[發明專利]直流電源裝置

有效

• 申請號: 201210038728.4
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102655376A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 野崎雄一郎;兒島徹郎;牧野雅史
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/34
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及一種輸出直流電的絕緣形的DC-DC轉換器，其中尤其涉及一種具有半導體開關損耗的降低電路和抑制開關元件的接通時產生的整流電路的電涌電壓的緩沖電路的直流電源裝置。

背景技術

在不穩定的直流電源的穩定化、變更直流電壓時，或者在需要輸出與輸入電絕緣的直流電源時，采用DC-DC轉換器。尤其在輸入與輸出電絕緣的直流電源裝置中，使用于絕緣的變壓器能夠與所使用的頻率的上升成比例地實現小型化。

另一方面，因半導體開關的開關損耗而導致的發熱，使開關頻率的上升有限。因此，設置利用諧振電路的換相電路(commutation?circuit)，來降低開關損耗的同一的構成例記載在專利文獻1和非專利文獻1中。

圖7表示在這些文獻上記載的諧振電路的現有例。101是輸入直流電源、102是由濾波電抗器和濾波電容器構成的濾波電路、103是諧振開關電路、104是對各半導體開關的接通/斷開進行控制的門控制裝置。

對圖7的電路工作進行說明。Q1～Q4是構成逆變器電路的半導體開關，在各個半導體開關中附帶D1～D4的續流二極管(freewheeling?diode)。在半導體開關Q1及Q2的連接點a與半導體開關Q3及Q4的連接點b之間連接變壓器T的初級線圈，而次級線圈經由諧振電抗器Lz連接在由整流二極管D5～D8組成的橋的連接點c和連接點d。該橋的輸出經由濾波電路102被提供給負載RL。

此外，諧振開關電路103插入在橋式整流電路(bridge?rectifier?circuit)的輸出側與濾波電路102之間。

門控制裝置104向半導體開關Q1～Q4和諧振電路控制用半導體開關Qz提供接通和斷開的指令。作為半導體開關，可考慮雙極型晶體管、MOSFET、晶閘管、控制極可關斷晶閘管、IGBT等，但是在此作為代表例采用IGBT來進行說明。

圖8是表示用于說明圖7的現有例的工作波形的時間變化的圖。Iab是在連接點a，b間流動的電流、Vab是在連接點a，b間的電壓、Iz是在諧振電路中流動的電流、Vz是諧振電容器Cz的兩端的電壓。Io表示從橋式整流電路起在濾波電路102和負載RL中續流(free?wheeling)的電流。

若關于電路工作采用以上描述來進行說明，則從門控制裝置104向半導體開關Q1和Q4提供接通信號，從而逆變器電路的半導體開關Q1和Q4成為導通狀態。電流Iab流動且從輸入直流電源101向負載RL傳遞能量。

在關斷逆變器電路的半導體開關Q1和Q4之前的時刻t0，若從門控制裝置104提供對諧振開關電路103的諧振電路控制用半導體開關Qz進行接通的信號進而使其接通，則諧振電容器Cz的充電電流從輸入直流電源101流入。該電流Iz是諧振電抗器Lz和諧振電容器Cz的串聯諧振電流。

在半導體開關Q1和Q4中流動的電流是在負載側流動的電流Id和諧振電流Iz之和，以正弦波形狀增加。此時，在諧振電容器Cz中產生電壓，并且成為比變壓器T的次級電壓更高的電壓。

在時刻t1，完成該充電并且電壓達到最大值。此后，諧振電容器Cz的放電開始進行，在續流二極管D9和諧振電容器Cz的路徑中放電電流流出。在此，若設變壓器T的匝數比為1∶1，則由于濾波電抗器Ld的電流Id以電流Iab和諧振電流Iz之和成為恒定值的方式流動，因此若諧振電流Iz增加則電流Iab減少。

在時刻t2，由于諧振電流Iz與電流Id變為相等，因此電流Iab成為0。放電進一步進行，不久在時刻t4諧振電容器Cz徹底放電，其諧振電流Iz成為0。另一方面，由于在濾波電抗器Ld中流動的電流Id是連續的，因此在諧振電容器Cz的放電電流Iz成為0的時候，電流Id成為向整流二極管D5～D8切換而流動的電流Io。如此確保電流Id的連續性。

在諧振電流Iz流過續流二極管D9，并且變壓器初級側電流Iab成為0的、時刻t2～t4之間的時刻t3，若從門控制裝置104向半導體開關Q1和Q4發送關斷信號，進而進行關斷，則變壓器初級側電壓Vab成為0，并且向半導體開關Q1和Q4施加與輸入直流電源電壓E相等程度的電壓。

這是因為，殘留一點點的變壓器的勵磁電流量在二極管D3和輸入直流電源101、二極管D2的路徑中續流。由于半導體開關Q1和Q4的電流在時刻t3的時候大致成為0，因此在關斷的過程中開關損耗幾乎不會產生。

另一方面，在時刻t0的時候接通諧振電路控制用半導體開關Qz時，由于通過諧振電抗器Lz使諧振電流Iz逐漸增加，所以因在接通的過度狀態下諧振電流Iz仍為較小值因此開關損耗小。