CN102474181A - Dc－dc转换器电路 - Google Patents

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CN102474181A CN2010800343904A CN201080034390A CN102474181A CN 102474181 A CN102474181 A CN 102474181A CN 2010800343904 A CN2010800343904 A CN 2010800343904A CN 201080034390 A CN201080034390 A CN 201080034390A CN 102474181 A CN102474181 A CN 102474181A
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Abstract

本发明提供一种能够迅速地进行模式切换处理，而且比以往能够降低半导体元件的导通损失，由此能够提高电力变换效率的DC-DC转换器电路。DC-DC转换器电路(10A)具备第1至第6半导体开关(S1～S6)和电感器(L)，第1至第3半导体开关(S1～S3)都连接到电感器(L)的一端，第4至第6半导体开关(S4～S6)都连接到电感器(L)的另一端，在第1以及第4半导体开关(S1、S4)的与电感器(L)的连接端相反一侧端连接第1电压源(E1)，在第2以及第5半导体开关(S2、S5)的与电感器(L)的连接端相反一侧端连接第2电压源(E2)，在第3以及第6半导体开关(S3、S6)的与电感器(L)的连接端相反一侧端连接第1电压源(E1)和第2电压源(E2)这双方。

Description

DC-DC转换器电路
技术领域
本发明涉及DC-DC转换器电路，特别涉及双向升降压形DC-DC转换器电路中的导通损失降低。
背景技术
DC-DC转换器电路例如连接于第1以及第2直流电压源(以下，简称为第1以及第2电压源)之间，而被用作能够根据第1以及第2电压源的输出电压从第1电压源向第2电压源供给电力、或者从第2电压源向第1电压源供给电力的双向形的开关电路。
例如，DC-DC转换器电路有时用于作业车辆等电动车辆。电动车辆一般通过将来自电池或蓄电器等蓄电装置的直流电力利用逆变器电路等电力变换电路变换为交流电力而得到的交流电力，使马达等车辆驱动电动机动作。另外，DC-DC转换器电路设置于作为第1电压源而发挥作用的蓄电装置、与连接了逆变器电路等电力变换电路的第2电压源之间，能够在动力模式时从蓄电装置向电力变换电路供给电力，另一方面，在再生模式时从电力变换电路向蓄电装置供给电力。
作为以往的DC-DC转换器电路，例如有下述专利文献1记载的斩波器电路(参照专利文献1的图1)。
图19是示出以往的DC-DC转换器电路的一个例子的电路图。图19所示的DC-DC转换器电路具备第1至第4开关元件121～124、第1至第4二极管125～128、和电感器129。
第1至第4半导体开关121～124都是仅能够在一个方向上使电流流过的半导体器件。第1以及第2二极管125、126相对第1以及第2半导体开关121、122使能够流过电流的方向成为逆向地分别并联连接，与第1半导体开关121并联连接的第1二极管125的负极侧、和与第2半导体开关122并联连接的第2二极管126的正极侧连接。
第3半导体开关123的电流流入侧和与第1半导体开关121并联连接的第1二极管125的负极侧连接，第4二极管128的负极侧和与第2半导体开关122并联连接的第2二极管126的正极侧连接。
电感器129的一端与第3半导体开关123的电流流出侧以及第3二极管127的负极侧这双方连接，并且，另一端与第4二极管128的正极侧以及第4半导体开关124的电流流入侧这双方连接。
另外，在图19所示的DC-DC转换器电路中，在与第1半导体开关121并联连接的第1二极管125的正极侧和第3二极管127的正极侧之间连接第1电压源110，在与第2半导体开关122并联连接的第2二极管126的负极侧和第4半导体开关124的电流流出侧之间连接第2电压源120。
在这样的以往的DC-DC转换器电路中，作为表示各半导体开关121～124的ON状态以及OFF状态的动作模式，可以例示下面的动力模式以及再生模式。
图20是示出在图19所示的DC-DC转换器电路中以动力模式动作的状态的图。
动力模式是例如如图20所示，形成从第1电压源110经由第1二极管125、第3半导体开关123、电感器129以及第4半导体开关124返回到第1电压源110的电流路径Ra的模式。
另外，图21是示出在图19所示的DC-DC转换器电路中以再生模式动作的状态的图。
再生模式是例如如图21所示，形成从第1电压源110经由第3二极管127、电感器129以及第4二极管128以及第1半导体开关121返回到第1电压源110的电流路径Rb的模式。
在这样的以往的DC-DC转换器电路中，在动力模式的电流路径Ra以及再生模式的电流路径Rb中，使电感器129中流过的电流的朝向成为恒定方向。由此，在通过各半导体开关121～124的ON状态以及OFF状态的动作切换来进行动力模式和再生模式的模式切换的情况下，不会使电感器129中流过的电流反转，所以相应地，能够削减模式切换中所需的时间，能够迅速地进行模式切换处理。但是，在第1电压源110的输出电压V1大于第2电压源120的输出电压V2的情况下，第1以及第2二极管125、126成为ON状态，输出电压V1和输出电压V2相等，所以无法使第2电压源120的输出电压V2降压至第1电压源110的输出电压V1以下。
专利文献1：日本特开2007-151311号公报
发明内容
但是，在DC-DC转换器电路中，如果电流通过的半导体元件的数量变多，则相应地导通损失变大，相伴与此电力变换效率降低。
在图19所示的以往的DC-DC转换器电路中，作为半导体元件，例如，在动力模式(参照图20)下在第1二极管125以及第3半导体开关123以及第4半导体开关124中流过电流。另外，在再生模式(参照图21)下在第3二极管127、第4二极管128以及第1半导体开关121中流过电流。即，不论在动力模式以及再生模式中的哪一个模式下，针对至少三个开关元件通过电流，所以相应地导通损失变大，相伴于此电力变换效率降低。
本发明的目的在于提供一种DC-DC转换器电路，能够进行动力模式和再生模式的迅速的模式切换处理，而且比以往能够降低半导体元件的导通损失，由此能够提高电力变换效率。
本发明为了解决上述课题，提供一种DC-DC转换器电路，其特征在于：具备分别能够在一个方向上使电流流过的第1至第6半导体开关、和电感器，所述第1至第3半导体开关都连接为针对所述电感器的一端流入电流的朝向，所述第4至第6半导体开关都连接为针对所述电感器的另一端流出电流的朝向，在所述第1以及第4半导体开关的与所述电感器的连接端相反一侧端连接第1电压源的阳极侧，在所述第2以及第5半导体开关的与所述电感器的连接端相反一侧端连接第2电压源的阳极侧，在所述第3以及第6半导体开关的与所述电感器的连接端相反一侧端连接所述第1电压源的阴极侧和所述第2电压源的阴极侧这双方。
根据本发明的DC-DC转换器电路，能够在上述第1电压源与上述第2电压源之间双向地进行输出电压的升降压。另外，能够在上述第1电压源与上述第2电压源之间双向地供给电力。进而，能够使上述电感器中流过的电流的朝向成为恒定方向。由此，在通过上述各半导体开关的ON状态以及OFF状态的动作切换进行动力模式和再生模式的模式切换的情况下，不会使上述电感器中流过的电流反转，所以相应地，能够削减模式切换中所需的时间，能够迅速地进行模式切换处理。而且，能够针对至少二个开关元件(相比于以往三分之二的开关元件)使电流通过，相应地能够降低导通损失，由此能够提高电力变换效率。另外，对于该作用效果，在以下的第1实施方式中详细说明。
但是，作为逆变器电路等电力变换电路中利用的模块，市面上销售着将二个逆导通形的半导体元件串联连接而一体地形成的模块(所谓2in1模块)。在本发明的DC-DC转换器电路中，根据电力容量等设计规格，有时优选使用该2in1模块。
根据上述观点，作为在本发明的DC-DC转换器电路中，能够构成能够应用2in1模块的电路的样式，可以例示如下样式，即还具备：第1至第6二极管，与所述第1至第6半导体开关并联连接以便在与所述第1至第6半导体开关分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过；以及第7至第12二极管，连接为能够在所述第1至第6半导体开关与所述电感器之间，分别与所述第1至第6二极管逆向地使电流流过。
另外，作为上述半导体开关，可以例示IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)以及GTO(Gate Turn-Off thyristor，栅极关断可控硅)等半导体开关。作为上述逆导通形的半导体元件，可以例示相对IGBT、GTO等半导体开关使能够流过电流的方向成为逆向地并联连接了二极管的半导体元件、如MOSFET等那样半导体的构造上存在寄生二极管(或者体二极管)的半导体元件，例如，可以举出逆导通形的IGBT元件、逆导通形的MOSFET元件、逆导通形的GTO元件。
