專利名稱：Dc/dc電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將直流電壓轉(zhuǎn)換成升壓或降壓的直流電壓的DC/DC 電力轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
作為以往的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的DC/DC轉(zhuǎn)換器由逆變器 (inverter)電路和多倍壓整流電路構(gòu)成，該逆變器電路具有具備與 正電位連接的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和與負(fù)電位連接的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的至少兩個(gè) 以上的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，該多倍壓整流電路具備串聯(lián)連接的多個(gè)整流器以 及串聯(lián)連接的多個(gè)電容器，該DC/DC轉(zhuǎn)換器用逆變器電路產(chǎn)生交流 電壓，并且用多倍壓整流電路產(chǎn)生高壓直流電壓而供給給負(fù)載(例如 參照專利文獻(xiàn)l)。另外，作為以往的另一例子的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的開(kāi)關(guān)電容 轉(zhuǎn)換器由逆變器電路和兩倍壓整流電路構(gòu)成，與電容器串聯(lián)連接電感 器，利用LC諧振現(xiàn)象來(lái)使向電容器的充放電電流增大，從而實(shí)現(xiàn)了 在轉(zhuǎn)移大的電力的情況下也使效率降低少的電力轉(zhuǎn)換(例如參照非專 利文獻(xiàn)l)。專利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)平9 - 191638號(hào)^N1非專利文獻(xiàn)l:出利葉史俊他r共振形義4少f卜犄^^'>夕 3>0《一夕0制御特性」("諧振型開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換器的控制特性")、 信學(xué)技法、IEICE Technical Report 、 EE2005-62， pp7誦12， 2006 年在這些以往的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中，具備逆變器電路和整流 電路，利用電容器的充放電進(jìn)行直流/直流電力轉(zhuǎn)換，并且，如果與電 容器串聯(lián)連接電感器而利用LC諧振現(xiàn)象，則能夠高效地轉(zhuǎn)移大的電力。但是，在整流電路中所使用的二極管中發(fā)生導(dǎo)電損耗，妨礙高效 化。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述那樣的問(wèn)題點(diǎn)而完成的，其目的在于，在具備逆變器電路和整流電路，并利用電容器的充放電的DC/DC電力 轉(zhuǎn)換裝置中，串聯(lián)連接電容器和電感器而利用諧振現(xiàn)象，并且降低整 流電路的導(dǎo)電損耗，從而謀求轉(zhuǎn)換效率的提高。在本發(fā)明的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中，對(duì)于由利用控制電極來(lái)控 制導(dǎo)通截止動(dòng)作的多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和平滑電容器構(gòu)成的多個(gè)電 路，在相鄰電路之間分別配置電容器以及電感器的串聯(lián)體而進(jìn)行連 接。然后，在上述多個(gè)電路內(nèi)，將規(guī)定的電路用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路， 將其他電路用于整流電路，通過(guò)上述各串聯(lián)體的電容器的充放電進(jìn)行 直流/直流轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置串聯(lián)連接電容器與電感器而利用 諧振現(xiàn)象，并且將由利用控制電極來(lái)控制導(dǎo)通截止動(dòng)作的多個(gè)半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)元件和平滑電容器構(gòu)成的電路用于整流電路，從而能夠降低整流 電路的導(dǎo)電損耗，能夠高效地進(jìn)行大的電力的電力轉(zhuǎn)換。
圖l是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主要 部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵極 信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的柵極信號(hào)以及各部分的電流波 形的圖。圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的比較例的柵極信號(hào)以及各部分 的電流波形的圖。圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵極信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的柵極信號(hào)以及各部分的電流波 形的圖。圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵極 信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主要 部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵極 信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的柵極信號(hào)以及各部分的電流 波形的圖。圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主 要部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵 極信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的柵極信號(hào)以及各部分的電流 波形的圖。圖14是示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主 要部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵 極信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式7的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的部分電路圖。圖17是本發(fā)明的實(shí)施方式8的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的部分電路圖。圖18是示出本發(fā)明的實(shí)施方式9的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主 要部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖19是示出本發(fā)明的實(shí)施方式9的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵 極信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。6圖20是示出本發(fā)明的實(shí)施方式9的柵極信號(hào)以及各部分的電流 波形的圖。
圖21是示出本發(fā)明的實(shí)施方式10的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵 極信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖22是示出本發(fā)明的實(shí)施方式10的柵極信號(hào)以及各部分的電流 波形的圖。
圖23是本發(fā)明的實(shí)施方式12的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的部分電路圖。
圖24是示出本發(fā)明的實(shí)施方式13的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主 要部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖25是示出本發(fā)明的實(shí)施方式13的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的柵 極信號(hào)生成部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖26是示出本發(fā)明的實(shí)施方式16的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主 要部分的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖27是示出本發(fā)明的實(shí)施方式17的各電路的電源Vsk的結(jié)構(gòu)的圖。
圖28是示出本發(fā)明的實(shí)施方式17的電源Vsk的各部分的電壓 波形的圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1
以下，參照
本發(fā)明的實(shí)施方式1的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝 置。圖1、圖2示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電 路結(jié)構(gòu)，尤其圖l示出主要部分，圖2示出柵極信號(hào)生成部分。
如圖1所示，DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置具有將輸入到電壓端子VL
端子VH與Vcom之間的功能。
DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主電路部分將電路Al、 A2、 A3、 A4串 聯(lián)連接而構(gòu)成，其中，電路A1、 A2、 A3、 A4具備平滑電容器Csl、
7Cs2、 Cs3、 Cs4和多個(gè)MOSFET，所述平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3、 Cs4對(duì)輸入輸出電壓VI、 V2進(jìn)行平滑化，并且還作為用于能量轉(zhuǎn)移 的電壓源而發(fā)揮功能，所述電路A1、 A2、 A3、 A4是將作為低壓側(cè)開(kāi) 關(guān)、高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的兩個(gè)MOSFET( MoslL、 MoslH) ( Mos2L、 Mos2H) (Mos3L、 Mos3H) (Mos4L、 Mos4H)串聯(lián)連接而連接到各平滑電 容器Csl、 Cs2、 Cs3、 Cs4的兩個(gè)端子之間而成。而且，將各電路A1、 A2、 A3、 A4內(nèi)的兩個(gè)MOSFET的連接點(diǎn)作為中間端子，在相鄰的 該各電路A1、 A2、 A3、 A4的中間端子之間連接LC串聯(lián)電路，所述 LC串聯(lián)電路由電容器Crl2、 Cr23、 Cr34以及電感器Lrl2、 Lr23、 Lr34的串聯(lián)體構(gòu)成，并作為能量轉(zhuǎn)移元件而發(fā)揮功能。
另外，各MOSFET是在源極與漏極之間形成有寄生二極管的功 率MOSFET。
詳細(xì)說(shuō)明主電路部分的連接。平滑電容器Csl的兩個(gè)端子分別 與電壓端子VL和Vcom連接，電壓端子Vcom,皮接地。平滑電容器 Csl的VL側(cè)電壓端子與平滑電容器Cs2的一個(gè)端子連接，平滑電容 器Cs2的另一個(gè)端子與平滑電容器Cs3的一個(gè)端子連接，平滑電容器 Cs3的另一個(gè)端子與平滑電容器Cs4的一個(gè)端子連接，平滑電容器 Cs4的另 一個(gè)端子與電壓端子VH連接。
MoslL的源極端子與電壓端子Vcom連接，漏極端子與MoslH 的源極端子連接，MoslH的漏極端子與電壓端子VL連接。Mos2L 的源極端子與平滑電容器Cs2的低電壓側(cè)的端子連接，Mos2L的漏極 端子與Mos2H的源極端子連接，Mos2H的漏極端子與平滑電容器Cs2 的高電壓側(cè)的端子連接。Mos3L的源極端子與平滑電容器Cs3的低電 壓側(cè)的端子連接，Mos3L的漏極端子與Mos3H的源極端子連接， Mos3H的漏極端子與平滑電容器Cs3的高電壓側(cè)的端子連接。Mos4L 的源極端子與平滑電容器Cs4的低電壓側(cè)的端子連接，Mos4L的漏極 端子與Mos4H的源極端子連接，Mos4H的漏極端子與平滑電容器Cs4 的高電壓側(cè)的端子連接。
電感器Lrl2和電容器Crl2的LC串聯(lián)電路的一端與MoslL和MoslH的連接點(diǎn)連接，另一端與Mos2L和Mos2H的連接點(diǎn)連接。電 感器Lr23和電容器Cr23的LC串聯(lián)電路的一端與Mos2L和Mos2H 的連接點(diǎn)連接，另一端與Mos3L和Mos3H的連接點(diǎn)連接。電感器 Lr34和電容器Cr34的LC串聯(lián)電路的一端與Mos3L和Mos3H的連 接點(diǎn)連接，另一端與Mos4L和Mos4H的連接點(diǎn)連接。根據(jù)各級(jí)的電 感器Lr和電容器Cr的電感值和容量值決定的諧振周期的值被設(shè)定為 分別相等。
MoslL、 MoslH的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路111的輸出端子連 接，向柵極驅(qū)動(dòng)電路111的輸入端子輸入以MoslL的源極端子的電 壓為基準(zhǔn)的各個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。柵極驅(qū)動(dòng)電路是一般的自舉方式的驅(qū) 動(dòng)電路，由半橋逆變器電路驅(qū)動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)器IC、用于驅(qū)動(dòng)高電壓側(cè)的 MOSFET的電容器等構(gòu)成。Mos2L、 Mos2H的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng) 電路112的輸出端子連接，向4冊(cè)極驅(qū)動(dòng)電路112的輸入端子輸入以 Mos2L的源極端子的電壓為基準(zhǔn)的各個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。Mos3L、 Mos3H的柵極端子與才冊(cè)極驅(qū)動(dòng)電路113的輸出端子連接，向柵極驅(qū)動(dòng) 電路113的輸入端子輸入以Mos3L的源極端子的電壓為基準(zhǔn)的各個(gè) 柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。Mos4L、 Mos4H的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路114的輸 出端子連接，向柵極驅(qū)動(dòng)電路114的輸入端子輸入以Mos4L的源極 端子的電壓為基準(zhǔn)的各個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
從光耦合器121L輸出MoslL驅(qū)動(dòng)用的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從光耦 合器121H輸出MoslH驅(qū)動(dòng)用的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。向光耦合器121L、 121H輸入柵極信號(hào)GatelL、 GatelH。光耦合器具有使控制電路側(cè)的 信號(hào)與柵極驅(qū)動(dòng)側(cè)的信號(hào)電絕緣并利用光傳送信號(hào)的功能，用于變換 信號(hào)的基準(zhǔn)電壓。從光耦合器122L輸出Mos2L驅(qū)動(dòng)用的柵極驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，從光耦合器122H輸出Mos2H驅(qū)動(dòng)用的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。向光耦合 器122L、 122H輸入柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H。從光耦合器123L輸 出Mos3L驅(qū)動(dòng)用的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從光耦合器123H輸出Mos3H驅(qū) 動(dòng)用的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。向光耦合器123L、 123H輸入柵極信號(hào)Gate3L、 Gate3H。從光耦合器124L輸出Mos4L驅(qū)動(dòng)用的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從
9光耦合器124H輸出Mos4H驅(qū)動(dòng)用的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。向光耦合器 124L、 124H輸入柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H。
電源Vsl、 Vs2、 Vs3、 Vs4是分別以MoslL、 Mos2L、 Mos3L、 Mos4L的源極端子為基準(zhǔn)的為了驅(qū)動(dòng)MOSFET、柵極驅(qū)動(dòng)電路、光 耦合器而具備的電源。
