电力变换装置及其驱动方法制造方法及图纸

技术编号:10459641 阅读:80 留言:0更新日期:2014-09-24 14:57
电力变换装置(1)包括:初级电路(1a),具有谐振电感器(Lr)、开关单元(SU)、以及变压器(Tr)的初级线圈(Tra);以及次级电路(1b),通过对变压器(Tr)的初级线圈(Tra)通电,将在次级线圈(Trb、Trc)侧产生的能量提供给负载。开关单元(SU)具有:相互并联连接的第1二极管(D1)和第2二极管(D2)、第1开关元件(S1)和第2开关元件(S2)、以及谐振电容器(Cr)。而且,次级电路(1b)在次级线圈(Trb、Trc)和负载(Vo)之间具有输出电感器(Lo)。通过该结构,实现损耗、大小、成本的降低,并且能够抑制半导体元件被破坏的可能性和功率因数的恶化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
以往,作为电力变换手段之一,一般使用转换器等电力变换装置。电力变换装置由 M0SFET或IGBT等开关元件、二极管、电容器、电感器、变压器等部件构成,具有各种功能。 而且,一般在从电源插座得到直流负载的电力的情况下,需要将交流变换为直流。 这时,要求高功率因数,通过电力变换装置的控制得到高功率因数。而且,从安全性的观点 出发,通过装置内部的变压器实现电力变换装置的输入输出间的绝缘。 在这样的电力变换装置中,要求高效率化、小型化、低噪声化。作为高效率以及低 噪声的方法,正在开发软开关技术。所谓软开关,是在开关元件开关时,使对开关元件施加 的电压、或者开关元件中流过的电流为零,从而减轻开关时发生的损耗和噪声的技术。 为了实现软开关,提出了非专利文献1中记载的电力变换装置。该电力变换装置, 在升压电路中,以软开关方式实现绝缘型的功率因数改善电路。开关元件的接通为零电流 开关,关断为零电压开关(参照非专利文献1)。 近年,电动汽车和插件式混合动力车,例如在高电压电池的充电电路等中,需要将 这样的电力变换装置安装在车辆上。在充电电路中,输入电路如考虑全球输入则为交流 90V?240Vrms (126V?336Vpeak),输出电路由于高电压电池的充电状况电压产生变动,在 将基准电压设为直流300V的情况下,也例如在200V?400V的范围内变动。因此,在这样 的情况下,电力变换装置需要可以进行升压动作以及降压动作。 但是,在使用非专利文献1中记载的结构的1级的电力变换装置中,在要实现该升 压动作以及降压动作的情况下,在要进行降压动作时,没有抑制输出电流的上升的结构,急 剧地流过电流,所以施加了大幅地超过开关元件的耐压的电压,产生了破坏这些半导体元 件的顾虑。 而且,如果为了防止半导体元件的破坏,使用高耐压的开关元件以及二极管,则由 于半导体的耐压和导通电阻之间存在比例关系,所以导通电阻升高,存在半导体元件中的 损耗增加的问题。 因此,在将非专利文献1中记载的技术适用于充电电路的情况下,需要在进行功 率因数的改善的升压电力变换装置中追加降压电力变换装置,成为2级的结构。由此,因为 部件数的增加,在成本的降低上存在限度。而且,在2级结构中,由于两个电力变换装置串 联地连接,所以在降低损耗、大小、成本上存在限度。 现有技术文献 非专利文献 非专利文献1:平成22年電気学会全国大会公演集4 一 035磁気二木X-回生 7 4 V子奁用0亡絶縁型y 7卜7 4 > 夕'' PFC 3 >八一夕
技术实现思路
本专利技术目的是,提供,能够实现损耗、大小、成本的降 低,并且抑制半导体元件的破坏的可能性以及功率因数的恶化。 本专利技术的电力变换装置包括:初级电路,具有:第1电感器,其输入端子连接到第1 电感器的开关单元;以及变压器的初级线圈,连接到开关单元的输出端子;以及次级电路, 通过对变压器的初级线圈的通电,将在次级线圈侧产生的能量提供给负载。而且,开关单元 具有:其阳极与所述输入端子侧连接,其阴极与输出端子侧连接,并且相互并联连接的第1 二极管以及第2二极管;夹在第1二极管的阴极和输出端子之间的第1开关元件;夹在输 入端子和第2二极管的阳极之间的第2开关元件,次级电路在次级线圈和负载之间具有第 2电感器。 