專利名稱：絕緣直流-直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣直流-直流變換器，特別地涉及具有有源箝位電路的絕緣直 流-直流變換器。
背景技術(shù)：
參考示出根據(jù)背景技術(shù)的帶有有源箝位電路的絕緣直流_直流變換器的電路圖 的圖8，主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q2被用在用于變壓器50的初級(jí)繞組的電路中。輔助開關(guān)Q2 被串聯(lián)到箝位電容器C以由此形成有源箝位電路。該有源箝位電路被并聯(lián)到變壓器50的 初級(jí)繞組。通過控制電路(未示出)使主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q2交替地接通和斷開。用于 輔助開關(guān)Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是通過反轉(zhuǎn)用于主開關(guān)Q1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來提供的。在啟動(dòng)帶有有源箝位電路的絕緣直流-直流變換器時(shí)，執(zhí)行軟啟動(dòng)用于防止變壓 器50的偏置勵(lì)磁。圖9示出絕緣直流_直流變換器在其軟啟動(dòng)期期間的操作的時(shí)序圖。如圖中所 示，輔助開關(guān)Q2的占空比大于主開關(guān)Q1的占空比。術(shù)語占空比指的是開關(guān)接通期間的時(shí) 間段與開關(guān)接通期間的時(shí)間段和開關(guān)斷開期間的時(shí)間段之和的比率。乘積Vc T2(其中 Vc代表被施加到變壓器50的電壓并且T2代表輔助開關(guān)Q2接通期間的時(shí)間段)大于乘積 VI T1 (其中VI代表被施加到變壓器50的電壓并且T1代表主開關(guān)Q1接通期間的時(shí)間 段)。因此，取決于箝位電容器C在變換器的軟啟動(dòng)的開始時(shí)所充電的電荷的量，或者取決 于箝位電容器C的電壓，感生出偏置勵(lì)磁，并且如果偏置勵(lì)磁是持續(xù)的話變壓器50可能被 磁性飽和。變壓器50的磁性飽和引起其感應(yīng)系數(shù)的快速減少，由此快速地增加了勵(lì)磁電 流，使得流過輔助開關(guān)Q2的過量電流可能引起對(duì)輔助開關(guān)Q2的損壞。盡管使用具有承受 大電壓和大電流能力的開關(guān)元件作為輔助開關(guān)Q2能夠防止輔助開關(guān)Q2的損壞，但是這增 加了轉(zhuǎn)換器的成本。日本未審查專利申請(qǐng)公報(bào)第2006-191741號(hào)公開了帶有有源箝位電路的絕緣直 流-直流變換器。在該公開中，在控制主開關(guān)和輔助開關(guān)的操作的控制電路被啟動(dòng)時(shí)，從箝 位電容器向控制電路供電。箝位電容器在啟動(dòng)控制電路時(shí)所充電的電荷被傳輸?shù)叫纬煽刂?電路的供電裝置的電容器，由此將在箝位電容器中儲(chǔ)存的電荷放電。這樣的電容器需要附 加電路，使得變換器復(fù)雜并且其制造成本增加?？紤]了上述問題做出的本發(fā)明涉及帶有有源箝位電路的絕緣直流-直流變換器， 據(jù)此，防止了在開始絕緣直流_直流變換器的軟啟動(dòng)之后變壓器被磁性飽和，并且摒棄了 具有承受大電壓和大電流能力的開關(guān)元件作為有源箝位電路的輔助開關(guān)。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種絕緣直流-直流變換器包括變壓器、主開關(guān)、有源箝 位電路和控制單元。該變壓器具有初級(jí)繞組。該主開關(guān)被連接到該初級(jí)繞組。該有源箝位電 路被連接到該初級(jí)繞組并且具有被串聯(lián)的輔助開關(guān)和箝位電容器。該控制單元被提供用于控制該主開關(guān)和該輔助開關(guān)。該控制單元在用于供電的正常操作之前進(jìn)行該絕緣直流-直流變換器的軟啟動(dòng)操作。該控制單元在啟動(dòng)該絕緣直流-直流變換器的軟啟動(dòng)操作之前進(jìn) 行抗飽和控制。抗飽和控制包括如下動(dòng)作控制該主開關(guān)和該輔助開關(guān)，使得在該主開關(guān)被 保持處于斷開狀態(tài)時(shí)該輔助開關(guān)進(jìn)行通-斷操作，直到該箝位電容器的電壓降到低于其中 在啟動(dòng)該絕緣直流_直流變換器的軟啟動(dòng)操作之后該變壓器將被磁性飽和的電平為止。根據(jù)以下描述，結(jié)合附圖，通過對(duì)本發(fā)明的原理舉示例的方式來說明，本發(fā)明的其 他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯然。
