双向DC/DC转换器制造技术

具备：第二控制电路(52A)，其基于第一直流电压源(11)的电压和电流对第二桥电路(23)进行固定频率控制；以及第一控制电路(51)，其基于第二直流电压源(21)的电压和电流对第一桥电路(13)进行PFM控制。在从第一直流电压源(11)向第二直流电压源(21)供给电力时，第一控制电路(51)按照基于第二直流电压源(21)的电压和电流的控制量，以LC谐振电路(14)的谐振频率以下的频率对第一桥电路(13)进行PFM控制，在从第二直流电压源(21)向第一直流电压源(11)供给电力时，第二控制电路(52A)按照基于第一直流电压源(11)的电压和电流的控制量，通过移相控制等对第二桥电路(23)进行固定频率控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种经由绝缘变压器双向地进行DC/DC转换的双向DC/DC转换器，特别涉及一种适合作为输入输出电压范围广的用途、例如电池充电器的双向DC/DC转换器。
技术介绍
在专利文献1、非专利文献I中，公开了一种利用由电抗器和电容器构成的LC谐振电路的谐振现象的、所谓的谐振型双向DC/DC转换器。另外，在这些文献中记载了以下内容:为了使连接于绝缘变压器的初级侧和次级侧的驱动电路(桥电路)的损耗、噪声降低来优化谐振动作，附加调整电路等来调整LC谐振电路的常数，由此在经由绝缘变压器的双向的电力流动中使谐振频率一致。图5是表示以往的谐振型双向DC/DC转换器的电路图。该电路是以绝缘变压器为中心来左右对称地配置全桥电路、并且在绝缘变压器与各全桥电路之间分别连接有作为优化双向的谐振动作的单元的LC谐振电路的例子，作为构成全桥电路的半导体开关元件，使用了反并联地连接有续流二极管的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。在图5中，11、21是直流电压源(将各自的电压设为VpV2), 12、22是平滑电容器，13、23是作为开关电路或整流电路进行动作的桥电路，14,24是LC谐振电路(串联谐振电路)，30是绝缘变压器，31是绝缘变压器的初级线圈，32是次级线圈。另外，Qi?Q4、Q5?Q8是分别构成桥电路13、23的半导体开关元件，14a、24a是谐振用电抗器，14b、24b是谐振用电容器。在将该双向转换器例如用作电池充电器的情况下，直流电压源11、21的任一方为电池，另一方作为直流电源而发挥功能。此外，匕?G s是半导体开关元件Q Q s的栅极信号(栅电极)，N 1、队表示线圈31、32的匝数。在上述结构中，桥电路13在电力流动为直流电压源11 —直流电压源21时，通过半导体开关元件％?Q4的开关动作来将直流电力转换为交流电力，在电力流动为直流电压源21 —直流电压源11时，通过续流二极管的整流动作来将交流电力转换为直流电力。同样地，桥电路23在电力流动为直流电压源11 —直流电压源21时，通过续流二极管的整流动作来将交流电力转换为直流电力，在电力流动为直流电压源21 —直流电压源11时，通过半导体开关元件Q5?Q 8的动作来将直流电力转换为交流电力。在此，在电力流动为直流电压源11 —直流电压源21时，半导体开关元件Q5?Q8的续流二极管在反向恢复时被施加的电压被钳位在直流电压源21的电压V2。另外，在电力流动为直流电压源21 —直流电压源11时，半导体开关元件％?Q 4的续流二极管在反向恢复时被施加的电压被钳位在直流电压源11的电压V"根据该双向DC/DC转换器，能够将一般来说产生的损耗小的低耐压元件用作半导体开关元件Qi?Q 8，能够得到高转换效率。另外，已知的是，当要在这种双向DC/DC转换器中使输出电压可变的情况下，例如像专利文献2所公开的那样，通过脉冲频率调制(PFM)控制来驱动半导体开关元件Qi?Qs。众所周知，PFM控制是一种改变开关频率来改变半导体开关元件Qi?Q8的驱动信号的占空比的控制方式。图6是用于对半导体开关元件Qi?Q8进行PFM控制的控制单元的结构图。图6的(a)是桥电路13的半导体开关元件Q1- Q 4的控制单元，包括检测电路42和控制电路51，该检测电路42检测直流电压源21的电压VjP电流12，该控制电路51基于该检测电路42的检测值来生成用于对半导体开关元件Qf Q 4进行PFM控制的栅极信号G1-G40另外，图6的(b)是桥电路23的半导体开关元件Q5?Q8的控制单元，包括检测电路41和控制电路52，该检测电路41检测直流电压源11的电压电流I i，该控制电路52基于该检测电路41的检测值来生成用于对半导体开关元件Q5?Q s进行PFM控制的栅极信号G5?G 8o在电力流动为直流电压源11 —直流电压源21时，根据从控制电路51输出的栅极信号G4，通过栅极驱动电路(未图示)来驱动半导体开关元件Qi?Q4。由此，进行使直流电压源21的电压￥2与指令值一致的控制。另外，在电力流动为直流电压源21 —直流电压源11时，根据从控制电路52输出的栅极信号G5?G 8，通过栅极驱动电路来驱动半导体开关元件Q5?Q 8。由此，进行使直流电压源11的电压￥:与指令值一致的控制。通过使用图6的(a)、(b)所示的控制单元对半导体开关元件％?Q8进行PFM控制，能够在双向的电力流动中对输出电压进行可变控制。另一方面，根据专利文献3指出，在对谐振型DC/DC转换器应用了 PFM控制的情况下，输出电压相对于开关频率的特性会根据负载的大小而发生变化，特别是在轻负载、无负载的情况下，即使增加开关频率也无法将输出电压控制在固定值以下，从而难以应用于如电池充电器那样输入输出电压范围广的用途。专利文献1:日本特开2012-70491号公报(段落?，图1、图7、图8等)专利文献2:日本特开2011-120370号公报(段落?，图2等)专利文献3:日本特开2002-262569号公报(段落、等)非专利文献1:“AC/DC A 7—只亍一夕3 V?高効率化”，八亍、J 二 v夕電工技報，Vol.59, N0.3, ρ.4?p.11 ( “AC/DC发电站的高效化”，松下电工技报，Vol.59, N0.3,P.4 ?ρ.11)
技术实现思路
专利技术要解决的问题如前所述，在专利文献1、非专利文献I所记载的以往技术中，需要具有调整谐振电路的常数以优化谐振动作的电路等，在图5的电路中也是由一方的LC谐振电路来起到调整谐振电路的常数的功能。因此，在以往的双向DC/DC转换器中，存在电路结构变得复杂而大型化的问题。另外，在图5和图6中，作为装置规格，例如设直流电压源11的电压V1固定，将直流电压源21的电压(输出电压)乂2控制在从最小值V 2_到最大值V 2_的范围内。此时，在以电力流动为直流电压源11 —直流电压源21的动作为基准来进行设计的情况下，如前所述，若是谐振型逆变器的PFM控制则在轻负载时、无负载时无法使输出电压为固定值以下，因此将使输出电压为最小值V2_时的半导体开关元件Q Q 4的开关频率设定为LC谐振电路14的谐振频率f；，将绝缘变压器30的匝数比a设定为N1ZiN2= V ,丨V2nin0其结果，开关频率被控制在谐振频率f；以下，输出电压被控制在最小值为V 2_= (I/a) XV1(开关频率=LC谐振电路14的谐振频率?；)、最大值为V2nax= (1/a) XV1X α (α:使开关频率为f；以下时的电压转换增益)的范围内。但是，在电力流动为直流电压源21 —直流电压源11的情况下，在直流电压源21的电压(输入电压)^为最小值V 2_时V != aX V2nin,能够将半导体开关元件Q5?Q s的开关频率设为LC谐振电路24的谐振频率f；来输出电压V i，但是在输入电压为最大值V2niax时，V^aXV2nax,因此需要使开关频率增加到高于f；。但是，如前所述，在对谐振型逆变器进行PFM控制的情况下，即使增加开关频率也无法使输出电压为固定值以下，因此在轻负载、无负载时，存在无法输出期望的电压V1的担忧。即，可知在对谐振型双向DC/DC转换器进行PFM控制的情况下，难以应用于输入输出电压范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向DC/DC转换器，具有：第一桥电路，其与第一直流电压源连接，且包括多个半导体开关元件；第二桥电路，其与第二直流电压源连接，且包括多个半导体开关元件；绝缘变压器，其使上述第一桥电路与上述第二桥电路之间绝缘；以及串联谐振电路，其连接于上述第一桥电路的交流侧与上述绝缘变压器之间，该双向DC/DC转换器能够通过使上述第一桥电路或上述第二桥电路进行开关动作使得在上述第一直流电压源与上述第二直流电压源之间相互供给电力，该双向DC/DC转换器的特征在于，具备：第一检测电路，其检测上述第一直流电压源的电压值和电流值中的至少一方；第二检测电路，其检测上述第二直流电压源的电压值和电流值中的至少一方；第二控制电路，其基于上述第一检测电路的检测值来控制上述第二桥电路；以及第一控制电路，其基于上述第二检测电路的检测值来控制上述第一桥电路，其中，在从上述第一直流电压源向上述第二直流电压源供给电力时，上述第一控制电路基于根据上述第二检测电路的检测值而决定的控制量，以上述串联谐振电路的谐振频率以下的频率对上述第一桥电路进行脉冲频率调制控制，在从上述第二直流电压源向上述第一直流电压源供给电力时，上述第二控制电路基于根据上述第一检测电路的检测值而决定的控制量，对上述第二桥电路进行固定频率控制。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：松原邦夫，西川幸广，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP