專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配有接通-關(guān)斷控制的開關(guān)元件的電力變換裝置。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及配有可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)元件軟切換的控制電路的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
以往，在美國專利第5486752號中提出了如下電路在將串聯(lián)連接的輸入電抗器和主開關(guān)與直流電源連接、通過輸出二極管將這些輸入電抗器和主開關(guān)與輸出端子連接、通過接通·斷開控制主開關(guān)而得到升壓輸出的PWM升壓轉(zhuǎn)換器中，附加由電感器、電容器組成的串聯(lián)諧振電路和由輔助開關(guān)、輔助二極管組成的輔助電路，由此用零電流關(guān)斷主開關(guān)，其結(jié)果能夠抑制電壓浪涌、降低關(guān)斷損耗。在‘I EEE TRANSACTIONS ON POWERELECTRONICS，Vol.9，No.6，November 1994’的601頁至606頁中刊載的論文‘Novel Zero-Current-Transition PWM Converters’中也說明了相同的電路。
構(gòu)成該電路，以便在主開關(guān)關(guān)斷之前接通輔助開關(guān)，使諧振電流在串聯(lián)諧振電路中流過，由此導(dǎo)通與主開關(guān)并聯(lián)連接的二極管而使主開關(guān)變?yōu)榱汶娏鳡顟B(tài)，在這期間關(guān)斷主開關(guān)。通過該電路，可以使主開關(guān)進(jìn)行零電流關(guān)斷，抑制在主開關(guān)中發(fā)生的電壓浪涌。因此，可以省略緩沖電路，而且，可以達(dá)到降低關(guān)斷損耗、高效率、低噪聲化。
但是，在該公知的裝置中存在如下問題因?yàn)樵陉P(guān)斷時一定有電流流過輔助開關(guān)，所以在輔助開關(guān)發(fā)生關(guān)斷損耗。并且，在電流連續(xù)流過電抗器的情況下，因?yàn)橹鏖_關(guān)處于接通狀態(tài)，輸出二極管的恢復(fù)電流流向主開關(guān)，所以發(fā)生接通損耗和噪聲。這樣，在上述文獻(xiàn)中記載的公知的電路中，在高效率化和低噪聲化方面存在著一定的局限性。
為了解決上述PWM升壓轉(zhuǎn)換器中的問題，本發(fā)明的目的在于適當(dāng)?shù)乜刂魄袚Q主開關(guān)和輔助開關(guān)的定時，由此達(dá)到在主開關(guān)和輔助開關(guān)雙方之間進(jìn)行軟切換，通過削減在這些開關(guān)中發(fā)生的切換損耗可以高效率化和降低在切換時發(fā)生的電壓浪涌和電流浪涌、低噪聲化。
本發(fā)明的電力變換裝置包括正極和負(fù)極的輸入端子；正極和負(fù)極的輸出端子；一端與該正極輸入端子連接的輸入電抗器；一端與輸入電抗器的另一端連接而另一端與負(fù)極輸入端子和負(fù)極輸出端子連接的主開關(guān)；與主開關(guān)并聯(lián)連接、使得正向從輸入端子的負(fù)極朝向正極的第1二極管；連接在輸入電抗器和主開關(guān)的連接點(diǎn)與正極輸出端子之間、使得正向朝向正極輸出端子的主二極管；以及將輸出端子電壓輸入后形成控制主開關(guān)的接通-關(guān)斷動作的切換信號的控制電路，通過來自該控制電路的切換信號進(jìn)行主開關(guān)的接通-關(guān)斷控制并產(chǎn)生輸出。
為了達(dá)到上述目的，在本發(fā)明中，緩沖電容器與主開關(guān)和第2二極管中的至少一個并聯(lián)連接。而且，由串聯(lián)連接的第1輔助開關(guān)和第2輔助開關(guān)、相對于該第1和第2輔助開關(guān)串聯(lián)連接的諧振用電感器、分別與第1和第2輔助開關(guān)并聯(lián)連接的第1輔助二極管和第2輔助二極管組成的第1輔助諧振電路被連接在主開關(guān)和輸入電抗器的連接點(diǎn)與負(fù)極輸入端子之間使得輔助二極管的正向朝向主開關(guān)和輸入電抗器之間的連接點(diǎn)。并且，由串聯(lián)連接的第3輔助二極管和第4輔助二極管組成的第2輔助諧振電路被連接在正極輸出端子和諧振用電感器之間。設(shè)置分別檢測主開關(guān)和輔助開關(guān)的兩端電壓后產(chǎn)生表示該兩端電壓的電壓信號、并將該電壓信號輸入到上述控制電路中的電壓檢測器?？刂齐娐吩谙蛑鏖_關(guān)發(fā)出接通信號之前即在來自輸入電抗器的電流流向該主二極管時，向第1和第2輔助開關(guān)發(fā)出接通信號，通過第1和第2輔助開關(guān)的接通將來自輸出端子的電流導(dǎo)入到諧振用電感器中，通過由諧振用電感器和緩沖電容器形成的諧振電路中產(chǎn)生的諧振使諧振用電感器的電流增加并達(dá)到輸入電抗器的電流，主開關(guān)兩端的電壓幾乎為零，此時向主開關(guān)發(fā)出接通信號。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，輔助開關(guān)用緩沖電容器被連接在第1輔助開關(guān)和第2輔助開關(guān)的連接點(diǎn)與所述第3輔助二極管和所述第4輔助二極管的連接點(diǎn)之間。并且，設(shè)置檢測輔助開關(guān)用緩沖電容器的充電電壓并將電壓信號輸入到控制電路中的電壓檢測裝置。在主開關(guān)接通之后，在輔助開關(guān)用緩沖電容器的充電電壓與輸出端子間電壓幾乎相等時，控制電路向第1輔助開關(guān)發(fā)出關(guān)斷信號，在輔助開關(guān)用緩沖電容器的充電電壓幾乎為零時，第2輔助開關(guān)發(fā)出關(guān)斷信號。


圖1是表示本發(fā)明一個實(shí)施例的電力變換裝置的電路圖。
圖2是表示圖1的電路中的輔助諧振整流電路的緩沖電容器的初始電壓與輸出端子間電壓幾乎相等狀態(tài)下的輸出開關(guān)的接通動作時的動作波形的圖表。
圖3是表示圖1的電路中的輔助諧振整流電路的緩沖電容器的初始電壓幾乎為零狀態(tài)下的輸出開關(guān)的接通動作時的動作波形的圖表。
具體實(shí)施例方式
下面參照

本發(fā)明的實(shí)施例。首先，參照圖1，作為本發(fā)明的一個實(shí)施例的電力變換裝置具有正極輸入端子T1、負(fù)極輸入端子T2、正極輸出端子T3和負(fù)極輸出端子T4。輸入電抗器L1的一端與正極輸入端子T1連接。輸入電抗器L1的另一端通過主開關(guān)Q1與負(fù)極輸入端子T2和負(fù)極輸出端子T4連接。將二極管D1與主開關(guān)Q1并聯(lián)連接。配置二極管D1，使得其正向從負(fù)極輸入端子T2朝向正極輸入端子T1。
在正極輸入端子T1和負(fù)極輸入端子T2之間的輸入電容器Cin與串聯(lián)連接的輸入電抗器L1和主開關(guān)Q1并聯(lián)連接。并且，緩沖電容器C1與主開關(guān)Q1并聯(lián)連接。
輸入電抗器L1和主開關(guān)Q1之間的連接點(diǎn)通過主二極管D2與正極輸出端子T3連接。第2緩沖電容器C2與輸出二極管D2并聯(lián)連接。在輸出端子T3、T4之間連接輸出電容器Co。
圖示的電路具備輔助整流電路。該輔助整流電路包含串聯(lián)連接的第1輔助開關(guān)Q3和第2輔助開關(guān)Q4，第1輔助開關(guān)Q3與負(fù)極輸出端子T4連接。第2輔助開關(guān)Q4通過諧振用電感器Lr與主開關(guān)Q1和主二極管D2之間的連接點(diǎn)連接。第1輔助二極管D3與第1輔助開關(guān)Q3并聯(lián)連接，第2輔助二極管D4與第2輔助開關(guān)Q4并聯(lián)連接。配置輔助二極管D3、D4，使得其正向分別從負(fù)極輸出端子T4朝向諧振用電感器Lr。
輔助諧振電路還具備串聯(lián)連接的第3輔助二極管D5和第4輔助二極管D6。第3輔助二極管D5與正極輸出端子T3連接。第4輔助二極管D6與諧振用電感器Lr和第2輔助開關(guān)Q4之間的連接點(diǎn)連接。配置第3輔助二極管D5和第4輔助二極管D6，使得其正向分別從諧振用電感器Lr朝向正極輸出端子T3。將輔助諧振整流電路用緩沖電容器C3連接在第1、第2輔助二極管D3、D4之間的連接點(diǎn)和第3、第4輔助二極管D5、D6之間的連接點(diǎn)之間。