參考對(duì)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的以下描述和附圖，可以最佳地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu) 點(diǎn)，在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的絕緣直流-直流變換器的電路圖；圖2是示出圖1的絕緣直流-直流變換器的操作的時(shí)序圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的絕緣直流-直流變換器的電路圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的絕緣直流-直流變換器的電路圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的絕緣直流-直流變換器的電路圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的絕緣直流-直流變換器的電路圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的絕緣直流-直流變換器的電路圖；圖8是示出根據(jù)背景技術(shù)的絕緣直流-直流變換器的電路圖；并且圖9是示出圖8的絕緣直流-直流變換器在其軟啟動(dòng)期期間的操作的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考圖1和2描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的絕緣直流_直流變換器。在 本實(shí)施例中，利用有源箝位正向變換器作為絕緣直流-直流變換器。有源箝位正向變換器 在以下描述中將僅被稱為變換器。參考示出根據(jù)本實(shí)施例的變換器的圖1，附圖標(biāo)記10表 示具有初級(jí)繞組11和次級(jí)繞組14的變壓器。初級(jí)繞組11、主開關(guān)Q1和直流供電裝置12 被串聯(lián)。主開關(guān)Q1使用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)作為開關(guān)元件。初級(jí)繞 組11的第一端子11A被連接到直流供電裝置12的正極端子，并且初級(jí)繞組11的第二端子 11B被連接到主開關(guān)Q1的M0SFET的漏極。主開關(guān)Q1的M0SFET的源極被連接到直流供電 裝置12的負(fù)極端子。二極管D1被反向并聯(lián)到主開關(guān)Q1。輔助開關(guān)Q2和箝位電容器13被串聯(lián)以形成有源箝位電路。該有源箝位電路被并 聯(lián)到初級(jí)繞組11。輔助開關(guān)Q2使用M0SFET作為開關(guān)元件。箝位電容器13在其一端處被 連接到初級(jí)繞組11和直流供電裝置12的正極端子的交點(diǎn)，并且在其另一端處被連接到輔 助開關(guān)Q2的M0SFET的漏極。輔助開關(guān)Q2的M0SFET在其源極處被連接到初級(jí)繞組11和 主開關(guān)Q1的交點(diǎn)。二極管D2被反向并聯(lián)到輔助開關(guān)Q2。變壓器10的次級(jí)繞組14具有第一端子14A、第二端子14B和中間抽頭14C。電感 器15、電容器16和M0SFET 17被串聯(lián)在中間抽頭14C和第二端子14B之間。電阻器(負(fù) 載)18被并聯(lián)到電容器16。次級(jí)繞組14的第一端子14A經(jīng)由M0SFET 19被連接到M0SFET 17的源極。二極管D3被反向并聯(lián)到M0SFET 17并且二極管D4被反向并聯(lián)到M0SFET 19。
