Dc/dc變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠進(jìn)行升壓和降壓的電壓變換的DC/DC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖8是專利文獻(xiàn)I公開的現(xiàn)有的電源電路500的電路圖。電源電路500具備用于對(duì)直流電壓進(jìn)行升壓變換或降壓變換的升降壓DC/DC變換器500A。
[0003]電源電路500具備與商用電源101連接的輸入端103。二極管電橋105與輸入端103連接，在其后級(jí)，并聯(lián)連接有輸入電容器107。另外，在二極管電橋105的后級(jí)，連接升降壓變換器500A。
[0004]升降壓變換器500A具備扼流線圈109、高側(cè)開關(guān)元件111、低側(cè)開關(guān)元件113、二極管元件115、117、以及輸出電容器119。輸出電容器119的兩端成為電源電路500的輸出端121。負(fù)載123與輸出端121連接。
[0005]電源電路500具備控制部125、電流檢測(cè)部127、高側(cè)驅(qū)動(dòng)器IC 129，并且具備構(gòu)成自舉電路的自舉電容器131以及二極管133。
[0006]對(duì)控制部125提供直流驅(qū)動(dòng)電壓Vcc。控制部125生成對(duì)高側(cè)開關(guān)元件111以及低側(cè)開關(guān)元件113進(jìn)行通斷控制的開關(guān)信號(hào)，從而使輸出電流值與目標(biāo)電流值一致。
[0007]在圖8所示的自舉電路中，在高側(cè)開關(guān)元件111和低側(cè)開關(guān)元件113雙方均為斷開狀態(tài)的情況下，自舉電容器131由直流驅(qū)動(dòng)電壓Vcc進(jìn)行充電。并且，通過(guò)利用該充電了的電荷，從而提高高側(cè)開關(guān)元件111的開關(guān)信號(hào)的接地電平，確保高側(cè)開關(guān)元件111的接通控制所需的驅(qū)動(dòng)電壓。
[0008]但是，在現(xiàn)有的電源電路500中，在動(dòng)作時(shí)，二極管元件115、117發(fā)熱，電源電路500的整體效率相應(yīng)降低。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開2012-29361號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]DC/DC變換器具備:開關(guān)元件；驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)開關(guān)元件進(jìn)行通斷驅(qū)動(dòng)；自舉電容器，與驅(qū)動(dòng)電路電連接；以及控制電路，與驅(qū)動(dòng)電路電連接?？刂齐娐钒幢韧〝嘀芷陂L(zhǎng)的每個(gè)充電周期進(jìn)行動(dòng)作，使得在充電期間內(nèi)對(duì)自舉電容器進(jìn)行充電，該通斷周期是對(duì)開關(guān)元件進(jìn)行通斷的周期。
[0013]該DC/DC變換器能夠進(jìn)行效率良好的升降壓動(dòng)作。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I的DC/DC變換器的方框電路圖。
[0015]圖2A是實(shí)施方式I的DC/DC變換器的升壓動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖。
[0016]圖2B是實(shí)施方式I的DC/DC變換器的降壓動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖。
[0017]圖3是實(shí)施方式I的其它DC/DC變換器的方框電路圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式2的DC/DC變換器的方框電路圖。
[0019]圖5A是實(shí)施方式2的DC/DC變換器的升壓動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖。
[0020]圖5B是實(shí)施方式2的DC/DC變換器的降壓動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖。
[0021]圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3的DC/DC變換器的方框電路圖。
[0022]圖7A是本發(fā)明的實(shí)施方式3的DC/DC變換器的升壓動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖。
