專利名稱:具有過沖保護的雙向無負載控制的制作方法
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車輛以及純電 動車輛的不間斷電源、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,開關(guān)Ql和Q2用作主開關(guān)器件,以將功率從Vlo傳輸?shù)?Vhi。在降壓(buck)模式下,開關(guān)S1-S4用作主開關(guān)器件以將功率從 Vhi傳輸?shù)絍lo。
已經(jīng)認識到當(dāng)在低工作循環(huán)(duty cycle)運行時,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)負栽低于這種 類型的轉(zhuǎn)換器電路的最小輸入功率,由于電感器中過量的能量存儲, 負栽的進一步減小導(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.("IsolatedTwo-inductor Boost Converter with One Magnetic Core," Eighteenth Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition, Feb.9-13,2003, Miami Beach, Fla. , pp. 879-885.)使用與雙電感器串聯(lián)的輔助變壓器, 以將兩個輸入電流路徑進行磁耦合,確保這兩個電感器中的電流是相 同的。因此,當(dāng)負栽不提取電流時,消除了電感器電流。Yan等公開的 磁部件提供了一種具有一個變壓器的隔離的雙電感器升壓轉(zhuǎn)換器,該 部件具有內(nèi)在耦合的兩個電感器繞組,并且實施為在三腿磁芯中具有 一個間隙。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栽高電流.
DC-DC轉(zhuǎn)換器的另一個示例被Li等公開。("A Natural ZVS High-power Bi-direction dc-to-dc Converter with Minimum number of 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)上的雙半橋來操作.當(dāng)功率從低壓側(cè)流到高壓側(cè)時,該電路運行在升壓模式.相反地,當(dāng)功率以相反方向流動, 該電路工作在降壓模式以對用于提供功率給低壓部分的電池進行再充
電.為了支持雙向性,使用復(fù)雜的十三步換向程序(thirteen-step commutation procedure),其依賴于指定時刻的各個電流的幅度.
圖2示出了在轉(zhuǎn)讓給與本發(fā)明申請相同的受讓人的美國序列號US No. 10/881213,標(biāo)題為 "DC Converter Circuit with Overshoot Protection"中描述了一種轉(zhuǎn)換器.當(dāng)Sl-S4用作降壓模式的主開關(guān) 器件時,附加電容器CI和C2提供S2和S4的軟開關(guān),并在Ql和Q2 用作升壓模式的主開關(guān)器件時提供Ql和Q2的過沖保護.
圖3示出了在Kajouke等的美國專利公開號2005/0024904Al、美 國序列號10/630496中所描述的門驅(qū)動控制波形,上述專利被轉(zhuǎn)讓給 與本申請相同的受讓人.這個公開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)換器以實現(xiàn) 任意方向上的無負栽運行.當(dāng)該方法被應(yīng)用到圖2中示出的電路時, 其提供了降壓模式(功率從Vhi流向Vlo)下的無負栽運行.然而,當(dāng) 該方法被應(yīng)用于升壓模式(功率從Vlo流向Vhi )時,由CI和C2提供 的用于Ql和Q2的過沖保護被S2和S4的開關(guān)動作毀壞,其中僅為了 無負栽運行才需要S2和S4.
在圖2示出的運行在升壓模式下的電路的正常運行中,開關(guān)Ql和 Q2用作主開關(guān)器件,并且開關(guān)Sl-S4用作具有內(nèi)部反平行的二極管的 整流器.然而,當(dāng)運行在無負栽條件時,最小量能量將必須從電源Vlo 流向Vhi,因為Ql和Q2不能同時被切斷.需要這個條件以避免可以導(dǎo) 致開關(guān)之間的毀壞性電壓尖脈沖的流過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并且沒有從Vhi返回Vlo的反 向能量,則電容器CO上的輸出電壓將繼續(xù)增長,因此從而不能被調(diào)節(jié). Kajouke等提出的方法(美國序列號10/630496 )使用開關(guān)Sl-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, 開關(guān)S2和S4的開關(guān)動作將毀壞用于開關(guān)Ql和Q2的過沖保護條件,
需要的是一種電路和操作該電路的方法,該電路將在無負栽條件 下在寬電壓范閨上提供電壓調(diào)節(jié),并且還將提供用于Ql和Q2的過沖 保護
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電路實施例包括控制電路和轉(zhuǎn)換器.該轉(zhuǎn)換器是隔離的 雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器,其包括具有初級線圍和次級線圍的變壓器、輛合
到變壓器的初級線團的升壓模式主開關(guān)電路、耦合到變壓器的次級線 團的降壓模式主開關(guān)電路以及升壓模式過沖保護電路.降壓模式主開
關(guān)電路包括耦合在次級線圍的笫一引線和負栽的第一端子之間的笫一 開關(guān)、耦合在次級線圍的笫二引線和負栽的笫一端子之間的第二開關(guān)、 耦合在次級線閨的第一引線和負栽的第二端子之間的笫三開關(guān)以及耦 合在次級線團的第二引線和負栽的第二端子之間的笫四開關(guān).控制電 路耦合到笫一、笫二、笫三和笫四開關(guān)并且可搮作以控制降壓模式主 開關(guān)電路在第一半循環(huán)期間從基態(tài)改變到第一半循環(huán)狀態(tài).基態(tài)是第 一、第二、笫三和第四開關(guān)都關(guān)斷的狀態(tài).笫一半循環(huán)狀態(tài)是第一開 關(guān)接通并且第二、第三和第四開關(guān)都關(guān)斷的狀態(tài).控制電路還可操作 以控制降壓模式主開關(guān)電路在第一半循環(huán)的結(jié)束從第一半循環(huán)狀態(tài)改 變到基態(tài).控制電路還可操作以控制降壓模式主開關(guān)電路在笫二半循 環(huán)期間從基態(tài)改變到第二半循環(huán)狀態(tài).第二半循環(huán)狀態(tài)是笫三開關(guān)接 通并且第一、第二和第四開關(guān)都關(guān)斷的狀態(tài).
本發(fā)明的方法實施例操作隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器以在無負栽條
件下在寬的電壓范圍上提供電壓調(diào)節(jié)并且還使用新的升壓模式驅(qū)動波 形給升壓模式主開關(guān)晶體管提供過沖保護,該新波形在升壓模式期間
驅(qū)動開關(guān)S2和S4關(guān)斷,并且只開關(guān)Sl和S3被切換以在無負栽時提
供反向能量流。在升壓模式下,C1和C2當(dāng)升壓模式驅(qū)動晶體管在前向
能量流期間關(guān)斷時提供由隔離變壓器的漏電感造成的過沖保護,并且
用于反向能量i.在降壓模式下,C;和C2 ^降壓模式主開關(guān)晶體管 S2和S4提供軟開關(guān).
與包括降壓模式主開關(guān)電路的隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián), 其中該降壓模式主開關(guān)電路又包括第一、第二、第三和第四開關(guān),本
發(fā)明的一種處理器可讀介質(zhì)實施例包括可用處理器操作的多個指令 組,其用于控制降壓模式主開關(guān)電路在第一半循環(huán)期間從基態(tài)改變到 第一半循環(huán)狀態(tài)?;鶓B(tài)是笫一、笫二、笫三和第四開關(guān)在關(guān)斷狀態(tài)的 狀態(tài)。第一半循環(huán)狀態(tài)是第一開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)并且第二、第三和第四 開關(guān)都在關(guān)斷狀態(tài)的狀態(tài).該實施例還包括可用處理器操作的多個指令組,用于控制降壓模式主開關(guān)電路在第一半循環(huán)的結(jié)束從第一半循 環(huán)狀態(tài)改變到基態(tài),該實施例還包括可用處理器搮作的多個指令組, 用于控制降壓模式主開關(guān)電路在第二半循環(huán)期間從基態(tài)改變到第二半 循環(huán)狀態(tài).第二半循環(huán)狀態(tài)是第三開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)并且笫一、第二和 第四開關(guān)都在關(guān)斷狀態(tài)的狀態(tài).
在以下優(yōu)選實施例的詳細描述中將參考附圖來描述本發(fā)明.
圖l是已知的隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器的示意圖。
圖2是美國專利序列號10/881213中示出的具有過沖保護的軟開 關(guān)的隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器的示意困.
圖3是美國專利序列號10/630496中示出的具有輕負栽和無負栽 的隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器的升壓模式門驅(qū)動波形的波形圖.
圖4是作為本發(fā)明示例的在輕負栽和無負栽情況下具有過沖保護 的隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器的升壓模式門驅(qū)動波形的波形圖.