主開關(guān)Q1、輔助開關(guān)Q2、M0SFET 17和M0SFET 19在其柵極處被連接到控制單元 20。控制單元20包括中央處理單元(CPU)和存儲(chǔ)器。控制單元20在變換器的正常操作期 間控制主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q2的交替的通-斷操作，由此從直流供電裝置12向變壓器10 供電。短語“在變換器的正常操作期間”指的是其中直流供電裝置12的電力被從變壓器10 的初級(jí)繞組11供應(yīng)到次級(jí)繞組14的變換器狀態(tài)?？刂茊卧?0可用于與流過初級(jí)繞組11 的電流的方向的變化同步地控制M0SFET 17和M0SFET 19的互補(bǔ)的通-斷操作。S卩，M0SFET 17和M0SFET 19以互補(bǔ)方式進(jìn)行交替的通-斷操作。在啟動(dòng)變換器時(shí)，控制單元20控制主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q2的通_斷操作使得變 換器執(zhí)行軟啟動(dòng)，其中輔助開關(guān)Q2的占空比大于主開關(guān)Q1的占空比。占空比指的是開關(guān) 接通期間的時(shí)間段與開關(guān)接通期間的時(shí)間段和開關(guān)斷開期間的時(shí)間段之和的比率。在控 制單元20接收到啟動(dòng)命令時(shí)，控制單元20在啟動(dòng)軟啟動(dòng)操作之前進(jìn)行抗飽和控制?？癸?和控制是如下動(dòng)作控制主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q2的操作，使得在主開關(guān)Q1被保持?jǐn)嚅_的 情況下輔助開關(guān)Q2進(jìn)行通-斷操作，直到箝位電容器13的電壓降到低于其中在啟動(dòng)變換 器的軟啟動(dòng)操作之后變壓器10將被磁性飽和的電平為止。在抗飽和控制中輔助開關(guān)Q2的 通_斷操作的周期可以基本上等于在變換器的操作期間輔助開關(guān)Q2的通_斷操作的周期。如果選擇0伏作為低于其中在啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作之后變壓器10被磁性飽 和的電平的電壓，則不用擔(dān)心在啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作之后變壓器10被磁性飽和，但是 要花很長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行抗飽和控制。因此，通過試驗(yàn)預(yù)先找到其中在啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作 之后變壓器10被磁性飽和的電壓的最小值，并且參考該最小值在使得變壓器10不被磁性 飽和的程度內(nèi)設(shè)定合適的電壓值。借助于通過使用檢測(cè)箝位電容器13的電壓的電壓檢測(cè) 電路來判斷電容器電壓是否已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定值，可以確定抗飽和控制的終止的定時(shí)。然而， 在這種情況中，變換器需要電壓檢測(cè)電路。在本實(shí)施例中，代表輔助開關(guān)Q2的接通操作數(shù) 的累計(jì)接通脈沖數(shù)已從抗飽和控制的開始的時(shí)間起被計(jì)數(shù)。在累計(jì)接通脈沖數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的 值時(shí)抗飽和控制被終止。通過試驗(yàn)預(yù)先找到該預(yù)設(shè)的值，并且參考所找到的脈沖數(shù)在使得 變壓器10不被磁性飽和的程度內(nèi)設(shè)定合適的累計(jì)接通脈沖數(shù)。在抗飽和控制中輔助開關(guān)Q2接通的時(shí)間段T3被設(shè)定為使得箝位電容器13的剩 余電荷與輔助開關(guān)Q2接通的時(shí)間段T3的乘積小于電壓-時(shí)間乘積E T，在電壓-時(shí)間乘 積E T中變壓器10兩端的電壓E被乘以在將電壓E施加到變壓器10時(shí)的時(shí)間段T。