DC/DC转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术的DC/DC转换装置(10)具有：输出直流电源电压的直流电压源(1)；与直流电压源V1电连接的振荡电路(2)；多个开关元件Q1～Q4；开关控制部(6)，通过切换多个开关元件Q1～Q4的闭合和断开，可使直流电压源(1)与振荡电路(2)的电连接导通或断开，且可使施加于振荡电路(2)上的电压的方向在第一方向和第二方向之间切换；以及变换部(4)，将振荡电路(2)中产生的电流输出并转换成直流电流，开关控制部(6)在使施加于振荡电路(2)上的电压的方向从第一方向切换至第二方向之前，断开振荡电路(2)与直流电压源(1)的电连接，在流经振荡电路(2)的电流输出至变换部(6)之后，导通振荡电路(2)与直流电压源(1)的电连接，且使施加于振荡电路(2)上的电压方向切换至第二方向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用了LLC全桥电路的DC/DC转换装置。
技术介绍
在现有技术中，开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关闭合和断开的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，其中，DC/DC转换装置即直流-直流转换电路是一种将直流输入电压有效地转换成固定的直流输出电压的电压变换器。一般而言，DC/DC转换装置分为三类：升压型DC/DC变换器、降压型DC/DC变换器以及升降压型DC/DC变换器，根据需求可采用三类控制。具体而言，利用电容器、电感器的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容器或电感器里，当开关断开时，将电能再释放给负载来提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比、即开关导通时间与整个开关的周期的比值有关。然而，随着电力电子技术的高速发展，对开关电源提出了更加高频化、高转换效率、高功率密度以及低噪声等要求。图8示出了现有的一种采用了LLC全桥电路的DC/DC转换装置100。如图8所示，DC/DC转换装置100具有：直流电压源V10，4个开关元件Q1～Q4，由电感器Lr和电容器Cr构成的振荡电路20，以及由变压器30和整流电路构成的变换部40。在该DC/DC转换装置100中，通过控制各个开关元件Q1～Q4的导通和断开，从而控制从变压器30的原边Tr1向副边Tr2所传输的能量。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题对于图8所示的DC/DC转换装置100中的各个开关元件Q1～Q4，图9示出了对它们的控制时序。如图9所示，每个开关元件Q1～Q4的占空比均为50％。在t0时刻，闭合开关元件Q1和Q4、且断开开关元件Q2和Q3，在由电感器Lr和电容器Cr所构成的振荡电路20上施加的电压Vc+－为正值，此时，流经振荡电路20的电流ILLC为正值且逐渐增大。然后，在t1时刻，闭合开关元件Q2和Q3、且断开开关元件Q1和Q4，此时，由于电压是断续变化的，因此施加在振荡电路20上的电压Vc+－瞬间变为负值。然而，由于电流是连续变化的，因此，如图9所示，在t1时刻，当施加在振荡电路20上的电压Vc+－瞬间变为负值时，流经振荡电路20的电流ILLC虽然在逐渐减小，但仍然为正值。也就是说，从t1时刻、即开关切换的时刻起直至流经振荡电路20的电流ILLC降低为零为止，流经振荡电路20的电流ILLC与施加于振荡电路20两端的电压Vc+－为反向。其结果是，由于将要输出至变压器30的副边Tr2的能量为电压Vc+－和电流ILLC的乘积，如图9所示，在A→B的时间段内，该将要输出至变压器30的副边的能量为负，即能量从振荡电路20逆流回直流电压源V10，在A→B的时间段之后能量会在直流电压源V10和振荡电路20之间振荡，由于在直流电压源V10和振荡电路20之间振荡，由于振荡电路20的电流路径上存在电阻，因而会带来了不必要的损耗。同样地，在t2时刻，闭合开关元件Q1和Q4、且断开开关元件Q2和Q3，此时，由于电压是断续变化的，因此施加在振荡电路20上的电压Vc+－瞬间变为正值。然而，由于电流是连续变化的，因此，如图9所示，在t2时刻，当施加在振荡电路20上的电压Vc+－瞬间变为正值时，流经振荡电路20的电流ILLC虽然在逐渐增大，但仍然为负值。其结果是，如图9所示，在C→D的时间段内，将要输出至变压器30的副边Tr2的能量为负，即能量从振荡电路20逆流回直流电压源V10，且在直流电压源V10和振荡电路20之间振荡，由于振荡电路20的电流路径上存在电阻，因而会带来了不必要的损耗。另外，从增益的角度来考虑。假设该DC/DC转换装置100的增益为1，则DC/DC转换装置100中的各个开关元件Q1～Q4的切换频率等于振荡电路20的谐振频率，此时在理想状态下，DC/DC转换装置100中不会产生损耗。然而，若增益小于1，则输入电压Vin必然大于输出电压Vout。由于开关元件Q1～4的占空比为50％，因此ILLC＝Iout，即流经振荡电路20的电流ILLC等于输出电流，因此输入能量、即Vin与ILLC的乘积必然大于输出能量Vout与Iout的乘积。其中，这多出来的部分、即Vin*ILLC－Vout*Iout的值在该DC/DC转换装置100中被损耗掉了。也就是说，在如图8所示的现有的DC/DC转换装置100中，若如图9所示那样，以占空比50％来控制各个开关元件Q1～Q4的闭合和断开，使部分能量逆流回直流电压源V10之后，在振荡电路20和直流电压源V10之间来回流动造成损耗，导致输出功率降低，从而使得DC/DC转换装置100的增益也降低。另一方面，在采用了LLC全桥电路的DC/DC转换装置中，还存在开关(MOSFET等)损耗的问题。对于开关损耗的问题，在本
中，通常采用软开关技术。软开关(Soft-Switching)是相对硬开关(Hard-Switching)而言的。一般而言，通过在开通和关断过程前后引入谐振，使开关开通前的电压先降到零，关断前的电流先降到零，就可以消除开关在开通和关断过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗。同时，谐振过程限制了开关在开通和关断过程中电压和电流的变化率，这使得开关噪声也显著减小。其中，对于开关的关断过程，理想的软关断过程是电流先降到零，电压再缓慢上升到断态值，此时开关的关断损耗近似为零。由于器件断开前的电流已下降到零，解决了感性断开问题。这就是通常所说的零电流开关ZCS(ZeroCurrentSwitch)。另外，对于开关的开通过程，理想的软开通过程是电压先降到零，电流再缓慢上升到通态值，此时开关的开通损耗近似为零。由于器件结电容的电压亦为零，解决了容性开通问题。这就是通常所说的零电压开关ZVS(ZeroVoltageSwitch)。在现有技术中，为了降低开关导通时的损耗，甚至是实现零电流开关ZCS和/或零电压开关ZVS，必须对各个开关元件Q1～Q4的闭合和断开的时序进行适当的调整。用于解决技术问题的技术手段本专利技术是为了解决上述问题而设计的，其第一个目的在于提供一种DC/DC转换装置，在振荡电路中的能量全部传送到输出端之后，再使施加于振荡电路上的电压反向，因此不会有能量从振荡电路逆流回直流电压源而导致能量逆流的现象，能够抑制DC/DC转换装置中的能量损耗。本专利技术的第二目的在于提供一种DC/DC转换装置，在电压的增益不变的情况下，在为了应对因轻载而需要减小电流时，此时通过在振荡电路中的能量全部传送到输出端之后，再增加了一个等待时间，在其他条件均不变的情况下，能够降低增益使轻载不会因电流过大而发生损坏。本专利技术的第三目的在于提供一种DC/DC转换装置，在振荡电路中的能量全部传送到输出端之前，就使施加于振荡电路上的电压反向，因此，不仅能够抑制DC/DC转换装置的增益下降，同时能使剩余的能量对接下来要被导通的开关上的寄生电容充电，从而能够降低该开关在导通时的开关损耗，更进一步地能够实现零电压开关ZVS。本专利技术第一方面所涉及的DC/DC转换装置，具有：直流电压源，输出直流电源电压；振荡电路，与所述直流电压源电连接；多个开关元件；开关控制部，通过切换所述多个开关元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC/DC转换装置，其特征在于，具有：直流电压源，输出直流电源电压；振荡电路，与所述直流电压源电连接；多个开关元件；开关控制部，通过切换所述多个开关元件的闭合和断开，可使所述直流电压源与所述振荡电路的电连接导通或断开，且可使施加于所述振荡电路上的电压的方向在第一方向和第二方向之间切换；以及变换部，将所述振荡电路中产生的电流输出并转换成直流电流，所述开关控制部在使施加于所述振荡电路上的电压的方向从所述第一方向切换至所述第二方向之前，断开所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，在流经所述振荡电路的电流输出至所述变换部之后，导通所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，且使施加于所述振荡电路上的电压方向切换至所述第二方向。

【技术特征摘要】
1.一种DC/DC转换装置，其特征在于，具有：直流电压源，输出直流电源电压；振荡电路，与所述直流电压源电连接；多个开关元件；开关控制部，通过切换所述多个开关元件的闭合和断开，可使所述直流电压源与所述振荡电路的电连接导通或断开，且可使施加于所述振荡电路上的电压的方向在第一方向和第二方向之间切换；以及变换部，将所述振荡电路中产生的电流输出并转换成直流电流，所述开关控制部在使施加于所述振荡电路上的电压的方向从所述第一方向切换至所述第二方向之前，断开所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，在流经所述振荡电路的电流输出至所述变换部之后，导通所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，且使施加于所述振荡电路上的电压方向切换至所述第二方向。2.如权利要求1所述的DC/DC转换装置，其特征在于，所述开关控制部在流经所述振荡电路的电流输出至所述变换部之后，再经过规定的等待时间之后，再导通所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，且使施加于所述振荡电路上的电压方向切换至所述第二方向。3.如权利要求1所述的DC/DC转换装置，其特征在于，所述开关控制部在流经所述振荡电路的电流输出至所述变换部之前，导通所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，且使施加于所述振荡电路上的电压方向切换至所述第二方向，从而使流经所述振荡电路的电流的剩余部分对使施加于所述振荡电路上的电压的方向切换至所述第二方向时所闭合的开关元件上的寄生电容进行充电。4.如权利要求2所述的DC/DC转换装置，其特征在于，所述开关控制部在使施加于所述振荡电路上的电压的方向从所述第二方向切换至所述第一方向之前，断开所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，在流经所述振荡电路的电流输出至所述变换部之后，导通所述振荡
\t电路与所述直流电压源的电连接，且使施加于所述振荡电路上的电压方向切换至所述第一方向。5.如权利要求4所述的DC/DC转换装置，其特征在于，所述开关控制部在流经所述振荡电路的电流输出至所述变换部之后，再经过规定的等待时间之后，再导通所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，且使施加于所述振荡电路上的电压方向切换至所述第一方向。6.如权利要求4所述的DC/DC转换装置，其特征在于，所述开关控制部在流经所述振荡电路的电流输出至所述变换部之前，导通所述振荡电路与所述直流电压源的电连接，且使施加于所述振荡电路上的电压的方向切换至所述第一方向，从而使流经所述振荡电路的电流的剩余部分对施加于所述振荡电路上的电压的方向切换至所述第一方向时所闭合的开关上的寄生电容进行充电。7.如权利要求1至6中任一项所述的DC/DC转换装置，其特征在于，所述多个开关元件包括：第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3、以及第四开关元件Q4，其中，所述第一开关元件Q1和所述第三开关元件Q3的连接点与所述直流电压源的正极侧相连接，所述第二开关元件Q2和所述第四开关元件Q4的连接点与所述直流电压源的负极侧相连接，所述第一开关元件Q1和所述第二开关元件Q2的连接点与所述振荡电路的一端相连接，并且所述第三开关元件Q3和所述第四开关元件Q4的连接点与所述振荡电路的另一端相连接。8.如权利要求7所述的DC/DC转换装置，其特征在于，在一个周期内，所述第一开关元件Q1和所述第二开关元件Q2的闭合或断开的动作相反，所述第三开关元件Q3和所述第四开关元件Q4的闭合或断开的动作相反。9.如权利要求7所述的DC/DC转换装置，其特征在于，在一个周期内，所述第一开关元件Q1和所述第三开关元件Q3的闭合或
\t...

【专利技术属性】
技术研发人员：代佳乐，曹宇，王可志，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP