專利名稱：Dc/dc功率轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將直流電壓轉(zhuǎn)換為升壓或者降壓后的直流電壓的DC/DC功率轉(zhuǎn)
換裝置。
背景技術(shù)：
作為以往的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，已知有如下裝置采用具有2個(gè)以上的開關(guān)單元，各開關(guān)單元分別由2個(gè)互補(bǔ)地執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成，各個(gè)開關(guān)單元的半導(dǎo)體開關(guān)元件全部串聯(lián)連接；還具有用于能量轉(zhuǎn)移的電容、以及電感的結(jié)構(gòu)，根據(jù)各個(gè)開關(guān)單元的半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，利用用于能量轉(zhuǎn)移的電容的充放電，進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換，并且已知能夠使用低耐壓的半導(dǎo)體開關(guān)元件和小型的電感，此外，通過(guò)改變半導(dǎo) 體開關(guān)元件的導(dǎo)通占空比(on duty)，從而能夠調(diào)整輸入電壓與輸出電壓之比。(例如，參考專利文獻(xiàn)I)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :特許第3414749號(hào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)l:Thierry A. Meynard, et a I. : “MulticellConverters:BasicConcepts and Industry Applications^,IEEE TRANSA CTIONSONINDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 49，NO. 5，OCTOBER 2002發(fā)明所要解決的問(wèn)題以往的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置中，使用用于能量轉(zhuǎn)移的電容和電感，利用用于能量轉(zhuǎn)移的電容的充放電，進(jìn)行直流/直流功率轉(zhuǎn)換，從而能夠使用低耐壓的半導(dǎo)體開關(guān)元件和小型的電感。但是，以往的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置中，由于2個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件互補(bǔ)地進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，因此會(huì)在電感中流過(guò)一定的與負(fù)載量無(wú)關(guān)的紋波電流(ripple current),該電流也流經(jīng)用于能量轉(zhuǎn)移的電容和半導(dǎo)體開關(guān)元件，會(huì)產(chǎn)生損耗。因此，低負(fù)載時(shí)的功率轉(zhuǎn)換效率較低。而在使電感的電感值增大時(shí)，紋波電流變小，可以減小損耗，可提高低負(fù)載時(shí)的功率轉(zhuǎn)換效率。但是，當(dāng)使電感值增大時(shí)，電感的體積與重量隨之增大，存在DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的體積與重量也增加的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種改良的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，即使采用電感值較小的小型輕重量的電感，也可以減小低負(fù)載時(shí)的損耗。解決問(wèn)題的方法本發(fā)明所涉及的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置中，具有2個(gè)以上的開關(guān)單元，該開關(guān)單元分別由2個(gè)執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作的半導(dǎo)體開關(guān)元件Sa，Sb構(gòu)成，所述各個(gè)開關(guān)單元中的所述各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件全部串聯(lián)連接，還具有用于能量轉(zhuǎn)移的電容，該電容根據(jù)所述各個(gè)開關(guān)單元中的所述各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行充放電；以及電感，該DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置還包括控制部，該控制部根據(jù)所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓之比以及DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的功率傳輸方向，使所述開關(guān)單元的半導(dǎo)體開關(guān)元件按照4種開關(guān)模式執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作，并在低負(fù)載時(shí)在開關(guān)動(dòng)作中執(zhí)行流過(guò)所述電感的電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，由于具有如下單元根據(jù)DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓之比以及DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的功率傳輸方向，按照4種開關(guān)模式執(zhí)行動(dòng)作，因此在低負(fù)載時(shí)執(zhí)行電感電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作，即使采用電感值較小的小型電感，低負(fù)載時(shí)的電感的紋波電流也較小，可以減小用于能量轉(zhuǎn)移的電容、電感、半導(dǎo)體開關(guān)元件的損耗，由此可提高低負(fù)載時(shí)的功率轉(zhuǎn)換效率。上述的或者其他的本發(fā)明的目的、特征、效果將由以下實(shí)施方式中的詳細(xì)說(shuō)明與附圖的記載變得更為明確。


圖I是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置與電源與電動(dòng)發(fā)電機(jī)的連接關(guān)系的整體概要圖。圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的控制部的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖4A是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的波形圖，是電壓比為2以上，高負(fù)載，升壓時(shí)的動(dòng)作波形圖。圖4B是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的波形圖，是電壓比為2以上，低負(fù)載，升壓時(shí)的動(dòng)作波形圖。圖5A是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的波形圖，是電壓比為2以下，高負(fù)載，升壓時(shí)的動(dòng)作波形圖。圖5B是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的波形圖，是電壓比為2以下，低負(fù)載，升壓時(shí)的動(dòng)作波形圖。圖6A是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的波形圖，是電壓比為2以上，高負(fù)載，降壓時(shí)的動(dòng)作波形圖。圖6B是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的波形圖，是電壓比為2以上，低負(fù)載，降壓時(shí)的動(dòng)作波形圖。圖7A是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的波形圖，是電壓比為2以下，高負(fù)載，降壓時(shí)的動(dòng)作波形圖。圖7B是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的波形圖，是電壓比為2以下，低負(fù)載，降壓時(shí)的動(dòng)作波形圖。圖8A是表示以往的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的高負(fù)載，升壓時(shí)的動(dòng)作的波形圖。圖SB是表示以往的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的低負(fù)載，升壓時(shí)的動(dòng)作的波形圖。圖9是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的功率轉(zhuǎn)換效率的圖。
圖10是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，各圖中相同標(biāo)號(hào)表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠帧?shí)施方式I圖I是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。實(shí)施方式I中的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10是雙方向的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，具有以下功能將電壓端子VL與電壓端子VN之間輸入的直流電壓VO轉(zhuǎn)換為經(jīng)過(guò)升壓的直流電壓V2，在電壓端子VH與電壓端子VN之間輸出的升壓功能；以及將電壓端子VH與電壓端子VN之間輸入的直流電壓V2轉(zhuǎn)換為經(jīng)過(guò)降壓的直流電壓V0，在電壓端子VL與電壓端子VN之間輸出的降壓功能。
·