下面將描述上述變換器的操作。在變換器的正常操作或穩(wěn)定狀態(tài)中，以使得在主 開關(guān)Q1接通時(shí)變壓器10的乘積E T等于在輔助開關(guān)Q2接通時(shí)變壓器10的乘積E T的 占空比來進(jìn)行主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q2的交替的通_斷操作。在主開關(guān)Q1接通并且輔助 開關(guān)Q2斷開時(shí)，電流從第一端子11A到第二端子11B流過初級(jí)繞組11，并且也從第二端子 14B到第一端子14A流過次級(jí)繞組14。在這種情況中，M0SFET 17被控制為處于接通狀態(tài) 并且M0SFET 19被控制為處于斷開狀態(tài)，使得流過次級(jí)繞組14的電流通過抽頭14C、電感 器15和電阻器18被傳遞。另一方面，在主開關(guān)Q1斷開并且輔助開關(guān)Q2接通時(shí)，電流從 第二端子11B到第一端子11A流過初級(jí)繞組11，并且也從第一端子14A到第二端子14B流 過次級(jí)繞組14。在這種情況中，M0SFET 17被控制為處于斷開狀態(tài)并且M0SFET 19被控制 為處于接通狀態(tài)，使得流過次級(jí)繞組14的電流通過抽頭14C、電感器15和電阻器18被傳 遞。即，在使主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q2交替地接通和斷開并且以預(yù)定的周期改變流過初級(jí)繞組11的電流的方向時(shí)，與流過初級(jí)繞組11的電流的方向的改變同步地使MOSFET 17和 MOSFET 19交替地接通和斷開，結(jié)果是出現(xiàn)在次級(jí)繞組14中的電流作為直流電通過電阻器 18被傳遞。在使啟動(dòng)開關(guān)(未示出)接通并且控制單元20接收到重新啟動(dòng)命令(啟動(dòng)命令) 時(shí)，控制單元20在執(zhí)行軟啟動(dòng)操作之前進(jìn)行抗飽和控制。根據(jù)抗飽和控制，控制單元20控 制主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)Q2的操作，使得在主開關(guān)Ql被保持處于斷開狀態(tài)時(shí)輔助開關(guān)Q2 進(jìn)行通-斷操作，直到箝位電容器13的電壓降到低于其中在重新啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作 之后變壓器10將被磁性飽和的電平為止?？刂茊卧?0從抗飽和控制的開始起計(jì)數(shù)輔助開 關(guān)Q2處于接通時(shí)的脈沖。在所計(jì)數(shù)的脈沖數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的值時(shí)，控制單元20結(jié)束抗飽和控 制并開始對(duì)軟啟動(dòng)的控制。在本說明書描述的實(shí)施例的上下文中，“重新啟動(dòng)”是啟動(dòng)操作 的一種，是在變換器的停止后再次對(duì)其啟動(dòng)的情況下的啟動(dòng)操作。在輔助開關(guān)Q2的通-斷操作的重復(fù)期間將箝位電容器13所充電的電荷(電壓) (或箝位電容器13中剩余的電荷)放電，并且相應(yīng)地，箝位電容器13的電壓Vc逐漸下降， 如圖2中所示。另外，被施加到變壓器10的電壓和流過變壓器10的電流逐漸減小。在箝 位電容器13的電壓Vc下降到低于閾值電壓值(即，其中在重新啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作 之后變壓器10將被磁性飽和的電壓)時(shí)，此時(shí)結(jié)束放電，即，結(jié)束抗飽和控制。然后將開始 軟啟動(dòng)操作。在軟啟動(dòng)期間，輔助開關(guān)Q2的占空比被設(shè)定為大于主開關(guān)Ql的占空比。然而，由 于抗飽和控制，軟啟動(dòng)是在其中箝位電容器13的電壓足夠低的狀態(tài)下開始的。因此，變壓 器10不被以大的偏置勵(lì)磁以至于被磁性飽和，即使(在將電壓Vc施加到變壓器10的時(shí)間 段T2期間被施加到變壓器10的電壓Vc的)乘積Vc · T2與(在將電壓Vl施加到變壓器 10的時(shí)間段Tl期間被施加到變壓器10的電壓Vl的)乘積Vl · Tl不平衡。本實(shí)施例提供了如下有利效果。(1)變換器包括變壓器10、主開關(guān)Q1、有源箝位電路和控制單元20。有源箝位電 路被并聯(lián)到變壓器10的初級(jí)繞組11，并且具有被串聯(lián)的輔助開關(guān)Q2和箝位電容器13?？?制單元20控制主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)Q2的操作。控制單元20在用于供電的正常操作之前 進(jìn)行變換器的軟啟動(dòng)操作?？刂茊卧?0在變換器的停止之后重新啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操 作之前進(jìn)行抗飽和控制。短語“變換器的停止”指的是停止施加電壓給變壓器10的初級(jí)繞 組11，其中至少使主開關(guān)Ql斷開。例如，在使主開關(guān)Ql斷開的同時(shí)使輔助開關(guān)Q2接通和 斷開?？癸柡涂刂剖侨缦聞?dòng)作控制主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)Q2的操作，使得在主開關(guān)Ql被 保持?jǐn)嚅_的情況下輔助開關(guān)Q2進(jìn)行通_斷操作，直到箝位電容器13的電壓降到低于其中 在重新啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作之后變壓器10將被磁性飽和的電平為止。因此，如果通過 軟啟動(dòng)來重新啟動(dòng)變換器并且以大于主開關(guān)Ql的占空比的占空比操作輔助開關(guān)Q2，則因 為箝位電容器13的開始電壓足夠低，所以變壓器10不被磁性飽和。因而，沒有必要使用具 有承受大電壓和大電流能力的開關(guān)元件作為有源箝位電路的輔助開關(guān)Q 2。(2)控制單元20在在變換器的停止之后重新啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作之前進(jìn)行 抗飽和控制。因此，對(duì)比于其中在變換器的停止之后重新啟動(dòng)變換器之前的任何給定時(shí)間 進(jìn)行抗飽和控制的情況，沒有必要測(cè)量從變換器的停止起經(jīng)過的時(shí)間。因而，控制單元20 在重新啟動(dòng)變換器之前必定進(jìn)行抗飽和控制。
(3)在抗飽和控制下輔助開關(guān)Q2接通期間的時(shí)間段T3被設(shè)定為使得箝位電容器 13的剩余電荷與輔助開關(guān)Q2接通期間的時(shí)間段T3的乘積小于電壓-時(shí)間乘積E · T，電 壓_時(shí)間乘積E · T是被施加到變壓器10的電壓E和將電壓E施加到變壓器10期間的時(shí) 間段T的乘積。因此，不用擔(dān)心在將箝位電容器13放電時(shí)變壓器10達(dá)到飽和磁量密度。(4)控制單元20確定抗飽和控制的終止的定時(shí)，不是借助于通過使用檢測(cè)箝位電 容器13的電壓的電壓檢測(cè)電路來判斷電容器電壓是否已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定值進(jìn)行的，而是借 助于判斷代表輔助開關(guān)Q2的接通操作次數(shù)的累計(jì)接通脈沖數(shù)從抗飽和控制的開始起是否 已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定值進(jìn)行的。因此，控制單元20不需要電壓檢測(cè)電路，并且僅通過修改用于 主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)Q2的控制程序而非修改硬件就可以實(shí)現(xiàn)目的。(5)在建立低于其中在重新啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作之后變壓器10將被磁性飽 和的電壓的電壓時(shí)，通過試驗(yàn)預(yù)先找到磁性飽和電壓的最小值，并且參考所找到的最小值 在使得變壓器10不被磁性飽和的程度內(nèi)設(shè)定不同于0伏的電壓。因此，對(duì)比于其中進(jìn)行抗 飽和控制直到箝位電容器13的電壓達(dá)到0伏的情況，減少了抗飽和控制所需要的時(shí)間。(6)在抗飽和控制中輔助開關(guān)Q2的通-斷操作的周期等于變換器的操作期間的周 期。因此，不需要附加的驅(qū)動(dòng)電路用于在抗飽和控制下控制輔助開關(guān)Q2的通-斷操作。 在上述實(shí)施例的上下文中已經(jīng)描述了本發(fā)明，但其不限于該實(shí)施例。顯然的是，可 以用如以下所示例的各種方式來實(shí)施本發(fā)明。在如圖3中所示的上述實(shí)施例的變型中，本發(fā)明的絕緣直流-直流變換器被應(yīng)用 于升壓半橋變換器。在這個(gè)實(shí)例中，變壓器22的次級(jí)電路基本上與變壓器10的次級(jí)電路 相同，但是變壓器22的初級(jí)電路與變壓器10的初級(jí)電路不同。電感器21、主開關(guān)Ql和直 流供電裝置12被串聯(lián)。另外，變壓器22的初級(jí)繞組23和電容器24的串聯(lián)電路被并聯(lián)到 主開關(guān)Q1。箝位電容器13和輔助開關(guān)Q2的串聯(lián)電路被并聯(lián)到變壓器22的初級(jí)繞組23。 二極管Dl和D2被分別反向并聯(lián)到主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)Q2。在上述實(shí)施例的有源箝位正向變換器中，也可以將其布置為使得具有箝位電容器 13和輔助開關(guān)Q2的有源箝位電路的串聯(lián)電路如圖4中所示地被并聯(lián)到主開關(guān)Q1，而非被 并聯(lián)到初級(jí)繞組11。在上述升壓半橋變換器的變型中，也可以將其布置為使得具有箝位電容器13和 輔助開關(guān)Q2的有源箝位電路的串聯(lián)電路如圖5中所示地被并聯(lián)到初級(jí)繞組23和電容器24 的串聯(lián)電路，而非被并聯(lián)到初級(jí)繞組23。 在上述實(shí)施例的變型中，如圖6中所示，本發(fā)明的絕緣直流_直流變換器可以以具 有兩個(gè)分立變壓器25和26的雙變壓器布置形式被應(yīng)用于有源箝位正向變換器。變壓器25 的初級(jí)繞組25A、變壓器26的初級(jí)繞組26A、主開關(guān)Ql和供電裝置12被串聯(lián)。箝位電容器 13和輔助開關(guān)Q2的串聯(lián)電路被并聯(lián)到變壓器25的初級(jí)繞組25A和變壓器26的初級(jí)繞組 26A的串聯(lián)電路。電感器27被并聯(lián)到變壓器25的初級(jí)繞組25A，并且電感器28被并聯(lián)到 變壓器26的初級(jí)繞組26A。二極管Dl被反向并聯(lián)到主開關(guān)Ql，并且二極管D2被反向并聯(lián) 到輔助開關(guān)Q2。變壓器25的次級(jí)繞組25B和變壓器26的次級(jí)繞組26B被串聯(lián)，并且供電 裝置30在其負(fù)極端子處經(jīng)由電感器29被連接到次級(jí)繞組25B和26B兩者的交點(diǎn)。二極管 D5被連接在供電裝置30的正極端子和變壓器25的次級(jí)繞組25B之間，使得二極管D5的陰 極對(duì)應(yīng)于供電裝置30的正極端子。二極管D6被連接在供電裝置30的正極端子和變壓器26的次級(jí)繞組26B之間，使得二極管D6的陰極對(duì)應(yīng)于供電裝置30的正極端子。在雙變壓器布置形式的上述有源箝位正向變換器的變型中，如圖7中所示，可以 將其布置為使得變壓器25具有初級(jí)繞組25A之外的其他初級(jí)繞組31，并且變壓器26具有 初級(jí)繞組26A之外的其他初級(jí)繞組32。兩個(gè)初級(jí)繞組31和32的串聯(lián)電路在其一端處經(jīng) 由電容器33被連接到供電裝置12的負(fù)極端子，并且在其另一端處被連接到主開關(guān)Ql的 M OSFET的漏極。箝位電容器13和輔助開關(guān)Q2的串聯(lián)電路在箝位電容器13的遠(yuǎn)離輔助開 關(guān)Q2的一端處被連接到供電裝置12的負(fù)極端子，并且輔助開關(guān)Q2的MOSFET的源極被連 接到主開關(guān)Ql的MOSFET的漏極?？刂茊卧?0進(jìn)行抗飽和控制所處的時(shí)間可以在變換器的停止之后重新啟動(dòng)變換 器的軟啟動(dòng)操作之前的任何時(shí)間處?？梢跃o接在變換器的停止之后或者在從變換器的停止 起經(jīng)過了預(yù)定的時(shí)間段之后進(jìn)行抗飽和控制?？梢栽诳癸柡涂刂葡码娙萜麟妷阂呀?jīng)變成了 0伏時(shí)，終止箝位電容器13的放電。 然而，在這種情況中，要花很長(zhǎng)時(shí)間用于電容器電壓變成0伏。根據(jù)本發(fā)明，沒有必要在抗飽和控制中保持輔助開關(guān)Q2的占空比為恒定值。例 如，可以漸進(jìn)地或步進(jìn)地增加占空比?？癸柡涂刂频慕K止的定時(shí)可以根據(jù)從抗飽和控制的開始起經(jīng)過的時(shí)間確定，而非 根據(jù)從抗飽和控制的開始起的代表輔助開關(guān)Q2的接通操作次數(shù)的累計(jì)接通脈沖數(shù)確定。 通過試驗(yàn)預(yù)先找到用于電容器電壓從根據(jù)抗飽和控制的輔助開關(guān)Q2的通-斷操作的開始 起降到低于其中在重新啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作之后變壓器將被磁性飽和的電平所需要 的時(shí)間，并且參考根據(jù)試驗(yàn)所找到的時(shí)間在使得變壓器不被磁性飽和的程度內(nèi)設(shè)定用于終 止的時(shí)間。在這種情況中，如在其中根據(jù)從抗飽和控制的開始起的代表輔助開關(guān)Q2的接通 操作次數(shù)的累計(jì)接通脈沖數(shù)確定抗飽和控制的終止的定時(shí)的情況中那樣，電壓檢測(cè)電路是 不必要的。可以在抗飽和控制中檢測(cè)箝位電容器13的電壓，使得在所檢測(cè)到的電容器電壓 降到低于預(yù)設(shè)的電平時(shí)抗飽和控制終止。在用于檢測(cè)箝位電容器13的電壓的方法中，需要 電壓檢測(cè)電路。然而，沒有必要通過試驗(yàn)預(yù)先找到箝位電容器13的電壓從抗飽和控制的開 始起降到低于其中在重新啟動(dòng)變換器的軟啟動(dòng)操作之后變壓器將被磁性飽和的電平所需 要經(jīng)過的時(shí)間或者累計(jì)脈沖數(shù)。主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)Q2的開關(guān)元件不限于M0SFET，也可以是絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。
權(quán)利要求
一種絕緣直流-直流變換器，其包括具有初級(jí)繞組(11，23，25A，26A，31，32)的變壓器(10，22，25，26)；被連接到所述初級(jí)繞組(11，23，25A，26A，31，32)的主開關(guān)(Q1)；被連接到所述初級(jí)繞組(11，23，25A，26A，31，32)的有源箝位電路，其中所述有源箝位電路具有被串聯(lián)的輔助開關(guān)(Q2)和的箝位電容器(13)；以及用于控制所述主開關(guān)(Q1)和所述輔助開關(guān)(Q2)的控制單元(20)，其中所述控制單元(20)在用于供電的正常操作之前進(jìn)行所述絕緣直流-直流變換器的軟啟動(dòng)操作，所述絕緣直流-直流變換器的特征在于所述控制單元(20)在啟動(dòng)所述絕緣直流-直流變換器的軟啟動(dòng)操作之前進(jìn)行抗飽和控制，其中抗飽和控制包括如下動(dòng)作控制所述主開關(guān)(Q1)和所述輔助開關(guān)(Q2)，使得在所述主開關(guān)(Q1)被保持處于斷開狀態(tài)時(shí)所述輔助開關(guān)(Q2)進(jìn)行通-斷操作，直到所述箝位電容器(13)的電壓降到低于其中在啟動(dòng)所述絕緣直流-直流變換器的軟啟動(dòng)操作之后所述變壓器(10，22，25，26)將被磁性飽和的電平為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣直流-直流變換器，其特征在于在所述絕緣直流-直 流變換器的停止之后重新啟動(dòng)所述絕緣直流_直流變換器的軟啟動(dòng)操作之前，所述控制單 元(20)進(jìn)行抗飽和控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣直流-直流變換器，其特征在于在抗飽和控制中所述 輔助開關(guān)(Q2)接通的時(shí)間段(T3)被設(shè)定為使得所述箝位電容器(13)的剩余電荷與所述 輔助開關(guān)(Q2)接通的時(shí)間段(T3)的乘積小于電壓-時(shí)間乘積E*T，在電壓-時(shí)間乘積E*T 中所述變壓器(10，22，25，26)兩端的電壓E被乘以在將電壓E施加到所述變壓器(10，22， 25，26)時(shí)的時(shí)間段T。