圖5是作為本發(fā)明示例的在無負栽情況下在升壓模式的兩個電感 器電流波形的波形圖.
具體實施例方式
以下優(yōu)選實施例的說明本質(zhì)上僅是示范性的,并且不打算以任何 方式限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用.
此處描述的是一種操作圖2的電路的方法,該電路在無負栽條件 下在寬電壓范圍上提供電壓調(diào)節(jié),并且還為升壓模式主開關(guān)晶體管(升 壓模式下的輸入開關(guān)晶體管(例如Q1和Q2))提供過沖保護.該操作 方法在升壓模式下只使用開關(guān)S1和S3 (而非開關(guān)S2和S4)以當(dāng)在無 負載條件下運行升壓模式時,提供來自存儲在Cl和C2中的能量的反 向能量流.在升壓模式下,能量從Vlo正向傳輸?shù)絍hi,直到在CO(即 串聯(lián)連接的Cl和C2 )上充電的電壓超過最大調(diào)節(jié)極限,并且然后開始 反向流以在相反的方向上將能量從Vhi傳輸?shù)絍lo,直到C0 (即串聯(lián) 連接的C1和C2)上充電的電壓降低至最小調(diào)節(jié)極限之下.利用Cl和 C2中的有限存儲的能量,圖2示出的電路將在無負栽情況下在寬電壓 范圍上提供電壓Vhi的電壓調(diào)節(jié),并且還在所有運行條件下提供Ql和 Q2的過沖保護.
因此,Cl和C2現(xiàn)在具有三個功能.在降壓模式運行中,其中Sl和S4用作主開關(guān)器件以將來自Vhi的功能轉(zhuǎn)換為Vlo, Cl和C2為開 關(guān)器件S2和S4提供軟開關(guān).在升壓模式運行中,其中Ql和Q2用作 主開關(guān)器件以將來自Vlo的功率轉(zhuǎn)換為Vhi,當(dāng)Ql或Q2關(guān)斷時由于變 壓器的漏電感,C1和C2提供過沖保護.升壓模式的具體運行原理在轉(zhuǎn) 讓給與本申請相同的受讓人的趙為"DC Converter Circuit with Overshoot Protection"的美國序列號10/881213中有所討論.在升 壓模式輕負栽或無負栽運行中,Cl、 C2、 S1和S3形成了半橋電路以提 供使得電壓調(diào)節(jié)變得可能的反向能量流。
圖4示出了即使在輕負栽和無負栽情況下具有過沖保護的隔離的 雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器的升壓模式門驅(qū)動波形.升壓模式反向流運行的工 作原理如下所述.
圖5示出了在輕負栽或無負栽情況下在升壓模式下的其中一個電 感器電流波形(通過圖2的LI的電流)的全循環(huán).在時間t0, Ql和 Q2被接通.LI電感器電流線性上升流過Ql.在時間tl, Ql被關(guān)斷, Q2保持接通,并且Sl被接通.來自Vlo源的一側(cè)(例如+側(cè))的電流 通過L1進入隔離變壓器的初級線圍的有點側(cè),從隔離變壓器的初級線 團的無點側(cè)出來,通過Q2并且返回Vlo源的另一側(cè)(例如-側(cè)).當(dāng) Ql被關(guān)斷,先前流過L1的電流繼續(xù)流過L1但是必須突然流過隔離變 壓器的初級線圍,流過Q2并返回Vlo源的另一側(cè).電流中的這個突變 在隔離變壓器的初級線閨上施加了 Vlo的大部分電壓,并且實際上, 由于隔離變壓器中的漏電感,在Ql上發(fā)生電壓過沖.由于隔離變壓器 的漏電感引起的Q1上的電壓過沖被C1和C2減小,如在轉(zhuǎn)讓給與本申 請相同的受讓人、題為 "DC converter Circuit with Overshoot Protection"的美國序列號10/881213中有詳細描述.
