第一直流電源51和第二直流電源52的電壓發(fā)生變動(dòng)而成為VDClXn2/nl Φ VDC2的情況下效率變差。圖14所示的其它的現(xiàn)有例中分別將逆流防止二極管D51 D58以與體二極管相反的方向串聯(lián)連接在各開關(guān)元件Q51 Q58上以防止在第一直流電源51或第二直流電源52中流過反向電流(參照非專利文獻(xiàn)I)。然而，在這些逆流防止二極管中電流沿正向流動(dòng)時(shí)，由于二極管所引起的損失增加，從第一直流電源51或第二直流電源52進(jìn)行的電力供給效率下降。另外，需要在振蕩電路54和55中追加扼流線圈(choke coil)C51、C52、逆流防止二極管D51 D58，通過將變壓器53和整流電路56共用化而得到的DC/DC轉(zhuǎn)換器50的小型化的優(yōu)點(diǎn)減弱。并且，由于通過逆流防止二極管而不使反向電流流過第二直流電源52，因此不能利用該DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)二次電池進(jìn)行充電。專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-229729號(hào)公報(bào)(圖15)非專利文獻(xiàn)I:Y.-M.Chen、Y._C.Liu、F._Y.ffu, and T.-F.Wu “Mult1-1nputDC/DCConverter Based on the Flux Additivity” IEEE IASj Vol.3, Oct.2001, pp.1866-187
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在將變壓器和整流電路共用化的混合電源用轉(zhuǎn)換器電路中，在從一個(gè)直流電源向負(fù)載供給電力時(shí)不使反向電流流過其它的直流電源，從而不使電力供給效率下降，減少損失。另外，能夠根據(jù)需要來通過該DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)二次電池進(jìn)行充電。基于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器電路的特征在于，具備:變壓器，其具有多個(gè)初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組；整流電路，其與上述次級(jí)繞組相連接；以及多個(gè)振蕩電路，該多個(gè)振蕩電路與上述多個(gè)初級(jí)繞組相連接，其中，上述多個(gè)振蕩電路分別由不具有體二極管(body diode)的開關(guān)元件構(gòu)成的開關(guān)元件構(gòu)成?；诒景l(fā)明的其它實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器電路的特征在于，具備:變壓器，其具有第一初級(jí)繞組及第二初級(jí)繞組和次級(jí)繞組；整流電路，其連接在上述次級(jí)繞組與負(fù)載之間;第一振蕩電路，其與第一直流電源和上述第一初級(jí)繞組相連接；第二振蕩電路，其與第二直流電源和上述第二初級(jí)繞組相連接；以及控制電路，其對(duì)上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路進(jìn)行控制，其中，上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路分別由不具有體二極管的開關(guān)元件構(gòu)成。
上述不具有體二極管的開關(guān)元件也可以是具有使用了 GaN/AlGaN的橫向晶體管結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件。另外，上述不具有體二極管的開關(guān)元件也可以是具有雙向性的開關(guān)元件。另外，上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路也可以分別由四對(duì)上述開關(guān)元件來構(gòu)成全橋電路?；蛘?，上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路也可以分別由兩對(duì)上述開關(guān)元件來構(gòu)成半橋電路?；蛘?，上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路也可以分別由一個(gè)上述開關(guān)元件構(gòu)成?；蛘?，上述變壓器也可以是反激變壓器。另外，上述第一初級(jí)繞組和上述第二初級(jí)繞組的至少一方也可以其匝數(shù)可變。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于使用不具有體二極管的開關(guān)元件來作為構(gòu)成振蕩電路的開關(guān)元件，因此在開關(guān)元件沒有接通時(shí)，在該振蕩電路中不會(huì)流過反向電流。因而，在從一個(gè)直流電源向負(fù)載供給電力時(shí)，如果事先斷開與其它的直流電源相連接的振蕩電路的開關(guān)元件，則在其它的直流電源中不會(huì)流過反向電流，從而電力供給效率不會(huì)降低，而且也不產(chǎn)生體二極管所引起的損失。另外，如果根據(jù)需要事先將一個(gè)直流電源設(shè)為二次電池、使另一個(gè)直流電源的電壓高于二次電池的電壓，則能夠通過該轉(zhuǎn)換器電路對(duì)二次電池進(jìn)行充電。