另外，也可以针对各半导体开关，分别使用栅极驱动器电源，但根据电力容量等设计规格，有时优选针对半导体开关使用公共的栅极驱动器电源来削减栅极驱动器电源的个数。
根据上述观点，作为在本发明的DC-DC转换器电路中，能够构成能够削减栅极驱动器电源的个数的电路的样式，可以例示如下样式，即还具备：第1至第3二极管，与所述第1至第3半导体开关并联连接以便在与所述第1至第3半导体开关分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过；第4二极管，连接为能够在所述第1半导体开关与所述第1电压源的阳极侧之间，在与所述第1二极管相逆的方向上使电流流过；第5二极管，连接为能够在所述第2半导体开关与所述第2电压源的阳极侧之间，在与所述第2二极管相逆的方向上使电流流过；以及第6二极管，连接为能够在所述第3半导体开关与所述第1电压源以及所述第2电压源这双方的阴极侧之间，在与所述第3二极管相逆的方向上使电流流过。
另外，根据防止由于过电流而上述第1至第6半导体开关被破坏的观点，在本发明的DC-DC转换器电路中，优选成为下面的(a)至(c)的样式。即，
作为(a)的样式，具备用于在所述电感器中流过电流的情况下，使所述第1至第3半导体开关中的1个以上的半导体开关、和所述第4至第6半导体开关中的1个以上的半导体开关经常成为ON状态的单元。
作为(b)的样式，具备用于在所述电感器中流过电流的情况下，在使所述第1至第3半导体开关中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使所述第1至第3半导体开关中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态，并且在使所述第4至第6半导体开关中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使所述第4至第6半导体开关中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态的单元。
作为(c)的样式，具备用于在所述电感器中流过电流的状态下，在变更表示所述第1至第6半导体开关的ON状态以及OFF状态的动作模式的情况下，使在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态，或者使在变更后的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态的单元。
在本发明的DC-DC转换器电路中，作为其他样式，可以例示下面的(d)的样式。即，
作为(d)的样式，将上述第3半导体开关置换为第3二极管。
根据上述(d)的样式，能够在上述第1电压源与上述第2电压源之间双向地进行输出电压的升降压。另外，能够在上述第1电压源与上述第2电压源之间双向地供给电力。进而，能够使上述电感器中流过的电流的朝向成为恒定方向。由此，在通过上述各半导体开关的ON状态以及OFF状态的动作切换进行动力模式和再生模式的模式切换的情况下，不会使上述电感器中流过的电流反转，所以相应地，能够削减模式切换中所需的时间，能够迅速地进行模式切换处理。而且，能够针对至少二个开关元件(相比于以往三分之二的开关元件)使电流通过，相应地能够降低导通损失，由此能够提高电力变换效率。另外，对于该作用效果，在以下的第2实施方式中详细说明。
如上所述，作为逆变器电路等电力变换电路中利用的模块，市面销售着将二个逆导通形的半导体元件串联连接而一体地形成的模块(所谓2in1模块)，但在上述(d)的样式的DC-DC转换器电路中，根据电力容量等设计规格，有时优选使用该2in1模块。
根据上述观点，作为在上述(d)的样式的DC-DC转换器电路中，能够构成能够应用2in1模块的电路的样式，可以例示如下样式，即还具备：第1、第2、第4、第5以及第6二极管，与所述第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关并联连接以便在与所述第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过；以及第7、第8、第10、第11以及第12二极管，连接为能够在所述第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关与所述电感器之间，分别与所述第1、第2、第4、第5以及第6二极管逆向地使电流流过。
另外，针对各半导体开关，也可以分别使用栅极驱动器电源，但有时根据电力容量等设计规格，针对半导体开关使用公共的栅极驱动器电源来削减栅极驱动器电源的个数。
根据上述观点，作为在上述(d)的样式的DC-DC转换器电路中，能够构成能够削减栅极驱动器电源的个数的电路的样式，可以例示如下样式，即还具备：第1以及第2二极管，与所述第1以及第2半导体开关并联连接以便在与所述第1以及第2半导体开关分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过；第4二极管，连接为能够在所述第1半导体开关与所述第1电压源的阳极侧之间，在与所述第1二极管相逆的方向上使电流流过；以及第5二极管，连接为能够在所述第2半导体开关与所述第2电压源的阳极侧之间，在与所述第2二极管相逆的方向上使电流流过。
另外，在上述(d)的样式的DC-DC转换器电路中，根据防止由于高电压而使上述第1至第6半导体开关破坏的观点，优选成为下面的(e)至(g)的样式。即，
作为(e)的样式，具备用于在所述电感器中流过电流的情况下，使所述第4至第6半导体开关中的1个以上的半导体开关经常成为ON状态的单元。
作为(f)的样式，具备用于在所述电感器中流过电流的情况下，在使所述第4至第6半导体开关中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使所述第4至第6半导体开关中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态的单元。
作为(g)的样式，具备用于在所述电感器中流过电流的状态下，在变更表示所述第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关的ON状态以及OFF状态的动作模式的情况下，使在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态，或者使在变更后的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态的单元。
如以上说明，根据本发明，能够提供能够进行动力模式和再生模式的迅速的模式切换处理，而且比以往能够降低半导体元件的导通损失，由此能够提高电力变换效率的DC-DC转换器电路。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式的DC-DC转换器电路的电路图。
图2是示出在图1所示的DC-DC转换器中以动力模式动作的状态的图，图(a)是示出第1模式的图，图(b)是示出第2模式的图，图(c)是示出第3模式的图。
图3是示出在图1所示的DC-DC转换器中以再生模式动作的状态的图，图(a)是示出第4模式的图，图(b)是示出第5模式的图，图(c)是示出第6模式的图。
图4是示出在图1所示的DC-DC转换器电路中以环流模式动作的状态的图，图(a)是示出第7模式的图，图(b)是示出第8模式的图，图(c)是示出第9模式的图。
图5是示出在图1所示的DC-DC转换器中第1至第6半导体开关中能够使用的2in1模块的例子的图。
图6是在图1所示的DC-DC转换器中能够构成能够应用2in1模块的电路的第1实施例的电路图。
图7是在图1所示的DC-DC转换器中能够构成能够削减栅极驱动器电源的个数的电路的第2实施例的电路图。
图8是示出在图1所示的DC-DC转换器的第3控制例中从第1至第9模式中的一个模式向其他模式变更动作模式的情况下的一个例子的状态迁移图，图(a)是示出第1模式的状态的图，图(b)是示出换流状态下的电流路径是一个情况的一个例子即从第1模式向第2模式的换流状态的图，图(c)是示出第2模式的状态的图。
图9是示出在图1所示的DC-DC转换器的第3控制例中从第1至第9模式中的一个模式向其他模式变更动作模式的情况下的一个例子的状态迁移图，图(a)是示出第1模式的状态的图，图(b)是示出换流状态下的电流路径是两个情况且根据第1电压源的输出电压与第2电压源的输出电压的大小关系而电流路径不同的情况的一个例子即从第1模式向第5模式的换流状态的图，图(c)是示出第5模式的状态的图。
图10是示出本发明的第2实施方式的DC-DC转换器电路的电路图。
图11是示出在图10所示的DC-DC转换器中以动力模式动作的状态的图，图(a)是示出第1模式的图，图(b)是示出第2模式的图，图(c)是示出第3模式的图。
图12是示出在图10所示的DC-DC转换器中以再生模式动作的状态的图，图(a)是示出第4模式的图，图(b)是示出第5模式的图，图(c)是示出第6模式的图。
图13是示出在图10所示的DC-DC转换器电路中以环流模式动作的状态的图，图(a)是示出第7模式的图，图(b)是示出第8模式的图，图(c)是示出第9模式的图。