現(xiàn)在流入隔離變壓器的初級線圃的有點一側(cè)的LI電感器電流從隔 離變壓器的次級線閨的有點一側(cè)當(dāng)中感應(yīng)出次級電流.這從Vlo向Vhi 傳輸能量,并且隨著能量的傳輸,流過L1的電流在時間tl和t2之間 減小.在隔離變壓器的次級線圃中感應(yīng)的這個電流的一些通過在電路 中流出隔離變壓器的次級線團的有點一側(cè)、流過開關(guān)SI的反平行二極 管、流過Cl并流回隔離變壓器的次級線困的無點一側(cè)中,來對Cl充 電。而且,這個電流的一些通過在電路中流出隔離變壓器的次級線圍 的有點一側(cè)流過開關(guān)SI的反平行二極管、流過C0、流過C2 (沿與充電方向相反的方向)、并且流回隔離變壓器的次級線圃的無點一側(cè),
來對C2放電.
當(dāng)C2變?yōu)榉烹姇r,開關(guān)S4中的二極管導(dǎo)致電流旁路C2并且流過 S4的反平行二極管.因此,C2放電,但是不在負方向開始充電.在C1 完全充電并且C2完全放電之后,Sl和S4的反平行二極管都被正向偏 置,
存儲在L1中的能量現(xiàn)在傳輸?shù)絍hi (并且累積在CO上).來自隔 離變壓器的次級線困的有點一側(cè)的一些電流在電路中流過開關(guān)S1的反 平行二極管、流過CO、流過S4的反平行二極管并且流回隔離變壓器的 次級線團的無點一側(cè).并且,來自隔離變壓器的次級線困的有點一側(cè) 的一些電流在電路中流過開關(guān)Sl的反平行二極管、流過C1,并流回隔 離變壓器的次級線閨的無點一側(cè).在本發(fā)明的示例中,C0的容量比C1 的容量大得多,使得不用在負栽中的大多數(shù)傳輸?shù)哪芰勘晃赵贑O中。 Cl和C2用于提供晶體管Ql和Q2的開關(guān)的軟開關(guān)功能.
隨著電容器C0變?yōu)槌潆?,流過Ll的電流減小,在升壓模式,能 量繼續(xù)從Vlo流向Vhi,直到在時間t3 Ll電流達到零并且停止到Vhi 的能量傳輸(見圖5).
在時間t3,隔離變壓器的次級線困上的電壓已經(jīng)減小到小于C1上 的電壓。因為開關(guān)S1被接通, 一些電流開始沿相反方向在電路中從C1 流過S1、流入隔離變壓器的次級線閨的有點一側(cè)、并且然后流出隔離 變壓器的次級線閨的無點一側(cè)并且返回Cl.并且, 一些電流在電路中 相反地從C0流過S1、流入隔離變壓器的次級線團的有點一側(cè)、并且然 后流出隔離變壓器的次級線困的無點一側(cè)、流過C2并且流回CO.這個 相反電流導(dǎo)致L1中的電流反向并且變?yōu)樨摰?見圖5),從而將能量 傳輸?shù)皆碫lo中.
在時間t3和t4之間,能量翻轉(zhuǎn)放電Cl (以及C0)和充電C2的 流方向.由于Sl已經(jīng)在時間tl被接通并且在時間t3和t4之間仍然 接通,存儲在C1中的能量流出Cl,流過開關(guān)Sl、流到隔離變壓器的 次級線圍的有點一側(cè)、流出隔離變壓器的次級線圃的無點一側(cè)并且流 回Cl.隨著C1釋放能量并且C1上的電壓放電,流出隔離變壓器的次 級線圏的無點一側(cè)的一些電流開始通過C2 (沿充電C2的方向)、流過 C0、流過開關(guān)Sl并且返回隔離變壓器的次級線圍的有點一側(cè)以使電路完整并且對C2充電,使得Cl和C2上的電壓總和為CO上的電壓.這 個電流對C1放電、對C2充電.這導(dǎo)致能量在升壓模式下沿相反方向 流過隔離變壓器,使電流流入電感器Ll并且使能量從Vhi傳輸?shù)絍lo。
在時間t3和t4之間,流入隔離變壓器的次級線閨的有點一側(cè)的 電流感應(yīng)出從隔離變壓器的初級線圍的有點一側(cè)流出的電流,該感應(yīng) 的電流必須流過L1并且產(chǎn)生負電流直到C1被放電(見圖5).
在時間t4, Ql再次被接通,Q2仍然導(dǎo)通,并且S1再次被關(guān)斷(見 圖4)。在升壓模式下在反能量流期間流過L1的負電流開始減小,但 是繼續(xù),直到在時間t6, Ll電感器電流達到零(見圖5),
在時間t6之后,Ll電感器電流翻轉(zhuǎn)方向并且繼續(xù)線性上升,直到 時間tl (見圖5),并且開始下一循環(huán)。L2電感器電流的循環(huán)類似于 Ll電感器電流,其中Ql和Q2互換、Sl和S3互換、S2和S4互換并且 C1和C2互換.C0、 Vhi和Vlo繼續(xù)扮演相同的角色,但是在隔離變壓 器的每個初級線閨和次級線圍中有點側(cè)和無點側(cè)互換,
例如,在時間t5, Q2被關(guān)斷,Ql繼續(xù)導(dǎo)通,并且S3被接通,從 Q2被關(guān)斷開始,來自Vlo源的一側(cè)(例如,+側(cè))的電流通過L2,流 入隔離變壓器的初級線閨的無點一側(cè),流出隔離變壓器的初級線閨的 有點一側(cè),流過Ql并且流回Vlo源的另一側(cè)(例如-側(cè)).由于隔離 變壓器的漏電感引起的Q2上的電壓過沖被C1和C2減小.
現(xiàn)在流入隔離變壓器的初級線困的無點一側(cè)的L2電感器電流從隔 離變壓器的次級線圉的無點一側(cè)感應(yīng)出次級電流.這將能量從Vlo傳 輸?shù)絍hi,并且隨著能量的傳輸,流過L2的電流在時間t5和t7之間 減小.在隔離變壓器的次級線閨中感應(yīng)出的該電流的一些通過在電路 中流出隔離變壓器的次級線困的無點一側(cè)通過C2,流過開關(guān)S3的反平 行二極管,并且流回隔離變壓器的次級線圍的有點一側(cè)中,對C2充電. 而且,該電流的一些通過在電路中流出隔離變壓器的次級線圍的無點 一側(cè)通過Cl (沿與充電方向相反的方向),流過CO,流過開關(guān)S3的 反平行二極管并且流回隔離變壓器的次級線圍的有點一側(cè)中,對Cl放 電。
當(dāng)C1被放電時,電流將旁路C1并且流過S2的反平行二極管。在 C2被完全充電并且Cl被完全放電后,S2和S3的反平行二極管被正向 偏置。存儲在L1中的能量現(xiàn)在傳輸?shù)絍hi (并且在CO上累積)。流出隔離變壓器的次級線困的無點一側(cè)的電流在電路中流過開關(guān)S2的反平 行二極管、流過C0、流過S3的反平行二極管,并且流回隔離變壓器的 次級線團的有點一側(cè)中.在升壓模式下,能量繼續(xù)從Vlo流向Vhi,直 到在時間t7, L2電流達到零,并且停止到Vhi的能量傳輸(見圖5, L2電感器電流的虛線波形).
在時間t7和t8之間,能量翻轉(zhuǎn)放電C2和充電Cl的流方向.由 于在時間t5 S3已經(jīng)被接通并且在時間t7和t8之間仍然接通,存儲 在C2中的能量流出C2,流入隔離變壓器的次級線圍的無點一側(cè),流出 隔離變壓器的次級線團的有點一側(cè),流過開關(guān)S3,并且流回C2.隨著 C2釋放能量并且C2上的電壓放電,流出隔離變壓器的次級線圍的有點 一側(cè)的一些電流開始流過開關(guān)S3、流過CO、流過C1(沿充電C1的方 向)并且流回隔離變壓器的次級線圍的無點一側(cè),以完成電路并且對 Cl充電,使得Cl和C2上的電壓總和等于CO上的電壓.這個電流對 Cl放電并且對Cl充電.這導(dǎo)致能量在升壓模式下沿相反方向流過隔離 變壓器,使電流流入電感器L2并且將能量從Vhi傳輸?shù)絍lo.
在時間t7和t8之間,流入隔離變壓器的次級線困的無點一側(cè)的 電流感應(yīng)出從隔離變壓器的初級線閨的無點一側(cè)流出的電流,該感應(yīng) 的電流必須流過L2以產(chǎn)生負電流,直到C2被放電(見圖5, L2電感 器電流的虛線波形).
在時間t8, Q2被再次接通,Ql繼續(xù)導(dǎo)通,并且S3被再次關(guān)斷(見 圖4)。由于在升壓模式下在反向能量流期間流過L2的負電流存儲在 L2中的能量開始減小,并且將存儲在L2中的能量傳送到源Vlo的負電 流繼續(xù)直到下一循環(huán)的時間tl.
在包括控制電路和轉(zhuǎn)換器的電路的實施例中,該轉(zhuǎn)換器是隔離的 雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器,其包括具有初級線困和次級線圍的變壓器、耦合 到變壓器的初級線圏的升壓模式主開關(guān)電路、耦合到變壓器的次級線 圏的降壓模式主開關(guān)電路和升壓模式過沖保護電路(電容器Cl和C2 )。 降壓模式主開關(guān)電路包括耦合在次級線閨的第一引線(隔離變壓器的 次級線團的有點一側(cè))和負栽的第一端子(Vhi)之間的第一開關(guān)Sl. 降壓模式主開關(guān)電路還包括耦合在次級線困的第二引線(隔離變壓器 的次級線閨的無點一側(cè))和負栽的第一端子之間的第二開關(guān)S2。降壓 模式主開關(guān)電路還包括輛合在次級線圍的第一引線和負栽的第二端子之間的第三開關(guān)S3.降壓模式主開關(guān)電路還包括耦合在次級線閨的第 二引線和負栽的第二端子之間的笫四開關(guān)S4.
控制電路(圖2中標(biāo)記為"控制電路")輛合到第一、笫二、第 三和第四開關(guān)S1、 S2、 S3、 S4,控制電路可搮作以控制降壓模式主開 關(guān)電路在笫一半循環(huán)期間(圖4和5的tl處)從基態(tài)改變到笫一半循 環(huán)狀態(tài).基態(tài)是笫一、笫二、笫三和笫四開關(guān)都被關(guān)斷的狀態(tài),笫一 半循環(huán)狀態(tài)是第一開關(guān)Sl被接通并且第二、第三和第四開關(guān)S2、 S3、 S4都被關(guān)斷的狀態(tài).
控制電路還可操作以控制降壓模式主開關(guān)電路在第一半循環(huán)的結(jié) 束(在圖4和圖5中的t4處)從第一半循環(huán)狀態(tài)改變到基態(tài).控制電 路還可操作以控制降壓模式主開關(guān)電路在笫二半循環(huán)期間(圖4-6中 的"處)從基態(tài)改變到笫二半循環(huán)狀態(tài).第二半循環(huán)狀態(tài)是其中第三 開關(guān)S3被接通并且第一、第二和第四開關(guān)S1、 S2、 S4都被關(guān)斷的狀 態(tài).
經(jīng)常地,控制電路由微處理器和存儲器制成,但是并不需要這樣 制造。它可以由分立部件、專用集成電路(ASIC)、場可編程門陣列 (FPGA)或任何等同物制造.當(dāng)由微處理器(或其他處理器)制造時, 控制電路與經(jīng)常分配給這種處理器的其他功能共享該處理器.
已經(jīng)描述了具有過沖保護的一種新型雙向無負栽控制的優(yōu)選實施
例(打算是說明性的而非限制性的),應(yīng)注意根據(jù)上述教導(dǎo)本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以做出修改和變化.因此應(yīng)理解在說公開的發(fā)明的特定實施 例中可以做出改變,這些改變在如隨附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明 的范圍之內(nèi)。
已經(jīng)用細節(jié)和專利法要求的特征描述了本發(fā)明,專利證(Letters Patent)所保護和要求專利保護的內(nèi)容由隨附的權(quán)利要求書來闡述.
權(quán)利要求
1.一種包括控制電路和轉(zhuǎn)換器的電路,其中該轉(zhuǎn)換器是隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器,其包括具有初級線圈和次級線圈的變壓器、耦合到變壓器的初級線圈的升壓模式主開關(guān)電路、耦合到變壓器的次級線圈的降壓模式主開關(guān)電路、以及升壓模式過沖保護電路;降壓模式主開關(guān)電路包括耦合在次級線圈的第一引線和負載的第一端子之間的第一開關(guān)、耦合在次級線圈的第二引線和負載的第一端子之間的第二開關(guān)、耦合在次級線圈的第一引線和負載的第二端子之間的第三開關(guān)以及耦合在次級線圈的第二引線和負載的第二端子之間的第四開關(guān);控制電路耦合到第一、第二、第三和第四開關(guān)并且可操作以控制降壓模式主開關(guān)電路在第一半循環(huán)期間從基態(tài)改變到第一半循環(huán)狀態(tài),基態(tài)是第一、第二、第三和第四開關(guān)都關(guān)斷的狀態(tài),第一半循環(huán)狀態(tài)是第一開關(guān)接通并且第二、第三和第四開關(guān)都關(guān)斷的狀態(tài);控制電路還可操作以控制降壓模式主開關(guān)電路在第一半循環(huán)的結(jié)束從第一半循環(huán)狀態(tài)改變到基態(tài);控制電路還可操作以控制降壓模式主開關(guān)電路在第二半循環(huán)期間從基態(tài)改變到第二半循環(huán)狀態(tài),第二半循環(huán)狀態(tài)是第三開關(guān)接通并且第一、第二和第四開關(guān)都關(guān)斷的狀態(tài)。
2. 權(quán)利要求1的電路,其中控制電路還可搮作以控制降壓模式主 開關(guān)電路在第二半循環(huán)的結(jié)束從第二半循環(huán)狀態(tài)改變到基態(tài),
3. 權(quán)利要求2的電路,其中控制電路還可操作以重復(fù)控制降壓模 式主開關(guān)電路以在第一和第二半循環(huán)之間重復(fù)地循環(huán).
4. 權(quán)利要求l的電路,其中升壓模式過沖保護電路包括 耦合在第二開關(guān)上的第一電容器;以及 耦合在笫四開關(guān)上的笫二電容器.
5. 權(quán)利要求l的電路,其中升壓模式主開關(guān)電路包括笫一升壓模式開關(guān)和第二升壓模式開關(guān);控制電路還可操作以控制升壓模式主開關(guān)電路在第一開關(guān)保持導(dǎo) 通的時候使笫一升壓模式開關(guān)保持關(guān)斷,并且在所有其他時間使笫一升壓模式開關(guān)保持導(dǎo)通;以及控制電路還可搮作以控制升壓模式主開關(guān)電路在第三開關(guān)保持導(dǎo) 通的時候使笫二升壓模式開關(guān)保持關(guān)斷,并且在所有其他時間使笫二 升壓模式開關(guān)保持導(dǎo)通.
6. —種控制包括降壓模式主開關(guān)電路的隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器' 的方法,該降壓模式主開關(guān)電路又包括第一、第二、第三和第四開關(guān), 該方法包括控制降壓模式主開關(guān)電路在第一半循環(huán)期間從基態(tài)改變到第一半 循環(huán)狀態(tài),基態(tài)是第一、笫二、笫三和第四開關(guān)都關(guān)斷的狀態(tài),第一 半循環(huán)狀態(tài)是笫一開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)并且第二、第三和第四開關(guān)都處 于關(guān)斷狀態(tài)的狀態(tài);控制降壓模式主開關(guān)電路在第一半循環(huán)的結(jié)束從第一半循環(huán)狀態(tài) 改變到基態(tài);以及控制降壓模式主開關(guān)電路在第二半循環(huán)期間從基態(tài)改變到第二半 循環(huán)狀態(tài),第二半循環(huán)狀態(tài)是笫三開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)并且笫一、第二 和笫四開關(guān)都處于關(guān)斷狀態(tài)的狀態(tài)。
7. 權(quán)利要求6的方法,其中該轉(zhuǎn)換器還包括具有初級線困和次級線圍的變壓器、耦合到變壓 器的初級線圍的升壓模式主開關(guān)電路、升壓模式過沖保護電路,其中 降壓模式主開關(guān)電路耦合到變壓器的次級線圍;并且降壓模式主開關(guān)電路被配置為使得第一開關(guān)耦合在次級線圍的笫 一引線和負栽的笫一端子之間、第二開關(guān)耦合在次級線圏的第二引線 和負栽的第一端子之間、第三開關(guān)輛合在次級線圍的第一引線和負栽 的第二端子之間,并且第四開關(guān)耦合在次級線團的第二引線和負栽.的 第二端子之間.
8. 權(quán)利要求7的方法,其中降壓模式開關(guān)電路還包括升壓模式過 沖保護電路,該升壓模式過沖保護電路包括輛合在第二開關(guān)上的第一 電容器以及輛合在第四開關(guān)上的第二電容器.
9. 權(quán)利要求6的方法,還包括降壓模式主開關(guān)電路在第二半循環(huán) 的結(jié)束從第二半循環(huán)狀態(tài)改變到基態(tài),
10. 權(quán)利要求9的方法,還包括控制降壓模式主開關(guān)電路在第一 和笫二半循環(huán)之間交替。
11. 權(quán)利要求6的方法,其中隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器還包括升壓模式主開關(guān)電路,該升壓模 式主開關(guān)電路包括第一和第二升壓模式開關(guān);該方法還包括在第一開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)的時候控制第一升壓模式 開關(guān)保持關(guān)斷狀態(tài),并且在所有其他時間控制第一升壓模式開關(guān)保持 導(dǎo)通狀態(tài);以及該方法還包括在第三開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)的時候控制笫二升壓模式 開關(guān)保持關(guān)斷狀態(tài),并且在所有其他時間控制第二升壓模式開關(guān)保持 導(dǎo)通狀態(tài).
12. 與隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián), 一種包括可用處理器操 作的多個指令組用于控制降壓模式主開關(guān)電路的處理器可讀介質(zhì),該 隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器包括降壓模式主開關(guān)電路,該降壓模式主開 關(guān)電路又包括第一、第二、第三和第四開關(guān)在第一半循環(huán)期間從基態(tài)改變到第一半循環(huán)狀態(tài),基態(tài)是第一、 第二、第三和笫四開關(guān)在關(guān)斷狀態(tài)的狀態(tài),笫一半循環(huán)狀態(tài)是第一開 關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)并且第二、第三和第四開關(guān)都在關(guān)斷狀態(tài)的狀態(tài); 在第一半循環(huán)的結(jié)束從笫一半循環(huán)狀態(tài)改變到基態(tài);以及 在第二半循環(huán)期間從基態(tài)改變到第二半循環(huán)狀態(tài),第二半循環(huán)狀態(tài)是笫三開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)并且笫一、第二和笫四開關(guān)都在關(guān)斷狀態(tài)的 狀態(tài).
13. 權(quán)利要求12的介質(zhì),其包括可用處理器操作的另一指令組, 用于控制降壓模式主開關(guān)電路在第二半循環(huán)的結(jié)束從第二半循環(huán)狀態(tài) 改變到基態(tài).
14. 權(quán)利要求13的介質(zhì),其包括可用處理器操作的另一指令組, 用于控制降壓模式主開關(guān)電路在第一和第二半循環(huán)之間交替.
15. 權(quán)利要求12的介質(zhì),其中隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器還包括升壓模式主開關(guān)電路,該升壓模 式主開關(guān)電路包括第一和第二升壓模式開關(guān);該介質(zhì)包括可用處理器搮作的另一指令組,用于在笫一開關(guān)保持 導(dǎo)通狀態(tài)的時候控制第一升壓模式開關(guān)保持關(guān)斷狀態(tài),并且在所有其 他時間控制第一升壓模式開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài);并且該介質(zhì)包括可用處理器搮作的另一指令組,用于在第三開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)的時候控制笫二升壓模式開關(guān)保持關(guān)斷狀態(tài),并且在所有其 他時間控制第二升壓模式開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài).
全文摘要
本發(fā)明涉及具有過沖保護的雙向無負載控制。一種操作隔離的雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器以在無負載條件下在寬電壓范圍上提供電壓調(diào)節(jié)并且對于升壓模式主開關(guān)晶體管提供過沖保護的方法使用新的升壓模式驅(qū)動波形。該新波形在升壓模式期間驅(qū)動開關(guān)S2和S4關(guān)斷,并且只有S1和S3被開關(guān)以提供無負載條件下的反向能量流。在升壓模式,C1和C2當(dāng)升壓模式驅(qū)動晶體管在前向能量流期間關(guān)斷時,提供隔離變壓器的漏電感導(dǎo)致的過沖保護,并且在用于升壓模式下的電壓調(diào)節(jié)的反向能量流期間為反向能量流提供存儲的能量。在降壓模式,C1和C2為降壓模式主開關(guān)晶體管S2和S4提供軟開關(guān)。
文檔編號H02M1/00GK101309050SQ20081009712
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月14日
發(fā)明者K·陳, S·E·舒爾茨 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司