[0023]圖7B是實(shí)施方式3的DC/DC變換器的降壓動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖。
[0024]圖8是現(xiàn)有的電源電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施方式I
[0026]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I的DC/DC變換器11的方框電路圖。DC/DC變換器11構(gòu)成為輸出對(duì)輸入電壓Vi進(jìn)行變換而得到的輸出電壓Vo。DC/DC變換器11具備:輸入端子13 ;接地端子15 ;開關(guān)元件17，其電串聯(lián)連接在輸入端子13和接地端子15之間；開關(guān)元件19，其在輸入端子13和接地端子15之間在連接點(diǎn)17P與開關(guān)元件17電串聯(lián)連接；驅(qū)動(dòng)電路21，其對(duì)開關(guān)元件17進(jìn)行通斷驅(qū)動(dòng)；自舉電容器電路61，其與驅(qū)動(dòng)電路21電連接；以及驅(qū)動(dòng)電路23，其對(duì)開關(guān)元件19進(jìn)行通斷驅(qū)動(dòng)。DC/DC變換器11還具備:輸出端子25 ;開關(guān)元件27，其電串聯(lián)連接在輸出端子25和接地端子15之間；開關(guān)元件29，其在輸出端子25和接地端子15之間在連接點(diǎn)27P與開關(guān)元件27電串聯(lián)連接；驅(qū)動(dòng)電路31，其對(duì)開關(guān)元件27進(jìn)行通斷驅(qū)動(dòng)；自舉電容器電路71，其與驅(qū)動(dòng)電路31電連接；以及驅(qū)動(dòng)電路33，其對(duì)開關(guān)元件29進(jìn)行通斷驅(qū)動(dòng)。DC/DC變換器11還具備:電感器35，其電串聯(lián)連接在連接點(diǎn)17P、27P之間；以及控制電路37，其與驅(qū)動(dòng)電路21、23、31、33電連接。輸入端子13構(gòu)成為被施加輸入電壓Vi。輸出端子25構(gòu)成為對(duì)輸出電壓Vo進(jìn)行輸出。DC/DC變換器11構(gòu)成為，對(duì)從輸入端子13輸入的輸入電壓Vi進(jìn)行變換而得到輸出電壓Vo，并從輸出端子25對(duì)輸出電壓Vo進(jìn)行輸出。
[0027]圖2A是DC/DC變換器11的升壓動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖，圖2B是DC/DC變換器11的降壓動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖，圖2A和圖2B表示對(duì)開關(guān)元件17、19、27、29的柵極分別輸入的開關(guān)信號(hào)S17、S19、S27、S29。在圖2A和圖2B的時(shí)序圖中，縱軸表示開關(guān)信號(hào)S17、S19、S27、S29的值，橫軸表示時(shí)間。開關(guān)信號(hào)317、519、527、529各自的值取與開關(guān)元件17、19、27、29的通斷的導(dǎo)通狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)的接通、斷開的2值?？刂齐娐?7在對(duì)輸入電壓Vi進(jìn)行降壓而變換為輸出電壓Vo并從輸出端子25對(duì)輸出電壓Vo進(jìn)行輸出時(shí)，以通斷頻率fl對(duì)開關(guān)兀件17、19進(jìn)行通斷，在比通斷頻率fl低的充電頻率fc2的倒數(shù)的、每個(gè)充電周期Tc2中，在使自舉電容器電路71的自舉電容器49充電的充電期間Pc2的期間內(nèi)，進(jìn)行動(dòng)作以將開關(guān)元件27設(shè)為斷開并且將開關(guān)元件29設(shè)為接通，在充電期間Pc2以外的期間Qc2中，進(jìn)行動(dòng)作以將開關(guān)元件27設(shè)為接通并且將開關(guān)元件29設(shè)為斷開?？刂齐娐?7在對(duì)輸入電壓Vi進(jìn)行升壓而變換為輸出電壓Vo并從輸出端子25對(duì)輸出電壓Vo進(jìn)行輸出時(shí)，以通斷頻率f2使開關(guān)元件27、29交替進(jìn)行通斷動(dòng)作，在比通斷頻率f2低的充電頻率fcl的倒數(shù)的、每個(gè)充電周期Tcl中，在對(duì)自舉電容器電路61的自舉電容器43充電的充電期間Pcl的期間內(nèi)，進(jìn)行動(dòng)作將開關(guān)元件17設(shè)為斷開并且將開關(guān)元件19設(shè)為接通，在充電期間Pcl以外的期間Qcl中，進(jìn)行動(dòng)作以將開關(guān)元件17設(shè)為接通并且將開關(guān)元件19設(shè)為斷開。
