[發(fā)明專利]具有過(guò)沖保護(hù)的雙向無(wú)負(fù)載控制

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810097126.X
• 申請(qǐng)日: 2008-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101309050A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K·陳;S·E·舒爾茨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司
• 主分類號(hào): H02M3/28
• 分類號(hào): H02M3/28;H02M1/32
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;張志醒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及切換功率轉(zhuǎn)換電路，包括但不限于雙向功率轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)

雙向、隔離的DC-DC逆變器(inverter)在廣泛的應(yīng)用范圍中都是有用的。這些應(yīng)用的例子包括但不限于用于混合式電動(dòng)車輛以及純電動(dòng)車輛的不間斷電源、電池充電系統(tǒng)、輔助電源。

圖1示出了基本的雙電感器雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器(converter)。在升壓模式下，開(kāi)關(guān)Q1和Q2用作主開(kāi)關(guān)器件，以將功率從Vlo傳輸?shù)絍hi。在降壓(buck)模式下，開(kāi)關(guān)S1-S4用作主開(kāi)關(guān)器件以將功率從Vhi傳輸?shù)絍lo。

已經(jīng)認(rèn)識(shí)到當(dāng)在低工作循環(huán)(duty?cycle)運(yùn)行時(shí)，雙電感器升壓轉(zhuǎn)換器遭受有限的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍。更特別地，當(dāng)負(fù)載低于這種類型的轉(zhuǎn)換器電路的最小輸入功率，由于電感器中過(guò)量的能量存儲(chǔ)，負(fù)載的進(jìn)一步減小導(dǎo)致輸出電壓的異常增加。Yan等已經(jīng)提出一種避免輸出電壓中的這些增加的解決方案。(“Isolated?Two-inductor?BoostConverter?with?One?Magnetic?Core，”Eighteenth?Annual?AppliedPower?Electronics?Conference?and?Exposition，F(xiàn)eb.9-13，2003，Miami?Beach，F(xiàn)la.，pp.879-885。)使用與雙電感器串聯(lián)的輔助變壓器，以將兩個(gè)輸入電流路徑進(jìn)行磁耦合，確保這兩個(gè)電感器中的電流是相同的。因此，當(dāng)負(fù)載不提取電流時(shí)，消除了電感器電流。Yan等公開(kāi)的磁部件提供了一種具有一個(gè)變壓器的隔離的雙電感器升壓轉(zhuǎn)換器。該部件具有內(nèi)在耦合的兩個(gè)電感器繞組，并且實(shí)施為在三腿磁芯中具有一個(gè)間隙。然而，使用輔助變壓器的電路和使用Yan等的磁部件的那些電路可能要求這些繞組或部件能夠承載高電流。

DC-DC轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)示例被Li等公開(kāi)。(“A?Natural?ZVSHigh-power?Bi-direction?dc-to-dc?Converter?with?Minimum?numberof?Devices”，在IEEE?Industry?Applications?Society?Annual?Meeting提供，Sept.30-Oct.4，2001，Chicago，III.，pp.1874-1881.)該轉(zhuǎn)換器用放置在隔離變壓器的每側(cè)上的雙半橋來(lái)操作。當(dāng)功率從低壓側(cè)流到高壓側(cè)時(shí)，該電路運(yùn)行在升壓模式。相反地，當(dāng)功率以相反方向流動(dòng)，該電路工作在降壓模式以對(duì)用于提供功率給低壓部分的電池進(jìn)行再充電。為了支持雙向性，使用復(fù)雜的十三步換向程序(thirteen-stepcommutation?procedure)，其依賴于指定時(shí)刻的各個(gè)電流的幅度。

圖2示出了在轉(zhuǎn)讓給與本發(fā)明申請(qǐng)相同的受讓人的美國(guó)序列號(hào)USNo.10/881213，標(biāo)題為“DC?Converter?Circuit?with?OvershootProtection”中描述了一種轉(zhuǎn)換器。當(dāng)S1-S4用作降壓模式的主開(kāi)關(guān)器件時(shí)，附加電容器C1和C2提供S2和S4的軟開(kāi)關(guān)，并在Q1和Q2用作升壓模式的主開(kāi)關(guān)器件時(shí)提供Q1和Q2的過(guò)沖保護(hù)。

圖3示出了在Kajouke等的美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)2005/0024904A1、美國(guó)序列號(hào)10/630496中所描述的門驅(qū)動(dòng)控制波形，上述專利被轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓人。這個(gè)公開(kāi)描述了一種控制方法，該方法通常可以應(yīng)用于包括如圖1和圖2所示的轉(zhuǎn)換器的任何雙向轉(zhuǎn)換器以實(shí)現(xiàn)任意方向上的無(wú)負(fù)載運(yùn)行。當(dāng)該方法被應(yīng)用到圖2中示出的電路時(shí)，其提供了降壓模式(功率從Vhi流向Vlo)下的無(wú)負(fù)載運(yùn)行。然而，當(dāng)該方法被應(yīng)用于升壓模式(功率從Vlo流向Vhi)時(shí)，由C1和C2提供的用于Q1和Q2的過(guò)沖保護(hù)被S2和S4的開(kāi)關(guān)動(dòng)作毀壞，其中僅為了無(wú)負(fù)載運(yùn)行才需要S2和S4。

在圖2示出的運(yùn)行在升壓模式下的電路的正常運(yùn)行中，開(kāi)關(guān)Q1和Q2用作主開(kāi)關(guān)器件，并且開(kāi)關(guān)S1-S4用作具有內(nèi)部反平行的二極管的整流器。然而，當(dāng)運(yùn)行在無(wú)負(fù)載條件時(shí)，最小量能量將必須從電源Vlo流向Vhi，因?yàn)镼1和Q2不能同時(shí)被切斷。需要這個(gè)條件以避免可以導(dǎo)致開(kāi)關(guān)之間的毀壞性電壓尖脈沖的流過(guò)電感器的電流的突然改變。如果即使最小量能量從電源Vlo流向Vhi并且沒(méi)有從Vhi返回Vlo的反向能量，則電容器C0上的輸出電壓將繼續(xù)增長(zhǎng)，因此從而不能被調(diào)節(jié)。Kajouke等提出的方法(美國(guó)序列號(hào)10/630496)使用開(kāi)關(guān)S1-S4提供反向能量流以平衡掉從電源Vlo正向流向Vhi的最小量能量。然而，開(kāi)關(guān)S2和S4的開(kāi)關(guān)動(dòng)作將毀壞用于開(kāi)關(guān)Q1和Q2的過(guò)沖保護(hù)條件。