直流－直流轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明能夠減小直流－直流轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體開關(guān)的斷路電流，防止高輸入電壓時(shí)的功率轉(zhuǎn)換效率的下降。作為直流－直流轉(zhuǎn)換裝置中的變壓器(2)的一次側(cè)的電路，使用利用了四個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(101～104)的全橋結(jié)構(gòu)的電路。在該結(jié)構(gòu)中，通過增大變壓器(2)的一次繞組(21)和二次繞組(22)的匝數(shù)比，能夠增大一次繞組(21)中產(chǎn)生的電壓(V21)，減小流過變壓器(2)的一次繞組(21)的電流，從而減小半導(dǎo)體開關(guān)元件(101～104)的斷路電流。因此，尤其能防止在來自直流電源(1)的輸入直流電壓較高、因輸入電壓檢測(cè)電路(9)和振蕩電路(8)的動(dòng)作而使得半導(dǎo)體開關(guān)元件(101～104)的開關(guān)頻率變高的情況下的功率轉(zhuǎn)換效率的下降。
【專利說明】直流一直流轉(zhuǎn)換裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種直流一直流轉(zhuǎn)換裝置，在該直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，基于來自直 流電源的輸入直流電壓使變壓器的一次繞組中產(chǎn)生交流電壓，并對(duì)該變壓器的二次繞組中 產(chǎn)生的交流電壓進(jìn)行整流和平滑，從而產(chǎn)生直流電壓。

【背景技術(shù)】
[0002] 圖3是表示這種直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)例的電路圖。在該直流一直流轉(zhuǎn) 換裝置中，直流電源1與將半導(dǎo)體開關(guān)元件101和102串聯(lián)連接而成的串聯(lián)橋臂并聯(lián)連接。 這里，半導(dǎo)體開關(guān)元件101與二極管111及電容器121并聯(lián)連接，半導(dǎo)體開關(guān)元件102與二 極管112及電容器122并聯(lián)連接。而且，在半導(dǎo)體開關(guān)元件101和102間的共同節(jié)點(diǎn)與直 流電源1的負(fù)極之間，串聯(lián)地插入諧振用電抗器3、變壓器2的一次繞組21、以及諧振用電 容器4。
[0003] 在變壓器2的二次側(cè)，作為用于對(duì)變壓器2的二次繞組22中產(chǎn)生的交流電壓進(jìn)行 整流的單元，連接有由二極管131?134構(gòu)成的全橋結(jié)構(gòu)的全波整流電路13。該全波整流 電路13的輸出電壓經(jīng)由平滑用電容器5進(jìn)行平滑后，從直流一直流轉(zhuǎn)換裝置輸出。
[0004] 輸出電壓檢測(cè)電路6、脈寬調(diào)制控制電路7、振蕩電路8及輸入電壓檢測(cè)電路9構(gòu) 成為用于控制成使得直流一直流轉(zhuǎn)換裝置輸出的直流電壓的電壓值維持為目標(biāo)值的控制 單元。
[0005] 更詳細(xì)而言，輸出電壓檢測(cè)電路6是檢測(cè)直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓的電 路。振蕩電路8是對(duì)脈寬調(diào)制控制電路7輸出周期性同步信號(hào)的電路。脈寬調(diào)制控制電路 7是如下電路：在每次從振蕩電路8提供同步信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生使半導(dǎo)體開關(guān)元件101導(dǎo)通的第 1脈沖，之后，直到下一次提供同步信號(hào)為止的期間，產(chǎn)生使半導(dǎo)體開關(guān)元件102導(dǎo)通的第2 脈沖。該脈寬調(diào)制控制電路7具有脈寬調(diào)制功能，根據(jù)由輸出電壓檢測(cè)電路6檢測(cè)出的輸 出電壓相對(duì)于目標(biāo)值的增減，進(jìn)行導(dǎo)通占空比（ON duty)控制，從而將直流一直流轉(zhuǎn)換裝置 的輸出電壓值維持在目標(biāo)值，其中，導(dǎo)通占空比是第1脈沖的脈寬相對(duì)于第1和第2脈沖的 周期所占的比率。輸入電壓檢測(cè)電路9是對(duì)從直流電源1提供給直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的輸 入直流電壓進(jìn)行檢測(cè)的電路。而且，振蕩電路8采用如下結(jié)構(gòu)：由輸入電壓檢測(cè)電路9檢測(cè) 出的輸入直流電壓越高，則越是提高同步信號(hào)的頻率，該電壓值越低，則越是降低同步信號(hào) 的頻率。