電路Al被用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將輸入到電壓端子VL-Vcom之間的能量通過(guò)MOSFET (MoslL、 MoslH )的導(dǎo)通截止動(dòng)作 傳送給高電壓側(cè)。另外，電路A2、 A3、 A4被用于整流電路，對(duì)由驅(qū) 動(dòng)用逆變器電路A1驅(qū)動(dòng)的電流進(jìn)行整流，并將能量轉(zhuǎn)移到高電壓側(cè)。
如圖2所示，在成為柵極信號(hào)生成部分的控制電路13中生成柵 極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H。在控制電路13中，具有生成用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路 Al的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分 130B;以及生成用于驅(qū)動(dòng)整流電路A2、 A3、 A4的整流用才冊(cè)極信號(hào) Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H的整流用柵 極信號(hào)生成部分130A。在該情況下，在微型計(jì)算機(jī)等信號(hào)處理電路 中，生成驅(qū)動(dòng)用柵才及信號(hào)以及整流用柵極信號(hào)。
接下來(lái)說(shuō)明動(dòng)作。
平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3、 Cs4的容量值^皮設(shè)定為與LC串聯(lián) 電路的電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的容量值相比充分大的值。
如上所述，將輸入到電壓端子VL-Vcom之間的電壓VI變?yōu)樯?壓至大約4倍的電壓V2而輸出到電壓端子VH-Vcom之間，所以負(fù) 載連接在電壓端子VH - Vcom之間，電壓V2成為比4xVl低的值。 在穩(wěn)定狀態(tài)下，將平滑電容器Csl充電到電壓VI的電壓，將平滑電 容器Cs2、 Cs3、 Cs4平均地充電到(V2-VI) /3的電壓。
圖3示出驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、整流用柵極信號(hào) Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H、以及從整 流電路A2、 A3、 A4內(nèi)的Mos2L、 Mos2H、 Mos3L、 Mos3H、 Mos4L、 Mos4H的源極流向漏極的電流。另外，MOSFET在柵極信號(hào)為高電壓時(shí)導(dǎo)通。
如圖3所示，驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelH、 GatelL是具有比諧振周 期稍;敞大的周期T且占空比大約50%的導(dǎo)通截止信號(hào)，其中，上述 諧振周期是基于由Lr和Cr構(gòu)成的LC串聯(lián)電路決定的。其中，t表 示諧振周期的1/2的期間，la、 lb是驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelH、 GatelL 的脈沖(以下稱為驅(qū)動(dòng)用脈沖)。
向整流電路A2、 A3、 A4內(nèi)的高壓側(cè)MOSFET的整流用柵極信 號(hào)Gate2H、 Gate3H、 Gate4H、以及向低壓側(cè)MOSFET的整流用柵 極信號(hào)Gate2L、 Gate3L、 Gate4L是由從驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelH、 GatelL的各驅(qū)動(dòng)用脈沖la、 lb的上升沿時(shí)刻起在期間t的范圍內(nèi)產(chǎn) 生的脈沖(以下稱為整流用脈沖2a、 2b)構(gòu)成的導(dǎo)通截止信號(hào)。在此， 整流用脈沖2a、 2b的上升沿時(shí)刻與驅(qū)動(dòng)用脈沖la、 lb的上升沿時(shí)刻 一致，并且整流用脈沖2a、 2b的下降沿時(shí)刻比驅(qū)動(dòng)用脈沖la、 lb早 規(guī)定時(shí)間tH、 tL。
如果各電路Al ~ A4的作為低壓側(cè)MOSFET的MoslL、Mos2L、 Mos3L、 Mos4L通過(guò)向低壓側(cè)MOSFET的柵極信號(hào)的驅(qū)動(dòng)用脈沖lb 以及整流用脈沖2b而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則由于存在電壓差，所以平滑 電容器Csl、 Cs2、 Cs3中積蓄的一部分能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移 到電容器Crl2、 Cr23、 Cr34。另外，在Mos2L、 Mos3L、 Mos4L中， 在整流用脈沖2b為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)也由于MOSFET的寄生二極管而電流 從源極流向漏極，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的期間t內(nèi) 流過(guò)電流3 b,之后由于寄生二極管的逆流防止功能而電流:故切斷。
Csl—Mos2L—Lrl2—Crl2—MoslL
Csl—Cs2—Mos3L—Lr23—Cr23—Lrl2—Crl2—MoslL
Csl—Cs2—Cs3—Mos4L—Lr34—Cr34—Lr23—Cr23—Lrl2— Crl2—MoslL
接下來(lái)，如果各電路Al ~ A4的作為高壓側(cè)MOSFET的MoslH、 Mos2H、 Mos3H、 Mos4H通過(guò)向高壓側(cè)MOSFET的柵極信號(hào)的驅(qū)動(dòng) 用脈沖la以及整流用脈沖2a而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則由于存在電壓差，
ii所以充電于電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn) 移到平滑電容器Cs2、 Cs3、 Cs4。另外，在Mos2H、 Mos3H、 Mos4H 中，在整流用脈沖2a為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)也由于MOSFET的寄生二極管而 電流從源極流向漏極，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的期間 t內(nèi)流過(guò)電流3a，之后由于寄生二極管的逆流防止功能而電流被切斷。 MoslH—Crl2—Lrl2—Mos2H—Cs2 MoslH—Crl2—Lr12—Cr23—Lr23—Mos3H—Cs3—Cs2 MoslH—Crl2—Lrl2—Cr23—Lr23—Cr3"Lr34—Mos4H—C s4—Cs3—Cs2
這樣，通過(guò)電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的充放電，從平滑電容器 Csl向平滑電容器Cs2、 Cs3、 Cs4轉(zhuǎn)移能量。于是，將輸入到電壓端 子VL與Vcom之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s4倍的電壓V2而輸出 到電壓端子VH與Vcom之間。另外，對(duì)各電容器Cr12、 Cr23、 Cr34 串聯(lián)連接電感器Lr12、 Lr23、 Lr34而構(gòu)成LC串聯(lián)電路，所以上述 能量轉(zhuǎn)移是利用諧振現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行的，從而能夠高效地轉(zhuǎn)移大量的能
在本實(shí)施方式中，在整流電路A2~ A4中使用了 MOSFET，所 以與使用二極管時(shí)相比，能夠降低導(dǎo)電損耗，能夠提高電力轉(zhuǎn)換的效率。
另外，整流電路A2~ A4的MOSFET與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路Al 的MOSFET同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，在期間t的范圍內(nèi)比驅(qū)動(dòng)用逆變器 電路Al的MOSFET更早成為截止?fàn)顟B(tài)。如果使整流電路A2~A4 的MOSFET的導(dǎo)通期間與該MOSFET的導(dǎo)電期間t一致則能夠使導(dǎo) 電損耗成為最小，但即使如上所述使MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)束得早， 也經(jīng)由寄生二極管導(dǎo)電，所以在該期間中也可以轉(zhuǎn)移能量，另外能夠 回避由與控制相關(guān)的延遲等而引起的問(wèn)題，可靠性提高。
另外，從各驅(qū)動(dòng)用脈沖la、 lb的上升沿時(shí)刻起在期間t的范圍 內(nèi)產(chǎn)生整流用脈沖2a、 2b，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的 期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流被切斷而不發(fā)生逆流。因此，能夠有效地利用LC串聯(lián)電路的諧振現(xiàn)象，而且能夠通過(guò)使用MOSFET而降 低導(dǎo)電損耗，所以能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在控制電路13中，具有驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分130B 和整流用斥冊(cè)極信號(hào)生成部分130A,分別生成驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH和整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H，所以能夠容易地與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路Al的 MOSFET獨(dú)立地控制整流電路A2 ~ A4的MOSFET,能夠可靠地實(shí) 現(xiàn)上述期望的動(dòng)作，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置。
作為本實(shí)施方式的比較例，圖4示出4吏驅(qū)動(dòng)用棚"f及信號(hào)GatelL、 GatelH和整流用才冊(cè)極4言號(hào)Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H成為一樣，并使其具有比由LC串聯(lián)電路決定的諧 振周期2t稍微大的周期T且占空比大約50 %的導(dǎo)通截止信號(hào)的情況。 在圖4中，lc是驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelH的驅(qū)動(dòng)用脈沖，2c是整流用 柵極信號(hào)Gate2H、 Gate3H、 Gate4H的整流用脈沖，通過(guò)這些柵極 信號(hào)，在整流電路A2~A4的MOSFET (Mos2H、 Mos3H、 Mos4H ) 中，從源極向漏極流過(guò)電流3c。
在該情況下，整流電路A2~ A4的MOSFET與驅(qū)動(dòng)用逆變器電 路Al的MOSFET同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，在超過(guò)諧振周期的1/2的期間 t時(shí)也繼續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，所以發(fā)生電流的逆流。如果發(fā)生電流的逆流， 則不僅能量的轉(zhuǎn)移量減少，而且為了得到期望的電力需要使更多的電 流流過(guò)，損失增大，電力轉(zhuǎn)換效率惡化。
實(shí)施方式2
在上述實(shí)施方式l中，示出了將電壓Vl升壓至大約4倍的電壓 V2的升壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，但在本實(shí)施方式中，示出從電 壓V2降壓至電壓VI的降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的主要部分與圖 l所示的電路結(jié)構(gòu)相同，但在該情況下，將電路A4用于驅(qū)動(dòng)用逆變 器電路，將電路A1、 A2、 A3用于整流電路。另外，作為柵極信號(hào)生
13成部分的控制電路13a與上述實(shí)施方式l不同，如圖5所示。
如圖5所示，在控制電路13a中生成柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H。在控制電 路13a中，具有生成用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A4的驅(qū)動(dòng)用柵極 信號(hào)Gate4L、 Gate4H的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分130B;以及生成 用于驅(qū)動(dòng)整流電路A1、 A2、 A3的整流用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、Gate2H、Gate3L、Gate3H的整流用棚"f及信號(hào)生成部分130A。 另外，在本實(shí)施方式中，也在微型計(jì)算機(jī)等信號(hào)處理電路中生成驅(qū)動(dòng) 用柵極信號(hào)以及整流用柵極信號(hào)。
另外，在整流電路A1 A3內(nèi)，電路Al實(shí)質(zhì)上被用于整流，但 電路A2、 A3通過(guò)MOSFET ( Mos2L、 Mos2H、 Mos3L、 Mos3H) 的導(dǎo)通截止動(dòng)作，對(duì)電容器Crl2、 Cr23的轉(zhuǎn)移能量量進(jìn)行控制，所 以還可以考慮為是驅(qū)動(dòng)用的電路。但是，在降壓動(dòng)作中，假設(shè)將用于 對(duì)電路A2、 A3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H 與用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A4的驅(qū)動(dòng)用才冊(cè)極信號(hào)Gate4L、Gate4H 成為同樣的信號(hào)，并在超過(guò)由Lr、 Cr決定的諧振周期的1/2的期間t 時(shí)也使MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)繼續(xù)，則在LC串聯(lián)電路中發(fā)生電流的 逆流而能量的轉(zhuǎn)移量減少。
因此，在本實(shí)施方式中，在整流用柵極信號(hào)生成部分130A中與 柵極信號(hào)GatelL、 GatelH同樣地生成柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H而作為整流用柵極信號(hào)，將電路A2、 A3也稱為整 流電路。
接下來(lái)說(shuō)明動(dòng)作。
平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3、 Cs4的容量值被設(shè)定為與LC串聯(lián) 電路的電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的容量值相比充分大的值。
將輸入到電壓端子VH-Vcom之間的電壓V2變?yōu)榻祲褐链蠹s 1/4倍的電壓VI而輸出到電壓端子VL-Vcom之間，所以負(fù)載連接 在電壓端子VL-Vcom之間，電壓V2成為比4xVl高的值。
圖6示出驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H、整流用柵極信號(hào)
14GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、從MoslL、 MoslH的源極流向漏極的電流、從Mos2L、 Mos2H、 Mos3L、 Mos3H 的漏極流向源極的電流、以及從Mos4L、 Mos4H的漏極流向源極的 電流。另外，MOSFET在柵極信號(hào)為高電壓時(shí)導(dǎo)通。
如圖6所示，驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4H、 Gate4L是具有比諧振周 期2t稍微大的周期T且占空比大約50%的導(dǎo)通截止信號(hào)，其中，上 述諧振周期2t是基于由Lr和Cr構(gòu)成的LC串聯(lián)電路決定的。另夕卜， ld、 le是驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4H、 Gate4L的脈沖(以下稱為驅(qū)動(dòng)用 脈沖)。
向整流電路A1、 A2、 A3內(nèi)的高壓側(cè)MOSFET的整流用柵極信 號(hào)GatelH、 Gate2H、 Gate3H、以及向低壓側(cè)MOSFET的整流用柵 極信號(hào)GatelL、 Gate2L、 Gate3L是由從驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4H、 Gate4L的各驅(qū)動(dòng)用脈沖ld、 le的上升沿時(shí)刻起在期間t的范圍內(nèi)產(chǎn) 生的脈沖(以下稱為整流用脈沖2d、 2e)構(gòu)成的導(dǎo)通截止信號(hào)。在此， 整流用務(wù)K沖2d、 2e的上升沿時(shí)刻與驅(qū)動(dòng)用脈沖ld、 le的上升沿時(shí)刻 一致，并且整流用Ji^沖2d、 2e的下降沿時(shí)刻比驅(qū)動(dòng)用J3^沖ld、 le的 下降沿時(shí)刻早規(guī)定時(shí)間tH、 tL。
如果各電路A4、 A1~A3的作為高壓側(cè)MOSFET的Mos4H、 MoslH、 Mos2H、 Mos3H通過(guò)向高壓側(cè)MOSFET的柵極信號(hào)的驅(qū)動(dòng) 用脈沖Id以及整流用脈沖2d而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則由于存在電壓差， 所以平滑電容器Cs2、 Cs3、 Cs4中積蓄的一部分能量通過(guò)以下所示的 路徑轉(zhuǎn)移到電容器Crl2、 Cr23、 Cr34。
Cs2—Cs3—Cs4—Mos4H—Lr34—Cr34—Lr23—Cr23—Lrl2— Crl2—MoslH
Cs2—Cs3—Mos3H—Lr23—Cr23—Lrl2—Crl2—MoslH Cs2—Mos2H—Lr12—Crl2—MoslH
如果整流電路Al~ A3的MoslH、 Mos2H、 Mos3H截止，則在 MoslH、 Mos2H、 Mos3H中由于MOSFET的寄生二極管而電流從源 極流向漏極，雖然能量的轉(zhuǎn)移路徑如下那樣變化，但Cs2、 Cs3、 Cs4的能量接著向Cr12、 Cr23、 Cr34轉(zhuǎn)移。于是，在LC串聯(lián)電路的諧 振周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流被切斷。
Cs2—Cs3—Cs4—Mos4H—Lr34—Cr34—Lr23—Cr23—Lrl2— Crl2—MoslH
Cs3—Cs"Mos4H—Lr34—Cr34—Lr23—Cr23—Mos2H
Cs4—Mos4H—Lr34—Cr34—Mos3H
接下來(lái),如果各電路A4、 A1~A3的作為低壓側(cè)MOSFET的 Mos4L、 MoslL、 Mos2L、 Mos3L通過(guò)向低壓側(cè)MOSFET的柵極信 號(hào)的驅(qū)動(dòng)用脈沖le以及整流用脈沖2e而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則由于存在 電壓差，所以充電于電容器Crl2、 Cr23、 Cr34的能量通過(guò)以下所示 的路徑轉(zhuǎn)移到平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3。
Crl2—Lrl2—Cr23—Lr23—Cr34—Lr3"Mos4L—Cs3—Cs2 —Csl—MoslL
Crl2—Lr12—Cr23—Lr23—Mos3L—Cs2—Csl—MoslL
Crl2—Lr12—Mos2L—Csl—MoslL
如果整流電路Al~ A3的MoslL、 Mos2L、 Mos3L截止，則在 MoslL、 Mos2L、 Mos3L中由于MOSFET的寄生二極管而電流從源 極流向漏極，雖然能量的轉(zhuǎn)移路徑如下那樣變化，但Crl2、 Cr23、 Cr34的能量接著向Csl、 Cs2、 Cs3轉(zhuǎn)移。于是，在LC串聯(lián)電路的 諧振周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流被切斷。
Crl2—Lr12—Cr23—Lr23—Cr34—Lr34—Mos4L—Cs3—Cs2 —Csl—MoslL
Cr23—Lr23—Cr34—Lr34—Mos4L—Cs3—Cs2—Mos2L
Cr34—Lr34—Mos4L—Cs3—Mos3L
這樣，通過(guò)電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的充放電，從平滑電容器 Cs2、 Cs3、 Cs4向平滑電容器Csl轉(zhuǎn)移能量。于是，將輸入到電壓端 子VH與Vcom之間的電壓V2變?yōu)榻祲褐链蠹s1/4倍的電壓VI而輸 出到電壓端子VL與Vcom之間。另外，對(duì)各電容器Crl2、 Cr23、 Cr34串聯(lián)連接電感器Lr12、 Lr23、 L34而構(gòu)成LC串聯(lián)電路，所以
16上述能量轉(zhuǎn)移是利用諧振現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行的，從而能夠高效地轉(zhuǎn)移大量的 能量。
在本實(shí)施方式中，在整流電路Al~ A3中使用了 MOSFET，所 以與使用二極管的以往結(jié)構(gòu)相比，能夠降低導(dǎo)電損耗，能夠提高電力
轉(zhuǎn)換的效率。
另外，整流電路A1~A3的MOSFET與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A4 的MOSFET同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，在期間t的范圍內(nèi)比驅(qū)動(dòng)用逆變器 電路A4的MOSFET更早成為截止?fàn)顟B(tài)。如果使整流電路Al ~ A3 的MOSFET的導(dǎo)通期間與該MOSFET的導(dǎo)電期間t一致則能夠使導(dǎo) 電損耗成為最小，但即使如上所述使MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)束得早， 也經(jīng)由寄生二極管導(dǎo)電，所以在該期間中也可以轉(zhuǎn)移能量，另外能夠 回避由與控制相關(guān)的延遲等而引起的問(wèn)題，可靠性提高。
另外，從各驅(qū)動(dòng)用脈沖ld、 le的上升沿時(shí)刻起在期間t的范圍 內(nèi)產(chǎn)生整流用脈沖2d、 2e，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的 期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流被切斷而不發(fā)生逆流。因此，能夠有效 地利用LC串聯(lián)電路的諧振現(xiàn)象，而且能夠通過(guò)使用MOSFET而降 低導(dǎo)電損耗，所以能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在控制電路13a中，具有驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分130B 和整流用才冊(cè)極信號(hào)生成部分130A，分別生成驅(qū)動(dòng)用柵4及信號(hào)Gate4L、 Gate4H和整流用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H，所以能夠容易地與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A4的 MOSFET獨(dú)立地控制整流電路Al ~ A3的MOSFET，能夠可靠地實(shí) 現(xiàn)上述期望的動(dòng)作，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置。
實(shí)施方式3
在上述實(shí)施方式l中示出了 VI—V2的升壓型DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置，在上述實(shí)施方式2中示出了 V2—VI的降壓型DC/DC電力轉(zhuǎn) 換裝置，但在本實(shí)施方式中，示出同時(shí)具有上述實(shí)施方式1、 2的功 能而實(shí)現(xiàn)雙向的能量轉(zhuǎn)移的升降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的主要部分與上 述實(shí)施方式1、 2同樣地采用圖1中示出的電路結(jié)構(gòu)，在該情況下， 在升壓時(shí)將電路Al用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路A2、 A3、 A4用 于整流電路，在降壓時(shí)將電路A4用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路Al、 A2、 A3用于整流電路。另夕卜，作為柵極信號(hào)生成部分的控制電路13b 與上述實(shí)施方式l、 2不同，如圖7所示。
如圖7所示，向控制電路13b輸入電壓端子Vcom、 VL、 VH的 電壓，生成并輸出沖冊(cè)極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H。利用所輸入的各端子電壓求出 VI、 V2(V1: VL-Vcom、 V2: VH - Vcom)，在Vlx4〉V2的情況 下，識(shí)別為升壓模式而如上述實(shí)施方式1中所示輸出柵極信號(hào)，在 Vlx4<V2的情況下，識(shí)別為降壓^=莫式而如上述實(shí)施方式2中所示輸出 柵極信號(hào)。
在這樣控制的升降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中，得到與上述 實(shí)施方式1、 2同樣的效果，另外能夠通過(guò)一個(gè)電路實(shí)現(xiàn)雙向的能量 轉(zhuǎn)移，能夠廣泛利用。
實(shí)施方式4
以下，參照
本發(fā)明的實(shí)施方式4的升壓型的DC/DC電 力轉(zhuǎn)換裝置。圖8、 9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖，尤其圖8示出主要部分，圖9示出柵極信號(hào)生 成部分。
如圖8所示，與上述實(shí)施方式1的情況同樣地，將輸入到電壓端 子VL與Vcom之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s4倍的電壓V2而輸出 到電壓端子VH與Vcom之間，在圖1中示出的電路結(jié)構(gòu)中具備作為 電流檢測(cè)單元的電流傳感器CT2、 CT3、 CT4。
電流傳感器CT2配置在Mos2L和Mos2H的連接點(diǎn)與Lrl2、 Crl2 的LC串聯(lián)電路之間的配線上，對(duì)來(lái)自Mos2L和Mos2H的連接點(diǎn)的 電流進(jìn)行檢測(cè)。電流傳感器CT3配置在Mos3L和Mos3H的連接點(diǎn) 與Lr23、Cr23的LC串聯(lián)電路之間的配線上，對(duì)來(lái)自Mos3L和Mos3H
18的連接點(diǎn)的電流進(jìn)行檢測(cè)。電流傳感器CT4配置在Mos4L和Mos4H 的連接點(diǎn)與Lr34、Cr34的LC串聯(lián)電路之間的配線上，對(duì)來(lái)自Mos4L 和Mos4H的連沖妄點(diǎn)的電流進(jìn)行檢測(cè)。
在本實(shí)施方式中，也與上述實(shí)施方式1同樣地，電路A1被用于 驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將輸入到電壓端子VL-Vcom之間的能量通過(guò) MOSFET(MoslL、 MoslH )的導(dǎo)通截止動(dòng)作傳送給高電壓側(cè)。另夕卜， 電路A2、 A3、 A4,皮用于整流電路，對(duì)由驅(qū)動(dòng)用逆變器電路Al驅(qū)動(dòng) 的電流進(jìn)行整流，并將能量轉(zhuǎn)移到高電壓側(cè)。
如圖9所示，在柵極信號(hào)生成部分中，在控制電路13c中生成用 于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路Al的驅(qū)動(dòng)用棚"f及信號(hào)GatelL、 GatelH。 另外，由比較器CP2L將電流傳感器CT2的輸出信號(hào)CT2sig和閾值 電壓VtL作為輸入而生成整流用^H及信號(hào)Gate2L，由比較器CP2H 將CT2sig和閾值電壓VtH作為輸入而生成Gate2H。由比較器CP3L 將電流傳感器CT3的輸出信號(hào)CT3sig和閾值電壓VtL作為輸入而生 成整流用柵極信號(hào)Gate3L，由比較器CP3H將CT3sig和閾值電壓 VtH作為輸入而生成Gate3H。由比較器CP4L將電流傳感器CT4的 輸出信號(hào)CT4sig和閾值電壓VtL作為輸入而生成整流用柵極信號(hào) Gate4L，由比較器CP4H將CT4sig和閾值電壓VtH作為輸入而生成 Gate4H。另外，各電流傳感器CT2、 CT3、 CT4的輸出信號(hào)CT2sig、 CT3sig、 CT4sig是以零安培的電壓為Vref的電壓信號(hào)。另外，Vcc 是控制電源電壓。
圖10示出驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、驅(qū)動(dòng)整流電路A2 的整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、電流傳感器CT2的輸出信號(hào) CT2sig、以及閾值電壓VtL、 VtH的電壓波形。在整流電路A3、 A4 的情況下也與整流電路A2的情況相同，所以省略圖示以及說(shuō)明。另 外，閾值電壓VtL、 VtH被設(shè)定為能夠利用電流傳感器CT2檢測(cè)正向 或負(fù)向的電流的程度的電壓。
如圖10所示，驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH是具有比諧振 周期2t稍微大的周期T且占空比大約50%的導(dǎo)通截止信號(hào)，其中，上述諧振周期2t是基于由Lr和Cr構(gòu)成的LC串聯(lián)電路決定的。另 外，lg、 lf是驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH的脈沖(以下稱為驅(qū) 動(dòng)用脈沖)。整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H是將電流傳感器CT2 的輸出信號(hào)CT2sig與閾值電壓VtL、 VtH進(jìn)行比較而生成的。即， 在來(lái)自Mos2L與Mos2H的連接點(diǎn)的電流正向流過(guò)時(shí)產(chǎn)生整流用脈沖 2g而使Mos2L導(dǎo)通，在電流負(fù)向流過(guò)時(shí)產(chǎn)生整流用脈沖2f而使 Mos2H導(dǎo)通。由此，各Mos2L、 Mos2H在寄生二極管導(dǎo)電的期間導(dǎo) 通。
利用這樣的柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H,電流在與上述實(shí)施方式1同樣 的電流路徑上流過(guò)，通過(guò)電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的充放電，從平 滑電容器Csl向平滑電容器Cs2、 Cs3、 Cs4轉(zhuǎn)移能量。于是，將輸 入到電壓端子VL與Vcom之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s4倍的電 壓V2而輸出到電壓端子VH與Vcom之間。
在本實(shí)施方式中，設(shè)置對(duì)來(lái)自整流電路A2~A4的高壓側(cè) MOSFET與低壓側(cè)MOSFET的連接點(diǎn)的輸出電流進(jìn)4亍檢測(cè)的電流傳 感器CT2、 CT3、 CT4，根據(jù)檢測(cè)電流而生成整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H,所以能夠在寄生二極 管導(dǎo)電的期間使整流電路A2~A4的各MOSFET導(dǎo)通。因此，能夠 從各驅(qū)動(dòng)用脈沖lf、 lg的上升沿時(shí)刻起在LC串聯(lián)電路的1/2的期間 t的范圍內(nèi)可靠地產(chǎn)生整流用脈沖2f、 2g。于是在期間t內(nèi)流過(guò)電流 之后，電流被切斷而不發(fā)生逆流。因此，能夠有效地利用LC串聯(lián)電 路的諧振現(xiàn)象，而且能夠通過(guò)在整流電路A2~ A4中使用MOSFET 而降低導(dǎo)電損耗，所以能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定閾值電壓VtL、 VtH，能夠使整流用脈沖 2f、 2g與MOSFET的導(dǎo)電期間t大概一致，能夠使導(dǎo)電損耗最小。
另外，在成為驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成單元的控制電路13c中生成驅(qū) 動(dòng)用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH，由成為整流用柵極信號(hào)生成單元的 比較器CP2L、 CP2H、 CP3L、 CP3H、 CP4L、 CP4H根據(jù)電流傳感
20器CT2、 CT3、 CT4的檢測(cè)電流來(lái)生成整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H。由于這樣分別生成了 驅(qū)動(dòng)用柵才及信號(hào)GatelL、 GatelH和整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H,所以能夠容易地與驅(qū) 動(dòng)用逆變器電路Al的MOSFET獨(dú)立地控制整流電路A2~A4的 MOSFET，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)上述期望的動(dòng)作，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效 率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。 實(shí)施方式5
在本實(shí)施方式5中，示出與實(shí)施方式2同樣地，從電壓V2降壓 至大約1/4倍的電壓VI的降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。圖11示 出本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的主要部分，圖12 示出柵極信號(hào)生成部分。
如圖ll所示，在圖1中示出的電路結(jié)構(gòu)中具備作為電流檢測(cè)單 元的電流傳感器CT1、 CT2、 CT3。在該情況下，將電路A4用于驅(qū) 動(dòng)用逆變器電路，將電路Al、 A2、 A3用于整流電路，電流傳感器 CT1、 CT2、 CT3對(duì)來(lái)自整流電路Al~ A3的高壓側(cè)MOSFET與低 壓側(cè)MOSFET的連4妄點(diǎn)的輸出電流進(jìn)行檢測(cè)。
如圖12所示，在柵極信號(hào)生成部分中，在控制電路13d中生成 用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A4的驅(qū)動(dòng)用棚4及信號(hào)Gate4L、 Gate4H 和整流電路導(dǎo)通信號(hào)GateL*、 GateH*。
另外，由比較器CP1L將電流傳感器CT1的輸出信號(hào)CTlsig和 閾值電壓VtL作為輸入而生成整流用柵極信號(hào)GatelL，由比較器 CP1H將CTlsig和閾值電壓VtH作為輸入而生成GatelH。由比較器 CP2L、 CP3L根據(jù)電流傳感器CT2、 CT3的輸出信號(hào)CT2sig、 CT3sig 和整流電路導(dǎo)通信號(hào)Gatel^生成整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate3L, 由比較器CP2H、 CP3H根據(jù)CT2sig、 CT3sig和GateIP生成Gate2H、 Gate3H。另外，各電流傳感器CT1、 CT2、 CT3的輸出信號(hào)CTlsig、 CT2sig、 CT3sig是以零安培的電壓為Vref的電壓信號(hào)。