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣直流-直流變換器，其特征在于在抗飽和控制中所述 輔助開關(guān)(Q2)的通-斷操作的周期等于在所述絕緣直流-直流變換器的正常操作期間所 述輔助開關(guān)(Q2)的通-斷操作的周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的絕緣直流-直流變換器，其特征在于所 述控制單元(20)維持抗飽和控制直到從抗飽和控制的開始起的所述輔助開關(guān)(Q2)的累計(jì) 脈沖數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的次數(shù)為止。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的絕緣直流-直流變換器，其特征在于所述 控制單元(20)維持抗飽和控制直到從抗飽和控制的開始起的時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的絕緣直流_直流變換器，其特征在于所 述控制單元(20)維持抗飽和控制直到通過電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到的所述箝位電容器(13)的 電壓降到低于預(yù)設(shè)的電平為止。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的絕緣直流-直流變換器，其特征在于降 到低于其中所述變壓器(10，22，25，26)將被磁性飽和的電平的所述箝位電容器(13)的電 壓高于零。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的絕緣直流_直流變換器，其特征在于所 述絕緣直流-直流變換器是具有單一的或者兩個(gè)分立的變壓器(10，22，(25，26)的有源箝位 正向變換器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的絕緣直流_直流變換器，其特征在于所述絕緣直流-直流變換器是升壓半橋變換器，其中所述箝位電路被并聯(lián)到所述初級(jí)繞組 (23)或者被并聯(lián)到所述初級(jí)繞組(23)和電容器(24)的串聯(lián)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及絕緣直流-直流變換器，特別地涉及具有有源箝位電路的絕緣直流-直流變換器。該絕緣直流-直流變換器包括變壓器、主開關(guān)、有源箝位電路和控制單元。該變壓器具有初級(jí)繞組。該主開關(guān)和該有源箝位電路被連接到該初級(jí)繞組。該有源箝位電路具有被串聯(lián)的輔助開關(guān)和箝位電容器。該控制單元被提供用于控制該主開關(guān)和該輔助開關(guān)。該控制單元在正常操作之前進(jìn)行該變換器的軟啟動(dòng)操作。該控制單元在啟動(dòng)軟啟動(dòng)操作之前進(jìn)行抗飽和控制。抗飽和控制包括如下動(dòng)作控制該主開關(guān)和該輔助開關(guān)，使得在該主開關(guān)被保持?jǐn)嚅_的情況下該輔助開關(guān)進(jìn)行通-斷操作，直到該箝位電容器的電壓降到低于其中在啟動(dòng)軟啟動(dòng)操作之后該變壓器將被磁性飽和的電平為止。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101847933SQ20101014188
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者大藪豐仙, 平林信夫, 間瀨知行 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)