图14是示出在图10所示的DC-DC转换器中第1、第2、第4以及第5半导体开关中能够使用的2in1模块的例子的图。
图15是在图10所示的DC-DC转换器中能够构成能够应用2in1模块的电路的第1实施例的电路图。
图16是在图10所示的DC-DC转换器中能够构成能够削减栅极驱动器电源的个数的电路的第2实施例的电路图。
图17是示出在图10所示的DC-DC转换器的第3控制例中从第1至第9模式中的一个模式向其他模式变更动作模式的情况下的一个例子的状态迁移图，图(a)是示出第1模式的状态的图，图(b)是示出换流状态下的电流路径是一个情况的一个例子即从第1模式向第2模式的换流状态的图，图(c)是示出第2模式的状态的图。
图18是示出在图10所示的DC-DC转换器的第3控制例中从第1至第9模式中的一个模式向其他模式变更动作模式的情况下的一个例子的状态迁移图，图(a)是示出第1模式的状态的图，图(b)是示出换流状态下的电流路径是两个情况且根据第1电压源的输出电压与第2电压源的输出电压的大小关系而电流路径不同的情况的一个例子即从第1模式向第5模式的换流状态的图，图(c)是示出第5模式的状态的图。
图19是示出以往的DC-DC转换器电路的一个例子的电路图。
图20是示出在图19所示的DC-DC转换器电路中以动力模式动作的状态的图。
图21是示出在图19所示的DC-DC转换器电路中以再生模式动作的状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。另外，以下的实施方式是使本发明具体化了的例子，并不限定本发明的技术的范围。
(第1实施方式)
图1是示出本发明的第1实施方式的DC-DC转换器电路10A的电路图。
图1所示的DC-DC转换器电路10A具备第1至第6半导体开关S1～S6、和电感器L。
第1至第6半导体开关S1～S6分别是能够在一个方向上使电流流过的半导体器件。
第1至第3半导体开关S1～S3都被连接为针对电感器L的一端(参照连接点B)流入电流的朝向。
第4至第6半导体开关S4～S6都被连接为针对电感器L的另一端(参照连接点C)流出电流的朝向。
另外，在DC-DC转换器电路10A中，在第1以及第4半导体开关S1、S4的与电感器L的连接端相反一侧端(参照连接点A)连接第1电压源E1的阳极侧，在第2以及第5半导体开关S2、S5的与电感器L的连接端相反一侧端(参照连接点D)连接第2电压源E2的阳极侧。
另外，在DC-DC转换器电路10A中，在第3以及第6半导体开关S3、S6的与电感器L的连接端相反一侧端连接第1电压源E1的阴极侧(参照连接点E)和第2电压源E2的阴极侧(参照连接点E)这双方。
另外，在DC-DC转换器电路10A应用于作业车辆的情况下，例如，第1以及第2电压源E1、E2可以是电池、蓄电器等蓄电装置。另外，能够在第1以及第2电压源E1、E2，连接使马达等车辆驱动电动机动作的逆变器电路等电力变换电路。
本第1实施方式的DC-DC转换器电路10A还具备控制装置20A。控制装置20A具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等处理部21、和存储部22A。存储部22A包括ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等存储器，存储各种控制程序、必要的函数以及表格、各种数据。
控制装置20A构成为控制DC-DC转换器电路10A的第1至第6半导体开关S1～S6的开关动作。
在本第1实施方式的DC-DC转换器电路10A中，作为表示第1至第6半导体开关S1～S6的ON状态以及OFF状态的动作模式，可以例示以动力模式动作的下面的第1模式至第3模式、和以再生模式动作的下面的第4模式至第6模式。
图2是示出在图1所示的DC-DC转换器电路10A中以动力模式动作的状态的图。图2(a)示出第1模式，图2(b)示出第2模式，图2(c)示出第3模式。
另外，图3是示出在图1所示的DC-DC转换器电路10A中以再生模式动作的状态的图。图3(a)示出第4模式，图3(b)示出第5模式，图3(c)示出第6模式。
在动力模式下，例如，第1模式可以是如图2(a)所示，第1以及第6半导体开关S1、S6成为ON状态，除此以外的第2至第5半导体开关S2～S5成为OFF状态，而形成从第1电压源E1经由第1半导体开关S1、电感器L以及第6半导体开关S6返回到第1电压源E1的第1电流路径R1的模式。
第2模式可以是如图2(b)所示，第1以及第5半导体开关S1、S5成为ON状态，除此以外的第2至第4以及第6半导体开关S2～S4、S6成为OFF状态，而形成从第1电压源E1经由第1半导体开关S1、电感器L、第5半导体开关S5以及第2电压源E2返回第1电压源E1的第2电流路径R2的模式。
第3模式可以是如图2(c)所示，第3以及第5半导体开关S3、S5成为ON状态，除此以外的第1、第2、第4以及第6半导体开关S1、S2、S4、S6成为OFF状态，而形成从第2电压源E2经由第3半导体开关S3、电感器L以及第5半导体开关S5返回到第2电压源E2的第3电流路径R3的模式。
另外，在执行动力模式时，能够根据第1电压源E1的输出电压V1与第2电压源E2的输出电压V2的大小关系，执行以短的周期(例如10kHz～100kHz左右的某一个周期)切换第1模式、第2模式、以及第3模式中的至少二个模式的各种切换动作。
具体而言，在第1电压源E1的输出电压V1大于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，例如，能够执行切换第2模式和第3模式的切换动作，在第1电压源E1的输出电压V1小于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，例如，能够执行切换第1模式和第2模式的切换动作。在第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2相等的情况下，例如，能够执行切换第1模式和第3模式的切换动作、或者仅执行第2模式。另外，在第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2大致相等的情况(电压V1与电压V2之差的绝对值处于规定范围内的情况)下，也可以执行切换第1模式和第3模式的切换动作、或者仅执行第2模式。
另外，在再生模式下，例如，第4模式可以是如图3(a)所示，第2以及第6半导体开关S2、S6成为ON状态，除此以外的第1、第3、第4以及第5半导体开关S1、S3、S4、S5成为OFF状态，而形成从第2电压源E2经由第2半导体开关S2、电感器L以及第6半导体开关S6返回到第2电压源E2的第4电流路径R4的模式。
第5模式可以是如图3(b)所示，第2以及第4半导体开关S2、S4成为ON状态，除此以外的第1、第3、第5以及第6半导体开关S1、S3、S5、S6成为OFF状态，而形成从第2电压源E2经由第2半导体开关S2、电感器L、第4半导体开关S4以及第1电压源E1返回到第2电压源E2的第5电流路径R5的模式。
第6模式可以是如图3(c)所示，第3以及第4半导体开关S3、S4成为ON状态，除此以外的第1、第2、第5以及第6半导体开关S1、S2、S5、S6成为OFF状态，而形成从第1电压源E1经由第3半导体开关S3、电感器L以及第4半导体开关S4返回到第1电压源E1的第6电流路径R6的模式。
另外，在执行再生模式时，能够根据第1电压源E1的输出电压V1与第2电压源E2的输出电压V2的大小关系，执行以短的周期(例如10kHz～100kHz左右的某一个周期)切换第4模式、第5模式、以及第6模式中的至少二个模式的各种切换动作。
具体而言，在第1电压源E1的输出电压V1大于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，例如，能够执行切换第4模式和第5模式的切换动作，在第1电压源E1的输出电压V1小于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，例如，能够执行切换第5模式和第6模式的切换动作。在第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2相等的情况下，例如，能够执行切换第4模式和第6模式的切换动作、或者仅执行第5模式。另外，在第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2大致相等的情况(电压V1与电压V2之差的绝对值处于规定范围内的情况)下，也可以执行切换第4模式和第6模式的切换动作、或者仅执行第5模式。
在本第1实施方式的DC-DC转换器电路10A中，作为表示第1至第6半导体开关S1～S6的ON状态以及OFF状态的动作模式，也可以执行以环流模式动作的下面的第7模式至第9模式。
图4是示出在图1所示的DC-DC转换器电路10A中以环流模式动作的状态的图。图4(a)示出第7模式，图4(b)示出第8模式，图4(c)示出第9模式。
在环流模式下，例如，第7模式可以是如图4(a)所示，第1以及第4半导体开关S1、S4成为ON状态，除此以外的第2、第3、第5以及第6半导体开关S2、S3、S5、S6成为OFF状态，而形成在电感器L、第4半导体开关S4以及第1半导体开关S1中环流的第7电流路径R7的模式。
第8模式可以是如图4(b)所示，第3以及第6半导体开关S3、S6成为ON状态，除此以外的第1、第2、第4以及第5半导体开关S1、S2、S4、S5成为OFF状态，而形成在电感器L、第6半导体开关S6、第3半导体开关S3中环流的第8电流路径R8的模式。
第9模式可以是如图4(c)所示，第2以及第5半导体开关S2、S5成为ON状态，除此以外的第1、第3、第4以及第6半导体开关S1、S3、S4、S6成为OFF状态，而形成在电感器L、第5半导体开关S5以及第2半导体开关S2中环流的第9电流路径R9的模式。
另外，第1电压源E1的输出电压V1、第2电压源E2的输出电压V2能够通过省略了图示的电压计来测定。
如以上说明，在本发明的第1实施方式的DC-DC转换器电路10A中，能够在第1电压源E1与第2电压源E2之间双向地进行输出电压V1、V2的升降压。另外，能够在第1电压源E1与第2电压源E2之间双向地供给电力。进而，能够使电感器L中流过的电流的朝向成为恒定方向。由此，在通过各半导体开关S1～S6的ON状态以及OFF状态的动作切换进行动力模式和再生模式的模式切换的情况下，不会使电感器L中流过的电流反转，所以相应地，能够削减模式切换中所需的时间，能够迅速地进行模式切换处理。另外，由于能够使电感器L中流过的电流的朝向成为恒定方向，所以能够使用电磁偏置型的电感器L，由此，能够实现小型化。而且，作为半导体开关，例如，在第1模式(参照图2(a))下仅在第1以及第6半导体开关S1、S6中通过电流即可，在第2模式(参照图2(b))下仅在第1以及第5半导体开关S1、S5中通过电流即可，在第3模式(参照图2(c))下仅在第3以及第5半导体开关S3、S5中通过电流即可。另外，在第4模式(参照图3(a))下仅在第2以及第6半导体开关S2、S6中通过电流即可，在第5模式(参照图3(b))下仅在第2以及第4半导体开关S2、S4中通过电流即可，在第6模式(参照图3(c))下仅在第3以及第4半导体开关S3、S4中通过电流即可。即，不论在第1模式至第6模式中的哪一个模式下(动力模式以及再生模式中的任意一个)，都能够针对至少二个开关元件(相比于以往三分之二的开关元件)使电流通过，相应地能够降低导通损失，由此能够提高电力变换效率。
特别，各模式的切换周期越短，第1至第6半导体开关S1～S6的开关损失越大，所以能够相应地提高上述作用效果。
另外，作为第1至第6半导体开关S1～S6中能够使用的半导体开关，例如，能够使用逆阻止形的IGBT、MOSFET、GTO等。
另外，第1至第6半导体开关S1～S6能够使用例如，将二个逆导通形的半导体元件串联连接而一体地形成的2in1模块。
图5是示出在图1所示的DC-DC转换器10A中第1至第6半导体开关S1～S6中能够使用的2in1模块的例子的图。在图5所示的例子中，由逆导通形的IGBT元件构成2in1模块M。但是，不限于此，例如，2in1模块也可以由逆导通形的MOSFET元件构成，也可以由逆导通形的GTO元件构成。
作为在DC-DC转换器电路10A中，能够构成能够应用2in1模块的电路的实施例，可以例示下面的第1实施例。
[第1实施例]
图6是在图1所示的DC-DC转换器10A中能够构成能够应用2in1模块的电路的第1实施例的电路图。另外，图6所示的各连接点A～D对应于图1所示的各连接点A～D。其对于后述图7的电路也是同样的。
在第1实施例中，如图6所示，DC-DC转换器电路10A还具备第1至第12二极管D1～D12。
第1至第6二极管D1～D6与第1至第6半导体开关S1～S6并联连接以便在与第1至第6半导体开关S1～S6分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过。
第7二极管D7连接为能够在第1半导体开关S1和电感器L(参照连接点B)之间，与第1二极管D1逆向地使电流流过。第8二极管D8连接为能够在第2半导体开关S2和电感器L(参照连接点B)之间，与第2二极管D2逆向地使电流流过。第9二极管D9连接为能够在第3半导体开关S3和电感器L(参照连接点B)之间，与第3二极管D3逆向地使电流流过。
另外，第10二极管D10连接为能够在第4半导体开关S4和电感器L(参照连接点C)之间，与第4二极管D4逆向地使电流流过。第11二极管D11连接为能够在第5半导体开关S5和电感器L(参照连接点C)之间，与第5二极管D5逆向地使电流流过。第12二极管D12连接为能够在第6半导体开关S6和电感器L(参照连接点C)之间，与第6二极管D6逆向地使电流流过。
在该第1实施例中，能够将由第4半导体开关S4和第4二极管D4构成的半导体元件作为上支路的第1逆导通形的半导体元件H1，将由第1半导体开关S1和第1二极管D1构成的半导体元件作为下支路的第2逆导通形的半导体元件H2。
由此，在DC-DC转换器电路10A中，能够使用将第1逆导通形的半导体元件H1和第2逆导通形的半导体元件H2串联连接而一体地形成的2in1模块M1。
另外，能够将由第5半导体开关S5和第5二极管D5构成的半导体元件作为上支路的第3逆导通形的半导体元件H3，将由第2半导体开关S2和第2二极管D2构成的半导体元件作为下支路的第4逆导通形的半导体元件H4。
由此，在DC-DC转换器电路10A中，能够使用将第3逆导通形的半导体元件H3和第4逆导通形的半导体元件H4串联连接而一体地形成的2in1模块M2。
另外，能够将由第6半导体开关S6和第6二极管D6构成的半导体元件作为上支路的第5逆导通形的半导体元件H5，将由第3半导体开关S3和第3二极管D3构成的半导体元件作为下支路的第6逆导通形的半导体元件H6。
由此，在DC-DC转换器电路10A中，能够使用将第5逆导通形的半导体元件H5和第6逆导通形的半导体元件H6串联连接而一体地形成的2in1模块M3。
这样，因为能够使用2in1模块M1～M3，所以能够实现便于使用的电路结构。
但是，在第1实施例的电路结构中，如图6所示，没有成为在第1至第3二极管D1～D3的任意一个中都能够得到公共正极的结构。例如，在第1至第3半导体开关S1～S3是IGBT的情况下，没有成为能够得到公共的发射极的结构。另外，在第1至第3半导体开关S1～S3是MOSFET的情况下，没有成为能够得到公共的源极的结构。另外，在第1至第3半导体开关S1～S3是GTO的情况下，没有成为能够得到公共的负极的结构。
为此，需要针对第1至第3半导体开关S1～S3的各个设置的栅极驱动器电源(未图示)、即合计3个栅极驱动器电源。
根据上述观点，作为在本发明的第1实施方式的DC-DC转换器电路10A中，能够构成能够削减栅极驱动器电源的个数的电路的实施例，可以例示下面的第2实施例。
[第2实施例]
图7是在图1所示的DC-DC转换器10A中能够构成能够削减栅极驱动器电源的个数的电路的第2实施例的电路图。另外，图7示出在DC-DC转换器电路10A中电感器L的连接点B侧的部分。
在第2实施例中，如图7所示，DC-DC转换器电路10A还具备第1至第6二极管D1～D6。
第1至第3二极管D1～D3与第1至第3半导体开关S1～S3并联连接以便在与第1至第3半导体开关S1～S3分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过。
第4二极管D4连接为能够在第1半导体开关S1和第1电压源E1的阳极侧(参照连接点A)之间，在与第1二极管D1相逆的方向上使电流流过。
第5二极管D5连接为能够在第2半导体开关S2和第2电压源E2的阳极侧(参照连接点D)之间，在与第2二极管D2相逆的方向上使电流流过。
第6二极管D6连接为能够在第3半导体开关S3和第1电压源E1以及第2电压源E2这双方的阴极侧(参照连接点E)之间，在与第3二极管D3相逆的方向上使电流流过。
在该第2实施例中，第1二极管D1的正极侧、第2二极管D2的正极侧、以及第3二极管D3的正极侧连接，针对第1二极管D1、第2二极管D2以及第3二极管能够作为公共正极(参照虚线部α)。
由此，在DC-DC转换器电路10A中，能够针对第1半导体开关S1、第2半导体开关S2以及第3半导体开关S3作为同一(公共的)栅极驱动器电源(未图示)。因此，针对第1半导体开关S1、第2半导体开关S2以及第3半导体开关S3，1个栅极驱动器电源即可。
接下来，说明第1至第6半导体开关S1～S6的由控制装置20A控制的控制例。
在本第1实施方式中，在电感器L中流过了电流的情况下，如果第1至第3半导体开关S1～S3全部成为OFF状态、或/和、第4至第6半导体开关S4～S6全部成为OFF状态，则对第1至第6半导体开关S1～S6施加高电压，由此第1至第6半导体开关S1～S6中的某一个半导体开关有时被破坏。
根据上述观点，在DC-DC转换器电路10A中，具备通过控制装置20A进行下面的开关动作的第1控制例至第3控制例的保护功能。
另外，在下面的第1控制例至第3控制例中，电感器L中流过的电流能够通过省略了图示的电流计来测定。控制装置20A能够根据该电流计的检测结果识别在电感器L中是否流过了电流。