[0006] 圖4(a)是表示從直流電源1提供的輸入直流電壓是較低的低輸入電壓時(shí)的直 流一直流轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作例的波形圖，圖4(b)是表示該輸入直流電壓是較高的高輸入電 壓時(shí)的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作例的波形圖。在該圖4(a)和圖4(b)的各波形圖中分別 示出了半導(dǎo)體開關(guān)元件101的漏極一源極間電壓V101、半導(dǎo)體開關(guān)元件102的漏極一源極 間電壓V102、半導(dǎo)體開關(guān)元件101的漏極電流1101、半導(dǎo)體開關(guān)元件102的漏極電流1102、 諧振用電容器4的電壓V4、變壓器2的一次繞組21的電壓V21、分別流過二極管131、132、 133U34的電流1131、1132、1133、1134的各個(gè)波形。以下，參照該圖4(a)和圖4(b)，對(duì)圖 3所示的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0007] 如上所述，脈寬調(diào)制控制電路7交替地產(chǎn)生使半導(dǎo)體開關(guān)元件101導(dǎo)通的第1脈 沖、以及使半導(dǎo)體開關(guān)元件102導(dǎo)通的第2脈沖。若半導(dǎo)體開關(guān)元件101導(dǎo)通，則經(jīng)由直流 電源1 一半導(dǎo)體開關(guān)元件101 -諧振用電抗器3 -變壓器2的一次繞組21 -諧振用電容 器4這樣的路徑而流過諧振電流，通過該諧振電流對(duì)諧振用電容器4進(jìn)行充電。在此期間， 在變壓器2的一次繞組21與諧振用電抗器3上施加了來自直流電源1的輸入直流電壓與 諧振用電容器4的電壓V4之間的差電壓。然后，在變壓器2的二次繞組22上產(chǎn)生與一次 繞組21的電壓V21相應(yīng)的電壓，利用該電壓經(jīng)由二極管131和134對(duì)平滑用電容器5進(jìn)行 充電。然后，由該平滑用電容器5向未圖示的負(fù)載提供直流電。
[0008] 接著，若半導(dǎo)體開關(guān)元件101變?yōu)榻刂?，則到目前為止流過的諧振電流換流至電 容器121、122,半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102的漏極一源極間電壓V101、V102緩緩地上升或下 降。
[0009] 若變?yōu)榻刂沟陌雽?dǎo)體開關(guān)元件101的漏極一源極間電壓V101達(dá)到來自直流電源 1的輸入直流電壓，則諧振電流換流至二極管112。此時(shí)，通過使半導(dǎo)體開關(guān)元件102變?yōu)?導(dǎo)通，使得經(jīng)由諧振用電容器4 一變壓器2的一次繞組21 -諧振用電抗器3 -半導(dǎo)體開關(guān) 元件102這樣的路徑而流過諧振電流1102,由此對(duì)諧振用電容器4進(jìn)行放電。此時(shí)，在變壓 器2的一次繞組21和諧振用電抗器3上施加了諧振用電容器4的電壓V4。然后，在變壓器 2的二次繞組22上產(chǎn)生與一次繞組21的電壓V21相應(yīng)的電壓，利用該電壓經(jīng)由二極管133 和132對(duì)平滑用電容器5進(jìn)行充電。然后，由該平滑用電容器5向未圖示的負(fù)載提供直流 電。
[0010] 接著，若半導(dǎo)體開關(guān)元件102變?yōu)榻刂?，則到目前為止流過的諧振電流換流至電 容器121、122,半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102的漏極一源極間電壓V101、V102緩緩地上升或下 降。
[0011] 若變?yōu)榻刂沟陌雽?dǎo)體開關(guān)元件102的漏極一源極間電壓V102達(dá)到來自直流電源 1的輸入直流電壓，則諧振電流換流至二極管111。此時(shí)，通過使半導(dǎo)體開關(guān)元件101變?yōu)?導(dǎo)通，使得經(jīng)由直流電源1 一半導(dǎo)體開關(guān)元件101 -諧振用電抗器3 -變壓器2的一次繞 組21 -諧振用電容器4這樣的路徑而流過諧振電流，利用該諧振電流對(duì)諧振用電容器4進(jìn) 行充電。
[0012] 通過重復(fù)這種動(dòng)作，基于來自直流電源1的輸入直流電，生成與直流電源1絕緣的 其他的直流電，并通過平滑用電容器5提供給未圖示的負(fù)載。
[0013] 這里，在低輸入電壓時(shí)，如圖4 (a)所示，半導(dǎo)體開關(guān)元件101和102分別以0.5左 右的導(dǎo)通占空比進(jìn)行動(dòng)作，流過半導(dǎo)體開關(guān)元件101的電流1101和流過半導(dǎo)體開關(guān)元件 102的電流1102分別變化為正弦波形狀。
[0014] 在負(fù)載狀態(tài)發(fā)生變化、使直流一直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓值偏離目標(biāo)值的情 況下，脈寬調(diào)制控制電路7改變使半導(dǎo)體開關(guān)元件101導(dǎo)通的第1脈沖以及使半導(dǎo)體開關(guān) 元件102導(dǎo)通的第2脈沖的各脈沖寬度（導(dǎo)通占空比），從而使得直流一直流電壓轉(zhuǎn)換裝置 的輸出電壓值回到目標(biāo)值。
