[發明專利]直流電源裝置

有效

• 申請號: 201410048517.8
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN104079173B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 筱宮健志;村岡一史;兒島徹郎;川本健泰;杉浦徹
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所;日立水戶工程技術股份有限公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;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: 韓聰

技術領域

本發明涉及直流電源裝置，特別涉及基于利用了半導體開關元件的DC-DC變換的直流電源裝置。

背景技術

在將直流電壓的大小改變為任意值的情況、使不穩定的直流電源穩定化的情況、或者需要與輸入電絕緣的直流電源的情況等之下，使用絕緣型DC-DC轉換器。絕緣型DC-DC轉換器由從直流生成交流的一次電路、絕緣用變壓器和將交流變換為直流的二次電路(整流電路)構成。

在DC-DC轉換器中，能夠通過提高施加頻率來使絕緣用變壓器小型化，但伴隨著高頻化的開關損耗的抑制卻成為課題。為了解決該課題，已知有利用諧振電路來降低開關損耗的軟開關方式，圖10中表示了該電路的構成例。該DC-DC轉換器由將直流變換為交流的一次電路、變壓器、將交流變換為直流的二次電路和平滑電路構成，用于向直流負載供電。

該DC-DC轉換器為了降低一次電路中的開關損耗，在二次電路的輸出端子之間連接了諧振電容器與開關元件(以下簡稱為諧振開關)的串聯電路。并且，由諧振電容器和變壓器的次級側漏電感形成諧振電路，在一次電路的主開關元件關斷之前使諧振開關接通(ON)，利用諧振電容器的充放電電流來使主開關元件應切斷的變壓器的二次電流為零，使一次電流降低至僅為變壓器的勵磁電流的程度，從而實現模擬零電流切斷(以下稱零電流切斷)，能夠大幅度降低一次電路的關斷損耗。例如在專利文獻1中表示了這樣的電路構成。

專利文獻1：JP特開2012-75210號

在這樣的DC-DC轉換器中，諧振開關開啟時存在以下所示的兩個課題。

第一個課題是，當諧振開關開啟時在諧振電路中流動諧振電流，但在諧振開關開啟的瞬間，諧振電容器中被少量充電而得到的能量的放電電流通過二次電路的整流二極管部和諧振電路而流動。若由該二次電路和諧振電路的路徑所構成的電路的電阻以及電感小，則該電流成為大的電流變化(沖擊浪涌電流)。另外，由于諧振電容器和布線引起的電感占支配地位，因此該電流是振蕩的。由于該沖擊浪涌電流，諧振電路中流動的電流振蕩性地急劇變化，諧振開關上施加的電壓變得振蕩。該急劇變化的電流·電壓成為產生噪聲的主要原因，可能對外部的設備造成不良影響。特別是在高頻地變化的這樣的波形的情況下，成為電磁噪聲，會對外部設備造成不良影響。為了解決該課題，例如在諧振開關為IGBT的情況下有下述方法，即，通過較大地設定用于開啟的IGBT柵極電阻，使開啟的速度變慢，從而使開啟時的沖擊電流變緩慢，由此來抑制噪聲。但是，該方法存在諧振開關的開啟損耗變大，安裝電路的裝置的冷卻器大型化這樣的課題。

第二個課題是，在諧振開關開啟時由于上述所示的沖擊浪涌電流而諧振開關的開啟損耗變大這樣的課題。

發明內容

為了解決上述課題，本發明具備：將直流電力變換為交流電力的一次電路；輸入一次電路所輸出的交流電力的變壓器；將所述變壓器所輸出的交流電力變換為直流電力的二次電路；和連接在所述二次電路的直流輸出側并包含諧振用開關元件和諧振電容器的串聯電路的諧振電路，在從二次電路的正側輸出經由諧振電路而至二次電路的負側輸出的電流路徑之間，串聯連接電抗器，在由二次電路和諧振電路構成的電流路徑的電感成分上加上電抗器的電感成分。

另外，將沖擊浪涌抑制用電抗器的電感相對于變壓器的漏電感與沖擊浪涌電流抑制用電抗器的電感之和(諧振電感)的比值設定為在諧振開關的容許耐壓值以內所述諧振開關的開啟損耗變小，由此可抑制所述沖擊浪涌電流。

根據本發明的期望的實施方式，能夠抑制諧振開關的開啟動作時的噪聲和開啟損耗，成為高效的系統。

附圖說明

圖1是表示本發明的實施例1的直流電源裝置的主電路的構成例的圖。

圖2是表示圖1所示的直流電源裝置中的動作波形例的圖。

圖3是表示圖1所示的直流電源裝置中的諧振開關動作時的波形例的圖。

圖4是表示本發明的實施例1中的沖擊浪涌抑制用電抗器的電感相對于諧振電感的比值的設定例的圖。

圖5是表示在圖1所示的構成中改變了沖擊浪涌抑制用電抗器的電感相對于諧振電感的比值的情況下諧振開關開啟時的諧振開關的電壓與諧振電路的電流的實測波形的圖。

圖6是表示本發明的實施例2的直流電源裝置的主電路的構成例的圖。

圖7是表示本發明的實施例3的直流電源裝置的主電路的構成例的圖。

圖8是表示圖7所示的直流電源裝置中的動作波形例的圖。

圖9是表示本發明的實施例4的直流電源裝置的主電路的構成例的圖。