[第1控制例]
在第1控制例中，控制装置20A在在电感器L中流过电流的情况下，控制第1至第6半导体开关S1～S6的控制电压以使第1至第3半导体开关S1～S3中的1个以上的半导体开关、和第4至第6半导体开关S4～S6中的1个以上的半导体开关经常成为ON状态。
由此，在电感器L中流过电流的情况下，能够确保包括电感器L的电流路径。
例如，在电感器L中流过电流的情况下，如果第1半导体开关S1以及第6半导体开关S6是ON状态，则形成第1电流路径R1(参照图2(a))。如果第1半导体开关S1以及第5半导体开关S5是ON状态，则形成第2电流路径R2(参照图2(b))。如果第3半导体开关S3以及第5半导体开关S5是ON状态，则形成第3电流路径R3(图2(c))。
另外，例如，在电感器L中流过电流的情况下，如果第2半导体开关S2以及第6半导体开关S6是ON状态，则形成第4电流路径R4(参照图3(a))。如果第2半导体开关S2以及第4半导体开关S4是ON状态，则形成第5电流路径R5(参照图3(b))。如果第3半导体开关S3以及第4半导体开关S4是ON状态，则形成第6电流路径R6(参照图3(c))。
另外，例如，在电感器L中流过电流的情况下，如果第1半导体开关S1以及第4半导体开关S4是ON状态，则形成第7电流路径R7(参照图4(a))。如果第3半导体开关S3以及第6半导体开关S6是ON状态，则形成第8电流路径R8(参照图4(b))。如果第2半导体开关S2以及第5半导体开关S5是ON状态，则形成第9电流路径R9(参照图4(c))。
这样在第1控制例中，能够避免第1至第3半导体开关S1～S3全部成为OFF状态、或/和、第4至第6半导体开关S4～S6全部成为OFF状态，由此，能够防止由于高电压而第1至第6半导体开关S1～S6中的某一个半导体开关被破坏。
[第2控制例]
在第2控制例中，控制装置20A在电感器L中流过电流的情况下，控制第1至第6半导体开关S1～S6的控制电压以便在使第1至第3半导体开关S1～S3中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使第1至第3半导体开关S1～S3中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态，并且，在使第4至第6半导体开关S4～S6中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使第4至第6半导体开关S4～S6中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态。
由此，在电感器L中流过电流的情况下，能够确保包括电感器L的电流路径。
例如，在电感器L中流过电流的情况下，在使要设成OFF状态的第2以及第3半导体开关S2、S3成为OFF状态之前，使除此以外的第1半导体开关S1事先成为ON状态，在使要设成OFF状态的第4以及第5半导体开关S4、S5成为OFF状态之前，使除此以外的第6半导体开关S6事先成为ON状态，此时，所有半导体开关S1～S6成为ON状态，在第1电压源E1的输出电压V1大于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，形成第1电流路径R1(参照图2(a))，在第1电压源E1的输出电压V1小于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，形成第4电流路径R4(参照图3(a))。
这样，在第2控制例中，能够避免第1至第3半导体开关S1～S3全部成为OFF状态、或/和、第4至第6半导体开关S4～S6全部成为OFF状态，由此，能够防止由于高电压而第1至第6半导体开关S1～S6中的某一个半导体开关被破坏。
[第3控制例]
在第3控制例中，控制装置20A在电感器L中流过电流的状态下，在变更表示第1至第6半导体开关S1～S6的ON状态以及OFF状态的动作模式的情况下，控制第1至第6半导体开关S1～S6的控制电压以使在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态、或者、使在变更后的动作模式下要设成ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态。
图8以及图9都是示出在图1所示的DC-DC转换器10A的第3控制例中从第1至第9模式中的一个模式向其他模式变更动作模式的情况下的一个例子的状态迁移图。
图8(a)示出第1模式的状态，图8(b)示出换流状态下的电流路径是一个情况的一个例子即从第1模式向第2模式的换流状态，图8(c)示出第2模式的状态。
在图8(a)所示的状态下，通过第1模式形成第1电流路径R1(参照图2(a))。
接下来，在图8(b)所示的状态下，在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关(此处第1以及第6半导体开关S1、S6)在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态。或者，在变更后的动作模式下要设成ON状态的所有半导体开关(此处第1以及第5半导体开关S1、S5)在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态。此时，第1、第5以及第6半导体开关S1、S5、S6成为ON状态，其结果，形成第1电流路径R1(参照图2(a))。
然后，在图8(c)所示的状态下，成为第2模式，形成第2电流路径R2(参照图2(b))。
图9(a)示出第1模式的状态，图9(b)示出换流状态下的电流路径是两个情况且根据第1电压源E1的输出电压V1与第2电压源E2的输出电压V2的大小关系而电流路径不同的情况的一个例子即从第1模式向第5模式的换流状态，图9(c)示出第5模式的状态。
在图9(a)所示的状态下，通过第1模式，形成第1电流路径R1(参照图2(a))。
接下来，在图9(b)所示的状态下，在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关(此处第1以及第6半导体开关S1、S6)在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态。或者，在变更后的动作模式下要设成ON状态的所有半导体开关(此处第2以及第4半导体开关S2、S4)在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态。此时，第1、第2、第4以及第6半导体开关S1、S2、S4、S6成为ON状态，在第1电压源E1的输出电压V1大于第2电压源E2的输出电压V2的情况下形成第1电流路径R1(参照图2(a))，在第1电压源E1的输出电压V1小于第2电压源E2的输出电压V2的情况下形成第4电流路径R4(参照图3(a))。
然后，在图9(c)所示的状态下，成为第5模式，形成第2电流路径R5(参照图3(b))。
这样，在第3控制例中，能够避免第1至第3半导体开关S1～S3全部成为OFF状态、或/和、第4至第6半导体开关S4～S6全部成为OFF状态，由此，能够防止由于高电压而第1至第6半导体开关S1～S6中的某一个半导体开关被破坏。
(第2实施方式)
图10是示出本发明的第2实施方式的DC-DC转换器电路10B的电路图。另外，在图10以及后述图11至图18中，对与第1实施方式实质上相同的结构的部件附加相同的参照符号。
图10所示的DC-DC转换器电路10B具备第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6、第3二极管D3、和电感器L。
第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6分别是能够在一个方向上使电流流过的半导体器件。
第1以及第2半导体开关S1、S2、和第3二极管D3都被连接为针对电感器L的一端(参照连接点B)流入电流的朝向。
第4至第6半导体开关S4～S6都被连接为针对电感器L的另一端(参照连接点C)流出电流的朝向。
另外，在DC-DC转换器电路10B中，对第1以及第4半导体开关S1、S4的与电感器L的连接端相反一侧端(参照连接点A)连接第1电压源E1的阳极侧，对第2以及第5半导体开关S2、S5的与电感器L的连接端相反一侧端(参照连接点D)连接第2电压源E2的阳极侧。
另外，在DC-DC转换器电路10B中，对第3二极管D3以及第6半导体开关S6的与电感器L的连接端相反一侧端连接第1电压源E1的阴极侧(参照连接点E)和第2电压源E2的阴极侧(参照连接点E)这双方。
另外，在DC-DC转换器电路10B应用于作业车辆的情况下，例如，第1以及第2电压源E1、E2是电池、蓄电器等蓄电装置。另外，能够在第1以及第2电压源E1、E2连接使马达等车辆驱动电动机动作的逆变器电路等电力变换电路。
本第2实施方式的DC-DC转换器电路10B还具备控制装置20B。控制装置20B具备CPU(Central Processing Unit)等处理部21和存储部22B。存储部22B包括ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等存储器，存储各种控制程序、必要的函数以及表格、各种数据。
控制装置20B构成为控制DC-DC转换器电路10B的第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6的开关动作。
在本第2实施方式的DC-DC转换器电路10B中，作为表示第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6的ON状态以及OFF状态的动作模式，可以例示以动力模式动作的下面的第1模式至第3模式、和以再生模式动作的下面的第4模式至第6模式。
图11是示出在图10所示的DC-DC转换器电路10B中以动力模式动作的状态的图。图11(a)示出第1模式，图11(b)示出第2模式，图11(c)示出第3模式。
另外，图12是示出在图10所示的DC-DC转换器电路10B中以再生模式动作的状态的图。图12(a)示出第4模式，图12(b)示出第5模式，图12(c)示出第6模式。
在动力模式下，例如，第1模式可以是如图11(a)所示，第1以及第6半导体开关S1、S6成为ON状态，除此以外的第2、第4以及第5半导体开关S2、S4、S5成为OFF状态，而形成从第1电压源E1经由第1半导体开关S1、电感器L以及第6半导体开关S6返回到第1电压源E1的第1电流路径R1的模式。
第2模式可以是如图11(b)所示，第1以及第5半导体开关S1、S5成为ON状态，除此以外的第2、第4以及第6半导体开关S2、S4、S6成为OFF状态，而形成从第1电压源E1经由第1半导体开关S1、电感器L、第5半导体开关S5以及第2电压源E2返回到第1电压源E1的第2电流路径R2的模式。
第3模式可以是如图11(c)所示，第5半导体开关S5成为ON状态，除此以外的第1、第2、第4以及第6半导体开关S1、S2、S4、S6成为OFF状态，而形成从第2电压源E2经由第3二极管D3、电感器L以及第5半导体开关S5返回到第2电压源E2的第3电流路径R3的模式。
另外，在执行动力模式时，根据第1电压源E1的输出电压V1与第2电压源E2的输出电压V2的大小关系，能够执行以短的周期(例如10kHz～100kHz左右的某一个周期)切换第1模式、第2模式、以及第3模式中的至少二个模式的各种切换动作。
具体而言，在第1电压源E1的输出电压V1大于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，例如，能够执行切换第2模式和第3模式的切换动作，在第1电压源E1的输出电压V1小于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，例如，能够执行切换第1模式和第2模式的切换动作。在第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2相等的情况下，例如，能够执行切换第1模式和第3模式的切换动作、或者仅执行第2模式。另外，在第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2大致相等的情况(电压V1和电压V2之差的绝对值处于规定范围内的情况)下，也可以执行切换第1模式和第3模式的切换动作、或者仅执行第2模式。
另外，在再生模式下，例如，第4模式可以是如图12(a)所示，第2以及第6半导体开关S2、S6成为ON状态，除此以外的第1、第4以及第5半导体开关S1、S4、S5成为OFF状态，而形成从第2电压源E2经由第2半导体开关S2、电感器L以及第6半导体开关S6返回到第2电压源E2的第4电流路径R4的模式。
第5模式可以是如图12(b)所示，第2以及第4半导体开关S2、S4成为ON状态，除此以外的第1、第5以及第6半导体开关S1、S5、S6成为OFF状态，而形成从第2电压源E2经由第2半导体开关S2、电感器L、第4半导体开关S4以及第1电压源E1返回到第2电压源E2的第5电流路径R5的模式。
第6模式可以是如图12(c)所示，第4半导体开关S4成为ON状态，除此以外的第1、第2、第5以及第6半导体开关S1、S2、S5、S6成为OFF状态，而形成从第1电压源E1经由第3二极管D3、电感器L以及第4半导体开关S4返回到第1电压源E1的第6电流路径R6的模式。
另外，在执行再生模式时，能够根据第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2的大小关系，执行以短的周期(例如10kHz～100kHz左右的某一个周期)切换第4模式、第5模式、以及第6模式中的至少二个模式的各种切换动作。
具体而言，在第1电压源E1的输出电压V1大于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，例如，能够执行切换第4模式和第5模式的切换动作，在第1电压源E1的输出电压V1小于第2电压源E2的输出电压V2的情况下，例如，能够执行切换第5模式和第6模式的切换动作。在第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2相等的情况下，例如，能够执行切换第4模式和第6模式的切换动作、或者仅执行第5模式。另外，在第1电压源E1的输出电压V1和第2电压源E2的输出电压V2大致相等的情况(电压V1和电压V2之差的绝对值处于规定范围内的情况)下，也可以执行切换第4模式和第6模式的切换动作、或者仅执行第5模式。
在本第2实施方式的DC-DC转换器电路10B中，作为表示第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6的ON状态以及OFF状态的动作模式，也可以执行以环流模式动作的下面的第7模式至第9模式。
图13是示出在图10所示的DC-DC转换器电路10B中以环流模式动作的状态的图。图13(a)示出第7模式，图13(b)示出第8模式，图13(c)示出第9模式。
在环流模式下，例如，第7模式可以是如图13(a)所示，第1以及第4半导体开关S1、S4成为ON状态，除此以外的第2、第5以及第6半导体开关S2、S5、S6成为OFF状态，而形成在电感器L、第4半导体开关S4以及第1半导体开关S1中环流的第7电流路径R7的模式。
第8模式可以是如图13(b)所示，第6半导体开关S6成为ON状态，除此以外的第1、第2、第4以及第5半导体开关S1、S2、S4、S5成为OFF状态，而形成在电感器L、第6半导体开关S6、第3二极管D3中环流的第8电流路径R8的模式。
第9模式可以是如图13(c)所示，第2以及第5半导体开关S2、S5成为ON状态，除此以外的第1、第4以及第6半导体开关S1、S4、S6成为OFF状态，形成在电感器L、第5半导体开关S5以及第2半导体开关S2中环流的第9电流路径R9的模式。
另外，第1电压源E1的输出电压V1、第2电压源E2的输出电压V2能够通过省略了图示的电压计来测定。
如以上说明，在本发明的第2实施方式的DC-DC转换器电路10B中，能够在第1电压源E1和第2电压源E2之间双向地进行输出电压V1、V2的升降压。另外，能够在第1电压源E1和第2电压源E2之间双向地供给电力。进而，能够使电感器L中流过的电流的朝向成为恒定方向。由此，在通过各半导体开关S1、S2、S4、S5、S6的ON状态以及OFF状态的动作切换进行动力模式和再生模式的模式切换的情况下，不会使电感器L中流过的电流反转，所以相应地，能够削减模式切换中所需的时间，能够迅速地进行模式切换处理。另外，由于能够使电感器L中流过的电流的朝向成为恒定方向，所以能够使用电磁偏置型的电感器L，由此，能够实现小型化。而且，作为半导体开关，例如，在第1模式(参照图11(a))下仅在第1以及第6半导体开关S1、S6中通过电流即可，在第2模式(参照图11(b))下仅在第1以及第5半导体开关S1、S5中通过电流即可，在第3模式(参照图11(c))下仅在第3二极管D3以及第5半导体开关S5中通过电流即可。另外，在第4模式(参照图12(a))下仅在第2以及第6半导体开关S2、S6中通过电流即可，在第5模式(参照图12(b))下仅在第2以及第4半导体开关S2、S4中通过电流即可，在第6模式(参照图12(c))下仅在第3二极管D3以及第4半导体开关S4中通过电流即可。即，不论在第1模式至第6模式中的哪一个模式下(动力模式以及再生模式中的任意一个)，都能够针对至少二个开关元件(相比于以往三分之二的开关元件)使电流通过，能够相应地降低导通损失，由此能够提高电力变换效率。
特别，各模式的切换周期越短，第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6的开关损失越大，所以能够相应地提高上述作用效果。
另外，作为第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6中能够使用的半导体开关，例如，能够使用逆阻止形的IGBT、MOSFET、GTO。
另外，第1、第2、第4以及第5半导体开关S1、S2、S4、S5例如能够使用将二个逆导通形的半导体元件串联连接而一体地形成的2in1模块。
