本发明专利技术公开一种功率转换装置(100至107)，包括主电路(1H，1L)，其中开关元件(SW1，SW2)分别与二极管(D1，D2)并联连接。由串联连接的第二开关元件(SW3)和电容器(C)构成的辅助电路(2L)与作为续流二极管操作的二极管(D2)并联连接。与辅助电路(2L)相对的主电路(1L)的开关元件(SW2)设置为在基准时刻(RT)导通。辅助电路(2L)的第二开关元件(SW3)设置为在死区时间段(ΔTd)中，相对于基准时刻(RT)提前电容器(C)的放电时间段(ΔT2)的间隔时导通。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于DC电源的功率转换装置，该功率转换装置使用诸如功率MOSFET的开关元件。
技术介绍
逆变器、DC-DC转换器等用作用于DC电源的功率转换装置，该功率转换装置使用诸如功率MOSFET的开关元件。在图14A中由附图标记90示出和指示一个示意性的功率转换装置。该功率转换装置90包括构成逆变电路的一相的基本部分的半桥电路。该半桥电路包括高压侧开关元 件SWl和低压侧开关元件SW2。通过互补性地操作开关元件SWl和SW2，将DC电压El转换为AC电压，以将电功率提供给电感负载LD。可以使用功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT (绝缘栅双极晶体管)、SJ-M0SFET(超级结(super-junction)MOSFET)等作为开关元件SWl和SW2。开关元件SWl和SW2具有分别是体二极管的寄生二极管Dl和D2。在驱动电感负载LD时，寄生二极管Dl和D2用作续流二极管(freewheeling diode)。然而该寄生二极管Dl和D2通常具有差的反向恢复特性。因此，在反向恢复时间产生在二极管中反向流动的大反向恢复电流，并且感应出浪涌电压和称为振铃(ringing)的共振。功率转换装置90如图14B所示进行操作，其中以放大的方式示出在开关元件SWl导通时产生的电流ISl和电压V2的上升特性。在逆变器电路中，为了防止开关元件SWl和SW2同时导通而造成电源的短路，通常提供大约几微秒(ym)的时间段作为如图14B所示的死区时间段(ATd)。当在续流电流在死区时间段ATd期间从电感负载LD正向流动至寄生二极管D2的情况下开关元件SWl导通时，将负载电流切换至流向开关元件SWl的电流ISl0在该情况下，将反向电压施加至寄生二极管D2。因此，如由图14B中的电流ISl和电压V2的波形所示，叠加了大的反向恢复电流并产生电流浪涌和电压浪涌。即使在寄生二极管D2中的少量载流子消失并且寄生二极管D2关断之后，由于导电电线的寄生电感和寄生电阻以及开关元件SWl和寄生二极管Dl的电容而产生振铃(持续共振)。在以下专利文献I中公开了作为开关电源装置的一种示例装置，其解决了反向恢复电流的上述缺陷，该开关电源装置包括主振荡元件TRl和同步整流元件。专利文献I JP 2009-273230A (US2011/0018512)专利文献I公开了图15A和15B中示出的开关电源装置20，图15A和15B示出图15C中所示的时间段TD和TE中的操作状态。该装置20配置为抑制恢复电流。开关电源装置20将输入电压转换为期望的DC电压，以给负载LD提供电功率。它包括与输入电源E串联连接主振荡元件TRl、互补性地导通和关断的同步整流元件SRl以及寄生二极管DSR1，将该寄生二极管DSRl以将电流提供给平滑电路16的方向连接到同步整流元件SRl的两端，该平滑电路16包括串联连接的电感器LO和电容器CO。在寄生二极管DSRl的两端，设置整流协助电路22。该整流协助电路22由辅助开关元件Ql和辅助电容器Cl的串联电路构成，该串联电路由控制电路(未图示)驱动。通过图15C中所示的控制脉冲Vga、Vgb以及Vgc来控制主振荡元件TRl、同步整流元件SRl以及辅助开关元件Q1。控制脉冲Vga、Vgb以及Vgc的信号电平，并且因此控制元件TRl、SRl以及Ql的导通/关断状态，以在每个周期时间段改变，该每个周期时间段由图15C中指示的时间段TA、TB、TC、TD以及TE构成。在开关电源装置20中，在如图15A所示的时间段TD中由控制脉冲Vga来关断主振荡元件TR1，并且由控制脉冲Vgb来导通同步整流元件SR1。辅助开关元件Ql由控制脉冲Vgc来保持关断。当主振荡元件TRl从导通状态变为关断时，电感器LO产生反电动势。如图15A中的虚线箭头所示，电流因此在由电容器CO、负载LD以及同步整流元件SRl构成的路径中流动。因此，在主振荡元件TRl的导通状态期间在电感器LO中充入的电磁能量被释放。因为同步整流元件SRl的导通电阻小，在寄生二极管DSRl中没有正向流动的正向电流。该正向是用于充电造成反向恢复电流的反向恢复电荷。在图15C的时序图中从时间段TD改变至时间段TE的时刻，在主振荡元件TRl保 持关断的同时，同步整流元件SRl也从导通状态变为关断，并且进入死区时间段状态。响应于同步整流元件SRl的关断时刻，辅助开关元件Ql如所示地同时导通，或在略微延迟之后导通，该略微延迟在图中无法辨别。提供该略微延迟以使得在同步整流元件SRl已经基本关断之后辅助开关元件Ql基本导通的时刻不会相反。将略微延迟确定为同步整流元件SRl和辅助开关元件Ql的操作速度以及电路基底(未图示)上的布线图的寄生电感和寄生电容的函数。