[0028]在圖8所示的現(xiàn)有的電源電路500中，升降壓動(dòng)作所需的二極管元件115、117發(fā)生正向電壓下降，因此在動(dòng)作時(shí)二極管元件115、117發(fā)熱，電源電路500的整體效率相應(yīng)降低。
[0029]在實(shí)施方式I的DC/DC變換器11中，升降壓動(dòng)作所需的半導(dǎo)體元件全部是開關(guān)元件，不包含二極管，因而幾乎不產(chǎn)生與二極管的正向電壓下降相伴隨的損失。與高側(cè)連接的開關(guān)元件27的驅(qū)動(dòng)電路31還連接有自舉電容器電路71，因而DC/DC變換器11能夠可靠地進(jìn)行升降壓動(dòng)作。因此，得到能夠進(jìn)行效率良好的升降壓動(dòng)作的DC/DC變換器11。
[0030]下面，對(duì)實(shí)施方式I的DC/DC變換器11的結(jié)構(gòu)、動(dòng)作更具體地進(jìn)行說(shuō)明。此外，在實(shí)施方式I的DC/DC變換器11中，構(gòu)成為將直流電源39與輸入端子13連接。在實(shí)施方式I中，直流電源39是太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池輸出由于季節(jié)、氣象條件、影子等而變動(dòng)的電壓。DC/DC變換器11構(gòu)成為，將直流電源39的電壓作為輸入電壓Vi進(jìn)行輸入，進(jìn)行升降壓而輸出恒定的輸出電壓Vo。
[0031]直流電源39與DC/DC變換器11的輸入端子13和接地端子15電連接。由直流電源39發(fā)電的電力從輸入端子13和接地端子15輸入到DC/DC變換器11。
[0032]另一方面，負(fù)載41與DC/DC變換器11的輸出端子25和接地端子15電連接。負(fù)載41既可以是用從DC/DC變換器11輸出的恒定的直流電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電氣產(chǎn)品，也可以是用由反相器進(jìn)行了變換的商用電力(例如交流100V的電力)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的調(diào)節(jié)器等電氣
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[0033]接著，對(duì)DC/DC變換器11的詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
[0034]開關(guān)元件17、19是半導(dǎo)體開關(guān)元件，在實(shí)施方式I中是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下稱為FET)。此外，開關(guān)元件17、19并不限定于FET，只要是能夠根據(jù)來(lái)自外部的通斷信號(hào)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的半導(dǎo)體開關(guān)元件即可。
[0035]對(duì)開關(guān)元件17進(jìn)行通斷驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路21與由FET構(gòu)成的開關(guān)元件17的柵極端子電連接。驅(qū)動(dòng)電路21基于從控制電路37輸出的開關(guān)信號(hào)SWl進(jìn)行開關(guān)元件17的通斷動(dòng)作。
[0036]為了進(jìn)行開關(guān)元件17的接通動(dòng)作，需要提高對(duì)開關(guān)元件17的柵極端子施加的電壓的接地電平。在實(shí)施方式I的DC/DC變換器11中，與驅(qū)動(dòng)電路21電連接的自舉電容器電路61提高對(duì)開關(guān)元件17的柵極端子施加的電壓的接地電平。
[0037]自舉電容器電路61由自舉電容器43、二極管45、以及驅(qū)動(dòng)電源47構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電源47的正極經(jīng)由二極管45與驅(qū)動(dòng)電路21的正極電源端子21Ρ電連接，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路21進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路21的負(fù)極電源端子21Ν與連接了開關(guān)元件17、19的連接點(diǎn)17Ρ電連接。因此，驅(qū)動(dòng)電路21的接地電平是連接點(diǎn)17Ρ的電壓。自舉電容器43電連接在驅(qū)動(dòng)電路21的正極電源端子21Ρ和負(fù)極電源端子21Ν之間。因此，在開關(guān)元件17接通的情況下，上述接地電平(連接點(diǎn)17Ρ)的電壓最大，成為輸入電壓Vi，因而為了維持開關(guān)元件17的接通狀態(tài)，向驅(qū)動(dòng)電路21供給自舉電容器43的電力，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路21的正極電源端子2IP，供給將接地電平即連接點(diǎn)17P的電壓與自舉電容器43的電壓相加而得到的電壓。
[0038]對(duì)開關(guān)元件19進(jìn)行通斷驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路23與由FET構(gòu)成的開關(guān)元件19的柵極端子電連接。驅(qū)動(dòng)電路23基于從控制電路37輸出的開關(guān)信號(hào)SW2進(jìn)行開關(guān)元件19的通斷動(dòng)作。此外，驅(qū)動(dòng)電路23的負(fù)極電源端子23N與接地端子15電連接，因而始終由驅(qū)動(dòng)電源47的驅(qū)動(dòng)電壓Vcc進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因此，自舉電容器電路不與驅(qū)動(dòng)電路23連接。
[0039]開關(guān)元件27、29是半導(dǎo)體開關(guān)元件，在實(shí)施方式I的DC/DC變換器11中是FET。此外，開關(guān)元件27、29并不限定于FET，只要是能夠根據(jù)來(lái)自外部的通斷信號(hào)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的半導(dǎo)體開關(guān)元件即可。
[0040]對(duì)開關(guān)元件27進(jìn)行通斷驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路31與由FET構(gòu)成的開關(guān)元件27的柵極端子電連接。驅(qū)動(dòng)電路31基于從控制電路37輸出的開關(guān)信號(hào)SW3進(jìn)行開關(guān)元件27的通斷動(dòng)作。
[0041]為了進(jìn)行開關(guān)元件27的接通動(dòng)作，需要提高對(duì)開關(guān)元件27的柵極端子施加的電壓的接地電平。在實(shí)施方式I的DC/DC變換器11中，與驅(qū)動(dòng)電路31電連接的自舉電容器電路71提高對(duì)開關(guān)元件27的柵極端子施加的電壓的接地電平。
[0042]自舉電容器電路71由自舉電容器49、二極管51、以及驅(qū)動(dòng)電源53構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電源53的正極經(jīng)由二極管51與驅(qū)動(dòng)電路31的正極電源端子31P電連接，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路31進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路31的負(fù)極電源端子31N與連接了開關(guān)元件27、29的連接點(diǎn)27P電連接。因此，驅(qū)動(dòng)電路31的接地電平是連接點(diǎn)27P的電壓。自舉電容器49電連接在驅(qū)動(dòng)電路31的正極電源端子31P和負(fù)極電源端子31N之間。因此，在開關(guān)元件27接通的情況下，上述接地電平(連接點(diǎn)27P)的電壓最大，成為輸出電壓Vo，因而為了維持開關(guān)元件27的接通狀態(tài)，向驅(qū)動(dòng)電路31供給自舉電容器49的電力，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路31的正極電源端子3IP，供給將接地電平即連接點(diǎn)27P的電壓與自舉電容器49的電壓相加而得到的電壓。
[0043]在實(shí)施方式I的DC/DC變換器11中，驅(qū)動(dòng)電源47、53是各自單獨(dú)的電源。由此，即使驅(qū)動(dòng)電源47、53中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源變得異常，無(wú)法進(jìn)行開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，只要另一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源是正常的，就能夠進(jìn)行利用與其連接的驅(qū)動(dòng)電路的、開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作