圖13示出驅(qū)動(dòng)用4冊(cè)極信號(hào)Gat4L、 Gate4H、驅(qū)動(dòng)整流電路Al的整流用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、驅(qū)動(dòng)整流電路A2的整流用柵 極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、電流傳感器CT1、 CT2的輸出信號(hào)CTlsig、 CT2sig、閾值電壓VtL、 VtH、整流電路導(dǎo)通信號(hào)GateL*、 GateH*、 比較器CP2L的Gatel^輸入側(cè)的輸入端子電壓2A、以及比較器CP2H 的信號(hào)GateIP輸入側(cè)的輸入端子電壓2B的電壓波形。在整流電路 A3的情況下也與整流電路A2的情況相同，與Gate2L、 Gate2H同樣 地形成整流用柵極信號(hào)Gate3L、 Gate3H，所以省略圖示以及說(shuō)明。
如圖13所示，驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H是具有比諧振 周期2t稍微大的周期且占空比大約50%的導(dǎo)通截止信號(hào)，其中，上 述諧振周期2t是基于由Lr和Cr構(gòu)成的LC串聯(lián)電路決定的。另夕卜， li、 lh是驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H的脈沖(以下稱為驅(qū)動(dòng)用 脈沖)。
整流用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH是將電流傳感器CT1的輸出 信號(hào)CTlsig與閾值電壓VtL、 VtH進(jìn)行比較而生成的。即，在來(lái)自 MoslL與MoslH的連接點(diǎn)的電流正向流過(guò)時(shí)產(chǎn)生整流用脈沖2ia而 4吏MoslL導(dǎo)通，在電流負(fù)向流過(guò)時(shí)產(chǎn)生整流用脈沖2ha而4吏MoslH 導(dǎo)通。由此，各MoslL、 MoslH在寄生二極管導(dǎo)電的期間導(dǎo)通。
整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H是根據(jù)整流電路導(dǎo)通信號(hào) GateL*、 GateIP和電流傳感器CT1的輸出信號(hào)CT2sig生成的。整 流電路導(dǎo)通信號(hào)GateL*、 GateIP是使導(dǎo)通時(shí)刻與驅(qū)動(dòng)用脈沖li、 lh 的上升沿時(shí)刻一致的導(dǎo)通占空比大約25%的信號(hào)。在Gatel^的高電 壓期間，使比較器CP2L的輸入端子電壓2A成為控制電源電壓Vcc， 從而^吏Gate2L成為高電壓，即產(chǎn)生整流用脈沖2ib來(lái)使Mos2L導(dǎo)通 而導(dǎo)電。然后，在電流流過(guò)的途中使Gatel^成為低電壓，從而使電 壓2A成為比電壓Vref稍微低的電壓(通過(guò)利用電阻對(duì)電壓Vcc進(jìn)行 分壓而形成)。如果電流成為零附近，則電壓2A和CT2sig的電壓逆 轉(zhuǎn)而Gate2L成為低電壓。在Gatel^的高電壓期間，使比較器CP2H 的輸入端子電壓2B成為控制電源的零電壓，從而使Gate2H成為高 電壓，即產(chǎn)生整流用脈沖2hb來(lái)使Mos2H導(dǎo)通而導(dǎo)電。然后，在電
22流流過(guò)的途中將GateIP設(shè)為低電壓，從而使電壓2B成為比電壓Vref 稍微高的電壓(通過(guò)利用電阻對(duì)電壓Vcc進(jìn)行分壓而形成)。如果電 流成為零附近，則電壓2B和CT2sig的電壓逆轉(zhuǎn)而Gate2H成為低電 壓。
利用這樣的柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H，在與上述實(shí)施方式2同樣的電 流路徑上流過(guò)電流，通過(guò)電容器Cr12、 Cr23、 Cr24的充放電，從平 滑電容器Cs2、 Cs3、 Cs4向平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3轉(zhuǎn)移能量。 于是，將輸入到電壓端子VH與Vcom之間的電壓V2升壓至大約1/4 倍的電壓VI而輸出到電壓端子VL與Vcom之間。
在本實(shí)施方式中，設(shè)置對(duì)來(lái)自整流電路A1 A3的高壓側(cè) MOSFET與低壓側(cè)MOSFET的連才妄點(diǎn)的輸出電流進(jìn)行檢測(cè)的電流傳 感器CT1、 CT2、 CT3，才艮據(jù)檢測(cè)電流而生成整流用柵才及信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H。因此，能夠從各驅(qū)動(dòng) 用脈沖lh、 li的上升沿時(shí)刻起在LC串聯(lián)電路的1/2的期間t的范圍 內(nèi)可靠地產(chǎn)生整流用脈沖2ha、 2ia、 2hb、 2ib。于是在期間t內(nèi)流過(guò) 電流之后，電流被切斷而不發(fā)生逆流。因此，能夠有效地利用LC串 聯(lián)電路的諧振現(xiàn)象，而且能夠通過(guò)在整流電路Al ~ A3中使用 MOSFET而降低導(dǎo)電損耗，所以能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力 轉(zhuǎn)換裝置。
另外，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定閾值電壓VtL、 VtH，能夠使整流用脈沖 2ha、 2ia與MOSFET的導(dǎo)電期間t大扭無(wú)一致，并且，通過(guò)適當(dāng)?shù)豬史 定在電流傳感器CT2的輸出信號(hào)的比較中所使用的電壓2A、 2B，能 夠使整流用脈沖2hb、 2ib與MOSFET的導(dǎo)電期間t大概一致，能夠 進(jìn)一步降低導(dǎo)電損耗。
另外，在本實(shí)施方式中，也分別生成了驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H和整流用才冊(cè)極4言號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H，所以能夠容易地與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A4的 MOSFET獨(dú)立地控制整流電路Al ~ A3的MOSFET,能夠可靠地實(shí)
23現(xiàn)上述期望的動(dòng)作，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置。
實(shí)施方式6
另外，在上述實(shí)施方式4中示出了 VI—V2的升壓型DC/DC電 力轉(zhuǎn)換裝置，在上述實(shí)施方式5中示出了 V2—VI的降壓型DC/DC 電力轉(zhuǎn)換裝置，但在本實(shí)施方式中，示出同時(shí)具有上述實(shí)施方式4、 5 的功能而實(shí)現(xiàn)雙向的能量轉(zhuǎn)移的升降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
圖14示出本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的主 要部分，圖15示出柵極信號(hào)生成部分。如圖14所示，在圖1所示的 電路結(jié)構(gòu)中具備作為電流檢測(cè)單元的電流傳感器CT1、 CT2、 CT3、 CT4。電流傳感器CT1、 CT2、 CT3、 CT4對(duì)來(lái)自電路Al ~ A4的高 壓側(cè)MOSFET與低壓側(cè)MOSFET的連接點(diǎn)的輸出電流進(jìn)行檢測(cè)而輸 出信號(hào)CTlsig、 CT2sig、 CT3sig、 CT4sig。在該情況下，在升壓時(shí) 將電路Al用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路A2、 A3、 A4用于整流電 路，在降壓時(shí)將電路A4用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路Al、 A2、 A3用于整流電路。
如圖15所示，向柵極信號(hào)生成部分的控制電路13e輸入電壓端 子Vcom、 VL、 VH的電壓，輸出升壓動(dòng)作時(shí)的驅(qū)動(dòng)用沖冊(cè)極信號(hào) GatelLu、 GatelHu 、降壓動(dòng)作時(shí)的驅(qū)動(dòng)用柵才及信號(hào)Gate4Ld 、 Gate4Hd、整流電路導(dǎo)通信號(hào)GateL*、 GateH*、以及用于切換升壓 動(dòng)作與降壓動(dòng)作的柵極信號(hào)的信號(hào)TF。
在與上述實(shí)施方式4同樣的電路模塊中形成升壓動(dòng)作時(shí)的整流 用才冊(cè)才及信號(hào)Gate2Lu、 Gate2Hu、 Gate3Lu、 Gate3Hu、 Gate4Lu、 Gate4Hu,并輸入到柵極信號(hào)切換部分14。在與上述實(shí)施方式5同樣 的電路模塊中形成降壓動(dòng)作時(shí)的整流用柵極信號(hào)GatelLd、 GatelHd、 Gate2Ld、 Gate2Hd、 Gate3Ld、 Gate3Hd,并輸入到柵極信號(hào)切換部 分14。
控制電路13e利用所輸入的各端子電壓求出VI、 V2 (VI: VL -Vcom; V2: VH - Vcom )，在Vlx4>V2的情況下，識(shí)別為升壓模式，在Vlx4〈V2的情況下，識(shí)別為降壓模式，將切換信號(hào)TF輸出到 柵極信號(hào)切換部分14，在柵極信號(hào)切換部分14中，根據(jù)切換信號(hào)TF 切換升壓動(dòng)作時(shí)和降壓動(dòng)作時(shí)的柵極信號(hào)。
在這樣控制的升降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中，得到與上述 實(shí)施方式4、 5同樣的效果，另外能夠通過(guò)一個(gè)電路實(shí)現(xiàn)雙向的能量 轉(zhuǎn)移，能夠廣泛地利用。
在上述實(shí)施方式4~6中，在高壓側(cè)MOSFET和低壓側(cè)MOSFET 的連接點(diǎn)與Lr和Cr的LC串聯(lián)電路之間的配線上配置電流傳感器來(lái) 檢測(cè)電流，但也可以利用電流傳感器檢測(cè)流過(guò)各MOSFET的電流。
實(shí)施方式7
在上述實(shí)施方式4~6中，對(duì)來(lái)自各電路Al~ A4的中間端子(高 壓側(cè)MOSFET與低壓側(cè)MOSFET的連接點(diǎn))的輸出電流進(jìn)行檢測(cè)， 并根據(jù)檢測(cè)電流生成了整流用柵極信號(hào)，但也可以檢測(cè)流過(guò)Lr與Cr 的LC串聯(lián)電路的電流。在本實(shí)施方式中，對(duì)在能量轉(zhuǎn)移用電容器Cr 中流過(guò)的電流進(jìn)行檢測(cè)。
Lr與Cr的各LC串聯(lián)電路連接在相鄰的電路Al ~ A4的中間端 子之間并使諧振頻率一致，所以在各電容器Cr中流過(guò)的電流與上述 實(shí)施方式4~6中的檢測(cè)電流的振幅值不同但相位大致一致。因此， 能夠檢測(cè)在各電容器Cr中流過(guò)的電流，并根據(jù)該檢測(cè)電流與上述實(shí) 施方式4~6同樣地生成整流用柵極信號(hào)。
圖16是本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的部分電路圖，示 出用于對(duì)在連接于相鄰的電路An、 A(n+1)的中間端子之間的電容 器Crn ( n + 1)中流過(guò)的電流進(jìn)行檢測(cè)的電路。
如圖16所示，通過(guò)對(duì)將電容器Crn (n + l)的電路A (n + l) 側(cè)的電壓分壓而取出的電壓V (n + l)與將電路An側(cè)的電壓分壓而 取出的電壓Vn的差電壓進(jìn)行微分，來(lái)檢測(cè)在電容器Crn (n+1)中 流過(guò)的電流。所檢測(cè)出的電流信號(hào)作為信號(hào)CT (n + l) sig輸出。
這樣輸出的CT (n + l) sig與上述實(shí)施方式4 6中的電流傳感 器CT1 CT4的輸出信號(hào)在零電流的電壓Vref和振幅值上不同，但
25通過(guò)進(jìn)行增益調(diào)整以及偏置調(diào)整后使用，能夠與上述實(shí)施方式4~6 同樣地生成整流用柵極信號(hào)，得到同樣的效果。 實(shí)施方式8
在上述實(shí)施方式7中，檢測(cè)了在電容器Cr中流過(guò)的電流，但也 可以檢測(cè)在電感器Lr中流過(guò)的電流。在此，電容器Cr的電流與電感 器Lr的電流相同。
圖17是本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的部分電路圖，示 出用于對(duì)在連接于相鄰的電路An、 A(n + 1)的中間端子之間的電感 器Lrn ( n + 1)中流過(guò)的電流進(jìn)行檢測(cè)的電路。
如圖17所示，通過(guò)對(duì)將電感器Lrn (n + l)的電路A (n + l) 側(cè)的電壓分壓而取出的電壓V (n+l)與將電路An側(cè)的電壓分壓而 取出的電壓Vn的差電壓進(jìn)行積分，來(lái)檢測(cè)在電感器Lrn (n + l)中 流過(guò)的電流。所檢測(cè)出的電流信號(hào)作為信號(hào)CT (n + l) sig輸出。于 是，能夠與上述實(shí)施方式7同樣地生成整流用柵極信號(hào)，得到同樣的 效果。
在上述各實(shí)施方式1 ~ 8中，敘述了 4倍升壓或1/4降壓的DC/DC 電力轉(zhuǎn)換裝置，但當(dāng)然還可以將發(fā)明應(yīng)用到改變了整流電路的級(jí)數(shù)的 各種電壓比的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中。
實(shí)施方式9
到此為止敘述了輸入輸出電壓(Vl、 V2)為非絕緣類(lèi)型的實(shí)施 方式。在此，示出具備變壓器而使輸入輸出電壓絕緣的DC/DC電力 轉(zhuǎn)換裝置。
圖18、圖19示出本發(fā)明的實(shí)施方式9的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置 的電路結(jié)構(gòu)，尤其圖18示出主要部分，圖19示出柵極信號(hào)生成部分。
如圖18所示，DC/DC電路轉(zhuǎn)換裝置具有將輸入到電壓端子VL 與VcomO之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s8倍的電壓V2而輸出到基 準(zhǔn)電壓電平不同的電壓端子VH與Vcom之間的功能。
如圖18所示，具備作為第一電路的驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B0和作 為第二電路的整流電路B1~B4，驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B0與整流電路Bl經(jīng)由1:1的繞組比的變壓器Tr連接。
驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B0由平滑電容器CsO和多個(gè)MOSFET (MosOAH、 MosOAL、 MosOBH、 MosOBL)構(gòu)成，其中，平滑電容 器CsO對(duì)輸入電壓VI進(jìn)行平滑化，并且還作為用于能量轉(zhuǎn)移的電壓 源而發(fā)揮功能。
變壓器Tr的初級(jí)繞組的一端與MosOAH的源極端子和MosOAL 的漏極端子的連接點(diǎn)結(jié)合，另一端與MosOBH的源極端子和MosOBL 的漏極端子的連接點(diǎn)結(jié)合。MosOAH和MosOBH的漏極端子與電壓端 子VL連接，MosOAL和MosOBL的源極端子與電壓端子VcomO連 接。在電壓端子VL-VcomO之間，配置有平滑電容器CsO。
整流電路B1 ~ B4與上述實(shí)施方式1的電路Al ~ A4的結(jié)構(gòu)相同， 在相鄰的整流電路Bl ~ B4的中間端子之間，連接有Lr與Cr的LC 串聯(lián)電路。另外，在整流電路Bl的中間端子(MoslH與MoslL的 連接點(diǎn))上連接電感器LrOl與電容器Cr01的LC串聯(lián)電路的一端， 在該LC串聯(lián)電路的另一端上連接變壓器Tr的次級(jí)繞組的一端。由 此各LC串聯(lián)電路與變壓器Tr的次級(jí)繞組被串聯(lián)連接。另外，變壓 器Tr的次級(jí)繞組的另 一端與電壓端子Vcom連接。
另外，由各級(jí)的電感器Lr與電容器Cr的電感值與容量值決定 的諧振周期的值被設(shè)定為分別相等。
控制MosOAH、 MosOAL的導(dǎo)通截止的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào) GateOAH、 GateOAL從成為柵極信號(hào)生成部分的控制電路13f經(jīng)由光 耦合器120AH、 120AL供給到柵極驅(qū)動(dòng)電路110A,由柵極驅(qū)動(dòng)電路 IIOA驅(qū)動(dòng)MosOAH、 MosOAL?？刂芃osOBH、 MosOBL的導(dǎo)通截止 的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GateOBH、 GateOBL從控制電路13f經(jīng)由光耦合器 120BH、 120BL供給到柵極驅(qū)動(dòng)電路110B,由柵極驅(qū)動(dòng)電路110B驅(qū) 動(dòng)MosOBH、 MosOBL。利用電源VsO驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)電路、光耦合器。
在控制電路13f中，具有生成用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B0 的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)GateOAL、 GateOAH、 GateOBL、 GateOBH的驅(qū)動(dòng) 用柵極信號(hào)生成部分130B;和生成用于驅(qū)動(dòng)整流電路Bl ~ B4的整流
27用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H的整流用柵極信號(hào)生成部分130A。 接下來(lái)說(shuō)明動(dòng)作。
平滑電容器CsO Cs4的容量值被設(shè)定為與LC串聯(lián)電路的電容 器CrOl ~ Cr34的容量值相比充分大的值。
如上所述，將輸入到電壓端子VL-VcomO之間的電壓VI變?yōu)?升壓至大約8倍的電壓V2而輸出到電壓端子VH-Vcom之間，所以 電壓V2成為比8xVl低的值。
圖20示出驅(qū)動(dòng)用4冊(cè)極信號(hào)GateOAL、 GateOAH、 GateOBL、 GateOBH、整流用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H、以及從整流電路Bl ~ B4內(nèi)的 MoslL、 MoslH、 Mos2L、 Mos2H、 Mos3L、 Mos3H、 Mos4L、 Mos4H 的源極流向漏極的電流。另外，MOSFET在柵極信號(hào)為高電壓時(shí)導(dǎo) 通，在低電壓時(shí)截止。
如圖20所示，驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate0AH和Gate0BL是同樣的 信號(hào)，Gate0AL和GateOBH是同樣的信號(hào)，(Gate0AH、 Gate0BL ) (GateOAL、 GateOBH )是具有比諧振周期2t稍微大的周期T且占空 比大約50%的導(dǎo)通截止信號(hào)，其中，上述諧振周期2t是基于由Lr與 Cr構(gòu)成的LC串聯(lián)電路決定的。另外，lj、 lk是驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào) (GateOAH、 GateOBL) (GateOAL、 GateOBH)的脈沖(以下稱為 驅(qū)動(dòng)用脈沖)。
向整流電路B1 B4內(nèi)的高壓側(cè)MOSFET的整流用柵極信號(hào) GatelH ~ Gate4H、以及向^f氐壓側(cè)MOSFET的整流用柵才及信號(hào) GatelL ~ Gate4L是由從驅(qū)動(dòng)用4冊(cè)極信號(hào)(GateOAH 、 GateOBL) (GateOAL、 GateOBH)的各驅(qū)動(dòng)用脈沖lj、 lk的上升沿時(shí)刻起在期 間t的范圍內(nèi)產(chǎn)生的脈沖(以下稱為整流用脈沖2j、 2k)構(gòu)成的導(dǎo)通 截止信號(hào)。在此，整流用脈沖2j、 2k的上升沿時(shí)刻與驅(qū)動(dòng)用脈沖lj、 lk的上升沿時(shí)刻一致，并且整流用樂(lè)^沖2j、 2k的下降沿時(shí)刻比驅(qū)動(dòng) 用脈沖lj、 lk的下降沿時(shí)刻早規(guī)定時(shí)間。如果驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B0的MosOAL、 MosOBH、和作為整流電路Bl ~ B4的低壓側(cè)MOSFET的MoslL、 Mos2L、 Mos3L、 Mos4L通過(guò)驅(qū)動(dòng)用脈沖lk以及整流用脈沖2k而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則電壓VI施加在變壓器Tr的初級(jí)繞組的負(fù)電壓方向上，同時(shí)在次級(jí)繞組的負(fù)電壓方向上產(chǎn)生電壓V1，平滑電容器Cs0、 Csl、 Cs2、 Cs3中積蓄的一部分能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到Cr01、 Crl2、 Cr23、 Cr34。另外，在MoslL ~ Mos4L中，在整流用脈沖2k為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)也由于MOSFET的寄生二極管而電流從源極流向漏極，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流3k，之后由于寄生二極管的逆流防止功能而電流凈皮切斷。
Vcom—MoslL—Lr01—Cr01—Tr
Csl—Mos2L—Lr12—Crl2—Lr01—Cr01—Tr
Csl—Cs2—Mos3L—Lr23—Cr23—Lrl2—Crl2—Lr01—Cr01
—Tr
Csl—Cs2—Cs3—Mos4L—Lr34—Cr34—Lr23—Cr23—Lrl2—Crl2—Lr01—Cr01—Tr
接下來(lái)，如果驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B0的MosOAH、 MosOBL、和作為整流電路B1 B4的高壓側(cè)MOSFET的MoslH、Mos2H、Mos3H、Mos4H通過(guò)驅(qū)動(dòng)用脈沖lj以及整流用脈沖2j而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則電壓VI施加在變壓器Tr的初級(jí)繞組的正電壓方向上，同時(shí)在次級(jí)繞組的正電壓方向上產(chǎn)生電壓VI，充電于電容器Cr01、 Crl2、 Cr23、 Cr34中的能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3、 Cs4。另外，在MoslH ~ Mos4H中，在整流用脈沖2j為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)也由于MOSFET的寄生二極管而電流從源極流向漏極，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流3j，之后由于寄生二極管的逆流防止功能而電流^皮切斷。
Tr—Cr01—Lr01—MoslH—Csl
Tr—Cr01—Lr01—Crl2—Lrl2—Mos2H—Cs2—Csl
Tr—Cr01—Lr01—Crl2—Lrl2—Cr23—Lr23—Mos3H—Cs3—
29Cs2—Csl
Tr—CrOl—Lr01—Cr12—Lrl2—Cr23—Lr23—Cr34—Lr34—
Mos4H—Cs4—Cs3—Cs2—Csl
這樣，通過(guò)電容器CrOl、 Crl2、 Cr23、 Cr34的充放電，從平滑電容器CsO向平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3、 Cs4轉(zhuǎn)移能量。于是，將輸入到電壓端子VL與VcomO之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s8倍的電壓V2而輸出到電壓端子VH與Vcom之間。另外，對(duì)各電容器CrOl、 Crl2、 Cr23、 Cr34串聯(lián)連接電感器LrOl、 Lrl2、 Lr23、 LR34而構(gòu)成LC串聯(lián)電路，所以上述能量轉(zhuǎn)移是利用諧振現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行的，從而能夠高效地轉(zhuǎn)移大量的能量。
在本實(shí)施方式中，也從各驅(qū)動(dòng)用脈沖lj、 lk的上升沿時(shí)刻起在期間t的范圍內(nèi)產(chǎn)生整流用脈沖2j、 2k，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流被切斷而不發(fā)生逆流。因此，能夠有效地利用LC串聯(lián)電路的諧振現(xiàn)象，而且能夠通過(guò)在整流電路B1 B4中使用MOSFET而降低導(dǎo)電損耗，所以能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在控制電路13f中，具有驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分130B和整流用柵極信號(hào)生成部分130A，分別生成驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)和整流用才冊(cè)極信號(hào)，所以能夠容易地與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路BO的MOSFET獨(dú)立地控制整流電路Bl ~ B4的MOSFET，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)上述期望的動(dòng)作，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在本實(shí)施方式9中，在控制電路13f中形成了驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B0的柵極信號(hào)和整流電路B1~B4的柵極信號(hào)，但也可以如上述實(shí)施方式4、 7、 8所示那樣通過(guò)檢測(cè)所流過(guò)的電流來(lái)形成整流電路B1 B4的柵極信號(hào)。
實(shí)施方式10
在上述實(shí)施方式9中，示出了將電壓Vl升壓至大約8倍的電壓V2的升壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，但在本實(shí)施方式中，示出從電壓V2降壓至電壓VI的降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的主要部分與圖18中示出的電路結(jié)構(gòu)相同，但在該情況下，將電路B4用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路B0、 Bl、 B2、 B3用于整流電路。另外，作為柵極信號(hào)生成部分的控制電路13g與上述實(shí)施方式9不同，如圖21所示。
如圖21所示，在控制電路13g中，具有生成用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B4的驅(qū)動(dòng)用沖冊(cè)極信號(hào)Gate4L、 Gate4H的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分130B;以及生成用于驅(qū)動(dòng)整流電路B0 B3的整流用柵極信號(hào)GateOAL、 GateOAH、 GateOBL、 GateOBH、 GatelL、 GatelH、Gate2L、Gate2H、Gate3L、Gate3H的整流用柵極信號(hào)生成部分130A。
另外，在整流電路B0~B3之中，電路BO實(shí)質(zhì)上被用于整流，但電路B1~B3通過(guò)MOSFET的導(dǎo)通截止動(dòng)作，對(duì)電容器CrOl、Crl2、 Cr23的轉(zhuǎn)移能量量進(jìn)行控制，所以還可以考慮為是驅(qū)動(dòng)用的電路。但是，在降壓動(dòng)作中，假設(shè)使被用于對(duì)電路B1 B3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的沖冊(cè)極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H成為與用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B4的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、Gate4H同樣的信號(hào)，并在超過(guò)由Lr、 Cr決定的諧振周期的1/2的期間t時(shí)也繼續(xù)MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)，則在LC串聯(lián)電路中發(fā)生電流的逆流而能量的轉(zhuǎn)移量減少。
因此，在本實(shí)施方式中，在整流用^"極信號(hào)生成部分130A中與柵極信號(hào)GateOAL、 GateOAH、 GateOBL、 GateOBH同樣地生成柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H而作為整流用柵極信號(hào)，電路B1 B3也稱為整流電路。
接下來(lái)說(shuō)明動(dòng)作。
平滑電容器CsO Cs4的容量值被設(shè)定為與LC串聯(lián)電路的電容器CrOl ~ Cr34的容量值相比充分大的值。
如上所述，將輸入到電壓端子VH-Vcom之間的電壓V2變?yōu)榻祲褐链蠹s1/8倍的電壓VI而輸出到電壓端子VL-VcomO之間，所以電壓V2成為比8xVl高的值。
圖22示出驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H、整流用柵極信號(hào)
31GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 GateOAL、 GateOAH、 GateOBL、 GateOBH、從MoslH、 Mos2H、 Mos3H的漏 極流向源極的電流、從MosOAH、 MosOBL的源極流向漏才及的電流、 從MoslL、 Mos2L、 Mos3L的漏極流向源極的電流、以及從Mos0AL、 Mos0BH的源;f及流向漏極的電流。
如圖22所示，驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H是具有比諧振 周期2t稍微大的周期T且占空比大約50%的導(dǎo)通截止信號(hào)，其中， 諧振周期2t是基于由Lr與Cr構(gòu)成的LC串聯(lián)電路決定的。另外， 11、 lm是驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H的脈沖(以下稱為驅(qū)動(dòng)用 脈沖)。
整流電路B0 B3內(nèi)的整流用柵極信號(hào)GatelH Gate3H、 Gate0AH 、 Gate0BL 、以及整流用柵極信號(hào)GatelL ~ Gate3L 、 GateOAL、 GateOBH是由從各驅(qū)動(dòng)用脈沖11、 lm的上升沿時(shí)刻起在 期間t的范圍內(nèi)產(chǎn)生的脈沖(以下稱為整流用脈沖21、 2m)構(gòu)成的導(dǎo) 通截止信號(hào)。在此，整流用脈沖21、 2m的上升沿時(shí)刻與驅(qū)動(dòng)用脈沖 11、 lm的上升沿時(shí)刻一致，并且整流用脈沖21、 2m的脈沖寬度與期 間t大概一致。
如果驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B4的Mos4H、整流電路B0~B3的 Mos0AH、 Mos0BL、 MoslH、 Mos2H、 Mos3H通過(guò)驅(qū)動(dòng)用脈沖11 以及整流用脈沖21而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則平滑電容器Cs4、 Cs3、 Cs2、 Csl中積蓄的一部分能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到電容器Cr34、 Cr23、 Crl2、 Cr01。
Csl—Cs2—Cs3—Cs4—Mos4H—Lr34—Cr34—Lr23—Cr23—L r12—Crl2—Lr01—Cr01—Tr
Csl—Cs2—Cs3—Mos3H—Lr23—Cr23—Lrl2—Crl2—Lr01— Cr01—Tr
Csl—Cs2—Mos2H—Lrl2—Crl2—Lr01—Cr01—Tr Csl—MoslH—Lr01—Cr01—Tr
由于這樣流過(guò)的電流，在變壓器Tr的初級(jí)繞組的正電壓方向上
32產(chǎn)生電壓，通過(guò)以下的路徑，能量轉(zhuǎn)移到平滑電容器CsO。 Tr—MosOAH—CsO—MosOBL
接下來(lái)，如果驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B4的Mos4L、整流電路B0~ B3的MosOAL、 MosOBH、 MoslL、 Mos2L、 Mos3L通過(guò)驅(qū)動(dòng)用脈沖 lm以及整流用脈沖2m而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則電容器Cr34、Cr23、Cr12、 Cr01中積蓄的能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到平滑電容器Cs3、Cs2、 Csl。
Cr01—Lr01—Crl2—Lrl2—Cr23—Lr23—Cr34—Lr3"Mos4 L—Cs3—Cs2—Csl—Tr
Cr01—Lr01—Crl2—Lrl2—Cr23—Lr23—Mos3L—Cs2—Csl
—Tr
Cr01—Lr01—Crl2—Lrl2—Mos2L—Cs1—Tr CrOl—LrOl—MoslL—Csl—Tr
由于這樣流過(guò)的電流，在變壓器Tr的初級(jí)繞組的負(fù)電壓方向上 產(chǎn)生電壓，通過(guò)以下的路徑，能量轉(zhuǎn)移到平滑電容器CsO。 Tr—MosOBH—CsO—MosOAL
這樣，通過(guò)電容器CrOl、 Crl2、 Cr23、 Cr34的充》文電，從平 滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3、 Cs4向平滑電容器CsO轉(zhuǎn)移能量。于是， 將輸入到電壓端子VH與Vcom之間的電壓V2變?yōu)榻祲褐链蠹s1/8 倍的電壓VI而輸出到電壓端子VL與VcomO之間。另外，對(duì)各電容 器CrOl、 Crl2、 Cr23、 Cr34串聯(lián)連接電感器Lrl2、 Lr23、 Lr34而 構(gòu)成LC串聯(lián)電路，所以上述能量轉(zhuǎn)移是利用諧振現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行的，從 而能夠高效地轉(zhuǎn)移大量的能量。
在本實(shí)施方式中，也從各驅(qū)動(dòng)用脈沖ll、 lm的上升沿時(shí)刻起在 期間t的范圍內(nèi)產(chǎn)生整流用脈沖21、 2m，所以在LC串聯(lián)電路的諧振 周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流4皮切斷而不發(fā)生逆流。因 此，能夠有效地利用LC串聯(lián)電路的諧振現(xiàn)象，而且能夠通過(guò)在整流 電路B0 B3中使用MOSFET而降低導(dǎo)電損耗，所以能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換 效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。另外，在本實(shí)施方式中，由于使整流用脈沖21、 2m的脈沖寬度與期間t大概一致，所以能夠進(jìn)一步降 低導(dǎo)電損耗。
另外，在控制電路13g中，具有驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分130B 和整流用柵極信號(hào)生成部分130A,分別生成驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)和整流 用柵極信號(hào)，所以能夠容易地與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路B4的MOSFET獨(dú) 立地控制整流電路B0 B3的MOSFET，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)上述期望的 動(dòng)作，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在本實(shí)施方式10中，在控制電路13g中形成了驅(qū)動(dòng)用逆 變器電路B4的柵極信號(hào)和整流電路B0~B3的柵極信號(hào)，但也可以 如上述實(shí)施方式5、 7、 8所示那樣通過(guò)檢測(cè)所流過(guò)的電流來(lái)形成整流 電路B0-B3的柵極信號(hào)。
在上述實(shí)施方式9、 10中，4又述了 8倍升壓或1/8降壓的DC/DC 電力轉(zhuǎn)換裝置，但當(dāng)然還可以將發(fā)明應(yīng)用于改變了整流電路的級(jí)數(shù)的 各種電壓比的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中。
實(shí)施方式ll
在上述實(shí)施方式9中示出了 Vl—V2的升壓型DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置，在上述實(shí)施方式10中示出了 V2—VI的降壓型DC/DC電力轉(zhuǎn) 換裝置，但在本實(shí)施方式中，示出同時(shí)具有上述實(shí)施方式9、 10的功 能而實(shí)現(xiàn)雙向的能量轉(zhuǎn)移的升降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的主要部分與上 述實(shí)施方式9、 10同樣地采用圖18中示出的電路結(jié)構(gòu)，在該情況下， 在升壓時(shí)將電路B0用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路B1~B4用于整 流電路，在降壓時(shí)將電路B4用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路B0 B3 用于整流電路。
在該情況下，如實(shí)施方式3所述，在控制電路中根據(jù)電壓端子的 電壓切換整流用柵極信號(hào)與驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)升降壓DC/DC 電力轉(zhuǎn)換裝置。另外，如實(shí)施方式6所述，具備利用檢測(cè)電流來(lái)生成 升壓動(dòng)作用的整流用柵極信號(hào)的電路和生成降壓動(dòng)作用的整流用柵 極信號(hào)的電路，通過(guò)由柵極信號(hào)切換部分切換整流用柵極信號(hào)與驅(qū)動(dòng)
34用柵極信號(hào)，也能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。 實(shí)施方式12
在本實(shí)施方式中，示出采用與上述實(shí)施方式9~11的電路結(jié)構(gòu)不 同的電路結(jié)構(gòu)，具備變壓器來(lái)使輸入輸出電壓絕緣的DC/DC電力轉(zhuǎn) 換裝置。
圖23示出作為本發(fā)明的實(shí)施方式12的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的 電路結(jié)構(gòu)的一部分的變壓器Tr和變壓器Tr的初級(jí)繞組側(cè)的電路 B0a。其他部分，即變壓器Tr的次級(jí)繞組側(cè)與上述實(shí)施方式9的圖 18中示出的部分相同。
如圖23所示，在變壓器Tr的初級(jí)側(cè)，巻繞了第一繞組和第二 繞組這兩個(gè)繞組，并具有第一繞組線的巻繞開(kāi)頭的第一端子、連接 了第一繞組的巻繞末尾和第二繞組的巻繞開(kāi)頭的第二端子、以及第二 繞組的巻繞末尾的第三端子。包括次級(jí)繞組的三個(gè)各繞組的匝數(shù)相 同。另外，電路B0a由平滑電容器Cs0和兩個(gè)MOSFET (MosOAL、 MosOBL)構(gòu)成。
變壓器Tr的初級(jí)側(cè)的第二端子與電壓端子VL連接，第一端子 與MosOAL的漏極端子連接，第三端子與MosOBL的漏極端子連接。 MosOAL、 MosOBL的源極端子與基準(zhǔn)電壓Vcom0連接。在電壓端子 VL-VcomO之間，配置了平滑電容器CsO。利用柵極信號(hào)GateOAL、 GateOBL經(jīng)由光耦合器120A、 120B以及柵極驅(qū)動(dòng)電路110控制 MosOAL、 MosOBL的導(dǎo)通截止。
接下來(lái)說(shuō)明動(dòng)作。
在利用該DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置來(lái)升壓時(shí)，將電路BOa用于驅(qū)動(dòng) 用逆變器電路，將電路B1 B4用于整流電路，在降壓時(shí)，將電路B4 用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路B0a、 B1 B3用于整流電路。
在升壓動(dòng)作時(shí)，通過(guò)使MosOBL導(dǎo)通，在變壓器Tr的次級(jí)側(cè)的 正電壓方向上產(chǎn)生電壓VI，通過(guò)4吏MosOAL導(dǎo)通，在次級(jí)側(cè)的負(fù)電 壓方向上產(chǎn)生電壓V1。其他動(dòng)作與實(shí)施方式9相同。在降壓動(dòng)作時(shí)， 在次級(jí)側(cè)產(chǎn)生了負(fù)電壓時(shí)通過(guò)Tr—CsO—MosOBL的路徑對(duì)CsO進(jìn)行充電，在次級(jí)側(cè)產(chǎn)生了正電壓時(shí)通過(guò)Tr—CsO—MosOAL的路徑對(duì)CsO 進(jìn)行充電。其他動(dòng)作與實(shí)施方式IO相同。
在本實(shí)施方式中，也從驅(qū)動(dòng)用脈沖的上升沿時(shí)刻起在期間t的范 圍內(nèi)產(chǎn)生整流用脈沖而對(duì)各MOSFET進(jìn)行導(dǎo)通截止控制。由此，在 LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流被切斷 而不發(fā)生逆流。因此，能夠有效地利用LC串聯(lián)電路的諧振現(xiàn)象，而 且能夠通過(guò)在整流電路中使用MOSFET而降低導(dǎo)電損耗，所以能夠 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，分別生成驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)和整流用柵極信號(hào)。由此能夠容 易地與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路的MOSFET獨(dú)立地控制整流電路的 MOSFET,能夠可靠地實(shí)現(xiàn)上述期望的動(dòng)作，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效 率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在上述實(shí)施方式9~12中，在變壓器Tr的初級(jí)側(cè)配置一 個(gè)電路B0(B0a)，在次級(jí)側(cè)配置多個(gè)電路B1~B4，并串聯(lián)連接了 各LC串聯(lián)電路與變壓器Tr的次級(jí)繞組，但在初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)中配 置的各電路的個(gè)數(shù)不限于此，只要設(shè)置于相鄰電路之間的各LC串聯(lián) 電路與變壓器Tr的初級(jí)繞組或次級(jí)繞組串聯(lián)連接即可。
實(shí)施方式13
接下來(lái)，參照
本發(fā)明的實(shí)施方式13的DC/DC電力轉(zhuǎn) 換裝置。圖24、圖25示出本發(fā)明的實(shí)施方式13的DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置的電路結(jié)構(gòu)，尤其圖24示出主要部分，圖25示出柵極信號(hào)生成 部分。如圖24所示，DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置具有將輸入到電壓端子VL 與Vcom之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s4倍的電壓V2而輸出到電壓 端子VHh與VH1之間的功能。在本實(shí)施方式13中，使用與圖1所示 的上述實(shí)施方式1中的電路Al~ A4同樣的電路，不同的僅是電壓端 子的連接結(jié)構(gòu)。即，低電壓側(cè)的正極電壓端子VL與平滑電容器Cs3 和Cs4的連接點(diǎn)連接，被接地的低電壓側(cè)的負(fù)極電壓端子Vcom與平 滑電容器Cs2和Cs3的連接點(diǎn)連接。另外，高電壓側(cè)的正極電壓端子 VHh與平滑電容器Cs4的高電壓側(cè)端子連接，高電壓側(cè)的負(fù)極電壓端子VH1與平滑電容器Csl的低電壓側(cè)端子連接。
另外，電路A3被用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將輸入到電壓端子 VL-Vcom之間的能量通過(guò)MOSFET ( Mos3L、 Mos3H)的導(dǎo)通截 止動(dòng)作傳送給高電壓側(cè)。另外，電路A1、 A2、 A4被用于整流電路， 對(duì)由驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A3驅(qū)動(dòng)的電流進(jìn)行整流，并將能量轉(zhuǎn)移到高
電壓側(cè)o
如圖25所示，成為柵極信號(hào)生成部分的控制電路13h具備驅(qū)動(dòng) 用柵極信號(hào)生成部分130B和整流用柵極信號(hào)生成部分130A。于是， 由驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分130B生成用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A3 的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate3L、 Gate3H，由整流用柵極信號(hào)生成部分 130A生成用于驅(qū)動(dòng)整流電路Al、 A2、 A4的整流用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate4L、 Gate4H。
接下來(lái)說(shuō)明動(dòng)作。
將輸入到電壓端子VL - Vcom之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s4 倍的電壓V2而輸出到電壓端子VHh-VH1之間，所以負(fù)載連接在電 壓端子VHh-VH1之間，電壓V2成為比4xVl低的值。在穩(wěn)定狀態(tài) 下，將平滑電容器Cs3充電到電壓VI的電壓，將平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs4平均地充電到(V2-VI) /3的電壓。
驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate3L、Gate3H與上述實(shí)施方式1中的驅(qū)動(dòng)用 柵極信號(hào)GatelL、 GatelH同樣地，是具有比諧振周期2t稍微大的周 期T且占空比大約50%的導(dǎo)通截止信號(hào)，其中，諧振周期2t是基于 由Lr和Cr構(gòu)成的LC串聯(lián)電路決定的。另外，整流用柵極信號(hào) GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate4L、 Gate4H的各脈沖與 上述實(shí)施方式1中的整流用柵極信號(hào)Gate2L、 Gate2H、 Gate3L、 Gate3H、 Gate4L、 Gate4H同樣地，上升沿與驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)的各脈 沖一致，并且下降沿時(shí)刻比驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)的各脈沖早規(guī)定時(shí)間tH、 tL (參照?qǐng)D3)。
如果各電路Al ~ A4的作為4氐壓側(cè)MOSFET的MoslL、Mos2L、 Mos3L、 Mos4L成為導(dǎo)通狀態(tài)，則由于存在電壓差，所以平滑電容器
37Cs3中積蓄的一部分能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到電容器Cr34，充 電于平滑電容器Cr23、 Crl2中的能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到平 滑電容器Cs2、 Csl。另外，在MoslL、 Mos2L、 Mos4L中，在整流 用脈沖為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)也由于MOSFET的寄生二極管而電流從源才及流 向漏極，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流， 之后由于寄生二極管的逆流防止功能而電流被切斷。
Cs3—Mos4L—Lr34—Cr34—Mos3L
Cr23—Lr23—Mos3L—Cs2—Mos2L
Crl2—Lrl2—Cr23—Lr23—Mos3L—Cs2—Csl—MoslL
接下來(lái)，如果各電路Al ~ A4的作為高壓側(cè)MOSFET的MoslH、 Mos2H、 Mos3H、 Mos4H成為導(dǎo)通狀態(tài)，則由于存在電壓差，所以 充電于電容器Cr34中的能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到平滑電容器 Cs4，平滑電容器Cs2、 Cs3中積蓄的一部分能量通過(guò)以下所示的路徑 轉(zhuǎn)移到電容器Cr12、 Cr23。另夕卜，在MoslH、 Mos2H、 Mos4H中， 在整流用脈沖為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)也由于MOSFET的寄生二極管而電流從 源極流向漏極，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2的期間t內(nèi)流 過(guò)電流，之后由于寄生二極管的逆流防止功能而電流被切斷。
Cr3"Lr34—Mos4H—Cs4—Mos3H
Cs3—Mos3H—Lr23—Cr23—Mos2H
Cs2—Cs3—Mos3H—Lr23—Cr23—Lrl2—Crl2—MoslH
這樣，通過(guò)電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的充放電，從平滑電容器 Cs3向平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs4轉(zhuǎn)移能量。于是，將輸入到電壓端 子VL與Vcom之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s4倍的電壓V2而輸出 到電壓端子VHh與VH1之間。另外，對(duì)各電容器Cr12、 Cr23、 Cr34 串聯(lián)連接電感器Lr12、 Lr23、 Lr34而構(gòu)成LC串聯(lián)電路，所以上述 能量轉(zhuǎn)移是利用諧振現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行的，從而能夠高效地轉(zhuǎn)移大量的能
另外，在上述實(shí)施方式1中，將低電壓側(cè)電壓端子VL、 Vcom 與電路Al的平滑電容器Csl的兩個(gè)端子連接，但在本實(shí)施方式中，與位于由其他電路夾住的中間處的電路A3的平滑電容器Cs3的兩個(gè) 端子連接，將電壓Vl輸入到平滑電容器Cs3的端子之間。如果將在 上述實(shí)施方式1中的LC串聯(lián)電路Lrl2Cr12、 Lr23Cr23、 Lr34Cr34 中流過(guò)的電流值設(shè)為I12r、 I23r、 134r，將在本實(shí)施方式中的LC串 聯(lián)電路Lrl2Cr12、 Lr23Cr23、 Lr34Cr34中流過(guò)的電流值設(shè)為112、 123、 134，則成為
I12r:I23r:I34r-3:2:1
112:123:134 = 1:2:1
112 = 134 = I34r
這樣，通過(guò)將成為輸入用電壓端子的電壓端子VL、 Vcom與位 于由其他電路夾住的中間處的電路A3的平滑電容器Cs3的兩個(gè)端子 連接，從而能夠使流過(guò)LC串聯(lián)電路Lrl2Crl2的電流值112與上述 實(shí)施方式1的情況相比降低至1/3。因此，能夠使能量轉(zhuǎn)移用的電感 器Lr、電容器Cr的額定電流降低，能夠使電感器Lr和電容器Cr 小型化。
另外，在本實(shí)施方式中，在整流電路Al、 A2、 A4中使用了 MOSFET，所以與j吏用二極管的以往技術(shù)相比，能夠降低導(dǎo)電損耗， 能夠提高電力轉(zhuǎn)換的效率。
另外，整流電路A1、 A2、 A4的MOSFET'與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路 A3的MOSFET同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，在期間t的范圍內(nèi)比驅(qū)動(dòng)用逆變 器電路Al的MOSFET更早成為截止?fàn)顟B(tài)。如果使整流電路Al、 A2、 A4的MOSFET的導(dǎo)通期間與該MOSFET的導(dǎo)電期間t一致則能夠 使導(dǎo)電損耗成為最小，但即使如上所述使MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)束 得早，也經(jīng)由寄生二極管導(dǎo)電，所以在該期間中也可以轉(zhuǎn)移能量，另 外能夠回避由與控制相關(guān)的延遲等而引起的問(wèn)題，可靠性提高。
另外，從驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)的脈沖的上升沿時(shí)刻起在期間t的范圍 內(nèi)產(chǎn)生整流用柵極信號(hào)的脈沖，所以在LC串聯(lián)電路的諧振周期的1/2 的期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流被切斷而不發(fā)生逆流。因此，能夠有 效地利用LC串聯(lián)電路的諧振現(xiàn)象，而且能夠通過(guò)使用MOSFET而
39降低導(dǎo)電損耗，所以能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在控制電路13h中，具有驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成部分130B 和整流用柵極信號(hào)生成部分130A，分別生成驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate3L、 Gate3H和整流用柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H、 Gate4L、 Gate4H,所以能夠容易地與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A3的 MOSFET獨(dú)立地控制整流電路Al、 A2、 A4的MOSFET,能夠可靠 地實(shí)現(xiàn)上述期望的動(dòng)作，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力 轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在本實(shí)施方式13中，在控制電路13h中形成了驅(qū)動(dòng)用逆 變器電路A3的柵極信號(hào)和整流電路Al、 A2、 A4的柵極信號(hào)，但也 可以如上述實(shí)施方式4、 7、 8所示那樣，通過(guò)對(duì)所流過(guò)的電流進(jìn)行檢 測(cè)而生成整流電路A1、 A2、 A4的柵才及信號(hào)。
實(shí)施方式14
在上述實(shí)施方式13中，示出了將電壓VI升壓至大約4倍的電 壓V2的升壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，但在本實(shí)施方式中，示出從 電壓V2降壓至電壓VI的降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的主要部分與圖 24所示的電路結(jié)構(gòu)相同，但在該情況下，將電路A4用于驅(qū)動(dòng)用逆變 器電路，將電路A1、 A2、 A3用于整流電路。另外，作為柵極信號(hào)生 成部分的控制電路與上述實(shí)施方式2的圖5所示的電路相同。另外， 在該情況下，與平滑電容器Cs3的兩個(gè)端子連接的電壓端子VL、 Vcom 成為從平滑電容器Cs3的端子之間輸出電壓VI的輸出用端子，被連 接負(fù)載。
在此，在整流電路Al~ A3之中，電路A3實(shí)質(zhì)上被用于整流， 但電路A1、 A2通過(guò)MOSFET ( MoslL、 MoslH、 Mos2L、 Mos2H ) 的導(dǎo)通截止動(dòng)作，對(duì)電容器Crl2、 Cr23的轉(zhuǎn)移能量量進(jìn)行控制，所 以還可以考慮為是驅(qū)動(dòng)用的電路。但是，在降壓動(dòng)作中，假設(shè)使被用 于對(duì)電路A1、 A2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H成為與用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A4的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4L、 Gate4H同樣的信號(hào)，并在超過(guò)由Lr、 Cr決定的諧振周期 的1/2的期間t時(shí)也繼續(xù)MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)，則在LC串聯(lián)電路中 發(fā)生電流的逆流而能量的轉(zhuǎn)移量減少。
因此，在本實(shí)施方式中，在整流用柵極信號(hào)生成部分130A中與 柵極信號(hào)Gate3L、 Gate3H同樣地生成柵極信號(hào)GatelL、 GatelH、 Gate2L、 Gate2H而作為整流用柵極信號(hào)，電路Al、 A2也稱為整流 電路。
接下來(lái)說(shuō)明動(dòng)作。
平滑電容器Csl、 Cs2、 Cs3、 Cs4的容量值被設(shè)定為與LC串聯(lián) 電路的電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的容量值相比充分大的值。
將輸入到電壓端子VHh-VH1之間的電壓V2變?yōu)榻祲褐链蠹s 1/4倍的電壓VI而輸出到電壓端子VL-Vcom之間，所以負(fù)載連接 在電壓端子VL-Vcom之間，電壓V2成為比4xVl高的值。
驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4H、 Gate4L是具有比諧振周期2t稍微大 的周期T且占空比大約50%的導(dǎo)通截止信號(hào)，其中，諧振周期2t是 基于由Lr和Cr構(gòu)成的LC串聯(lián)電路決定的。
向整流電路A1、 A2、 A3內(nèi)的高壓側(cè)MOSFET的整流用柵極信 號(hào)GatelH、 Gate2H、 Gate3H、以及向低壓側(cè)MOSFET的整流用柵 極信號(hào)GatelL、 Gate2L、 Gate3L是由從驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)Gate4H、 Gate4L的上升沿時(shí)刻起在期間t的范圍內(nèi)產(chǎn)生的脈沖構(gòu)成的導(dǎo)通截 止信號(hào)。在此，整流用柵極信號(hào)的各脈沖的上升沿時(shí)刻與驅(qū)動(dòng)用柵極 信號(hào)的各脈沖的上升沿時(shí)刻 一致，并且整流用柵極信號(hào)的各脈沖的下 降沿時(shí)刻比驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)的各脈沖的下降沿時(shí)刻早規(guī)定時(shí)間t H 、 tL，或者使整流用柵極信號(hào)的各脈沖的脈沖寬度成為與時(shí)間t大致相 同。
在整流用柵極信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間(脈沖寬度)與時(shí)間t大致相同的 情況下，說(shuō)明動(dòng)作。
如果各電路A4、 A1~A3的作為高壓側(cè)MOSFET的Mos4H、 MoslH、 Mos2H、 Mos3H通過(guò)向高壓側(cè)MOSFET的柵極信號(hào)而成為
41導(dǎo)通狀態(tài)，則由于存在電壓差，所以平滑電容器Cs4中積蓄的一部分 能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到電容器Cr34,充電于電容器Crl2、 Cr23中的能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到平滑電容器Cs2、 Cs3。
Cs4—Mos4H—Lr34—Cr34—Mos3H
Cr23—Lr23—Mos3H—Cs3—Mos2H
Crl2—Lr12—Cr23—Lr23—Mos3H—Cs3—Cs2—MoslH
接下來(lái)，如果各電路A4、 A1~A3的作為低壓側(cè)MOSFET的 Mos4L、 MoslL、 Mos2L、 Mos3L通過(guò)向低壓側(cè)MOSFET的柵極信 號(hào)而成為導(dǎo)通狀態(tài)，則由于存在電壓差，所以充電于電容器Cr34中 的能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到平滑電容器Cs3，平滑電容器Csl、 Cs2中積蓄的一部分能量通過(guò)以下所示的路徑轉(zhuǎn)移到電容器Crl2、 Cr23。
Cr34—Lr34—Mos4L—Cs3—Mos3L
Cs2—Mos3L—Lr23—Cr23—Mos2L
Csl—Cs2—Mos3L—Lr23—Cr23—Lrl2—Crl2—MoslL
這樣，通過(guò)電容器Cr12、 Cr23、 Cr34的充放電，從平滑電容器 Csl、 Cs2、 Cs4向平滑電容器Cs3轉(zhuǎn)移能量。于是，將輸入到電壓端 子VHh與VH1之間的電壓V2變?yōu)榻祲褐链蠹s1/4倍的電壓VI而輸 出到電壓端子VL與Vcom之間。另外，對(duì)各電容器Crl2、 Cr23、 Cr34串聯(lián)連接電感器Lrl2、 Lr23、 L34而構(gòu)成LC串聯(lián)電路，所以 上述能量轉(zhuǎn)移是利用諧振現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行的，從而能夠高效地轉(zhuǎn)移大量的 能量。
另外，將成為輸出用電壓端子的電壓端子VL、 Vcom與位于由 其他電路夾住的中間處的電路A3的平滑電容器Cs3的兩個(gè)端子連接， 所以能夠與上述實(shí)施方式13同樣地使流過(guò)LC串聯(lián)電路Lrl2Cr12的 電流值I12降低，能夠使能量轉(zhuǎn)移用的電感器Lr、電容器Cr的額定 電流降低，能夠使電感器Lr和電容器Cr小型化。
另外，在本實(shí)施方式中，也從驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)的脈沖的上升沿時(shí) 刻起在期間t的范圍內(nèi)產(chǎn)生整流用柵極信號(hào)的脈沖，所以在LC串聯(lián)
42電路的諧振周期的1/2的期間t內(nèi)流過(guò)電流之后，電流被切斷而不發(fā) 生逆流。因此，能夠有效地利用LC串聯(lián)電路的諧振現(xiàn)象，而且能夠 通過(guò)在整流電路A1~A3中使用MOSFET而能夠降低導(dǎo)電損耗，所 以能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。進(jìn)而，在本實(shí)施方 式中，使整流用柵極信號(hào)的脈沖寬度與期間t大概一致，所以能夠進(jìn)
一步降低導(dǎo)電損耗。
另外，分別生成了驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)與整流用柵極信號(hào)，所以能夠 容易地與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路A4的MOSFET獨(dú)立地控制整流電路 A1 A3的MOSFET，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)上述期望的動(dòng)作，能夠可靠地 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
另外，在本實(shí)施方式14中，也可以與上述實(shí)施方式5、 7、 8所 示那樣，通過(guò)對(duì)所流過(guò)的電流進(jìn)行檢測(cè)而形成整流電路Al~ A3的柵 極信號(hào)。
另外，在上述實(shí)施方式13、 14中，將輸入輸出用的電壓端子VL、 Vcom與平滑電容器Cs3的兩個(gè)端子連接，但也可以與平滑電容器Cs2 的兩個(gè)端子連接，能夠同樣地使流過(guò)LC串聯(lián)電路的電流值降低，得 到與上述實(shí)施方式13、 14同樣的效果。進(jìn)而，在增加了整流電路的 級(jí)數(shù)的情況下，將電壓端子VL、 Vcom與位于由其他電路夾住的中間 處的電路的平滑電容器Cs的兩個(gè)端子連接，也得到同樣的效果。
實(shí)施方式15
在上述實(shí)施方式13中示出了 VI—V2的升壓型DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置，在上述實(shí)施方式14中示出了 V2—VI的降壓型DC/DC電力轉(zhuǎn) 換裝置，但在本實(shí)施方式中，示出同時(shí)具有上述實(shí)施方式13、 14的 功能而實(shí)現(xiàn)雙向的能量轉(zhuǎn)移的升降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。
本實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的主要部分與上 述實(shí)施方式13、 14同樣地采用圖24中示出的電路結(jié)構(gòu)，在該情況下， 在升壓時(shí)將電路A3用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路A1、 A2、 A4用 于整流電路，在降壓時(shí)將電路A4用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將電路A1 A3用于整流電路。在該情況下，將電壓端子VL、 Vcom、 VHh、 VH1的電壓輸入 到控制電路，與上述實(shí)施方式3同樣地，在控制電路中根據(jù)電壓端子 的電壓切換整流用柵極信號(hào)與驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)升降壓型的 DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。另夕卜，如上述實(shí)施方式6所示那樣，具備利用 檢測(cè)電流而生成升壓動(dòng)作用的整流用柵極信號(hào)的電路、和生成降壓動(dòng) 作用的整流用柵極信號(hào)的電路，并由柵極信號(hào)切換部分切換整流用柵 極信號(hào)與驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)，也可以實(shí)現(xiàn)升降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置。
實(shí)施方式16
接下來(lái)，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式16的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。 圖26示出本發(fā)明的實(shí)施方式16的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的主要部分 的電路結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施方式16中，示出具有將輸入到電壓端子VL與Vcom 之間的電壓VI變?yōu)樯龎褐链蠹s4倍的電壓V2而輸出到電壓端子VH 與Vcom之間，并且變?yōu)樯龎褐链蠹s2倍的電壓V3而輸出到電壓端 子VM與Vcom之間的功能的升壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。在該 情況下，輸入端子、輸出端子的組合是VL-Vcom、 VH-Vcom和 VL-Vcom、 VM-Vcom這兩組。
如圖26所示，在平滑電容器Cs2的高電壓側(cè)端子上連接了電壓 端子VM。除此以外，包括柵極信號(hào)生成部分在內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)與實(shí)施 方式1相同。
本實(shí)施方式進(jìn)行與上述實(shí)施方式1同樣的升壓動(dòng)作，但由于具備 電壓端子VM，所以除了輸出電壓V2以外，還可以輸出電壓V3。
輸入輸出端子對(duì)也可以是三組以上，這樣通過(guò)具備多組輸入輸出 端子對(duì)，能夠升壓至多個(gè)等級(jí)的電壓，電路設(shè)計(jì)的自由度提高。
另外，在本實(shí)施方式中，敘述了升壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置， 但在實(shí)施方式2那樣的降壓型的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中，如果具備 中間的電壓端子VM，則除了輸出電壓VI以外還可以輸出電壓V3。 另外，在實(shí)施方式3那樣的雙向的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中，如果具備中間的電壓端子VM，則除了輸出電壓VI以外還可以輸出電壓V3。 另外，也可以在上述實(shí)施方式4~ 15中同樣地應(yīng)用如上所述那樣 具備多組輸入輸出端子對(duì)的結(jié)構(gòu)，得到與上述各實(shí)施方式同樣的效 果。
另外，在上述各實(shí)施方式中，在驅(qū)動(dòng)用逆變器電路、整流電路內(nèi) 的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件中，使用了在源極、漏極之間形成有寄生二極管的 功率MOSFET，但也可以是IGBT等能夠通過(guò)控制電極來(lái)控制導(dǎo)通截 止動(dòng)作的其他半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，在該情況下使用反向并聯(lián)連接有二極 管的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，該二極管起到功率MOSFET的寄生二極管的
功能。由此，通過(guò)與上述各實(shí)施方式同樣的控制，得到同樣的效果。 另外，在上述各實(shí)施方式中，當(dāng)然還可以將發(fā)明應(yīng)用于改變了整
流電路的級(jí)數(shù)的各種電壓比的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中。 實(shí)施方式17
以下，說(shuō)明在構(gòu)成上述各實(shí)施方式的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的多 個(gè)電路(A1 A4、 B0~B4)中，為了對(duì)電路內(nèi)的MOSFET、柵極驅(qū) 動(dòng)電路、光耦合器等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而具備的電源Vsk ( Vs0~ Vs4)。
圖27是示出電源Vsk的電路結(jié)構(gòu)的圖。各電路(Al~ A4、 B0 ~ B4)的電源Vsk將在各電路內(nèi)的平滑電容器Cs (k) (CsO~Cs4) 中產(chǎn)生的電壓作為輸入電壓Vsi (k)而在輸出端子Vsh (k) -Com (k)之間生成輸出電壓Vso (k)。
將電壓Vso (k)和Vsi (k)的基準(zhǔn)電壓設(shè)為Com (k)。平滑 電容器Cs(k)的高電壓側(cè)的端子與p型的MOSFET M2的源極端子 連接，MOSFET M2的漏極端子與二極管Dl的陰極端子和扼流線圈 LI的一個(gè)端子連接。二極管Dl的陽(yáng)極端子與基準(zhǔn)電壓Com (k)連 接，扼流線圈LI的另一個(gè)端子與電容器C2的一個(gè)端子連接，電容器 C2的另一個(gè)端子與基準(zhǔn)電壓Com (k)連接。由電容器Cs(k)、電 容器C2、 MOSFET M2、 二極管Dl、扼流線圏LI構(gòu)成非絕緣降壓 型的DC/DC轉(zhuǎn)換器10，經(jīng)由該DC/DC轉(zhuǎn)換器10,輸入電壓Vsi(k) 轉(zhuǎn)換成輸出電壓Vso (k)。
45電容器C1、電容器C2和穩(wěn)壓二極管Zl并聯(lián)連接，穩(wěn)壓二極管 Zl的陽(yáng)極端子側(cè)與基準(zhǔn)電壓Com (k)連接，穩(wěn)壓二極管Zl的陰極 端子側(cè)與扼流線圏Ll的端子連^"。在該Cl、 C2、 Zl的并聯(lián)體上產(chǎn) 生輸出電壓Vso(k)。向時(shí)鐘發(fā)生電路dl、誤差放大電路d2、比較 器電路d3供給電壓Vso (k)，從而各電路dl d3動(dòng)作。另外，省 略了向誤差放大電路d2、比較器電路d3供給電壓Vso (k)的圖示。
時(shí)鐘發(fā)生電路dl的輸出經(jīng)由由電阻R9和電容器C3構(gòu)成的鋸齒 波形成部分，輸入到比較器電路d3的一個(gè)輸入端中。由電阻R2和穩(wěn) 壓二極管Z2構(gòu)成的目標(biāo)電壓輸入到誤差放大電路d2的一個(gè)輸入端， Vso (k)的測(cè)定電壓通過(guò)電阻R3和R4分壓而輸入到另一個(gè)輸入端。 另夕卜，誤差放大電路d2的輸出被輸入到比較器電路d3的另一個(gè)輸入 端，其連接點(diǎn)與電阻R5和R6的連接點(diǎn)連接。電阻R5的另一個(gè)端子 與電壓Vso (k)的輸出端子Vsh (k)連接，電阻R6的另一個(gè)端子 與基準(zhǔn)電壓Com (k)連接。
比較器電路d3的輸出端子與n型的MOSFET Ml的柵極端子連 接，MOSFETMl的源極端子與基準(zhǔn)電壓Com (k)連接，漏極端子 與電阻R7的一個(gè)端子連接。電阻R7的另一個(gè)端子與MOSFET M2 的柵極端子和電阻R8的一個(gè)端子連接。另外，電阻R8的另一個(gè)端 子與MOSFET M2的源極端子連接。
i兌明這樣構(gòu)成的電源Vsk的動(dòng)作。在如上述實(shí)施方式2所述的 降壓動(dòng)作的情況下，能量源連接在VH-Vcom之間，所以在平滑電 容器Cs (k)中產(chǎn)生電壓，從而電源Vsk動(dòng)作。
另一方面，在如實(shí)施方式1所述的升壓動(dòng)作的情況下，能量源連 接在VL-Vcom之間，在平滑電容器Csl中產(chǎn)生電壓，但除此以外 的平滑電容器Cs (k)在動(dòng)作開(kāi)始時(shí)處于不產(chǎn)生電壓的狀態(tài)。但是， 電源Vsl在平滑電容器Csl的電壓下動(dòng)作，電路A1內(nèi)的MOSFET 進(jìn)行導(dǎo)通截止動(dòng)作，從而電路A2~ A4的MOSFET的寄生二極管動(dòng) 作，能量轉(zhuǎn)移到平滑電容器Cs2、 Cs3、 Cs4。使用了該寄生二極管的 動(dòng)作的電力轉(zhuǎn)換效率不佳，但向各平滑電容器Cs (k)轉(zhuǎn)移能量所需
46要的時(shí)間不到l秒。這樣，在各平滑電容器Cs(k)中產(chǎn)生電壓，從 而各電源Vsk動(dòng)作。
詳細(xì)敘述動(dòng)作。如果在平滑電容器Cs (k)中形成電壓，則經(jīng)由 電阻R1對(duì)電容器C1、 C2進(jìn)行充電。電壓成為穩(wěn)壓二極管Zl的穩(wěn)壓 電壓，在此設(shè)為16V。通過(guò)該電壓的供給，在C1、 C2、 Zl的并聯(lián)體 上產(chǎn)生輸出電壓Vso (k)，被供給到時(shí)鐘發(fā)生電路dl、誤差》文大電 路d2、比較器電路d3，從而各電路dl d3動(dòng)作，并且電源Vsk動(dòng)作。
為了抑制電力損失，電阻R1被設(shè)成比較大的電阻值，所以電源 Vsk的動(dòng)作前的經(jīng)由電阻Rl的能量供給不足以使各電路內(nèi)的 MOSFET動(dòng)作。如果電源Vsk開(kāi)始動(dòng)作，則非絕緣型的DC/DC轉(zhuǎn)換 器10動(dòng)作，從而經(jīng)由該DC/DC轉(zhuǎn)換器10，將電壓Vsi(k)轉(zhuǎn)換成 電壓Vso(k)，該能量量足以使各電路內(nèi)的MOSFET動(dòng)作。
圖28示出比較器電路d3的誤差放大電路d2側(cè)的輸入端子的電 壓Da、時(shí)鐘發(fā)生電路dl側(cè)的輸入端子的電壓Db、輸出端子的電壓 Dc、 MOSFETM2的柵極電壓Dd。誤差it大電路d2輸出使兩個(gè)輸入 端子之間的電壓成為零那樣的電壓Da。即，將電壓Da決定為使輸出 電壓Vso(k) (15V)成為穩(wěn)壓二極管Z2所決定的目標(biāo)電壓(15V)。 電壓Db是鋸齒波狀的電壓，是通過(guò)使來(lái)自時(shí)鐘發(fā)生電路dl的矩形波 電壓經(jīng)由CR電路而形成的。由比較器電路d3比較電壓Da與Db而 形成矩形波電壓Dc。例如，在抑制輸出電壓Vso (k)的情況下，電 壓Da變低，作為結(jié)果，矩形波電壓Dc的高電壓期間變短。通過(guò)矩形 波電壓Dc, MOSFET Ml導(dǎo)通截止，以MOSFET Ml的源極端子的 電壓為基準(zhǔn)，MOSFET M2的柵極端子的電壓在低電平與高電平之間 變化。由于MOSFET M2是p型MOSFET，所以在^f氐電平下進(jìn)行導(dǎo) 通的動(dòng)作，在高電平下進(jìn)行截止的動(dòng)作。通過(guò)電阻R7與R8的分壓， MOSFETM2的柵極、源極間電壓成為小于等于最大額定值。這樣， 通過(guò)對(duì)MOSFET M2的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行控制而使其進(jìn)行導(dǎo)通截止動(dòng)作， 從而從平滑電容器Cs (k)轉(zhuǎn)移能量，將輸出端子Com (k) 、 Vsh (k)之間的電壓Vso (k)控制為成為規(guī)定的電壓(15V)。在本實(shí)施方式中，將對(duì)構(gòu)成DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的各電路進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)的電源Vsk構(gòu)成為通過(guò)非絕緣型的DC/DC轉(zhuǎn)換器10從各電路 內(nèi)的平滑電容器Cs (k)供給電力。因此，不需要輸入電壓部分與各 電源Vsk之間的配線以及用于其中的連接器等，另外還不需要使用變 壓器來(lái)使各電源之間絕緣，成為小型且轉(zhuǎn)換效率良好的電源結(jié)構(gòu)。由 此，實(shí)現(xiàn)DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的高效化、小型化。
另外，在上述實(shí)施方式中，示出了假設(shè)輸入電壓Vsi (k)為20V 以上且DC/DC轉(zhuǎn)換器10為降壓型的電路結(jié)構(gòu)，但在輸入電壓Vsi( k) 低至例如10V以下的情況下使用升壓型的DC/DC轉(zhuǎn)換器10。
另外，在上述實(shí)施方式中，將用于對(duì)DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的各 電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電源Vsk的基準(zhǔn)電壓設(shè)為Com (k)，構(gòu)成各電路內(nèi) 的柵極驅(qū)動(dòng)電路等的控制部分在基準(zhǔn)電壓Com (k)下進(jìn)行動(dòng)作，但 也可以構(gòu)成各電路內(nèi)的柵極驅(qū)動(dòng)電路等的控制部分在電壓端子Vcom 的電壓基準(zhǔn)下進(jìn)行動(dòng)作，將電源Vsk的基準(zhǔn)電壓設(shè)為Vcom而以電壓 Vcom為基準(zhǔn)來(lái)驅(qū)動(dòng)MOSFET M2，雖然配線的走向多少變得復(fù)雜， 但成為轉(zhuǎn)換效率高的電源結(jié)構(gòu)。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
能夠廣泛應(yīng)用于在由驅(qū)動(dòng)用逆變器電路和整流電路構(gòu)成的多個(gè) 電路的每一個(gè)中并聯(lián)配置平滑電容器從而利用能量轉(zhuǎn)移用電容器的 充放電的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中。
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權(quán)利要求
1.一種DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，對(duì)于由利用控制電極來(lái)控制導(dǎo)通截止動(dòng)作的多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和平滑電容器構(gòu)成的多個(gè)電路，在相鄰電路之間分別配置電容器以及電感器的串聯(lián)體而進(jìn)行連接，在上述多個(gè)電路內(nèi)，將規(guī)定的電路用于驅(qū)動(dòng)用逆變器電路，將其他電路用于整流電路，通過(guò)上述各串聯(lián)體的電容器的充放電進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 上述各電路是將作為上述多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以及低壓側(cè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接而連接在上述平滑電容器的正負(fù)端子之間而成的 電路，串聯(lián)連接該多個(gè)電路，將該各電路內(nèi)的上述高壓側(cè)開(kāi)關(guān)與上述 低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)作為中間端子，在相鄰的該各電路的中間端子之 間分別連接了上迷串聯(lián)體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 具備變壓器，由與該變壓器的初級(jí)繞組連接的第一電路和與該變壓器 的次級(jí)繞組連接的第二電路構(gòu)成上述多個(gè)電路，上述串聯(lián)體與上述初 級(jí)繞組或上述次級(jí)繞組串聯(lián)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 3中的任意一項(xiàng)所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝 置，其特征在于，在上述多個(gè)電路內(nèi)的規(guī)定的電路的平滑電容器的正 負(fù)端子上連接輸入輸出用的電壓端子，上述規(guī)定的電路的兩側(cè)與上述 多個(gè)電路內(nèi)的其他電路連接而位于中間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 3中的任意一項(xiàng)所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝 置，其特征在于，上述各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件是在源極、漏極之間具有寄 生二極管的功率MOSFET，或者是反向并聯(lián)連接有二極管的半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 具備驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)生成單元，生成用于對(duì)上述驅(qū)動(dòng)用逆變器電路內(nèi)的上述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通截止控制的驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)；以及 整流用柵極信號(hào)生成單元，與上述驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)獨(dú)立地生成用于對(duì) 上述整流電路內(nèi)的上述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通截止控制的整流用 柵極信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 由上述各串聯(lián)體的電容器電容和電感決定的諧振周期相等，上述整流用柵極信號(hào)由從上述驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)的各脈沖的上升 沿時(shí)刻起在上述諧振周期的1/2的期間的范圍內(nèi)產(chǎn)生的脈沖構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 上述整流用柵極信號(hào)的各脈沖的上升沿時(shí)刻與上述驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào) 的脈沖的上升沿時(shí)刻 一致，并且上述整流用柵極信號(hào)的各脈沖的下降 沿時(shí)刻比上述驅(qū)動(dòng)用柵極信號(hào)的脈沖的下降沿時(shí)刻早規(guī)定時(shí)間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于，上述整流用柵極信號(hào)的各脈沖的脈沖寬度與上述諧振周期的 1/2大概一致。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于，具備對(duì)上述整流電路的上述中間端子的輸出電流或流過(guò)上述串 聯(lián)體的電流進(jìn)行檢測(cè)的電流檢測(cè)單元，上述整流用柵極信號(hào)生成單元 才艮據(jù)由上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流生成上述整流用柵極信號(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在 于，上述電流檢測(cè)單元對(duì)上述串聯(lián)體內(nèi)的上述電容器或上述電感器的 兩端電壓進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)該檢測(cè)電壓，檢測(cè)流過(guò)上述串聯(lián)體的電流。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中的任意一項(xiàng)所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置，其特征在于，具備多組與上述平滑電容器的端子連接的、該 DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出用端子對(duì)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中的任意一項(xiàng)所述的DC/DC電力轉(zhuǎn)換 裝置，其特征在于，上述各電路具備用于使該電路動(dòng)作的電源，該各 電源從上述各電路內(nèi)的平滑電容器經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電力供給。
全文摘要
本發(fā)明提供一種DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置。串聯(lián)連接三個(gè)以上的電路(A1～A4)，這些電路是將由具有寄生二極管的MOSFET構(gòu)成的高壓側(cè)開(kāi)關(guān)、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接而連接在平滑電容器(Cs1～Cs4)的正負(fù)端子之間而構(gòu)成的，在相鄰電路之間配置電容器(Cr)與電感器(Lr)的串聯(lián)體，并將這些串聯(lián)體的諧振周期設(shè)置為相等。整流電路(A2～A4)的MOSFET與驅(qū)動(dòng)用逆變器電路(A1)的MOSFET同時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，在諧振周期/2的期間(t)的范圍內(nèi)比驅(qū)動(dòng)用逆變器電路(A1)的MOSFET更早成為截止?fàn)顟B(tài)。由此，在利用了電容器(Cr)的充放電的DC/DC電力轉(zhuǎn)換裝置中，利用電容器(Cr)與電感器(Lr)的諧振現(xiàn)象，并且降低整流電路(A2～A4)的導(dǎo)電損耗。
文檔編號(hào)H02M3/07GK101517876SQ20078003380
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者前川博敏, 奧田達(dá)也, 安西清治, 小林勝, 巖田明彥, 池田又彥, 浦壁隆浩, 菊永敏之 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社