[0015] 在高輸入電壓時(shí)，如圖4(b)所示，半導(dǎo)體開關(guān)元件101和102分別以0. 5左右的 導(dǎo)通占空比進(jìn)行動(dòng)作。這點(diǎn)與低輸入電壓時(shí)相同。
[0016] 然而，在1?輸入電壓時(shí)，振蕩電路8會(huì)提1?分別使半導(dǎo)體開關(guān)兀件101和102導(dǎo)通 的第1和第2脈沖的頻率。其結(jié)果是，在流過半導(dǎo)體開關(guān)元件101的電流1101到達(dá)正弦波 的峰值附近的時(shí)刻、以及流過半導(dǎo)體開關(guān)元件102的電流1102到達(dá)正弦波的峰值附近的時(shí) 亥IJ，分別發(fā)生半導(dǎo)體開關(guān)元件101從導(dǎo)通向截止的切換、以及半導(dǎo)體開關(guān)元件102從導(dǎo)通向 截止的切換。因此，變?yōu)榻刂沟陌雽?dǎo)體開關(guān)元件1〇1、1〇2中流過的斷路電流比低輸入電壓 時(shí)要大。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0017] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開2002-209382號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0018] 如上所述，在現(xiàn)有的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，尤其是在高電壓輸入時(shí)，存在變壓器 的一次側(cè)電路的半導(dǎo)體開關(guān)的斷路電流變大，功率轉(zhuǎn)換效率下降的問題。
[0019] 本發(fā)明是鑒于以上所說明的情況而完成的，其目的在于提供一種能夠使流過變壓 器的一次側(cè)電路的半導(dǎo)體開關(guān)的斷路電流變小，尤其是能夠防止在高電壓輸入時(shí)的直流一 直流轉(zhuǎn)換裝置的功率轉(zhuǎn)換效率下降的技術(shù)手段。 解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0020] 本發(fā)明提供一種直流一直流轉(zhuǎn)換裝置，在該直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，基于由直流 電源提供的輸入直流電壓，在變壓器的一次繞組中產(chǎn)生交流電壓，對(duì)所述變壓器的二次繞 組中產(chǎn)生的交流電壓進(jìn)行整流和平滑，從而輸出直流電壓，所述直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的特 征在于，包括：第1串聯(lián)橋臂，該第1串聯(lián)橋臂由第1半導(dǎo)體開關(guān)元件和第2半導(dǎo)體開關(guān)元 件串聯(lián)連接而成，所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件設(shè)置在所述直流電源的正極側(cè)，所述第2半導(dǎo)體 開關(guān)元件設(shè)置在所述直流電源的負(fù)極側(cè)；第2串聯(lián)橋臂，該第2串聯(lián)橋臂由第3半導(dǎo)體開關(guān) 元件和第4半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連接而成，所述第3半導(dǎo)體開關(guān)元件設(shè)置在所述直流電源 的正極側(cè)，所述第4半導(dǎo)體開關(guān)元件設(shè)置在所述直流電源的負(fù)極側(cè)；第1電容器?第4電容 器，該第1電容器?第4電容器與所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件?第4半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連 接；第1二極管?第4二極管，該第1二極管?第4二極管與所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件?第4 半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連接；諧振用電抗器和諧振用電容器，該諧振用電抗器和諧振用電容 器與所述變壓器的一次繞組一起串聯(lián)地插入在所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件和第2半導(dǎo)體開關(guān) 元件間的共同節(jié)點(diǎn)、與所述第3半導(dǎo)體開關(guān)元件和第4半導(dǎo)體開關(guān)元件間的共同節(jié)點(diǎn)之間； 以及脈沖產(chǎn)生單元，該脈沖產(chǎn)生單元是交替地且周期性地產(chǎn)生使所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件 和第4半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通的第1脈沖、以及使所述第2開關(guān)元件和第3開關(guān)元件導(dǎo)通的第 2脈沖的單元，基于所述輸入電壓檢測(cè)電路中對(duì)輸入直流電壓的檢測(cè)結(jié)果，在所述輸入直流 電壓較高的情況下，提高所述第1脈沖和第2脈沖的頻率，在所述輸入直流電壓較低的情況 下，降低所述第1脈沖和第2脈沖的頻率，從而從所述直流一直流轉(zhuǎn)換裝置輸出一定的直流 電壓而不依賴于所述輸入直流電壓。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，通過使第1和第4半導(dǎo)體開關(guān)元件的組、與第2和第3半導(dǎo)體開關(guān)元 件的組交替地導(dǎo)通，從而在變壓器的一次繞組上施加交流電壓。這里，在第1和第4半導(dǎo)體 開關(guān)元件的組處于導(dǎo)通的期間、以及在第2和第3半導(dǎo)體開關(guān)元件的組處于導(dǎo)通的期間，以 彼此相反的方向?qū)χC振用電容器進(jìn)行充電。因此，在該直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，通過增大變 壓器的一次繞組的匝數(shù)相對(duì)于二次繞組的匝數(shù)的比即匝數(shù)比，能夠增大一次繞組中產(chǎn)生的 電壓。這里，流過變壓器一次繞組的電流與變壓器的匝數(shù)比的倒數(shù)成比例。因此，根據(jù)本發(fā) 明，通過增大變壓器的匝數(shù)比，能夠減小流過變壓器的一次繞組的電流，由此能夠減小流過 第1?第4半導(dǎo)體開關(guān)元件的斷路電流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖2是表示該直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的各部分的波形的波形圖。 圖3是表示現(xiàn)有的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖4是表示該直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的各部分的波形的波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。 圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖1中， 設(shè)置于變壓器2的二次側(cè)的全波整流電路13和平滑用電容器5的結(jié)構(gòu)、輸出電壓檢測(cè)電路 6、脈寬調(diào)制控制電路7、振蕩電路8及輸入電壓檢測(cè)電路9的結(jié)構(gòu)與上文揭示的圖3的結(jié)構(gòu) 相同。
[0024] 在本實(shí)施方式的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，直流電源1與將半導(dǎo)體開關(guān)元件101和 102串聯(lián)連接而成的第1串聯(lián)橋臂并聯(lián)連接，并且還與將半導(dǎo)體開關(guān)元件103和104串聯(lián) 連接而成的第2串聯(lián)橋臂并聯(lián)連接。這里，在第1和第2串聯(lián)橋臂中，半導(dǎo)體開關(guān)元件101 和103分別設(shè)置在直流電源1的正極側(cè)，半導(dǎo)體開關(guān)元件102和104分別設(shè)置在直流電源 1的負(fù)極側(cè)。
[0025] 此外，半導(dǎo)體開關(guān)元件101分別與二極管111及電容器121并聯(lián)連接，半導(dǎo)體開關(guān) 元件102分別與二極管112及電容器122并聯(lián)連接，半導(dǎo)體開關(guān)元件103分別與二極管113 及電容器123并聯(lián)連接，半導(dǎo)體開關(guān)元件104分別與二極管114及電容器124并聯(lián)連接。這 里，二極管111、112、113和114以使得來自直流電源1的輸入直流電壓作為各自的反向偏 置而進(jìn)行動(dòng)作的方式分別與半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102、103和104并聯(lián)連接。
[0026] 而且，在半導(dǎo)體開關(guān)元件101和102間的共同節(jié)點(diǎn)、與半導(dǎo)體開關(guān)元件103和104 間的共同節(jié)點(diǎn)之間，串聯(lián)地插入了諧振用電抗器3、變壓器2的一次繞組21、以及諧振用電 容器4。這樣，本實(shí)施方式的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置利用由半導(dǎo)體開關(guān)元件101?104構(gòu)成的 全橋，對(duì)來自直流電源1的輸入直流電壓進(jìn)行開關(guān)，并將交流電壓提供給變壓器2的一次繞 組21。
[0027] 在圖1所示的示例中，半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102、103和104為功率M0SFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ;金屬一氧化膜一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶 體管），但也可以是IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor;絕緣柵雙極型晶體管）、 雙極型晶體管等根據(jù)控制信號(hào)來切換導(dǎo)通/截止的其他半導(dǎo)體開關(guān)元件。
[0028] 脈寬調(diào)制控制電路7在每次從振蕩電路8提供了同步信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生使半導(dǎo)體開關(guān) 元件101和104導(dǎo)通的第1脈沖，之后，直到下一次提供了同步信號(hào)為止的期間，產(chǎn)生使半 導(dǎo)體開關(guān)元件102和103導(dǎo)通的第2脈沖。振蕩電路8及該脈寬調(diào)制控制電路7構(gòu)成為交 替地產(chǎn)生第1和第2脈沖的脈沖產(chǎn)生單元。
[0029] 與上文所揭示的圖3相同，輸出電壓檢測(cè)電路6是檢測(cè)直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的輸 出電壓的電路。此外，脈寬調(diào)制控制電路7根據(jù)由輸出電壓檢測(cè)電路6檢測(cè)出的輸出電壓相 對(duì)于目標(biāo)值的增減，使第1脈沖的脈沖寬度減少，并使第2脈沖的脈沖寬度增加相應(yīng)的量， 或者，使第1脈沖的脈沖寬度增加，并使第2脈沖的脈沖寬度減少相應(yīng)的量，由此將直流一 直流轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓值維持在目標(biāo)值。此外，振蕩電路8中，由輸入電壓檢測(cè)電路9檢 測(cè)出的提供給直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的輸入電壓值越大，則越是提高同步信號(hào)的頻率，該輸 入電壓值越小，越是降低同步信號(hào)的頻率。
[0030] 圖2是表示低輸入電壓時(shí)的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作例的波形圖。在該圖2中 分別示出了半導(dǎo)體開關(guān)元件101的漏極一源極間電壓V101、半導(dǎo)體開關(guān)元件102的漏極一 源極間電壓V102、半導(dǎo)體開關(guān)元件101的漏極電流1101、半導(dǎo)體開關(guān)元件102的漏極電流 1102、諧振用電容器4的電壓V4、變壓器2的一次繞組21的電壓V21、分別流過二極管131、 132、133、134的電流1131、1132、1133、1134的各個(gè)波形。以下，參照該圖2說明本實(shí)施方 式的動(dòng)作。
[0031] 若脈寬調(diào)制控制電路7產(chǎn)生第1脈沖，則第1串聯(lián)橋臂中設(shè)置于直流電源1的正 極側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)元件101、和第2串聯(lián)橋臂中設(shè)置于直流電源1的負(fù)極側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)元 件104變?yōu)閷?dǎo)通。由此，若半導(dǎo)體開關(guān)元件101和104導(dǎo)通，則經(jīng)由直流電源1 一半導(dǎo)體開 關(guān)元件101 -諧振用電抗器3 -變壓器2的一次繞組21 -諧振用電容器4 一半導(dǎo)體開關(guān) 元件104這樣的路徑而流過諧振電流1101，利用該諧振電流1101對(duì)諧振用電容器4進(jìn)行充 電。在此期間，在變壓器2的一次繞組21與諧振用電抗器3上施加了來自直流電源1的輸 入直流電壓與諧振用電容器4的電壓V4之間的差電壓。然后，在變壓器2的二次繞組22 上產(chǎn)生與一次繞組21的電壓V21相應(yīng)的電壓，利用該電壓經(jīng)由二極管131和134對(duì)平滑用 電容器5進(jìn)行充電。然后，由該平滑用電容器5向未圖示的負(fù)載提供直流電。
[0032] 接著，脈寬調(diào)制控制電路7使第1脈沖下降，使第2脈沖上升。若第1脈沖下降，半 導(dǎo)體開關(guān)元件101和104變?yōu)榻刂?，則到目前為止流過的諧振電流換流至電容器121、122、 123、124,半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102、103、104的漏極一源極間電壓緩緩地上升或下降。
[0033] 若變?yōu)榻刂沟陌雽?dǎo)體開關(guān)元件101和104的漏極一源極間電壓V101和V104達(dá)到 來自直流電源1的輸入直流電壓，則諧振電流換流至二極管112、113。此時(shí)，若第2脈沖上 升，則第1串聯(lián)橋臂中設(shè)置于直流電源1的負(fù)極側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)元件102、和第2串聯(lián)橋臂 中設(shè)置于直流電源1的正極側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)元件103變?yōu)閷?dǎo)通。其結(jié)果是，經(jīng)由諧振用電容 器4 一變壓器2的一次繞組21 -諧振用電抗器3 -半導(dǎo)體開關(guān)元件102 -直流電源1 一 半導(dǎo)體開關(guān)元件103這樣的路徑而流過諧振電流1102,利用該諧振電流1102對(duì)諧振用電容 器4進(jìn)行放電（或進(jìn)行與第1脈沖上升時(shí)相反方向的充電）。在此期間，在變壓器2的一次 繞組21上施加了來自直流電源1的輸入直流電壓與諧振用電容器4的電壓V4之間的差電 壓。然后，在變壓器2的二次繞組22上產(chǎn)生與一次繞組21的電壓V21相應(yīng)的電壓，利用該 電壓經(jīng)由二極管132和133對(duì)平滑用電容器5進(jìn)行充電。然后，由該平滑用電容器5向未 圖示的負(fù)載提供直流電。
[0034] 接著，脈寬調(diào)制控制電路7使第2脈沖下降，第1脈沖上升。若第2脈沖下降，半 導(dǎo)體開關(guān)元件102和103變?yōu)榻刂?，則到目前為止流過的諧振電流換流至電容器121、122、 123、124,半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102、103、104的漏極一源極間電壓緩緩地上升或下降。
[0035] 若變?yōu)榻刂沟陌雽?dǎo)體開關(guān)元件102和103的漏極一源極間電壓V102和V103達(dá)到 來自直流電源1的輸入直流電壓，則諧振電流換流至二極管111、114。此時(shí)，若第1脈沖上 升，則第1串聯(lián)橋臂中設(shè)置于直流電源1的正極側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)元件101、和第2串聯(lián)橋臂 中設(shè)置于直流電源1的負(fù)極側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)元件104變?yōu)閷?dǎo)通。其結(jié)果是，經(jīng)由直流電源 1 一半導(dǎo)體開關(guān)元件101 -諧振用電抗器3 -變壓器2的一次繞組21 -諧振用電容器4 一 半導(dǎo)體開關(guān)元件104這樣的路徑而流過諧振電流1101，利用該諧振電流1101對(duì)諧振用電容 器4進(jìn)行充電。
[0036] 通過重復(fù)這種動(dòng)作，基于直流電源1輸出的直流電，生成與直流電源1絕緣的其他 的直流電，并通過平滑用電容器5提供給未圖示的負(fù)載。
[0037] 與上文揭示的圖3的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置相同，在本實(shí)施方式的直流一直流轉(zhuǎn)換 裝置中，在高輸入電壓時(shí)，振蕩電路8提高使半導(dǎo)體開關(guān)元件101U04導(dǎo)通的第1脈沖、使 半導(dǎo)體開關(guān)元件102、103導(dǎo)通的第2脈沖的頻率。其結(jié)果是，在流過半導(dǎo)體開關(guān)元件101 的電流1101到達(dá)正弦波的峰值附近的時(shí)刻、以及流過半導(dǎo)體開關(guān)元件102的電流1102到 達(dá)正弦波的峰值附近的時(shí)刻，分別發(fā)生半導(dǎo)體開關(guān)元件1〇1、1〇4從導(dǎo)通向截止的切換、以 及半導(dǎo)體開關(guān)元件102、103從導(dǎo)通向截止的切換。但是，此時(shí)變?yōu)榻刂沟陌雽?dǎo)體開關(guān)元件 101、104中流過的斷路電流、以及變?yōu)榻刂沟陌雽?dǎo)體開關(guān)元件102、103中流過的斷路電流 小于上文所揭示的圖3中所流過的斷路電流。其理由如下所述。
[0038] 在上文揭示的圖3的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，諧振用電容器4的一個(gè)電極與直流 電源1的負(fù)極相連接，經(jīng)由半導(dǎo)體開關(guān)元件101對(duì)諧振用電容器4進(jìn)行充電，經(jīng)由半導(dǎo)體開 關(guān)元件102對(duì)諧振用電容器4進(jìn)行放電。因此，諧振用電容器4的電壓V4如圖4所示那樣， 在0V以上的區(qū)域內(nèi)反復(fù)上升和下降。因此，用于使變壓器2的一次繞組21中所產(chǎn)生的電 壓V21的振幅增大的余量較小。
[0039] 與此相對(duì)地，在本實(shí)施方式的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，諧振用電容器4插入在半 導(dǎo)體開關(guān)元件101和102間的共同節(jié)點(diǎn)、與半導(dǎo)體開關(guān)元件103和104間的共同節(jié)點(diǎn)之間。 并且，交替地反復(fù)進(jìn)行以下動(dòng)作：半導(dǎo)體開關(guān)元件101和104導(dǎo)通從而電流流過諧振用電容 器4的動(dòng)作、以及半導(dǎo)體開關(guān)元件102和103導(dǎo)通從而電流流過諧振用電容器4的動(dòng)作。
[0040] 這里，在半導(dǎo)體開關(guān)元件101和104處于導(dǎo)通的期間內(nèi)流過諧振用電容器4的電 流、與在半導(dǎo)體開關(guān)元件102和103處于導(dǎo)通的期間內(nèi)流過諧振用電容器4的電流的極性 相反。因此，諧振用電容器4的電壓V4成為圖2所示那樣以0V為中心、沿正負(fù)兩個(gè)方向振 動(dòng)的波形。并且，在本實(shí)施方式中，輸入直流電壓與該電壓V4之間的差電壓被施加到變壓 器2的一次繞組21和諧振用電抗器3。由此，本實(shí)施方式的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，從其 結(jié)構(gòu)上來看，能夠使變壓器2的一次繞組21中所產(chǎn)生的電壓V21大于上文揭示的圖3的直 流一直流轉(zhuǎn)換裝置。
[0041] 因此，根據(jù)本實(shí)施方式，在設(shè)為輸出與上文揭示的圖3的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置相 同的直流電壓的情況下，增大變壓器2的一次繞組21的匝數(shù)n21與二次繞組22的匝數(shù)n22 的匝數(shù)比η = n21/n22,能夠增大一次繞組21中產(chǎn)生的電壓V21。這里，流過變壓器2的一 次繞組21的電流與變壓器2的匝數(shù)比η的倒數(shù)成比例。因此，在本實(shí)施方式中，通過增大 變壓器2的匝數(shù)比η，能夠減小流過變壓器2的一次繞組21的電流。由此，能夠減小半導(dǎo)體 開關(guān)元件101和104變?yōu)榻刂箷r(shí)流過半導(dǎo)體開關(guān)元件101和104的斷路電流、以及半導(dǎo)體 開關(guān)元件102和103變?yōu)榻刂箷r(shí)流過半導(dǎo)體開關(guān)元件102和103的斷路電流。而且，根據(jù) 本實(shí)施方式，能夠減小流過半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102、103、104的斷路電流，因此尤其能夠 減少在高輸入電壓時(shí)的半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102、103、104的開關(guān)損耗，進(jìn)而能防止轉(zhuǎn)換效 率的下降。此外，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠減小流過變壓器2的一次繞組21的電流，從而能夠 減小變壓器2的銅損。此外，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠減小流過諧振用電容器4的有效電流， 因此能夠使用額定有效電流較小、且價(jià)格低廉的諧振用電容器4來構(gòu)成直流一直流轉(zhuǎn)換裝 置。
[0042] 〈其他實(shí)施方式〉 上文對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但除此以外，本發(fā)明還可考慮采用其他實(shí) 施方式。例如，如下所述。
[0043] (1)二極管111、112、113、114可以用介于半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102、103、104的漏 極或源極與成為其背景的半導(dǎo)體基板之間的寄生二極管來代替。 (2) 電容器121、122、123、124可以用介于半導(dǎo)體開關(guān)元件101、102、103、104的漏極或 源極與成為其背景的半導(dǎo)體基板之間的寄生電容來代替。 (3) 諧振用電抗器3可以用變壓器2的漏電感來代替。 標(biāo)號(hào)說明
[0044] 1……直流電源、101，102,103,104……半導(dǎo)體開關(guān)元件、111，112,113,114,131， 132,133,134......二極管、121，122,123,124......電容器、2......變壓器、21......- 次繞組、 22……二次繞組、3……諧振用電抗器、4……諧振用電容器、13……全波整流電路、5……平 滑用電容器、6……輸出電壓檢測(cè)電路、7……脈寬調(diào)制控制電路、8……振蕩電路、9……輸 入電壓檢測(cè)電路。
【權(quán)利要求】
1. 一種直流一直流轉(zhuǎn)換裝置，在該直流一直流轉(zhuǎn)換裝置中，基于由直流電源提供的輸 入直流電壓，在變壓器的一次繞組中產(chǎn)生交流電壓，對(duì)所述變壓器的二次繞組中產(chǎn)生的交 流電壓進(jìn)行整流和平滑，從而輸出直流電壓，所述直流一直流轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，包括： 第1串聯(lián)橋臂，該第1串聯(lián)橋臂由第1半導(dǎo)體開關(guān)元件和第2半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連 接而成，所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件設(shè)置在所述直流電源的正極側(cè)，所述第2半導(dǎo)體開關(guān)元件 設(shè)置在所述直流電源的負(fù)極側(cè)； 第2串聯(lián)橋臂，該第2串聯(lián)橋臂由第3半導(dǎo)體開關(guān)元件和第4半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連 接而成，所述第3半導(dǎo)體開關(guān)元件設(shè)置在所述直流電源的正極側(cè)，所述第4半導(dǎo)體開關(guān)元件 設(shè)置在所述直流電源的負(fù)極側(cè)； 第1電容器?