将该略微延迟调整为处于从零(O)到死区时间段ATd的范围内。在时间段TE中的操作中，如图15B所示，电流流经辅助开关元件Q1。将辅助电容器Cl充电到通常等于电源电压的电压，该辅助电容器Cl在由图15B中的虚线箭头指示的不同路径中放电和提供电流。电流穿过辅助开关元件Q1、电感器L0、电容器CO以及负载LD。辅助电容器Cl具有大于预定值的电容。因此，即使在由上述放电将部分电荷释放时，其两端的电压仍保持高于预定电压。因此，辅助电容器Cl继续其放电操作，并且引起反向恢复电流的正向电流并不在寄生二极管DSRl中流动。在开关电源装置20中，在死区时间段期间尽可能最早的时刻形成充电电容器CO的放电电流流向负载LD的路线，以使得不允许负载电流在寄生二极管DSRl中流动。因此，通过防止充电载流子在同步整流元件SRl保持关断时保持在寄生二极管DSRl中，防止反向恢复电流在主振荡元件TRl导通时流动。在开关电源装置20中，防止引起反向恢复电流的正向电流在时间段TE中的操作中流向寄生二极管DSR1。因此，能够抑制由参照图14B所描述的大反向恢复电流造成的电流浪涌和电压浪涌。在开关电源装置20中，在如图15B所示的死区时间段期间时间段TE中的操作中，将电流持续提供给由虚线箭头指示的路径。因此，辅助电容器Cl需要具有大的电容，并且因此在辅助电容器Cl中出现大的损耗。具体来说，在将电阻器和二极管的时间常数开关电路设置在整流协助电路中以减轻施加到主振荡元件TRl等的电流应力的开关电源装置中，在死区时间段期间由该时间常数开关电路的电阻器造成损耗。专利文献I还公开了提供略微延迟，以避免辅助开关元件Ql发生短路，该短路由同步整流元件SRl的关断时刻和辅助开关元件Ql的导通时刻的颠倒而造成。然而，这样的略微延迟的最优值取决于寄生电感和寄生电容的值。如在开关电源装置20中所执行的响应于同步整流元件SRl的关断时刻来最优地控制辅助开关元件Ql的导通是困难的。从安全的角度看也并不是优选的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供用于DC电源的使用开关元件的功率转换装置。该功率转换装置抑制由反向恢复电流造成的电流浪涌和电压浪涌，执行安全并且最优的控制并且减少死区时间段(dead t ime period)中的损耗。为了实现该目的，一种功率转换装置用于将DC电源的电功率经转换后提供给电感负载，所述功率转换装置由一组主电路、辅助电路以及控制电路构成。主电路组串联连接，并且在所述D本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.03.04 JP 048073/20111.一种功率转换装置，用于将DC电源(E)的电功率经转换后提供给电感负载(LD)，所述功率转换装置包括 一组主电路(1H，1L)，所述主电路(1H，1L)串联连接并且在所述DC电源的高压侧和低压侧连接至所述DC电源，以从所述主电路之间的结点提供所述电功率，每个主电路均包括主开关元件(SW1，SW2)和并联连接于所述主开关元件的两端之间的二极管(D1，D2)； 辅助电路(2L)，所述辅助电路(2L)包括辅助开关元件(SW3)和与所述辅助开关元件串联连接的电容器(C)，所述辅助电路并联连接于所述主电路中的、包括作为续流二极管的所述二极管的一个主电路；以及 控制电路(10)，用于在开关时刻以死区时间段(ATd)来交替导通所述主电路中的所述主开关元件，以使得在所述死区时间段期间两个所述主开关元件均关断，所述控制电路进一步在所述死区时间段中导通所述辅助开关元件，以使所述电容器放电， 其特征在于 所述控制电路(10)在所述死区时间段中相对于基准时刻(RT)提前所述电容器的放电时间段的间隔(ΛΤ2)导通所述辅助开关元件，所述基准时刻是在所述主电路中的所述一个主电路的所述主开关元件处于关断状态的情况下所述主电路中的另一个主电路的所述主开关元件导通的时间点。2.根据权利要求I所述的功率转换装置，其中 所述电容器(C)设置为在所述辅助开关元件导通的时间点所具有的电荷多于存储在所述续流二极管中的反向恢复电荷。3.根据权利要求2所述的功率转换装置，其中 所述电容器(C)被放电以存储在所述基准时刻耗尽所述续流二极管的反向电荷。4.根据权利要求I至3中任一项所述的功率转换装置，其中 所述电容器(C)包括多个彼此并联连接的电容器(Ca至Ce);以及 所述控制电路(10)测量流向所述负载的电流并且在所述辅助开关元件导通之前根据所测量的电流，选择在所述放电时间段中使用的所述多个电容器的组合。5.根据权利要求I至3中任一项所述的功率转换装置，其中 所述控制电路(10)在所述主开关元件处于所述导通状态之前使所述辅助开关元件关断，所述辅助开关元件在所述基准时刻已经导通。6.根据权利要求I至3中任一项所述的功率转换装置，其中 所述放电时间段(ΛΤ2)设定为短于所述死区时间段的一半。7.根据权利要求I至3中任一项所述的功率转换装置，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：王帆，木村友则，小林敦，石原秀昭，堀江真清，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：
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