而且，圖示的電路具備生成用于控制各開關(guān)的切換動作的切換信號的控制電路S。為了將輸入信號傳送到控制電路S中，設(shè)置用于檢測輸出端子T3、T4之間的輸出電壓Vout、主開關(guān)Q1的兩端間的電壓V(Q1)、第1和第2輔助開關(guān)Q3和Q4的兩端間的電壓V(Q3)和V(Q4)、以及緩沖電容器C3的充電電壓Vcr的電壓檢測器。該控制電路S接收來自這些電壓檢測器的檢測電壓信號，產(chǎn)生用于接通·斷開控制各開關(guān)Q1、Q3、Q4的切換信號。
圖2是表示圖1所示的電路的動作時的動作波形的圖表。在主二極管D2處于導(dǎo)通狀態(tài)、主開關(guān)Q1處于關(guān)斷狀態(tài)的情況下，在輸入電抗器L1中，電流IL1按箭頭方向流動。輔助諧振整流電路的緩沖電容器C3的初始電壓與輸出端子T3、T4的輸出Vout幾乎相等時，如果在時刻t0接通第1輔助開關(guān)Q3和第2輔助開關(guān)Q4，那么輸出端子間電壓Vout作用于諧振用電感器Lr上，電感器電流Ir直線地增加。同時輸出二極管D2的電流相應(yīng)地直線減少。
在時刻t1，電感器電流Ir和輸入電抗器電流IL1相等，此時，諧振電感器Lr和緩沖電容器C1、C2開始產(chǎn)生諧振。其結(jié)果，主二極管D2的兩端電壓開始上升。一到時刻t2，與主開關(guān)Q1并聯(lián)連接的二極管D1正向偏置，電感器電流Ir通過第2輔助開關(guān)Q4和第1輔助開關(guān)Q3，經(jīng)過二極管D1開始循環(huán)。如圖2所示，在時刻t2以后，主開關(guān)Q1的兩端電壓幾乎為零，所以在時刻t2以后接通主開關(guān)Q1，由此可以進(jìn)行該主開關(guān)Q1的‘零電壓接通’。
接通主開關(guān)Q1之后，如果關(guān)斷第1輔助開關(guān)Q3，電流的流動成為從與第2輔助開關(guān)Q4并聯(lián)連接的二極管D4經(jīng)過輔助諧振整流電路用緩沖電容器C3至第3輔助二極管Q5的通路，緩沖電容器C3開始放電。因此，第1輔助開關(guān)Q3的兩端電壓具有傾斜地增加，能夠在第1輔助開關(guān)Q3中達(dá)到軟切換。
一到時刻t3，第4輔助二極管D6正向偏置。因此，激勵諧振用電感器Lr的能量在經(jīng)過與主開關(guān)Q1并聯(lián)連接的二極管D1、諧振用電感器Lr、第4輔助二極管D6至第3輔助二極管D5的通路上于輸出端子再生。
圖3表示輔助諧振整流電路用緩沖電容器C3的初始電壓Vcr幾乎為零狀態(tài)的電路各部的動作波形。從時刻t0到時刻t2的動作與圖2所示的相同。在時刻t2以后，關(guān)斷主開關(guān)Q1之后，如果關(guān)斷第2輔助開關(guān)Q4，電流的流動趨于從第4輔助二極管D6經(jīng)過緩沖電容器C3至第1輔助開關(guān)Q3的通路。因此，電感器電流Ir一邊對緩沖電容器C3進(jìn)行充電，一邊流動，第2輔助開關(guān)Q4的兩端電壓傾斜地上升。其結(jié)果，能夠在第2輔助開關(guān)Q4中達(dá)到軟切換。
在時刻t3，因?yàn)榈?輔助二極管D5正向偏置，所以激勵諧振電感器Lr的能量在經(jīng)過與主開關(guān)Q1并聯(lián)連接的二極管D1、諧振用電感器Lr、第4輔助二極管D6至第3輔助二極管D5的通路上于輸出端子再生。
接著，主開關(guān)Q1由關(guān)斷狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)，主二極管D2為非導(dǎo)通狀態(tài)時，輸入電抗器電流IL1按圖1所示的箭頭方向流動。在此，如果關(guān)斷主開關(guān)Q1，通過緩沖電容器C1和緩沖電容器C2的任意一個或兩個的工作，主開關(guān)Q1的兩端電壓具有傾斜地增加。因此，在主開關(guān)Q1中，能夠達(dá)到軟切換，可以降低切換損耗和抑制噪聲。
如以上所述，在實(shí)施本發(fā)明的上述電路中，在輸入電抗器電流IL1從主二極管D2到主開關(guān)Q1的循環(huán)過程和輸入電抗器電流IL1從主開關(guān)Q1到主二極管D2的循環(huán)過程中，可以在包含主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q3、Q4的全部開關(guān)中達(dá)到軟切換。并且，為了整流而蓄積在諧振用電感器Lr中的能量在完成整流時全部于輸出端子再生。因此，即使附加輔助開關(guān)，也不會隨之增加而在該輔助開關(guān)中產(chǎn)生的切換損耗。而且，在接通輸出開關(guān)Q1時，不會產(chǎn)生因輸出二極管D2的恢復(fù)電流造成的接通損耗。因此，可以得到綜合的、高效率的、低噪聲的升壓轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，包括正極和負(fù)極的輸入端子；正極和負(fù)極的輸出端子；一端與所述正極輸入端子連接的輸入電抗器；一端與所述輸入電抗器的另一端連接而另一端與所述負(fù)極輸入端子和所述負(fù)極輸出端子連接的主開關(guān)；與所述主開關(guān)并聯(lián)連接、使得正向從所述輸入端子的負(fù)極朝向正極的第1二極管；連接在所述輸入電抗器和所述主開關(guān)的連接點(diǎn)與所述正極輸出端子之間、使得正向朝向所述正極輸出端子的主二極管；以及將輸出端子電壓輸入后形成控制所述主開關(guān)的接通-關(guān)斷動作的切換信號的控制電路，通過來自所述控制電路的切換信號進(jìn)行所述主開關(guān)的接通-關(guān)斷控制并產(chǎn)生輸出，其特征在于緩沖用電容器與所述主開關(guān)和所述主二極管中的至少一個并聯(lián)連接；由串聯(lián)連接的第1輔助開關(guān)和第2輔助開關(guān)、相對于該第1和第2輔助開關(guān)串聯(lián)連接的諧振用電感器、分別與所述第1和第2輔助開關(guān)并聯(lián)連接的第1輔助二極管和第2輔助二極管組成的第1輔助諧振電路被連接在所述主開關(guān)和所述輸入電抗器的連接點(diǎn)與所述負(fù)極輸入端子之間使得所述輔助二極管的正向朝向所述主開關(guān)和所述輸入電抗器之間的連接點(diǎn)；由串聯(lián)連接的第3輔助二極管和第4輔助二極管組成的第2輔助諧振電路被連接在所述正極輸出端子和所述諧振用電感器之間；設(shè)置分別檢測所述主開關(guān)和所述輔助開關(guān)的兩端電壓后產(chǎn)生表示該兩端電壓的電壓信號并將該電壓信號輸入到所述控制電路中的電壓檢測器；所述控制電路在向所述主開關(guān)發(fā)出接通信號之前，即在來自所述輸入電抗器的電流流向該主二極管時，向所述第1和第2輔助開關(guān)發(fā)出接通信號，通過該第1和第2輔助開關(guān)的接通，將來自所述輸出端子的電流導(dǎo)入到所述諧振用電感器中，通過由所述諧振用電感器和所述緩沖電容器形成的諧振電路中產(chǎn)生的諧振，使所述諧振用電感器的電流增加并達(dá)到所述輸入電抗器的電流，所述主開關(guān)兩端的電壓幾乎為零，此時向所述主開關(guān)發(fā)出接通信號。
2.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于輔助開關(guān)用緩沖電容器被連接在所述第1輔助開關(guān)和所述第2輔助開關(guān)的連接點(diǎn)與所述第3輔助二極管和所述第4輔助二極管的連接點(diǎn)之間；設(shè)置檢測所述輔助開關(guān)用緩沖電容器的充電電壓并將表示該輔助開關(guān)用緩沖電容器的充電電壓的信號輸入到所述控制電路中的電壓檢測裝置；在所述主開關(guān)接通之后，在所述輔助開關(guān)用緩沖電容器的充電電壓與所述輸出端子間電壓幾乎相等時，所述控制電路向所述第1輔助開關(guān)發(fā)出關(guān)斷信號，在所述輔助開關(guān)用緩沖電容器的充電電壓幾乎為零時，所述第2輔助開關(guān)發(fā)出關(guān)斷信號。
全文摘要
一種電力變換裝置,通過適當(dāng)?shù)乜刂魄袚Q主開關(guān)和輔助開關(guān)的定時,在主開關(guān)和輔助開關(guān)雙方進(jìn)行軟切換。電力變換裝置的控制電路在向主開關(guān)發(fā)出接通信號之前,即在來自輸入電抗器的電流流向該主開關(guān)時,向第1和第2輔助開關(guān)發(fā)出接通信號,通過該第1和第2輔助開關(guān)的接通將來自輸出端子的電流導(dǎo)入到諧振用電感器中,通過由諧振用電感器和緩沖電容器形成的諧振電路中產(chǎn)生的諧振使諧振用電感器的電流增加并達(dá)到輸入電抗器的電流,主開關(guān)兩端的電壓幾乎為零,此時向主開關(guān)發(fā)出接通信號。
文檔編號H02M1/34GK1383603SQ01801881
公開日2002年12月4日 申請日期2001年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月5日
發(fā)明者田中克明 申請人:Tdk股份有限公司