图14是示出在图10所示的DC-DC转换器10B中第1、第2、第4以及第5半导体开关S1、S2、S4、S5中能够使用的2in1模块的例子的图。在图14所示的例子中，由逆导通形的IGBT元件构成了2in1模块M。但是，不限于此，例如，2in1模块也可以由逆导通形的MOSFET元件构成，也可以由逆导通形的GTO元件构成。
作为在DC-DC转换器电路10B中，能够构成能够应用2in1模块的电路的实施例，可以例示下面的第1实施例。
[第1实施例]
图15是在图10所示的DC-DC转换器10B中能够构成能够应用2in1模块的电路的第1实施例的电路图。另外，图15所示的各连接点A～D对应于图10所示的各连接点A～D。其对于后述图16的电路也是同样的。
在第1实施例中，如图15所示，DC-DC转换器电路10B还具备第1、第2、第4至第8、第10至第12二极管D1、D2、D4～D8、D10～D12。
第1、第2、第4、第5以及第6二极管D1、D2、D4、D5、D6与第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6并联连接以便在与第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过。
第7二极管D7连接为能够在第1半导体开关S1和电感器L(参照连接点B)之间，与第1二极管D1逆向地使电流流过。第8二极管D8连接为能够在第2半导体开关S2和电感器L(参照连接点B)之间，与第2二极管D2逆向地使电流流过。
另外，第10二极管D10连接为能够在第4半导体开关S4和电感器L(参照连接点C)之间，与第4二极管D4逆向地使电流流过。第11二极管D11连接为能够在第5半导体开关S5和电感器L(参照连接点C)之间，与第5二极管D5逆向地使电流流过。第12二极管D12连接为能够在第6半导体开关S6和电感器L(参照连接点C)之间，与第6二极管D6逆向地使电流流过。
在该第1实施例中，能够将由第4半导体开关S4和第4二极管D4构成的半导体元件作为上支路的第1逆导通形的半导体元件H1，将由第1半导体开关S1和第1二极管D1构成的半导体元件作为下支路的第2逆导通形的半导体元件H2。
由此，在DC-DC转换器电路10B中，能够使用将第1逆导通形的半导体元件H1和第2逆导通形的半导体元件H2串联连接而一体地形成的2in1模块M1。
另外，能够将由第5半导体开关S5和第5二极管D5构成的半导体元件作为上支路的第3逆导通形的半导体元件H3，将由第2半导体开关S2和第2二极管D2构成的半导体元件作为下支路的第4逆导通形的半导体元件H4。
由此，在DC-DC转换器电路10B中，能够使用将第3逆导通形的半导体元件H3和第4逆导通形的半导体元件H4串联连接而一体地形成的2in1模块M2。
这样，能够使用2in1模块M1、M2，所以能够实现便于使用的电路结构。
但是，在第1实施例的电路结构中，如图15所示，没有成为在第1以及第2二极管D1、D2的任意一个中都能够得到公共正极的结构。例如，在第1以及第2半导体开关S1、S2是IGBT的情况下，没有成为能够得到公共的发射极的结构。另外，在第1以及第2半导体开关S1、S2是MOSFET的情况下，没有成为能够得到公共的源极的结构。另外，在第1以及第2半导体开关S1、S2是GTO的情况下，没有成为能够得到公共的负极的结构。
为此，需要针对第1以及第2半导体开关S1、S2的各个设置的栅极驱动器电源(未图示)、即合计2个栅极驱动器电源。
根据上述观点，作为在本发明的第2实施方式的DC-DC转换器电路10B中，能够构成能够削减栅极驱动器电源的个数的电路的实施例，可以例示下面的第2实施例。
[第2实施例]
图16是在图10所示的DC-DC转换器10B中能够构成能够削减栅极驱动器电源的个数的电路的第2实施例的电路图。另外，图16示出在DC-DC转换器电路10B中电感器L的连接点B侧的部分。
在第2实施例中，如图16所示，DC-DC转换器电路10B还具备第1、第2、第4以及第5二极管D1、D2、D4、D5。
第1以及第2二极管D1、D2与第1以及第2半导体开关S1、S2并联连接以便在与第1以及第2半导体开关S1、S2分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过。
第4二极管D4连接为能够在第1半导体开关S1和第1电压源E1的阳极侧(参照连接点A)之间，在与第1二极管D1相逆的方向上使电流流过。
第5二极管D5连接为能够在第2半导体开关S2和第2电压源E2的阳极侧(参照连接点D)之间，在与第2二极管D2相逆的方向上使电流流过。
在该第2实施例中，第1二极管D1的正极侧和第2二极管D2的正极侧连接，能够针对第1二极管D1以及第2二极管D2作为公共正极(参照虚线部α)。
由此，在DC-DC转换器电路10B中，能够针对第1半导体开关S1以及第2半导体开关S2设为同一(公共的)栅极驱动器电源(未图示)。因此，针对第1半导体开关S1以及第2半导体开关S2，1个栅极驱动器电源即可。
接下来，说明第4、第5以及第6半导体开关S4、S5、S6的由控制装置20B控制的控制例。
在本第2实施方式中，在电感器L中流过电流的情况下，如果第4至第6半导体开关S4～S6全部成为OFF状态，则对第4、第5以及第6半导体开关S4、S5、S6施加高电压，由此第4、第5以及第6半导体开关S4、S5、S6中的某一个半导体开关有时被破坏。
根据上述观点，在DC-DC转换器电路10B中，具备通过控制装置20B进行下面的开关动作的第1控制例至第3控制例的保护功能。
另外，在下面的第1控制例至第3控制例中，电感器L中流过的电流能够通过省略了图示的电流计来测定。控制装置20B能够根据该电流计的检测结果识别在电感器L中是否流过了电流。
[第1控制例]
在第1控制例中，控制装置20B在电感器L中流过电流的情况下，控制第4至第6半导体开关S4～S6的控制电压以使第4至第6半导体开关S4～S6中的1个以上的半导体开关经常成为ON状态。
由此，在电感器L中流过了电流的情况下，能够确保包括电感器L的电流路径。
例如，在电感器L中流过电流的情况下，如果仅第5半导体开关S5是ON状态，则形成第3电流路径R3(图11(c))。
另外，例如，在电感器L中流过电流的情况下，如果仅第4半导体开关S4是ON状态，则形成第6电流路径R6(参照图12(c))。
另外，例如，在电感器L中流过电流的情况下，如果仅第6半导体开关S6是ON状态，则形成第8电流路径R8(图13(b))。
这样，在第1控制例中，能够避免第4至第6半导体开关S4～S6全部成为OFF状态，由此，能够防止由于高电压而第4、第5以及第6半导体开关S4、S5、S6中的某一个半导体开关被破坏。
[第2控制例]
在第2控制例中，控制装置20B在电感器L中流过电流的情况下，控制第4至第6半导体开关S4～S6的控制电压以便在使第4至第6半导体开关S4～S6中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使第4至第6半导体开关S4～S6中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态。
由此，在电感器L中流过电流的情况下，能够确保包括电感器L的电流路径。
例如，在电感器L中流过电流的情况下，如果假设为在使要设成OFF状态的第4以及第6半导体开关S4、S6成为OFF状态之前，使除此以外的第5半导体开关S5事先成为ON状态，并且，假设为使第1以及第2半导体开关S1、S2成为OFF状态，则形成第8电流路径R8(参照图13(b))。
这样，在第2控制例中，能够避免第4至第6半导体开关S4～S6全部成为OFF状态，由此，能够防止由于高电压而第4、第5以及第6半导体开关S4、S5、S6中的某一个半导体开关被破坏。
[第3控制例]
在第3控制例中，控制装置20B在电感器L中流过电流的状态下，变更表示第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6的ON状态以及OFF状态的动作模式的情况下，控制第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关S1、S2、S4、S5、S6的控制电压以使在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态、或者、使在变更后的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态。
图17及图18都是示出在图10所示的DC-DC转换器10B的第3控制例中从第1至第9模式中的一个模式向其他模式变更动作模式的情况下的一个例子的状态迁移图。
图17(a)示出第1模式的状态，图17(b)示出换流状态下的电流路径是一个情况的一个例子即从第1模式向第2模式的换流状态，图17(c)示出第2模式的状态。
在图17(a)所示的状态下，通过第1模式，形成第1电流路径R1(参照图11(a))。
接下来，在图17(b)所示的状态下，在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关(此处第1以及第6半导体开关S1、S6)在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态。或者，在变更后的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关(此处第1以及第5半导体开关S1、S5)在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态。此时，第1、第5以及第6半导体开关S1、S5、S6成为ON状态，其结果，形成第1电流路径R1(参照图11(a))。
另外，在图17(c)所示的状态下，成为第2模式，形成第2电流路径R2(参照图11(b))。
图18(a)示出第1模式的状态，图18(b)示出换流状态下的电流路径是两个情况且根据第1电压源E1的输出电压V1与第2电压源E2的输出电压V2的大小关系而电流路径不同的情况的一个例子即从第1模式向第5模式的换流状态，图18(c)示出第5模式的状态。
在图18(a)所示的状态下，通过第1模式，形成第1电流路径R1(参照图11(a))。
接下来，在图18(b)所示的状态下，在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关(此处第1以及第6半导体开关S1、S6)在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态。或者，在变更后的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关(此处第2以及第4半导体开关S2、S4)在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态。此时，第1、第2、第4以及第6半导体开关S1、S2、S4、S6成为ON状态，在第1电压源E1的输出电压V1大于第2电压源E2的输出电压V2的情况下形成第1电流路径R1(参照图11(a))，在第1电压源E1的输出电压V1小于第2电压源E2的输出电压V2的情况下形成第4电流路径R4(参照图12(a))。
另外，在图18(c)所示的状态下，通过第5模式，形成第2电流路径R5(参照图12(b))。
这样，在第3控制例中，能够避免第4至第6半导体开关S4～S6全部成为OFF状态，由此，能够防止由于高电压而第4、第5以及第6半导体开关S4、S5、S6中的某一个半导体开关被破坏。
(符号说明)
10A：DC-DC转换器电路；10B：DC-DC转换器电路；20A：控制装置；20B：控制装置；D1～D12：第1至第12二极管；E1：第1电压源；E2：第2电压源；L：电感器；S1～S6：第1至第6半导体开关。

Claims (12)

1.一种DC-DC转换器电路，其特征在于：
具备分别能够在一个方向上使电流流过的第1至第6半导体开关、和电感器，
所述第1至第3半导体开关都连接为针对所述电感器的一端流入电流的朝向，
所述第4至第6半导体开关都连接为针对所述电感器的另一端流出电流的朝向，
在所述第1以及第4半导体开关的与所述电感器的连接端相反一侧端连接第1电压源的阳极侧，
在所述第2以及第5半导体开关的与所述电感器的连接端相反一侧端连接第2电压源的阳极侧，
在所述第3以及第6半导体开关的与所述电感器的连接端相反一侧端连接所述第1电压源的阴极侧和所述第2电压源的阴极侧这双方。
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其特征在于还具备：
第1至第6二极管，与所述第1至第6半导体开关并联连接以便在与所述第1至第6半导体开关分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过；以及
第7至第12二极管，连接为能够在所述第1至第6半导体开关与所述电感器之间，分别与所述第1至第6二极管逆向地使电流流过。
3.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其特征在于还具备：
第1至第3二极管，与所述第1至第3半导体开关并联连接以便在与所述第1至第3半导体开关分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过；
第4二极管，连接为能够在所述第1半导体开关与所述第1电压源的阳极侧之间，在与所述第1二极管相逆的方向上使电流流过；
第5二极管，连接为能够在所述第2半导体开关与所述第2电压源的阳极侧之间，在与所述第2二极管相逆的方向上使电流流过；以及
第6二极管，连接为能够在所述第3半导体开关与所述第1电压源以及所述第2电压源这双方的阴极侧之间，在与所述第3二极管相逆的方向上使电流流过。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的DC-DC转换器电路，其特征在于：具备用于在所述电感器中流过电流的情况下，使所述第1至第3半导体开关中的1个以上的半导体开关、和所述第4至第6半导体开关中的1个以上的半导体开关经常成为ON状态的单元。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的DC-DC转换器电路，其特征在于：具备用于在所述电感器中流过电流的情况下，在使所述第1至第3半导体开关中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使所述第1至第3半导体开关中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态，并且在使所述第4至第6半导体开关中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使所述第4至第6半导体开关中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态的单元。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的DC-DC转换器电路，其特征在于：具备用于在所述电感器中流过电流的状态下，在变更表示所述第1至第6半导体开关的ON状态以及OFF状态的动作模式的情况下，使在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态，或者使在变更后的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态的单元。
7.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其特征在于：将所述第3半导体开关置换为第3二极管。
8.根据权利要求7所述的DC-DC转换器电路，其特征在于还具备：
第1、第2、第4、第5以及第6二极管，与所述第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关并联连接以便在与所述第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过；以及
第7、第8、第10、第11以及第12二极管，连接为能够在所述第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关与所述电感器之间，分别与所述第1、第2、第4、第5以及第6二极管逆向地使电流流过。
9.根据权利要求7所述的DC-DC转换器电路，其特征在于还具备：
第1以及第2二极管，与所述第1以及第2半导体开关并联连接以便在与所述第1以及第2半导体开关分别能够对电流进行ON、OFF控制的方向相逆的方向上使电流流过；
第4二极管，连接为能够在所述第1半导体开关与所述第1电压源的阳极侧之间，在与所述第1二极管相逆的方向上使电流流过；以及
第5二极管，连接为能够在所述第2半导体开关与所述第2电压源的阳极侧之间，在与所述第2二极管相逆的方向上使电流流过。
10.根据权利要求7～9中的任意一项所述的DC-DC转换器电路，其特征在于：具备用于在所述电感器中流过电流的情况下，使所述第4至第6半导体开关中的1个以上的半导体开关经常成为ON状态的单元。
11.根据权利要求7～10中的任意一项所述的DC-DC转换器电路，其特征在于：
具备用于在所述电感器中流过电流的情况下，在使所述第4至第6半导体开关中的一个或者二个半导体开关成为OFF状态之前，使所述第4至第6半导体开关中的该成为OFF状态的半导体开关以外的半导体开关的至少一个事先成为ON状态的单元。
12.根据权利要求7～11中的任意一项所述的DC-DC转换器电路，其特征在于：具备用于在所述电感器中流过电流的状态下，在变更表示所述第1、第2、第4、第5以及第6半导体开关的ON状态以及OFF状态的动作模式的情况下，使在变更前的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更后在一定时间内也成为ON状态，或者使在变更后的动作模式下成为ON状态的所有半导体开关在动作模式的变更前在一定时间内成为ON状态的单元。
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