圖I中，DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10的主電路包括對(duì)輸入輸出直流電壓V0，V2進(jìn)行平滑化的平滑電容(smoothing condenser)CO,C2 ;起到作為用于能量轉(zhuǎn)移的電容功能的平滑電容Cl ;多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件51&，5113，52&，5213;以及電感匕半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb構(gòu)成開關(guān)單元SU1，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a，S2b構(gòu)成開關(guān)單元SU2。各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Sib, S2a，S2b分別由IGBT (絕緣柵型雙極晶體管，insulated gate bipolar transistor)以及與IGBT反并聯(lián)連接的二極管構(gòu)成。各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Sib, S2a，S2b的IGBT分別具有集電極端子、發(fā)射極端子以及柵極端子，各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Sib, S2a，S2b的二極管在各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb，S2a，S2b的IGBT的集電極端子與發(fā)射極端子之間以反并聯(lián)方式連接，以使得陽(yáng)極端子與發(fā)射極端子連接。下面對(duì)DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10的連接進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT的發(fā)射極端子與電壓端子VM連接，其集電極端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cl的高電壓側(cè)端子連接。半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT的發(fā)射極端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cl的低電壓側(cè)端子連接，其集電極端子與電壓端子VM連接。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT的發(fā)射極端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cl的高電壓側(cè)端子連接，其集電極端子與平滑電容C2的高電壓側(cè)端子連接。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的IGBT的發(fā)射極端子與平滑電容C2的低電壓側(cè)端子連接，其集電極端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cl的低電壓側(cè)端子連接。平滑電容CO的低電壓側(cè)端子與電壓端子VN連接，該平滑電容CO的高電壓側(cè)端子與電壓端子VL連接。平滑電容C2的低電壓側(cè)端子與電壓端子VN連接，該平滑電容C2的高電壓側(cè)端子與電壓端子VH連接。電感L的一個(gè)端子與電壓端子VL連接，而另一個(gè)端子與電壓端子VM連接。半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路IOlb的輸出端子連接，柵極信號(hào)Glb輸入到該柵極驅(qū)動(dòng)電路IOlb的輸入端子。半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路IOla的輸出端子連接，柵極信號(hào)Gla輸入到該柵極驅(qū)動(dòng)電路IOla的輸入端子。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路102b的輸出端子連接，柵極信號(hào)G2b輸入到該柵極驅(qū)動(dòng)電路102b的輸入端子。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的IGBT的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路102a的輸出端子連接，柵極信號(hào)G2a輸入到該柵極驅(qū)動(dòng)電路102a的輸入端子。圖2是表示DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10與電源、電動(dòng)發(fā)電機(jī)的連接的整體概要圖。起到作為電壓源功能的電池Vs連接在DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10的電壓端子VL-VN之間，三相逆變器INV的直流端子連接在電壓端子VH-VN之間。電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG與三相逆變器INV的交流端子連接。
電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG進(jìn)行動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10執(zhí)行將電壓端子VL-VN間輸入的直流電壓VO輸出為經(jīng)過(guò)升壓的直流電壓V2的升壓動(dòng)作；電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10執(zhí)行將電壓端子VH-VN間輸入的直流電壓V2輸出為經(jīng)過(guò)降壓的直流電壓VO的降壓動(dòng)作。圖3是表示DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10的控制部的結(jié)構(gòu)的方框圖。該控制部包含開關(guān)模式輸出部310、PWM (pulse width modulation)波形輸出部320、升降壓判斷部330、以及運(yùn)算部340。向運(yùn)算部340輸入直流電壓V2的電壓指令值V2*和直流電壓V2，運(yùn)算部340輸出電感平均電流指令值ILdc*。向升降壓判斷部330輸入電感平均電流指令值ILdc*，升降壓判斷部330輸出升降壓信號(hào)W。向開關(guān)模式輸出部310輸入升降壓信號(hào)UD、直流電壓W，V2,開關(guān)模式輸出部310輸出開關(guān)模式信號(hào)SM。向PWM波形輸出部320輸入開關(guān)模式信號(hào)SM、電感平均電流指令值ILdc*，PWM波形輸出部320輸出柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b。柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b經(jīng)由柵極驅(qū)動(dòng)電路，與各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件連接。半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Sib, S2a，S2b分別在柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b為高(high)電平信號(hào)時(shí)導(dǎo)通(on)，而在柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b為低(low)電平信號(hào)時(shí)斷開(off)。 在運(yùn)算部340中，計(jì)算電壓指令值V2*與電壓V2之差，執(zhí)行比例積分運(yùn)算，將該結(jié)果作為電感平均電流指令值ILdc*輸出。輸出電感平均電流指令值ILdc*，對(duì)直流電壓V2進(jìn)行反饋控制，以使得直流電壓V2跟隨電壓指令值V2*。在升降壓判斷部330中，電感平均電流指令值ILdc*為正時(shí)，判斷為升壓動(dòng)作，作為升降壓信號(hào)UD =升壓信號(hào)進(jìn)行輸出。而電感平均電流指令值ILdc*為負(fù)時(shí)，判斷為降壓動(dòng)作，作為升降壓信號(hào)UD =降壓信號(hào)進(jìn)行輸出。在開關(guān)模式選擇部310中，選擇開關(guān)模式，輸出開關(guān)模式信號(hào)SM。在執(zhí)行升壓動(dòng)作且電壓比V2/V0大于2時(shí)，選擇開關(guān)模式[I]，作為開關(guān)模式信號(hào)SM=開關(guān)模式[I]進(jìn)行輸出。在執(zhí)行升壓動(dòng)作且電壓比V2/V0小于2時(shí)，選擇開關(guān)模式，作為開關(guān)模式信號(hào)SM =開關(guān)模式[2]進(jìn)行輸出。在執(zhí)行降壓動(dòng)作且電壓比V2/V0大于2時(shí)，選擇開關(guān)模式[3]，作為開關(guān)模式信號(hào)SM=開關(guān)模式[3]進(jìn)行輸出。在執(zhí)行降壓動(dòng)作且電壓比V2/V0小于2時(shí)，選擇開關(guān)模式，作為開關(guān)模式信號(hào)SM=開關(guān)模式[4]進(jìn)行輸出。另外，無(wú)論何種動(dòng)作模式，電壓比V2/VO均為I以上。在PWM波形輸出部320中，基于開關(guān)模式與電感平均電流指令值ILdc*的值，輸出柵極信號(hào) Gla，Glb，G2a，G2b。在為開關(guān)模式[I]時(shí)，輸出半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比為50%以上、半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比為0%的柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b。
在為開關(guān)模式[2]時(shí)，輸出半導(dǎo)體開關(guān)元件Sal，Sa2的導(dǎo)通占空比為50%以下、半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比為0%的柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b。在為開關(guān)模式[3]時(shí),輸出半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sla, S2a的導(dǎo)通占空比為0%、半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比為50%以下的柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b。在為開關(guān)模式[4]時(shí),輸出半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sla, S2a的導(dǎo)通占空比為0%、半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比為50%以上的柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b。接著說(shuō)明將直流電壓轉(zhuǎn)換為升壓或者降壓后的直流電壓的動(dòng)作。在穩(wěn)定狀態(tài)下，平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cl的電壓Vcl的平均電壓是直流電壓V2的1/2，即V2/2。由于直流電壓V2對(duì)平滑電容C2進(jìn)行充電，因此各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b的施加電壓近似為V2/2。此外，如所述非專利文獻(xiàn)I的記載，由于施加到電感L上的紋波電壓變小，并且施加到電感L上的紋波電壓的頻率為開關(guān)頻率的2倍，因此可以使用小型的電感L。·此外，柵極信號(hào)G2a, G2b是相對(duì)于柵極信號(hào)Gla, Glb,相位延遲180°的信號(hào)。圖4A、圖4B是實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10將直流電壓VO升壓為大于2倍的直流電壓V2 (電壓比V2/V0大于2，功率傳輸方向?yàn)閂O — V2)的動(dòng)作，開關(guān)模式[I]時(shí)的波形圖。圖4A表示在從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較大的情況(高負(fù)載)下的升壓動(dòng)作、以及電感電流持續(xù)流過(guò)的電流連續(xù)動(dòng)作。而圖4B表示在從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較小的情況(低負(fù)載)下的升壓動(dòng)作、以及存在未流過(guò)電感電流的期間的電流不連續(xù)動(dòng)作。圖5A、圖5B是實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10將直流電壓VO升壓為小于2倍的直流電壓V2 (電壓比V2/V0小于2，功率傳輸方向?yàn)閂O — V2)的動(dòng)作，開關(guān)模式[2]時(shí)的波形圖。圖5A表示在從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較大的情況(高負(fù)載)下的升壓動(dòng)作、以及電感電流持續(xù)流過(guò)的電流連續(xù)動(dòng)作。而圖5B表示在從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較小的情況(低負(fù)載)下的升壓動(dòng)作、以及存在未流過(guò)電感電流的期間的電流不連續(xù)動(dòng)作。圖6A、圖6B是實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10將直流電壓V2降壓為小于1/2倍的直流電壓VO (電壓比V2/V0大于2，功率傳輸方向?yàn)閂2 — V0)的動(dòng)作，開關(guān)模式時(shí)的波形圖。圖6A表示在從直流電壓V2降壓到直流電壓VO的功率較大的情況(高負(fù)載)下的降壓動(dòng)作、以及電感電流持續(xù)流過(guò)的電流連續(xù)動(dòng)作。而圖6B表示在從直流電壓V2降壓到直流電壓VO的功率較小的情況(低負(fù)載)下的降壓動(dòng)作、以及存在未流過(guò)電感電流的期間的電流不連續(xù)動(dòng)作。圖7A、圖7B是實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10將直流電壓V2降壓為大于1/2倍的直流電壓VO (電壓比V2/V0小于2，功率傳輸方向?yàn)閂2 — V0)的動(dòng)作，開關(guān)模式時(shí)的波形圖。圖7A表示在從直流電壓V2降壓到直流電壓VO的功率較大的情況(高負(fù)載)下的降壓動(dòng)作、以及電感電流持續(xù)流過(guò)的電流連續(xù)動(dòng)作。
而圖7B表示在從直流電壓V2降壓到直流電壓VO的功率較小的情況(低負(fù)載)下的降壓動(dòng)作、以及存在未流過(guò)電感電流的期間的電流不連續(xù)動(dòng)作。在圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A、圖7B中，(a)表示三角波信號(hào)Scl,Sc2與占空比信號(hào)Sda (或者1-Sdb), (b)表示柵極信號(hào)Gla, Gib, G2a，G2b，(c)表示電感L的電壓，(d)表示電感L的電流。另外，圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A、圖7B的橫軸是共用的時(shí)間軸。開關(guān)周期Ts沿著時(shí)間軸與三角波信號(hào)Scl, Sc2 一起在圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A、圖7B的(a)圖中示出。此處是將三角波信號(hào)Scl的值為O. O的相鄰兩點(diǎn)之間作為一個(gè)周期的示例。區(qū)間I 9沿著時(shí)間軸與柵極信號(hào)Gla，Gib, G2a，G2b 一起在圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A、圖7B的(b)圖中示出。電感L的電壓在圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A、圖7B的(c)圖中以
實(shí)線表示。電感L的電流在圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A、圖7B的(d)圖中以
實(shí)線表示，并且其平均電流Ildc以虛線表示。在PWM波形輸出部320的內(nèi)部，將三角波信號(hào)Scl，Sc2與占空比信號(hào)Sda進(jìn)行比較，輸出柵極信號(hào)Gla，G2a。而將三角波信號(hào)Scl，Sc2與占空比信號(hào)Sdb進(jìn)行比較，輸出柵極信號(hào)Glb，G2b。 三角波信號(hào)Scl，Sc2的周期為Ts，三角波信號(hào)Sc2的相位相對(duì)于三角波信號(hào)Scl落后180°。此外，三角波信號(hào)5(1，3(32是振幅為1.0的三角波信號(hào)。另外，三角波信號(hào)Scl, Sc2中，相當(dāng)于該三角波波谷的信號(hào)電平大小為O. 0，而相當(dāng)于該三角波波峰的信號(hào)電平大小為I. O。當(dāng)占空比信號(hào)Sda大于三角波信號(hào)Scl時(shí)，柵極信號(hào)Gla為高電平信號(hào)，當(dāng)占空比信號(hào)Sda小于三角波信號(hào)Scl時(shí),柵極信號(hào)Gla為低電平信號(hào)。當(dāng)占空比信號(hào)Sda大于三角波信號(hào)Sc2時(shí),柵極信號(hào)G2a為高電平信號(hào)，當(dāng)占空比信號(hào)Sda小于三角波信號(hào)Sc2時(shí)，柵極信號(hào)G2a為低電平信號(hào)。而作為占空比信號(hào)Sdb,當(dāng)(I-Sdb)小于三角波信號(hào)Scl時(shí),柵極信號(hào)Glb為高電平信號(hào)，當(dāng)(I-Sdb)大于三角波信號(hào)Scl時(shí),柵極信號(hào)Glb為低電平信號(hào)。當(dāng)(I-Sdb )小于三角波信號(hào)Sc2時(shí),柵極信號(hào)G2b為高電平信號(hào)，當(dāng)(I-Sdb)大于三角波信號(hào)Sc2時(shí),柵極信號(hào)G2b為低電平信號(hào)。此外，各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb，S2a，S2b的開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間Tla，Tlb，T2a，T2b如下式所示Tla=SdaX Ts ......(式 I)Tlb=SdbXTs ......(式 2)T2a=SdaXTs ......(式 3)T2b=SdbXTs ......(式 4)將柵極信號(hào)Gla為高電平信號(hào)，柵極信號(hào)Glb為低電平信號(hào)，柵極信號(hào)G2a為高電平信號(hào)，柵極信號(hào)G2b為低電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間I進(jìn)行說(shuō)明。此外，將Gla為聞電平彳目號(hào)，Glb為低電平彳目號(hào)，G2a為低電平彳目號(hào)，G2b為聞電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間2。將Gla為低電平信號(hào),Glb為高電平信號(hào)，G2a為高電平信號(hào)，G2b為低電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間3。將Gla為低電平信號(hào),Glb為高電平信號(hào)，G2a為低電平信號(hào)，G2b為高電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間4。將Gla為高電平信號(hào),Glb為低電平信號(hào)，G2a為低電平信號(hào)，G2b為低電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間5。將Gla為低電平信號(hào),Glb為低電平信號(hào)，G2a為高電平信號(hào)，G2b為低電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間6。
將Gla為低電平信號(hào),Glb為高電平信號(hào)，G2a為低電平信號(hào)，G2b為低電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間7。將Gla為低電平信號(hào),Glb為低電平信號(hào)，G2a為低電平信號(hào)，G2b為高電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間8。將Gla為低電平信號(hào),Glb為低電平信號(hào)，G2a為低電平信號(hào)，G2b為低電平信號(hào)的區(qū)間作為區(qū)間9。歸納上述內(nèi)容在表I中示出。表I
區(qū)間I區(qū)間2區(qū)間3區(qū)間4區(qū)間5區(qū)間6區(qū)間7區(qū)間8區(qū)間9G2b~Lo Hi Lo Hi Lo Lo Lo Hi LoG2a~Hi Lo Hi Lo Lo Hi Lo Lo LoGlb~Lo Lo Hi Hi Lo Lo Hi Lo LoGla~Hi Hi Lo Lo Hi Lo Lo Lo LoLo:低電平信號(hào)Hi :高電平信號(hào)然后說(shuō)明各個(gè)開關(guān)模式的動(dòng)作。對(duì)于采用開關(guān)模式[I]、將直流電壓VO升壓到大于2倍的直流電壓V2(電壓比V2/VO大于2，功率傳輸方向?yàn)閂O — V2)的動(dòng)作，由圖4A、圖4B進(jìn)行說(shuō)明。如圖4A、圖4B所示，處于開關(guān)模式[I]時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sla, S2a的導(dǎo)通占空比大于50% (Sda>50%),半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比為0% (Sdb=0%),由區(qū)間I、區(qū)間5、區(qū)間6構(gòu)成一個(gè)周期，不存在其他區(qū)間。此外，一個(gè)開關(guān)周期中的區(qū)間I、區(qū)間5、區(qū)間6的時(shí)間Ts I、Ts5、Ts6分別如下式所示。且區(qū)間I在一個(gè)周期內(nèi)有2次，而Tsl設(shè)為每一次的時(shí)間。Ts5= (I-Sda) XTs ......(式 5)Ts6= (I-Sda) XTs ......(式 6)Tsl= (Ts-Ts5-Ts6) /2= (Sda-0. 5) Ts ......(式 7)
首先，關(guān)于從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較大的情況(高負(fù)載)下的升壓動(dòng)作，參照?qǐng)D4A進(jìn)行以下說(shuō)明。在高負(fù)載的情況下，電感中持續(xù)流過(guò)正方向的電流。在區(qū)間I中，柵極信號(hào)Gla,G2a為高電平信號(hào),半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sla, S2a處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以如下所示的路徑流過(guò)，電壓VO施加于電感L。且為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，假設(shè)半導(dǎo)體開關(guān)元件、電容等的電壓降為零。電容CO —電感L —半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的IGBT在區(qū)間6中，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以下述的路徑流過(guò)，電 壓(V0-V2/2)施加于電感L。電容CO—電感L—半導(dǎo)體開關(guān)元件S Ib的二極管一電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a 的 IGBT在區(qū)間5中，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以下述路徑流過(guò)，電壓(V0-V2/2)施加于電感L。電容CO —電感L —半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT —電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的二極管一電容C2然后，說(shuō)明占空比信號(hào)Sda與輸入輸出直流電壓V0，V2的關(guān)系。若忽略因電感L的阻抗分量引起的電壓降，則在穩(wěn)定狀態(tài)下，電感L兩端之間在一個(gè)開關(guān)周期的平均電壓為零，且成為如下關(guān)系，若進(jìn)行整理則成為式8。0=((V0-V2/2) X (Ts5+Ts6)+VOX (2XTsl))/TsVO= (I-Sda) XV2......(式 8)由式8表明，在高負(fù)載下，通過(guò)控制占空比信號(hào)Sda，從而能夠控制輸入輸出直流電壓W，V2的電壓比。然后，對(duì)于從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較小的情況(低負(fù)載)下的升壓動(dòng)作，參照?qǐng)D4B進(jìn)行以下說(shuō)明。按照時(shí)間序列，以區(qū)間I、區(qū)間6、區(qū)間I、區(qū)間5的順序說(shuō)明一個(gè)周期的動(dòng)作。在低負(fù)載的情況下，存在流經(jīng)電感L的電流持續(xù)為零的期間。在區(qū)間I中，柵極信號(hào)Gla,G2a為高電平信號(hào),半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sla, S2a處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電壓施加于電感L，電流開始以如下所示的路徑流過(guò)電容CO —電感L —半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的IGBT直流電壓VO施加于電感L，電流從零開始增加。在區(qū)間6中，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此最初電流以下述路徑流過(guò)電容CO —電感L —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的二極管一電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a 的 IGBT此時(shí)電感L的施加電壓為負(fù)的電壓(V0-V2/2)，電感電流減小。隨著電感電流減小，在區(qū)間6的中途電流成為零，而在區(qū)間6的之后剩余的期間，電流為零。在區(qū)間I中，電流流動(dòng)與上述的區(qū)間I相同。在區(qū)間5中，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此最初電流以下述路徑流過(guò)。電容CO—電感L—半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT—電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的二極管一電容C2
此時(shí)，電感L的施加電壓為負(fù)的電壓(V0-V2/2)，電感電流減小。隨著電感電流減小，在區(qū)間5的中途電流成為零，而在區(qū)間5的之后剩余的期間，電流為零。這樣，電感L的電流在區(qū)間6、區(qū)間5的中途成為零，即執(zhí)行電流不連續(xù)動(dòng)作，減少了電感L、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b、以及電容Cl的損耗。然后，說(shuō)明占空比信號(hào)Sda與輸入輸出直流電壓V0，V2的關(guān)系。首先說(shuō)明關(guān)于電感L的平均電流Ildc。在區(qū)間I中，電壓VO施加在電感上。若使用電感的電感值L，則電感最大電流Ilmax如以下式9所示Ilmax=VO X Ts 1/L=V0 (Sda-0. 5)Ts/L ......(式 9)此外，在區(qū)間6中，將電感中有電流流過(guò)的區(qū)間作為區(qū)間61。
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設(shè)區(qū)間61的時(shí)間為Ts61。在區(qū)間61中，電壓(V0-V2/2)施加于電感上，電感的電流成為零，因此Ts61如以下式10所示Ts6I=L X IImax/(V2/2-V0) = (VO/ (V2/2-V0)) X (Sda-0. 5) Ts......(式 10)此外，在區(qū)間5中，將電感中有電流流過(guò)的區(qū)間作為區(qū)間51。設(shè)區(qū)間51的時(shí)間為Ts51，則同樣地如以下式11所示Ts51 = (VO/ (V2/2-V0)) X (Sda-0. 5) Ts ......(式 11)然后，電感的一個(gè)周期內(nèi)的平均電流即電感平均電流Ildc如以下式12所示Ildc=O. 5X IlmaxX ((Tsl+Ts51) + (Tsl+Ts61))/Ts=0. 5 X (V0XV2/(V2/2-V0)) X (Sda-0. 5)2Ts/L ......(式 12)此外，從直流電壓VO升壓到經(jīng)過(guò)升壓的直流電壓V2的功率P可由以下的式13表示，通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比(占空比信號(hào)Sda)，從而能夠調(diào)節(jié)功率P。P=VOXIldc=0. 5 X (V02XV2/(V2/2-V0)) X (Sda-0. 5)2Ts/L ......(式 13)當(dāng)進(jìn)行升壓的功率P大于逆變器INV所消耗的功率時(shí)，其功率之差對(duì)電容C2進(jìn)行充電，直流電壓V2上升。反之，當(dāng)進(jìn)行升壓的功率P小于逆變器INV所消耗的功率時(shí)，電容C2進(jìn)行放電，直流電壓V2下降。即使在低負(fù)載的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比(占空比信號(hào)Sda)，也能夠控制功率P，從而能夠控制直流電壓W，V2的電壓比。由此，在將直流電壓VO升壓到大于2倍的直流電壓V2(電壓比V2/V0大于2，功率傳輸方向?yàn)閂O — V2)的動(dòng)作中，通過(guò)采用半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比大于50%(Sda>50%)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比為0% (Sdb=0%)的開關(guān)模式[1]，從而能夠控制直流電壓VO，V2的電壓比。此外，即使使用電感值較小的電感，也在低負(fù)載時(shí)，進(jìn)行電感電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作，減少了電感L、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b、以及電容Cl的損耗。對(duì)于采用開關(guān)模式[2]、將直流電壓VO升壓到小于2倍的直流電壓V2(電壓比V2/VO小于2，功率傳輸方向?yàn)閂O — V2)的動(dòng)作，由圖5A、圖5B進(jìn)行說(shuō)明。如圖5A、圖5B所不,處于開關(guān)模式[2]時(shí),半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sla, S2a的導(dǎo)通占空比小于50% (Sda〈50%)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比為0% (Sdb=0%),由區(qū)間9、區(qū)間5、區(qū)間6構(gòu)成一個(gè)周期，不存在其他區(qū)間。此外，一個(gè)開關(guān)周期中的區(qū)間9、區(qū)間5、區(qū)間6的時(shí)間Ts9、Ts5、Ts6分別如下式所示。且區(qū)間9在一個(gè)周期內(nèi)有2次，Ts9設(shè)為每一次的時(shí)間。Ts5=SdaXTs......(式 14)Ts6=SdaXTs......(式 15)Ts9= (Ts-Ts5-Ts6) /2= (O. 5_Sda) Ts ......(式 16)首先，對(duì)于從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較大的情況(高負(fù)載)下的升 壓動(dòng)作，參照?qǐng)D5A進(jìn)行以下說(shuō)明。在高負(fù)載的情況下，電感中持續(xù)流過(guò)正方向的電流。在區(qū)間5中，柵極信號(hào)Gla為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以如下所示的路徑流過(guò)，電壓(V0-V2/2)施加于電感L。電容CO—電感L—半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT—電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的二極管一電容C2在區(qū)間9中，所有半導(dǎo)體開關(guān)元件處于斷開狀態(tài)，因此電流以下述路徑流過(guò)，電壓(V0-V2)施加于電感L。電容CO —電感L —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的二極管一半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的二極管一電容C2在區(qū)間6中，柵極信號(hào)G2a為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電壓施加于電感L，電流以如下所示的路徑流過(guò)，電壓(V0-V2/2)施加于電感L。電容CO —電感L —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的二極管一電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a 的 IGBT此外,說(shuō)明占空比信號(hào)Sda與輸入輸出直流電壓VO, V2的關(guān)系。在穩(wěn)定狀態(tài)下，電感L的兩端之間在一個(gè)開關(guān)周期的平均電壓為零，如以下式17所示0=((V0-V2/2)X (Ts5+Ts6) + (V0-V2)X (2XTs9))/TsVO=(I-Sda) XV2......(式 17)由此,在高負(fù)載下，通過(guò)控制占空比信號(hào)Sda,從而能夠控制輸入輸出直流電壓VO, V2的電壓比。然后，對(duì)于從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較小的情況(低負(fù)載)下的升壓動(dòng)作，參照?qǐng)D5B進(jìn)行以下說(shuō)明。按照時(shí)間序列，以區(qū)間5、區(qū)間9、區(qū)間6、區(qū)間9的順序說(shuō)明一個(gè)周期的動(dòng)作。在低負(fù)載的情況下，存在流經(jīng)電感L的電流持續(xù)為O的期間。在區(qū)間5中，柵極信號(hào)Gla為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電壓施加于電感L，電流開始以如下所示的路徑流過(guò)。電容CO —電感L —半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT —電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的二極管一電容C2電壓(V0-V2/2)施加于電感L，電流從零開始增加。在區(qū)間9中，所有半導(dǎo)體開關(guān)元件處于斷開狀態(tài)，因此最初電流以下述路徑流過(guò)。電容CO —電感L —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的二極管一半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的二極管一電容C2
此時(shí)電感L的施加電壓為負(fù)的電壓(V0-V2)，電感電流減小。隨著電感電流減小，在區(qū)間9的中途電流成為零，而在區(qū)間9的之后剩余的期間，電流為零。在區(qū)間6中，同樣地，柵極信號(hào)G2a為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電壓施加于電感L，電流開始以如下所示的路徑流過(guò)。電容CO —電感L—半導(dǎo)體開關(guān)元件S Ib的二極管一電容C I —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a 的 IGBT電壓(V0-V2/2)施加于電感L，電流從零開始增加。在區(qū)間9中，電流流動(dòng)與上述對(duì)區(qū)間9的說(shuō)明相同。由此，電感L的電流在區(qū)間9的中途成為零，即執(zhí)行電流不連續(xù)動(dòng)作，由于存在電