按照本专利技术,因为次级电路在次级线圈和负载之间具有第2电感器,所以在降压 动作时第2电感器抑制输出电流的上升,不急剧地流过电流从而不施加大幅地超过开关元 件的耐压的电压,可以防止破坏这些半导体元件的事态。而且,由于防止了半导体元件的破 坏,所以不需要高耐压的元件,还可以防止半导体元件中的损耗增加的事态。进而,由于第2 电感器,可以通过1级的电路实现升压以及降压,所以不串联地连接两个电力变换装置,还 可以实现损耗、大小、成本的降低。 【附图说明】 图1是表示本实施方式的电力变换装置的电路结构图。 图2是表示本实施方式的电力变换装置的驱动信号和开关元件的电流波形之间 的相关的曲线图。 图3是表示本实施方式的电力变换装置的驱动信号和谐振电感器的电流波形之 间的相关的曲线图。 图4是表示本实施方式的电力变换装置的驱动信号和开关元件的电流波形之间 的相关的曲线图。 图5是表示本实施方式的电力变换装置的驱动信号和输出电感器的电流波形之 间的相关的曲线图。 图6是表示本实施方式的电力变换装置的驱动信号和开关元件的电压波形之间 的相关的曲线图。 图7是表示本实施方式的电力变换装置的驱动信号和谐振电容器的电压波形之 间的相关的曲线图。 图8是表示从336VDC的直流电源升压到400V的直流恒压负载的情况下得到lkW 的输出电力时的驱动信号,以及输出电感器的电流波形曲线图。 图9是表示从336VDC的直流电源升压到400V的直流恒压负载的情况下得到lkW 的输出电力时的驱动信号,以及谐振电感器的电流波形的曲线图。 图10是表示从336VDC的直流电源升压到400V的直流恒压负载的情况下得到lkW 的输出电力时的驱动信号,以及开关元件的电压波形的曲线图。 图11是表示从336VDC的直流电源升压到400V的直流恒压负载的情况下得到2kW 的输出电力时的驱动信号,以及输出电感器的电流波形的曲线图。 图12是表示从336VDC的直流电源升压到400V的直流恒压负载的情况下得到2kW 的输出电力时的驱动信号,以及谐振电感器的电流波形的曲线图。 图13是表示从336VDC的直流电源升压到400V的直流恒压负载的情况下得到2kW 的输出电力时的驱动信号,以及开关元件的电压波形的曲线图。 图14是表示变压器Tr的初级线圈的电感值对于谐振电感器Lr的电感值的比率、 输出电力以及谐振电容器Cr的电压之间的相关的曲线图。 图15是表示本实施方式的电力变换装置1的降压动作中的驱动信号和谐振电容 器Cr的电压波形之间的相关的曲线图。 图16是表示本实施方式的电力变换装置1的降压动作中的驱动信号和谐振电感 器Lr的电流波形之间的相关的曲线图。 图17是表示本实施方式的电力变换装置1的降压动作中的驱动信号和开关元件 S1、S2的电流波形之间的相关的曲线图。 图18是表示本实施方式的电力变换装置1的降压动作中的驱动信号和开关元件 S1、S2的电压波形之间的相关的曲线图。 图19是表示比较例的电力变换装置100的电路结构图。 图20是表示比较例的电力变换装置100的降压动作中的驱动信号和A点中的电 流波形之间的相关的曲线图。 图21是表示比较例的电力变换装置100的降压动作中的驱动信号和谐振电感器 Lr的电流波形之间的相关的曲线图。 图22是表示比较例的电力变换装置100的降压动作中的驱动信号和谐振电容器 Cr的电压波形之间的相关的曲线图。 图23是表示第2实施方式的电力变换装置2的电路结构图。 图24是表不第2实施方式的电力变换装置2的驱动信号和开关兀件S21?S24 的电流波形之间的相关的曲线图。 图25是表不第2实施方式的电力变换装置2的本文档来自技高网
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【技术保护点】
电力变换装置,包括:初级电路,具有:第1电感器,其一端连接到直流电源的正端子;开关单元,具有输入端子以及输出端子,输入端子连接到所述第1电感器的另一端;以及变压器的初级线圈,其一端连接到所述开关单元的输出端子,另一端连接到直流电源的负端子;以及次级电路,通过对所述变压器的初级线圈通电,将在次级线圈侧产生的能量提供给负载,所述开关单元具有:第1二极管以及第2二极管,其阳极连接到所述输入端子,其阴极连接到输出端子,并且相互并联连接;第1开关元件,夹在所述第1二极管的阴极和所述输出端子之间,通过导通信号的输入使所述第1二极管的阴极和输出端子导通;第2开关元件,夹在所述输入端子和所述第2二极管的阳极之间,通过导通信号的输入使所述输入端子和所述第2二极管导通;以及谐振电容器,其设置在所述第1二极管的阴极和所述第1开关元件的连接点、以及所述第2开关元件和所述第2二极管的阳极的连接点之间,所述次级电路在所述次级线圈和所述负载之间具有第2电感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.10 JP 2012-0271511. 电力变换装置,包括: 初级电路,具有:第1电感器,其一端连接到直流电源的正端子;开关单元,具有输入端 子以及输出端子,输入端子连接到所述第1电感器的另一端;以及变压器的初级线圈,其一 端连接到所述开关单元的输出端子,另一端连接到直流电源的负端子;以及 次级电路,通过对所述变压器的初级线圈通电,将在次级线圈侧产生的能量提供给负 载, 所述开关单元具有:第1二极管以及第2二极管,其阳极连接到所述输入端子,其阴极 连接到输出端子,并且相互并联连接;第1开关元件,夹在所述第1二极管的阴极和所述输 出端子之间,通过导通信号的输入使所述第1二极管的阴极和输出端子导通;第2开关元 件,夹在所述输入端子和所述第2二极管的阳极之间,通过导通信号的输入使所述输入端 子和所述第2二极管导通;以及谐振电容器,其设置在所述第1二极管的阴极和所述第1开 关元件的连接点、以及所述第2开关元件和所述第2二极管的阳极的连接点之间, 所述次级电路在所述次级线圈和所述负载之间具有第2电感器。2. 电力变换装置,包括: 初级电路,具有:第1电感器,其一端连接到直流电源的正端子;第1开关单元和第2开 关单元,具有输入端子以及输出端子,输入端子连接到所述第1电感器的另一端,并且相互 并联连接;变压器的第1初级线圈,其一端连接到所述第1开关单元的输出端子,另一端经 由中央抽头连接到直流电源的负端子;以及变压器的第2初级线圈,其一端连接到所述第2 开关单元的输出端子,另一端经由所述中央抽头连接到直流电源的负端子;以及 次级电路,通过对所述变压器的所述第1初级线圈以及所述第2初级线圈的至少一个 初级线圈通电,将在次级线圈侧产生的能量提供给负载, 所述第1开关单元和所述第2开关单元具有:第1二极管以及第2二极管,其阳极连接 到所述输入端子,其阴极连接到输出端子,并且相互并联连接;第1开关元件,夹在所述第1 二极管的阴极和所述输出端子之间,通过导通信号的输入使所述第1二极管的阴极和输出 端子导通;第2开关元件,夹在所述输入端子和所述第2二极管的阳极之间,通过导通信号 的输入使所述输入端子和所述第2二极管导通;以及谐振电容器,设置在所述第1二极管的 阴极和所述第1开关元件的连接点、以及所述第2开关元件和所述第2二极管的阳极的连 接点之间, 所述次级电路在所述次级线圈和所述负载之间具有第2电感器。3. 电力变换装置,包括: 初级电路,具有:第1电感器,其一端连接到成为直流电源的正端子或者交流电源的一 个端子的第1端子;开关单元,具有输入端子以及输出端子,输入端子连接到所述第1电感 器的另一端;以及变压器的初级线圈,其一端连接到所述开关单元的输出端子,另一端连接 到成为与所述第1端子相反极性的第2端子;以及 次级电路,通过对所述变压器的初级线圈通电,将在次级线圈侧产生的能量提供给负 载, 所述开关单元具有:第1开关元件和第3开关元件,设置在从所述输入端子连接到所述 输出端子的并联的两根信号线的一根中,通过导通信号的输入而导通;第2开关元件和第4 开关元件,设置所述两根信号线的另一根中,通过导通信号的输入而导通;谐振电容器,设 置在所述第1开关元件和第3开关元件的连接点、以及第2开关元件和第4开关元件的连 接点之间;第1反向导通二极管,其阳极连接到输入端子侧,其阴极连接到输出端子侧,并 且与所述第1开关元件并联连接;第2反向导通二极管,其阴极连接到输入端子侧,其阳极 连接到输出端子侧,并且与所述第2开关元件并联连接;第3反向导通二极管,其阴极连接 到输入端子侧,其阳极连接到输出端子侧,并且与所...

【专利技术属性】
技术研发人员:铃木达广
申请(专利权)人:日产自动车株式会社
类型:发明
国别省市:日本;JP

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