第4電容器，該第1電容器?第4電容器與所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件? 所述第4半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連接； 第1二極管?第4二極管，該第1二極管?第4二極管與所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件? 所述第4半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連接； 諧振用電抗器和諧振用電容器，該諧振用電抗器和諧振用電容器與所述變壓器的一次 繞組一起串聯(lián)地插入在所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述第2半導(dǎo)體開關(guān)元件間的共同節(jié) 點(diǎn)、與所述第3半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述第4半導(dǎo)體開關(guān)元件間的共同節(jié)點(diǎn)之間； 輸入電壓檢測(cè)電路，該輸入電壓檢測(cè)電路對(duì)從所述直流電源提供給所述直流一直流轉(zhuǎn) 換裝置的輸入直流電壓進(jìn)行檢測(cè)；以及 脈沖產(chǎn)生單元，該脈沖產(chǎn)生單元是交替地且周期性地產(chǎn)生使所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件 和所述第4半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通的第1脈沖、以及使所述第2開關(guān)元件和所述第3開關(guān)元 件導(dǎo)通的第2脈沖的單元，基于所述輸入電壓檢測(cè)電路中對(duì)輸入直流電壓的檢測(cè)結(jié)果，在 所述輸入直流電壓較高的情況下，提高所述第1脈沖和所述第2脈沖的頻率，在所述輸入直 流電壓較低的情況下，降低所述第1脈沖和所述第2脈沖的頻率，從而從所述直流一直流轉(zhuǎn) 換裝置輸出一定的直流電壓而不依賴于所述輸入直流電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述脈沖產(chǎn)生單元具備振蕩頻率可變、且通過振蕩來輸出同步信號(hào)的振蕩電路，根據(jù) 所述振蕩電路輸出的同步信號(hào)，產(chǎn)生所述第1脈沖和所述第2脈沖，基于所述輸入電壓檢測(cè) 電路中對(duì)輸入直流電壓的檢測(cè)結(jié)果，在所述輸入直流電壓較高的情況下，提高所述振蕩電 路的振蕩頻率，在所述輸入直流電壓較低的情況下，降低所述振蕩電路的振蕩頻率。
3. 如權(quán)利要求2所述的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 具備對(duì)由所述直流一直流轉(zhuǎn)換裝置輸出的直流電壓進(jìn)行檢測(cè)的輸出電壓檢測(cè)電路， 所述脈沖產(chǎn)生單元是根據(jù)所述振蕩電路輸出的同步信號(hào)來產(chǎn)生所述第1脈沖和所述 第2脈沖的單元，且具備脈寬調(diào)制控制電路，該脈寬調(diào)制控制電路基于所述輸出電壓檢測(cè) 電路中對(duì)直流電壓的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)所述第1脈沖和所述第2脈沖的各脈沖寬度進(jìn)行控制，以 將所述直流一直流轉(zhuǎn)換裝置輸出的直流電壓維持在目標(biāo)值。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述第1電容器?所述第4電容器是存在于所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件?所述第4半導(dǎo) 體開關(guān)元件中的寄生電容。
5. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述第1二極管?所述第4二極管是存在于所述第1半導(dǎo)體開關(guān)元件?所述第4半導(dǎo) 體開關(guān)元件中的寄生二極管。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的直流一直流轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述諧振用電抗器是所述變壓器的漏電感。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK104115387SQ201280069594
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】鹢頭政和 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社