流為零的期間，因此減小了電感L、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b、以及電容Cl的損耗。此外，說(shuō)明占空比信號(hào)Sda與輸入輸出直流電壓V0，V2的關(guān)系。首先說(shuō)明關(guān)于電感L的平均電流Ildc。在區(qū)間5、6中，電壓(V0-V2/2)施加在電感上。若使用電感的電感值L，則電感最大電流Ilmax如以下式18所示I Imax= (V0-V2/2) X Ts5/L= (V0-V2/2) X Sda X Ts/L ......(式 18)此外，在區(qū)間9中，將電感中有電流流過(guò)的區(qū)間設(shè)為區(qū)間91。設(shè)區(qū)間91的時(shí)間為Ts91。在區(qū)間91中，電壓(V0-V2)施加于電感上，電感的電流成為零，因此Ts91如以下式19所示Ts9I=LX IImax/(V2-V0)= ((V0-V2/2)/(V2-V0)) XSdaXTs......(式 19)然后，電感的一個(gè)周期內(nèi)的平均電流即電感平均電流Ildc如以下式20所示Ildc=O. 5X IlmaxX ((Ts5+Ts91) + (Ts6+Ts91))/Ts=0. 5 X (V2 (V0-V2/2) / (V2-V0)) X Sda2 X Ts/L......(式 20)此外，從直流電壓VO升壓到經(jīng)過(guò)升壓的直流電壓V2的功率P可由以下的式21表示，通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比(占空比信號(hào)Sda)，從而能夠調(diào)節(jié)功率P。P=VOXIldc=0. 5 X (VO X V2 (V0-V2/2) / (V2-V0)) X Sda2 X Ts/L ......(式 21)即使在低負(fù)載的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比(占空比信號(hào)Sda)，也能夠控制功率P，從而能夠控制直流電壓V0，V2的電壓比。由此，在將直流電壓VO升壓到小于2倍的直流電壓V2(電壓比V2/V0小于2，功率傳輸方向?yàn)閂O — V2)的動(dòng)作中，通過(guò)采用半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比小于50%(Sda〈50%)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比為0% (Sdb=0%)的開關(guān)模式[2]，從而能夠控制直流電壓VO，V2的電壓比。此外，即使使用電感值較小的電感，也在低負(fù)載時(shí)，進(jìn)行電感電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作，減少了電感L、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b、電容Cl的損耗。對(duì)于采用開關(guān)模式[3]、將直流電壓V2降壓到小于1/2倍的直流電壓VO (電壓比V2/V0大于2，功率傳輸方向?yàn)閂2 — V0)的動(dòng)作，由圖6A、圖6B進(jìn)行說(shuō)明。如圖6A、圖6B所示，處于開關(guān)模式[3]時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比小于50% (Sdb〈50%)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比為0% (Sda=0%),由區(qū)間8、區(qū)間9、區(qū)間7構(gòu)成一個(gè)周期，不存在其他區(qū)間。此外，一個(gè)開關(guān)周期中的區(qū)間8、區(qū)間9、區(qū)間7的時(shí)間Ts8、Ts9、Ts7分別如下式所示。且區(qū)間9在一個(gè)周期內(nèi)有2次，Ts9設(shè)為每一次的時(shí)間。Ts8=SdbXTs......(式 22)Ts7=SdbXTs......(式 23)Ts9= (Ts-Ts7-Ts8) /2= (O. 5_Sdb) Ts ......(式 24)首先，對(duì)于從直流電壓V2降壓到直流電壓VO的功率較大的情況(高負(fù)載)下的降 壓動(dòng)作，參照?qǐng)D6A，進(jìn)行以下說(shuō)明。在高負(fù)載的情況下，電感中持續(xù)流過(guò)負(fù)方向的電流。在區(qū)間8中，柵極信號(hào)G2b為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以如下所示的路徑流過(guò)，電壓(V0-V2/2)施加于電感L。電容C2 —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT —電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的二極管一電感L—電容CO在區(qū)間9中，所有半導(dǎo)體開關(guān)元件處于斷開狀態(tài)，因此電流以下述路徑流過(guò)，電壓(V0-V2)施加于電感L。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的二極管一半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的二極管一電感L —電容CO在區(qū)間7中，柵極信號(hào)Glb為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以下述路徑流過(guò)，電壓(V0-V2/2)施加于電感L。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的二極管一電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT —電感L —電容CO此外,說(shuō)明占空比信號(hào)Sdb與輸入輸出直流電壓VO, V2的關(guān)系。在穩(wěn)定狀態(tài)下，電感L的兩端之間在一個(gè)開關(guān)周期的平均電壓為零，具有如下關(guān)系0= ((V0-V2/2) X (Ts8+Ts7) +VO X (2 X Ts9)) /TsVO=Sdb X V2......(式 25)由此,在高負(fù)載下，通過(guò)控制占空比信號(hào)Sdb,從而能夠控制輸入輸出直流電壓VO, V2的電壓比。然后，對(duì)于從直流電壓V2降壓到直流電壓VO的功率較小的情況(低負(fù)載)下的降壓動(dòng)作，參照?qǐng)D6B進(jìn)行以下說(shuō)明。按照時(shí)間序列，以區(qū)間8、區(qū)間9、區(qū)間7、區(qū)間9的順序說(shuō)明一個(gè)周期的動(dòng)作。在低負(fù)載的情況下，存在流經(jīng)電感L的電流持續(xù)為零的期間。在區(qū)間8中，柵極信號(hào)G2b為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電壓施加于電感L，電流開始以如下所示的路徑流過(guò)。電容C2 —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT —電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的二極管一電感L—電容CO負(fù)的電壓(V0-V2/2)施加于電感L，電流向負(fù)方向增加。在區(qū)間9中，所有半導(dǎo)體開關(guān)元件處于斷開狀態(tài)，因此最初電流以下述路徑流過(guò)。
半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的二極管一半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的二極管一電感L —電容CO此時(shí)電感L的施加電壓為正的電壓V0，負(fù)方向上流動(dòng)的電感電流減小。隨著電感電流減小，在區(qū)間9的中途電流成為零，而在區(qū)間9的之后剩余的期間，電流為零。在區(qū)間7中，同樣地，柵極信號(hào)Glb為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電壓施加于電感L，電流開始以如下所示的路徑流過(guò)。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的二極管一電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT —電感L —電容CO電壓(V0-V2/2)施加于電感L，電流向負(fù)方向增加。在區(qū)間9中，電流流動(dòng)與上述的區(qū)間9相同。這樣，電感L的電流在區(qū)間9中的中途成為零，執(zhí)行電流不連續(xù)動(dòng)作，減少了電感L、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b、以及電容Cl的損耗?！?br> 此外，說(shuō)明占空比信號(hào)Sdb與輸入輸出直流電壓V0，V2的關(guān)系。首先說(shuō)明關(guān)于電感L的平均電流Ildc。在區(qū)間8，7中，電壓(V0-V2/2)施加在電感上。若使用電感的電感值L，則電感最小電流Ilmin如以下式26所示 I Imin= (V0-V2/2) X Ts8/L=_ (V2/2-V0) X Sdb X Ts/L ......(式 26)在區(qū)間9中，將電感中有電流流過(guò)的區(qū)間設(shè)為區(qū)間91。設(shè)區(qū)間91的時(shí)間為Ts91。在區(qū)間91中，電壓VO施加于電感上，電感的電流成為零，因此Ts91由以下式27表示Ts91=-LXIlmin/V0= ((V2/2-V0) /VO) XSdb XTs......(式 27)然后，電感的一個(gè)周期內(nèi)的平均電流即電感平均電流Ildc如以下式28所示Ildc=O. 5X IlminX ((Ts8+Ts91) + (Ts7+Ts91))/Ts=-0· 5 X (V2 (V2/2-V0) /VO) X Sdb2 X Ts/L......(式 28)此外，從直流電壓V2降壓到經(jīng)過(guò)降壓的直流電壓VO的功率P可由以下的式29表示，通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比(占空比信號(hào)Sdb)，從而能夠調(diào)節(jié)功率P。另外，功率P以降壓方向?yàn)檎?。P=-VOXIldc=0. 5 X V2 (V2/2-V0) X Sdb2 X Ts/L......(式 29)即使在低負(fù)載的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)Slb，S2b的導(dǎo)通占空比(占空比信號(hào)Sdb)，也能夠控制功率P，從而能夠控制直流電壓V0，V2的電壓比。由此，在將直流電壓V2降壓到小于1/2倍的直流電壓VO (電壓比V2/V0大于2，功率傳輸方向?yàn)閂2 — V0)的動(dòng)作中，通過(guò)采用半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比小于50% (Sdb〈50%)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比為0% (Sda=0%)的開關(guān)模式[3]，從而能夠控制直流電壓VO，V2的電壓比。此外，即使使用電感值較小的電感，也在低負(fù)載時(shí)，進(jìn)行電感電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作，減少了電感L、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b、以及電容Cl的損耗。對(duì)于采用開關(guān)模式[4]、將直流電壓V2降壓到大于1/2倍的直流電壓VO (電壓比V2/V0小于2，功率傳輸方向?yàn)閂2 — V0)的動(dòng)作，由圖7A、圖7B進(jìn)行說(shuō)明。如圖7A、圖7B所不，處于開關(guān)模式[4]時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)兀件Slb, S2b的導(dǎo)通占空比大于50% (Sdb>50%),半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比為0% (Sda=0%),由區(qū)間8、區(qū)間7、區(qū)間4構(gòu)成一個(gè)周期，不存在其他區(qū)間。此外，一個(gè)開關(guān)周期中的區(qū)間8、區(qū)間7、區(qū)間4的時(shí)間Ts8、Ts7、Ts4分別如下式所示。且區(qū)間4在一個(gè)周期內(nèi)有2次，Ts4設(shè)為每一次的時(shí)間。Ts8= (I-Sdb) XTs......(式 30)Ts7= (I-Sdb) XTs......(式 31)Ts4= (Ts-Ts8-Ts7) /2= (Sdb-0. 5) Ts ......(式 32)首先，對(duì)于從直流電壓V2降壓到直流電壓VO的功率較大的情況(高負(fù)載)下的降壓動(dòng)作，參照?qǐng)D7A，進(jìn)行以下說(shuō)明。在高負(fù)載的情況下，電感中持續(xù)流過(guò)負(fù)方向的電流。 在區(qū)間4中，柵極信號(hào)Gib, G2b為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)兀件Slb, S2b處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以下述路徑流過(guò)，電壓(V0-V2)施加于電感L。電容C2 —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT —電感L —電容CO在區(qū)間7中，柵極信號(hào)Glb為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以下述路徑流過(guò)，電壓(V0-V2/2)施加于電感L。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的二極管一電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT —電感L —電容CO在區(qū)間8中，柵極信號(hào)G2b為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電流以下述路徑流過(guò)，電壓(V0-V2/2)施加于電感L。電容C2 —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT —電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的二極管一電感L—電容CO此外，說(shuō)明占空比信號(hào)Sdb與輸入輸出直流電壓V0，V2的關(guān)系。在穩(wěn)定狀態(tài)下，電感L的兩端之間在一個(gè)開關(guān)周期的平均電壓為零，具有如下關(guān)系0=((V0-V2/2)X (Ts8+Ts7) + (V0-V2)X (2XTs4))/TsVO=Sdb X V2......(式 33)由此,在高負(fù)載下，通過(guò)控制占空比信號(hào)Sdb,從而能夠控制輸入輸出直流電壓VO, V2的電壓比。然后，關(guān)于從直流電壓V2降壓到直流電壓VO的功率較小的情況(低負(fù)載)下的降壓動(dòng)作，參照?qǐng)D7B進(jìn)行以下說(shuō)明。按照時(shí)間序列，以區(qū)間4、區(qū)間7、區(qū)間4、區(qū)間8的順序說(shuō)明一個(gè)周期的動(dòng)作。在低負(fù)載的情況下，存在流經(jīng)電感L的電流持續(xù)為零的期間。在區(qū)間4中，柵極信號(hào)Gib, G2b為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)兀件Slb, S2b處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此電壓施加于電感L，電流開始以如下所示的路徑流過(guò)。電容C2 —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT —電感L —電容CO負(fù)的電壓(V0-V2)施加于電感L，電流向負(fù)方向增加。在區(qū)間7中，柵極信號(hào)Glb為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此最初電流以下述路徑流過(guò)。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的二極管一電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT —電感L —電容CO此時(shí)電感L的施加電壓為正的電壓(V0-V2/2)，負(fù)方向上流動(dòng)的電感電流減小。隨著電感電流減小，在區(qū)間7的中途電流成為零，而在區(qū)間7的之后剩余的期間，電流為零。在區(qū)間4中，電流流動(dòng)與上述的區(qū)間4相同。
在區(qū)間8中，柵極信號(hào)G2b為高電平信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此最初電流以下述路徑流過(guò)。電容C2 —半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT —電容Cl —半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的二極管一電感L—電容CO此時(shí)電感L的施加電壓為正的電壓(V0-V2/2)，負(fù)方向上流動(dòng)的電感電流減小。隨著電感電流減小，在區(qū)間8的中途電流成為零，而在區(qū)間8的之后剩余的期間，電流為零。這樣，電感L的電流在區(qū)間7、區(qū)間8的中途成為零，執(zhí)行電流不連續(xù)動(dòng)作，減少了電感L、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b、以及電容Cl的損耗。此外，說(shuō)明占空比信號(hào)Sdb與輸入輸出直流電壓V0，V2的關(guān)系。首先說(shuō)明關(guān)于電感L的平均電流Ildc。在區(qū)間4中，電壓(V0-V2)施加于電感L上，電感最小電流Ilmin由以下式34表示I Imin= (V0-V2) X Ts4/L=_ (V2-V0) X (Sdb-0. 5) X Ts/L ......(式 34)此外，在區(qū)間7、區(qū)間8中，將電感中有電流流過(guò)的區(qū)間設(shè)為區(qū)間71、區(qū)間81。設(shè)區(qū)間71、區(qū)間81的時(shí)間為Ts71、Ts81。在區(qū)間71、區(qū)間81中，電壓(V0-V2/2)施加于電感上，電感的電流成為零，因此Ts71，Ts81由以下式35表示Ts71 = Ts81 = -LXIlmin/(V0-V2/2) = ((V2-V0)/(V0-V2/2)) (Sdb-0. 5)Ts......(式 35)然后，電感的一個(gè)周期內(nèi)的平均電流即電感平均電流Ildc如以下式36所示Ildc=O. 5X IlminX ((Ts4+Ts71) + (Ts4+Ts81))/Ts=-0· 5 X (V2 (V2-V0) / (V0-V2/2)) X (Sdb-0. 5)2 X Ts/L ......(式 36)此外，從直流電壓V2降壓到經(jīng)過(guò)降壓的直流電壓VO的功率P可由以下的式37表示，通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)元件S lb, S2b的導(dǎo)通占空比(占空比信號(hào)Sdb)，從而能夠調(diào)節(jié)功率P。另外，功率P以降壓方向?yàn)檎=-VOXIldc=0. 5 X (VO X V2 (V2-V0) / (V0-V2/2)) X (Sdb-0. 5)2 X Ts/L ......(式 37)即使在低負(fù)載的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比(占空比信號(hào)Sdb)，也能夠控制功率P，從而能夠控制直流電壓V0，V2的電壓比。由此，在將直流電壓V2降壓到大于1/2倍的直流電壓VO (電壓比V2/V0小于2，功率傳輸方向?yàn)閂2 — V0)的動(dòng)作中，通過(guò)采用半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb，S2b的導(dǎo)通占空比大于50% (Sdb>50%)，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，S2a的導(dǎo)通占空比為0% (Sda=0%)的開關(guān)模式[4]，從而能夠控制直流電壓VO，V2的電壓比。此外，即使使用電感值較小的電感，也在低負(fù)載時(shí)，進(jìn)行電感電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作，減少了電感L、半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b、以及電容Cl的損耗。
接著，為了明確本發(fā)明的實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的作用效果，下面進(jìn)行與以往裝置的比較說(shuō)明。為了進(jìn)行比較，在以往的執(zhí)行互補(bǔ)開關(guān)動(dòng)作的情況下，關(guān)于將直流電壓VO升壓到大于2倍的直流電壓V2 (電壓比V2/V0大于2，功率傳輸方向?yàn)閂O — V2)的動(dòng)作，參照?qǐng)D8A、圖SB，進(jìn)行以下說(shuō)明。圖8A是從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較大的情況(高負(fù)載)下的升壓動(dòng)作的圖，而圖8B是從直流電壓VO升壓到直流電壓V2的功率較小的情況(低負(fù)載)下的升壓動(dòng)作的圖。在執(zhí)行以往的互補(bǔ)的開關(guān)動(dòng)作的情況下，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla與Slb執(zhí)行互補(bǔ)的開關(guān)動(dòng)作，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a與S2b執(zhí)行互補(bǔ)的開關(guān)動(dòng)作。如圖8A、圖SB所示，由區(qū)間 I、區(qū)間2、區(qū)間3構(gòu)成一個(gè)周期，不存在其他區(qū)間。在區(qū)間I中，電壓VO施加于電感上，在區(qū)間2、區(qū)間3中，電壓(V0-V2/2)施加于電感上，電感電流持續(xù)流過(guò)。如圖8A所示，在高負(fù)載的動(dòng)作中，本實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置與以往的示例中，電感L上流過(guò)的電流是相同的。但是如圖SB所示，以往的裝置中，在低負(fù)載的動(dòng)作中，電感L上流過(guò)一定的紋波電流。圖9是表示在將直流電壓VO升壓到大于2倍的直流電壓V2 (電壓比V2/V0大于2，功率傳輸方向?yàn)閂O — V2)的動(dòng)作中，本實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的功率轉(zhuǎn)換效率(虛線A)與以往例的功率轉(zhuǎn)換效率(實(shí)線B)的圖。如圖9所示，通過(guò)采用開關(guān)模式[1]，從而在進(jìn)行升壓的功率較小時(shí)，本實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置執(zhí)行在部分期間內(nèi)電感電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作，提高了功率轉(zhuǎn)換效率。其他的開關(guān)模式中也是同樣如此。如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，具有2個(gè)以上的開關(guān)單元，該開關(guān)單元分別由2個(gè)執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作的半導(dǎo)體開關(guān)元件Sa，Sb構(gòu)成，各個(gè)開關(guān)單元中的各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件全部串聯(lián)連接，還具有根據(jù)各個(gè)開關(guān)單元中的各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行充放電的用于能量轉(zhuǎn)移的電容、以及電感，該DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置還包括控制部，該控制部根據(jù)DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓之比以及DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的功率傳輸方向，使所述開關(guān)單元的半導(dǎo)體開關(guān)元件按照四種開關(guān)模式執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作，并在低負(fù)載時(shí)在開關(guān)動(dòng)作中執(zhí)行流過(guò)電感的電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作，因此，通過(guò)利用四種開關(guān)模式(開關(guān)模式[I] [4])執(zhí)行動(dòng)作，從而能夠容易地控制直流電壓V0，V2的電壓比。此外，即使采用電感值較小的小型電感，低負(fù)載時(shí)的電感的紋波電流也較小，能夠降低用于能量轉(zhuǎn)移的電容Cl、電感L、以及半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb, S2a，S2b的損耗，能夠提高低負(fù)載時(shí)的功率轉(zhuǎn)換效率。另外，四種開關(guān)模式(開關(guān)模式[I] [4])如下所述，DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的一側(cè)的直流電壓為VO，另一側(cè)的直流電壓為V2。開關(guān)模式[I]:該開關(guān)模式是在將直流電壓VO升壓為大于2倍的直流電壓V2時(shí)(電壓比V2/V0大于2,功率傳輸方向?yàn)閂O — V2時(shí)),將開關(guān)單兀中的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sa的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以上的開關(guān)模式。開關(guān)模式[2]
該開關(guān)模式是在將直流電壓VO升壓為小于2倍的直流電壓V2時(shí)(電壓比V2/V0小于2,功率傳輸方向?yàn)閂O — V2時(shí)),將開關(guān)單兀中的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sa的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以下的開關(guān)模式。開關(guān)模式[3]該開關(guān)模式是在將直流電壓V2降壓為小于1/2倍的直流電壓VO時(shí)(電壓比V2/V0大于2,功率傳輸方向?yàn)閂2 — VO時(shí)),將開關(guān)單兀中的另一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)兀件Sb的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以下的開關(guān)模式。開關(guān)模式[4]該開關(guān)模式是在將直流電壓V2降壓為大于1/2倍的直流電壓VO時(shí)(電壓比V2/V0小于2，功率傳輸方向?yàn)閂2 — VO時(shí))，將開關(guān)單元中的另一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Sb的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以上的開關(guān)模式。
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另外，在電壓比V2/V0為2的情況下，采用以往的互補(bǔ)開關(guān)的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置中，施加在電感L上的電壓也變小，電感L的紋波電流也變小。因此，也可再增加一種互補(bǔ)開關(guān)的開關(guān)模式，在電壓比V2/V0約為2左右的情況下，也可采用這種互補(bǔ)開關(guān)的開關(guān)模式。此外，本實(shí)施方式I中，使用IGBT和二極管作為半導(dǎo)體開關(guān)元件，但也可使用MOSFET和二極管等其他半導(dǎo)體開關(guān)元件。使用MOSFET的情況下，在電流流過(guò)二極管的期間中，若使MOSFET導(dǎo)通則進(jìn)行同步整流，可進(jìn)一步提高功率轉(zhuǎn)換效率。此外，通常較多地采用硅(Si)半導(dǎo)體作為半導(dǎo)體開關(guān)元件，但也可采用碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導(dǎo)體(wide gap)。通過(guò)使用碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體，從而能夠降低半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率轉(zhuǎn)換效率的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置。實(shí)施方式2圖10是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的主電路結(jié)構(gòu)的電路圖。該實(shí)施方式2中的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置40是雙方向的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，具有以下功能將電壓端子VL與電壓端子VN之間輸入的直流電壓VO轉(zhuǎn)換為經(jīng)過(guò)升壓的直流電壓V2，在電壓端子VH與電壓端子VN2之間輸出的升壓功能；以及將電壓端子VH與電壓端子VN2之間輸入的直流電壓V2轉(zhuǎn)換為經(jīng)過(guò)降壓的直流電壓V0，在電壓端子VL與電壓端子VN之間輸出的降壓功能。如圖10所示，本實(shí)施方式2的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置40的主電路的連接結(jié)構(gòu)不同于圖I所示的實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10。下面對(duì)本實(shí)施方式2的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置40的主電路連接進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在圖10中，構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的IGBT的發(fā)射極端子與電壓端子VN連接，其集電極端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)ClO的高電壓側(cè)端子連接。構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的IGBT的發(fā)射極端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)ClO的低電壓側(cè)端子VN2連接，其集電極端子與電壓端子VN連接。構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的IGBT的發(fā)射極端子與電壓端子VM連接，其集電極端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cll的高電壓側(cè)端子VH連接。構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的IGBT的發(fā)射極端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)ClO的高電壓側(cè)端子以及平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cl I的低電壓側(cè)端子連接，其集電極端子與電壓端子VM連接。本實(shí)施方式2的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置40中，半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla，Slb也執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作，構(gòu)成開關(guān)單元SUl。此外，半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a，S2b也執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作，構(gòu)成開關(guān)單元SU2。平滑電容CO的低電壓側(cè)端子與電壓端子VN連接，該平滑電容CO的高電壓側(cè)端子與電壓端子VL連接。平滑電容C2的低電壓側(cè)端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)ClO的低電壓側(cè)端子連接，該平滑電容C2的高電壓側(cè)端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cll的高電壓側(cè)端子連接。 平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)ClO的高電壓側(cè)端子與平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)Cll的低電壓側(cè)端子相互連接。電感L的一個(gè)端子與電壓端子VL連接，而其另一個(gè)端子與電壓端子VM連接。另外，此處雖采用了平滑電容C2，但是由于平滑電容(用于能量轉(zhuǎn)移的電容)C10與Cl I的串聯(lián)體與平滑電容C2并聯(lián)連接，因此也可去除平滑電容C2。平滑電容ClO與平滑電容Cl I將電壓端子VH-VN2之間的電壓V2 —分為二，各個(gè)電容ClO，Cll的電壓均為V2/2。半導(dǎo)體開關(guān)元件Slb的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路IOlb的輸出端子連接，柵極信號(hào)Glb輸入到該柵極驅(qū)動(dòng)電路IOlb的輸入端子。半導(dǎo)體開關(guān)元件Sla的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路IOla的輸出端子連接，柵極信號(hào)Gla輸入到該柵極驅(qū)動(dòng)電路IOla的輸入端子。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2b的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路102b的輸出端子連接，柵極信號(hào)G2b輸入到該柵極驅(qū)動(dòng)電路102b的輸入端子。半導(dǎo)體開關(guān)元件S2a的柵極端子與柵極驅(qū)動(dòng)電路102a的輸出端子連接，柵極信號(hào)G2a輸入到該柵極驅(qū)動(dòng)電路102a的輸入端子。本實(shí)施方式2的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置40的控制部與實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置10的控制部的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作是相同的。在各個(gè)開關(guān)模式[I] [4]中，電感L的電壓與實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置相同，電感L上流過(guò)的電流也相同。因此，本實(shí)施方式2的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置中，也可獲得與實(shí)施方式I的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置同樣的效果。工業(yè)上的實(shí)用性本發(fā)明在用于將直流電壓轉(zhuǎn)換為升壓或者降壓后的直流電壓的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置時(shí)是有用的。標(biāo)號(hào)說(shuō)明CO C2，C10，Cll :電容Sla, Slb, S2a, S2b :半導(dǎo)體開關(guān)元件SU1，SU2:開關(guān)單元L 電感Gla, Gib, G2a，G2b :柵極信號(hào)VH, VL, VN, VN2, VM 電壓端子101a, 101b, 102a, 102b :柵極驅(qū)動(dòng)電路310 :開關(guān)模式輸出部
320:PWM波形輸出部330:升降壓判斷部340 :運(yùn)算部 Sda, Sdb, Sd :占空比信號(hào)
權(quán)利要求
1.一種DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，具有2個(gè)以上的開關(guān)單元，該開關(guān)單元分別由2個(gè)執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作的半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sa，Sb)構(gòu)成，所述各個(gè)開關(guān)單元中的所述各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件全部串聯(lián)連接，所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置還具有用于能量轉(zhuǎn)移的電容，該電容根據(jù)所述各個(gè)開關(guān)元件中的所述各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行充放電；以及電感，其特征在于，該DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置還包括 控制部，該控制部根據(jù)所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓之比以及DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的功率傳輸方向，使所述開關(guān)單元的半導(dǎo)體開關(guān)元件按照四種開關(guān)模式執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作，并在低負(fù)載時(shí)在開關(guān)動(dòng)作中執(zhí)行流過(guò)所述電感的電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求I所述的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在進(jìn)行所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的低電壓側(cè)直流電壓(VO)與高電壓側(cè)直流電壓(V2)的輸入輸出電壓比(V2/V0)大于2且功率傳輸方向是從低電壓側(cè)直流電壓(VO)到高電壓側(cè)直流電壓(V2)的升壓動(dòng)作時(shí)，所述控制部將所述開關(guān)單元的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sa)的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以上。
3.如權(quán)利要求I所述的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在進(jìn)行所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓比(V2/V0)小于2且功率傳輸方向是從低電壓側(cè)直流電壓(VO)到高電壓側(cè)直流電壓(V2)的升壓動(dòng)作時(shí)，所述控制部將所述開關(guān)單元的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sa)的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以下。
4.如權(quán)利要求I所述的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在進(jìn)行所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓比(V2/V0)大于2且功率傳輸方向是從高電壓側(cè)直流電壓(V2)到低電壓側(cè)直流電壓(VO)的降壓動(dòng)作時(shí)，所述控制部將所述開關(guān)單元的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sb)的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以下。
5.如權(quán)利要求I所述的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在進(jìn)行所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓比(V2/V0)小于2且功率傳輸方向是從高電壓側(cè)直流電壓(V2)到低電壓側(cè)直流電壓(VO)的降壓動(dòng)作時(shí)，所述控制部將所述開關(guān)單元的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sb)的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以上。
6.如權(quán)利要求I所述的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部的四種開關(guān)模式分別是 在進(jìn)行所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的低電壓側(cè)直流電壓(VO)與高電壓側(cè)直流電壓(V2)的輸入輸出電壓比(V2/V0)大于2且功率傳輸方向是從低電壓側(cè)直流電壓(VO)到高電壓側(cè)直流電壓(V2)的升壓動(dòng)作時(shí)，將所述開關(guān)單元的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sa)的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以上的第I開關(guān)模式； 在進(jìn)行所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓比(V2/V0)小于2且功率傳輸方向是從低電壓側(cè)直流電壓(VO)到高電壓側(cè)直流電壓(V2)的升壓動(dòng)作時(shí)，將所述開關(guān)單元的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sa)的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以下的第2開關(guān)模式； 在進(jìn)行所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓比(V2/V0)大于2且功率傳輸方向是從高電壓側(cè)直流電壓(V2)到低電壓側(cè)直流電壓(VO)的降壓動(dòng)作時(shí)，將所述開關(guān)單元的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sb)的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以下的第3開關(guān)模式；以及 在進(jìn)行所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓比(V2/V0)小于2且功率傳輸方向是從高電壓側(cè)直流電壓(V2)到低電壓側(cè)直流電壓(VO)的降壓動(dòng)作時(shí)，將所述開關(guān)單元的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sb)的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%以上的第4開關(guān)模式。
7.如權(quán)利要求I至6中的任一項(xiàng)所述的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓比(V2/V0)為2時(shí)，所述控制部使所述開關(guān)單元的半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sa，Sb)執(zhí)行互補(bǔ)開關(guān)動(dòng)作。
8.如權(quán)利要求I至6中的任一項(xiàng)所述的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體開關(guān)元件是含有碳化硅、氮化鎵的寬禁帶半導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明的DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置(10)具有2個(gè)以上的開關(guān)單元(SU1)(SU2)，各開關(guān)單元分別由2個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(Sa，Sb)構(gòu)成，各個(gè)開關(guān)單元中的各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件(S1a，S1b，S2a，S2b)全部串聯(lián)連接，還具有進(jìn)行充放電的用于能量轉(zhuǎn)移的電容(C1)、以及電感(L)，該DC/DC功率轉(zhuǎn)換裝置還包括控制部，該控制部根據(jù)功率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出電壓之比V2/V0以及功率傳輸方向，使半導(dǎo)體開關(guān)元件按照四種開關(guān)模式執(zhí)行動(dòng)作，并在低負(fù)載時(shí)在開關(guān)動(dòng)作中執(zhí)行電感電流為零的電流不連續(xù)動(dòng)作。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102959843SQ20108006775
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者池田又彥, 小林勝, 前川博敏, 森武直紀(jì), 三井貴夫 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社