电力变换装置制造方法及图纸

本公开的实施方式涉及电力变换装置。电力变换装置具备：第1开关元件和第1电感器，串联连接于第1端子与第2端子之间；第2开关元件，第1电感器和该第2开关元件串联连接于第2端子与第3端子之间；开关控制部，使第1开关元件和第2开关元件以规定的占空比交替导通或截止；第1电容器，连接于第1端子与第2端子之间；以及第2电容器，连接于第2端子与第3端子之间，在第1端子与第2端子之间输入第1全波整流电压时，使得从第2端子与第3端子之间输出与第1全波整流电压相同电压振幅和相同相位的第2全波整流电压。

【技术实现步骤摘要】
电力变换装置本申请基于日本专利技术专利申请(特愿2020-26558，申请日：2020年2月19日)，根据该申请享受优先权。通过参照该申请而包含该申请的全部内容。
本公开的一个实施方式涉及电力变换装置。
技术介绍
提出了如下的电力变换装置：对串联连接有多个AC-DC转换器或DC-DC转换器等单元电路的多单元电路施加输入电压来进行电力变换。能够将构成多单元电路的各单元电路的输出端子串联连接而生成高电压的直流电压。在这种电力变换装置中，通常设置对每个单元电路控制各单元电路的输出电压或输出电流的从控制器，并且设置使多单元电路内的全部单元电路的工作稳定化的主控制器。主控制器必须与各从控制器协作地控制各单元电路，控制变得复杂。另外，若设置主控制器，则除了部件数量增加之外，还需要连接主控制器和全部单元电路的布线，布线数也增加，导致功耗增大，小型化也变得困难。虽然将上述多个单元电路的输出端子并联连接时，具有各输出端子的电压自动平衡的性质，但仅将多个单元电路的各输出端子串联连接，各输出端子的电压就不会自动平衡，在各单元电路的每个输出端子会得到电压振幅不同的不稳定的输出电压。
技术实现思路
因此，在本公开的一个实施方式中，提供一种电力变换装置以及电源装置，其中不需要复杂的控制，还能够尽可能减少功率损耗，能够生成电压振幅及相位一致的全波整流电压。为了解决上述课题，根据本公开的一个实施方式，提供一种电力变换装置，具备：第1开关元件和第1电感器，在第1端子与第2端子之间串联连接；<br>第2开关元件，所述第1电感器和该第2开关元件在所述第2端子与第3端子之间串联连接；开关控制部，使所述第1开关元件和所述第2开关元件以规定的占空比交替导通或截止；第1电容器，连接于所述第1端子与所述第2端子之间；以及第2电容器，连接于所述第2端子与所述第3端子之间，以在所述第1端子与所述第2端子之间输入第1全波整流电压时，从所述第2端子与所述第3端子之间输出与所述第1全波整流电压相同电压振幅及相同相位的第2全波整流电压的方式，设定所述第1开关元件和所述第2开关元件的开关频率、所述第1电感器的电感和所述第1电容器及所述第2电容器的电容。附图说明图1是第1实施方式的电力变换装置的电路图。图2是示出L和C的设计例的特性值的图。图3是示出图1的电力变换装置的频率特性的图。图4是示出开关频率与输出电压的波形失真的对应关系的图。图5是第1开关元件和第1电感器的电流波形图。图6是示出串联谐振型转换器的效率特性的测定结果的曲线图。图7是第2实施方式的电力变换装置的电路图。图8是流过第1电感器的电流和流过第2电感器的电流的电流波形图及第1开关元件的电流波形图。图9是示出GaN晶体管的开关损耗的曲线图。图10是具备m个升降压斩波电路的电力变换装置的电路图。图11是具备第3实施方式的电力变换装置的电源装置的电路图。图12是将电压平衡电路的内部结构设为与图6的电力变换装置相同的电源装置的电路图。图13是使图11的电力变换装置实际工作时的各部分的波形图。图14是不具备电压平衡电路的一个比较例的电源装置的电路图。图15是使图13的电力变换装置实际工作时的各部分的波形图。图16是第4实施方式的电力变换装置的电路图。附图标记1电力变换装置、2AC-DC转换器、3电压平衡电路、4全波整流电路、5DC-DC转换器、6初级侧电路、7次级侧电路、9开关控制部、10负载、11、11a电源装置、12初级侧电路、13次级侧电路具体实施方式以下参照附图对电力变换装置的实施方式进行说明。以下以电力变换装置的主要结构部分为中心进行说明，但电力变换装置中可能存在未图示或未说明的结构部分和功能。以下的说明并不排除未图示或未说明的结构部分和功能。(第1实施方式)图1是第1实施方式的电力变换装置1的电路图。图1的电力变换装置1具备第1开关元件Q1、第2开关元件Q2、第1电感器L1、第1电容器C1、第2电容器C2及开关控制部9。图1的电力变换装置1构成升降压斩波电路。第1电容器C1连接于第1端子TL1与第2端子TL2之间。第1开关元件Q1和第1电感器L1串联连接于第1端子TL1与第2端子TL2之间。第2电容器C2连接于第2端子TL2与第3端子TL3之间。第2开关元件Q2和第1电感器L1串联连接于第2端子TL2与第3端子TL3之间。开关控制部9使第1开关元件Q1和第2开关元件Q2以规定的占空比交替导通或截止。规定的占空比例如为50％。在第1端子TL1与第2端子TL2之间输入全波整流电压Vi。从第2端子TL2与第3端子TL3之间输出全波整流电压Vo。这样，第1开关元件Q1和第2开关元件Q2在第1端子TL1与第3端子TL3之间级联连接。在第1开关元件Q1和第2开关元件Q2的连接节点与第2端子TL2之间连接有第1电感器L1。第1开关元件Q1和第2开关元件Q2例如是功率晶体管、MOSFET、IGBT等。第1开关元件Q1也被称为高侧晶体管，第2开关元件Q2也被称为低侧晶体管。以下对使用NMOS晶体管(N型MOSFET)作为第1开关元件Q1和第2开关元件Q2的例子进行说明。在图1的第1开关元件Q1导通且第2开关元件Q2截止时，电流从第1端子TL1通过第1开关元件Q1的漏极-源极之间和第1电感器L1而流向第2端子TL2。另外，在第2开关元件Q2导通且第1开关元件Q1截止时，电流从第2端子TL2通过第1电感器L1和第2开关元件Q2的漏极-源极之间而流向第2端子TL2。通过适当设定第1开关元件Q1和第2开关元件Q2的开关频率、第1电感器L1的电感以及第1电容器C1和第2电容器C2的电容，在第1开关元件Q1与第2开关元件Q2的占空比为50％的情况下，能够使输入到第1端子TL1与第2端子TL2之间的全波整流电压Vi与从第2端子TL2与第3端子TL3之间输出的全波整流电压Vo的电压振幅相等，并且相位也相等。在将第1开关元件Q1的占空比设为D时，输入到第1端子TL1与第2端子TL2之间的全波整流电压Vi与从第2端子TL2与第3端子TL3之间输出的全波整流电压Vo的关系由以下的式(1)示出。【数学式1】图1的电力变换装置1的传递特性由以下的式(2)～(4)示出。在式(2)～(4)中，第2开关元件Q2的占空比D’＝1-D。【数学式2】【数学式3】【数学式4】式(2)～(4)的L和C由以下式(5)(6)表示。αI是流过第1电感器L1(式中的L)的电流的纹波振幅，βVo是施加于第1电容器C1和第2电容器C2(式中的C)的电压的纹波振幅。图2是示出L和C的设计例的特性值的图。【数学式5】【数学式6】全波整流电压Vi包含谐波分量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力变换装置，具备：/n第1开关元件和第1电感器，串联连接于第1端子与第2端子之间；/n第2开关元件，所述第1电感器和该第2开关元件串联连接于所述第2端子与第3端子之间；/n开关控制部，使所述第1开关元件和所述第2开关元件以规定的占空比交替导通或截止；/n第1电容器，连接于所述第1端子与所述第2端子之间；以及/n第2电容器，连接于所述第2端子与所述第3端子之间，/n以在所述第1端子与所述第2端子之间输入第1全波整流电压时，从所述第2端子与所述第3端子之间输出与所述第1全波整流电压相同电压振幅及相同相位的第2全波整流电压的方式，设定所述第1开关元件和所述第2开关元件的开关频率、所述第1电感器的电感以及所述第1电容器和所述第2电容器的电容。/n