本發(fā)明的目的及特征將通過參照如下的附圖的后面的優(yōu)選實(shí)施例的說明而變得清楚。圖1是表示基于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示基于上述一個(gè)實(shí)施方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器的變形例的圖。圖3是表示用于驅(qū)動(dòng)上述DC/DC轉(zhuǎn)換器的、雙向開關(guān)的柵極信號(hào)的波形的時(shí)序圖。圖4是表示雙向開關(guān)元件(單柵極)的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖5是圖4中的范圍A的放大圖。圖6是圖4中的V1-VI截面圖。圖7是表示雙向開關(guān)元件(雙柵極)的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖8是圖7中的VII1-VIII截面圖。圖9是表示基于上述一個(gè)實(shí)施方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器的其它變形例的圖。圖10是表示基于上述一個(gè)實(shí)施方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器的另一變形例的圖。圖11是表示基于上述一個(gè)實(shí)施方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器的另一變形例的圖。圖12是表示將MOSFET用作開關(guān)元件的以往的DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖13是表示在上述以往的DC/DC轉(zhuǎn)換器中從第一直流電源向負(fù)載供給電力的狀態(tài)的圖。圖14是表示將逆流防止用二極管連接到MOSFET的以往的DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照形成本說明書的一部分的附圖來更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。在所有附圖中對(duì)同一或類似的部分附加同一參照標(biāo)記并省略說明。針對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)換器電路(DC/DC轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行說明。圖1是表示DC/DC轉(zhuǎn)換器I的電路結(jié)構(gòu)的圖。此外，為了使說明簡單而針對(duì)具有第一直流電源11和第二直流電源12這兩個(gè)電源的情況進(jìn)行說明，但是電源數(shù)不限定于兩個(gè)。DC/DC轉(zhuǎn)換器I是用于將從包括第一直流電源11和第二直流電源12的多個(gè)直流電源供給的電力供給至負(fù)載57的混合電源用DC/DC轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器I作為從第一直流電源11向負(fù)載57供給電力的DC/DC轉(zhuǎn)換器發(fā)揮功能，并且還作為從第二直流電源12向負(fù)載57供給電力的DC/DC轉(zhuǎn)換器發(fā)揮功能。DC/DC轉(zhuǎn)換器I能夠看作是將變壓器13、整流電路16以及控制電路17共用的兩個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器。 在變壓器13的初級(jí)側(cè)設(shè)置有第一初級(jí)繞組NI和第一初級(jí)繞組N2，在次級(jí)側(cè)設(shè)置有一個(gè)次級(jí)繞組N3。第一初級(jí)繞組NI上連接有第一振蕩電路14，并且，第一振蕩電路14上連接有第一直流電源11。同樣地，第二初級(jí)繞組N2上連接有第二振蕩電路15，并且，第二振蕩電路15上連接有第二直流電源12。次級(jí)繞組N3上連接有整流電路16，并且，整流電路16上連接有負(fù)載57。第一振蕩電路14和第二振蕩電路15基本上是相同的結(jié)構(gòu)。第一振蕩電路14中構(gòu)成由四個(gè)雙向開關(guān)元件Ql Q4形成的全橋電路。同樣地，第二振蕩電路15中構(gòu)成由四個(gè)雙向開關(guān)元件Q5 Q8形成的全橋電路。此外，在圖1中，省略了將雙向開關(guān)元件Ql Q8的各柵極與控制電路17連接的連接線。另外，在本實(shí)施方式中，在變壓器13的次級(jí)側(cè)設(shè)置有一個(gè)次級(jí)繞組N3，但是并不限定于此，也可以設(shè)置兩個(gè)以上的次級(jí)繞組。例如，將第一直流電源11假定為太陽能電池，將第二直流電源12假定為二次電池。在僅從第一直流電源11向負(fù)載57供給電力的情況下，如圖3的(a)所示那樣，控制電路17使第一振蕩電路14的雙向開關(guān)元件Ql與Q4的組以及Q2與Q3的組交替地接通和斷開。在此期間，控制電路17使第二振蕩電路15的雙向開關(guān)元件Q5 Q8全部斷開。另一方面，在僅從第二直流電源12向負(fù)載57供給電力的情況下，如圖3的(b)所示那樣，控制電路17使第二振蕩電路15的雙向開關(guān)元件Q5與Q8的組以及Q6與Q7的組交替地接通和斷開。在此期間，控制電路17使第一振蕩電路14的雙向開關(guān)元件Ql Q4全部斷開。另夕卜，在從第一直流電源11和第二直流電源12向負(fù)載57交替地供給電力的情況下，如圖3的(c)所示那樣，使雙向開關(guān)元件Ql與Q4的組、Q2與Q3的組、Q5與Q8的組以及Q6與Q7的組依次接通和斷開。在此，將太陽能電池的電壓設(shè)為VDC1，將二次電池的電壓設(shè)為VDC2，將第一初級(jí)繞組NI和第二初級(jí)繞組N2的匝數(shù)分別設(shè)為nl和n2，假定VDCl Xn2/nl>VDC2的情況。在圖12和圖13所示的現(xiàn)有例中，雖然斷開了第二振蕩電路55的開關(guān)元件Q55 Q58，但是在第二初級(jí)繞組N2中產(chǎn)生電動(dòng)勢而在開關(guān)元件的體二極管(寄生二極管)中流過電流。由此，經(jīng)由開關(guān)元件Q55 Q58而在第二直流電源52中流過反向電流。與此相對(duì)地，如后述那樣，由于該雙向開關(guān)元件Ql Q8不具有體二極管，因此不會(huì)流過反向電流。即，根據(jù)圖1所示的本實(shí)施方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器I的結(jié)構(gòu)，即使在VDClXn2/nl>VDC2的情況下，在第二直流電源12中也不會(huì)流過反向電流。第一直流電源11不會(huì)向負(fù)載57供給電力的同時(shí)對(duì)二次電池進(jìn)行充電，在第一直流電源11側(cè)的第一振蕩電路14中流動(dòng)的電流也不會(huì)增加。并且，雙向開關(guān)元件Ql Q8中不存在體二極管，與此相應(yīng)地其損失遠(yuǎn)比MOSFET低，因此雙向開關(guān)元件Ql Q4所引起的損失也少，第一直流電源11的電力供給效率與上述現(xiàn)有例相匕匕提聞。在對(duì)二次電池進(jìn)行充電的情況下，控制電路17使第二振蕩電路15的雙向開關(guān)元件Q5 Q8與第一振蕩電路14的雙向開關(guān)元件Ql Q4的接通/斷開同步地進(jìn)行接通/斷開。由于雙向開關(guān)元件Q5 Q8所引起的損失小，因此能夠使更大的電流作為充電電流流動(dòng)，從而充電效率與現(xiàn)有例相比變高。此外，在從第二直流電源12輸出電力時(shí)，根據(jù)與上述相同的原理，在第一直流電源11中不會(huì)流過反向電流。因此，從第二直流電源12供給電力時(shí)的電力供給效率也與上述現(xiàn)有例相比提高。圖2表示DC/DC轉(zhuǎn)換器I的變形例。在本變形例中，使變壓器13的第二初級(jí)繞組N2的匝數(shù)可變。在圖2中，雖然沒有詳細(xì)描繪匝數(shù)切換開關(guān)，但是能夠使用與上述相同的雙向開關(guān)元件來構(gòu)成損失少的無觸點(diǎn)開關(guān)。如圖3的(C)所示，在從第一直流電源11和第二直流電源12向負(fù)載57交替地輸出電力的情況下，優(yōu)選的是將第二直流電源12的電壓升壓至與第一直流電源11相同的水平后輸出。另一方面，在對(duì)作為二次電池的第二直流電源12進(jìn)行充電的情況下，需要使第二初級(jí)繞組N2中產(chǎn)生的電動(dòng)勢的電壓高于第二直流電源12的電壓。為此，第二初級(jí)繞組N2至少具有成為VreflXn2/nl=Vref2的匝數(shù)比n2/nl以及成為Vref I Xn2/nl>Vref2的匝數(shù)比n2/nl這兩種匝數(shù)(nl固定)。并且，第二初級(jí)繞組N2也可以根據(jù)第一直流電源11的電壓變動(dòng)而具有其它的匝數(shù)。在此，為了滿足設(shè)定上述匝數(shù)比的條件，可以將π2設(shè)為固定并將nl設(shè)為可變，也可以將nl和n2這兩者都設(shè)為可變。

接著，作為雙向開關(guān)Ql Q8的具體例，詳細(xì)說明具有使用了 GaN/AlGaN的橫向晶體管結(jié)構(gòu)的雙向開關(guān)元件100。圖4是表示雙向開關(guān)元件100的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖5是范圍A的放大圖，圖6是V1-VI截面圖。此外，該雙向開關(guān)元件100在兩個(gè)電極Dl和D2之間只設(shè)置有一個(gè)柵極G,被稱為單柵極(single gate)型。如圖6所示，雙向開關(guān)元件100的基板101由導(dǎo)體層IOla以及層疊在導(dǎo)體層IOla之上的GaN層IOlb和AlGaN層IOlc構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，將在AlGaN/GaN異質(zhì)界面上產(chǎn)生的二維電子氣層用作溝道層。如圖4所示，在基板101的表面IOld形成有與直流電源11或12以及繞組NI或N2分別串聯(lián)連接的第一電極Dl和第二電極D2、以及相對(duì)于第一電極Dl的電位和第二電極D2的電位成為中間電位的中間電位部S。并且，在中間電位部S之上層疊形成有控制電極(柵極)G。例如將肖特基電極用作控制電極G。第一電極Dl和第二電極D2為具有彼此相互平行地排列的多個(gè)電極部111、112、113.. 以及121、122、123.. 的梳齒狀，被配置成以梳齒狀排列的電極部彼此相互相向。中間電位部S和控制電極G分別配置在以梳齒狀排列的電極部111、112、113.. 和121、122、123.. 之間，具有與形成在電極部之間的空間的平面形狀相似的形狀(大致呈魚脊骨狀)。接著，針對(duì)構(gòu)成雙向開關(guān)元件100的橫向的晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖5所示，第一電極Dl的電極部111和第二電極D2的電極部121被排列成它們的寬度方向上的中心線位于同一條線上。另外，中間電位部S和控制電極G被設(shè)置成分別與第一電極Dl的電極部111和第二電極D2的電極部121的排列平行。上述寬度方向上的第一電極Dl的電極部111和第二電極D2的電極部121與中間電位部S及控制電極G之間的距離被設(shè)定為能夠維持規(guī)定的耐電壓的距離。在與上述寬度方向正交的方向、即第一電極Dl的電極部111和第二電極D2的電極部121的長度方向上也是同樣的。另外，這些關(guān)系針對(duì)其它的電極部112和122、113和123.. 也是同樣的。S卩，中間電位部S和控制電極G被配置在相對(duì)于第一電極Dl和第二電極D2能夠維持規(guī)定的耐電壓的位置。因此，在第一電極Dl為高電位側(cè)、第二電極D2為低電位側(cè)的情況下，在雙向開關(guān)元件100斷開時(shí)，至少在第一電極Dl與控制電極G及中間電位部S之間，電流被可靠地切斷(在控制電極(柵極)G的正下方電流被阻止)。另一方面，在雙向開關(guān)元件100接通時(shí)、即向控制電極G施加了規(guī)定的閾值以上的電壓的信號(hào)時(shí)，如圖中箭頭所示那樣，電流以第一電極Dl(電極部111...)、中間電位部
S、第二電極D2(電極部121...)的路徑流動(dòng)。相反的情況下也同樣。其結(jié)果，即使將施加至控制電極G的信號(hào)的閾值電壓降低至所需的最低限度的水平，也能夠使雙向開關(guān)元件100可靠地接通/斷開，能夠?qū)崿F(xiàn)低接通電阻。另外，能夠?qū)⒌谝浑姌ODl的電極部111、112、113...以及第二電極D2的電極部121、122、123.. 排列成梳齒狀，能夠不加大雙向開關(guān)元件100的芯片尺寸而取出大電 流。圖7和圖8表示具有使用了 GaN/AlGaN的橫向晶體管結(jié)構(gòu)的其它雙向開關(guān)元件300的結(jié)構(gòu)。圖7是表示雙向開關(guān)元件300的結(jié)構(gòu)的平面圖，圖8是VII1-VIII截面圖。此夕卜，該雙向開關(guān)元件300由于在兩個(gè)電極Dl與D2之間設(shè)置有兩個(gè)柵極Gl和G2，因此被稱為雙柵極(dual gate)型。如圖7和圖8所示，橫向的雙柵極晶體管結(jié)構(gòu)的主開關(guān)元件300是實(shí)現(xiàn)將維持耐壓的位置設(shè)為一處的損失小的雙向元件的結(jié)構(gòu)。即，漏電極Dl和D2分別形成為到達(dá)GaN層，柵電極Gl和G2分別形成在AlGaN層之上。在未對(duì)柵電極G1、G2施加電壓的狀態(tài)下，在柵電極G1、G2的正下方的AlGaN/GaN異質(zhì)界面上產(chǎn)生的二維電子氣層中產(chǎn)生電子的空白地帶，電流不流動(dòng)。另一方面，當(dāng)對(duì)柵電極Gl、G2施加電壓時(shí)，從漏電極Dl向D2(或者與其相反地)在AlGaN/GaN異質(zhì)界面電流流動(dòng)。在柵電極Gl與G2之間需要耐電壓，需要設(shè)置一定的距離，但是漏電極Dl與柵電極Gl之間以及漏電極D2與柵電極G2之間不需要耐電壓。因此，漏電極Dl與柵電極Gl以及漏電極D2與柵電極G2也可以隔著絕緣層In相重疊。此外，該結(jié)構(gòu)的元件需要以漏電極Dl、D2的電壓為基準(zhǔn)進(jìn)行控制，需要對(duì)兩個(gè)柵電極Gl、G2分別輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)(因此，稱為雙柵極晶體管結(jié)構(gòu))。圖9表示DC/DC轉(zhuǎn)換器I的其它變形例。在本變形例中，第一振蕩電路14和第二振蕩電路15分別具有半橋電路。第一振蕩電路14由串聯(lián)連接的一對(duì)雙向開關(guān)兀件Qll和Q12以及與該雙向開關(guān)元件Qll和Q12的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的電容器Cll和C12的串聯(lián)電路構(gòu)成。第一初級(jí)繞組NI連接在雙向開關(guān)元件Qll和Q12的串聯(lián)電路的中間點(diǎn)與電容器Cll和C12的串聯(lián)電路的中間點(diǎn)之間。同樣地，第二振蕩電路15由串聯(lián)連接的一對(duì)雙向開關(guān)元件Q13和Q14以及與該雙向開關(guān)元件Q13和Q14的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的電容器C13和C14的串聯(lián)電路構(gòu)成。第二初級(jí)繞組N2連接在雙向開關(guān)元件Q13和Q14的串聯(lián)電路的中間點(diǎn)與電容器C13和C14的串聯(lián)電路的中間點(diǎn)之間。在雙向開關(guān)元件Qll接通而雙向開關(guān)元件Q12斷開時(shí)，通過被充入電容器Cll中的電荷，在雙向開關(guān)元件Q11、變壓器13的第一初級(jí)繞組NI中流過電流。另外，在雙向開關(guān)元件Q12接通而雙向開關(guān)元件Qll斷開時(shí)，通過被充入電容器C12中的電荷，在雙向開關(guān)元件Q12、變壓器13的第一初級(jí)繞組NI中電流以反向流過。通過重復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作，在變壓器13的第一初級(jí)繞組NI中交替地流過方向不同的電流。針對(duì)第二振蕩電路15也同樣。在本變形例的情況下，與圖1所示的第一振蕩電路14和第二振蕩電路15為全橋電路的情況相比，對(duì)變壓器13的第一初級(jí)繞組NI和第二初級(jí)繞組N2施加的電壓為第一直流電源11和第二直流電源12的電壓的1/2。然而，具有第一振蕩電路14和第二振蕩電路15的結(jié)構(gòu)以及控制變得容易的優(yōu)點(diǎn)。圖10表示DC/DC轉(zhuǎn)換器I的另一變形例。在本變形例中，構(gòu)成了作為第一振蕩電路14和第二振蕩電路15而分別僅使用了一個(gè)雙向開關(guān)元件Q21和Q22的正激轉(zhuǎn)換器(forward converter)。另外,針對(duì)雙向開關(guān)元件Q21和Q22設(shè)置有用于防止芯的磁化的復(fù)位電路R21、R22。控制電路17進(jìn)行控制以使雙向開關(guān)元件Q21或Q22以規(guī)定的頻率重復(fù)接通和斷開。在雙向開關(guān)元件Q21或Q22處于接通時(shí)，在變壓器13的第一初級(jí)繞組NI或第二初級(jí)繞組N2中流過電流，在變壓器13的次級(jí)繞組N3中產(chǎn)生電動(dòng)勢，電流流動(dòng)。這樣，通過構(gòu)成正激轉(zhuǎn)換器，能夠使第一振蕩電路14、第二振蕩電路15以及整流電路16的結(jié)構(gòu)變得簡單。圖11表示DC/DC轉(zhuǎn)換器I的另一變形例。在本變形例中，構(gòu)成了將反激變壓器(flyback transformer)用作變壓器13的反激轉(zhuǎn)換器(flyback converter)。第一振蕩電路14和第二振蕩電路15分別僅使用了一個(gè)雙向開關(guān)元件Q31和Q32?？刂齐娐?7進(jìn)行控制以使雙向開關(guān)元件Q31或Q32以規(guī)定的頻率重復(fù)接通和斷開。在雙向開關(guān)元件Q31或Q32處于接通時(shí)，在變壓器13的第一初級(jí)繞組NI或第二初級(jí)繞組N2中流過電流，變壓器13的芯被磁化。另一方面，在雙向開關(guān)元件Q31或Q32處于接通時(shí)，在變壓器13的次級(jí)繞組N3中不流過電流。當(dāng)雙向開關(guān)元件Q31或Q32斷開時(shí)，在變壓器13的次級(jí)繞組N3中流過電流以從芯釋放磁能。這樣，通過使用反激變壓器構(gòu)成反激轉(zhuǎn)換器，能夠使第一振蕩電路
14、第二振蕩電路15以及整流電路16的結(jié)構(gòu)變得簡單。此外，在反激轉(zhuǎn)換器的情況下，與上述正激轉(zhuǎn)換器相比，在變壓器13的次級(jí)繞組N3中流過的電流的方向被反轉(zhuǎn)。如以上所說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種針對(duì)由太陽能電池及其備用二次電池等多個(gè)直流電源構(gòu)成的混合電源共用變壓器和整流電路、且具備多個(gè)低損失的振蕩電路的DC/DC轉(zhuǎn)換器。作為構(gòu)成振蕩電路的開關(guān)元件，使用不具有體二極管的雙向開關(guān)元件，因此在從一個(gè)直流電源向負(fù)載供給電力時(shí)，如果事先斷開與其它的直流電源相連接的振蕩電路的雙向開關(guān)，則在其它的直流電源中不會(huì)流過反向電流。因此，供給電力的直流電源的電力供給效率不會(huì)降低，也不會(huì)產(chǎn)生體二極管所引起的損失。另外，如果根據(jù)需要事先將一個(gè)直流電源設(shè)為二次電池、使另一個(gè)直流電源的電壓高于二次電池的電壓，則能夠通過該DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)二次電池進(jìn)行充電。并且，作為直流電源，除了上述太陽能電池和二次電池以外，也可以是燃料電池等其它的直流電源。并且，在上述實(shí)施方式的說明中，作為構(gòu)成DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件，例示了不具有體二極管的雙向開關(guān)，但是只要是不具有體二極管的元件即可，例如也可以將兩個(gè)單向開關(guān)組合使用。以上，說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限定于這些特定實(shí)施方式，在后述的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變更和修正，可以說這些變更和修正也屬于本發(fā)明的范疇。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于，具備: 變壓器，其具有多個(gè)初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組；整流電路，其與上述次級(jí)繞組相連接；以及多個(gè)振蕩電路，該多個(gè)振蕩電路與上述多個(gè)初級(jí)繞組相連接， 其中，上述多個(gè)振蕩電路分別由不具有體二極管的開關(guān)元件構(gòu)成。
2.一種轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于，具備: 變壓器，其具有第一初級(jí)繞組及第二初級(jí)繞組和次級(jí)繞組； 整流電路，其連接在上述次級(jí)繞組與負(fù)載之間； 第一振蕩電路，其與第一直流電源和上述第一初級(jí)繞組相連接； 第二振蕩電路，其與第二直流電源和上述第二初級(jí)繞組相連接；以及 控制電路，其對(duì)上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路進(jìn)行控制， 其中，上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路分別由不具有體二極管的開關(guān)元件構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于， 上述不具有體二極管的開關(guān)元件是具有使用了 GaN/AlGaN的橫向晶體管結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于， 上述不具有體二極 管的開關(guān)元件是具有雙向性的開關(guān)元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于， 上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路分別由兩對(duì)上述開關(guān)元件來構(gòu)成全橋電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于， 上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路分別由一對(duì)上述開關(guān)元件來構(gòu)成半橋電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于， 上述第一振蕩電路和上述第二振蕩電路分別由一個(gè)上述開關(guān)元件構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于， 上述變壓器是反激變壓器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于， 上述第一初級(jí)繞組和上述第二初級(jí)繞組的至少一方的匝數(shù)可變。
全文摘要
本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)換器電路，該轉(zhuǎn)換器電路具備變壓器，其具有多個(gè)初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組；整流電路，其與上述次級(jí)繞組相連接；以及多個(gè)振蕩電路，該多個(gè)振蕩電路與上述多個(gè)初級(jí)繞組相連接，其中，振蕩電路分別由不具有體二極管的雙向開關(guān)元件構(gòu)成。
文檔編號(hào)H02M3/28GK103081323SQ201180039261
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者村山圭, 田舍片悟 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社