【技术特征摘要】
20200219 JP 2020-0265581.一种电力变换装置，具备：
第1开关元件和第1电感器，串联连接于第1端子与第2端子之间；
第2开关元件，所述第1电感器和该第2开关元件串联连接于所述第2端子与第3端子之间；
开关控制部，使所述第1开关元件和所述第2开关元件以规定的占空比交替导通或截止；
第1电容器，连接于所述第1端子与所述第2端子之间；以及
第2电容器，连接于所述第2端子与所述第3端子之间，
以在所述第1端子与所述第2端子之间输入第1全波整流电压时，从所述第2端子与所述第3端子之间输出与所述第1全波整流电压相同电压振幅及相同相位的第2全波整流电压的方式，设定所述第1开关元件和所述第2开关元件的开关频率、所述第1电感器的电感以及所述第1电容器和所述第2电容器的电容。


2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，所述开关频率是能够从所述第2端子和所述第3端子输出与所述第1全波整流电压的从1次谐波信号到10次谐波信号的谐波信号相同电压振幅及相同相位谐波信号的频率。


3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其中，所述规定的占空比为50％。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其中，
在所述第1电感器中电流双向流动，
以使从流过所述第1电感器的电流的绝对值为最大起到为零为止的期间与在所述期间内流过所述第1电感器的电流的绝对值之积为所述第1开关元件和所述第2开关元件的输出电容与电路寄生电容的总计值以上的方式，设定所述第1电感器的第1电感。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力变换装置，其中，具有：
第3开关元件和第2电感器，串联连接于所述第1端子与所述第2端子之间；以及
第4开关元件，该第4开关元件和所述第2电感器串联连接于所述第2端子与所述第3端子之间，
所述开关控制部控制所述第1开关元件至所述第4开关元件的导通或截止，使得在使所述第1开关元件和所述第4开关元件均导通的期间内使所述第2开关元件和所述第3开关元件均截止，在使所述第1开关元件和所述第4开关元件均截止的期间内使所述第2开关元件和所述第3开关元件均导通。


6.根据权利要求5所述的电力变换装置，其中，以在所述第1端子与所述第2端子之间输入所述第1全波整流电压时，从所述第2端子与所述第3端子之间输出具有与所述第1全波整流电压相同电压振幅及相同相位的所述第2全波整流电压的方式，设定所述第1开关元件至所述第4开关元件的开关频率、所述第1电感器和所述第2电感器的电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：林祐辅，高尾和人，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP